روغن موتورهاي مصرفي در كشتي ها و قطارها

[Amin 6,457]

روغن موتورهاي مصرفي در كشتي ها و قطارها

 

بيشتر موتورهاي مورد استفاده در بخش حمل و نقل از نوع موتورهاي احتراق داخلي هستند. بازده حرارتي بالا و وزن پايين (نسبت به توان توليدي) از مزاياي اين موتورها است.

موتورهاي احتراق داخلي به عنوان محركه هر ماشيني- از دوچرخه هاي موتوري (موتورسيكلت هاي گازي) گرفته تا كشتي هاي اقيانوس پيما- محسوب مي شوند.

تاكنون سازمان ها و تشكل هاي زيادي در زمينه تدوين استانداردها والزامات عملكردي روان كننده هاي مصرفي در موتورهاي احتراق اقدام كرده اند كه بيشتر موارد تدوين شده در ارتباط با توانايي ها و پتانسيل هاي روانكارها در كاهش اصطكاك، مقاومت در مقابل اكسيداسيون، به حداقل رساندن تشكيل رسوبات، جلوگيري از خوردگي و سايش است.بيشتر مشكلات پذيرفته شده در مورد روان كننده هاي موتور، به از بين رفتن تركيبات آنها و ورود محصولات حاصل از احتراق به محفظه لنگ موتورها مربوط مي شود. تشكيل رسوبات، آلوده شدن، غليظ شدن، مصرف بالاي روغن، گير كردن رينگ ها، خوردگي و سايش، همه و همه ارتباطي مستقيم با كيفيت روان كننده ها دارد.

هدف از ارايه مقاله حاضر، آشنايي با ويژگي روان كننده هاي مصرفي در موتورهاي دريايي (كشتي ها)، وسايل حمل و نقل ريلي (قطارها)، موتورهاي ساكن گازسوز و آزمون هاي مربوط است.

 

 

1- روغن موتورهاي ديزلي دريايي

براي ارزيابي روان كننده هاي مصرفي در موتورهاي ديزلي دريايي سيستم طبقه بندي استانداردي تعريف نشده و روش هاي آزمون استاندارد دينامومتري يا آزمون هاي درخواستي دردست نيست.

سطوح عملكردي اين روان كننده ها و فرايند صدور مجوزهاي آنها، توسط موتورسازان، هدايت و رهبري مي شود. معمولاً موتورسازان ليستي از روان كننده هاي مجاز براي كاربرد در محصولاتشان را منتشر مي كنند. موتورسازان، مصرف كنندگانشان را به استفاده از روان كننده هاي درج شده در اين ليست هاي مجاز تشويق مي كنند. به طور كلي، توليد كنندگان تجهيزات (OEMS) براي صدور تاييديه براي يك نوع روان كننده، نيازمند انجام آزمون هايي در شرايط و مقياس واقعي بر روي كشتي ها هستند كه حداقل زمان لازم براي انجام آن5 هزار ساعت (يا حدود1 سال) است.

به طور معمول، موتورهاي دريايي از سوخت هاي نامرغوب، با گوگرد بالا(2 تا5 درصد وزني) و مواد آسفالتي بالا(5 تا10 درصد وزني) استفاده مي كنند. البته كيفيت سوخت هاي مصرفي در موتورهاي دريايي در مناطق مختلف جهان متغير و متفاوت است. به علت اينكه هزينه سوخت، بخش قابل ملاحظه اي از هزينه هاي كلي عملكردي كشتي ها را تشكيل مي دهد طراحان اين نوع موتورها، براي بهينه سازي و كاهش مصرف سوخت آنها اهميت زيادي قايلند. مالكان كشتي ها، علاقمند به پرداخت كمترين هزينه براي سوخت هستند. اين دو مورد، جايگاه و تقاضاي بيشتر روغن موتورهاي مصرفي در روانكاري موتورهاي دريايي را نشان مي دهد.

 

به طور كلي از دو نوع موتور به عنوان نيروي محركه كشتي هاي عظيم الجثه و اقيانوس پيما استفاده مي شود كه مشخصات آنها در جدول1 نشان داده شده است.

 

موتورهاي دوزمانه، سرعت پايين، كراس هد

اين نوع موتورها به دو نوع روغن شامل يك نوع روغن براي قسمت بالاي سيلندر (روغن سيلندر) و يك نوع روغن براي محفظه لنگ (روغن سيستم)، نياز دارند. دو شركت MAN B&W و Suzler بر بازار اين نوع موتورها حاكمند و نزديك به90 درصد از سهم بازار اين نوع موتورها، داراي عدد قليايي كل TBN 70 و درجه گرانروي SAE50 است. عدد قليايي كل روغن هاي سيستم يا محفظه لنگ اين نوع موتورها نير50 تا10 و گرانروي آنها SAE50 است.

 

موتورهاي چهار زمانه، سرعت متوسط، ترانك پيستون

اين موتورها فقط به يك نوع روغن احتياج دارند زيرا داراي يك مخزن مشترك (كارتر) براي محفظه لنگ و سيلندر هستند. بازار توليد اين نوع موتورها، در مقايسه با موتورهاي دو زمانه سرعت پايين، گسترده تر است. شركت هاي NSD، Wartsila، MAN B&N، Pielstick، Mak بزرگ ترين توليد كنندگان تجهيزات مربوط به اين موتورها هستند. هر يك از اين شركت ها سهم قابل توجهي از بازار اين نوع موتورها را تحت سلطه خود دارند.

روغن مصرفي در موتورهاي سرعت متوسط، داراي گرانروي SAE40 است و عدد قليايي كل آن، بسته به ميزان گوگرد سوخت مصرفي و ميزان مصرف روغن بين اعداد12 تا55 است. امروزه به دليل استفاده از سوخت هاي حاوي مواد آسفالتي بالا و مشكلات مربوط به آن روغن موتورهاي جديدي براي مصرف در اين نوع از موتورها ساخته شده است.

 

2- روغن موتورهاي ديزلي لكوموتيو (قطار)

به طور كلي، در مورد ارزيابي كيفيت روغن موتورهاي لكوموتيو (قطارها)، آزمون هاي پذيرفته شده اي وجود ندارد. هر موتور سازي بر اساس تجربيات ميداني، در اين زمينه اولويت هاي مدنظرش را مشخص مي كند. موتورسازان، روغن موتورهايي را كه كيفيتشان را در طي آزمون هاي جاده اي و ميداني دراز مدت، به اثبات رسانده اند، براي مصرف تجويزه مي كنند. بيشتر روغن موتورهاي ديزلي مورد استفاده، براي دستيابي به سطح كيفيت API CD از مواد افزودني متنوعي استفاده مي كنند و حاوي مقدار زيادي از تركيبات قليايي براي جبران گوگرد بالاي سوخت مصرفي هستند. بعضي از تركيبات استفاده شده در اين روغن ها، غيرقابل اجتناب هستند.

براي مثال، به كارگيري روي (Zinc) براي جلوگيري از صدمه ديدن قطعات موتور است. بيشتر روغن موتورهاي مصرفي در قطارها از نوع SAE30 هستند و ليكن براي بهبود بهره دهي سوخت، استفاده از روغن هاي مولتي گريد در موتورهاي قطار نيز امكان پذير است.

در آمريكا، كميته سوخت و روغن انجمن تعميركاران لكوموتيوها، براي نخستين بار، اقدام به طراحي و انتشار سيستم طبقه بندي روغن موتورهاي مورد مصرف در موتورهاي ديزلي قطارها كرد. در اين سيستم طبقه بندي، روغن هايي كه داراي بهترين سطح كيفيت بودند روغن هاي نسل پنجم نامگذاري شدند. در جداول2و3 مشخصات اين روغن موتورها و آزمون هاي ارزيابي معرفي شده توسط سازندگان تجهيزات (OEMs) نشان داده شده است. روغن هاي نسل پنجم بايد داراي ويژگي هاي زير باشند.

 

 

- حداقل زمان تعويض روغن براي موتورهاي با مصرف پايين روغن،180 روز، به طور متوسط يكهزار مايل در ماه يا مصرف سوخت به ميزان2 هزار گالن در ماه (سوخت حاوي3 تا5 درصد گوگرد)

- قبولي در آزمون هاي اكسيداسيون، خوردگي و اصطكاك OEMs .

- رعايت الزامات تعيين شده در آزمون هاي موتوري OEMs .

- قبول شدن در آزمون هاي ميداني OEMs .

 

3- روغن موتورهاي ساكن گازسوز

موتورهاي ساكن گازسوز، موتورهايي با اندازه و سرعت متوسط هستند و به منظور فشرده سازي گاز در خطوط لوله، نيروگاههاي توليد برق و نيروگاههاي بازيافت انرژي به كار برده مي شوند. علاوه بر اين، ممكن است كه از جريان گازهاي خروجي از اگزوز اين موتورها و يا آب خنك كننده آنها براي مقاصد گرمايشي استفاده شود. موتورهاي ساكن گازسوز را مي توان به سه دسته زير تقسيم كرد.

 

- موتورهاي گازسوز اشتعال جرقه اي با فشار گاز پايين:

اين نوع موتورها شبيه به موتورهاي دوسوخته فشار پايين هستند. در اين نوع از موتورها از يك شمع به جاي سوخت پيلوت براي مشتعل كردن مخلوط گاز و هوا استفاده مي شود. اين نوع از موتورها به عنوان موتورهاي اشتعال جرقه اي شناخته مي شوند و مزايا و معايب آنها شبيه به موتورهاي با سوخت پيلوت و فشار گاز پايين است.

 

- موتورهاي گازسوز اشتعال پيلوتي با فشار گاز بالا:

اصول عملكرد اين نوع از موتورها مشابه با عملكرد موتورهاي ديزلي است. سوخت پيلوت (سوخت مايع كه حدوداً پنج درصد از سهم كلي سوخت مصرفي موتور را تشكيل مي دهد)، قبل از رسيدن پيستون به نقطه مرگ بالا از طريق سوپاپ ورودي به داخل سيلندر پاشيده مي شود و پروسه احتراق آغاز مي شود. مخلوط باقيمانده (معمولاً گاز طبيعي) در فشاري بسيار بالا (براي مثال250 بار) داخل سيلندر پاشيده مي شود. گاز با ورود به سيلندر، مشتعل شده و احتراقي تميز و بدون ضربه ايجاد مي كند. در اين موتورها حدود5 تا7 درصد از توان خروجي، صرف متراكم كردن مخلوط گاز مي شود. در صورت قطع جريان سوخت، گاز مصرفي اين موتورها قابل برگشت به مصرف سوخت هاي مايع است.

 

- موتورهاي گازسوز اشتعال پيلوتي با فشار گاز پايين:

عملكرد اين موتورها مشابه با عملكرد موتورهاي با فشار گاز بالا است، اما در اين موتورها گاز با هواي مصرفي موتور در فشاري پايينتر، در منيفولد هواي ورودي يا در محفظه فرعي احتراق، قبل از ورود به سيلندر موتور، مخلوط مي شود. سوخت پيلوت مايع، براي شروع احتراق مخلوط گاز و هوا به داخل سيلندر پاشيده مي شود. اين موتورها به نام موتورهاي دوسوخته شناخته مي شوند. در مقايسه با موتورهاي فشار بالا، اين موتورها، گازهاي حاصل از احتراق را با بازده بالاتري جابجا مي كنند، وليكن براي جلوگيري از كاهش بازده حرارتي نيازمند كاهش فاصله زماني خروج گازهاي اگزوز هستند.

موتورهاي گازسوز ساكن يا از نوع استوكيومتريك يا از نوع رقيق سوز هستند. بيشتر موتورهاي استوكيومتريك به مبدل هاي كاتاليستي سه راهه، (براي كنترل انتشار Nox، HC، Co ) مجهز هستند.

موتورهاي رقيق سوز از محفظه فرعي احتراق استفاده مي كنند. مخلوط غني سوخت و هوا پس از اشتعال در محفظه فرعي احتراق، به صورت موجي از شعله به سمت محفظه اصلي احتراق حركت كرده، سبب مشتعل شدن مخلوط سوخت و هواي رقيق موجود در محفظه اصلي احتراق مي شود. اين نوع از موتورها براي رعايت كردن الزامات مربوط به انتشار Nox (بدون به كارگيري مبدل هاي كاتاليستي) طراحي مي شوند. كاهش Nox ، از كاهش دماي احتراق به علت افزايش هواي اضافي مصرفي ناشي مي شود. براي كاهش انتشار HC و Co از موتورهاي رقيق ساز و رسيدن به الزامات آلودگي، مي توان از يك مبدل كاتاليستي اكسيد كننده نيز استفاده كرد.

كيفيت گازهاي مصرفي در موتورهاي ساكن گاز سوز بسيار متنوع و متغير است. به عنوان نمونه، گاز طبيعي (متان) گاز ترش (حاوي گوگرد بالا)، گاز شهري (حاوي هيدروژن زياد)، گاز گنداب (حاوي H2S ) و گازهاي بدبو (حاوي مواد ارگانيك خورنده) از سوخت هاي گازي مصرفي در موتورهاي ساكن گاز سوز هستند. هر نوع گازي خواص و مشخصات خاص خود را دارد، به همين دليل موتورهايي كه اين گازها را مصرف مي كنند نيز نياز به روان كننده هايي خاص دارند. انتخاب روغن موتورهاي گازسوز بايد به دقت و توجه به كاربردهاي خاص خود صورت گيرد.

روان كننده هاي مصرفي در موتورهاي گازسوز ساكن براساس ميزان خاكسترشان دسته بندي مي شوند.

در جدول4 دسته بندي روان كننده هاي مصرفي در موتورهاي گازسوز ساكن بر اساس ميزان خاكسترشان نشان داده شده است.

 

به طور معمول، روان كننده هاي بدون خاكستر در موتورهاي دوزمانه به كار برده مي شوند، در حالي كه روان كننده هاي با خاكستر كم در موتورهاي چهارزمانه به مصرف مي رسند. روان كننده هاي با خاكستر متوسط و بالا در موتورهايي كه از سوخت نامرغوب مثل گازهاي ترش و گنداب استفاده

مي كنند، به كار مي روند.

ميزان خاكستر موجود در روغن موتورها بايد به اندازه كافي بالا باشد تا از خوردگي نشيمنگاه سوپاپ ها جلوگيري شود. خاكستر بيش از حد سبب چسبيدن و گيرپاژ رينگ ها، رسوب گرفتن شمع ها، پوشاندن سطح

مبدل هاي كاتاليستي يا انسداد مجاري ورود و خروج (در موتورهاي دوزمانه) خواهد شد. در حال حاضر روش استانداردي براي طبقه بندي روغن هاي مصرفي در موتورهاي گازسوز ساكن وجود ندارد، به همين دليل تاييد و تجويز روغن براي اين نوع از موتورها از طريق انجام آزمون هاي ميداني فشرده صورت مي گيرد. علاوه بر ميزان خاكستر موجود، عوامل كليدي ديگر در انتخاب روغن موتورهاي خاص براي موتورهاي گاز سوز ساكن عبارتند از ميزان فسفر، مقاومت در مقابل اكسيداسيون و نيتراسيون (كه در بيشتر مواقع در شرايط عملكردي دماي بالا به وجود مي آيد) و بازدارنده هاي خوردگي (به ويژه در زمينه گازهاي لندفيل). ميزان فسفر روان كننده ها در هنگام بررسي ملاحظات زيست محيطي اهميت زيادي دارد. در صورت وضع قوانين سخت گيرانه تر (به ويژه در مورد انتشار Nox و HC از موتورهاي گازسوز ساكن) با نصب مبدل هاي كاتاليستي بر روي سيستم هاي اگزوز، مي توان به حدود و مقادير مجاز قانوني تعيين شده دست يافت.

براي جلوگيري از تخريب و مسموم شدن مبدل هاي كاتاليستي و افزايش عمر آنها، سازندگان مبدل هاي كاتاليستي، ميزان فسفر موجود در روان كننده ها را محدود كرده اند. اين محدوديت ها متغير بوده و بستگي به سازندگان و نوع اين مبدل ها دارند. از مبدل هاي كاتاليستي NSRC در موتورهاي رايج (استوكيومتريك) استفاده مي شود، در حاليكه مبدل هاي SRC در موتورهاي رقيق سوز به كار مي روند.

 

منبع: نشريه روانسازها، شماره ششم و هفتم