روغن هیدرولیک به دلایل مختلف ممکن است گرم شود، بنابراین باید دمای آن را کنترل کرد. بدون شک می‌دانید گرمای بیش از حد می‌تواند منجر به اختلال در عملکرد سیستم و کاهش راندمان دستگاه شما شود.
به طور کلی و به زبان ساده می‌توان گفت گرمایش سیال هیدرولیک ناشی از ناکارآمدی سیستم است، اگر چه موارد دیگری نیز ممکن است در ارتباط با خود سیال مطرح شود که در ادامه آن را توضیح خواهیم داد. اما قانون کلی این است که ناکارآمدی منجر به تلفات توان ورودی می‌شود که نهایتا به گرما تبدیل خواهد شد. بار حرارتی یک سیستم هیدرولیک برابر با کل توان از دست رفته (PL) است که می‌تواند به صورت زیر بیان شود:
PL کل: PL پمپ + PL شیرها + PL لوله‌ها + PL محرک ها یا راه اندازها
اگر مجموع توان ورودی از دست رفته برای گرما بیشتر از گرمای تلف شده باشد، سیستم هیدرولیک در نهایت بیش از حد گرم می‌شود. اینجاست که ظرفیت خنک‌کننده مطرح می‌شود که بسته به نوع سیستم هیدرولیک معمولاً بین 25 تا 40 درصد توان ورودی است. اما سیستم خنک‌کننده چه نقشی در اتلاف گرما ایجاد می‌کند و کارکرد آن چیست؟ آیا علل دیگری در این میان دخالت دارد؟ آیا فرسودگی قطعات منجر به افزایش گرما می‌شود؟ آیا اصلاحاتی که در سیستم اعمال می‌کنیم به روغن فشار می آورد؟
در طول این مقاله با ما همراه باشید تا پاسخ همه این سوالات را با هم مرور کنیم.
علت داغ شدن روغن هیدرولیک چیست؟
این اساسی ترین سوالی است که در این مقاله به آن پاسخ می‌دهیم. پیش از آن برای آشنایی بهتر با اجزای تشکیل‌دهنده روغن هیدرولیک توصیه می‌کنیم مقاله “ترکیبات روغن هیدرولیک، روغن موتور و روغن دنده و واسکازین” را مطالعه بفرمایید. همچنین “بهترین روغن هیدرولیک ایرانی” لیستی از روغن هیدرولیک‌های پرفروش ایرانی را به شما ارائه می‌دهد.
متداول‌ترین دلایلی که سبب داغ شدن روغن هیدرولیک می‌شود را اینجا لیست کرده‌ایم:
اتلاف ویسکوزیته: هنگامی که روغن هیدرولیک از طریق اجزایی مانند شیرها، پمپ‌ها و محرک‌ها جریان می‌یابد، به دلیل اصطکاک و تلاطم با مقاومت مواجه می‌شود. این مقاومت منجر به اتلاف انرژی و تبدیل انرژی مکانیکی به گرما می‌شود. این پدیده به اتلاف ویسکوز معروف است و یکی از دلایل مهمی است که در داغ شدن این روغن‌ها نقش دارد.
تلفات فشار: با عبور سیال از اجزای مختلف، افت فشار در سیستم‌های هیدرولیک اتفاق می‌افتد که به این پدیده تلفات فشار می‌گویند. تلفات فشار معمولاً با شیرهای کنترل جریان، روزنه‌ها و اصطکاک لوله ارتباط دارد. انرژی از دست رفته در این افت فشار به گرما تبدیل شده و به افزایش دمای روغن کمک می‌کند.
اضافه بار سیستم: اگر یک سیستم هیدرولیک تحت بارهایی بیش از حد ظرفیت طراحی شده خود قرار گیرد، می‌تواند باعث اصطکاک و مقاومت شدید در قطعات شود که تولید گرما در روغن هیدرولیک را به همراه دارد.
قطعات ناکارآمد: قطعات هیدرولیک فرسوده یا نامناسب مانند پمپ‌ها، موتورها و شیرها می‌تواند منجر به ناکارآمدی سیستم و تولید گرمای بیش از حد شود.
چرخه کاری یا عملیاتی مستمر: سیستم‌های هیدرولیک که به طور مداوم کار میکنند یا در معرض چرخه‌های شروع-توقف پشت سر هم هستند، به طور مکرر انرژی مکانیکی را به گرمایی تبدیل کرده و سبب گرم شدن روغن هیدرولیک می‌شوند.
دمای محیط و خنک کردن ناکافی: دمای محیط اطراف نیز می‌تواند بر دمای روغن هیدرولیک تاثیر بگذارد. اگر ظرفیت خنک‌کننده سیستم کافی نباشد، دمای بالای محیط ممکن است به دمای روغن بالاتر منجر شود. سیستم‌های هیدرولیک اغلب از مکانیسم‌های خنک‌کننده مانند رادیاتورها یا مبدل‌های حرارتی برای دفع گرمای اضافی استفاده میکنند. اگر این مکانیسم‌های خنک‌کننده درست عمل نکنند، روغن ممکن است به طور موثر خنک نشود و این افزایش دما را به همراه دارد.
روغن نادرست یا آلودگی: استفاده از نوع نامناسب روغن هیدرولیک یا مخلوط کردن روغن‌های ناسازگار می‌تواند منجر به افزایش اصطکاک و کاهش خواص روانکاری شود و این افزایش دما را نیز به همراه خواهد داشت. علاوه بر این، آلودگی روغن توسط ذرات خارجی یا آب می‌تواند به افزایش تولید گرما کمک کند. اگر کثیفی، لجن، زباله یا آب در سیال هیدرولیک وجود داشته باشد، سیستم گرمای بیشتری تولید می‌کند زیرا سعی در جبران آلاینده‌ها دارد و سیال را از طریق سیستم عبور می‌دهد. بنابراین همیشه ضروری است که مایع خود را از نظر آلودگی بررسی کنید، آن را تغییر دهید و یا در صورت نیاز فیلتراسیون مایع را بهبود بخشید.
دبی جریان یا نرخ جریان بیش از حد: اگر دبی سیال هیدرولیک برای سیستم طراحی شده بیش از حد بالا باشد، می تواند باعث افت فشار شده و منجر به تولید گرمای بیشتر شود.
روغن‌کاری ناکافی: سیستم‌های هیدرولیک باید حجم روغن کافی داشته باشند تا از خنک شدن مناسب و جلوگیری از گرمای بیش از حد اطمینان حاصل شود. مقدار ناکافی روغن ممکن است منجر به افزایش دما شود زیرا روغن نمی تواند گرمای تولید شده را به طور موثر جذب و دفع کند.
چطور می‌توان از داغ شدن روغن هیدرولیک جلوگیری کرد؟
جلوگیری از گرمای بیش از حد سیستم هیدرولیک برای حفظ کارایی و طول عمر اجزای سیستم بسیار مهم است. برای جلوگیری از گرم شدن بیش از حد سیستم هیدرولیک می‌توانید اقدامات عملی زیر را انجام دهید:
انتخاب سیال یا روغن هیدرولیک مناسب: سیال هیدرولیک مناسبی برای سیستم خود انتخاب کنید. سیال باید دارای ویسکوزیته و محدوده دمایی مناسب برای تجهیزات و شرایط کاری شما باشد.
تعمیر و نگهداری سطح سیال: اطمینان حاصل کنید که مقدار روغن هیدرولیک در سطح مناسب و صحیحی قرار دارد. سطح پایین سیال می‌تواند منجر به خنک‌‌سازی ناکافی و گرم شدن بیش از حد سیستم شود.
کنترل دما: سنسورهای دما را برای نظارت مداوم دمای سیال هیدرولیک نصب کنید. این به شما امکان می‌دهد که هر گونه نوسان دمایی را شناسایی کرده و در صورت نیاز اقدام فوری انجام دهید.
دستیابی به دمای پایدار: برای دستیابی به دمای پایدار در مورد روغن باید این نکته را بدانید که ظرفیت سیستم هیدرولیک برای دفع گرما باید بیشتر از بار گرمایی آن باشد. اگر مجموع توان ورودی از دست رفته برای گرما بیشتر از گرمای تلف شده باشد، سیستم هیدرولیک در نهایت بیش از حد گرم می شود. ظرفیت خنک‌کننده نصب شده بسته به نوع سیستم هیدرولیک و کاربرد آن، معمولاً بین 25 تا 40 درصد توان ورودی، پیوسته متغیر است.
سیستم‌های خنک‌کننده: سیستم‌های خنک‌کننده را در تنظیمات هیدرولیک خود بگنجانید. روش‌های متداول خنک‌کننده عبارتند از خنک‌کننده با هوا، خنک‌کننده با آب و مبدل‌های حرارتی. این سیستم‌ها به دفع گرمای اضافی و حفظ سیال در دمای عملیاتی بهینه کمک میکنند.
طراحی مناسب سیستم: اطمینان حاصل کنید که سیستم هیدرولیک به خوبی طراحی شده و ظرفیت کافی برای تحمل بار و شرایط عملیاتی را دارد. یک سیستم با سایز نامناسب ممکن است به دلیل فشار زیاد روی قطعات منجر به گرم شدن بیش از حد شود.
کاهش بار حرارتی: با کاهش بار کاری سیلندرهای هیدرولیک و اجتناب از کار کردن تجهیزات در محیط‌های گرم یا نزدیک منابع حرارتی، بار حرارتی روی سیستم را کاهش دهید.
تعمیر و نگهداری منظم: به یاد داشته باشید قطعات و اجزای سیستم به مرور زمان فرسوده شده و نیاز به تعویض دارند. اولین علت گرم شدن بیش از حد روغن هیدرولیک زمانی است که قطعات و اجزای سیستم به پایان عمر مفید خود نزدیک می‌شوند. با تخریب، به دلیل افزایش نشتی داخلی، آنها مجبورند برای حفظ فشار مورد نظر سیستم سخت‌تر تلاش کنند. به عنوان مثال، پمپ هیدرولیک شما فرسوده شده و باید تعویض شود. به دلیل سایش داخلی، سیال تحت فشار از سمت فشار بالا به سمت فشار پایین فرار و حرارت تولید می‌کند، بنابراین دمای سیال هیدرولیک را افزایش می‌دهد و باعث گرم شدن بیش از حد مدار می‌شود. پس فراموش نکنید یک برنامه نگهداری دقیق برای سیستم هیدرولیک خود در نظر داشته باشید. به طور منظم کولرها، فیلترها و سایر قطعات را بازرسی و تمیز کنید تا از عملکرد بهینه آنها اطمینان حاصل کنید.
اجتناب از اضافه بار: از بارگذاری بیش از حد سیستم هیدرولیک خودداری کنید. فشار و بار بیش از حد می‌تواند منجر به افزایش تولید گرما شود.
استفاده از شیرهای کاهش فشار: شیرهای فشارشکن به محافظت از سیستم در برابر افزایش فشار کمک می کند. به خاطر داشته باشید فشار زیاد می تواند باعث گرم شدن بیش از حد شود. شیرهای فشارشکن فشار اضافی را قبل از ایجاد آسیب مهار میکنند.
سیستم را تمیز نگاه دارید: سیستم را تمیز و عاری از زباله نگاه دارید. آلاینده‌های موجود در سیال هیدرولیک می‌توانند اصطکاک و تولید گرما را افزایش داده و منجر به گرم شدن بیش از حد شوند.
آموزش و آگاهی اپراتور: اپراتورهای مسئول تجهیزات را آموزش دهید تا علائم گرمای بیش از حد در سیستم را بشناسند و در صورت مشاهده رفتار غیرعادی، واکنش مناسب نشان دهند. آنها را تشویق کنید تا هر مشکلی را به سرعت گزارش کنند.
محدودیت‌های دما را در نظر بگیرید: از محدودیت‌های دمایی اجزای سیستم از جمله شلنگ‌ها و آببندیها آگاه باشید تا بتوانید از آسیب و نشت احتمالی جلوگیری کنید.
علاوه بر دلایل ذکر شده ممکن است مشکلات دیگری نیز وجود داشته باشید. برای مثال ممکن است شما ارتقا یا تغییراتی در سیستم ایجاد کردید که با مدار هیدرولیک سازگار نیست. قابل درک است که بخواهید سیستم را ارتقا دهید یا تغییراتی را جهت منطبق کردن سیستم با نیازهای خاص خود انجام دهید. با این حال اگر کل سیستم را در نظر نگیرید، این تغییرات می‌تواند باعث شود که سیستم سخت کار کند، گرمای بیشتری بدهد، دمای روغن هیدرولیک را افزایش دهد و منجر به گرم شدن بیش از حد مدار شود. به عنوان مثال، ممکن است بخواهید سرعت جریان سیال را از طریق سیستم افزایش دهید، اما اندازه شیلنگ‌ها و لوله‌ها را برای تطبیق با نرخ جریان بالاتر در نظر نگرفته‌اید. در نتیجه، سیستم باید سخت کار کند تا نرخ جریان افزایش یافته را از طریق شیلنگ‌ها و لوله‌های ناسازگار اعمال کند که نتیجه تولید گرمای بیش از حد است.
موقعیت دیگری که در ارتقا سیستم ممکن است رخ دهد این است که فرض کنید شما یک تنظیمی برای پمپ انجام داده‌اید، بنابراین فشار را افزایش می‌دهید، اما نمی‌توانید تنظیم مشابهی را در شیر تخلیه انجام دهید. در این حالت ممکن است انفجار در شیرها رخ دهد و گرمای بیشتری تولید کند و در نتیجه دمای سیال مدار افزایش یابد.
بهینه سازی سیستم هیدرولیک برای بهینه سازی عملکرد آن کاملا قابل قبول است. با این حال، جایی که بسیاری از افراد اشتباه میکنند این است که فقط یک قسمت از سیستم را تنظیم میکنند و نمی‌دانند این تنظیم چگونه بر سایر قسمت‌های سیستم تأثیر می‌گذارد.
به یاد داشته باشید هر سیستم هیدرولیک ویژگی‌های خاص خود را دارد، بنابراین هنگام اجرای اقدامات پیشگیرانه در برابر گرمای بیش از حد، ضروری است که الزامات و شرایط خاص سیستم خود را در نظر داشته باشید. اگر در مورد هر جنبه‌ای از طراحی یا نگهداری سیستم هیدرولیک خود مطمئن نیستید، با یک مهندس یا تکنسین هیدرولیک واجد شرایط مشورت کنید.
در صورت داغ شدن بیش از حد روغن هیدرولیک چه باید بکنیم؟
در قسمت قبل به طور کلی توضیح دادیم که چه اقداماتی را برای کاهش گرمای سیستم و سیال هیدرولیک می‌توانید در نظر داشته باشید. در این بخش قصد داریم به ترتیب اولویت، اقدامات بخش قبل را توضیح دهیم.
دو راه کلی وجود دارد که می‌توانید مشکلات گرمای بیش از حد سیال را حل کنید. ابتدا می‌توانید ظرفیت مخزن را برای دفع گرما افزایش دهید یا مقدار گرمای تولید شده توسط سیستم را کاهش دهید. راه دیگر برای افزایش اتلاف گرما این است که مبدل‌های حرارتی فعلی را در صورت استفاده بررسی کنید و تنظیمات مناسب را انجام دهید. در برخی موارد، ممکن است بخواهید مبدل‌های حرارتی اضافی را برای کمک به کاهش دمای سیال نصب کنید.
در مرحله بعد اگر برای کاهش میزان گرمای تولید شده نیاز به بررسی سیستم دارید، ابتدا باید مخزن سیال را بررسی کنید. در گام اول باید مطمئن شوید که سطح سیال مخزن تا حداکثر سطح پر شده است. وقتی روغن هیدرولیک خیلی کم باشد، روغن خیلی سریعتر گرم می‌شود و می‌تواند باعث گرم شدن بیش از حد شود. علاوه بر این، جریان هوا در اطراف مخزن را نیز بررسی کنید، زیرا هر چه جریان هوا بیشتر باشد، مخزن به طور موثرتری گرما را از سیال درون خود منتشر می‌کند.
در نهایت قطعات هیدرولیک و لوازم جانبی را باید برای حل مشکلات گرمای بیش از حد بررسی کنید و در صورت لزوم برای یافتن قطعات و لوازم جانبی اقدام کنید.
کلام آخر
همواره توجه داشته باشید درک نوع سیستم هیدرولیک به شما کمک می‌کند از چرایی گرم شدن بیش از حد سیستم سر در آورید. هرگز فراموش نکنید برای بازده‌ای مناسب در طولانی مدت باید به نکات مختلف و ظریفی مانند بررسی روغن هیدرولیک توجه داشته باشید. ما در این مقاله سعی کردیم مهم‌ترین علل مربوط به داغ شدن روغن هیدرولیک را بررسی کنیم و برای برطرف شدن آن راهکاری ارائه دهیم.
منابع
PennAir. (2022, June 24). 6 Common Causes of Hydraulics Overheating. Retrieved from https://pennair.com/blog/2022/06/24/6-common-causes-of-hydraulics-overheating/
White House Products, Ltd. (n.d.). Three Common Causes for Excessive Temperatures in Hydraulic Systems. Retrieved from https://www.whitehouseproductsltd.com/blog/three-common-causes-for-excessive-temperatures-in-hydraulic-systems