درک پدیده تخلیه جرقه الکترواستاتیکی (ESD)
تخلیه جرقه الکترواستاتیکی (Electrostatic Spark Discharge – ESD) معمولاً زمانی رخ میدهد که بار الکتریسیته ساکن در سطح مولکولی روغن تجمع یافته و سپس در داخل سیستم تخلیه میشود. این تخلیه منجر به ایجاد رادیکالهای آزاد میگردد که احتمال تشکیل وارنیش را بهطور قابل توجهی افزایش میدهند. دمای لحظهای این پدیده میتواند به حدود ۱۰٬۰۰۰ درجه سانتیگراد برسد.
برای درک بهتر، میتوان این پدیده را به یک مثال روزمره تشبیه کرد: هنگامی که روی فرش راه میرویم، الکتریسیته ساکن در بدن ما تجمع مییابد و هنگام لمس یک جسم فلزی (معمولاً دستگیره در)، تخلیه شده و شوک خفیفی احساس میکنیم.
در داخل یک سیستم روانکاری، الکتریسیته ساکن فقط تجمع پیدا نمیکند؛ بلکه میتواند جرقههای میکروسکوپی بسیار قدرتمندی ایجاد کند که قادر است سطح فیلترها را بسوزاند و زنجیره واکنشهایی را آغاز کند که در نهایت به تشکیل وارنیش منجر میشود.
در روانکارها، الکتریسیته ساکن در سطح مولکولی وجود دارد. در نواحی با تلرانسهای بسیار کم، برخی مولکولها مجبور به تماس و سایش با یکدیگر میشوند که این امر باعث تولید و تجمع بار الکتریکی میگردد. زمانی که این بار به سطح یک شارژ کامل برسد، در اولین فرصت ممکن تخلیه میشود؛ که معمولاً این تخلیه در غشای فیلتر یا در برخورد با لبههای تیز اجزا رخ میدهد. این تخلیهها بهصورت نقاط سوخته یا لکههای حرارتی روی غشای فیلتر قابل مشاهده هستند.
وقتی این جرقه رخ میدهد، یک واکنش شیمیایی ایجاد شده و رادیکالهای آزاد تولید میشوند. رادیکالهای آزاد، گونههایی بسیار واکنشپذیر هستند که تمایل شدیدی به واکنش با سایر مواد دارند. این رادیکالها آغازگر تشکیل وارنیش بوده و حضور آنها سرعت واکنشها را افزایش داده و در نهایت منجر به تشکیل رسوبات در روانکار میشود. در نهایت، سیستم با ترکیبی از ESD و اکسیداسیون مواجه خواهد شد.
چگونه ESD را در سیستمهای روانکاری شناسایی کنیم؟
هر مکانیزم تخریب نتایج متفاوتی از نظر نوع و نحوه تشکیل رسوبات ایجاد میکند. در مورد ESD، برخی نشانههای شاخص وجود دارد که وقوع آن را هشدار میدهند، از جمله:
-
صداهای خشخش یا وزوز اطراف تجهیزات
این صدا نشاندهنده تخلیه جرقهها بر روی اجزای سیستم یا مدیای فیلتر است. معمولاً زمانی شنیده میشود که سیال در حال حرکت است و اغلب در نزدیکی فیلترها هنگام کارکرد سیستم قابل تشخیص است. -
سوختگی یا سوراخهای سوزنی در غشای فیلتر
فیلترها بیشترین تأثیر ESD را تجربه میکنند. در اثر تخلیه الکترواستاتیکی، لکههای سوختگی کوچک یا حتی سوراخهای ریز ایجاد میشود. هنگام تعویض فیلتر، بررسی دقیق غشا برای شناسایی این آثار ضروری است.
با وقوع ESD، رادیکالهای آزاد تولید میشوند که باعث پلیمریزاسیون روانکار و در نتیجه تشکیل وارنیش و لجن میگردند. این فرآیند بخشی از اکسیداسیون است و به مرور باعث کاهش سطح آنتیاکسیدانها میشود. همچنین در جریان ESD، برخی گازها در روغن آزاد میشوند.
برخی از آزمونهای آزمایشگاهی که برای شناسایی ESD به کار میروند عبارتاند از:
-
RULER (Remaining Useful Life Evaluation Routine)
این آزمون مقدار آنتیاکسیدانهای باقیمانده در روغن را اندازهگیری میکند. با پایش روند تغییرات آن در زمان، میتوان کاهش سطح آنتیاکسیدانها را تشخیص داد.
معمولاً برای مخازن بزرگ (مانند توربینها) سالی دو بار انجام میشود، اما بسته به اهمیت تجهیز میتوان تناوب آن را افزایش داد.
اگر مقدار RULER به کمتر از ۲۵٪ برسد، وضعیت بحرانی تلقی شده و باید به احیای روغن یا تعویض آن فکر کرد. -
MPC – Membrane Patch Colorimetry
این آزمون پتانسیل تشکیل وارنیش یا رسوب را اندازهگیری میکند. حدود هشدار بسته به نوع تجهیز متفاوت است، اما بهطور کلی:-
کمتر از ۱۰: نرمال
-
بالاتر از ۱۵: محدوده پایش
-
۲۰ تا ۲۵ و بالاتر: محدوده بحرانی
(همواره باید این حدود با توصیههای OEM تطبیق داده شود.)
-
-
FTIR – طیفسنجی مادون قرمز تبدیل فوریه
برای شناسایی مولکولهای مختلف موجود در روغن استفاده میشود و مانند اثر انگشت شیمیایی روغن عمل میکند. این آزمون میتواند وجود اکسیداسیون و رسوبات را مشخص کند. -
DGA – آنالیز گازهای محلول
برای شناسایی گازهایی که در اثر ESD آزاد میشوند، مانند استیلن، اتیلن و متان، به کار میرود.
اینها تنها بخشی از روشهای شناسایی ESD در سیستمهای روانکاری هستند.
راهکارهای مؤثر برای پیشگیری از ESD در روانکاری
ESD زمانی رخ میدهد که الکتریسیته ساکن در روغن تجمع یابد؛ بنابراین یکی از بهترین راههای پیشگیری، کاهش یا تخلیه این بار قبل از رسیدن به سطح خطرناک است. سادهترین و رایجترین روش، استفاده از فیلترهای آنتیاستاتیک است. این فیلترها میتوانند بار الکتریکی را پیش از رسیدن به سطوح مخرب، از سیستم حذف کنند.
الکتریسیته ساکن در روغن اجتنابناپذیر است؛ اما نحوه کنترل و تخلیه آن تعیین میکند که سیستم شما تمیز کار کند یا از درون دچار تخریب شود.
ارتینگ صحیح سیستم نیز یکی از راهکارهای کلیدی است. برقکاران میتوانند با بررسی و نصب تجهیزات ارت مناسب، از تخلیه ایمن بار الکتریکی جلوگیری کرده و مانع بروز ESD شوند.
اگر روغن هدایت الکتریکی بالایی داشته باشد، قادر به انتقال و تخلیه بار خواهد بود. معمولاً اگر هدایت الکتریکی روغن بیش از 100 pS/m باشد، امکان تخلیه ایمن بار وجود دارد.
اما برخی روغنهای پایه دارای هدایت الکتریکی پایینتر از 100 pS/m هستند و نمیتوانند بار را بهخوبی منتقل کنند. در صورت عدم فرمولاسیون صحیح، این روغنها در سیستمهای مدرن بیشتر مستعد ESD خواهند بود.
با کاهش ویسکوزیته روغن، نیروی بیشتری برای عبور از فیلتر لازم است که این امر میتواند منجر به تجمع بار الکتریکی در سطح مولکولی شود. همچنین با کاهش دما، ویسکوزیته افزایش مییابد. در این شرایط، حفظ روغن در دمای طراحیشده سیستم میتواند به کاهش ESD کمک کند.
شناسایی علل ریشهای ESD
تا اینجا، تمرکز اصلی بر ریشههای فیزیکی ESD بوده است. اما برخی ریشههای انسانی و سیستمی نیز در بروز این پدیده نقش دارند.
فرض میکنیم خرابی در یکی از پمپهای بحرانی رخ داده و در حال بررسی نحوه وقوع آن هستیم. توجه شود که سؤال «چرا؟» در ابتدا مطرح نمیشود، زیرا میتواند به سمت قضاوت سوق پیدا کند. هدف، تحلیل مبتنی بر شواهد است.
«تحلیل ریشهای منضبط با «چرا» شروع نمیشود؛ با شواهد آغاز میشود.»
در این مقاله، فرضیه تخریب روانکار ناشی از ESD بررسی میشود، هرچند در دنیای واقعی باید شش مکانیزم تخریب روانکار شامل:
اکسیداسیون، تخریب حرارتی، میکرودیزلینگ، ESD، افت افزودنیها و آلودگی بررسی شوند.
علل تجمع بار الکتریکی در روغن:
-
تلرانسهای بسیار کم (ایجاد اصطکاک مولکولی)
-
سیستم ارتینگ نامناسب
-
هدایت الکتریکی ناکافی روغن
در ادامه، هر فرضیه بررسی و علل ریشهای آن شناسایی میشود؛ از جمله:
-
طراحی نامناسب OEM (ریشه سیستمی)
-
تغییرات دبی و شرایط عملیاتی (ریشه انسانی و سیستمی)
-
ارتینگ ناکافی یا استفاده از قطعات غیراستاندارد
-
فرمولاسیون یا کیفیت نامناسب روغن
جمعبندی نشان میدهد که بیشتر علل ریشهای، سیستمی هستند و تنها تعداد محدودی منشأ انسانی دارند. این موضوع اهمیت توسعه را در تحلیل هر نوع خرابی نشان میدهد؛ چراکه در غیر این صورت، خرابی در آینده تکرار خواهد شد.
اطلاعات این مقاله برگرفته از این منبع میباشد.
