بررسی تاثیر دما بر عمر روانکار و بررسی قانون نصف شدن عمر گریس یکی از سرفصل‌های پایه‌ای در دانش ترایبولوژی کاربردی و نگهداری تجهیزات دوار است. حرارت محیطی و اصطکاک داخلی یاتاقان به دو شیوه اساسی ساختار روانکار را تحت تاثیر قرار می‌دهند: از یک سو ویسکوزیته روغن پایه به سرعت با افزایش دما افت می‌کند و ضخامت فیلم روانکاری نازک می‌شود، و از سوی دیگر فرآیندهای تخریب شیمیایی نظیر اکسیداسیون با شیبی نمایی شتاب می‌گیرند. در مهندسی روانکاری، درک این پیوند میان دما و نرخ زوال روانکار، پیش‌شرط تنظیم صحیح فواصل زمانی روانکاری مجدد و جلوگیری از خرابی زودهنگام بیرینگ‌ها به شمار می‌رود.

سازوکارهای فیزیکی و شیمیایی تاثیر حرارت بر روانکار

حرارت به دو شکل مجزا اما هم‌افزا کارایی لایه روانکار را تضعیف می‌کند. در بعد فیزیکی، ضخامت فیلم روانکاری الاستوهیدرودینامیک (EHL) وابستگی شدیدی به ویسکوزیته روغن دارد؛ به طوری که ضخامت فیلم تقریباً با توان ۰٫۶۷ ویسکوزیته متناسب است، در حالی که وابستگی آن به بار مکانیکی بسیار ضعیف و با توان منفی ۰٫۰۷ برآورد می‌شود. با بالا رفتن دما، افت ناگهانی ویسکوزیته منجر به نازک شدن شدید فیلم روانکار و افزایش تماس میکروسکوپی ناهمواری‌ها می‌گردد. از این رو، کاهش دمای کارکرد در ضخیم‌تر کردن فیلم روانکار بسیار موثرتر از کاستن از بار مکانیکی عمل می‌کند.

در بعد شیمیایی، دمای بالا سرعت واکنش‌های اکسیداسیون را به شکل نمایی افزایش می‌دهد. پیری روغن پایه به همراه زوال ساختار تغلیظ‌کننده (Thickener) و پدیده جدایش روغن (Oil Bleeding)، عمر موثر گریس را محدود می‌سازد. بر پایه رابطه تجربی آرنیوس، با هر ۱۰ تا ۱۵ درجه سانتی‌گراد افزایش دمای روانکار، سرعت زوال روغن تقریباً دو برابر شده و در نتیجه عمر عملیاتی آن نصف می‌شود.

قانون نصف شدن عمر گریس بر اساس روش‌شناسی SKF

عمر گریس در یاتاقان‌های غلتشی بی‌پایان نیست و بر اساس متدولوژی SKF، دوره گریس‌کاری که با نماد tf شناخته می‌شود، فاصله‌ای زمانی است که در پایان آن احتمال خرابی یاتاقان ناشی از پیری گریس به حدود ۱ درصد می‌رسد. این بازه به عواملی نظیر سرعت چرخش، قطر یاتاقان، نسبت بار و نوع برینگ بستگی دارد. بر مبنای این استاندارد، برای یاتاقان‌هایی که در دمای کاری بالاتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد کار می‌کنند، یک قاعده سرانگشتی بسیار معتبر حاکم است: به ازای هر ۱۵ درجه سانتی‌گراد افزایش دما بالاتر از ۷۰ درجه سانتی‌گراد، دوره روانکاری گریس (tf) تقریباً نصف می‌شود.

جدول زیر نسبت تصحیح دوره گریس‌کاری را بر مبنای دمای پایدار یاتاقان نمایش می‌دهد:

همان‌طور که ارقام فوق تصریح می‌کنند، افزایش دمای یاتاقان از ۷۰ به ۱۱۵ درجه سانتی‌گراد، بازه گریس‌کاری مجدد را به یک‌هشتم دوره اولیه کاهش می‌دهد. عدم اصلاح این زمان‌بندی به معنای کارکرد یاتاقان با گریس اکسیدشده و سوخته خواهد بود که مستقیماً به شکست اجزای غلتان ختم می‌شود.

خطای پایش دما و اختلاف دمای پوسته با فیلم روانکار

یکی از خطاهای متداول در بازرسی‌های فنی و دماسنجی تماسی یا ترموگرافی، یکی دانستن دمای سطح خارجی هوزینگ یاتاقان با دمای واقعی فیلم روانکار است. آزمایش‌ها و تجارب میدانی نشان می‌دهند که دمای داخل یاتاقان و دمای فیلم روغن معمولاً ۱۰ تا ۲۰ درجه سانتی‌گراد بالاتر از دمای پوسته بیرونی یاتاقان است. به عنوان مثال، در تجهیزات صنعتی واقع در مجاورت منابع حرارتی شدید نظیر کوره دوار که دمای محیط به بالای ۶۰ درجه سانتی‌گراد می‌رسد و رولر بر روی بدنه داغ قرار دارد، این اختلاف تشدید می‌شود. مهندسان نگهداری باید انتخاب ویسکوزیته روغن پایه و ضرایب اصلاح عمر گریس را نه بر اساس قرائت دماسنج روی پوسته، بلکه با لحاظ کردن این جهش ۱۰ تا ۲۰ درجه‌ای در ناحیه تماس محاسبه کنند.

پیامدهای حرارت بالا در سیستم‌های روانکاری متمرکز و انبارش

آسیب‌های حرارتی فراتر از فضای داخل یاتاقان گسترش می‌یابد. در سیستم‌های روانکاری اتوماتیک و خطوط لوله‌کشی گریس که در مجاورت تشعشع حرارتی شدید قرار دارند، روغن پایه از شبکه تغلیظ‌کننده گریس جدا شده و ماده باقی‌مانده سفت می‌شود. به عنوان نمونه، قرارگیری گریس‌های رایج در دمای بالای ۱۸۰ درجه سانتی‌گراد تنها ظرف یک ساعت می‌تواند موجب خشک‌شدن صابون گریس و انسداد لوله‌های تزریق شود؛ در حالی که برای چنین موقعیت‌هایی استفاده از گریس‌های پایه سنتتیک ویژه دمای بالا الزامی است که حتی در دمای فراتر از ۲۳۰ درجه سانتی‌گراد پمپ‌پذیر باقی می‌مانند.

علاوه بر این، نوسانات حرارتی در فرآیند انبارداری نیز مخرب است. قرار گرفتن بشکه‌های روغن و گریس در معرض تابش مستقیم آفتاب و سرمایش شبانه باعث انبساط و انقباض مداوم هوای داخل بشکه (پدیده تنفس) شده و رطوبت و ذرات آلاینده را به درون ظرف می‌کشد. نگهداری در محیط مسقف با دمای پایدار، تضمین‌کننده ماندگاری خواص شیمیایی روانکار پیش از ورود به چرخه مصرف است.

جمع‌بندی نهایی

دمای کاری یکی از تعیین‌کننده‌ترین متغیرها در محاسبه عمر روانکار و تعیین استراتژی بازرسی تجهیزات دوار است. با در نظر گرفتن قانون افت نمایی عمر روغن و کاهش نصف به ازای هر ۱۵ درجه سانتی‌گراد افزایش دمای گریس بالای ۷۰ درجه سانتی‌گراد، هرگونه غفلت از پایش حرارتی یا عدم لحاظ اختلاف دمای پوسته با داخل یاتاقان، مستقیماً به روانکاری ناقص، خشک‌شدن روانکار و توقفات پرهزینه اضطراری می‌انجامد؛ از این رو کالیبراسیون دوره‌های روانکاری بر مبنای دمای واقعی الزامی است.