به گزارش صنعت ساختمان، در عملکرد ماشین آلات دارد. از لولای در خانه تا پیچیدهترین قطعات و ماشین آلات مکانیکی، همه مطیع یک قانونند: حضور سیالی به نام روغن که روانکاری میکند، امکان اصطحکاک قطعات فلزی همجوار را کاهش میدهد، خنککاری میکند، تمیزکاری میکند و فضاهای میکرونی را پر میکند ضروری است. برای لحظهای ماشین آلات فراوان موجود را تصور کنید که ناگهان روغن آنها غیب شود؛ حتی تصور آن هم گوشخراش است. در حقیقت و مهندسی نیز چنین است، غیاب روغن نه فقط تمامی مزایای بالا را حذف خواهد کرد، که هرکدامشان برای خرابی و نابودی یک ماشین کافیست، بلکه بهرهوری صنایع را هم به شدت کاهش خواهد داد.
اما انسان اینگونه برنامهریزی نشده است. گویی موجودی به نام انسان علاقه به نه شنیدن ندارد و مهندسان خوشبختانه یا متاسفانه در این ویژگی انسانی نقش جدی دارند. مهندسان با همان شعار قدیمی خود که یا راهی خواهیم یافت یا راهی خواهیم ساخت مرزهای ممکن را در مغز انسانی ما گام به گام پیش برده اند و کوتاه نیامدند. از این روست که امروزه ما انسانها، به عنوان گونهای منحصر به فرد، هر مانعی که میبینیم، حتی بزرگترین سد فولادین سر راه، اطمینان داریم راهی رای خزیدن از کنار یا زیر آن خواهیم یافت. اگر هم نشد خب سوراخش میکنیم یا معجزهای خواهیم کرد. البته که حق داریم، حتی شعبدهبازان و جادوگران و ذهنخوانان هم قریب به اتفاق مدیون شکلی از مهندسی هستند.
قصهی ماشین آلات و ضرورت روغن
روانکاری به عنوان علم تسهیل حرکت نسبی سطوح در تماس با یکدیگر تعریف شدهاست و سابقه آن به زمان پیش از پیدایش چرخ و استفاده از گردش آن به دور محور، به منظور ایجاد حرکتی روان بر میگردد. بهطور کلی در هر جا که سطوح در جوار و در تماس با یکدیگر دارای حرکت نسبی هستند، روانکاری نقش بسیار مهمی در انجام حرکت به نحو صحیح، مداوم و اقتصادی ایفا میکند. عدم روانکاری صحیح ماشینآلات علاوه بر آنکه باعث تقلیل بازده مکانیکی و پایین آمدن بازده زمانی ماشین میشود، منجر به فرسایش بیش از حد، فرسودگی و ازکارافتادگی زودرس نیز میگردد.
روانکاری فرآیند یا تکنیک استفاده از روان کننده برای کاهش اصطکاک و سایش و پارگی در تماس بین دو سطح است. مطالعه روانکاری یک رشته در زمینه تریبولوژی است.
پاره نوشتهای که در بالا آمد برشی از نوشتههای ویکیپدیا در مورد روانکاری بود. دریافت ما از آن کافیست که بدانیم به حدی شایستهی اهمیت است و کار بشر را به پیش رانده، که برای آن علمی مجزا تعریف شده است:
علم تریبولوژی شاخهای از علوم مهندسی است که به درک و بررسی پدیدههای اصطکاک، روانکاری، و سایش در سطوحی که با هم در تماس و در حرکت نسبی هستند میپردازد. این علم بسیار میانرشتهای است و از زمینههای علمی گوناگونی، از جمله فیزیک، شیمی، علم مواد، ریاضیات، زیستشناسی، و مهندسی بهره میگیرد. موضوعات اساسی مورد مطالعه در تریبولوژی، تریبوسیستمها هستند؛ یعنی سامانههای فیزیکی شامل سطوحی که در تماس با هم هستند. زیرشاخههای تریبولوژی شامل بیوتریبولوژی، نانوتریبولوژی، و تریبولوژی فضایی است. همچنین با حوزههای دیگری مانند تریبوخوردگی (یعنی اثر همزمان خوردگی و سایش) و مکانیک تماسی (که رفتار تغییر شکل سطوح در تماس را توصیف میکند) مرتبط است. به طور تقریبی ۲۰٪ از کل مصرف انرژی جهان به دلیل تأثیر اصطکاک و سایش در بخشهای حملونقل، تولید، تولید برق، و مصارف خانگی است.
تریبولوژی در فارسی سوده شناسی گفته میشود.
تاریخ روانکاری
در ابتدای تاریخ بشر کار را با اهرم، چرخ و قرقره شروع کرد، ولی به محض حرکت دادن سنگها و چرخاندن محورهای چوبی، صدا و گرما هم شروع شد. راهحل تاریخ استفاده از چربی حیوانی، روغنهای بسیار ساده و آب بود. از همان زمان دانستیم که لیزش کنیم درستتر میشود.
یونانیها و رومیها با ساخت دستگاههای پیچیدهای چون چرخ آب و پمپ اهمیت روغنکاری را بهتر درک کردند. ساخت دستگاههای دقیقتر و خرابی دیرتر از مزایا بکارگیری روانکنندهها بود. در قرون وسطی آسیابها، چه بادی و چه آبی ساعتها کار مداوم داشتند و اصطکاک چوب روی چوب فاجعهآفرین است. در آن دوره همچنان از چربی و موم استفاده میکردند.
اما با وقوع انقلاب صنعتی و ظهور موتور بخار، دستگاههای نساجی، قطار و صدها و هزاران ابداع جدید در سدهی اخیر، دیگر همهچیز فلزی شدند، سرعت کار بالا رفت و فورا داغ میکردند. در این دوره روغنکاری مدرن متولد شد و روغن نهنگ در کنار روغنهای معدنی، گریس و افزودنیهای ضدسایش و ضدزنگ بازیگران این عرصه بودند.
حدس شما چیست، بزرگترین صنعت جهان در ابتدای قرن بیستم چه بود؟
چوبنگارهای از سده هجدهم میلادی که شکارچیان هلندی را در حال شکار نهنگ قطبی در شمالگان به تصویر میکشد.
شکار نهنگ، شکار نهنگ بزرگترین صنعت تا حدود ۱۲۰ سال پیش بود و علت اصلی نیاز به روغن استخراجی از نهنگ بود که تمام ماشین آلات را به کار می انداخت. این صنعت یک شبه و با ظهور مواد پتروشیمیایی محو شد و نهنگها هم نفس راحتی کشیدند. در قرن گذشته برای راهاندازی ماشینها، هواپیما، توربین، کارخانه و صدها نیاز دیگر دست به طراحی و تولید روغنهای دقیق و تخصصی زدیم. روغنهای سنتزی، افزودنیهای متنوع، سیستمهای اتوماتیک روغنزنی، بلبرینگهای دقیق که لحظهای بدون روغن دوام نمیاورند، همگی معجزات مهندسی قرن گذشته بودند که در قرن اخیر نیز با نانوذرات، روانکارهای خشکی مثل گرافیت، سنسورهای پایش سلامت روغن و روغنکاریهای ویژهای خودروهای برقی و هیبریدی تکمیل شدند.
اما این پایان مهندسی نبود، بود؟ مهندسی روزی با مراجعی روبرو شد که از حضور روغن در ماشین خود شکایت داشت و مهندسان نه گفتن بلد نیستند.
خلقت ماشین آلات بدون روغن
از دل جهان ماشین آلات، مصارف متعددی پدیدار شدند که حضور روغن و هیچ سیال آلاینده ای را در دستگاه خود بر نمی تابیدند. مهندسان راهکارهای جالب و گاه خلاف تصوری را برای این نیازها پیشنهاد کردند. برخی روی قطعات فلزی روکش کشیدند، برخی دقیقتر بررسی کردند و علت کاربرد روغن در آن کاربرد خاص را شکافتند، مثلا دریافتند در کاربردی روغن به عنوان فیلم نازکی از روغن بر روی قطعهی فلزی قرار میگیرد تا فضا را پر کند؛ در نتیجه دقت تراشکاری را بسیار بالاتر و در حد صد میکرون بالا بردند. بگذارید با مثالهایی بهتر ماشین آلاتی که بدون روغن کار میکنند را بشناسیم.
پمپهای مغناطیسی
در بسیاری از ماشین آلات مکانیکی که از موتور بهره میبرد، محوری میان موتور و بخش مکانیکی قرار میگیرد که نیرو را از موتور دریافت کرده و به قسمت مکانیکی منتقل میکند. این محور را با نام شافت میشناسیم. در پمپهای مغناطیسی هیچگونه شافتی میان موتور و پروانه وجود ندارد. موتور و پروانه هر دو مجهز به مگنت یا آهنربا هستند. به هنگام چرخش موتور مگنت، بدون تماس فیزیکی، مگنت پروانه را میچرخاند. در نتیجهی بکارگیری انتقال نیروی مغناطیسی اتصالات فلزی حذف شده و ساییدگی وجود ندارد. در نتیجه نیازی به روغنکاری نیست و از آنجایی که شافت وارد محفظهی سیال نمیشود، محفظهی سیال نیز آببندی بوده و نشتی ندارد. در صنایعی که نشتی خط قرمز آنهاست، از جمله صنایع شیمیایی، غذایی و دارویی، از این مدل پمپها استفاده میشود. با صنایع دارویی و غذایی باز هم کار خواهیم داشت. این صنایع حساس که با جان و سلامت انسانها کار دارند از موتورهای پیشران اختراع تجهیزات بدون روغن هستند.
پمپهای دیافراگمی
در پمپهای دیافراگمی جایگزین پیستون یا شافت فلزی، دیافراگمی لاستیکی یا پلیمری جلو و عقب میشود. این مکانیسم از دیافراگم، عضلهی تنفسی انسان که زیر ریهها قرار گرفته، الگوبرداری شده است. با حرکت دیافراگم سیال به داخل کشیده شده و طرف دیگر خلا ایجاد میشود. با تخلیهی سیال فشار سمت دیگر افزایش یافته و فرایند به چرخش ادامه میدهد. در اینجا هم عدم تماس قطعات فلزی با سیال نیاز به روغنکاری را حذف کرده و اصطلاحا خشک کار میکنند. در این پمپها قطعات فلزی پشت پردهای حاجب، یعنی پشت دیافراگم قرار دارند و کار خود را انجام میدهند. پمپهای دیافراگمی برای مصارفی که با سیالات حساس یا خورنده کار میکنند ایدهآل بوده و در آزمایشگاه، صنایع غذایی، بیمارستانی و پمپاژ مواد شیمیایی خطرناک محبوبند.
گیربوکسهای خشک
در ماشینهای دقیقی چون رباتها و تجهیزات پزشکی حضور روغن دردسرساز است و نشت آن موجب آلودگی است. همچنین حضور روغن حجم و وزن سیستم را افزایش میدهد. در گیربوکس خشک به جای حمام روغن از دو روش جایگزین استفاده میشود: در روش اول از گریسهای مخصوصی استفاده میشود که تا مدت زیادی نیازی به سرویس ندارد، ولی این روش تنها جایگزینی سیالی به نام روغن با سیالی به نام گریس است. در روش دوم از چرخ دندههای پلیمری یا کامپوزیتی استفاده میشود. بکارگیری پلیمرها در صنایع مکانیکی استفادهی بهینه از موادی است که متهم اول آلودگی اقیانوسها شمرده میشوند. چرخدندههای پلیمری اصطکاکا پایینی داشته و بدون روغن هم نرم کار میکنند.
انواع کمپرسور اویل فری
کمپرسورهای بدون روغن در سیستمهای سرمایشی
در سیستمهای سرمایشی قدیمی، یعنی یخچال، کولر و چیلرها، همیشه از کمپرسور روغنی یا اویل اینجکت استفاده میشد. روغن در اینجا هم وظیفهی کاهش اصطکاک، خنککنندگی و افزایش عمر قطعات را بر عهده داشت. اما این مسئله خالی از اشکال هم نبود و ورود کوچکترین مقدار روغن به داخل مدار برودتی راندمان سیستم را به شدت کم میکرد. نسل جدید کمپرسورها با در نظر داشتن این مسئله ساخته شده و نیازی به روغن ندارد.
کمپرسور خطی
در طراحی متفاوت کمپرسور خطی، پیستونی با حرکتی خطی و کنترل شده کار میکند و نیازی به روغن برای روانکاری آن نیست، زیرا در آن اصطکاک معنا ندارد.
کمپرسور اسکرول
دو مارپیچ آبی و قرمز در هم تنیده و در دل یکدیگر قرار دارند و میچرخند.
کمپرسورهای اسکرول عموما قابلیت کار بدون روغن را دارد. این کمپرسورهای کمتر شناخته شده را با تغییراتی مانند ساخت صفحات اسکرول از مواد کماصطکاک و فاصلهگذاری و هندسهای که تماس را به حداقل رسانده به صورت کمپرسور اویل فری یا بدون روغن تولید میکنند. کمپرسور اسکرول اویل فری در یخچالهای صنعتی، چیلرهای کوچک، دستگاههای پزشکی و تجهیزات آزمایشگاهی کاربرد زیادی دارد. توجه داشته باشیم که ورود روغن به مدار برودت به معنای تخریب کندانسور، تضعیف انتقال حرارت، افزایش مصرف برق و کاهش ظرفیت حقیقی دستگاه است.
کمپرسور اسکرو اویل فری
کمپرسور هوا وظیفهی فشردهسازی هوای محیط را برای مصارف خاص دارد. در میان مثالهای گفته شده کمپرسورهای هوا معروفترین و پرکاربردترین ماشین در صنایع هستند. این کمپرسورها در مدلهای روغنی برای کارخانههای متعددی هوای فشرده تولید میکنند و ابزار بادی را راه می اندازند. گاهی هم هوای فشرده به طور مستقیم به روی محصول نهایی پاشیده میشود. اینجاست که هیچکس علاقه ندارد محصول نهاییش آلوده به روغن شود.
روتور معمولی کمپرسور اسکرو
مثلا اگر از چکش بادی استفاده میکنید، احتمال آن زیاد است که چکش اصطلاحا روغنخور باشد، یعنی به روغن موجود در هوای فشردهی کمپرسور برای روغنکاری وابسته باشد. پس چنین وسیلهای اصلا از هوای خشک و تمیز بدون روغن استقبال نخواهد کرد. اما اگر هوای فشرده پیستوله بادی شما را راه بیندازد تا رنگ به روی خودرو بپاشید، حضور روغن اثر نهایی را به آثار ونگوگ شبیهتر خواهد کرد تا خودرویی با رنگ یکنواخت!
پس برای چنین مصارفی و همچنین مصارف حساسی همچون پزشکی، دارویی، صنایع غذایی و الکترونیک، اختراع کمپرسور هوای بدون روغن اجتناب ناپذیر بود.
در کمپرسور اسکرو اویل فری مهندسان با معضل بزرگی در غیاب روغن روبرو بودند. روغن نه فقط خنککننده، روانکار و پاککنندهی ذرات و برادهی فلزات بود، بلکه فیلم نازکی از روغن بر روی روتورهای اسکرو شکل میگرفت و اجازهی هدررفت هوای فشرده به صورت جریان برگشتی را نمیداد.
پس راهحل مهندسان برای طراحی کمپرسور اویل فری سه گانه بود: نخست تعویض متریال است، روتورهای کمپرسور اسکرو را با روکش تفلون و سرامیک و ذرات گرافیت میپوشانند تا ترس از سایش و اصطکاک فراموش شود. سپس لقی و کلیرانس را به شدت کاهش میدهند؛ داخل کمپرسور فاصلهی میان قطعات کاهش یافته، اما دقیقتر هم میشود تا هرگونه تماس ناخواسته ناممکن شود و هوا هم فرار نکند. در نهایت مسیر هوا و خنککاری را بازطراحی میکنند تا دستگاه در غیاب روغن داغ نکند.
روتور اویل فری کمپرسور اسکرو
در طول قرنها و هزارهها، مهندسان یا راهی یافته اند یا راهی ساخته اند. این راهیابی به سوی پاسخ و راهحل خالی از خطر هم نبوده است. تمرکز ویژه و بیش از اندازه گاهی باعث فراموشی و غفلت از مسائل مهمتر میشود. این مشکلی که حل میکنیم، چرا باید حل شود؟ این راهحلی که توصیه میکنیم، چه عواقبی خواهد داشت؟ پیشرفت و رشد بدون در نظر گرفتن جوانب و پایداری رفاه و سلامت بشر نباید هدف قرار گیرد، شاید در طول تاریخ مدرن بیش از آنچه شایسته است «رشد» را مقصد قرار دادیم.
