وبلاگ
ASTM D2983 آزمون ویسکوزیته روغن گیربکس، دنده و هیدرولیک دمای پایین
در بسیاری از کاربردهای صنعتی، عملکرد صحیح روان کننده ها در دماهای پایین به اندازه عملکرد آنها در شرایط عادی اهمیت دارد. وقتی دما کاهش پیدا میکند، ویسکوزیته نیز تغییر میکند و همین موضوع میتواند مستقیما بر روانکاری، جریانپذیری و در نهایت عملکرد تجهیزات تاثیر بگذارد. استاندارد ASTM D2983 یکی از روشهای مرجع برای بررسی ویسکوزیته در دمای پایین در موادی مانند روغنهای گیربکس اتوماتیک، سیالات هیدرولیک و انواع روان کننده ها است. این آزمون با استفاده از ویسکومتر چرخشی انجام میشود و امکان ارزیابی رفتار سیال را در شرایط سخت دمایی فراهم میکند. این استاندارد به ویژه برای صنایعی اهمیت دارد که تجهیزات آنها در محیطهای سرد یا در شروع به کار در دمای پایین فعالیت میکنند. در چنین شرایطی، اگر ویسکوزیته بیش از حد بالا باشد، سیال به درستی جریان پیدا نمیکند و همین مسئله میتواند به افت عملکرد یا حتی آسیب به قطعات منجر شود. در این مقاله به بررسی انجام تست ویسکوزیته دما پایین روانکارها با دستگاه ویسکومتر چرخشی برند آنتون پار اتریش می پردازیم
این استاندارد چه روغن هایی را بررسی میکند؟
روش آزمون ASTM D2983 برای تعیین مناسب بودن سیالاتی مانند روغن های گیربکس اتوماتیک، روغنهای دنده، سیالات هیدرولیک و سایر روانکارها در دمای محیطی پایین طراحی شده است. این استاندارد محدوده ویسکوزیتهای در بازه 300 میلی پاسکال ثانیه تا 900,000 میلی پاسکال ثانیه را پوشش میدهد و چهار روش اجرایی مختلف با نامهای A، B، C و D را شامل میشود که هر کدام شرایط اجرایی خاص خود را دارند و از نظر نوع ویسکومتر، شرایط سرمایش، نوع spindle و مشخصات لوله نمونه با هم تفاوت دارند. در میان آنها، روش D یک روش کاملا اتوماتیک است که تنها با یک پیکربندی دستگاه انجام میشود و برای کاربردهای مدرن صنعتی، گزینهای بسیار کارآمد به شمار میآید.
چرا اندازهگیری ویسکوزیته روانکارها در دمای پایین مهم است؟
ویسکوزیته روان کننده ها نقش بسیار مهمی در عملکرد صحیح تجهیزات مکانیکی در دماهای پایین، مانند 40- درجه سانتیگراد یا 20- درجه سانتیگراد دارد. در چنین شرایطی، روانکار باید همچنان جریانپذیر باقی بماند تا بتواند وظیفه اصلی خود یعنی ایجاد لایه روانکاری مناسب را انجام دهد. اگر ویسکوزیته در دمای پایین بیش از حد بالا باشد، سیال دیگر بهخوبی حرکت نمیکند و این موضوع میتواند باعث مشکلاتی مانند اختلال در جریان روانکار، کاهش کارایی، افزایش سایش قطعات و بروز خرابی در اجزای حساس مکانیکی شود. به همین دلیل، اندازهگیری ویسکوزیته باید در حداقل دمایی که روغن هنوز قابل استفاده است انجام شود تا اطمینان حاصل شود که روانکاری قطعات حیاتی بهدرستی انجام میگیرد. اهمیت این موضوع در استاندارد SAE J306 نیز مورد توجه قرار گرفته است. بر اساس این استاندارد، ویسکوزیته بالاتر از 150,000 میلی پاسکال ثانیه میتواند با مشکلات جریان و خرابی یاتاقان پینیون همراه باشد. بنابراین، تعیین دقیق ویسکوزیته در دمای پایین میتواند اطلاعات مهمی درباره قابلیت عملکرد روانکار در شرایط سرد ارائه دهد.
دستگاه مناسب برای این روش ها کدامند؟
برای انجام این آزمون، از دستگاه ویسکومتر چرخشی استفاده میشود. بسته به روش آزمون، مشخصات دستگاه متفاوت است:
- برای A، B و C: ویسکومتر باید دارای بازه گشتاور بین 0.0670 میلی نیوتن متر تا 0.0680 میلی نیوتن متر باشد.
- برای D: نیاز به یک ویسکومتر چرخشی با بازه گشتاور 0.0670 میلی نیوتن متر تا 0.1800 میلی نیوتن متر وجود دارد.
Viscometer spindle for ASTM D2983
سرعتهای موردنیاز برای اندازهگیری:
ویسکومتر باید حداقل سرعتهای زیر را در اختیار داشته باشد:
- 0.6 rpm
- 1.5 rpm
- 3.0 rpm
- 6.0 rpm
- 12.0 rpm
- 30.0 rpm
- 60.0 rpm
- 120 rpm ( برای روش A تا C مطلوب و برای روش D الزامی است)
کنترل دما دراین تست چگونه است؟
کنترل دما در این استاندارد اهمیت بسیار زیادی دارد، چون نتیجه نهایی کاملا به شرایط حرارتی نمونه وابسته است. در روش A نمونه با حمام هوا تا دمای آزمون سرد میشود. در روش B از حمام مایع مکانیکی سردشونده و قابل برنامه ریزی استفاده میشود. در روش C ، نمونه در حمام مایع مکانیکی سردشونده با دمای ثابت قرار میگیرد و با کمک سل شبیه سازی شده دما SimAir سرد میشود. در روش D هم از محفظه ترموالکتریک کنترل دما با بازه 45- تا 90+ درجه سانتیگراد استفاده میشود. این تفاوتها کمک میکنند شرایط واقعی تری برای بررسی رفتار سیال در سرما ایجاد شود.
سیستم مناسب اندازه گیری برای این تست
اسپیندل (Viscometer spindle)
اسپیندل یکی دیگر از اجزای مهم سیستم اندازهگیری است. در هر چهار روش A، B، C و D از اسپیندل ویسکومتر استوانهای با هندسه یکسان استفاده میشود، اما ساختار اسپیندل متناسب با روش آزمون تغییر میکند. برای روش A، اسپیندل فولادی بدون عایق استفاده میشود. در روش C، استفاده از یک اسپیندل کامپوزیتی با رسانندگی حرارتی کمتر الزامی است. در روش D نیز از اسپیندلی استفاده میشود که قسمت بالایی آن دارای عایق است. این تفاوت در طراحی اسپیندلها با شرایط خاص هر روش و نحوه کنترل حرارت در طول آزمون مرتبط است.
Test tubes
- نوع لوله آزمون و حجم نمونه نیز در چهار روش این استاندارد یکسان نیست.
- در روشهای A و B از لوله آزمون استانداردی با قطر داخلی حدود 25 میلی متر و طول 115 میلی متر استفاده میشود. حجم نمونه موردنیاز در این دو روش 30 میلی لیتر است.
- در روش C، SimAir Stator با قطر داخلی 15 میلیمتر مورد استفاده قرار میگیرد و حجم نمونه به 15 میلیلیتر میرسد.
- در روش D، لوله آزمون دارای قطر خارجی حدود 25 میلی متر و طول 150 میلی متر است و برای انجام آزمون به 20 میلی لیتر نمونه نیاز دارد.
- این تفاوتها نشان میدهد که در طراحی یک سیستم آزمون مطابق ASTM D2983، علاوه بر خود ویسکومتر، باید اجزای جانبی و حجم نمونه موردنیاز نیز بر اساس روش انتخابی در نظر گرفته شوند.
ویسکوزیته در این آزمون با چه واحدی گزارش میشود؟
طبق این استاندارد، ویسکوزیته دینامیکی باید با واحد میلی پاسکالثانیه (mPa·s) گزارش شود.
استانداردهای دیگر مریوط به تست ویسکوزیته روانکارها در دمای پایین
علاوه بر ASTM D2983 ، چند استاندارد مهم دیگر نیز برای بررسی رفتار ویسکوزیته روانکارها در دماهای پایین وجود دارند، ازجمله:
- ASTM D8210 : روش آزمون خودکار برای تعیین ویسکوزیته در دمای پایین در سیالات گیربکس اتوماتیک، سیالات هیدرولیک و روانکارها با استفاده از ویسکومتر چرخشی
- DIN 51398 : روش اندازهگیری ویسکوزیته ظاهری روغن روان کننده در دمای پایین با ویسکومتر Brookfield به روش حمام مایع
- ASTM D5133 : روش آزمون وابستگی ویسکوزیته/دما در روغنهای روانکاری با shear rate پایین و در دمای پایین، با استفاده از تکنیک اسکن دمایی
- ASTM D7110 : روش آزمون برای تعیین رابطه ویسکوزیته و دما در روغنهای موتور مصرفشده و دوده دار در دماهای پایین
تفاوت ASTM D2983 و ASTM D8210 چیست؟
استاندارد ASTM D8210 یک روش آزمون معادل با روش D در ASTM D2983 را توصیف میکند. در ASTM D8210، این روش با عنوان Option A – Standard Thermal Conditioning شناخته میشود. در این روش، فرآیند آزمون با پیشگرم کردن نمونه تا 50 درجه سانتیگراد آغاز میشود. سپس نمونه تا دمای اتاق سرد شده و بعد تا دمای آزمون سرد میشود. این مرحله بر اساس قانون سرمایش نیوتن انجام میگیرد. پس از رسیدن نمونه به شرایط موردنظر، نمونه برای مدت مشخصی، حدود 14 ساعت، در دمای آزمون نگه داشته میشود و سپس ویسکوزیته در چند سرعت مختلف اندازهگیری میشود.
ASTM D8210 علاوه بر روش آمادهسازی حرارتی استاندارد، یک روش خودکار با مرحله آمادهسازی حرارتی کوتاهشده نیز ارائه میکند که با عنوان Option B – Abbreviated Thermal Conditioning شناخته میشود. تفاوت اصلی این روش با آمادهسازی حرارتی استاندارد، در مدت زمان نگهداری نمونه در دمای آزمون است. در روش استاندارد، نمونه حدود 14 ساعت در دمای آزمون نگه داشته میشود؛ اما در روش کوتاهشده، این زمان به حدود 4 ساعت کاهش پیدا میکند. کاهش زمان آمادهسازی حرارتی باعث کوتاهتر شدن فرآیند آزمون میشود، اما میتواند بر نتیجه اندازهگیری نیز اثرگذار باشد. در اصل، کوتاه شدن زمان آمادهسازی حرارتی میتواند باعث بهدست آمدن مقدار ویسکوزیته پایینتر نسبت به مقدار اندازهگیریشده با روش استاندارد شود.
جمع بندی
ASTM D2983 یک استاندارد بسیار مهم برای بررسی رفتار روانکارها در دمای پایین است و به تولیدکنندگان، آزمایشگاهها و فعالان صنعت کمک میکند مطمئن شوند سیال در شرایط سرد همچنان عملکرد مناسبی دارد. این آزمون در انتخاب روانکار مناسب، جلوگیری از مشکلات جریان، کاهش خرابی تجهیزات و بهبود کنترل کیفیت نقش مهمی دارد. با استفاده از دستگاه ویسکومتر چرخشی به راحتی میتوان روغن روانکار را طبق این استاندارد بررسی کرد و نتایجی دقیق و قابل اعتماد به دست آورد.