บทที่ 3: น้ำมันไฮดรอลิกที่ผลิตจากปิโตรเลียม

นอกเหนือจากการส่งผ่านพลังงานแล้ว น้ำมันที่ผลิตจากปิโตรเลียมยังมีหน้าที่สำคัญอีกประการหนึ่ง คือ การหล่อลื่น ทั้งสองหน้าที่นี้ — คือ การส่งผ่านพลังงานและการหล่อลื่น — ล้วนได้รับผลกระทบอย่างมากจากความหนืด ซึ่งทำให้ความหนืดเป็นคุณสมบัติที่สำคัญที่สุดประการเดียวของน้ำมันไฮดรอลิก

การหล่อลื่น

การหล่อลื่นคือกระบวนการลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิวสองชิ้นที่สัมผัสกันและเคลื่อนที่สัมพันธ์กัน

การหล่อลื่นเป็นหน้าที่สำคัญประการหนึ่งของน้ำมันไฮดรอลิก หากไม่มีการหล่อลื่น แรงเสียดทานระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่จะก่อให้เกิดการสึกหรอมากเกินไปและสร้างความร้อน

แรงเสียดทาน

แรงเสียดทานคือแรงที่ต้านการเคลื่อนที่ แม้พื้นผิวที่ดูเรียบก็ยังมีลักษณะขรุขระในระดับจุลภาค เมื่อพื้นผิวสองชิ้นถูกถูไถ่กัน ยอดนูนขนาดจุลภาคจะสัมผัสกัน บิดเบี้ยว ประสานเข้าด้วยกันชั่วคราว จากนั้นแยกออกจากกัน — การแยกตัวนี้เองคือแรงเสียดทาน พื้นผิวที่ขรุขระยิ่งมาก แรงที่จำเป็นในการเลื่อนไถ่ก็ยิ่งสูงขึ้น และเกิดแรงเสียดทานมากขึ้นตามไปด้วย

รูปที่ 3-1 แรงเสียดทานเกิดขึ้นเมื่อยอดนูนขนาดจุลภาคบนพื้นผิวสองชิ้นสัมผัสกัน ประสานเข้าด้วยกันชั่วคราว แล้วแยกออกจากกันขณะที่พื้นผิวเลื่อนไถ่

ฟิล์มน้ำมัน

หากมีฟิล์มน้ำมันอยู่ระหว่างพื้นผิวโลหะสองชิ้น การสัมผัสโดยตรงระหว่างโลหะกับโลหะจะถูกกำจัดออกไป พื้นผิวทั้งสองจึงเลื่อนไถ่บนฟิล์มน้ำมันแทนที่จะเลื่อนไถ่บนพื้นผิวกันโดยตรง ซึ่งทำให้แรงเสียดทานลดลงอย่างมาก

ของเหลวชนิดใดก็ตามสามารถสร้างฟิล์มน้ำมันได้ แต่บางชนิดมีประสิทธิภาพดีกว่าชนิดอื่น ตัวอย่างเช่น น้ำเคยถูกใช้เป็นของเหลวไฮดรอลิกตัวแรก แต่ฟิล์มที่น้ำสร้างขึ้นมีความแข็งแรงต่ำและขาดได้ง่าย ในทางกลับกัน น้ำมันไฮดรอลิกที่ผลิตจากปิโตรเลียมสามารถสร้างฟิล์มที่แข็งแรงกว่าและทนทานต่อการขาดมากกว่า

ความหล่อลื่น

ความสามารถในการหล่อลื่น (Lubricity) คือความสามารถของของเหลวในการสร้างฟิล์มที่ยากต่อการขาด มันขึ้นอยู่กับ:

1. ความหนาของฟิล์มธรรมชาติของของเหลว
2. ความสามารถของของเหลวในการยึดเกาะ (ยึดติด) กับพื้นผิวโลหะ

น้ำมันไฮดรอลิกจากปิโตรเลียมมีคุณสมบัติหล่อลื่นที่ยอดเยี่ยม ถ้าเทลงบนแผ่นเหล็ก จะเห็นฟิล์มน้ำมันที่หนาและกว้างคลุมพื้นผิวอย่างชัดเจนและคงอยู่ได้นาน แต่ถ้าเทน้ำลงบนแผ่นเหล็กเดียวกัน ฟิล์มที่เกิดขึ้นจะบางและแตกหักได้ง่ายมาก สำหรับปรอท เมื่อเทลงบนแผ่นเหล็กจะรวมตัวเป็นหยดน้ำทรงกลม — ปรอทแทบไม่มีการยึดเกาะกับเหล็กเลย จึงมีคุณสมบัติหล่อลื่นที่แย่มาก

รูปที่ 3-2 การเปรียบเทียบคุณสมบัติหล่อลื่น คุณสมบัติหล่อลื่นที่ดีต้องมีทั้งฟิล์มที่หนาตามธรรมชาติและมีแรงยึดเกาะกับพื้นผิวโลหะอย่างแข็งแรง น้ำมันจึงเหนือกว่าในทั้งสองด้าน

ความหนืดของน้ำมันไฮดรอลิกที่เหมาะสมต้องสร้างสมดุลระหว่างสองความต้องการ คือ น้ำมันต้องมีความหนืดเพียงพอที่จะสร้างฟิล์มที่ดี แต่ก็ยังต้องมีความไหลลื่นเพียงพอที่จะเคลื่อนที่ได้อย่างอิสระ สมดุลนี้จะได้รับการวิเคราะห์ต่อไป

ผลกระทบของความหนืดต่อระบบ

น้ำมันมีหน้าที่สำคัญสองประการในระบบไฮดรอลิก:

3. เป็นตัวกลางในการถ่ายทอดพลังงาน (บทที่ 2)
4. เป็นสารหล่อลื่นสำหรับชิ้นส่วนภายในที่เคลื่อนที่

ทั้งสองฟังก์ชันนี้ — และผลกระทบสุดท้ายต่อระบบ — ล้วนได้รับอิทธิพลอย่างมากจากความหนืด ขอเริ่มต้นด้วยการนิยามความหนืด จากนั้นจึงพิจารณาผลกระทบของมันต่อการเกิดความร้อน การหล่อลื่น การหล่อลื่นแบบไดนามิก การไหลผ่านช่องว่าง (clearance flow) และอื่นๆ

โมเลกุลของของเหลว

เช่นเดียวกับของเหลวทั้งหมด น้ำมันไฮดรอลิกจากปิโตรเลียมประกอบด้วยโมเลกุลที่ดึงดูดกัน แรงดึงดูดระหว่างโมเลกุลในของเหลวนั้นมีความแข็งแรงมากกว่าในก๊าซ แต่กลับอ่อนแอกว่าในของแข็ง (ซึ่งโมเลกุลถูกตรึงอยู่ในตำแหน่งคงที่) เนื่องจากโมเลกุลของของเหลวสามารถเลื่อนผ่านกันได้ ของเหลวจึงสามารถไหลอย่างต่อเนื่อง

ความแน่น

ความหนืดคือสมบัติหนึ่งที่ต้านการไหลของโมเลกุลของของเหลวผ่านกัน — ซึ่งเป็นรูปแบบหนึ่งของแรงเสียดทานภายใน ของเหลวที่มีความหนืดสูง (เช่น น้ำผึ้งหรือน้ำเชื่อม) จะไหลช้าและมีความต้านทานสูงมาก ในขณะที่ของเหลวที่มีความหนืดต่ำ (เช่น น้ำหรือน้ำมันปรุงอาหาร) จะไหลได้อย่างง่ายดาย

ผลกระทบของอุณหภูมิต่อความหนืด

ดังที่กล่าวมาข้างต้น ของเหลวประกอบด้วยโมเลกุลที่เคลื่อนที่อยู่ตลอดเวลาและมีแรงดึงดูดระหว่างกัน เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่ช้า แรงดึงดูดระหว่างพวกมันจะแข็งแรงขึ้น และความต้านทานต่อการไหลก็จะสูงขึ้น — ความหนืดจึงสูง เมื่อโมเลกุลเคลื่อนที่เร็ว (เมื่อถูกให้ความร้อน) แรงดึงดูดจะอ่อนแอลง และความหนืดจะลดลง

น้ำเชื่อมเมเปิ้ลเย็นจากตู้เย็นมีความหนืดสูงมาก — มันไหลออกช้าและต้องใช้แรงมาก แต่เมื่อทำให้ร้อนบนเตา โมเลกุลจะเคลื่อนที่เร็วขึ้น แรงดึงดูดอ่อนแอลง ความหนืดลดลง และมันก็ไหลผ่านกรวยแยกของเหลวได้อย่างง่ายดาย

วินาทียูนิเวอร์แซลเซย์โบลต์ (SUS/SSU)

วิธีหนึ่งในการวัดความหนืดของน้ำมันคือการใช้หน่วยวินาทียูนิเวอร์แซลเซย์โบลต์ (SUS หรือที่เรียกกันอีกชื่อว่า SSU) หน่วยในระบบ SI คือเซนติสโตกส์ (cSt) หน่วยวินาทียูนิเวอร์แซลเซย์โบลต์ตั้งชื่อตามจอร์จ เซย์โบลต์ ผู้เสนอเครื่องวัดความหนืดแบบเซย์โบลต์ต่อบูโรแห่งมาตรฐานสหรัฐอเมริกาในปี ค.ศ. 1919

วิธีการ: เทของเหลวลงในภาชนะแล้วให้ความร้อนจนถึงอุณหภูมิที่ต้องการทดสอบ จากนั้นดึงปลั๊กที่ก้นภาชนะออกพร้อมเริ่มนับเวลาด้วยนาฬิกาจับเวลาในขณะเดียวกัน หยุดนาฬิกาจับเวลาเมื่อของเหลวไหลลงสู่ขวดรับได้ครบปริมาตร 60 มล. เวลาที่ผ่านไป (เป็นวินาที) คือค่าความหนืดแบบ SUS ที่อุณหภูมินั้น

ตัวอย่าง: หากน้ำมันที่ให้ความร้อนถึง 100°F (37.7°C) ใช้เวลา 143 วินาทีในการไหลออก ความหนืดของน้ำมันนั้นคือ 143 SUS @ 100°F (37.7°C) หากน้ำมันชนิดเดียวกันที่ให้ความร้อนถึง 130°F (54.4°C) ใช้เวลา 82 วินาทีในการไหลออก ความหนืด = 82 SUS (17.7 cSt) @ 130°F (54.4°C) ความหนืดขึ้นอยู่กับอุณหภูมิเสมอ ดังนั้นจึงจำเป็นต้องระบุทั้งค่าความหนืดและอุณหภูมิควบคู่กันเสมอ ค่า "150 SUS (32 cSt)" ที่ไม่ระบุอุณหภูมิเป็นเพียงรูปแบบย่อสำหรับ 150 SUS (32 cSt) @ 100°F (37.7°C)

รูปที่ 3-5 เครื่องวัดความหนืดแบบเซย์บอลต์ (Saybolt viscometer) น้ำมันจะถูกให้ความร้อนถึงอุณหภูมิที่กำหนดไว้ จากนั้นจับเวลาการไหลของน้ำมันที่ไหลลงสู่ขวดรับจนครบ 60 มล. โดยเวลาที่วัดได้ (เป็นวินาที) เท่ากับค่าความหนืดแบบ SUS

ผลของความดันต่อความหนืด

ความหนืดยังเปลี่ยนแปลงตามความดันของระบบ อีกด้วย เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ความหนืดก็จะเพิ่มขึ้นตามไปด้วย (แสดงไว้โดยเส้นโค้งในรูป) การเพิ่มความดันจาก 0 ถึง 3,000 psi (207 บาร์) อาจทำให้ความหนืดของน้ำมันไฮดรอลิกอุตสาหกรรมทั่วไปเพิ่มขึ้นประมาณ 40%

รูปที่ 3-6 ความหนืดเพิ่มขึ้นตามความดัน ที่ความดัน 3,000 psi (207 บาร์) ความหนืดอาจสูงกว่าความหนืดที่ความดันบรรยากาศถึง 40%

ผลกระทบของความหนืดต่อการเกิดความร้อน

ความหนืดมีผลโดยตรงต่อการเกิดความร้อน น้ำมันที่มีความหนืดสูง (เช่น 500 SUS / 107.9 cSt) จะสร้างแรงต้านการไหลภายในมากกว่าน้ำมันที่มีความหนืดต่ำ (เช่น 150 SUS / 32 cSt) จึงก่อให้เกิดความร้อนในระบบมากขึ้น

ในระบบไฮดรอลิกส่วนใหญ่ ช่วงความหนืดในการทำงานอยู่ที่ 150–250 SUS (32–53.9 cSt) ที่อุณหภูมิ 100°F (37.7°C)

ผลกระทบของความหนืดต่อการหล่อลื่น

ความหนืดคือความต้านทานต่อการไหล จึงอาจดูเหมือนเป็นคุณสมบัติที่ไม่พึงประสงค์ แต่ความหนืดมีผลอย่างมากต่อการหล่อลื่น เนื่องจากมีความสำคัญยิ่งต่อการสร้างฟิล์มน้ำมันที่ดี ความหนืดสูงหมายถึงฟิล์มน้ำมันที่หนาและแข็งแรงกว่า อย่างไรก็ตาม น้ำมันยังจำเป็นต้องไหลได้อย่างอิสระด้วย ดังนั้น ความหนืดที่เหมาะสมจึงต้องสามารถตอบสนองทั้งสองความต้องการนี้ได้อย่างสมดุล

รูปที่ 3-7 แสดงความหนาของฟิล์มน้ำมันซึ่งแปรผันตามความหนืด ความหนืดสูงให้ฟิล์มน้ำมันที่หนากว่า แต่เพิ่มความต้านทานต่อการไหล ในขณะที่ความหนืดต่ำทำให้น้ำมันไหลได้ง่าย แต่ฟิล์มน้ำมันบางอาจขาดหายไปภายใต้ภาระ

ผลกระทบของความหนืดต่อการหล่อลื่นแบบพลศาสตร์ (ไฮโดรไดนามิก)

ความสามารถในการสร้างฟิล์มน้ำมันที่มั่นคงเป็นคุณสมบัติสำคัญหนึ่งของน้ำมันไฮดรอลิกจากปิโตรเลียม เราเรียกความสามารถนี้ว่า คุณสมบัติการหล่อลื่น (lubricity) อาจดูเหมือนชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงจะหล่อลื่นได้ยาก เพราะความเร็วอาจทำให้ฟิล์มน้ำมันถูกขัดออก — แต่ในความเป็นจริง ความหนืดของของเหลวมักจะป้องกันปรากฏการณ์นี้ไว้ได้

เมื่อบล็อกโลหะนิ่งวางอยู่บนพื้นผิวโลหะที่เคลือบด้วยน้ำมัน และมีแรงมากระทำผลักมัน ขอบด้านหน้าของบล็อกจะถูกยกขึ้นเล็กน้อย น้ำมันต้านการถูกบีบออก (เนื่องจากความหนืด) จึงเกิดเป็นฟิล์มน้ำมันรูปสามเหลี่ยม (oil wedge) ใต้บล็อก ฟิล์มน้ำมันรูปสามเหลี่ยมนี้ทำหน้าที่รองรับบล็อกขณะเคลื่อนที่ — เหมือนเรือลอยอยู่บนผิวน้ำ ตราบใดที่แรงดันที่กระทำต่อบล็อกที่กำลังเคลื่อนที่ยังคงอยู่ภายในช่วงค่าหนึ่ง ฟิล์มน้ำมันรูปสามเหลี่ยมก็จะป้องกันไม่ให้พื้นผิวทั้งสองสัมผัสกันโดยตรง นี่คือหลักการหล่อลื่นแบบไดนามิก (หรือแบบไฮโดรไดนามิก)

ของเหลวที่มีความหนืดต่ำ เช่น น้ำ จะถูกบีบออกจากพื้นผิวได้ง่ายภายใต้สภาวะความเร็วต่ำและโหลดสูง — ฟิล์มน้ำมันรูปสามเหลี่ยมจึงไม่สามารถก่อตัวขึ้นอย่างสมบูรณ์ และฟิล์มก็ขาดได้ง่าย

เมื่อชิ้นส่วนของระบบอยู่ในการเคลื่อนที่ กระบวนการไฮโดรไดนามิกจะให้การหล่อลื่นที่ดี แต่ในช่วงเริ่มต้นการทำงาน (start-up) หรือเมื่อแรงดันที่ขับเคลื่อนชิ้นส่วนมีค่ามากเกินไป ความสามารถของน้ำมันในการก่อตัวเป็นฟิล์มที่แข็งแรง (lubricity) จะมีความสำคัญอย่างยิ่ง

รูปที่ 3-8 การหล่อลื่นแบบไฮโดรไดนามิก ขณะที่บล็อกเคลื่อนที่ จะเกิดฟิล์มน้ำมันรูปสามเหลี่ยม (oil wedge) ซึ่งทำหน้าที่รับน้ำหนักและป้องกันไม่ให้พื้นผิวสัมผัสกันโดยตรงระหว่างโลหะกับโลหะ

ผลของความดันต่อความหนืด

ความหนืดยังส่งผลต่อประสิทธิภาพในการปิดผนึกช่องว่างที่แคบระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่ด้วยน้ำมันอีกด้วย ชิ้นส่วนไฮดรอลิกหลายชนิด (เช่น ปั๊ม มอเตอร์ และวาล์ว) พึ่งพาการปิดผนึกแบบโลหะกับโลหะ — กล่าวคือ ไม่มีซีลยางอยู่ระหว่าง เช่น ลูกสูบกับกระบอกสูบในปั๊มลูกสูบ แต่มีเพียงฟิล์มน้ำมันบางๆ เท่านั้นที่อยู่ในช่องว่างระหว่างชิ้นส่วน

ช่องว่างระหว่างชิ้นส่วนเหล่านี้ทำหน้าที่คล้ายรูรับน้ำแบบคงที่ (fixed orifices) ซึ่งควบคุมการไหลรั่วเล็กน้อยอย่างต่อเนื่อง การรั่วไหลนี้มีบทบาททั้งในการหล่อลื่นและการปิดผนึก หากมีการรั่วไหลน้อยเกินไป จะส่งผลให้การหล่อลื่นไม่เพียงพอ; แต่หากมีการรั่วไหลมากเกินไป ก็จะทำให้ระบบสูญเสียการไหล ประสิทธิภาพลดลง และเกิดความร้อนที่ไม่จำเป็น

เพื่อการปิดผนึกที่ดีที่สุด ช่องว่างควรเล็กที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ — แต่ไม่เล็กจนน้ำมันไม่สามารถหล่อลื่นได้ และไม่ใหญ่จนเกิดการรั่วไหลมากเกินไป ช่องว่างที่เหมาะสมจะสร้างสมดุลระหว่างการปิดผนึกและการหล่อลื่น

เมื่อความหนืดของน้ำมันต่ำเกินไป (น้ำมันบางเกินไป) การรั่วไหลผ่านช่องว่างจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ส่งผลให้ปริมาณการไหลที่ไปถึงแอคทูเอเตอร์ลดลงและก่อให้เกิดความร้อนโดยไม่จำเป็น แต่หากความหนืดสูงเกินไป ฟิล์มยังคงก่อตัวขึ้นได้ แต่ความต้านทานการไหลจะเพิ่มขึ้นและประสิทธิภาพของระบบจะลดลง

รูปที่ 3-9 ผลกระทบของความหนืดต่ำต่อการรั่วไหลภายใน เมื่อน้ำมันบาง การรั่วไหลผ่านช่องว่างระหว่างโลหะกับโลหะจะเพิ่มขึ้น ทำให้ปริมาณการไหลที่ไปถึงแอคทูเอเตอร์ลดลง

ดัชนีความหนืด

ความหนืดของน้ำมันไฮดรอลิกเป็นพารามิเตอร์สำคัญในระบบไฮดรอลิก อย่างไรก็ตาม ความหนืดเปลี่ยนแปลงตามอุณหภูมิ ดังนั้น หากระบบไม่สามารถรักษาอุณหภูมิในการทำงานให้คงที่ได้ ความหนืดของน้ำมันจึงต้องคงความเสถียรค่อนข้างสูงในช่วงอุณหภูมิการใช้งานทั้งหมด

ดัชนีความหนืด (Viscosity Index: VI) ใช้อธิบายว่าความหนืดเปลี่ยนแปลงไปมากน้อยเพียงใดเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง โดยความสัมพันธ์นี้ใช้แผนภูมิความหนืด-อุณหภูมิมาตรฐานของ ASTM (American Society for Testing and Materials): เมื่อนำค่าความหนืดของน้ำมันที่อุณหภูมิสองระดับมาพล็อตลงบนแผนภูมินี้ จะได้เส้นตรงหนึ่งเส้น จากนั้นสามารถอ่านค่าความหนืดที่อุณหภูมิอื่นใดๆ ได้จากเส้นตรงนั้น (วิธีนี้ใช้ได้กับน้ำมันพื้นฐานที่ไม่มีสารเติมแต่งทางเคมีเท่านั้น; สารเติมแต่งอาจส่งผลต่อความสัมพันธ์ตามธรรมชาติระหว่างความหนืดกับอุณหภูมิ)

หากนำกราฟความหนืดของน้ำมันสองชนิดมาพล็อตไว้บนแผนภูมิเดียวกัน เส้นที่อยู่ในแนวราบมากกว่าจะเป็นน้ำมันที่มีดัชนีความหนืดสูงกว่า ตัวอย่างเช่น:

• น้ำมัน A: 153 SUS (33 cSt) ที่อุณหภูมิ 100°F (37.7°C) และ 44 SUS (9.5 cSt) ที่อุณหภูมิ 210°F (98.9°C)
• น้ำมัน B: 165 SUS (35.6 cSt) ที่อุณหภูมิ 100°F (37.7°C) และ 42 SUS (9.1 cSt) ที่อุณหภูมิ 210°F (98.9°C)

น้ำมัน A มีเส้นกราฟที่เรียบกว่า — กล่าวคือ ความหนืดของมันเปลี่ยนแปลงน้อยกว่าเมื่ออุณหภูมิเปลี่ยนแปลง — ดังนั้น น้ำมัน A จึงมีดัชนีความหนืดสูงกว่า

เมื่อแนวคิดดัชนีความหนืด (VI) ถูกแนะนำครั้งแรก ช่วงค่าจะอยู่ระหว่าง 0 (ต่ำสุด หรือไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิมากที่สุด) ถึง 100 (สูงสุด หรือไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิน้อยที่สุด) วิธีการกลั่นสมัยใหม่สามารถผลิตน้ำมันที่มีค่า VI สูงกว่า 100 ได้ สำหรับระบบไฮดรอลิกสมัยใหม่ มักกำหนดให้มีค่า VI ≥ 90 อย่างไรก็ตาม ในระบบที่ทำงานที่อุณหภูมิค่อนข้างคงที่ ค่า VI จะมีความสำคัญน้อยลง

รูปที่ 3-10 แผนภูมิความสัมพันธ์ระหว่างความหนืดกับอุณหภูมิของ ASTM ยิ่งเส้นกราฟมีลักษณะแนวนอนมากเท่าใด ดัชนีความหนืด (VI) ก็ยิ่งสูงขึ้นเท่านั้น — หมายความว่าน้ำมันมีความไวต่อการเปลี่ยนแปลงอุณหภูมิน้อยลง

ช่วงอุณหภูมิในการใช้งานน้ำมันไฮดรอลิก

น้ำมันไฮดรอลิกจากปิโตรเลียมเป็นสารหล่อลื่นที่ดีสำหรับระบบไฮดรอลิก แต่มีช่วงความหนืดเฉพาะที่ทำให้มันทำงานได้ดีที่สุด หากความหนืดของน้ำมันต่ำเกินไป ฟิล์มน้ำมันจะบางเกินไป (เช่น น้ำ) และทำให้ชิ้นส่วนเกิดการสึกหรอ หากความหนืดสูงเกินไป น้ำมันจะไหลเข้าสู่แบริ่งไม่เพียงพอ ส่งผลให้ชิ้นส่วนขาดน้ำมันหล่อลื่น

ชิ้นส่วนแบบหมุน — ปั๊มไฮดรอลิกและมอเตอร์ไฮดรอลิก — โดยเฉพาะอย่างยิ่งต้องการการหล่อลื่นแบริ่งที่ดี ผู้ผลิตปั๊มจะระบุช่วงความหนืดที่เหมาะสมสำหรับผลิตภัณฑ์ของตน หากชิ้นส่วนเหล่านี้ได้รับการหล่อลื่นอย่างเหมาะสม ชิ้นส่วนอื่นๆ ทั้งหมดในระบบก็จะได้รับการหล่อลื่นอย่างเพียงพอเช่นกัน

เมื่อรู้ช่วงความหนืดที่ต้องการแล้ว ช่วงอุณหภูมิในการทำงานของระบบจะเป็นตัวกำหนดว่าควรเลือกใช้น้ำมันไฮดรอลิกชนิดใดเป็นพิเศษ ตัวอย่างเช่น หากระบบต้องการความหนืดในช่วง 70–250 SUS (15–54 cSt) และอุณหภูมิในการทำงานอยู่ที่ 80–140°F (26.7–60°C) ให้เลือกใช้น้ำมัน Y หากช่วงอุณหภูมิอยู่ที่ 110–170°F (43.3–76.7°C) ให้เลือกใช้น้ำมัน Z

แม้แต่ในสภาพแวดล้อมเชิงอุตสาหกรรม อุณหภูมิอาจลดลงต่ำมาก เพื่อให้มั่นใจว่าปั๊มสามารถดูดน้ำมันได้ตามปกติในขณะเริ่มต้นการทำงาน ผู้ผลิตปั๊มจะระบุค่าความหนืดสูงสุดที่ยอมรับได้ในขณะเริ่มต้นการทำงาน: โดยทั่วไปคือ 1,000 SUS (216 cSt) สำหรับปั๊มแบบลูกสูบ และ 7,500 SUS (1,618 cSt) สำหรับปั๊มแบบใบพัดและปั๊มแบบฟันเฟือง

รูปที่ 3-11 การเลือกระดับความหนืดของน้ำมันตามอุณหภูมิในการทำงาน แถบสีเทาแสดงช่วงความหนืดที่ใช้งานได้ ให้เลือกน้ำมันที่แถบความหนืดของน้ำมันนั้นครอบคลุมช่วงอุณหภูมิในการทำงานของคุณ

จุดเท่า

แผนภูมิความหนืดตามมาตรฐาน ASTM ไม่แสดงจุดไหลหยด (pour point) ที่อุณหภูมิต่ำมาก น้ำมันปิโตรเลียมจะหยุดไหลโดยสิ้นเชิง — ผลึกพาราฟินที่มีลักษณะเป็นขี้ผึ้งจะตกตะกอนออกจากน้ำมันและขัดขวางการไหล จุดไหลหยดคืออุณหภูมิต่ำสุดที่น้ำมันไฮดรอลิกยังสามารถไหลได้ ซึ่งวัดภายใต้เงื่อนไขในห้องปฏิบัติการตามมาตรฐาน ASTM

ในระบบที่ใช้งานจริง หากความต้องการสูงสุดด้านความหนืดขณะเริ่มต้นระบบเป็นไปตามเกณฑ์ ปกติแล้วไม่จำเป็นต้องตรวจสอบจุดไหลหยดแยกต่างหาก อย่างไรก็ตาม หากระบบอาจทำงานที่อุณหภูมิต่ำสุดขั้ว จุดไหลหยดของน้ำมันต้องต่ำกว่าอุณหภูมิต่ำสุดที่คาดว่าจะเกิดขึ้นในการทำงานอย่างน้อย 20°F

ข้อมูลจุดไหลหยดสำหรับน้ำมันแต่ละชนิดสามารถพบได้ในแผ่นข้อมูลผลิตภัณฑ์ (product data sheet) ของน้ำมันนั้น

ปัญหาที่เกิดกับน้ำมันและสารเติมแต่ง

เมื่อระบบไฮดรอลิกทำงานต่อเนื่องทุกวัน น้ำมันปิโตรเลียมจะถูกใช้งานภายใต้สภาวะที่รุนแรง ซึ่งอาจก่อให้เกิดปัญหาหลายประการที่ส่งผลกระทบตัวน้ำมันเองและระบบโดยรวม ได้แก่ การหล่อลื่นภายใต้ความดันสูง การออกซิเดชันของน้ำมัน การปนเปื้อนด้วยน้ำ การดูดอากาศเข้าไป และการปนเปื้อนด้วยอนุภาคแข็ง สารเติมแต่งทางเคมีที่ผสมอยู่ในน้ำมันสามารถช่วยแก้ไขปัญหาเหล่านี้ได้หลายประการ

การหล่อลื่นภายใต้ความดันสูง

น้ำมันไฮดรอลิกปิโตรเลียมคุณภาพดีไม่จำเป็นต้องเป็นสารหล่อลื่นที่ดีเสมอไปเมื่อใช้งานภายใต้ความดันสูง เมื่อความดันเพิ่มขึ้น ฟิล์มน้ำมัน (oil wedge) ที่อยู่ระหว่างชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่จะถูกทำลายได้ง่ายขึ้น และฟิล์มยึดเกาะ (lubricity) จึงมีความสำคัญอย่างยิ่ง สารเติมแต่งทางเคมีสามารถช่วยปรับปรุงประสิทธิภาพการหล่อลื่นภายใต้ความดันสูง หรือการหล่อลื่นแบบขอบเขต (boundary lubrication)

สารเพิ่มประสิทธิภาพป้องกันการสึกหรอ (AW) และสารลดการสึกหรอ (WR)

มีสารต้านการสึกหรอสามประเภท:

5. สารเพิ่มความลื่น/ความหล่อลื่น (WR) — โมเลกุลที่ยืนตั้งฉากบนพื้นผิวโลหะเหมือนเส้นใยพรม สร้างฟิล์มเคมีขึ้น เมื่อฟิล์มน้ำมันแตกตัว ฟิล์มเคมีนี้จะรับน้ำหนักไว้ อย่างไรก็ตาม ฟิล์มนี้มีความแข็งแรงไม่มากนัก และแตกตัวได้ง่ายภายใต้แรงดันสูง
6. สารลดการสึกหรอ (WR) — จับยึดกับพื้นผิวโลหะด้วยพันธะเคมี สร้างฟิล์มป้องกันขึ้น เมื่อชิ้นส่วนที่เคลื่อนที่สัมผัสกันเป็นระยะสั้น สารเหล่านี้จะเกิดความร้อนเล็กน้อย ทำให้พื้นผิวที่สัมผัสกันเรียบเนียนขึ้น และลดแรงเสียดทาน
7. สารเพิ่มประสิทธิภาพภายใต้สภาวะแรงดันสุดขีด (EP) — ภายใต้แรงดันสัมผัสสูง หากพื้นผิวโลหะร้อนจนเกิดการเชื่อมติดกัน สาร EP จะทำปฏิกิริยากับพื้นผิวโลหะเพื่อป้องกันไม่ให้เกิดการเชื่อมติดกัน สารเหล่านี้จึงเป็นทางออกสำหรับสถานการณ์ที่สารต้านการสึกหรอแบบทั่วไป (AW) ไม่สามารถทำงานได้

ทั้งสามประเภทนี้ไม่สามารถใช้ร่วมกันในน้ำมันชนิดเดียวกันได้ เนื่องจากแต่ละประเภททำหน้าที่ต่างกัน สารเพิ่มคุณสมบัติความลื่น/WR (Wear-Reducing) ใช้สำหรับระบบที่มีแรงดันต่ำ (ต่ำกว่า 1,000 psi / 68.97 บาร์) สารเพิ่มคุณสมบัติแบบ EP (Extreme Pressure) ใช้เป็นหลักสำหรับระบบที่มีแรงดันสูงกว่า 3,000 psi (207 บาร์) หรือสำหรับน้ำมันหล่อลื่นเกียร์และเครื่องจักรกล ขณะที่สารเพิ่มคุณสมบัติแบบ AW (Anti-Wear) ใช้สำหรับช่วงแรงดันปานกลาง (1,000–3,000 psi / 68.97–207 บาร์)

การตรวจสอบการหล่อลื่นภายใต้แรงดันสูง

ในการตรวจสอบว่าน้ำมันมีสารเพิ่มคุณสมบัติแบบต้านการสึกหรอ (AW) หรือไม่ ให้พิจารณาจากชื่อน้ำมัน หรือปรึกษาแผ่นข้อมูลจำเพาะของผู้จัดจำหน่าย เช่น "Hamony 48 AW" (Gulf Oil Co.) — ตัวย่อ "AW" หมายถึง ต้านการสึกหรอ; "Sunvis 816 WR" (Sun Oil Co.) — ตัวย่อ "WR" หมายถึง ลดการสึกหรอ

ผู้ผลิตน้ำมันกลั่นหลายรายไม่ระบุเนื้อหาสารต้านการสึกหรอไว้ในชื่อผลิตภัณฑ์ ดังนั้นสำหรับน้ำมันเฉพาะเจาะจง ควรปรึกษาแผ่นข้อมูลจำเพาะเสมอ หากระบบประสบปัญหาการสึกหรอมากเกินไป และน้ำมันที่ใช้ไม่มีสารเพิ่มคุณสมบัติแบบ AW การเปลี่ยนมาใช้น้ำมันชนิด AW อาจช่วยแก้ปัญหาได้ — แต่ก่อนดำเนินการ ต้องยืนยันก่อนว่าการสึกหรอดังกล่าวไม่ได้เกิดจากน้ำมันปนเปื้อน

การออกซิเดชันของน้ำมัน

การออกซิเดชันคือปฏิกิริยาเคมีของวัสดุกับออกซิเจน — ซึ่งเป็นกระบวนการที่พบได้ทั่วไป เมื่อคุณกัดแอปเปิลแล้วเนื้อภายในเปลี่ยนเป็นสีน้ำตาล นั่นคือการเกิดออกซิเดชัน ตัวอย่างอื่นคือ ปีกประตูรถยนต์ที่ถูกขีดข่วนจนผิวโลหะเปิดออกสู่อากาศ จะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนและเกิดสนิม ส่วนใหญ่ของโลก รวมถึงน้ำมัน ก็เกิดการออกซิเดชันในลักษณะนี้

การออกซิเดชันของน้ำมันในระบบไฮดรอลิกเกิดขึ้นหลักๆ ที่สองตำแหน่ง คือ ถังเก็บน้ำมัน (reservoir) และทางออกของปั๊ม (pump outlet) ทั้งสองตำแหน่งนี้มีการสัมผัสระหว่างน้ำมันกับออกซิเจน แต่กลไกการเกิดออกซิเดชันนั้นแตกต่างกันในแต่ละตำแหน่ง

การออกซิเดชันในถังเก็บน้ำมัน (reservoir)

ในถังเก็บน้ำมัน ผิวหน้าอิสระของน้ำมันจะทำปฏิกิริยากับออกซิเจนในอากาศ ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากปฏิกิริยานี้ประกอบด้วยกรดอ่อนๆ และสารคล้ายสบู่ สารกรดเหล่านี้ก่อให้เกิดการกัดกร่อนพื้นผิวของชิ้นส่วน และสร้างจุดคราบสีเข้ม ขณะที่สารคล้ายสบู่จะเคลือบพื้นผิวของชิ้นส่วน จนอาจอุดตันรูเปิดขนาดเล็กในช่องตรวจวัดความดันและช่องหล่อลื่น

ความร้อนเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำมัน ทุกๆ การเพิ่มขึ้น 18–20°F (10–11°C) เหนืออุณหภูมิเฉลี่ยของถังเก็บน้ำมัน (130°F / 54.4°C) จะทำให้อัตราการเกิดออกซิเดชันเพิ่มขึ้นเป็นสองเท่าโดยประมาณ อนุภาคเหล็ก ทองแดง และหยดน้ำที่ปนอยู่ในน้ำมันยังเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันอีกด้วย

การเกิดออกซิเดชันที่ทางออกของปั๊ม

จุดที่สองที่น้ำมันเกิดออกซิเดชันคือที่ทางออกของปั๊ม หากท่อนำเข้ามีการรั่วซึมอากาศ หรือหากน้ำมันที่ไหลกลับมาทำให้ของเหลวในถังเก็บน้ำมันปั่นป่วนจนทำให้ทางเข้าของปั๊มดูดเอาฟองอากาศเข้าไป ฟองอากาศเหล่านั้นจะถูกส่งไปยังทางออกของปั๊มแรงดันสูง จากนั้นจึงระเบิดแตกสลายอย่างรุนแรงภายใต้แรงดันสูง กระบวนการนี้ก่อให้เกิดความร้อนสูงมากในบริเวณท้องถิ่น ผลการคำนวณแสดงว่า เมื่อฟองอากาศถูกบีบอัดจากความดันใกล้ศูนย์ไปเป็น 3,000 psi (207 bar) อุณหภูมิอาจสูงถึง 2,100°F (1,149°C) ที่อุณหภูมินี้ น้ำมันจะติดไฟและก่อให้เกิดคราบสะสมที่มีลักษณะคล้ายเรซิน พร้อมทั้งมีกลิ่นไหม้ฉุน

หากเกิดผลิตภัณฑ์จากการออกซิเดชันที่ทางออกของปั๊ม เรซินจะละลายลงในน้ำมัน เมื่อเรซินสัมผัสกับพื้นผิวร้อน (เช่น โรเตอร์ของปั๊ม หรือส่วนควบคุมวาล์วปล่อยแรงดัน เป็นต้น) จะเกิดการตกตะกอนออกจากน้ำมันในรูปของคราบวาร์นิชบนพื้นผิวดังกล่าว ทำให้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวติดขัดและล็อกตัว

เรซินในน้ำมันยังรวมตัวกับฝุ่นและอนุภาคต่าง ๆ เพื่อสร้างสิ่งสกปรกแบบโคลน (sludge) ซึ่งอุดตันรูเปิดขนาดเล็กในวาล์วและตัวกรอง รวมทั้งขัดขวางการถ่ายเทความร้อนผ่านผนังถังเก็บน้ำมัน การระเบิดของฟองอากาศที่ทางออกของปั๊มเป็นสาเหตุหลักหนึ่งที่ทำให้น้ำมันเกิดการออกซิเดชันอย่างรวดเร็ว

รูปที่ 3-14 การระเบิดของฟองอากาศที่ทางออกของปั๊ม เมื่อฟองอากาศถูกบีบอัดจากความดันต่ำไปสู่ความดันสูง อุณหภูมิบริเวณท้องถิ่นอาจสูงเกิน 2,000°F — สูงพอที่จะจุดติดน้ำมันและก่อให้เกิดคราบวาร์นิช

การตรวจสอบการเกิดออกซิเดชันของน้ำมัน

เปรียบเทียบตัวอย่างน้ำมันจากระบบ (ซึ่งอาจเกิดการออกซิเดชันแล้ว) กับตัวอย่างน้ำมันใหม่จากถัง ที่อุณหภูมิเดียวกัน น้ำมันใหม่จะรู้สึกเหนียวชัดเจนเมื่อถูระหว่างนิ้วหัวแม่มือกับนิ้วชี้ และยังคงค้างอยู่บนนิ้วมือ ในขณะที่น้ำมันที่เกิดการออกซิเดชันจะรู้สึกเหมือนน้ำ — ไหลลงอย่างรวดเร็วเหมือนน้ำ มีความเหนียวและยึดเกาะต่ำ

น้ำมันที่เกิดการออกซิเดชันจากการระเบิดของฟองอากาศยังมีกลิ่นฉุนและแสบจมูก หากตัวอย่างแสดงอาการของการออกซิเดชัน ให้ส่งไปวิเคราะห์ที่ห้องปฏิบัติการ หากไม่สามารถฟื้นฟูคุณภาพน้ำมันได้ ให้ล้างระบบออกทั้งหมดแล้วเติมน้ำมันใหม่

น้ำในน้ำมันไฮดรอลิก

น้ำมันไฮดรอลิกทุกชนิดมีความชื้นบางส่วนอยู่เสมอ ในปริมาณเล็กน้อย ความชื้นจะแยกตัวเป็นหยดน้ำขนาดเล็กมากและถูกน้ำมันพานำไปด้วย น้ำกับน้ำมันไม่สามารถผสมกันได้ (ยกเว้นน้ำมันที่ละลายน้ำได้) แต่หากมีน้ำในปริมาณมาก น้ำจะแยกตัวและตกตะกอนลงสู่ก้นถังเก็บ

หากน้ำมันมีกรดและเรซินที่เกิดจากการออกซิเดชันอยู่แล้ว สิ่งเหล่านี้จะเร่งกระบวนการกักเก็บความชื้น

การตรวจสอบการปนเปื้อนของน้ำ

การเปรียบเทียบตัวอย่างที่สงสัยกับตัวอย่างน้ำมันใหม่เป็นการตรวจสอบพื้นฐาน ให้ใส่น้ำมันใหม่ลงในขวดแก้วแล้วยกขึ้นส่องแสง — น้ำมันจะมีความใสและมีฟองเล็กน้อย หากตัวอย่างมีน้ำปนอยู่ 0.5% จะดูขุ่นหรือพร่ามัว ถ้ามีน้ำ 1% จะดูขุ่นขาวคล้ายนม

อีกวิธีหนึ่งคือ การให้ความร้อนกับตัวอย่างที่ขุ่นขาวหรือพร่ามัว — หากตัวอย่างใสขึ้นหลังจากผ่านไปสักระยะ แสดงว่ามีน้ำปนอยู่อย่างน่าจะเป็น ถ้าน้ำมันมีน้ำปนอยู่มาก น้ำส่วนใหญ่จะแยกตัวออกและตกตะกอนลงที่ก้นขวดในที่สุด; การแยกด้วยแรงเหวี่ยงสามารถเร่งกระบวนการนี้ได้หากเวลาเป็นสิ่งสำคัญ

หากน้ำมันมีน้ำปนอยู่เพียงเล็กน้อย (< 0.5%) และข้อกำหนดของระบบไม่เข้มงวดเป็นพิเศษ อาจไม่จำเป็นต้องเปลี่ยนน้ำมันทันที น้ำในน้ำมันเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันและลดสมบัติในการหล่อลื่น ตัวน้ำเองจะระเหยออกไปในที่สุด แต่ผลิตภัณฑ์จากการออกซิเดชันที่เกิดขึ้นจะยังคงค้างอยู่และก่อให้เกิดความเสียหายต่อเนื่อง หากน้ำมันอยู่ในภาวะชายขอบ ควรส่งตัวอย่างไปยังห้องปฏิบัติการ

รูปที่ 3-16 การตรวจสอบน้ำด้วยตาเปล่า ปริมาณน้ำในน้ำมันสามารถประเมินคร่าว ๆ ได้จากความขุ่นของตัวอย่างเมื่อนำมาส่องแสง

การกัดกร่อนและสนิม

จากมุมมองของระบบไฮดรอลิก ภาวะการกัดกร่อนคือปฏิกิริยาเคมีที่ทำลายพื้นผิวของชิ้นส่วนซึ่งเกิดจากกรดที่เกิดขึ้นระหว่างกระบวนการออกซิเดชันของน้ำมัน ส่วนสนิมคือปฏิกิริยาออกซิเดชันของพื้นผิวที่ทำจากเหล็กซึ่งเกิดจากน้ำที่ปนอยู่ในน้ำมัน

การกัดกร่อนทำให้โลหะละลายและถูกชะล้างออกไป — ส่งผลให้ขนาดและน้ำหนักของชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำลดลง ขณะที่สนิมจะเพิ่มมวลสารบนพื้นผิวเหล็ก — ทำให้ขนาดและน้ำหนักของพื้นผิวนั้นเพิ่มขึ้น เมื่อชิ้นส่วนที่ต้องการความแม่นยำเปลี่ยนแปลงขนาด ประสิทธิภาพและการทำงานของชิ้นส่วนนั้นจะได้รับผลกระทบ ทั้งการกัดกร่อนและสนิมจึงไม่สามารถยอมรับได้ในระบบไฮดรอลิก

สารยับยั้งสนิมและออกซิเดชัน (R&O)

แม้แต่น้ำในน้ำมันเพียงปริมาณเล็กน้อยก็อาจก่อให้เกิดสนิมบนพื้นผิวชิ้นส่วนที่ทำจากเหล็ก ภายใต้สภาวะธรรมชาติ น้ำมันเพียงอย่างเดียวไม่สามารถให้การป้องกันการกัดกร่อนได้เพียงพอ และแทบเป็นไปไม่ได้เลยที่จะป้องกันไม่ให้น้ำเข้าสู่ระบบไฮดรอลิกทั้งหมด — ดังนั้น น้ำมันไฮดรอลิกส่วนใหญ่จึงมีสารยับยั้งสนิม ซึ่งทำหน้าที่สร้างฟิล์มป้องกันเชิงเคมีบนพื้นผิวโลหะ

การปฏิสัมพันธ์ระหว่างอากาศกับน้ำมันในถังเก็บยังก่อให้เกิดผลิตภัณฑ์จากการออกซิเดชัน ซึ่งในที่สุดจะทำลายพื้นผิวโลหะและเร่งกระบวนการออกซิเดชันของน้ำมันต่อไป ดังนั้นจึงมีการเติมสารยับยั้งการออกซิเดชันเพิ่มเข้าไป — สารเคมีเหล่านี้จะขัดขวางปฏิกิริยาลูกโซ่ของการออกซิเดชัน

การออกซิเดชันที่เกิดจากอุณหภูมิสูงจากการระเบิดของฟองที่ทางออกของปั๊มไม่สามารถป้องกันได้ด้วยสารเคมีเพียงอย่างเดียว แต่สามารถควบคุมได้เฉพาะโดยการกำจัดอากาศออกจากกระแสไหลที่ทางเข้าของปั๊มเท่านั้น สารเติมแต่งประเภท R&O (Resistance to Oxidation) เป็นชุดสารเติมแต่งพื้นฐานในน้ำมันไฮดรอลิกอุตสาหกรรมส่วนใหญ่ น้ำมันที่มีสารเติมแต่งเหล่านี้มักเรียกกันว่า "น้ำมัน R&O" น้ำมัน R&O แบบใส (โปร่งใส) คุณภาพพรีเมียมเป็นน้ำมันที่มีคุณภาพสูงสุด ส่วนน้ำมันเทอร์ไบน์เกรดต่ำกว่านั้นอาจยังเหมาะสมสำหรับการใช้งานไฮดรอลิกหลายประเภท และมักระบุฉลากว่า "น้ำมัน R&O คุณภาพต่ำกว่าเทอร์ไบน์"

โฟมและการปนของอากาศ

น้ำมันที่ไหลกลับเข้าสู่ถังเก็บควรปล่อยอากาศที่ปนอยู่ในระบบออกให้หมด สำหรับบางระบบนั้น อาจมีการรั่วของอากาศเข้าทางด้านดูดอย่างรุนแรง และเมื่อน้ำมันที่ไหลกลับกระทบผิวน้ำมันในถังเก็บ จะก่อให้เกิดฟองขึ้น — ซึ่งในที่สุดจะทำให้อากาศที่ปนอยู่ถูกดูดกลับเข้าไปยังปั๊ม ส่งผลให้ระบบไม่เสถียร เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน ก่อให้เกิดเสียงรบกวน และอาจทำให้น้ำมันล้นออกจากถังเก็บจนก่อให้เกิดอันตรายต่อสิ่งแวดล้อม

วิธีแก้ไขที่ดีที่สุดคือการซ่อมแซมจุดรั่วและออกแบบวงจรการไหลกลับใหม่ เช่น การติดตั้งแผ่นกั้นภายในถังเก็บ (reservoir baffle) หรือใช้ท่อส่งกลับขนาดใหญ่ขึ้นเพื่อลดความเร็วของน้ำมันที่ไหลเข้าสู่ถังเก็บ อย่างไรก็ตาม เนื่องจากเหตุผลด้านเศรษฐกิจ ความเป็นไปได้ในการปฏิบัติงาน หรือวัตถุประสงค์ในการฝึกอบรม อาจเลือกใช้สารเติมแต่งทางเคมีแทนได้

สารต้านการเกิดฟอง

สารยับยั้งการเกิดฟองช่วยป้องกันไม่ให้น้ำมันเกิดฟอง สารบางชนิดทำงานโดยรวมฟองเล็กๆ เข้าด้วยกันเป็นฟองใหญ่ที่ลอยขึ้นสู่ผิวหน้าแล้วแตกอีกครั้ง ขณะที่สารอีกประเภทหนึ่งทำงานโดยรบกวนการปล่อยอากาศออก ซึ่งช่วยลดปริมาณฟองโดยรวม แต่กลับเพิ่มจำนวนฟองเล็กจิ๋วในระบบ เมื่อเลือกสารยับยั้งการเกิดฟอง ควรเลือกชนิดที่ช่วยให้อากาศสามารถระบายออกได้ — ไม่ใช่ชนิดที่กักเก็บอากาศไว้มากขึ้น

การตรวจสอบการเกิดฟอง

ตรวจสอบการเกิดฟองของน้ำมันโดยการเก็บตัวอย่างจากถังเก็บน้ำมัน การตรวจด้วยตาเปล่าจะช่วยให้คุณทราบได้อย่างรวดเร็วว่าน้ำมันมีอากาศปนอยู่หรือไม่ ควรเก็บตัวอย่างให้ใกล้ทางเข้าของปั๊มมากที่สุด เพื่อให้ตัวอย่างที่ได้สะท้อนสภาพน้ำมันที่ไหลเข้าสู่ระบบจริงๆ

อาการอื่นๆ ที่บ่งชี้ว่ามีอากาศปนอยู่ในระบบ: เสียงแหลมและไม่สม่ำเสมอจากปั๊ม; ปั๊มอาจส่งเสียงเคาะดังเป็นระยะๆ เหมือนมีคนยิงปืนอยู่ภายใน ทั้งยังอาจสังเกตเห็นการเคลื่อนที่ของกระบอกสูบผิดปกติ และการอ่านค่าบนมาตรวัดแรงดันไม่คงที่อีกด้วย

รูปที่ 3-18 อากาศในระบบไฮดรอลิก ฟองอากาศบนผิวหน้าของถังเก็บน้ำมันไฮดรอลิก (ด้านซ้าย) หรือเสียงดังผิดปกติจากปั๊ม (ด้านขวา) ต่างก็บ่งชี้ถึงปัญหาการรับอากาศเข้าสู่ระบบ

สิ่งสกปรกในน้ำมันไฮดรอลิก

ปัญหาที่ใหญ่ที่สุดของน้ำมันไฮดรอลิกขณะใช้งานคือ การปนเปื้อน สิ่งสกปรกอาจเป็นน้ำ อากาศ หรืออนุภาคแข็ง — โดยอนุภาคแข็งเป็นสิ่งสกปรกที่พบได้บ่อยที่สุดและก่อให้เกิดความเสียหายมากที่สุด

สิ่งสกปรกชนิดอนุภาคแข็งสามารถอุดตันรูเปิดของวาล์วควบคุม ทำให้ชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวติดขัด เร่งอัตราการสึกหรอ และเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันของน้ำมัน

สิ่งสกปรก หมายถึง สารใดๆ ก็ตามที่ไม่สามารถละลายในน้ำมันได้ สิ่งสกปรกสามารถเข้าสู่ระบบได้หลายวิธี ได้แก่ ระหว่างกระบวนการผลิต การประกอบ การจัดเก็บ และการขนส่งชิ้นส่วนของระบบ; จากสภาพแวดล้อมภายนอกผ่านซีลของก้านกระบอกสูบที่สึกหรอ หรือตัวระบายอากาศของถังเก็บน้ำมันที่เสียหาย; และจากภายในระบบเอง — ชิ้นส่วนภายในที่สึกหรอจะสร้างอนุภาคโลหะขึ้นอย่างต่อเนื่อง การปนเปื้อนจึงไม่เคยหยุดยั้ง

ไม่มีสารเคมีเสริมใดๆ ที่สามารถกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากน้ำมันหรือป้องกันไม่ให้สิ่งปนเปื้อนเข้าสู่น้ำมันได้ เป้าหมายของการออกแบบและบำรุงรักษาระบบที่ดีคือการป้องกันไม่ให้สิ่งปนเปื้อนเข้าสู่ระบบ ส่วนการกำจัดสิ่งปนเปื้อนออกจากน้ำมันนั้นเป็นหน้าที่ของตัวกรองและทีมงานด้านการบำรุงรักษา

ตรวจสอบการปนเปื้อน

ตาเปล่าไม่สามารถประเมินระดับสิ่งปนเปื้อนได้อย่างเชื่อถือได้ การสังเกตน้ำมันในขวดแก้วภายใต้แสงสว่างไม่ใช่วิธีตรวจสอบสิ่งปนเปื้อนที่แม่นยำ — เนื่องจากอนุภาคจำนวนมากที่เป็นอันตรายต่อระบบนิวเมติกหรือไฮดรอลิกมีขนาดเล็กเกินกว่าที่จะมองเห็นได้ด้วยตาเปล่า การประเมินสิ่งปนเปื้อนอย่างแม่นยำจำเป็นต้องอาศัยการวิเคราะห์ในห้องปฏิบัติการ

ตัวชี้วัดการอุดตันของตัวกรองในระบบเป็นอีกวิธีหนึ่งในการตรวจสอบสิ่งปนเปื้อน หากตัวกรองมีขนาดเหมาะสมกับระบบและตัวชี้วัดทำงานได้อย่างถูกต้อง: กรณีที่แสดงผลว่า "สะอาด" หมายความว่าน้ำมันมีความสะอาดเพียงพอสำหรับการใช้งานในระบบนั้น; กรณีที่แสดงผลว่า "ต้องบำรุงรักษา" หมายความว่าตัวกรองจำเป็นต้องได้รับการบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนใหม่; หากตัวชี้วัดแสดงว่ามีการไหลผ่าน (bypassed) แสดงว่าน้ำมันสกปรกมากและตัวกรองจำเป็นต้องได้รับการบริการทันที

รูปที่ 3-19 ตัวบ่งชี้เงื่อนไขของไส้กรอง "สะอาด" (ด้านบน): น้ำมันอยู่ในสภาพที่ยอมรับได้ "ต้องบำรุงรักษา" (ตรงกลาง): ต้องดำเนินการบำรุงรักษาหรือเปลี่ยนไส้กรอง "ไหลผ่านโดยไม่ผ่านไส้กรอง" (ด้านล่าง): น้ำมันสกปรกมาก — ต้องบำรุงรักษาทันที

การบำรุงรักษาน้ำมันไฮดรอลิก

ดังที่กล่าวมาแล้ว น้ำมันไฮดรอลิกมีหน้าที่หลายประการในระบบ และมีสารเติมแต่งต่าง ๆ เพื่อสนับสนุนหน้าที่เหล่านั้น จึงจำเป็นต้องให้ความสนใจเป็นพิเศษต่อน้ำมันไฮดรอลิกในระหว่างการเก็บรักษา การขนส่งไปยังถังเก็บน้ำมัน และตลอดระยะเวลาที่ระบบทำงาน

การเก็บรักษา

ในระหว่างการเก็บรักษา สิ่งสำคัญคือการรักษาคุณภาพน้ำมันให้อยู่ในสภาพดีที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ การปนเปื้อนของน้ำมันในถังเก็บไม่เพียงแต่สิ้นเปลืองเท่านั้น แต่ยังอาจส่งน้ำมันที่เสื่อมคุณภาพเข้าสู่ระบบ ซึ่งจะส่งผลต่อความน่าเชื่อถือของระบบด้วย

ควรเก็บถังน้ำมันในสถานที่ที่สะอาดและแห้ง สำหรับถังที่เก็บไว้ภายนอกอาคาร ควรวางถังนอนราบบนด้านข้างเพื่อป้องกันไม่ให้น้ำฝนหรือน้ำสะสมอยู่บนฝาถังและซึมผ่านรอยปิดผนึกของฝาถัง

การถ่ายโอนน้ำมันจากถังไปยังถังเก็บน้ำมัน

ก่อนเริ่มถ่ายน้ำมัน ให้ทำความสะอาดฝาถังน้ำมันก่อน จากนั้นเตรียมเครื่องมือและอุปกรณ์ที่จำเป็นทั้งหมด ได้แก่ ท่อยืดหยุ่น ปั๊มถ่ายน้ำมัน กระบอกกรอกน้ำมัน กรองสำหรับเติมน้ำมันลงในถังเก็บ และล้างมือให้สะอาด ตรวจสอบให้แน่ใจว่าชื่อแบรนด์และค่าความหนืดที่ระบุบนถังน้ำมันตรงกับสิ่งที่ต้องการใช้งาน น้ำมันไฮดรอลิกแต่ละชนิดไม่ได้มีสารเพิ่มประสิทธิภาพแบบเดียวกันทั้งหมด ดังนั้นจึงแนะนำให้หลีกเลี่ยงการผสมน้ำมันจากผู้จัดจำหน่ายต่างรายกัน เว้นแต่ผู้จัดจำหน่ายจะให้การรับรองอย่างชัดแจ้ง

เมื่อน้ำมันถูกเติมเข้าสู่ระบบแล้ว ให้ดำเนินการบำรุงรักษาและตรวจสอบตามช่วงเวลาที่กำหนดไว้ การบำรุงรักษาน้ำมันประกอบด้วย: การเติมน้ำมันให้ถึงระดับต่ำสุด (ใช้น้ำมันชนิดเดียวกัน หรือน้ำมันที่สามารถใช้ร่วมกับน้ำมันที่มีอยู่ในระบบได้), การจัดการกับการรั่วซึม และการเปลี่ยนไส้กรอง

การเปลี่ยนองค์ประกอบตัวกรองอย่างสม่ำเสมอนั้นมีประโยชน์มาก สารปนเปื้อนมีอันตรายอย่างยิ่งต่อน้ำมัน เนื่องจากทำหน้าที่เร่งปฏิกิริยาออกซิเดชัน โดยเฉพาะเมื่ออนุภาคของสารปนเปื้อนนั้นเป็นเหล็ก ตะกั่ว หรือทองแดง ตัวกรองสามารถกำจัดสารปนเปื้อนส่วนใหญ่ออกจากกระแสไหลได้ แต่ไม่สามารถขจัดสารปนเปื้อนออกจากระบบได้อย่างสมบูรณ์ — ตัวกรองทำหน้าที่เพียงรักษาคุณภาพของน้ำมันเท่านั้น หากตัวบ่งชี้ของตัวกรองแสดงสัญญาณเตือนแต่ไม่ได้รับการบำรุงรักษาทันที จะมีสารปนเปื้อนจำนวนมากที่ไม่ผ่านการกรองไหลผ่านไปยังส่วนปลาย (downstream) ส่งผลกระทบต่อชิ้นส่วนต่าง ๆ และสารปนเปื้อนที่ถูกกักไว้ในองค์ประกอบตัวกรองที่สกปรกจะยังคงค้างอยู่ในระบบ ทำให้ยังคงเร่งปฏิกิริยาออกซิเดชันต่อไป

ทำความสะอาดองค์ประกอบตัวกรองแบบตาข่าย

องค์ประกอบตัวกรองแบบตาข่ายสามารถทำความสะอาดและนำกลับมาใช้ใหม่ได้ ความสะอาดอย่างทั่วถึงขึ้นอยู่กับระดับความรอบคอบในการทำความสะอาด ไม่ใช่ขึ้นอยู่กับวิธีการทำความสะอาดเอง

วิธีทั่วไป: แช่ในตัวทำละลายที่สะอาดหรือน้ำสบู่ร้อน แล้วเป่าให้สะอาดด้วยอากาศอัด ใช้แปรงนุ่ม (แปรงทาสีใหม่) ช่วยทำความสะอาดตาข่ายได้ดี ห้ามใช้แปรงลวดหรือวัสดุที่มีฤทธิ์กัดกร่อนเด็ดขาด หลังจากทำความสะอาดแล้ว ให้ยกชิ้นส่วนขึ้นส่องแสงเพื่อตรวจสอบ — บริเวณที่มีสีเทาหรือดำแสดงว่าต้องทำความสะอาดเพิ่มเติม

การล้างด้วยคลื่นอัลตราโซนิกมีค่าใช้จ่ายสูงกว่าแต่สะดวกกว่า: วางชิ้นส่วนที่สกปรกลงในเครื่องล้างด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเป็นเวลาที่กำหนด จากนั้นนำออกมาก็จะสะอาดพร้อมใช้งานซ้ำได้ทันที ชิ้นส่วนตัวกรองที่มีค่าความละเอียด 40 ไมครอนหรือเล็กกว่านั้น ควรทำความสะอาดด้วยเครื่องล้างด้วยคลื่นอัลตราโซนิกเพื่อฟื้นฟูอายุการใช้งานได้อย่างมีประสิทธิภาพ

รูปที่ 3-20 การทำความสะอาดชิ้นส่วนตัวกรองแบบตาข่าย (ซ้าย) เครื่องล้างด้วยคลื่นอัลตราโซนิกสำหรับชิ้นส่วนที่มีความละเอียดสูง (ขวา) การยกชิ้นส่วนที่สะอาดขึ้นส่องแสงเพื่อตรวจสอบว่ายังมีบริเวณอุดตันเหลืออยู่หรือไม่