مقدمه: چرا کاهش دمای بیرینگ در روانکاری هوایی حیاتی است؟

در صنایع هوایی، یاتاقان‌های پرسرعت (High-speed bearings) در توربوشفت‌ها، APU و کمپرسورهای گازی تحت بار، سرعت و دمای بسیار بالا کار می‌کنند. دمای بیرینگ یکی از کلیدی‌ترین شاخص‌های سلامت است؛ افزایش مداوم آن نشانهٔ کاهش کیفیت روانکاری، اکسیداسیون گریس یا ورود آلودگی است. این مقاله یک کیس‌استادی واقعی از یک تست سل داخلی در همکاری با یک مجموعهٔ اوورهال توربوشفت داخل کشور را گزارش می‌کند که در آن با تغییر نوع گریس، ۱۲٪ کاهش دمای پایدار بیرینگ ثبت شد. هدف، نشان دادن نقش انتخاب گریس سنتزی مناسب در بهبود پایداری حرارتی، کاهش اصطکاک و افزایش قابلیت اطمینان است.

چالش اصلی در ایران، شرایط عملیاتی متغیر (از گرمای خشک یزد تا رطوبت بندرعباس)، حساسیت‌های زنجیره تأمین و هزینه‌های توقف تجهیز است. راه‌حل ما، ترکیب پایش وضعیت مبتنی بر دما و لرزش و انتخاب علمی گریس با تمرکز بر گرانروی عملیاتی و سازگاری شیمیایی بوده است.

نکات برجسته

• کاهش ۱۲٪ دمای پایدار بیرینگ با تغییر گریس، بدون تغییر در شرایط بار و سرعت.
• بهبود پایداری حرارتی و کنترل Bleed، در نتیجه افت کمتر گرانروی در دمای کاری.
• افزایش فاصلهٔ گریس‌کاری مجدد و کاهش مصرف گریس و توقفات برنامه‌ریزی‌نشده.
• رویکرد ارزیابی مبتنی بر دماسنجی تماسی، تصویربرداری مادون‌قرمز و تحلیل گشتاور.

پایش هوشمند دما سریع‌ترین راه برای تشخیص افت کیفیت روانکار در یاتاقان‌های پرسرعت است؛ هر ۱۰ درجه سانتی‌گراد کاهش دما، عمر گریس را به‌طور تقریبی دو برابر می‌کند.

انواع گریس‌های مقاوم در دما و فشار بالا: Synthetic، Ester و Moly-based

برای یاتاقان دما بالا در کاربردهای هوایی، سه خانواده گریس بیشتر مطرح‌اند. انتخاب صحیح، تابع سرعت (n·dm)، بار، دمای پایدار، سازگاری با آب‌بند و استانداردهای هوانوردی است.

1) گریس‌های سنتزی (Synthetic، عمدتاً PAO)

• مزیت‌ها: شاخص ویسکوزیته بالا، اکسیداسیون کمتر، تبخیر پایین و پایداری حرارتی مناسب. با غلیظ‌کننده‌های پلی‌یوریا یا لیتیوم کمپلکس، برای سرعت‌های بسیار بالا قابل‌اعتمادند.
• محدودیت: ممکن است در دماهای بسیار بالا نسبت به استرها Bleed بیشتری نشان دهند؛ کنترل افزودنی‌ها و غلیظ‌کننده اهمیت دارد.

2) گریس‌های با روغن پایه استری (Ester)

• مزیت‌ها: پایداری حرارتی عالی، فیلم روانکار مقاوم در دماهای بالا، سازگاری خوب با بسته‌های افزودنی ضدسایش (AW) و ضد اکسیداسیون. در بسیاری از الزامات هوایی ترجیح داده می‌شوند.
• محدودیت: حساسیت به رطوبت و امکان هیدرولیز در برخی فرمولاسیون‌ها؛ انتخاب برند معتبر و انبارش اصولی ضروری است.

3) گریس‌های Moly-based (حاوی MoS₂)

• مزیت‌ها: ضریب اصطکاک پایین در رژیم مرزی، تحمل بار نقطه‌ای عالی، مناسب برای حرکات نوسانی/کند.
• هشدار کاربردی: در بیرینگ‌های بسیار پرسرعت هوایی، افزودنی‌های جامد می‌توانند ریسک سایش ساینده یا افزایش حرارت را بالا ببرند؛ بنابراین اغلب سازندگان استفاده از آن‌ها را محدود می‌کنند. اما در یاتاقان‌های بارسنگین با سرعت پایین‌تر، گزینه‌ای مؤثر هستند.

انتخاب میان این خانواده‌ها باید با توجه به پایداری حرارتی، سازگاری با آب‌بند (FKM/PTFE)، الزامات استانداردی (مانند MIL-PRF-81322 و MIL-PRF-23827) و در نهایت شواهد میدانی انجام شود.

مکانیزم کاهش اصطکاک: نقش گرانروی، فیلم روانکار و ضریب اصطکاک

کاهش دمای بیرینگ نتیجه مستقیم کاهش اتلاف انرژی به‌صورت حرارت است. سه عامل اصلی این کاهش عبارت‌اند از:

1. گرانروی موثر در دمای کاری: گرانروی باید آن‌قدر بالا باشد که فیلم پایدار بسازد و آن‌قدر پایین که تلفات برشی زیاد نشود. انتخاب گرانروی پایه بر حسب دمای واقعی و سرعت (n·dm) انجام می‌شود، نه فقط بر اساس 40°C.
2. پایداری برشی و کنتر‌ل Bleed: غلیظ‌کننده مناسب (پلی‌یوریا/لیتیوم کمپلکس) فیلم را در دماهای بالا حفظ می‌کند و جلوی از دست‌رفتن بیش‌ازحد روغن پایه را می‌گیرد.
3. بسته افزودنی: AW/EP پایدار در دما بالا، اکسیداسیون را کنترل و اصطکاک مرزی را کاهش می‌دهد. در سرعت‌های بالا، افزودنی‌های جامد معمولاً اجتناب می‌شوند.

در این مطالعه، افت دمای ۱۲٪ با انتقال از یک گریس معدنی به یک گریس سنتزی-استری حاصل شد که در دمای عملیاتی، گرانروی موثرتری ارائه می‌داد و ضریب اصطکاک را در رژیم مختلط پایین‌تر نگه می‌داشت. نتیجه، کاهش گشتاور مقاوم، دمای پوسته کمتر و نویز حرارتی پایین‌تر بود.

طراحی مطالعه موردی: داده‌برداری، معیارها و روش ارزیابی نتایج

آزمون در یک تست‌سل توربوشفت با یاتاقان غلتشی پرسرعت انجام شد. شرایط بار و سرعت ثابت نگه داشته شد و تنها متغیر مستقل، نوع گریس بود.

روش اندازه‌گیری

• دما: ترموکوپل نوع K نصب‌شده روی هوزینگ و تصویربرداری IR برای نقشه حرارتی.
• گشتاور: برداشت از درایو با کالیبراسیون پیشینی؛ تبدیل به ضریب اصطکاک نسبی با لحاظ بار شعاعی.
• لرزش: سنسورهای شتاب‌سنج برای اطمینان از عدم ورود عیب مکانیکی.
• زمان پایدارسازی: 40 دقیقه برای رسیدن به دمای پایدار، سپس 20 دقیقه ثبت پیوسته.

معیارهای مقایسه

• دمای پایدار پوسته بیرینگ (میانگین 20 دقیقه پایانی).
• نویز دمایی (انحراف معیار دما در حالت پایدار).
• گشتاور مقاوم نسبی و تخمین ضریب اصطکاک در بار ثابت.
• Bleed ظاهری و وضعیت فیلم روانکار در بازدید پس از آزمون.

نتایج: با گریس قبلی (معدنی-لیتیوم کمپلکس) دمای پایدار 101.2°C اندازه‌گیری شد. پس از تعویض به گریس سنتزی استری با غلیظ‌کننده پلی‌یوریا و NLGI 2، دما به 89.8°C رسید؛ کاهش 11.9٪. نویز دمایی حدود 18٪ کمتر شد که نشان‌دهندهٔ پایداری فیلم و کنترل بهتر تبادل حرارتی است. گشتاور مقاوم نسبی نیز حدود 7–9٪ کاهش یافت.

جدول مقایسه‌ای گریس‌ها: قدیمی، پیشنهادی و بهینه

در جدول زیر سه فرمولاسیون مرجع نمایش داده شده‌اند. اعداد به‌صورت شاخص‌های مرجع صنعتی بوده و بسته به برند می‌توانند متفاوت باشند. هدف، نمایش روندهای فنی برای تصمیم‌سازی است.

توجه: گریس‌های Moly-based با ضریب اصطکاک مرزی پایین، برای بیرینگ‌های با حرکت نوسانی یا سرعت‌های پایین‌تر و بارهای نقطه‌ای مناسب‌اند. اما در این کیسِ پرسرعت، از آن‌ها استفاده نشد.

چک‌لیست انتخاب گریس برای یاتاقان‌های دما بالا (ویژه موتور هواپیما/توربوشفت)

• تعریف شرایط کاری: سرعت معادل (n·dm)، بار معادل، دمای پوسته/هوا و سیکل‌های راه‌اندازی/خاموشی.
• انتخاب گرانروی پایه برحسب دمای واقعی: ویسکوزیته در 100°C و 120°C را مبنا قرار دهید، نه فقط 40°C.
• پایداری حرارتی/اکسیداسیون: نتایج آزمون‌هایی مانند ASTM D3336 و D5483 را بررسی کنید.
• غلیظ‌کننده مناسب سرعت بالا: پلی‌یوریا یا لیتیوم کمپلکس با ساختار پایدار؛ از کلوخه‌شدن و افت مکانیکی جلوگیری می‌کند.
• بسته افزودنی: AW/EP با پایداری دمایی؛ برای سرعت‌های بسیار بالا از افزودنی‌های جامد اجتناب کنید مگر تأیید سازنده.
• سازگاری مواد: آب‌بندها (FKM/PTFE)، آلیاژ قفسه و گریس قبلی را از نظر سازگاری بررسی کنید؛ Flush و پاکسازی ضروری است.
• کنترل Bleed و تبخیر: نرخ Bleed باید با سرعت و دما متناسب باشد تا تغذیه فیلم حفظ شود.
• استانداردهای هوایی: پایبندی به MIL-PRF-81322، MIL-PRF-23827 یا مستندات سازنده تجهیز.
• پایش وضعیت: دما، گشتاور، لرزش و روند مصرف گریس را پس از تعویض ثبت کنید.
• پروتکل تغییر: پاک‌سازی، Purge کنترل‌شده، زمان‌بندی بازرسی و نمونه‌برداری از گریس مستعمل.

تحلیل نتایج: اثر واقعی بر دما، طول عمر و هزینه نگهداری

کاهش ۱۲٪ دمای پایدار بیرینگ به‌صورت عملی نتایج زیر را به‌دنبال داشت:

• افزایش عمر گریس: بر اساس قاعدهٔ تجربی «هر 10°C کاهش دما ≈ دو برابر عمر»، کاهش ~11°C می‌تواند عمر گریس را به‌طور معنی‌داری افزایش دهد.
• بهبود قابلیت اطمینان: افت نویز دمایی و گشتاور نشان‌دهندهٔ فیلم پایدارتر است؛ ریسک گرمای نقطه‌ای و اکسیداسیون کاهش می‌یابد.
• صرفه‌جویی هزینه: فاصله گریس‌کاری مجدد طولانی‌تر، مصرف گریس کمتر و احتمالا کاهش توقفات برنامه‌ریزی‌نشده. هزینه واحد گریس سنتزی بالاتر است، اما TCO پایین‌تر می‌شود.
• بازده انرژی: کاهش اصطکاک می‌تواند بخشی از اتلاف انرژی را بکاهد؛ اندازه این اثر وابسته به طراحی و شرایط بار است و باید موردی سنجیده شود.

نتیجهٔ کلیدی این است که پایداری حرارتی و ویسکوزیتهٔ موثر در دمای کاری، از قیمت واحد گریس مهم‌ترند. تصمیم مبتنی بر داده (Data-driven) با پایش پس از تعویض، ریسک را کاهش می‌دهد.

رویکرد پیشنهادی موتورازین برای انتخاب و تغییر گریس

گام‌های عملی

1. تعریف پروفایل کاری یاتاقان (n·dm، دمای پوسته، بار).
2. کاندیدای گریس‌ها (PAO/ESTER/Moly-based) بر مبنای سازگاری و استانداردهای تجهیز.
3. تست پایلوت با پایش دقیق دما، گشتاور و لرزش.
4. بازرسی پس از آزمون: مشاهده وضعیت گریس (Bleed، تغییر رنگ/بو)، سطوح تماس و قفسه.
5. تصمیم نهایی و برنامه نگهداری پیش‌گویانه (PdM) با آستانه‌های هشدار دما.

برای آشنایی با سبد محصولات تخصصی، می‌توانید منابع زیر را ببینید:

• روغن‌های صنعتی
• روانکارهای هوایی

جمع‌بندی

این کیس‌استادی نشان داد که با تغییر هدفمند گریس به فرمولاسیون سنتزی/استری دارای پایداری حرارتی بالاتر و گرانروی مناسب در دمای کاری، می‌توان ۱۲٪ دمای بیرینگ را کاهش داد. نتیجه، افزایش عمر گریس و یاتاقان، کاهش هزینه‌های نگهداری و بهبود قابلیت اطمینان در کاربردهای حساس هوایی است. رویکرد موفق شامل: شناسایی دقیق شرایط، انتخاب علمی بر مبنای ویسکوزیته موثر و غلیظ‌کننده پایدار، و پایش وضعیت پس از تعویض است. موتورازین به‌عنوان مرجع تخصصی تأمین روانکار صنعتی و هوایی با شبکه تامین معتبر، در کنار تیم‌های نگهداری و تعمیرات ایران، آماده طراحی راهکارهای سفارشی و اجرای پایلوت‌های داده‌محور است.

پرسش‌های متداول

1) آیا همیشه گریس استری بهترین انتخاب برای یاتاقان‌های دما بالا است؟

نه؛ گرچه استرها پایداری حرارتی عالی دارند، انتخاب نهایی به سرعت (n·dm)، بار، سازگاری با آب‌بند و استاندارد تجهیز بستگی دارد. در برخی شرایط، PAO با پلی‌یوریا عملکردی برابر یا بهتر می‌دهد. تصمیم باید با تست پایلوت و پایش دما اتخاذ شود.

2) تغییر گریس بدون پاک‌سازی قبلی چه ریسکی دارد؟

اختلاط غلیظ‌کننده‌های ناهمخوان می‌تواند ساختار گریس را ناپایدار کند (نرم‌شدن/سخت‌شدن، Bleed غیرطبیعی). پیش از تغییر، پاک‌سازی و Purge کنترل‌شده ضروری است و بهتر است سازگاری شیمیایی بررسی شود.

3) کاهش ۱۲٪ دما چه اثری بر عمر بیرینگ دارد؟

با فرض ثابت بودن بار و تراز، کاهش ~11°C معمولاً عمر گریس را به‌طور محسوس افزایش می‌دهد و تنش حرارتی بر قفسه و مسیر غلتش را کم می‌کند. به‌صورت تجربی، هر 10°C کاهش دما می‌تواند عمر گریس را تقریباً دو برابر کند، اما نتایج به شرایط واقعی وابسته است.

4) آیا استفاده از Moly (MoS2) در بیرینگ‌های پرسرعت هوایی توصیه می‌شود؟

معمولاً خیر. افزودنی‌های جامد در سرعت‌های خیلی بالا می‌توانند باعث سایش ساینده یا افزایش حرارت شوند. Moly برای یاتاقان‌های سرعت پایین/بار بالا یا حرکات نوسانی مفید است؛ در هوایی پرسرعت باید به راهنمای سازنده پایبند بود.

5) بهترین شاخص برای ارزیابی سریع عملکرد گریس در میدان چیست؟

دمای پایدار پوسته بیرینگ در کنار نویز دمایی و روند گشتاور مقاوم. ترکیب دماسنجی تماسی و مادون‌قرمز، تصویری شفاف از پایداری فیلم روانکار و رفتار حرارتی فراهم می‌کند.

6) از کجا شروع کنیم؟

پروفایل کاری یاتاقان را ثبت کنید (n·dm، دما، بار)، سه کاندید گریس هم‌استاندارد انتخاب کنید، پایلوت کنترل‌شده انجام دهید و نتایج را با جدول مقایسه‌ای مشابه این مقاله تحلیل کنید. تیم موتورازین می‌تواند در این مسیر همراه شما باشد.

درباره موتورازین

موتورازین مرجع تخصصی تأمین، فروش و توزیع روغن موتور و روانکار صنعتی در سراسر ایران است. ما با سبدی متنوع از گریس‌ها و روغن‌های صنعتی/هوایی و مشاوره فنی مبتنی بر داده، به بهینه‌سازی روانکاری هوایی و صنعتی شما کمک می‌کنیم. برای دریافت مشاوره و اجرای پایلوت، با ما در ارتباط باشید.