Micro Dieseling Effect in Hydraulic Systems : ปรากฏการณ์ไมโครดีเซลลิง ในระบบไฮดรอลิก
ไมโครดีเซลลิง (Micro dieseling) ในระบบไฮดรอลิก คือ ปรากฏการณ์ที่ ฟองอากาศขนาดเล็ก" ที่สะสมหรือปะปนอยู่ในน้ำมันไฮดรอลิก ถูกบีบอัดอย่างรวดเร็วและรุนแรงเมื่อเคลื่อนตัวผ่านเข้าไปยังโซนที่มีความดันสูง จนทาให้เกิดความร้อนในตัวเองสูงมหาศาลและเกิด การระเบิดขนาดจิ๋ว" (Micro explosion) ขึ้นภายในเนื้อน้ำมัน คล้ายกับการจุดระเบิดในห้องเครื่องของเครื่องยนต์ดีเซล
ปรากฏการณ์นี้จัดเป็นรูปแบบหนึ่งของความเสื่อมสภาพของน้ำมันจากความร้อน (Thermal Degradation) ซึ่งส่งผลเสียร้ายแรงต่อทั้งตัวน้ำมัน และอุปกรณ์ไฮดรอลิก
สาเหตุที่ทำให้อากาศหลุดเข้าไปในระบบจนเกิดไมโครดีเซลลิง มีอยู่ 4 สาเหตุ
-
รอยรั่วที่ท่อทางดูด (Suction Line Leaks)
ท่อฝั่งดูด (Suction line) คือท่อน้ำมันช่วงที่ต่อจากถังพัก (Reservoir) เข้าสู่ปั๊มไฮดรอลิก ในขณะที่ปั๊มทางาน ฝั่งดูดจะมีสภาวะเป็นความดันต่ำหรือเป็นสูญญากาศ (Vacuum) หากข้อต่อหลวม, ซีลตามข้อต่อเสื่อมสภาพ, หรือสายไฮดรอลิกมีรูตามดขนาดเล็ก อากาศภายนอกจะถูกแรงดึงนี้ "ดูด" เข้าไปผสมกับน้ำมันกลายเป็นฟองอากาศทันที
ภาพ รอยรั่วที่ท่อทางดูด (Suction Line Leaks)
2. ซีลเพลาปั๊มสึกหรอ (Worn Pump Shaft Seals)
ซีลที่อยู่รอบแกนเพลาของปั๊มไฮดรอลิก (Pump Shaft Seal) มีหน้าที่กั้นระหว่างน้ามันภายในปั๊มกับอากาศภายนอก เมื่อซีลเพลาเริ่มแข็ง แตก หรือสึกหรอจากการใช้งาน ในจังหวะที่เพลาหมุนด้วยความเร็วสูงเพื่อดูดน้ำมัน บริเวณรอบแกนเพลาจะเกิดแรงดูดมหาศาล ทำให้ปั๊มทำหน้าที่เหมือนเครื่องดูดฝุ่นที่คอยดูดอากาศจากชั้นบรรยากาศภายนอกผ่านซีลที่ชำรุดตัวนี้ตรงเข้าสู่ตัวปั๊ม
ภาพ ซีลเพลาปั๊มสึกหรอ
3. ท่อน้ำมันไหลกลับติดตั้งไม่เหมาะสม (Improper Return Lines)
ท่อที่ส่งน้ำมันที่ผ่านการใช้งานจากวาล์วหรือกระบอกสูบกลับลงสู่ถังพักตามหลักการออกแบบที่ถูกต้อง ปลายท่อไหลกลับจะต้องจุ่มอยู่ล่างระดับน้ำมันเสมอ แต่หากท่อนี้ อยู่เหนือระดับน้ำมัน น้ำมันที่ไหลกลับจะตกลงมากระแทกผิวหน้าของน้ำมันในถังเหมือนน้ำตก การกระแทกและปั่นป่วนนี้จะกักเก็บอากาศ (Air entrainment) และตีน้ำมันให้กลายเป็นโฟมฟองอากาศจำนวนมาก
ภาพ ท่อน้ำมันไหลกลับติดตั้งไม่เหมาะสม
4. ระดับน้ำมันในถังพักต่างเกินไป (Low Oil Levels)
การปล่อยให้น้ำมันไฮดรอลิกในถังพัก (Reservoir) อยู่ในระดับที่ต่ากว่าเกณฑ์มาตรฐาน เมื่อน้ำมันเหลือน้อย แต่ปั๊มยังคงต้องดูดน้ำมันด้วยความเร็ว และอัตราการไหลเท่าเดิม ความเร็วในการดูดที่ผิวหน้าน้ำมันจะสร้าง กระแสน้าวน (Vortex) คล้ายกับน้ำวนในอ่างล้างหน้า กระแสน้ำวนนี้จะกลืนและม้วนเอาอากาศจากด้านบนถังส่งตรงลงไปยังท่อดูดของปั๊มอย่างต่อเนื่อง
ภาพ ท่อน้ำมันไหลกลับติดตั้งไม่เหมาะสม
กลไกการเกิดไมรโคร (Micro dieseling) มี 4 ขั้นตอนตามหลักฟิสิกส์ ดังนี้
1
2
3
4
2. การอัดตัวอย่างรวดเร็ว (Rapid Compression) เมื่อฟองอากาศเหล่านี้ถูกปั๊มไฮดรอลิกดูด และส่งต่อไปยังฝั่งที่มีความดันสูง (High Pressure Zone) เช่น ความดันที่ 200 300 บาร์ ฟองอากาศจะถูกบีบให้อัดตัวเล็กลงอย่างกะทันหัน
1. อากาศหลุดเข้าสู่ระบบ (Aeration) เกิดฟองอากาศขนาดเล็กปะปนเข้าไปในน้ำมันไฮดรอลิก (มักเกิดจากรอยรั่วท่อทางดูด, ซีลเพลาปั๊มเสื่อม, หรือระดับน้ำมันในถังพักต่าจนเกิดน้ำวน)
4. การจุดระเบิดจิ๋ว (Micro combustion) ความร้อนที่สูงเกินจุดวาบไฟ (Flash Point) นี้ จะทาปฏิกิริยากับโมเลกุลของน้ำมันไฮดรอลิกที่อยู่รอบ ๆ ฟองอากาศ เกิดเป็นกระบวนการเผาไหม้และ ระเบิดขึ้นภายในเนื้อน้ำมัน
3. อุณหภูมิพุ่งสูงฉับพลัน (Adiabatic Compression) อุณหภูมิพุ่งสูงฉับพลัน (Adiabatic Compression) ตามกฎทางเทอร์โมไดนามิกส์ เมื่อแก๊สหรืออากาศถูกบีบอัดอย่างรวดเร็วโดยไม่มีการถ่ายเทความร้อนออกสู่ภายนอก อุณหภูมิภายในฟองอากาศจะพุ่งสูงขึ้นอย่างมหาศาล โดยสามารถสูงได้ถึง 1,000 °C ถึง 2,000 °C ในเวลาเพียงเสี้ยววินาที
ผลกระทบต่อระบบไฮดรอลิก
น้ำมันเปลี่ยนเป็นสีดำ และมีกลิ่นไหม้ การเผาไหม้จะสร้างอนุภาคคาร์บอนหรือเขม่าดำ ทำให้น้ำมันเสื่อมสภาพอย่างรวดเร็วและสูญเสียคุณสมบัติการหล่อลื่น
ภาพ น้ำมันเปลี่ยนเป็นสีดำและมีกลิ่นไหม้
