น้ำมันหล่อลื่นต้องสะอาดแค่ไหน ?
ความสะอาดของน้ำมันหล่อลื่นเป็นสาเหตุหลักของการสึกหรอของเครื่องจักร
น้ำมันที่สะอาด และปราศจากน้ำจะทำให้ระยะเวลาระหว่างการที่ต้องหยุดซ่อมบำรุงแต่ละครั้งของเครื่องจักรนานขึ้น 8-10 เท่า  บริษัท Timken  ผู้ผลิตตลับลูกปืนในสหรัฐอเมริกา  รายงานว่าหากเราลดความชื้นในน้ำมันจาก 100 ppm  เหลือ 25 ppm จะทำให้อายุการทำงานของตลับลูกปืนนานขึ้น 2 เท่า

หน่วยงานวิจัยด้านไฮดรอลิคของอังกฤษระบุว่า  หากลดจำนวนอนุภาคขนาด 5 ไมครอนที่ปนเปื้อนในน้ำมัน จาก 5000 – 10,000  ชิ้น ในตัวอย่างน้ำมันหนึ่งมิลลิลิตร ให้เหลือ 160-320  ชิ้น จะทำให้อายุการใช้งานของเครื่องจักรนานขึ้น 5 เท่า
ความสะอาดของน้ำมันหล่อลื่นมีผลดีต่อเครื่องจักรและผู้ประกอบการมาก ดังนั้นจึงเป็นการคุ้มค่าที่จะต้องลงทุนเพื่อให้ได้ระดับความสะอาดที่ต้องการ  โดยเฉพาะเมื่อเครื่องจักรของท่านราคาแพง และค่าใช้จ่ายในการซ่อมบำรุงสูง  หรือเมื่อเครื่องจักรราคาแพงแต่ไม่สามารถใช้งานได้อย่างเต็มที่

ระดับความสะอาดของน้ำมันหล่อลื่น
การนับจำนวนของอนุภาคที่อยู่ในน้ำมันสามารถทำได้โดยใช้  Microscope, light extinction หรือ Electro scanning Microscope (ESM)  หรือการกรองด้วยแผ่นกรอง  แต่ละวิธีอาจให้ผลการนับแตกต่างกันเล็กน้อยขึ้นอยู่กับความไว (Sensitivity) ในการนับอนุภาคแต่ละขนาดซึ่งไม่เท่ากัน  การใช้  Electro Scanning Microscope จะสามารถนับจำนวนอนุภาคขนาดเล็กได้ดีกว่า
มาตรฐานในการนับ ISO 4406-1999 ใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อจัดระดับความปนเปื้อนในน้ำมัน มาตรฐานนี้จะแบ่งแยกระดับการปนเปื้อน เพื่อเป็นเกณฑ์ในการกำหนดระดับที่สามารถยอมรับได้ น้ำมันที่ผ่านการกรองก็สามารถูกตรวจสอบได้ว่ามีความสะอาดในระดับที่ยอมรับได้หรือไม่

ตารางที่ 1. เป็นส่วนหนึ่งของ ISO 4406 ในการกำหนดรหัสของระดับการปนเปื้อนของอนุภาคในน้ำมันตัวอย่าง จำนวนของอนุภาคจะเป็นตัวกำหนดระดับการปนเปื้อนในน้ำมัน 

       
                    
เมี่อใช้เครื่องนับจำนวนอนุภาคแข็งแบบอัตโนมัติที่ได้สอบเทียบแล้วมาวัดระดับการปนเปื้อนจะได้ค่าการวัดออกมา  3 ตัว คือจำนวนอนุภาคที่มีขนาด 4 ไมครอนหรือใหญ่กว่า จำนวนอนุภาคขนาด 6 ไมครอน หรือใหญ่กว่า และจำนวนอนุภาคขนาด 14 ไมครอน หรือใหญ่กว่า   แต่หากการนับทำโดยการใช้ Microscope  จะได้ค่าออกมาเป็น 2 ตัว คือ จำนวนอนุภาคขนาด 5 ไมครอนหรือใหญ่กว่า และจำนวนอนุภาคขนาด 15 ไมครอน หรือใหญ่กว่า

ตัวอย่างเช่น น้ำมันมีรหัส ISO 20/18/16 หมายถึงการมีอนุภาคขนาด 4 ไมครอน หรือใหญ่กว่าจำนวน 5,000 – 10,000 ชิ้น, มีจำนวนอนุภาคขนาด 6 ไมครอนหรือใหญ่กว่า จำนวน 1,300 – 2,500 ชิ้น และมีอนุภาคขนาด 14 ไมครอนหรือใหญ่กว่าจำนวน 320-640 ชิ้น ในน้ำมันตัวอย่างหนึ่งมิลลิลิตร   ถ้าใช้สเกลการวัดแบบสองตัว จะได้ 18/16 ในกรณีนี้จะมีอนุภาคขนาด 5 ไมครอน หรือใหญ่กว่าจำนวน 1,300-2,500  ชิ้น และมีอนุภาคขนาด 15 ไมครอน หรือใหญ่กว่าจำนวน 320-640 ชิ้นในน้ำมันตัวอย่างหนึ่งมิลลิลิตร

น้ำมันที่สกปรกจะทำลายเครื่องจักร
น้ำมันที่สกปรกจะทำให้เครื่องไฮดรอลิค และเครื่องจักรที่ใช้น้ำมันอื่น ๆ หมดสภาพอย่างรวดเร็ว อุปกรณ์ที่ละเอียดมีช่องว่างภายใน (Tolerance)  ระหว่าง 5-10 ไมครอน หากอนุภาคในน้ำมันมีขนาดใหญ่กว่านี้ก็จะไม่สามารถลอดผ่านช่องว่างนี้ได้ จะติดอยู่ในช่องนี้ ภายใต้การทำงานของเครื่องจักรและแรงดันสูง อนุภาคนี้จะแตกตัวเป็นชิ้นเล็กลง และขัดถูผิวของเครื่องจักรไปด้วย ในเครื่องจักรที่มี Tolerance มาก ฟิล์มน้ำมันจะมีความหนาระหว่าง 3-5 ไมครอน หากอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าฟิล์มน้ำมันก็จะถูกบดให้มีขนาดเล็กลง กลายเป็นอนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก

รูปที่ 1 แสดงให้เห็นเพลาในแบริ่งรางเลื่อน (Journal Bearing)  ที่มีการหล่อลื่นด้วนน้ำมัน ในรูปภาพจะเห็นว่าอนุภาคมีขนาดใหญ่กว่าความหนาของฟิล์มน้ำมัน เมื่ออนุภาคนี้เข้าไปถึงเขตที่เพลารับภาระสูง (ช่องว่างน้อยที่สุด) มันจะถูกเพลาบดจนแตก เป็นอนุภาคขนาดเล็กลง สร้างปัญหาให้เกิดการสึกหรอต่อไป 

     
ของแข็งที่ลอยปะปนในน้ำมันเปรียบเสมือนผงขัด พวกมันจะกัดเซาะผิวเครื่องจักร ขัดขวางการไหลของน้ำมันผ่านช่องว่างแคบ ๆ ในเครื่องจักร และทำให้น้ำมันมีความหนืดมากขึ้น  ยิ่งปล่อยให้น้ำมันสกปรกนานก็ยิ่งทำให้เครื่องจักรเสียหายเร็วขึ้น แม้แต่น้ำมันสังเคราะห์คุณภาพสูงก็ไม่มีประโยชน์หากมีการปนเปื้อน น้ำมันสังเคราะห์มีคุณสมบัติที่ทนต่ออุณหภูมิสูง และคุณลักษณะของแรงตึงผิวดีกว่าน้ำมันแร่ แต่หากน้ำมันสกปรกก็จะสร้างปัญหาให้เครื่องจักรเช่นเดียวกัน ทางออกจึงยังต้องรักษาน้ำมันให้สะอาดอยู่เสมอ โดยการใช้อุปกรณ์กรองน้ำมัน

การวิเคราะห์น้ำมันเพื่อวัดการปนเปื้อน
ตัวอย่างน้ำมันควรถูกส่งไปวิเคราะห์ที่ห้องทดลอง การวิเคราะห์สามารถวัดค่าต่าง ๆ ที่มีผลต่อคุณภาพของน้ำมัน โดยทั่วไปการวิเคราะห์จะสามารถวัดสิ่งต่อไปนี้ได้

• จำนวนและขนาดของอนุภาคในน้ำมัน
• สภาพของสารเพิ่มคุณภาพในน้ำมัน
• การเปลี่ยนแปลงทางเคมีของน้ำมันที่เกิดจากสิ่งแวดล้อมในการทำงาน
• ปริมาณน้ำที่เจือปนในน้ำมัน
• ความหนืดของน้ำมัน

เราไม่จำเป็นต้องวิเคราะห์ทุกหัวข้อข้างต้นกับทุก ๆ ตัวอย่างน้ำมัน  หัวข้อที่จะวิเคราะห์ขึ้นอยู่กับน้ำมันและชนิดของเครื่องจักร  น้ำมันในเครื่องยนต์ดีเซล เกียร์บ็อก ระบบไฮดรอลิค และแก๊สเทอร์ไบน์ เป็นน้ำมันคนละชนิด และมีสภาพแวดล้อมในการทำงานที่แตกต่างกัน ตัวอย่างเช่น เขม่ามักจะเกิดในน้ำมันเครื่องยนต์ แต่ไม่ควรจะเกิดในเกียร์บ็อก จึงไม่มีความจำเป็นที่จะวิเคราะห์เขม่าในน้ำมันเกียร์  แต่ในเครื่องยนต์ดีเซล ปริมาณของเขม่าเป็นเรื่องสำคัญมาก
ห้องวิเคราะห์น้ำมัน ต้องมีขั้นตอนในการวัดความปนเปื้อนที่ได้มาตรฐาน อย่างไรก็ตามห้องวิเคราะห์น้ำมันก็เหมือนกับงานอย่างอื่น  ที่มีบางแห่งได้มาตรฐาน และบางแห่งก็ไม่ได้มาตรฐาน ผลการวิเคราะห์น้ำมันจากห้องวิเคราะห์ที่ไม่ได้ปรับตั้งเครื่องมือ (Calibrated), มีวิธีในการเก็บตัวอย่างไม่ถูกต้อง  หรือทำการวิเคราะห์โดยพนักงานที่ไม่ได้มีความเข้าใจในการใช้เครื่องมือ หรือขั้นตอนการวิเคราะห์อย่างถ่องแท้ ก็ทำให้ได้ผลการวิเคราะห์ที่ไม่สามารถเชื่อถือได้
เครื่องมืออุปกรณ์ที่ใช้สำหรับนับอนุภาคก็เช่นกัน ไม่ใช่เครื่องนับทุกเครื่องจะสามารถตรวจนับอนุภาคขนาดเล็กมาก ๆ ได้ หากเครื่องมือไม่สามารถนับอนุภาคขนาดเล็กมาก ๆ ได้ ก็จะทำให้ได้ผลการนับที่ผิดพลาด กล่าวคือ อนุภาคขนาดเล็กที่นับได้จะน้อยกว่าความเป็นจริง
ห้องวิเคราะห์น้ำมันบางแห่งใช้เครื่องมือ และวิธีการที่จะไม่นับอนุภาคที่มีขนาดใหญ่กว่า 100 ไมครอน ผลจากห้องวิเคราะห์เหล่านี้จะมีค่าการนับอนุภาคขนาดใหญ่ไม่ถูกต้อง ในอนาคตหากอนุภาคขนาดใหญ่ถูกบด หรืออัดให้แตกตัว ก็จะได้อนุภาคขนาดเล็กจำนวนมาก และทำให้น้ำมันสกปรกอย่างรวดเร็ว
ถ้าน้ำมันสกปรกมาก วิธีการนับแบบ Microscopic Light Extinction  จะใช้ไม่ได้ เพราะว่าแสงที่ออกจากเครื่องไม่สามารถเดินทางผ่านน้ำมันในลักษณะที่เครื่องได้ถูกออกแบบไว้ และวิธีการนี้มักจะนับละอองน้ำในน้ำมันเป็นจำนวนอนุภาคด้วย ในบางครั้งเราจำเป็นต้องใช้วิธีอื่นเพื่อช่วยยืนยันผลที่ได้จากการวิเคราะห์

การเก็บน้ำมันตัวอย่าง
วิธีการและความสะอาดในการเก็บตัวอย่างน้ำมัน มีผลอย่างมากต่อความถูกต้องในการวิเคราะห์ ตัวอย่างน้ำมันที่เก็บจากจุดที่ไม่ถูกต้อง, วิธีการเก็บที่ไม่ถูกต้อง,  หรือเกิดการปนเปื้อนระหว่างการเก็บ, การปนเปื้อนจากภาชนะเก็บ ผลการวิเคราะห์ก็จะไม่ถูกต้องไปด้วย
ตัวอย่างน้ำมันที่ดีต้องจัดเก็บอย่างระมัดระวัง ขณะที่น้ำมันมีการหมุนเวียน วิธีการเก็บ และขั้นตอนการเก็บต้องเป็นที่ยอมรับของห้องวิเคราะห์น้ำมัน หากมีความจำเป็นทางห้องวิเคราะห์น้ำมันควรอบรมวิธีการเก็บตัวอย่างน้ำมันให้กับผู้เก็บตัวอย่างน้ำมันด้วย

น้ำมันหล่อลื่นต้องสะอาดแค่ไหน
ผู้ผลิตเครื่องจักรจากหลายๆ บริษัทยอมรับเป็นเสียงเดียวกันว่า ความสะอาดของน้ำมันเป็นสาเหตุหลักของการสึกหรอภายในเครื่องจักร ทั้งจากการใช้งานจริง และจากการทดลองในห้องทดลอง
ผู้ผลิตเครื่องจักรบางรายได้ระบุระดับความปนเปื้อนของน้ำมันที่ใช้กับเครื่องจักรในเงื่อนไขการรับประกันสินค้าด้วย
ตัวอย่างเช่น Caterpilla  ได้ระบุว่าน้ำมันใหม่ที่ใช้ต้องทำการนับจำนวนอนุภาคได้เป็นรหัส ISO 16/13 ถ้าน้ำมันสกปรกมากกว่านี้ทางบริษัทจะไม่รับประกันคุณภาพของสินค้า เมื่อนำน้ำมันใหม่จากผู้ผลิตที่มีชื่อเสียงระดับนานาชาติแห่งหนึ่งมาทำการวิเคราะห์ก่อนที่จะเติมเข้าไปในเครื่อง พบว่าผลการตรวจนับจำนวนผงได้เป็น ISO 17/14  ทั้ง ๆ ที่เป็นน้ำมันใหม่จากโรงงานที่ไม่เคยมีการเปิดถังมาก่อน ซึ่งในกรณีนี้ผู้ใช้เครื่องต้องนำน้ำมันใหม่มากรองก่อนเพื่อให้เป็นไปตามข้อกำหนดของผู้ผลิตเครื่องจักร

ตารางที่ 2
แสดงให้เห็นค่าระดับการปนเปื้อนที่แนะนำ สำหรับเครื่องจักรที่มี Tolerance น้อย ๆ จากการสำรวจอุปกรณ์ที่ใช้ในระบบไฮดรอลิค และจากผู้ผลิตไส้กรองหลายแห่ง 

การกรองน้ำมัน
มีวัตถุประสงค์เพื่อทำให้อัตราการสึกหรอของเครื่องจักรต่ำมาก ๆ ทำให้เครื่องจักรมีอายุยาวนานขึ้น หลักฐานบ่งบอกชัดเจนว่า หลักฐานบ่งบอกชัดเจนว่าน้ำมันควรได้รับการกรองให้เหลือเฉพาะอนุภาคแข็งที่มีขนาดต่ำกว่า 5 ไมครอน และหากทำได้ที่ระดับ 1 ไมครอนก็จะเป็นการดีมาก แต่ต้องระวังเรื่องการกรองสารเพิ่มคุณภาพในน้ำมันที่เป็นของแข็งอย่างแกรไฟท์ออกไปด้วย สารเพิ่มคุณภาพอื่น ๆ อยู่ในสถานะสารละลายจะไม่ถูกกรองออกไป เว้นเสียแต่ว่าสารนั้นไปจับตัวกับผงที่ปะปนอยู่ในน้ำมัน
การกรองน้ำมันอาจกรองแบบเต็มอัตราการไหล  หรือการกรองแบบคร่อม (Bypass) ก็ได้  ส่วนไส้กรองก็มีหลายแบบ เช่น เป็นแบบกระดาษ แบบเส้นใยไฟเบอร์ แต่ที่สำคัญคือไส้กรองจะต้องกรองผงแข็งส่วนใหญ่ ที่มีขนาดใหญ่กว่า 5 ไมครอนออกไปได้

ประสิทธิภาพของไส้กรอง
วิธีในการวัดประสิทธิภาพของไส้กรองคือการใช้อัตราส่วนเบต้า (Beta Ratio) ซึ่งเป็นการเปรียบเทียบจำนวนผงที่ไหลเข้าไส้กรอง กับจำนวนผงที่ออกจากไส้กรอง  วิธีนี้เป็นวิธีที่แม่นยำที่สุดที่จะวัดประสิทธิภาพของไส้กรองในขณะที่ใช้งาน

ผลการทดลองมากมาย ในระบบไฮดรอลิค และเครื่องจักรที่ใช้น้ำมันหล่อลื่น ยืนยันว่า การกรองน้ำมันเพื่อเอาอนุภาคที่ปนเปื้อนออกไป ทำให้อายุการใช้งานของเครื่องจักรยาวนานขึ้นอย่างมาก ต้นทุนของการกรองน้ำมันมีราคาถูก สำหรับเครื่องจักรระบบไฮดรอลิค และเครื่องจักรที่ใช้น้ำมันหล่อลื่นอื่น ๆ ที่มีราคาแพงแล้ว ต้นทุนในการติดตั้งระบบกรองน้ำมันจะได้คืนมาอย่างรวดเร็วจากความต่อเนื่องในการทำงาน และจากอายุการทำงานของเครื่องจักรที่นานขึ้น  

เรียบเรียงจาก : LUBRICATION & FLUID POWER/JANUARY-FEBRUARY 2004

Share