รู้หรือไม่ ? ทำไมเชื้อเพลิงดีเซล และเชื้อเพลิงอากาศยาน จึงต้องวัดความหล่อลื่น (Fuel Lubricity testing)
ความสำคัญของการหล่อลื่นในเชื้อเพลิง ( Importance of lubricity in fuels )
การหล่อลื่นของเชื้อเพลิง (lubricity of fuel) เป็นอีกปัจจัยที่มีความสำคัญ ที่ช่วยกำหนดความสามารถใน การลดการสึกหรอ (Wear) ของเครื่องยนต์ บ่งบอกถึงความสามารถในการยืดอายุ การใช้งานของเครื่องยนต์ หากว่าเชื้อเพลิงสามารถหล่อลื่นได้ดี แต่หากเชื้อเพลิงที่ใช้มีความสามารถในการหล่อลื่นระบบเครื่องยนต์ไม่ดี ก็จะทำให้เครื่องยนต์อายุใช้งสานสั้นลง
นอกจากนี้ ความหล่อลื่นของเชื้อเพลิง ยังบ่งบอกถึงความปลอดภัย ระหว่างการใช้งานอีกด้วย
การทำงานของเครื่องยนต์ (Engine) หรือเครื่องจักรที่มีการเคลื่อนที่ตลอดเวลา ทั้งในแนวทิศทางเชิงเส้น หรือเชิงมุม (การหมุน) การเคลื่อนที่เหล่านั้น ย่อมมีการเสียดสี หรือการถูกันของเนื้อผิวของวัสดุอยู่เสมอ ซึ่งการเสียดสีเหล่านั้นทำให้เนื้อผิวของวัสดุบางส่วนหายไป และเกิดเป็นความสึกหรอ และระยะที่หายไปของเนื้อวัสดุตรงนั้น ทำให้อายุการใช้งานเครื่องยนต์ หรือเครื่องจักรที่ลดลง
ปั๊มเชื้อเพลิง และหัวฉีดที่อยู่ในเครื่องยนต์ ในขณะที่กำลังทำงาน ชิ้นส่วนที่สัมผัสกับเชื้อเพลิง ที่ถูกขับเคลื่อนด้วยน้ำมันอากาศยาน (Jet) และน้ำมันดีเซล (Diesel) ชิ้นส่วนจะได้รับการป้องกันการสึกหรอจากเชื้อเพลิง (fuel)
เพราะฉะนั้น การหล่อลื่นจึงมีบทบาทสำคัญ ในการหลีกเลี่ยงการสึกหรอที่มากเกินไป โดยการลดแรงเสียดทานระหว่างพื้นผิว ของโลหะที่สัมผัสกับโลหะ ในการเคลื่อนที่สัมพัทธ์กันระหว่างสองพื้นผิวสัมผัส ดังนั้น จึงต้องมีมาตรฐานการทดสอบความสามารถหล่อนลื่นของเชื้อเพลิง ที่ทำให้เกิดการสึกหรอต่อเครื่องยนต์
ข้อกำหนด เชื้อเพลิงอากาศยานเครื่องบิน (Aviation Turbine Fuels),
ASTM D1655-21c และ Joint Inspection Group (JIG), (AFQRJOS): ฉบับที่ 32 – พ.ย. 2020 กำหนดให้ต้องทดสอบน้ำมันเชื้อเพลิงเครื่องบินด้วย ASTM D5001 โดยมีผลการทดสอบตามคุณสมบัติ Wear Scar Diameter (WSD) < 85um
ส่วนข้อกำหนดมาตรฐานการทดสอบ สำหรับเชื้อเพลิง ดีเซล (Diesel) ASTM D975-21 น้ำมันดีเซล ต้องเป็นไปตามข้อกำหนด ดังตารางด้านล่าง
การหล่อลื่นของ เชื้อเพลิงอากาศยาน เครื่องบิน : ASTM D5001 (JET fuel lubricity : ASTM D5001)
วิธีการทดสอบ ASTM D5001 เป็นวิธีการกำหนดการหล่อลื่นของเชื้อเพลิงอากาศยาน เครื่องบิน โดยวิธีการ Ball-on-Cylinder Lubricity Evaluator (BOCLE)
วิธีทดสอบ BOCLE ได้รับการพัฒนา เพื่อทดสอบการหล่อลื่นของเชื้อเพลิง กังหันการบิน สำหรับเครื่องทดสอบ PCS ABS-BOCLE ได้รับการอนุมัติ และระบุไว้ใน ASTM D5001 โดยจะใช้หน้าสัมผัสของลูกบอล ที่น้ำมันเชื้อเพลิงท่วมอยู่ กระบอกสูบเหล็ก (ground steel cylinder) ถูกติดตั้งในแนวแกนแนวนอน (axis horizontal) เพื่อให้ส่วนของลูกบอล ถูกจุ่มลงในอ่าง (reservoir) ที่มีเชื้อเพลิงที่ทดสอบอยู่ กระบอกสูบ (The cylinder rotates) จะมีแกนหมุนสำหรับทดสอบ (Test ring) เพื่อพาเชื้อเพลิงขึ้นไปด้วยขณะหมุน ทำให้เชื้อเพลิง เคลือบผิวสัมผัสระหว่างกระบอกสูบ กับกับลูกบอล ที่ถูกติดตั้งอยู่ในแนวตั้ง (vertically loaded ball)
หลังจากเครื่องทำการทดสอบเสร็จสิ้น ใช้ระยะเวลาการทดสอบ ประมาณ 30 นาที จะพบว่า มีจุดแบนบนลูกบอล (Test ball) นั่นคือ ขนาดของรอยแผลเป็น รอยขูดขีด จากการสึกหรอ ที่เป็นตัวบ่งชี้ประสิทธิภาพ การหล่อลื่น ของน้ำมันเชื้อเพลิง เมื่อผู้ปฏิบัติงาน ทำการติดตั้งแผ่นดิสก์ อุปกรณ์การทดสอบ ลูกบอล และเติมเชื้อเพลิงในอ่างทดสอบแล้ว การทดสอบ จะดำเนินการ โดยอัตโนมัติ ตลอดลำดับการทดสอบ ที่ระบุไว้ใน D5001
เครื่องทดสอบ PCS ABS สามารถเชื่อมต่อกับ PC เพื่อให้สามารถแสดงผลลัพธ์ ของการทดสอบ และยังอนุญาต ให้ใช้ชุดกล้องจุลทรรศน์ร่วมด้วย ที่ใช้สำหรับวัดขนาด รอยแผลการขูดขีด ที่เป็นจากการสึกหรอ เพื่อวัดขนาดรอยแผลการสึกหรอ ได้อย่างแม่นยำมากยิ่งขึ้น
น้ำมันหล่อลื่นดีเซล : ASTM D6079 (Diesel Fuel Lubrucity : ASTM D6079)
High-frequency reciprocating rig (HFRR) เป็นเครื่องทดอสอบแบบ tribological machine ที่ใช้คอมพิวเตอร์ สำหรับกำหนดความเสียดทาน หรือการสึกหรอ ของสองพื้นผิวภายใต้สภาวะการหล่อลื่น โดยวัดรอยของการสึกหรอที่เกิดขึ้น ด้วยกล้องจุลทรรศน์ (microscope)
การทดสอบของเครื่อง HFRR จะใส่ตัวอย่างทดสอบ ของเชื้อเพลิง ปริมาตร 2 มล. ไว้ในอ่างเก็บเชื้อเพลิงทดสอบ ( Reservoir )ของ HFRR และปรับอุณหภูมิของการทดสอบตามมาตรฐาน (25 หรือ 60°C ) อย่างใดอย่างหนึ่ง ซึ่งอุณหภูมิในการทดสอบที่ต้องการ คือ 60°C ยกเว้น ในกรณี ที่อาจมีความข้อควรระวัง เกี่ยวกับการสูญเสียเชื้อเพลิง เนื่องจากความผันผวนที่อาจจะเกิดการระเหยของเชื้อเพลิง หรือ การเสื่อมสภาพของเชื้อเพลิงจากอุณหภูมิ
เมื่อเครื่องทดสอบ ปรับอุณหภูมิเชื้อเพลิงได้คงที่แล้ว vibration arm ที่ประกอบกับชุดลูกบอล ทดสอบ (Test ball) โดยลูกบอลไม่สามารถหมุนได้ จะถูกถ่วงน้ำหนัก บรรจุมวล 200 กรัม และชุดทสอบ vibration arm จะถูกลดระดับลง จนกว่าลูกบอลทดสอบ (Test ball)
จะสัมผัส กับแผ่นทดสอบ (Test disk) ถูกจุ่มลงในเชื้อเพลิงจนหมด ลูกบอลถูกกระแทกกับดิสก์ด้วยระยะ การเคลื่อนที่ไป-กลับ 1 มม. ที่ความถี่ 50 Hz เป็นเวลา 75 นาที
หลังจากสิ้นสุดการทดสอบโดยใช้เวลา 75 นาที จะนำลูกบอล (Test ball) ออกจากแขนสั่น (vibration arm) และทำความสะอาดด้วยสารละลาย (solvent) เพื่อนำเอาเชื้อเพลิงการทดสอบออกจาก specimen ก่อนที่จะนำไปวัดหาค่าการสึกหรอ (Wear scar : WSD) โดยวัดขนาดของแกนหลัก และแกนรองของรอยแผล ที่เกิดจากการสึกหรอ วัดด้วยกล้องจุลทรรศน์ กำลังขยาย 100 เท่า โดยกล้องทำการเชื่อมต่อกับ ซอฟต์แวร์ PC เพื่อแสดงผลลัพธ์ และวัดค่า wear scar ที่แม่นยำ
การหล่อลื่นเชื้อเพลิง ตามมาตรฐาน ยูโร 5 (Lubricity In Euro 5 Fuels)
จากปัญหาการปล่อยมลพิษทางอากาศฝุ่น PM (Particulate Matter) ซึ่งเป็นปัญหาใหญ่ปัญหาหนึ่งของโลก โดยสาเหตุของมลพิษดังกล่าว เกิดจากการเผาไหม้ไม่สมบูรณ์ เช่น จากอุตสาหกรรมหนัก และอื่น ๆอีกมากมาย โดยอีกปัจจัยหลัก ก็คือ การใช้ยานยนต์บนท้องถนน โดยเฉพาะเครื่องยนต์สันดาป ภายในชนิดจุดระเบิดด้วยกำลังอัด (Compression Ignition Engine) หรือที่เราเรียกว่าเครื่องยนต์ ดีเซล (Diesel Engine)
กำมะถัน (sulfur) เป็นองค์ประกอบ ที่มีอยู่ในน้ำมันดีเซล ซึ่งทำหน้าที่หล่อลื่นเชื้อเพลิง หมายความว่า ปริมาณกำมะถันในเชื้อเพลิง ทำหน้าที่เป็น สารหล่อลื่น ที่มีประสิทธิภาพ ซึ่งจะป้องกันการสึกหรอ ของส่วนประกอบเชื้อเพลิง ของเครื่องยนต์
อย่างไรก็ตาม แม้ว่ากำมะถัน สามารถหล่อลื่นเชื้อเพลิงได้ดีขึ้น ซึ่งผลพลอยได้จากการเผาไหม้นั้น กำมะถัน ส่งผลให้เกิดมลพิษ ในสิ่งแวดล้อมของเรา ดังนั้น ความเข้มข้นของกำมะถันที่มีอยู่ ในเชื้อเพลิงจึงต้องถูกจำกัด ให้สอดคล้องกับโครงการ ลดการปล่อยมลพิษทั่วโลก
วิธีการทดสอบการหล่อลื่นตามมาตรฐาน ASTM D5001 สำหรับน้ำมันเชื้อเพลิง JET และ ASTM D 6079 สำหรับ น้ำมันเชื้อเพลิง ดีเซล ( Diesel )
|
|
ASTM D5001 BOCLE (FOR JET FUEL) | ASTM D6079 HFRR (FOR DIESEL FUEL) |
| Parameter
|
Wear Scar Diameter (WSD), in mm
|
wear scar on ball
|
| Fluid Temperature
|
25°C (+/- 1 °C)
|
25 or 60°C. 60°C preferred unless volatility or degradation is a problem |
| Sample Volume | 50 ml | 2 ml |
| Air | 10% (+/- 1 %)RH at test temperature | > 30% RH |
| Load Applied | 1000 g (+/- 1 g) | 200 g |
| Test Duration | 30 mins +/- 1 second max | 75 min |
| Ball: | Stationary, specimen shall be AISI E-52100 with Rockwell hardness C 64-66, 12.7 mm diameter | reciprocating, 50 Hz / 1 mm (+/- 0.2) stroke, AISI E-52100 chromium alloy steel with Rockwell hardness C 58-66, 6 mm diameter |
| Ring/Disk: | SAE 8720 steel, having a Rockwell hardness “C” scale, (HRC) number of 58 to 62 and a surface finish of 0.56 to 0.71 μm root mean square | Disk, stationary, specimen shall be, AISO E-52100 chromium alloy steel, annealed. Turned lapped and polished with size of 10 mm |
| Motor Speed | 240 rpm (+/- 0.5 rpm) | 0.1 m/s average, reciprocating |
| Sample | fuel is aerated to reach 10% RH | |
| Contact Surface | contact surface not submerged in fuel, cylinder rotates carrying fuel up to the contact between the cylinder and a vertically loaded ball. | contact surface is submerged |
| Repeatability | Fully automatic method: 0.08580 * X2.5083 mm | 62 µm @ 25°C, 80 µm @ 60°C |
| Reproducibility | Fully automatic method: 0.09857 * X2.5083 mm
…Where X is the mean wear scar diameter (mm) |
127 µm @ 25°C, 136 µm @ 60°C |
ติดต่อสอบถามข้อมูลเพิ่มเติมได้ที่ ptsales@chemihouse.com
หรือ Add line ที่ QR Code ด้านล่าง
หรือหากสนใจผลิตภัณฑ์อื่น ๆ โปรดติดต่อเรา Chemical house and Lab Instrument