لماذا لا يمكن تشغيل المحركات الهيدروليكية بالماء؟

لا يمكن للنظام الهيدروليكي أن يستغني عن المكونات الأساسية مثل المضخات الهيدروليكية، والصمامات الهيدروليكية، والمحركات الهيدروليكية، والأسطوانات الهيدروليكية. وقد يتساءل البعض: بما أن الماء متوفر في كل مكان ورخيص الثمن، فهل يمكننا استخدامه مباشرةً بدلًا من الزيت الهيدروليكي؟

 

الإجابة هي: نظريًّا، يمكنه العمل، لكن النتائج ليست مثالية. فالأمر يشبه استخدام دراجة عادية لجر شاحنة؛ فقد تتحرك لبضع مرات، لكن لا تتوقع أداءً جيّدًا أو عمرًا افتراضيًّا طويلًا. ولننظر إلى الأسباب من خمسة جوانب أدناه.

 

١. التزييت غير الكافي

المبدأ: يشكّل الزيت الهيدروليكي فيلم زيت مستقر على سطح المعدن (تزيين السائل / تزيين السائل المرن) ، مما يحول الاتصال المباشر بين المعادن إلى قشر "زيت الزيت" ، مما يقلل إلى حد كبير من الارتداء وتوليد الحرارة الماء بالكاد يشكل فيلم، وقدرته على التشحيم الحدودي قريبة من الصفر.

 

مقياس المرجعية: اللزوجة الديناميكية للمياه عند 20 ° ج ≈ 1 ميجا باسكال · s ؛ اللزوجة الديناميكية للزيت الهيدروليكي ISO VG 32 عند 40 ° C حوالي 25-30 مبا · s (تتغير قليلا مع الكثافة). الماء 20-30 مرة أرق من الزيت الهيدروليكي المستخدم عادة.

 

المناطق المعرضة للمشاكل:

 

الصفحة الجانبية لضخة العجلات/كسر سطح الأسنان، العض والتمسك.

 

سطح الاحتكاك بين طرف شفرة مضخة الشفرة والحلقة الثابتة مخدوشة وأزرقاء.

 

سطح التزاوج في أسطوانة مدمجة مضخة البستن، سطح الزلاجة المنزلقة الميلقية، الاحتكاك الجاف.

 

قد تصبح الفراغ الصغيرة بين قلب الصمام وجسم الصمام (بنظير بضعة ميكرومترات) "منهكة" وتعلق بعد فقدان التشحيم.

 

 

 

مثال

 

تشغيل تجريبي لمضخة كبسية منخفضة التدفق بضغط ٢٥ ميجا باسكال باستخدام ماء نظيف، وقد تحدث ارتفاع سريع في درجة الحرارة وضجيج غير طبيعي عالٍ خلال عشرات الدقائق إلى الساعات، حتى بدون حمل؛ وعند الفحص، تبين أن سطح الحذاء المنزلق كان مخدوشًا وأن السطح الطرفي للكبس قد ظهرت عليه آثار سوداء وزرقاء.

 

إذا فقدت مضخة الألواح غشاء الزيت، فإنها ستُصدر صوت صفير حاد ولا تصل الضغوط إلى القيمة المُصنَّفة بعد تشغيلها لبضع ساعات. وبعد فك المضخة، تظهر على حواف الألواح «أخاديد» واضحة.

 

 

٢. مشاكل التآكل

المبدأ: يحتوي الماء على أكسجين مذاب وإلكتروليتات، ما يجعله عرضة للتآكل الكهروكيميائي؛ وفي الوقت نفسه، يعزِّز حدوث تآكل النقاط (Pitting) وتآكل الشقوق (Crevice Corrosion). كما يمكن أن يتسبب الماء في امتصاص مواد الختم/المطاطية الشائعة (مثل NBR وPU وغيرها) للماء والانتفاخ، مما يسرِّع عملية الشيخوخة.

المناطق المعرضة للمشاكل: تآكل النقاط (Pitting Corrosion) على السطح المتلامس بين قلب الصمام وجسم الصمام → الالتصاق والزحف؛ طبقة الكروم المطلية على قضيب المكبس الأسطواني الزيتي مُتآكلة، وحافة الختم أصبحت حادة؛ تآكل على اللوحة الجانبية والجدار الداخلي لغلاف مضخة التروس → دخول جسيمات كاشطة إلى الدورة الهيدروليكية؛ تمتص عنصر الختم (NBR/PU) الماء، مما يؤدي إلى انخفاض صلابته وتغير أبعاده، فينتج عنه زيادة في التسرب. مثال: إذا لم تُصرف معدات العمل الخارجي وجُففت في الوقت المناسب بعد غمرها في الماء، فقد يظهر صدأ خفيف على قلب الصمام خلال ثلاثة إلى خمسة أيام، ويتجلى ذلك في تأخر الاستجابة واهتزاز عند التشغيل. وبعض آلات حقن البلاستيك تتصل خطأً بماء التبريد بالدائرة الهيدروليكية، ما يؤدي إلى ظهور بقع صدأ على جسم الأسطوانة خلال بضعة أيام، ثم ظهور خدوش على حافة الختم بسبب التآكل النقطي، وزيادة حادة في تسرب الزيت.

 

 

٣. خطر التكهف

المبدأ: للماء نقطة غليان منخفضة وضغط بخار مرتفع. وبمجرد أن يصبح الضغط المحلي عند مدخل المضخة أقل من ضغط بخار الماء، فإنه يتبخر ليشكّل فقاعات؛ ثم تنفجر هذه الفقاعات فورًا في المنطقة ذات الضغط المرتفع، مُولِّدةً جَتَّاتٍ دقيقة وموجات صدمية تُحدث حفرًا (بقع التآكل الناتج عن التفجير البخاري) تشبه تلك الناتجة عن عملية الرمل بالهواء. مقياس مرجعي: ضغط بخار الماء عند ٦٠ ° °م يبلغ حوالي ٢٠ كيلو باسكال، وهو أعلى بكثير من ضغط بخار زيت الهيدروليك؛ ولذلك فإن ظاهرة التفجير البخاري تكون أكثر احتمالاً في ظل ظروف السحب نفسها. المناطق المعرضة للمشاكل: منطقة قمة أسنان مضخة التروس - منطقة لوحة الجانب عند المدخل، غرفة المدخل في مضخة الشفرات، نافذة السحب في لوحة التوزيع لمضخة المكبس؛ والمناطق المحلية ذات الضغط المنخفض عند منافذ التقييد والزوايا الحادة.

 

مثال

 

مضخة تروس سعة ٣٠ لتر/دقيقة، عند تشغيلها بماء وبسرعة دوران ١٥٠٠ دورة/دقيقة مع أنبوب شفط طويل أو عنصر مرشح دقيق، ستُحدث صوتًا يشبه صوت ورق الصنفرة أو همهمة. وبعد بضعة أيام، تظهر على اللوحة الجانبية حفر صغيرة (تآكل نقطي) وحفر على شكل هلال، كما تنخفض الكفاءة الحجمية من ٩٠٪ إلى ٦٠–٧٠٪.

 

يؤدي الانخفاض في مساحة الفتحة الصغيرة للصمام إلى تقليل تدفق وسط الماء. وفي الظروف ذات درجات الحرارة العالية، تظهر عادةً حفر نقطية على شكل إبرة على قلب الصمام ومقعده، مما يؤدي إلى زيادة التسرب الداخلي والضوضاء.

 

٤. مبدأ اللزوجة غير الكافية: تعتمد عملية الإحكام ومنع التسرب في الأنظمة الهيدروليكية اعتمادًا كبيرًا على لزوجة الوسط. وببساطة، فإن تسرب الطبقة اللامائية Qleak‏ يتناسب تقريبيًّا مع ١/‏ μ ١/‏μ‏ μ (عندما تكون الهندسة وفرق الضغط ثابتين). وعند تغيير الوسط من ٣٠ مللي باسكال·ثانية · إلى ١ مللي باسكال·ثانية · يمكن أن يتضاعف التسرب النظري عدة عشرات من المرات.

 

٥. مبدأ الحساسية لدرجة الحرارة: عندما يتجمد الماء عند ٠°م ° عند درجة حرارة تبلغ 0°م، يزداد حجمها بنسبة تقارب 9%، مما يؤدي إلى تشقق الأجزاء أو الأنابيب ذات الجدران الرقيقة؛ وعند درجات الحرارة المرتفعة، تزداد عملية التبخر ويتصاعد ضغط البخار، ما يؤدي إلى حدوث ظاهرة التآكل التفريغي (Cavitation) بشكل أكثر تكراراً وتقلبات في الضغط. وتُزوَّد زيوت الهيدروليك بمُحسِّن لدرجة ارتباط اللزوجة بدرجة الحرارة ومثبِّت ضد الأكسدة، ولها نطاق واسع من درجات حرارة التشغيل.

التأثير الميداني: درجات الحرارة المنخفضة: التجمد → تشقق مدخل المضخة أو غلافها؛ ويكون هذا التأثير كبيراً عند لحظة بدء التشغيل، ما يؤدي إلى «انفتاح» شفة الختم بشكل قسري؛ أما عند درجات الحرارة المرتفعة: فتحدث ظاهرة التآكل التفريغي بشكل متكرر عند مدخل المضخة؛ كما تزداد تقلبات الضغط والضوضاء، ما يؤدي إلى تذبذب المكونات التنفيذية بسرعة كبيرة.

 

 

مثال

 

كانت المعدات الخارجية في المناطق الشمالية تحت الصفر ليلاً، فتجمد الماء المتبقي في الأنابيب. وفي اليوم التالي، ظهرت شقوق دقيقة على غلاف مضخة التروس عند تشغيلها؛

 

في موقع الصب المستمر للصلب في قطاع المعادن، وببيئة تتراوح درجة حرارتها بين ٦٠ و٧٠°م ° ج، إن دائرة الاختبار التي تستخدم الماء كوسيلة نقل تواجه بشكل متكرر ضوضاء في طرف المضخة وانخفاضًا في الضغط عند درجات الحرارة المرتفعة. ولم تتحسن استقرارها إلا بعد العودة إلى استخدام خليط الماء مع إيثيلين غليكول.

 

 

النتيجة المباشرة: انخفاض كبير في الكفاءة الحجمية (ويزداد هذا الانخفاض وضوحًا عند الضغوط الأعلى)؛ وتباطؤ في بناء الضغط وصعوبة في رفع الحمل؛ كما يزداد التسرب الداخلي لقلب الصمام ما يؤدي إلى فرق في الضغط الثابت للنظام وزيادة في التسخين. مثال: عند استخدام الماء كوسيلة نقل، يمكن لمضخة تروس ذات ضغط اسمي قدره ٢٠ ميجا باسكال أن تدور حتى بدون حمل، لكنها لا تستطيع رفع الضغط تحت حمل يتراوح بين ٨–١٠ ميجا باسكال؛ أما بعد استبدال نفس المضخة بزيت VG46، فإنها تستعيد قدرتها على العمل عند ضغوط تتراوح بين ١٨–٢٠ ميجا باسكال. أما المكونات مثل صمامات التحكم التناسبي الخدمي، والتي تكون شديدة الحساسية تجاه المسافات الضيقة جدًّا بين أجزائها، فإنها تعاني من تسرب كبير عند الوضع الصفري وانجراف في هذا الوضع عند استبدال الوسط الناقل بوسط ذي لزوجة منخفضة، مما يجعل من الصعب استقرار حلقة التحكم في الوضع.

 

 

استنادًا إلى وجهات النظر التي عرضتها، تظل المحركات الهيدروليكية أكثر توافقًا مع الزيت الهيدروليكي.

 

ومع ذلك، يجب ملاحظة أن هناك سوائل هيدروليكية مائية في الصناعة (مثل HFA/HFB/HFC، كمزيج من الماء وإيثيلين غليكول)، فضلاً عن أنظمة المضخات/الصمامات/الأختام والمواد المصممة خصيصًا لها (مثل الفولاذ المقاوم للصدأ/التغليف النيكلي، والسيراميك، والمطاط الإثيلين بروبيلين (EPDM)/البولي تترافلوروإيثيلين (PTFE)، إلخ). لكن هذا يندرج تحت هندسة الأنظمة المتخصصة، ولا يكفي ببساطة استبدال النظام الزيتي القائم بالماء.