Chương 1: TỔNG QUAN Trang 1 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp 1. Vai trò của dầu bôi trơn đối với thiết bị công nghiệp Đối với ngành công nghiệp không thể hoạt động nếu thiếu dầu, mỡ bôi trơn. Tất cả các máy móc thiết bị ở các dạng và kích cở khác nhau sẽ không thực hiện được chức năng hiệu quả nếu không có các chất bôi trơn thích hợp. Do đó có rất nhiều chủng loại dầu bôi trơn có cấp chất lượng từ thấp đến cao được dung để đáp ứng các nhu cầu được dùng nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng đặt biệt đến các loại dầu đa dụng dung rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
Các nước trên thế giới sản xuất dầu bôi trơn theo các tiêu chuẩn, quy định riêng phù hợp với điều kiện sử dụng của nước đó. Thông thường việc bôi trơn thiết bị phải sử dụng dầu do nhà chế tạo quy định. Tổng quan về công nghiệp dầu, mỡ bôi trơn công nghiệp và tình hình nghiên cứu trong nước Hiện tại ngành công nghiệp Việt Nam hiện diện gần như đầy đủ các nhãn hiệu dầu, mỡ lớn của thế giới như BP/Castrol, Shell, Chevron… Điều đáng nói hơn là các thương hiệu này đã có nhà máy sản xuất tại Việt Nam để tiếp tục duy trì vị thế của mình. Bên cạnh đó còn có các nhãn hiệu dầu nhớt nhập khẩu từ Hàn Quốc, Thái Lan, Mỹ, Singapore… và một số nhãn hiệu được pha chế tại Việt Nam nhưng ghi nguồn gốc xuất xứ ngoại.
Một số loại dầu được nhà sản xuất thiết bị chỉ định và khuyến cáo sử dụng riêng cho thiết bị đó. Sự tranh giành thị trường giửa các nhà sản xuất và đại lý phân phối sẵn sàng chọn nhãn hiệu khác khi những điều kiện về giá, mức lợi nhuận, lãnh địa… hấp dẫn hơn. Do đó trong những năm qua trên thị trường Việt Nam có rất nhiều loại dầu bôi trơn cùng tính năng nhưng có giá thành và thương hiệu khác nhau. Việc sử dụng chất bôi trơn phù hợp sẽ góp phần rất lớn đảm bảo cho thiết bị hoạt động ổn định, giảm chi phí bảo dưỡng, nâng cao độ bền và ôn định khi vận hành thiết bị.
Các nghiên cứu trong nước về dầu mỏ, khai thác và chế biến các sản phẩm dầu khí, chủ yếu thuộc các đơn vị của Tập Đoàn Dầu Khí Quốc gia Việt Nam (PVN). Tiêu biểu như để tài “Nghiên cứu chế tạo các thiết bị cho phản ứng cracking dầu thô phức hợp’’ nhóm nghiên cứu của TS. Dựa trên các kết quả cho thấy đa phần là các phản ứng hoá học. Mặt khác việc nghiên cứu về đặc tính của dầu bôi trơn gặp rất nhiều khó khăn do không đủ thiết bị phân tích các thành phần có trong dầu bôi trơn.
Việc phân tích và đánh giá chất lượng chất bôi trơn rất ít được đề cập và nghiên cứu chuyên sâu. Chức năng của dầu bôi trơn đối với thiết bị công nghiệp Chất bôi trơn hay dầu bôi trơn có chức năng cơ bản đó là : − Làm giảm ma sát, giảm cường độ mài mòn, ăn mòn của các bề mặt ma sát nhằm đảm bảo cho thiết bị đạt công suất tối đa. Trang 2 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp − Lưu lượng và áp suất của dòng bôi trơn giúp cuốn trôi các cặn bẩn, giải nhiệt làm mát thiết bị. − Ngoài ra chất bôi trơn còn có chức năng làm kín, bảo vệ bề mặt chi tiết.4 Tình hình nghiên cứu về dầu bôi trơn ở nước ngoài Với sự phát triển nhanh của các ngành công nghiệp nặng, việc nghiên cứu và sản xuất dầu bôi trơn đang được các nước công nghiệp chú trọng phát triển.
Tuy nhiên các nghiên cứu thường đi sâu vào sự đáp ứng phù hợp của dầu bôi trơn đối với từng ngành riêng, phù hợp cho từng thiết bị. Bôi trơn sau cho cho đúng kỹ thuật, có thể tăng hiệu suất năng lượng và giảm hỏng hóc sớm trên vòng bi và thiết bị, kéo dài thời gian hoạt động của máy. Các thực nghiệm và nghiên cứu đó được hãng vòng bi SKF triển khai, tuy nhiên kết quả không được phổ biến và ứng dụng. Trang 3 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp Chương 2: CÁC ĐẶC TÍNH KỸ THUẬT CỦA DẦU BÔI TRƠN VÀ CÁCH XÁC ĐỊNH Trang 4 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp 2.
Khái niệm Độ nhớt là một đại lượng vật lý đặt trưng do trở lực ma sát nội tại sinh ra giửa các phân tử khi chúng có sự chuyển động trượt lên nhau. Vì vậy độ nhớt có liên quan đến nhiệt độ, khả năng thực hiện quá trình bơm, vận chuyển chất lỏng, chất keo trong các hệ đường ống chứa lưu chất. Phân loại độ nhớt và phương pháp xác định độ nhớt Độ nhớt được chia làm hai loại: Động lực và động học a. Độ nhớt động lực Độ nhớt được định nghĩa là khả năng chống chảy của chất lỏng khi bị biến dạng do ứng suất trượt; mô tả sức cản nội bộ trong chất lỏng đối với dòng chảy và có thể được coi là thước đo của ma sát chất lỏng.
Một chất bôi trơn lỏng giữa hai bề mặt nằm ngang hoặc giữa các vật rắn, trong đó một vật cố định và một vật chuyển động với vận tốc không đổi, có thể được sử dụng để minh họa về độ nhớt (Hình 1) Bề mặt rắn chuyển động Chất bôi trơn Bề mặt rắn đứng yên Hình 1. Mô tả vận tốc tuyến tính của lớp bôi trơn. Chất bôi trơn có thể được xem bao gồm nhiều lớp chuyển động với các vận tốc khác nhau, trong đó lớp dầu càng gần với bề mặt cố định sẽ có vận tốc càng gần bằng 0; lớp dầu càng gần với bề mặt chuyển động, vận tốc bôi trơn càng tiến đến bằng với vận tốc của bề mặt chuyển động. Ứng suất trượt 𝜏, sinh ra khi di chuyển vật rắn chuyển động phía trên với vận tốc không đổi 𝑢, được định nghĩa bởi định luật Newton 𝜕𝑢 𝜏=𝜂 (1) 𝜕𝑦 Trong đó: 𝑢 là vận tốc của vật rắn chuyển động.
Đối với dòng chảy tầng có độ nhớt động lực học 𝜂. và 𝑦 là khoảng cách giữa hai bề mặt rắn. Sự thay đổi vận tốc theo khoảng cách 𝑦, được gọi là vận tốc trượt, 𝜕𝑢⁄𝜕𝑦. Độ nhớt động lực được đo bằng máy đo lưu tốc (lưu biến kế), trong đó lưu chất được đặt giữa hai hình trụ đồng tâm (Hình 2).
Máy đo lưu tốc kiểu này còn được gọi là nhớt kế quay. Xy lanh bên trong có vận tốc đã biết, độ hở được cho trước và mô-men xoắn cần thiết để giữ cố định cho xylanh ngoài được đo. Ta sẽ tìm được ứng suất trượt cho một Trang 5 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp vận tốc trượt nhất định. Các phép đo được thực hiện ở nhiệt độ phù hợp tương ứng với ứng dụng thực tế điển hình.
Độ nhớt động lực được đo bằng máy đo lưu tốc Đơn vị của độ nhớt động lực là Pas hoặc thường được sử dụng là cP (centipoise), trong đó 1 mPas = 1 cP. Nước ở nhiệt độ phòng có độ nhớt động lực khoảng 1 mPas và dầu động cơ là khoảng vài trăm mPas. Độ nhớt động học Tại các vị trí tiếp xúc, ta sử dụng độ nhớt động học. Độ nhớt động học dễ đo hơn và thường được sử dụng để chỉ định chất bôi trơn.
Độ nhớt động học 𝜈 là tỉ số giữa độ nhớt động lực và trọng lượng riêng của nó: 𝜂 𝜈= (2) 𝜌 trong đó 𝜂 là độ nhớt động lực và 𝜌 là trọng lượng riêng. Độ nhớt động học được đo bằng cách cho chất bôi trơn chảy qua một ống mao quản với đường kính xác định và chỉ bị tác động bởi trọng lực. Ta tiến hành đo thời gian lượng chất bôi trơn nhất định chảy qua ống mao quản. Hệ thống này được gọi là nhớt kế mao quản (Hình 3) Mức bắt đầu Mức dừng Phần mao quản Hình 3.
Độ nhớt động học được đo bằng nhớt kế mao quản Độ nhớt động học thường được đo ở 400C (KV40) Kinematics Viscosity và 1000C (KV100), có thể bao quát các dãy nhiệt độ của các ứng dụng phổ biến. Đơn vị của độ nhớt động học là mm2/s hoặc cSt (centistokes), trong đó 1 mm2/s = 1 cSt. Nước ở nhiệt độ phòng có độ nhớt động học khoảng 1 mm2/s. Trang 6 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp Đối với tất cả các chất bôi trơn, trọng lượng riêng sẽ giảm khi nhiệt độ tăng.
Do đó, độ nhớt động lực và trọng lượng riêng phải được đo ở cùng nhiệt độ để có được phép đo chính xác cho độ nhớt động học. Chỉ số độ nhớt (Viscosity Index-VI) Chỉ số độ nhớt (VI) là đại lượng để đánh giá sự thay đổi của độ nhớt dầu bôi trơn theo nhiệt độ. − Nhiệt độ khác nhau thì độ nhớt của dầu sẽ khác nhau. Độ nhớt của dầu thay đổi theo nhiệt độ − Ở nhiệt độ thấp thì độ nhớt có chỉ số cao Hình 5.
Mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ nhớt Trang 7 Nghiên cứu các thông số ảnh hưởng đến đặc tính của dầu bôi trơn sử dụng trong bảo dưỡng công nghiệp 2. Chỉ số độ axit tổng (TAN) 2. Khái niệm Chỉ số axit tổng (TAN) là thước đo tình trạng dầu bôi trơn (hoặc tình trạng của dầu gốc). Chất bôi trơn mới (chưa sử dụng) có thể chứa các thành phần axit như axit hữu cơ, axit vô cơ, este hoặc một số chất phụ gia có tính axit.
Axit cũng hình thành khi chất bôi trơn bị lão hóa. Do đó, tình trạng của chất bôi trơn có thể được đánh giá bằng cách đo giá trị axit. Chỉ số TAN cao thường thấy ở một chất bôi trơn đã cũ. Số axit là một chỉ số về tuổi thọ còn lại của chất bôi trơn.
Việc theo dõi giá trị axit cho phép ta có thể thay chất bôi trơn trước khi xảy ra ăn mòn nghiêm trọng trong hệ thống. Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn đều có chỉ số TAN ban đầu tương đối nhỏ và tăng dần trong quá trính sử dụng. Khi TAN tăng lên sẽ đánh mất tính năng chống oxy hóa của dầu nhờn và lúc đó dầu lại bị oxy hóa làm cho TAN trong dầu lại tiếp tục tăng lên và sẽ làm giảm tuổi thọ của dầu.