CHƯƠNG 1. TONG QUAN DAU MO BOI TRON VA CONG NGHIỆP DẦU KHÍ VIỆT NAM 1. Tống quan về dầu mỡ bôi trơn 1. Dầu mỡ bôi trơn.
Dầu mỡ bôi trơn là vật liệu quan trọng trong nền kinh tế của mỗi quốc gia. Tất cả các máy móc, thiết bị ở các dạng và các kích cỡ khác nhau sẽ không thể thực hiện được chức năng của mình hiệu quả nếu không có các loại dầu bôi trơn thích hợp. Do đó có rất nhiều chủng loại từ dầu bôi trơn có cấp chất lượng thấp đến rất cao được dùng nhằm đáp ứng các nhu cầu sử dụng từ đặc biệt đến các loại dầu đa dụng, dùng 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 máy móc ở nước đó.
Thông thường việc bôi trơn máy móc phải sử dụng dầu do nhà chế tạo ra quy định. Trong thực tế, việc tuân thủ các quy định về dầu bôi trơn mà nhà chế tạo đề ra là rất khó khăn. Vì vậy để bôi trơn các loại máy móc, thiết bị do các hãng của nước khác nhau chế tạo, chúng ta có thê thay thế bằng các loại đầu bôi trơn có các tính năng tương đương với dầu mỡ do các hãng quy định. Vì vậy, việc sử dụng vật liệu bôi trơn nói chung, dầu mỡ bôi trơn nói riêng và quy trình bôi trơn phù hợp với quy định của nhà chế tạo thiết bị, sẽ góp phần rất lớn đảm bảo cho máy móc, thiết bị hoạt động én định, giảm chi phí bảo dưỡng, nâng cao tuôi thọ sử dụng và độ tin cậy của chúng trong nên kinh tế.
Bôi trơn là biện pháp làm giảm ma sát đến mức thấp nhất, bằng cách tạo ra giữa bề mặt ma sát một lớp chất (chất bôi trơn). Chất bôi trơn có thể ở dạng lỏng (dầu nhờn hay còn gọi là dầu nhớt), dạng đặc (mỡ bôi trơn) hay ở dạng rấn. Trong số đó chiếm đa phần là chất bôi trơn đạng lỏng, tiếp đến là chất bôi trơn dạng đặc, sau cùng là dạng rắn. Chất bôi trơn dạng này thường chiếm rất ít và chỉ áp dụng trong một vài trường hợp riêng biệt như bôi trơn các ô trục có nhiệt độ rất cao hoặc trong chân không, những nơi này không thể dùng dầu hay mỡ bôi trơn được.
13 Đại học Bách khoa Hà Nội GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh Đề đảm bảo cho dầu bôi trơn có thể thực hiện tốt các chức năng nêu trên, dầu bôi trơn phải có phẩm chất tốt. Cụ thể là dầu bôi trơn phải có tính bám dính tốt, phải có độ nhớt thích hợp, phải có độ bền hoá học, cơ học, sinh học., phải có độ dẫn nhiệt tốt, không gây ăn mòn hoá học, tây rửa phân tán tốt các cặn, muội. sinh ra trong quá trình sử động cơ thiết bị. Việc lựa chọn, sử dụng dầu bôi trơn thích hợp đóng vai trò hết sức quan trọng trong việc đảm bảo cho dầu bôi trơn thực hiện được các chức năng của mình một cách tốt nhất.
Cơ sở quan trọng đề lựa chọn dầu bôi trơn thích hợp là đựa vào nguyên lý bôi trơn: + Đối với các chỉ tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt thấp và ngược lại. + Khe hở giữa các mặt chỉ tiết làm việc càng lớn thì dầu bôi trơn càng cần có độ nhớt cao. + Nhiệt độ làm việc cao thì dùng dầu có độ nhớt cao. + Số vòng quay lớn, áp suất trên trục nhỏ thì dùng dầu có độ nhớt thấp.
+ Áp suất trên trục lớn, số vòng quay nhỏ thì dùng dầu có độ nhớt cao. + Phạm vi thay đổi nhiệt độ lớn thì dùng dầu có tính nhiệt nhớt tốt (chỉ số độ nhớt cao) + Môi trường làm việc tiếp xúc với không khí, khí cháy ở nhiệt độ cao thì dùng dầu có tính chống oxy hoá và chống ăn mòn. + Môi trường làm việc tiếp xúc với nước và hơi nước thì chọn dầu có tính chống tạo nhũ và chống tạo bọt. + Thời gian sử dụng dầu lâu, chọn dầu có tính chống oxy hoá tốt, tính ôn định cao.
Vai trò và phân loại bôi trơn Trong các nội dung nghiên cứu cơ khí nói chung và về máy móc và trang bị nói riêng có thể thấy rõ các vấn đề ma sát, bôi trơn và mòn có một vị trí rất quan trọng. Các van dé trên có tác dụng quyết định đến khả năng làm việc của các cặp ma sát, độ tin cậy và tuổi thọ của nó và của cả thiết bị. 14 Đại học Bách khoa Hà Nội GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh Sử dụng phương thức bôi trơn các bề mặt tiếp xúc trong máy nói chung và các ô trục trong may 1a van dé thường gặp trong cơ khí. Vì vậy việc nghiên cứu có được cơ chế bôi trơn tốt nhất vừa đảm bảo tính kỹ thuật và vừa mang lại hiệu quả kinh tẾ cao.
Nghiên cứu về kỹ thuật bôi trơn thực sự là một lĩnh vực rộng lớn, ở đây ta điểm qua các dạng bôi trơn cơ bản trong cơ khí. Tùy theo điều kiện bôi trơn ỗ, ma sát được chia ra các dạng: Theo trạng thái bôi trơn có ma sát khô, ma sát ướt và ma sát nửa ướt. - Ma sát khô là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát tiếp xúc nhau tuyệt đối sạch và không được bôi trơn bằng bất cứ chất bôi trơn nào, trong ma sát khô hệ số ma sát cao hơn nhiều so với các dạng ma sát khác. - Ma sát ướt là ma sát trong đó hai bề mặt ma sát được ngăn cách nhau bởi một chất bôi trơn có chiều dày lớn hơn tông chiều cao nhấp nhô của hai bề mặt ma sát, chuyên động tương đối giữa hai bề mặt đó bị cản bởi nội ma sát của chất bôi trơn nói chung là rất nhỏ.1) - Ma sát nửa ướt phụ thuộc vào chất lượng dầu bôi trơn và tính chất vật liệu bề mặt ma sát.
Trong thực tế, không có ma sát khô bởi vì đù thế nào hai bề mặt ma sát cũng không thê là sạch tuyệt đối, môi trường xung quanh ít nhất cũng có hơi nước bao phủ. Bôi trơn ma sát ướt là bôi trơn có lợi nhất và được nghiên cứu ứng dụng nhiều nhất. Với bôi trơn ma sát ướt được nghiên cứu nhiều nhất có hai dạng chủ yếu là bôi trơn thủy động và bôi trơn thủy tinh. Bôi trơn thủy tĩnh là dạng bôi trơn có bơm dau vao 6 với áp suất cao đủ để nâng trục tách khỏi 6 va néi trong mang dau.
Phương pháp này đòi hỏi có trang thiết bị khá phức tạp và đắt tiền, nó chỉ được dùng với những ổ trục đặc biệt quan trọng trong các máy đặc chủng. Bôi trơn thủy động là dạng bôi trơn trong đó tính chất động học được lợi dụng để tạo điều kiện cho dầu bôi trơn chảy vào khe hở giữa trục và ô với áp suất cân bằng tải trọng bên ngoài. Dạng bôi trơn này rất thuận lợi vì vậy nó được dụng phô biến hơn. Tuy nhiên, một kết cấu bôi trơn bao giờ cũng là tổng hợp của các dạng bôi trơn khác nhau, vì thế khi tính toán một kết cấu bôi trơn thường phải giải quyết đồng thời nhiều bài toán mới có thể đáp ứng tương đối đầy đủ các khía cạnh kỹ thuật khác nhau.
15 Đại học Bách khoa Hà Nội GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh Theo vật liệu bôi trơn có: Bôi trơn chất rắn (graphit, bisunfune, modyphene); Bôi trơn chất lỏng (nước, dầu, mỡ ); Và bôi trơn chất khí. Vật liệu bôi trơn Nguyên liệu chủ yếu để sản xuất ra dầu bôi trơn là các hydrocacbon tự nhiên và tổng hợp khác nhau. Dầu gốc từ dầu khoáng được sản xuất từ dầu mỏ bằng quá trình tỉnh chế chọn lọc. Bản chất của dầu thô và quá trình lọc dầu sẽ quyết định tính chất vật lý và hóa học của dầu gốc tạo thành 1.
Dầu gốc từ dầu gốc khoáng a. Tính chất vật lý và hóa học của dẫu gốc Các phân đoạn dầu thô thích hợp cho sản xuất dầu gốc các sản phẩm có khoảng nhiệt độ sôi khác nhau nhờ quá trình chưng cất chân không, chúng chứa các hydrocacbon sau: - Prafin mạch thẳng và mạch nhánh. - Hydrocacbon no đơn và đa vòng (napten) có các cấu trúc vòng xyclohexan gắn với mạch nhánh parafin. Các hydrocacbon thơm đơn vòng và đa vòng chủ yếu chứa các mạch nhánh ankyl.
Các hợp chất hữu cơ có chứa vòng napten. Vòng thơm và mạch nhánh trong cùng một phân tử. Các hợp chất hữu cơ có chứa các dị nguyên tử, chủ yếu là các hợp chất chứa lưu huỳnh, nitơ và nhôm. Đặc tính vật lý và hóa học của các loại dâu khoảng Tính chất/ thành phần hóahọc Dầu Parafñin |Dầu Neptan [Dau Aromat Độ nhớt ở 40°C, mm”/s 40 40 36 Độ nhớt ở 100°C, mm2/s 6,2 5,0 4,0 Chỉ số độ nhớt 100 0 -1,85 Ty trong, g/cm? 0,8628 0,9194 0,8926 Nhiệt độ chớp chay, °C 229 174 160 Điểm aniline, °C 107 73 17 Nhiệt độ đông đặc, °C -15 -30 -24 IPhân tử lượng 440 330 246 Chỉ số khúc xạ 14755 1,5068 1,5503 Loại nguyên tử carbon (phân tích cấu trúc nhóm) %CA 2 19 41 %ŒN 32 37 36 %CP 66 44 24 16 Đại học Bách khoa Hà Nội GVHD: PGS.TS Bùi Tuấn Anh Các parafin mạch thang dài là loại sáp rắn nên hàm lượng của chúng trong dầu bôi trơn phải giảm tới mức nhỏ nhất.
Mặt khác izoparafin (Parafin nhánh) là thành phần rất tốt trong dầu bôi trơn vì chúng có độ ôn định nhiệt và tính nhiệt tốt. Trong thực tế dầu gốc khoáng là hỗn hợp của các phân tử đa vòng có đính mạch nhánh parafin. Việc phân loại dầu gốc khoáng thành dầu gốc parafin, neptan hoặc tùy thuộc vào loại đầu hydrocacbon nào chiếm ưu thế. Cách gọi tên và phân loại dầu gốc Nói chung dầu gốc được phân loại thành: - Dâầu có chỉ số độ nhớt cao (HVI) - Dầu có chỉ số độ nhớt trung bình (MV]) - Dầu có chỉ số độ nhớt thấp (LVI) Hiện nay không có quy định và ranh giới chính xác để quy định dầu về từng loại trên.
Tuy nhiên, dầu có chỉ số độ nhớt (VI=85) thường coi là dầu HVI, nếu VI < 30 thì coi là dầu LVI. 30 < VI <85 dầu MVI, tuy vậy công nghệ hydrocrackinh có thé tao ra dau gốc có chỉ số độ nhớt rất cao hoặc siêu cao. Dầu LVI được sản xuất từ phân đoạn dầu nhớt neptan, nó được dùng khi mà chỉ số độ nhớt và độ ôn định oxy hóa không chú trọng lắm.