CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN 1. Lịch sử hình thành và phát triển dầu nhờn Ngay từ thời xa xưa kỹ thuật và các chất bôi trơn đã trở thành những yếu tố không thể tách rời nhau. Màng dầu mỏng được bôi trơn lên bề mặt làm việc đã tạo ra khả năng hoạt động nhịp nhàng và lâu bền cho các cơ cấu do con người chế tạo ra.
Không có chất bôi trơn thì con người không có được những thành tựu và những sáng tạo kỳ diệu của nền kỹ thuật như ngày nay Lịch sử không lưu lại được một cách đầy đủ tên tuổi của các bậc thiên tài trong quá khứ- những người đầu tiên đã phát hiện ra rằng: “Khi các bề mặt được bôi trơn so với không được bôi trơn thì tính trợt sẽ dễ dàng hơn và bề mặt ít nóng hơn khi làm việc”. Có rất nhiều chất liệu dùng để bôi trơn như mỡ nước, mỡ động vật, dầu thảo mộc và các sản phẩm dầu mỡ tổng hợp, các chất rắn, kim loại nóng chảy và thậm chí cả không khí nữa Thập niên 60-70 của thế kỷ 19 người ta chỉ dùng các nguồn dầu thảo mộc để bôi trơn. Nhưng khi nghành chế tạo máy đã phát triển thì nguồn dầu thảo mộc không đủ về số lượng cũng như hạn chế về chủng loại dầu nhờn. Trong khi đó số lượng cặn mazut, phần còn lại được coi như sản phẩm đã bỏ đi sau khi khai thác dầu hỏa ( chiếm tới 70-90%) tại các nhà máy chế luyện dầu mỏ, ngày càng lớn buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng lại vào những mục đích có lợi.
Nhà bác học Nga nổi tiếng D.Mendeleep chính là một trong những người chú ý đầu tiên đến vấn đề mazut để chế ra dầu nhờn. Dưới sự lãnh đạo của ông, ở nhà máy Conxtantinop đã xây dựng một cơ sở sản xuất dầu nhờn từ dầu mỏ và bắt đầu nghiên cứu một cách có hệ thống tính chất của chúng. Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 1 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT Những công trình cơ sở của L.Klarichkop đã tác động mạnh mẽ đến sự phát triển sản xuất dầu nhờn và tăng chất lượng dầu nhờn từ dầu mỏ. Từ đó đến nay các nhà nghiên cứu đã không ngừng cải tiến và hoàn thiện các phương pháp sản xuất dầu nhờn.
Tầm quan trọng và chức năng của dầu nhờn 1. Tầm quan trọng Dầu nhờn có vai trò quan trọng để duy trì hoạt động và tuổi thọ của động cơ, thiết bị cơ khí, máy móc công nghiệp… Hiện nay ở nước ta có trên 10 triệu công cụ máy móc liên quan đến bôi trơn bằng dầu mỡ. Do chính sách đổi mới của Nhà Nước, tốc độ đầu tư ngày càng tăng, số lượng máy móc và chủng loại ngày càng lớn, vấn đề quan trọng là phải sử dụng các trang thiết bị ( nhất là trong lĩnh vực kinh tế quan trọng như giao thông vận tải, năng lượng, cơ khí công nghiệp…) có hiệu quả cao nhất. Vì thế cung cấp, sử dụng dầu bôi trơn thích hợp và kĩ thuật bôi trơn hợp lý sẽ góp phần khai thác tốt các động cơ, thiết bị trong nền kinh tế.
Hiện tại trong nhiều nghành kinh tế, thời gian sử dụng máy móc chỉ đạt khoảng 30%. Ngày trước, khi các nhà khoa học tìm ra dầu bôi trơn để giải quyết vấn đề ma sát trong các thiết bị máy móc thì có lẽ chính họ cũng không thể tưởng tượng được phát minh của mình đã đóng góp trong nền kinh tế những lợi ích to lớn như thế nào. Cho đến nay và còn có lẽ còn rất lâu nữa, sự hao mòn máy móc, mà chủ yếu do mài mòn ma sát vẫn sẽ là vấn đề sống còn đối với các nhà sản xuất động cơ cũng như đối với người sử dụng. Không chỉ ở nước ta, mà ngay cả những nước phát triển, tổn thất do ma sát, mài mòn hay do sử dụng dầu bôi trơn và kĩ thuật bôi trơn không hợp lí đã chiếm vài phần trăm trong tổng thu nhập quốc dân.
Điển hình như ở CHLB Đức, con số lên tới 23- 40 tỉ DM hay tại Canada là khoảng 5 tỉ đô la Canada, còn ở nước ta theo đánh giá của các chuyên gia cơ khí, thiệt hại và các chi phí bảo dưỡng cỡ vài trăm triệu USD. Qua đó cho ta thấy việc sử dụng dầu nhờn hợp lí và hiệu quả sẽ góp phần to lớn trong việc nâng cao tuổi thọ thiết bị, tăng hiệu suất làm việc của động cơ. Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 2 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT 1. Chức năng Dầu nhờn có một tầm quan trọng rất lớn đối với các loại máy móc, nó có chức năng bôi trơn, chống mài mòn và ăn mòn các chi tiết, tẩy sạch bề mặt, tránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt làm mát và làm khít các bộ phận cần làm kín…Trong số các chức năng kể trên thì chức năng bôi trơn là quan trọng nhất.
Sử dụng dầu nhờn làm chất lỏng bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết máy móc nhằm mục đích giảm mài mòn, giảm ma sát nhờ vậy mà giảm được tiêu hao năng lượng để thắng được lực ma sát sinh ra khi các chi tiết máy chuyển động. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100 đến 1000 lần so với ma sát khô. Khi tra dầu vào giữa hai bề mặt tiếp xúc, chúng bám vào bề mặt tiếp xúc một lớp màng đủ mỏng để tách riêng hai bề mặt không cho chúng tiếp xúc trực tiếp lên nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có lớp phân tử dầu chuyển động trượt lên nhau mà thôi.
Chúng cũng tạo ra một ma sát chống lại lực tác dụng đó gọi là ma sát nội. Lực ma sát này thường rất nhỏ và không đáng kể so với lực ma sát sinh ra khi hai bề mặt kim loại khô tiếp xúc với nhau lúc chuyển động. Đại lượng đặc trưng cho ma sát nội của dầu nhờn là độ nhớt. Khi độ nhớt của dầu nhờn lớn thì ma sát nội tại lớn và ngược lại.
Như vậy để thực hiện tốt nhiệm vụ bôi trơn của dầu nhờn cho phù hợp với từng loại máy thì phải dùng các loại dầu nhờn có độ nhớt thích hợp theo tiêu chuẩn qui định. Năng lượng hao tổn để thắng lực ma sát trong các điểm tựa, ổ bi trục, nó biến thành nhiệt năng làm nóng các bộ phận và bề mặt tiếp xúc. Lượng nhiệt lớn hay nhỏ phù thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng, tốc độ. Tốc độ càng lớn thì lượng nhiệt sinh ra càng nhiều, kim loại sẽ bị nóng và máy móc làm việc mất chính xác.
Khi có dầu tra vào đó nó sẽ làm giảm rất nhiều các lượng nhiệt sinh ra ở các điểm đó. Bởi vậy dầu nhờn không chỉ làm nhiệm vụ bôi trơn mà nó còn làm nhiệm vụ tản nhiệt, để tránh các hiện tượng quá nhiệt cục bộ trong máy mà dễ xảy ra hỏng máy. Để thực hiện nhiệm vụ này người ta thường cho dầu nhờn lưu động qua các ổ bi rồi mang nhiệt phân tán ra ngoài. Dầu nhờn Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 3 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT còn có nhiệm vụ chống ăn mòn bề mặt kim loại, làm sạch bề mặt kim loại, làm kín các khe hở đảm bảo máy hoạt động ổn định nhất.
Các tính chất của dầu nhờn 1. Tính bôi trơn Khi dầu đã được đặt vào giữa hai bề mặt tiếp xúc, chúng sẽ chảy loang và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt không cho tiếp xúc với nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động, chỉ có lớp phân tử trong dầu tiếp xúc trượt lên nhau tạo nên ma sát chống lại lực tác dụng gọi là ma sát nội ( ma sát lỏng) của dầu nhờn. Nhờ thế làm giảm ma sát của các chi tiết hoạt động trong động cơ máy móc.
Đặc trưng cho ma sát nội là độ nhớt, vì vậy việc nghiên cứu chất lượng của dầu phải bắt nguồn từ độ nhớt Độ nhớt là số đo khả năng chống lại sự chảy của dầu nhờn, được xác định bằng tỉ số giữa ứng suất trượt và tốc độ trượt Ứng suất trượt là lực trượt trên một đơn vị diện tích vuông góc với phương thẳng đứng (Pa). Tốc độ trượt là sự chênh lệch tốc độ trên một đơn vị khoảng cách theo phương thẳng đứng (gy). Để thực hiện nhiệm vụ bôi trơn, dầu nhờn phải có độ nhớt thích hợp, phải bám chắc lên bề mặt kim loại và không bị đẩy ra ngoài, có nghĩa là nó phải có ma sát nội tại nhỏ. Bôi trơn là một tính chất rất quan trọng của dầu nhờn và chính việc sử dụng loại dầu nhờn có tính chất bôi trơn cao là thích hợp nhất.
Tính chất bôi trơn chỉ thể hiện khi có sự bôi trơn phân giới và bôi trơn nửa lỏng. Bôi trơn phân giới biểu hiện lớp dầu vô cùng mỏng nằm trong các vùng tác động của các lực lên phân tử của bề mặt kim loại. Công nghệ kĩ thuật hóa học Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm 4 Đồ án tốt nghiệp- Khóa 2008- 2012 Trường ĐHBRVT Bôi trơn nửa lỏng là quá trình bôi trơn khi lớp dầu giữa các chi tiết làm việc có phần nào bị phá vỡ và do đó tại những chỗ tiếp xúc của các chi tiết sinh ra ma sát phân giới hoặc ma sát khô. Các loại dầu có tính bôi trơn cao có khả năng chống mài mòn, chống xước tốt và được sử dụng cho các máy có tải trong lớn hơn.
Một số tính chất khác của dầu nhờn đối với động cơ - Tính oxi hóa của dầu nhờn trong động cơ - Khả năng tạo muội than trong động cơ - Hiện tượng đóng lớp sơn trong động cơ - Hiện tượng tạo cặn trong động cơ - Tính chất ăn mòn của dầu nhờn trong động cơ - Nhiệt độ đông đặc, tính lưu động… 1. Phân loại dầu nhờn Theo ý nghĩa sử dụng, dầu nhờn có 4 loại chính, đó là: Dầu nhờn động cơ Dầu nhờn công nghiệp Dầu nhờn thủy lực Dầu nhờn truyền động - Trong thực tế, dầu động cơ chiếm một tỉ lệ khá lớn trong công nghiệp sản xuất dầu bôi trơn nói chung ( khoảng 40%) và được sử dụng phổ biến. Dầu thủy lực và dầu truyền động có thể coi là nhóm dầu công nghiệp đặc biệt 1.