Chương 1 TỔNG QUAN LÝ THUYẾT VỀ DẦU NHỜN 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ DẦU NHỜN 1. Mục đích và ý nghĩa của việc sử dụng dầu nhờn [4, 6] Dầu nhờn có tầm quan trọng rất lớn trong việc bôi trơn các chi tiết chuyển động, giảm ma sát, giảm mài mòn và ăn mòn các chi tiết máy, tẩy sạch bề mặt tránh tạo thành các lớp cặn bùn, tản nhiệt làm mát và làm khít các bộ phận cần làm kín. Thật vậy, tất cả các bộ phận máy móc lớn hay nhỏ dù có tinh chế kỹ đến thế nào thì những bề mặt của chúng vẫn không khỏi không có những chổ gồ ghề rất nhỏ mà mắt thường không nhìn thấy được.
Khi hai bề mặt phẳng chuyển động thì những chỗ lồi, lõm vô cùng bé đó cũng sẽ ngăn cản nhau, tạo ra một lực cản gọi là lực ma sát, chính lực này đã làm cho các bộ phận máy móc bị nóng lên, và khi nhiệt độ lên quá cao làm cho các mặt tinh chế chảy dính lên trên các mặt của vật bị cọ xát. Do đó, lực ma sát tăng lên và làm cho các bộ phận máy móc bị hư hỏng. Và có lực ma sát thì làm cho các chi tiết máy móc bị mài mòn dẫn đến độ chính xác của máy móc giảm sút, đồng thời ảnh hưởng đến cả tính chính xác của công việc và năng suất của máy móc đồng thời lại tiêu hao năng lượng (vì muốn vận hành được máy móc cần phải có năng lượng nhưng do có ma sát nên một phần năng lượng bị tiêu hao vào việc chống lại lực ma sát). Như vậy, lực ma sát trong những trường hợp này là những lực ma sát có hại.
Muốn giảm bớt lực ma sát này và hậu quả của nó thì nhất thiết phải có dầu mỏ bôi trơn. Khi ta tra dầu mỡ bôi trơn vào các bề mặt chi tiết thì các phân tử sẽ phân phối vào các chỗ lồi lõm của mặt phẳng cọ xát, làm cho sự ma sát giữa các phân tử sẽ hơn rất nhiều lần lực ma sát giữa hai mặt phẳng của bề mặt chi tiết [6]. Trong đời sống hằng ngày cũng như trong công nghiệp, vấn đề ma sát luôn luôn được chúng ta đối mặt. Bởi vì, trong thực tế có nhiều ngành kinh tế chỉ sử dụng máy móc chỉ ở mức là 30% nhưng vẫn có hao mòn máy móc.
Nguyên nhân chủ yếu gây ra hao mòn cho các chi tiết máy móc là do lực ma sát. Không chỉ với những nước đang phát triển như nước ta mà ngay cả những nước phát triển, tổn thất do ma sát và do mài mòn gây ra chiếm tới vài phần trăm tổng thu nhập quốc dân. Chẳng hạn như là [4]: Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 1 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp Đại học - Khóa III - Năm 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu - CHLB Đức: Thiệt hại do mài mòn và do ma sát các chi tiết hàng năm từ 32 - 40 tỷ DM. Trong đó ngành công nghiệp là 8,3 - 9,4 tỷ, ngành năng lượng là 2,67- 3,2 tỷ, ngành giao thông vận tải là 17 - 23 tỷ.
- Canada: Tổn thất hàng năm do ma sát là lên đến hơn 5 tỷ USD Canada. Chi chí sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị tăng nhanh, chiếm 46% so với chi phí đầu tư ban đầu. Riêng trong ngành lâm nghiệp, chi phí sửa chữa gấp 3,5 chi phí ban đầu đầu tư. - Việt Nam: Theo ước tính của các chuyên gia cơ khí thiệt hại do ma sát, mài mòn và chi phí bảo dưỡng hàng năm lên vài triệu USD.
Chính vì vậy, việc làm giảm tác động của lực ma sát luôn là mục tiêu quan trọng của các nhà sản xuất máy móc, thiết bị cũng như người sử dụng chúng. Để thực hiện điều này người ta đã dùng dầu bôi trơn. Khi hai mặt phẳng của chi tiết chuyển động thì chúng được cách ly hoàn toàn bằng một lớp màng dầu, nếu sử dụng loại dầu nhờn phù hợp với các điều kiện làm việc của máy móc thì hệ số ma sát sẽ giảm đi 100 - 1000 lần so với khi chưa có lớp dầu ngăn cản. Chức năng của dầu nhờn [3] Khi cho dầu nhờn vào động cơ ta nhận thấy rằng động cơ hoạt động êm hơn, máy ít nóng hơn, lâu mài mòn hơn, vậy dầu nhờn có chức năng như thế nào? Chức năng dầu nhờn như sau: 1.
Làm giảm ma sát, chống mài mòn và chống xước Đây là mục đích chính của dầu nhờn, bởi vì, khi máy móc làm việc thì các bộ phận máy móc có các bề mặt chi tiết cọ sát nhau sinh ra sức cản làm cho máy móc hư mòn. Với sự có mặt của dầu nhờn thì hai bề mặt tiếp xúc nhau được tách ra chỉ còn ma sát nội tại của dầu nhờn, ma sát này nhỏ hơn rất nhiều so với ma sát giữa hai bề mặt tiếp xúc của chỉ tiết máy. Do đó, ma sát giảm đi đáng kể, dẫn đến độ mài mòn giảm và các bề mặt tiếp xúc được bảo vệ khỏi bị xước. Như vậy, dầu nhờn trong động cơ có tác dụng làm cho máy trơn giảm đi sự cọ sát, giảm bớt sự mài mòn, bị xước của máy giúp máy hoạt động êm hơn và đảm bảo cho máy móc làm việc có công suất tối đa.
Tác dụng làm mát máy Một tác dụng quan trọng nữa của dầu nhờn là làm mát máy và chống lại sự quá nhiệt ở các chi tiết. Khi động cơ làm việc thì nhiên liệu cháy và sinh nhiệt, một phần nhiệt năng sinh ra thì biến thành công, một phần nhiệt năng còn lại cần phải đưa ra ngoài, hơn nữa ở bề mặt cọ xát giữa hai chi tiết vẫn sinh ra nhiệt, những phần Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 2 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp Đại học - Khóa III - Năm 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu nhiệt này cần phải đưa ra ngoài để tránh sự hư hỏng máy móc. Người ta dùng dầu nhờn ngoài tác dụng bôi trơn giảm ma sát thì dầu nhờn phải thu hút nhiệt năng và truyền ra nước làm nguội. Dầu nhờn đổ vào trong máy luôn luôn đưa vào tất cả các bộ phận của máy móc và lưu động tuần hoàn trong máy.
Cho nên khi độ nhớt của dầu nhờn mà còn nhỏ thì dầu lưu động trên bề mặt chi tiết càng nhanh và nhiệt năng truyền ra càng nhiều. Trong điều kiện nhiệt độ giống nhau thì dầu nhờn có độ dính cao, thì tính lưu động kém hơn và nhiệt năng truyền ra tương đối ít. Và ngược lại dầu nhờn có độ dính thấp có thể tản nhiệt tương đối nhanh.3 Tác dụng làm kín, khít Cho dù cố gắng đến mấy thì người ta cũng không thể nào khắc phục những chỗ hở trong quá trình gia công và dù cố gắng đến mấy thì con người vẫn không thể nào làm được cho bề mặt kim loại hoàn toàn nhẵn, và rồi khi hoạt động thì các bề mặt chi tiết cũng không thể nhẵn được mãi. Chính những chỗ hở này đã gây nên hiện tượng xì hơi ở buồng nổ của động cơ.
Và ta hình dung rằng nếu trong xylanh không có dầu nhờn thì hơi thừa sẽ từ buồng nổ qua các khe hở nhỏ đưa vào trong cacte. Khi ta cho dầu nhờn vào thì dầu nhờn sẽ lắp đầy khít những khe hở nhỏ thành màng dầu có tác dụng ngăn hơi thừa không đi qua được và đảm bảo được công suất cho động cơ. Dầu nhờn có độ bám dính cao thì tính năng làm kín sát càng cao. Tác dụng tẩy rửa Khi động cơ làm việc, do sự tiếp xúc của hai bề mặt kim loại sinh ra các hạt mịn kim loại đồng thời khi máy móc hoạt động thì luôn luôn hút không khí vào, bụi cát cũng theo không khí mà vào động cơ, khi hỗn hợp đốt cháy sẽ hình thành mụi than, bản thân dầu nhờn ở những nơi có nhiệt độ cao sẽ sinh ra hiện tượng bốc hơi, tách ly tạo thành hydrocacbua như keo.
Những chất sinh ra này luôn luôn loại bỏ khỏi bề mặt cọ xát. Công việc này sẽ do dầu nhờn đảm nhiệm. Nhờ vào trạng thái chảy lỏng dầu được lưu chuyển qua các bề mặt chi tiết và cuốn theo các tạp chất có hại nêu trên và đưa cào cacte dầu, rồi từ cacte đưa vào bầu lọc, dầu nhờn qua bầu lọc được biến thành dầu sạch còn các chất cặn bẩn thì ở lại trong bầu lọc. Bảo vệ bề mặt kim loại Bề mặt chi tiết, máy móc khi làm việc thường tiếp xúc với oxy, hơi nước làm cho kim loại bị ăn mòn.
Nhờ dầu nhờn tạo thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt Ngành Công nghệ kỹ thuật Hóa học 3 Khoa Hóa học và Công nghệ thực phẩm Đồ án tốt nghiệp Đại học - Khóa III - Năm 2012 Trường ĐH Bà Rịa - Vũng Tàu kim loại nên ngăn cách được kim loại với tác nhân gây ăn mòn, nhờ vậy mà bảo vệ bề mặt kim loại khỏi bị ăn mòn. Dầu nhờn còn được dùng để bảo quản dụng cụ kim loại trong bảo quản và vận chuyển để chống han rỉ. Với những chức năng ưu việt vừa nêu trên thì dầu nhờn ngày càng khẳng định rõ vai trò vô cùng quan trọng của mình trong sự phát triển của ngành công nghiệp trên thế giới. Các tính chất sử dụng của dầu nhờn Để dầu nhờn có được những chức năng vừa nêu trên thì dầu nhờn cần phải có những tính chất sau: 1.
Tính chất bôi trơn làm giảm ma sát [6, 17] Khi một vật chuyển động lên một vật khác thì xuất hiện lực ma sát. Chính lực ma sát này cản trở chuyển động của các chi tiết đó. Để giảm đi sự cản trở này người ta dùng dầu nhờn có tính bôi trơn tốt, tức là khả năng chảy loãng ra trên bề mặt các chi tiết. Tính chất phức tạp này gọi là tính chất bôi trơn của dầu nhờn [6].
Theo nguyên lý bôi trơn [6], thì khi dầu được đặt vào giữa hai bề mặt tiếp xúc nhau, chúng sẽ chảy loãng và bám chắc vào bề mặt tạo nên một màng dầu rất mỏng đủ sức tách riêng hai bề mặt tiếp xúc nhau. Khi hai bề mặt này chuyển động chỉ có các phân tử trong lớp dầu tiếp xúc trượt lên nhau tạo nên ma sát chống lại lực tác dụng gọi là lực ma sát nội (hay ma sát lỏng của dầu nhờn). Nhờ thế làm giảm ma sát của các chi tiết hoạt động trong động cơ máy móc.