Dầu nhờn bôi trơn

- Các chất bôi trơn dạng khí không khí, cacbonic, heli, các khí dẫn xuất halogen của hydrocacbon và một số khí hữu cơ khác được dùng cho các máy móc có tải trọng nhỏ, quay với tốc độ lớ

Đồ án

Dầu nhờn bôi trơn

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT DẦU NHỜN VÀ BÔI TRƠN 2

I TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN 3

I.1 MA SÁT VÀ NGUYÊN LÝ BÔI TRƠN 3

I.2 VAI TRÒ CỦA DẦU NHỜN TRONG HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ 6

I.3 NHỮNG TÍNH CHẤT LY Ï- HOÁ CỦA DẦU NHỜN BÔI TRƠN 9

I.4 TÍNH CHẤT CÁC LOẠI DẦU GỐC CƠ BẢN DÙNG TRONG PHỐI TRỘN DẦU NHỜN 12

I.4.1 DẦU GỐC CHẾ BIẾN TỪ DẦU MỎ .12

I.4.1.1 Công nghệ sản xuất dầu gốc .12

I.4.1.2 Thành phần hydrocacbon của dầu gốc .16

I.4.2 DẦU GỐC TỔNG HỢP .17

I.4.2.1 Nhóm hydrocacbon tổng hợp .18

I.4.2.2 Nhóm các este hữu cơ .18

I.4.2.3 Nhóm este phosphat 18

I.4.2.4 Nhóm polyalkyl glycol .18

I.5 TÍNH CHẤT CÁC LOẠI PHỤ GIA DÙNG TRONG PHỐI TRỘN .19

I.5.1 Giới thiệu phụ gia .19

I.5.2 Các chủng loại phụ gia .20

I.6 PHÂN LOẠI DẦU NHỜN DÙNG CHO ĐỘNG CƠ ÔTÔ THEO TIÊU CHUẨN QUỐC TẾ 24

I.6.1 Phân loại dầu động cơ theo cấp chất lượng API 24

I.6.2 Phân loại dầu nhờn động cơ theo cấp độ nhớt SAE .26

II CÁC CHẾ ĐỘ MÀI MÒN BỀ MẶT 28

II.1 GIỚI THIỆU 28

II.2 MÀI MÒN KẾT DÍNH .28

II.3 MÀI MÒN (L’USURE ABRASIVE) 34

II.4 MÀI MÒN ĂN MÒN 39

II.5 MÀI MÒN DO MỎI (L’USURE PAR FATIGUE) .42

II.6 MÀI MÒN PHỨC HỢP .44

II.6.1 Ăn mòn tiếp xúc .44

II.6.2 Mài mòn lỗ trống 46

II.7 MÀI MÒN TRONG ĐỘNG CƠ 48

II.7.1 Sự mài mòn trong hệ thống xupáp .48

II.7.2 Sự mài mòn trong hệ thống Piston - xecmăng - xylanh 48

II.7.3 Sự ăn mòn ổ đỡ 49

III CÁC CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN 50

III.1 CHẾ ĐỘ MA SÁT KHÔ .50

III.2 CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN GIỚI HẠN 50

III.3 CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN LƯU CHẤT 54

III.3.1 Chế độ hydrodynamique (HD) 54

III.3.2 Chế độ thuỷ động học đàn hồi (EHD) .56

III.4 CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN HỖN HỢP .56

III.5 ĐƯỜNG CONG STRIBECK .56

III.6 LÝ THUYẾT TÍNH TOÁN LỚP PHIM DẦU .58

III.6.1 Cấu trúc bề mặt của các chi tiết tiếp xúc 58

III.6.2 Các giả thuyết tính toán lớp phim dầu bôi trơn 59

IV ĐỘNG CƠ XĂNG VÀ HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ 67

IV.1 ĐẶC TRƯNG KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ XĂNG 67

IV.1.1 Đặc trưng về cấu tạo của động cơ xăng bốn thì 67

IV.1.2 Đặc trưng về hoạt động của động cơ xăng bốn thì .71

IV.2 CẤU TẠO HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ XĂNG BỐN THÌ 72

IV.2.1 Vai trò của hệ thống bôi trơn động cơ .72

IV.2.2 Các kiểu hệ thống bôi trơn động cơ .72

IV.3 CÁC CHI TIẾT CẦN BÔI TRƠN .82

PHẦN II PHỐI TRỘN DẦU NHỜN 15W- 40 .84

I GIỚI THIỆU 84

II CÔNG ĐOẠN TÍNH TOÁN PHỐI TRỘN .85

II.1 CƠ SỞ CHỌN DẦU GỐC VÀ PHỤ GIA 85

II.2 SO SÁNH TÍNH KINH TẾ CỦA CÁC TỔ HỢP PHỐI TRỘN .99

PHẦN III CÁC PHÉP THỬ DẦU NHỜN ĐỘNG CƠ .101

I GIỚI THIỆU .102

II TẦM QUAN TRỌNG CỦA CÁC PHÉP THỬ ĐỘNG CƠ TRONG PHÒNG THÍ NGHIỆM .102

III CÁC PHƯƠNG PHÁP THỬ NGHIỆM ĐỘNG CƠ XĂNG BỐN THÌ CHỦ YẾU HIỆN NAY .103

PHẦN IV TÁC ĐỘNG MÔI TRƯỜNG .108

I GIỚI THIỆU 109

II PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN AN TOÀN MÔI TRƯỜNG .110

III TÁI SINH DẦU NHỜN .111

III.1 GIỚI THIỆU .111

III.2 BẢN CHẤT CỦA TÁI SINH DẦU THẢI .111

III.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP TÁI SINH DẦU THẢI .112

III.4 SƠ ĐỒ CÔNG NGHỆ TÁI SINH DẦU THẢI .116 III.5 NHỮNG HIỂU BIẾT KHI SỬ DỤNG DẦU BÔI TRƠN .117 PHỤ LỤC

KẾT LUẬN

MỞ ĐẦU

Cách đây 100 năm, thậm chí con người vẫn chưa có khái niệm về dầu nhờn Tất cả các loại máy móc lúc bấy giờ đều được bôi trơn bằng dầu mở lợn và sau đó dùng dầu Ôliu Khi dầu Ôliu khan hiếm thì người ta chuyển sang sử dụng các loại dầu thảo mộc khác Ví dụ : Để bôi trơn cọc sợi máy dệt người ta sử dụng đến dầu cọ

Khi ngành chế biến dầu mỏ ra đời, sản phẩm chủ yếu tại các nhà máy chế biến dầu mỏ là dầu hỏa, phần còn lại là mazút (chiếm 70 - 90%) không được sử dụng và coi như bỏ đi Khi ngành công nghiệp dầu mỏ phát triển với số lượng cặn mazút càng ngày càng lớn, buộc con người phải nghiên cứu để sử dụng lại vào mục đích có lợi

Lúc đầu người ta lấy cặn dầu mỏ chưng cất hoặc dầu mỏ được pha thêm vào dầu thảo mộc hoặc mỡ lợn với tỷ lệ thấp để tạo ra dầu bôi trơn, nhưng chỉ ít lâu sau nờiii ta đã biết dùng các sản phẩm dầu mỏ để chế tạo ra dầu nhờn

Năm 1970 ở Creem (Nga) tại nhà máy Xakhanxkidơ bất đầu chế được dầu nhờn từ dầu mỏ Nhà bác học Nga nổi tiếng D.L.Mendeleép là một trong những người đầu tiên chú ý đến vấn đề dùng mazút để chế ra dầu nhờn

Năm 1870 - 1871 Ragorzin đã xây dựng một xưởng thí nghiệm dầu nhờn quy mô nhỏ Lúc đầu chưng tách được 1 - 1.5% dầu hỏa và sau đó từ cặn còn lại chế được dầu nhờn

Năm 1876 - 1877 Ragorzin xây dựng ở Balakhan nhà máy chế biến dầu nhờn đầu tiên trên thế giới có công suất 100000 put/năm Nhà máy đã sản xuất được ba loại dầu nhờn sau :

- Dầu cọc sợi

- Dầu máy

- Dầu trục cho toa xe mùa hè và mùa đông

cặn còn lại trong tháp chưng cất được dùng để cho vào các bánh xe thay cho cặn chưng cất

Phát huy kết quả đó Năm 1879 Ragorzin đã cho xây dựng ở Conxtantinop nhà máy thứ hai chuyên sản xuất dầu nhờn để xuất khẩu

Cùng với ngành công nghiệp và ngành vận tải đường sắt phát triển mạnh mẽ, nhu cầu về dầu nhờn tăng lên rất nhanh Các nhà máy sản xuất dầu nhờn có chất lượng ngày một cao hơn được xây dựng lại, mở rộng và đặt nền móng cho sự thăng tiến hùng hậu của ngành chế tạo dầu nhờn

Ngày nay với những tiến bộ khoa học không ngừng, con người đã xây dựng được những tháp chưng cất chân không hiện đại thay thế cho những nhà máy chưng cất cũ kỷ với những tháp chưng cất có công suất thấp

Những phương tiện tinh chế mới, trên cơ sở sử dụng đất trắng và các dung môi chọn lọc khác đã được áp dụng Một số nhà máy mới cũng được sử dụng để chuyên sản xuất ra các chất phụ gia dầu cho vào dầu nhờn.Nhằm cải thiện và nâng cao chất lượng cho các loại dầu nhờn.Ngành sản xuất dầu nhờn tổng hợp đã và đang được phát triển không ngừng

Hiện nay trên thế giới có hơn 5000 chủng loại dầu nhờn, phụ thuộc vào từng điều kiện môi trường, địa lý, diiều kiện hoạt động Của các tập đoàn sản xuất lớn như

BP, Castrol, Exson, Mobil, Total, Esso Họ cũng đang áp dụng những thành tựu mới nhất của khoa học kỹ thuật Dưa ngành công nghiệp dầu mỏ hàng năm tăng trưởng không ngừng và sản xuất dầu nhờn cũng không ngừng được nâng cao về chất lượng cũng như số lượng, sáng tạo thêm nhiều loại dầu mới trong tương lai

PHẦN I TỔNG QUAN LÝ THUYẾT DẦU NHỜN VÀ BÔI TRƠN

I TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỜN

I.1 MA SÁT VÀ NGUYÊN LÝ BÔI TRƠN

việc tìm hiểu về ma sát và nguyên lý bôi trơn là công việc đầu tiên cần thiết trước khi đi vào nghiên cứu dầu nhờn và chất lượng dầu nhờn Nếu nắm vững được hai vấn đề này thì mới có thể dễ dàng tiếp cận và tìm hiểu ảnh hưởng của dầu nhờn đối với quá trình hoạt động của các thiết bị máy móc, động cơ

Có nhiều dạng ma sát : -Ma sát trượt : Khi một vật rắn chuyển động trượt trên một vật khác Bề mặt của chúng tiếp xúc với nhau thì sẽ sinh ra lực ma sát gọi là lực ma sát trượt

- Ma sát lăn : khi một vật hình cầu, hình tròn, hình trụ tròn lăn trên bề mặt của một vật khác và hai vật tiếp xúc với nhau tai một điểm hoặc một đường thẳng thì sinh

ra lực ma sát gọi là ma sát lăn

Ma sát trượt thường lớn gấp 10 - 100 lần ma sát lăn (trong trường hợp ma sát khô)

Nguyên nhân của ma sát khô :

- Do sự liên kết cơ học của các chổ lồi (vi nhấp nhô ) trên bề mặt vật rắn

- Do tác động tương hổ giữa các phân tử của các bề mặt làm việc tại các điểm tiếp xúc

Hiện tượng ma sát luôn kéo theo sự hao phí công suất nhằm khắc phục ma sát và làm tỏa nhiệt, gây mài mòn các chi tiết làm việc Sự hao phí công suất , tỏa nhiệt và mài mòn là ba bản đồng hành không rời nhau và không chỉ riêng đối với ma sát khô mà là tất cả của các dạng ma sát

Tùy theo điều kiện và dạng ma sát mà mỗi một trong số các bản đồng hành đó có thể rất lớn hoặc chỉ cảm nhận được mà thôi

Trong khi cố gắng giảm bớt hao phí sức để khắc phục ma sát, con người đã áp dụng nhiều biện pháp khác nhau Một thắng lợi lớn của con người là phát hiên rằng khi các bề mặt làm việc được bôi trơn bằng dầu thì ma sát giảm xuống rất nhiều,

thậm chí ma sát trượt ở các bề mặt được bôi trơn có thể nhỏ hơn ma sát lăn nữa (trong một số điều kiện nhất định)

Khi có hai bề mặt chuyển động lên nhau được ngăn cách bởi một lớp dầu thì sẽ xuất hiện ma sát ướt, tức là ma sát trong bản thân lớp dầu giữa các phân tử dầu

Lượng tổn thất năng lượng trong ma sát ướt so với ma sát khô thì nhỏ hơn rất nhiều

Ma sát ướt so với ma sát khô có nhiều ưu điểm hơn như :

- Độ mài mòn các chi tiết giảm đi rất rõ rệt

- Tổn thất công suất chống ma sát giảm đi

- Các chi tiết bị nóng ít hơn

- Các vật ma sát có thể chịu được tải trọng lớn hơn

- Nâng cao độ bền và kéo dài thời gian hoạt động của các chi tiết làm việc

Khi thiết kế và chế tạo máy móc, thì những nhà thiết kế và chế tạo sẽ phải cố gắng để đạt được mối lắp ghép của các chi tiết cọ xát mà khi làm việc chúng được ngăn cách bởi một lớp dầu sao cho nó được ma sát ướt tốt nhất

I.1.2 Sơ lược về nguyên lý bôi trơn

Trên thực tế, người ta có thể sử dụng các vật liệu bôi trơn ở dạng khí, dạng lỏng, dạng nữa rắn, dạng rắn

- Các chất bôi trơn dạng khí (không khí, cacbonic, heli, các khí dẫn xuất halogen của hydrocacbon và một số khí hữu cơ khác ) được dùng cho các máy móc có tải trọng nhỏ, quay với tốc độ lớn như máy siêu ly tâm, dùng cho máy móc hoạt động

ở nhiệt độ cao như động cơ đẩy phản lực, tên lữa, dùng trong ngành công nghiệp thực phẩm, dệt, hóa chất nơi mà tất cả mọi sự nhiễm bẩn cần được loại trừ

- Các chất bôi trơn dạng lỏng được dùng nhiều nhất trong các máy móc, thiết bị chịu tải trọng lớn như các loại động cơ, tuốc bin hơi nước, các bánh răng quay nhanh Trong trường hợp bôi trơn ướt sự ngăn cách các bề mặt ma sát được thực hiện bằng một lớp màng thủy động lực mỗi khi có điều kiện cho phép và như vậy đặc tính quan trọng nhất của chất bôi trơn lỏng là độ nhớt

- Các chất bôi trơn nữa rắn

Các chất bôi trơn nữa rắn, có thể ở dạng dẻo hay dạng huyền phù hoặc nhũ tương

Dạng chất bôi trơn dẻo như các chất béo gốc động thực vật, các chất béo đã xà phòng hóa, petroleum, các sản phẩm tổng hợp Các loại xà phòng kim loại như xà phòng nhôm, canxi, natri, liti, chì Được dùng nhiều trong sản xuất mỡ nhờn gốc dầu mỏ Trong sản xuất các máy nông, lâm, máy móc xây dựng cần dùng nhiều các loại mỡ nhờn bôi trơn dạng dẻo, các chất bôi trơn nữa rắn như các hỗn

hợp huyền phù, nhũ tương của một số chế phẩm phân tán vi dị thể trong nước được dùng nhiều trong gia công kim loại

- Các chất bôi trơn dạng rắn

Các chất bôi trơn dạng rắn được dùng nhiều trong các điều kiện đặc biệt như điều kiện bên ngoài khí quyển trái đất, sâu dưới lòng nước, trong pin nguyên tử hoặc ở nhiệt độ cao Các chất bôi trơn rắn thường là các kim loại mềm như chì, thiếc, đồng ở dạng tấm lá rất mỏng, các hợp chất muối kim lọa hoặc muối phức như các sulfua, clorua, phosphat, iodua

Trong số các dạng vật liệu bôi trơn chiếm đa phần là dạng lỏng và kế đến là dạng dẻo Do đó ở đây ta chỉ quan tâm xét đến nguyên lý bôi trơn đối với chất lỏng

Chất lỏng để bôi trơn gọi là dầu nhờn hay dầu bôi trơn

Yêu cầu trước hết là dầu nhờn phải có khả năng chảy loang trên bề mặt kim loại

Tính chất phức tạp này thường gọi với nhiều tên như : Tính bôi trơn, khả năng bôi trơn, tính bám dính Và ngày nay thì chúng ta quen sử dụng nó với khái niệm là tính chất bôi trơn

Dầu nhờn có tính chất bôi trơn thì dễ chảy loang trên bề mặt kim loại, đi vào những khe hở nhỏ và bám chắc lên bề mặt Ngược lại, nếu nó không có tính chất đó thì không có khả năng chảy loang trên bề mặt lim loại và không thể chảy được vào các khe nhỏ Lực liên kết giữa các phân tử với nhau cũng là tính chất cần thiết của dầu nhờn dùng làm chất bôi trơn

Lực liên kết giữa các phân tử của dầu nhờn càng lớn thì lực ma sát giữa các phân tử chuyển động của dầu nhờn càcng lớn.Lực ma sát trong của dầu bôi trơn, tức là lực

ma sát sinh ra giữa các phân tử chuyển động của dầu bôi trơn gọi là độ nhớt

N.P.Petrop đã hình thành nên môn khoa học nghiên cứu chuyển động của dầu bôi trơn gọi là thuyết bôi trơn thủy động học

Áp dụng lý thuyết bôi trơn thủy động học vào thiết kế, chế tạo và sử dụng máy móc người ta đã khẳng định được các yếu tố cơ bản sau :

-Số lượng ma sát của các chi tiết làm việc phụ thuộc vào điều kiện làm việc chủ yếu của chúng

- bề dày của lớp phim dầu để đảm bảo bôi trơn

- Tác dụng làm mát của dầu nhờn

- Dầu có độ nhớt phù hợp với từng điều kiện làm việc

Để thực hiện bôi trơn ổ đỡ với lượng hao phí công suất do ma sát nhỏ nhất cần phải tính đến hàng loạt yếu tố : Độ nhớt của dầu, tải trọng trên ổ đỡ, tốc độ chuyển động của các chi tiếàm việc, diện tích các bề mặt làm việc, khe hở giữa các chi tiết làm việc, tình trạng nhiệt độ của ổ đỡ

Ngày nay, có nhiều phương pháp tính toán bôi trơn lỏng cho các chi tiết ma sát, nhưng đều dựa trên cơ sở những nguyên lý bôi trơn thủy động do Petrop đưa ra

Trong thực tế, nếu không đề cập đến các tính toán chúng ta cũng có thể ứng dụng những nguyên lý cơ bản rút ra từ lý thuyết bôi trơn thủy động như sau :

- Trong trường hợp ma sát lỏng, nếu độ nhớt của dầu, tốc độ trượt của các chi tiết làm viềc và bề mặt tiếp xúc của chúng tăng thì lượng tổn thất do ma sát sẽ tăng lên

- Độ nhớt của dầu tăng lên, tải trọng của các chi tiết làm việc giảm thì độ bền bôi trơn lỏng sẽ tăng lên

- Đối với các chi tiết làm việc có chuyển động nhanh cần dùng dầu có độ nhớt thấp và ngược lại

- Khe hở giữa các chi tiết làm việc càng lớn thì dầu bôi trơn càng cần có độ nhớt cao

- Tải trọng trên các chi tiết làm việc càng lớn thì độ nhớt càng cao

I.2 Vai trò của dầu nhờn trong hoạt động của động cơ

Trong quá trình hoạt động của động cơ, dầu nhờn có sáu công dụng như sau : Bôi trơn, chống mài mòn, chống ăn mòn kim loại, làm mát và làm sạch động cơ.Dưới đây ta sẽ xem xét sáu công dụng đó

I.2.1 Dầu nhờn bôi trơn máy

Trong tất cả các công dụng của dầu nhờn thì công dụng quan trọng nhất là bôi trơn các bề mặt có chuyển trượt giữa các chi tiết, làm giảm ma sát, do đó giảm tổn thất

cơ giới trong động cơ nên làm tăng hiệu suất có ích của toàn động cơ, tức là tăng tính hiệu quả kinh tế cho hoạt động của động cơ

Nguyên nhân của việc giảm ma sát là do khi bôi trơn sẽ có sự thay thế ma sát trực tiếp giữa các chi tiết máy bằng ma sát nội tại của màng chất bôi trơn ngăn cách các chi tiết máy Ma sát nội tại giữa các màng chất lỏng này luôn nhỏ hơn rất nhiều so với các dạng ma sát khác Ví dụ các hệ số ma sát động học giữa các trục thép

- Ma sát trực tiếp không có dầu bôi trơn : 0,8 - 1,0

- Có dầu động vật ở chế độ bôi trơn giới hạn : 0,05 - 0,10

- Có dầu nhờn ở chế độ bôi trơn thủy động : 0,001 - 0,01

- Có dầu ở chế độ bôi trơn thủy tĩnh : 0,000001 - 0,001

I.2.2 Dầu nhờn làm giảm mài mòn máy

Công dụng bôi trơn của đầu nhờn là giảm ma sát, không chỉ tăng hiệu suất hữu ích của động cơ mà còn tác dụng ngăn chặn tối đa sự mài mòn xảy ra ở các nơi có những chuyển dịch tương đối giữa các bề mặt với tốc độ thấp, ở giữa những bề mặt chịu tải cao trong những trường hợp này màng dầu bôi trơn dễ có khả năng bị

phá hũy nên yêu cầu trong dầu bôi trơn phải có những phụ gia chống mài mòn

Khi đó ở điều kiện nhiệt độ và áp lực cao dầu vẫn có khả năng tạo thành trên các chi tiết kim loại một màng chất bảo vệ bền vững, chúng sẽ trượt dọc theo nhau mà không gây hiện tượng mài mòn các bề mặt kim loại

I.2.3 Dầu nhờn chống ăn mòn kim loại

Nước là một nguyên nhân gây nên sự gỉ sét của các chi tiết được chế tạo từ hợp kim có chứa sắt Mỗi một thể tích nhiên liệu đốt cháy trong động cơ sinh ra hơn một thể tích nước Mặc dù phần lớn phần lớn lượng nước này ở thể hơi và thoát ra qua ống xả, tuy nhiên vẫn còn một ít động lại trong lòng xylanh hay lọt qua xecmăng và ngưng lại trong cacte Hiện tượng này thường xảy ra khi thời tiết lạnh hay khi động cơ chưa được sưởi ấm Thêm vào đó các sản phẩm phụ sinh ra do nhiên liệu cháy chưa hoàn toàn, những khí cháy có tính ăn mòn cũng lọt qua xecmăng rồi ngưng lại hoặc hào tan trong dầu ở cacte Ngoài ra còn các chất axít được tạo thành do sự oxy hóa dầu, vì vậy khả năng tạo rỉ sét và ăn mòn càng trỏ nên trầm trọng Các chi tiết cần được bảo vệ chống lại sự ăn mòn và chống gỉ

Màng dầu bôi trơn phủ trên bề mặt các chi tiết chịu ma sát có tác dụng chống rỉ sét cho các máy móc trong thời gian hoạt động, nhất là ở những bộ phận ẩm ướt

Ngoài ra chúng còn có tác dụng hạn chế tối đa sự lan truyền của các axít sinh ra trong quá trình cháy của các nhiên liệu có chứa nhiều lưu huỳnh.Tuổi thọ của động

cơ phụ thuộc một phần vào khả năng trung hòa của dầu máy đối với những hợp chất có tác dụng ăn mòn

Để dầu nhờn bảo đảm được chức năng này phải dùng các loại phụ gia mang tính kiềm, có tác dụng trung hòa các axít tạo ra khi nhiên liệu cháy

Thông thường trong quá trình sử dụng dầu nhờn, hàm lượng phụ gia này sữ giảm dần, khi tỷ lệ phụ gia thấp dưới hàm lượng cho phép thì dầu không còn đủ phẩm chất nữa và phải thay thế

I.2.4 Dầu nhờn làm mát máy

Do ma sát, tại các bề mặt làm việc như Piston - xylanh, trục khủyu - bạc lót Đều phát sinh nhiệt Mặt khác một số chi tiết như Piston, vòi phun còn nhận nhiệt của khí cháy truyền đến Do đó nhiệt độ ở một số chi tiết rất cao, có thể phá hỏng điều kiện làm việc của động cơ như gây ra bó kẹt, giảm độ bền của các chi tiết, gây kích nỗ ở động cơ xăng, giảm hệ số nạp Do đó nhằm giảm nhiệt độ của các chi tiết máy cần có hệ thống làm mát trong quá trình hoạt động của động cơ

Trên thực tế, hệ thống nước làm mát chỉ làm mát được khoảng 60% các chi tiết cần được làm mát Nước làm mát phần trên của động cơ như các đỉnh xylanh, lòng xylanh, các van Còn trục khủyu, các ổ đở, trục cam, các bánh răng, piston và

nhiều cụm chi tiết khác được làm mát bằng dầu máy Dầu máy có nhiệt độ thấp ở cacte, theo hệ thống bôi trơn được dẫn đến các chi tiết có nhiệt độ cao để tải bớt nhiệt và dầu cacte lại được làm mát nhờ bộ tản nhiệt không khí Dầu bôi trơn là phương tiện chính để làm mát piston

Những số liệu thực nghiệm cho thấy nhiệt độ cháy khoảng 1090 - 1650 0C Những phần chính của van có nhiệt độ khoảng 540 - 1095 0C, nhiệt độ piston lên tới

5400C Trong khi đó thiếc và chì được dùng để chế tạo các chi tiết bạc đở có nhiệt độ nóng chảy thấp 232 0C và 327 0C Dầu ở cacte có nhiệt độ trong khoảng 90 -

140 0C được đưa tới ổ đở để hấp thụ bớt nhiệt tai đây, duy trì một nhiệt độ ổn định khoảng120 - 135 0C

Chức năng làm mát này đòi hỏi dầu phải chịu nhiệt cao, có tính chất ổn định, không bị biến chất do tác dụng của oxy trong không khí ở nhiệt độ cao Do đó trong thực tế trong dầu nhờn, người ta có cho thêm một số phụ gia chống oxy hóa

I.2.5 Dầu nhờn làm kín máy

Ngoài tác dụng bôi trơn máy, chống ăn mòn kim loại, làm giảm mài mòn máy, làm mát máy còn có tác dụng làm kín máy

Thực tế bề mặt của xecmăng, rảnh xecmăng và thành xylanh không bằng phẳng chính vì thế hơi đốt từ trong buồng đốt có áp suất cao lọt ra ngoài vào cacte nơi có áp suât thấp, làm giảm công suất của động cơ

Dầu máy có chức năng lấp vào các lổ trống giữa bề mặt xecmăng và thành xylanh có tác dụng làm kín, ngăn cản tối đa không cho các loại khí nóng trong quá trình đốt cháyđi qua xecmăng của piston đi vào cacte

I.2.6 Dầu nhờn làm sạch máy

Trên bề mặt chi tiết có ma sát, trong quá trình làm việc thường có vảy răn tróc ra khỏi bề mặt Dầu bôi trơn sẽ cuốn trôi các vẩy tróc, sau đó giữ lại trong bầu lọc của hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt chi tiết có ma sát bị cáo xước

Trong động cơ Diesel hay động cơ dùng xăng pha chì, khi nhiên liệu cháy tạo ra muội than hay muội chì, hình thành cặn bùn và cặn cứng bám trên thành piston nhiều gây cháy xecmăng, làm tắc nghẻn các bộ lọc, đường dẫn dầu bôi trơn

Cặn bùn được tạo thành do sự kết hợp giữa hơi nước, bụi, sản phẩm xuống cấp và nhiên liệu cháy dở

Cạn cứng là sản phẩm là sản phẩm của quá trình oxy hóa các hợp chất kém ổn định có trong dầu tại nhiệt độ và áp suất cao Các bộ phậnbơm, xecmăng, piston, ổ đở rất dễ dàng đóng cặn cứng

Cặn bùn và cặn cứng đều gây tác hại lớn cho động cơ

Dầu nhờn với sự có mặt của phụ gia tẩy rửa sẽ có tác dụng ngăn cản sự tích tụ của cặn bùn, cặn cứng, giữ cho bề mặt các chi tiết luôn được sạch sẽ và tạo điều kiện cho động cơ hoạt động tốt hơn

Ngoài sáu chức năng chính đã kể ra ở trên, dầu nhờn còn có một số chức năng như:

- Truyền năng lượng trong hệ thống thủy lực học

- Giảm xốc và giảm tiếng ồn

- Cho phép chuyển động những cơ cấu được bôi trơn tại mọi nhiệt độ

- Thụ động với lữa, chống sủi bọt, vi khuẩn, tảo, nấm

I.3TÍNH CHẤT CÁC LOẠI DẦU GỐC CƠ BẢN DÙNG TRONG PHỐI TRỘN DẦU NHỜN

I.3.1 Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ

Nói chung, một cách truyền thống phương pháp sản xuất dầu gốc từ dầu mỏ bao gồm năm quá trình xử lý cơ bản sau được kết hợp với nhau theo nhiều cách tùy thuộc vào bản chất của dầu thô, khả năng của nhà máy lọc dầu và yêu cầu về đặc trưng, tính chất dầu gốc cần sản xuất

Sơ đồ cơ bản sản xuất dầu gốc

Phần chiết

Cặn chưng cất khí

øn quyê

Chưng cất chân không

Dầu cất nhẹ

Dầu cất trung bình

Dầu cất nă

Cặn

Tách Asphal bằng propane

Chiết bằng dung

môi

Dầu cất nhẹ

Dầu cất trung bình

Dầu cất nặng

· Khử asphal phần cặn chưng cất chân không

Do trong gudron có chứa nhiều các cấu tử không có lợi cho dầu gốc (10 - 50% dầu rất nặng vá asphal ), nên nếu đưa trực tiếp vào trích ly sẽ không cho phép đạt chất lượng và hiệu quả mong muốn Chính vì thế người ta tiến hành khử asphal trước

Trong sản xuất dầu nhờn, phổ biến dùng propane lỏng để khử chất nhựa - asphal trong phân đoạn cặn chưng cất chân không Asphal được tách bởi propane lỏng dưới áp suất 36 - 42 at Propane tan trong dầu và làm kết tủa asphal

Nhựa đường + dung môi (hàm lượng ít )

120 mm Hg

Distillat nhẹ (10 -20%) Cặn RAT (40%)

nhiên liệu chưng cất khí quyển

Distillat nặng (10 -20%) 350/3900 C

Cặn RSV (35 -45%)

·Các quá trình trích ly chiết tách bằng dung môi

Mục đích của quá trình trích ly là chiết tách các cấu tử không mong muốn chứa trong các phân đoạn dầu nhờn mà bằng chưng cất chân không không thể loại ra được Các cấu tử này thường làm cho dầu sau một thời gian bảo quản hay sử dụng

bị biến đổi màu sắc, tăng độ nhớt, xuất hiện các hợp chất có tính axít không tan trong dầu, tạo thành cặn nhựa và cặn bùn trong dầu Dung môi được chọn phải thỏa mãn các yêu cầu sau :

- Phải có tính hòa tan chọn lọc Tính chất này còn được gọi là độ chọn lọc của dung môi

- Phải bền về hóa học, không phản ứng với các cấu tử nguyên liệu, không gây ăn mòn và dễ sử dụng

- Có gia thành rẻ, dễ kiếm

- Có nhiệt độ sôi khác nhiệt độ sôi khác xa so với nhiệt độ sôi của các cấu tử cần tách để dễ dàng thu hồi dung môi, tiết kiệm được năng lượng

Ba loại dung môi có cực để tách phần hydrocarbone thơm và cặn nhựa ra khỏi các phân đoạn dầu nhờn được sử dụng phổ biến đó là Phenol, furfurol và N- methylpirolydon

Raffinat + 15% dung môi

900CDung môi

Nguyên liệu

700C

Extrait + 90% dung môi

·Quá trình tách sáp

Sáp là một hỗn hợp mà chủ yếu là các parafine phân tử lớn và một lượng nhỏ các hydrocarbon khác có nhiệt độ móng chảy cac (chúng dễ kết tinh ở nhiệt độ thấp) và kém hòa tan vào dầu nhờn ở nhiệt độ thấp Vì thế chúng cần phải tách ra khỏi dầu nhờn

Có hai loại quy trình công nghệ xử lý tách parafine hiện nay đang được sử dụng trong công nghiệp để sản xuất dầu nhờn

Y Quá trình thứ nhất nhấn mạnh vào tác dụng của hỗn hợp dung môi hòa tan dầu nhưng đồng thời kết tủa paraphine

Quá trình kết tua này và quá trình lọc tiếp sau đó được thực hiện ở nhiệt độ thấp và có chi phí rất lớn

Y Quá trình thứ hai là quá trình xúc tác hydrocraquage có tác dụng chuyển hóa, đồng phân hóa các n - parafine thành i-parafine tạo sản phẩm

· Quá trình làm sạch bằng hydro

quá trình tinh chế sản phẩm dầu mỏ đã tách sáp là quá trình cần thiết nhằm loại bỏ các chất hoạt động về mặt hóa học, có ảnh hưởng lớn đếnn độ màu của dầu gốc

Thường các hợp chất nitơ có ảnh hưởng rất mạnh đến màu sắc cũng như độ màu của dầu gốc Vì thế phải loại bỏ chúng, và đó chính là yêu cầu của quá trình tinh chế bằng hydro

Nguyên liệu tiếp xúc với hydro trong điều kiên có xúc tác, nhiệt độ và áp suất cao

Thường sử dụng nhiệt độ từ 300 - 3700 C và áp suất từ 40 - 60 at Xúc tác thường dùng là Co - Molipden Với công nghệ sản xuất dầu gốc không ngừng được cải tến nhằm tạo ra các sản phẩm có chất lượng tốt hơn, có hiệu quả cao hơn, kinh tế hơn.Một trong những hướng cải tiến chủ yếu công nghệ sảnc xuất dầu gốc là việc áp dụng các quá trình xử lý bằng hydro như : Hydrocracking, hydroisome hóa

Bằng cách đó có thể sản xuất dầu gốc có chất lượng cao, có chỉ số độ nhớt cao, độ ổn định hóa học tốt, nhiệt độ đông đặc thấp

I.4.1.1 Thành phần hydrocarbon của dầu gốc

Dầu gốc chế biến từ dầu mỏ có nhiều chủng loại tuy vậy, chúng được sản xuất từ quy trình pha trộn trên cơ sở bốn loại nguyên liệu là :

- Phân đoạn dầu nhẹ : Sôi khoảng 350 - 4000 C

- Phân đoạn dầu trung bình : Sôi trong khoảng 400 - 4500 C

- Phân đoạn dầu nặng : Sôi trong khoảng 450 - 5000 C

- Phân đoạn dầu cặn : Sôi khoảng trên 5000 C

Thành phần hóa học chủ yếu của dầu gốc là hợp phần hydrocarbon, bao gồm các nhóm khác nhau và mỗi nhóm có những tính chất khác nhau

Nhóm hydrocarbo naphten - parafine

Đây là nhóm hydrocarbon chủ yếu có trong dầu bôi trơn, hàm lượng của chúng có thể lên tới 40 -80% tùy thuộc loại dầu mỏ.Nhóm này có cấu trúc chủ yếu là hydrocarbon vòng naphten, có kết hợp với nhánh alkyl hoặc iso-alkyl Số nguyên tử carbon trong phân tử có thể từ 20 - 70 nguyên tử carbon Loại hydrocarbon này có tính bôi trơn tốt, tính ổn định hóa học tốt, do đó chúng là thần phần tốt của dầu bôi trơn Ngoài ra còn có các hydrocarbon dạng n - parafine và iso - parafine với hàm lượng không lớn Loại hydrocarbon này có tính ổn định tốt, tính bôi trơn ít thay đổi theo nhiệt độ, nhưng độ nhớt thấp, nhiệt độ đông đặc lại cao

Nhóm hydrocarbon thơm và naphten thơm

Nhóm này bao gồm các hợp chất trong dãy đồng đẳng của benzen, naphten Đôi khi còn có đồng đẳng của phenatren và antraxen

Một hợp phần nữa là các hydrocarbon hỗn tạp, bao gồm trong phân tử cả vòng thơm và naphten Nhóm hydrocarbon này dễ bị oxy hóa tạo ra cá hợp chất keo nhựa, đồng thời có tính bôi trơn thay đổi nhiều theo nhiệt độ, do đó chúng là hợp phần làm giảm chất lượng dầu thương phẩm

Nhóm hydrocarbon rắn

Các hydrocarbon rắn có trong nguyên liệu sản xuất dầu bôi trơn, đôi khi lên tới 40

- 50% tùy thuộc bản chất của dầu thô Sự có mặt của nhóm hydrocarbon này làm tăng nhiệt độ đông đặc, giảm khả năng sử dụng dầu ở nhiệt độ thấp, nhưng lại làm tăng tính ổn định của độ nhớt theo nhiệt độ và tính ổn định chống oxy hóa

Ngoài những thành phần kể trên trong dầu bôi trơn còn có các hợp chất hữu cơ chứa lưu huỳnh, nitơ, oxy tồn tại ở dạng các hợp chất nhựa, asphalten Đây cũng là những hợp phần làm giảm chất lượng của dầu bôi trơn Chúng có màu sẩm, dễ bị biến chất, tạo cặn trong dầu khi làm việc ở nhiệt độ và áp suất cao.Tuy vậy, sự có mặt của chúng với hàm lượng nhỏ thích hợp trong dầu thương phẩm là cần thiết là cần thiết vì làm tăng tính bám dính của dàu đối với bề mặt kim loại, giúp chống ăn mòn, mài mòn các chi tiết máy.Nhìn chung, dầu gốc được sản xuất từ dầu mỏ có những nhược điểm sau :

Tính ổn định hóa học, tínổ000n định nhiệt không cao, khả năng làm việc ở những nhiệt độ thấp không tốt, không đáp ứng đòi hỏi bôi trơn trong phạm vi nhiệt độ rộng

I.4.2 DẦU GỐC TỔNG HỢP

Dầu gốc tổng hợp có tính ưu việt hơn là có thể làm việc trong phậm vi nhiệt độ rộng hơn, trơ về mặt hóa học, ít tiêu hao, tiết kiệm năng lượng không gây độc hại Dầu tổng hợp ngày càng có nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như dùng làm dầu nhờn động cơ, dầu bánh răng, dầu phanh Trong ngành hàng không dùng dầu tổng hợpđể bôi trơn tuốc bin khí hoặc làm dầu thủy lực Trong công nghiệp dùng làm dầu máy nén, chất lỏng thủy lực chống cháy

Có bốn nhóm chủ yếu của dầu tổng hợp là các hydrocarbon tổng hợp, các este hữu

cơ, các este phosphat và các polyglyol

I.4.2.1 Nhóm hydrocarbon tổng hợp

Các hydrocarbon tổng hợp được sản xuất nhờ các quá trình polyme hóa các oléfine, alkyl hóa các oléfine hay các clo - parafine Trên thực tế thường dùng các chất như polyisobutene, các olgom của các oléfine, các polyalkylbenzen

Về mặt chất lượng nhóm dầu tổng hợp này không thua kém dầu chế biến bằng công nghệ hydrocracking và khả năng tiếp nhận phụ gia của chúng khá tốt

I.4.2.2 Nhóm các este hữu cơ

Các este hữu cơ dùng làm dầu nhờn tổng hợp bao gồm các este diaxít và este polyol

a) Các este diaxít

Dầu tổng hợp gốc este diaxít có nhiệt độ đông đặc rất thấp -50 đến -600 C, độ bền nhiệt cao và khả năng tẩy rửa tốt Các este diaxít được điều chế từ phản ứng của diaxít với rượu chứa một nhóm chức hydroxyt Các axít thường dùng là adipic, axít azelaic, axít sebasic Các rượu dùng là 2- etylhexyl, trimetylhexyl, isodexyl và tridexyl

b) Các este polyol

Được điều chế từ polyglycol và monoaxít no Dầu tổng hợp gốc este polyol có nhiệt độ đông đặc -30 đến -700 C Chỉ số độ nhớt từ 120 - 160, độ bền nhiệt khá cao

I.4.2.3 Nhóm este phosphat

Đặc trưng chung của các este phosphat là tính chịu nhiệt cao hơn nhiều so với dầu khoáng và tính bôi trơn cũng tốt hơn, tránh được sự bén lửa thường xảy ra đối với những dầu khoáng thông thường Dầu này có nhiệt độ đông đặc từ -50 C đến -200

C

I.4.2.4 Nhóm polyalkyl glycol

Là những hợp chất polyme được tổng hợp trên cơ sở các monome Các polyalkyl glycol có hai loại : Tan và không tan trong nước

a) Polyalkyl glycol tan trong nước được dùng làm dầu phanh thuỷ lực, làm chất lỏng thuỷ lựcchịu lữa trong gia công cắt gọt kim loại, trong chế biến cao su tổng hợp

b) Polyalkyl glycol không tan trong nước dùng pha chế các loại dầu thuỷ lực công nghiệp, dầu bôi trơn các máy nén lạnh kiểu trục vít

Nhóm polyalkyl glycol là nhóm chất bôi trơn tuyệt vời, chúng sử dụng tốt ở nhiệt độ môi trường thấp nhưng đồng thời cũng đảm bảo bôi trơn tốt ở nhiệt độ rất cao

I.5 TÍNH CHẤT CƠ BẢN CỦA CÁC LOẠI PHỤ GIA DÙNG TRONG PHỐI TRỘN DẦU NHỜN

Phụ gia là những hợp chất hữu cơ, cơ kim, vô cơ thậm chí các nguyên tố hoá học được pha vào sản phẩm dầu mở với nồng độ thông thường 0.01- 5% khối

lượng.Trong vài trường hợp, một số phụ gia dao động từ vài phần triệu đến trên 10%

Có thể sử dụng từng phụ gia riêng biệt, cũng có thể dùng hỗn hợp một số phụ gia được pha trộn thành phụ gia đóng gói sau đó sẽ được đưa tiếp vào dầu

Một số phụ gia có tác dụng nâng cao những phẩm chất đã có sẵn của dầu, một số khác tạo cho dầu có những phẩm chất mới cần thiết Các loại phụ gia khác nhau có thể hổ trợ lẫn nhau tạo ra hiệu ứng tương hổ, nhưng cũng có những phụ gia có hiệu ứng đối kháng nhau nghĩa là làm giảm tác dụng của nhau, tương tác với nhau tạo

ra những sản phẩm không tan hoặc ảnh hưởng xấu tới phẩm chất của dầu

Hiện trên thị trường có nhiều nhãn hiệu phụ gia khác nhau, gồm những nhóm chính sau :

Phụ gia chống oxy hoá, phụ gia tăngchỉ số độ nhớt, phụ gia hạ điểm đông, phụ gia tẩy rửa, phụ gia chống tạo bọt, phụ gia khử nhủ

I.5.1 Phụ gia tăng chỉ số độ nhớt

Phụ gia này tan được trong dầu, chúng là các polyme có tác dụng làm tăng độ nhớt của dầu.Đăc biệt chúng có thể làm tăng rất ít độ nhớt của dầu ở nhiệt độ thấp, nhưng ở nhiệt độ cao lại làm tăng độ nhớt của dầu một cách đáng kể

Nguyên nhân của đặc tính trên là do ở nhiệt độ thấp các phân tử polyme ở dạng xoắn lại chúng làm độ nhớt của dầu tăng rất ít Ngược lại ở nhiệt độ cao các phân tử polyme ở dạng duổi ra và làm tăng đáng kể độ nhớt của dầu

Các phụ gia này được chia làm hai nhóm, nhóm hydrocarbon và nhóm este

- Nhóm hydrocarbon có các loại : Copolyme etylen - propylen, polyisobutylen, copolyme styren - isopren

- Nhóm este có các loại :Polymetacrylat, polyacrylat và các copolyme của este styrenmaleic

I.5.2 Phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc

Dầu khoáng có thể chứa sáp parafine Khi chất bôi trơn bị làm lạnh, sáp sẽ kết tinh thành các tinh thể có cấu trúc kiểu lưới mắt cáo và ngăn cản sự chảy của dầu Các chất hạ điểm đông là các phụ gia hạ thấp nhiệt độ đông đặc của dầu bôi trơn do làm chậm quá trình tạo thành các tinh thể có kích thước lớn của parafine rắn nhờ chúng bao bọc xung quanh hoặc cùng kết tinh với parafine Do đó chỉ tạo thành các tinh thể nhỏ thay vì các tinh thể lớn ở dạng các đám vẫn xốp hình thành khi không có các phụ gia hạ điểm đông Sự biến đổi hình dạng parafine rắn như vậy làm giảm khả năng các tinh thể chồng chéo, đan cài vào nhau cản trở dòng chảy của dầu, nhờ thế dầu vẫn lưu chuyển tốt không bị đông cứng lại

Phần lớn các phụ gia hạ nhiệt độ đông đặc có chứa các sản phẩm polyne hoá và ngưng tụ Trong số chúng có một số loại đồng thời là phụ gia cải thiện độ nhớt

Những phụ gia loại này thường được dùng là :

- Polyacrylat và polymetacrylat từ C12 đến C24

- Các polyme alphaolefine và các copolyme

I.5.3 Phụ gia chống tạo bọt

Sự tạo bọt ảnh hưởng xấu tới tính chất bôi trơn của dầu và làm tăng sự oxy hoá của chúng do không khí trộn mạnh vào dầu Trong thực tế, sự tạo bọt của dầu là một vấn đề hết sức lo ngại Khi tạo bọt làm cho dầu bị thất thoát nhiều, ngăn cản sự lưu thông tuần hoàn của dầu, gây nên hiện tượng bôi trơn không đầy đủ, làm tăng thời gian phản hồi của hệ thống thuỷ lực Khả năng hạn chế sự tạo bọt của dầu khác nhau rõ rệt và phụ thuộc vào bản chất của dầu thô, bản chất phương pháp chế biến và độ nhớt của dầu Để hạn chế sự tạo bọt có thể sử dụng phụ gia chống tạo bọt Silicon lỏng, đặc biệt là polymetyl siloxan :

CH3

( Si O)n

CH3Là chất chống tạo bọt hiệu quả nhất với nồng độ pha chế từ1-20 ppm Thông thường nồng độ chất pha chế chống tạo bọt là 3-5 ppm đối với dầu động cơ và 15-

20 ppm đối với dầu truyền động ôtô Ngoài ra những chất như polymetacrylat, etanolamin, naphtalen alkyl hoá cũng là những phụ gia chống tạo bọt thích hợp cho dầu

I.5.4 Phụ gia khử nhũ và tạo nhũ