Nghiên cứu thiết kế các chế độ khảo sát khả năng tải của hỗn hợp dầu bôi trơn với phụ gia theo tiêu chuẩn astm d4172 trên thiết bị ma sát bốn bi

Nội dung nghiên cứu của luận văn được chia thành bốn phần chính : 1- TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU DẦU NHỚT, TRO BAY VÀ TIÊU CHUẨN ASTM D4172 2- XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ KHẢO SÁT VÀ THIẾT BỊ THỰC

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO Trường Cơ Khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội

Giáo viên hướng dẫn : PGS.TS Bùi Tuấn Anh

Hà Nội - 04 – 2023

Chữ ký GHVD

LỜI CẢM ƠN

-*** -

Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS.TS Bùi Tuấn Anh Trường

Cơ khí, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội, người đã hướng dẫn và giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến quá trình viết và hoàn chỉnh Luận văn

Tác giả bày tỏ lòng biết ơn đối với Ban lãnh đạo và Phòng đào tạo Sau đại học,Trường cơ khí của Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành bản Luận văn này

Do năng lực bản thân còn nhiều hạn chế nên Luận văn không tránh khỏi sai sót,tác giả rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các Thầy, Cô giáo, các nhà khoa học và các bạn đồng nghiệp

TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN

Vấn đề cần thực hiện: Nghiên cứu khả năng tải của hỗn hợp dầu bôi trơn với phụ gia tro bay trên thiết bị ma sát bốn bi theo tiêu chuẩn ASTM D-4172

Nội dung nghiên cứu của luận văn được chia thành bốn phần chính :

1- TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU DẦU NHỚT, TRO BAY VÀ TIÊU CHUẨN ASTM D4172

2- XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ KHẢO SÁT VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 3- THỰC NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG

SỐ TỚI CHẤT LƯỢNG DẦU BÔI TRƠN

 Phương pháp thực hiện: Thực hiện các chế độ khảo sát khả năng tải của các loại dầu bôi trơn pha trộn với phụ gia tro bay trên thiết bị ma sát bốn bi, áp dụng tiêu chuẩn ASTM D-4172 để đánh giá khả năng tải và xác định các thông số kỹ thuật của hỗn hợp dầu bôi trơn với phụ gia

Công cụ sử dụng: Sử dụng thiết bị ma sát bốn bi để thực hiện các chế độ khảo sát,

sử dụng phần mềm để phân tích dữ liệu thu được từ thiết bị

 Kết quả: Luận văn cho thấy rằng sự thêm vào phụ gia tro bay vào dầu bôi trơn

có thể cải thiện khả năng tải của dầu bôi trơn đáng kể Các kết quả này có thể được áp dụng để cải thiện hiệu suất và tuổi thọ của các thiết bị sử dụng dầu bôi trơn và phụ gia tro bay

 Tính khoa học thực tiễn: Luận văn có tính khoa học thực tiễn cao, vì nó giúp các nhà nghiên cứu và kỹ thuật viên hiểu được tác động của phụ gia tro bay đến khả năng tải của dầu bôi trơn Nghiên cứu này cũng có thể cung cấp thông tin hữu ích cho các nhà sản xuất dầu bôi trơn và phụ gia tro bay để phát triển các sản phẩm mới hoặc cải tiến sản phẩm hiện có

 Định hướng phát triển mở rộng của luận văn: Có thể là nghiên cứu về tác động của các loại phụ gia khác nhau đến khả năng tải của dầu bôi trơn Nghiên cứu này cũng có thể được mở rộng để xem xét ảnh hưởng của các yếu tố khác như nhiệt độ,

áp suất và tốc độ đến khả năng tải của dầu bôi trơn và phụ gia

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 6

1 Lý do chọn đề tài 6

2 Tính cấp thiết và tính thời sự của đề tài 6

4 Phạm vi nghiên cứu 8

5 Phương pháp nghiên cứu 8

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỚT VÀ TRO BAY 9

1.1 Dầu nhớt 9

1.1.1 Dầu nhớt và ứng dụng 9

1.1.2 Sự hình thành và nguồn gốc phát triển của nghành dầu nhớt thế giới 9

1.1.3 Sự hình thành và phát triển của nghành dầu nhớt Việt Nam 10

1.1.4 Các loại dầu nhớt chính và cách khắc phục nâng cao độ hiệu quả 11

1.2 PHỤ GIA TRO BAY 13

1.2.1 Khái niệm 13

1.2.2 Tro bay nhà máy nhiệt điện của Việt Nam và biện pháp xử lý 15

1.2.3 Ảnh hưởng của tro bay nhà máy điện đến môi trường ở Việt Nam 20

1.2.4 Một số nghiên cứu 22

1.3 Giới thiệu về tiêu chuẩn ASTM D4172 23

1.3.1 Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tải của dầu bôi trơn 25

1.3.2 Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của phụ gia đến khả năng tải của dầu bôi trơn 25

1.3.3 Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của tốc độ đến khả năng tải của dầu bôi trơn 26 1.3.4 Một số nghiên cứu khác 27

KẾT LUẬN CHƯƠNG I: 28

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ KHẢO SÁT VÀ THIẾT BỊ THỰC NGHIỆM 29

2.1 Nhu cầu sử dụng của động cơ ô tô và xe máy 29

2.1.1 Thực trạng nhu cầu sử dụng ô tô, xe máy ở nước ta 29

2.1.2 Những thách thức của các nhà sản xuất dầu nhớt gặp phải khi nhu cầu tăng cao 29

2.1.3 Tầm quan trọng của dầu nhớt đến động cơ ô tô xe máy 30

2.3 Thiết kế thực nghiệm cho bộ thông số khảo sát 37

2.3.1 Lựa chọn thông số thực nghiệm 37

KẾT LUẬN CHƯƠNG II: 40

CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM VÀ KHẢO SÁT ẢNH HƯỞNG CỦA MỘT SỐ THÔNG SỐ TỚI CHẤT LƯỢNG DẦU BÔI TRƠN 41

3.1 Mục tiêu thực nghiệm 41

3.2 Tiến hành thí nghiệm 41

3.3 Kết quả thực nghiệm 47

3.1.1 Kết quả đo độ nhớt và thực nghiệm với máy ma sát 4 bi của dầu A 48

3.3.2 Kết quả đo độ nhớt và thực nghiệm với máy ma sát 4 bi của dầu B 53

3.3.3 Kết quả đo độ nhớt và thực nghiệm với máy ma sát 4 bi của dầu C 58

KẾT LUẬN CHƯƠNG III: 63

KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN : 64

DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 1: Dầu nhớt được sử dụng động cơ ô tô……….… 9

Hình 1 2: Thay dầu nhớt động cơ……….12

Hình 1 3: Ảnh SEM với độ phóng đại 600 lần của tro bay……… 14

Hình 1 4: Thành phần của than……….…16

Hình 1 5: Tro bay chất thải nhiệt điện……… 21

Hình 1 6: Bố trí thí nghiệm…….……… 24

Hình 2 1:: Đường phố Hà Nội đông đúc xe cộ……… 32

Hình 2 2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động bị máy ma sát bốn bi……… 33

Hình 2 3: Hình ảnh thực thế của máy……… 35

Hình 2 4: Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy đo độ nhớt……….35

Hình 2 5: Hình ảnh máy đo độ nhớt trong thực tế……… ………… 37

Hình 3 1: Phụ gia tro bay 43

Hình 3 2:Các viên bi dùng trong thí nghiệm 44

Hình 3 3:Hình ảnh các bước phối trộn dầu trong thực nghiệm 44

Hình 3 4:Cơ cấu bạc giữ bi và ổ quay 45

Hình 3 5:Dầu sau khi pha trộn phụ gia được đổ vào cốc đựng của máy 45

Hình 3 6:Hộp điều khiển của thiết bị ma sát bốn bi 46

Hình 3 7: Camera phóng hình 46

Hình 3 8:Một số mẫu khảo sát vết xước bi trên 47

Hình 3 9:Một số mẫu khảo sát vết xước bi dưới 48

Hình 3 10: Sự thay đổi độ nhớt của dầu A 49

Hình 3 11: Trung bình vết mòn bi dưới và độ lệch chuẩn dầu A 51

Hình 3 12: Trung bình vết mòn bi trên và độ lệch chuẩn của dầu A 52

Hình 3 13:Sự thay đổi độ nhớt của dầu B 54

Hình 3 14: Trung bình vết mòn bi dưới và độ lệch chuẩn dầu B 56

Hình 3 15: Trung bình vết mòn bi trên và độ lệch chuẩn của dầu B 57

Hình 3 16: Sự thay đổi độ nhớt của dầu C 59

Hình 3 17:Trung bình vết mòn bi dưới và độ lệch chuẩn dầu C 61

Hình 3 18: Trung bình vết mòn bi trên và độ lệch chuẩn của dầu C 61

DANH MỤC BẢNG THỐNG KÊ Bảng 1 1: Thành phần khoáng vật trong tro bay………17

Bảng 2 1: Bảng thông số kỹ thuật các thiết bị đo……… 37

Bảng 2 2:Bảng dải tốc độ của thiết bị……….37

Bảng 2 3:Bảng thông số khảo sát trên cơ sở điều kiện làm việc của động cơ ô tô và xe máy……… 39

Bảng 2 4:Bộ thông số thí nghiệm trên máy ma sát bốn bi……… 39

Bảng 3 1:Các chỉ tiêu kĩ thuât của tro bay……… 42

Bảng 3 2:Một số thông số kỹ thuật chính của các loại dầu A, B và C………43

Bảng 3 3:Kết quả đo độ nhớt dầu A(mm2/s)……… 48

Bảng 3 4:Kết quả thực nghiệm vết xước bi của dầu A……… 51

Bảng 3.5:Kết quả đo độ nhớt dầu B(mm2/s)……… .53

Bảng 3 6:Kết quả thực nghiệm vết xước bi của dầu B………56

Bảng 3 7:Kết quả đo độ nhớt của dầu C(mm2/s)……… …… 58

Bảng 3 8:Kết quả thực nghiệm vết xước bi của dầu C……… 60

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Tiến bộ khoa học kỹ thuật đòi hỏi phải luôn bổ sung và hoàn thiện kiến thức của các ngành khoa học mới, đó là khoa học về ma sát, độ tin cậy và tuổi thọ của máy.Về việc kiểm tra và đánh giá chất lượng sản phẩm, đặc biệt cần lưu ý tới kỹ thuật ma sát và các vấn đề về mòn của máy Ngày nay xe máy là phương tiện vận chuyển phổ biến và phổ cập trong cuộc sống hàng ngày, đặc biệt là trong các thành phố đông đúc Hiệu suất hoạt động và độ bền của động cơ xe máy là yếu tố cốt lõi để đảm bảo an toàn và sự ổn định khi sử dụng Bộ thông số bôi trơn chính xác và phù hợp giữa dầu bôi trơn và phụ gia có vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất hoạt động của động cơ, giảm ma sát, mài mòn và hao mòn, nâng cao khả năng chống oxi hóa và đảm bảo ổn định nhiệt

Nghiên cứu và thiết kế các chế độ khảo sát khả năng tải của dầu bôi trơn với phụ gia theo tiêu chuẩn ASTM D4172 sẽ cung cấp thông tin quan trọng để xác định các yêu cầu và thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn phù hợp cho xe máy, từ đó đáp ứng nhu cầu thực tế trong lĩnh vực này

Nhằm tìm hiểu thêm về khả năng tải tới hạn của dầu bôi trơn và xây dựng thông

số, với sự giúp đỡ của PGS.TS Bùi Tuấn Anh, NCM Máy và Ma sát học, Khoa Cơ khí Chế tạo máy – Trường cơ khí, ĐHBK Hà Nội thì tác giả đã lựa chọn đề tài

“Nghiên cứu thiết kế các chế độ khảo sát khả năng tải của hỗn hợp dầu bôi trơn với phụ gia theo tiêu chuẩn ASTM D-4172 trên thiết bị ma sát bốn bi”

2 Tính cấp thiết và tính thời sự của đề tài

Việc nghiên cứu thiết kế các chế độ khảo sát khả năng tải của hỗn hợp dầu bôi trơn với phụ gia theo tiêu chuẩn ASTM D-4172 trên thiết bị ma sát bốn bi, nhằm tạo ra bộ thông số bôi trơn cho xe máy, mang tính cấp thiết và thời sự vì những lý do sau đây: Tính cấp thiết của việc tạo ra bộ thông số bôi trơn cho xe máy:

Xe máy ô tô đóng vai trò quan trọng trong giao thông và đời sống hàng ngày của con người Việc bảo dưỡng và duy trì hiệu suất của động cơ xe máy là yếu tố cốt lõi

để đảm bảo an toàn và sự ổn định khi sử dụng

Bộ thông số bôi trơn chính xác và phù hợp giữa dầu bôi trơn và phụ gia sẽ đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường hiệu suất hoạt động của động cơ, giảm ma sát, mài mòn và hao mòn, nâng cao khả năng chống oxi hóa và đảm bảo ổn định nhiệt Việc nghiên cứu và thiết kế các chế độ khảo sát khả năng tải của dầu bôi trơn với phụ gia theo tiêu chuẩn ASTM D-4172 sẽ cung cấp thông tin quan trọng để xác định các yêu cầu và thông số kỹ thuật của dầu bôi trơn phù hợp cho xe máy

Tính thời sự của việc nghiên cứu này:

Trong thời đại hiện nay, yêu cầu về hiệu suất và tiêu chuẩn chất lượng của xe máy ngày càng cao Động cơ xe máy đang được phát triển liên tục với công nghệ tiên tiến

và nhu cầu vận hành mạnh mẽ, bền bỉ và bảo vệ môi trường

Các nhà sản xuất động cơ và các nhà nghiên cứu trong ngành công nghiệp ô tô đang tìm kiếm các giải pháp bôi trơn tiên tiến để đáp ứng yêu cầu cao hơn từ thị trường Việc nghiên cứu và phát triển bộ thông số bôi trơn cho xe máy theo tiêu chuẩn ASTM D-4172 sẽ đáp ứng nhu cầu thực tế và đồng thời cung cấp thông tin hữu ích cho các nhà sản xuất và người dùng xe máy

Ứng dụng rộng rãi và tiềm năng thương mại:

Kết quả từ nghiên cứu này sẽ giúp cải thiện chất lượng dầu bôi trơn cho xe máy, đáp ứng các yêu cầu khắt khe và nâng cao hiệu suất hoạt động của động cơ

Bộ thông số bôi trơn tối ưu có thể được áp dụng rộng rãi trong ngành công nghiệp sản xuất và bảo dưỡng xe máy Các nhà sản xuất dầu bôi trơn và phụ gia có thể áp dụng và thương mại hóa các thông số kỹ thuật mới để cung cấp sản phẩm tốt hơn cho thị trường

Nghiên cứu và phát triển bộ thông số bôi trơn cho xe máy cũng có thể tạo ra cơ hội kinh doanh và cạnh tranh trong ngành công nghiệp ô tô và xe máy

Tổng kết, việc nghiên cứu và thiết kế các chế độ khảo sát khả năng tải của hỗn hợp dầu bôi trơn với phụ gia theo tiêu chuẩn ASTM D-4172 trên thiết bị ma sát bốn

bi, nhằm tạo ra bộ thông số bôi trơn cho xe máy, là một đề tài cấp thiết và thời sự trong ngành công nghiệp ô tô và xe máy Nó đáp ứng nhu cầu thực tế, mang lại lợi ích

về hiệu suất, bền bỉ và bảo vệ môi trường, và có năng ứng dụng rộng rãi và thương mại

3 Mục tiêu của đề tài

- Dựa trên tiêu chuẩn ASTM D4172 của Mỹ về đánh giá khả năng tải tới

hạn của dầu bôi trơn trong điều kiện chuẩn, để khảo sát khả năng tải tới hạn từ 3 đến 5 loại dầu bôi trơn thương mại đang sử dụng ở Việt Nam trên máy ma sát 4

bi được Phòng thí nghiệm Ma sát bôi trơn – Trường Cơ Khí Đại học Bách Khoa

Hà Nội chế tạo

- Xác định các thông số ảnh hưởng đến đặc tính bôi trơn của dầu

- Nghiên cứu lựa chọn loại phụ gia, thành phần, tỷ lệ phụ gia vào dầu bôi trơn nhằm nâng cao đặc tính bôi trơn, khả năng tải và tuổi thọ của dầu

- Thực nghiệm đánh giá đặc tính bôi trơn của hỗn hợp dầu trên thiết bị ma sát bốn bi và tạo ra bộ thông số dầu bôi trơn dùng cho ô tô xe máy

4 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu trong đề tài này là khả năng tải tới hạn của dầu bôi trơn

ở tốc độ, tỷ lệ phụ gia tro bay, tải trọng và nhiệt độ chuẩn thể hiện qua Momen quá tải của tiếp xúc 4 bi

5 Phương pháp nghiên cứu

Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa Lý thuyết và Thực nghiệm Lý thuyết: Nghiên cứu phương pháp xác định khả năng tải tới hạn của dầu bôi trơn theo ASTM của Mỹ từ đó ta xác định được các thông số của thí nghiệm theo ASTMD4172

Thực nghiệm: Tổ chức khảo sát khả năng tải tới hạn của 3 đến 5 loại dầu có

độ nhớt SAE khác nhau trên máy ma sát 4 bi (Phòng thí nghiệm Ma sát bôi trơn – Trường Cơ Khí Đại học Bách Khoa Hà Nội chế tạo) Xác định khả năng tải tới hạn của từng loại dầu thương mại thông qua vết mòn của 4 viên bi

CHƯƠNG I : TỔNG QUAN VỀ DẦU NHỚT VÀ TRO BAY

1.1 Dầu nhớt

1.1.1 Dầu nhớt và ứng dụng

Dầu nhớt bôi trơn là một loại dầu được sử dụng để giảm ma sát và mài mòn trong các thiết bị cơ khí và công nghiệp Đây là một loại dầu được thiết kế để duy trì hiệu suất và độ bền của các thiết bị bằng cách giảm thiểu ma sát và nhiệt độ

Ứng dụng của dầu nhớt bôi trơn rất đa dạng Nó được sử dụng trong các thiết bị

cơ khí như động cơ, máy bơm, máy nén khí, máy nghiền, hộp số, và các thiết bị khác Ngoài ra, dầu nhớt bôi trơn cũng được sử dụng trong các thiết bị công nghiệp như máy nén khí, băng tải, và các hệ thống truyền động

Hình 1 1: Dầu nhớt được sử dụng động cơ ô tô

Tác dụng của dầu nhớt bôi trơn là giảm ma sát và mài mòn trong các thiết bị cơ khí và công nghiệp Khi được sử dụng đúng cách, nó có thể tăng tuổi thọ của các thiết

bị và giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa Ngoài ra, dầu nhớt bôi trơn cũng có thể tăng hiệu suất và giảm tiêu hao năng lượng của các thiết bị

1.1.2 Sự hình thành và nguồn gốc phát triển của nghành dầu nhớt thế giới

Ngành dầu nhớt là ngành công nghiệp liên quan đến sản xuất và kinh doanh các sản phẩm dầu nhớt sử dụng trong các động cơ và máy móc khác nhau Nó được coi là một phần quan trọng của ngành dầu khí và đã trải qua một quá trình phát triển lâu dài

để trở thành ngành công nghiệp quan trọng như hiện nay

Nguồn gốc phát triển của ngành dầu nhớt có thể được truy ngược lại từ khoảng giữa thế kỷ 19 Khi đó, các nhà sản xuất đã bắt đầu sử dụng các loại dầu thô như dầu hoa hồng và dầu cá trong các động cơ và máy móc Tuy nhiên, các sản phẩm này có chất lượng kém và gây ra nhiều vấn đề về bảo trì và hiệu suất

Trong những năm 1920, các nhà khoa học đã phát triển các loại dầu nhớt mới với chất lượng và hiệu suất tốt hơn Các công nghệ sản xuất như cách thức đồng hóa, dầu thải và phân lập được phát triển và cải tiến để cung cấp các sản phẩm dầu nhớt đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của thị trường

Từ đó đến nay, ngành dầu nhớt đã trải qua một quá trình phát triển đáng kể, với

sự gia tăng về quy mô sản xuất và công nghệ Các sản phẩm dầu nhớt ngày nay đa dạng, từ dầu nhớt động cơ, dầu nhớt công nghiệp đến dầu nhớt thực phẩm và dược phẩm Các công nghệ sản xuất cũng tiếp tục được cải tiến và tối ưu hóa để tăng cường hiệu suất và giảm tác động đến môi trường Ngành dầu nhớt hiện nay là một phần không thể thiếu của nhiều ngành công nghiệp và đóng góp quan trọng cho nền kinh tế toàn cầu

1.1.3 Sự hình thành và phát triển của nghành dầu nhớt Việt Nam

Ngành dầu nhớt của Việt Nam bắt đầu hình thành và phát triển vào những năm

1990 với các nhà máy sản xuất dầu nhớt nhỏ ở các thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh và Đà Nẵng Trong giai đoạn đầu, ngành dầu nhớt của Việt Nam phụ thuộc vào nhập khẩu sản phẩm từ các nước khác

Tuy nhiên, từ đầu những năm 2000, khi chính phủ Việt Nam đã đưa ra các chính sách hỗ trợ phát triển ngành công nghiệp trong nước, các nhà máy sản xuất dầu nhớt lớn hơn đã được xây dựng và hoạt động, giúp giảm đáng kể sự phụ thuộc vào nhập khẩu Các nhà máy này bao gồm Công ty TNHH MTV Dầu Nhớt Idemitsu Lube Việt Nam, Công ty TNHH Dầu Nhớt Petrolimex và Công ty TNHH Dầu Nhớt Quân Đội Tính đến nay, ngành dầu nhớt Việt Nam đã phát triển đáng kể, trở thành một phần không thể thiếu trong ngành công nghiệp dầu khí của đất nước Sản lượng sản xuất dầu nhớt tăng lên đáng kể và cung cấp cho thị trường trong nước và cả quốc tế Ngoài

ra, ngành dầu nhớt của Việt Nam đã chuyển từ sản xuất các sản phẩm cơ bản sang các

sản phẩm có giá trị gia tăng cao hơn, góp phần nâng cao chất lượng đời sống của người dân và đóng góp vào nền kinh tế của đất nước [1]

1.1.4 Các loại dầu nhớt chính và cách khắc phục nâng cao độ hiệu quả

- Có rất nhiều loại dầu nhớt được sản xuất để phục vụ các mục đích khác nhau Dưới đây là một số loại dầu nhớt phổ biến:

 Dầu truyền động: được sử dụng để bôi trơn hộp số, truyền động và các bộ phận khác của xe hơi, máy móc công nghiệp và thiết bị khác Loại dầu này có tính năng bảo vệ bề mặt và giảm ma sát, giúp kéo dài tuổi thọ và tăng hiệu suất của hệ thống

 Dầu thủy lực: được sử dụng trong hệ thống thủy lực để truyền động lực hoặc điều khiển các thiết bị Loại dầu này có tính năng chống oxi hóa và chống mài mòn, giúp bảo vệ các bộ phận khỏi hư hỏng và giúp hệ thống hoạt động hiệu quả

 Dầu gia công: được sử dụng trong quá trình gia công kim loại, bao gồm cắt, mài, khoan và xoáy Loại dầu này có tính năng làm mát, giảm ma sát và bảo vệ bề mặt, giúp giảm thiểu sự hao mòn và tăng độ bền của công cụ

 Dầu bôi trơn đặc biệt: được sử dụng trong các ứng dụng đặc biệt như dầu bôi trơn cho động cơ tàu thủy, dầu bôi trơn cho máy bay, dầu bôi trơn cho hệ thống thủy lực của máy xúc, vv Loại dầu này được thiết kế để đáp ứng các yêu cầu đặc biệt của các ứng dụng này

- Khắc phục và nâng cao độ hiệu quả khi sử dụng dầu bôi trơn

Dầu nhớt có rất nhiều loại và mỗi loại có các tính chất và ứng dụng khác nhau Vì vậy, cách khắc phục và nâng cao độ hiệu quả của dầu nhớt cũng khác nhau tùy thuộc vào loại dầu nhớt đó và tình trạng sử dụng

Hình 1 2: Thay dầu nhớt động cơ

Tuy nhiên, dưới đây là một số cách khắc phục và nâng cao độ hiệu quả của dầu nhớt chung và phổ biến:

 Thay dầu định kỳ: Thay dầu định kỳ giúp đảm bảo dầu luôn mới và đủ bảo vệ các bộ phận của máy móc Việc thay dầu còn giúp loại bỏ các chất cặn bẩn và phân hủy màu sắc của dầu nhớt

 Kiểm tra mức dầu định kỳ: Kiểm tra mức dầu định kỳ giúp đảm bảo rằng mức dầu đủ để bảo vệ các bộ phận của máy móc

 Sử dụng loại dầu nhớt đúng: Sử dụng loại dầu nhớt đúng cho mục đích sử dụng

cụ thể là cách tốt nhất để đảm bảo độ hiệu quả của dầu nhớt

 Kiểm tra và thay bộ lọc: Bộ lọc giúp loại bỏ các chất bẩn và phân hủy màu sắc của dầu nhớt Kiểm tra và thay bộ lọc định kỳ giúp giữ cho dầu nhớt luôn trong tình trạng tốt nhất để bảo vệ các bộ phận của máy móc

 Sử dụng dầu nhớt chất lượng cao: Sử dụng dầu nhớt chất lượng cao giúp bảo

vệ bề mặt và giảm ma sát, giúp giảm thiểu sự mòn và bảo vệ các bộ phận máy khỏi

1.2 PHỤ GIA TRO BAY

1.2.1 Khái niệm

Tro bay là phụ phẩm của các nhà máy nhiệt điện đốt nhiên liệu khoáng (than đá) Công nghệ đốt than ở các nhà máy nhiệt điện phổ biến nhất là đốt bằng lò đốt kiểu tầng sôi, tập trung hầu hết ở miền Bắc Phần hạt tro mịn bay theo dòng khí thải bị lắng lại trong thiết bị lọc bụi tĩnh điện gọi là “tro bay”, phần hạt lớn rơi xuống đáy lò gọi

là “tro đáy”, (tại Nhà máy nhiệt điện Phả Lại: 20% tro đáy lò và 80% tro bay tại ESPs)

Nguồn gốc tro bay nhiệt điện gắn liền với sự tồn tại và phát triển của các nhà máy

nhiệt điện đốt than Vì vậy ta xét đến sự tồn tại và phát triển các nhà máy nhiệt điện

đốt than

Tro bay có thể được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực của đời sống kỹ thuật, các ứng dụng của tro bay được chia thành ba nhóm: ứng dụng công nghệ thấp, ứng dụng công nghệ trung bình và ứng dụng công nghệ cao

- Các ứng dụng công nghệ thấp như sử dụng tro bay trong san lấp, làm đê ke, vỉa hè và nền đường, ổn định lớp mỏng, cải tạo đất,

- Các ứng dụng công nghệ trung bình như sử dụng tro bay trong xi măng, cốt liệu nhẹ, các loại bê tông đúc sẵn/bê tông đầm lăn, gạch, đá ốp lát,…

- Các ứng dụng công nghệ cao liên quan đến việc sử dụng tro bay làm nguyên liệu để thu hồi kim loại, chất độn cho compozit nền kim loại, compozit nền polyme

và làm chất độn cho một số ứng dụng khác

Tro bay có thành phần hóa học chính là SiO2 cùng với những ưu điểm như tỷ trọng thấp, tinh chất cơ học cao, bền nhiệt, chống co ngột kích thước, tro bay có thể là chất độn gia cường cô hiệu quả cho các vật liệu cao su và chất dẻo Tro bay có thể thay thế các chất độn gia cường truyền thống như canxi cacbonat, oxit silic,… hoặc phối hợp với than đen trong hợp phần cao su Việc sử dụng tro bay làm chất chất độn

gia cường cho cao su góp phần giảm giá thành sản phẩm (vì tro bay có giá rất thấp)

mà vẫn đảm bảo được tính chất của vật liệu Tuy nhiên để tăng khả năng tương tác của tro bay với cao su, người ta thường phải xử lý, biến tính bề mặt tro bay Tro bay

là loại phụ gia khoáng, hoạt tính nhân tạo, là các sản phẩm phụ hoặc phế thải thu được

trong các quá trình sản xuất công nghiệp, bao gồm silicafum, tro xỉ nhiệt điện, xỉ hạt

lò cao…

Tro bay là một loại “puzzolan nhân tạo” bao gồm SiO2, Al2O3, Fe2O3 (chiếm khoảng 84%)… là những tinh cầu tròn, siêu mịn, độ lọt sàn từ 50 nanomet (1 nanomet

= 1x10-9 m) tỉ diện 300 – 600 m2/kg

Hình 1 3: Ảnh SEM với độ phóng đại 600 lần của tro bay

Trong các nhà máy nhiệt điện, sau quá trình đốt cháy nhiên liệu than đá phần phế thải rắn tồn tại dưới hai dạng: phần xỉ thu được từ đáy lò và phần tro gồm các hạt rất mịn bay theo các khí ống khói được thu hồi bằng các hệ thống thu gom của các nhà máy nhiệt điện.Trước đây ở châu Âu cũng như ở Vương quốc Anh phần tro bay thường được cho là tro của nhiên liệu đốt đa được nghiền mịn Nhưng ở Mỹ, loại tro bay được gọi là tro bay bởi vì nó thoát ra cùng với khi ống khói và “bay” vào trong

không khí Và thuật ngữ tro bay (flyash) được dùng phổ biến trên thế giới hiện nay để

chỉ phần thải rắn thoát ra cùng các khi ống khói ở các nhà máy nhiệt điện

Ở một số nước, tuỳ vào mục đích sử dụng mà người ta phân loại tro bay theo các loại khác nhau Theo tiêu chuẩn DBJ08-230-98 của thành phố Thượng Hải, Trung Quốc, tro bay được phân làm hai loại là tro bay có hàm lượng canxi thấp và tro bay

có hàm lượng canxi cao Tro bay có chứa hàm lượng canxi 8% hoặc cao hơn (hoặc CaO tự do trên 1%) là loại tro bay có hàm lượng canxi cao Do đó, CaO trong tro bay hoặc CaO tự do được sử dụng để phân biệt tro bay có hàm lượng canxi cao với tro bay hàm lượng canxi thấp Theo cách phân biệt này thì tro bay có hàm lượng canxi cao có màu hơi vàng trong khi đó tro bay có hàm lượng canxi thấp có màu hơi xám

1.2.2 Tro bay nhà máy nhiệt điện của Việt Nam và biện pháp xử lý

Ở Việt Nam, theo Quy hoạch điện, tỷ trọng của các nhà máy nhiệt điện (NMNĐ) chạy than còn lớn (về công suất đặt, cũng như về sản lượng điện phát ra) Vì vậy, việc

xử lý chất thải của các NMNĐ than (tro bay qua ống khói và xỉ thải qua đáy lò hơi) đang ngày càng trở nên bức thiết

Tro bay được hình thành khi nhiên liệu than được đốt (trong các lò hơi của NMNĐ, trong lò quay của nhà máy xi măng, trong lò cao của nhà máy luyện kim, trong lò tunel của các xí nghiệp sản xuất vật liệu xây dựng, v.v )

Về khối lượng và chất lượng của tro bay: Phụ thuộc vào chủng loại than (anhthracite, than đá, than nâu, than bùn, than mỡ, v.v ) và phụ thuộc vào công nghệ đốt của các lò (nhiệt độ cháy, cỡ hạt của than đưa vào lò, thời gian hạt than được cháy trong lò, lượng khí ô xy dư thừa, v.v ), tro bay được thải ra sau khi đốt có khối lượng (nhiều/ít), có chất lượng (cao/thấp) sẽ rất khác nhau

Những loại than có hàm lượng/thành phần tro (Ash) tính bằng % cao, lượng xỉ thải qua đáy lò sẽ lớn (tỷ lệ thuận), còn lượng tro bay qua ống khói phụ thuộc vào công nghệ lọc bụi của nhà máy (lọc sạch hay không sạch) Nhìn chung, các loại anthracite và than đá (hard coal) thường có độ tro cao (>20%), các loại than bitummous hay than nâu có độ tro thấp (<15%) Hay, với cùng một loại than, nếu công nghệ đốt khác nhau cũng có khối lượng và chất lượng tro, xỉ thải ra khác nhau

Vì vậy, việc xử lý tro bay cũng có nhiều phương pháp và bằng nhiều giải pháp khác nhau

- Bản chất hóa - lý của tro bay

Trước khi đề cập đến các phương pháp/giải pháp xử lý, cần làm rõ bản chất của tro

Trong kỹ thuật, cần phân biệt rõ hai khái niệm "tro bay " và "xỉ" Cả hai đều là những chất (cùng với nhiều chất khác) được thải ra trong quá trình phát điện và thuộc loại chất thải rắn Trong đó, "tro bay " thải ra theo đường khói, hay còn gọi là "tro bay"; còn "xỉ" được thải qua đáy của lò hơi, hay còn gọi là "xỉ đáy lò" Tỷ lệ chất rắn thải ra dưới dạng "tro bay" hay "xỉ đáy lò" phụ thuộc vào công nghệ đốt của lò hơi, nhưng "tro bay" thường lớn hơn "xỉ đáy lò"

Nguồn gốc hình thành của tro, xỉ trong các NMNĐ là lò hơi đốt than Bản chất của việc đốt than là quá trình ô xy hóa của carbon (thành phần cháy được của than)

Về cơ bản, than có cấu tạo gồm 3 thành phần chính, và mỗi thành phần chính có 2 thành phần phụ (Hình 1.4) Cụ thể như sau:

1/ Thành phần than nguyên chất (carbon cố định + chất bốc hữu cơ)

2/ Thành phần khoáng chất (chất bốc vô cơ + tro)

3/ Thành phần ẩm (nước bên trong + nước bên ngoài)

Hình 1 4: Thành phần của than

Thành phần

của than

Than nguyên chất

Tổng Ẩm

Carbon cố định

Khi than bị đốt cháy, thành phần 'than nguyên chất' sẽ bị ô xy hóa hết, thành phần 'tổng ẩm' là nước sẽ bốc hơi hết, còn trong thành phần 'khoáng chất' thì 'chất bốc' hữu

cơ cũng bị cháy hết, chỉ còn lại 'chất bốc' vô cơ và tro xỉ được thải ra

Xét theo thành phần vật lý: tro xỉ thuộc chất rắn, có các kích thước (cỡ hạt) khác nhau, có các nhiệt độ biến dạng, nóng chảy, đông kết khác nhau, và màu sắc khác nhau

Xét theo thành phần hóa học: tro bay của các NMNĐ chạy than luôn chứa 8 loại

ô xít kim loại chủ yếu, gồm: SiO2, Al2O3, Fe2O3, CaO, NaO, K2O, MgO, TiO2 Ngoài

8 loại này, có thể còn có các ô xít khác Các loại than khác nhau sẽ có các hàm lượng của từng ô xít này khác nhau và sẽ có tỷ số a xít (acid ratio) khác nhau Tỷ số a xít R được xác định dựa trên 8 ô xít kim loại chủ yếu như sau:

R = (Fe2O3 + CaO + NaO + K2O + MgO)/(SiO2 + Al2O3 + TiO2)

Bảng 1 1: Thành phần khoáng vật trong tro bay

Thành phần khoáng

vật của tro bay

Thu được từ than Sub-bituminous(%)

Thu được từ than Bituminous(%) Bình quân(%)

Tỷ số a xít này (có giá trị trong khoảng 0,0÷1,0) là đại lượng tỷ lệ nghịch với nhiệt

độ nóng chảy của tro: tỷ số càng thấp, nhiệt độ nóng chảy của tro càng cao

Như vậy, về mặt khoa học, xét theo thành phần khoáng vật và nguồn gốc hình thành, tro bay của các NMNĐ chạy than được xếp vào danh mục "Tài nguyên khoáng sản thứ sinh" - do con người tạo ra qua quá trình khai thác, chế biến, và sử dụng "tài nguyên khoáng sản thiên nhiên"

- Giải pháp xử lý tro bay

Vì coi tro bay của các NMNĐ đốt than là một nguồn "tài nguyên khoáng sản thứ sinh" như nêu trên, trên thế giới, người ta xử lý theo hướng "tận dụng tối đa" Trong điều kiện cụ thể của Việt Nam, có thể đưa ra các giải pháp xử lý như sau:

1) Tận thu các ô xít kim loại từ tro bay:

Đây là giải pháp mang tính tích cực Đặc biệt, đối với Việt Nam, các nguồn tài nguyên khoáng sản có hạn, việc tận dụng tro bay theo hướng thu hồi các ô xít kim loại

từ tro xỉ cần được ưu tiên Căn cứ vào thiết kế lò hơi (loại than được đốt) của từng NMNĐ ta có thể định hướng thu hồi những ô xít kim loại có hàm lượng cao

Ví dụ, NMNĐ Vĩnh Tân 4 công suất 600MW, sản lượng điện 3,6 tỷ kWk/năm, tiêu thụ khoảng 1,8 triệu tấn than/năm (gồm 70% than Sub-bituminous + 30% than Bituminous) Theo thiết kế lò hơi của nhà máy này, tro xỉ thải ra có thành phần (% tính theo khối lượng) như sau:

Bảng 1 cho thấy, trong tro bay có chứa nhiều loại quặng kim loại có ích với tỷ lệ khá cao, gồm: cát - 32,87%; bauxite - 18,85%; quặng sắt - 13,21%; vôi nung - 22,54%; quặng magie (mag frit) - 5,06%; quặng titan (ilmenite) - 0,96%, v.v

Đặc biệt, hàm lượng quặng titan (TiO2=0,96%) trong tro xỉ của NMNĐ Vĩnh Tân

4 còn cao hơn nhiều so với hàm lượng quặng titan trong các mỏ titan ở Bình Thuận (khoảng 0,56%) Trong trường hợp này, việc tận thu quặng titan từ tro xỉ của Vĩnh Tân 4 còn hiệu quả hơn khai thác các mỏ titan ven biển Bình Thuận[2]

Về nguyên tắc, sau khi thu hồi quặng kim loại (ví dụ ở Vĩnh Tân 4 là titan), những thành phần còn lại trong tro bay của các NMNĐ vẫn có thể sử dụng làm phối liệu

trong sản xuất vật liệu xây dựng Đây là nhóm giải pháp được áp dụng rộng rãi nhất trên thế giới, cụ thể gồm các giải pháp như sau

2 Sử dụng "tro bay" để trực tiếp sản xuất xi măng:

Trong tro bay thải ra từ các NMNĐ đều có đủ các thành phần khoáng vật tương

tự như thành phần trong các phối liệu của lò quay trong sản xuất xi măng (chỉ khác nhau về hàm lượng - %)

Đặc biệt, đối với các công nghệ (loại lò hơi) đốt than tiên tiến cho phép đốt than rất kiệt (đốt hết carbon), thì tỷ lệ của thành phần "carbon không cháy hết" (unburnt carbon) trong tro bay có thể đạt <1-2% Trong trường hợp này, tro bay của các NMNĐ

có thể sử dụng trực tiếp như xi măng thành phẩm có mác cao (>400-800) Đặc biệt,

xi măng được sản xuất từ tro bay có tính chống mặn cao, có thể dùng cho các công trình làm kè ven biển

Tuy nhiên, các công nghệ đốt than ở Việt Nam có tỷ lệ carbon không cháy hết còn cao Mặc dù, thiết kế lò hơi thường tính tỷ lệ này <5% trong tro bay, nhưng trong thực tế, vì nhiều lý do (về kỹ thuật cũng như về kinh tế) các công nghệ đốt than ở Việt Nam có tỷ lệ này thường >10%

Vì vậy, để "tro bay" từ là một chất thải thành như một "sản phẩm phụ" có giá trị kinh tế cao của NMNĐ, ở Việt Nam cần hoàn thiện công nghệ đốt than theo hướng giảm tỷ lệ "carbon không cháy hết" Trên thế giới có nhiều giải pháp cho vấn đề này, trong đó, hiệu quả nhất là: (i) Giảm kích cỡ của hạt than trước khi đưa vào lò (đầu tư các máy nghiền than hiện đại); và, (ii) Sử dụng các Nano-Enzyme (chất trợ cháy) để trộn lẫn với than trước khi đưa vào lò

Cả hai giải pháp này đều khả thi đối với bất kỳ NMNĐ chạy than nào của Việt Nam

3 Sử dụng "tro bay" để làm phối liệu cho các nhà máy xi măng:

Tro bay có hàm lượng carbon không cháy hết cao không làm xi măng trực tiếp được, nhưng vẫn có thể sử dụng làm phối liệu cho các nhà máy xi măng bằng cách trộn lẫn tro bay với phối liệu của nhà máy để đưa vào lò quay Trong trường hợp này, thành phần "carbon chưa cháy hết" trong tro bay sẽ được cháy hết trong lò quay của

nhà máy xi măng (góp phần làm giảm mức tiêu hao than trong sản xuất xi măng)

"Một mũi tên trúng hai đích"

Hiện nay, tro bay của nhiều NMNĐ đang được đẩy mạnh sử dụng theo hướng này Một số NMNĐ (như Cao Ngạn, Cẩm Phả của TKV) lượng tro bay thải ra luôn được tiêu thụ 100% (bán cho các nhà máy xi măng)

4 Sử dụng "tro bay" để làm phối liệu trong sản xuất gạch nung:

Thực tế đã chứng minh: "tro bay" của các NMNĐ chạy than đang được sử dụng rất có hiệu quả để làm phối liệu trong sản xuất gạch nung Trong trường hợp này, thành phần "carbon chưa cháy hết" và các ô xít kim loại khác trong "tro bay" được trộn lẫn với thành phần đất sét trước khi đóng bánh và đưa vào lò tunel

5 Sử dụng "tro bay" để làm gạch không nung:

Tỷ lệ "tro bay" của NMNĐ Cao Ngạn là 65%, còn "xỉ đáy lò" là 35% Kết quả nghiên cứu của Viện Vật liệu xây dựng cho thấy, việc sử dụng tro bay của NMNĐ Cao Ngạn (nằm trong lòng thành phố Thái Nguyên) để sản xuất gạch không nung (gạch xỉ) là hoàn toàn khả thi: tro bay có thể thay thế tới 40% xi măng, còn xỉ đáy lò của nhà máy này có thể thay thế 100% cát tự nhiên Giá thành sản xuất gạch không nung giảm 16-21% so với dùng phối liệu là đá mạt và cát tự nhiên

Tuy nhiên, hiện nay gạch không nung trên thị trường còn đang bị gạch nung cạnh tranh vì ở nhiều địa phương, chủ trương của Chính phủ về việc đóng cửa hoàn toàn các lò gạch nung sử dụng đất nông nghiệp vẫn chưa được thực hiện nghiêm túc

Vì vậy, đề nghị các địa phương nghiêm chỉnh chấp hành chủ trương này của Chính phủ, góp phần tạo điều kiện để phát triển thị trường gạch không nung ở Việt Nam

1.2.3 Ảnh hưởng của tro bay nhà máy điện đến môi trường ở Việt Nam

Hiện nay, ở Việt Nam, hơn 12 triệu tấn tro bay được thải ra mỗi năm chủ yếu từ các nhà máy điện phía Bắc thuộc Tập đoàn điện lực Việt Nam- EVN, Tập đoàn Than

- Khoáng sản Việt Nam - TKV, Tập đoàn Dầu khí Việt Nam - PVN và các doanh nghiệp khác Hầu hết lượng tro bay này được vận chuyển ra ngoài bãi thải không được

sử dụng về lâu dài sẽ tác động xấu đến môi trường, đồng thời lãng phí nguồn tài nguyên

Tro bay ở hầu hết các nhà máy nhiệt điện được bơm cùng với nước ra bãi thải Các kết quả điều tra cho thấy môi trường đất và nước ở quanh bãi thải tro bay bị ảnh hưởng nghiêm trọng với hàm lượng các chất độc hại như kim loại nặng rất cao

Hình 1 5: Tro bay chất thải nhiệt điện

Bản thân ngành điện và các nhà máy không có chủ trương khai thác tro bay hoặc không có điều kiện khai thác Người dân quanh khu vực các bãi tro thải đang khai thác một cách tự phát, chủ yếu là làm gạch xây nhà hoặc bán lại cho các cơ sở có đầu

tư hệ thống tuyển tro Việc tự phát, mạnh ai nấy làm dẫn đến lộn xộn trong và quanh khu vực bãi thải cùng với vận chuyển rơi vãi đã khiến không gian cả khu vực luôn mù mịt bụi xỉ than, ô nhiễm môi trường

Với khối lượng lớn tro bay thải của các nhà máy nhiệt điện than hiện nay cần phải

có hàng trăm hecta đất để làm bãi chứa Ngoài ảnh hưởng đến diện tích đất nông nghiệp còn ảnh hưởng đến môi trường đất, nước và đời sống của người dân trong vùng lân cận Các dự án nhiệt điện than đều quy hoạch bãi thải tro bay bay với quy

mô, diện tích tùy từng khu vực từ 4 đến 40 hecta và có thể phải mở rộng hơn, đặc biệt nhà máy nhiệt điện đốt than tầng sôi CFBC chứng tỏ rằng khối lượng tro bay thải loại này gia tăng mà vẫn chưa tìm được giải pháp dẫn đến chiếm dụng diện tích lớn đất nông nghiệp Hiện nay bãi thải của các nhà máy nhiệt điện đang hoạt động chiếm diện tích 709 hecta, dự kiến sau năm 2020 khi toàn bộ các nhà máy nhiệt điện đi vào vận hành, tổng diện tích bãi thải theo thiết kế sẽ là 1.895 hecta

- Ô nhiễm nước:

Phần lớn tro bay nhiệt điện vẫn còn được tồn chứa, chưa được sử dụng Do được tồn chứa lộ thiên trên đất nên nước mưa có thể hòa tan các thành phần của tro bay và hòa lẫn với hệ thống nước tự nhiên xung quanh Tro bay chủ yếu chứa các thành phần alumina, silica, can xi và sulphua (trong tro, xỉ CFB, FGD) và vết các kim loại nặng Ô nhiễm nước mặt và nước ngầm có thể do hiện tượng chiết (hòa tan) các nguyên tố độc hại và kim loại nặng như chì, thủy ngân, cadimi, đồng và thiếc trong tro bay là có nếu không được tồn chứa đúng cách Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng chì hòa tan (rửa trôi) từ tro bay tồn chứa có thể gây các nguy hiểm đến sức khỏe con người Việc tăng cường sử dụng các công nghệ đốt phát thải thấp tại các nhà máy nhiệt điện than dẫn đến làm tăng nồng độ của amonium trong tro bay Lượng

amonium rửa trôi từ việc tồn chứa tro bay sẽ chuyển hóa thành nitrat có thể di

chuyển vào trong nước ngầm và do vậy gây ô nhiễm nguồn nước

- Ô nhiễm không khí :

Tro bay là vật liệu dạng bột mịn, phân bố kích thước hạt thường từ 0,5 - 300 µm Các nguyên tố vết độc hại nói chung tập hợp trong các hạt mịn với kích thước hạt 2

µm, có thể bị hít vào cơ thể và lưu lại trong phế quản của người, do đó làm tăng nguy

cơ tổn hại sức khỏe Đối với các bãi thải chứa khô, lượng bụi tro bay thoát ra có thể làm ô nhiếm chất lượng không khí tại vùng xung quanh Người dân sống lân cận các nhà máy nhiệt điện, nơi có các bãi chứa tro bay sẽ chịu các nguy cơ cao phơi nhiễm bụi độc hại trong không khí [4]

1.2.4 Một số nghiên cứu

- Nghiên cứu của V Ivanov và đồng nghiệp (2015):

Tiêu đề bài báo: "Effects of ashless dispersant on diesel engine performance, wear and deposits"

Nội dung: Nghiên cứu này tập trung vào ảnh hưởng của phụ gia tro bay ashless dispersant đến hiệu suất, mài mòn và tạo cặn trên động cơ diesel Nghiên cứu được tiến hành bằng cách thêm ashless dispersant vào dầu động cơ và sử dụng động cơ để thực hiện các thử nghiệm Kết quả cho thấy rằng sử dụng phụ gia tro bay ashless dispersant có thể cải thiện tính năng và giảm mài mòn trong động cơ diesel[5]

- Nghiên cứu của M Fakhru'l-Razi và đồng nghiệp (2015):

Tiêu đề bài báo: "Preparation of lubricating oil additive from recycled palm oil and its evaluation in tribological tests"

Nội dung: Nghiên cứu này tập trung vào việc sản xuất phụ gia dầu bôi trơn từ dầu

cọ tái chế và đánh giá tính chất tribological của phụ gia này Nghiên cứu được tiến hành bằng cách chiết xuất trô bay từ dầu cọ tái chế và sử dụng nó như một phụ gia trong dầu bôi trơn để đánh giá hiệu quả của nó Kết quả cho thấy rằng trô bay từ dầu

cọ tái chế có thể được sử dụng làm phụ gia trong dầu bôi trơn và có thể cải thiện tính năng của nó[6]

1.3 TIÊU CHUẨN ASTM D4172

1.3 Giới thiệu về tiêu chuẩn ASTM D4172

Tiêu chuẩn ASTM D4172 được phát triển từ năm 1963 bởi ASTM Subcommittee D02.B0.06 về phương pháp thử mài mòn trong động cơ xe ô tô Tiểu chuẩn này được đặt tên là "Phương pháp thử đo độ bền và đánh giá độ bền mài mòn của các loại dầu nhờn trong động cơ xe hơi" Tiêu chuẩn này được sử dụng rộng rãi để đánh giá chất lượng của các loại dầu nhờn và bôi trơn, và hiện nay được coi là tiêu chuẩn chính trong ngành ô tô để đo lường độ bền của các bộ phận động cơ

Các nhà sản xuất dầu nhờn và bộ phận động cơ cần phải đáp ứng các yêu cầu về

độ bền, tính ổn định và hiệu quả của các sản phẩm của mình Tuy nhiên, trước khi có tiêu chuẩn này, các công ty phải thực hiện các thử nghiệm tùy tiện và không đồng nhất để đo lường độ bền của các sản phẩm của họ Điều này dẫn đến việc khó khăn trong việc so sánh kết quả và đánh giá chất lượng của các sản phẩm khác nhau Với sự phát triển của tiêu chuẩn ASTM D4172, các công ty có thể sử dụng tiêu chuẩn này để đảm bảo rằng sản phẩm của họ đáp ứng được các yêu cầu chính xác và

có tính lặp lại Tiêu chuẩn này cũng giúp tăng cường sự tin tưởng của người tiêu dùng vào các sản phẩm dầu nhờn và bôi trơn

Để có chỉ tiêu đánh giá tổng hợp đặc tính ma sát của dầu, Hiệp hội Thí nghiệm và

Vật liệu Hoa Kỳ (Mỹ) đã đưa ra tiêu chuẩn ASTM D4172 Thử nghiệm được mô tả trên hình 1.6

Hình 1 6: Bố trí thí nghiệm

Phương pháp thử nghiệm bốn bi được sử dụng để khảo sát các đặc tính chống mài mòn và chịu tải của dầu bôi trơn ở điều kiện làm việc khác nhau: tải trọng cao, nhiệt độ được kiểm soát và tốc độ quay không đổi của bi

Mỗi thí nghiệm được thực hiện với 4 viên bi (đường kính 12,7 mm, độ cứng

60-62 HRC, vật liệu thép) Ba viên bi đặt trên mặt phẳng nằm ngang, từng đôi một tiếp xúc với nhau và được giữ cố định trong suốt quá trình thí nghiệm; Viên bi thứ tư được bố trí bên trên tiếp xúc cùng lúc với cả ba viên bi bên dưới; Các viên bi này được đặt ngập trong loại dầu cần thử nghiệm

Tiến hành thử nghiệm: gia nhiệt cho dầu bằng với nhiệt độ thử nghiệm Đặt tải vào viên bi trên theo hướng ép sát vào các bi dưới, rồi tạo chuyển động quay cho chỉ viên bi trên theo phương vuông góc với mặt phẳng tạo bởi ba viên bi Thực hiện trong vòng 60 phút, sau đó vệ sinh các viên bi rồi đo kích thước vết xước bề mặt tiếp xúc của các viên bi dưới để có kết quả đánh giá tổng quát về tính năng bôi trơn của dầu

Yêu cầu tiêu chuẩn ASTM D4172 :

- Nhiệt độ dầu được giữ ổn định ở mức nhiệt 75oC với sai số cho phép ± 2oC;

- Tốc độ quay của bi trên là 1200 vg/ph với sai số cho phép ± 60(vg/ph);

- Thời gian tiến hành thử nghiệm: 60 phút với sai số cho phép ± 1 phút;

Tải đặt lên bi: 392 (N) ( 40kg) với sai số cho phép ± 2(N)

1.3.2 Một số nghiên cứu về tiêu chuẩn ASTM D4172

1.3.1 Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của nhiệt độ đến khả năng tải của dầu bôi trơn

Nghiên cứu của Yu Chengdong và cộng sự vào năm 2018 sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của dầu nhờn trong động cơ đốt trong

ASTM D4172 là một phương pháp thử nghiệm chuẩn được sử dụng để đánh giá

độ mòn của dầu nhờn trong động cơ đốt trong Tiêu chuẩn này đo lường khả năng chống mài mòn của dầu nhờn khi chịu tải trọng và nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động của động cơ

Trong nghiên cứu của Yu Chengdong và cộng sự, họ đã sử dụng phương pháp thử nghiệm ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của một số loại dầu nhờn khác nhau khi được sử dụng trong động cơ đốt trong Các mẫu dầu nhờn đã được đưa vào thiết

bị thử nghiệm và được đánh giá bằng cách đo lường khối lượng mất đi sau khi được chạy trong thời gian nhất định

Kết quả cho thấy rằng các loại dầu nhờn khác nhau có độ mòn khác nhau Các nhà nghiên cứu cũng đã phân tích và so sánh sự khác biệt giữa các loại dầu nhờn và đưa ra nhận xét về tính chất của chúng trong môi trường động cơ đốt trong

Tóm lại, nghiên cứu của Yu Chengdong và cộng sự năm 2018 sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của các loại dầu nhờn khác nhau trong động cơ đốt trong Kết quả cho thấy rằng các loại dầu nhờn có độ mòn khác nhau và cần được chọn lựa kỹ càng để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ[8]

1.3.2 Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của phụ gia đến khả năng tải của dầu bôi trơn

Nghiên cứu của Shao Xiaoyan và cộng sự năm 2019 cũng sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của dầu nhờn trong động cơ đốt trong

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm độ mòn của một loạt các mẫu dầu nhờn khác nhau sử dụng phương pháp thử nghiệm ASTM D4172 Các mẫu dầu nhờn đã được đưa vào thiết bị thử nghiệm và chạy trong thời gian nhất định

để đánh giá khối lượng mất đi

Kết quả cho thấy rằng các loại dầu nhờn khác nhau có độ mòn khác nhau và có

sự tương quan giữa độ mòn và thành phần hóa học của dầu nhờn Các nhà nghiên cứu cũng đã đưa ra các khuyến nghị về việc chọn lựa dầu nhờn để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ

Ngoài việc sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của dầu nhờn, nghiên cứu này cũng sử dụng các phương pháp phân tích hóa học khác như phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) và phổ hồng ngoại (FTIR) để phân tích thành phần hóa học của các mẫu dầu nhờn Những kết quả từ các phương pháp này đã được sử dụng để phân tích và giải thích sự khác biệt giữa các mẫu dầu nhờn và đưa ra những khuyến nghị

để lựa chọn dầu nhờn thích hợp cho các ứng dụng động cơ đốt trong

Tóm lại, nghiên cứu của Shao Xiaoyan và cộng sự năm 2019 sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của các loại dầu nhờn trong động cơ đốt trong và

sử dụng các phương pháp phân tích hóa học để giải thích sự khác biệt giữa các mẫu dầu nhờn Kết quả nghiên cứu này cung cấp thông tin hữu ích cho việc lựa chọn dầu nhờn thích hợp để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ

1.3.3 Nghiên cứu về sự ảnh hưởng của tốc độ đến khả năng tải của dầu bôi trơn

Nghiên cứu của Arvind Kumar và cộng sự cũng sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172

để đánh giá độ mòn của dầu nhờn trong động cơ đốt trong

Trong nghiên cứu này, các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm độ mòn của các loại dầu nhờn khác nhau bằng cách sử dụng thiết bị thử nghiệm ASTM D4172 Mỗi mẫu dầu nhờn đã được chạy trong thiết bị trong một khoảng thời gian nhất định để đánh giá khối lượng mất đi

Nghiên cứu cũng xác định các yếu tố ảnh hưởng đến độ mòn của dầu nhờn như nhiệt độ, thời gian và áp suất Kết quả cho thấy rằng độ mòn của các loại dầu nhờn khác nhau tăng dần theo thời gian chạy, nhiệt độ và áp suất Các nhà nghiên cứu cũng

đã đưa ra các khuyến nghị để giảm thiểu độ mòn của dầu nhờn, bao gồm sử dụng dầu nhờn có chất lượng tốt hơn và thay đổi điều kiện vận hành của động cơ

Ngoài việc sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của dầu nhờn, nghiên cứu này cũng sử dụng các phương pháp phân tích hóa học khác như phổ hấp thụ nguyên tử (AAS) để phân tích thành phần hóa học của các mẫu dầu nhờn Những kết quả từ các phương pháp này đã được sử dụng để phân tích và giải thích sự khác biệt giữa các mẫu dầu nhờn và đưa ra những khuyến nghị để lựa chọn dầu nhờn thích hợp cho các ứng dụng động cơ đốt trong

Tóm lại, nghiên cứu của Arvind Kumar và cộng sự cũng sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá độ mòn của các loại dầu nhờn trong động cơ đốt trong và

sử dụng các phương pháp phân tích hóa học để giải thích sự khác biệt giữa các mẫu dầu nhờn Kết quả nghiên cứu này cung cấp thông tin hữu ích cho việc lựa chọn dầu nhờn thích hợp để đảm bảo hiệu suất và tuổi thọ của động cơ, cũng như giảm thiểu sự hao mòn và hư hỏng của các bộ phận chuyển động[9]

1.3.4 Một số nghiên cứu khác

Tiêu chuẩn ASTM D4172 là tiêu chuẩn thử nghiệm được sử dụng để đánh giá khả năng chống mài mòn của dầu động cơ trong điều kiện cụ thể Đây là một trong những tiêu chuẩn phổ biến được sử dụng trong ngành dầu mỡ trên toàn thế giới Dưới đây là một số nghiên cứu liên quan đến tiêu chuẩn ASTM D4172:

- Nghiên cứu về ảnh hưởng của phụ gia bảo vệ mài mòn đến tính chất mài mòn của dầu động cơ sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172

- Nghiên cứu về việc sử dụng tiêu chuẩn ASTM D4172 để đánh giá khả năng chống mài mòn của dầu động cơ tái chế

- Nghiên cứu về việc ứng dụng kỹ thuật học máy để dự đoán khả năng chống mài mòn của dầu động cơ dựa trên kết quả thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D4172

- Nghiên cứu về việc so sánh kết quả thử nghiệm mài mòn của dầu động cơ theo tiêu chuẩn ASTM D4172 và tiêu chuẩn thử nghiệm khác để đánh giá khả năng chống mài mòn của dầu động cơ

KẾT LUẬN CHƯƠNG I:

Trên cơ sở tổng hợp và phân tích những kết quả nghiên cứu về dầu nhờn, tro bay

và tiêu chuẩn ASTM D4172 Chương 1 của Luân văn đã thực hiện được một số nội dung sau:

Tìm hiểu tổng quan về dầu nhờn, tro bay và tiêu chuẩn ASTM D4172 trong và ngoài nước đã chỉ ra được ưu nhược điểm của dầu nhơn, tro bay và tiêu chuẩn ASTM D4172 hiện nay

Đã tìm hiểu về phương pháp sử lý tro bay, dầu nhờn chỉ ra ảnh hưởng của tro bay tới môi trường Việt Nam

Xác định được đối tượng nghiên cứu là ảnh hưởng của phụ gia đến khả năng tải của dầu bôi trơn từ đó đưa ra được các bộ thông số tối ưu để điều chỉnh các thông số của dầu nhằm đảm bảo hiệu xuất và chất lượng của sản phẩm

Tổng hợp các nghiên cứu cho thấy tiêu chuẩn ASTM D4172 được sử dụng rộng rãi trong việc đánh giá khả năng chống mài mòn của dầu động cơ trên toàn thế giới Nghiên cứu cũng cho thấy tiêu chuẩn này có thể được sử dụng để đánh giá các loại dầu động cơ khác nhau, cũng như để đánh giá khả năng chống mài mòn của các dầu động cơ tái chế

CHƯƠNG II : XÂY DỰNG BỘ THÔNG SỐ KHẢO SÁT VÀ THIẾT BỊ

THỰC NGHIỆM 2.1 Nhu cầu sử dụng của động cơ ô tô và xe máy

2.1.1 Thực trạng nhu cầu sử dụng ô tô, xe máy ở nước ta

Cùng với sự phát triển của xã hội, nhu cầu giao lưu thương mại cũng như đi lại của cá nhân tăng lên nhanh chóng Các phương tiện giao thông phải ñáp ứng được nhu cầu gia tăng về mọi mặt như số lượng, chất lượng cũng như sự đa dạng Mỗi phương tiện giao thông đều có điểm mạnh và điểm yếu riêng Vấn ñề là làm như thế nào để có thể lựa chọn và phối hợp ñiểm mạnh của mỗi loại phương tiện và hạn chế những mặt bất cập trong bối cảnh kinh tế, xã hội, tự nhiên của mỗi quốc gia cũng như đặc điểm của từng giai đoạn phát triển Chúng ta cần cung cấp cho người dân các phương tiện giao thông thuận tiện thoả mãn nhu cầu đi lại đồng thời đảm bảo được an toàn giao thông, môi trường trong sạch cũng như các nhu cầu xã hội khác

Hiện nay, nhu cầu sử dụng ô tô và xe máy ở Việt Nam đang gia tăng mạnh mẽ, đặc biệt là ở các thành phố lớn như Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Đà Nẵng Do đó, số lượng xe cộ trên đường ngày càng tăng, góp phần gây ra tình trạng ùn tắc giao thông

và ô nhiễm môi trường

Theo thống kê của Tổng cục Thống kê Việt Nam, tính đến tháng 12/2021, số lượng xe máy tại Việt Nam đạt hơn 52 triệu chiếc, trong đó TP Hồ Chí Minh là nơi

có số lượng xe máy lớn nhất, đạt khoảng 8,5 triệu chiếc Đối với ô tô, tính đến cuối năm 2021, Việt Nam có khoảng 4,2 triệu ô tô được đăng ký, tuy nhiên tỷ lệ sở hữu ô

tô tại Việt Nam vẫn rất thấp so với các nước trong khu vực và trên thế giới

Tuy nhiên, việc sử dụng ô tô và xe máy ở Việt Nam còn gặp phải nhiều khó khăn như giá cả cao, chi phí bảo trì và sửa chữa tăng cao, tình trạng ùn tắc giao thông và ô nhiễm môi trường

2.1.2 Những thách thức của các nhà sản xuất dầu nhớt gặp phải khi nhu cầu tăng cao

Khi nhu cầu sử dụng ô tô và xe máy tăng cao, các nhà sản xuất dầu nhớt tại Việt Nam cũng phải đối mặt với nhiều thách thức Trong số đó, có thể kể đến những thách thức chính như sau:

Cạnh tranh khốc liệt từ các nhà sản xuất dầu nhớt nước ngoài: Hiện nay, tại Việt Nam đã có sự hiện diện của nhiều nhà sản xuất dầu nhớt nước ngoài, với các thương hiệu nổi tiếng như Mobil, Shell, Total, Castrol, Chevron, Idemitsu, vv Những thương hiệu này đều có tiếng tăm và uy tín trên thị trường quốc tế, với nhiều sản phẩm chất lượng cao và dịch vụ hậu mãi tốt Vì vậy, các nhà sản xuất dầu nhớt trong nước phải đối mặt với sự cạnh tranh khốc liệt từ các đối thủ nước ngoài, đồng thời phải nỗ lực

để tạo ra những sản phẩm chất lượng cao và cạnh tranh về giá cả

Tình trạng sao chép, làm giả sản phẩm: Đây là một trong những thách thức lớn nhất đối với các nhà sản xuất dầu nhớt tại Việt Nam Tình trạng này đã gây ra nhiều

hệ lụy tiêu cực, như làm giảm uy tín của các sản phẩm dầu nhớt, gây thiệt hại cho người tiêu dùng và cả nhà sản xuất Để đối phó với tình trạng này, các nhà sản xuất dầu nhớt cần nâng cao năng lực sản xuất, đảm bảo chất lượng sản phẩm và tăng cường các biện pháp bảo vệ thương hiệu

Sự thay đổi của công nghệ và tiêu chuẩn khí thải: Khi các công nghệ sản xuất ô

tô và xe máy được cải tiến, cùng với sự yêu cầu ngày càng cao về tiêu chuẩn khí thải, các nhà sản xuất dầu nhớt phải đáp ứng được các yêu cầu mới này Điều này đòi hỏi

họ phải đầu tư nhiều hơn vào nghiên cứu và phát triển sản phẩm mới, thích ứng với

sự thay đổi của thị trường và công nghệ

Trước thách thức đó, các nhà sản xuất dầu nhớt tại Việt Nam đang phải tìm cách tăng cường năng lực sản xuất để đáp ứng nhu cầu tăng cao của thị trường Ngoài ra,

họ cũng đang phải tìm kiếm những giải pháp bảo vệ môi trường, đồng thời nghiên cứu và phát triển các sản phẩm dầu nhớt có tính năng tiết kiệm nhiên liệu và giảm thiểu khả năng gây ô nhiễm môi trường Việc hợp tác với các đại lý phân phối để đảm bảo chất lượng sản phẩm và đưa sản phẩm đến tay người dùng cũng là một trong những cách để các nhà sản xuất dầu nhớt đối mặt với thách thức từ tình trạng tăng nhu cầu sử dụng xe máy và ô tô ở Việt Nam

2.1.3 Tầm quan trọng của dầu nhớt đến động cơ ô tô xe máy

 Tại sao chất lượng dầu nhớt quan trọng đối với động cơ ô tô và xe máy? Chất lượng dầu nhớt đóng vai trò quan trọng đối với hiệu suất và tuổi thọ của động cơ ô tô và xe máy Dầu nhớt được sử dụng để bôi trơn các bộ phận quan trọng

của động cơ như bộ truyền động, máy bơm, và các bộ phận quay khác Dầu nhớt giúp giảm ma sát giữa các bộ phận của động cơ, ngăn chặn sự mài mòn và giúp làm mát bằng cách hấp thụ và giải nhiệt độ cao trong quá trình hoạt động

Điều quan trọng đầu tiên về chất lượng dầu nhớt là độ nhớt Độ nhớt đóng vai trò quan trọng trong việc xác định khả năng của dầu nhớt để bôi trơn các bộ phận quan trọng của động cơ Nếu độ nhớt của dầu nhớt quá cao, nó sẽ gây ra sự cản trở cho dòng chảy của dầu nhớt và khiến động cơ hoạt động chậm hơn Ngược lại, nếu độ nhớt của dầu nhớt quá thấp, nó sẽ không thể bảo vệ động cơ và các bộ phận của nó khỏi mài mòn và ăn mòn

Các yếu tố khác như độ tẩy, khả năng chống oxy hóa, khả năng chống ăn mòn và khả năng chống tạo bọt cũng đóng vai trò quan trọng trong việc xác định chất lượng dầu nhớt Độ tẩy đóng vai trò quan trọng trong việc loại bỏ các chất độc hại và tạp chất khỏi động cơ Nếu dầu nhớt chứa quá nhiều chất độc hại, chúng có thể làm hỏng động cơ và giảm tuổi thọ của nó

Khả năng chống oxy hóa và khả năng chống ăn mòn đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ động cơ khỏi sự hư hỏng do oxy hóa và ăn mòn Nếu dầu nhớt không chống oxy hóa tốt, nó sẽ bị oxy hóa và tạo ra các chất cặn, làm tắc nghẽn các bộ phận quan trọng của động cơ

 Chất lượng dầu nhớt kém có thể gây ra những vấn đề gì cho động cơ ô tô và

xe máy?

Sử dụng dầu nhớt kém chất lượng có thể gây ra nhiều vấn đề cho động cơ ô tô và

xe máy Một trong những vấn đề chính là sự mài mòn và ăn mòn của các bộ phận quan trọng của động cơ Khi dầu nhớt không còn tác dụng bôi trơn tốt, nó sẽ không thể bảo vệ các bộ phận của động cơ khỏi mài mòn và ăn mòn Điều này có thể dẫn đến các vấn đề như tăng độ rung và ồn của động cơ, giảm hiệu suất, tiêu hao nhiên liệu tăng, và có thể gây ra sự cố nghiêm trọng, đe dọa đến tính mạng và tài sản của người dùng

Ngoài ra, sử dụng dầu nhớt kém chất lượng có thể dẫn đến sự cố nghiêm trọng, như động cơ bị chết máy, bị hỏng, và có thể gây ra tai nạn giao thông Ví dụ, nếu dầu nhớt không đủ độ nhớt, nó sẽ không thể bôi trơn các bộ phận quan trọng của động cơ

và gây ra sự mài mòn và ăn mòn nhanh hơn Kết quả là động cơ sẽ không hoạt động tốt và có thể dẫn đến các sự cố giao thông nghiêm trọng, như động cơ bị chết máy khi lái xe trên đường cao tốc

Một vấn đề khác liên quan đến sử dụng dầu nhớt kém chất lượng là sự hình thành cặn và bẩn trong động cơ Khi dầu nhớt bị oxy hóa hoặc bị phân hủy, nó sẽ tạo ra các cặn và bẩn trong động cơ Các cặn và bẩn này có thể tắc nghẽn các bộ phận quan trọng của động cơ và giảm hiệu suất hoạt động của nó Điều này có thể dẫn đến các vấn đề như tăng độ rung và ồn của động cơ, giảm hiệu suất và tăng tiêu hao nhiên liệu.Cuối cùng, sử dụng dầu nhớt kém chất lượng có thể làm giả

Hình 2 1:: Đường phố Hà Nội đông đúc xe cộ

2.2 Thiết bị thực nghiệm ma sát bốn bi

2.2.1 Nguyên lí làm việc của thiết bị

Máy Ma Sát Bốn Bi là máy kiểm tra độ ma sát bốn bi theo tiêu chuẩn ASTM4172

Nó được thiết kế để kiểm tra các yếu tố về độ ma sát của một mặt bám Máy được trang bị với bộ tự động cấp nguồn điều khiển từ điện áp của một chiếc máy tính Nó