Bμi báo cũng đề cập tới khả năng của phương pháp nμy trong chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ diesel dựa trên các kết quả phân tích dầu bôi trơn vμ hạt mμi mòn.. Nhờ những tiến bộ
Trang 1Phân tích hạt mài mòn trong dầu bôi trơn
Dùng trong động cơ diesel
ths lê lăng vân
Bộ môn Kỹ thuật máy Trường Đại học Giao thông Vận tải
Tóm tắt: Bμi báo trình bμy nghiên cứu phân tích dầu bôi trơn vμ hạt mμi mòn trong chẩn
đoán kỹ thuật đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng của phân tích dầu bôi trơn vμ hạt mμi mòn trong thực tế Bμi báo cũng đề cập tới khả năng của phương pháp nμy trong chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ diesel dựa trên các kết quả phân tích dầu bôi trơn vμ hạt mμi mòn
Summary: This paper presents a research into oil and particle analysis in technical
diagnosis, and evaluates the use of oil and particle analysis in practice The paper also mentions capability of this method in technical diagnosis of diesel engines based on the result
of oil and particle analysis
I Đặt vấn đề
Phân tích dầu bôi trơn là một phương pháp đã và đang được nghiên cứu ứng dụng trong chẩn đoán kỹ thuật máy móc nói chung và động cơ đốt trong nói riêng Nhờ những tiến bộ của các thiết bị phân tích, phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn ngày càng trở nên hiệu quả và trở thành một công cụ trong chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ đốt trong và thiết bị máy móc Những tiến bộ này đã làm cho kết quả chẩn đoán có độ tin cậy cao hơn, ngăn ngừa được một số các hư hỏng bất thường và giảm thiểu thời gian dừng máy để sửa chữa hay bảo dưỡng Bài báo đề cập đến một khía cạnh của phân tích tích dầu bôi trơn đó là phân tích hình dáng hạt mài mòn, kích thước và số lượng hạt mài mòn có trong dầu bôi trơn dựa trên kết quả phân tích các mẫu dầu bôi trơn động cơ diesel trên đầu máy D12E sử dụng tại Xí nghiệp Đầu máy Hà nội
CT 2
II Nội dung
2.1 ứng dụng của phân tích dầu bôi trơn
Hạt mài mòn trong dầu bôi trơn động cơ diesel cho các thông tin quan trọng về tình trạng
kỹ thuật của động cơ vì vậy phân tích dầu bôi trơn trở thành một công cụ để chẩn đoán kỹ thuật
động cơ diesel Các công ty đường sắt của Mỹ vào cuối những năm 40 và đầu những năm 50 đã nhận ra rằng kim loại trong dầu bôi trơn đã cho biết tình trạng mòn của các chi tiết máy trên
động cơ điêzen của đầu máy Ngày nay phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn đã được sử dụng
để chuẩn đoán tình trạng kỹ thuật của rất nhiều loại máy khác nhau như động cơ, hộp số của máy bay trực thăng, các loại máy móc xây dựng, giao thông hay các nhà máy công nghiệp khác Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn tiến hành cùng với phân tích dao động đã trở thành một công cụ hiệu quả để chuẩn đoán tình trạng kỹ thuật của máy móc trong các ngành công nghiệp nói chung và ngành giao thông vận tải nói riêng
Trang 2Các chi tiết máy của động cơ diesel như píttông, xécmăng, xilanh, bạc trục, bánh răng sẽ
sinh các hạt kim loại nhỏ, mịn trong quá trình làm việc bình thường Vào thời điểm mòn khốc liệt
kích thước của hạt sẽ tăng lên và hình dạng cuả hạt cũng thay đổi Người ta đã xác định được
dạng hạt thay đổi liên quan như thế nào đến dạng mài mòn Do đó việc phân tích dạng hạt mài
mòn cho phép xác định được trạng thái mòn trong máy và từ đó có thể xác định được tình trạng
kỹ thuật của máy Ưu điểm của phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn là:
- Nhiều thông tin tình trạng kỹ thuật của máy chỉ có thể thu được từ quá trình phân tích dầu
bôi trơn
- Mức độ đầu tư về trang thiết bị không đòi hỏi quá cao
- Dầu bôi trơn chứa đựng các thông tin về dạng hỏng của nhiều chi tiết khác nhau
2.2 Phân tích hình dáng hạt mài mòn
Hệ thống phân tích hình ảnh OMINIMET 86-3000, (hình 1) có thể cho hình ảnh phóng đại
tới 2000 lần và cho phép phát hiện các mài mòn nhỏ dưới 1 μm Hệ thống này cũng cho phép
đo và phân tích hình ảnh với các mầu sắc và độ tương phản các nhau Phần mềm xử lý có thể
cho phép tạo ra các mẫu báo cáo khác nhau
CT 2
Hình 1 Hệ thống phân tích hình ảnh OMINIMET 86-3000
Mẫu dầu sử dụng trong nghiên cứu này được lấy từ các đầu máy diesel D12E sử dụng tại
Xí nghiệp Đầu máy Hà Nội trong khoảng thời gian từ tháng 2/2006 đến tháng 1/2007 Dầu được
lấy khi đầu máy vào Xí nghiệp và được chứa trong các hộp có dung tích là 100 ml (hình 2)
Hình 2 Các mẫu dầu lấy từ Xí nghiệp Đầu máy Hμ Nội
Trang 3Mẫu dầu không có hạt mài mòn thể hiện như hình 3
Hình 3 Mẫu dầu không có hạt mμi mòn (lấy từ Đầu máy 647 ngμy 8/2/2006)
CT 2
Hình 4 Mẫu dầu có hạt mμi mòn (lấy từ Đầu máy 642 ngμy 17/5/2006)
Quá trình mài mòn bình thường từ các mẫu dầu trên đầu máy 660, 657, 658, số lượng hạt ít
và kích thước hạt nhỏ (từ 0,2 đến 5 μm)
Hình 5 Mẫu dầu có hạt mμi mòn (lấy từ Đầu máy 660 ngμy 17/5/2006)
Trang 4Hình 6 Mẫu dầu có hạt mμi mòn nhiều vμ kích thước hạt bắt đầu tăng
(lấy từ Đầu máy 658 ngμy 18/5/2006)
Quá trình mài mòn khác nhau sẽ sản sinh các hạt mài mòn khác nhau Hình dáng hạt mài
mòn có thể là hình cầu, hình sợi dài, hình sợi xoắn, hình dạng tấm, mảnh nhỏ…
2.2.1 Dạng hạt hình cầu
Dạng hạt hình cầu có kích thước tương tự nhau theo cả 3 phương trong hệ trục toạ độ 3
chiều Dạng hạt này thường xuất hiện trong các mẫu dầu lấy từ các đầu máy vừa qua cấp trung
tu hay đại tu
CT 2
Hình 7 Hạt mμi mòn dạng hình cầu (mẫu dầu lấy từ Đầu máy 660 ngμy 17/5/2006)
2.2.2 Dạng hạt hình elíp
Trong một số trường hợp các hạt có thành phần bao gồm các nguyên tố là kim loại bị mài
mòn từ các chi tiết trong động cơ như xéc măng, xi lanh [1]
Hình 8 Hạt mμi mòn dạng hạt hình elíp (mẫu dầu từ Đầu máy 658 ngμy 18/5/2006)
Trang 52.2.3 Dạng hạt hình viên sỏi
Dạng hạt này có nguồn gốc do mỏi bề mặt hay do dính, hoặc gây ra khi bề mặt bị cào xước bởi kim loại có bề mặt nhám [2] Dạng hạt này xuất hiện khi các bề mặt trượt trên nhau trong
điều kiện áp suất và nhiệt độ cao, điều kiện bôi trơn không phù hợp Các dạng hạt này có thể là
đồng hay hợp kim của đồng, thép tôi Mức độ xuất hiện của dạng hạt này còn phụ thuộc vào môi trường mà đầu máy đang vận hành Dựa và mầu sắc có thể phân biệt được các hạt tinh thể than và kim loại Khi xúppáp của động cơ bị mài mòn dạng hạt này xuất hiện nhiều [4]
Hình 9 Hạt mμi mòn dạng hình viên sỏi (mẫu dầu từ Đầu máy 658 ngμy 18/5/2006)
2.2.4 Dạng hạt hình tấm mỏng
Hình dạng này đôi khi còn bị xoắn nhưng thông thường là tương đối phẳng Dạng hạt này xuất hiện nhiều khi đầu máy hoặc vận hành bình thường Dạng hạt chở nên mỏng hơn trong
điều kiện bôi trơn tốt Kích thước của hạt sẽ lớn hơn khi quá trình đóng mở máy xẩy ra liên tục Kích thước thông thường của những loại hạt này từ 8 đến 20 μm [4]
CT 2
Hình 10 Hạt mμi mòn dạng tấm mỏng (mẫu dầu từ Đầu máy 645 ngμy 16/3/2006)
2.2.5 Dạng hạt hình sợi
Dạng hạt này cũng khá phổ biến xảy ra khi nhiệt độ thay đổi nhiều Dạng hạt này xuất hiện trong dầu bôi trơn nhiều sẽ cảnh báo khả năng xuất hiện áp suất bề mặt lớn trên các bề mặt làm việc Thông thường đây là những hạt có độ cứng cao Nguồn gốc của các hạt này thường là
do áp lực lớn trên bề mặt xúppáp, ổ lăn mà tại đó bề mặt có độ cứng lớn tiếp xúc với các bề mặt
có độ cứng nhỏ hơn
Hình 10: Hình dạng hạt mμi mòn dạng sợi (lấy từ Đầu máy 647 ngμy 18/3/2006)
Trang 62.2.6 Dạng hạt hình ống
Dạng hạt hình ống có thể do dạng hạt dạng tấm hình thành nên Nguồn gốc của những
dạng hạt này cũng giống như nguồn gốc dạng hạt hình tấm [1]
2.2.7 Dạng hạt hình sợi thẳng
Dạng hạt này hình sợi thẳng như một chiếc kim khâu Chúng thường là các hạt kim loại
nhưng cũng có thể là hạt pôlyme, sợi nhân tạo, sợi bông, gỗ từ môi trường bên ngoài Kích thước
của các hạt mài mòn cũng cho biết nguồn gốc xuất hiện của những hạt này
Các hạt có kích thước nhỏ (< 5μm) xuất hiện nhiều khi máy làm việc bình thường các bề
mặt được bôi trơn tốt Khi các bề mặt được bôi trơn không tốt hạt sẽ xuất hiện nhiều hơn về số
lượng và lớn hơn về kích thước Khi tải trọng vượt quá tải trọng thiết kế, các hạt sẽ xuất hiện với
thành phần là các ôxít sắt Để phân loại hạt người ta có thể đo đường kính lớn nhất và nhỏ nhất
của hạt, chiều dài của hạt hay bề rộng của hạt Quá trình nghiên cứu cho thấy có thể có một số
nhận xét như sau:
- Quá trình mòn bình thường của các chi tiết trong động cơ: Quá trình này cho kích thước
hạt hình dạng tấm có chiều dày lớn nhất đạt 5μm
- Cào xước bề mặt xilanh: xảy ra khi các chi tiết kim loại gây ra các vết xước trên bề mặt
trượt Dạng hạt chủ yếu là dạng tấm hay sợi kích thước tối đa đến 25μm
- Tróc rỗ bề mặt xúp páp: Dạng hỏng này gây ra các hạt có hình dáng hình cầu Hình dáng
hạt hình cầu phát sinh do bề mặt bị mỏi Thông thường các hạt này có đường kính lớn nhất
khoảng 50μm
CT 2
- Dính, xước bề mặt bạc biên: xảy ra khi các bề mặt trượt chịu tải trọng và nhiệt độ cao Tải
trọng và nhiệt độ càng lớn tỉ lệ các hạt có kích thước lớn so với các hạt có kích thước nhỏ càng
cao [4]
2.3 Kích thước hạt mài mòn
Độ lớn của các hạt mài mòn thay đổi từ vài micro mét đến khoảng 100 đến 300 micro mét
Hình dạng của các hạt mài mòn thay đổi theo tình trạng mài mòn Kích thước hạt lớn sẽ phản
ánh tình trạng mòn khốc liệt của máy Nghiên cứu cho thấy:
Mòn bình thường sẽ có các hạt mài mòn hình thành từ các bề mặt trượt, dạng hạt là mỏng,
hình tấm có bề rộng khoảng 5 micro mét và bề dầy là 1 micro mét Kích thước này đôi khi giảm
xuống tới 0,15 và 0,5 micro mét
Cào xước: Khi các bề mặt bị cào xước các hạt mài mòn có hình dạng sợi
Tróc rỗ bề mặt do mỏi: Hình dạng hạt mài mòn là hình cầu Kích thước hạt lớn nhất có thể
tới 100 micro mét
Trang 7Mòn do thiếu dầu bôi trơn: Dạng mòn này các hạt có kích thước lớn phụ thuộc vào tải trọng
và tốc độ ứng suất tiếp xúc trên bề mặt càng lớn kích thước của hạt càng lớn
Mòn do dính: Các hạt mài mòn lớn hơn 10 micro mét, dạng hạt là tấm, thường gặp đối với mòn các răng của bánh răng, hạt mòn từ xupáp
2.4 Số lượng hạt mài mòn
Xác định số lượng hạt thường là một yêu cầu đối với các quá trình chuẩn đoán tình trạng
kỹ thuật của máy Lượng hạt mài mòn được xác định bằng cách đếm hạt sẽ sơ bộ phản ánh tình trạng mòn của các chi tiết Việc đếm các hạt mài mòn trên một ml dần, số hạt trên ml dầu hay hình dạng, kích cỡ của hạt phản ánh tình trạng mòn
Phân tích thành phần kim loại có trong mẫu dầu thu được là một phép phân tích quan trong nhất để có được các thông tin về tình trạng mài mòn, tình trạng kỹ thuật của máy Tuy nhiên, do khuôn khổ của bài báo, nội dung phương pháp này xin được trình bày ở một bài báo khác
III Kết luận
Kỹ thuật chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của động cơ đốt trong bằng cách phân tích dầu đã
được nhiều nhà bảo dưỡng, sửa chữa ứng dụng để đánh giá tình trạng kỹ thuật của máy Kết hợp với phương pháp phân tích dao động, phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn đã trở thành một công cụ hiệu quả bởi nó có khả năng cung cấp các thông tin khá quan trọng Hai kỹ thuật phân tích dầu và phần tích dao động giúp cho người vận hành, bảo dưỡng động cơ có được quyết định đúng đắn hơn Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn khẳng định các kết quả của phân tích dao động do phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn có thể chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của máy từ một khía cạnh khác hơn so với phân tích dao động và do đó người phân tích có thể tự tin hơn khi đưa ra các kết luận chuẩn đoán Phân tích dầu bôi trơn có thể củng cố các dự
đoán về những hư hỏng có thể có đối với các cụm chi tiết trong động cơ như xécmăng-xilanh-píttông, bạc biên, xupáp
CT 2
Tài liệu tham khảo
[1] Nguyễn Anh Tuấn & Phạm Văn Hùng, Ma sát học, Nhà Xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2005
[2] Bowen, E.R & Westcott, V.C., Wear particle atlas, Naval Air Engineering Center, 1976
[3] Doebelin, E O., Measurement systems, McGraw- Hill Companies, 1990
[4] Hunt, Trevor M., Handbook of wear debris analysis and particle detection, Elsevier Applied Science,
1993Ă
