Thông số về dầu mỡ bôi trơn công nghiệp bạn cần biết
Hiện nay nhu cầu sử dụng dầu mỡ như: Dầu thủy lực, dầu động cơ, dầu máy nén khí, dầu bánh răng, dầu cắt gọt kim loại, dầu tuần hoàn… để bôi trơn, bảo vệ cho máy móc công nghiệp là rất lớn. Thao tác kiểm tra thông số các loại dầu mỡ công nghiệp trên là bước quan trọng khi bạn quyết định mua một loại dầu nhớt nào về phục vụ sản xuất. Mọi người thường thường sẽ kiểm tra chi tiết các thông số kỹ thuật của dầu như chỉ số độ nhớt, nhiệt độ chớp cháy, điểm chớp cháy, trị số kiềm tổng TBN, trị số Axit tổng TAN, trị số trung hòa, tính ổn định oxi hóa, ăn mòn lá đồng, ăn mòn lưu huỳnh là gì,… để quyết định mua loại nào dầu nhớt nào phù hợp với từng loại máy móc công nghiệp. Vậy bạn đã hiểu được các thông số trên là gì chưa? Trong bài viết này, SDT VietNam sẽ hướng dẫn bạn cách đọc mọi thông số kỹ thuật của một sản phẩm dầu nhớt như thế nào.
CHỈ SỐ ĐỘ NHỚT (Viscosity Index – VI):
Chỉ số độ nhớt ( Viscosity Index – VI ) Là sự thay đổi độ nhớt của dầu nhờn trong khoản nhiệt độ cho trước. Dầu nhờn có độ nhớt biến đổi lớn theo nhiệt độ VI thấp. Dầu nhờn có độ nhớt biến đổi nhỏ theo nhiệt độ VI cao. Trong đồ thị ASTM: độ dốc của đường
* LÀM THẾ NÀO ĐỂ CÓ DẦU NHỜN CÓ VI CAO?
Phải chọn dầu gốc có VI cao.
Phải thêm phụ gia cải thiện tăng cường độ nhớt (VII – Viscosity Index Improver)
Hoặc phải phối hợp cả hai phương pháp nói trên
NHIỆT ĐỘ CHỚP CHÁY/ĐIỂM CHỚP CHÁY CLEVELAND (cốc hở)
Định nghĩa nhiệt độ chớp cháy (NĐCC), điểm chớp cháy (ĐCC):
NĐCC là nhiệt độ thấp nhất mà tại áp suất khí quyển (101, 3 KPa), mẫu dầu nhớt được nung nóng đến bốc hơi và bắt lửa. Mẫu sẽ chớp cháy khi có ngọn lửa và lan truyền tức thì ra khắp bề mặt của mẫu dầu.
Như vậy: Nhiệt độ chớp cháy là nhiệt độ mà tại đó lượng hơi thoát ra từ bề mặt của mẫu dầu nhờn sẽ bốc cháy khi có ngọn lửa đưa vào.Và nhiệt độ thấp nhất mà tại đó hơi thoát ra từ mẫu dầu nhờn vần tiếp tục cháy được trong 5 giây gọi là điểm bắt lửa.
Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa phụ thuộc vào độ nhớt của dầu nhờn:
Dầu nhờn có độ nhớt thấp thì điểm chớp cháy và điểm bắt lửa thấp
Ngược lại, dầu nhờn có độ nhớt cao điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cao.
Điểm chớp cháy và điểm bắt lửa cũng phụ thuộc vào loại dầu gốc:
Dầu gốc loại Napthenic có điểm chớp cháy và điểm bắt lửa nhỏ hơn dầu gốc Paraffinic khi có cùng độ nhớt.
Nói chung, đối với các hợp chất tương tự nhau thì điểm chớp cháy và điểm bắt lửa tăng khi trọng lượng phân tử tăng.
Ví dụ: dầu nhờn, dầu FO, DO, dung môi…
* TẠI SAO PHẢI CẦN THỬ NGHIỆM VÀ XÁC ĐỊNH ĐIỂM CHỚP CHÁY?
Vì:
Phòng chống cháy nổ khi dầu nhờn làm việc ở nhiệt độ cao.
Tránh tổn thất hoặc hao hụt (bay hơi) nghĩa là dầu nhờn phải làm việc trong môi trường mà nhiệt độ cao nhất tại đó phải thấp hơn nhiệt độ chớp cháy của dầu để tránh tổn thất của dầu nhờn do bay hơi cũng như cháy nổ.
Thông thường nhiệt độ chớp cháy của dầu đã sử dụng không thay đổi nhiều so với dầu mới. Nếu thấp hơn nhiều là do trộn lẫn vô số chất có điểm chớp cháy thấp (nhiên liệu). Nếu cao hơn là do dầu bị nhiểm bẩn hoặc do lẫn với dầu nhờn có độ nhớt cao hơn.
Để xác định nhiệt độ chớp cháy có 02 phương pháp:
Phương pháp cốc hở Cleveland (COC + Cleveland Open Cup)
Phương pháp cốc kín Pensky – Marsten (PMCC – Pensky Martens Closed Cup)
Như:
Sự trộn lẫn dầu DO của động cơ Diesel vào dầu nhờn làm điểm chớp cháy giảm và độ nhớt cũng giảm.
Hoặc đối với những loại nhớt tổng hợp dùng cho động cơ 02 thì để xác định chính xác điểm chớp cháy không thể dùng điểm chớp cháy Cleveland, cũng như dầu thắng (HBF3/4) mà phải dùng phương pháp PMCC. Vì PMCC có điểm chớp cháy thấp hơn COC do nó có tính an toàn cao hơn.
Phương pháp làm thí nghiệm xác định điểm chớp cháy:
Ngọn lửa thử: D = 5/32 ” (4mm)
Khuấy đều mẫu
Nhiệt độ tăng lên từ 50oC – 60oC/phút (90oF – 110oF)
Và cứ nhiệt độ tăng lên 10oC (20oF) thì ta đưa ngọn lửa vào cho đến khi đạt 1040oC (2200oF). Khi trên 1040oC thì ta đưa ngọn lửa thử vào khi nhiệt độ tăng 2,70oC (50oF). Đến khi ngọn lửa phựt cháy trên bề mặt bốc hơi của mẫu thì nhiệt độ tại đó gọi là nhiệt độ chớp cháy (điểm chớp cháy) và nếu sự phựt cháy kéo dài trong 5 giây thì nhiệt độ tại đó gọi là điểm bắt lửa.
Tại sao phải chống nhủ hóa (khử nhủ)?
Trong nhiều trường hợp dầu bôi trơn thường bị lẫn nước.
Do:
Nước có trong không khí ngưng tụ do quá trình nén (dầu thủy lực Azolla ZS, dầu máy)
Nén khí Cortusa, Drosera MS
Dầu tiếp xúc với hơi nước (tuabin hơi nước – Turbo T)
Hoặc do nước văng vào (dầu hợp số Omala )
Nếu lượng nước không hoàn toàn tách ra thì nhủ sẽ được tạo thành và nước được giữ trong dầu ở dạng nhủ tương.
Chính nhủ tương này sẽ gây ra:
Hang rỉ các bộ phận kim loại.
Tăng khả năng oxy hóa của dầu nhờn và giảm khả năng bôi trơn của dầu.
Đối với dầu turbin: tạo nên cặn bùn, làm tắc ống dẫn, đẩy nhanh quá trình hư hỏng ổ bạc lót và các chi tiết cần bôi trơn (hộp giảm tốc)
Đối với dầu thủy lực và máy nén khí: do ngưng tụ sẽ gây hư hỏng các chi tiết chuyển động cần bôi trơn. Đối với dầu hộp số hở và kín: do nước văng tóe vào các chi tiết trên sẽ giảm tuổi thọ chuyển động.
Có một số loại dầu chúng ta cần tính tạo nhủ cao như:
Dầu bôi trơn cho các máy khoan đá vỉ luôn phải tiếp xúc với nước do đó việc tạo nhủ là cần thiết nhằm giúp cho việc tạo màn dầu bảo vệ kim loại và chống mài mòn.
Dầu gia công cắt gọt kim loại cần phải dễ dàng hòa trộn với nước làm tăng khả năng làm mát của dầu và những phụ gia đặc biệt giúp dầu có tính bôi trơn tốt.
Dầu thủy lực pha với nước nhằm tránh cháy nổ khi sử dụng các hệ thống thủy lực ở hầm mỏ hoặc nơi có nhiệt độ cao nhưng vẫn được bảo đảm tính năng bôi trơn và đặc tính của dầu thủy lực.
TRỊ SỐ KIỀM TỔNG TBN (ASTM D 2896)(Đồ thị tương quan giữa TBN & %S)
Phương pháp thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D 2895 rất thông dụng đối với dầu động cơ Diesel
Định nghĩa: Trị số TBN là độ kiềm trong dầu bôi trơn cho biết lượng Acid Percloric (HCLO4) được quy đổi tương đương lượng KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết các hợp chất mang tính kiềm có trong 1 gram mẫu dầu nhờn.
Tại sao trong dầu nhờn động cơ diesel phải có TBN?
Trước hết ta hãy xem lưu huỳnh trong nhiên liệu dầu DO hoặc HFO tác động đến xylanh và piston như thế nào ?
Hầu hết nhiên liệu đều có chứa lưu huỳnh (S)
DO: S £ 0.5%
HFO: 0.5% < S £ 5%
Lưu huỳnh tồn tại trong nhiên liệu dưới dạng hợp chất lưu huỳnh và các phân tử Hydro carbon.
Trong quá trình cháy nổ: S + O2 ® SO2 (nhiệt độ cao và dạng khí)
SO2 không cháy nhưng ở nhiệt độ cao lại phản ứng với O2 cho ra SO3 và toả nhiệt
2 SO2 + O2 ® 2 SO3 + 62,200 Calors
SO3 + H2 O (khí nạp vào buồng đốt, sinh ra sự đốt cháy Hydro trong nhiên liệu) H2 SO4
Chính acid H2 SO4 gây ra sự ăn mòn hóa học và mài mòn của xylanh và vòng bạc secmăng nhanh chóng.
Vậy để tránh xảy ra vấn đề trên thì:
Giảm hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu (S = 0.04% – 0.05%) nhưng chi phí sản xuất cao (dùng cho các động cơ Diesel CAT, API, CG4 ® TOTAL Rubia 6400)
Hoặc đưa một lượng kiềm cần thiết vào trong dầu nhờn để trung hòa lượng Acid sinh ra trong quá trình cháy nổ của động cơ Diesel.
Đó là lý do có thông số TBN trong dầu nhờn động cơ Diesel.
Tuy nhiên, thường các nhà chế tạo động cơ Diesel đưa ra mức TBN trong dầu nhờn tương ứng với hàm lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu(%S)
Ví Dụ:
WARTSILA: TBN = 7 + % S x 11 (S = 3% ® TBN = 7 + 3×11 = 40)NIIGATA: S <1% TBN = 15 – 20
1% < S < 2% TBN = 25 – 30
2% < S < 3.5% TBN = 30 – 40
3.5% < S < 5% TBN = 40 – 75
TRỊ SỐ AXÍT TỔNG (TAN)
Định nghĩa: Là lượng kiềm KOH (tính bằng mg) cần thiết để trung hòa hết tất cả các hợp chất mang tính axit có trong 1g mẫu dầu nhờn.
Thường thấy ở dầu cách điện (Diala)
Dầu máy nén khí lạnh (Refrigeration Oil)
Tại sao phải giới hạn TAN trong dầu nhờn ?
Đối với hầu hết các loại dầu bôi trơn đều có chỉ số TAN ban đầu tương đối nhỏ và tăng dần trong quá trính sử dụng. Khi TAN tăng lên sẽ đánh mất tính năng chống oxy hóa của dầu nhờn và lúc đó dầu lại bị oxy hóa làm cho TAN trong dầu lại tiếp tục tăng lên và sẽ làm giảm tuổi thọ của dầu.
Chỉ số TAN của dầu đã sử dụng (dầu thải) là một đại lượng đánh giá mức độ biến chất của dầu do quá trình oxy hóa. Tuy nhiên đó không phải là tiêu chuẩn duy nhất để xác định sự biến chất của dầu do quá trình oxy hóa mà phải còn phải xem xét đến thông số khác như: độ nhớt, hàm lượng tạp chất cơ học và cặn.
Lưu ý:
Đối với dầu có phụ gia chống mài mòn kẽm Diankyl Dithiophotphat (Zn DDP) như dầu thủy lực thì có chứa hàm lượng axit ban đầu cao nên giá trị TAN ban đầu không thể tiên đoán chính xác chất lượng của dầu và trong giai đoạn đầu sử dụng TAN thay đổi đáng kể và đánh mất đi tính năng chống oxy hóa của dầu.
Tại sao phải giới hạn TAN trong dầu biến thế ?
Những yếu tố quan trọng trong dầu biến thế:
Khả năng cách điện.
Độ sạch của dầu (cặn bẩn)
Độ ẩm, khả năng chống oxy hóa.
Do đó nếu TAN tăng quá giới hạn (0.03 max) thì dầu bị oxy hoá dẫn đến:
Tăng độ nhớt, giải nhiệt kém nguy hiểm
Ăn mòn mạnh và gây cặn bẩn tính cách điện kém và tính chống oxy hóa giảm.
Đối với dầu máy nén khí lạnh:
Những yếu tố quan trọng:
Tính chất ổn định hoá học và nhiệt (dầu vừa chịu nhiệt độ cao và thấp)
Tính cách điện (đối với máy kính: cuộn dây nằm trong lốc máy)
Độ nhớt: tạo màng dầu tốt ở nhiệt độ cao và loãng để hồi dầu hoàn toàn khi nhiệt độ thấp.
Do đó nếu TAN tăng quá giới hạn (0.05 max và trị số trung hòa TAN + TBN < 0.2) thì dẫn đến:
Tính oxy hóa tăng, độ nhớt tăng, khả năng bôi trơn ở nhiệt độ kém và dễ bị tác dụng với môi chất lạnh làm hư máy nén.
Ăn mòn các chi tiết và không đáp ứng được tính bôi trơn ở nhiệt độ cao cũng như nhiệt độ thấp.
Khả năng cách điện kém, hư cuộn dây và lốc máy.
Đối với dầu turbin: (ASTM D 664: chuẩn độ điện thế)
Các yếu tố quan trọng:
Chống tạo bọt, nhủ
Chống mài mòn, ăn mòn
Chống oxy hóa và cặn
TAN không được tăng quá giới hạn (0.2 max) vì:
+ Tạo cặn
+ Acid hữu cơ, dầu bị đặc lại (tăng độ nhớt)
+ Sự oxy hoá tăng sản phẩm oxy hoá không tan tạo thành keo
+ Giảm tính khử nhủ, khả năng giải phóng bọt khí kém hư hỏng thiết bị.
TRỊ SỐ TRUNG HÒA:
Thực chất là trị số acid trong dầu nhờn. Tuy nhiên tùy theo loại và tính chất yêu cầu của dầu nhờn mà người ta xét đến TAN hoặc TBN.
Nếu là dầu động cơ thì trị số TBN là quan trọng hơn người ta dùng axit Perclohyric (HCLO4) để xác định tính kiềm của mẫu dầu (TBN) từ lượng HCLO4 tiêu hao để trung hoà kiềm trong mẫu dầu ta xác định được lượng kiềm trong mẫu. Nhưng vì để thống nhất đơn vị người ta quy định lượng HCLO4 ra tương đương mg KOH.
Ngược lại đối với dầu biến thế, dầu turbin, dầu máy nén khí lạnh thì trị số TAN là quan trọng dễ ảnh hưởng đến tính chất và khả năng sử dụng của dầu. Do đó để xác định hàm lượng TAN (đối với dầu mới lẫn dầu cũ) có nằm trong phạm vi cho phép không, thì người ta dùng kiềm KOH để trung hoà lượng axit có trong mẫu dầu, lượng KOH tiêu hao này cho đến khi mẫu đến đích trạng thái trung hòa chính là lượng axit có trong dầu.
Tại sao cần phải xác định hàm lượng nước trong dầu nhờn?
Bởi vì:
Hàm lượng nước trong dầu bôi trơn là một đặc trưng quan trọng đối với:
Dầu thủy lực, dầu máy nén khí.
Dầu bánh răng công nghiệp.
Dầu động cơ Diesel.
Dầu turbin.
Dầy xylanh hơi nước.
Đặc biệt nó cực kỳ quan trọng đối với dầu biến thế.
Nước trong dầu bôi trơn không những đẩy nhanh sự ăn mòn và oxy hoá mà còn gây ra hiện tượng nhủ tương. Trong một vài trường hợp nó còn gây ra hiện tượng thủy phân các phụ gia tạo ra cặn bùn.
Nếu hàm lượng nước trong dầu nhờn công nghiệp không phải ở mức vết/trace (0.1% wt) thì phải loại chúng bằng phương pháp ly tâm, cất chân không hoặc lọc.
Một số chỉ tiêu giới hạn trong dầu nhờn đối với hàm lượng nước:
Dầu động cơ diesel: không có hoặc <0.1% wt (vết/trace) (ASTM D 95)
Dầu biến thế: không có hoặc < 30 ppm (max)
Dầu thủy lực: không có hoặc <0.1% wt trong quá trình sử dụng nếu > 0.2% wt thì phải thay vì sẽ ăn mòn hệ thống thủy lực và thủy phân các hợp chất phụ gia.
Dầu hộp số: hàm lượng nước < 0.2 % wt. Trong quá trình sử dụng nếu > 0.5% wt thì phải thay.
+ Dầu turbin: không có hoặc < 0.1% wt
+ Dầu nén khí lạnh: < 50 ppm
+ Dầu nén khí: không có hoặc < 0.1 % wt
ĂN MÒN LƯU HUỲNH (Sulphure Corrosive – Ăn mòn bởi surphure)
Tại sao lại có chỉ tiêu này ?
Lưu huỳnh có sẳn trong dầu gốc hay phụ gia. Nó có thể ở dạng hoạt động hoặc trơ khi kết hợp với các chất khác.
Lưu huỳnh hoạt động là loại tác dụng được với kim loại đồng ở nhiệt độ cao và hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn đồng. Chính từ lý do đó cho nên trong dầu biến thế người ta phải yêu cầu dầu không có tính năng ăn mòn bởi surphure.
Vì:
Các cuộn dây đồng trong máy biến thế được ngâm trong dầu và để ngoài trời nếu tính năng không bảo đảm sẽ gây ra nguy hiểm cho máy biến thế do dây đồng bị ăn mòn và sự cách điện của các dây không còn tác dụng và tạo cặn làm giảm tuổi thọ của dầu
Do đó:
Đối với dầu biến thế phải xác định độ ăn mòn surphure hoặc độ ăn mòn bởi lá đồng đối với dầu mới.
Hậu quả không mong muốn của lưu huỳnh là gây ăn mòn, như ăn mòn đồng. Tuy nhiên, do những hiệu ứng của phụ gia cực áp, điều tiết quá trình chạy máy đã bù trừ tác dụng ăn mòn này. Do đó, trong nhiều trường hợp S có trong dầu nhờn ở dạng phụ gia thường kết hợp với nguyên tố khác (clor, photpho) như phụ gia chịu cực áp, chống mài mòn, chống oxy hoá và chống ăn mòn hoá học.
ĂN MÒN LÁ ĐỒNG (100 độ C trong 3 giờ)
Khái niệm: Dầu thô khi khai thác có chứa các hợp chất lưu huỳnh, phần lớn các hợp chất này được loại ra khỏi dầu trong quá trình tinh luyện. Tuy nhiên, các hợp chất lưu huỳnh còn lại sẽ gây ăn mòn nhiều kim loại khác nhau nhưng độ ăn mòn này không phải lúc nào cũng tương quan với từng hàm lượng lưu huỳnh có trong dầu. Hiện tượng ăn mòn tuỳ thuộc vào loại hợp chất hoá học của lưu huỳnh có trong dầu (hoạt động hay trơ)
Sự ăn mòn được định nghĩa như một sự oxy hoá trên bề mặt kim loại gây nên sự tổn thất kim loại hay sự tích tụ các cặn bẩn. Đối với các ổ trục bằng hợp kim đồng, các ống lót trục và các bộ phận chuyển động của trục vít bằng đồng thau phải được bôi trơn bằng các loại dầu không gây ăn mòn. Cũng như các loại dầu khác như: dầu thủy lực, dầu hàng không, dầu cắt gọt kim loại, đặc biệt là dầu biến thế và máy nén khí lạnh phải không gây ăn mòn đồng.
Vì vậy: Để xem xét dầu nhờn có thích hợp với các kim loại dễ bị ăn mòn hay không người ta phải tiến hành phép thử ăn mòn với tấm đồng.
TÍNH ỔN ĐỊNH OXY HÓA Ở 100oC, 164 GIỜ (IEC)
Đây là các thông số chính yếu được xem xét đối với 02 loại dầu:
Dầu máy biến thế
Dầu turbin
Người ta sẽ thử theo những phương pháp khác nhau đối với hai loại dầu này.
Khái niệm: Tại sao phải có thông số này, đặc biệt đối với hai loại dầu biến thế và turbine?
Quá trình oxy hóa là một dạng làm hỏng tính chất hóa học của dầu nhờn. Độ bền của dầu nhờn đối với quá trình oxy hóa là một đặc trưng quan trọng. Đặc biệt đối với dầu turbine và dầu máy biến thế đòi họi loại dầu này phải có tuổi thọ lâu dài.
Sự oxy hóa của dầu bôi trơn phụ thuộc vào 03 yếu tố chính sau:
– Nhiệt độ
– Sự hiện diện của oxy
– Hiệu ứng xúc tác của kim loại như Cu, Fe,…
Nếu ta biết được điều kiện làm việc của dầu nhờn thì 03 điều kiện trên có thể thay đổi để đưa ra được điều kiện thử nghiệm ở phòng thí nghiệm tương đương với điều kiện thực tế mà dầu sử dụng bên ngoài. Tuy nhiên, sự oxy hóa dầu nhờn trong quá trình sử dụng là một quá trình cực kỳ chậm và phép thử như vậy rất tốn nhiều thời gian. Do đó để rút ngắn thời gian người ta phải tăng nhiệt độ để tăng quá trình oxy hóa.
Phép thử đo độ bền oxy hóa của dầu là cơ sở để đánh giá tuổi thọ tương đối của dầu bôi trơn.
Quá trình oxy hóa nói chung được xác định là phản ứng dây chuyền của các gốc tự do sau:
R + O –> ROO (1)
Những gốc hoạt động R đầu tiên được hình thành từ những phần tử dầu không bền, chịu tác động của oxy trong không khí tạo ra những gốc peroxyl (ROO)
ROO + RH –> ROOH + R (2)
Peroxyl ROO sau đó lại tác động với chưa bị oxy hóa RH tạo thành những hạt nhân phản ứng mới (R) và Hydro peroxyl (ROOH)
ROOH –> RO + HO (3)
Các hydroperoxyl này không bền lại sinh ra các gốc mới để phát triển phản ứng tạo thành các ancol, xeton, andeliyt, axitcarbonic, và các hợp chất khác.
Trong khi phản ứng oxy hóa tiếp diễn, các hợp chất chứa oxy bị polynce hóa tạo thành những chất có độ nhớt cao, mà đến một nhiệt độ nào đó trở nên không tan trong dầu.
Như vậy:
Quá trình oxy hóa gây ra những hợp chất không tan trong dầu đó là cặn (sludge)
Và:
Một số hợp chất oxy hóa là những chất phân cực hoạt động là các axit làm tăng nhanh quá trình rỉ sét và ăn mòn.
Chính từ các lý do này nên hai thông số cần phải xét độ bền oxy hóa của dầu là hàm lượng axit (trị số trung hòa) và hàm lượng cặn (sludge)
Điều kiện của quá trình oxy hóa:
Có mặt của oxy
Axit
Nhiệt độ L
Tác dụng xúc tác của kim loại (Cu, Fe)
Các sản phẩm của quá trình oxy hóa:
Axit
Cặn
Với bài viết này, sdtvietnam.com.vn mong bạn sẽ hiểu thêm các thông số của các loại dầu mỡ công nghiệp từ đó chọn lựa mua dầu mỡ công nghiệp sao cho phù hợp.