Đang tải... (xem toàn văn)
vat lieu boi tron
Phần 2 - Vật liệu bôi trơn Phần 2 VẬT LIỆU BÔI TRƠN Chương 4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU BÔI TRƠN. 4.1. ĐẶC ĐIỂM CỦA MA SÁT VÀ HAO MÒN TRONG ĐỘNG CƠ VÀ Ô TÔ. Ma sát và hao mòn là hai hiện tượng không thể tránh được trong quá trình hoạt động của động cơ và ô tô. Hơn nữa điều kiện hoạt động của động cơ và ô tô rất nặng học nên ma sát và mức độ hao mòn trên các bề mặt chuyển động lớn. Trong động cơ để bao kín lưng của xéc măng luôn phải tì sát lên mặt gương xilanh sinh ra ma sát trượt trong điều kiện áp suất, vận tốc và nhiệt độ cao, đây chính là nguyên nhân giảm tuổi thọ của động cơ. Các bề mặt cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, chốt piston, các bề mặt trong của bạc lót đầu nhỏ và đầu to thanh truyền cũng chịu ma sát trượt rất lớn. Hệ thống truyền động của ô tô có nhiệm vụ truyền mô men của động cơ đến bánh xe thông qua nhiều khớp nối, khớp đỡ chịu ma sát lăn,… Để giảm mức độ ma sát và hao mòn cần phải tránh sự tiếp xúc trực tiếp của các bề mặt chịu ma sát bằng cách dùng vật liệu bôi trơn thích hợp để hình thành các màng thủy động lực ngăn cách. 4.2. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI VẬT LIỆU BÔI TRƠN SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ. 1) Công dụng của vật liệu bôi trơn a. Làm giảm ma sát. Mục đích cơ bản của vật liêu bôi trơn là bôi trơn giữa các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chuyển động nhằm làm giảm ma sát. Máy móc sẽ bị mòn ngay nếu không có vật liệu bôi trơn. Nếu chọn đúng dầu bôi trơn thì hệ số ma sát giảm từ 100÷ 1000 lần so với ma sát khô. Khi cho dầu vào máy với một lớp đủ dày, dầu sẽ xen kẽ giữa hai bề mặt. Khi chuyển động chỉ có các phần tử dầu trượt lên nhau. Do đó máy móc làm việc nhẹ nhàng, ít bị mòn, giảm được công tiêu hao vô ích. b. Làm mát. Khi ma sát, kim loại nóng lên, như vậy một lượng nhiệt đã được sinh ra trong quá trình đó. Lượng nhiệt này lớn hay nhỏ phụ thuộc vào hệ số ma sát, tải trọng, BS: Nguyễn Quang Trung 1 Phần 2 - Vật liệu bôi trơn tốc độ. Nhờ trạng thái lỏng, dầu chảy qua các bề mặt ma sát đem theo một phần nhiệt truyền ra ngoài, làm cho máy móc làm việc tốt hơn. c. Làm sạch. Khi làm việc bề mặt ma sát sinh ra mạt kim loại, những hạt rắn này sẽ làm cho bề mặt công tác bị xước, hỏng. Ngoài ra có thể có cát bụi hoặc tạp chất ở ngoài rơi vào bề mặt ma sát. Nhờ dầu nhờn lưu chuyển tuần hòan qua các bề mặt ma sát, cuốn theo tạp chất đưa về các te dầu và được lọc đi. d. Làm kín. Trong động cơ có nhiều chi tiết chuyển động cần phải kín và chính xác như piston xilanh, nhờ khả năng bám dính tạo màng, dầu nhờn có thể góp phần làm kín các khe hở, không cho hơi bị rò rỉ, bảo đảm cho máy làm việc bình thường. e. Bảo vệ kim loại. Bề mặt máy móc đông cơ khi làm việc tiếp xúc trực tiếp với không khí, hơi nước, khí thải, … làm cho kim loại bị mòn, hư hỏng. Nhờ dầu có thể làm thành màng mỏng phủ kín lên bề mặt kim loại nên ngăn cách được với các yếu tố trên, vì vậy kim loại được bảo vệ. 2) Phân loại vật liệu bôi trơn a. Vật liệu bôi trơn dạng khí. Vật liệu bôi trơn dạng khí được dùng cho các hệ thống máy móc tải trọng nhỏ, quay với vận tốc lớn như máy siêu ly tâm, các máy móc hoạt động ở nhiệt độ cao như động cơ phản lực, tên lửa, Ngoài không khí là chất bôi trơn khí thông dụng nhất, một số loại khí khác còn dùng để bôi trơn như khí cacbonic, khí hêli, các dẫn xuất halogen của hyđrocacbon và một số khí hữu cơ khác. Với chất bôi trơn dạng khí có độ nhớt ít thay đổi theo nhiệt độ và có hệ số ma sát nhỏ nên máy móc hoạt động ổn định trong mọi điều kiện. b. Vật liệu bôi trơn dạng lỏng. Đây là dạng vật liệu bôi trơn được dùng nhiều nhất trong các loại máy móc, thiết bị chịu tải trọng lớn như các loại động cơ, tuabin hơi nước, các bánh răng quay nhanh. Trong trường hợp bôi trơn dạng lỏng, sự ngăn cách các bề mặt ma sát BS: Nguyễn Quang Trung 2 Phần 2 - Vật liệu bôi trơn rắn được thực hiện bằng một lớp màng thủy động lực mỗi khi có điều kiện cho phép và như thế đặc tính quan trọng nhất của bôi trơn dạng lỏng là độ nhớt. Dầu nhờn khoáng gốc dầu mỏ được sử dụng nhiều nhất trong bôi trơn dạng lỏng. Ngoài ra cũng phải kể đến các loại dầu nhờn gốc động vật, thực vật, các loại dầu nhờn tổng hợp như các este, các polyglycon, các silicon,… c. Vật liệu bôi trơn nữa rắn. Vật liệu bôi trơn nữa rắn có dạng dẻo hay dạng huyền phù hoặc nhũ tương. Dạng chất bôi trơn dẻo như các chất béo gốc độg, thực vật; các hợp chất béo đã xà phòng hóa; petrolatum; các sản phẩm tổng hợp… Các loại xà phòng kim loại như xà phòng nhôm, can xi, natri, liti, chì,… được dùng nhiều trong sản xuất mỡ nhờn gốc dầu mỏ d. Vật liệu bôi trơn dạng rắn. Các chất bôi trơn dạng rắn được dùng trong điều kiện đặc biệt như bên ngoài khí quyển trái đất, sâu dưới lòng nước, trong pin nguyên tử hoặc ở nhiệt độ cao. Các chất bôi trơn rắn thông thường là các kim loại mềm như chì, thiếc, đồng,… ở dạng các tấm lá rất mỏng, các hợp chất muối kim loại hoặc muối phức như các sunfua, clorua, phosphat,… ví dụ graphit hay disunfua molipden là những chất bôi trơn dạng rắn thường được dùng. Trong phạm vi giáo trình này chỉ đề cập đến chất bôi trơn lỏng và dẻo là dầu nhờn và mỡ nhờn. 3) Yêu cấu chung đối với vật liệu bôi trơn sử dụng trên động cơ ô tô. - Có tính nhớt nhiệt tốt, ở nhiệt độ cao vẫn có tính bôi trơn tốt, ở nhiệt độ thấp vẫn đảm bảo dễ nổ máy. - Có tính ổn định nhiệt – oxy hoá tốt ở trong phạm vi nhiệt độ làm việc của động cơ 100÷150 o C (ở cacte) và khoảng 100÷350 o C (ở vùng đỉnh piston). - Có khả năng tẩy rửa, làm phân tán tốt các cặn bẩn, hạn chế tối đa tác hại mài mòn máy. - Có độ kiềm tổng đủ trung hoà lượng axit tạo thành khi nhiên liệu cháy, bảo vệ bề mặt kim loại khỏi ăn mòn, gỉ sét. BS: Nguyễn Quang Trung 3 Phần 2 - Vật liệu bôi trơn 4.3. QUÁ TRÌNH SẢN XUẤT VẬT LIỆU BÔI TRƠN TỪ DẦU MỎ. Vật liệu bôi trơn có thể được sản xuất từ nhiều nguồn khác nhau, song chủ yếu từ nguồn dầu mỏ, có tên là dầu mở nhờn (dầu mỡ bôi trơn). 1. Chế biến dầu nhờn Nguyên liệu của công nghệ chế biến dầu nhờn theo công nghệ truyền thống là ba phân đoạn nặng chưng cất chân không và cặn gudron, chia thành các công đoạn chủ yếu: khử asphalten (riêng đối với gudron), làm sạch bằng dung môi chọn lọc và tách lọc parfin rắn. a) Khử asphalten đối với cặn dầu (gudron) là quy trình tách loại các chất asphalten - nhựa, các hợp chất đa vòng kém ổn định, dễ biến chất, dễ tạo cốc, có độ nhớt thay đổi nhiều theo nhiệt độ, nhằm thu được các phân đoạn nguyên liệu sản xuất dầu nhờn cặn, đồng thời có thể dùng làm nguyên liệu cho các qúa trình chế biến sâu khác như cracking xúc tác và hydrocracking. Dung môi sử dụng trong quy trình này để thu nguyên liệu chế biến dầu nhờn là propan lỏng. Trong trường hợp cần thu nguyên liệu cho cracking xúc tác và hydrocracking, không cần khử asphalten triệt để, có thể dùng butan lỏng, pentan hoặc xăng nhẹ. Khi cặn dầu được xử lý bằng các loại dung môi này trong các điều kiện kỹ thuật phù hợp về áp suất, nhiệt độ, tỷ lệ dung môi/nguyên liệu… thì các hợp chất cần loại bỏ sẽ lắng đọng xuống thành cặn asphalten (dùng để chế biến nhựa đường). Còn hỗn hợp đã khử assphalten sẽ được chế biến tiếp tục thành dầu nhờn cặn hoặc làm nguyên liệu cho cracking xúc tác và hydrocracking. b) Làm sạch các phân đoạn nguyên liệu cho dầu nhờn nhằm mục đích tách loại khỏi các phân đoạn nguyên liệu các thành phần xấu có hại cho chất lượng của dầu nhờn, đó là các chất keo nhựa, các hợp chất hydrocacbon thơm có cấu trúc phức tạp đa vòng để nâng cao chất lượng sản phẩm: giảm khả năng tạo cốc, tăng tính ổn định của độ nhớt đối với nhiệt độ, làm màu sắc của dầu sáng hơn. Phương pháp làm sạch là quá trình chiết tách (trích ly) lỏng - lỏng. Nguyên lý của phương pháp là dùng một dung môi chọn lọc không hoà tan các hydrocacbon có trong nguyên liệu, đồng thời có khả năng chiết tách các hợp phần cần loại bỏ ra khỏi nguyên liệu ở dạng cặn (extract) phân lớp với phần sản phẩm (rafinat). Từ đó có thể tách phần extract khỏi rafinat. Nguyên liệu cho quá trình làm sạch bằng dung môi chọn lọc là các phân đoạn dầu nhờn thu được từ chưng cất dưới áp suất thấp và phần cặn dầu đã khử asphalten. Dung môi chọn lọc thường dùng hiện nay là furfuron, phenol, nitrobezen, anhydric sunfurơ, … Sản phẩm chính rafinat là nguyên liệu cho công đoạn BS: Nguyễn Quang Trung 4 Phần 2 - Vật liệu bôi trơn tách lọc parafin tiếp theo để sản xuất các loại dầu nhờn gốc. Phần extract dùng để chế biến nhựa đường hoặc cacbon kỹ thuật dùng trong công nghệ sản xuất cao su. c) Tách lọc parafin rắn nhằm loại bỏ khỏi nguyên liệu hợp phần hydrocacbon rắn có nhiệt độ nóng chảy cao để hạ thấp nhiệt độ đông đặc của các loại sản phẩm dầu nhờn gốc nâng cao tính năng sử dụng chúng trong môi trường giá lạnh. Để tách lọc người ta dùng công nghệ kết tinh parafin trong dung môi chọn lọc ở các điều kiện kỹ thuật thích hợp như tỷ lệ dung môi/nguyên liệu,nhiệt độ kết tinh, tốc độ hạ nhiệt độ… Dung môi thường dùng là hỗn hợp có thành phần thích hợp giữa metyletyl xeton và toluen (60% V+ 40% V),dicloetan và benzen (22% V + 78% V), xeton và toluen (35%V + 65% V)v.v… Sản phẩm thu được của quy trình tách lọc parafin: - Bốn loại dầu khoáng, sẽ được làm sạch bổ sung nhờ một số công nghệ khác nhau cho ra bốn loại dầu phân loại dầu gốc phân biệt chủ yếu về tỷ trọng và độ nhớt, được dùng để pha chế với nhau và với các loại phụ gia thích hợp, theo tỷ lệ xác định, nhằm sản xuất ra những nhãn hiệu dầu thương phẩm khác nhau. - Ba loại parafin rắn (tách từ các phân đoạn chưng cất chân không) phân biệt nhau bởi nhiệt độ nóng chảy và xêrein (tách từ cặn gudron) là các hydrocacbon rắn khác nhau về thành phần và thành phần và cấu trúc phân tử, cũng được làm sạch theo các yêu cầu cụ thể để thành các thương phẩm, được dùng nhiều trong đời sống và một số ngành sản xuất. 2.Chế biến mỡ nhờn. Mỡ nhờn là một thành phẩm chế biến từ dầu nhờn và chất làm đặc thích hợp theo các tỷ lệ xác định.Tuỳ theo yêu cầu về tính năng sử dụng của các loại mỡ, chất làm đặc thường dùng là các loại xà phòng có gốc kim loại khác nhau hoặc bentonit (khoáng sét). Quy trình chế biến mỡ nhờn đơn thuần là các công đoạn mang tính cơ học hoặc vật lý như khuấy trộn, nghiền, lọc, hạ nhiệt độ hợp lý…tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành một khối mỡ ở trạng thái phân tán vi dị thể đồng nhất, tránh hiện tượng không đồng nhất trong thành phần mỡ hoặc trạng thái tách dầu phá vỡ cấu trúc của mỡ … BS: Nguyễn Quang Trung 5 . BÔI TRƠN Chương 4. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ VẬT LIỆU BÔI TRƠN. 4. 1. ĐẶC ĐIỂM CỦA MA SÁT VÀ HAO MÒN TRONG ĐỘNG CƠ VÀ Ô TÔ. Ma sát và hao mòn là hai hiện tượng không thể tránh được trong quá trình hoạt. nhiều trong sản xuất mỡ nhờn gốc dầu mỏ d. Vật liệu bôi trơn dạng rắn. Các chất bôi trơn dạng rắn được dùng trong điều kiện đặc biệt như bên ngoài khí quyển trái đất, sâu dưới lòng nước, trong. dùng vật liệu bôi trơn thích hợp để hình thành các màng thủy động lực ngăn cách. 4. 2. CÔNG DỤNG, PHÂN LOẠI VÀ YÊU CẦU CHUNG ĐỐI VỚI VẬT LIỆU BÔI TRƠN SỬ DỤNG TRÊN ĐỘNG CƠ Ô TÔ. 1) Công dụng của