Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ pha trộn phụ gia tro bay đến đặc tính bôi trơn của hỗn hợp dầu

ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ pha trộn phụ gia tro bay đến đặc tính bơi trơn hỗn hợp dầu HỒNG NGỌC LÂM LamHN211069M@sis.hust.edu.vn Ngành: Kỹ thuật khí Giảng viên hướng dẫn 1: PGS TS Nguyễn Doãn Ý Giảng viên hướng dẫn 2: PGS TS Bùi Tuấn Anh Khoa: Cơ khí Chế tạo máy Trường: Cơ khí HÀ NỘI, 04/2023 Chữ ký GVHD CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự - Hạnh phúc BẢN XÁC NHẬN CHỈNH SỬA LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên tác giả luận văn : ………………………………… …………………… Đề tài luận văn: ………………………………………… …………… .……… Chuyên ngành:…………………………… ………………… … Mã số SV:………………………………… ………………… … Tác giả, Người hướng dẫn khoa học Hội đồng chấm luận văn xác nhận tác giả sửa chữa, bổ sung luận văn theo biên họp Hội đồng ngày… .………… với nội dung sau: …………………………………………………………………………… ……………………… ……………………………………………………… ………………………………………………………………… …………… ………………………………………………………………………………… …… ………………………………………………………………………… ………………………… …………………………………………………… ……………………………………………… ……………………………… …………………………………………………… Ngày Giáo viên hướng dẫn tháng năm Tác giả luận văn CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG ĐỀ TÀI LUẬN VĂN (theo định số 875/QĐ-ĐHBK-ĐT ngày 04/05/2022) Đề tài: Chuyên ngành: Kỹ thuật Cơ khí - Thạc sĩ (Khoa học/Kỹ thuật): Khoa học a Tên đề tài - Tên tiếng Việt: Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ pha trộn phụ gia tro bay đến đặc tính bơi trơn hỗn hợp dầu - Tên tiếng Anh: Study on the effect of mixing ratio of fly ash additive on lubricating properties of oil mixture b Mục tiêu đề tài (các kết cần đạt được): - Xác định tỉ lệ pha trộn phụ gia tro bay phù hợp, nhằm nâng cao đặc tính bơi trơn, khả tải tuổi thọ dầu c Nội dung đề tài, vấn đề cần giải quyết: - Nghiên cứu xác định thơng số ảnh hưởng đến đặc tính bơi trơn, khả tải dầu - Nghiên cứu lựa chọn loại phụ gia tro bay, phương pháp pha trộn phụ gia vào dầu để tiến hành thử nghiệm - Thực nghiệm đánh giá đặc tính bơi trơn khả tải hỗn hợp dầu thiết bị đo độ nhớt Rheotest VR2 máy ma sát bốn bi B2021-BKA./ Giáo viên hướng dẫn PGS.TS Bùi Tuấn Anh Lời cảm ơn Tác giả xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Nguyễn Doãn Ý PGS.TS Bùi Tuấn Anh Trường Cơ khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội, người hướng dẫn giúp đỡ tận tình từ định hướng đề tài đến trình viết hồn chỉnh Luận văn Tác giả bày tỏ lịng biết ơn Ban lãnh đạo Viện đào tạo Sau đại học, Trường khí, Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành Luận văn Do lực thân nhiều hạn chế nên Luận văn tơi khơng tránh khỏi sai sót, tác giả mong nhận đóng góp ý kiến Thầy, Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp để tơi hồn thiện luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn ! Tóm tắt nội dung luận văn Lý chọn đề tài: Nhà máy nhiệt điện nguồn tài nguyên quan trọng để cung cấp lượng cho địa phương khu vực Tuy nhiên, trình sản xuất điện từ nhiệt điện gây tác động tiêu cực đến môi trường, bao gồm việc sản xuất thải tro bay Tro bay loại chất thải gây ô nhiễm nghiêm trọng nghiên cứu để tìm cách giảm thiểu ảnh hưởng đến môi trường Một số nghiên cứu chứng minh sử dụng tro bay từ nhà máy nhiệt điện mang lại nhiều lợi ích cho mơi trường Trong trình sản xuất điện, nhà máy nhiệt điện tạo tro bay, loại chất thải bao gồm hạt rắn nhỏ, tạp chất kim loại nặng Tro bay thường thải vào không khí, tạo nhiễm ảnh hưởng đến sức khỏe người Tuy nhiên, nghiên cứu tro bay sử dụng tài nguyên tái chế để sản xuất vật liệu xây dựng Các vật liệu sử dụng để xây dựng tòa nhà, đường hầm đường Điều giúp giảm thiểu lượng tro bay thải môi trường đồng thời giúp giảm thiểu lượng vật liệu xây dựng sản xuất, giúp tiết kiệm tài nguyên lượng Ngoài ra, sử dụng tro bay để sản xuất vật liệu xây dựng cịn mang lại lợi ích cho kinh tế Điều việc sản xuất vật liệu xây dựng từ tro bay giúp giảm chi phí cho việc sản xuất xử lý tro bay, giúp tiết kiệm chi phí sản xuất vật liệu xây dựng Tro bay cịn sử dụng cơng nghiệp cao su, chúng sử dụng để làm chất gia cường cho cao su thiên nhiên, làm tăng tính chất lý cao su Có thể sử dụng tro bay nhà máy nhiệt điện chất phụ gia sản xuất dầu bơi trơn: Tro bay sử dụng chất phụ gia chống mài mòn, chống oxy hóa tăng độ nhớt cho dầu bơi trơn thế, học viên đề xuất hướng nghiên cứu đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng tỉ lệ pha trộn phụ gia tro bay đến đặc tính bơi trơn hỗn hợp dầu” Mục đích nghiên cứu luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu, ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn 2.1 Mục đích nghiên cứu luận văn: - Nghiên cứu tổng quan lý thuyết ma sát, hao mòn tượng xảy vấn đề bơi trơn có phụ gia - Dựa tiêu chuẩn ASTM - D4172 Mỹ đánh giá khả tải tới hạn dầu bôi trơn điều kiện chuẩn, để khảo sát khả tải tới hạn loại dầu bôi trơn thương mại sử dụng Việt Nam, pha trộn với tỉ lệ phụ gia khác thực nghiệm máy ma sát bi, Phịng thí nghiệm Ma sát bôi trơn - Trường Đại học Cơ Khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội chế tạo có ký hiệu: B2021-BKA - Nghiên cứu lựa chọn tỷ lệ phụ gia pha trộn vào dầu bôi trơn nhằm nâng cao đặc tính bơi trơn, khả tải tuổi thọ dầu - Giải thích, lập luận kết thí nghiệm sở lý thuyết Từ đánh giá mức độ ảnh hưởng phụ gia tro bay đến đặc tính bơi trơn dầu bôi trơn kiến nghị kết đạt 2.2 Đối tượng nghiên cứu: Đối tượng nghiên cứu: nguồn tro bay từ nhà máy nhiệt điện than số loại dầu bôi trơn 2.3 Phạm vi nghiên cứu: Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu khả tải dầu có pha trộn phụ gia tro bay so với dầu không pha trộn phụ gia tro bay thực nghiệm dựa theo tiêu chuẩn ASTM D4172 máy ma sát bi 2.4 Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp Lý thuyết Thực nghiệm Lý thuyết: Nghiên cứu phương pháp xác định khả tải tới hạn dầu bôi trơn theo ASTM Mỹ từ ta xác định thơng số thí nghiệm theo ASTM-D4172 Thực nghiệm: Tổ chức khảo sát khả tải tới hạn loại dầu có độ nhớt SAE khác nhau, pha trộn với tỉ lệ phụ gia khác máy ma sát bi (Phịng thí nghiệm Ma sát bơi trơn - Trường Đại học Cơ Khí - Đại học Bách Khoa Hà Nội chế tạo) Xác định khả tải tới hạn loại dầu thương mại thông qua vết mòn viên bi Xác định thay đổi độ nhớt động học loại dầu pha trộn với tỉ tệ phụ gia khác máy đo độ nhớt kiểu quay 2.4 Ý nghĩa khoa học thực tiễn: Đề tài nghiên cứu sử dụng phụ gia tro bay để làm tăng khả tải dầu bơi trơn Ngồi tận dụng nguồn vật liệu để giải phần ô nhiễm môi trường trình vận hành nhà máy nhiệt điện gây Kết luận Các dầu bôi trơn thương mại công bố tiêu độ nhớt theo ISO SAE bổ sung thêm số Viscosity Index (VI)-Khả bền nhiệt dầu bôi trơn chưa đủ thông tin cần thiết để chọn dầu tối ưu theo quan điểm ma sát tiếp xúc Việc bổ sung thêm loại chất phụ gia với thành phần hàm lượng khác tùy thuộc vào mác dầu bôi trơn công ty, để làm tăng khả tải dầu bôi trơn Nghiên cứu đưa mức độ ảnh hưởng phụ gia tro bay tới đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt loại dầu bôi trơn, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM D4172 quan trọng để đánh giá chất lượng dầu bôi trơn theo quan điểm mịn, độ tin cậy tuổi thọ HỌC VIÊN Hồng Ngọc Lâm MỤC LỤC CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU SỬ DỤNG TRO BAY TỪ NHÀ MÁY NHIỆT ĐIỆN 1.1 PHỤ GIA TRO BAY 1.1.1 Khái Niệm 1.1.2 Thành phần tro bay nhà máy nhiệt điện 1.1.3 Phân loại tro bay 1.1.4 Ứng dụng tro bay 1.1.5 Tình hình nghiên cứu sử dụng tro bay giới Việt Nam 1.2 MỘT SỐ NGHIÊN CỨU VỀ ĐẶC TÍNH CỦA TRO BAY ẢNH HƯỞNG ĐẾN KHẢ NĂNG TẢI CỦA DẦU BÔI TRƠN 1.2.1 Ảnh hưởng phụ gia tro bay đến đặc tính dầu 1.2.2 Ảnh hưởng phụ gia ơxít nhơm đến đặc tính dầu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ MA SÁT, HAO MÒN VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG THƯỜNG GẶP TRONG VẤN ĐỀ BƠI TRƠN CĨ PHỤ GIA 13 2.1 ĐẶC TRƯNG CƠ BẢN CỦA MA SÁT 13 2.1.1 Định nghĩa, thuật ngữ 13 2.1.2 Các đặc trưng ma sát 13 2.1.3 Phân loại ma sát 14 2.2 LÝ THUYẾT MÒN 16 2.2.1 Định nghĩa phương pháp tính mịn 16 2.2.2 Tổng quan mòn 17 2.3 BÔI TRƠN VÀ CÁC HIỆN TƯỢNG THƯỜNG GẶP TRONG BƠI TRƠN CĨ PHỤ GIA 19 2.3.1 Khái niệm bôi trơn 19 2.3.2 Vai trị phân loại bơi trơn 20 2.3.3 Ý nghĩa số dầu nhớt 22 2.3.4 Các tượng thường gặp bôi trơn 23 CHƯƠNG THIẾT BỊ, QUY TRÌNH VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 25 3.1 TIÊU CHUẨN ASTM D4172 25 3.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ MÁY MA SÁT BỐN BI 26 3.3 GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐO ĐỘ NHỚT ĐỘNG HỌC 27 3.3.1 Mơ hình máy đo độ nhớt kiểu trụ quay Rheotest VR2 27 3.3.2 Nguyên lý hoạt động 28 3.3.3 Phương pháp sử dụng 28 3.3.4 Trình tự thí nghiệm 29 3.4 QUY TRÌNH THỰC NGHIỆM 29 3.4.1 Chuẩn bị 29 3.4.2 Sử dụng máy đo độ nhớt ghi kết thực nghiệm 30 3.4.3 Sử dụng máy ma sát bi đo kết thực nghiệm 31 3.5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 33 3.5.1 Kết thực nghiệm dầu A nhận xét 33 3.5.2 Kết thực nghiệm dầu B nhận xét 38 3.5.3 Kết thực nghiệm dầu C nhận xét 44 3.6 THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN 50 KẾT LUẬN 52 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Cấu trúc Ơxít nhơm Hình 1.2 Hình ảnh SEM hạt nano AL2O3 10 Hình 2.1 Mơ hình chuyển động tịnh tiến vật rắn 13 Hình 2.2 Một số dạng chuyển động 14 Hình 2.3 Các dạng chuyển động trượt 15 Hình 2.4 Các dạng chuyển động lăn 15 Hình 2.5 Các dạng chuyển động xoay 15 Hình 2.6 Mơ hình dạng ma sát hỗn hợp 16 Hình 2.7 Dạng ma sát hỗn hợp điển hình thực tế 16 Hình 2.8 Đường cong mòn 18 Hình 3.1 Sơ đồ khảo sát đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt dầu theo ASTM D4172 25 Hình 3.2 Sơ đồ cấu tạo máy ma sát bi B2021-BKA 26 Hình 3.3 Hình dáng máy ma sát bi B2021-BKA 26 Hình 3.4 Sơ đồ cấu tạo máy đo độ nhớt kiểu trụ quay 27 Hình 3.5 Thiết bị đo độ nhớt kiểu quay 27 Hình 3.6 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) 33 Hình 3.7 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) 34 Hình 3.8 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 250C 34 Hình 3.9 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) 35 Hình 3.10 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) 35 Hình 3.11 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 850C 36 Hình 3.12 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến đường kính trung bình vết mịn bi 36 Hình 3.13 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chiều rộng trung bình vết mịn bi 37 Hình 3.14 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm 38 Hình 3.15 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) 39 Hình 3.16 Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) 39 Ứng suất trượt (N/m2) 60.000 y = 139,8x + 4093,3 R² = 0,9615 50.000 40.000 y = 140,7x + 2499,5 R² = 0,9755 0% 30.000 0,1% 20.000 y = 144,71x + 2763,9 R² = 0,9631 10.000 0,3% 0,00 100,00 200,00 300,00 Tốc độ trượt tương đối 400,00 (S-1) Hình 3.15 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) Ứng suất trượt (N/m2) 60.000 y = 148,44x + 3710,6 R² = 0,9721 50.000 40.000 y = 146,75x + 3072,6 R² = 0,9698 30.000 0,5% y = 143,93x + 2595,6 R² = 0,9621 20.000 0,75% 1% 10.000 0,00 100,00 200,00 300,00 Tốc độ trượt tương đối 400,00 (S-1) Hình 3.16 Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) Bảng 3.9 Độ nhớt tương ứng với tỷ lệ phụ gia tro bay nhiệt độ 250C Tỷ lệ phụ gia Độ nhớt (mPaS) 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% 139,80 140,70 144,71 148,44 146,75 143,93 39 150 148,44 Độ nhớt (mPaS) 148 146,75 146 144,71 143,93 144 142 139,80 140 140,70 138 136 134 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.17 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 250C Hình 3.17 cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 250C, độ nhớt có giá trị nằm khoảng giá trị từ 139,80 đến 148,44mPaS Độ nhớt có xu hướng tăng dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% giảm xuống từ 0,5% đến 1% Độ nhớt lớn tỷ lệ 0,5%, tỷ lệ trộn phụ gia tro bay mức 0% có độ nhớt nhỏ Điều chứng tỏ hạt tro bay phân tán vào dầu làm tăng giảm độ nhớt dầu phụ thuộc vào lệ khác Độ nhớt tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng độ bền chi tiết máy Nhiệt độ 850C Bảng 3.10 Độ nhớt dầu tương ứng với tỷ lệ phụ gia khác Dr (s-1)  (0%)  (0,1%)  (0,3%)  (0,5%)  (0,75%)  (1%) 70,65 2.835 3.402 3.969 2.835 3.969 3.969 78,50 5.103 5.103 6.237 3.969 4.536 5.103 117,75 8.505 7.371 9.639 7.938 7.938 9.639 141,30 11.907 11.340 13.041 11.340 11.340 12.474 211,95 15.309 15.309 16.443 15.309 15.876 17.010 235,50 17.577 17.577 19.845 20.412 20.979 20.979 353,25 22.680 22.113 26.082 26.082 26.649 24.381 423,90 27.216 27.216 30.051 30.618 30.618 29.484 635,85 34.587 35.721 38.556 37.989 37.989 37.422 706,50 - 39.690 43.092 43.092 41.958 40.257 40 Ứng suất trượt (N/m2) 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 - y = 54,831x + 2369,7 R² = 0,9605 y = 54,694x + 2211,9 R² = 0,9806 0% 0,1% y = 58,202x + 3379,7 R² = 0,9755 0,00 200,00 400,00 600,00 Tốc độ trượt tương đối 0,3% 800,00 (S-1) Ứng suất trượt (N/m2) Hình 3.18 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 - y = 60,908x + 1837,2 R² = 0,9644 y = 58,992x + 2634,3 R² = 0,96 0,5% y = 55,016x + 3703,8 R² = 0,9601 0,75% 1% 0,00 200,00 400,00 600,00 Tốc độ trượt tương đối 800,00 (S-1) Hình 3.19 Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) Bảng 3.11 Độ nhớt tương ứng với tỷ lệ phụ gia tro bay nhiệt độ 850C Tỷ lệ phụ gia Độ nhớt (mPaS) 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% 54,83 54,69 58,20 60,91 58,99 55,02 41 Độ nhớt (mPaS) 62 61 60 59 58 57 56 55 54 53 52 51 60,91 58,99 58,20 54,83 54,69 0% 0,1% 55,02 0,3% 0,5% 0,75% 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.20 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 850C Hình 3.20 cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 850C, độ nhớt có giá trị nằm khoảng giá trị từ 54,69 đến 60,91 mPaS Độ nhớt có xu hướng tăng dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% giảm xuống từ 0,5% đến 1% Độ nhớt lớn tỷ lệ 0,5%, độ nhớt nhỏ mức 0,1% phụ gia Điều chứng tỏ hạt tro bay phân tán vào dầu làm tăng giảm độ nhớt dầu phụ thuộc vào lệ khác Độ nhớt tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng độ bền chi tiết máy Đường kính vết mịn bi (mm) b Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến đường kính trung bình vết mòn bi 0,6 0,5 0,426 0,426 0,420 0,417 0,1% 0,3% 0,5% 0,495 0,503 0,75% 1% 0,4 0,3 0,2 0,1 0% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.21 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến đường kính trung bình vết mịn bi 42 Hình 3.21 cho thấy đường kính trung bình vết mịn bi sau thí nghiệm Các giá trị nằm khoảng từ 0,417 mm đến 0,503 mm Độ lệch chuẩn có giá trị từ 0,004 đến 0,017 tương đối nhỏ điều chứng tỏ kết thí nghiệm đáng tin cậy Kích thước đường kính trung bình vết mịn bi có xu hướng giảm dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% tăng lên từ 0,5% đến 1% Đường kính trung bình vết mịn bi nhỏ tỷ lệ 0,5% Các tỷ lệ mức 0,75% 1% có kích thước đường kính trung bình vết mịn bi lớn so với dầu không trộn phụ gia tro bay Như với thơng số đường kính trung bình vết mịn bi tỷ lệ phụ gia tro bay phù hợp 0,5% c Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chiều rộng trung bình vết mịn bi Chiều rộng vết xước bi (mm) 0,9 0,8 0,753 0,725 0,7 0,675 0,643 0,667 0,5% 0,75% 0,701 0,6 0,5 0,4 0,3 0,2 0,1 0% 0,1% 0,3% 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.22 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chiều rộng trung bình vết mịn bi Hình 3.22 cho thấy chiều rộng trung bình vết mịn bi sau thí nghiệm Các giá trị nằm khoảng từ 0,643 mm đến 0,753 mm Độ lệch chuẩn có giá trị từ 0,006 đến 0,015 tương đối nhỏ điều chứng tỏ kết thí nghiệm đáng tin cậy Chiều rộng trung bình vết mịn bi có xu hướng giảm dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% tăng lên từ 0,5% đến 1% Tuy nhiên chiều rộng trung bình vết mịn bi tỷ lệ 1% nhỏ so với dầu khơng trộn phụ gia tro bay Chiều rộng trung bình vết mòn bi nhỏ tỷ lệ 0,5% Như với thơng số chiều rộng trung bình vết mịn bi tỷ lệ phụ gia tro bay phù hợp 0,5% 43 Chênh lệch khối lượng bi (g) d Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm 0,0025 0,002 0,002 0,002 0,75% 1% 0,002 0,0015 0,001 0,001 0% 0,1% 0,001 0,001 0,0005 0,3% 0,5% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.23 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm Hình 3.23 cho thấy chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm Các giá trị nằm khoảng từ 0,001g đến 0,002g Mức giảm khối lượng trung bình bi nhỏ tỷ lệ trộn phụ gia tro bay 0%, 0,1% 0,5% Tỷ lệ trộn phụ gia tro bay mức 0,3%, 0,75% 1% có mức chênh lệch khối lượng trung bình bi lớn 3.5.3 Kết thực nghiệm dầu C nhận xét a Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu Nhiệt độ 250C Bảng 3.12 Độ nhớt dầu tương ứng với tỷ lệ phụ gia khác Dr (s-1)  (0%)  (0,1%)  (0,3%)  (0,5%)  (0,75%)  (1%) 23,55 6.237 - - 1.701 1.134 1.701 26,17 8.505 7.371 2.835 2.268 2.268 2.835 39,25 11.340 10.773 6.804 6.237 7.938 9.072 47,10 15.309 14.742 8.505 9.639 9.639 11.340 70,65 18.711 17.010 14.742 15.876 15.309 15.876 78,50 22.113 22.113 18.144 19.278 17.577 18.711 117,75 25.515 24.948 23.247 23.814 25.515 26.082 141,30 33.453 32.319 29.484 29.484 29.484 28.917 211,95 41.391 42.525 38.556 39.690 39.123 39.690 235,50 - - 44.226 45.360 43.659 44.226 44 Ứng suất trượt (N/m2) 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 - y = 183,54x + 4863,8 R² = 0,9668 y = 184,62x + 4567 R² = 0,9758 0% y = 189,02x + 393,08 R² = 0,9834 0,1% 0,3% 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Tốc độ trượt tương đối (S-1) Ứng suất trượt (N/m2) Hình 3.24 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 - y = 198,47x - 347,63 R² = 0,9782 y = 193,24x + 0,7687 R² = 0,9761 0,5% y = 190,31x + 971,96 R² = 0,9743 0,75% 1% 0,00 50,00 100,00 150,00 200,00 250,00 Tốc độ trượt tương đối (S-1) Hình 3.25 Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) Bảng 3.13 Độ nhớt tương ứng với tỷ lệ phụ gia tro bay nhiệt độ 250C Tỷ lệ phụ gia Độ nhớt (mPaS) 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% 183,54 184,62 189,02 198,47 193,24 190,31 45 198,47 200 Độ nhớt (mPaS) 195 193,24 185 190,31 189,02 190 183,54 184,62 180 175 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.26 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 250C Hình 3.26 cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 250C, độ nhớt có giá trị nằm khoảng giá trị từ 182,54 đến 198,47mPaS Độ nhớt có xu hướng tăng dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% giảm xuống từ 0,5% đến 1% Độ nhớt lớn tỷ lệ 0,5%, độ nhớt nhỏ mức 0% phụ gia Điều chứng tỏ hạt tro bay phân tán vào dầu làm tăng giảm độ nhớt dầu phụ thuộc vào lệ khác Độ nhớt tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng độ bền chi tiết máy Nhiệt độ 850C Bảng 3.14 Độ nhớt dầu tương ứng với tỷ lệ phụ gia khác Dr (s-1)  (0%)  (0,1%)  (0,3%)  (0,5%)  (0,75%)  (1%) 39,25 1.134 567 - - - 2.835 47,10 2.835 1.134 2.268 4.536 4.536 6.237 70,65 4.536 2.835 3.969 8.505 8.505 9.639 78,50 5.670 4.536 6.804 11.907 11.340 11.907 117,75 9.639 8.505 10.773 15.876 16.443 15.876 141,30 13.041 11.907 15.309 19.278 18.711 19.845 211,95 16.443 16.443 18.711 23.247 24.381 22.680 235,50 19.845 18.144 22.113 26.082 26.649 25.515 353,25 25.515 24.948 27.216 31.752 32.886 31.752 423,90 31.752 31.185 32.319 38.556 37.989 35.721 635,85 39.690 39.690 44.226 52.731 49.896 48.195 46 Ứng suất trượt (N/m2) 50.000 45.000 40.000 35.000 30.000 25.000 20.000 15.000 10.000 5.000 - y = 66,076x + 1317,3 R² = 0,9693 y = 68,164x - 57,435 R² = 0,9725 0% y = 70,039x + 2151,5 R² = 0,9675 0,1% 0,3% 0,00 200,00 400,00 600,00 Tốc độ trượt tương đối 800,00 (S-1) Hình 3.27 Biều đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0%; 0,1%; 0,3%) Ứng suất trượt (N/m2) 60.000 y = 77,061x + 5401,5 R² = 0,9747 50.000 40.000 y = 73,738x + 6057,7 R² = 0,962 30.000 0,5% y = 71,324x + 5657,5 R² = 0,956 20.000 0,75% 1% 10.000 0,00 200,00 400,00 600,00 800,00 Tốc độ trượt tương đối (S-1) Hình 3.28 Biểu đồ ứng suất trượt (tỷ lệ phụ gia 0,5%; 0,75%; 1%) Bảng 3.15 Độ nhớt tương ứng với tỷ lệ phụ gia tro bay nhiệt độ 250C Tỷ lệ phụ gia Độ nhớt (mPaS) 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% 66,08 68,16 70,04 77,06 73,74 71,32 47 77,06 78 76 73,74 Độ nhớt (mPaS) 74 71,32 72 70,04 70 68 68,16 66,08 66 64 62 60 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.29 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 850C Hình 3.29 cho thấy ảnh hưởng tỷ lệ phụ gia tro bay đến độ nhớt dầu nhiệt độ 850C, độ nhớt có giá trị nằm khoảng giá trị từ 66,08 đến 77,06 mPaS Độ nhớt có xu hướng tăng dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% giảm xuống từ 0,5% đến 1% Độ nhớt lớn tỷ lệ 0,5%, độ nhớt nhỏ mức 0% phụ gia Điều chứng tỏ hạt tro bay phân tán vào dầu làm tăng giảm độ nhớt dầu phụ thuộc vào lệ khác Độ nhớt tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng độ bền chi tiết máy Đường kính vết mịn bi (mm) b Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến đường kính trung bình vết mòn bi 0,6 0,513 0,524 0,75% 1% 0,5 0,4 0,338 0,337 0,334 0,333 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,3 0,2 0,1 Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.30 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến đường kính trung bình vết mịn bi 48 Hình 3.30 cho thấy đường kính trung bình vết mịn bi sau thí nghiệm Các giá trị nằm khoảng từ 0,333 mm đến 0,524 mm Độ lệch chuẩn có giá trị từ 0,002 đến 0,016 tương đối nhỏ điều chứng tỏ kết thí nghiệm đáng tin cậy Kích thước đường kính trung bình vết mịn bi có xu hướng giảm dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% tăng lên từ 0,5% đến 1% Đường kính trung bình vết mịn bi nhỏ tỷ lệ 0,5% Các tỷ lệ mức 0,75% 1% có kích thước đường kính trung bình vết mịn bi lớn so với dầu khơng trộn phụ gia tro bay Như với thông số đường kính trung bình vết mịn bi tỷ lệ phụ gia tro bay phù hợp 0,5% c Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chiều rộng trung bình vết mịn bi Chiều rộng vết xước bi (mm) 0,9 0,754 0,8 0,7 0,628 0,6 0,5 0,461 0,454 0,449 0,434 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,4 0,3 0,2 0,1 0,75% 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.31 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chiều rộng trung bình vết mịn bi Hình 3.31 cho thấy chiều rộng trung bình vết mịn bi sau thí nghiệm Các giá trị nằm khoảng từ 0,434 mm đến 0,754 mm Độ lệch chuẩn có giá trị từ 0,009 đến 0,017 tương đối nhỏ điều chứng tỏ kết thí nghiệm đáng tin cậy Chiều rộng trung bình vết mịn bi có xu hướng giảm dần theo tỷ lệ trộn phụ gia tro bay từ 0% đến 0,5% tăng lên từ 0,5% đến 1% Tuy nhiên chiều rộng trung bình vết mòn bi tỷ lệ 1% nhỏ so với dầu không trộn phụ gia tro bay Chiều rộng trung bình vết mịn bi nhỏ tỷ lệ 0,5% Như với thông số chiều rộng trung bình vết mịn bi tỷ lệ phụ gia tro bay phù hợp 0,5% 49 Chênh lệch khối lượng bi (g) d Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm 0,0025 0,002 0,002 0,0015 0,001 0,001 0,001 0,001 0,001 0% 0,1% 0,3% 0,5% 0,75% 0,001 0,0005 1% Tỷ lệ phụ gia tro bay (% khối lượng) Hình 3.32 Ảnh hưởng tỷ lệ chất phụ gia tro bay đến chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm Hình 3.32 cho thấy chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm Các giá trị nằm khoảng từ 0,001g đến 0,002g Mức giảm khối lượng trung bình bi nhỏ tỷ lệ trộn phụ gia tro bay 0%, 0,1%, 0,3%, 0,5% 0,75% Tỷ lệ trộn phụ gia tro bay mức 1% có mức chênh lệch khối lượng trung bình bi lớn 3.6 THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN Căn vào bảng kết thực nghiệm pha trộn phụ gia cho bay vào số loại dầu nhớt, xây dựng bảng so sánh thay đổi độ nhớt loại dầu, đường kính trung bình vết mịn bi dưới, chiều rộng trung bình vết mịn bi trên, chênh lệch khối lượng trung bình bi trước sau thí nghiệm ta có nhận xét sau: Kết thí nghiệm cho thấy với tỷ lệ phụ gia tro bay 0,5% khối lượng bổ sung vào dầu có ảnh hưởng đáng kể đến độ nhớt dầu đường kính vết mịn điều kiện gia tải nhiệt độ khác Đường kính vết mịn gây thấp cho thấy ma sát giảm, độ mài mòn giảm thấp giúp bảo vệ chi tiết máy tốt Độ nhớt tăng làm tăng khả tải dầu, có nghĩa làm tăng khả chống lại phá vỡ màng dầu bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng độ bền chi tiết máy Với 0,5% khối lượng phụ gia tro bay, chúng hoạt động đệm bề mặt tiếp xúc làm cho bề mặt tiếp xúc lăn thay trượt hiệu ứng ổ bi gây hạt nano tro bay có dạng hình cầu chèn vào hai bề mặt tiếp xúc, dẫn đến giảm thiểu hệ số ma sát Nhưng với gia tăng nồng độ hạt nano, lượng lớn hạt nano giảm thiểu hiệu ứng ổ bi cản trở khóa chuyển động hạt nano dẫn đến tăng tốc độ mài mòn hệ số ma sát hạt nano làm giảm giá trị đường kính vết mịn, có tác dụng cải thiện đặc tính ngăn 50 ngừa mài mịn chất bơi trơn Với 0,5% khối lượng phụ gia tro bay bổ sung vào chất bơi trơn, quan sát thấy giảm trung bình đường kính vết mịn bi 2,11% Các loại dầu thực nghiệm có tiêu phụ gia tro đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt dầu thể đường kính vết mịn khác Như tính chống mòn loại dầu khác Độ nhớt dầu phụ thuộc vào nhiệt độ, nhiên mức độ giảm độ nhớt tính theo % tỷ số độ nhớt nhiệt độ 850C với độ nhớt nhiệt độ 250C loại dầu khác nhau, dầu có pha trộn phụ gia khơng pha trộn phụ gia có tỷ số khác Cụ thể với dầu A mức độ giảm phụ gia 60,3%, tỷ lệ trộn phụ gia 0,5% khối lượng mức độ giảm 53,7%; với dầu B mức độ giảm khơng có phụ gia 60,8%, tỷ lệ trộn phụ gia 0,5% khối lượng mức độ giảm 58,9%; với dầu C mức độ giảm khơng có phụ gia 64,0%, tỷ lệ trộn phụ gia 0,5% khối lượng mức độ giảm 61,2% Như với việc pha trộn thêm phụ gia tro bay dầu A có mức độ giảm độ nhớt nhiệt độ cao nhất, điều làm tăng khả tải nhiệt độ cao dầu A tốt so với loại dầu lại Tiêu chuẩn ASTM quy định mức nhiệt độ tiêu ma sát tiếp xúc bề mặt 75 C chưa bao quát hết điều kiện cụ thể làm việc thiết bị Trên thực tế cần có thử nghiệm đánh giá dầu bơi trơn 1000C (Ví dụ nhiệt độ làm việc động cơ) để đảm bảo gần với điều kiện làm việc để xác định đường kính vết mịn Như đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt dầu bôi trơn sở quan trọng đánh giá tính chống mịn, tuổi thọ độ tin cậy dầu cần lựa chọn, sử dụng cho động đốt Kết luận chương 3: Nội dung chương giới thiệu máy đo độ nhớt Rheotest VR2 máy ma sát bi Tác giả tiến hành thực nghiệm đo độ nhớt thiết bị đo độ nhớt khả tải dầu thông qua máy ma sát bi, với tỉ lệ pha trộn phụ gia khác Từ kết thực nghiệm sở lý thuyết, tác giả có nhận xét kết thực nghiệm kết luận mức độ ảnh hưởng tỉ lệ phụ gia tro bay đến đặc tính bơi trơn hỗn hợp dầu Với tỉ lệ phụ gia tro bay pha trộn vào dầu bơi trơn trình bày trên, tác giả nhận thấy phụ gia tro bay có tác dụng làm cải thiện đặc tính bơi trơn hỗn hợp dầu, thông qua kết đo độ nhớt vết mòn viên bi kết thực nghiệm Tuy nhiên tỉ lệ pha trộn phụ gia tro bay mức 0,5% khối lượng phù hợp nhất, với tỉ lệ phụ gia >0,5% khối lượng có su hướng làm giảm tác dụng phụ gia tro bay đến đặc tính bơi trơn hỗn hợp dầu 51 KẾT LUẬN Nghiên cứu đưa mức độ ảnh hưởng phụ gia tro bay tới đặc tính ma sát tiếp xúc bề mặt loại dầu bôi trơn, phù hợp với tiêu chuẩn ASTM D4172 quan trọng để đánh giá chất lượng dầu bôi trơn theo quan điểm mòn, độ tin cậy tuổi thọ Trong nghiên cứu này, hạt tro bay phân tán dầu bôi trơn làm cải thiện đặc tích khả tải loại dầu bơi trơn Sau hoàn thành nghiên cứu này, kết luận sau rút ra: - Đối với tất giá trị điều kiện tải, việc bổ sung 0,5% khối lượng phụ gia tro bay dầu bơi trơn gốc có tác dụng đáng kể đặc tính chống mài mịn thơng qua việc giảm thiểu đường kính vết mài mịn hệ số ma sát - Việc bổ sung thêm phụ gia tro bay dầu bôi trơn gốc với tỷ lệ > 0,5% khối lượng có ảnh hưởng xấu đến đặc tích ma sát tiếp xúc bề mặt, độ nhớt loại dầu bôi trơn - Với 0,5% khối lượng phụ gia tro bay bổ sung vào dầu bôi trơn gốc giá trị tối ưu với điều kiện tải, cải thiện đặc tính ngăn ngừa mài mịn giảm ma sát dầu, giảm thiểu đường kính vết mịn bi thông qua giảm hệ số ma sát dầu, tăng độ nhớt dầu làm cho tăng khả tải dầu, điều hiệu ứng ổ bi hình thành Với khối lượng phụ gia tro bay > 0,5% làm tăng đường kính vết mịn bi, giảm độ nhớt dầu, điều gây kết tụ vi hạt tro bay chất bôi trơn làm tăng cường độ cắt xước bề mặt tiếp xúc chi tiết, làm tăng tốc độ mài mòn hệ số ma sát 52 TÀI LIỆU THAM KHẢO PGS TS Lương Đức Long; TS Lưu Thị Hồng; ThS Hà Văn Lân - VIBM: Sử dụng tro bay sản xuất Clanhke xi măng - Lợi ích kép Báo Xi măng Việt Nam 11/2018 TCVN 10302:2014 Phụ gia hoạt tính tro bay dùng cho bê tông, vữa xây xi măng Chang, A.C., Lund, L.J., Page, A.L and Warneke, J.E (1977) Physical properties of flyash amended soils J Environ Qual 6(3), 267 Stanislav V Vassilev, Christina G Vassileve, Ali I Karayigit, Yilmaz Bulut, Adres Alastuey, Xavier Querol, (2004), “Phase-mineral and chemical composition of composite samples from feed coals, bottom ashes and fly ashes at the Soma power station, Turkey”, http://www.elsevier.com/locate/ijcoalgeo Nguyễn Xuân Hải (2008), Nghiên cứu khả sử dụng tro nhà máy nhiệt điện ng Bí làm ngun liệu cải tạo số tính chất đất, Báo cáo tổng hợp kết đề tài, Hà Nội Nguyễn Đức Chuy, Trần Thị Mây, Nguyễn Thị Thu (2002), “Nghiên cứu chuyển hóa tro bay Phả Lại thành sản phẩm chứa Zeolit số tính chất đặc trưng chúng”, Tạp chí khoa học số Harvindersingh, Anoop Kumar Singh, Yogesh Kumar Singla & Kashidaschattopadhay, Tribological Study of Nano Fly Ash as Lubrication Oil Additive for AISI 4140 Steel for Automotive Engine Applications Transstellar Journal Publication & Research Consultancy (TJPRC), Aug 01, 2020 S Ghalme, P Koinkar, Y Bhalerao, Effect of Aluminium Oxide (Al2O3) Nanoparticles Addition into Lubricating Oil on Tribological Performance, Tribology in Industry, 27 July 2020 Bui, T.-A., et al., Effect of Al2O3 nanoparticle on rheological properties of oil International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 2020 10(3) 10 Bui, T.-A., et al., A study of Al2O3 nanoparticle effect on lubricant to hydrodynamic journal bearing International Journal of Mechanical and Production Engineering Research and Development, 2020 10(3) 11 Patel, H., et al., Effects of nanoparticles and temperature on heavy oil viscosity Journal of Petroleum Science and Engineering, 2018 167: p 819-828 12 Patel, H., Effect of nanoparticles and solvent based emulsion on heavy oil viscosity 2016, University of Oklahoma 13 Shokrlu, Y.H and T Babadagli, Viscosity reduction of heavy oil/bitumen using micro- and nano-metal particles during aqueous and non-aqueous thermal applications Journal of Petroleum Science and Engineering, 2014 119: p 210-220 14 Giáo trình ma sát - mịn - bơi trơn Tribology (PGS TS Nguyễn Doãn Ý Trường Đại học Bách khoa Hà Nội) 53