Phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn Trong chẩn đoán kỹ thuật máy ThS. lê lăng vân Bộ môn Kỹ thuật máy Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Bi báo trình by ứng dụng trong chẩn đoán kỹ thuật máy của kỹ thuật phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng của phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn trong thực tế. Bi báo cũng đề cập tới khả năng của phơng pháp ny trong chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của máy dựa trên các kết quả phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn. Summary: This paper presents the application of oil and particle analysis in machine condition monitoring and evaluates the use of oil and particle analysis in practice. The paper also mentions capability of this method in machine diagnostics based on the result of oil and particle analysis. i. đặt vấn đề Phân tích dầu bôi trơn là một phơng pháp đã và đang đợc 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 hữu hiệu trong chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của máy. Những tiến bộ này đã làm cho kết quả chẩn đoán có độ tin cậy cao hơn, ngăn ngừa đợc một số các h hỏng bất thờng và giảm thiểu thời gian dừng máy để sửa chữa hay bảo dỡng. CB A ii. nội dung 2.1. ứng dụng của phân tích dầu bôi trơn Dầu bôi trơn và hạt mài mòn có thể cung cấp các thông tin quan trọng về tình trạng kỹ thuật của máy, vì vậy phân tích dầu bôi trơn đã trở thành một công cụ để chuẩn đoán kỹ thuật máy. Phân tích dầu bôi trơn đã đợc sử dụng từ khoảng 50 năm trớc để xác định tình trạng mòn của máy móc. Các công ty đờng 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 đợc sử dụng để chuẩn đoán tình trạng kỹ thuật của rất nhiều loại máy khác nhau nh động cơ phản lực, 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. Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn cũng đóng một vai trò quan trọng để đánh giá các chỉ tiêu làm việc và lắp đặt các máy mới thông qua việc phân tích dầu bôi trơn thu đợc trong quá trình chạy thử. Tình trạng kỹ thuật của các máy mới đợc biết khá rõ thông qua việc phân tích dầu. Các lỗi về lắp ráp, khe hở cho phép, hệ thống bôi trơn, các ô nhiễm có thể phát sinh trong quá trình lắp ráp sẽ đợc cảnh báo sớm để có thể ngăn ngừa các h hỏng sẽ xẩy ra đối với những máy mới. Có nhiều khía cạnh phân tích dầu đợc tiến hành để đánh giá tình trạng kỹ thuật của máy. Các phân tích thờng thể hiện ở 3 lĩnh vực: xác định tình trạng kỹ thuật của máy, điều kiện bôi trơn, và xác định chất lợng dầu. Mục đích của các kiểm tra này nhằm theo dõi sự có mặt của các chất ngoại lai xuất hiện trong dầu. Ngoài ra các phân tích cũng nhằm xác định các thành phần hoá chất và các hạt trong dầu để so sánh với mẫu dầu mới nhằm xác định xem loại dầu đang sử dụng có còn phù hợp với yêu cầu bôi trơn hay không. Mục đích cuối cùng của phân tích dầu là phân tích các hạt kim loại để xác định tình trạng mài mòn các chi tiết máy. Các phân tích này đợc tiến hành để thu đợc các thông tin cần thiết nhằm xác định tình trạng kỹ thuật của máy. Các chi tiết máy bị mòn nh: bánh răng, píttông trong động cơ và trong hệ thống thuỷ lực, ổ đỡ, bạc, xéc măng sẽ sinh các hạt kim loại nhỏ, mịn trong quá trình làm việc bình thờng. Vào thời điểm mòn khốc liệt kích thớc của hạt sẽ tăng lên và hình dạng của hạt cũng thay đổi. Ngời ta đã xác định đợc dạng hạt thay đổi liên quan nh thế nào đến dạng mài mòn. Do đó việc phân tích dạng hạt mài mòn cho phép các cán bộ kỹ thuật xác định đợc trạng thái mòn trong máy và từ đó có thể xác định đợc tình trạng kỹ thuật của máy. Ưu điểm của phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn bao gồm những điểm chính sau: CB A - Nhiều thông tin tình trạng kỹ thuật của máy chỉ có thể thu đợc từ quá trình phân tích dầu bôi trơn. - Mức độ đầu t 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. Phơng pháp lấy mẫu dầu Lấy mẫu dầu là một bớc quan trọng trong quá trình phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn. Mẫu dầu có thể không đại diện cho đặc tính chung của toàn bộ hệ thống nếu nó không chứa đủ các thông tin đặc trng của hệ thống. Mẫu dầu cũng không là mẫu đại diện nếu nó lại chứa các hạt hay các nguồn ô nhiễm từ dụng cụ đo hay từ môi trờng bảo quản. Lấy mẫu dầu là một bớc rất quan trọng, đặc biệt khi mẫu đợc dùng để phân tích các hạt mài mòn. Các hạt mài mòn nặng hơn có xu hớng chìm xuống phía dới của hệ thống bôi trơn. Vì vậy sự phân bố các hạt mài mòn trong hệ thống bối trơn không phải là đồng nhất. Do đó lấy mẫu dầu từ hệ thống bôi trơn phải đợc tiến hành cùng một cách nh nhau trong tất cả các lần lấy mẫu mới có tác dụng đánh giá mức độ hình thành và phát triển của các h hỏng. Hình vẽ dới đây (Hình 1) thể hiện ba vị trí cơ bản để lấy mẫu: Lấy mẫu nối tiếp, lấy mẫu song song và lấy mẫu gián tiếp. Trong phơng pháp lấy mẫu song song, dụng cụ lấy mẫu lấy một phần dầu trong hệ thống rồi lại trả về hệ thống chính. Phơng pháp này cũng đòi hỏi các lần lấy mẫu phải cùng một vị trí đờng dầu. Khi sử dụng phơng pháp lấy mẫu gián tiếp, các dụng cụ đợc sử dụng có thể là ống hút chân không, các lọ đựng dầu. Khi đó mẫu dầu có thể đợc mang đi xa để phân tích. Phơng pháp này liên quan đến nhiều các thiết bị lấy và chứa dầu. Trong quá trình lấy mẫu tránh các tạp chất có thể xâm nhập vào mẫu dầu. Các mẫu dần lấy từ đáy thùng chứa có thể bao gồm các hạt mài mòn cũ không có giá trị cho việc phân tích. Hình 1. Các phơng pháp lấy mẫu dầu Phơng pháp lấy trực tiếp có u điểm là mẫu dầu không bị ảnh hởng từ môi trờng bên ngoài. Nhng phơng pháp này có nhợc điểm là ảnh hởng đến dòng dầu bôi trơn trong hệ thống. Phơng pháp lấy mẫu gián tiếp không cản trở đến quá trình bôi trơn nhng có thể bị các loại tạp chất xâm nhập từ môi trờng bên ngoài. Để hạn chế các ảnh hởng này cần vệ sinh và bảo quản tốt các dụng cụ lấy mẫu. 2.3. Phân tích hạt mài mòn Hạt mài mòn có thể phát sinh từ nhiều nguồn khác nhau. Các nguồn này bao gồm: sản sinh từ bên trong máy, thâm nhập từ môi trờng bên ngoài. Độ lớn của các hạt mài mòn cũng thay đổi từ vài micro mét đến khoảng 1 hoặc 2 mm. Hình dạng của các hạt mài mòn thay đổi theo tình trạng mài mòn. Ngời ta đã nhận thấy rằng hình dạng cầu thờng tìm thấy trong giai đoạn chạy rà của máy móc. Khi hình dáng của các hạt mài mòn thô và gẫy khúc nhiều sẽ phản ánh tình trạng mòn khốc liệt của máy. Một số nghiên cứu [1] đã chỉ ra: CB A - Mòn bình thờng sẽ có các hạt mài mòn hình thành từ các bề mặt trợt, dạng hạt là mỏng, hình tấm có bề rộng khoảng 15 micro mét và bề dầy là 1 micro mét. Kích thớc này đôi khi giảm xuống tới 0,15 và 0,5 micro mét. - Cào xớc: Khi các bề mặt bị cào xớc các hạt mài mòn có hình dạng sợi. - Tróc rỗ bề mặt do mỏi: Hình dạng hạt mài mòn là hình cầu. Kích thớc hạt lớn nhất có thể tới 100 micro mét. - Mòn do thiếu dầu bôi trơn: Dạng mòn này các hạt có kích thớc lớn phụ thuộc vào tải trọng và tốc độ. ứng suất tiếp xúc trên bề mặt càng lớn kích thớc của hạt càng lớn. - Mòn do dính: Các hạt mài mòn lớn hơn 10 micro mét, dạng hạt là tấm, thờng gặp đối với mòn các răng của bánh răng. 2.4. Xác định số lợng hạt mài mòn Xác định số lợng hạt thờng là một yêu cầu đối với các quá trình chuẩn đoán tình trạng kỹ thuật của máy. Lợng hạt mài mòn đợc xác định bằng cách đếm hạt sẽ sơ bộ phản ánh tình trạng mòn của các chi tiết. Việc đếm các hạt mài mòn hoặc đo trọng lợng cuả hạt trên một ml khối dầu, hay xác định hình dạng, kích cỡ của hạt cung cấp các thông tin quan trọng để chẩn đoán tình trạng kỹ thuật của máy. Dụng cụ để đo đếm, các định có thể là các loại cân, kính hiển vi điện tử. Phơng pháp phân tích phổ là kỹ thuật để xác định các nguyên tố kim loại trong mẫu dầu phân tích. Kết quả phân tích này phản ánh mức độ mài mòn trong máy. Phép phân tích này là quan trong nhất để có đợc các thông tin về tình trạng mài mòn, tình trạng kỹ thuật của máy. Tuy nhiên phơng pháp phân tích phổ chỉ cho biết đợc các hạt kim loại không hoà tan có thành phần nh thế nào. 2.5. Phân tích thành phần hạt mài mòn Phân tích thành phần hoá học của hạt mài mòn có thể xác định đợc nguồn gốc của hạt mài mòn. Các nguồn hạt mài mòn đợc chỉ ra trong bảng sau [3]: Bảng 1. Nguồn gốc của hạt mi mòn Các nguyên tố Nguồn Nhôm Đồng Crôm Sắt Chì Magiê Silíc Kẽm Pittông, ổ bi Bạc Xéc măng ổ bi, xilanh, bánh răng ổ đỡ, hệ thống nhiên liệu Từ hộp số, hệ thống truyền lực Từ môi trờng Bạc trục Khi hạt mài mòn đợc lấy từ mẫu dầu và phân tích, thành phần của mẫu phụ thuộc vào thành phần của loại dầu. Thành phần chủ yếu của dầu bao gồm cácbon, hyđrô, ôxy và một số chất phụ gia do nhà sản xuất thêm vào. Vì vậy cần phải tách các hạt mài mòn ra khỏi dầu trớc khi đem phân tích. iii. kết luận Kỹ thuật chuẩn đoán tình trạng máy bằng cách phân tích dầu đã đợc nhiều nhà bảo dỡng, sửa chữa ứng dụng để đánh giá tình trạng kỹ thuật của máy. Kết hợp với phơng 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 vận hành rất quan trọng. Hai kỹ thuật phân tích dầu và phần tích dao động giúp cho ngời vận hành, bảo dỡng máy có đợc 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. Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn tiến hành cùng với phân tích dao động giúp cho ngời phân tích có thể tự tin hơn khi đa ra các kết luận chuẩn đoán. Tài liệu tham khảo [1]. Bowen, E.R. & Westcott, V.C. Wear particle atlas, Naval Air Engineering Center, 1976. [2]. Doebelin, E. O. Measurement systems, McGraw- Hill Companies, 1990. [3]. Hunt, Trevor M. Handbook of wear debris analysis and particle detection, Elsevier Applied Science, 1993 . 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. Phân tích dầu bôi trơn và hạt mài mòn tiến hành. Phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn Trong chẩn đoán kỹ thuật máy ThS. lê lăng vân Bộ môn Kỹ thuật máy Khoa Cơ khí - Trờng Đại học GTVT Tóm tắt: Bi báo trình by ứng dụng trong chẩn đoán kỹ. trong chẩn đoán kỹ thuật máy của kỹ thuật phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn đồng thời đánh giá khả năng ứng dụng của phân tích dầu bôi trơn v hạt mi mòn trong thực tế. Bi báo cũng đề cập tới