Đang tải... (xem toàn văn)
Trong nghiên cứu này một mô hình thử nghiệm piston bơm cao áp được thiết kế và thử nghiệm độ bền thực hiện trong 100 giờ với MDO và MDO - hỗn hợp dầu thực vật. Kết quả thử nghiệm cho thấy, độ mòn của piston bơm cao áp tăng gấp 10 lần khi chúng làm việc với MDO chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp. Một giải pháp hiệu quả để cải thiện khả năng bôi trơn của MDO chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp là thêm dầu cọ với nồng độ 3%.
TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY ĐÁNH GIÁ ĐỘ MÒN THIẾT BỊ CUNG CẤP NHIÊN LIỆU KHI LÀM VIỆC VỚI DẦU MDO VÀ HỖN HỢP MDO-DẦU THỰC VẬT EVALUATION OF WEAR OF MECHANICAL FUEL INJECTION EQUIPMENT WHEN WORKING WITH MDO OIL AND MDO-VEGETABLE OILS LƯU QUANG HIỆU*, ĐẶNG THANH TÙNG, VŨ ĐỨC ANH Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: luuquanghieu@vimaru.edu.vn Tóm tắt Quy định nghiêm ngặt phát thải SOx từ tàu biển có hiệu lực, loại nhiên liệu chưng cất có hàm lượng lưu huỳnh thấp sử dụng rộng rãi Tuy nhiên, việc sử dụng nhiên liệu khiến động gặp vấn đề mài mòn thiết bị cung cấp nhiên liệu Những nghiên cứu phịng thí nghiệm hàm lượng lưu huỳnh có ảnh hưởng lớn đến độ bôi trơn nhiên liệu Trong nghiên cứu mơ hình thử nghiệm piston bơm cao áp thiết kế thử nghiệm độ bền thực 100 với MDO MDO - hỗn hợp dầu thực vật Kết thử nghiệm cho thấy, độ mòn piston bơm cao áp tăng gấp 10 lần chúng làm việc với MDO chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp Một giải pháp hiệu để cải thiện khả bôi trơn MDO chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp thêm dầu cọ với nồng độ 3% Từ khóa: Phát thải SOx, mài mịn, MDO, dầu cọ Abstract Strict regulations on SOx emissions from ships were in force, the low-sulfur marine distillate oils (LSMDO) began to be extensively applied However use of these new fuels in existing engines leads to problems such as wear of fuel injection equipment The laboratory analysis of tribotechnical characteristics of such fuels has shown that sulphur content make the greatest effect on their antiwear properties In this experimental study, a test simulation model on the engine fuel pump plunger pairs was designed and the strengthens test was performed in 100 hours with MDO and MDO - vegetable oils blends Test results shown that the wear of the high pressure pump plungers increases 10 times when they work with LSMDO Adding the palm oil to LSMDO with the concentration of 3% is the effective way to increase the lubricating property of LSMDO Keywords: SOx emissions, wear, MDO, palm oil SỐ 67 (8-2021) Đặt vấn đề Từ ngày 01/01/2020, quy định giới hạn lưu huỳnh nhiên liệu hàng hải thức có hiệu lực, tất tàu hoạt động vùng biển ngồi khu vực kiểm sốt phát thải xít lưu huỳnh (ECA) phải sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh bị cắt giảm từ mức 3,5% trước xuống 0,5%, phải trang bị hệ thống làm khí xả Các tàu hoạt động vùng kiểm soát phát thải tiếp tục sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh khơng vượt 0,1% Quy định chặt chẽ cắt giảm 70% tổng lượng phát thải ơxít lưu huỳnh từ vận tải biển phạm vi toàn cầu, mở kỷ ngun khơng khí cảng, khu vực ven biển toàn giới Để đáp ứng Quy định cắt giảm phát thải SOx phần lớn tàu hàng phải chuyển đổi từ nhiên liệu nặng sang sử dụng nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp Đây hỗn hợp nhiên liệu mới, sản xuất nhà máy lọc dầu để đáp ứng giới hạn lưu huỳnh phù hợp với hướng dẫn IMO theo tiêu chuẩn hóa quốc tế ISO 8217 ISO/PAS 23263 Tuy nhiên, kết nghiên cứu [1, 2] khuyến cáo hãng sản xuất động lớn MAN B&W, Wartsila[3],… cho sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh thấp có độ nhớt thấp gây hậu nghiêm trọng thiết bị cung cấp nhiên liệu động diesel không đảm bảo độ bôi trơn Hệ thống cung cấp nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp đến công suất hiệu suất động Trong tần suất hư hỏng lớn thường gặp chi tiết như: piston xy lanh bơm cao áp, kim phun,…Tuổi thọ thiết bị phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện bôi trơn làm việc Nghiên cứu [4] thực máy đo độ bôi trơn rằng, độ bôi trơn nhiên liệu khoáng cải thiện đáng kể bổ sung dầu thực vật với hàm lượng 1-3%, tăng tỷ lệ dầu thực vật hiệu bôi trơn tăng không đáng kể Dầu thực vật gần không chứa lưu huỳnh, có hàm lượng oxy cao, điểm chớp cháy bén cháy cao, độ bơi trơn cao khả hịa trộn tương thích với dầu diesel khống Sử dụng dầu thực vật với tỷ lệ nhỏ 3% vai trị chất phụ gia bơi trơn có tiềm lớn áp dụng thực tế 29 TẠP CHÍ KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY giúp cải thiện độ bôi trơn loại nhiêu liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp Tuy nhiên, đánh giá độ mòn thiết bị cung cấp nhiên liệu cần xem xét khía cạnh mài mịn ăn mòn Khi xảy ăn mòn phản ứng điện hóa hóa học bề mặt ma sát làm tăng tốc độ mài mòn ngược lại Mức độ ăn mòn chi tiết kim loại phụ thuộc vào khả oxy hoá loại nhiên liệu thử nghiệm điều kiện môi trường nhiệt độ độ ẩm Vấn đề ăn mòn dầu thực vật cần quan tâm có diện oxy nhóm chức, tính chất hút ẩm diện axit béo tự khơng bão hịa Chính loại dầu diesel sinh học có tính ăn mịn cao dầu diesel khống lại có khả bơi trơn cao Độ bơi trơn nhiên liệu thường đánh giá thông qua việc đo đường kính mài mịn bi cầu ma sát môi trường chứa nhiên liệu thử nghiệm theo tiêu chuẩn ASTM D975, thời gian thực thường diễn khoảng 30-75 phút nên chủ yếu đánh giá mức độ mài mịn, tác động ăn mịn có ảnh hưởng Vì vậy, cần thiết tiến hành thử nghiệm động thực khoảng thời gian đủ lớn để đánh giá độ mòn cách tổng thể thiết bị cung cấp nhiên liệu động diesel tàu thuỷ làm việc với loại nhiên liệu khác nhau: Marine Diesel Oil (MDO) hỗn hợp MDO - dầu thực vật Chuẩn bị thử nghiệm Đối tượng thử nghiệm nhiên MDO theo tiêu chuẩn ISO 8217-2013: mẫu MDO truyền thống có hàm lượng lưu huỳnh lưu huỳnh 0,92 %; mẫu MDO có độ nhớt thấp hàm lượng lưu huỳnh thấp; mẫu hỗn hợp MDO 3% dầu cọ - loại dầu thực vật phổ biến Đông Nam Á Độ bôi trơn mẫu nhiên liệu xác định theo phương pháp ISO 12156-1-2012 máy đo cao tần HFRR (High Frequency Reciprocating Rig) số hiệu D 1192, thước đo micromet điện tử Các giá trị đặc tính thể Bảng Bảng Đặc tính nhiên liệu thử nghiệm Mẫu nhiên liệu Đặc tính Hàm lượng Mẫu lưu huỳnh, % khối lượng Độ nhớt động học 40ºС, sSt Độ bôi trơn, µm 30 ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Để hồn thành mục tiêu đề ra, mơ hình thử nghiệm thiết kế sở động diesel thuỷ cỡ nhỏ 2ЧН8.5/11 Động diesel 2ЧН8.5/11 tháo khỏi hệ thống diesel lai máy phát 2ДГ7У2, đồng thời tháo dỡ hầu hết phận chuyển động Phần lại thiết bị bao gồm trục khuỷu trục cam, phận hệ thống bôi trơn thiết bị nhiên liệu dẫn động động điện lắp đồng trục Mô hình thí nghiệm thể Hình Hình Sơ đồ thiết bị thử nghiệm - bảng điện; - nhiên liệu; - động điện; - động diesel Thử nghiệm tập trung vào đánh giá độ mòn chi tiết piston bơm cao áp Mơ hình thử nghiệm thiết kế gồm: - Vịi phun nhiên liệu phun trực tiếp vào thùng dầu, sau tuần hồn lại khay chứa Trong suốt trình thử nghiệm loại nhiên liệu khác vòi phun điều chỉnh định lượng phun tương đương - Động điện (220-230V, 1500 vòng/phút) trang bị để truyền động trực tiếp cho trục khuỷu động diesel Khi trục khuỷ quay dẫn động cấu cam nhiên liệu, chuyển động quay trục cam chuyển thành chuyển động tịnh tiến piston bơm cao áp Hệ thống nhiên liệu bôi trơn hoạt động tương tự động làm việc Mẫu Mẫu 0,92 0,091 0,089 - Các khay chứa nhiên liệu khác giúp thí nghiệm tiến hành đồng thời mẫu 5,55 1,67 1,75 - Đồng hồ bấm để theo dõi thời gian thử nghiệm định kì thay dầu 349 737 353 SỐ 67 (8-2021) TẠP CHÍ ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CƠNG NGHỆ HÀNG HẢI KHOA HỌC - CÔNG NGHỆ JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Tiến hành thử nghiệm Trước tiến hành thử nghiệm, piston bơm cao áp tháo rời để xác định khối lượng kiểm tra tình trạng bề mặt Các chi tiết bơm cao áp tháo rời, rửa dầu mỡ bụi bẩn dầu diesel Tiếp đó, chúng làm lần dung môi Toluene Các chi tiết sấy khô nhiệt độ 120oC 30 phút, để nguội khoang cách ly đến nhiệt độ phịng tiến hành đo đạc cẩn thận Sau bơm cao áp vịi phun lắp ráp lại hồn thiện, điều chỉnh áp suất phun vòi phun 200 bar Thử nghiệm đánh giá độ mòn thực 100 loại nhiên liệu, số thử nghiệm tương tự báo nguồn mở tiến hành khoảng thời gian 75 đến 250 cho kết tin cậy Nhiên liệu đo độ nhớt thường xuyên, có giảm nhỏ sau 20 giờ, nhiên liệu thay sau 20 Hệ thống thử nghiệm làm việc với vòng quay động 1500 vịng/phút Trong q trình thử nghiệm, nhiệt độ nhiên liệu trì khoảng 25 ± 3ºС Khi thử nghiệm kết thúc chi tiết bơm cao áp tháo dỡ cẩn thận, làm tương tự chuẩn bị thí nghiệm Độ mịn xác định cách đo thay đổi khối lượng trước sau thử nghiệm Khối lượng piston đo cân điện tử Shimadzu (Nhật Bản), model AW-200 (sê-ri D432311332) với độ xác đến 0,1mg Kết thử nghiệm Piston bơm cao áp chi tiết chịu mài mịn lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu Sau thử nghiệm độ mòn piston làm việc với nhiên liệu khác thể Bảng Bảng Độ mòn piston bơm cao áp Mẫu nhiên liệu Tên số Khối lượng piston bị đi, mg №1 №2 №3 0,6 5,8 0,7 Như kết hiển thị Bảng 2, độ mòn cặp piston sau 100 làm việc với nhiên liệu truyền thống Mẫu 0,6mg Độ mòn đáng kể cặp piston ghi nhận thử nghiệm nhiên liệu diesel chứa hàm lượng lưu huỳnh độ nhớt thấp Trọng lượng piston giảm 5,8mg, tức gấp 10 lần nhiên liệu truyền thống Kết thu lần khẳng định nhiên liệu chứa hàm lượng SỐ 67 (8-2021) lưu huỳnh thấp có độ bơi trơn kém, làm việc thời gian dài với loại nhiên liệu cặp piston - xy lanh bơm cao áp bị mịn nhanh chóng Ngun nhân tượng trình loại bỏ lưu huỳnh khỏi nhiên liệu nhà máy, làm thay đổi số lượng thành phần chất lượng hợp chất lưu huỳnh Các hợp chất có hoạt tính cao (sulfua) bị loại bỏ trước tiên, tiếp đến hợp chất tương đối ổn định, lại chủ yếu nhiên liệu thiophenes, benzo- dibenzothiophenes khơng đủ hoạt tính hấp thụ hóa học để hình thành màng bề mặt ngăn cản mài mòn kim loại Hòa trộn thêm dầu cọ với tỷ lệ 3% khối lượng với dầu khoáng cho kết độ mài mòn piston giảm tới 87,9% Kết cho thấy chất hoạt động bề mặt hữu chứa dầu thực vật giúp cải thiện rõ rệt khả bôi trơn nhiên liệu lưu huỳnh thấp Nồng độ cao chuỗi axit béo không bão hồ cho ngun nhân tăng ăn mịn chi tiết kim loại, tác động đến hiệu chung giảm độ mịn piston khơng đáng kể Chính chuỗi axit béo mạch dài phân tử phân cực, gặp bề mặt kim loại chúng bị hút vào lực hấp phụ tĩnh điện giúp hình thành nhanh chóng bề mặt kim loại lớp màng bảo vệ có vai trị giảm mài mịn Ngồi việc đánh giá độ mịn thơng qua thay đổi khối lượng piston, bề mặt piston kiểm tra mô-đun quang học Contour GT-K OMM Thiết bị cho phép đo bề mặt piston với độ phân giải cao Độ mòn lớn piston động diesel quan sát thấy rõ vùng lân cận cách đỉnh khoảng 1-2mm [5] Vì vậy, tình trạng bề mặt piston thử nghiệm đo vị trí Kết đo thể Hình tới Hình Từ hình ảnh bề mặt piston cho thấy, sau thời gian làm làm việc với nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp bề mặt piston xuất nhiều vết xước sâu so với loại nhiên liệu khác Hỗn hợp nhiên liệu MDO chứa lưu huỳnh thấp dầu thực vật có độ bơi trơn tương đương với dầu MDO truyền thống Kết luận Các thử nghiệm độ mòn piston bơm cao áp cho kết tương đồng với phương pháp HFRR, qua khẳng định độ bơi trơn nhiên liệu MDO có hàm lượng lưu huỳnh 0,1% làm độ mài mòn bề mặt ma sát tăng đáng kể Sau 100 làm việc khối lượng piston bị tăng gần 10 lần so với nhiên liệu truyền thống có hàm lượng lưu huỳnh cao 31 TẠP CHÍ KHOA HỌC - CƠNG NGHỆ Đánh giá cách tồn diện cho thấy, tuổi thọ bơm nhiên liệu bị giảm, đồng thời khiến chất lượng phun nhiên liệu tốc độ mài mòn cao làm việc với MDO chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY Bổ sung dầu cọ vào nhiên liệu khống giúp cải thiện độ bơi trơn chúng Độ mòn piston giảm 87,9% so với làm việc với nhiên liệu ban đầu Hình Bề mặt piston Hình Bề mặt piston làm việc với mẫu Hình Bề mặt piston làm việc với mẫu Hình Bề mặt piston làm việc với mẫu Lời cảm ơn Nghiên cứu tài trợ Trường Đại học Hàng hải Việt Nam đề tài mã số: DT20-21.19 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Надежкин А.В, Хиеу Лыу Куанг Оценка влияния физико-химических показателей судовых дистиллятных топлив на трибологические свойства, Одиннадцатая международная научно-практическая конференция «Проблемы транспорта Дальнего Востока» FEBRAT-15, ДВО РАТ Владивосток, , С 188-190, 2-4 октября 2015 [2] ISSN: 1859-316X KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI параметры рабочего процесса судового дизеля, Научные проблемы транспорта Сибири и Дальнего Востока № 1-2 - С 44-48, 2016 [5] Леонтьев, Л.Б., А.Л Леонтьев, Н.П Шапкин Разработка композиционных износостойких покрытий для пар трения «плунжер - втулка» топливных насосов высокого давления дизелей, Издательский дом Дальневост федерал ун-та,103 с 2012 Ngày nhận bài: Ngày nhận sửa: Ngày duyệt đăng: 14/4/2021 22/4/2021 28/4/2021 Ian Crutchley, Michael Green Lubricity characteristics of Marine Distillate fuels Special edition MTZ, pp.58-62, August 2012 [3] Operation on low-sulfur fuel two-stroke engines, MAN B&W Diesel A/S Copenhagen, Den-mark, 14 p, 2005 [4] А В Надежкин, Х Ч Хьеу, К Х Лыу Исследование влияния добавки пальмового масла на характеристики топлива и 32 SỐ 67 (8-2021) ... nghiệm động thực khoảng thời gian đủ lớn để đánh giá độ mòn cách tổng thể thiết bị cung cấp nhiên liệu động diesel tàu thuỷ làm việc với loại nhiên liệu khác nhau: Marine Diesel Oil (MDO) hỗn hợp MDO. .. mài mòn lớn có ảnh hưởng trực tiếp đến q trình làm việc hệ thống cung cấp nhiên liệu Sau thử nghiệm độ mòn piston làm việc với nhiên liệu khác thể Bảng Bảng Độ mòn piston bơm cao áp Mẫu nhiên liệu. .. gian làm làm việc với nhiên liệu chứa hàm lượng lưu huỳnh thấp bề mặt piston xuất nhiều vết xước sâu so với loại nhiên liệu khác Hỗn hợp nhiên liệu MDO chứa lưu huỳnh thấp dầu thực vật có độ bơi