Phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ và quá trình thay

DÙNG QUANG PHỔ PHÂN TÍCH

2.1.2. Phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ và quá trình thay

quá trình thay

đổi tính năng hoá lý của dầu bôi trơn

Trong quá trình sử dụng động cơ, trạng thái kỹ thuật thay đổi dần theo chiều hướng sấu đi. Xác định trạng thái kỹ thuật củađộng cơ có nhiều cách, nhưng tháo rời các cụm và tổng thành để phát hiện các hư hỏng hoặc trạng thái kỹ thuật của chúng là một cách làm không tốt, vì làm như thế sẽ phá huỷ trạng thái tiếp xúc tốt nhất của các bề mặt làm việc của các chi tiết máy. Hơn nữa, làm theo phương pháp tháo rời sẽ làm tăng tổng chi phí lao động kỹ thuật. vì vậy, hiện nay ở liên xô (cũ) củng như các nước tiên tiến khác điều dùng nhiều máy móc trang thiết bị để tiến hành kiểm tra kỹ thuật của động cơ mà không cần phải tháo rời động cơ. Phương pháp

xác định trạng thái kỹ thuật này được gọi là phương pháp chuẩn đoán kỹ thuật.

Nó dựa trên một hệ thống các quy luật, các tiêu chuẩn đặc trưng cho trạng thái kỹ thuật của động cơ để phán đoán tình trạng kỹ thuật tốt xấu của động cơ. Ví dụ: xét độ mài mòn của xecmăng, xy lanh, người ta dùng thiết bị đo lượng khí cháy lọt xuống cacte, kiểm tra độ mài mòn tổng hợp bằng cách phân tích quang phổ mẩu dầu bôi trơn trong cacte v.v

Phương pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ thông qua việc xác định hàm lượng sản vật mài mòn trong dầucacte có khả năng nâng cao hiệu quả sử dụng mà không hạthấp mứcđộ hoạt động, tính tin cậy nhờkhông phải tháo dời động cơ . Khả năng và tính hợp lý của phương pháp này dựa trên cơ sở của đặc tính mài mòn khôngđềuvà xác định được một cách khá chính xác trạngthái kỹ thuật của độngcơ Trong quá trình làm việc của động cơ dầu nhớt thực hiện các chức năng bôi trơn, làm kín, làm mát, làm sạch, bảo vệ bề mặt v.v..Quá trình tác động tương hổ xảy ra giữa dầu bôi trơn với các bề mặt chi tiết máy, với các chất hoạt tính, với sản phẩm cháy, do vậy dầu bôi trơn đã bị lẩn tạp chất và do vậy chất lượng và tính năng của dầu bôi trơn giảm dần qua thời gian sử dụng. Nhưng nhờ có bầu lọc dầu nên một phần tạp chất bị tách ra khỏi dầu dođó mà dầu được sạch hơn đôi chút, thời gian bôi trơn tănglên.

Khi chất lượng của dầu bôi trơn giảm thì độ mài mòn của các chi tiết tăng lên, mà độ mài mòn của chi tiết tăng thì hàm lượng tạp chất trong dầu cũng tăng lên, mức độ nhiễmtạp chất phụ thuộc và độ lọc sạch của bầu lọc.

Hàm lượng tạp chất do mài mòn (gọi là sản vật mài mòn) trong dầu rất có ảnh hưởng đến cườngđộ mài mòn. Trong dầu mới, lượng tạp chất mài mòn không vượt quá 1g trong 1lít dầu. Trong quá trình sử dụng tạp chất trong dầu bôi trơn tăng lên đến một thời gian làm việc nhất định thì bắt buộc phải thay dầu bôi trơn, nếu như kéo dài thời giam làm việc hơn nữa thì hàm lượng sản vật mài mòn tăng lên tới 5g/l dầu,nghĩa là tănglên gấp 5 lần.

1.Phân tích dầu là một trong những công cụ chẩn đoán quan trọng nhất với sự kiểm tra này ta có khả năng: Giám sát chất lượng quá trình bảo trì các bộ lọc dầu và khí, khoảng thời gian thực hiện sự thayđổidầu.

2.Thiếtlập quytrình sửa chữa chính.

3.Chẩn đoán các hưhỏng độngcơ chính xác hơn

Sử dụng phương pháp đo lượng sản vật mài mòn trong dầu để xác định trạng thái kỹ

thuật của động cơ mà không cần phải tháo rời các chi tiết của độngcơ.

Ngay từ năm 1927, người ta đã bắt đầu nghiên cứu theo hướng này. Lúc đó, người ta đề xuất phương pháp xác định độ mài mòn của động cơ trên cơ sở chỉ số sắt trong dầu nhớt rồi thiết lập đồ thị đường mài mòn trên kết quả phân tích hàm lượng sắt trong dầu thải. Phương pháp này rút ngắn quá trình kiểm tra độ mài mòn của động cơ nhưng không hoàn chỉnh vì không xác định đầy đủ ảnh hưởng của sự biến đổi thể tích do dầubị cháy hao.

Việc đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ không cần phải tháo rời, trên cơ sở xác định hàm lượng sản vật mài mòn trong dầu, trong quá trình vận hành là một phương pháp gián tiếp. Muốn vậy, cần phải nghiên cứu sự biến động hàm lượng tạp chất trong dầu nhớt có kể đến từng điều kiện vận hành cụ thể, đến chu kỳ sửa chữa và cần vận dụng lý thuyết độ tin cậy của máy, cơ cấu máy. Thiết lập đồ thị chỉ rõ mối quan hệ hàm lượng tạp chất trong gian đoạn mài mòn trên cơ sở phân tích dầu bằng quang phổ. Bằng đồ thị xác định được trị số giới hạn tạp chất mài mòn trong dầu. Thông số này không phải luôn luôn phù hợp với trạng thái sự cố của động cơ. Cần lưu ý rằng, khi tăng thời gian làm việc của động cơ, hoặc ngay sau khi ở xưởng sửa chữa ra, không phải là toàn bộ chi tiết phục hồi điều đạt tới kích thước nguyên thuỷ. Vì vậy mà độ bền, chiụ mòn của động cơ sẽ rất khác nhau, còn thông số giới hạn cho phép của hàm lượng

tạp chất mòn sẽ biến động trong một giới hạn rất rộng. Vì vậy để có thể thiết lập được

phương pháp kiểm tra trạng thái kỹ thuật của động cơ không cần tháo rời ta phải nắm chắc được sự biến động của hàm lượng tạp chất trong

dầu (có chú ý đến điều kiện vận hành và độ bền của động

cơ).

Hình 2.1: Sơ đồ tác động tươngđối giữa dầu nhớt trong cacte với tạp chất:

qg - lượng dầusạch bổ sung cho vào cacte. (kg/h). qm - lượng nhiên liệu chưa cháy lọt và cacte, (kg/h). qy - lượng dầu cháy hao và thảikhỏicacte, (kg/h).

g- tạpchất lọt vào dầu, (kg/h). qM0 -dầu bẩn đi qua bầulọc.

ky - là hiệu suất lọc sạch của bầulọc. Q- là dầubẩn(dầu có tạp chất). G - lượng tạp chất có trong dầu.

Q0- số lượng ban đầucủa dầu trong cacte, (kg). K- hàm lượng tạp chấttrong dầu,(kg/kg).

qn - giá trị tươngđương dòng dầuchảyqua bầu lọc, (kg/h). qm - lượng dầu qua bầu lọc, (kg/h).

µM- hệsố lọc sạch.

Nếu coi mật độ tạp chất trong cacte lúc động cơ đang làm việc phân bố điều và có sự bù đắp sự hao tổn dầu, thì phương trình vi phân của sự cân bằngvật chất trong hệ thốngdầubôi trơn sẽcó dạng sau: dk   g ( n q g qm dt 0 Q( y gq m  (2.1)

Giải phương trình (2.1) ta được:

 K  K I Bt A g  Bt I       (2.2) 0 Q C A I Tro ngđó:



K0- Trị số hàmlượng ban đầu của sắt trongdầu, K0 = 0. A = qn – qg –

qm; B = qy – qg – qm ;

 t



Khi động cơlàm việc số lượng dầu giữ ở một mức xác định, nghĩa là khi qy = qg – qm thì phương trình có dạng: qn qy t n y  q q g    Q0  0  Q  K  K0 e  1 q q  e (2.3) n  y 

Khi độngcơlàm việc trongđiềukiện không bổ sungdầu sạchvà không có

nhiên liệu chưa cháy lọtvào (qg = 0; qm = 0), thì phương trình có dạng: K  K0 gln 1 qy  qy t 0 Q (2.4)

Phương trình (2.2) và (2.3) phù hợp với chế độ là việc chính của động cơ đốt trong trong thực tế vận hành và quá trình thí nghiệm. Phương trình (2.4) được thiết lập trên nguyên tắc động cơ làm việc không bổ sung dầu và chỉ được áp dụng để tính toán khi biết chắc rằnglượng nhiên liệu chưa cháy lọtrất ít vào dầu cacte.

Để phân tích hàm lượng tạp chất trong hệ thống bôi trơn, khi dầu giữ ở một trị

số xác địnhthì sử dụngphương trình (2.3).

Khi xác định yếu tố mài mòn lắng trong cacte khi vận hành cũng như khi thí nghiệm động cơ không được dùng công thức này thay lẫn cho công thức kia. điều này dẫn đến sai số.

Theo phương pháp này để xác định độ mài mòn của các bộ phận động cơ theo trị số hàm lượng tạp chất trong dầu cần phải kể đến sản vật mài mòn của nhóm piston – xylanh đã theo khí thải ra ngoài.

Khi hàm lượng tạp chất tăng lên thì lượng tạp chất được giữ lại trong bầu lọc

và theo khí thải ra ngoài cũngtănglên. Sửdụng phương trình (1.3) với biểu thức qn   yq t được gọi là hệsố thể tích  Q 0

dầutham gia trong hệthống dầu bôi trơn ứng với mộtthời gian nào đó [gọitắt là hệ

số tham gia (HSTG) ký hiệu (m) ]. Phương trình (2.3) viết lại:



K  K0 e

m g 1 

m   (2.5)

Với số liệu minh hoạ trên: K   g q y qn     1 y q m  

Khi hệ số tham gia (m = 1) thì hàm lượng sắt đạt tới 62% ; khi m = 2 là 80% và khi m = 3 là 96%, lớn nhất là 100%. Thực tế khi m = 3 là hàm lượng sắt trong dầu đạt tới trị số bảohoà.

Trong quá trình động cơ làm việc không cần

phải ưl u ý đến sự biến đổi theo chu kỳ của thể tích dầu nhớt, thực tế biến đổi đó không có ảnh hưởng. Điều này được thấy rõ trên đường 2 và 3 (hình 2.2).

Hình 2.2. Mô tả mối quan hệ giữa hàm lượng sắt trong dầu động cơ diesel

K0 = 0, Kg = 0,

1. khôngđổ thêm dầu. 2. Có bổ sungdầuthường

xuyên.

3. Bổ xung dầu địnhkỳ, với

lượng mỗi lần bổ sung là 0,2Q0.

Hì nh 2.2

Chương 12:

Quan hệ giữa lượng dầu bôi trơn

trong cacte và hàm lượng tạp chất

trong dầu

Kết quả phân tích từ số liệu thực nghiệm có thể rút ra một số kết luận về việc

xác định trị số tối ưu của lượng dầu trong hệ thống dầu bôi trơn của động cơ đốt

trong. Ví dụ: khi tổng khối lượng dầu Q0 = 1440 kg và mứcđộ nhiễm tạp chất là

g = 0,15 g/hao mòn sau 1000 giờ làm việc, hàm lượng tạp chất bằng 60.106

HSTG m=1,2, đối với động cơ2д-100.

còn

Hình 2.3

Quan hệ hàm lượng sắt trongdầu độngcơ Diesel 2д-100 với thời gian làm việc

và thể tích dầutrong hệthống bôi trơn:

1- 1440 kg dầu trong cacte. 2- 720 kg dầu trong cacte.

Trên (hình 2.3) cho thấy khi giảm thể tích lượng dầu trong cacte hàm lượng

tạp chất trong dầu nhớt tăngkhông theo tỉ lệ tươngứng.

Về mặt kinh tế có thể giảm lượng dầu trong cacte mà cũng không làm cho dầu nhớt lão hoá nhanh hơn bao nhiêu. Tuy vậy, khi tính toán xác định lượng dầu nhớt trong cacte, người ta phải xuất phát từ điều kiện làm mát và bôi trơn ổ trục là chính.

Cần phải chúý đến chỉ tiêu và tínhnăng vận hành của từngđộng cơ cụ thể, với mỗi loại độngcơ khác nhau thì cườngđộ mài mòn của các chi tiết của động cơ cũng khác nhau. Ví dụ: động cơ M20 hoặc M21 dùng trên ôtô, chỉ riêng hàm lượng sắt (không lọc dầu) tăng lên rất nhanh và sau 2000 giờ làm việc trị số này bằng 460 g/l, còn trong động cơ 2д-100 cũng trong thời gian đó chỉ tăng 30-40 g/l mặc dù cường độ mài mòn của chi tiết động cơ ôtô nhỏ hơn khoảng 15 lấn so với động cơ 2д-100 (đầu máy Diesel đường sắt). Sắt chỉ là một phần trong tổng số tạp chất mà trị số tổng hàm lượng tạp chấtthì lớn hơn trị số này nhiều.

Trên cơ sở những kết quả nghiên cứu lý thuyết thấy rằng sự nhiễm tạp chất vào dầu với bất kỳ một tốc độ cố định nào cũng dần đạt tới trị số giới hạn lớn nhất, phù hợp với từng giai đoạn làm việc của động cơ, bằng khoảng ba lần hệ số thể tích dầu tham gia có kể đến sự cháy hao, thải mất và bổ sung. Sau đó dù động cơ có tiếp tục hoạt động thì hàm lượng tạp chất mài mòn trong dầu cũng không tăngthêm . Đó là điểm đặc trưng cho quá trình lão hoá dầu ứng với một thể tích dầu nhất định. Kết quả tính toán này phù hợp với số liệu thực nghiệm trên động cơ 2д-100 Diesel trên đầu máy Diesel T- 93 hoạt động70000 km không thay dầu.

Từ phương trình (2.2) và (2.3) cho thấy trị số lớn nhất và trị số trung gian của hàm lượng tạp chất trong dầu (khi giữ nguyên các điều kiện khách quan) tỉ lệ bậc nhất với tốc độ nhiễmtạp chất .

Thiết lập mối quan hệ giữađộ mài mòn các chi tiết động cơ và độ nhiễm tạp chất mài mòn (sản vật mài mòn) trong dầu ta có thể xác định không chỉ về mặt định tính mà cả về mặt định lượng của

các bộ phận khác ngâm trong dầu, tốc độ mài mòn u2 phù hợp với phương trình

(2.3) trong điều kiện thể tích dầu trong cacte biến đổi, u2

thức (2.6) sau:

được xác định theo công

 C C  u2   K2     0K2  1  A C tC    Q0   A (2.6).  1 1C t    Trong đó:  Q0  

K02- Giá trị hàmlượng ban đầu của sản vật mài mòn.

K2- Hàm lượng sản vật mài mòn trong khoảng thời gian t, kg/h. u2- Tốc độ mài mòn của chi tiết, kg/h.

Khi thể tích dầu cố định u2 được tính theo công thức: K2  02Kqn qy  eQ0   n y      t u2  q  nqy  t (2.7)   1e  Q0  

Nếu như trị số hàm lượng này không tăng lên nữa thì trong quá trình động cơ

hoạt động(quá trình ổn định hoá) và đạt tới trị số cựcđại thì:

u2 2K

nq

y q

(2.8). Khi không làm sạch dầu:

u2  2K

yq (2.9).

theo công thức sau:

U2  2 u (2.10).

2.1.4. Hàm lượng tạp chất theo khí thải thoát ra ngoài, theoống dẫn, két làm mát…