Độ nhớt của dầu – Theo Hiệp hội các nhà nghiên cứu về bộ lạc và kỹ sư bôi trơn (STLE), độ nhớt của dầu là một trong những đặc tính vật lý quan trọng nhất của dầu. Nó thường là một trong những thông số đầu tiên được đo bởi hầu hết các phòng thí nghiệm phân tích dầu vì tầm quan trọng của nó đối với tình trạng dầu và khả năng bôi trơn. Nhưng chúng ta thực sự muốn nói gì khi nói về độ nhớt của dầu?
Độ nhớt của dầu bôi trơn thường được đo và xác định theo hai cách, dựa trên độ nhớt động học hoặc độ nhớt tuyệt đối (động lực học) của nó. Mặc dù các mô tả có vẻ giống nhau, nhưng có sự khác biệt quan trọng giữa hai mô tả.
 |
|
Hình 1. Máy đo độ nhớt ống mao dẫn |
Độ nhớt động học của dầu được định nghĩa là khả năng chống chảy và cắt do trọng lực. Hãy tưởng tượng đổ đầy một cốc bằng dầu tuabin và một cốc khác bằng dầu bánh răng đặc. Cái nào sẽ chảy nhanh hơn từ cốc nếu nó bị nghiêng nghiêng? Dầu tuabin sẽ chảy nhanh hơn vì tốc độ dòng chảy tương đối bị chi phối bởi độ nhớt động học của dầu.
Bây giờ chúng ta hãy xem xét độ nhớt tuyệt đối. Để đo độ nhớt tuyệt đối, cắm một thanh kim loại vào hai cốc giống nhau. Dùng que khuấy dầu, sau đó đo lực cần thiết để khuấy từng loại dầu với cùng tốc độ. Lực cần thiết để khuấy dầu bánh răng sẽ lớn hơn lực cần thiết để khuấy dầu tuabin.
Dựa trên quan sát này, có thể nói rằng dầu bánh răng cần nhiều lực để khuấy hơn vì nó có độ nhớt cao hơn dầu tuabin. Tuy nhiên, đó là khả năng chống chảy và cắt của dầu do ma sát bên trong được đo trong ví dụ này, vì vậy sẽ đúng hơn khi nói rằng dầu bánh răng có độ nhớt tuyệt đối cao hơn dầu tuabin vì cần nhiều lực hơn để khuấy. dầu bánh răng.
Đối với chất lỏng Newton, độ nhớt tuyệt đối và độ nhớt động học liên quan với nhau bởi trọng lượng riêng của dầu. Tuy nhiên, đối với các loại dầu khác, chẳng hạn như những loại dầu có chứa chỉ số độ nhớt cao phân tử (VI), hoặc chất lỏng bị ô nhiễm hoặc phân hủy nặng, mối quan hệ này không đúng và có thể dẫn đến sai số nếu chúng ta không biết về sự khác biệt giữa độ nhớt tuyệt đối và động học .
Để thảo luận chi tiết hơn về độ nhớt tuyệt đối so với động học, hãy tham khảo bài viết “ Tìm hiểu về độ nhớt động học và tuyệt đối ” của Drew Troyer.
Phương pháp thử nghiệm đo độ nhớt ống mao dẫn
Phương pháp phổ biến nhất để xác định độ nhớt động học trong phòng thí nghiệm sử dụng nhớt kế ống mao dẫn (Hình 1). Trong phương pháp này, mẫu dầu được đặt vào một ống chữ U mao dẫn thủy tinh và mẫu được hút qua ống bằng cách sử dụng lực hút cho đến khi đạt đến vị trí bắt đầu được ghi trên mặt của ống.
Sau đó, lực hút được giải phóng, cho phép mẫu chảy ngược lại qua ống dưới tác dụng của trọng lực. Phần mao dẫn hẹp của ống kiểm soát tốc độ chảy của dầu; các loại dầu nhớt hơn sẽ mất nhiều thời gian để chảy hơn so với các loại dầu loãng hơn. Quy trình này được mô tả trong ASTM D445 và ISO 3104.
Bởi vì tốc độ dòng chảy được điều chỉnh bởi lực cản của dầu chảy qua trọng lực qua ống mao dẫn, thử nghiệm này thực sự đo độ nhớt động học của dầu. Độ nhớt thường được báo cáo bằng centistokes (cSt), tương đương với mm2 / s theo đơn vị SI và được tính từ thời điểm dầu chảy từ điểm bắt đầu đến điểm dừng bằng cách sử dụng hằng số hiệu chuẩn được cung cấp cho mỗi ống.
Trong hầu hết các phòng thí nghiệm phân tích dầu thương mại, phương pháp đo độ nhớt ống mao quản được mô tả trong ASTM D445 (ISO 3104) được sửa đổi và tự động hóa bằng cách sử dụng một số loại nhớt kế tự động có bán trên thị trường. Khi được sử dụng đúng cách, các nhớt kế này có khả năng tái tạo mức độ chính xác tương tự do phương pháp đo độ nhớt thủ công ống mao quản tạo ra.
Việc nêu độ nhớt của dầu là vô nghĩa trừ khi xác định được nhiệt độ tại đó độ nhớt được đo. Thông thường, độ nhớt được báo cáo ở một trong hai nhiệt độ, hoặc 40 ° C (100 ° F) hoặc 100 ° C (212 ° F). Đối với hầu hết các loại dầu công nghiệp, người ta thường đo độ nhớt động học ở 40 ° C vì đây là cơ sở cho hệ thống phân cấp độ nhớt ISO (ISO 3448).
Tương tự như vậy, hầu hết các loại dầu động cơ thường được đo ở 100 ° C vì hệ thống phân loại dầu động cơ SAE (SAE J300) được tham chiếu đến độ nhớt động học ở 100 ° C (Bảng 1). Ngoài ra, 100 ° C làm giảm sự gia tăng của nhiễu đo lường đối với ô nhiễm muội dầu động cơ.
Phương pháp thử nghiệm đo độ nhớt quay
Một phương pháp ít phổ biến hơn để xác định độ nhớt của dầu là sử dụng nhớt kế quay. Trong phương pháp thử này, dầu được đặt trong một ống thủy tinh, đặt trong một khối cách nhiệt ở nhiệt độ cố định (Hình 2).
Sau đó, một trục chính bằng kim loại được quay trong dầu với một vòng / phút cố định, và mô-men xoắn cần thiết để quay trục chính được đo. Dựa trên sức cản bên trong đối với sự quay do ứng suất cắt của dầu, có thể xác định độ nhớt tuyệt đối của dầu. Độ nhớt tuyệt đối được tính bằng centipoise (cP), tương đương với mPa · s trong đơn vị SI.
Phương pháp này thường được gọi là phương pháp Brookfield và được mô tả trong ASTM D2983.
Mặc dù ít phổ biến hơn độ nhớt động học, độ nhớt tuyệt đối và nhớt kế Brookfield được sử dụng để pha chế dầu động cơ. Ví dụ, ký hiệu “W”, được sử dụng để biểu thị các loại dầu thích hợp để sử dụng ở nhiệt độ lạnh hơn, một phần dựa trên độ nhớt Brookfield ở các nhiệt độ khác nhau (Bảng 2).
Dựa trên SAE J300, dầu động cơ đa cấp được ký hiệu là SAE 15W-40 do đó phải phù hợp với giới hạn độ nhớt động học ở nhiệt độ cao theo Bảng 1 và các yêu cầu tối thiểu đối với trục quay nguội như trong Bảng 2.
Chỉ số độ nhớt
Một đặc tính quan trọng khác của dầu là chỉ số độ nhớt (VI). Chỉ số độ nhớt là một số không có đơn vị, được sử dụng để chỉ ra sự phụ thuộc nhiệt độ của độ nhớt động học của dầu.
Nó dựa trên việc so sánh độ nhớt động học của dầu thử nghiệm ở 40 ° C, với độ nhớt động học của hai loại dầu đối chứng – một trong số đó có VI là 0, dầu kia có VI là 100 (Hình 3) – mỗi loại có cùng độ nhớt ở 100ºC như dầu thử nghiệm. Các bảng để tính toán VI từ độ nhớt động học đo được của dầu ở 40 ° C và 100 ° C được tham chiếu trong ASTM D2270.
Hình 2. Xác định chỉ số độ nhớt (VI)
Hình 3 cho thấy rằng một loại dầu có sự thay đổi nhỏ hơn về độ nhớt động học theo nhiệt độ sẽ có VI cao hơn một loại dầu có sự thay đổi độ nhớt lớn hơn trong cùng một phạm vi nhiệt độ.
Đối với hầu hết các loại dầu công nghiệp gốc khoáng tinh chế parafinic, dung môi, VI điển hình nằm trong khoảng 90 đến 105. Tuy nhiên, nhiều loại dầu khoáng tinh chế cao, dầu tổng hợp và dầu cải tiến VI có VI sẽ vượt quá 100. Trên thực tế, loại PAO dầu tổng hợp thường có VI trong khoảng 130 đến 150.
Theo dõi tình trạng độ nhớt của dầu
Theo dõi tình trạng độ nhớt của dầu có lẽ là một trong những thành phần quan trọng nhất của bất kỳ chương trình phân tích dầu nào. Ngay cả những thay đổi nhỏ về độ nhớt cũng có thể bị phóng đại ở nhiệt độ vận hành đến mức dầu không còn khả năng bôi trơn đầy đủ.
Các giới hạn dầu công nghiệp điển hình được đặt ở mức ± 5 phần trăm cho sự thận trọng và ± 10 phần trăm cho các ứng dụng quan trọng, mặc dù các ứng dụng nghiêm trọng và hệ thống cực kỳ quan trọng nên có các mục tiêu chặt chẽ hơn.
Độ nhớt giảm đáng kể có thể dẫn đến:
- Mất màng dầu gây mòn quá mức
- Tăng ma sát cơ học gây tiêu hao năng lượng quá mức n Sinh nhiệt do ma sát cơ học n Rò rỉ bên trong hoặc bên ngoài
- Tăng độ nhạy đối với sự kết tụ hạt do giảm màng dầu
- Màng dầu bị hỏng ở nhiệt độ cao, tải cao hoặc trong quá trình khởi động hoặc di chuyển.
Tương tự, độ nhớt quá cao có thể gây ra:
- Sinh nhiệt quá mức dẫn đến ôxy hóa dầu, cặn và tích tụ dầu bóng
- Tạo bọt khí do lưu lượng dầu không đủ đến máy bơm và ổ trục
- Bôi trơn bị đói do lưu lượng dầu không đủ
- Roi dầu trong ổ trục tạp chí
- Tiêu thụ năng lượng quá mức để ma sát chất lỏng quá mức
- Tách khí kém hoặc khử nhũ tương
- Khả năng bơm khởi động lạnh kém.
Bất cứ khi nào quan sát thấy sự thay đổi đáng kể về độ nhớt, nguyên nhân gốc rễ của vấn đề luôn phải được điều tra và khắc phục. Những thay đổi về độ nhớt có thể là kết quả của sự thay đổi thành phần hóa học của dầu gốc (thay đổi cấu trúc phân tử của dầu) hoặc do một chất gây ô nhiễm xâm nhập (Bảng 3).
Sự thay đổi độ nhớt có thể yêu cầu các thử nghiệm bổ sung, chẳng hạn như: số axit (AN) hoặc quang phổ hồng ngoại biến đổi Fourier (FTIR), để xác nhận quá trình oxy hóa mới bắt đầu; kiểm tra chất gây ô nhiễm để xác định các dấu hiệu của sự xâm nhập của nước, muội than hoặc glycol; hoặc các thử nghiệm khác ít được sử dụng hơn, chẳng hạn như thử nghiệm siêu ly tâm hoặc sắc ký khí (GC), để xác định sự thay đổi trong hóa học của dầu gốc.
Độ nhớt là một tính chất vật lý quan trọng phải được theo dõi và kiểm soát cẩn thận vì ảnh hưởng của nó đối với dầu và ảnh hưởng của dầu đến tuổi thọ thiết bị.
Cho dù đo độ nhớt tại chỗ bằng cách sử dụng một trong nhiều công cụ phân tích dầu tại chỗ có khả năng xác định chính xác sự thay đổi độ nhớt hay gửi mẫu thường xuyên đến phòng thí nghiệm bên ngoài, điều quan trọng là phải tìm hiểu cách xác định độ nhớt và cách những thay đổi có thể ảnh hưởng đến độ tin cậy của thiết bị. Một phương pháp chủ động phải được thực hiện để xác định tình trạng của mạch máu của thiết bị – dầu!
Nguồn: www.machinerylubrication.com
