Tài liệu Nghiên cứu bộ làm mát dầu sử dụng trong các nhà máy điện ở việt nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------o0o------------------------- NGUYỄN DUY KHÁNH NGHIÊN CỨU BỘ LÀM MÁT DẦU SỬ DỤNG TRONG CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN Ở VIỆT NAM LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NHIỆT HÀ NỘI – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -------------------------o0o------------------------- NGUYỄN DUY KHÁNH NGHIÊN CỨU BỘ LÀM MÁT DẦU SỬ DỤNG TRONG CÁC NHÀ MÁY ĐIỆN Ở VIỆT NAM Chuyên ngành: Kỹ thuật nhiệt LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC KỸ THUẬT NHIỆT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. BÙI HỒNG SƠN HÀ NỘI – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: Báo cáo luận văn tốt nghiệp này là công trình nghiên cứu của riêng tôi được thực hiện trên cơ sở nghiên cứu các công nghệ đã được áp dụng rộng rãi và phổ biến trên thế giới dưới sự hướng dẫn của TS. Bùi Hồng Sơn. Các số liệu và kết quả trong luận văn được chỉ rõ nguồn trích dẫn trong danh mục tài liệu tham khảo. Kết quả nghiên cứu chưa có ai công bố trong bất kỳ công trình từ trước đến này. Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Duy Khánh i LỜI CẢM ƠN Trong quá trình hoàn thành luận văn, tác giả đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt tình của các thầy, cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, Viện đào tạo Sau Đại học Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đặc biệt là sự chỉ bảo tận tình của giảng viên hướng dẫn. Qua đây tác giả muốn gửi lời cảm ơn sâu sắc đến: - TS. Bùi Hồng Sơn, người thầy đã tận tâm hướng dẫn và giúp đỡ tác giả trong quá trình làm luận văn. - Các thầy, cô giáo trong Viện Khoa học và Công nghệ Nhiệt Lạnh, Viện đào tạo Sau Đại học. Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã tận tình giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và rèn luyện tại trường. Mặc dù với sự nỗ lực hết mình, nhưng do thời gian và kinh nghiệm của bản thân tác giả còn hạn chế, nên bản luận văn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn./. Hà Nội, ngày 25 tháng 10 năm 2017 TÁC GIẢ LUẬN VĂN Nguyễn Duy Khánh ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ii DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................... v DANH MỤC CÁC BẢNG ....................................................................................... vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ................................................................. vi MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN ..................................................................................... 4 1.1. Nghiên cứu tổng quan về dầu bôi trơn ......................................................4 1.1.1. Vai trò của bôi trơn đối với các loại máy móc. .............................4 1.1.2. Cơ chế ma sát trong ổ đỡ lăn. ........................................................6 1.1.3. Vai trò của dầu bôi trơn .................................................................7 1.1.4. Một số loại dầu Tua bin .................................................................8 1.2. Các phương pháp làm mát dầu bôi trơn trong công nghiệp ....................10 1.2.1. Làm mát dầu bôi trơn bằng phương pháp làm mát tự nhiên .......10 1.2.2. Làm mát dầu bôi trơn cưỡng bức bằng quạt gió .........................12 1.2.3. Thiết bị làm mát gián tiếp dầu bôi trơn bằng nước .....................14 1.3. Nghiên cứu các hệ thống làm mát dầu bôi trơn trong các nhà máy điện chính ở Việt Nam ...........................................................................................19 1.3.1. Nhiệm vụ .....................................................................................19 1.3.2. Làm mát dầu bôi trơn cho các nhà máy Thủy Điện. ...................20 1.3.3. Làm mát dầu bôi trơn cho các gối đỡ tua bin trong nhà máy Nhiệt Điện khí. ................................................................................................26 1.3.4. Làm mát dầu bôi trơn trong nhà máy nhiệt điện đốt than ...........36 1.4. Kết luận chương 1 ...................................................................................41 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ BỘ LÀM MÁT DẦU BÔI TRƠN CHO GỐI ĐỠ TUA BIN .................................................................................................................. 42 2.1. Tầm quan trọng của các bộ làm mát dầu trong các nhà máy điện ..........42 iii 2.2. Cấu tạo của các bộ làm mát dầu thường được sử dụng trong các nhà máy điện .................................................................................................................43 2.3. Thiết kế bộ làm mát dầu bôi trơn ............................................................44 2.4. Kết luận chương 2 ...................................................................................53 CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU BỘ LÀM MÁT DẦU BÔI TRƠN BẰNG PHẦN MỀM ANSYS FLUENT ......................................................................................... 54 3.1. Phần mềm ANSYS FLUENT .................................................................54 3.1.1. Giới thiệu phần mềm ANSYS FLUENT.....................................54 3.1.2. Các ứng dụng của phần mềm ANSYS FLUENT trong kỹ thuật ...............................................................................................................56 3.2. Những vấn đề liên quan đến bài toán dòng chảy trong ống ....................57 3.2.1. Đặt vấn đề ....................................................................................57 3.2.2. Các bước mô phỏng một bài toán sử dụng ANSYS FLUENT ...61 3.3. Ứng dụng phần mềm ANSYS FLUENT nghiên cứu sự thay đổi trường nhiệt độ ...........................................................................................................62 3.3.1. Xét các ống làm mát bằng đồng ..................................................66 3.3.2. Xét các ống làm mát bằng nhôm .................................................70 3.4. Kết luận chương 3 ...................................................................................73 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................ 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 77 iv DANH MỤC CÁC KÝ KIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Tên gọi t Nhiệt độ Đơn vị o C Độ chênh nhiệt độ K Hệ số dẫn nhiệt W/(m.K) k Hệ số truyền nhiệt W/m2.K α Hệ số tỏa nhiệt W/m.K Khối lượng riêng kg/m3 Nhiệt dung riêng đẳng áp kJ/(kg.K) Độ nhớt động học m2/s m Khối lượng Kg Q Nhiệt lượng kJ F Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2 µ Hệ số nhớt động lực N.s/m2 l Chiều dài ống m d Đường kính ống m δ Chiều dầy ống m Vận tốc chuyển động của chất lỏng m/s G Lưu lượng của chất lỏng kg/s n Số lượng ống ống Re Tiêu chuẩn Reynold Nu Tiêu chuẩn Nusselt Gr Tiêu chuẩn Grashoff Pr Tiêu chuẩn Prandtl t 𝜆𝜆 Cp Chữ viết tắt ANSYS FLUENT Phần mềm Ansys Fluent RTD Cảm biến nhiệt độ dầu v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1: Các thông số của một số loại dầu tuabin hay sử dụng...............................9 Bảng 3. 1: Bảng so sánh hai loại vật liệu chế tạo ống............................................... 73 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1. 1: Chi tiết máy sử dụng dầu bôi trơn..............................................................4 Hình 1. 2: Chuyển động quay của cụm chi tiết gối đỡ và rô to ..................................6 Hình 1. 3: Gối đỡ tua bin có tráng lớp bạc ba bít ........................................................6 Hình 1. 4: Sơ đồ phân bố lực và mô men trong chuyển động của trục rô to trong gối đỡ .................................................................................................................................7 Hình 1. 5: Đồ thị hệ số ma sát trượt của tiếp xúc Thép-Thép khi khởi động .............8 Hình 1. 6: Sơ đồ phương pháp làm mát gián tiếp giải nhiệt tự nhiên .......................11 Hình 1. 7: Sơ đồ phương pháp làm mát gián tiếp cưỡng bức bằng quạt gió ............13 Hình 1. 8: Sơ đồ phương pháp làm mát gián tiếp bằng nước có sử dụng thiết bị làm mát dạng ống .............................................................................................................16 Hình 1. 9: Sơ đồ phương pháp làm mát gián tiếp bằng nước có sử dụng bộ trao đổi nhiệt dạng tấm ...........................................................................................................18 Hình 1. 10: Gối đỡ kiểu ống lót của tổ máy thủy điện ..............................................22 Hình 1. 11: Cảm biến nhiệt độ dầu kiểu RTD ..........................................................24 Hình 1. 12: Giám sát nhiệt độ tổ máy thủy điện .......................................................25 Hình 1. 13: Sơ đồ cấu tạo của một tuabin khí ...........................................................27 Hình 1. 14: Sơ đồ hệ thống dầu bôi trơn cho Tua bin khí .........................................29 Hình 1. 15: Bộ lọc dầu một chiều .............................................................................31 Hình 1. 16: Bộ lọc dầu 2 chiều ..................................................................................32 Hình 1. 17: Tác dụng của màng dầu .........................................................................33 Hình 1. 18: Tua bin nhiệt điện công suất 300MW ....................................................39 Hình 1. 19: Sơ đồ hệ thống dầu bôi trơn ...................................................................40 vi Hình 2. 1: Thiết bị ống thẳng một hành trình............................................................45 Hình 2. 2: a. Núc ống có gờ; b. Núc ống trơn; c. Hàn ống .......................................45 Hình 2. 3: Tấm chắn bên trong của thiết bị ...............................................................46 Hình 2. 4: Đồ thị nhiệt độ dầu và nước đầu vào và đầu ra thiết bị ...........................51 Hình 2. 5: Bản vẽ cấu tạo bên trong bộ làm mát bằng nước dạng ống tròn .............51 Hình 2. 6: Bản vẽ cấu tạo bên ngoài vỏ bộ làm mát .................................................56 Hình 3. 1: Giao diện phần mềm ANSYS FLUENT ..................................................54 Hình 3. 2: Các lĩnh vực có thể mô phỏng bằng ANSYS FLUENT ..........................55 Hình 3. 3: Mô hình hóa các mô hình truyền nhiệt trong chất lỏng ...........................56 Hình 3. 4: Quỹ đạo của phần tử chất lưu trong chất lỏng .........................................56 Hình 3. 5: Các đường dòng của lưu chất trong chất lỏng .........................................56 Hình 3. 6: Sơ đồ các bước chia lưới ..........................................................................61 Hình 3. 7: Sơ đồ thực hiện khi mô phỏng bằng ANSYS FLUENT ..........................62 Hình 3. 8: Tổng thể thiết bị trao đổi nhiệt sau khi chia lưới .....................................63 Hình 3. 9: Mặt cắt thiết bị trao đổi nhiệt sau khi chia lưới .......................................64 Hình 3. 10: Mô hình tả mặt cắt ngang chứa 6 ống đồng ...........................................65 Hình 3. 11: Các thông số của vật liệu là ống đồng ...................................................66 Hình 3. 12: Trường nhiệt độ của mặt cắt ngang (2D) của nước và dầu trường hợp ống đồng ....................................................................................................................67 Hình 3. 13: Trường nhiệt độ của mặt cắt ngang (3D) của nước và dầu ....................68 Hình 3. 14: Mô tả đường dòng của dầu bôi trơn ở tốc độ 1 m/s ...............................69 Hình 3. 15: Các thông số của vật liệu làm bằng ống nhôm ......................................71 Hình 3. 16: Trường nhiệt độ của mặt cắt ngang (2D) của nước và dầu ống nhôm...71 Hình 3. 17: Trường nhiệt độ của mặt cắt ngang (3D) của nước và dầu khi sử dụng ống nhôm ...................................................................................................................72 Hình 3. 18: Mô tả đường dòng chảy trong vỏ trong trường hợp ống nhôm .............72 vii MỞ ĐẦU Lý do chọn đề tài Đất nước ta trong đang giai đoạn phát triển, từng bước hiện đại hóa với mục tiêu đưa đất nước trở thành một nước công nghiệp theo định hướng XHCN của Đảng và Nhà nước. Trong tiến trình công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước, việc phát triển ngành công nghiệp được đặt lên hàng đầu. Để làm được điều đó chúng ta cần phải phát triển các ngành công nghiệp mũi nhọn trong đó có ngành điện. Việc phát triển ngành điện cần phải được đi trước một bước, vì nó là cơ sở cho sự phát triển của các ngành công nghiệp khác, cũng như đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của toàn xã hội. Hiện nay điện năng của nước ta đang được sản xuất chủ yếu ở các nhà máy thủy điện và các nhà máy điện sử dụng các nhiên liệu hữu cơ như dầu, khí thiên nhiên, than… Trong đó do có thuận lợi về mặt địa hình nên ở Việt Nam các nhà máy thủy điện đã được xây dựng rất nhiều, chiếm một tỷ trọng lớn về công suất phát điện của cả hệ thống. Việc tiếp tục phát triển các nhà máy điện mới trong giai đoạn tiếp theo sẽ được tập trung cho phát triển các nhà máy nhiệt điện, ngoài việc cung cấp và gia tăng điện năng cho nền kinh tế thì các nhà máy nhiệt điện còn sử dụng được nguồn nhiên liệu than dồi dào sẵn có trong nước. Ngày nay các nhà máy nhiệt điện và thủy điện được xây dựng khá nhiều trên đất nước ta, và một vấn đề hết sức quan trọng đối với các nhà máy điện nói chung ngày nay chính là vấn đề làm mát trong nhà máy điện. Trong tất cả các yêu cầu về làm mát thì làm mát dầu bôi trơn trong các nhà máy điện là một yêu cầu bắt buộc. Do các máy móc, thiết bị sử dụng trong nhà máy điện, thường là những động cơ công suất lớn như bơm, quạt, máy nén khí… các thiết bị lớn như tua bin, máy phát… trong quá trình làm việc của chúng cần có dầu để bôi trơn cho các chi tiết chuyển động. Các máy móc, thiết bị khi làm việc thì tại các vị trí có các chi tiết chuyển động tương đối với nhau sẽ gây ra lực ma sát. Lực ma sát này làm phát sinh nhiệt độ tại các bề mặt tiếp xúc, làm cho các chi tiết nóng lên. Nhiệt độ phát sinh làm cho dầu bôi trơn của các chi tiết máy móc, thiết bị này 1 nóng lên, làm giảm độ nhớt của dầu dẫn đến làm giảm hiệu quả bôi trơn và gia tăng lực ma sát dẫn đến gia tăng mài mòn, giảm tuổi thọ, giảm công suất thiết bị… Hiện nay việc làm mát dầu bôi trơn tại các nhà máy điện tại Việt Nam đều sử dụng các thiết bị trao đổi nhiệt (bộ làm mát) được nhập khẩu nguyên bộ chế tạo sẵn từ nước ngoài, với giá thành rất cao nhưng chất lượng lại không đảm bảo. Những bộ làm mát này chỉ sau vài năm vận hành thì đã bị giảm hệ số trao đổi nhiệt, bục vỡ ống, không thể sửa chữa chỉ có thể thay thế bộ mới nhưng các nhà máy lại không chủ động được thiết bị thay thế, cần nhiều thời gian để mua sắm thiết bị qua các công ty trung gian, hoặc phải mua sẵn các bộ làm mát để dự phòng, gây tốn kém thêm chi phí cho thiết bị dự phòng. Tuy nhiên mua sắm các thiết bị làm mát để dự phòng cũng không khả thi do chủ yếu các thiết bị này được nhập khẩu từ Trung Quốc nên chỉ để một thời gian ngắn các ống đồng đã bị vôi hóa làm giảm hệ số trao đổi nhiệt, dễ bục vỡ nên không đủ điều kiện để lắp đặt và đưa vào vận hành thay thế thiết bị hỏng. Vì vậy nghiên cứu bộ làm mát dầu bôi trơn là cơ sở cho việc chế tạo các thiết bị làm mát dầu bôi trơn cho các nhà máy điện ở Việt Nam. Trên cơ sở đó tác giả đã chọn đề tài: “Nghiên cứu bộ làm mát dầu sử dụng trong các nhà máy điện ở Việt Nam” Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả: Đề tài tập trung nghiên cứu về vai trò của dầu bôi trơn, các phương pháp làm mát dầu bôi trơn, vai trò của làm mát dầu bôi trơn, tính toán thiết kế bộ làm mát dầu bôi trơn điển hình sử dụng trong các nhà máy điện. Tác giả đã đưa ra phương pháp nghiên cứu các quá trình trao đổi nhiệt diễn ra trong bộ làm mát, bằng phần mềm mô phỏng ANSYS FLUENT thay vì phải chế tạo các bộ làm mát thử nghiệm hoặc chế tạo mô hình, mô hình đồng dạng để thử nghiệm, tiết kiệm thời gian, chi phí, đánh giá hiệu quả của thiết bị và đề xuất phương hướng ứng dụng bộ làm mát vào thực tế. 2 Nội dung của luận văn gồm: Mở đầu Chương 1: Tổng quan; Chương 2: Thiết kế bộ làm mát dầu bôi trơn cho gối đỡ tua bin; Chương 3: Nghiên cứu bộ làm mát dầu bôi trơn bằng phần mềm Ansys Fluent; Kết luận và kiến nghị. Phụ lục Tài liệu tham khảo 3 CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN 1.1. Nghiên cứu tổng quan về dầu bôi trơn 1.1.1. Vai trò của bôi trơn đối với các loại máy móc. Hiện nay trong các ngành công nghiệp trên thế giới, dầu bôi trơn vẫn được sử dụng làm chất bôi trơn chủ yếu cho tất cả các loại máy móc. Với vai trò quan trọng của mình thì dầu bôi trơn đã trở nên không thể thiếu cùng với sự phát triển của nền công nghiệp nói chung và trong ngành điện nói riêng. Đối với tất cả các loại máy móc khi làm việc thì vị trí tiếp xúc giữa các bề mặt của các bộ phận chuyển động, vị trí tiếp xúc của các chi tiết khi các chi tiết chuyển động tương đối với nhau sẽ phát sinh lực ma sát, lực ma sát này phát sinh là do tác dụng của ứng suất tiếp xúc hoặc áp suất khi tiếp xúc trượt tương đối với nhau sẽ làm cho các bề mặt tiếp xúc bị mài mòn. Một trong các biện pháp để giảm mòn là phải bôi trơn bề mặt tiếp xúc, chất bôi trơn có thể là các chất khí, chất lỏng, chất rắn. Nhưng hiện nay dầu bôi trơn là chất được sử dụng chủ yếu. Hình 1.1: Chi tiết máy sử dụng dầu bôi trơn Bôi trơn trong các loại máy và chi tiết máy có các chức năng chủ yếu sau: - Giảm lực ma sát, tức là tăng hiệu suất máy và chi tiết máy. - Giảm độ hao mòn của các chi tiết máy. - Làm mát các chi tiết máy do bị nóng khi ma sát. - Bảo vệ chi tiết khỏi bị han gỉ. 4 - Bảo đảm tính kín khít của bộ phận ma sát. Không thể vận hành và bảo quản lâu các máy, chi tiết máy mà không có bôi trơn. Hoàn thiện bôi trơn là phương pháp rẻ và nhanh nhất để tăng tuổi thọ cho máy. Ngoài các chức năng chủ yếu như trên dầu bôi trơn còn phải thỏa mãn một số yêu cầu sau: - Bảo đảm khả năng làm việc trong một khoảng nhiệt độ, áp suất và vận tốc trượt lớn. - Điền đầy các lõm nhấp nhô bề mặt. - Tạo sức cản lớn theo phương vuông góc với bề mặt ma sát và nhỏ nhất theo phương tiếp tuyến. - Không gây nổ và cháy. - Không gây ảnh hưởng có hại tới vật liệu chi tiết. - Bảo đảm bôi trơn và lượng dầu ít nhất. - Không thay đổi tính chất khi vận chuyển, bảo quản, cung cấp. - Không tạo cặn (hạt mòn kim loại) nguy hiểm và có hại. - Không sinh bọt. - Không tạo nhũ. Mỗi loại dầu bôi trơn được đánh giá theo hai chỉ tiêu: • Các tính chất lý hóa (độ nhớt, nhiệt độ bốc cháy, đông đặc, hàm lượng lưu huỳnh, độ cốc, độ tro, độ axit)… thông thường các tính chất này được tiêu chuẩn hóa. • Các tính chất sử dụng, ví dụ như tính chịu tải trọng, tính chống ma sát, tính chống mài mòn, tính chống dính. Tính chịu tải trọng của dầu liên quan đến khả năng bôi trơn chống mài mòn và có thể được coi là áp suất hay tải trọng cực đại mà chất bôi trơn có thể chịu được mà không làm kẹt máy. Chọn đúng dầu bôi trơn là một vấn đề hết sức quan trọng. Theo các công trình nghiên cứu ở nước ngoài việc thay đổi dầu bôi trơn thích hợp có thể làm tăng tuổi thọ của các gối trục lên 2 8 lần, bộ truyền động bánh răng lên 1,5 5 lần. 5 1.1.2. Cơ chế ma sát trong ổ đỡ lăn. Nếu ta coi chi tiết quay là các trục rô to của tua bin trong các nhà máy điện thì bộ phận đỡ nó là các gối đỡ được mô tả đơn giản như trên hình vẽ 1.2. Hình 1.2: Chuyển động quay của cụm chi tiết gối đỡ và rô to Giữa trục quay rô to và gối đỡ có bạc ba bít được chế tạo từ các kim loại mềm đó là nơi có các lỗ có nhiệm vụ dẫn dầu bôi trơn để cung cấp trực tiếp cho chỗ tiếp xúc giữa bạc và trục rô to. Hình 1.3 mô tả một lớp bạc ba bít được tráng trên gối đỡ Tua bin giúp cho gối đỡ Tua bin không bị mài mòn trong quá trình làm việc. Hình 1. 3: Gối đỡ tua bin có tráng lớp bạc ba bít 6 Nếu như chúng ta biểu diễn lực Q là lực trục Rô to của tua bin tác dụng lên gối đỡ và R là phản lực của gối đỡ, M là mô men quay của trục quay Rô to của tua bin. Tại B khi đó sẽ có tiếp xúc giữa trục quay Rô to và gối đỡ, ở đó sẽ xuất hiện lực ma sát. Hình 1. 4: Sơ đồ phân bố lực và mô men trong chuyển động của trục rô to trong gối đỡ 1.1.3. Vai trò của dầu bôi trơn Để giảm bớt lực và mô men ma sát tại chỗ tiếp xúc giữa ngỗng trục Rô to và gối đỡ người ta thường sử dụng dầu bôi trơn. Chính nhờ có dầu bôi trơn mà lực ma sát đã giảm đi đáng kể. Thật vậy, trên hình 1.5 đường 1 biểu thị lực ma sát khi 2 bề mặt thép tiếp xúc trực tiếp không được bôi trơn. Đường 2 biểu thị lực ma sát khi được bôi trơn. Nhìn vào hình vẽ này ta thấy nếu như không có sự có mặt của dầu bôi trơn giữa hai lớp tiếp xúc của hai bề mặt thép – thép thì ở giai đoạn ban đầu (trong khoảng thời gian rất ngắn) hệ số ma sát là gần như nhau nhưng sau đó thì hệ số ma sát giữa hai trường hợp này đã sai lệch đáng kể. 7 Hình 1. 5: Đồ thị hệ số ma sát trượt của tiếp xúc Thép-Thép khi khởi động - Nếu như có dầu bôi trơn hệ số ma sát của cặp tiếp xúc này đạt giá trị khoảng 0,2 và ổn định trong suốt thời gian làm việc của cặp tiếp xúc; - Nếu như không có dầu bôi trơn giữa cặp tiếp xúc thép – thép thì hệ số ma sát tăng lên đáng kể, ban đầu do có sự trà sát giữa hai lớp bề mặt tạo ra những lớp mạt vụn những lớp mạt vụn này cản trở chuyển động của hai vật và tăng dần ma sát giữa hai vật chuyển động. Nó đạt tới giá trị là 0,5 gấp 3 lần trong trường hợp có dầu và còn tăng lên nữa theo thời gian. Chính vì vậy vai trò của dầu bôi trơn là hết sức quan trọng đối với các chỗ tiếp xúc đặc biệt là những tiếp xúc của các chi tiết có tải trọng lớn, độ ăn mòn nhiều. 1.1.4. Một số loại dầu Tua bin Bảng 1.1 tổng hợp các thông số vật lý của một số loại dầu bôi trơn Tua bin hay được sử dụng trong các nhà máy điện. 8 Bảng 1 1: Các thông số của một số loại dầu tuabin hay sử dụng Loại dầu Dầu tuabin Castrol Perfecto T 46 Dầu tuabin Castrol Perfecto T 32 Dầu tuabin Castrol Perfecto T 68 Dầu tuabin Shell Turbo T32 chính hãng Dầu tuabin Shell Turbo T46 Dầu tuabin Shell Turbo T68 Khối lượng riêng ở o 15 C (kg/m3 ) Độ nhớt động học ở 40oC (cSt) 880 46 870 32 5,3 68 8,3 32 5,2 2 46 6,6 4 68 8,5 6 890 Độ nhớt động học ở 100oC (cSt) 6,7 Độ tách khí (phút) 3 4 5 Như chúng ta đã biết không có thiết bị nào có thể hoạt động hiệu suất 100%, nên vì thế một phần công suất tổn hao của thiết bị sẽ biến đổi thành nhiệt năng. Nhiệt được sinh ra trong các hệ thống thiết bị khi làm việc sẽ làm nóng chỗ tiếp xúc, các nguồn nhiệt được sinh ra có thể tại các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết chuyển động (trong các ổ trục) hoặc tại các thiết bị làm việc có phát sinh áp lực như bơm, van an toàn, van phân phối và các loại van điều khiển lưu lượng… Nhiệt độ phát sinh làm cho nhiệt độ dầu bôi trơn trong các hệ thống vượt quá phạm vi hoạt động bình thường của nó từ 45oC đến 65 oC. Nhiệt độ nóng quá mức sẽ thúc đẩy sự ô xy hóa của dầu và làm cho dầu trở nên loãng. Điều này đẩy mạnh sự thoái hóa của các phớt làm kín, các đệm lót và làm gia tăng mài mòn giữa các bộ phận lắp khít với nhau ở các loại máy móc hoặc thiết bị thủy lực như van, bơm, xy lanh, động cơ thủy lực. 9 Nhiệt độ ở trạng thái ổn định của dầu bôi trơn trong một hệ thống phụ thuộc vào tốc độ sinh nhiệt và tốc độ tản nhiệt của hệ thống. Nếu nhiệt độ hoạt động của dầu bôi trơn trong hệ thống trở lên quá mức, điều này có nghĩa là tốc độ sinh nhiệt của hệ thống quá lớn so với tốc độ tản nhiệt. Để một hệ thống thiết bị làm việc được ổn định, giảm tối đa hao tổn hiệu suất, thì phải giảm được nhiệt độ dầu bôi trơn trong phạm vi các yêu cầu kỹ thuật cho phép. Giải nhiệt dầu bôi trơn có thể được thực hiện bằng cách sử dụng các bộ làm mát hay còn gọi là bộ trao đổi nhiệt. Đối với hầu hết các hệ thống máy móc, thiết bị thì tốc độ sinh nhiệt tự nhiên khi làm việc thường đã vượt quá nhiệt độ làm việc của dầu bôi trơn, nếu không tìm cách giải nhiệt thì dầu sẽ bị giảm đặc tính bôi trơn do độ nhớt của dầu giảm mạnh khi nhiệt độ dầu tăng cao quá ngưỡng giới hạn làm việc và dầu còn rất dễ bị ô xy hóa ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống. Chính vì vậy, thông thường người ta sẽ dùng bộ làm mát để giải nhiệt giữ cho nhiệt độ của thiết bị không quá cao. Đối với các nhà máy điện tại Việt Nam hiện nay thường sử dụng hai loại bộ làm mát dầu bôi trơn là: bộ làm mát dầu bôi trơn bằng nước và bộ làm mát dầu bôi trơn bằng không khí (làm mát bằng không khí cưỡng bức). 1.2. Các phương pháp làm mát dầu bôi trơn trong công nghiệp 1.2.1. Làm mát dầu bôi trơn bằng phương pháp làm mát tự nhiên Khi các hệ thống máy móc làm việc, dầu bôi trơn được bơm vào hệ thống để bôi trơn các chi tiết chuyển đông như: xi lanh, trục vít, gối đỡ, bánh răng... của các máy móc như: máy nén khí, máy thủy lực, máy đột dập, máy CNC. Sau đó qua quá trình làm việc của thiết bị, máy móc, do hiện tượng ma sát nên giữa các vị trí tiếp xúc sẽ phát sinh nhiệt độ làm cho môi trường tại chỗ tiếp xúc giữa hai vật nóng lên dẫn đến sẽ làm cho dầu bôi trơn cũng bị nóng lên. Sau đó dầu này được dẫn về một bể dầu (hình 1.6). Trong trường hợp này dầu được làm mát tự nhiên (tỏa nhiệt ra môi trường) qua đường ống nó chảy về bể chứa và dầu ở bể chứa vẫn tiếp tục tỏa nhiệt ra môi trường. 10 Hình 1. 6: Sơ đồ phương pháp sử dụng giải nhiệt tự nhiên 11