Hiểu được từng đặc tính chất bôi trơn là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tuổi thọ và hoạt động hiệu quả của động cơ, máy móc. Then chốt của những đặc tính này là độ nhớt, có lẽ là đặc tính vật lý quan trọng nhất của chất bôi trơn, cho dù đó là dầu nhờn hay mỡ bôi trơn.
Bài viết này xem xét các thông số độ nhớt của chất bôi trơn, đặc biệt là vai trò quan trọng của Chỉ số độ nhớt (VI) trong việc lựa chọn chất bôi trơn.
1.Độ nhớt: Nền tảng của bôi trơn
Độ nhớt theo định nghĩa đơn giản nhất là thước đo khả năng chống chảy của chất bôi trơn, thường được tương tự như “độ dày” hay “độ mỏng” của dầu. Đặc tính này chính là thứ tạo thành màng dầu bảo vệ, ngăn cách tiếp xúc trực tiếp giữa các bề mặt kim loại chuyển động trong hầu hết mọi máy móc, động cơ. Nếu không có nó, hiện tượng mài mòn động cơ sẽ xảy ra gần như ngay lập tức.
Hiệu quả của độ dày màng bảo vệ phần lớn phụ thuộc vào độ nhớt của chất bôi trơn. Tuy nhiên, độ nhớt không giữ ở một mức nhất định mà bị ảnh hưởng rất nhiều các yếu tố. Nhiệt độ là yếu tố chính quyết định độ nhớt dầu bôi trơn.
Nói chung, độ nhớt của dầu tăng (hoặc đặc hơn) khi nhiệt độ giảm, và ngược lại độ nhớt giảm (hoặc loãng hơn) khi ở nhiệt độ cao hơn. Bản chất sự thay đổi độ nhớt do nhiệt độ đưa chúng ta đến một vấn đề cơ bản của chất bôi trơn – Chỉ số độ nhớt.
2.Giải thích về chỉ số độ nhớt
Chỉ số độ nhớt (VI) là thước đo xác định độ nhớt của dầu thay đổi như thế nào khi có sự thay đổi về nhiệt độ. Những hiểu biết về chỉ số độ nhớt là rất quan trọng để phân biệt chất bôi trơn có đáp ứng các yêu cầu vận hành của máy móc trong các phạm vi nhiệt độ khác nhau hay không. Nó không chỉ đơn thuần là một thông số kỹ thuật mà còn là một tiêu chí cho việc lựa chọn chất bôi trơn phù hợp để bảo vệ động cơ hiệu quả.
VI của dầu được xác định bằng cách đo độ nhớt của nó ở hai nhiệt độ tiêu chuẩn: 40°C và 100°C. Sau đó, các giá trị này được so sánh với thang đo lấy từ hai loại dầu tham chiếu. Dầu khoáng nhóm I thường có VI nằm trong khoảng từ 95 đến 100, trong khi dầu khoáng nhóm II thường có VI khoảng từ 95 đến 120 và dầu khoáng tinh chế cao nhóm III có giá trị VI trên 120.
Dầu tổng hợp được biết đến với chất lượng vượt trội, có thể có VI lên tới 250 hoặc hơn. Đây là một con số không có đơn vị nhưng nói một cách đơn giản: VI cao được ưu tiên hơn vì điều này cho thấy tốc độ độ nhớt thay đổi thấp khi dao động nhiệt độ.
Khái niệm này có thể được hình dung thông qua đồ thị có độ nhớt trên trục tung và nhiệt độ trên trục hoành. Dầu có VI cao hơn cho thấy khả năng duy trì màng bôi trơn ổn định trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn.
Biểu đồ sự thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ
3.Tác động của chỉ số độ nhớt đối với các loại máy móc khác nhau
Các loại máy móc khác nhau, chẳng hạn như hộp số, máy nén, động cơ xe hơi, thủy lực,… mỗi loại đều có nhu cầu bôi trơn riêng. Những nhu cầu này bị ảnh hưởng nặng nề bởi thiết kế, tải trọng vận hành và tốc độ của máy móc, từ đó quyết định độ nhớt cần thiết và nói rộng ra là Chỉ số độ nhớt của chất bôi trơn.
Ví dụ, trong hộp số hoặc máy nén, VI chuẩn là bắt buộc để đảm bảo rằng chất bôi trơn duy trì độ dày màng thích hợp dưới các nhiệt độ và tải trọng vận hành khác nhau. Nếu nhiệt độ vận hành giảm hoặc trong điều kiện thời tiết lạnh, độ nhớt quá cao dẫn đến một số vấn đề bao gồm tăng mức tiêu thụ năng lượng do ma sát chất lỏng cao hơn hoặc hạn chế tuần hoàn dầu. Nếu nhiệt độ vận hành quá cao thì độ nhớt giảm sẽ dẫn đến mài mòn cơ học nhanh chóng. Cả hai ví dụ đều dẫn đến ảnh hưởng nghiêm trọng cho động cơ, nên chúng ta cần chọn đúng dầu nhớt có VI thích hợp để tránh xảy ra các trường hợp tương tự.
Rõ ràng là VI cao đặc biệt quan trọng trong các máy có sự thay đổi nhiệt độ rộng. Ví dụ, chất bôi trơn trong máy nén ngoài trời vào một buổi sáng lạnh giá có thể phải đối mặt với các điều kiện khác nhau đáng kể vào giữa trưa khi nhiệt độ tăng lên. Chất bôi trơn có VI cao sẽ dao động ít hơn về độ nhớt, mang lại khả năng bảo vệ ổn định hơn trong những thay đổi nhiệt độ này.
Tuy nhiên, vai trò của VI không chỉ dừng lại ở việc giảm thiểu các biến đổi độ nhớt do nhiệt độ gây ra. Đó là việc đảm bảo rằng chất bôi trơn có thể hỗ trợ hiệu quả các yêu cầu vận hành và thiết kế cụ thể của máy móc. Chất bôi trơn lý tưởng tạo thành một lớp màng đủ chắc chắn để ngăn chặn sự tiếp xúc giữa các bề mặt kim loại nhưng vẫn đủ lỏng để cho phép các bộ phận chuyển động hiệu quả.
4.Chất cải thiện chỉ số độ nhớt
Chất bôi trơn ở góc độ khoa học đã phát triển để đáp ứng nhu cầu đa dạng và khắt khe của máy móc hiện đại trong nhiều thập kỷ, dẫn đến sự phát triển của Chất cải thiện chỉ số độ nhớt (VII). Đây là những chất phụ gia được thiết kế để tăng cường VI của chất bôi trơn, cho phép nó hoạt động hiệu quả trong phạm vi nhiệt độ rộng hơn.
VII thường là các polyme được thêm vào dầu để giảm thiểu tốc độ thay đổi độ nhớt theo nhiệt độ (do đó làm tăng VI). Về cơ bản, chúng hoạt động bằng cách giãn nở khi nóng lên, điều này chống lại xu hướng loãng tự nhiên của dầu ở nhiệt độ cao hơn. Việc sử dụng VII là một hành động cân bằng, mặc dù chúng mang lại lợi ích là mở rộng phạm vi nhiệt độ mà dầu có thể hoạt động hiệu quả nhưng chúng cũng gây ra những khó khăn.
Một trong những thách thức với các bộ phận cải tiến VI là chúng có thể bị cắt nhỏ trong quá trình sử dụng, đặc biệt là trong môi trường chịu áp lực cao như hộp số hoặc động cơ. Sự cắt này có thể dẫn đến mất độ nhớt vĩnh viễn và nói rộng ra là làm giảm hiệu quả chất bôi trơn. Đó là một hiên tượng được gọi là Mất độ nhớt tạm thời (TVL) và là yếu tố quan trọng cần xem xét khi lựa chọn chất bôi trơn có chất cải thiện VI, đặc biệt là cho các ứng dụng có độ cắt cao. Với các loại dầu khoáng thường yêu cầu nhiều VII hơn, những tình huống này sẽ được hưởng lợi từ việc sử dụng dầu tổng hợp có VI cao hơn một cách tự nhiên.
Bất chấp những hạn chế này, lợi ích của VII là không thể phủ nhận, đặc biệt đối với các thiết bị hoạt động trong phạm vi nhiệt độ rộng. Điều quan trọng là chọn chất bôi trơn có sự cân bằng phù hợp của chất cải thiện VI để đáp ứng nhu cầu cụ thể của máy móc mà không gây ra nguy cơ mất độ nhớt quá mức.
5.Lựa chọn chỉ số độ nhớt cho phù hợp
Việc chọn VI phù hợp cho chất bôi trơn đòi hỏi sự hiểu biết sâu sắc về các thông số vận hành của máy móc và điều kiện môi trường. Dưới đây là một số phương pháp hay nhất để lựa chọn cho phù hợp:
• Biết các yêu cầu về máy móc: mỗi bộ phận máy móc đều có nhu cầu về độ nhớt riêng dựa trên thiết kế, tốc độ vận hành và tải trọng của nó. Hiểu được những yêu cầu này là bước đầu tiên trong việc lựa chọn chất bôi trơn có VI thích hợp.
• Môi trường vận hành: sự thay đổi nhiệt độ và nhiệt độ môi trường đóng một vai trò quan trọng trong việc lựa chọn VI. Máy móc hoạt động ngoài trời ở vùng khí hậu thay đổi sẽ được hưởng lợi từ chất bôi trơn có VI cao hơn so với chất bôi trơn được sử dụng trong môi trường được kiểm soát chặt chẽ.
• Cân bằng VI với các đặc tính bôi trơn khác: mặc dù VI rất quan trọng nhưng nó không phải là đặc tính đuy nhất cần xem xét. Cân bằng VI với các đặc tính bôi trơn khác, chẳng hạn như loại dầu gốc, thành phần phụ gia và khả năng chống mài mòn là điều cần thiết để đạt được hiệu suất bôi trơn tối ưu.
Chỉ số độ nhớt không chỉ là một con số trên bảng dữ liệu của chất bôi trơn mà nó còn là yếu tố quan trọng trong việc đảm bảo tình trạng hoạt động và hiệu suất của máy móc. Hiểu và sủ dụng VI trong việc lựa chọn chất bôi trơn có thể cải thiện đáng kể hiệu suất máy móc, giảm chi phí bảo trì và kéo dài tuổi thọ thiết bị. Cho dù bạn là chuyên gia bảo trì đầy kinh nghiệm hay mới làm quen với ngành bôi trơn công nghiệp, việc thừa nhận vai trò quan trọng của VI chắc chắn sẽ nâng cao phương pháp bảo trì máy móc của bạn.
Nguồn: Machinery Lubrication
