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 cơng trình nghiên cứu
của riêng tơi 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 cơng bố trong bất kỳ cơng
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 q trình hồn 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 cịn hạn chế, nên bản luận văn khơng thể tránh khỏi những thiếu sót.
Tác giả rất mong nhận được sự đóng góp, chỉ bảo của các thầy, cơ 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 bơi trơn ......................................................4
1.1.1. Vai trị của bơi trơn đối với các loại máy móc. .............................4
1.1.2. Cơ chế ma sát trong ổ đỡ lăn. ........................................................6
1.1.3. Vai trị của dầu bơi 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 bơi 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 bơi 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 tốn dịng 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 bơi 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 rơ 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 cơng 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 trịn .............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 mơ phỏng bằng ANSYS FLUENT ..........................55
Hình 3. 3: Mơ hình hóa các mơ 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 dịng 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 mơ 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: Mơ hình tả mặt cắt ngang chứa 6 ống đồng ...........................................65
Hình 3. 11: Các thơng 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: Mơ tả đường dịng của dầu bơi trơn ở tốc độ 1 m/s ...............................69
Hình 3. 15: Các thơng số của vật liệu làm bằng ống nhơm ......................................71
Hình 3. 16: Trường nhiệt độ của mặt cắt ngang (2D) của nước và dầu ống nhơm...71
Hình 3. 17: Trường nhiệt độ của mặt cắt ngang (3D) của nước và dầu khi sử dụng
ống nhơm ...................................................................................................................72
Hình 3. 18: Mơ tả đường dịng chảy trong vỏ trong trường hợp ống nhơm .............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 cơng 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 cơng 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 cơng 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 bơi 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 bơi 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, khơng 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 phịng, gây tốn kém
thêm chi phí cho thiết bị dự phòng. Tuy nhiên mua sắm các thiết bị làm mát để dự
phịng cũng khơng 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 vơi 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 cơ đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả:
Đề tài tập trung nghiên cứu về vai trị của dầu bơi trơn, các phương pháp làm
mát dầu bơi trơn, vai trị của làm mát dầu bơi trơn, tính tốn thiết kế bộ làm mát dầu
bơi 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 mơ hình, mơ 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 bơi trơn
1.1.1. Vai trị của bơi trơn đối với các loại máy móc.
Hiện nay trong các ngành cơng 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 trị quan
trọng của mình thì dầu bơi trơn đã trở nên không thể thiếu cùng với sự phát triển
của nền cơng 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 mịn là
phải bơi trơn bề mặt tiếp xúc, chất bơi 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.
Khơng thể vận hành và bảo quản lâu các máy, chi tiết máy mà khơng có bơi

trơn. Hồn thiện bơi trơn là phương pháp rẻ và nhanh nhất để tăng tuổi thọ cho máy.
Ngoài các chức năng chủ yếu như trên dầu bơi trơn cịn phải thỏa mãn một số
u 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.

-

Khơng gây nổ và cháy.

-

Khơng gây ảnh hưởng có hại tới vật liệu chi tiết.

-

Bảo đảm bôi trơn và lượng dầu ít nhất.

-

Khơng thay đổi tính chất khi vận chuyển, bảo quản, cung cấp.

-

Khơng tạo cặn (hạt mịn kim loại) nguy hiểm và có hại.

-

Khơng sinh bọt.

-

Khơng 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)… thơng 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 mịn, tính chống dính. Tính chịu tải trọng của dầu liên
quan đến khả năng bơi trơn chống mài mịn và có thể được coi là áp suất
hay tải trọng cực đại mà chất bơi 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 cơng

trình nghiên cứu ở nước ngồi việc thay đổi dầu bơi 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 mơ 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 rơ 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 bơi trơn để cung cấp trực tiếp cho chỗ
tiếp xúc giữa bạc và trục rơ to. Hình 1.3 mơ tả một lớp bạc ba bít được tráng trên
gối đỡ Tua bin giúp cho gối đỡ Tua bin khơng bị mài mịn trong q 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 Rơ 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 trị của dầu bơi 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 bơi trơn. Chính nhờ có dầu bơi 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 bơi trơn. Nhìn
vào hình vẽ này ta thấy nếu như khơng có sự có mặt của dầu bơi 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 bơi 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 cịn tăng lên nữa theo thời gian.

Chính vì vậy vai trị của dầu bơi 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 khơng 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 tồn, 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 q mức sẽ thúc đẩy sự
ơ xy hóa của dầu và làm cho dầu trở nên loãng. Điều này đẩy mạnh sự thối hóa của
các phớt làm kín, các đệm lót và làm gia tăng mài mịn 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 bơi trơn
trong phạm vi các yêu cầu kỹ thuật cho phép. Giải nhiệt dầu bơi 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 bơi trơn, nếu khơng tìm
cách giải nhiệt thì dầu sẽ bị giảm đặc tính bơi 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 ơ xy
hóa ảnh hưởng tới hoạt động của hệ thống. Chính vì vậy, thơng 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 bơi trơn bằng khơng
khí (làm mát bằng khơng 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 q
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 mơi trường tại chỗ tiếp xúc giữa hai vật nóng lên
dẫn đến sẽ làm cho dầu bơi 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
mơi 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


Việc làm mát dầu bôi trơn bằng phương pháp giải nhiệt tự nhiên có các đặc
điểm chính sau:
•

Làm mát tự nhiên (dầu tự nguội) yêu cầu: thể tích bể chứa dầu lớn so với
lượng dầu tham gia bôi trơn làm cho thời gian dầu ở lại trong tank chứa dầu
diễn ra lâu hơn, nhiệt độ dầu hồi không quá cao, chế độ làm việc của máy
ngắt quãng (giữa 2 lần làm việc có thời gian nghỉ dài) qua đó đảm bảo dầu đã
được làm mát đủ để cho phép dầu bơi trơn hoạt động đúng theo các tham số
của nó.

•

Nếu máy hoạt động với tần suất cao thì việc làm mát tự nhiên khơng
hiệu quả (như máy nén khí, máy rèn, ép thủy lực cỡ lớn) vì dầu bơi trơn
khơng được hạ nhiệt độ xuống đến nhiệt độ cho phép làm việc. Khi máy làm
việc lâu dài, nhiệt độ dầu tăng cao ảnh hưởng đến tính chất bơi trơn của dầu.
Do vậy người ta phải sử dụng các phương pháp làm mát khác.
1.2.2 Làm mát dầu bôi trơn cưỡng bức bằng quạt gió
Ở đây thay vì để dầu hồi về một bể chứa và làm mát tự nhiên (tự nguội) như

ở phương pháp trên, phương pháp này chúng ta bơm dầu vào hệ thống ống xoắn
hoặc ống chùm (hình 1.7) rồi dùng quạt thổi gió vào cụm ống, khi đó nhiệt từ dàn
ống tỏa ra môi trường xung quanh. Nhờ có sự trao đổi nhiệt giữa dầu qua thành ống
với khơng khí được thổi từ quạt gió làm giảm nhiệt độ dầu bơi trơn. Dầu có nhiệt độ
thấp hơn được hồi về bể chứa. Dầu dùng cho phương pháp này khơng chỉ làm mát
dầu bơi trơn mà cịn các loại dầu thủy lực, dầu làm mát…

12


Hình 1. 7: Sơ đồ phương pháp sử dụng giải nhiệt cưỡng bức bằng quạt gió
13


Người ta nhận thấy rằng, hệ thống giải nhiệt cưỡng bức bằng quạt gió tương
đối tốt, nó có tác dụng làm mát tốt hơn phương pháp làm mát bằng phương pháp tự
nhiên rất nhiều. Nhìn chung, phương pháp này có các ưu, nhược điểm chính như
sau:
Ưu điểm:
Hệ thống đơn giản gọn nhẹ ta chỉ trang bị thêm quạt gió. Do vậy thiết kế
cũng đơn giản, hơn nữa việc thay thế thiết bị cũng dễ dàng hơn rất nhiều. Giá thành
do đó cũng khơng q cao, dễ được nhà sản xuất và người tiêu dùng chấp nhận.
Nhược điểm:
-

Tiếng ồn do motor đặt gần động cơ trong xưởng gây nên ảnh hưởng cho sức
khỏe của người công nhân vận hành hay các lao động khác xung quanh.

-

Tiêu hao năng lượng lớn do sử dụng hai động cơ một cho bơm một cho
motor quạt.

-

Bộ giải nhiệt gió thường bố trí gần máy do kết cấu và đường ống. Nhiệt do

khơng khí nhận được thải ra ngay trong nhà xưởng, do vậy hệ thống điều hòa
phải làm việc nhiều hơn dẫn đến việc tiêu thụ nhiều điện năng hơn.
1.2.3. Thiết bị làm mát gián tiếp dầu bôi trơn bằng nước
Thiết bị làm mát gián tiếp bằng nước được sử dụng nhiều trong các hệ thống

thiết bị các ngành cơng nghiệp nói chung và ngành điện nói riêng, đặc biệt sử dụng
cho những thiết bị có cơng suất lớn như các thiết bị trong các nhà máy điện, nhà
máy xi măng…ở đây người ta sử dụng thiết bị làm mát dạng ống trơn, hoặc ống có
cánh với các hình dạng của cánh rất khác nhau cũng như vật liệu làm ống và cánh
cũng thay đổi để đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của thiết bị làm mát.
Phương pháp làm mát gián tiếp bằng nước là phương pháp phổ biến được sử dụng
hiện nay do hiệu quả và giải nhiệt cao và thời gian giải nhiệt nhanh của phương
pháp này đem lại.
Thiết bị làm mát gián tiếp dùng nước được sử dụng làm mát dầu cho thiết bị
làm việc có suất lớn như: Các tuốc bin, máy phát, máy nén khí, dầu thủy lực…trong
14


các nhà máy điện và các nhà máy công nghiệp khác. Nó địi hỏi nhiều trang thiết bị
và có kết cấu phức tạp, nhưng hiệu quả về làm mát tốt hơn tức là để giảm đến một
nhiệt độ yêu cầu từ một nhiệt độ ban đầu như nhau thì thiết bị làm mát gián tiếp
bằng nước cần thời gian ít hơn. Có các thiết bị làm mát gián tiếp bằng nước cơ bản
sau:
a) Thiết bị làm mát gián tiếp bằng nước dạng ống
Hình 1.8 mơ tả một sơ đồ sử dụng thiết bị làm mát gián tiếp bằng nước dạng
ống. Nhìn vào sơ đồ ta thấy ngay được tính ứng dụng rất đa dạng trong thực tế sử
dụng của thiết bị này. Dầu bôi trơn từ những thiết bị, máy móc khác nhau được đưa
vào bộ làm mát và trao đổi nhiệt gián tiếp với nước chảy trong các ống qua thành
ống. Đường đi của dòng dầu được tạo thành qua cách thiết kế các tấm chắn để đổi
hướng dòng dầu hoặc tạo thành các ngăn trong bộ làm mát.

Khi sử dụng thiết bị làm mát gián tiếp bằng nước chúng ta thấy có các ưu
nhược điểm chính như sau:
Ưu điểm:
-

Có thể sử dụng nước có sẵn từ tháp nước giải nhiệt hoặc dùng bơm đối với
các nhà máy nhiệt điện và trong công nghiệp, đối với các nhà máy thủy điện
thì ln có nguồn nước đủ áp lực để sử dụng cho làm mát được trích xuất từ
nguồn nước chạy tua bin.

-

Tiết kiệm điện năng hơn giải nhiệt bằng gió. Khơng dùng motor quạt, khơng
thải nhiệt trong xưởng.

-

Khơng gây tiếng ồn.

-

Hiệu quả làm mát cao hơn

Nhược điểm:
-

Khó vệ sinh do kết cấu dàn ống chùm, xoắn. Nước từ tháp nước nếu qua lọc
chỉ xử lý được rong rêu không lọc được lắng cặn, ion Ca2+, Mg 2+, lắng cặn
bám vào thành ống.

15


Hình 1. 8: Sơ đồ phương pháp làm mát gián tiếp bằng nước có sử dụng thiết bị làm mát dạng ống
16