Mỡ bôi trơn chịu nước và tác hại của nước với vòng bi

Chỉ cần một lượng nước nhỏ (ít hơn 500 ppm) cũng có thể làm giảm đáng kể tuổi thọ của vòng bi . Trên thực tế, tác động phá hoại của nước đối với vòng bi nguy hiểm hơn tác động của ô nhiễm tạp chất. Bài viết này chúng ta không thảo luận về việc nước có gây hại hay không mà là về cách nước gây hại. Biết cách nước tấn công và gây ra thiệt hại giúp thiết lập các mục tiêu khô quan trọng và cũng hỗ trợ điều tra sự cố hỏng hóc vòng bi. Khi ô nhiễm nước là không thể tránh khỏi, việc hiểu các chế độ hỏng hóc do nước gây ra này có thể có giá trị trong việc lựa chọn tối ưu chất bôi trơn là mỡ kháng nước, ổ trục và phớt cho mục đích phòng ngừa rủi ro.

Thường được gọi là giòn do hydro hoặc phồng rộp, chế độ hỏng hóc này có lẽ cấp tính và phổ biến hơn hầu hết các nhà nghiên cứu về ma sát và nhà sản xuất ổ trục biết. Nguồn hydro có thể là nước, nhưng cũng có thể là điện phân và ăn mòn (có sự hỗ trợ của nước).

Có bằng chứng cho thấy nước bị thu hút vào các vết nứt mỏi cực nhỏ trong bi và con lăn bằng lực mao dẫn. Khi tiếp xúc với kim loại tự do bên trong vết nứt, nước sẽ phân hủy và giải phóng hydro nguyên tử. Điều này gây ra sự lan truyền vết nứt và gãy thêm nữa. Thép có độ bền kéo cao có nguy cơ lớn nhất. Lưu huỳnh từ các chất phụ gia (áp suất cực đại (EP), chống mài mòn (AW), …), dầu khoáng và hydro sunfua môi trường có thể đẩy nhanh tiến độ sản xuất. Rủi ro do cả nước hòa tan và nước tự do gây ra.

Nước là nguyên nhân gây ra rỉ sét và ăn mòn. Ngay cả nước hòa tan cũng có thể góp phần hình thành rỉ sét. Nước giúp axit có khả năng ăn mòn lớn nhất. Các bề mặt bị ăn mòn và rỗ do ăn mòn trên rãnh ổ trục và các bộ phận lăn làm gián đoạn quá trình hình thành màng dầu đàn hồi thủy động (EHD) quan trọng giúp tăng cường độ màng dầu bôi trơn ổ trục để kiểm soát mỏi tiếp xúc và mài mòn. Ăn mòn tĩnh và mài mòn cũng được tăng tốc bởi nước tự do.

Nhiều vòng bi chỉ có một lượng mỡ bôi trơn chịu nước hạn chế và do đó, chỉ có một chút chất chống oxy hóa. Nhiệt độ cao được bao quanh bởi các hạt kim loại và nước có thể tiêu thụ chất chống oxy hóa nhanh chóng và loại bỏ chất bôi trơn khỏi môi trường bảo vệ oxy hóa cần thiết. Hậu quả tiêu cực của quá trình oxy hóa dầu rất nhiều nhưng bao gồm ăn mòn, cặn, vecni và dòng chảy dầu bị suy yếu.

Nước hỗ trợ sự suy giảm chất chống oxy hóa, nhưng nó cũng làm suy yếu hoặc làm giảm hiệu suất của nhiều chất phụ gia khác bao gồm AW, EP, chất ức chế rỉ sét, chất phân tán, chất tẩy rửa và chất phá nhũ tương.

Nước có thể thủy phân một số chất phụ gia, kết tụ các chất khác hoặc đơn giản là rửa chúng ra khỏi chất lỏng làm việc thành vũng trên sàn bể chứa. Phụ gia EP lưu huỳnh-phốt pho khi có mặt nước có thể chuyển thành axit sunfuric và axit photphoric, làm tăng chỉ số axit (AN) của dầu.

Nước có tính phân cực cao và do đó, có khả năng hấp thụ các tạp chất dầu cũng có tính phân cực (ví dụ như oxit, phụ gia chết, hạt, cacbon mịn và nhựa) để tạo thành các cục bùn và nhũ tương. Các chất huyền phù vô định hình này có thể đi vào các đường dẫn dầu quan trọng, các tuyến và lỗ dẫn dầu bôi trơn.

Khi bùn cản trở dòng chảy của dầu, ổ trục sẽ rơi vào tình trạng thiếu hụt và hỏng hóc là điều không thể tránh khỏi. Ngoài ra, các bộ lọc có tuổi thọ ngắn trong các hệ thống dầu chứa đầy bùn lơ lửng. Trong điều kiện dưới mức đóng băng, nước tự do có thể hình thành các tinh thể băng cũng có thể cản trở dòng chảy của dầu.

Nước làm giảm sức căng giao diện (IFT) của dầu, có thể làm suy yếu khả năng xử lý không khí của dầu, dẫn đến sục khí và bọt. Chỉ cần khoảng 1.000 ppm nước để biến khoang chứa ổ trục bị sục đầy bọt khí. Không khí làm yếu màng dầu, tăng nhiệt, gây ra quá trình oxy hóa, gây ra hiện tượng rỗ khí và cản trở dòng chảy của dầu; tất cả đều gây ra thảm họa cho ổ trục. Sục khí và bọt cũng có thể làm mất hiệu quả của máy phun dầu/máy phun dầu, máy tra dầu vòng và máy tra dầu cổ.

Vòng bi của phần tử lăn phụ thuộc vào độ nhớt của dầu để tạo ra khoảng hở quan trọng khi chịu tải. Nếu tải quá lớn, tốc độ quá thấp hoặc độ nhớt quá loãng, thì tuổi thọ mỏi của vòng bi sẽ bị rút ngắn. Khi các giọt nước nhỏ bị kéo vào vùng tải, khoảng hở thường bị mất, dẫn đến va chạm hoặc cọ xát các bề mặt đối diện (phần tử lăn và rãnh). Chất bôi trơn thường trở nên cứng khi chịu tải (được gọi là hệ số áp suất-độ nhớt của chúng) cần thiết để chịu tải trọng làm việc (thường lớn hơn 500.000 psi).

Tuy nhiên, độ nhớt của nước chỉ là một centistoke và độ nhớt này hầu như không thay đổi, bất kể tải trọng tác dụng. Nó không tốt khi chịu tải trọng áp suất cao. Điều này dẫn đến độ bền màng bị sụp đổ theo sau là các vết nứt mỏi, rỗ và bong tróc. Nước cũng có thể bốc hơi hoặc nổ tung thành hơi nước quá nhiệt trong vùng chịu tải, có thể phá vỡ mạnh các màng dầu và có khả năng làm nứt bề mặt.

Nước là tác nhân thúc đẩy các vi sinh vật như nấm và vi khuẩn. Theo thời gian, chúng có thể tạo thành các huyền phù sinh khối dày có thể làm tắc bộ lọc và cản trở dòng chảy của dầu. Nhiễm khuẩn cũng có tính ăn mòn.

Khi mỡ bị nhiễm nước, mỡ có thể mềm ra và chảy ra khỏi vòng bi. Nước phun cũng có thể rửa mỡ trực tiếp khỏi ổ trục, tùy thuộc vào chất làm đặc mỡ và điều kiện.

Đặc điểm của mỡ bôi trơn chịu nước

• Khả năng hòa tan trong nước của mỡ và cách mỡ phản ứng với nước:

Điều này ảnh hưởng đến mối quan tâm đặc biệt của nhiều nhà máy công nghiệp – làm thế nào để ngăn ngừa nước tự do, có thể gây ra sự ăn mòn và hỏng ổ trục. Đây là lý do tại sao việc có một loại mỡ chịu lực cao có khả năng ngăn chặn sự hình thành nước tự do là điều bắt buộc. Trong những tình huống như thế này, một loại mỡ chống nước chất lượng có khả năng bịt kín tốt là sự lựa chọn tối ưu.

• Khả năng hấp thụ nước tối đa của mỡ:

Không giống như dầu, mỡ có thể hấp thụ một lượng nước nhất định, nếu không, lượng nước này sẽ tràn vào máy móc của bạn và gây hư hỏng. Khi mỡ hấp thụ nước, mỡ sẽ thực hiện một trong ba hành động sau: Dạng hòa tan, nhũ hóa hoặc nước tự do.

• Khả năng chịu tải nặng cho các ổ trục sẽ hoạt động ở tốc độ cao hơn:

Do tốc độ liên tục tăng cao, vòng bi không thể chứa nhiều mỡ mà không có khả năng làm đầy bộ phận. Do đó, vòng bi dựa vào mỡ mỡ bôi trơn chịu nướcđể hoạt động như một lá chắn ngăn nước thấm qua. Trong trường hợp này, phải có một loại  mỡ có thể hấp thụ một lượng nước đáng kể trong khi vẫn hoạt động ở mức tối ưu.

• Khả năng bám dính chặt vào bề mặt: Để ngăn ngừa sự rửa trôi do mỡ nhiễm nước.
• Khả năng chống ăn mòn và chống gỉ hiệu quả ngay cả khi có nước muối (thử nghiệm EmCor, phun muối hoặc thử nghiệm ngâm).

Kết luận

Qua bài viết trên chúng ta thấy rõ tác hại, cơ chế gây hại của nước đối với vòng bi và mỡ bôi trơn cũng như đặc tính cơ bản của mỡ bôi trơn chịu nước. Hiểu rõ các cơ chế này sẽ giúp chúng ta lựa chọn được loại mỡ bôi trơn chịu nước phù nhợp và cách phòng ngừa nước thâm nhập gây hưng hỏng vòng bi.