Trong phần lớn nhà máy, động cơ điện là thiết bị chạy liên tục và ít được để ý nhất — cho tới khi nó dừng. Khi mổ xẻ một động cơ hỏng, nguyên nhân thường nằm ở vòng bi, và trong nhóm nguyên nhân đó, bôi trơn là yếu tố chi phối. Điểm đáng nói: bơm quá nhiều mỡ gây hại nhanh hơn cả việc bôi trơn thiếu.

Bài này đi qua ba thông số cần đọc trước khi chọn mỡ, cơ chế hỏng khi bơm thừa, cách tính lượng mỡ mỗi lần bổ sung, và cách đối chiếu với bộ mỡ Shell Gadus.

Vì sao vòng bi là điểm hỏng số một của động cơ điện

Các tổng hợp từ tài liệu bảo trì công nghiệp cho thấy hư hỏng vòng bi chiếm khoảng 40–50% số ca hỏng động cơ điện, có thống kê còn nêu 50–65%, và phần lớn trong số đó bắt nguồn từ thực hành bôi trơn. Nghịch lý nằm ở chỗ: nguyên nhân hàng đầu không phải thiếu mỡ mà là bơm thừa mỡ.

Một vòng bi chỉ bôi trơn bằng lớp màng dầu mỏng tách ra từ mỡ tại vùng tiếp xúc con lăn. Toàn bộ lượng mỡ còn lại trong gối đỡ chỉ là kho dự trữ, không phải chất bôi trơn đang làm việc. Hiểu đúng điểm này là cơ sở để bỏ thói quen "bơm cho chắc".

Ba thông số quyết định khi chọn mỡ

Thứ nhất là cấp độ cứng NLGI. Với động cơ trục ngang, mỡ NLGI 1, 1.5 hoặc 2 là hợp lý; mỡ mềm hơn dễ bị văng khỏi vòng bi ở tốc độ cao. Với động cơ trục đứng, NLGI 3 giúp mỡ bám tại vị trí thay vì chảy xuống dưới.

Thứ hai là độ nhớt dầu nền. Đây là thông số quyết định khả năng tạo màng dầu và nhiệt sinh ra do ma sát. Vòng bi động cơ điện thường nằm trong dải khoảng 100–150 cSt ở 40°C. Vòng bi nhỏ, tốc độ cao cần dầu nền loãng hơn để giảm ma sát khuấy; vòng bi lớn, tải nặng cần dầu nền đặc hơn để đủ màng dầu.

Thứ ba là chất làm đặc. Mỡ lithium phổ thông phù hợp phần lớn ứng dụng công nghiệp. Mỡ lithium phức hợp có điểm nhỏ giọt cao hơn, dùng được ở vùng nhiệt độ cao và tải nặng. Ngoài ra còn có mỡ polyurea — nhóm này hiệu quả ở nhiệt độ cao nhưng có quy tắc tương thích riêng, sẽ nói ở phần cuối.

Bơm thừa mỡ: cơ chế "chết đói trong gối đỡ đầy mỡ"

Khi khoang vòng bi bị nhồi quá nhiều, con lăn phải đẩy khối mỡ thừa qua mỗi vòng quay. Hiện tượng này gọi là khuấy (churning): năng lượng quay bị chuyển thành nhiệt thay vì tạo màng dầu. Nhiệt làm dầu nền tách khỏi chất làm đặc; chất làm đặc còn lại bị oxy hóa và cứng lại thành lớp cặn giòn bám trong gối đỡ.

Lớp cặn đó chặn đường đi của mỡ mới ở lần bổ sung kế tiếp. Vùng tiếp xúc không nhận được dầu mới, kim loại chạm kim loại, và vòng bi hỏng với dấu hiệu trông y hệt thiếu mỡ: xước dính, tróc bề mặt, đổi màu do nhiệt. Đây là kiểu hỏng bị chẩn đoán nhầm nhiều nhất trong bảo trì.

Song song đó là áp lực. Bơm mỡ bằng tay có thể tạo áp suất tới hàng nghìn psi, trong khi phớt chặn dầu chỉ chịu được thấp hơn nhiều lần. Khi mỡ không còn chỗ thoát, áp suất đẩy phớt bật khỏi trục; mỡ tràn ra, bụi và nước theo đó vào gối đỡ. Với động cơ, mỡ còn men theo trục tới cuộn dây stator, bám lên cách điện và làm suy giảm khả năng cách điện — lúc đó hỏng không còn là chuyện của vòng bi.

Lượng mỡ mỗi lần và chu kỳ theo nhiệt độ

Lượng mỡ cho một lần bổ sung nên tính, không ước lượng bằng số lần bấm cò. Công thức phổ biến của SKF là G = 0,005 × D × B, trong đó G là số gam mỡ, D là đường kính ngoài vòng bi (mm) và B là chiều rộng vòng bi (mm). Ví dụ vòng bi 6310 có đường kính ngoài 110 mm, chiều rộng 27 mm thì mỗi lần cần khoảng 15 gam.

Cần phân biệt lượng bổ sung và lượng nhồi lần đầu. Với lắp mới, lượng mỡ chỉ nên chiếm khoảng 30–50% thể tích trống bên trong gối đỡ, không nhồi kín. Nhồi kín gây quá nhiệt ngay giai đoạn chạy rà.

Chu kỳ bổ sung phụ thuộc mạnh vào nhiệt độ. Theo quy ước SKF, tuổi thọ mỡ giảm khoảng một nửa cho mỗi 15°C tăng thêm trên mốc 70°C: vòng bi chạy 85°C cần bổ sung thường xuyên gấp đôi so với 70°C, chạy 100°C thì khoảng gấp bốn lần. Vì vậy nên đo nhiệt độ vỏ gối đỡ trong điều kiện vận hành thực tế trước khi cố định lịch bảo trì. Trục đứng cũng nên rút ngắn chu kỳ so với trục ngang.

Đối chiếu với bộ mỡ Shell Gadus

Ba mã Shell Gadus dưới đây phủ phần lớn cấu hình động cơ điện thường gặp trong nhà máy. Các số liệu là giá trị điển hình trên tờ thông tin kỹ thuật hiện hành, không phải cam kết cho một tổ máy cụ thể.

Shell Gadus S2 V100 2 — mỡ lithium hydroxystearate, dầu gốc khoáng, NLGI 2, độ nhớt dầu nền ISO VG 100, độ xuyên kim 265–295 (0,1 mm), điểm nhỏ giọt 180°C, dùng đến +130°C. TDS nêu ứng dụng cho ổ đỡ mô tơ điện, ổ đỡ bôi trơn một lần và máy bơm nước. Dầu nền nhẹ hơn nên phù hợp vòng bi nhỏ, tốc độ cao.
Shell Gadus S2 V220 2 — mỡ lithium, dầu gốc khoáng, NLGI 2, độ nhớt dầu nền 220 cSt ở 40°C, độ xuyên kim 265–295, điểm nhỏ giọt 180°C, tải trọng hàn dính bốn bi 315 kg. Mỡ cực áp đa dụng cho ổ đỡ chịu tải nặng và tải va đập, chống nước rửa trôi tốt.
Shell Gadus S3 V220C 2 — mỡ lithium phức hợp, màu đỏ, dầu gốc khoáng, NLGI 2, độ nhớt dầu nền 220 cSt, độ xuyên kim 265–295, điểm nhỏ giọt 240°C. TDS ghi ứng dụng đúc liên tục, sàng rung, mỏ đá, máy nghiền, con lăn băng tải — các vị trí nhiệt cao, tải nặng, rung mạnh. Có chấp thuận SEB 18 12 53 và ASTM D4950 LB-GC.

Cách ghép nhanh: động cơ nhỏ, tốc độ cao, nhiệt độ bình thường dùng S2 V100 2; động cơ tải nặng hoặc rung, môi trường ẩm dùng S2 V220 2; động cơ chạy liên tục trong vùng nhiệt cao dùng S3 V220C 2. Khi một tổ máy vừa tải nặng vừa nhiệt cao vừa tốc độ lớn, cần đối chiếu tài liệu thiết bị thay vì suy luận từ tên dòng mỡ.

Chuyển mỡ: xả sạch, đừng đổ thêm

Mỡ khác gốc chất làm đặc không phải lúc nào cũng tương thích. Khi trộn mỡ lithium với mỡ polyurea, hỗn hợp có thể mềm ra và chảy dầu, hoặc cứng lại và không nhả dầu cho vùng tiếp xúc; cả hai đều dẫn tới hỏng vòng bi. Điều nguy hiểm là xung đột này có thể không lộ ra ngay mà tích lũy qua nhiều năm.

Vì vậy, khi đổi sang loại mỡ khác, cần xả sạch mỡ cũ và chạy động cơ với nút xả mở để đẩy hết mỡ thừa, rồi mới bổ sung mỡ mới. Nên ghi rõ loại mỡ từng vị trí và dùng riêng một bơm cho mỗi loại để tránh lẫn chéo.

Nguồn tham khảo

Shell Gadus S2 V100 2, Tờ giới thiệu sản phẩm, v1.1, 26.07.2016.
Shell Gadus S2 V220 2, Tờ Thông Tin Kỹ Thuật Sản Phẩm, v3.5, 31.08.2018.
Shell Gadus S3 V220C 2, Tờ Thông Tin Kỹ Thuật Sản Phẩm, v2.7, 11.10.2018.
Reliability Solutions, Over-Lubrication in Bearings.
Reliability Solutions, How to Calculate Bearing Relubrication Intervals.
ISOHITECH, Over Greasing Bearings.
Koeed, Electric Motor Bearing Failures Due to Lubrication.
Tân Phú Hiếu, Chọn mỡ bôi trơn cho vòng bi động cơ điện.

Mỡ cho vòng bi động cơ điện: chọn theo tốc độ, nhiệt độ và tải