Bài-giảng-môn-máy-tàu-thủy.pdf

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Máy tàu thuỷ

1

Chương mở đầu: Giới thiệu chung về máy tàu thuỷ

Mục đích môn học. Trang bị cho các kỹ sư Hàng hải, kỹ sư điện tàu thuỷ nắm được hệ thống năng lượng trên tàu. Máy tàu thuỷ là trái tim, là hệ thống tim - mạch của con tàu. Vì lẽ đó người điều khiển tàu phải nắm được những kiến thức thiết yếu nhất về máy tàu thì mới có thể khai thác, chỉ huy được một cách an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao.

2

I. Khái niệm và phân loại máy tàu thuỷ Máy tàu thuỷ bao gồm: - Hệ động lực chính tàu thuỷ: Dùng để sinh công cơ học, sinh ra lực đẩy tàu để tàu đạt được vận tốc nhất định. - Hệ động lực phụ: Các tổ hợp Diesel lai máy phát điện, động cơ lai máy nén khí, lai bơm ... - Các hệ thống phục vụ. 1. Hệ động lực chính tàu thuỷ: * Hệ động lực chính Diesel. Máy chính là động cơ Diesel lai chân vịt. Máy chính có thể là động cơ thấp tốc, cao tốc hoặc trung tốc, có thể đảo chiều hoặc không đảo chiều. Hệ động lực chính Diesel lai chân vịt được truyền động có thể trực tiếp, qua ly hợp hoặc qua hộp số đảo chiều. Chân vịt có thể là loại chân vịt biến bước hoặc định bước. Hệ động lực chính Diesel có thể dùng một động cơ lai 1 chân vịt, có thể hoặc không qua ly hợp (truyền động trực tiếp) hoặc hai động cơ lai một chân vịt hoặc nhiều động cơ lai thứ tự nhiều chân vịt. * Hệ động lực chính Hơi nước: - Máy hơi nước kiểu piston.??? - Tua bin hơi. * Hệ động lực chính Diesel - tua bin khí: Là tổ hợp giữa diesel, tua bin khí với chân vịt. Hệ động lực này tận dụng được ưu điểm riêng lẻ của từng loại riêng biệt. 2. Hệ động lực phụ: Trên tàu thường dùng các hệ động lực phụ để phục vụ cho các hoạt động của máy chính và con tàu. Hệ động lực phụ cơ bản xét đến đó là tổ hợp Diesel lai máy phát. Ngoài năng lượng cơ học để lai máy phát từ động cơ Diesel còn có thể dùng tua bin 3

hơi, tua bin khí (qua hộp giảm tốc). Hệ động lực phụ có thể kể đến nữa là các tổ hợp máy lai - máy nén khí, máy lai - máy lọc, máy lai - bơm ...

II. Sự phát triển của công nghiệp máy tàu thuỷ Các động cơ trong hệ động lực chính tàu thuỷ thường được sử dụng, lắp đặt là động cơ đốt trong (ĐCĐT) và tua bin hơi (TBH). Ngoài ra còn dùng các tua bin khí (TBK) và tua bin chạy bằng năng lượng nguyên tử. Tuy nhiên số lượng loại tàu này rất ít. Những năm gần đây một số nước có ngành đóng tàu tiên tiến đã chế tạo thành công lọai tàu chạy trên đệm không khí. Trên các tàu loại này thì yêu cầu các kỹ sư Hàng Hải lại càng phải có trình độ chuyên môn cao để khai thác hệ động lực tàu thủy. Trên tàu buôn dùng rộng rãi các động cơ Diesel thấp tốc với khả năng tăng áp cao đồng thời với việc tăng lượng khí nén và nhiên liệu vào xi lanh. Để giảm khối lượng và kích thước hệ động lực, làm đơn giản hơn quá trình khai thác và bảo dưỡng sửa chữa trên thế giới đã áp dụng một số loại động cơ Diesel trung tốc, thấp tốc hành trình dài... Hệ động lực tàu chuyên dụng đã dùng nhiều các tua bin khí và tua bin chạy bằng năng lượng nguyên tử. Hiện nay hệ động lực nhiều máy (HĐLNM) được dùng vào mục đích duy trì công suất lớn cho các tàu chuyển động với tốc độ lớn. HĐLNM dùng chủ yếu vào mục đích quân sự và các tàu chuyên dụng khác. Trên các tàu đó thường dùng các động cơ chính cùng loại (Diesel, TBH hay TBK hoặc tổ hợp Diesel – TBK). 1. Hệ động lực nhiều máy (HĐLNM) dùng Diesel. Trên các HĐL này dùng một bộ truyền động hộp số. Bộ truyền động hộp số đóng vai trò bộ góp mômen, góp công suất của các động cơ thành phần. Bộ góp cho phép 4

một hoặc nhiều động cơ có thể hoạt động riêng biệt hoặc đồng thời cùng lai một chân vịt. 2. Tổ hợp Diesel - Tua bin khí . Việc xuất hiện tổ hợp các máy kết hợp giữa các loại động cơ khác nhau do nhu cầu ngày càng tăng về sử dụng năng lượng. Việc dùng tổ hợp sẽ có ưu điểm của hai loại máy. 3. Tự động hóa máy tàu thủy. Các con tàu được trang bị các hệ thống thiết bị tự động để tăng khả năng hoạt động tự động cho chính các máy móc, thiết bị, nâng cao tính an toàn, tin cậy và hiệu quả khai thác cho con tàu và máy móc trên tàu. * Mức A1 - Tàu được tự động hoá, không cần trực ca ở buồng máy và trung tâm điều khiển (control center). * Mức A2 - Tàu được tự động hoá, việc điều khiển máy móc, thiết bị ở buồng máy được thực hiện từ xa tại buồng điều khiển (control room). Hiện nay hầu hết các tàu vận tải biển của các công ty vận tải biển trong nước, mức độ tự động hoá đều ở dưới mức A2. Thực tế là các tàu nhỏ cũ thì hầu như không có tự động. Các tàu lớn hơn song có tuổi khá cao tuy có mức độ tự động A2 song chúng làm việc không tin cậy. Từ đó người khai thác thường xuyên phải trực ca dưới buồng máy và vận hành khai thác tại máy. Các tàu đóng mới ngày nay có mức độ tự động hoá cao. Trên các tàu này các thiết bị tự động đã thay thế được những công việc trực ca bình thường. Tình trạng hoạt động của máy được tự động điều khiển, điều chỉnh, dự báo hư hỏng để người khai thác biết kịp thời xử lý, đưa ra những biện pháp khai thác cần thiết, an toàn và kinh tế cho hệ động lực.

5

CHƯƠNG 2: NỒI HƠI 2-1. Định nghĩa và phân loại nồi hơi tàu thuỷ. I. Định nghĩa nồi hơi - Hệ thống nồi hơi. 1. Định nghĩa nồi hơi. Nồi hơi tàu thuỷ là thiết bị sử dụng năng lượng của chất đốt (hoá năng của dầu đốt, than, củi) biến nước thành hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao, nhằm cung cấp hơi nước cho thiết bị động lực hơi nước chính, cho các máy phụ, thiết bị phụ và nhu cầu sinh hoạt của thuyền viên trên tàu.

Hình 2-1:.Sơ đồ nguyên lý của hệ động lực hơi nước

6

- Trên sơ đồ nguyên lý một hệ thống động lực hơi nước bao gồm các thiết bị cơ bản sau đây. Nồi hơi là thiết bị sinh hơi, hơi khi ra khỏi nồi hơi là hơi bão hòa ẩm đi vào bộ phận quá nhiệt để sấy khô thành hơi quá nhiệt. Sau khi quá nhiệt hơi đi vào tuabin để giãn nở sinh công. Quá trình giãn nở đoạn nhiệt làm cho áp suất giảm xuống, khi đi ra khỏi tua bin hơi đi vào bầu ngưng được làm lạnh và ngưng thành nước. Nước được bơm đưa trở lại nồi hơi. Còn bầu ngưng được làm mát bằng nước biển. Để cấp nước vào nồi hơi bơm cần tạo ra một áp lực để thắng lực đẩy do áp lực của nước trong nồi hơi và lực cản của đường ống cấp nước. 2. Hệ thống nồi hơi * Hệ thống nồi hơi bao gồm: - Nồi hơi (1 hoặc nhiều cái): Là bộ phận tạo ra hơi nước. - Thiết bị cung cấp nhiên liệu: Gồm két chứa nhiên liệu, bầu hâm, van, ống dẫn, các súng phun nhiên liệu. - Thiết bị cấp nước cung cấp nước đã lọc sạch và hâm nóng vào bầu nồi hơi: Gồm các két chứa, két lọc nước, bơm cấp nước có áp suất đẩy lớn hơn áp suất trong bầu nồi. - Thiết bị cấp gió: Gồm quạt gió và quạt hút khói nhằm cung cấp đầy đủ và liên tục không khí phục vụ cho quá trình cháy của nhiên liệu và khắc phục sức cản để hút khói lò ra ngoài. - Thiết bị đo lường, kiểm tra: Gồm ống thuỷ, áp kế, nhiệt kế, van xả cặn, van xả khí. - Thiết bị tự động điều khiển và tự động điều chỉnh quá trình làm việc của nồi hơi: Gồm điều chỉnh mức nước nồi hơi, lượng nhiên liệu và lượng gió vào tuỳ theo tải

7

trọng của nồi hơi, điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt, áp suất hơi và các quá trình làm việc khác. - Các thiết bị tự động bảo vệ: Như van an toàn, đinh chằng … * Bản thân nồi hơi lại có thể có các bộ phận chính. - Buồng đốt: Là không gian dùng để đốt cháy nhiên liệu tạo ra khí cháy (khí lò) có nhiệt độ 900  1350 oC và phân bố đều nhiệt lượng đảm bảo cho khí lò quét đều nồi hơi. - Hộp lửa: Là không gian dùng để đốt cháy nhiên liệu chưa kịp cháy trong buồng đốt và phân phối khí lò. - Bầu hơi, bầu nước, bầu góp. - Các cụm ống nước sôi, cụm vách ống hoặc các ống lửa: Là bề mặt trao đổi nhiệt chính của nồi hơi. - Hộp khói và ống khói. - Bộ sấy hơi: Làm nhiệm vụ quá nhiệt cho hơi bão hòa (có thể đặt vào giữa 2 cụm ống nước sôi, hoặc các cụm nước sôi thứ 2, hoặc trong buồng đốt). - Bộ giảm sấy: Làm nhiện vụ hạ bớt nhiệt của hơi quá nhiệt cho nước trong bầu nồi để hơi trở thành hơi giảm nhiệt đi phục vụ cho sinh hoạt và các máy phụ khác. - Bộ hâm nước tiết kiệm: Tận dụng phần nhiệt lượng còn cao của khói lò trước khi ra khỏi nồi hơi để hâm nước lên nhiệt độ nhất định trước khi cấp vào nồi hơi (Tăng nhiệt độ nước cấp lên 80c thì hiệu suất nồi hơi tăng 1% ). - Bộ sưởi không khí tiết kiệm: Tận dụng nhiệt lượng của khí lò để sưởi nóng không khí cấp vào buồng đốt, tạo điều kiện cho quá trình cháy được tốt hơn, tăng khả năng cháy hoàn toàn, tăng hiệu suất của nồi hơi. Ngoài ra còn có khung dàn, bệ, vỏ nồi hơi, đảm bảo cho nồi hơi làm việc bền chắc.

8

II. Phân loại nồi hơi tàu thủy 1. Phân loại theo công dụng người ta chia ra a) Nồi hơi chính: Là nồi hơi cung cấp hơi nước cho thiết bị đẩy tàu trong các máy hơi nước chính, hoặc tua bin hơi chính lai chân vịt và dùng cho các máy phụ, thiết bị phụ và các nhu cầu sinh hoạt. b) Nồi hơi phụ: Hơi của nó sinh ra dùng cho các máy phụ, thiết bị phụ và nhu cầu sinh hoạt. c) Nồi hơi tận dụng (nồi hơi kinh tế, nồi hơi khí xả): Là nồi hơi tận dụng nhiệt còn cao của khí xả của dộng cơ Diesel chính để sản xuất hơi. Hơi của nó dùng cho việc hâm nóng dầu đốt, dầu nhờn và phục vụ sinh hoạt. d) Nồi hơi liên hợp “phụ - khí xả”: Là tổ hợp giữa nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả _ Chiến. 2. Phân loại theo cách quét khí lò và sự chuyển động của nước theo bề mặt đốt nóng a) Nồi hơi ống nước: Là nồi hơi mà hỗn hợp nước và hơi đi trong ống, còn ngọn lửa và khói lò quét ngoài ống. b) Nồi hơi ống lửa: Là nồi hơi mà ngọn lửa và khí lò quét trong ống còn hỗn hợp nước và hơi bao ngoài ống. c) Nồi hơi liên hợp: Là nồi hơi ống lửa mà trong đó bố trí thêm một số ống nước 3. Phân loại theo tuần hoàn nước nồi a) Nồi hơi tuần hoàn tự nhiên: Sự tuần hoàn của nước và hơi trong nồi hơi tạo nên do sự chênh lệch về mật độ và do sự chênh lệch nhiệt độ gây nên (sự chênh lệch về tỉ trọng giữa nước và hỗn hợp nước – hơi). b) Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức: Sự tuần hoàn của hỗn hợp nước và hơi trong nồi hơi nhờ tác dụng của ngoại lực bên ngoài (bơm tuần hoàn). 9

4. Phân loại theo áp suất nồi hơi a) Nồi hơi thấp áp: Áp suất công tác PN  2,2MPa (bar, KG/cm2) b) Nồi hơi trung áp: PN = 2,2  4,0MPa c) Nồi hơi cao áp: PN = 4,0  6,4 Mpa d) Nồi hơi áp suất rất cao: PN > 6,4MPa 5. Phân loại theo cách bố trí ống tạo thành bề mặt đốt nóng. a) Nồi hơi nằm. b) Nồi hơi đứng. Ngoài ra tuỳ theo kết cấu và đặc tính khác có thể phân loại nồi hơi theo dấu hiệu khác. 2-2. Các thông số chính của nồi hơi tầu thủy 1. Áp suất Bao gồm áp suất nồi hơi, áp suất của hơi sấy, áp suất hơi giảm sấy, áp suất nước cấp. Đơn vị (kG/cm2, MPa, atm) - Áp suất nồi hơi (pN) là áp suất của nước và hơi bão hoà chứa trong bầu nồi – Áp suất trong bầu nước - hơi. (Dựa vào PN tra bảng tìm được nhiệt độ bão hoà Ts) Phs ,Ths

10

Hình 2-2: Sơ đồ thông số áp suất và nhiệt độ của NH - Áp suất hơi sấy: ( Phs) là áp suất hơi khi ra khỏi bộ sấy hơi. Phs < PN từ 1  4 atm. - Áp suất hơi giảm sấy: (Pgs) là áp suất hơi sau bộ giảm sấy, có Pgs< Phs - Áp suất nước cấp: (Pnc) là áp suất sau bầu hâm, trước bầu nồi. Áp suất nước cấp cao hơn áp suất nước nồi hơi từ 3- 6 atm để thắng được sức cản để đẩy được nước vào nồi hơi. 2. Nhiệt độ - Nhiệt độ hơi bão hoà – nhiệt độ sôi (Ts) là nhiệt độ của hơi bão hoà trong bầu nồi. - Nhiệt độ hơi sấy: (Ths) là nhiệt độ của hơi sau bộ sấy hơi. - Nhiệt độ hơi giảm sấy: (Tgs) là nhiệt độ của hơi sau bộ giảm sấy. - Nhiệt độ nước cấp: (Tnc) là nhiệt độ nước cấp nồi sau bầu hâm trước bầu nồi. - Nhiệt độ khói: (Tkl) là nhiệt độ của khói lò ra khỏi nồi hơi. - Nhiệt độ không khí cấp: (Tkk) là nhiệt độ của không khí cấp vào buồng đốt. 3. Sản lượng hơi Ký hiệu: DN Đơn vị: (Kg/h, T/h) - Là lượng hơi lớn nhất sinh ra trong 01 giờ của NH dưới điều kiện NH cung cấp hơi ổn định, lâu dài. Sản lượng hơi chung DN = Dhs + Dgs + Dx Với Dhs sản lượng hơi sấy, Dgs sản lượng hơi giảm sấy, Dx sản lượng hơi bão hoà.

11

Chú ý: Dx là lượng hơi bão hoà cung cấp cho máy phụ và hệ thống chứ không phải là lượng hơi bão hoà sinh ra tại bầu nồi. Khi cần thiết, nồi hơi có thể quá tải đến sản lượng lớn nhất Dmax = (125  140%) DN (quá tải 25 – 40%). 4. Nhiệt lượng có ích Ký hiệu: Qi Đơn vị (Kcal/h ; KJ/h) Là nhiệt lượng đã dùng vào việc đun sôi, bốc hơi, sấy hơi nước trong 01 giờ của NH, tức là nhiệt lượng đã dùng để biến nước cấp thành hơi nước mà NH cung cấp trong 01 giờ. (Qi < Qcung cấp: Do tổn thất nhiệt để đốt nóng vỏ, các ống, vách nồi hơi…). 5. Hiệu suất nồi hơi. Ký hiệu: N Là tỷ số giữa nhiệt lượng có ích cho NH trên tổng nhiệt lượng do chất đốt toả ra (nhiệt lượng cung cấp cho nồi hơi). Qi N =

B - Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 01 giờ (Kg/ h) Qi - Nhiệt lượng có ích (Kcal/h)

B.QpH

QpH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Kcal/ kg)

6. Suất tiêu hao nhiên liệu. Ký hiệu: ge ; đơn vị: (kg/mlci. h) Là lượng chất đốt cần dùng để hệ động lực phát ra một mã lực có ích trong 01 giờ. VD: Nồi hơi đốt dầu PN =100  120 atm và Ts =5500c  ge =200  210 g/mlci.h 12

7. Diện tích hấp nhiệt. Ký hiệu: S đơn vị (m2) Là bề mặt kim loại hấp nhiệt của chất trao nhiệt (như khí lò, hơi sấy) truyền cho chất nhận nhiệt (nước, hơi nước, không khí). Diện tích hấp nhiệt tính về phía tiếp xúc với khí lò. Riêng với bộ sưởi không khí và bộ giảm sấy tính theo đường kính trung bình của ống. Bộ sưởi không khí và bộ giảm sấy không có nước lưu thông bên trong để làm mát cho ống nên thành ống phải dày để đảm bảo ống không bị đốt cháy, do đó đường kính trong và ngoài của ống có sự khác biệt lớn do vậy khi tính diện tích bề mặt hấp nhiệt ta phải tính theo đường kính trung bình của ống_Chiến. Có các dạng mặt hấp nhiệt sau: - Mặt hấp nhiệt bước xạ: Sb là mặt hấp nhiệt cạnh buồng đốt, trực tiếp tiếp xúc với ngọn lửa. - Mặt hấp nhiệt đối lưu: Sđ là mặt hấp nhiệt ở xa buồng đốt và được khí lò quét qua. - Mặt hấp nhiệt bốc hơi: Sbh là bề mặt hấp nhiệt của khí lò làm cho nước sôi và bốc hơi. - Mặt hấp nhiệt tiết kiệm: Stk chỉ là bề mặt hấp nhiệt của bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí. 8. Dung tích buồng đốt. Ký hiệu: Vbđ đơn vị (m3) Là dung tích của không gian đốt cháy nhiên liệu .

13

2-3. Sơ đồ nguyên lý của nồi hơi ống lửa I. Nồi hơi ống lửa ngược chiều (Tuần hoàn tự nhiên) 1. Sơ đồ kết cấu: 1. Thân nồi.

5. Không gian nước. 9. Hộp lửa.

2. Cụm ống lửa.

6. Nắp hộp lửa.

10. Buồng đốt.

3. Đinh chằng dài. 7. ống thuỷ.

11,13. Cửa kiểm tra.

4. Không gian hơi. 8. Đinh chằng ngắn.

12. Mặt sàng trước.

12

3

1

2

3

4

5

6

13

2

8 10

11

10

9

Hình 2-3. Sơ đồ nồi hơi ống lửa ngược chiều. * Bầu nồi: Có dạng hình trụ tròn được ghép từ 1, 2 hoặc 3 tấm thép bằng mối hàn hoặc đinh tán. Vật liệu là thép (20k, 25k hoặc T5K), ở trên bầu nồi có khoét các cửa hình elíp để thuận tiện cho vệ sinh, bảo dưỡng và sửa chữa. * Buồng đốt: Có cấu tạo hình lượn sóng để tăng bề mặt tiếp xúc, tăng độ cứng vững và bảo đảm có thể co dãn khi nhiệt độ thay đổi (có thể có 1, 2 hoặc nhiều buồng đốt). * Hộp lửa: Có dạng hình hộp, phần đỉnh bị thu hẹp lại, số hộp lửa tương ứng với số buồng đốt. Phần trên đỉnh hộp lửa bố trí thanh gia cường bằng mã đỉnh hộp lửa. 14

Một mặt của hộp lửa được khoét các lỗ để lắp các ống lửa. Ba mặt còn lại của hộp lửa liên kết với nắp sau của bầu nồi và các mặt khác bằng các đinh chằng ngắn. * Ống lửa: Có 2 loại. - Ống lửa thường: Dẫn khí lò từ hộp lửa đến hộp khói và dùng để làm mặt hấp nhiệt. (chiếm 80 - 90% diện tích hấp nhiệt của nồi hơi). -Ống lửa chằng: Ngoài nhiệm vụ trên còn có tác dụng chằng giữ nắp trước nồi hơi với thành hộp lửa. Số ống lửa chằng bằng 20 - 30% tổng số ống lửa. * Đinh chằng: - Đinh chằng dài: Dùng để chằng giữ phần không gian có ống lửa với nắp sau của nồi và thân nồi. * Hộp khói: Khí lò đi ra khỏi ống lửa được dẫn vào hộp khói trước khi đi quét qua bộ sưởi không khí, bộ hâm nước tiết kiệm và đi ra ống khói. Phía trước hộp khói có cửa hộp khói, qua nó ta có thể tiến hành lau chùi muội hoặc bịt bỏ những ống lửa bị nứt vỡ. * Bầu khô hơi: Làm tăng chiều cao của không gian hơi trong thân nồi, do đó buộc các hạt nước lớn trong hơi nước rơi trở về không gian nước, kết quả làm tăng độ khô của hơi, miệng của bầu khô hơi được khoét ở thân nồi và được hàn vào thân nồi. 2. Nguyên lý hoạt động: - Nhiên liệu và không khí được đưa vào buồng đốt (10) thực hiện quá trình cháy tạo ra khí lò. Khí lò đi vào hộp lửa (9) cháy nốt phần nhiên liệu chưa kịp cháy trong buồng đốt và phân phối khí cháy cho các ống lửa. Khí cháy tiếp tục đi qua bộ sấy hơi (quá nhiệt) rồi đi qua hộp khói, qua bộ hâm nước tiết kiệm, bộ sưởi không khí rồi ra ngoài.

15

- Nước trong bầu nồi nhận nhiệt xung quanh buồng đốt, xung quanh hộp lửa và chủ yếu là ở các ống lửa, hoá hơi. Hỗn hợp nước và hơi có tỷ trọng bé hơn so với nước. Chính sự chênh lệch tỷ trọng đó tạo nên vòng tuần hoàn của nước ở trong nồi hơi ống lửa. - Hơi trích từ nồi thực hiện qua bầu khô hơi và qua bộ sấy hơi thành hơi quá nhiệt rồi tới các thiết bị tiêu thụ hơi. - Chú ý mực nước luôn phải ngập hết các ống để tránh cháy ống. 3. Ưu nhược điểm * Ưu điểm: - Nhờ ống lớn và thẳng nên có thể dùng nước có chất lượng không cao chưa lọc hoặc có lẫn dầu. - Thân nồi chứa nhiều nước làm cho nồi hơi có năng lựợng tiềm tàng lớn nên áp suất nồi hơi khá ổn định ngay cả khi đột ngột tăng giảm lượng hơi nước lấy từ nồi hơi (tăng giảm tải đột ngột). - Độ khô của nồi hơi tương đối cao do chiều cao của không gian hơi khá lớn. Không cần thiết bị khô hơi. - Kết cấu bền, sử dụng đơn giản. * Nhược điểm: - To nặng, thân và nắp nồi rất to, rất dày, nhưng không phải là bề mặt hấp nhiệt, cường độ bốc hơi yếu, do đó chỉ dùng cho loại nồi hơi có thông số thấp. - Thời gian nhóm lò lấy hơi rất lâu (610 giờ) do chứa nhiều nước. - Khi nổ sẽ xé vỡ thân nồi rất nguy hiểm . Nồi hơi ống lửa thường chỉ được dùng làm nồi hơi phụ nhất là các tàu dầu (ở loại tàu này, trong nước cấp thường có lẫn dầu). Ngoài ra còn được dùng cho tàu máy

16

hơi nước nhỏ, nhất là các tàu lai dắt mà có tải trọng luôn biến đổi (vì nồi hơi cho phép quá tải lớn: 25 – 40%).

17

2-4. Nồi hơi ống nước Nước tuần hoàn bên trong ống, khí lò quét qua bên ngoài ống. Có nồi hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên và tuần hoàn cưỡng bức. Nồi hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên gồm có các loại: Kiểu khí lò đi chữ Z, kiểu chữ D nghiêng, chữ D đứng 3 bầu đối xứng, 3 bầu không đối xứng…

Hình 2-4: Nồi hơi ống nước chữ D đứng I. Ưu nhược điểm: 1. Ưu điểm: Gọn nhẹ hơn nhiều so với nồi hơi ống lửa, vì lượng nước ít, ống nhỏ nên bố trí được bề mặt hấp nhiệt lớn, cường độ hấp nhiệt cao. - Thời gian nhóm lò, lấy hơi nhanh chóng (1,5 - 2 giờ) do lượng nước trong nồi ít và tuần hoàn tốt. - Có thể chế tạo từ loại nhỏ đến loại lớn, thông số hơi thấp đến thông số hơi rất cao. - Khi nổ vỡ không nguy hiểm lắm vì lượng nước ít và ống nước thường nứt vỡ trước bầu nồi. 2. Nhược điểm:

18

- Do ống nhỏ, cong, cường độ trao đổi nhiệt và thông số hơi cao nên cần nước cấp nồi chất lượng tốt. Việc coi sóc bảo dưỡng cần tốt hơn. - Do ít nước nên năng lượng tiềm tàng bé, khi nhu cầu về hơi nước đột ngột tăng giảm sẽ khó đảm bảo giữ áp suất hơi ổn định. - Chiều cao không gian hơi trong bầu bé, nếu không có thiết bị khô hơi thì độ ẩm của hơi nước khá cao. II. Nồi hơi ống nước chữ D đứng.

Hình 2.26. Sơ đồ nguyên lý của nồi hơi ống nước 2 bầu kiểu chữ D đứng 1 – bầu nước – hơi,

2 – bầu nước,

3 – ống góp nước

4 – các ống nước xuống, 5 – các ông nước,

6 – các ống nước-hơi lên,

7 – các ống nước-hơi lên, 8 – các ống nước-hơi lên,

9 – bộ hâm nước tiết kiệm,

10 - bộ sưởi không khí, 11- tấm dẫn khí,

12 – bộ sấy hơi.

a. Sơ đồ nguyên lý: 19

Nguyên lý làm việc của nồi hơi chữ D đứng thể hiện trên hình 2.26. Khí lò đi ngoài ống trao nhiệt cho nước ở trong ống để sinh ra hơi. Nồi hơi có 3 mạch tuần hoàn: - Mạch tuần hoàn I: Nước từ bầu 1 đi xuống các ống 4 vào bầu 2, sau đó vào các ống lên 6, nhận nhiệt hoá hơi. Hỗn hợp nước hơi trong ống 6 có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của nước ở các ống xuống 4, bị nước đẩy lên bầu 1. -

Mạch tuần hoàn II:

Nước từ bầu 1 đi xuống các ống 4 vào bầu 2, sau đó vào các ống lên 8, nhận nhiệt hoá hơi. Hỗn hợp nước hơi trong ống 8 có tỷ trọng nhỏ hơn tỷ trọng của nước ở các ống xuống 4, bị nước đẩy lên bầu 1. - Mach tuần hoàn III: Nước từ bầu 1 đi xuống các ống 4, vào bầu nước 2, đi vào các ống 5 ở đáy nồi hơi, vào hộp góp 3, đi lên các ống 7 bố trí ở quanh vách buồng đốt nồi hơi, hấp nhiệt bức xạ của khí lò sinh ra hơi, hỗn hợp nước-hơi ở các ống 7 bị nước có tỷ trọng cao hơn ở các ống xuống 4 đẩy về bầu 1. Lớp ống lên 7 được lắp kín quanh buồng đốt ngoài nhiệm vụ nhận nhiệt bức xạ của buồng đốt để sinh hơi, còn có nhiệm vụ bảo vệ vách buồng đốt không bi cháy hỏng. b. Ưu, nhược điểm: Nồi hơi có đầy đủ các ưu, nhược điểm của nồi hơi ống nước đứng. Ngoài ra nồi hơi chữ D đứng còn có các ưu, nhược điểm sau: Ưu điểm: - Chiều ngang của nồi hơi bé.

20

- Tiện bố trí các bề mặt tiết kiệm trong đường khói lò thẳng đứng, nên nồi hơi gọn nhẹ, có thể bố trí 2 nồi hơi trên 1 tàu. - Cấu tạo đơn giản, bố trí được các bề mặt hâm nước tiết kiệm và bề mặt sưởi không khí lớn, nên hiệu suất của nồi hơi cao. - Bộ hâm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí được đặt trong đường khói lò thẳng đứng nên giảm được chiều cao của nồi hơi. - Do có tấm dẫn khí nên khói lò quét khắp được qua các bề mặt hấp nhiệt và vận tốc của khói lò tăng lên, làm tăng hệ số truyền nhiệt trong nồi hơi. Nhược điểm: - Đòi hỏi chất lượng nước cao, sử lý kỹ càng. - Cần phải có bộ tự động cấp nước. - Cần người sử dụng giỏi. III. Nồi hơi ống nước chữ D nghiêng

Hình 2-6: Sơ đồ NHON chữ D nghiêng.

21

1. Đặc điểm kết cấu: Kiểu nồi hơi này có 2 bầu (1 bầu nước – hơi và 1 bầu nước) ngoài ra còn có bầu góp vào vách ống, chỉ có một đường khí lò, ống của các cụm nước sôi dốc nghiêng 35  700. Có vách ống ba phía hoặc bốn phía. Bộ sấy hơi kiểu nằm (để có thể đặt giữa 2 cụm nước sôi ) có bộ hầm nước tiết kiệm và bộ sưởi không khí tiết kiệm. Có khi bầu dưới có đặt tấm dẫn để chia dòng nước cho cụm nước sôi và cụm vách ống. - Nồi hơi chỉ có 2 bầu, lại có vách ống nên giảm được diện tích các cụm ống nước sôi, nên gọn nhẹ, chiều ngang hẹp, rất tiện lợi bố trí hai nồi hơi trên tàu, giá thành chế tạo thấp. Bộ sấy hơi nằm ngang có thể rút ra phía vách trước nồi hơi để bảo dưỡng. - Ống có góc vuông lớn không cần tấm dẫn khí vẫn có thể đảm bảo khí lò quét khắp mặt hấp nhiệt. - Các ống to có góc nghiêng lớn nên mạch tuần hoàn tương đối bảo đảm. - Thành buồng đốt ít bị cháy hỏng vì có vách ống. - Do vậy kiểu nồi hơi này sử dụng rộng rãi trên tàu thuỷ. 2. Nguyên lý hoạt động - Khí cháy sinh ra trong buồng đốt quét qua các mặt hấp nhiệt của cụm ống nước lên, qua bộ sấy hơi, qua cụm ống nước xuống, qua các bộ tiết kiệm rồi đi ra ngoài. - Kiểu nồi hơi này có các mạch tuần hoàn của nước như sau: Nước trong cụm nước sôi thứ I (cụm ống lên) gần buồng đốt hơn nên hấp thụ được nhiều nhiệt hơn, cường độ hoá hơi lớn, một phần bốc thành hơi hình thành hỗn hợp nước hơi có tỷ trọng nhẹ; nước ở trong cụm nước số II (cụm ống xuống 9) hấp thụ được ít nhiệt nên nước trong các ống ấy không bị bốc hơi. Nước ấy có tỷ trọng lớn hơn từ đó hình thành mạch tuần hoàn như sau: Nước từ bầu 1 theo các ống 9 xuống vào bầu nước 7, một phần theo các ống lên 3 trở về bầu 1 (1 9731 ). Một phần đi vào các ống nước đặt ở đáy 6 rồi đi vào bầu góp của 22

vách ống 5, từ bầu góp theo các ống 2 lên ở vách ống và trở về bầu trên 1. (197 6521). 2-5. Nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức nhiều lần:

Hình 2-7: NHON tuần hoàn cưỡng bức. 1. Sơ đồ kết cấu

Hình 2-8: Sơ đồ NHON tuần hoàn cưỡng bức Đối với nồi hơi tuần hoàn tự nhiên, không cho phép chế tạo nồi hơi có thông số cao, sự tuần hoàn lại không đảm bảo vững chắc do đó dễ bị cháy hỏng vì khi ấy độ 23

chênh lệch về tỷ trọng giữa nước và hơi nước bão hoà không lớn, cột áp động lực bé không cho phép bố trí ống với đường kính nhỏ, không dùng được ống uốn khúc nhiều lần, lưu tốc tuần hoàn bé do đó nồi hơi to nặng. Vì vậy đối với nồi hơi cao áp (áp suất cao hơn áp suất tới hạn) bắt buộc phải dùng nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức vì khi ấy độ chênh lệch về tỷ trọng bằng không. Những nồi hơi thông số thấp, cần thật gọn nhẹ nên dùng nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức kiểu tuần hoàn nhiều lần (hoặc kiểu lưu động thẳng). 2. Nguyên lý làm việc và tuần hoàn cưỡng bức: Sự tuần hoàn của nước và hơi không phải là dựa vào đối lưu tự nhiên mà là nhờ cột áp của bơm tuần hoàn cưỡng bức (10). Nước từ bầu phân ly (2) được bơm tuần hoàn cưỡng bức (10) đưa tới ống góp vào (8) chia cho ống nước sôi ruột gà (6) (gồm đoạn ống hấp nhiệt bức xạ và đoạn ống hấp nhiệt đối lưu). Sau đó nước và hơi được đưa tới cụm ống góp nước ra (12) rồi trở về bầu phân ly (2). Tại đây nước và hơi được tách ra, hơi được lấy từ không gian phía trên đi tiêu dùng. Hơi bão hoà từ bầu (2) qua van hơi chính đi công tác. Khí cháy được tạo ra ở buồng đốt, quét qua các bề mặt trao đổi nhiệt của các cụm ống ruột gà truyền nhiệt cho nước ở trong ống. Nước đi trong ống nước sôi bốc thành hơi, hình thành hỗn hợp nước hơi đi vào bầu phân ly (2). Còn nước cấp vào nồi hơi được bơm cấp nước (1) hút nước từ két (11) đưa vào bầu phân ly (2). Bội số tuần hoàn K = Gn / Dn = 6 – 8 Gn:

Khối lượng nước cấp

D N: Sản lượng nồi hơi Nghĩa là lưu lượng nước bằng 6 - 8 lần lượng sinh hơi Ưu khuyết điểm và công dụng: * Ưu điểm:

24

- Nhờ bơm với cột áp 20 - 30 m H20 khắc phục sức cản tuần hoàn do đó có thể tuỳ ý bố trí ống của các mặt hấp nhiệt, có thể dùng ống ruột gà nên bề mặt trao đổi nhiệt tuỳ ý, nồi hơi rất gọn nhẹ và dễ bố trí trên tàu. - Nhóm lò rất nhanh , lấy hơi nhanh (15 - 20 phút). - Làm việc ổn định khi tải thay đổi (tính cơ động tốt). * Khuyết điểm: - Bơm tuần hoàn phải chịu nhiệt độ cao (180 - 3200c) nên tuổi thọ không cao. - Do ống ruột gà nên khó vệ sinh sửa chữa, do vậy cần nước phải chất lượng cao. Do đó nồi hơi tuần hoàn cưỡng bức nhiều lần chỉ dùng làm nồi hơi phụ, nồi hơi khí xả với lượng sinh hơi D = 0,2 - 12 tấn /giờ.

2-6. Nồi hơi liên hợp phụ khí xả:

Hình 2-9: Nồi hơi liên hợp phụ khí xả 1. Sơ đồ kết cấu: * Nồi hơi liên hợp ống lửa - ống nước: Là nồi hơi phụ ống lửa, nồi hơi khí xả ống nước. 1. Bơm dầu đốt. 2. Quạt gió. 3. Cụm ống lửa.

8. Ống góp nước vào. 9. Két nước cấp. 10. Bơm nước cấp. 25

4. Không gian hơi.

11. Bơm nước tuần hoàn.

5. Van chặn .

12. Buồng đốt của nồi hơi phụ.

6.Ống góp nước – hơi ra.

13.Ống xả của động cơ diesel chính.

7. Cụm ống ruột gà của nồi hơi khí xả.

Hình 2-9: Sơ đồ nồi hơi liên hợp phụ khí xả. 2. Nguyên lý hoạt động: Hệ thống liên hợp nồi hơi khí thải tuần hoàn cưỡng bức, nồi hơi phụ ống lửa ngược chiều. Khi động cơ diesel chính dừng thì cho nồi hơi phụ hoạt động. Quạt gió và bơm dầu sẽ cung cấp không khí và nhiên liệu vào buồng đốt tạo nên hỗn hợp khí cháy trong buồng đốt nồi hơi, khí cháy đi vào cụm ống lửa trao nhiệt cho nước để đun sôi nước trong nồi hơi rồi đi ra ống khói. Khi này hơi được sản ra nhờ việc đốt nồi hơi phụ. Khi tàu chạy, nồi hơi khí thải cung cấp hơi nước, còn nồi hơi phụ không đốt dầu và chỉ có tác dụng của một bầu phân ly hơi. Nước từ trong không gian nước của nồi hơi phụ qua van hút vào bơm tuần hoàn cưỡng bức 11, đưa tới ống góp vào 8 tới các ống ruột gà 7 của nồi hơi khí thải, hấp nhiệt của khí thải động cơ hình thành hỗn hợp nước hơi vào cụm ống góp ra 6 rồi trở về nồi hơi phụ tiến hành phân ly 26

thành nước và hơi. Hơi nước được dẫn từ nồi hơi phụ theo đường hơi chính ra đến nơi tiêu dùng. Để giúp cho nồi hơi khí thải nhanh chóng cung cấp đủ hơi nước có thể đồng thời đốt nồi hơi phụ, khi động cơ chính chạy ở chế độ nhỏ tải.

2-7. Các thiết bị an toàn và kiểm tra I. Van an toàn Nhiện vụ : Khi áp suất trong bầu nồi và trong bầu sấy hơi bắt đầu vượt quá áp suất quy định (được cài đặt) cho nồi hơi, van an toàn sẽ tự động xả bớt một phần hơi nước ra ngoài trời, bảo đảm an toàn cho nồi hơi. 1.Van an toàn kiểu đẩy thẳng không có vành điều chỉnh a. Kết cấu

1. Đai ốc điều chỉnh. 2. Lò xo van an toàn. 3. Đường thoát hơi. 4. Trống hơi. 5. Nấm van. Hình 2-10: Van an toàn kiểu đẩy thẳng b. Nguyên lý làm việc. Van an toàn được đóng bởi sức căng lò xo 2 (là lực R) khi áp suất nồi hơi tăng đến PN + P quá giá trị cho phép thì lực tác dụng của hơi nước lên nấm van có thể thắng được sức căng R làm cho van mở ra xả bớt hơi nước ra ngoài. Khi cần điều chỉnh áp suất làm việc quy định của NH thì vặn đai ốc (1) để điều chỉnh lực căng của lò xo (2). 27

Điều kiện mở van ra R< (PN + P) F PN Áp suất qui định của nồi hơi F: Diện tích nấm van được hơi nước tác dụng lên P Độ tăng áp suất Thường áp suất mở van an toàn là: Pmở =1,04 PN

=> P = 0,04 PN (áp suất trong nồi hơi tăng lên 4% thì VAT sẽ

mở ra). Kết cấu loại này đơn giản nhưng quá trình đóng mở không dứt khoát, hay bị rung giật làm hại mặt tỳ và nấm van. 2. Van an toàn kiểu đẩy thẳng có vành điều chỉnh 1. Cần đẩy 2. Tay giật 3. Lò xo 4. Ty van 5. Vành điều chỉnh 6. Đế van 7. Nấm van 8. ống trượt Hình2-11:Van an toàn kiểu đẩy thẳng có vành điều chỉnh Do sử dụng vành điều chỉnh, có thể thay đổi điểm tỳ của nấm van và thực tế làm tăng diện tích tác dụng của hơi nước lên nấm van do vậy lực tác dụng của hơi nước lên nấm van tăng và có thể điều chỉnh sức căng lò xo lớn hơn (R'>R). Điều kiện mở van: 28

R'< ( F + F ) (PN + P ) F: Diện tích nấm van được hơi nước tác dụng lên khi không sử dụng vành điều chỉnh. F: Diện tích nấm van được hơi nước tác dụng lên được tăng lên do sử dụng vành điều chỉnh .Van an toàn có vành điều chỉnh làm việc dứt khoát hơn ( không bị rung giật) hoạt động tin cậy. Van an toàn kiểu đẩy thẳng được sử dụng rộng rãi đối với nồi hơi có PN < 20 atm. Những nồi hơi có PN>20 atm thì van an toàn kiểu đẩy thẳng có một số nhược điểm. - Lò xo của van lớn, khó chế tạo; - Do thường xuyên bị nộn , lò xo của van dễ mất tính đàn hồi; - Dễ bị rò nước, rò hơi; Do vậy những NH có PN >20 atm thì không dùng van an toàn kiểu đẩy thẳng. 3. Van an toàn kiểu xung (hay kiểu có van phụ): a. Kết cấu

Hình 2-11: Van an toàn kiểu xung b. Nguyên lý làm việc Khi áp suất NH tăng lên quá giá trị qui định thì hơi sẽ đẩy Piston 5 của van phụ lên đưa hơi nước từ NH vào bên phải của piston 2. Bên phải của piston 2 và bên trái của nấm van 1 đều có hơi nước tác dụng, hơi nước ấy có áp suất bằng nhau, nhưng diện tích của piston 2 lớn hơn diện tích của nấm van 1, làm cho lực tác dụng 29

lên piston 2 thắng lực tác dụng lên nấm van 1 đẩy piston chính về bên trái, xả bớt hơi nước làm áp suất hơi nước giảm, đảm bảo an toàn cho NH. Khi hệ piston chính dịch chuyển về bên trái, lò xo van 3 bị kéo ra, khi áp suất NH giảm thì piston 5 van phụ lại đi xuống đóng đường dẫn hơi 6 vào bên phải piston 2 khử lực tác dụng hơi bên phải piston 2. Hệ 1-2 trở về vị trí cũ nhờ sức căng của lò xo 3. Nấm van 1 bình thường được đónglại nhờ áp suất hơi. - Ưu điểm: Làm việc ở áp suất cao mà chỉ cần lò so nhỏ. Van chính được đóng bởi áp suất hơi nên nhỏ gọn, bền chắc. Lò so của van chính thường xuyên ở trạng thái không làm việc nên bền. Việc đóng mở dứt khoát, không bị rung giật. - Nhược điểm: Cấu tạo phức tạp; chỉ sử dụng cho NH có thông số cao. II. Đinh chì 1. Lõi hợp kim thiếc. 2. Thân đinh chì bằng đồng thau. 3. Đỉnh hộp lửa. Hình 2-12:.Đinh chì Là nút bằng hợp kim dễ nóng chảy (trên 99,3% là thiếc nguyên chất 0,5% đồng 0,1% chì, nhiệt độ nóng chảy 200- 2600C). Trên đỉnh hộp lửa của nồi hơi ống lửa thường có các nút này. Trường hợp cạn nước nồi hơi đỉnh hộp lửa bị cạn nhô lên khỏi mặt nước có nguy cơ bị cháy hỏng. Lúc ấy các đinh chì sẽ nóng chảy, hơi nước sẽ lập tức phun ra cho biết rằng nước đã cạn. Giúp cho người khai thác biết NH đã bị cạn nước. III. Ống thuỷ Là 1 thiết bị dùng để theo dõi mực nước nồi hơi. Mỗi nồi hơi ít nhất phải có 2 ống thủy đặt sát ngay cạnh bầu trên để thấy rõ mực nước trong nồi hơi.

30

1.Ống thuỷ thông thường (ống thuỷ sáng): a. Kết cấu 1. Mặt bích. 2. Van hơi. 3. Ống thuỷ. 4. Đai ốc. 5. Doăng đệm. 6. Van nước. Hình 2-13: Ống thuỷ thường b. Nguyên lý làm việc. Ống thủy làm việc theo nguyên tắc bình thông nhau, có cột áp ở hai bên bình bằng nhau. Phương trình cân bằng cột áp: PN + h1. γ1 = PN + h2. γ2 => h1 = h2 Như vậy mực nước ở ống thuỷ tinh chính là mực nước nồi hơi. Thực tế do sự mất mát nhiệt ở bên ống thủy γ2 (ống thuỷ) > γ1 (nồi hơi) => h2 < h1 Thông thường h2 = h1 — ( 1 5mm) PN: Áp suất trong NH h1: Mực nước trong nồi hơi h2: Mực nước trong ống thủy γ1, 2 :Tỷ trọng của nước trong nồi hơi, ống thủy.

Trước khi đọc mực nước trên ống thuỷ phải thông rửa và sấy nóng ống thuỷ. 31

2. Ống thuỷ đặt thấp (ống thuỷ tối): a. Sơ đồ kết cấu:

Hình 2-13: Sơ đồ ống thuỷ đặt thấp b. Nguyên lý làm việc. Đối với những nồi hơi cao lớn theo dõi ống thuỷ sáng bất lợi vì đặt cao, phải trèo để xem. Do vậy thường dùng thêm ống thuỷ đặt thấp, trong ống thuỷ đặt thấp chứa chất lỏng nặng pha màu.(CCl4Cr2H16ON4) Ống thủy đặt thấp cũng làm việc theo nguyên lý bình thông nhau giữa bên A và B. Nhánh ống bên B luôn có chiều cao chất lỏng không đổi.Vì có vách ngăn trong bầu ngưng hơi, bầu này không bọc cách nhiệt nên hơi nước luôn ngưng tụ tràn qua vách, làm cho (HB + H2 = const). Cột áp bên A = Cột áp bên B. Khi mực nước nồi hơi thay đổi (chẳng hạn mực nước nồi tăng) thì H1 tăng, cột áp bên A > cột cáp bên B đẩy hệ cân bằng về nhánh B làm HA giảm và HB tăng lên. Khi mực nước nồi giảm thì sẽ có HB giảm. 32

Như vậy HB tăng giảm theo mực nước nồi hơi, ta quan sát mực nước nồi qua mực chất lỏng nhánh B theo một tỷ lệ xích nào đó. IV. Thiết bị điện cảnh báo mực nước 1. Cảm biến mức nước cao 2. Cảm biến mức nước thấp

Hình 2-14: Sơ đồ thiết bị cảnh báo mức nước NH Khi mực nước nồi quá cao, quả phao (phần tử cảm ứng) sẽ nổi lên đóng công tắc điện về mạch mực nước cao làm cho đèn báo mực nước cao sáng lên và còi báo động kêu. Ngược lại khi mực nước nồi quá thấp, quả phao (phần tử cảm ứng) sẽ hạ xuống đóng công tắc điện về mạch mực nước thấp làm cho đèn báo mực nước thấp sáng lên và còi báo động kêu. Muốn dừng còi kêu và tắt đèn có thể ấn nút dừng báo động và phải khắc phục để mực nước lại bình thường thì đèn trắng sáng và còi không kêu. V. Rôbinê dò mực nước Nồi hơi ống lửa có rôbinê dò mực nước lắp tại nắp sau thân nồi để biết qua tình hình mực nước cạn quá hay cao quá như khi ống thuỷ bị hỏng. Rôbinê trên ở tại chỗ mức nước bình thường. Rôbinê dưới ở chỗ mực nước thấp nhất cho phép khi mở rôbinê dưới vẫn không thấy nước biết là nước nồi quá cạn. Khi mở rôbinê trên có nước báo mực nước quá cao.

33

2-8. Nước nồi hơi Để đảm bảo cho nồi hơi làm việc an toàn, tin cậy, kéo dài tuổi thọ và mang lại hiệu quả kinh tế cao, yêu cầu nước cấp NH phải đảm bảo chất lượng và đảm bảo các tiêu chuẩn quy định. I. Các tiêu chuẩn của nước nồi hơi Chất lượng nước nồi được đánh giá qua các chỉ tiêu nước nồi hơi. 1. Độ vẩn đục: Là các hạt lơ lửng gây vẩn đục nước nồi hơi. 2. Lượng cặn khô: Là lượng của chất hữu cơ và vô cơ tan đến dạng phân tử ở dạng keo (mg/lit). 3. Lượng muối chung: Là tổng số muối khoáng hoà tan trong nước (mg đương lượng/lít). 4. Lượng dầu: Xác định lượng dầu có trong một lít nước nồi hơi (mg/lít). 5. Lượng khí: Xác định lượng khí O2 và CO2 có trong một lít nước nồi hơi. 6. Độ Clorua: Biểu thị lượng muối Clorua trong nước - là trị số mg ion Cl- trong một lít nước (mg ion Cl-/ 1 lít nước nồi). 7. Độ cứng: Tổng số các ion Ca2+ và ion Mg2+ của các muối can xi và magiê hoà tan trong nước (mg /lít). Có 2 loại độ cứng. - Độ cứng tạm thời: Biểu thị lượng muối bicacbonat canxi và magiê (Ca(HCO)2 và Mg(HCO3)2). Các muối này khi đun sôi nước sẽ tạo thành cáu bùn lắng xuống đáy bầu nồi. - Độ cứng vĩnh cửu: Biểu thị các muối khác của canxi và magiê có trong nước như CaSO4, MgSO4 , CaCl2, CaSl03...) Các muối này khi đun sôi sẽ tạo thành cáu cứng bám vào các bề mặt trao nhiệt của nồi hơi. Tổng số độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu bằng độ cứng chung. 8. Chỉ số PH: Biểu thị đặc tính của nước, thông qua chỉ số PH ta biết nước có tính axit, nước trung tính hay nước có tính kiềm. Nước trung tính có độ PH = 7. 34

Nước có tính axít khi có độ PH<7. Nước có tính bazơ khi có độ PH >7. Nếu nước có tính axít sẽ rất nguy hiểm cho nồi hơi vì khi nhiệt độ nước tăng, nước bị ion hoá mạnh thêm, gây ăn mòn các chi tiết nồi hơi.Thông thường nước nồi hơi có độ PH = 8÷11 (nước có tính Bazơ). 9. Độ kiềm: Khi pha thuốc chống cáu (Na2CO3, NaOH, Na3 PO4 ... ) vào nước nồi hơi sẽ ngăn được cáu đóng lên bề mặt hấp nhiệt, đồng thời còn tránh được phản ứng gây nên bởi axit trong nồi. Song nếu độ kiềm quá cao sẽ làm cho thiết bị giòn nứt kiềm tính, làm hỏng kim loại màu do vậy cần khống chế độ kiềm của nước nồi trong phạm vi quy định. * Độ kiềm chung không biểu thị tổng số lượng các ion OH -, CO3-2, HCO3-, PO4-3 trong một số lít nước. * Độ kiềm phốt phát Kp dùng để đo dung lượng Na3PO4 thừa trong nước nồi có tính dựa theo số lượng anhydric phốtpho P2O5 trong một lít nước. * Độ kiềm nitơrat Kn dùng để đo lượng NaNO3 (Nitratnatri) trong nước nồi. NaNO3 được pha vào nước nồi để chống dòn kiềm. Bảng tiêu chuẩn chọn nước nồi hơi Tiêu chuẩn

Độ cứng

Đơn vị đo mg đl/ lít

NHON

NHOL

< 0,5

< 0,02

Hàm lượng dầu

mg / lít

<3

<3

Hàm lượng O2

mg / lít

-

< 0,05

Clorua (nước ngưng)

mg / lít

< 50

<2

Hàm lượng muối

mg / lít

< 13000

< 2000 35

chung Clorua (nước nồi)

mg / lít

< 8000

< 500

Độ kiềm nitơrat

mg / lít

150 300

120150

Độ kiềm phốt phát

mg / lít

2 5

1520

Độ cứng vĩnh cửu

mg / lít

< 0,4

< 0,05

Chỉ số PH

mg / lít

9,610

9,6

II. Xử lý nước nồi hơi 1. Tác hại của một số muối và tạp chất có trong nước a. Muối trong nước - Muối cứng tạm thời: Ca( HCO3)2 , Mg(HCO3)2 khi đun sôi tạo thành cáu bùn và có thể xả được nhờ việc xả đáy nồi hơi, tuy nhiên khi xả đáy để đưa muối cứng tạm thời ra khỏi bầu nồi phải tốn một lượng nước và nhiệt. - Muối cứng vĩnh cửu: CaSio3, MgSio3, CaSo4, MgSo4... khi nước được đun sôi chúng lắng đọng thành các lớp cáu cứng bám lên bề mặt hấp nhiệt của nồi hơi làm giảm cường độ trao đổi nhiệt, giảm sản lượng sinh hơi và hiệu suất nồi hơi. b. Dầu: Nếu trong nước có dầu, dầu sẽ bám lên bề mặt hấp nhiệt. Hệ số dẫn nhiệt của bản thân dầu rất bé do đó tăng nhiệt trở thành ống dẫn đến giảm cường độ trao đổi nhiệt của thành vách ống. c. Tạp chất khí: Các chất khí hoà tan trong nước nồi hơi như O2, CO2 ... làm tăng quá trình ăn mòn trong nồi hơi, oxi gây ăn mòn trực tiếp thép của NH. Còn CO2 là các chất xúc tác của quá trình mục gỉ thép của nồi hơi. d. Tạp chất cơ học: Các tạp chất cơ học là trung tâm tạo bọt tích tụ nhiều bóng hơi làm cho nước sủi bọt gây nên hiệu ứng "trương" nước nồi làm nước chảy vào các thiết bị dùng hơi gây nên hiện tượng thuỷ kích. 36

2. Phương pháp xử lý nước nồi hơi a. Xử lý nước ngoài nồi * Khử cặn cơ học: Được thực hiện ở các vách lọc (két vách), hoặc thực hiện ở két khử dầu riêng.Vật liệu lọc dầu là than hoạt tính, sơ mướp, khăn bông. * Khử khí cho NHOL ở vách lọc, NHON khử khí ở bầu khử khí riêng. Có nhiều phương pháp khử khí như đun sôi nước làm bay các khí trong nước, dùng hoá chất để hấp thụ khí... * Khử muối cứng: Dùng hoá chất như vôi Ca(OH)2, kiềm NaOH, Na2CO3 biến muối cứng vĩnh cửu thành muối tạm thời và đun sôi tạo thành cáu bùn và được xả ra ngoài. b. Xử lý nước trong nồi: Dùng với nồi hơi có chất lượng hơi thông thường cho hoá chất vào trong nồi hơi hoặc dùng siêu âm. * Dùng hoá chất: Có thể đưa trực tiếp vào nồi hơi; có thể pha trong két có chia vạch sau đó dùng bơm để bơm vào nồi hơi, hoặc đặt hoá chất chống cáu cặn trước đường ống hút của bơm cấp. * Dùng siêu âm (chỉ dùng cho NHOL và NHLH): Sử dụng sóng siêu âm phá hoại quá trình kết tinh của muối cứng lên bề mặt hấp nhiệt, làm cho cáu cứng vỡ thành cáu bùn. 2-9. Chất đốt của nồi hơi I. Yêu cầu đối với chất đốt nồi hơi Chất đốt nồi hơi là những chất khi cháy cho ta nhiệt lượng, hay còn gọi là nhiên liệu nồi hơi. Gồm nhiều loại: * Chất rắn: Than đỏ, gỗ. * Chất lỏng: Các loại dầu đốt. * Chất khí và năng lượng nguyên tử.

37

1. Yêu cầu: Rẻ tiền, kinh tế, lượng sinh nhiệt cao, ít tro bụi và lưu huỳnh, không tự bén cháy. Trên các tàu thuỷ hiện nay chủ yếu chỉ dùng dầu đốt (dầu nặng FO và dầu nhẹ DO) vì chúng có các đặc điểm sau: * Ưu điểm: - Hiệu suất của NH khi dùng dầu đốt lớn hơn (10- 18%) - Nhỏ gọn hơn, hiệu quả kinh tế cao hơn. - Tính cơ giới và tự động hoá cao hơn. - Tính cơ động cao, thời gian nhóm lò nhanh. * Nhược điểm: - Giá thành dầu đốt cao. - Gây mục, rỉ, ăn mòn điểm sương. - Gây ăn mòn vanadi (ăn mòn nhiệt độ cao). II. Các tính chất của dầu đốt nồi hơi 1. Tỷ trọng: Là tỷ số giữa trọng lượng một đơn vị thể tích dầu đốt ở toC và trọng lượng một đơn vị thể tích nước ở 40C. Tỷ trọng phụ thuộc vào nhiệt độ, khi nhiệt độ tăng thì tỷ trọng giảm. 2. Độ nhớt: Là nội lực ma sát giữa các phần tử chất lỏng khi chúng chuyển động tương đối với nhau. Đây là thông số quan trọng nhất vì nó ảnh hưởng đến khả năng lưu động, chất lượng phun của dầu và quá trình cháy của nó. Độ nhớt càng cao thì lưu động kém, chất lượng phun kém nên quá trình cháy càng kém. Khi nhiệt độ cao thì độ nhớt giảm. Phải hâm dầu khi sử dụng dầu có độ nhớt cao. a. Độ nhớt Engơle (oE): Là tỷ số giữa thời gian chảy của 200mml dầu ở nhiệt độ 500C (750C, 1000C) qua ống nhỏ giọt của nhớt kế Engơle và thời gian chảy của 200mml nước ở 200C cũng qua ống nhỏ giọt ấy. Đây là độ nhớt tương đối .

38

b. Độ nhớt Sentixtoc (0CSt) Là thời gian chảy của 60mml dầu ở 380C (660C, 1000C) qua ống nhỏ giọt của nhớt kế xentixtoc. Nó là độ nhớt tuyệt đối. 3. Điểm đông đặc Là nhiệt độ cao nhất mà tại đó nhiên liệu bắt đầu bị đông đặc lại (khi nghiêng bình dầu góc 450 thì dầu không thay đổi bình dáng của mình trong một phút).Dầu đốt NH quy định điểm đông đặc < 50C. Điểu này có vai trò quan trọng trong việc lưu chuyển của dầu (ở xứ lạnh). 4. Điểm bốc cháy và điểm cháy * Điểm bốc cháy (bén cháy): Là nhiệt độ thấp nhất mà khi ta đưa nhọn lửa vào gần hỗn hợp sương dầu và khí thì hỗn hợp đó bốc cháy khi ta cất ngọn lửa đi thì hỗn hợp đó tắt ngay. * Điểm cháy: Là nhiệt độ thấp nhất mà tại đó khi ta đưa ngọn lửa gần vào hỗn hợp sương dầu và khí thì hỗn hợp đó cháy. Khi cất ngọn lửa đi thì hỗn hợp tiếp tục cháy trong thời gian ít nhất là 3 giây. Quy định điểm cháy của dầu đốt nồi hơi > 600C để đảm bảo an toàn cho NH. 5. Hàm lượng nước (W) Là lượng nước chứa trong nhiên liệu. Làm nhiệt trị của nhiên liệu bị giảm, quá trình cháy không ổn định thậm chí làm súng phun bị tắt không cháy được. Ngoài ra còn làm tắc, rỗ súng phun. Quy định cho dầu đốt nồi hơi W <1% 6. Hàm lượng lưu huỳnh và vanadi Đây là 2 chất có hại của nhiên liệu:

39

S - Gây ăn mòn điểm sương hay ăn mòn ở nhiệt độ thấp, ăn mòn axit Sunfuric – H2SO4. T ≤ 1400C. V- Gây ăn mòn ở nhiệt độ cao hay ăn mòn Vanadi. T ≥ 6850C. 7. Tạp chất rắp trong nhiên liệu (A) Là các chất tro, cát, bụi trong nhiên liệu, chúng có thể làm tắc lỗ súng phun, chóng mài mòn lỗ súng phun. Quy định cho dầu đốt nồi hơi A < 0,3%. 2-10. Khai thác vận hành nồi hơi Trong quá trình sử dụng nồi hơi phải tuyệt đối tuân thủ các quy định trong vận hành khai thác nồi hơi. Các quy định trong quy phạm, các quy định của nhà chế tạo. I. Chuẩn bị đưa nồi hơi vào hoạt động và quy trình đốt lò 1. Chuẩn bị nhóm lò * Trước khi tiến hành nhóm lò, nhất thiết phải kiểm tra kỹ càng tỷ mỉ nồi hơi từ trong ra ngoài xem có vết rò rỉ, vết nứt, các biến dạng nồi hơi hay không; kiểm tra sự định vị của nồi hơi trên bệ đỡ; kiểm tra các thiết bị phụ có ở trạng thái hoạt động bình thường được không. Việc kiểm tra trước khi nhóm là đặc biệt quan trọng đối với những nồi hơi đã dừng hoạt động trong thời gian dài, nồi hơi vừa mới sửa chữa, bảo dưỡng. Khi phát hiện ra các khuyết tật hư hỏng thì phải tìm cách khắc phục ngay, sau đó mới được nhóm lò. * Kiểm tra tay giật van an toàn xem có bị kẹt không. * Mở van thoát không khí (cho đến lúc thấy hơi nước bốc ra mới khoá lại). * Van cấp hơi chính ta đóng vào và mở lại một góc 1/4 vòng để tránh bị kẹt do độ dãn nở không đồng đều của cần van với thân van. * Kiểm tra mực nước nồi hơi, bơm nước vào với chú ý:

40

- Đối với NHOL cấp ở mực nước cao nhất của ống thuỷ (để nước ngập hết các ống lửa, tránh cháy ống). - Đối với NHON cấp ở mực nước thấp nhất của ống thuỷ (1/3 ống thuỷ) để tránh hiện tượng trương nước nồi. Vì mực nước nồi sẽ dâng lên rất nhanh khi hơi nước bắt đầu sinh ra. Nước bơm vào nồi hơi phải được xử lý kỹ càng, khi đã đạt mức nước ổn định thì kiểm tra bộ tự động điều chỉnh mức nước nồi hơi. 2. Điểm lửa Sau khi kiểm tra kỹ nồi hơi ta tiến hành đốt lò theo một quy trình đã xác lập.Thông thường khi đốt lò sử dụng dầu nhẹ. * Quy trình đốt bằng tay + Bật quạt gió thông lò 30 giây đến 1 phút + Bật bơm cấp nhiên liệu + Bật công tắc cấp tia lửa điện + Sau khi nhiên liệu cháy, tắt công tắc cấp tia lửa điện Chú ý: Nếu khởi động 2 đến 3 lần không được ta phải tiến hành kiểm tra thiết bị buồng đốt nồi hơi (Súng phun, quạt gió, bơm nhiên liệu, tế bào quang điện). * Trước khi khởi động lại nhất thiết phải thông gió trong buồng đốt để ngăn ngừa hiện tượng nổ do lượng nhiên liệu còn lại quá nhiều trong lò, sau đó thực hiện quy trình đốt lò lại từ đầu. * Thời gian nhóm lò lấy hơi là thời gian tính từ khi điểm lửa cho đến khi nồi hơi đạt áp suất quy định (PN). Trong quá trình nhóm lò luôn giữ cho nhiệt độ nước, nhiệt độ kim loại, nhiệt độ thành vách buồng đốt tăng một cách từ để tránh ứng suất nhiệt. Thời gian nhóm lò tuỳ thuộc theo kiểu loại và kích thước của nồi hơi, do nhà máy chế tạo quy định. Nhóm lò có thể chia thành 2 giai đoạn. - Giai đoạn 1: Đun sôi nước - Giai đoạn 2: Nâng áp suất hơi lên áp suất công tác 41

Ở giai đoạn 1: Van thoát khí mở ra, khi bắt đầu giai đoạn 2 nên kiểm tra lại một lần nữa các ống thuỷ, kiểm tra sự rò rỉ của nồi hơi, khi áp suất đã đạt 5  6 kG/ cm2 cần kiểm tra lại hoạt động của van an toàn bằng tay. * Ở những nồi hơi có bộ sấy hơi, bộ sửa không khí, bộ hâm nước tiết kiệm cần chú ý các thiết bị này trong thời gian nhóm lò. - Bảo vệ bộ sấy hơi: Khi nhóm lò vẫn có khí lò đi qua bộ sấy hơi có thể dùng nước sạch nạp đầy bộ sấy hơi hoặc dùng hơi của nồi hơi khác để làm mát bộ sấy hơi khi nhóm lò. - Bảo vệ bộ sưởi không khí: Khi nhóm lò, bộ sưởi không khí được làm mát kém vì hệ số không khí thừa nhỏ, bảo vệ bộ sưởi không khí có thể tăng hệ số dư lượng không khí lên hoặc dùng tấm ngăn để dẫn khí lò qua phần ống khói không có sưởi không khí. * Trước khi lấy hơi sử dụng ta tiến hành sấy đường ống bằng cách hé mở van cấp hơi chính và đi mở các van xả nước thoát ra rồi mới mở to van hơi chính ra, sau đó đóng van xả nước của đường ống hơi chính. * Đối với tàu có nhiều nồi hơi: Trước khi ghép hai hay nhiều nồi hơi ta cho hơi nước từ nồi có áp suất cao đi sang nồi hơi có áp suất thấp. Chờ đến khi dứt hẳn tiếng của hơi lưu động ở van thông mới được mở hết van hơi chính. * Quan sát mầu ngọn lửa trong buồng đốt - Mầu ngọn lửa có màu phớt hồng lờ mờ vết tường sau của buồng đốt là cháy tốt. - Ngọn lửa có mầu vàng nhạt và thấy rõ vết tường sau của buồng đốt là thừa ôxy hoặc ngọn lửa ngắn và sáng loé. Ngọn lửa có mầu vàng da cam là thiếu ôxy, nếu có mầu đỏ ngọn lửa dài là thiếu quá nhiều ôxy. Ngoài ra nếu lượng không khí được cung cấp đầy đủ hoặc hỗn hợp tạo không đều, lượng nhiên liệu cấp vào chỗ ít chỗ nhiều, một ít nhiên liệu được các nơi xa còn đại bộ phận tập trung ở gần súng phun thì trong quá trình cháy ta thấy ngọn lửa có dạng hình sao nhiều cánh. * Quan sát khói 42

- Nếu khói đen: Cháy không hết nhiên liệu. Nếu khói ra mầu bạc trắng: Thì khói có lẫn hơi nước hoặc quá nhiều không khí. Nếu khói mầu hơi xám là cháy tốt. * Kiểm tra bề mặt hấp nhiệt - Có đóng muội thì cháy không tốt. Không đóng muội thì cháy tốt. Ngoài ra trong khai thác nồi hơi còn phải định kỳ thổi muội nồi hơi, số lần thổi muội phụ thuộc vào chất đốt và lượng muội tro, không nên ngại tốn hơi mà giảm số lần thổi muội, trước khi thổi muội, chú ý phải xả hết nước đọng ở trong đường ống hơi. Khi thổi muội nên quay chậm bộ phận thổi muội, không được để cố định làm cho bộ phận hấp nhiệt bị quá lạnh cho khí lò mang theo muội bẩn của nồi hơi ra ngoài được dễ dàng. III. Ủ và tắt nồi hơi * Trường hợp chỉ ngừng cung cấp hơi dưới 1 2 ngày nên ủ lò. Nồi hơi đốt dầu ủ lò bằng cách giữ lại súng phun ở chính giữa hoặc giảm lượng dầu phun (trường hợp chỉ có 1 súng phun). Trước khi ủ lò phải cấp nước đến mục cao nhất (vì khi ngừng cung cấp hơi sẽ phát sinh hiện tượng sôi bựng làm sụt mức nước nồi) sau đó tiến hành gạn mặt xả đáy. * Ngưng nồi hơi lâu ngày thì phải tắt lò - Cấp nước nồi hơi ở mức nước cao nhất sau đó gạn mặt xả đáy nhiều lần. - Phải cắt nhiên liệu trước sau đó mới cắt không khí cấp lò để cho nồi hơi nguội từ từ, không được dùng gió cưỡng bức làm nguội nồi hơi. IV. Bảo dưỡng nồi hơi Phải tuân thủ theo hướng dẫn của nhà chế tạo và tình trạng kỹ thuật của NH. 1. Tẩy rửa cáu - Tẩy rửa bằng axít , tẩy rửa bằng kiềm, tẩy rửa bằng dầu hoả, dùng siêu âm. - Phương pháp cơ học để cạo cáu. 2. Cạo muội

43

Dùng khí nén thổi mạnh, nếu cần dùng dao cạo đục búa. Muội dầu bám rất chặt nên sau khi thổi sơ qua bằng không khí nén, dùng nước nóng xối sạch ngay khi còn nóng. 3. Niêm phong nồi hơi Nồi hơi ngưng đốt lâu ngày cần niêm phong để giảm bớt mục rỉ, có thể dùng nhiều cách: Niêm phong khô, niêm phong ướt, niêm phong nửa ướt nửa khô. - Niêm phong khô: Ta tiến hành tẩy rửa cáu cặn xả hết nước trong NH, đặt chất chống ẩm vào trong nồi hơi. - Niêm phong ướt: Sau khi tiến hành bảo dưỡng ủ lò xong, ta tiến hành niêm phong giữ nguyên nước trong nồi.

44

CHƯƠNG 3: Tua bin tàu thuỷ Tua bin tầu thủy là một động cơ nhiệt có cánh kiểu rô to. Trong đó thế năng và động năng của dòng hơi hay khí xả động cơ Diesel được biến đổi thành cơ năng làm quay rô to. Loại sử dụng hơi nước của nồi hơi gọi là tua bin hơi, loại sử dụng khí xả của động cơ Diesel gọi là tua bin khí xả. Trên tàu thuỷ, tua bin hơi và tua bin khí được ứng dụng theo chức năng của chúng. Nguyên lý hoạt động của chúng như nhau nên chúng ta chỉ cần xét đến nguyên lý hoạt động của một loại tua bin hơi. 3-1. Nguyên lý cơ bản của tua bin hơi tàu thuỷ I. Nguyên lý làm việc của tua bin 1. ống phun. 2. Cánh tua bin. 3. Rô to. 4. Trục tuabin.

Hình 3-1: Rô to tua bin 1. Cấu tạo: Bao gồm rô to: là đĩa quay gắn với trục quay. Trên toàn bộ chu vi của rô to có gắn các cánh công tác là cánh động. Ống phun cố định là bộ phận phun hơi. 2. Nguyên lý hoạt động - Hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao khi qua ống phun sẽ giãn nở làm áp suất và nhiệt độ giảm, tốc độ lưu động tăng. (Thế năng  động năng). - Dòng hơi ra khỏi ống phun có tốc độ lớn được thổi vào cánh công tác. Ở đây dòng hơi đổi chiều chuyển động cong theo lòng máng của cánh công tác nên xuất hiện lực ly tâm (động năng -> cơ năng).

45

- Các phần tử hơi va đập vào lòng cánh công tác tạo nên sự chênh lệch áp lực giữa phía bụng và phía lưng cánh công tác làm cho rô to 2 quay kéo theo trục 1 lắp cố định với rô to quay theo. Như vậy trong tua bin hơi có 2 quá trình biến hoá năng lượng: a) Khi qua ống phun, thế năng ban đầu của hơi (áp năng + nhiệt năng) biến thành động năng của dòng hơi bằng quá trình giãn nở trong ống. b) Khi qua rãnh cánh công tác động năng của dòng hơi biến thành công cơ học làm quay cánh công tác gắn trên trục. Cứ một bánh tĩnh (trên đó gắn các ống phun) với một bánh động (là rô to trên đó gắn các cánh công tác) gọi là một tầng của tua bin (vậy 1 tầng Tua-bin = 1 bánh cánh tĩnh + 1 bánh cánh động). Tua bin có thể có nhiều tầng. II. Tác dụng của dòng hơi 1. Nguyên lý tác dụng của dòng hơi

Hình 3-2: Nguyên lý tác dụng của dòng hơi * Cho một dòng hơi có động năng lớn thổi vào một bản phẳng. Dòng hơi tác dụng lên bản phẳng có 3 dạng: - Tác động đẩy vật dịch chuyển theo phương chiều tác dụng của dòng hơi. - Tác động bắn hạt hơi bật trở lại theo mọi phương. - Tác động va đập gây ma sát sinh nhiệt. Trong 3 dạng đó, tác dụng đẩy vật dịch chuyển là tác dụng có ích của dòng hơi biến động năng của dòng hơi thành công cơ học. Tác dụng có ích của dòng hơi tăng lên nếu hai dạng tổn thất năng lượng kia giảm đi. * Nếu ta thay đổi hình dáng bản phẳng thành mặt cong hợp lý, và đặt vị trí thổi của dòng hơi thích hợp ta sẽ giảm được hai dạng tổn thất và tác dụng có ích của dòng hơi tăng lên. Điều này giải thích tại sao các cánh công tác của tua bin có dạng cong thích hợp. 46

3-2. Đặc điểm và phân loại tua bin tàu thuỷ I. Đặc điểm của tua bin tàu thuỷ so với các loại động lực tàu thuỷ 1. Ưu điểm: Động cơ tua bin tàu thuỷ có một loạt ưu điểm mà các động lực khác không có được. - Tua bin có quá trình sinh công liên tục là quá trình sinh công có lợi nhất cho các động cơ nhiệt. Có thể sử dụng thông số hơi rất cao, tốc độ cao. Mặt khác do có quá trình sinh công liên tục nên tải trọng cơ nhiệt được giữ ở chế độ ổn định không thay đổi. - Tua bin có tính kinh tế cao, các chất công tác có khả năng giãn nở lớn và giãn nở hơi được tận dụng triệt để (thế năng ban đầu được sử dụng triệt để). Tua bin hiện đại có thông số hơi ban đầu: po = 20  100 atm. to = 600  650 0C. Giãn nở đến áp suất thải 0,05  0,03 atm - Các chi tiết của tua bin chỉ có chuyển động quay tròn đều, không có các chuyển động tịnh tiến song phẳng do vậy động cơ làm việc êm, chi phí cho ma sát rất hạn chế, giảm tổn thất cơ giới. - Tua bin có phạm vi mở rộng công suất rất lớn (có thể từ vài chục đến vài vạn mã lực). - Trọng lượng nhẹ thể tích nhỏ đặc biệt phù hợp với tầu cần tốc độ cao. - Điều khiển, sử dụng dễ dàng, làm việc tin cậy, độ sẵn sàng cao. Chi phí sửa chữa phục vụ ít. - Có nhiều khả năng để hiện đại hoá. 2. Nhược điểm. - Vòng quay của tua bin quá lớn so với vòng quay thích hợp của chân vịt do vậy phải bố trí truyền động giảm tốc. - Không có khả năng đảo chiều trực tiếp (tự đảo chiều). - Hiệu suất chung còn thấp hơn so với động cơ diesel, các động cơ diesel hiện đại: 36 42%. Hệ thống tua bin tàu thuỷ: 22  26% - Tính cơ động không cao bằng động cơ Diesel. II. Phân loại tua bin tàu thủy 1. Phân loại theo chức năng 47

- Tua bin chính: Để quay trục chân vịt bao gồm hành trình tiến và tua bin lùi. - Tua bin phụ: Để lai các máy phụ như máy phát điện, bơm các loại ... 2. Phân loại theo nguyên lý làm việc - Tua bin xung kích: Loại nhiều cấp tốc độ nhiều cấp áp lực (dùng ở vùng cao áp). - Tua bin phản kích: Loại nhiều cấp áp lực (dùng ở vùng thấp áp, trung áp). - Tua bin hỗn hợp xung kích - phản kích. 3. Phân loại theo thông số hơi - Tua bin cao áp: P0 >35 kG/cm2 to > 4000C - Tua bin trung áp: 6 < P0 < 35 kG/cm2 to < 4000C - Tua bin thấp áp: P0 < 6 kG/cm2 4. Phân loại theo áp suất bầu ngưng - Bầu ngưng áp suất dư. - Bầu ngưng áp suất chân không. 5. Phân loại theo cấu tạo - Tua bin nhiều thân: Thông thường loại 2 thân. - Tua bin một thân: Có buồng điều áp trung gian. 6. Phân loại theo ngưng tụ và đối áp - Tua bin ngưng tụ: Hơi nước được giãn nở từ Po đến P thải: 0,06  0,04 kG/cm2 được làm ngưng tụ thành nước tuần hoàn trở lại nồi hơi. - Tua bin đối áp: Hơi thải có áp suất lớn hơn áp suất khí quyển 1,5 -3 kG/cm 2 không đưa vào bầu ngưng tụ mà đưa vào các thiết bị tận dụng nhiệt (hâm nước, sinh hoạt) rồi thải ra ngoài. 7. Phân loại theo kiểu giãn nở hơi - Tua bin hướng trục: (phổ biến) - Tua bin hướng tâm. 8. Phân loại theo sự truyền động trung gian - Truyền động trực tiếp: Dùng để lai máy phát điện, máy phụ. 48

- Truyền động cơ giới: Thường là bánh răng hai cấp. - Truyền động điện. - Truyền động thuỷ lực. 3-3 Một số loại tua bin chủ yếu của tàu thuỷ 3.3.1 Tua bin xung kích I. Tua bin xung kích 1 tầng 1. Sơ đồ kết cấu. 1. Trục tua bin. 2. Rô to. 3. Cánh động.

4. ống phun. 5. Vỏ tua bin. 6. ống thoát hơi.

Hình 3-5: Tua bin xung kích một tầng một dãy cánh Phía trên hình biểu diễn các đường biến thiên áp suất và tốc độ dòng hơi khi qua tầng tua bin. Trên chu vi của rôto (đĩa) 2 có gắn các cánh động 3. Rôto được lắp với trục 1 bằng then. Hơi vào tua bin qua ống phun 4 gắn trên vỏ 5 của tua bin. Hơi sau khi làm việc thoát ra ngoài theo ống thoát 6. 2. Nguyên lý hoạt động Xét một tầng tua bin vẽ trong một cặp ống phun - cánh công tác. Trong tầng xung kích hơi chỉ giãn nở trong ống phun, còn trong các rãnh cánh hơi không giãn nở do có hình rãnh cánh được làm đối xứng. 49

Khe hở mép vào rãnh cánh bằng khe hở mép ra khỏi rãnh cánh Ở cửa vào của ốnh phun hơi có áp suất là po, tốc độ chảy là co. Trong ống phun nó giãn nở áp suất giảm đến p1, còn tốc độ chảy tăng đến c1. Khi vào rãnh cánh dòng hơi biến đổi động năng thành cơ năng làm quay rô to, quá trình này có áp suất không đổi p2 = p1 Tốc độ của dòng hơi khi vào rãnh cánh có tốc độ là c1, khi ra khỏi rãnh cánh có tốc độ c2. 3. Nhược điểm: Công suất hạn chế, hiệu suất thấp. 4. Ư u điểm: Đơn giản, kích thước gọn, làm việc chắc chắn, giá thành rẻ nên nó thường dùng để lai các máy móc phụ như bơm, quạt .... II. Tua bin xung kích nhiều cấp tốc độ. (2 dãy cánh công tác hoặc có 3 dãy cánh) Ở tua bin một tầng, hơi từ ống phun thổi vào cánh động biến đổi thành cơ năng trong một vành không triệt để vì khi ra khỏi tầng dòng hơi mang động năng ứng với tốc độ c2 còn lớn. Do đó tổn thất hơi thải tăng nên làm hiệu suất của tầng giảm đi. Để khắc phục điều này, Kertic đó thiết kế vành cánh sau đảm nhận biến đổi phần động năng không dùng hết ở vành cánh trước. Nó sinh công lần thứ hai mà không có sự giãn nở trung gian. Để hướng dòng hơi vào vành cánh kế tiếp, người ta lắp một vành cánh dẫn hướng (cố định) giữa hai vành cánh công tác gọi là cánh hướng. 1. Kết cấu 1. Trục tua bin 2. Rô to 3. Cánh động

4. ống phun 5. Vành cánh hướng 6. Vỏ tua bin

50

Hình 3-6: Tua bin xung kích hai tầng một dãy cánh 2. Nguyên lý hoạt động Hơi với áp suất po và tốc độ co vào ống phun (4). Ở đây nó giãn nở đến p1 = p2 (p2 là áp suất sau dãy cánh công tác) và tốc độ tăng đến c1, với tốc độ c1 hơi đi vào dãy cánh thứ nhất (3) gắn trên rôto (2) lắp cứng với trục (1). Ở đây hơi truyền một phần động năng để sinh công trên dãy cánh thứ nhất và đi ra với tốc c2 . Sau đó vào dãy cánh hướng (5) gắn cố định với thân (6) của tua bin. Khi qua cánh hướng (5) dòng hơi đổi chiều chuyển động mà không biến đổi năng lượng. Tuy nhiên, do có mất mát năng lượng nên khi ra khỏi (5), tốc độ c,1 < c2 . Ra khỏi cánh hướng, hơi đi vào dãy cánh động thứ hai gắn trên đĩa (2). Ở đây dòng hơi giảm tốc độ từ c,1 đến c,2 để truyền động năng cho dãy cánh thứ 2 và sinh công. Nếu tốc độ c,2 còn lớn thì có thể gắn thêm một dãy cánh công tác thứ ba nữa, và tất nhiên trước đó phải có 1 vành cánh hướng thứ 2 nữa. 3. Ưu điểm: Loại tua bin này đơn giản, gọn nhẹ, làm việc bảo đảm, vận hành dễ. 4. Khuyết điểm: Hiệu suất thấp, loại này cũng dễ dùng để lai các máy phụ: bơm, quạt, máy nén…

51

3.3.2. Tua bin phản kích I. Tua bin phản kích một tầng Trong tầng phản kích còn giãn nở trên cả các rãnh cánh tạo ra tác dụng phản lực trên rãnh cánh. Do đó các cánh công tác có dạng đặc biệt, thường thì có hình dáng gần như ống phun (khe hở mép ra bé hơn mép vào). Khi chảy qua ống phun dòng hơi giãn nở lần thứ nhất áp suất giảm từ po đến p1 tốc độ tăng từ co đến c1. Do cấu tạo của rãnh cánh giống ống phun nên khi dòng chảy vào cánh sẽ có sự giãn nở lần thứ hai làm áp suất giảm tiếp từ p1 đến p2 động năng tăng thêm. Sau khi ra khỏi rãnh cánh động năng còn lại ứng với tốc độ c2 rất nhỏ.

Hình 3- 4: Nguyên lý tác dụng xung kích của dòng hơi Sự giãn nở của dòng hơi trong các rãnh cánh gây ra gia tốc của dòng trong đó, gia tốc này tạo nên phản lực tác dụng vào cánh. Chú ý: Ở tua bin thực tế, các tầng xung kích và phản kích không hoàn toàn giống như vậy, ở các tầng xung kích trên các rãnh cánh có hình dáng hoàn toàn không đối xứng. Dòng hơi đi qua đó có giãn nở thêm gây ra tác dụng phản kích ít nhiều trong tầng. Nói chung không cấu tạo tầng xung kích hoàn toàn mà tầng xung kích thực tế có độ phản kích từ 5 ~15%. Ở các tầng phản kích, mức độ giãn nở trên cánh rất lớn, từ 40 - 60% thường là 50% tức là mức giãn nở trên cánh bằng mức giãn nở trong ống phun. Do vậy thay vào vị trí ống phun bằng các cánh cùng loại gọi là cánh hướng cố định.

52

1. Kết cấu

Hình 3-6: Tua bin phản kích nhiều tầng Tua bin kiểu phản kích chỉ chế tạo nhiều tầng. Sự kết hợp các tầng trong tua bin này tương tự sự kết hợp các tầng trong tua bin xung kích nhiều cấp áp lực. Trên các tầng phản kích không cấu tạo các cụm ống phun mà lắp vào các vị trí đó các vành cánh được cố định trên thân tua bin gọi là cánh hướng. 1. Rô to hình trống 2. Cánh động 3. Cánh hướng 4. Vỏ tua bin 5. ống nối cân bằng

6. Khoang hơi thải 7. Bộ làm kín 8. Đường hơi vào 9. Piston cân bằng 10. Lỗ cân bằng

Hình 3-7: Sơ đồ tua bin phản kích nhiều tầng 2. Nguyên lý làm việc Do liên hợp nhiều tầng nên làm tăng lực dọc trục tác dụng lên rôto gây chuyển động dọc trục theo chiều tác dụng của dòng hơi, để giảm bớt tác dụng của lực này các bánh động và trục được làm thành khối hình tang trống. Để cân bằng lực dọc 53

trục, ở đầu rôto có cấu tạo piston cân bằng 9. Không gian giữa piston và thân máy được thông với khoang hơi thải 6 bằng các lỗ cân bằng 10 khoét trên thành tang trống của rôto đồng thời nhờ ống nối cân bằng 5 mà áp suất ở khoang vào và ra cân bằng nhau. Trên đầu piston 8 làm một vòng gờ lồi lên phía trên. Hơi được dẫn vào tua bin nén lên piston một lực ứng với áp suất po làm rôto cũng bị đẩy trái ngược với chiều lưu động của dòng hơi làm rôto cũng bị đẩy sang trái nên cân bằng với lực dọc trục. Bộ làm kín 7 chống rò lọt hơi . Dòng hơi ban đầu có áp suất po khi qua mỗi tầng cánh động và cánh hướng áp suất lại giảm dần, khi ra khỏi tua bin thì áp suất là pn. Dòng hơi ban đầu có tốc độ co khi qua mỗi tầng cánh động tốc độ giảm, khi vào cánh hướng thì tốc độ lại tăng lên khi ra khỏi tua bin cùng tốc độ cn. 3.3.3. Tua bin hỗn hợp Thực tế trên tầu thủy cũng sử dụng các loại tua bin hỗn hợp sau. 1. ống góp hơi

5. Đường hơi thải

2. Bộ làm kín

6. Trục rô to

3. Cánh tĩnh

7. Bệ đỡ

4. Cánh động

1

2

3

4

5

6

7

Hình 3-8: Tua bin hỗn hợp phản kích nhiều tầng 1. Kiểu xung kích hỗn hợp nhiều cấp tốc độ với nhiều cấp áp lực 2. Kiểu hỗn hợp xung kích và phản kích

54

3- 4. Các hệ thống phục vụ tua bin tàu thuỷ I. Hệ thống an toàn và bảo vệ tua bin chính Dùng để đảm bảo tính an toàn công tác cho tổ hợp tua bin - bánh răng của hệ động lực tua bin Các thông số sau đây cần được kiểm soát, bảo vệ: 1. Sự giảm áp suất dầu bôi trơn ≤ 0,75 kG/cm2 (bảo vệ áp suất dầu nhờn thấp) 2. Sự giảm độ chân không trong bầu ngưng đến 550 mmHg 3. Sự tăng độ dịch dọc trục của tua bin ≥ 1,00 mm 4. Sự tăng vòng quay rôto quá định mức 10 ~14% (bảo vệ vượt tốc) II. Hệ thống dầu nhờn bôi trơn tua bin. Có 2 loại hệ thống dầu nhờn: 1. Hệ thống tuần hoàn dầu bôi trơn do các bơm dầu. 2. Hệ thống tuần hoàn dầu bôi trơn do các bơm dầu và các cột áp. III. Hệ thống bao và hút hơi (HT làm kín) Có nhiệm vụ làm kín bằng cách dựng một nguồn hơi có thông số thấp cấp tới bộ làm kín để bao bộ làm kín. IV. Hệ thống sấy nóng tua bin. Dùng để sấy nóng đồng đều tua bin trước khi khởi động để tránh sự chênh lệch nhiệt độ quá lớn làm cong vành ro to. V. Hệ thống xả nước đọng của TB. Dùng để xả phần hơi ngưng tụ trong thân tua bin khi sấy tua bin cũng như ở một số chế độ công tác. VI. Hệ thống điều chỉnh công suất tua bin. Dùng để tăng giảm công suất dẫn đến tăng giảm vận tốc quay tua bin do vậy tăng giảm vận tốc tàu. 3-5. Khai thác vận hành tua bin hơi Việc khai thác và bảo dưỡng phải theo đúng các quy tắc kỹ thuật, theo tài liệu hướng dẫn cụ thể. Khai thác hệ động lực tua bin có thể chia thành các giai đoạn chính sau: - Chuẩn bị cho các tua bin vào hoạt động. - Vận hành tua bin khi tàu chạy. - Dừng tua bin và làm khô tua bin. 1. Chuẩn bị chung cho hệ động lực TB Gồm chuẩn bị buồng nồi hơi, đường ống dẫn hơi sấy và các hệ thống phục vụ… - Chuẩn bị các thiết bị chỉ báo, độ giãn nở dọc trục và hướng kính của rôto, các áp kế, nhiệt kế, các trị số về khe hở. - Nới lỏng rồi đóng lại ngay các van trên đường ống hơi chính tới TB. - Kiểm tra rồi đưa hệ thống dầu bôi trơn vào công tác. 55

- Via trục cho cả 2 hành trình tiến và lùi. - Chuẩn bị thiết bị ngưng hơi. - Kiểm tra các van ma nơ - van đóng nhanh (vẫn ở trạng thái đóng chặt) van ống phun. - Chuẩn bị hệ thống đường ống dẫn hơi và hệ thống điều khiển. - Sấy nóng đường ống dẫn hơi. - Sấy nóng đều đặn tua bin trước khi khởi động. 2. Khởi động tua bin Sau giai đoạn chuẩn bị, kiểm tra, sấy nóng tua bin thì tiến hành khởi động tua bin. - Việc khởi động được tiến hành bằng cách mở từ từ van manơ, dần dần tăng vòng quay đến giá trị cần thiết. Khi tăng số vòng quay cần theo dõi: - Tiếng ồn công tác của tua bin và hộp số. - Độ rung động. - Áp suất dầu trong hệ thống bôi trơn. - Nhiệt độ các ổ đỡ. - Nhiệt độ hơi vào bầu ngưng. - Độ dãn nở về nhiệt của rô to và thân tua bin. - Nếu khi khởi động có rung động phải giảm vòng quay. 3. Vận hành tổ hợp tua bin khi tàu chạy Khi tàu chạy việc vận hành phải đảm bảo được hành trình đặt ra của con tàu và tính ma nơ của nó, đảm bảo công suất yêu cầu ở suất tiêu hao nhỏ nhất. Cần biết được số ống phun đang mở ra và các thông số hơi trước ống phun. - Phải đảm bảo nhiệt độ và áp suất hơi không quá sai lệch p< 5%, t<10 -150C. - Khi nhiệt độ giảm phải thao tác mở các van xả nước của ống hơi chính, thân tua bin, giảm vòng quay của tua bin. - Khi xuất hiện sôi trào từ nồi hơi phải xả nước và giảm vòng quay của tua bin. - Kiểm tra sự làm việc bình thường của bầu ngưng, chất lượng nước ngưng, hàm lượng khí trong nước, độ chân không trong bầu ngưng. - Theo dõi độ rung - tiếng ồn khác lạ phải khắc phục ngay. 4. Vận hành tổ hợp tua bin khi ma nơ . - Lệch ma nơ phải có trước 30 phút trước khi bắt đầu vận hành tua bin. - Các hệ thống trích hơi ngừng hoạt động. - Hệ thống xả nước đọng sẵn sàng hoạt động. - Chuẩn bị kiểm tra hệ thống bôi trơn và các vị trí cần bôi trơn. - Có thể tiến hành hãm tua bin khi đảo chiều. - Mọi thao tác chuyển chế độ phải tiến hành từ từ đúng quy tắc. 5. Dừng tổ hợp tua bin - Sau khi nhận lệnh dừng tua bin tiến hành giảm dần công suất và vòng quay của tua bin theo đúng hướng dẫn của nhà chế tạo. 56

- Sau khi ngừng cấp hơi và vòng quay tua bin giảm 50% thì tiến hành giảm độ chân không trong bầu ngưng. Khi rôto ngừng quay thì via rôto bằng máy via để tua bin nguội từ từ tránh bị cong trục, làm khô rôto tua bin, kiểm tra lại ổ đỡ, ổ chặn, mở hơi xả. * Lập đường cong đà quay khi bắt đầu ngừng cấp hơi. Tua bin tiếp tục quay theo quán tính từ lúc ngừng cấp hơi cho tới lúc rôto ngừng hẳn gọi là đà quay. Đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa vòng quay và thời gian kể từ lúc ngừng cấp hơi gọi là đồ thị đường cong đà quay. Khi lập đồ thị đường cong đà quay ta so sánh với các lần trước để biết được tình trạng kỹ thuật của tua bin.

Đường 1: Tua bin có tổn thất quạt gió cao Đường 2: Tua bin có tổn thất cơ giới cao

Hình 3-9: Đồ thị đường cong đà quay

57

CHƯƠNG 4: Động cơ Diesel 4-1. Những khái niệm cơ bản I. Giới thiệu chung về động cơ đốt trong 1. Định nghĩa động cơ đốt trong và động cơ diesel tàu thuỷ Động cơ nhiệt bao gồm động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Động cơ đốt ngoài: Là loại động cơ nhiệt có quá trình đốt cháy nhiên liệu được tiến hành ở bên ngoài động cơ. (Ví dụ: Máy hơi nước kiểu piston, tua bin hơi nước ...) Động cơ đốt trong: Là loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toả nhiệt và quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác (hỗn hợp khí đốt do việc cháy nhiên liệu), sang cơ năng được tiến hành ngay trong bản thân động cơ. (VD: động cơ diesel, động cơ cacbua ratơ, động cơ ga ...) Động cơ Diesel là một loại động cơ đốt trong kiểu piston dùng nhiên liệu lỏng dầu, mà trong đó nhiên liệu được đưa vào xilanh cuối quá trình nén, tự bắt lửa trong không khí có nhiệt độ và áp suất cao do bị nén trong xilanh. Động cơ Diesel còn gọi là động cơ tự cháy. 2. Những bộ phận chính của động cơ đốt trong kiểu piston:

V 58

Hình 4-1: Sơ đồ kết cấu các chi tiết của động cơ Diesel Động cơ đốt trong kiểu piston có các bộ phận cơ bản bao gồm nhóm các chi tiết tĩnh, nhóm các chi tiết động và các hệ thống phục vụ. Các chi tiết tĩnh gồm: Bệ máy (1), thân máy (3), khối xilanh(6), nắp xilanh (7). Các chi tiết động gồm: Piston (5), thanh truyền (4), trục khuỷu (2), xupáp (8). Các hệ thống phục vụ gồm: - Hệ thống phân phối khí. - Hệ thống cung cấp nhiên liệu. - Hệ thống làm mát. - Hệ thống bôi trơn. - Hệ thống khởi động và đảo chiều. - Hệ thống tăng áp (với loại động cơ có tăng áp). Nguyên lý làm việc như sau: Khi nhiên liệu cháy trong xilanh động cơ (tự cháy do nén đến áp suất và nhiệt độ tự bốc cháy của nó, hoặc bị đốt cháy cưỡng bức nhờ nguồn lửa bên ngoài), sản vật cháy có áp suất và nhiệt độ cao tiến hành quá trình giãn nở, tác dụng lực lên đỉnh piston đẩy piston chuyển động tịnh tiến đi xuống. Nhờ có cơ cấu thanh truyền trục khuỷu, chuyển động tịnh tiến của piston được chuyển thành chuyển động quay của trục khuỷu thông qua thanh truyền chuyển động song phẳng. Mặt bích 9 được nối với mặt bích của thiết bị tiêu thụ công suất như chân vịt, máy phát điện ... Để đảm bảo nạp khí mới kịp thời vào xilanh, cũng như để thải đúng lúc khí thải ra khỏi xilanh động cơ, trên động cơ được bố trí hệ thống phân phối khí. Muốn cung cấp nhiên liệu mới vào xilanh, động cơ được trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu.

59

Sự chênh lệch giữa nhiệt độ cực đại khi cháy và nhiệt độ thấp nhất cuối quá trình giãn nở (900 1500oK) bảo đảm cho chu trình công tác của động cơ thu được hiệu suất cao. Tuy nhiệt độ cháy cao, nhưng quá trình cháy trong động cơ có tính chu kì và các chi tiết tiếp xúc với khí cháy luôn được làm mát nhờ hệ thống làm mát, các bề mặt chuyển động tương đối giữa các chi tiết luôn được bôi trơn nhờ hệ thống bôi trơn nên đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định, bền vững và có độ tin cậy cao. 3. Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong a. Ư u điểm chủ yếu của động cơ đốt trong so với các loại động cơ nhiệt khác là: - Hiệu suất có ích cao: Đối với động cơ diesel hiện đại hiệu suất có ích có thể đạt 40  45% trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua bin hơi chỉ 22  28%, của thiết bị máy hơi nước không quá 16%, của thiết bị tua bin khí khoảng 30%. - Nếu hai động cơ đốt trong và đốt ngoài cùng công suất thì động cơ đốt trong gọn và nhẹ hơn nhiều (vì không cần các thiết bị phụ khác như động cơ đốt ngoài: nồi hơi, buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi ...). - Tính cơ động cao: Khởi động nhanh và luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng khởi động. Có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải. - Dễ tự động hoá và điều khiển từ xa. - Ít gây nguy hiểm khi vận hành (ít có khả năng gây hoả hoạn và nổ vỡ thiết bị). - Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm việc. - Không tốn nhiên liệu khi dừng động cơ. - Không cần nhiều người vận hành bảo dưỡng. b. Nhược điểm: - Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% về công suất, 3% về vòng quay trong thời gian một giờ). - Không ổn định khi làm việc ở tốc độ thấp. - Rất khó khởi động khi đã có tải. 60

- Công suất lớn nhất của thiết bị không cao lắm (công suất của động cơ đốt trong không vượt quá 40  45 ngàn mã lực hoặc 30  37 ngàn KW). - Yêu cầu nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tương đối khắt khe và đắt tiền. - Cấu tạo của động cơ đốt trong tương đối phức tạp, yêu cầu chính xác cao. - Động cơ làm việc khá ồn, nhất là động cơ cao tốc. - Yêu cầu thợ máy phải có trình độ kỹ thuật cao. II. Những khái niệm và định nghĩa cơ bản dùng cho động cơ đốt trong 1. Điểm chết của piston Khi động cơ hoạt động, piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh. Vị trí piston đổi chiều chuyển động gọi là điểm chết của piston. - Điểm chết trên (viết tắt là ĐCT) là vị trí đỉnh piston khi piston cách xa đường tâm trục khuỷu nhất. - Điểm chết dưới (viết tắt là ĐCD) là vị trí đỉnh piston khi piston gần đường tâm trục khuỷu nhất. 2. Hành trình của piston Là khoảng cách giữa điểm chết trên và điểm chết dưới. Hành trình của Piston S phụ thuộc vào bán kính của trục khuỷu: S = 2R (bằng đường kính vòng tròn do tâm cổ biên vạch ra khi quay quanh đường tâm trục khuỷu). 3. Thể tích công tác của xilanh Thể tích công tác VS là thể tích bên trong xilanh có được do piston chuyển động giữa hai điểm chết trên và chết dưới. Đối với động cơ chỉ một xilanh: Vs  Trong đó:

D 2 4

S

(mm3)

D:

Đường kính xilanh (mm)

S:

Hành trình của piston (mm)

61

Đường kính xilanh D và hành trình piston S được coi là những kích thước chính, kích thước cơ bản của động cơ (vì qua đó xác định được thể tích làm việc của xilanh). 4. Thể tích buồng đốt Thể tích buồng đốt VC (còn gọi là thể tích nén) là thể tích được tạo ra bởi không gian giữa nắp xilanh , đỉnh piston và sơmi xilanh khi piston ở điểm chết trên. 5. Thể tích toàn bộ của xilanh Thể tích toàn bộ Va (còn gọi là thể tích nén) là thể tích được tạo ra bởi không gian giữa nắp xilanh, đỉnh piston và sơmi xilanh khi piston ở điểm chết dưới. Va Bao gồm thể tích buồng đốt và thể tích công tác. Va = Vma x = Vc + Vs 6. Tỷ số nén của động cơ Là tỷ số giữa thể tích toàn bộ của xilanh và thể tích của buồng đốt. 

Va Vc  Vs V  1 s Vc Vc Vc

Tỷ số nén thể hiện khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT thì không khí trong xilanh bị nén lại bao nhiêu lần, tỷ số nén bằng 15  22. Tỷ số nén có một ý nghĩa rất quan trọng đối với quá trình làm việc của động cơ. Nó ảnh hưởng rất nhiều đến những thông số khác của động cơ, đặc biệt là vấn đề lợi dụng có hiệu quả nhiệt lượng do nhiên liệu toả ra trong buồng đốt. 7. Quá trình công tác Quá trình công tác của động cơ là hỗn hợp những biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác trong xilanh động cơ, cũng như trong hệ thống gắn liền với xilanh như hệ thống nạp và hệ thống thải. Trong động cơ sự biến đổi từ hoá năng của nhiên liệu sang công cơ học được thực hiện nhờ môi chất công tác (dưới dạng khí), môi chất này luôn luôn biến đổi về chất cũng như về lượng như thay đổi về nhiệt độ, về áp suất, về trọng lượng, về 62

thành phần hoá học. Quá trình công tác gồm nhiều bộ phận riêng rẽ kế tiếp nhau theo một trật tự nhất định và được lặp đi lặp lại có tính chu kỳ. 8. Chu trình công tác Chu trình công tác của động cơ là tổng cộng tất cả những phần của các quá trình biến đổi xảy ra trong xilanh động cơ làm thay đổi trạng thái của môi chất công tác, tính từ lúc môi chất được bắt đầu nạp vào cho tới lúc ra khỏi xilanh. Chu trình công tác lặp đi lặp lại trong suốt thời gian động cơ hoạt động, nó có tính chất chu kì. 9. Kỳ Kỳ là một phần của chu trình công tác xẩy ra trong thời gian một hành trình của piston. Được đánh dấu bằng 2 vị trí ĐCT và ĐCD của piston. (nếu động cơ chỉ có một xilanh). Số kỳ là số hành trình cần thiết của piston đề hoàn thành một chu trình công tác. Ví dụ: Nếu động cơ phải cần bốn hành trình của piston để hoàn thành một chu trình công tác thì gọi là động cơ 4 kỳ, nếu chỉ cần hai hành trình của piston thì gọi là động cơ 2 kỳ.

63

4-2. Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong Động cơ đốt trong làm việc dựa trên quá trình biến đổi nhiệt thành công. Đối với động cơ diesel: Nhiên liệu được phun vào xilanh cùng với không khí tạo thành hỗn hợp tự bốc cháy ở cuối quá trình nén, áp suất cao của khí cháy làm piston chuyển động sinh công. Quá trình giãn nở trong xilanh động cơ là quá trình biến đổi nhiệt thành công. 1. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích (động cơ xăng)

Hình 4-2. Chu trình cấp nhiệt đẳng tích Sự cung cấp nhiệt Q1 ở V = const tương đương với quá trình cháy nhanh của xăng khi bật tia lửa điện trong buồng đốt động cơ. 2. Chu trình cấp nhiệt đẳng áp

64

Hình 4-3. Chu trình cấp nhiệt đẳng áp Quá trình cháy xảy ra từ khi piston rời khỏi điểm chết trên, áp suất trong xilanh hầu như không thay đổi trong quá trình của cháy nhiên liệu. 3. Chu trình cấp nhiệt hỗn hợp

Trong động cơ diesel hiện đại một phần nhiên liệu cháy khi thể tích không đổi và một phần nhiên liệu cháy khi áp suất không đổi ở đầu quá trình giãn nở. 4-3. Phân loại động cơ đốt trong Động cơ đốt trong có thể phân theo các đặc trưng cơ bản sau đây: 1. Theo cách thực hiện chu trình công tác. * Động cơ 4 kỳ: Là động cơ trong đó chu trình công tác được hoàn thành trong 4 thời gian hành trình của piston, hoặc là hai vòng quay của trục khuỷu. * Động cơ 2 kỳ: Là động cơ trong đó chu trình công tác được hoàn thành trong hai thời gian hành trình của piston, hoặc là một vòng quay trục khuỷu. 2. Theo nhiên liệu dùng cho động cơ: * Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng loại nhẹ (xăng, cồn, benzen, dầu hoả ...) và chạy bằng nhiên liệu lỏng loại nặng (dầu mazút, dầu diesel).

65

* Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí nén, khí thể lỏng, khí lò ga). * Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí lỏng (trong đó nhiên liệu chính là khí, nhiên liệu làm mồi là lỏng) - Động cơ gazo diesel. * Động cơ chạy bằng nhiều loại nhiên liệu: tức là động cơ có thể chạy bằng nhiều loại nhiên liệu lỏng khác nhau từ nhẹ đến nặng. 3. Theo phương pháp hình thành khí hỗn hợp * Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên ngoài: Là loại động cơ mà hỗn hợp cháy của nó (gồm hơi của nhiên liệu lỏng nhẹ với không khí, hoặc khí ga với không khí) được hình thành bên ngoài xilanh động cơ. Ví dụ: Động cơ xăng và động cơ ga đốt cháy bằng tia lửa điện, động cơ phun xăng ở thời kỳ nạp. * Động cơ hình thành khí hỗn hợp bên trong: Là động cơ trong đó không khí và nhiên liệu được đưa riêng vào xilanh, còn khí hỗn hợp công tác (hỗn hợp giữa không khí mới và nhiên liệu và một ít sản phẩm cháy của chu trình trước còn sót lại) được hình thành ở bên trong xi lanh động cơ do phun nhiên liệu dưới dạng sương mù vào trong xilanh ở áp suất cao. Bao gồm: Động cơ diesel, động cơ phun nhiên liệu trực tiếp vào xilanh, động cơ có cầu giữ nhiệt. Động cơ diesel lại được chia ra mấy loại sau đây: - Động cơ có một buồng cháy (hay là động cơ buồng cháy thống nhất) là loại động cơ trong đó thể tích buồng cháy là một thể thống nhất, và quá trình tạo thành khí hỗn hợp, cũng như quá trình cháy của nhiên liệu đều được tiến hành trong đó. - Động cơ có buồng cháy dự bị: Thể tích buồng cháy được chia làm hai phần gồm buồng cháy chính và buồng cháy dự bị. Quá trình hình thành khí hỗn hợp ở buồng cháy chính là nhờ có sự chênh lệch áp suất giữa buồng cháy chính và buồng cháy dự bị do có một bộ phận nhiên liệu được cháy trước trong buồng cháy dự bị.

66

- Động cơ có buồng cháy xoáy lốc: Thể tích buồng cháy cũng được chia làm hai phần gồm buồng cháy chính và buồng cháy xoáy lốc. Quá trình hình thành khí hỗn hợp trong động cơ là do tạo ra được những dòng không khí xoáy trong buồng xoáy lốc, nơi phun nhiên liệu vào. Đồng thời quá trình hình thành khí hỗn hợp và quá trình cháy của nhiên liệu về cơ bản xẩy ra ở ngay trong buồng cháy xoáy lốc đó. 4. Theo phương pháp đốt cháy khí hỗn hợp công tác * Động cơ đốt cháy cưỡng bức: Động cơ trong đó khí hỗn hợp công tác được đốt cháy bằng một nguồn lửa bên ngoài (tia lửa điện) tại một thời điểm nhất định. Gồm : Động cơ xăng, động cơ ga. * Động cơ có cầu giữ nhiệt (Động cơ sơmi Diesel): Động cơ trong đó khí hỗn hợp công tác được đốt nóng cháy nhờ sức nóng của vách buồng cháy hoặc một vật mồi lửa đặc biệt. * Động cơ tự cháy: Động cơ trong đó nhiên liệu được đưa vào xilanh ở cuối quá trình nén, tự bốc cháy trong không khí nóng - động cơ Diesel. Trong thực tế hiện nay chỉ áp dụng diesel làm động cơ tàu thuỷ. * Động cơ đốt cháy hỗn hợp: (động cơ gazo Diesel) trong đó nhiên liệu lỏng tự cháy làm mồi để đốt cháy cưỡng bức hỗn hợp khí (khí ga + không khí). 5. Theo dạng của chu trình công tác * Động cơ làm việc theo chu trình đẳng tích: Trong đó quá trình cháy của nhiên liệu tiến hành ở thể tích không đổi. Các động cơ này có tỷ số nén thấp ( = 612) và dùng phương pháp đốt cháy cưỡng bức (động cơ xăng và động cơ ga). * Động cơ làm việc theo chu trình đẳng áp: trong đó nhiên liệu cháy ở áp suất không đổi. Loại động cơ này có tỷ số nén cao ( =1214) dùng phương pháp phun nhiên liệu bằng không khí nén vào trong xilanh động cơ và tự bốc cháy (động cơ Diesel phun nhiên liệu bằng không khí nén, loại này hiện nay không dùng nữa). * Động cơ làm việc theo chu trình hỗn hợp: Trong đó nhiên liệu có một bộ phận cháy đẳng tích, một bộ phận cháy đẳng áp.Loại động cơ này có tỷ số nén rất cao 67

(12-19) dùng phương pháp phun nhiên liệu lỏng trực tiếp vào xilanh động cơ và tự bốc cháy (Động cơ diesel). 6. Dựa vào phương pháp nạp * Động cơ không tăng áp: Động cơ trong đó việc nạp không khí hoặc hỗn hợp cháy vào xilanh do sự chênh lệch áp suất trong xilanh và môi trường bên ngoài. * Động cơ tăng áp: Động cơ trong đó việc nạp không khí hoặc hỗn hợp cháy vào xilanh tiến hành ở áp suất cao hơn áp suất khí trời bên ngoài, do được nén trước bởi một máy nén, do đó có thể nâng cao được công suất động cơ nhờ việc tăng lượng khí nạp mới vào xilanh. 7. Theo tốc độ của động cơ Tốc độ của động cơ được xác định theo tốc độ trung bình của piston:

Cm 

S .n (m / s) 30

S Hành trình của piston (m) n Vòng quay của động cơ (v/phút) * Động cơ thấp tốc:

Cm<6,5(m/s)

* Động cơ trung tốc

6,5 Cm 8(m/s)

* Động cơ cao tốc:

Cm>8(m/s)

Theo số quay của trục khuỷu, người ta chia thành: - Động cơ có vòng quay nhỏ - Động cơ có vòng quay trung bình: - Động cơ có vòng quay cao: - Động cơ có vòng quay rất cao:

100  n < 250 (v/ph) 250 n <750 (v/ph) 750 n <1500 (v/ph) n 1500 (v/ph)

8. Theo khả năng thay đổi chiều quay trục khuỷu Quy ước nhìn từ phía bánh đà, đối với động cơ lai chân vịt tàu thuỷ nhìn từ phía đầu tự do. 68

* Động cơ chỉ quay một chiều nhất định. - Động cơ quay phải: Trục khuỷu quay cùng chiều kim đồng hồ. - Động cơ quay trái: Trục khuỷu quay ngược chiều kim đồng hồ. * Động cơ có thể đảo chiều quay: Trục khuỷu của động cơ có thể thay đổi được chiều quay nhờ cơ cấu thay đổi chiều đặc biệt. 9. Dựa theo phương thức tác dụng lên đỉnh piston * Động cơ tác dụng đơn: Trong đó chu trình công tác chỉ thực hiện ở không gian phía trên của đỉnh piston. * Động cơ tác dụng kép: Trong đó chu trình công tác được thực hiện ở cả không gian phía trên và không gian phía dưới của piston. 10. Theo cấu tạo của động cơ a) Theo số xilanh: * Động cơ 1 xilanh * Động cơ có nhiều xilanh b) Theo cách phân bố xilanh * Động cơ trong đó xilanh được bố trí thẳng đứng (đại đa số động cơ) * Động cơ trong đó xilanh được bố trí nằm ngang (ít gặp). * Động cơ phân bố xilanh theo một hàng dọc (một dãy) tức là loại động cơ mà các trục tâm của xilanh song song với nhau và cùng nằm trong một mặt phẳng. * Động cơ phân bố xilanh theo hai hàng dọc song song hoặc theo một góc nào đó (Động cơ hình chữ V) * Động cơ phân bố xilanh theo nhiều hàng với những góc độ khác nhau: Động cơ hình chữ X, H, hình sao. * Động cơ có piston nối đỉnh: Động cơ có một dãy với 2 trục khuỷu (trên và dưới) nối với nhau bằng một hệ truyền lực bánh răng. Động cơ hai dãy, động cơ hình chữ V, hoặc các động cơ với các xilanh phân bố theo hình tam giác có 3 trục khuỷu, theo tứ giác có 4 trục khuỷu, theo lục giác có 6 trục khuỷu. 69

c) Theo hệ truyền động (phương pháp nối thanh truyền với piston) * Động cơ piston liên kết trực tiếp với thanh truyền qua chốt piston. Trong trường hợp này phần trên của piston giữ vai trò dẫn hướng. * Động cơ trong đó piston liên kết với thanh truyền thông qua cán piston. Khi đó vai trò dẫn hướng là guốc trượt đặt song song với trục piston (đại bộ phận các động cơ thấp tốc với công suất xilanh trên 450 mã lực). 4-4. Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 4 kỳ I. Sơ đồ và nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết Động cơ diesel 4 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công tác phải dùng 4 hành trình piston tương ứng với hai vòng quay tức 720o góc quay trục khuỷu. Chu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ gồm 4 quá trình: nạp, nén, nổ (cháy giãn nở) sinh công, xả. 1) Quá trình nạp khí Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Xupáp hút mở, xupáp xả đóng. Thể tích trong xilanh (phía trên piston) tăng lên làm áp suất trong xilanh giảm xuống. Nhờ sự chênh lệch áp suất mà không khí từ bên ngoài được hút vào xilanh (thông qua bầu lọc khí, ống hút và miệng xilanh). Khi piston xuống đến điểm chết dưới thì xupáp hút đóng lại hoàn toàn kết thúc quá trình nạp khí. 2) Quá trình nén khí Các xupáp hút và xupáp xả đều đóng kín. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Không khí trong xilanh bị nén lại rất nhanh do thể tích của xilanh giảm dần (khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT thì thể tích trong xilanh chỉ bằng 1/15 - 1/22 thể tích ban đầu) nên áp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên rất cao. Cuối quá trình nén, áp suất khí nén có thể lên tới 40 – 50 kG/cm2 kèm theo việc tăng nhiệt độ không khí lên tới 5007000C, cao hơn nhiều so với nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu. Quá trình nén không khí được biểu thị trên đồ thức bằng đường ac. 70

Về mặt lý thuyết thì khi piston lên đến ĐCT, nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt dưới dạng sương mù kết thúc quá trình nén khí. Việc nạp không khí vào xilanh biểu diễn trên đồ thức chỉ thị bằng đường ba. Hành trình này của piston gọi là thì hút.

Hình 4-5. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ 3) Quá trình cháy giãn nở sinh công (kỳ nổ) Các xupáp vẫn đóng kín. Piston ở điểm chết trên, nhiên liệu phun vào buồng đốt gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Quá trình cháy khoảng 40% nhiên liệu gần như là quá trình đẳng tích và được biểu diễn bằng đường cz'. Số 60% nhiên liệu còn lại cháy ở trong điều kiện gần như là đẳng áp (đường z'z). Nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy tăng lên mãnh liệt (áp suất có thể lên tới 60 - 120 kG/cm2, nhiệt độ lên tới 1500 - 2000oC) khí cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống thông qua cơ cấu biên làm quay trục khuỷu. Quá trình cháy và giãn nở kết thúc được biểu thị bằng đường (z'ze) điểm e ứng với lúc piston ở ĐCD.

71

4.Quá trình thải khí (kỳ xả) Xupáp xả mở, xupáp hút đóng piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Khi piston ở ĐCD xupáp xả bắt đầu mở, khí thải trong xilanh tự xả ra ngoài, sau đó piston đi lên tiếp tục đẩy khí thải ra. Khi piston lên đến điểm chết trên thì xupáp xả đóng lại, xupáp hút lại mở ra, không khí lại được nạp vào xilanh để bắt đầu một chu trình mới. Quá trình thải khí được biểu diễn bằng đường eb trên đồ thức. Các chu trình hoạt động tiếp diễn liên tục khiến cho động cơ hoạt động liên tục. 5) Các nhận xét về chu trình lý thuyết: Trong 4 hành trình của piston chỉ có kỳ nổ sinh công, các quá trình còn lại điều tiêu tốn công và làm nhiệm vụ phục vụ cho quá trình sinh công. Sự quay trục động cơ trong thời gian của ba hành trình còn lại xảy ra nhờ dự trữ năng lượng mà bánh

72

đà đã tích luỹ được trong thời gian hành trình công tác của piston hoặc nhờ công của các xilanh khác. Để khởi động động cơ, đầu tiên cần nhờ năng lượng bên ngoài quay nó (bằng không khí nén hay là bằng động cơ điện), và chỉ sau khi nén không khí trong xilanh và cung cấp nhiên liệu có thể nhận được sự bốc cháy, sau đó động cơ mới bắt đầu tự hoạt động. Mỗi quá trình (hút, nén, nổ, xả) đều được thực hiện trong một hành trình của piston tương ứng bằng 180o góc quay của trục khuỷu. Các xupáp đều bắt đầu mở hoặc đóng kín đúng khi piston ở vị trí điểm chết do đó chưa tận dụng được tính lưu động của chất khí. Kết quả là nạp không đầy và thải không sạch khí, ảnh hưởng tới quá trình cháy của nhiên liệu nên hiệu suất động cơ giảm. Nếu nhiên liệu được phun vào buồng đốt đúng lúc piston ở ĐCT thì sẽ không tốt vì: Thực tế sau khi tự phun vào buồng đốt, nhiên liệu không lập tức bốc cháy ngay mà cần phải có một thời gian để chuẩn bị cháy (gồm thời gian để nhiên liệu hoà trộn với khí nén trong buồng đốt, thời gian nhiên liệu bốc hơi và hấp thụ nhiệt trong buồng đốt để nâng nhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ tự bốc cháy). Gọi là thời gian trì hoãn sự cháy i. Như vậy nếu nhiên liệu phun đúng khi piston ở ĐCT thì khi nhiên liệu chuẩn bị xong để bắt đầu cháy piston đã đi xuống một đoạn khá xa (làm thể tích trong xilanh tăng lên, áp suất và nhiệt độ hỗn hợp giảm) ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng cháy nhiên liệu. Do vậy công sinh ra của quá trình giãn nở sẽ giảm làm công suất động cơ giảm. Mặt khác để phun hết một lượng nhiên liệu vào buồng đốt cần phải có một thời gian nhất định, như vậy số nhiên liệu phun vào sau sẽ cháy không tốt, hoặc chưa kịp cháy đã bị thải ra ngoài. Vì thế hiệu suất động cơ giảm. II. Sự điều chỉnh cho động cơ diesel 4 kỳ làm việc theo chu trình thực tế

73

Qua phân tích nhược điểm của chu trình lý thuyết và qua khảo sát thực tế cho thấy: Thời điểm đóng mở các xupáp và thời điểm phun nhiên liệu có ảnh hưởng rất lớn đến công suất của động cơ. Vì vậy cần phải xác định các thời điểm đó như thế nào để đảm bảo có công suất và hiệu suất động cơ được lớn nhất. Nếu động cơ hoạt động theo chu trình lí thuyết sẽ không thoả mãn yêu cầu trên, thậm chí có thể động cơ không hoạt động được. Vì vậy phải điều chỉnh lại cách phân phối khí và thời điểm phun nhiên liệu. Các quá trình hoạt động thực tế của động cơ theo góc quay trục khuỷu có thể trình bày trên giản đồ tròn dạng xoắn ốc.

Hình 4-7. Đồ thị phân phối khí động cơ 4 kỳ 1) Ở quá trình nạp khí Xupáp hút mở trước khi piston đến điểm chết trên một góc 1. Góc 1 gọi là góc mở sớm xupáp hút (ứng với đoạn d1b trên đồ thức chỉ thị). Giá trị góc 1: 18 - 30o làm như vậy để khi piston tới điểm chết trên tức là lúc bắt đầu nạp thì xupáp hút đã được mở tương đối lớn do đó giảm sức cản, bảo đảm nạp được không khí nhiều hơn. 74

Đồng thời xupáp nạp cũng đóng muộn hơn so với điểm chết dưới một góc góc 2 (ứng đoạn ad2). Thường 2 = 18 - 450 gọi là góc đóng muộn xupáp nạp. Làm như vậy là để lợi dụng một cách có hiệu quả sự chênh lệch áp suất và quán tính của không khí lưu động trong ống nạp, để tăng thêm lượng khí nạp vào xilanh. Như vậy quá trình nạp thực tế của động cơ không phải bằng 180o mà bằng 180o + 1+ 2 góc quay trục khuỷu. Tức thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn thời gian của hành trình nạp . 2) Ở quá trình thải khí: Xupáp xả đã được mở sớm hơn trước khi piston đến điểm chết dưới một góc 3 = 35 - 45o gọi là góc mở sớm xupáp xả (ứng với đoạn e'e). Mở sớm xupáp xả để giảm áp suất trong xilanh ở giai đoạn thải khí do đó giảm được công tiêu hao piston đẩy khí thải ra ngoài, mặt khác nhờ đó lượng khí sót trong xilanh cũng giảm do đó tăng lượng khí nạp mới cho xilanh. Đồng thời để thải sạch hơn sản phẩm cháy, xupáp xả được đóng muộn hơn so với điểm chết trên một góc 4 = 18 - 25o gọi là góc đóng muộn xupáp xả (ứng với đoạn br trên đồ thức). Như vậy quá trình thải của động cơ kéo dài 180o + 3 + 4. Do ở cuối quá trình thải xupáp xả đóng muộn và xupáp hút mở sớm nên có một thời gian cả hai xupáp đều mở trên đồ thức chỉ thị công (đồ thị công) đoạn d1r gọi là thời kì trùng điệp: góc 1 + 4 gọi là góc trùng điệp của các xupáp. 3) Thời điểm phun nhiên liệu: Ở cuối quá trình nén, nhiên liệu được phun vào buồng đốt nhờ vòi phun lắp trên nắp xilanh sớm hơn trước khi piston lên tới điểm chết trên. Mục đích phun sớm nhiên liệu là để nhiên liệu có thời gian chuẩn bị cháy, khi nhiên liệu đủ điều kiện cháy là lúc piston bắt đầu đi xuống.

75

Góc phun sớm phải tính toán sao cho quá trình cháy xẩy ra mãnh liệt nhất khi piston ở vị trí tương ứng 5 - 10o góc quay trục khuỷu sau ĐCT, khi đó khí cháy sẽ thực hiện một công lớn nhất. Trị số góc phun sớm:  = 10 - 30o trước ĐCT theo góc quay trục khuỷu (ứng với đoạn c'c) và phụ thuộc tốc độ quay của động cơ.

4-5. Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ

Động cơ diesel 2 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công tác trong hai hành trình của piston - tương ứng với một vòng quay hoặc 360o góc quay của trục khuỷu. I. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòn 6

4 3

8

2

10 1

1. Piston. 2. Ống góp khí xả. 3. Các cửa xả. 4. Sơmi xilanh. 5. Nắp xilanh. 6. Vòi phun. 7. Các cửa nạp. 8. Hộp khí quét. 9. Bơm quét khí. 10. Bầu lọc khí.

76

Hình 4-8. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng

Hình 4-9. Đồ thị chỉ thị lý thuyết của động cơ 2 kỳ * Đặc điểm cấu tạo: - Không có xupáp. - Các cửa nạp và các cửa xả được bố trí xung quanh trên thành xilanh về hai phía đối diện nhau. Mép trên của cửa xả cao hơn mép trên của cửa nạp. Các cửa nạp có hướng vát lên phía trên để tạo hướng đi của dòng khí nạp lùa lên phía trên sát nắp xilanh (hoàn thiện việc làm sạch phía trên xilanh). - Việc đóng mở các cửa khí do piston đảm nhiệm, piston thường làm có đỉnh lồi. - Có lắp một bơm hút đặc biệt (bơm quét khí) để nạp không khí vào buồng chứa dưới áp suất 1,15 - 1,25 bar khi làm việc không tăng áp hay là dưới áp suất 1,4 1,8 bar khi làm việc có tăng áp. Khi làm việc không tăng áp dùng bơm piston hay bơm rôto làm bơm quét khí (trích công suất từ động cơ để lai bơm quét khí). Khi làm việc có tăng áp dùng tổ hợp tua bin máy nén. 77

Chu trình công tác được thực hiện trong 2 hành trình piston: 1. Hành trình thứ nhất: Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. - Cho rằng tại thời điểm đầu piston nằm ở điểm chết dưới, lúc đó các cửa nạp và thải đều mở. Lúc này khí nạp được bơm quét khí thổi vào xilanh (với áp suất 1,15 ữ1,2 bar). Do có áp suất lớn hơn áp suất khí thải trong xilanh nên khí nạp sẽ đẩy khí thải qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn quét khí hoặc là giai đoạn thay khí vì nó vừa thải khí cũ vừa nạp khí mới. - Piston đi từ ĐCD lên, các cửa nạp và thải dần dần đều đóng lại. Piston đi lên một đoạn thì đóng kín cửa nạp trước (đường bk trên đồ thức chỉ thị). - Khi cửa nạp đã đóng, khí nạp đã ngừng không vào xilanh nữa, nhưng vì cửa thải vẫn còn mở nên khí thải vẫn tiếp tục qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn xả khí sót. Trong giai đoạn này có một phần khí nạp cũng bị lọt qua cửa thải ra ngoài nên còn gọi là giai đoạn lọt khí. Khi piston đi lên đóng kín cả các cửa thải thì kết thúc giai đoạn lọt khí (đường ka trên đồ thức chỉ thị). - Piston tiếp tục đi lên điểm chết trên, giai đoạn này làm nhiệm vụ nén khí, quá trình xảy ra tương tự như trong động cơ 4 kỳ (đường ac trên đồ thức chỉ thị). Áp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên rất nhanh. Khi piston đến gần điểm chết trên thì nhiên liệu được phun vào xilanh dưới dạng sương mù qua vòi phun. 2. Hành trình thứ hai: - Nhiên liệu phun vào xilanh gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Một phần nhiên liệu cháy ở thể tích không đổi theo đường (cz'), phần còn lại cháy theo áp suất không đổi (theo đường z'z) tiếp đó diễn ra quá trình giãn nở sản phẩm cháy (đường ze). Sản phẩm cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu thực hiện giai đoạn sinh công. - Khi piston đi xuống được một đoạn thì mở cửa thải trước bằng mép của chúng (tại điểm e). Khí thải trong xilanh sẽ tự do xả ra ngoài làm áp suất trong xilanh 78

giảm xuống gần bằng áp suất bên ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xả tự do. (giai đoạn xả tự do rất cần thiết, phải tính toán sao cho đủ thời gian để hạ áp suất trong xilanh xuống thấp hơn áp suất khí nạp trước khi piston bắt đầu mở các cửa nạp). Giai đoạn này biểu thị bằng đường ek. - Piston đi xuống một đoạn nữa thì mở các cửa nạp (ứng với điểm k) khí nạp lại được thổi vào xilanh lùa khí thải ra thực hiện đẩy cưỡng bức khí thải và thay khí mới chuẩn bị cho quá trình sau. 3. Nhận xét: -Trong hai hành trình của piston có một hành trình sinh công. - Mỗi hành trình của piston không làm riêng một nhiệm vụ như ở động cơ bốn kỳ mà làm nhiều nhiệm vụ. Hành trình 1: Làm các nhiệm vụ xả, nạp, nén. Hành trình 2: làm các nhiệm vụ sinh công, xả, nạp. Trong hành trình 1, giai đoạn xả khí sót (lọt khí) là không có lợi vì nó làm tổn thất một phần khí nạp. Giai đoạn này càng nhỏ càng tốt nhưng lại phụ thuộc vào giai đoạn xả tự do của hành trình 2.

Hình 4-9. Đồ thị phân phối khí động cơ Diesel 2 kỳ quét vòng 79

II. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng 1. Đặc điểm cấu tạo: Có xupáp xả, bố trí trên nắp xilanh được điều khiển bằng một cơ cấu phân phối trích từ trục khuỷu. Các cửa nạp được bố trí xung quanh trên thành xilanh, hướng vát lên trên để tạo hướng đi của dòng khí thẳng từ ĐCD lên ĐCT. Việc đóng mở các cửa nạp do piston đảm nhiệm. Có bơm quét khí tương tự kiểu quét vòng.

3

2

10

1. Piston. 2. Hộp khí nạp. 3. Các cửa nạp. 4. Xilanh. 5. Vòi phun nhiên liệu. 6. Xupáp xả. 7. Nắp xilanh. 8. Sinh hàn khí tăng áp. 9. Bơm quét khí. 10. Phin lọc khí.

1

Hình 4-10. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ Diesel 2 kỳ quét thẳng 2. Nguyên lý hoạt động - Hành trình thứ nhất: Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, các cửa nạp và xupáp xả đều mở, hành trình này làm các nhiệm vụ quét khí, nạp khí, nén khí và phun nhiên liệu như ở động cơ quét vòng. Chỉ khác động cơ quét vòng ở chỗ giai đoạn lọt khí (xả khí sót) ở động cơ này có thể điều chỉnh được (rất nhỏ hoặc bằng không, thậm chí có thể cho xupáp xả đóng trước khi đóng cửa nạp). - Hành trình thứ 2: Làm các nhiệm vụ giãn nở sinh công, xả tự do, quét khí tương tự động cơ quét vòng, nghĩa là sau giai đoạn sinh công thì xupáp xả được mở trước, các cửa nạp mở sau.

80

Hình 4-11. Đồ thị phân phối khí động cơ Diesel 2 kỳ quét thẳng Chú ý: Hai dạng quét khí chủ yếu là quét vòng và quét thẳng. Tùy theo việc bố trí các cửa quét mà người ta chia hệ thống quét vòng thành quét vòng đặt ngang, quét vòng đặt một bên, quét vòng đặt xung quanh hay quét vòng hỗn hợp. Còn hệ thống quét ngang được chia thành quét song song, quét hướng tâm hay quét theo hướng tiếp tuyến. III. So sánh động cơ diesel 2 kỳ và động cơ diesel 4 kỳ Qua nghiên cứu cấu tạo và hoạt động của động cơ 4 kỳ và 2 kỳ cho thấy mỗi loại đều có ưu nhược điểm, có thể so sánh như sau: 1. Nếu hai động cơ có cùng các kích thước đường kính xilanh D, hành trình piston S, cùng số vòng quay n và cùng số xilanh thì về mặt lý thuyết công suất của động cơ 2 kỳ có thể lớn gấp đôi công suất của động cơ 4 kỳ. Vì tiêu thụ nhiên liệu gấp hai và số lần sinh công cũng gấp hai động cơ 4 kỳ. Nhưng thực tế động cơ hai kỳ có công suất chỉ lớn hơn 1,6 - 1,8 lần công suất của động cơ bốn kỳ vì những lý do sau: - Tổn thất công suất để lai bơm quét khí.

81

- Một phần hành trình của piston của động cơ hai kỳ dùng để nạp và thải khí có một phần khí nạp mới bị lọt ra ngoài khi cửa quét đã đóng mà cửa thải vẫn mở. - Thải khí không sạch, nạp khí không đầy nên cháy không tốt. 2. Quá trình quét sạch khí thải và nạp khí mới vào xilanh ở động cỏ 4 kỳ tiến hành hoàn hảo hơn động cơ 2 kỳ vì các quá trình này được tiến hành trong hai hành trình của piston. 3. Động cơ 2 kỳ cấu tạo đơn giản hơn, nhất là khi sử dụng sơ đồ quét vòng vì không có các xupáp nạp, thải và bộ phận dẫn động chúng. Tuy vậy để thực hiện việc trao đổi khí cần phải có bơm quét khí. 4. Mô men quay tác dụng lên trục khuỷu của động cơ hai kỳ so với động cơ 4 kỳ có cùng số xilanh thì đều đặn hơn vì số hành trình sinh công nhiều hơn. 5. Động cơ 4 kỳ có thể thay đổi được góc phân phối dễ dàng hơn so với động cơ 2 kỳ, vì chỉ cần thay đổi vị trí của mặt cam trên trục phân phối là có thể thay đổi góc mở sớm, góc đóng muộn khác nhau. 6.Góc ứng với quá trình cháy và giãn nở của động cơ 4 kỳ lớn hơn của động cơ 2 kỳ (ở động cơ 4 kỳ khoảng 140o, còn ở động cơ 2 kỳ khoảng 100 - 120o). * Phạm vi ứng dụng: - Động cơ cỡ bé ít dùng 2 kỳ vì khó thải sạch khí do đó hiệu suất thấp, tốn nhiên liệu. - Động cơ cỡ lớn ít dùng 4 kỳ mà thường dùng 2 kỳ vì kích thước động cơ nhỏ gọn hơn nhiều. 4-6. Kết cấu phần tĩnh của động cơ diesel Phần tĩnh của động cơ diesel bao gồm những phần cố định chính sau đây: - Bệ máy. - Thân máy. - Xilanh. - Nắp xilanh. 82

Những phần này liên kết chặt chẽ với nhau thành một khối thống nhất cứng vững, là điểm tựa cho động cơ hoạt động. Phần tĩnh chiếm khoảng 70% trọng lượng động cơ.

I. Xilanh 1. Nhiệm vụ: - Kết hợp với piston và nắp xilanh để tạo thành không gian công tác của chất khí và tạo thành buồng đốt cháy nhiên liệu của động cơ. - Làm ống dẫn hướng (ống trượt) cho piston chuyển động tịnh tiến lên xuống. - Đối với động cơ 2 kỳ, trên xilanh còn có các cửa để nạp và thải khí. 2. Cấu tạo Xilanh gồm 2 phần chính: - Thân xilanh (Blốc xilanh). - Sơmi xilanh (ống lót xilanh). Đối với động cơ cỡ nhỏ, có trường hợp thân và sơ mi xilanh được chế tạo liền. a. Thân xilanh: Chứa sơmi xilanh, các không gian nước làm mát và các cơ cấu phụ khác (trục phân phối khí, bơm cao áp ...). 83

- Thân xilanh được chế tạo bằng phương pháp đúc có thể đúc rời hoặc đúc liền với thân động cơ. Với động cơ cỡ nhỏ thường đúc liền để đảm bảo độ cứng. Với động cơ cỡ lớn, thân xilanh được chế tạo riêng cho từng xilanh hoặc từng đôi xilanh, sau đó liên kết lên một thân động cơ chung bằng bulông hoặc gudông. - Thân xilanh được cấu tạo dưới dạng khối hộp đơn giản có lỗ để lắp sơ mi xilanh, bên trong thân có các khoang nước làm mát và các đường nước lưu thông (khoang này thường gọi là áo nước) ngoài ra có các đường dẫn dầu bôi trơn cho sơmi xilanh. - Đối với động cơ 2 kỳ, thân xilanh có kết cấu phức tạp hơn vì phải có các khoang để dẫn không khí quét (đối với tất cả các kiểu quét khí) và đường thải khí (đối với các động cơ quét vòng). - Vật liệu chế tạo: Thường đúc bằng gang xám. Đối với động cơ đặc biệt có thể đúc bằng hợp kim nhôm. b. Sơ mi xilanh: Sơ mi xilanh (ống lót xilanh) là một ống hình trụ được gia công chính xác và lắp chặt với thân xilanh bằng cách ép từ trên xuống. Phía trên sơmi có gờ để định vị, phía dưới để giãn nở tự do.

84

Trong quá trình làm việc, ống lót xilanh trực tiếp tiếp xúc với khí cháy và làm ống trượt cho piston nên luôn luôn chịu ứng suất cơ nhiệt lớn, bị ăn mòn hoá học, nó liên tục ma sát với xéc măng nên bị mài mòn lớn. Trong động cơ không có bàn trượt nó còn chịu tác dụng của lực ngang nên thường mòn ôvan theo hướng vuông góc với trục. Căn cứ vào cách cấu tạo và lắp ghép với thân xilanh, có thể chia sơmi xilanh thành ba loại chính: - Loại làm liền với thân xilanh (xilanh không có sơ mi riêng): Loại này chế tạo đơn giản nhưng khi hư hỏng thì phải thay thế toàn bộ xilanh, thường chỉ dùng cho động cơ cỡ nhỏ. * Loại sơ mi xilanh khô: Không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát. Ưu điểm của sơ mi khô: Là đảm bảo kín nước (không phải đề phòng rò nước xuống các te), thường dùng cho động cơ có công suất lớn. Phương pháp lắp sơ mi xilanh là lắp trượt. Nhược điểm: Là khả năng truyền nhiệt kém, cần phải gia công nhiều bề mặt chính xác. * Loại sơ mi xilanh ướt: Trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát, loại này được dùng rộng rãi. Ưu điểm: Làm mát tốt. Nhược điểm: Thành sơ mi phải chế tạo dày, ứng suất nhiệt lớn nên dễ bị nứt, phải dùng gioăng kín nước để tránh nước lọt xuống các te. * Vật liệu chính để chế tạo ống lót xilanh là gang loại tốt (C428-48) (C432 - 52) cá biệt có loại làm bằng thép. Để nâng cao tính chống mòn của sơ mi xilanh, có thể dùng phương pháp mạ crôm xốp, hoặc thấm nitơ, thấm các bon cho bề mặt bên trong. * Bôi trơn sơ mi xilanh bằng 2 phương pháp 85

- Vung tóe: Động cơ cỡ nhỡ. - Cưỡng bức: Động cơ cỡ lớn - thông qua lỗ khoan qua sơ mi xilanh có lắp van một chiều, dầu áp lực cao sẽ đi vào bôi trơn. II. Nắp xilanh 1) Nhiệm vụ: - Nắp xilanh cùng với sơ mi xilanh và đỉnh piston tạo thành buồng đốt, quyết định hình dáng và thể tích buồng đốt. - Cố định sơ mi xilanh. - Dùng làm vị trí để lắp đặt nhiều chi tiết khác như vòi phun, van an toàn, bố trí các đường nạp và thải khí (động cơ 4 kỳ) hoặc đường thải khí (động cơ 2 kỳ), van khởi động… Nắp xilanh làm việc trong điều kiện tương đối phức tạp. Mặt dưới của nắp xilanh tiếp xúc với khí cháy nên chịu áp suất và nhiệt độ cao, bị ăn mòn. Chịu lực nén do xiết đai ốc các bu lông liên kết các bulông liên kết với xilanh, chịu ứng suất nhiệt lớn do sự chênh lệch nhiệt độ nhiều giữa các bề mặt làm việc. Chịu mài mòn và va đập (tại bệ đặt xupáp), chịu ăn mòn do nước làm mát và khí xả. 2) Cấu tạo:

86

Nắp xilanh của động cơ diesel là chi tiết có cấu tạo tương đối phức tạp, được chế tạo bằng phương pháp đúc. - Hình dáng bên ngoài của nắp xilanh thường là khối hộp có đáy hình vuông, chữ nhật, hình tròn hoặc lục giác ... Có thể đúc liền các nắp xilanh riêng rẽ thành một khối chung đối với động cơ cỡ nhỏ. Nắp xilanh động cơ cỡ lớn được đúc rời cho từng xilanh. Có trường hợp còn được ghép bằng hai nửa (nửa dưới bằng thép chịu nhiệt hoặc hợp kim tốt hơn, còn nửa trên bằng kim loại thường). Nếu động cơ làm việc với cường độ cao, người ta đưa buồng đốt lên trên nắp xilanh. Nắp xilanh ở phía buồng cháy chịu áp suất và nhiệt độ cao. Để đưa nhiệt ra ngoài trong nắp xilanh có hốc nước. Nước được đưa từ áo bọc nước ở nắp xilanh theo ống dẫn nước đi bao quanh những vùng, những bề mặt cần làm mát và được đưa ra ngoài.

87

Ngoài ra trên nắp xilanh có lỗ dùng để đặt vòi phun và một số lỗ khác để lắp xupáp nạp, xupáp xả, xupáp khởi động, xupáp an toàn cũng như lắp thiết bị đo đồ thức công chỉ thị. Người ta đặt nắp xilanh dựa trên gờ của xilanh nhờ gờ vòng và nắp được kẹp chặt vào thân xilanh nhờ những vít cấy. Để làm kín cần thiết giữa các bề mặt lắp ghép cần đặt miếng đệm làm bằng đồng mềm. - Bề mặt chịu nhiệt của nắp xilanh có thể phẳng, vòng hoặc có hình dạng phức tạp. Hình dạng của nắp và cách bố trí các lỗ lắp vòi phun nhiên liệu, các xupáp hút, xupáp xả, van khởi động, các khoang nước làm mát, các đường nước lưu thông, các đường dẫn khí nạp, xả, các đường dầu bôi trơn phụ thuộc vào phương pháp trộn nhiên liệu, phụ thuộc vào hệ thống quét, vào kết cấu của xilanh và piston. Kết cấu bên trong nắp xilanh phải đảm bảo sao cho chiều dày thành vách được phân bố đều nhất để tránh sự giãn nở không đều gây ứng suất biến dạng nội tại lớn. - Bên ngoài nắp xilanh được gia công để lắp nhiều chi tiết: hệ thống ống hút, ống xả, giàn điều khiển xupáp ... III. Bệ máy 1) Nhiệm vụ - Bệ máy là nền tảng của động cơ, đỡ thân máy, thân xilanh, nắp xilanh và các cơ cấu khác. - Chịu tác dụng của áp lực khí cháy, áp lực quán tính. - Cùng với thân máy tạo thành các te của động cơ. 2) Cấu tạo: Gồm 2 dầm dọc, liên kết với nhau bởi các vách ngang tạo thành khung cứng vững. Các dầm có tiết diện chữ I hay tiết diện hình hộp. Cứ hai vách ngang thì ngăn thành một ô chứa một xilanh, trên vách ngang đặt ổ đỡ chính.

88

Bệ máy được liên kết với thân động cơ bằng các bu lông hoặc mốc liên kết khung (nếu động cơ cỡ lớn) và đặt trên đà tàu qua các tấm đệm hình chêm hay phẳng. Đối với động cơ công suất nhỏ người ta còn sử dụng bộ phận giảm rung.

Hình 4-15. Kết cấu bệ máy 4-7. Kết cấu các phần động của động cơ diesel. Các phần động của động cơ diesel bao gồm các chi tiết chính sau đây: - Piston, xéc măng. - Thanh truyền (biên). - Trục khuỷu và bánh đà. I. Piston 1) Nhiệm vụ: - Piston cùng với thành sơ mi xilanh, nắp xilanh tạo thành buồng đốt. - Truyền áp lực của khí cháy (trong quá trình giãn nở) qua thanh truyền (biên) để làm quay trục khuỷu. - Bao kín buồng công tác của xilanh, không cho khí cháy lọt xuống dưới và ngăn không cho dầu nhờn bôi trơn lọt lên buồng đốt. - Đối với động cơ 2 kỳ, piston còn làm nhiệm vụ đóng mở các cửa quét và thải khí. 89

Piston làm việc trong điều kiện hết sức nặng nề: Chịu tải trọng cơ khí rất lớn do áp lực khí cháy và lực quán tính gây ra, chịu ứng suất nhiệt lớn do đỉnh piston bị đốt nóng bởi nhiệt độ rất cao của khí cháy đồng thời piston phải truyền nhiệt từ phần đỉnh piston ra môi trường làm mát, chịu va đập (tại rãnh xéc măng và bệ chốt piston) do piston đổi chiều liên tục, chịu ăn mòn do tiếp xúc với khí cháy.

- Vật liệu chế tạo piston thường dùng gang, thép hoặc hợp kim nhôm. Động cơ công suất lớn dùng vật liệu bằng gang có ưu điểm là chịu lực tốt, chịu mài mòn tốt, ít giãn nở, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là trọng lượng lớn gây nên lực quán tính lớn. Động cơ có công suất nhỏ dùng hợp kim nhôm để chế tạo có ưu điểm là giảm được trọng lượng, truyền nhiệt tốt, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là chống mòn kém, hệ số giãn nở lớn, nên phải để khe hở lớn giữa piston và xilanh. 2) Cấu tạo:

Hình 4-16. Kết cấu Piston

90

Kết cấu piston có thể chia thành 3 phần: Phần đỉnh, phần thân và phần dẫn hướng. Phần đỉnh tính từ mặt đỉnh đến rãnh xéc măng khí đầu tiên. Phần thân từ rãnh xéc măng khí trên cùng đến rãnh xéc măng khí cuối cùng. a. Phần đỉnh piston (đầu piston): - Đầu piston trực tiếp tiếp xúc với khí cháy phải chịu nhiệt độ và áp suất cao nên kích thước phần này làm nhỏ hơn so với phần dưới đề đề phòng giãn nở sinh ra bó kẹt. - Để hạn chế các rạn nứt về nhiệt, hiện nay người ta xử lý bằng cách phủ lên đỉnh piston các lớp bảo vệ khác nhau, các lớp này có độ cứng cao, độ bền tốt, chịu nhiệt tốt và khả năng truyền nhiệt kém. - Để giảm nhiệt độ cho xéc măng trên cùng ở một số loại động cơ người ta còn gia

công một rãnh chắn nhiệt lên phần đỉnh piston. Do đó tránh cháy xéc măng

trên cùng. - Kết cấu đầu piston có nhiều loại: + Đầu bằng (đỉnh bằng) + Đầu lồi (đỉnh lồi)

+ Đầu lõm (đỉnh lõm).

a) Đỉnh bằng

Hình 4-17: Kết cấu hình dáng đỉnh Piston

Loại đỉnh bằng: Dễ chế tạo, dùng cho động cơ 4 kỳ và 2 kỳ quét thẳng. Thường kích thước phần đầu nhỏ hơn phần dưới khoảng (0,006 - 0,008) D đối với piston bằng gang, đối với piston bằng nhôm khoảng 0,009 D.

91

Loại đỉnh lồi: Nó tạo hướng dòng khí quét, ít tích tụ dầu muội trên đỉnh piston, loại này thích hợp cho động cơ 2 kỳ quét vòng. Loại đỉnh lõm: Tạo xoáy lốc tốt nên tăng cường chất lượng tạo quá trình hỗn hợp, loại này thường dùng cho cả động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Nhược điểm là khó chế tạo và dễ tụ dầu muội trên đỉnh. b. Phần thân piston (tính từ rãnh xéc măng khí trên cùng đến hết rãnh xéc măng khí cuối cùng). Thân piston làm nhiệm vụ chủ yếu là bảo đảm kín khí và truyền nhiệt của piston ra ngoài. Trên thân piston có các rãnh để lắp xéc măng khí, số lượng từ 2 đến 5 cái tuỳ từng loại động cơ. Ngoài ra còn có lắp vành đồng để chống mài mòn cho xéc măng. c. Phần dẫn hướng: - Nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động ổn định không bị lắc ngang ngoài ra phần này còn làm nhiệm vụ rải dầu bôi trơn cho sơmi xilanh và gạt dầu ở sơmi xilanh xuống không cho lọt vào buồng đốt, làm bệ đỡ để lắp chốt piston liên kết piston với biên. - Khe hở phần dẫn hướng với sơmi xilanh khoảng 0,001 D đối với piston bằng gang và khoảng 0,0018 D đối với piston bằng nhôm. - Bên ngoài phần dẫn hướng cho gia công các rãnh để lắp xéc măng dầu (1 đến 3 rãnh), trên rãnh có khoan nhiều lỗ nhỏ để thoát dầu. Ở 2 đầu bệ chốt do có nhiều kim loại hơn chỗ khác, khi nóng sẽ giãn nở nhiều hơn vì vậy thường tiện piston thành ô van để tránh hiện tượng bó kẹt với sơmi xilanh. Căn cứ vào cấu tạo người ta thường chia piston thành 2 loại chính: piston của động cơ có con trượt và piston không có con trượt. Tuỳ theo số kỳ, công suất xilanh và mức độ cường hoá động cơ mà đỉnh piston có thể được làm mát hoặc không làm mát.

92

Ở động cơ Diesel không có con trượt, chất làm mát là dầu nhờn, ở động cơ có con trượt chất làm mát có thể dầu nhờn c hoặc nước ngọt. II. Chốt piston

Hình 4-18: Kết cấu Piston và chốt piston Chốt piston làm nhiệm vụ liên kết piston với thanh truyền ở những động cơ không có cơ cấu con trượt. Thông thường chốt piston có thể xoay tự do xung quanh đường tâm của nó trong ổ đỡ. Còn khả năng chuyển vị theo hướng dọc chốt được giới hạn bằng các vòng hãm đàn hồi. III. Xéc măng Xéc măng của piston có thể chia thành 2 loại: xéc măng khí và xéc măng dầu. 1. Xéc măng khí

93

a. Nhiệm vụ: - Dùng để làm kín không cho lọt khí từ buồng đốt xuống các te. - Truyền nhiệt của piston ra sơ mi xilanh (lượng nhiệt của piston truyền qua xéc măng khí chiếm khoảng 60 - 70%, còn lại truyền qua phần dẫn hướng). - Giảm lực xiên tác dụng vào thành sơ mi, đảm bảo cho piston ít bị mài mòn, giảm va đập giữa piston và sơ mi xilanh. Các xéc măng khí làm việc trong điều kiện hết sức nặng nề, nhất là xéc măng trên cùng, chịu nhiệt độ và áp suất cao của khí cháy, chịu mài mòn do ma sát lớn khi liên tục chuyển động tịnh tiến tiếp xúc với sơ mi xilanh. Tác dụng làm kín của xéc măng được tạo nên do việc chúng tỳ sát vào bề mặt xilanh và do tác dụng khuất khúc của chúng. Xéc măng bị tỳ sát vào mặt xilanh do độ đàn hồi của bản thân nó và dưới tác dụng của áp lực khí lọt qua khe hở giữa xéc măng và rãnh chứa xéc măng tạo thành.

94

Tác dụng làm kín khuất khúc tạo nên trong

quá

trình khí chuyển động qua hệ thống các khe hở

P1

hốc hình vòng tạo nên giữa piston và xéc

P2

và

măng. Do lưu lượng khí lọt qua xéc măng không đáng kể và tốc độ chuyển động của dòng

khí

nhỏ nên áp suất giảm dần theo bậc ứng với số

xéc

măng (p1 > p2 > p3) . áp suất p1 tác dụng vào

xéc

măng trên cùng gần bằng giá trị áp suất trong xilanh. Do sự giãn nở của khí và sự chuyển động của chúng qua các khe hở vòng trong các xéc măng phía dưới, áp suất giảm dần cho đến khi bằng môi trường. Xéc măng kín khí thì từ 3 - 6 cái. Động cơ

cao

tốc xéc măng kín khí ít hơn động cơ thấp tốc. Xéc măng trên cùng làm việc trong những điều kiện nặng nề nhất và dễ bị cháy. Để cải thiện điều kiện làm việc, hai vòng xéc măng

trên

cùng thường được mạ crôm "xốp" trên bề mặt. + Tác dụng "bơm dầu" của xéc măng: Khi piston đi lên, dầu bôi trơn sẽ điều đầy khoảng không gian trong các khe hở giữa piston và xéc măng. ở ĐCT có sự thay đổi các bề mặt tiếp xúc của các xéc măng trong rãnh piston. Nhờ vậy mà một phần dầu bôi trơn ở dưới sẽ đi lên khoảng không gian phía trên. Quá trình lập lại như vậy mỗi khi thay đổi hướng chuyển động của piston nên các xéc măng có tác dụng "bơm" dầu, chúng chuyển dầu bôi trơn về buồng đốt hoặc ngược lại. b. Kết cấu: * Xéc măng thường làm bằng gang xám hoặc thép có tiết diện chữ nhật hoặc dạng khác có xẻ rãnh dao gọi là miệng của xéc măng. Xéc măng được gia công 95

chính xác có tính đàn hồi cao. Những kích thước chủ yếu của xéc măng là đường kính D của nó, chiều dày hướng tâm b và chiều cao h. Hình dạng mặt cắt ngang xéc măng có các loại sau:

Loại trơn: Loại cơ bản dùng cho động cơ, máy nén bơm ... Loại côn cạnh ngoài: Tăng khả năng gạt dầu, dùng chủ yếu ở động cơ 4 kỳ. Loại vát cạnh trong: Tăng khả năng điều khiển dầu. Loại xéc măng có mặt ngoài cong: tối ưu khả năng xoa đều màng dầu bôi trơn. Loại xéc măng có mặt ngoài cong không đều: Xộc măng sau khi làm việc chịu biến dạng nhiệt và cơ, vì vậy hình dạng xéc măng như thế này sẽ cho biên dạng lý tưởng khi làm việc. Loại xéc măng khí/dầu: Có tác dụng làm kín khí và giảm khả năng bơm dầu lên buồng đốt. * Hình dạng mối cắt miệng của xéc măng cũng có nhiều loại: - Mối cắt thẳng: dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí - Mối cắt chéo hoặc chữ z: đảm bảo làm kín tốt nhưng chế tạo khó. - Mối cắt bậc phức tạp tăng khả năng làm kín nhưng không bền. 2. Xéc măng dầu: a. Nhiệm vụ: 96

- Rải dầu lên bôi trơn cho sơ mi xilanh khi piston đi lên. Nạo dầu trên sơ mi xilanh, ngăn ngừa không cho dầu lên buồng đốt khi piston đi xuống. Ngoài ra cũng tham gia truyền nhiệt và giảm chấn động như xéc măng khí nhưng rất ít. ở các động cơ thấp tốc thường bố trí 1 đến 3 xéc măng dầu ở cuối phần dẫn hướng của piston. ở các động cơ trung tốc còn bố trí thêm một xéc măng dầu ở phần thân piston ngay dưới xéc măng khí cuối cùng. ở động cơ cao tốc thường có một xéc măng dầu và được bố trí bên trên chốt piston. Hiện tượng có quá nhiều dầu bôi trơn trên bề mặt làm việc của xilanh có thể do 2 nguyên nhân gây ra. + Sự vung dầu bôi trơn tuần hoàn trong hệ thống (ở các động cơ không có con trượt) lên bề mặt xilanh, hoặc sự cấp dầu bôi trơn quá quy định. b. Kết cấu: Để cạo sạch dầu bôi trơn khỏi bề mặt xilanh, các xéc măng dầu cần phải có các mép gạt tỳ sát vào xilanh. Cách lắp xéc măng như hình vẽ (không được lắp ngược). Để xả dầu tích tụ lại phía dưới xéc măng có các rãnh phay hay lỗ khoan ở ngay trên xéc măng cũng như các lỗ hướng tâm ở thành của phần dẫn hướng piston.

Hình 4-23: Hình dạng mặt cắt ngang xéc măng dầu Loại tiêu chuẩn thường dùng Loại hình chóp: Tăng khả năng gạt dầu do tiếp xúc tốt với sơmi xilanh. Loại chóp cả trên và dưới: Khả năng gạt dầu hiệu quả hơn. Loại mạ crôm có lò so bên trong: Tiếp xúc tốt với sơmi xilanh đồng thời chống mài mòn tốt. 97

Khi piston chuyển động lên phía trên, nêm dầu được hình thành giữa bề mặt hình chóp của xéc măng với mặt gương của xilanh. Trong lớp dầu xuất hiện áp suất lớn hơn lực đàn hồi của xéc măng nên dầu bôi trơn có thể lọt xuống phía dưới. Khi piston chuyển động xuống phía dưới, mũi nhọn của xéc măng cạo phần thừa của dầu bôi trơn. Dầu sẽ tích tụ ở khe hở và đến khi áp suất ở đó tăng lên thì nó theo rãnh về các te. IV. Biên (thanh truyền). 1) Nhiệm vụ

Biên là khâu trung gian nối piston với trục khuỷu, dùng để biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu, trong hành trình sinh công và ngược lại làm nhiệm vụ truyền lực từ trục khuỷu để dẫn động piston trong những hành trình không sinh công. Khi động cơ hoạt động: Biên làm việc trong điều kiện chịu lực liên tục. 98

- Chịu lực nén và uốn rất lớn do áp lực khí cháy thông qua piston truyền xuống. - Chịu lực kéo, lực quán tính của bản thân và của piston. - Chịu mài mòn ở hai đầu. 2) Cấu tạo Trong động cơ không có con trượt thì biên được chia thành ba phần chính: - Đầu nhỏ (đầu trên lắp với piston). - Thân - Đầu to (đầu dưới lắp với trục khuỷu) a. Đầu nhỏ biên: Đầu nối với piston thông qua chốt (ắc) piston.

Hình4-24: Kết cấu của tay biên

- Đa số động cơ đầu nhỏ biên thường được chế tạo liền với thân biên. 99

Đối với một số động cơ công suất lớn được làm rời dùng bulông bắt với thân biên. Kích thước đầu nhỏ biên được xác định theo đường kính ngoài của chốt piston và khả năng đặt nó trong lòng piston. - Hình dạng đường viền phía ngoài của đầu nhỏ biên có nhiều dạng ví dụ: Động cơ cao tốc thì đầu nhỏ biên có hình trũn xoay, loại thấp tốc có hình ô van với vành dày hơn, hoặc tròn xoay có gờ nổi để tăng độ cứng ... - Bên trong đầu nhỏ biên có bạc lót để chống mòn, bạc lót có thể làm liền hoặc làm rời bằng thép hoặc bằng đồng, mặt trong có tráng lớp hợp kim đỡ sát. Trên bạc lót có lỗ dẫn dầu bôi trơn (thông với thân biên hoặc thông qua đầu nhỏ biên lên phía trên). Bạc lót được cố định vào đầu nhỏ biên bằng chốt định vị hoặc ép chặt để chống xoay. - Phương pháp bôi trơn cho đầu nhỏ: Bôi trơn tự nhiên hay cưỡng bức. Bôi trơn tự nhiên: (đường kính xilanh D<150mm) khoan các lỗ hướng tâm theo biên xuyên qua bạc lót lợi dụng dầu nhờn vung toé. Bôi trơn cưỡng bức: Dầu nhờn sau khi bôi trơn cho ổ đỡ chính, theo đường khoan trong má khuỷu, lên bôi trơn cho đầu to biên, sau đó theo đường khoan trong thân biên hoặc ống dẫn dầu lên bôi trơn cho đầu nhỏ biên. b. Thân biên: Nối đầu nhỏ với đầu to biên - Thân biờn thường có dạng thon đều từ đầu to lên đầu nhỏ, tại các vị trí chuyển tiếp đều có góc lượn. - Hình dạng tiết diện thân biên có nhiều loại.

100

Hình 4-25: Kết cấu mặt cắt ngang tay biên Loại tiết diện tròn và elíp là đơn giản, dễ chế tạo nhưng độ cứng kém thường dùng cho động cơ thấp tốc. Loại tiết diện chữ I, chữ H khó chế tạo nhưng độ cứng cao chịu lực tốt, trọng lượng nhỏ nên giảm được lực quán tính thường dùng cho động cơ cao tốc. - Bên trong thân biên có khoan một lỗ dẫn dầu xuyên suốt từ đầu to lên đầu nhỏ (có trường hợp lắp ống dẫn dầu sát ngoài thân biên). c. Đầu to biên: Lắp với trục khuỷu - Được chế tạo thành 2 nửa, nửa trên thường chế tạo liền với thân biên, còn nửa dưới lắp với nửa trên bằng bulông biên. Có trường hợp đầu to biên được chế tạo riêng rồi lắp với thân biên bằng bu lông hoặc gudong. - Bên trong đầu to biên có bạc lót, bạc lót được chế tạo thành 2 nửa (hình lòng máng) và được cố định với đầu biên bằng chốt hoặc gờ định vị. Mặt trong bạc lót có lỗ dẫn dầu và rãnh chứa dầu bôi trơn. - Mặt cắt chia 2 nửa đầu to biên có thể làm vuông góc với thân biên hoặc vát nghiêng với thân biên. Nếu vát nghiêng sẽ giảm được lực kéo bulông biên và có thể tháo biên rút qua xilanh dễ dàng hơn, nhưng khó chế tạo hơn. - Để điều chỉnh tỉ số nén (kích thước buồng đốt) có thể dùng căn đệm giữa 2 nửa đầu to biên để điều chỉnh. d. Bu lông biên: Dùng để lắp liên kết đầu to biên với thân biên hoặc liên kết 2 nửa đầu to với nhau. Bulông biên phải chịu lực rất lớn : Lực kéo, lực cắt, lực uốn. Vì vậy bulông biên không giống bu lông thường. Có cấu tạo như hình vẽ. 1. Đầu bu lông 2. Thân 3. Phần ren 4. Lỗ lắp chốt chẻ 5. Đai ốc 6. Chốt chẻ 1

2

3

101

Hình 4-25: Kết cấu bu lông biên Bu lông biên sau khi chế tạo phải rà cho chính xác. Các bu lông biên được xiết chặt bằng đai ốc xẻ rãnh. Với động cơ có công suất lớn chúng được chia độ để cho tiện việc điều chỉnh. V. Trục khuỷu 1) Nhiệm vụ

- Trục khuỷu nhận áp lực khí cháy (từ piston, biên truyền xuống) chuyển thành mô men quay để lai trục chân vịt và các thiết bị phụ. - Truyền chuyển động cho piston trong những hành trình không sinh công. Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất và chế tạo khó khăn nhất trong các chi tiết của động cơ. Trục khuỷu chịu tải trọng nặng nề của áp lực khí cũng như các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Các lực này gây ra mô men xoắn và uốn lớn, thay đổi cả trị số và chiều. Sự biến thiên có chu kỳ của các lực trên không chỉ gây ra các dao động xoắn và dao động 102

dọc trục, mà trong những điều kiện nhất định có thể gây ra những ứng suất phụ, ứng suất mỏi rất lớn làm gãy trục khuỷu. Trục khuỷu còn luôn bị mài mòn (tại vị trí các cổ trục). Yêu cầu kết cấu và kích thước trục phải tính toán đảm bảo đủ độ cứng vững để chịu lực, đảm bảo cân bằng động được tốt nhất và không gây ra rung động khi làm việc. Vật liệu chế tạo phải đảm bảo độ bền, độ cứng, chịu mòn và chịu mỏi tốt. Các trục khuỷu của động cơ diesel hiện đại hầu hết chế tạo từ thép các bon. Đối với động cơ cao tốc có thể chế tạo từ hợp kim thép để tăng độ bền vững của trục và tăng độ chịu mài mòn của ổ trục. 2) Kết cấu Trục khuỷu gồm 3 phần: Phần đầu, phần thân và phân đuôi. a. Phần đầu trục: Là đầu tự do quay về phía mũi tàu, thường lắp các bánh răng để dẫn động các thiết bị phụ: Trục cam, bơm cao áp, bơm dầu... b. Phần đuôi trục: Có mặt bích lắp với một bánh đà. Bánh đà có tác dụng làm cho động cơ hoạt động êm, ít rung động. Vành ngoài bánh đà có lỗ để via máy, có vành răng để khởi động, có khía một số vạch dấu cần thiết. d. Thân trục khuỷu: Gồm nhiều cổ trục (cổ trục và cổ biên) và các má khuỷu. Có thể chia thành nhiều đơn vị trục, mỗi đơn vị gồm: 1 cổ trục, 1 cổ biên và 2 má khuỷu. Kết cấu trục khuỷu có nhiều loại khác nhau: - Loại chế tạo liền toàn bộ trục (động cơ công suất nhỏ, ít xilanh). - Loại chế tạo ghép (động cơ công suất lớn, thấp tốc). + Loại ghép từng đơn vị + Loại ghép riêng từng cổ trục, cổ biên với má khuỷu. - Loại đặc

- Loại ghép 103

- Loại rỗng

- Loại nửa ghép

Cấu tạo một đơn vị trục: 1. Cổ trục

2. Má khuỷu

3. Cổ biên

4. Đường dầu bôi trơn

Hình 4-26: Kết cấu một đơn vị trục khuỷu Để bôi trơn cho cổ biên với đầu to biên, người ta khoan đường dầu xuyên từ cổ trục qua má khuỷu lên cổ biên. Đường dầu nghiêng khoảng 120o. Việc bôi trơn dùng hệ thống dầu tuần hoàn. Để tiện cho việc chế tạo thường đường kính cổ trục bằng đường kính cổ biên. Đối với trục ghép thì chế tạo các má, cổ trục, cổ biên riêng biệt. Khi lắp ráp dùng phương pháp lắp nóng (má trục được sấy nóng) hoặc bằng cách làm lạnh cổ trục (trong lắp ghép không dùng then) độ bền cần thiết đạt được nhờ chế độ lắp ghép, nhờ lực ma sát. Các khuỷu trục của động cơ có nhiều xilanh nằm trong những mặt phẳng khác nhau. Thứ tự nổ và sự cân bằng động cơ phụ thuộc vào cách bố trí các khuỷu. Đối với động cơ 4 kỳ người ta sử dụng trục đối xứng, có nghĩa là các khuỷu phân bố theo từng cặp trên một khoảng cách giống nhau kể từ tâm trục. Góc kẹp giữa các khuỷu trục (góc lệch pha)



720 o i

(i: số xilanh)

Đối với động cơ 2 kỳ, góc kẹp giữa các khuỷu trục

104

360 o  i

Để đảm bảo cho trục và các ổ trục chịu tải trọng phân bố đề theo chiều dọc, không nên bố trí 2 xilanh liền nhau làm việc liên tiếp mà cần bố trí cách nhau (tốt nhất nên bố trí ở các xilanh khác phía nhau so với trọng tâm trục khuỷu). 720 o  120 o Ví dụ: Động cơ 4 kỳ 6 xilanh   6

1

5

6

2-5

Thứ tự nổ: Chạy tiến: 1 - 5 - 3 - 6 - 2 - 4 Chạy lùi: 1 - 4 - 2 - 6 - 3 - 5

105

CHƯƠNG 5: CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ ĐỘNG CƠ DIESEL

5.1. Hệ Thống Nhiên Liệu I. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp đủ một lượng nhiên liệu nhất định, trong một khoảng thời gian nhất định, vào buồng đốt của động cơ tại đúng các thời điểm quy định, dưới dạng sương mù tạo điều kiện cho nhiên liệu hoà trộn tốt nhất với khí nén trong xi lanh. 1. Về định lượng Chất lượng hoạt động của hệ thống nhiên liệu có ảnh hưởng trực tiếp tới công suất và hiệu suất động cơ. Vì vậy hệ thống nhiên liệu phải đảm bảo các yêu cầu cơ bản sau đây: - Lượng nhiên liệu cấp vào phải đủ và chính xác theo yêu cầu của mỗi chu trình và có thể điều chỉnh được theo yêu cầu của phụ tải. - Lượng nhiên liệu phun vào các xilanh phải đồng đều (sự chênh lệch không vượt quá 5% khi để tay ga về vị trí cấp nhiên liệu lớn nhất). Nếu cấp không đều thì động cơ sẽ hoạt động không đều, rung động mạnh ảnh hưởng đến độ bền của động cơ. 2. Về định thời - Thời điểm phun nhiên liệu vào xilanh phải đúng thời điểm quy định, không sớm quá, không muộn quá. Nếu phun sớm quá, do lúc đó áp lực khí nén và nhiệt độ còn thấp nên nhiên liệu bốc hơi chậm, một phần bám vào đỉnh piston và thành vách xilanh sẽ khó cháy gây 106

lãng phí nhiên liệu và sinh khói đen. Một phần nhiên liệu cháy trước điểm chết trên sẽ gây phản áp làm động cơ chạy rung hoặc sẽ không hoạt động được. Nếu phun muộn quá, nhiên liệu không đủ thời gian cháy, áp lực sinh ra sẽ giảm làm giảm công suất động cơ, nhiên liệu cháy không hết gây lãng phí, động cơ thải khói đen. - Thời gian phun nhiên liệu càng ngắn càng tốt, (thông thường thời gian phun chiếm khoảng 25-300 góc quay trục khuỷu). 3. Về định áp Áp suất nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đúng quy định, phải đủ lớn để tạo sương tốt và có sức xuyên tốt, tạo điều kiện hoà trộn tốt với khí nén trong xilanh. Tuy nhiên áp suất phun cũng không yêu cầu quá lớn vì gặp khó khăn trong chế tạo bơm cao áp, giảm tuổi thọ các chi tiết trong hệ thống. 4. Trạng thái phun - Nhiên liệu phải được phun ở trạng thái tơi sương (càng tơi sương càng tốt) hình dáng tia nhiên liệu phải phù hợp với buồng đốt tương đối đồng đều, hoà trộn tốt với khí nén. - Quá trình phun phải dứt khoát, không bị nhỏ giọt lúc bắt đầu và lúc kết thúc phun. Phải đảm bảo làm việc ổn định ở tốc độ quay tối thiểu đã quy định . II. Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu 1. Theo phương pháp cung cấp nhiên liệu: - Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp. - Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp. 107

a. Hệ thống nhiên liệu trực tiếp

Hình 5-1: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp Bao gồm bơm cao áp được truyền động cơ khí và vòi phun được nối với BCA bằng ống dẫn nhiên liệu áp suất cao. Ở hệ thống này nhiên liệu có áp suất cao tạo ra nhờ BCA được đưa ngay đến vòi phun. Ưu điểm: Kết cấu tương đối đơn giản, gọn nhẹ có khả năng nhanh chóng đáp ứng được những thông số cung cấp nhiên liệu ở mọi chế độ công tác khác nhau, có tính tin cậy cao. Nhược điểm: Áp suất phun giảm ở các chế độ vòng quay thấp của động cơ làm cho chất lượng phun sương nhiên liêụ cũng xấu đi. Điều này dẫn đến tốc độ quay nhỏ bị hạn chế. b. Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp. (hệ thống phun tích tụ) Đối với hệ thống này nhiên liệu có áp suất cao từ BCA không được đưa ngay đến vòi phun mà được đưa vào bình chứa áp suất cao, gọi là bộ phận tích tụ rồi sau đó

108

mới được đưa đến vòi phun qua bộ phận phân phối đặc biệt đúng lượng cần thiết, đúng thời điểm cần thiết. Trong thực tế loại này có thể tích bình chứa lớn hoặc nhỏ, có thể đủ cung cấp cho một lần phun hoặc nhiều lần phun. Nếu hệ thống có thể tích bình chứa tích tụ lớn nhiên liệu được BCA cung cấp liên tục cho bình chứa, không phụ thuộc vào thời điểm phun nhiên liệu áp suất cao, lớn hơn nhiều so với thể tích một lần phun nên quá trình phun diễn ra với áp suất gần như không đổi, đảm bảo chất lượng phun nhiên liệu cao trong một khoảng tốc độ quay cũng như phụ tải rộng. Vì vậy nó thường dùng cho những động cơ diesel tàu thuỷ có yêu cầu cao về việc phun nhiên liệu ở những chế độ phụ tải nhỏ. Nhược điểm: Hệ thống có kết cấu phức tạp. 2. Dựa vào loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ - Nhiên liệu nhẹ. - Nhiên liệu nặng. Nhiên liệu nặng hay nhẹ tuỳ theo tỷ trọng nhiên liệu. Với nhiên liệu có tỷ trọng 0,86 g/cm3- dầu nhẹ (A) 0,86 - 0,92g/cm3 - dầu nhẹ (B) 0,93g/cm3- dầu nặng (C) a. Hệ thống nhiên liệu nhẹ Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu này là sử dụng nhiên liệu có tỷ trọng nhỏ (dưới 0,92g/cm3) độ nhớt thấp (dưới 30cst ở 500C) nhiệt độ đông đặc thấp, các thành phần tạp chất khác như nước, lưu huỳnh, cốc, tro, xỉ nhỏ. Do vậy trong hệ thống 109

nhiên liệu này không cần hệ thống hâm nhiên liệu cũng như có thể không cần dùng máy lọc ly tâm. + Sơ đồ hệ thống.

Hình 5-2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu nhẹ + Nguyên lý làm việc: Hệ thống nhiên liệu nhẹ sử dụng cho các động cơ trung tốc và cao tốc công suất nhỏ. Trong động cơ công suất lớn nó tồn tại song song với hệ thống nhiên liệu nặng. Nhiên liệu từ két chứa được bơm chuyển vào két lắng qua hộp van. Tại két lắng các tạp chất bẩn và nước được lắng xuống và xả ra ngoài qua các van xả, sau đó được bơm chuyển lên két trực nhật qua phin lọc. Nhiên liệu được bơm cấp dầu bơm tới bơm cao áp và được đưa đến vòi phun, phun vào xilanh động cơ. (nếu chất 110

lượng dầu không tốt có thể bố trí thêm máy lọc ly tâm trước khi đưa tới két trực nhật). Trong một số hệ thống khác nhiên liệu từ két trực nhật tới BCA nhờ chiều cao trọng lực. b. Hệ thống nhiên liệu nặng. Thường được dùng cho các động cơ diesel trung tốc, thấp tốc cống suất lớn. Đặc điểm của hệ thống này là sử dụng loại nhiên liệu có tỷ trọng cao (trên 0,92g/cm3) nhiệt độ động đặc và độ nhớt cao (trên 30cst ở 500C). Các thành phần tạp chất bẩn như nước, lưu huỳnh, cốc lớn. Vì vậy trong hệ thống này cần thiết phải trạng bị các thiết bị hâm trong két chứa trước máy lọc ly tâm, trước BCA. Các đường ống dẫn nhiên liệu đều phải bọc cách nhiệt. Đối với hệ thống nhiên liệu này nhất thiết phải bố trí các máy lọc ly tâm để loại bớt tạp chất bẩn và nước ra khỏi nhiên liệu. Ngoài ra khi động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu nặng thì cần thiết phải bố trí thêm một hệ thống nhiên liệu nhẹ để phục vụ động cơ khi tàu khởi động, manơ hoặc chẩn bị ra vào cảng . + Sơ đồ hệ thống.

111

Hình 5-3: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu nặng + Nguyên lý làm việc: - Nhiên liệu từ két chứa dưới hầm tàu được bơm chuyển dầu hút qua bầu lọc tới két lắng FO. Tại két lắng các tạp chất bẩn và nước được lắng xuống và xả ra ngoài qua các van xả, ở két lắng nhiên liệu có thể hâm sơ bộ để việc lắng tốt hơn. Nhiên liệu từ két lắng qua hộp van V-4 tiếp tục đến bầu hâm của máy lọc nhờ bơm chuyển rồi đến máy lọc ly tâm qua van V-6. Sau khi qua máy lọc để tách bỏ nước cặn bẩn nhiên liệu được đưa về két trực nhật FO qua van V-7. Từ két trực nhật, nhiên liệu chảy về két hoà trộn qua van 3 ngả, qua phin lọc rồi được bơm cấp dầu đẩy qua bầu lọc tiếp tục được hâm tại bầu hâm để đảm bảo độ nhớt 2,5 - 40BY của nhiên liệu đúng giá trị quy định trước BCA. Sau đó theo đường ống cao áp qua vòi phun đưa vào xilanh động cơ. 112

- Hệ thống nhiên liệu nhẹ. Gồm két trực nhật DO lắp song song với két trực nhật FO. Trước khi tàu manơ hoặc điều động từ 20 - 30 phút cần chuyển việc sử dụng hệ thống nhiên liệu nặng sang hệ thống nhiên liệu nhẹ bằng van chuyển 3 ngả V-G có tác dụng làm nhiệt độ của nhiên liệu thay đổi từ từ khi chuyển từ nhiên liệu nặng sang nhiên liệu nhẹ và ngược lại để tránh hiện tượng kẹt piston plunger của BCA. Chú ý việc đóng mở các van cần từ từ. III. Các chi tiết chính của hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu bao gồm nhiều chi tiết như: Các két chứa, các đường ống, các bơm chuyển nhiên liệu áp suất thấp, các bầu hâm, máy lọc ly tâm, các phin lọc bơm cao áp, vòi phun, đường ống cao áp các van chặn van 3 ngả... Ta chỉ xét một số chi tiết chính. Bơm cao áp, vòi phun.. 1. Bơm cao áp Nhiệm vụ của BCA là cung cấp cho vòi phun một lượng nhiên liệu chính xác, có áp suất cao, tại đúng các thời điểm quy định. BCA là một thiết bị quan trọng trong hệ thống nhiên liệu nó đảm nhận cần thiết các yêu cầu cơ bản của hệ thống nhiên liệu: Định lượng, định thời, và một phần định áp. Động cơ diesel tàu thuỷ luôn làm việc với các chế độ phụ tải khác nhau. Khi phụ tải thay đổi yêu cầu lượng nhiên liệu cấp cho chu trình cũng phải thay đổi. Để điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình có thể sử dụng các phương pháp sau: - Thay đổi hành trình có ích của piston BCA giữ nguyên hành trình toàn bộ. - Thay đổi hành trình toàn bộ của piston BCA nhưng xả bớt một phần nhiên liệu do bơm tạo ra.

113

- Điều chỉnh quá trình cung cấp nhiên liệu cho BCA ví dụ dùng thiết bị cung cấp định lượng nhiên liệu cho BCA. Hiện nay chỉ sử dụng rộng rãi phương pháp điều chỉnh hành trình có ích của piston bơm cao áp có 3 cách sau: 1. Thay đổi thời điểm kết thúc phun. 2. Thay đổi thời điểm bắt đầu phun. 3. Thay đổi cả thời điểm bắt đầu phun và kết thúc phun. - Bơm cao áp kiểu piston có rãnh xéo. (bơm BOSCH-) -Bơm cao áp kiểu piston hình trụ nhẵn điều chỉnh kiểu van. * Bơm cao áp kiểu piston có rãnh xéo. Điển hình là bơm (BOSCH) có 3 kiểu.

Hình 5-4: Kết cấu piston bơm cao áp Bosơ. * Kiểu thay đổi thời điểm kết thúc phun giữ nguyên thời điểm bắt đầu phun (rãnh xéo phía dưới loại này hay dùng). Hình A

114

* Kiểu thay đổi thời điểm bắt đầu phun, giữ nguyên thời điểm kết thúc phun (rãnh xéo phía trên). Hình B * Kiểu thay đổi cả thời điểm bắt đầu và kết thúc phun (rãnh xéo 2 mặt). Hình C Các kiểu piston bơm cao áp kiểu Bôsơ. Sau đây giới thiệu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của BCA Bôso kiểu điều chỉnh thời điểm cuối. 1. Piston plunger. 2. Thanh răng. 3. Đai răng.

4. ống bao xoay. 5. Xilanh. 6. Đuôi piston hình chữ T.

Hình 5-5: Kết cấu bơm cao áp thay đổi thời điểm cuối cấp

115

Piston chuyển động lên trong xilanh nhờ vấu cam nhiên liệu và chuyển động xuống nhờ lực đẩy của lò xo trong bơm cao áp. - Khi vấu cam quay xuống piston dịch chuyển xuống phía dưới nhờ lực đẩy của lò xo làm thể tích trong xilanh tăng lên áp suất giảm xuống. Nhiên liệu cấp với áp suất thấp chuyển đến sẽ qua lỗ cấp dầu nạp vào đầy xilanh bơm . Các quá trình làm việc của bơm cao áp. - Khi vấu cam quay lên bắt đầu tác dụng vào con đội đẩy piston đi lên làm thể tích trong xilanh giảm dần. Lúc đầu một phần nhiên liệu bị nén sẽ chảy ngược từ xilanh ra qua lỗ thoát khoang nạp. Đến khi piston bắt đầu đóng kín cửa nạp thì nhiên liệu bắt đầu bị nén lại làm áp suất tăng lên rất nhanh. Khi áp suất nhiên liệu đủ lớn thắng được lực lò xo của van xuất dầu, thì van xuất dầu được nâng lên nhiên liệu sẽ được lên đường ống cao áp dẫn đến vòi phun để phun vào buồng đốt. Quá trình này là quá trình bơm dầu (hình vẽ I,II)

Hình 5-6: Quá trình bơm dầu của bơm cao áp Piston vẫn tiếp tục đi lên, khi mép dưới của rãnh xéo trên piston bắt đầu hé mở lỗ thoát dầu thì nhiên liệu trong xilanh sẽ lập tức hồi về qua rãnh dọc ra khoang 116

thoát, làm áp suất trong xilanh giảm xuống rất đột ngột. Do áp suất trong xilanh giảm xuống đột ngột nên van xuất cũng đóng xuống đột ngột quá trình cấp nhiên liệu được kết thúc dứt khoát mặc dù lúc này có thể piston vẫn còn đi lên. Giai đoạn này gọi là giai đoạn hồi dầu (hình vẽ III) Như vậy hành trình có ích của piston dùng để bơm nhiên liệu được tính từ lúc đỉnh piston bắt đầu đóng kín lỗ cấp dầu đến lúc mép rãnh xéo bắt đầu hé mở lỗ thoát dầu. Muốn thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho vòi phun theo yêu cầu phụ tải chỉ cần thay đổi hành trình có ích của piston bơm. Từ Hci = h - d. Trong đó chiều cao h thay đổi tuỳ theo vị trí tiếp xúc của đỉnh piston với lỗ cấp ta thấy: Nếu xoay piston ngược chiều kim đồng hồ thì chiều cao h giảm nên lượng nhiên liệu giảm. Nếu xoay piston thuận chiều kim đồng hồ thì chiều cao h tăng nên lượng nhiên liệu tăng. Nếu xoay piston để vị ví của rãnh dọc trựng với lỗ nhập dầu thì h = 0 nên bơm sẽ ngừng cấp nhiên liệu. Hci: Hành trình có ích của piston h: Hành trình của piston d: Đường kính của lỗ cấp dầu Để thực hiện việc xoay piston BCA chỉ cần thay đổi vị ví tay ga. Tay ga di chuyển sẽ kéo hoặc đẩy thanh răng làm cho ống bao xoay dẫn tới piston xoay theo. Vì phần dưới của ống bao có xẻ rãnh để lắp với đuôi chữ T của cỏn piston, nên khi ống bao quay sẽ làm piston xoay theo. 2. Vòi phun. * Vòi phun thừơng có các dạng sau: - Vòi phun nhiên liệu kiểu hở. 117

- Vòi phun nhiên liệu kiểu kín dùng van. - Vòi phun nhiên liệu kiểu kín dùng kim phun (dùng nhiều nhất). *Nhiệm vụ: Phun hết lượng nhiên liệu do BCA cung cấp với áp suất cao vào buồng đốt dưới dạng sương mù, tạo điều kiện nhiên liệu hòa trộn tốt với không khí trong xi lanh. Nguyên lý hoạt động. - Khi BCA chưa cấp nhiên liệu kim phun đúng lỗ phun nhờ áp lực rất lớn của lò xo. Nhiên liệu trong khoang a không lọt qua lỗ tia để vào buồng đốt được. - Khi BCA bơm nhiên liệu: Nhiên liệu có áp suất cao sẽ theo đường ống cao áp qua đường dầu tới khoang a làm áp suất trong khoang a tăng lên rất nhanh, tác dụng vào mặt côn của kim phun tạo thành một lực nâng kim phun lên. Khi lực nâng đó đủ lớn thắng được lực đẩy của lò xo thì kim phun nâng lên, nhiên liệu sẽ qua các lỗ phun để phun vào buồng đốt. Vì áp suất phun cao, lỗ phun có đường kính nhỏ, nhiên liệu bị xé nhỏ dạng sương mù . - Khi BCA ngừng cấp nhiên liệu van xuất dầu cao áp đóng xuống rất nhanh, áp lực nhiên liệu trên đường cao áp và trong khoang a giảm xuống đột ngột, kim phun bị đẩy xuống đóng kín các lỗ tia nhờ lực đẩy của lò xo, kết thúc quá trình phun nhiên liệu. 1. Mũ ốc chụp vòi phun. 2.Đai ốc hãm. 3. Mũ ốc. 4.Vít hãm mũ ốc. 118

5.Đũa ép (ty vòi phun). 6.Lò so vòi phun. 7.Vành đỡ lò so. 8.Đũa đẩy trung gian. 9. Kim phun. 10.Đầu phun. 11.Chụp đầu phun. 12.Đường dầu vào kim phun. 13.Vành đệm. 14.Chụp hãm đầu vòi phun. 15.Thân vòi phun. 16.Van xả khí. 17.Thanh lọc. 18. Rắc co ống dầu. 19. Ống dầu cao áp. 20. Gu dông xả khí

119

Hình 5-7: Sơ đồ cấu tạo vòi phun kiểu kín dùng kim phun

* Đầu vòi phun có nhiều loại: Loại có nhiều lỗ tia, loại 1 lỗ tia...

Hình 5-8: Sơ đồ cấu tạocủa đầu vòi phun 3. Van xuất dầu cao áp (van xuất nhiên liệu trên BCA). Là loại van một chiều, nhiệm vụ chủ yếu là:

120

- Ngăn không cho nhiên liệu trên đường ống cao áp và vòi phun chảy về khoang làm việc của BCA. Nếu không có van thì sau mỗi lần bơm, nhất là khi ngừng động cơ, nhiên liệu trên đường ống cao áp sẽ chảy xuống khoang nạp dầu của bơm như vậy sẽ không khởi động được. - Khắc phục hiện tượng rò rỉ ở cuối quá trình phun. 5-2. Hệ thống bôi trơn I. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn 1. Nhiệm vụ. Nhiệm vụ quan trọng nhất của hệ thống bôi trơn động cơ là: cung cấp liên tục dầu nhờn cho các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau trong động cơ như: Cổ trục, cổ biên, chốt piston, sơmi xylanh, con trượt, chốt ngang của cơ cấu con trượt, và các bộ phận khác như gối trục cam, gối đòn gánh supáp, các bánh răng truyền động... Mục đích tạo ra nêm dầu để giảm trở lực ma sát. Ngoài tác dụng giảm ma sát bôi trơn còn có tác dụng: - Tẩy rửa các bề mặt tiếp xúc (dầu bôi trơn sẽ đưa các hạt, phoi kim loại bị mài mòn ra khỏi bề mặt tiếp xúc). - Làm mát các bề mặt ma sát: Dầu nhờn sẽ mang nhiệt ở các bề mặt ma sát đi ra ngoài nhả nhiệt cho nước làm mát trong bầu làm mát dầu. - Bao kín khe hở nhỏ (giữa piston với xilanh, giữa trục với phớt chắn...) do có màng dầu bôi trơn đệm giữa chung. - Ngoài ra dầu nhờn còn dùng làm mát cho đỉnh piston, làm môi chất cho các hệ thống điều khiển, đảo chiều. 121

- Dầu bôi trơn cũn bao phủ cỏc chi tiết để chống oxyhóa các chi tiết. 2. Yêu cầu: - Trong hệ thống có nhiều động cơ thì mỗi động cơ phải có một hệ thống bôi trơn độc lập và giữa chúng có sự liên hệ hỗ trợ nhau. - Dầu nhờn phải được đi đến tất cả các vị trí cần bôi trơn, lưu lượng và áp suất dầu bôi trơn phải phù hợp với từng vị trí bôi trơn. - Hệ thống dầu nhờn phải đơn giản, làm việc tin cậy đảm bảo suất tiêu hao dầu nhờn là nhỏ nhất. II. Phân loại hệ thống bôi trơn 1. Theo phương pháp cung cấp dầu nhờn đến hệ thống bôi trơn gồm: a. Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất thấp Tất cả các động cơ diesel đều có hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất thấp (áp suất trong hệ thống nằm trong khoảng 1,5 - 8 kG/cm2). Hệ thống này cung cấp dầu bôi trơn cho các bề mặt ma sát của ổ trục chính, ổ khuỷu, ổ trục đầu nhỏ biên, ổ trục phân phối... Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất thấp đặc trưng bằng sự phân nhánh của đường ống dẫn dầu tuần hoàn, cung cấp dầu bôi trơn đồng thời tới nhiều điểm bôi trơn và sự tuần hoàn của một lượng dầu duy nhất trong động cơ. Lượng dầu này luôn luôn được lọc sạch (ở các bầu lọc thô, tinh, có thể bằng các máy lọc li tâm) và được làm mát (trong các bầu sinh hàn) tới nhiệt độ yêu cầu. b. Hệ thống bôi trơn cưỡng bức áp suất cao

122

Áp suất trong hệ thống này >50kG/cm2. Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất cao phục vụ cho bôi trơn sơ mi xilanh, đầu chữ thập con trượt ở các động cơ diesel có công suất lớn, hành trình piston dài. Đặc trưng của hệ thống này là cung cấp đúng định lượng và đúng thời điểm dầu bôi trơn cho mặt gương xilanh nhờ các bơm dầu kiểu piston, mỗi điểm bôi trơn có một piston riêng. Dầu bôi trơn xong một phần bị hoá hơi và cháy trong sơmi xilanh, một phần bị khí xả mang ra ngoài, phần còn lại chảy xuống bộ phận chứa dầu bố trí trên các tấm ngăn giữa xylanh và hộp trục khuỷu. Nhờ các tấm ngăn này có thể dùng loại dầu bôi trơn riêng để bôi trơn cho nhóm sơ mi xilanh - piston nhất là nhóm sơ mi xilanh - piston của động cơ sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao, mục đích nhằm giảm hao mòn sơ mi xilanh và các vòng xéc măng. 2. Phương pháp bôi trơn bằng vung toé: Dùng cho động cơ công suất nhỏ, kích thước xilanh bé. Đối với phương pháp này, lắp thêm các thiết bị đặc biệt vào trục khuỷu của động cơ để khi làm việc sẽ văng té dầu lên bôi trơn mặt gương xilanh, đầu nhỏ của biên, chốt piston...(một lượng dầu sau khi bôi trơn cho cổ khuỷu sẽ tràn ra bên mép và do có lực li tâm sẽ vung lên bôi trơn cho xylanh). Tuy nhiên do dầu bẩn (có chứa cả nhiên liệu và sản phẩm cháy) chảy từ xilanh xuống nên trong trường hợp này quá trình ôxi hoá và quá trình làm bẩn dầu tăng lên rất nhanh, yêu cầu phải thay dầu sau một thời gian sử dụng ngắn hơn so với các phương pháp khác. 3. Phân theo vị trí chứa dầu bôi trơn trong động cơ a. Hệ thống bôi trơn các te ướt + Sơ đồ hệ thống: 123

Hình 5-9: Hệ thống bôi trơn các te ướt + Nguyên lý làm việc: Dầu nhờn chứa trong các te của động cơ được bơm hút qua lưới lọc thô đến phin lọc tinh. Trước khi đến bầu làm mát (sinh hàn) dầu qua van điều tiết nhiệt độ bằng tay hay tự động van này có tác dụng cảm ứng nhiệt độ của dầu để điều chỉnh lượng dầu qua sinh hàn nhiều hay ít nhằm duy trì nhiệt độ của dầu nhờn ổn định trước khi vào động cơ (khi nhiệt độ thấp cho đi tắt không qua sinh hàn). Hệ thống còn được bố trí van điều chỉnh áp suất. Bằng cách điều chỉnh sức căng lò xo của van này ta có thể điều chỉnh áp suất trong hệ thống. Còn để điều chỉnh áp lực dầu trên đường ống chính có thể dùng van dầu hồi . Để cung cấp dầu bôi trơn trước khi khởi động hoặc trong trường hợp động cơ làm việc với số vòng nhỏ, cần tăng thêm áp lực dầu đến giá trị định mức, dùng bơm độc lập (bơm này được truyền động bằng điện ở động cơ tàu thuỷ cỡ lớn, bằng tay

124

ở động cơ cỡ nhỏ).Toàn bộ dầu nhờn sau khi bôi trơn xong đều rơi xuống các te (các te làm nhiệm vụ chứa dầu nên gọi là các te ướt). Hệ thống bôi trơn các te ướt cấu tạo đơn giản nhưng tính tin cậy, an toàn trong khai thác không được bảo đảm. Vì lượng dầu chứa trong các te không nhiều, vòng tuần hoàn lớn, dầu chóng bẩn. Khi tàu nghiêng lắc trong sóng miệng hút dầu có thể bị nhô lên khỏi mặt thoáng của dầu, làm cho việc cung cấp dầu bị gián đoạn, gây mất áp lực. b. Hệ thống bôi trơn các te khô Dầu chứa ngoài các te lưu lượng bơm hút > lưu lượng bơm đưa đi bôi trơn. + Sơ đồ hệ thống:

Hình 5-10: Hệ thống bôi trơn các te khô 125

+ Nguyên lý làm việc: - Mạch bôi trơn. Hờ.thống này bao gồm két tuần hoàn được bố trí dưới các te, chứa dầu từ các te chảy xuống. Dầu nhờn từ két được bơm bánh răng hút đưa qua lưới lọc, qua phin lọc tới sinh hàn vào đường ống chính dẫn đi bôi trơn máy chính. Trước khi đến sinh hàn dầu qua van điều tiết nhiệt độ để điều chỉnh lượng dầu nhờn qua sinh hàn nhiều hay ít nhằm duy trì nhiệt độ thích hợp trước khi vào bôi trơn, van an toàn V2 dùng để điều chỉnh áp lực dầu bôi trơn (bằng cách thay đổi sức căng lò xo). Van dầu hồi V-3 điều chỉnh áp lực dầu trong đường ống chính. - Mạch lọc dầu. Ngoài ra còn một hệ thống khác không mắc nối tiếp với hệ thống trên, dầu nhờn từ két tuần hoàn được bơm bánh răng hút qua bầu hâm để vào máy lọc dầu phân ly, ở đây nước và tạp chất được tách ra cho về két dầu bẩn (không vẽ trên hình), còn dầu sạch được bơm đẩy hồi về két tuần hoàn. Hai bơm hút và đẩy thường lắp ngay trong máy lọc. Lượng dầu chứa trong két tuần hoàn phụ thuộc vào công suất động cơ và kiểu loại động cơ. Nếu động cơ có công suất trung bình trở xuống và động cơ khụng có patanh bàn trượt, người ta dùng một loại dầu bôi trơn chung cho cả các ổ đỡ và sơmi xilanh. Nếu động cơ patanh bàn trượt và động cơ có công suất lớn, dùng dầu bôi trơn xilanh riêng, hệ thống bôi trơn riêng cho sơ mi xilanh bằng bơm riêng, cỏc bơm này đưa dầu xilanh đến bôi trơn thành vách sơ mi xilanh. Ưu điểm: Thời gian sử dụng dầu nhờn dài hơn, an toàn tránh được nổ hơi dầu trong các te. (phần bên trong các te người ta lắp các van an toàn để xả bớt hơi dầu nếu áp suất cao). 126

III. Các thiết bị chính của hệ thống bôi trơn 1. Bơm dầu bôi trơn Các bơm của hệ thống bôi trơn tuần hoàn dùng cho động cơ tàu thuỷ thường là bơm bánh răng hay bơm trục vít. Các loại bơm này có cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy và đảm bảo cung cấp dầu bôi trơn một cách đều đặn cho động cơ. Chúng thường có van giảm áp kiểu lò xo, khi điều chỉnh lực căng lò xo có thể thay đổi áp lực dầu trong hệ thống bằng cách xả bớt một phần dầu xuống các te hoặc đưa ngược một phần dầu trở về đường ống hút. ở các động cơ tàu thuỷ cỡ lớn van giảm áp không bố trí ở bơm mà bố trí trên đường ống dẫn dầu chính. Bơm trục vít chủ yếu dùng cho các động cơ diesel tốc độ quay thấp. Bơm thường được truyền động độc lập với động cơ. Để bôi trơn cho sơmi xilanh, người ta dùng các bơm dầu bôi trơn áp suất cao kiểu nhiều piston nhằm cung cấp những lượng dầu chính xác (với áp suất đến 100kG/cm2). Có thể điều chỉnh lượng dầu cung cấp cho xilanh bằng cách thay đổi lượng dầu đưa tới bơm hoặc thay đổi hành trình có ích của piston. Kết cấu các bơm sẽ trình bày ở phần máy phụ. 2. Sinh hàn dầu nhờn (Bầu lam mát dầu nhờn) Nhiệm vụ của sinh hàn dầu nhờn là làm giảm nhiệt độ dầu nhờn bị nóng lên trong quá trình công tác của động cơ. (Nhất là trong trường hợp dùng dầu nhờn làm mát piston). Theo cấu tạo có 2 loại kiểu ống và kiểu tấm. * Các động cơ diesel tàu thuỷ hiện nay thường dùng loại bầu sinh hàn kiểu ống. 127

1. Đường dầu ra.

4. Đường dầu vào.

2. Mặt sàng.

5. Nước làm mát ra.

3. ống sinh hàn.

6. Nước làm mát vào.

Hình 5-11: Kết cấu sinh hàn dầu nhờn Gồm thân và nắp , lắp với nhau bằng bulông có gioăng kín nước. Vỏ thường được làm bằng thép hàn, còn nắp có thể đúc bằng gang hay hợp kim thép. Các ống có tiết diện tròn hay elíp bằng đồng, lắp trên 2 mặt bích hình mắt sàng. Một đầu ống hàn chặt còn một đầu để dãn nở tự do. Khi dùng nước biển làm mát cho dầu, ở đầu ống phải có tấm kẽm chống ăn mòn. Nguyên lý hoạt động. - Dầu nhờn (chất trao nhiệt) được đưa vào sinh hàn chảy phía ngoài các ống đồng theo đường rích rắc lượng sóng qua các vách ngăn ngang rồi ra. Mục đích đi theo các đường lượn sóng là để hiệu quả tiếp xỳc, kéo dài thời gian dầu lưu lại trong bầu làm mát. Để xả không khí ra khỏi sinh hàn làm mát có khoá lắp trên thõn. Trên đường nước ra có lắp nhiệt kế và van kiểm tra nước, trên khoang dầu có nút xả cặn. 128

3. Bầu lọc dầu nhờn (phin lọc) Gồm có 2 loại:

Hình 5-12: Kết cấu bầu lọc thô * Bầu lọc thô: Lọc toàn bộ lượng dầu tuần hoàn trong động cơ. Bầu lọc thô giữ lại những tạp chất bẩn có kích thước lớn. * Bầu lọc tinh: Lọc một phần lượng dầu tuần hoàn và đưa dầu đã lọc sạch đi bôi trơn. Bầu lọc tinh dùng để lọc những tạp chất cơ học nhỏ (có kích thước 0,01mm). Thông thường các bầu lọc được bố trí kép, ngăn với nhau bằng van 3 ngả. Nhờ đó có thể tiến hành vệ sinh một bầu lọc khi động cơ vẫn hoạt động bình thường. 5-3. Hệ thống làm mát I. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát Hệ thống làm mát có nhiệm vụ mang một phần nhiệt từ các chi tiết của động cơ (ví dụ: Sơ mi xilanh, nắp xilanh, đỉnh piston...) bị nóng lên trong quá trình làm việc do 129

tiếp xúc với khí cháy hoặc do ma sát. Ngoài ra còn có nhiệm vụ làm mát cho khí tăng áp, dầu bôi trơn. Để làm mát xilanh và nắp xilanh người ta thường dùng nước ngọt hay nước biển. Để làm đỉnh piston, thường dùng dầu bôi trơn hay nước ngọt làm mát riêng. Công chất làm mát có thể là nước ngọt hay dầu diesel nhẹ. II. Các hệ thống làm mát dùng cho Diesel tàu thuỷ Có 2 loại: - Hệ thống làm mát hở. - Hệ thống làm mát kín. 1. Hệ thống làm mát hở (1 vòng) Hệ thống này dùng nước ngoài mạn tàu để làm mát trực tiếp cho động cơ sau đó lại xả ra ngoài mạn. Hệ thống làm mát hở thường dùng cho động cơ công suất nhỏ. * Nguyên lý làm việc: Nước ngoài mạn tàu qua van thông biển, qua bầu lọc đến bơm đưa đi làm mát cho dầu ở sinh hàn dầu và sau đó đi làm mát cho các bộ phận trong động cơ, sau đó xả ra ngoài mạn tàu. Để tránh nước vào làm mát cho động cơ quá lạnh, người ta nối giữa đường ra và đường vào của nước làm mát bằng một đường ống trên đó bố trí van điều tiết nhiệt độ.

130

Hình 5-13: Hệ thống làm mát hở Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ. Nhược điểm: Có nhiều nhược điểm lớn chính như sau: - Nhiệt độ nước làm mát ra khỏi động cơ không được vượt quá 50 – 5500C để trỏnh tạo ra hiện tượng kết tủa muối làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của hệ thống, ngoài ra lượng muối đóng cặn (tích tụ) trên đường ống làm tắc ống. Nhiệt độ nước ngoài tàu thay đổi rất lớn (từ 5 – 300 0C) tuỳ thuộc vào vùng hoạt động của tàu và thời tiết dẫn đến nhiệt độ của các vách làm mát cũng thay đổi làm cho ứng suất nhiệt của các chi tiết tăng lên. Ngoài ra khi nhiệt độ thấp có khả năng ngưng tụ hơi nước kết hợp với sản phẩm cháy tạo thành các loại axít làm tăng mức độ ăn mòn sơmi xilanh.

131

- Dù đã lọc qua bầu lọc nhưng nước vẫn bị bẩn (do bùn, cát...) nên các khoang làm mát xilanh và nắp xilanh bị bẩn rất nhanh, gây nên những điểm nóng cục bộ dẫn đến việc tạo ra các vết nứt trên những bề mặt đó. 2. Hệ thống làm mát kín (2 vòng) Hệ thống này gồm 2 vòng tuần hoàn. - Vòng tuần hoàn nước ngọt: Làm mát trực tiếp cho động cơ, máy nén tăng áp, tua bin khí xả... và nó tuần hoàn trong một chu trình kín.- Vòng tuần hoàn nước mặn: Dùng nước ngoài mạn tàu làm mát cho dầu nhờn, nước ngọt, không khí tăng áp rồi xả ra ngoài mạn tàu. * Sơ đồ hệ thống

Hình 5-14: Hệ thống làm mát kín 132

* Nguyên lý làm việc. + Vòng tuần hoàn hở: Nước từ ngoài mạn tàu qua van thông biển, qua phin lọc nhờ bơm qua sinh hàn dầu nhờn, sinh hàn nước ngọt đồng thời qua làm mát cho sinh hàn khớ tăng áp rồi ra ngoài. + Vòng tuần hoàn kín: Nước ngọt sau khi ở động cơ ra qua sinh hàn nước ngọt được bơm hút đưa vào động cơ. Một phần nước nóng ra khỏi động cơ được đưa vào két dãn nở để thoát hơi, thoát khí (tránh tích hơi trong khoang nước). Sau đó lại về trước bơm. Lượng nước hao hụt được bổ sung qua két dãn nở. Các van điều tiết nhiệt độ duy trì nhiệt độ cần thiết cho hệ thống . Trước khi khởi động động cơ cần hâm động cơ ta mở hơi hâm vào bầu hâm, sau đó chạy bơm nước ngọt. Nhiệt độ nước ngọt ra khỏi động cơ khoảng 65- 80 0C, còn hiệu số nhiệt độ nước ngọt ở cửa ra và vào động cơ khoảng ∆T = 8 – 10 0C. * Ưu điểm: Khống chế được chất lượng nước làm mát nên hệ thống đường ống, các khoang chứa nước làm mát sạch. Mặt khác đảm bảo nhiệt độ nước vào động cơ không thấp quá nên giảm được ứng suất nhiệt. * Nhược điểm: Hệ thống cồng kềnh, phải mang theo nước ngọt. III. Các chi tiết chính của hệ thống làm mát 1. Bơm nước làm mát - Bơm piston: Dùng cho các động cơ công suất nhỏ (lưu lượng không đều). - Bơm li tâm: Dùng cho các động cơ công suất lớn.

133

Các bơm có thể truyền động trực tiếp (do động cơ lai) hoặc truyền động độc lập. Động cơ cỡ lớn người ta dùng 2 bơm có thể thay thế cho nhau. (Cấu tạo bơm nêu ở chương sau). 2. Sinh hàn nước ngọt - Cấu tạo như sinh hàn dầu nhờn dạng ống. Nước ngọt cần làm mát đi bên ngoài ống, nước mặn đi bên trong các ống. -Dạng tấm như ở sinh hàn dầu nhờn. 3. Van tự động điều tiết nhiệt độ Công dụng của van: Tự động điều tiết lượng nước (sau khi làm mát động cơ xong) phải đi qua bầu làm mát nhiều hay ít qua đó điều chỉnh được nhiệt độ trước khi vào làm mát cho động cơ .

Hình 5-15: Kết cấu van tự động điều tiết nhiệt độ

134

Cấu tạo: Trong hộp co giãn có chứa chất dễ bay hơi với nhiệt độ (ête, cồn...) nên khi nhiệt độ thay đổi thì hộp co giãn khác nhau. * Loại van khống chế không triệt để. - Nước sau khi làm mát cho động cơ được dẫn tới van. Nếu nhiệt độ nước ra khỏi động cơ cao,nó đưa tín hiệu tới van điều tiết làm cho màng xếp đi lên mở to đường nước vào sinh hàn ở hình trái, hoặc đóng bớt đường nước không qua sinh hàn ở hình phải. 5-4. Hệ thống khởi động - đảo chiều I. Hệ thống khởi động 1. Nhiệm vụ và yêu cầu: Động cơ đang ở trạng thái dừng, để nó có thể bắt đầu hoạt động cần phải dùng một nguồn năng lượng bên ngoài nào đó lai động cơ đến một tốc độ quay khởi động (nkđ), đó là tốc độ quay nhỏ nhất mà vận tốc trung bình của piston đạt đến giá trị Cm cần thiết để nhiên liệu có thể tự bốc cháy và động cơ có thể làm việc. Có nhiều phương pháp khởi động động cơ diesel. Khởi động bằng tay, khởi động bằng động cơ điện, khởi động bằng những động cơ xăng phụ, khởi động bằng không khí nén. Trong các phương pháp khởi động nói trên (trừ khởi động bằng không khí nén) các thiết bị khởi động tác dụng trực tiếp lên trục cổ của động cơ tức là sự chuyển động bắt đầu từ trục cơ (trục cơ dẫn động còn piston bị dẫn). Với những cách khởi động này động cơ có thể khởi động với bất kỳ vị trí nào của piston và không phụ thuộc vào số xilanh động cơ.

135

Khởi động bằng khí nén là phương pháp dùng không khí nén có áp lực cao (10 50kG/cm2) tác dụng lên đỉnh các piston để đẩy piston đi xuống qua đó làm quay trục khuỷu. Như thế khâu dẫn động ở đây là piston còn khâu bị dẫn là trục cơ. Khởi động bằng không khí nén là phương pháp chủ yếu của động cơ diesel tàu thuỷ. Chú ý là khi các vị trí piston đều ở điểm chết thì khởi động bằng khí nén khụng thực hiện được vì lực chuyển động quay trục khuỷu ở những vị trí tận cùng của piston hầu như không có. Điều kiện để động cơ có thể khởi động bằng khí nén khi piston ở bất kỳ vị trí nào chỉ có thể thực hiện được với động cơ có nhiều xilanh. Cụ thể động cơ 4 kỳ thì ít nhất phải có 6 xilanh và động cơ 2 kỳ ít nhất có 4 xilanh. * Yêu cầu khởi động bằng khí nén. - Khí nén phải đủ áp lực để làm quay trục khuỷu dễ dàng (thông thường từ 10 - 30 kG/cm 2). Lượng khớ nộn phải đủ để khởi động động cơ được 10 - 20 lần. Tuỳ theo loại thiết bị có thể dùng khoảng áp suất không khí nén như sau: + Khởi động bằng không khí nén áp suất thấp. p = 20 - 30 kG/cm 2 + Khởi động bằng không khí nén áp suất trung bình. p = 60 - 80 kG/cm 2 + Khởi động bằng không khí nén áp suất cao. p = 150 - 250 kG/cm 2 Nếu áp dụng hai loại sau trong hệ thống phải có van giảm áp để giảm áp suất khí khởi động đến 20 - 30 kG/cm 2. 136

- Khí nén vào khởi động động cơ phải ở thời kỳ sinh công (cháy giãn nở) của từng xilanh và theo đúng thứ tự nổ của động cơ. Thời gian khí nén vào xilanh phải kết thúc trước khi supáp xả của xilanh đó mở (nếu không, khí nén sẽ lọt qua supáp xả ra ngoài). Đối với động cơ diesel muốn khởi động ở bất kỳ vị trí nào của trục khuỷu và để tiết kiệm khí nén khởi động thì phải thoả mãn điều kiện sau: ά

≤ θ ≤ 1800 — β

ά:

Góc kẹp nổ giữa các xi lanh

θ:

Góc cấp khí nén

β:

Góc mở xupáp xả

Góc cấp khí nén khởi động đối với động cơ 4 kỳ: 130 - 1400 đối với động cơ 2 kỳ khoảng 1000. Như vây đối với động cơ 4 kỳ có 720/140 >5 phải lấy 6 xilanh. Đối với động cơ 2 kỳ 360/100 >3 phải lấy từ 4 xilanh. - Sau khi khởi động xong khí nén trên đường ống phải được xả ra ngoài để đảm bảo an toàn. 2. Hệ thống khởi động bằng không khí nén cấp vào buồng đốt động cơ Hệ thống bao gồm: Máy nén, bình chứa không khí áp suất cao, van khởi động đặt trên nắp xilanh. Quá trình đưa khí nén vào xilanh có thể theo 2 cách: - Lần lượt đưa khí nén vào trước, cấp nhiên liệu sau (động cơ công suất nhỏ). 137

- Đồng thời đưa khí nén và nhiên liệu vào trong xilanh cùng một lúc (phổ biến ở các động cơ có công suất lớn và vừa). Hệ thống khởi động bằng không khí nén của động cơ diesel tàu thuỷ được chia làm 2 loại: Hệ thống khởi động trực tiếp và hệ thống khởi động gián tiếp. a. Hệ thống khởi động trực tiếp bằng không khí nén. Thường sử dụng cho động cơ cao tốc, công suất nhỏ. Đặc điểm là dùng cam khống chế đường gió chính. * Sơ đồ hệ thống. 1. Máy nén gió.

5. Tay khởi động.

2. Chai gió.

6. Đĩa chia giú.

3. Van chặn chính.

7. Đường thoát gió.

4. Van khởi động chính.

8. Các xupáp khởi động.

138

Hình 5-16: Hê thống khởi động trực tiếp * Nguyên lý làm việc: - Trước khi khởi động phải kiểm tra áp lực chai gió (2). - Khi mở van (3) khí nén từ bình (2) vào hộp van khởi động (4). Khi ta ấn tay khởi động gió vào đĩa chia gió (6) là hộp van phân phối. Khí nén từ bộ phận phân phối lần lượt vào các xilanh theo thứ tự nổ của động cơ, qua các supáp khởi động tác động lên piston làm quay trục khuỷu. Tốc độ trục khuỷu tăng dần và đến khi tự làm việc được thì ngừng ấn tay (5) cho hoạt động bằng nhiên liệu. Khoá van (3) lại, khí nén theo đường (7) ra ngoài bảo đảm an toàn. Áp lực ở chai gió (2) thiếu thì dùng máy nén (1) bổ sung đạt đến áp lực yêu cầu. Đĩa chia gió (bộ phận phân phối khí khởi động) điều khiển bằng trục phân phối. b. Hệ thống khởi động gián tiếp bằng khí nén. * Sơ đồ hệ thống: 1. Máy nén gió.

6. Tay khởi động.

2. Chai gió.

7. Đường gió phụ.

3. Van chặn chính.

8. Đường gió chính.

4. Van khởi động chính.

9. Các xupáp khởi động.

5. Van khởi động.

10. Đĩa chia gió.

139

Hình 5-17: Hê thống khởi động gián tiếp * Nguyên lý hoạt động: Khi mở van (3), khí nén từ chai gió (2) vào hộp (4) theo đường (H) lên hộp van (5) theo đường (T) vào phần trên hộp van khởi động chính (4) tạo nên sự cân bằng áp suất nên hộp van khởi động đóng chặt .Khí ấn tay khởi động (6) xuống, mở thông đường (H) và (C) nên khí nén trên hộp (4) theo đường (C) ra ngoài tạo nên sự chênh lệch áp suất, do đó hộp (4) mở khí nén ra và được chia làm 2 đường. Đường gió chính và đường gió tới đĩa chia gió. - Phần lớn khí nén chủ yếu theo đường (8) đến chờ sẵn ở các supáp khởi động đó là đường gió chính để khởi động. - Phần kia vào đĩa chia gió (10) sau đó vào phần trờn của supáp khởi động theo thứ tự nổ của động cơ, nhờ trục phân phối tác động vào đĩa chia gió để thông đường 140

gió phụ tới từng supáp khởi động. Mở supáp khởi động cho đường gió chính vào xilanh để khởi động động cơ. - Khi khởi động xong, ngừng ấn tay khởi động, khoá van (3) và nạp bổ sung nhờ máy nén khí. Hệ thống khởi động gián tiếp được sử dụng phần lớn cho động cơ diesel lai chân vịt. 3. Các thiết bị chính trong hệ thống khởi động a. Hộp van khởi động chính - Khởi động trực tiếp. - Khởi động gián tiếp. * Hộp van khởi động trực tiếp.

Hình 5-18: Hộp van khởi động trực tiếp

141

- Khi chưa ấn trục (1) nối với tay khởi động, đế van (5) đóng kín nhờ sức căng của lò xo (4). - Khi khởi động ấn trục (1) đóng đường (7) đế van (5) đi xuống rời khỏi bệ van, gió từ chai gió vào đường gió (3) qua đường gió (6) vào đĩa chia gió từ đó phân phối tới các supáp khởi động. - Khi khởi động xong, trục (1) được nâng lên, nhờ sức căng của lò xo (4) đẩy đế van đóng kín với bệ van như cũ, đồng thời đường gió (6) và (7) thông với nhau, nên gió trong đường ống ngược lại theo đường (7) xả ra ngoài. * Hộp van khởi động gián tiếp

Hình 5-19: Hộp van khởi động gián tiếp

142

- Khi mở van chặn trên chai gió khí nén được dẫn đến hộp van khởi động chính từ cửa (1) đi qua cửa (2) đến cửa (3) của hộp van điều khiển rồi qua cửa (4) trở lại cửa (5) của hộp van khởi động tác dụng lên phía trên của van (8) nên hộp van A vẫn đóng, khí nén chưa đến động cơ được. - Khi ấn tay đề khởi động (10): Piston (9) trong hộp van B đi xuống dưới mở thông cửa (4) với cửa (7) khí nén phía trên hộp van khởi động A sẽ qua cửa (5) theo đường nối lên cửa (4) và qua cửa (7) xả ra ngoài, làm áp lực trên van (8) giảm xuống. Khí nén có áp lực lớn hơn ở phía dưới sẽ đẩy van (8) đi lên cho đến khi mặt côn (11) tỳ sát lên bệ van mới dừng lại. Khi đó cửa (1) thông với cửa (6) nên khí nén từ chai gió sẽ qua cửa (1) và (6). Sau khi qua cửa (6) sẽ chia làm 2 đường: một đường chính đưa gió tới các xupáp khởi động túc trực sẵn và một đường phụ đến đĩa chia gió để phân phối mở lần lượt các xupáp khởi động theo thứ tự nổ. - Khi khởi động xong, thôi không ấn tay (10) nữa thì piston (9) lại được đẩy lên nhờ các lò xo, cửa (3) và cửa (4) lại thông với nhau, khí nén lại vào phía trên van (8) đẩy van (8) xuống, cửa (1) không thông với cửa (6) nữa nên ngừng cấp khí nén khởi động. Lúc này khí nén trong hệ thống sẽ qua cửa (4) xả hết ra ngoài để đảm bảo an toàn. b. Xupáp khởi động. - Kiểu trực tiếp. - Kiểu gián tiếp. * Xupáp khởi động kiểu trực tiếp. * Cấu tạo.

143

Hình 5-20: Xupáp khởi động kiểu trực tiếp * Nguyên lý làm việc. - Ở trạng thái bình thường, xupáp luôn luôn đóng kín nhờ sức căng của lò xo (5). - Khi khởi động động cơ khí nén đi qua đĩa chia gió sẽ vào xupáp khởi động theo đường (3). Nhờ có áp lực lớn, thắng được sức căng lò xo nên khí nén đẩy supáp đi xuống để vào xilanh khởi động động cơ. - Khi đĩa chia gió phân phối khí nén sang các xupáp khác (tức là đường khí nén vào xupáp bị cắt) thì áp lực khí nén trong hộp xupáp giảm, lò xo sẽ kéo xupáp đóng kín lại như cũ. * Xupáp khởi động kiểu gián tiếp. * cấu tạo:

144

. Hình 5-21: Xupáp khởi động kiểu gián tiếp * Nguyên lý làm việc: - Ở trạng thái bình thường xupáp luôn đóng kín nhờ sức căng của lò xo (6). - Khi khởi động, khí nén được dẫn tới xupáp khởi động bằng 2 đường. + Đường khí khởi động chính theo đường (3) vào nằm chờ sẵn trong hộp xupáp nhưng chưa vào xilanh được, vì khí nén sau khi vào hộp van một phần tác động vào nấm xupáp, một phần qua lỗ (4) tác dụng vào phía dưới piston (7) tạo nên sự cân bằng áp suất nên xupáp vẫn đóng kín.

145

+ Khi đĩa chia gió cấp đường khí phụ vào đường (12) thì áp lực trên piston (10) tăng, đẩy piston (10) đi xuống mở xupáp, khí nén theo đường (3) vào xi lanh khởi động động cơ. - Khi đĩa chia gió phân phối khí nén sang các xupáp khác (tức là đường khí nén phụ vào xupáp bị cắt) thì áp lực khí nén trong hộp xupáp giảm, lò xo sẽ kéo xupáp đóng kín lại như cũ.

II. Hệ thống đảo chiều 1. Nhiệm vụ, các phương pháp đảo chiều, yêu cầu khi đảo chiều Để thay đổi chiều chuyển động của tàu (tiến, lùi hoặc ngược lại) có thể thực hiện các biện pháp sau: - Đảo chiều quay trục khuỷu bằng hệ thống đảo chiều bố trí ngay trên động cơ. - Đảo chiều quay của chân vịt bằng khớp nối ly hợp đảo chiều bố trí giữa động cơ và chân vịt. Theo cách này cho phép động cơ luôn làm việc theo một chiều quay nhất định và do đó có thể dùng động cơ không tự đảo chiều làm động cơ chính lai chân vịt. - Dùng chân vịt biến bước: Cho phép động cơ tận dụng hết công suất trong điều kiện thuận lợi. Giới hạn trong phạm vi những thiết bị đảo chiều trực tiếp cho động cơ: Lúc đó đảo chiều động cơ tương ứng với trục khuỷu của động cơ phải quay theo chiều ngược lại với chiều quay của chế độ công tác trước đó. Để thực hiện điều này, thiết bị phân phối khí phải điều khiển việc mở van khởi động của xi lanh đang ở kỳ nén, lúc đó khí khởi động sẽ đẩy piston chuyển động theo chiều ngược lại. Tuỳ theo cấu 146

tạo của thiết bị phân phối khí khởi động mà cơ cấu đảo chiều có nguyên lý làm việc khác nhau. + Đối với thiết bị phân phối khí khởi động kiẻu van trượt hướng tâm, dùng phương pháp dịch trục phân phối để đảo chiều động cơ. + Đối với thiết bị phân phối kiểu tấm trượt dạng đĩa, dùng phương pháp quay tương đối trục phân phối một góc nhất định so với trục khuỷu. Các thiết bị chính dùng hệ thống đảo chiều gồm: Thiết bị bảo vệ và động cơ xec vô dùng để dịch trục phân phối (hay xoay trục phân phối) động cơ xec vô là động cơ trợ động. Khi đảo chiều động cơ phải tuân theo thứ tự nghiêm ngặt các thao tác với những quy định sau: - Khi kết thúc đảo chiều thì mới khởi động động cơ. Chỉ khởi động động cơ khi trục phân phối khí đã chuyển hoàn toàn sang vị trí tiến hoặc lùi. - Sau khi động cơ quay đến vòng quay khởi động dưới tác dụng của không khí nén, bắt đầu cung cấp nhiên liệu, phải đình chỉ ngay việc cung cấp khí nén. - Không được đảo chiều động cơ khi nó đang làm việc, phải dừng động cơ, sau đó tiến hành đảo chiều rồi mới khởi động lại. - Khi tàu manơ: các động tác đảo chiều, khởi động phải được thực hiện an toàn trong thời gian ngắn nhất. - Yêu cầu các tay điều khiển phải được dịch chuyển dễ dàng, cho phép thao tác thuận lợi nhẹ nhàng. Cần phải có các thiết bị bảo vệ để hạn chế thấp nhất những thao tác sai.

147

2. Cơ cấu đảo chiều trực tiếp bằng cách dịch trục cam a. Sơ đồ cấu tạo: 1. Đường dẫn khí nén.

8. Khớp nối.

2. Van đảo chiều.

9.Trục cam.

3,4. Bình dầu.

10. Cam xả khi lựi.

5. Piston.

11. Cam xả khi tiến.

6. Xi lanh chứa dầu.

12. Cam hút khi lùi.

7. Phớt kín dầu.

13. Cam hút khi tiến.

14. Con đội xupap hút.

15. Con đội xupap xả.

Hình 5-22: Cơ cấu đảo chiều trực tiếp bằng cách dịch trục cam Trong cơ cấu này, tương ứng với mỗi xupáp của động cơ có 2 cam dẫn động (một cam tiến và một cam lùi). 148

Giữa 2 cam có mặt vát chuyển tiếp để con đội có thể trượt từ cam này sang cam khác dễ dàng. Khi đẩy trục cam di động dọc trục, các cam khác bị đẩy đi, nên con đội đang tiếp xúc với cam này sẽ chuyển sang tiếp xúc với cam khác. Do đó pha phân phối khí và thứ tự nổ của động cơ sẽ thay đổi làm động cơ hoạt động theo chiều ngược lại. b. Nguyên lý hoạt động: - Khi tàu chạy tới (động cơ quay theo chiều thuận) thì xoay van (2) ở vị trí "tới". Khí nén qua van (2) vào bình (3) và nén dầu xuống piston (5) bị dịch chuyển sang phải kéo theo trục cam di động sang bên phải, các con đội tiếp xúc với các cam tới (lúc này không khí trong bình (4) thoát ra ngoài theo van (2) dần trong xi lanh phía phải sẽ dâng lên đầy bình. - Muốn tàu chạy lùi (động cơ quay theo chiều ngược lại) thì trước tiên phải dừng động cơ lại. Tiếp sau đó mới xoay van (2) về vị trí "lùi", khi đó khí nén sẽ vào bình (4) đẩy dầu xuống làm piston bị đẩy sang trái. Trục cam sẽ bị đẩy sang trái làm con đội chuyển sang tiếp xúc với các cam lùi, động cơ sẽ quay theo chiều ngược lại.

149

CHƯƠNG 6: KHAI THÁC VẬN HÀNH ĐỘNG CƠ 6-1. Chuẩn bị khởi động và khởi động động cơ I. Chuẩn bị khởi động 1. Yêu cầu chung: Trước khi khởi động động cơ cần phải có giai đoạn chuẩn bị nhằm bảo đảm cho động cơ, các trang thiết bị, các đường ống và nồi hơi phải ở trạng thái kỹ thuật tốt. Sau khi nhận mệnh lệnh của thuyền trưởng, máy trưởng cần phải chuẩn bị động cơ. Mệnh lệnh của thuyền trưởng phải tuân thủ đúng thời gian qui định của nhà máy chế tạo về thời gian chuẩn bị khởi động (từ lúc bắt đầu chuẩn bị cho đến lúc động cơ khởi động). Công việc chuẩn bị khởi động và khởi động động cơ phải tiến hành theo qui trình được nhà máy chế tạo hướng dẫn. * Trước khi khởi động động cơ, nhiệt độ không khí trong buồng máy không được thấp hơn 80 C. Trong trường hợp cần thiết phải sấy nóng động cơ. * Trước khi khởi động phải: - Kiểm tra hoạt động của trạm điện thoại buồng máy, các phương tiện liên lạc giữa buồng máy và ca bin lái. - Kiểm tra số chỉ các đồng hồ ở buồng máy và ca bin lái cho thật khớp nhau. - Kiểm tra các phương tiện chiếu sáng và đề phòng sự cố. - Kiểm tra sự thiếu đủ và tình hình làm việc của các phương tiện phòng chữa cháy trong buồng máy. - Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của máy lái. * Trong thời gian chuẩn bị khởi động sĩ quan trực ca phải ghi vào sổ nhật ký vận hành tất cả các mệnh lệnh từ ca bin lái và mệnh lệnh của máy trưởng, thời gian thực hiện thao tác chuẩn bị máy, kết quả kiểm tra và đo đạc.

150

* Sau khi chuẩn bị máy xong, sĩ quan trực ca phải báo cho máy trưởng biết và chỉ khi có lệnh của máy trưởng mới được khởi động động cơ. 2. Chuẩn bị hệ thống bôi trơn - Kiểm tra dầu bôi trơn trong hệ thống, nếu thiếu phải bổ sung. - Khi cần thiết phải hâm nóng dầu bôi trơn. Nhiệt độ dầu bôi trơn không thấp hơn 15-180C nhưng không lớn hơn 450 C. Nếu không có thiết bị hâm dầu chuyên dùng, có thể hâm dầu qua động cơ trong thời gian sấy nóng động cơ. - Phải nạp đầy dầu bôi trơn vào các thiết bị bôi trơn áp lực và cấp dầu bôi trơn cho các vị trí bằng bơm tay hoặc chuyên dùng. Kiểm tra điều chỉnh lượng dầu đi bôi trơn cho các bộ phận, chi tiết cần bôi trơn và các bầu tra mỡ ép. - Kiểm tra các bộ phận lọc dầu, bình làm mát dầu, các bộ điều chỉnh nhiệt độ, xoay các van trên đường ống dẫn dầu bôi trơn đúng với vị trí làm việc. Khởi động bơm dầu độc lập. Đối với động cơ mà bơm dầu được dẫn động từ động cơ thì sử dụng bơm dầu dự trữ hoặc bơm tay. Tăng dần áp lực dầu bôi trơn và làm mát piston đến áp suất qui định. Trong quá trình bơm dầu đồng thời via máy. - Mở các van nước tuần hoàn của bình làm mát dầu. Kiểm tra nước làm mát xem có lẫn dầu không. 3. Chuẩn bị hệ thống làm mát a) Đối với động cơ làm mát trực tiếp bằng nước biển: Phải xoay các van trên đường ống đúng với vị trí làm việc. Chuẩn bị khởi động và khởi động bơm nước độc lập nếu có. Tăng dần áp suất nước làm mát đến áp suất công tác kiểm tra sự rò rỉ các hệ thống đường ống nước làm mát. Sau khi nhận mệnh lệnh "chuẩn bị" từ buồng chỉ huy phải xoay các van của hệ thống làm mát sang vị trí cung cấp nước biển bằng bơm dẫn từ động cơ. Trong thời tiết giá lạnh, nếu nhiệt độ nước làm mát <15 0C thì phải sấy nóng đều đặn và từ từ động cơ đến nhiệt độ 25-45 0C bằng thiết bị sấy nóng hoặc nước nóng từ máy phụ. Nếu sấy nóng động cơ bằng hơi nước thì phải kiểm tra trước xem tất 151

cả các khoang làm mát đã nạp đầy nước chưa, sau đó dẫn hơi nước với p< 2,5 kG/cm2 vào phần dưới blốc xi lanh và tiến hành sấy nóng từ từ đến nhiệt độ không quá 450C. Nghiêm cấm sấy động cơ chỉ bằng hơi nước trong khi khoang làm mát chưa có nước. b) Đối với hệ thống làm mát kín cần phải: - Kiểm tra lượng nước ngọt trong HTLM nếu thiếu phải bổ sung. - Xoay các van trên đường ống làm mát đúng vị trí làm việc, chuẩn bị khởi động và khởi động bơm nước ngọt, tăng dần áp suất nước làm mát đến áp suất làm việc, xả hết không khí ra khỏi hệ thống. - Kiểm tra tình trạng làm việc của bộ điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát. - Tiến hành chuẩn bị khởi động và khởi động bơm nước tuần hoàn của HTLM, mở các van nước tuần hoàn của HTLM, kiểm tra lượng nước tuần hoàn. - Xoay các van khoá trên đường ống làm mát vòi phun đúng vị trí làm việc. Chuẩn bị khởi động và khởi động các bơm nước (nhiên liệu hoặc dầu) làm mát vòi phun. 4. Chuẩn bị hệ thống nhiên liệu: - Kiểm tra mức nhiên liệu trong két trực nhật, xả cặn, xả nước trong két trực nhật và két lắng. - Kiểm tra các bộ lọc nhiên liệu, xả nước lắng đọng ở các bộ lọc. Xoay các van trên đường ống nhiên liệu đến động cơ đúng vị trí làm việc. Nạp đầy nhiên liệu vào các đường ống cho đến khi hết không khí nằm trong hệ thống. - Kiểm tra các cơ cấu điều chỉnh sự cấp nhiên liệu của BCA có bị kẹt không. Đối với động cơ làm việc với nhiên liệu nặng thì cần phải xoay các van tương ứng phục vụ làm việc với nhiên liệu nhẹ trong thời gian khởi động. - Nếu sử dụng nhiên liệu có độ nhớt cao thì phải hâm nóng các đường ống của hệ nhiên liệu phù hợp với bản hướng dẫn. - Tiến hành khởi động bơm cấp và bơm tuần hoàn nhiên liệu. 5. Chuẩn bị hệ thống khởi động, quét gió: 152

- Trước khi khởi động phải kiểm tra áp suất không khí trong các bình chứa, nếu thấp phải nạp vào. Xả nước và dầu ra khỏi chai gió, khí nén trước khi vào bình chứa nhất thiết phải được làm mát cho đến nhiệt độ không quá 400 C. Nghiêm cấm không được nạp khí chưa làm mát vào các bình chứa vì dễ gây hiện tượng nổ đường ống khí và các bình chứa. Nghiêm cấm những va chạm mạnh vào đường ống khí cao áp. - Mở các van đóng kín trên đường ống khởi động dẫn từ bình chứa đến trạm điều khiển và xupap khởi động chính. Khi mở van cần nhẹ nhàng tránh sự tác động của sóng va đập của khí nén gây hiện tượng nổ vỏ ống. - Kiểm tra tình hình hoạt động của thiết bị khởi động. 6. Chuẩn bị hệ trục: - Kiểm tra xem có các vật lạ trên hệ thống trục, nhả thiết bị hãm trục. - Để đảm bảo nước nhỏ từng giọt qua cụm nắp bít kín của ống bao trục, phải nới lỏng cụm nắp bít kín của ống bao trục nếu bộ kín trục bằng tơrết. Nếu bao trục chân vịt là cao su, gỗ gaiắc thì phải kiểm tra độ mở các van trên đường ống làm mát và dẫn nước đến làm mát ống bao trục. - Đối với ống bao trục chân vịt được bôi trơn bằng dầu thì phải bơm dầu đến ống bao trục. Kiểm tra mức dầu trờn các két trọng lực và trong các gối đỡ trung gian và gối đỡ chặn, nếu thiếu đổ thêm đến mức qui định. Kiểm tra và chuẩn bị hệ thống làm mát cho các gối đỡ, phải kiểm tra xích dẫn động đến bộ phát của tốc độ kế xem có nguyên vẹn và căng bình thường không. Kiểm tra tình trạng làm việc của các khớp nối ly hợp của hệ trục, tiến hành đóng mở ly hợp vài lần từ trạm điều khiển. - Đối với động cơ làm việc với chân vịt biến bước thì phải xoay cánh chân vịt về vị trí bước không. 7. Via trục và khởi động thử động cơ

153

- Đối với động cơ nối trực tiếp với chân vịt hoặc qua hộp số thì chỉ tiến hành khởi động thử khi có sự đồng ý của buồng chỉ huy. - Đối với động cơ nối với chân vịt qua truyền động thuỷ lực (biến tốc thuỷ lực, khớp nối thuỷ lực) khi tiến hành quay trục và khởi động thử nếu đã nhả khớp nối ly hợp thì không cần sự cho phép của buồng chỉ huy. - Trước khi cho thiết bị via trục làm việc phải biết chắc rằng: + Các van trên đường gió khởi động đã đóng kín. + Máy via trục đã đóng không được khởi động động cơ. - Khi đã tiến hành chuẩn bị thật tốt thì bật công tắc của thiết bị via trục. Via trục khuỷu từ 2-3 vòng quay khi đã mở các van chỉ thị. Khi via trục thì tiến hành đồng thời với việc bơm dầu bôi trơn và kiểm tra trong xilanh có nước, dầu nhờn, nhiên liệu không. - Đối với động cơ nối với chân vịt qua truyền truyền động thuỷ lực, hoặc các khớp nối ly hợp trên đường trục thì sau khi via trục xong phải đóng thiết bị via trục theo đúng hướng dẫn. - Tiến hành thử tay chuông giữa buồng lái và buồng máy. - Khởi động thử động cơ ở một số vòng quay tiến và lùi, đồng thời mở các van chỉ thị để kiểm tra tình trạng kỹ thuật của động cơ. Sau khi khởi động thử thấy không có gì trục trặc thì động cơ coi như đã chuẩn bị xong, và báo cáo cho Máy trưởng biết. II. Khởi động động cơ Diesel chính. - Sau khi đã chuẩn bị xong động cơ, phải báo cho buồng chỉ huy và đặt kim của tay chuông về vị trí sẵn sàng(stanby). Nhận được tín hiệu từ buồng máy, sĩ quan boong trực ca phải xác nhận lại tín hiệu đặt kim tay chuông của buồng chỉ huy về vị trí sẵn sàng (stanby). - Sau khi nhận được lệnh cho phép khởi động từ buồng chỉ huy, sĩ quan máy trực ca phải trả lời bằng tay chuông rằng đã nhận được lệnh và đang thực hiện bằng 154

cách đặt kim tay chuông ở buồng máy về vị trí phù hợp với lệnh từ buồng chỉ huy và tiến hành khởi động động cơ. * Công việc khởi động động cơ tiến hành theo trình tự sau: - Đặt tay ga điều khiển động cơ vào vị trí khởi động. - Khởi động động cơ bằng khí nén, tăng dần số vòng quay động cơ cho đủ để động cơ có thể chuyển sang làm việc với nhiên liệu, chuyển tay ga điều khiển sang vị trí làm việc. - Dựa vào tốc độ để xác lập số vòng quay phù hợp với tốc độ cho trước từ buồng chỉ huy. - Nếu khi chuyển sang làm việc với nhiên liệu động cơ bị dừng lại đột ngột, cần phải chuyển tay ga về vị trí "Stop" và tiến hành khởi động lại. Tránh trường hợp động cơ làm việc liên tục với không khí nén vì động cơ lúc này quá lạnh. - Sau khi khởi động xong, sĩ quan trực ca phải trực tiếp kiểm tra áp suất nhiệt độ dầu bôi trơn, nước làm mát, áp suất nhiên liệu, áp suất không khí tăng áp, xem động cơ làm việc có va đập hay tiếng ồn lạ không. - Nếu sau khi khởi động, áp suất nước hoặc dầu làm mát không tăng lên định mức hoặc bắt đầu giảm xuống thì cần phải giảm vòng quay động cơ đến thấp nhất nhưng động cơ vẫn phải làm việc ổn định, tiến hành khởi động bơm nước làm mát và bơm dầu dự trữ, báo cáo hư hỏng cho Máy trưởng. - Sau khi khởi động xong, tiến hành nạp khí nén bổ sung vào chai gió. - Trong thời gian vận hành ít nhất là một van khởi động trên một trong những chai gió khởi động luôn luôn mở. - Trong những trường hợp không có những chỉ dẫn của nhà chế tạo thì phụ tải ban đầu của động cơ không vượt quá 25-30% Ne định mức. - Đối với động cơ có chân vịt biến bước thì chỉ được khởi động khi vị trí của các cánh chân vịt có bước xoắn điều chỉnh phù hợp với chế độ làm việc không tải (bước của chân vịt = 0). 155

- Nếu động cơ có ly hợp thì khi khởi động nhất thiết phải nhả ly hợp. - Đối với thiết bị có hai động cơ làm việc với một chân vịt truyền động thuỷ lực thì cho phép khởi động một trong hai động cơ đó nhờ động cơ đang làm việc với điều kiện công suất của động cơ đang làm việc nhỏ hơn 70% công suất định mức và chiều quay của 2 động cơ là như nhau.

156

6-2. Vận hành động cơ diesel khi làm việc ở chế độ khai thác

I. Những công việc và các thông số cần theo dõi: 1. Công việc cần làm * Trong thời gian động cơ làm việc, cần theo dõi thường xuyên sự hoạt động của động cơ, các trang thiết bị, đường ống, các thiết bị đo lường. Sĩ quan máy trực ca phải thường xuyên có mặt tại vị trí điều khiển để theo dõi chỉ số các đồng hồ đo và thực hiện mệnh lệnh từ buồng chỉ huy. Trong lúc vận hành khai thác động cơ, nếu phát hiện thấy hư hỏng cho phép sĩ quan máy trực ca giảm phụ tải (chỉ số vòng quay) và dừng động cơ khi có sự đồng ý của sĩ quan boong trực ca. Trong những trường hợp có nguy cơ đe doạ đến tính mạng con người, hoặc các hư hỏng của động cơ mà cần phải dừng động cơ ngay thì sĩ quan máy trực ca có quyền giảm phụ tải và tắt động cơ sau đó báo cáo ngay cho buồng chỉ huy và Máy trưởng. Nếu dừng động cơ chính quá đột ngột có thể gây sự cố cho tàu thì Thuyền trưởng có quyền yêu cầu sĩ quan máy cho động cơ tiếp tục làm việc và Thuyền trưởng phải chịu trách nhiệm về hậu quả xảy ra. 2. Các thông số cần phải theo dõi: - Số vòng quay của động cơ. - Áp suất và nhiệt độ dầu bôi trơn trước và sau phin lọc, vào động cơ, trước và sau bầu làm mát, mức dầu bôi trơn trong cacte, két tuần hoàn, két dầu xilanh.. - Áp suất và nhiệt độ nước làm mát vào và ra khỏi các xi lanh, tua bin khí xả, vào và ra khỏi các bầu làm mát. - Nhiệt độ khí xả của từng xi lanh, áp suất và nhiệt độ không khí tăng áp, nhiệt độ trung bình của khí xả sau ống góp khí xả. - Áp suất nhiên liệu sau bơm cấp nhiên liệu, áp suất, nhiệt độ và độ nhớt của nhiên liệu vào động cơ. Mức nhiên liệu trong các két nhiên liệu. 157

- Nhiệt độ các gối đỡ trục trung gian của động cơ, truyền động bánh răng, khớp nối đảo chiều. - Áp suất không khí nén trong các chai gió. II. Chăm sóc động cơ khi mới hoạt động Thời gian kể từ lúc khởi động động cơ cho đến khi thiết lập được phụ tải định mức phải theo đúng qui định của nhà chế tạo. Nghiêm cấm rút ngắn thời gian làm nóng động cơ, trừ trường hợp do các yêu cầu an toàn cho con người. Động cơ được coi là đã làm nóng và sẵn sàng mắc phụ tải nếu ở các chế độ tải ổn định, nhiệt độ nước, dầu bôi trơn vào và ra khỏi động cơ đó ổn định, độ chênh lệch nhiệt độ đầu vào và đầu ra phù hợp với giá trị cho phép. - Đối với động cơ làm mát trực tiếp bằng nước biển thì nhiệt độ nước ra không lớn hơn 40-500C, nhiệt độ LO không lớn hơn 650 C. - Trong mọi trường hợp, khi mắc phụ tải cho động cơ làm việc, cần phải tiến hành từ từ, không được đột ngột tăng hoặc giảm vòng quay làm ảnh hưởng xấu đến sự làm việc của động cơ. - Không nên cho động cơ làm việc quá lâu ở chế độ tải thấp và không tải, tránh hiện tượng làm cho quá trình phun và cháy nhiên liệu trong động cơ không hoàn thiện. - Trong quá trình làm nóng động cơ, không cho phép tăng đột ngột nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn vì sẽ gây ra ứng suất nhiệt cho động cơ cũng như tăng sự đóng cáu cặn trên bề mặt trao đổi nhiệt. - Khi nhiệt độ nước làm mát tăng đột ngột hoặc nhiệt độ dầu bôi trơn giảm thì cần điều chỉnh các van xả nước ra mạn hoặc vào bầu làm mát một cách phù hợp. III. Khai thác động cơ ở chế độ định mức, chăm sóc các hệ thống - Trong điều kiện bình thường của chuyến đi biển, cần phải giữ không đổi số vòng quay định mức và công suất của động cơ ở chế độ định mức phù hợp với qui định của nhà chế tạo. 158

- Không phụ thuộc vào mực nước của tàu và điều kiện thời tiết vòng quay động cơ vẫn ở chế độ định mức, tay ga ở vị trí tương ứng với áp suất Pi định mức. - Nghiêm cấm động cơ làm việc ở vòng quay tới hạn. Theo định kỳ phải kiểm tra để phân phối đồng đều phụ tải giữa các xi lanh đó là: Kiểm tra nhiệt độ khí xả Tkx, áp suất trung bình chỉ thị Pi của các xi lanh, sự chênh lệch của các thông số Tkx, Pi nằm trong giới hạn cho phép. - Khi nhiệt độ, độ ẩm không khí tăng, áp suất khí quyển giảm thì phải giảm công suất và số vòng quay của động cơ sao cho Tkx của các xilanh không vượt quá giới hạn cho phép. - Theo định kỳ nhưng ít nhất trong 1 giờ cần phải kiểm tra tình hình làm việc và bôi trơn các chi tiết của động cơ. - Nếu thấy nhiệt độ của các gối đỡ tăng hơn bình thường thì tiến hành giảm phụ tải của động cơ đồng thời tăng dầu bôi trơn đến các gối đỡ. Nghiêm cấm làm lạnh các gối đỡ bằng nước lạnh. - Nếu số vòng quay của động cơ tăng đột ngột hoặc các xupáp an toàn thường xuyên làm việc thì cần phải dừng động cơ để tìm nguyên nhân khắc phục. Trong quá trình vận hành động cơ, phải chú ý lắng nghe mọi tiếng ồn, tiếng gõ và sự rung động của động cơ nếu thấy lạ phải xem xét và sử lý. 1. Chăm sóc hệ thống bôi trơn trong thời gian động cơ làm việc - Phải thường xuyên đảm bảo nhiệt độ dầu bôi trơn (đối với động cơ không có bộ điều chỉnh nhiệt độ) không đổi trong hệ thống, đồng thời đảm bảo việc cấp dầu bôi trơn đến các chi tiết phù hợp với bảng hướng dẫn. - Nếu áp suất trong hệ thống giảm đột ngột hoặc nhiệt độ dầu bôi trơn tăng quá mức qui định thì cần phải giảm vòng quay của động cơ (hoặc ngắt bớt phụ tải của động cơ diesel lai MFĐ), chuyển sang bôi trơn bằng bơm dự trữ.

159

Nếu khi giảm vòng quay và khởi động bơm dầu dự trữ áp suất không tăng, nhiệt độ dầu bôi trơn không giảm đến trị số bình thường thì cần phải dừng động cơ để khắc phục. - Theo định kỳ nhưng ít nhất 1lần/1giờ, phải kiểm tra dầu trong két tuần hoàn hoặc cácte. Nếu thấy hiện tượng giảm quá nhanh thì có thể do các nguyên nhân sau: + Các két dầu hoặc bầu làm mát bị rò, các xéc măng dầu bị gãy, mài mòn quá mức qui định, đường ống dẫn, gioăng làm kín bị hỏng. + Hiện tượng tăng mức dầu chứng tỏ trong dầu có lẫn nhiên liệu hoặc nước, ảnh hưởng không tốt đến sự làm việc của động cơ. + Phải điều chỉnh lượng dầu bôi trơn được cấp liên tục, không quá nhiều, không quá ít, cần theo dõi hiệu áp suất dầu trước và sau bộ lọc. - Khi hiệu áp suất tăng quá giới hạn cho phép thì cần phải vệ sinh bầu lọc, định kỳ xả khí ở bầu lọc. Nếu hiệu áp suất giảm quá giới hạn cho phép phải thay lưới lọc. - Theo định kỳ phải xả khí ra khỏi khoang dầu của bầu làm mát, phải kiểm tra nước làm mát lấy từ khoang nước của bầu làm mát, xem có lẫn dầu trong nước không, duy trì cho áp suất dầu phải lớn hơn áp suất nước trong bầu làm mát dầu. 2. Chăm sóc hệ thống làm mát - Phải thường xuyên đảm bảo không thay đổi áp suất, nhiệt độ nước (dầu) làm mát. Đảm bảo sự chênh lệch nước làm mát ra khỏi các xi lanh không quá 150C. - Nếu áp suất giảm đột ngột hoặc nhiệt độ nước làm mát tăng quá mức qui định thì giảm vòng quay động cơ, khởi động bơm nước dự trữ. Khi làm vậy vẫn không được thì dừng động cơ để khắc phục. - Sau khi dừng động cơ phải mở ngay các van chỉ thị và quay trục khuỷu bằng thiết bị via trục, tiếp tục bơm dầu bôi trơn và nước làm mát để sao cho động cơ nguội một cách từ từ.

160

- Trong mọi tình huống không cho phép giảm nhiệt độ nước làm mát xuống thấp hơn 150C. Nếu làm mát động cơ bằng nước lạnh dễ dẫn đến ứng suất nhiệt quá lớn làm nứt sơ mi và nắp xilanh. - Theo định kỳ nhưng ít nhất 1 lần trong 1 ca phải kiểm tra mức nước ngọt trong két bổ sung (két giãn nở). Nếu thấy mức nước ngọt trong két giảm nhanh thì có thể hệ thống làm mát không kín hoặc các đường ống trong hệ thống nước làm mát bị rò, có vết nứt ở nắp xilanh, sơ mi, blốc xilanh. Hiện tượng tăng nước ngọt chứng tỏ nước ngọt bị lẫn nước biển. - Phải kiểm tra xem nước ngọt có lẫn nước biển, dầu nhờn hay nhiên liệu không (qua két bổ sung xem váng dầu...). - Theo dõi duy trì áp suất nước ngọt trong bầu làm mát lớn hơn áp suất nước mặn. 3. Chăm sóc hệ thống nhiên liệu - Thường xuyên xả cặn ra khỏi két lắng, két trực nhật. - Kiểm tra tình hình làm việc của các bầu lọc nhiên liệu. - Theo định kỳ kiểm tra nhiệt độ các BCA và đường ống cao áp bằng cách sờ tay. Nếu có hiện tượng tăng nhiệt độ ở BCA hoặc đường ống cao áp cùng với sự tăng các va đập thuỷ lực trong ống chứng tỏ vòi phun bị tắc. - Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu nặng thì cần phải chuyển động cơ làm việc từ nhiên liệu nhẹ sang nhiên liệu nặng khi tải động cơ đã ổn định. - Hâm nhiên liệu nặng ở các bầu hâm bằng hơi nước phải đảm bảo nhiệt độ, độ nhớt, áp suất của nhiên liệu trước BCA theo đúng hướng dẫn của nhà chế tạo. 4. Chăm sóc hệ thống khởi động, quét gió - Ngay sau khi khởi động và sau đó theo định kỳ cần kiểm tra nhiệt độ ống khí khởi động dẫn đến các van khởi động bằng cách sờ tay, nếu thấy ống bị nóng lên do khí xả đi qua van khởi động cần phải ngắt nhiên liệu vào xi lanh và tiến hành khắc phục hư hỏng. - Theo định kỳ, xả dầu, nước đọng trong bầu chứa không khí quét qua các vòi xả. 161

- Kiểm tra số vòng quay của tuabin khí xả theo định kỳ. - Nếu tuabin khí-máy tăng áp bị hỏng cần phải dừng động cơ, tháo hoặc hãm chặt rôto của tua bin khí, máy tăng áp và chuyển động cơ sang làm việc với không khí hút từ buồng máy. IV. Khai thác động cơ ở các chế độ khác với định mức 1. Khi động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ điều động tàu. - Trước khi điều động tàu, sĩ quan boong trực ca phải báo cáo cho buồng máy trước nửa giờ và lệnh cho buồng máy giảm số vòng quay ở tốc độ thấp và vừa. - Sau khi nhận tín hiệu điều động tàu, phải khởi động động cơ diesel lai MFĐ phụ và nếu có thể cho chúng làm việc song song. - Cho động cơ làm việc với nhiên liệu nhẹ. - Bổ sung khí nén cho đủ vào các chai gió. - Khi đảo chiều động cơ nối trực tiếp với chân vịt cần phải: + Ngắt nhiên liệu vào các xilanh bằng cách đặt tay ga ở vị trí dừng lại. + Chỉ khi nào động cơ dừng hẳn mới được khởi động động cơ và cho làm việc theo chiều quay yêu cầu. 2. Khi động cơ làm việc trong điều kiện bão tố, nước cạn, băng giá. - Khi tàu đi trong bão gió thì chuyển van thông mạn sang van thông đáy để cấp nước cho hệ thống làm mát. Ngược lại khi tàu đi trong luồng cạn thì cho van thông mạn cấp nước cho hệ thống làm mát. - Khi tàu đi vào vùng băng giá thì việc cấp nước cho động cơ lấy từ van thông đáy và thường xuyên gia nhiệt cho van thông biển bằng hơi nước. - Khi tàu đi trên biển không có hàng hoặc không đủ hàng thì trong thời gian bão tố phải dằn đuôi tàu, chọn vòng quay khai thác của động cơ sao cho các thông số của đông cơ an toàn kinh tế. 3. Khi động cơ làm việc quá tải - Khi động cơ làm việc quá tải phải tuân thủ đúng hướng dẫn của nhà chế tạo. 162

- Chỉ cho phép động cơ làm việc với công suất và vòng quay vượt quá định mức khi có lệnh của buồng lái trong các trường hợp liên quan đến tính mạng và có nguy hiểm cho tàu. - Chỉ cho phép động cơ làm việc quá tải 10% công suất định mức và vòng quay không lớn hơn định mức 3% trong thời gian không quá 1 giờ. - Trong thời gian động cơ làm việc quá tải cần phải tăng cường theo dõi các thông số sau: Nhiệt độ khí xả, dầu bôi trơn trước và sau bầu làm mát, nước làm mát ra khỏi nắp xilanh và xilanh. Nhiệt độ khí xả, nước, dầu bôi trơn không vượt quá giới hạn cho phép ở chế độ quá tải. - Cứ 15 phút phải kiểm tra nhiệt độ của các gối đỡ, các chi tiết làm việc của động cơ, kịp thời phát hiện những tiếng ồn, tiếng gõ khác thường. 4. Khi động cơ làm việc ở chế độ thấp tải Trong thời gian động cơ làm việc ở chế độ thấp tải cần phải: - Kiểm tra xem các xi lanh có làm việc hay không. Nếu có xilanh nào không làm việc thì cần phải tăng số vòng quay của động cơ, điều chỉnh nhiệt độ nước, dầu làm mát ra khỏi các xi lanh đúng với trị số giới hạn cho phép. - Nếu động cơ làm việc thấp tải trong thời gian dài, có thể chuyển sang chế độ làm việc không cần tăng áp tuabin khí xả bằng cách cho khí xả không qua tuabin, không khí nạp lấy trong buồng máy ... 5. Động cơ làm việc trong trường hợp tắt một vài xilanh * Ngắt nhiên liệu cấp vào xilanh bị hư, không tháo nhóm piston. Cần ngắt nhiên liệu cấp vào xi lanh bị hỏng bằng cách tắt bơm cao áp tương ứng, giảm lượng dầu bôi trơn đến sơ mi xi lanh tương ứng. * Ngắt, nhiên liệu cấp vào xi lanh và tháo nhóm piston - biên . Phải ngắt dầu bôi trơn, ngắt công chất làm mát, mở van chỉ thị của xi lanh bị hỏng. Giảm và thiết lập số vòng quay động cơ sao cho các xi lanh khác không bị quá tải. 6-3. Dừng động cơ và bảo dưỡng khi động cơ không làm việc 163

I. Dừng động cơ: - Sau khi nhận được lệnh của buồng lái, buồng máy phải tắt động cơ theo trình tự trong bản hướng dẫn của nhà chế tạo máy. Trong trường hợp này, Thuyền trưởng cũng như các sĩ quan trực ca boong có mệnh lệnh phù hợp với qui định. Không cho phép tắt động cơ ở tốc độ nhanh nếu không có gì cần thiết để đảm bảo an toàn cho động cơ. - Khi tắt động cơ, phải đưa tay ga của trạm điều khiển về vị trí "stop". - Tuỳ theo kết cấu động cơ làm việc trực tiếp với chân vịt, làm việc qua ly hợp (hộp số đảo chiều), động cơ truyền động lai chân vịt, phải có thao tác phù hợp với chỉ dẫn. - Sau khi dừng động cơ sĩ quan máy trực ca phải: Đóng các van trên các két nhiên liệu hàng ngày và trên đường ống nhiên liệu đến BCA. Đóng các van trên các chai khí nén và trên đường ống khởi động. - Để làm nguội đồng đều động cơ, cần phải tiếp tục làm mát động cơ bằng các bơm làm mát dự trữ hoặc độc lập với khoảng thời gian qui định của nhà chế tạo (cho đến khi nào nhiệt độ nước làm mát ra khỏi động cơ giảm xuống ổn định thì dừng công việc làm mát). -Tiếp tục chạy bơm dầu bôi trơn và via máy cho tới khi nhiệt độ động cơ giảm xuống ổn định thì dừng công việc chạy bơm dầu bôi trơn và via máy. Công việt làm mát bằng dầu coi là kết thúc nếu nhiệt độ dầu ra khỏi động cơ nằm trong khoảng 30-350C. - Tắt các bơm quét gió độc lập. - Mở nắp cácte để kiểm tra nhiệt độ các gối đỡ và các chi tiết chuyển động bằng cách sờ tay. Đối với động cơ 2 kỳ và động cơ tăng áp thì phải mở các vòi nước và dầu lắng đọng ra khỏi các khoang gió quét. Nếu động cơ dừng lâu trong thời gian dài thì phải đóng kín các van chỉ thị.

164

- Chú ý để tránh nổ hơi dầu, nghiêm cấm mở nắp cacte sớm hơn 10-20 phút sau khi dừng động cơ. II. Bảo dưỡng khi động cơ không làm việc trong thời gian dài Việc bảo dưỡng theo đúng qui định của nhà chế tạo. Phải đảm bảo các chi tiết của động cơ không bị ăn mòn và phải giữ cho động cơ luôn luôn sẵn sàng hoạt động. Nghiêm cấm quay trục khuỷu bằng khí nén mà không khởi động tiếp theo để động cơ chuyển sang làm việc với nhiên liệu. 1. Khi động cơ không làm việc trong thời gian dài cứ 5 ngày một lần khởi động động cơ và cho động cơ làm việc trong khoảng 10-15 phút ở chế độ thấp tải. 2. Đối với động cơ không làm việc liên tục trong một tháng trở lên và không thể tiến hành khởi động được thì cần phải: - Lau sạch và bôi mỡ các chi tiết của động cơ. - Đổ nhiên liệu sạch đã khử nước vào các bơm cao áp để chống ăn mòn. - Hàng tuần, phải khôi phục lại việc bôi trơn các chi tiết. Trong thời gian dài nếu trời quá lạnh khi nhiệt độ buồng máy nhỏ hơn 50C thì cần phải tháo hết nước ra khỏi khoang làm mát, đường ống: Ngay sau khi tháo nước phải làm khô động cơ nhờ việc thổi không khí nén.

165

CHƯƠNG 7: MÁY PHỤ 7-1. Máy thủy lực M¸y thuû lùc lµ c¸c m¸y mãc, trang thiÕt bÞ lµm viÖc (trao ®æi n¨ng l­îng) víi chÊt láng. Trong c«ng nghiÖp tµu thuû gåm c¸c lo¹i b¬m, qu¹t giã, ®éng c¬ thuû lùc, m¸y nÐn khÝ... I. Ph©n lo¹i m¸y thñy lùc 1. Theo ph­¬ng thøc trao ®æi n¨ng l­îng gi÷a m¸y thuû lùc vµ chÊt láng Bao gåm nhËn n¨ng l­îng (b¬m), truyÒn n¨ng l­îng (®éng c¬). * §èi víi m¸y thuû lùc mµ nhËn n¨ng l­îng tõ nguån bªn ngoµi sau ®ã qua trao ®æi, chÊt láng cã ®­îc ¸p suÊt vµ chuyÓn ®éng cã vËn tèc th× ta gäi ®ã lµ b¬m.

1

2 N

BiÓu thÞ n¨ng l­îng trao ®æi cña b¬m: E1 < E2 ;

E2 – E1 = N

* Ng­îc l¹i ®èi víi m¸y thuû lùc mµ cho n¨ng l­îng ®i (truyÒn n¨ng l­îng) vµ kÕt qu¶ lµ tr¹ng th¸i n¨ng l­îng sau khi ra cña m¸y thuû lùc cã gi¸ trÞ thÊp h¬n tr¹ng th¸i n¨ng l­îng tr­íc khi vµo m¸y thuû lùc th× ta gäi ®ã lµ ®éng c¬ thuû lùc. BiÓu thÞ trao ®æi n¨ng l­îng cña ®éng c¬:

166

1

2 N

E2 < E1 ; E1 – E2 = N

2. Theo nguyªn t¾c trao ®æi n¨ng l­îng Chia thµnh m¸y thuû lùc thÓ tÝch vµ m¸y thuû lùc c¸nh dÉn. * M¸y thuû lùc thÓ tÝch lµ m¸y thuû lùc mµ trong ®ã viÖc trao ®æi n¨ng l­îng gi÷a chóng víi bªn ngoµi thùc hiÖn nhê sù nÐn chÊt láng trong nh÷ng thÓ tÝch c«ng t¸c kÝn vµ d­íi ¸p suÊt thuû tÜnh nhÊt ®Þnh. VÝ dô: B¬m piston, b¬m b¸nh r¨ng, b¬m hoÆc ®éng c¬ thuû lùc c¸nh g¹t... * M¸y thuû lùc c¸nh dÉn lµ m¸y thuû lùc mµ trong ®ã viÖc trao ®æi n¨ng l­îng thùc hiÖn nhê sù truyÒn ®éng n¨ng mét c¸ch liªn tôc th«ng qua c¬ cÊu chÝnh cña m¸y lµ c¸c c¸nh quay víi tèc ®é ®ñ lín. VÝ dô: B¬m ly t©m, b¬m h­íng trôc, tua bin n­íc, khíp nèi vµ biÕn tèc thuû lùc... II. C¸c th«ng sè c¬ b¶n cña m¸y thñy lùc L­u l­îng cña m¸y thuû lùc lµ l­îng chÊt láng mµ m¸y thuû lùc trao ®æi tÝnh trªn mét ®¬n vÞ thêi gian. Tuú thuéc ®¬n vÞ ®o ta cã: * L­u l­îng thÓ tÝch: S¶n l­îng chÊt láng tÝnh theo ®¬n vÞ thÓ tÝch. §¬n vÞ: m3/h ; m3/phót ; m3/gi©y. * L­u l­îng khèi l­îng: S¶n l­îng chÊt láng tÝnh theo ®¬n vÞ khèi l­îng. §¬n vÞ: Kg/h ; Kg/phót ; Kg/gi©y ; TÊn/h.

167

* L­u l­îng träng l­îng: S¶n l­îng chÊt láng tÝnh theo ®¬n vÞ träng l­îng. §¬n vÞ: kG/gi©y ; N/phót ; T/h. 2. Cét ¸p Cét ¸p cña m¸y thuû lùc lµ gi¸ trÞ n¨ng l­îng ®­îc tÝnh cho mét ®¬n vÞ träng l­îng chÊt láng. H

E G

Trong ®ã: E

-

N¨ng l­îng chung.

G

-

Träng l­îng chÊt láng (G = .V = m.g).

a) Cét ¸p cña tr¹ng th¸i chÊt láng: Lµ gi¸ trÞ cét ¸p cña chÊt láng t¹i mét ®iÓm nµo ®ã trªn ®­êng dßng (èng dÉn). V2 p H  h 2g 

Trong ®ã: V

- Tèc ®é trung b×nh (t­¬ng ®èi) cña chÊt láng.

p

- Áp suÊt tuyÖt ®èi t¹i vÞ trÝ x¸c ®Þnh.



- Träng l­îng riªng chÊt láng t¹i ¸p suÊt ®ã.

h

- Đé cao h×nh häc ®èi víi mét mÆt chuÈn x¸c ®Þnh.

b) Cét ¸p cña b¬m: Lµ n¨ng l­îng cña chÊt láng nhËn ®­îc th«ng qua b¬m, tÝnh cho mét ®¬n vÞ träng l­îng chÊt láng. KÝ hiÖu lµ HB HB 

Era  Evµo  H ra  H vµo G

§èi víi dßng ch¶y tÇng t¹i cöa ra vµ cöa vµo cña b¬m: 168

 V2 p   V2 p  H B   2  2  h2    1  1  h1   2g    2g  

§èi víi dßng ch¶y rèi t¹i cöa ra vµ cöa vµo cña b¬m:  V22 2 p2   V121 p1  H B     h2      h1     2g   2g  p  p1  V22 2 V121    h2  h1   2     2 g 2 g  

Víi

1

-

HÖ sè ®iÒu chØnh ®éng n¨ng ë cöa vµo.

2

-

HÖ sè ®iÒu chØnh ®éng n¨ng ë cöa ra.

Cét ¸p tÜnh cña b¬m:  p  p1  H t  h2  h1    2    

Cét ¸p ®éng cña b¬m: V22 2 V121 H®   2g 2g

Nh­ vËy: HB = Ht + H® c) Cét ¸p cña ®éng c¬ thuû lùc: Lµ n¨ng l­îng ®¬n vÞ mµ chÊt láng truyÒn qua ®éng c¬ thuû lùc. §©y lµ tr­êng hîp ng­îc l¹i cña b¬m. C¸ch tÝnh gièng nh­ b¬m. 3. C«ng suÊt: Cã 2 lo¹i - C«ng suÊt thuû lùc (Ntl). - C«ng suÊt lµm viÖc (Nlv). * C«ng suÊt thuû lùc cña m¸y thuû lùc lµ n¨ng l­îng mµ chÊt láng thùc sù trao ®æi ®­îc víi m¸y thuû lùc trong mét ®¬n vÞ thêi gian. Ntl = G  H =   Q  H Trong ®ã: 169



-

Träng l­¬ng riªng.

Q

-

L­u l­îng thÓ tÝch.

H

-

Cét ¸p.

§èi víi b¬m: N tlB    Q  H B

§èi víi ®éng c¬ thuû lùc: N tlB    Q  H ® /c

* C«ng suÊt lµm viÖc cña m¸y thuû lùc lµ c«ng suÊt mµ m¸y thuû lùc trao ®æi t¹i trôc cña nã (c«ng suÊt trªn trôc quay cña m¸y khi lµm viÖc). NÕu kh«ng cã tæn thÊt th× Nlv = Ntl Thùc tÕ do cã tæn thÊt nªn Nlv kh¸c Ntl §èi víi b¬m:

Nlv > Ntl

§èi víi ®éng c¬:

Nlv < Ntl

4) HiÖu suÊt HiÖu suÊt cña m¸y thuû lùc lµ phÇn tr¨m c«ng suÊt sö dông cã Ých sau khi trao ®æi n¨ng l­îng víi nguån. * HiÖu suÊt cña b¬m: B 

N tl   Q  H B  N lv N lv

Nlv : Lµ c«ng suÊt tiªu tèn trªn trôc lai b¬m. * HiÖu suÊt cña ®éng c¬ thuû lùc: B 

N lv N lv  N ® /c   Q  H ® /c 170

* HiÖu suÊt chung:  o   H   c  Q

Trong ®ã:

H

-

HiÖu suÊt thñy lùc.

c

-

HiÖu suÊt c¬ khÝ.

Q

-

L­u l­îng cña b¬m.

7-2. B¬m thuû lùc vµ ph©n lo¹i I. §Þnh nghÜa m¸y b¬m: M¸y b¬m lµ m¸y thuû lùc mµ sau khi trao ®æi n¨ng l­îng, chÊt láng ®­îc vËn chuyÓn tõ vÞ trÝ thÊp ®Õn vÞ trÝ cao hoÆc tõ vïng ¸p suÊt thÊp ®Õn vïng ¸p suÊt cao. II. Ph©n lo¹i m¸y b¬m 1. Ph©n theo c«ng dông - B¬m hµng: Đèi víi tµu dÇu, tµu hµng hãa láng. - B¬m chuyÓn nhiªn liÖu, chuyÓn dÇu nhên phôc vô cho hÖ thèng nhiªn liÖu, hÖ thèng b«i tr¬n. - B¬m lµm m¸t: Phôc vô c¸c chøc n¨ng lµm m¸t trong thiÕt bÞ ®éng lùc cña tµu. - B¬m ballast: Phôc vô c©n b»ng, d»n tµu. - B¬m la canh: Hót kh« n­íc la canh buång m¸y, hÇm hµng. - B¬m cøu ho¶: Phôc vô an toµn, ch÷a ch¸y. - B¬m vÖ sinh.

2. Ph©n theo nguyªn lý trao ®æi n¨ng l­îng

171

- B¬m c¸nh dÉn (b¬m ®éng n¨ng): Ho¹t ®éng theo nguyªn lý cña m¸y thuû lùc c¸nh dÉn. - B¬m thÓ tÝch : Lµ b¬m ho¹t ®éng theo nguyªn lý cña m¸y thuû lùc thÓ tÝch. - C¸c lo¹i b¬m ®Æc biÖt kh¸c: Ho¹t ®éng theo nguyªn t¾c vËt lý riªng. VD: B¬m phun tia, b¬m ch©n kh«ng vßng n­íc... 3. Ph©n lo¹i theo s¶n l­îng - B¬m cã s¶n l­îng cao. - B¬m cã s¶n l­îng trung b×nh. - B¬m cã s¶n l­îng thÊp. 4. Ph©n lo¹i theo tèc ®é c«ng t¸c - B¬m cã tèc ®é thÊp. - B¬m cã tèc ®é trung b×nh. - B¬m cã tèc ®é cao. 5. Ph©n lo¹i theo n¨ng l­îng sö dông - B¬m ch¹y b»ng ®éng c¬ ®iÖn. - B¬m ch¹y b»ng ®éng c¬ diesel. - B¬m ch¹y b»ng ®éng c¬ h¬i n­íc. 6.Ph©n lo¹i theo ®Æc ®iÓm kÕt cÊu - B¬m c¸nh g¹t - B¬m r«to - B¬m b¸nh r¨ng -Bơm piston -Bơm ly tâm. 7-3. Mét sè lo¹i b¬m th«ng dông I. B¬m ly t©m B¬m ly t©m lµ b¬m c¸nh dÉn, ho¹t ®éng theo nguyªn lý cña m¸y thuû lùc c¸nh dÉn. C¬ cÊu truyÒn vµ dÉn n¨ng l­îng ®éng c¬ chÝnh lµ hÖ thèng b¸nh c¸nh c«ng t¸c.

172

1- B¸nh c¸nh 2- N¾p trªn 3- ThiÕt bÞ lµm kÝn b¬m 4 - BÖ gi÷ m«t¬ 5- van trượt 6- Vµnh lµm kÝn

H×nh 7-1: KÕt cÊu b¬m ly t©m mét cÊp 1. S¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc

173

H×nh 7-2:.S¬ ®å cÊu t¹o b¬m ly t©m MiÖng hót ë trung t©m b¬m, cßn miÖng tho¸t theo ph­¬ng tiÕp tuyÕn. Vá b¬m lµm d¹ng xo¸y èc t¹o ra khe hë víi c¸nh b¬m t¨ng dÇn vÒ phÝa miÖng tho¸t. C¸nh b¬m cã nhiÒu lo¹i (lo¹i c¸nh th¼ng, lo¹i c¸nh cong, c¸nh hót 1 mÆt, c¸nh hót 2 mÆt...). Tr­íc khi b¬m lµm viÖc cÇn ph¶i lµm cho th©n b¬m (trong ®ã cã b¸nh c«ng t¸c) vµ èng hót ®­îc ®iÒn ®Çy chÊt láng - gäi lµ måi b¬m. Khi ®éng c¬ lai trôc b¬m quay, lµm b¸nh c«ng t¸c quay, c¸c phÇn tö chÊt láng ë trong b¸nh c«ng t¸c do t¸c dông cña lùc ly t©m bÞ dån tõ trong ra ngoµi, chuyÓn ®éng theo c¸c m¸ng dÉn vµ ®i vµo èng ®Èy (qu¸ tr×nh ®Èy). §ång thêi ë lèi vµo cña b¸nh c«ng t¸c t¹o nªn mét vïng cã ¸p suÊt ch©n kh«ng, vµ d­íi t¸c dông cña ¸p suÊt trong bÓ chøa lín h¬n ¸p suÊt ë lèi vµo cña b¬m, chÊt láng ë bÓ hót liªn tôc ®­îc ®­a vµo b¬m theo ®­êng èng hót (qu¸ tr×nh hót). Qu¸ tr×nh hót vµ ®Èy cña b¬m lµ qu¸ tr×nh liªn tôc t¹o nªn dßng ch¶y liªn tôc trong b¬m. Ply t©m    r   2

174

V× kh«ng khÝ cã tÝnh chÞu nÐn do ®ã p chØ ®ñ ®Ó b¬m chÊt láng, cßn kh«ng ®ñ lùc ®Ó hót vµ b¬m chÊt khÝ do vậy ph¶i måi b¬m. §iÓm ®Æc tr­ng cña b¬m ly t©m lµ mçi mét phÇn tö c«ng chÊt thu ®­îc n¨ng l­îng nh­ nhau tõ c¸nh b¬m c«ng t¸c, ®iÒu ®ã cã nghÜa lµ c«ng chÊt ®­îc t¨ng ®Òu n¨ng l­îng cña m×nh khi qua c¸c c¸nh b¬m. NÕu c«ng chÊt ®i qua tuÇn tù mét sè c¸nh c«ng t¸c trªn cïng mét b¬m (c¸c c¸nh m¾c nèi tiÕp) th× n¨ng l­îng c«ng chÊt thu ®­îc tû lÖ víi sè lÇn c¸nh. Nh÷ng b¬m lo¹i nµy ®­îc gäi lµ b¬m ly t©m nhiÒu cÊp. NÕu c«ng chÊt ®­îc t¸ch ra vµ qua song song lo¹t c¸nh th× cét ¸p cña c«ng chÊt sau b¬m nh­ nhau nh­ng l­u l­îng gÊp ®«i. Lo¹i b¬m nµy lµ b¬m ly t©m mét cÊp l­u l­îng lín. 2. øng dông cña b¬m ly t©m B¬m ly t©m b¬m ®­îc nhiÒu lo¹i chÊt láng, Ýt nhËy c¶m víi chÊt láng cã chøa h¹t r¾n, kÕt cÊu nhá gän, ch¾c ch¾n lµm viÖc tin cËy, l­u l­îng ®Òu. B¬m ly t©m cã s¶n l­îng lín, song cét ¸p kh«ng lín l¾m nªn thùc tÕ trªn tµu thuû chóng ®­îc sö dông hÇu hÕt trong c¸c hÖ thèng lµm m¸t, n­íc sinh ho¹t, hÖ thèng cøu ho¶ vµ hÖ thèng ballast. 3. Nh÷ng l­u ý khi khai th¸c b¬m ly t©m - Sö dông b¬m ph¶i tu©n thñ tµi liÖu kü thuËt h­íng dÉn cña nhµ chÕ t¹o. - Tr­íc khi khëi ®éng b¬m cÇn måi b¬m cho ®Çy vµ x¶ khí trong b¬m mét c¸ch triÖt ®Ó. §Ó kh¼ng ®Þnh r»ng b¬m lµm viÖc víi s¶n l­îng ®Çy ®ñ, cÇn quan s¸t ¸p kÕ l¾p ®Æt trªn b¬m. - NhiÖt ®é æ ®ì b¬m kh«ng v­ît qu¸ 70 - 800C. - Khi b¬m lµm viÖc mµ xuÊt hiÖn mét sè trôc trÆc th× cÇn ph¶i xem xÐt vµ t×m nguyªn nh©n kh¾c phôc ngay.

175

- ViÖc ®iÒu chØnh s¶n l­îng b¬m cÇn chó ý tíi t×nh tr¹ng ®­êng èng, t×nh tr¹ng khí trong hệ thống b¬m nÕu ®iÒu chØnh van hót. 4. C¸c trôc trÆc th­êng xÈy ra ®èi víi b¬m ly t©m: a) Sau khi khëi ®éng b¬m kh«ng cÊp ®­îc chÊt láng. Nguyªn nh©n cã thÓ lµ: - Kh«ng måi triÖt ®Ó. - Hót lÉn kh«ng khÝ. - Van ®Èy vÉn cßn ®ãng. - §é cao ®Æt b¬m qu¸ lín. - C¸nh b¬m bÞ t¾c hoÆc phin läc qu¸ bÈn. - B¬m quay kh«ng ®óng chiÒu. - VËn tèc qu¸ nhá. b) B¬m ho¹t ®éng víi l­u l­îng kh«ng ®ñ: - Do lÉn kh«ng khÝ vµo b¬m. - Ống hót bÞ bÈn nhiÒu. - C¸nh c«ng t¸c bÞ t¾c hoÆc phin läc bÈn. c) B¬m sö dông c«ng suÊt lín h¬n b×nh th­êng. - Lµm viÖc víi qu¸ møc vÒ s¶n l­îng. - VËn tèc b¬m qu¸ lín. - B¬m l¾p ®Æt kh«ng chÝnh x¸c. - Ma s¸t c¬ khÝ c¸c chi tiÕt trong b¬m. d). Ổ đỡ, vßng bi qu¸ nãng. - B¬m l¾p ®Æt kh«ng tèt. - B«i tr¬n kÐm. - B¹c hoÆc æ bi qu¸ chÆt. - Kh«ng lµm m¸t æ ®ì tèt. e) Bơm làm việc rung động 176

- B¬m l¾p ®Æt sai qui c¸ch. - MÊt c©n b»ng ®éng cña b¸nh c¸nh. - BÞ t¾c b¸nh c¸nh. - B¸nh c¸nh qu¸ mßn. - B¸nh c¸nh bÞ b¸m bÈn qu¸ nhiÒu. - Trôc b¬m bÞ cong vªnh. g) B¬m lµm viÖc cã tiÕng ån kh«ng b×nh th­êng. - S¶n l­îng qu¸ cao hoÆc qu¸ thÊp so víi ®Þnh møc. - B¬m lÉn kh«ng khÝ. - B¬m l¾p ®Æt sai qui c¸ch. - B¬m lµm viÖc trong vïng x©m thùc. II. B¬m piston B¬m piston lµ b¬m mµ chóng ho¹t ®éng theo nguyªn lý cña m¸y thuû lùc thÓ tÝch, trong ®ã c¬ n¨ng cña ®éng c¬ kÐo b¬m ®­îc biÕn thµnh n¨ng l­îng cña dßng chÊt láng ®­îc b¬m vµ thùc hiÖn nhê piston chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn qua l¹i nÐn trùc tiÕp lªn chÊt láng trong xilanh. 1. S¬ ®å vµ nguyªn lý lµm viÖc cña b¬m piston mét hiệu lực. Khi piston (4) sang ph¶i, thÓ tÝch buång lµm viÖc t¨ng lªn, ¸p suÊt ë ®©y gi¶m nªn chÊt láng tõ èng hót (7) qua van mét chiÒu (8) vµo xi lanh (3). Khi piston (4) sang tr¸i, d­íi ¸p lùc cña piston, chÊt láng trong xilanh bÞ nÐn qua van mét chiÒu (9) vµo èng ®Çy (1). Ứng víi mçi vßng quay cña trôc ®éng c¬ th× lo¹i b¬m piston ®¬n (mét cÊp) nµy hót mét lÇn vµ ®Èy mét lÇn.

177

H×nh 7-3. B¬m piston mét hiÖu lùc NÕu ban ®Çu ch­a cã chÊt láng, mµ chØ cã kh«ng khÝ trong khoang c«ng t¸c cña b¬m th× chÊt khÝ còng ®­îc hót vµ ®Èy ra, cho ®Õn khi l­îng khÝ trong hÖ thèng hót gi¶m ®i ®Õn mét ¸p suÊt thÝch hîp, lóc ®ã chÊt láng ®­îc hót vµ ®iÒn ®Çy, chiÕm chç phÇn ch©n kh«ng, sau ®ã lµ qu¸ tr×nh b¬m chÊt láng diÔn ra.

2. Bơm piston hai hiệu lực

178

H×nh 7-4. B¬m piston hai hiÖu lùc B¬m piston 1 cÊp cã l­u l­îng kh«ng ®Òu. §Ó ®¹t ®­îc ®é ®ång ®Òu lín h¬n vÒ l­u l­îng, ng­êi ta sö dông b¬m piston cã hai, ba hoÆc nhiÒu hiÖu lùc tuy nhiªn kÕt cÊu phøc t¹p vµ cång kÒnh h¬n. Nguyªn lý ho¹t ®éng: Gi¶ sö khi piston chuyÓn ®éng sang ph¶i, thÓ tÝch buång b¬m bªn ph¶i gi¶m lµm ¸p suÊt t¨ng van ®Èy 6 bªn ph¶i më, chÊt láng ®­îc ®Èy ra cöa ®Èy. §ång thêi thÓ tÝch bªn tr¸i buång b¬m t¨ng lµm ¸p suÊt gi¶m vµ van hót 7 bªn tr¸i më chÊt láng ®­îc hót vµo bªn tr¸i buång b¬m. Khi piston chuyÓn ®éng vÒ bªn tr¸i th× qu¸ tr×nh diÔn ra ng­îc l¹i. B¬m piston 2 hiÖu lùc gåm mét xilanh cïng 2 khoang c«ng t¸c ®­îc ph©n chia bëi piston. Piston lµm viÖc c¶ hai phÝa, cã 2 van hót vµ 2 van ®Èy. Trong mét chu kú lµm viÖc cña b¬m cã 2 qu¸ tr×nh hót vµ 2 qu¸ tr×nh ®Èy. 3. Nh÷ng ®iÒu chó ý trong khi khai th¸c b¬m piston

179

B¬m piston cã kh¶ n¨ng tự hút (kh«ng cÇn måi), cã kh¶ n¨ng lµm viÖc víi cét ¸p cao trong khi l­u l­îng kh«ng ®æi. CÇn thùc hiÖn ®Çy ®ñ c¸c yªu cÇu vµ h­íng dÉn sö dông b¬m cña nhµ chÕ t¹o khi khai th¸c. a) ChuÈn bÞ khëi ®éng vµ cho ch¹y b¬m - KiÓm tra dÇu mì b«i tr¬n ë c¸c vÞ trÝ cÇn thiÕt. - Via thö vµi vßng xem b¬m cã bÞ kÑt kh«ng. - KiÓm tra vµ ®ãng më c¸c van c«ng t¸c mét c¸ch chÝnh x¸c. - KiÓm tra thiÕt bÞ lµm m¸t nhãm truyÒn ®éng cña b¬m (nÕu cã). - §Þnh kú kiÓm tra van an toµn, tr¸nh kÑt. - Xem xÐt kü bªn ngoµi, ch¾c ch¾n kh«ng cã g× c¶n trë ho¹t ®éng cña b¬m. Sau khi tiÕn hµnh c¸c c«ng viÖc trªn th× cho b¬m ho¹t ®éng. NÕu ®iÒu chØnh ®­îc tèc ®é cña b¬m, th× nªn t¨ng tõ vßng quay tõ nhá nhÊt ®Õn ®Þnh møc. b) Trong thêi gian lµm viÖc cña b¬m cÇn theo dâi: - C¸c chØ sè lµm viÖc cña b¬m (¸p suÊt hót, ®Èy...). - KiÓm tra dÇu mì b«i tr¬n. - KiÓm tra nhiÖt ®é th©n b¬m, æ ®ì. - NÕu b¬m lµm viÖc víi b×nh ®iÒu hßa th× ®Þnh kú x¶ bít kh«ng khÝ nÐn ®Õn møc ®é thÝch hîp. 4. Mét sè trôc trÆc ë b¬m piston vµ nguyªn nh©n a) NÕu b¬m kh«ng cÊp ®­îc chÊt láng cã thÓ v×: - Van hót ch­a më. - L­íi läc hót qu¸ bÈn. - Cã vËt c¶n trong èng hót. 180

- Van hót bÞ kªnh hoÆc treo. g) B¬m lµm viÖc víi s¶n l­îng kÐm - C¸c van më ch­a hÕt. - T×nh tr¹ng c¸c van kÐm. - T¾c l­íi läc hoÆc èng hót. - Rß lät nhiÒu kh«ng khÝ vµo b¬m. - XÐc m¨ng kÐm, rß lät chÊt láng nhiÒu. - H­ háng c¸c lß xo của các van hút, ®Èy. - Håi chÊt láng vÒ b¬m qua van an toµn. - Piston qu¸ mßn. - Kh«ng ®¶m b¶o ®ñ vßng quay. - C¸c chi tiÕt cña b¬m l¾p ®Æt kh«ng ®óng kü thuËt. c) B¬m lµm viÖc víi c«ng suÊt cao h¬n b×nh th­êng - ThiÕu b«i tr¬n trong hÖ truyÒn ®éng. - Vßng quay cña b¬m qu¸ cao. - L¾p r¸p hép gi¶m tèc kh«ng ®óng qui c¸ch. - KÑt c¸c chi tiÕt ®éng. - C¸c bul«ng Ðp thiÕt bÞ lµm kÝn qu¸ c¨ng. - Ổ ®ì l¾p r¸p kh«ng ®óng kü thuËt. - T¾c nghÏn èng ®Èy. * NÕu kh«ng cã tµi liÖu h­íng dÉn cô thÓ, th× ®Þnh kú 500  1000 giê lµm viÖc cña b¬m cÇn thiÕt tiÕn hµnh kiÓm tra, nÕu cÇn ph¶i söa ch÷a, thay míi c¸c van, thiÕt

181

bÞ lµm kÝn, vßng xÐc m¨ng cña piston. Sau 3000  4000 giê lµm viÖc ph¶i th¸o, ®o ®¹c, x¸c ®Þnh khèi l­îng söa ch÷a b¬m. III. B¬m b¸nh r¨ng 1. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc

H×nh 7-5. S¬ ®å cÊu t¹o b¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi. B¬m b¸nh r¨ng 1 chiÒu. B¬m b¸nh r¨ng ho¹t ®éng ®­îc nhê mét cÆp b¸nh r¨ng hoÆc nhiÒu b¸nh r¨ng ¨n khíp víi nhau ®Æt trong vá b¬m. Mét trong c¸c b¸nh r¨ng ®ã ®­îc dÉn ®éng tõ ®éng c¬ lai vµ gäi lµ b¸nh chñ ®éng. - Khi động cơ lai ho¹t ®éng, b¸nh chñ ®éng quay, dÉn b¸nh bÞ ®éng quay ng­îc chiÒu víi nã. ChÊt láng tõ khoang hút ®­îc c¸c r·nh r¨ng cña hai b¸nh r¨ng mang sang khoang ®Èy.

182

- T¹i khoang ®Èy, do c¸c b¸nh r¨ng vµo khíp, c¸c ®Çu r¨ng khíp vµo c¸c r·nh r¨ng nªn chÌn chất lỏng ra lµm ¸p suÊt t¨ng lªn, chÊt láng (dÇu) ra khái b¬m theo ®­êng ®Èy. - T¹i khoang hút chất lỏng (dÇu) lu«n bÞ c¸c b¸nh r¨ng mang ®i nªn l­îng chÊt láng gi¶m, các răng ra khớp nên thể tích các rãnh răng tăng ¸p suÊt gi¶m, chÊt láng sÏ ®­îc hót vµo khoang theo ®­êng hót. - Khi ¸p suÊt trªn ®­êng ®Èy lín h¬n ®Þnh møc th× van sÏ më cho 1 phần chất lỏng x¶ vÒ phÝa tr­íc b¬m ®Ó gi¶m bít ¸p suÊt. Víi kÕt cÊu cña b¬m h×nh 7-5 th× chiÒu quay thay ®æi cöa hót vµ cöa ®Èy kh«ng ®æi nhê cã hai cÆp van hót vµ ®Èy.

1:B¸nh r¨ng.

2:æ l¨n.

3:gio¨ng lµm kÝn. 4:Trôc lai.

H×nh 7-6. B¬m b¸nh r¨ng nghiªng

183

H×nh 7-6. B¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp trong B¬m b¸nh ¨n khíp trong vÒ nguyªn lý ho¹t ®éng gièng b¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi ChØ vÒ kÝch th­íc nhá gän h¬n b¬m b¸nh r¨ng ¨n khíp ngoµi,v× mét b¸nh r¨ng n¨m trong mét b¸nh r¨ng kh¸c.

184

2. Mét sè ®Æc ®iÓm cña b¬m b¸nh r¨ng - Bơm có thể làm việc với vòng quay cao n = 10000 - 20000v/ph. - B¬m b¸nh r¨ng chØ thÝch hîp víi lo¹i chÊt láng cã ®é nhít võa ph¶i vµ tÝnh b«i tr¬n tèt. Thùc tÕ chỉ thÝch hîp víi viÖc b¬m dÇu nhÊt lµ dÇu nhên. - B¬m b¸nh r¨ng cã kÕt cÊu ®¬n gi¶n, kÝch th­íc gän nªn bÒn vµ chÞu t¶i tèt. - Cã kh¶ n¨ng t¹o ®­îc ¸p suÊt kh¶ cao (từ 2÷30 kG/cm2). - Cã s¶n l­îng ®Òu h¬n nhiÒu so víi b¬m piston. - Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao. - Do khe hë gi÷a phÇn ®éng vµ phÇn tÜnh kh¸ bÐ vµ do lai truyÒn b»ng r¨ng nªn rÊt nh¹y c¶m víi c¸c vËt bÈn do vậy ph¶i chó ý ®Õn phin läc vµ lo¹i chÊt láng ®­îc b¬m. - Bơm không điều chỉnh được lưu lượng v áp suất khi vòng quay không đổi. IV. B¬m c¸nh g¹t 1. S¬ ®å cÊu t¹o vµ nguyªn lý ho¹t ®éng * S¬ ®å cÊu t¹o:

H×nh 7-8. B¬m c¸nh g¹t * Nguyªn lý ho¹t ®éng: 185

- Khi r«to quay, c¸c r·nh cã chøa c¸nh g¹t trªn th©n r«to quay theo. - Do viÖc ®Æt lÖch t©m r«to trong vá bao vµ c¸nh g¹t lu«n tú s¸t vµo vá nªn gi÷a c¸c cÆp c¸nh víi vá t¹o thµnh c¸c khoang c«ng t¸c cã sù biÕn ®æi vÒ thÓ tÝch. - Víi chiÒu quay nh­ h×nh vÏ, thÓ tÝch biÕn ®æi tõ 0 (®iÓm trên cïng) vµ cã gi¸ trÞ max t¹i ®iÓm dưới cïng. T¹o nªn vïng hót vµ n¹p chÊt láng t¹o nªn khoang hót(nöa bªn tr¸i). - Ở nửa vßng trßn bªn ph¶i, lµ vïng cã thÓ tÝch nhá dÇn t¹o nªn khoang ®Èy nÐn Ðp chÊt láng ra ngoµi. ChÊt láng ®­îc vËn chuyÓn mét c¸ch liªn tôc khi r«to quay. §Ó t¨ng hiÖu qu¶ th× ng­êi ta dïng nhiÒu c¸nh g¹t cho b¬m. 2. §Æc ®iÓm cña b¬m c¸nh g¹t - Do ®Æc ®iÓm kÕt cÊu mµ ®ßi hái chÊt láng ph¶i s¹ch vµ tÝnh b«i tr¬n tèt do vậy lo¹i b¬m nµy rÊt phï hîp víi dÇu nhên, dầu đốt. - S¶n l­îng cña b¬m kh¸ ®Òu vµ ho¹t ®éng ®­îc víi sè vïng quay cao (20003000v/ph). - Áp suÊt c«ng t¸c ®¹t tíi 20-100 atm. - CÊu t¹o phøc t¹p h¬n b¬m b¸nh r¨ng. - NhiÒu chi tiÕt tiÕp xóc víi nhau nªn ma s¸t c¬ khÝ cao. - Ưu điểm cơ bản của bơm cánh gạt là có thể điều chỉnh được lưu lượng khi vòng quay không đổi, bằng cách thay đổi độ lệch tâm e của roto và vỏ. - Thường sö dông trong c¸c hÖ thèng truyÒn ®éng thuû lùc ®Æc biÖt lµ hÖ thèng cÈu vµ ®ãng më hÇm hµng, do viÖc dÔ ®iÒu chØnh s¶n l­îng vµ ®¶o chiÒu cã thÓ ¸p dông ®iÒu khiÓn tù ®éng vµ tõ xa khi lµ động cơ thủy lực.

7-4. M¸y nÐn khÝ 1. NhiÖm vô cña m¸y nÐn khÝ trªn tµu thuû 186

- Cung cÊp khÝ nÐn víi ¸p suÊt cao (20-30) kG/cm2 phôc vô cho c¸c hÖ thèng khëi ®éng, ®¶o chiÒu ®éng c¬ diesel tµu thuû, phôc vô cho c¸c c«ng viÖc ®iÒu khiÓn khai th¸c tµu nh­ cÊp giã cho cßi h¬i, cho m¸y têi cÇu thang, phôc vô vÖ sinh... - Cung cÊp khÝ nÐn siªu cao ¸p (150-400) kG/cm2 phôc vô c¸c môc ®Ých qu©n sù nh­ b¾n ng­ l«i, phãng tªn löa, n¹p khÝ cho c¸c tr¹m lÆn d­íi biÓn b»ng b×nh khÝ «xy.... - M¸y nÐn l¹nh dïng trong hÖ thèng l¹nh vµ ®iÒu hoµ kh«ng khÝ d­íi tµu thuû. MNK ®­îc chia lµm 2 nhãm chÝnh: * Nhãm MNK thÓ tÝch: Như m¸y nÐn piston. * Nhãm MNK ®éng lùc: Ví dụ m¸y nÐn ly t©m. 2. M¸y nÐn khÝ piston mét cÊp Trong MNK piston mét cÊp, chÊt m«i giíi chØ ®­îc nÐn mét lÇn råi ®Èy vµo b×nh chøa. C¸c bé phËn chñ yÕu cña m¸y nÐn piston 1 cÊp gåm cã:

H×nh 7-9:.M¸y nÐn giã piston mét cÊp 187

Khi piston chuyÓn ®éng tõ tr¸i sang ph¶i (tõ §CT đến §CD) van n¹p më khi ®Õn 4, van x¶ ®ãng, ¸p suÊt trong xilanh gi¶m xuèng(t¹o thµnh ch©n kh«ng) vµ ®­a kh«ng khÝ ngoµi trêi vµo xi lanh qua van hót (clape hót3). Trªn ®å thÞ qu¸ tr×nh n¹p lµ 4-1, ¸p suÊt lóc n¹p kh«ng thay ®æi lµ p1. TiÕp theo lµ qu¸ tr×nh nÐn khÝ, piston chuyÓn ®éng tõ ph¶i sang tr¸i (§CD đến §CT). Trong qu¸ tr×nh nµy hai van n¹p vµ th¶i ®Òu ®ãng. NÐn khÝ cã thÓ tiÕn hµnh theo qu¸ tr×nh ®¼ng nhiÖt, qu¸ tr×nh ®a biÕn hoÆc qu¸ tr×nh ®o¶n nhiÖt ¸p suÊt t¨ng tõ Pa ®Õn P1 Sau ®ã lµ qu¸ tr×nh th¶i khÝ (p1 = const) van x¶ më vµ van n¹p ®ãng kÝn. KhÝ th¶i sau khi nÐn ®­îc dÉn qua ®­êng èng vµ n¹p vµo chai gió 1 (thùc chÊt lµ b×nh æn ¸p ®­êng 2-3 trªn ®å thÞ). Trªn chu tr×nh lý thuyÕt, nÐn ®o¹n nhiÖt c«ng trªn hao nhiÒu nhÊt, nÐn ®¼ng nhiÖt c«ng hao Ýt nhÊt. Nh­ng nÐn ®¼ng nhiÖt rÊt khã kh¨n vÒ chÕ t¹o nªn trong thùc tÕ th­êng ®­îc nÐn theo qu¸ tr×nh ®a biÕn. 3. M¸y nÐn khÝ piston nhiÒu cÊp a. Lý do ph¶i dïng MNK nhiÒu cÊp Trong thùc tÕ cÇn khÝ nÐn víi ¸p suÊt cao vµ trung b×nh, nh­ng MNK mét cÊp khã cã thÓ duy tr× víi ¸p suÊt cao bëi c¸c lý do sau: - NÕu dïng MNK mét cÊp ®Ó nÐn khÝ tíi ¸p suÊt cao th× nhiÖt ®é cuèi qu¸ tr×nh nÐn rÊt lín, vµ dÉn tíi «xy ho¸ dÇu tù nhiªn trªn thµnh xilanh, piston.... dÉn tíi kÑt c¸c chi tiÕt chuyÓn ®éng vµ c¸c van (clape) hót, x¶. - Khi ¸p suÊt cao, hiÖu suÊt m¸y nÐn gi¶m nhiÒu. - N¨ng l­îng dïng ®Ó nÐn khÝ trong MNK 1 cÊp t¨ng lªn rÊt nhiÒu so víi dïng MNK nhiÒu cÊp do vậy trªn tµu thuû sö dông c¸c lo¹i MNK nhiÒu cÊp. -Trong máy nén khí nhiều cấp thì khí nén sau khi ra khỏi mỗi cấp sẽ được làm mát để tăng hiệu quả của máy nén. b. Sơ đồ kết cấu của máy nén khí hai cấp 188

H×nh 7-10: KÕt cÊu m¸y nÐn khÝ hai cÊp

H×nh 7-11: S¬ ®å m¸y nÐn khÝ hai cÊp Nguyªn lý ho¹t ®éng: Víi kÕt cÊu cña m¸y nÐn h×nh 7-11 Cã piston bËc gåm hai kÝch th­íc kh¸c nhau ®­îc lai truyÒn chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn trong mét xi lanh. 189

Chóng kÕt hîp víi nhau t¹o thµnh hai khoang c«ng t¸c cã thÓ tÝch kh¸c nhau. ChÊt khÝ ®­îc n¹p vµo cÊp I qua ®­êng hót cÊp I qua van n¹p cÊp I, sau ®ã nÐn qua cöa ®Èy cÊp I, qua bÇu lµm m¸t trung gian. TiÕp tôc ®­îc n¹p hót qua van hót cÊp II, vµo cÊp II cã thÓ tÝch nhá h¬n vµ ®­îc nÐn lÇn hai vµ ®Èy qua van ®Èy cÊp II tíi chai giã. 7-5. M¸y läc dÇu 1. Dầu và các tạp chất của dầu ViÖc läc nhiªn liÖu (dÇu ®èt) vµ dÇu b«i tr¬n (dÇu nhên) cho tÇu thuû cã mét ý nghÜa thùc tÕ hÕt søc quan träng nh»m khai th¸c tµu thuû mét c¸ch an toµn vµ ®¹t hiÖu qu¶ kinh tÕ h¬n. DÇu ®èt vµ dÇu nhên trong c¸c két, hệ thống th­êng cã lÉn Ýt n­íc, c¸t bôi, vÈy s¬n, phoi kim lo¹i, muèi, mì b«i tr¬n... ph¶i ®­îc lµm s¹ch tr­íc khi ®­a vµo sö dông. §Ó lo¹i bá n­íc vµ t¹p chÊt trong dÇu ®èt vµ dÇu nhên cã nhiÒu ph­¬ng ph¸p kÕt hîp vµ hç trî lÉn nhau. Tr­íc khi t×m hiÓu vÒ c¸c ph­¬ng ph¸p läc ®Æc biÖt lµ nguyªn lý lµm viÖc cña m¸y läc dÇu ly t©m, chóng ta cÇn t×m hiÓu kh¸i niÖm vÒ chÊt láng huyÒn phï vµ chÊt láng nhò t­¬ng. ChÊt láng cã c¸c cÆn bÈn kh«ng hoµ tan gäi lµ chÊt láng huyÒn phï, cßn chÊt láng cã c¸c cÆn bÈn hoÆc h¹t r¾n hoµ tan gäi lµ chÊt láng nhò t­¬ng. DÇu trªn tµu thuû võa lµ chÊt láng huyÒn phï võa lµ chÊt láng nhò t­¬ng. * Cã 3 ph­¬ng ph¸p chÝnh läc dÇu bÈn sau ®©y: 1. Läc qua bÇu läc: ChØ läc s¹ch c¸c chÊt láng huyÒn phï cã chøa c¸c h¹t r¾n thÓ to. 2. L¾ng läc nhê träng lùc: Dùa trªn c¬ së kh¸c nhau vÒ träng l­îng riªng cña dÇu, n­íc vµ c¸c h¹t r¾n ®Ó tiÕn hµnh t¸ch chóng trong c¸c két l¾ng. 3. Läc qua c¸c m¸y läc ly t©m: Dùa vµo sù chªnh lÖch vÒ lùc ly t©m gi÷a dÇu, n­íc, h¹t r¾n mµ t¸ch chóng ra. 190

2. Nguyªn lý läc dÇu ly t©m ViÖc ph©n t¸ch chÊt láng nhò t­¬ng hoÆc huyÒn phï nhê lùc ly t©m dùa trªn sù chªnh lÖch vÒ khèi l­îng riªng gi÷a c¸c thµnh phÇn cña chóng ®­îc gäi lµ lọc ly t©m. Sù ph©n ly ly t©m kh¸c víi sù ph©n ly nhê trọng lùc ë chç: Lùc t¸c ®éng ph©n ly trong tr­êng hîp ®ã lµ lùc ly tâm chứ không phải là trọng lực. * Ph©n ly nhê träng lùc: (l¾ng g¹n tù nhiªn). - Lùc ph©n ly trong l¾ng tù nhiªn dùa trªn c¬ së sù kh¸c nhau vÒ tû träng .γdầu.<. γnứơc.< γrắn.

γ: L

trọng lượng riêng.

Lực ly tâm trong môi trường trọng lực l :Pg = g(ζnặng – ζnhẹ ) ζ : Khối lượng riêng. - Nhờ tác dụng của trọng lực trong hỗn hợp dầu khi đưa dầu có tạp chất, nước vào trong két lắng, sau một thời gian nước và tạp chất có tỷ trọng lớn sẽ lắng xuống đáy két và được xả ra ngoài. * Ph©n ly nhê lùc ly t©m (m¸y läc dÇu ly t©m). Dùa vµo sù chªnh lÖch lùc ly t©m (do khèi l­îng riªng kh¸c nhau) gi÷a dÇu, n­íc vµ h¹t r¾n.

Plt = rω2(ζnặng – ζnhẹ ) Trong ®ã: rω2 - Gia tèc ly t©m (m/s2); r : B¸n kÝnh quay cña h¹t cøng

(m); ω: Tèc ®é gãc cña h¹t (r/s). ζnặng, ζnhẹ : Khèi l­îng riªng cña c¸c phÇn tö nÆng vµ phÇn tö nhÑ. 3. M¸y läc dÇu ly t©m Thùc hiÖn viÖc ph©n ly ly t©m nhiªn liÖu vµ dÇu nhên trªn tµu thuû, ng­êi ta th­êng sö dông c¸c lo¹i m¸y ph©n ly ly t©m sau ®©y: - M¸y ph©n ly d¹ng trèng (h×nh èng). - M¸y ph©n ly d¹ng ®Üa (h×nh nãn). 191

a. M¸y läc dÇu d¹ng h×nh èng

H×nh 7-12: S¬ ®å m¸y läc ly t©m h×nh èng S¬ ®å m¸y läc ly t©m d¹ng trèng (bÇu läc h×nh èng) ®­îc thÓ hiÖn trªn h×nh vÏ. Chi tiÕt c¬ b¶n cña m¸y lµ mét èng quay h×nh trô. ChÊt láng ®­îc cÊp liªn tôc vµo trèng h×nh èng qua lç t©m ë bªn d­íi trèng quay bao lÊy thµnh trèng vµ do t¸c dông cña lùc ly t©m sÏ t¹o trªn thµnh trèng mét líp cã bÒ mÆt parab«l«it ë trong. Do gi¸ trÞ cña lùc ly t©m trong bÇu läc nµy th­êng lín h¬n träng lùc kho¶ng 1200060000 lÇn nªn trong thùc tÕ cã thÓ coi dßng chÊt láng bao quanh thµnh trèng cã d¹ng mÆt trô. C¸c cÆn bÈn trong chÊt láng d­íi t¸c dông cña lùc ly t©m v¨ng ra ngo¹i vi vµ l¾ng lªn thµnh trèng, khi dõng m¸y läc th× ta vÖ sinh ®Ó lÊy chóng ra . Cßn c¸c pha cña chÊt láng lµ dÇu s¹ch vµ n­íc liªn tôc ®­îc dÉn qua c¸c lç phÝa trªn cña trèng. M¸y läc ly t©m d¹ng trèng cã hiÖu øng ly t©m lín vµ ®­îc sö dông ®Ó ph©n t¸ch theo hai pha "r¾n - láng"; "láng nÆng- láng nhÑ" hoÆc ba pha"r¾n láng nÆng - láng nhÑ". Sè vßng quay cña lo¹i m¸y nµy kho¶ng 10000 -20000 v/ph nh­ng diÖn tÝch l¾ng ly t©m nhá do cÊu t¹o kÝch th­íc h¹n chÕ. MÆt n÷a do thÓ tÝch buång chøa bïn cÆn nhá kh«ng thÓ lµm vÖ sinh trèng nÕu kh«ng dừng trèng l¹i, nªn kiÓu d¹ng trèng nµy h¹n chÕ kh¶ n¨ng sö dông cña nã. KiÓu m¸y ly t©m d¹ng trèng ®­îc dïng ®Ó 192

lµm s¹ch c¸c chÊt láng Ýt c¸u cÆn v× kh«ng cÇn ph¶i th¸o ra lµm vÖ sinh bÇu läc sau mçi ca. b. M¸y läc dÇu d¹ng ®Üa

H×nh 7-13: M¸y läc dÇu d¹ng ®Üa HiÖn nay vÒ c¬ b¶n, viÖc lµm s¹ch nhiªn liÖu hoÆc dÇu nhên trªn c¸c ®éi tÇu, ng­êi ta sö dông c¸c m¸y läc ly t©m d¹ng ®Üa. CÊu t¹o m¸y läc ly t©m kiÓu ®Üa kh¸ phøc t¹p h¬n kiÓu trèng vµ sè vßng quay cña bÇu vµo kho¶ng 4000-10000 v/phót. Song diÖn tÝch l¾ng gÆn ly t©m kiÓu ®Üa lín h¬n nhiÒu so víi kiÓu trèng. MÆt kh¸c, trong tr­êng hîp ph©n ly hai pha "r¾n -láng" hay ba pha "r¾n - láng nÆng - láng nhÑ" chøa nhiÒu cÆn bÈn, m¸y läc ly t©m d¹ng ®Üa cã thÓ x¶ cÆn b»ng nhiÒu ph­¬ng ph¸p: X¶ cÆn b»ng tay, b»ng tù ®éng ®Þnh kú, hay kiÓu trèng x¶ liªn tôc theo kiÓu vßi phun lóc bÇu läc lµm viÖc. §iÒu nµy rÊt ­u viÖt cho viÖc sö dông lµm s¹ch dÇu cung cÊp cho hÖ ®éng lùc tµu thuû theo yªu cÇu cña viÖc sö dông nhiªn liÖu vµ dÇu nhên trªn tµu thuû hiÖn nay. Bé ®Üa cã d¹ng h×nh chãp côt ®­îc l¾p vµo bªn trong trèng läc víi môc ®ích t¨ng hiÖu qu¶ ph©n ly. DÇu bÈn ph©n ly ®­îc cÊp tõ trªn xuèng theo ®­êng phÝa trong èng trung t©m, chia qua lç nhá ë nãn ®¸y vµ ch¶y vµo kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c ®Üa.

193

Ngay t¹i khu vùc hµng lç khoan trªn ®Üa, phÇn lín l­îng n­íc lÉn trong dÇu bÈn ®· bÞ ph©n ly ra vµ ch¶y ra phÝa chu vi ngo i chång ®Üa råi lªn phÝa trªn ®Üa, ph©n chia (®Üa ®Ønh) vµ qua cöa vµnh ®iÒu chØnh (hoÆc vÝt ®iÒu chØnh) ®i ra ngoµi. C¸c h¹t r¾n bÞ gi÷ l¹i vµ ®­îc ph©n t¸ch trong kho¶ng kh«ng gian gi÷a c¸c khe ®Üa. DÇu ®· ®­îc lọc s¹ch sÏ ®­îc lÊy ra ngoµi tõ ng¶ ra cña dÇu s¹ch ở chu vi phía trong đĩa.Các tạp chất bẩn sẽ được dồn ra phía ngoài cùng của trống máy lọc và chúng được xả ra ngoài bằng phương pháp tự động hoặc bằng tay mà không cần phải dừng máy lọc. - Tốc độ quay của roto máy lọc khoảng 4000 -10000 v/ph. - Sản lượng khoảng 1500 -5000 l/h. - Sau khi lọc, hàm lượng nước trong dầu không quá 0,2%, tạp chất cơ học không quá 0,06%.

194

CHƯƠNG 8: CÁC HỆ THỐNG TÀU THỦY Các hệ thống tàu thuỷ được bố trí để phục vụ cho sự an toàn, cho việc sinh hoạt của thuyền viên trên tàu. Chúng thường được chia làm hai loại: Các hệ thống thông dụng và các hệ thống chuyên dùng. * Các hệ thống tàu thuỷ thông dụng (bất cứ tàu nào cũng phải có) bao gồm: - Hệ thống nước dằn tàu (Ballast). - Hệ thống la canh (Bilge) (hút khô). - Hệ thống cứu hoả (Fire fighting). - Hệ thống nước sinh hoạt. - Hệ thống thông gió. - Hệ thống xử lý nước thải. - Hệ thống xử lý dầu cặn, rác bẩn. * Các hệ thống chuyên dùng (chỉ bố trí trên những tàu chuyên dụng như trên tàu dầu, tàu chở hoá chất ...).

8-1. Hệ thống nước dằn tàu (Ballast) I. Nhiệm vụ: 1. Nâng cao tính ổn định cho con tàu đảm bảo cho con tàu luôn cân bằng (không bị lệch, bị nghiêng). 2. Nâng cao hiệu suất đối với hệ lực đẩy. Hệ thống ballast dùng khi tàu xếp hàng không đều. Khi tàu không chở hàng (tàu chạy ballast) hoặc khi có ngoại lực tác dụng lên tàu sóng, gió ... 3. Việc điều hành hoạt động của hệ thống ballast được thực hiện theo lệnh của sĩ quan boong, thông thường là Đại phó (Chief Officer) khi đã nghiên cứu tính ổn định của tàu trong điều kiện khai thác thực tế. Sau khi nhận được lệnh bơm nước 195

ballast vào các cột dằn hoặc hút khô một vài két nước dằn tương ứng thì sĩ quan máy sẽ thực hiện các thao tác cần thiết. II. Sơ đồ và nguyên lý làm việc của hệ thống ballast 1. Sơ đồ hệ thống Hệ thống ballast gồm các thiết bị chính như: các két chứa nước dằn, các bơm, hệ thống đường ống và các van.

Hình 8-1: Sơ đồ hệ thống ballast * Các két ballast (các két chứa nước dằn) là những két chứa nước dùng để cân bằng tàu. Chúng được bố trí đều dưới đáy tàu từ mũi đến đuôi tàu và ở mỗi két đều trang bị ống đo và ống thông hơi. * Bơm ballast dùng để hút nước dằn tàu từ ngoài vào làm đầy các két ballast, rút nước ra khỏi các két hoặc chuyển nước dằn từ két này sang két khác. Thường dùng bơm ly tâm để có lưu lượng lớn. 196

* Hệ thống đường ống và các van dùng để nối các két với bơm, nối bơm thông ra biển. Tuy nhiên các tàu không phải bố trí hoàn toàn giống nhau. Một vài tàu có trang bị các két ballast hoặc két dầu là các két đáy đôi (trừ một hoặc hai két ở mạn phải và mạn trái dùng để chứa nước ngọt là không phải đáy đôi), vài tàu thì chỉ có 2 hoặc 3 két đáy đôi, những tàu khác có một két hoặc hơn ở dưới thấp nữa làm két đáy (deep tank). Tất cả các tàu đều phải có két ballast ở phía mũi tàu và phía lái tàu (forpeak tank và afpeak tank). Thông thường thì bơm ballast và bơm la canh (hút khô) có thể dùng thay thế cho nhau được. Ngoài ra một số tàu khi bơm của hệ thống nước biển làm mát máy chính bị trục trặc có thể dùng bơm ballast để thay thế. Các hộp van của hệ thống ballast và bơm ballast thông thường được bố trí ở ngay trong buồng máy. Các van trong hệ thống ballast thường là van chặn bình thường (khi mở thì van được nâng lên). 2. Nguyên lý làm việc của hệ thống * Đưa nước vào dằn tàu: Chẳng hạn bơm nước vào để dằn két mũi thì ta mở các van sau (van thông biển, van giữa của hộp van hút bơm,van giữa và van mũi của hộp van đẩy bơm, van két mũi của hộp van ballast). Còn các van khác đều đóng, sau đó chạy bơm ballast thì nước biển sẽ được hút vào két mũi. Sau khi đã dằn đủ thì ta dừng bơm và đóng các van lại. * Hút nước ra từ các két ballast .Giả sử hút nước từ két số 1 thì ta mở các van sau (van giữa của hộp van hút bơm,van giữa của hộp van đẩy bơm, van số 1 của hộp van ballast, van thoát mạn). Còn các van khác đều đóng sau đó chạy bơm ballast thì nước sẽ được hút từ két số 1 ra ngoài. Sau khi đó hút đủ thì ta dừng bơm và đóng các van lại. * Với các két khác cũng tương tự. * Trong hệ thống ta có thể hút nước từ két này sang két kia và ngược lại. Trong thực tế khai thác các bơm ballast nên chú ý đến khả năng "mồi bơm". Nhiều trường hợp khi bơm hút nước từ các két ballast đẩy ra ngoài mà mực nước trong két không hạ, thậm chí có khi mực nước lại dâng cao. Nguyên nhân có thể do thực 197

hiện thao tác bơm không tốt nên nước biển từ bên ngoài với mực nước cao hơn sẽ tràn vào hệ thống. Thông thường khi hút ballast, ta bơm hút nước biển qua van thông biển rồi xả ra mạn tàu. Sau khi bơm đã hoạt động ổn định, ta đóng dần dần van thông biển và mở dần van hút ballast. Việc theo dõi áp suất đẩy và hút của bơm sẽ duy trì chế độ làm việc tốt của bơm. * Do tính chất quan trọng của hệ thống ballast nên việc điều động các công việc đối với hệ thống được chỉ đạo từ thuyền phó nhất và trực tiếp sĩ quan máy đảm nhận thi hành. 8-2. Hệ thống la canh (Bilge) 1. Nhiệm vụ Hệ thống la canh được trang bị dưới tàu nhằm: - Hút và phân ly lượng nước tích tụ trong buồng máy, ở các hầm hàng ra ngoài tàu và tách các tạp chất dầu cặn ra khỏi nước tích tụ để đốt hoặc đưa lên bờ. Tất cả các nước và dầu tích tụ trong buồng máy và trong các hầm hàng gọi chung là nước la canh. Nước la canh tồn tại là do nước hoặc dầu rò rỉ từ các hệ thống khác trên tàu, từ trong máy ra, hoặc nước rò lọt từ ngoài vào qua phần làm kín trục chân vịt, khi rửa vệ sinh hầm hàng hoặc buồng máy. Nước la canh tồn tại trong tàu đều trút xuống các hố hút la canh. Các hố la canh này được bố trí thích hợp nằm rải rác trong buồng máy và các hầm hàng. 2. Sơ đồ hệ thống Hệ thống la canh bao gồm một hoặc vài bơm nối với hệ thống đường ống thông tới các hố la canh, thông qua các van được bố trí thích hợp, các bơm đó được gọi là bơm la canh. Bơm la canh còn có đường ống hút thông ra biển và đường xả qua thiết bị phân ly nước la canh (Oily- water Separator) ra ngoài mạn tàu.

198

3. Nguyên lý làm việc Muốn hút nước la canh ở vị trí nào trong buồng máy hoặc trong hầm hàng thì ta mở van tương ứng của vị trí đó trên cụm van một chiều, mở van chặn tới bơm la canh. (trước và sau bơm) rồi mở van thoát mạn (2). Nước canh sẽ hút qua van (1) chiều, qua phin lọc tới bơm la canh 9 để đưa qua máy phân ly dầu- nước la canh 3. Tại đây nước sạch được tách ra và đưa ra mạn tầu qua van thoát mạn, còn dầu cặn cũng được tách ra và đưa về két dầu cặn (5) qua van điện từ (4). *.Hệ thống la canh được bố trí sao cho đơn giản và tối thiểu. Sản lượng và sự phân bố bơm la canh trên tàu được quy định bởi: * Các nguyên tắc phân cấp tầu - Công ước quốc tế của IMO về an toàn sinh mạng trên biển 1974 (SOLAS 1974). Tất cả các bơm la canh là loại tự mồi hoặc chúng được bố trí sắp xếp sao cho khi cần thì chúng ngay lập tức hoạt động được. * Thiết bị phân ly dầu nước (Oily- water Separator) rất cần thiết trên các tàu thuỷ để tránh việc xả dầu ra biển khi bơm la canh, khi rửa các két ... 199

Luật quốc tế yêu cầu lắp đặt thiết bị phân ly nước la canh trên các tàu thuỷ vì dầu và sản phẩm lẫn dầu xả ra nước sẽ cản trở đến các quá trình tự nhiên như quá trình quang hợp, trao đổi khí dẫn đến phá hoại các loài tảo và sinh vật trôi nổi, đó là những điều cực kỳ cần thiết cho đời sống của cá tôm và sinh vật biển. Ở bờ thì việc xả dầu sẽ gây nguy hiểm cho chim chóc, cho ô nhiễm bờ biển. Chính vì vậy, việc lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng các thiết bị phân ly nước la canh là bắt buộc. 8.3. Hệ Thống cứu hỏa I. Nhiệm vụ và các phương pháp cứu hoả Hệ thống cứu hoả được trang bị trên tàu nhằm để đảm bảo an toàn cho con người, con tàu và hàng hoá khi có hoả hoạn xảy ra. Hệ thống gồm hai phần: + phần báo động. + phần dập lửa. Các phương pháp cứu hoả trên tàu thuỷ tương ứng với các hệ thống cứu hoả được trang bị trên tàu bao gồm: 1. Hệ thông cứu hoả dùng nước. 2. Hệ thống cứu hoả dùng CO2. 3. Hệ thống các bình chữa cháy xách tay. 4. Hệ thống khí trơ (Inert gas system) dùng trên các tàu dầu, tàu chở hoá chất. Tuỳ theo kết cấu kích thước của con tàu mà người ta trang bị hệ thống cứu hoả dùng nước kết hợp với hệ thống CO2 và hệ thống các bình chữa cháy xách tay, hoặc chỉ có hệ thống các bình chữa cháy xách tay. II. Hệ thống cứu hoả dùng nước 1. Nguyên lý chung Hệ thống gồm: Bơm, đường ống chính, các ống mềm có vòi rồng. Hệ thống dùng để dập lửa ở các hầm hàng, buồng máy, buồng ở, boong sàn, buồng lái và kiến trúc thượng tầng. Ngoài ra còn để cấp nước tới hệ thống tạo bọt, rửa boong, hầm hàng … 200

Theo quy phạm đăng kiểm sản lượng tổng của các bơm cứu hỏa không nhỏ hơn 15% lưu lượng tổng của các vòi rồng cứu hỏa trên tàu. Cột áp bảo đảm dùng ở vòi xa nhất không thấp hơn 10 m trên boong cao nhất. Trong hệ thống phải có bơm cứu hỏa sự cố do động cơ độc lập lai và có van hút thông biển độc lập mở được từ xa.Và các bơm cứu hỏa phải có khả năng tự hút đựợc. 2. Sơ đồ hệ thống cứu hỏa bằng nước

Hình 8-3: Sơ đồ hệ thống cứu hoả bằng nước biển. 3. Nguyên lý hoạt động Hệ thống này gồm các bơm cứu hoả chính lấy nước từ mạn tàu cấp vào hệ thống cứu hoả. Hệ thống ống cứu hoả dẫn nước ra boong tàu, lên các hành lang buồng ở, thượng tầng, buồng máy, kho vật tư ...Khi có hỏa hoạn xẩy ra tại vị trí nào đó trên tầu ta mở van thông biển, chạy bơm cứu hỏa, mở van chặn chính, khi đó nước biển sẽ chờ sẵn tại các họng của van cứu hỏa, ta chỉ việc nối vòi rồng vào khớp nối gần nhất nơi xẩy ra đám cháy, và mở van cứu hỏa trước vòi rồng và phun nước vào đám cháy.

201

III. Hệ thống cứu hỏa dùng CO2 1. Sơ đồ hệ thống

Hình 8-4: Sơ đồ hệ thống cứu hoả dùng CO2 2. Nguyên lý làm việc Khí CO2 được chứa trong những chai bằng thép dưới dạng thể lỏng với áp suất cao. Lượng CO2 yêu cầu được tính toán theo toàn bộ thể tích lớn nhất của không gian hầm hàng và không gian buồng máy. Hệ thống này được thiết kế để cứu hoả cho các hầm hàng và buồng máy. Trên các chai CO2 có lắp cơ cấu dùng để giải phóng CO2. Tất cả các hệ thống xả CO2 mà con người hay lui tới (buồng máy, buồng bơm ..) phải được lắp các thiết bị báo động để báo cho con người biết rời khỏi khu vực đó trước khi xả khí CO2. Khi có hỏa hoạn xẩy ra tại vị trí nào trên tầu như ở buồng máy hoặc hầm hàng ta giật dật mở (3) bên trên trong hộp 8, lúc này khí CO2 trong bình khởi động 6 sẽ đẩy piston (5) đi xuống làm các bình CO2 (10)

202

mở, nếu hỏa hoạn xẩy ra ở hầm hàng ta mở van (4), nếu ở buồng máy ta giật tay (3) bên phải trong hộp 8 lúc này khí CO2 sẽ được xả vào khu vực hỏa hoạn. 8.4. Hệ Thống Nước Sinh Hoạt Bao gồm hệ thống nước ngọt và hệ thống nước mặn sinh hoạt I. Hệ thống nước ngọt sinh hoạt 1. nhiệm vụ Trên tàu nước ngọt dùng cho sinh hoạt của thuyền viên và bổ sung cho hệ thống động lực của tầu. 2. Sơ đồ hệ thống. 1. Rơle áp suất.

5. Môtơ điện.

9. Bình Hydrophor.

2. Bộ khởi động cho bơm.

6 . Van chặn.

10. Ống thuỷ.

3. Van một chiều.

7. Kột nước ngọt.

4. Bơm nước ngọt.

8. Đường khí nén.

11. Đường nước đi sinh hoạt. 12. Van xả đáy.

Hình 8-5: Sơ đồ hệ thống nước ngọt sinh hoạt. 3. Nguyên lý làm việc Hệ thống nước ngọt sinh hoạt gồm bơm nước ngọt hút nước ngọt từ kột đưa tới két áp lực (bình Hydrophor) từ đó đến các nơi tiêu thụ như: nhà bếp, nhà tắm, ca bin... tới bổ sung cho két giãn nở (ở hệ thống làm mát máy), két vách nồi hơi và tới 203

phục vụ cho máy lọc dầu. Nhờ có két áp lực 9 và rơ le áp suất 1 mà bơm 4 sẽ hoạt động ngắt quãng. Rơ le áp suất trong bình áp lực để đóng mạch cho bơm hoạt động khi mực nước xuống thấp, hoặc ngắt mạch cho bơm ngừng khi mực nước lên cao. Trong quá trình làm việc không khí ở bình áp lực sẽ mất mát, để bổ xung thỡ ta mở van trờn đường cấp khí lấy khí từ van giảm áp sau chai gió. Trên tàu phải có ít nhất hai két nước ngọt thay đổi nhau để dự trữ nước. Ngoài ra trên một số tàu còn có trang bị thiết bị chưng cất nước ngọt. II. Hệ thống nước mặn vệ sinh 1. Nhiệm vụ Hệ thống này có nhiệm vụ lấy nước từ ngoài tàu đưa vào các nhà toilet để phục vụ việc vệ sinh của thuyền viên. 1. Sơ đồ hệ thống. 1. Rơle áp suất.

5. Môtơ điện.

9. Bình Hydrophor.

2. Bộ khởi động cho bơm.

6 . Van chặn.

10. Ống thuỷ.

3. Van một chiều. hoạt.

7. Van thông biển.

11. Đường nước đi sinh

4. Bơm nước biển.

8. Đường khí nén.

12. Van xả đáy.

Hình 8-6: Sơ đồ hệ thống nước mặn sinh hoạt. 2. Nguyên lý làm việc 204

Hệ thống nước mặn sinh hoạt gồm bơm nước mặn hút nước mặn từ van thông biển đưa tới két áp lực (bình Hydrophor) từ đó đến các nơi tiêu thụ (tới các nhà vệ sinh). Nhờ có két áp lực 9 và rơ le áp suất 1 mà bơm 4 sẽ hoạt động ngắt quãng. Rơ le áp suất trong bình áp lực để đóng mạch cho bơm hoạt động khi mực nước xuống thấp, hoặc ngắt mạch cho bơm ngừng khi mực nước lên cao. Trong quá trình làm việc không khí ở bình áp lực sẽ mất mát, để bổ xung thì ta mở van trên đường cấp khí lấy khí từ van giảm áp sau chai gió. Ở những tàu nhỏ đôi khi người ta không trang bị bình áp lực trong hệ thống nước mặn sinh hoạt. Khi đó bơm nước mặn sinh hoạt làm việc liên tục và người ta trích một phần nước từ bơm này qua làm mát cho máy nén gió, qua bầu ngưng của máy lạnh hoặc cho các mục đích khác.

205

CHƯƠNG 9: HỆ THỐNG TRÊN BOONG Các máy móc và thiết bị trên boong gồm: - Thiết bị lái tàu thuỷ. - Thiết bị tời neo. - Thiết bị cần trục. 9.1 Thiết bị tàu thủy I. Khái niệm chung và phân loại Thiết bị lái tàu thuỷ dùng để quay trục bánh lái và bánh lái tới một góc nào đó theo yêu cầu điều khiển tàu với hướng đi qui định đúng như theo yêu cầu. Thiết bị lái gồm các bộ phận chính sau: - Bánh lái: Nhận áp lực của dòng nước và làm thay đổi hướng chuyển động của tàu. - Truyển động lái: Là cơ cấu liên hệ giữa bánh lái với máy lái và truyền mômen cần thiết để quay bánh lái. - Máy lái: Là cụm năng lượng đảm bảo sự làm việc của bộ truyền động lái. - Bộ truyền động từ xa: Để liên hệ giữa máy lái với buồng lái. Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động có các dạng thiết bị lái sau: * Thiết bị lái cơ. * Thiết bị lái hơi nước. * Thiết bị lái điện. * Thiết bị lái điện - thuỷ lực. Trong những năm gầm đây hầu như trên các tàu vận tải biển có trọng tải vừa và lớn, người ta lắp các máy lái điện thuỷ lực có hiệu suất cao hơn so với các loại máy khác, hoạt động tin cậy, an toàn, kích thước nhẹ gọn, khối lượng bé. II. Các yêu cầu chung với thiết bị lái Căn cứ vào các điều khoản của SOLAS 74 và những quy phạm đóng tàu khác, các yêu cầu chung cơ bản đôí với thiết bị lái có thể tóm tắt như sau: 1. Mỗi tàu phải có một máy lái chính và một máy lái sự cố được bố trí sao cho khi trục trặc máy lái thì có thể chuyển sang lái sự cố được. Thiết bị lái dự trữ có thể là thiết bị lái thứ hai trên những tàu lớn hoặc là máy lái quay tay trên các tàu nhỏ,

206

và phải lắp đặt ra sao để cho khi có một hư hỏng ở hệ thống ống hoặc tại cụm năng lượng thì vẫn có khả năng lái tàu. 2. Khi ở tốc độ khai thác bộ truyền động chính cần chuyển bánh lái từ 350 mạn trái qua 350 mạn phải và ngược lại, thời gian chuyển bánh lái từ 350 mạn kia cần ít hơn 28 giây, cấu tạo của bánh lái cần tính toán tới hành trình lùi cực đại. 3. Trên các tàu khách, độ bền của các bộ phận truyền động lái phụ cần phù hợp với độ bền của các bộ phận truyền động chính, được tính ở tốc độ 12 hải lý/ giờ. Thiết bị lái sự cố phải có khả năng nhanh chóng đưa vào hoạt động và quay bánh lái từ 150 mạn này sang 150 mạn kia trong 60 giây. Khi có chiều chìm lớn nhất và tốc độ bằng tốc độ công tác lớn nhất hoặc bằng 7 hải lý/ giờ. 4. Trên tàu khách nếu đường kính trục bánh lái lớn hơn 230mm thì phải đặt hai trạm điều khiển có một khoảng cách đủ so với trạm lái chính và phải đảm bảo việc truyền lệnh điều khiển đến buồng này. Khi có một trạm hỏng không gây cản trở đến trạm kia. 5. Thiết bị lái yêu cầu phải lắp đặt chắc chắn, trang bị những thiết bị chống va đập và các thiết bị đề phòng tác động điều kiện thời tiết, các ống và đường dây điện dẫn đến đó cần sử dụng loại đặc biệt. Cần bố trí các thiết bị giới hạn cho chính bánh lái và cả bộ phận truyền động lái, không những cho các giá trị nhỏ của góc quay bánh lái mà có thiết bị an toàn để hãm và chặn bánh lái. 6. Thiết bị lái cần lắp đặt phù hợp với thiết kế đã được phê chuẩn và được chế tạo bằng những vật liệu thiết kế quy định. Nó cần được thử phù hợp với các yêu cầu của thiết bị, trên tàu cần có các chi tiết dự trữ cho thiết bị lái để thay thế theo điều kiện tính toán khi khai thác. 7. Trong các thiết bị lái truyền động điện cần: - Đề phòng bảo vệ khi đứt cầu chì, cầu chì phải để ở nơi dễ nhìn thấy. - Bố trí bộ chỉ báo góc lái. III. Hệ thống lái thuỷ lực Máy lái thuỷ lực có ưu điểm là khối lượng nhỏ kích thước gọn, sức lái lớn hiệu suất cao, tiết kiệm được công suất của động cơ điện và đặc biệt là có độ tin cậy cao trong quá trình vận hành, khai thác. Nhược điểm là chất lỏng dễ thẩm thấu hoặc rò rỉ có thể gây ra sự cố. 1.Những lưu ý khi khai thác hệ thống tời neo thuỷ lực 207

- Thao tác khai thác và bảo dưỡng trang thiết bị phải theo hướng dẫn của nhà chế tạo. - Thường xuyên kiểm tra và bổ sung dầu mỡ đầy đủ vào hệ thống. - Kiểm tra mức độ chỉ báo chính xác của góc lái. - Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của các thiết bị bảo vệ. - Thao tác huấn luyện việc sử dụng một cách thành thạo đối với các trang thiết bị này 2. Sau đây là sơ đồ của hệ thống lái thủy lực

1

2

4 3

C

D

5

6

1.Trục bánh lái 2.Piston thủy lục 3.Khớp trợt 7

A

4.Xilanh thủy lực

B

5.Van một chiều P

T

6.Van an toàn 9

10

8

Hình 9-1: Sơ đồ máy lái thuỷ lực 3. Nguyên lý hoạt động Khi khởi động máy lái động cơ điện sẽ lai bơm thủy lực và dầu thủy lưc được hút từ két, đẩy theo đường P qua van trượt điều kiển về đường T trở lại cửa hút của bơm.

208

Giả sử khi ta bẻ lái sang phải thì khi này van điện từ sẽ tác động làm cho van trượt điều khiển dịch chuyển sang trái, làm cho cửa P thông với cửa B, cửa A thông với cửa T. Khi này dầu từ cửa đẩy của bơm sẽ theo đường C cấp vao xilanh thủy lực đẩy piston sang phải đồng thời dầu ở xilanh kia sẽ thoát về theo đường D về cửa A thông với cửa T trở về của hút của bơm. Khi piston sang phải làm cho trục bánh lái 1 quay theo chiều ngược kim đồng hồ và lệnh bẻ lái sang phải đó được thực hiện. Khi ta bẻ lái sang trái thì quá trình sẽ ngược lại. 9-2. Thiết bị tời neo 1. Các yêu cầu đối với một số chi tiết hệ thống neo tời - Có khả năng thả neo với độ dài xích neo thích hợp. - Một đầu cuối của xích neo phải được cố định chặt với tàu (trong hầm xích neo). - Có khả năng nhổ mỏ neo rời khỏi đáy biển đáy sông. - Treo mỏ neo nơi thuận tiện trắc chắn. Xích neo luôn sẵn sàng trong hầm xích. - Có khả năng cắt bỏ xích neo với thời gian ngắn nhất. - Phải có thiết bị hãm phanh để khống chế tốc độ thả neo. - Độ dài dây xích neo, tốc độ thả và kéo neo phải theo đúng qui phạm qui định. 2. Hệ thống truyền động tời - neo * Động cơ lai: Có thể là động cơ điện, động cơ Diesel, động cơ thuỷ lực. * Bộ giảm tốc: Thường là bộ truyền động bánh răng. * Mỏ neo: Tuỳ thuộc vào độ lớn của tàu, địa bàn nơi hoạt động, trạng thái đáy biển nơi thả neo mà có kết cấu khác nhau. * Xích neo: Phụ thuộc vào trọng tải nên chúng có kích thước và độ bền phù hợp. * Ống dẫn dây xích và mỏ neo: Được bố trí ở phía mũi và lái của tàu cho thuận tiện việc thả và kéo neo.

209

Hình 9-2: Truyền động tời neo Động cơ lai 8 thông qua khớp nối và nhóm biến tốc cơ khí bánh răng, làm trục quay ra có trị số mô men lớn và giảm tốc độ quay. Tiếp đó truyền động này sẽ tiếp nhận ở trống quấn dây hoặc trống xích neo 5 do sự điều khiển của tay ly hợp 6. Trống phanh 4 có nhiệm vụ hạn chế tốc độ khi cần thiết. Thiết bị neo dùng để cố định tàu nhờ mỏ neo bám vào đáy biển, đáy sông nơi tàu chờ đợi. Thiết bị tời dùng để kéo, buộc tàu cố định vào cầu cảng hoặc vào tàu khác khi cần thiết. Ở trên tàu, thông thường thiết bị tời được bố trí chung với máy neo để tiện sử dụng và tiết kiệm trang thiết bị. 3. Hệ thống tời- neo thuỷ lực

210

Hình 9- 3: Sơ đồ hệ thống tời- neo thuỷ lực b. Nguyên lý hoạt động theo sơ đồ đã cho: Khi khởi động hệ thống tời neo thì bơm 7 sẽ hút dầu từ két đẩy qua P sang T về két. Khi ta thả neo thì van trượt điều khiển dịch chuyển sang trái làm cửa P thông với B và cửa A thông với T. Khi này dầu từ P cấp tới B qua van một chiều lên động cơ thủy lực làm động cơ quay theo chiều thả neo, dầu ra khỏi động cơ trở về cửa A tới T về két. Khi ta kéo neo thì van trượt dịch chuyển sang phải làm cho P thông với A và B thông với T, lúc này dầu từ P qua A một nhánh lên động cơ, một nhánh tới van tiết lưu điều chỉnh tới bộ hãm 5 mở đường dầu từ động cơ tới cửa B thông với T về két làm động cơ quay theo chiều kéo neo. *Những lưu ý khi khai thác hệ thống tời neo thuỷ lực - Thao tác khai thác và bảo dưỡng trang thiết bị phải theo hướng dẫn của nhà chế tạo. - Thường xuyên kiểm tra và bổ sung dầu mỡ ở các vị trí quan trọng cần thiết. 211

- Thay dầu công tác đúng hạn hoặc khi xét thấy quá bẩn. - Thường kỳ kiểm tra ly hợp trống xích tời. - Hạn chế tối đa việc dùng cùng lúc các thiết bị theo tiêu chuẩn qui định. - Trước khi khởi động hệ thống phải đặt tay trang (van trượt điều khiển ở vị trí 0). - Thao tác huấn luyện việc sử dụng một cách thành thạo đối với các trang thiết bị này 9-3. Thiết bị cẩu -trục Thiết bị cẩu - trục được trang bị trên tàu biển dùng để bốc xếp hàng, hoá vật tư...giữa tàu với cảng hoặc giữa các tàu với nhau. Thông thường thiết bị cẩu được chia ra hai loại nặng và nhẹ, tuỳ thuộc vào trọng lượng hàng hoá bốc xếp. Loại nhẹ - trọng tải <10 T Loại nặng - trọng tải >10 T I. Các chức năng hoạt động chính của cần trục cẩu Với việc bốc xếp hàng hoá trong một phạm vi giới hạn bởi các kích thước của cẩu, chúng đều có những chức năng hoạt động chính đó là: Nâng, hạ hàng, nâng cần lên hạ cần xuống và quay hoặc xoay với một góc nào đó phục vụ việc sắp đặt hàng hoá. 1. Nâng hạ hàng Việc nâng hạ hàng là thường xuyên và chiếm đến 70-100% các hoạt động của cẩu. Dây cáp dùng để nâng hạ hàng phải chịu được những lực: Trọng lượng hàng hóa. Trọng lượng múc cẩu và dây cáp. Lực cản ma sát bởi các dòng dọc. 2 . Nâng hạ cần. Việc nâng hạ cần để thay đổi tầm với của cẩu. Song lực cần thiết để nâng cần không những phụ thuộc vào trọng lượng kiện hàng như việc nâng hạ hàng mà còn phụ thuộc vào góc của cần cẩu. 3. Sang cần (tạt cần trái - phải) 212

Chức năng sang cần cũng hoạt động thường xuyên song về giá trị lực tác động nhỏ. Nó chỉ thực hiện trong việc thắng quán tính khối lượng quay, thắng ma sát cơ khí và duy trì tốc độ dịch chuyển. Đối với hệ thống nhỏ và đơn giản, việc tạt trái hay phải nhờ vào sức người. Song đối với hệ cẩu lớn thì phải dùng động cơ hoặc phải thiết kế cẩu trục kiểu ghép. II. Truyền động điện - cơ khí cho máy cẩu Cẩu điện - cơ khí gồm động cơ điện qua khớp nối làm quay hệ thống bánh răng và tời quay trống quấn dây. Ngoài ra qua một nhóm truyền động bánh răng dẫn động và ly hợp ma sát hoạt động với chức năng của phanh điện. Toàn bộ nhóm bánh răng và các thiết bị khác được bảo vệ trong hộp vỏ kín có chứa dầu bôi trơn. III . Truyền động thuỷ lực cho máy tời - cẩu

1

1. Sơ đồ nguyên lý 2

1.Động cơ thủy lực hai chiều 2.Van chặn

3

3. Van an toàn 4.Van tiết lu điều chỉnh

5

6

4

5. Bộ hãm thủy lực 6. Van một chiều

I

7.Van trợt điều khiển 8.Bơm thủy lực một chiều

p 7

L

T

9.Phin lọc 8

10. Két dầu

9 10

Hình 9- 4: Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực tời- cẩu 2. Nguyên lý hoạt động theo sơ đồ đã cho: Khi khởi động hệ thống tời cẩu thì bơm 8 sẽ hút dầu từ két đẩy qua P sang T về két. Khi ta nâng hàng thì van trượt điều khiển dịch chuyển sang phải làm cửa P 213

thông với I và cửa L thông với T. Khi này dầu từ P cấp tới I qua van một chiều lên động cơ thủy lực làm động cơ quay theo chiều nâng hàng, dầu ra khỏi động cơ trở về cửa L tới T về két. Khi ta hạ hàng thì van trượt dịch chuyển sang trái làm cho P thông với L và I thông với T, lúc này dầu từ P qua L một nhánh lên động cơ, một nhánh tới bộ hãm thủy lực qua van tiết lưu mở thông bộ hãm dầu từ động cơ sẽ qua bộ hãm về két, đồng thời động cơ quay theo chiều hạ hàng. Khi hệ thống mất điện có thể hạ hàng hoặc cần bằng cách mở van chặn 2. *Những lưu ý khi khai thác hệ thống tời cẩu thuỷ lực - Thao tác khai thác và bảo dưỡng trang thiết bị phải theo hướng dẫn của nhà chế tạo. - Thường xuyên kiểm tra và bổ sung dầu mỡ ở các vị trí quan trọng cần thiết. - Thay dầu công tác đúng hạn hoặc khi xét thấy quá bẩn. - Thường kỳ kiểm tra ly hợp trống xích tời. - Hạn chế tối đa việc dùng cùng lúc các thiết bị theo tiêu chuẩn qui định. - Trước khi khởi động hệ thống phải đặt tay trang (van trượt điều khiển ở vị trí O). - Thao tác huấn luyện việc sử dụng một cách thành thạo đối với các trang thiết bị này.

214

CHƯƠNG 10: MÁY LẠNH Máy lạnh tàu thuỷ 10-1. các khái niệm chung về máy lạnh tàu thuỷ Nhiệm vụ của các thiết bị lạnh là mang nhiệt lượng của hàng hoá hoặc vật dùng, mà chúng ta cần cất giữ chúng trong điều kiện nhiệt độ nhỏ hơn nhiệt độ môi trường ra khỏi chúng và nhả ra cho môi trường chung quanh. I. Ứng dụng của máy lạnh tàu thuỷ: Máy lạnh tàu thuỷ được dùng dưới dạng: Máy lạnh thực phẩm, điều hoà không khí, làm lạnh hầm hàng, hệ thống lạnh container. 1. Hệ thống lạnh thực phẩm: Có nhiệm vụ cất giữ, bảo quản thực phẩm, phục vụ cuộc sống trên biển của thuyền viên (được lắp hầu hết trên các tàu biển đi xa). 2. Hệ thống lạnh hầm hàng: Chỉ lắp trên tàu đánh cá, tàu đông lạnh chuyên dụng để chở thịt, cá, rau quả với mục đích bảo quản hàng. 3. Hệ thống container lạnh: Trên container có gắn máy lạnh để chứa hàng cần bảo quản. 4. Hệ thống điều hòa không khí: Ngoài ra dưới tàu biển còn có các thiết bị lạnh dưới dạng máy điều hoà không khí độc lập, ở buồng điều khiển máy, tủ lạnh, các thiết bị làm lạnh nước uống. II. Các phương pháp làm lạnh 1. Làm lạnh bằng cách biến đổi pha công chất: Cho công chất ở lỏng tiếp xúc (trực tiếp hay gián tiếp) với vật thể hay môi trường cần làm lạnh, nhận nhiệt của chúng để công chất chuyển sang pha hơi và do đó đối tượng cần làm lạnh có nhiệt độ giảm đi. 215

2. Làm lạnh bằng cách tiết lưu hơi giãn nở công chất - Bố trí cho công chất với áp suất cao giãn nở trong thiết bị đặc biệt nhờ thế nhiệt độ và áp suất của bản thân công chất giảm xuống. Công chất sau giãn nở được đưa đến thiết bị thu nhiệt để làm lạnh chúng. Bản thân công chất nhận nhiệt và tăng nhiệt độ. - Tiết lưu công chất ở thể lỏng, khi cho công chất qua van tiết lưu để giảm nhiệt độ của chúng. Quá trình giãn nở của công chất được tiến hành trong thiết bị tiết lưu, không thu công có ích. 3. Làm lạnh bằng phương pháp điện tử - Dùng hiệu ứng nhiệt điện bằng cách cho dòng điện một chiều chạy qua dây dẫn gồm hai đoạn làm bằng vật liệu khác nhau để thu được một đầu nối nóng và một đầu nối lạnh. Đầu nối lạnh dùng để thu nhiệt gây hiệu quả làm lạnh. - Dùng phương pháp nhiệt từ. III. Công chất dùng trong máy lạnh Những chất dùng để vận tải nhiệt từ đối tượng làm lạnh (hàng hoá, thực phẩm trong buồng lạnh ...) truyền ra môi trường xung quanh được gọi là công chất. Mỗi loại công chất thường dùng cho một loại máy lạnh riêng biệt. Công chất có thể phân loại thành các nhóm sau: 1. Yêu cầu đối với công chất lạnh lý tưởng . - Áp suất sôi của công chất trong dàn bay hơi không được thấp hơn áp suất không khí - Năng suất làm lạnh đơn vị phải lớn. - Nhiệt dung riêng của công chất phải nhỏ. -Nhiệt độ đông đặc phải thấp,nhiệt độ tới hạn phải cao. 216

-Không độc hại,không cháy nổ,không ăn mòn kim loại và các chất hữu cơ làm gioăng đệm. -Rẻ tiền,thành phần hóa học ổn định trong thời gian dài.Không hòa tan dầu bôi trơn hoặc hòa tan ít dầu bôi trơn. 2. Nhóm công chất cổ điển: Được phát hiện và được sử dụng từ thời kỳ đầu của kỹ thuật làm lạnh cho tới nay gồm Amôniac (NH3) .,các bon nic (CO2)… Trong nhóm này hiện nay chỉ dùng NH3 do tính ưu việt của nó. Các loại khác hiện nay không dùng nữa. * Đặc điểm của amôniac(NH3). - Nồng độ NH3 trong không khí từ 11÷ 14 % có khả năng cháy khi tiếp xúc với ngọn lửa trần. Nồng độ NH3 trong không khí đạt từ 6 ÷25% tạo thành hỗn hợp nổ nguy hiểm. - NH3 độc có mùi khai,ở dạng tinh khiết NH3 trơ với kim loại, nhưng khi có hơi ẩm NH3 tác dụng hơi nước tạo thành muối gốc axit ăn mòn các hợp kim kẽm và đồng. - NH3 hòa tan kém trong dầu bôi trơn,hòa tan tốt trong nước và nhẹ hơn không khí. - Nhiệt độ sôi của NH3 là -33,5 oc ở áp suất khí quyển 1 kG/cm2 - áp suất ngưng tụ ở 38oc là 14,1 kG/cm2 - Năng suất làm lạnh đơn vị ở -15oc là 1312,69 KJ/kg 3. Nhóm Freon: Là những công chất làm lạnh hiện đại mới phát hiện về sau và đưa sử dụng ngày càng rộng rãi. Các công chất thuộc nhóm Freon về bản chất là gốc các bua hydro kết hợp với các nguyên tố hoá học của nhóm Halogen(F, CL, Br..). 217

* Đặc điểm của freon. - Freon hầu như không hòa tan trong nước, độ nhớt lớn và trọng lượng riêng lớn. - Freon không có mùi, không bắt lửa và ít độc hại. a. Freon-12: Công thức hóa học: CF2CL2 ký hiệu R12. - Nhiệt độ sôi -29,8oc ở áp suất khí quyển 1 kG/cm2, nhiệt độ ngưng tụ 38oc ở áp suất 8,7 kG/cm2 - Năng suất làm lạnh đơn vị ở -15oc là 158,62 KJ/kg. -Không màu, không mùi,không độc hại với con người,ở nhiệt độ cao có thể bị phân tích thành forgen rất độc. -Không nổ, không cháy an toàn -Khả năng thẩm thấu rò lọt cao. -Có khả năng hòa tan dâu bôi trơn, phá hủy cao su tự nhiên -Nặng hơn không khí -Hòa tan vô cùng ít với nước. -Tính bền vững hóa học cao, cách điện tốt. -R12 tinh khiết không ăn mòn kim loại. -Khi mật độ R12 trong không khí lớn hơn 20 % có thể cảm nhận được mùi của nó. Khi xả ra môi trường có tác hại phá hỏng tầng oron. b. Freon-22: Công thức hóa học CHF2CL ký hiệu R22 . - Các tính cất cơ bản như R12. - Nhiệt độ sôi -40,8oc ở áp suất khí quyển 1 kG/cm2, nhiệt độ ngưng tụ 38oC ở áp suất 14 kG/cm2 - Năng suất làm lạnh đơn vị ở -15oc là 218 KJ/kg. 218

4. Hơi nước, không khí: Ít độc hại nên hiện nay có xu hướng dùng lại. IV. Chu trình Cacnô ngược chiều ứng dụng cho máy lạnh Các thiết bị làm lạnh có nhiệm vụ lấy nhiệt liên tục của môi trường cần làm lạnh có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường rồi nhả ra môi trường. Theo định luật nhiệt đông II: "nhiệt lượng không thể từ nó truyền từ vật có nhiệt độ thấp sang vật có nhiệt độ cao" Nguyên lý làm việc của thiết bị lạnh chỉ có thể đạt được nếu ta đưa thêm công bên ngoài vào chu trình. Chu trình lý thuyết cơ sở của máy lạnh là chu trình Cacnô ngược chiều gồm hai quá trình đẳng nhiệt và hai quá trình đoạn nhiệt xen kẽ nhau, tiến hành ngược chiều kim đồng hồ.

- Quá trình 1 2: là quá trình nén đoạn nhiệt trong máy nén (công chất nén đoạn nhiệt trong máy nén tiêu tốn công L1). - Quá trình 2 3: Là quá trình nhả nhiệt đẳng nhiệt (công chất được ngưng tụ trong bình ngưng, nhả nhiệt lượng qk). - Quá trình 3 4: Là quá trình giãn nở đoạn nhiệt. (công chất thực hiện giãn nở đoạn nhiệt trong máy giãn nở hoặc van tiết lưu để sinh công l2).

219

- Quá trình 4 1: Là quá trình thu nhiệt đẳng nhiệt (công chất thu nhiệt lượng của các đối tượng làm lạnh qo). 10-2. Máy lạnh tàu thuỷ dùng chu trình hơi Đây là chu trình làm lạnh mà trong đó hiệu quả làm lạnh được tạo ra nhờ bay hơi công chất ở nhiệt độ thấp. Trong chu trình hơi đơn giản có 4 thiết bị chính là máy nén (MN), bình ngưng (BN), van tiết lưu (VTL) hoặc máy giãn nở, và dàn bay hơi(DBH). Bốn thiết bị này được nối với nhau bằng hệ thống ống hợp lý kín hoàn toàn. Trong hệ thống kín này đựơc nạp công chất lạnh là các chất lỏng sôi ở nhiệt độ thấp như amôniac (NH3), Freon R22, hoặc Freon R12. 1. Sơ đồ hệ thống

Hình 10-1: Sơ đồ hệ thống lạnh dùng chu trình hơi

220

2. Nguyên lý hoạt động: Máy nén 1 nén công chất dưới dạng thể khí từ buồng lạnh ra và đẩy chúng tới bầu ngưng 2 để cống chất nhả nhiệt cho nước làm mát (thường dùng nước biển hoặc nước muối) và ngưng tụ chuyển sang dạng thể lỏng. Công chất chuyển tới van tiết lưu 3 (hoặc máy giãn nở). Ở đó trạng thái lỏng với áp suất cao chuyển dần sang trạng thái khí áp suất thấp hơn, thể tích nhiều hơn, nhiệt độ thấp hơn. Công chất ở dạng này tới dàn bay hơi để làm lạnh các khoang lạnh cần thiết. Tại các khoang lạnh công chất thu nhiệt lượng của thực phẩm. Sau khi ra khỏi dàn bay hơi nhiệt độ của công chất tăng và lại được máy nén hút tạo thành vòng kín. Đầu cảm ứng 10 cảm ứng nhiệt độ công chất ra khỏi dàn bay hơi để đóng mở van tiết lưu 3. Phin lọc ẩm 9 có tác dụng hút nước lẫn trong công chất. Mỗi máy nén một cấp thường làm việc với tỷ số nén<7. Trường hợp cần làm lạnh ở nhiệt độ thấp, trong khi nhiệt độ môi trường bên ngoài hầu như không đổi nếu dùng máy nén một cấp sẽ gây tổn thất năng lượng lớn. Trong trường hợp này người ta chuyển sang dùng máy nén hai hay nhiều cấp, kết hợp làm mát trung gian sau mỗi cấp nén để giảm sự tiêu tốn công nén thường tính toán sao cho nhiệt độ vào ra các cấp đều bằng nhau, tỷ số nén trong mỗi cấp bằng nhau: Chu trình nhiều cấp nén có thể dùng một cặp tiếu lưu hoặc 2 hay nhiều cấp tiết lưu, kết hợp với làm mát công chất trước tiết lưu sẽ giảm được tổn thất công thuận nghịch trong quá trình tiết lưu. - Khi cần làm lạnh ở nhiệt độ thấp người ta dùng chu trình ghép, tức là ghép nhỏ chu trình một tầng lại với nhau thành chu trình ghép có tính nối tiếp cho buồng lạnh của chu trình kia (có nhiệt độ thấp hơn). Công chất trong mỗi chu trình độc lập khác nhau, phù hợp với điều kiện công tác trong từng giới hạn riêng. Việc ghép

221

các chu trình như trên nâng cao mức độ hoàn hảo của chu trình một tầng, làm việc cùng giới hạn nhiệt độ. Các chu trình làm lạnh nói chung đa dạng, trên đây chỉ nêu chu trình hơi kiểu đơn giản nhất. Các loại khác có thể xem các tài liệu về máy lạnh

10-3. Khai thác và bảo dưỡng hệ thống lạnh I. Quy trình vận hành khai thác 1. Quy trình dừng hệ thống lạnh Mục đích là để sau khi dừng hệ thống công chất lỏng sẽ không còn trong dàn bay hơi làm gây khó khăn cho lần khởi động tiếp theo và công chất cũng khó rò lọt qua phần thấp áp. Các bước cho dừng: - Đóng van cấp lỏng (để máy nén hút hết công chất trong phần thấp áp dồn về bình ngưng, bình chứa). - Đóng van chặn trên đường ống hút trước máy nén. - Tắt động cơ lai máy nén. - Đóng van chặn trên đường ống đẩy. - Tắt quạt gió buồng lạnh. - Tắt bơm nước làm mát bình ngưng. 2. Quy trình khởi động - Kiểm ta xem có vật lạ xung quanh máy nén, dây cua loa không. Kiểm tra nguồn điện máy nén, mức dầu nhờn trong các te máy nén. Nếu có hâm dầu thì hâm trước khi khởi động (15 - 30 phút)

222

- Kiểm tra các van giữa máy nén và bình ngưng xem đã mở chưa, yêu cầu tất cả các van phải mở trước khi bật động cơ lai máy nén. - Bật bơm nước làm bình ngưng. - Bật công tắc khởi động động cơ lai máy nén. - Theo dõi áp suất dầu nhờn bôi trơn, lắng nghe các tiếng động lạ. - Mở từ từ van trên đường ống hút theo dõi xem máy nén có bị ngập lỏng không. Nếu bị ngập lỏng thì đóng van chặn lại và sau một lúc lại mở lại thật từ từ hơn. - Chỉnh van tiết lưu, mở van cấp lỏng, theo dõi các thông số như áp suất hút, áp suất đẩy, áp suất dầu theo đúng hướng dẫn của nhà chế tạo. - Bật quạt gió buồng lạnh. 3. Theo dõi việc vận hành hệ thống lạnh Phải chấp hành theo đúng mọi hướng dẫn của nhà chế tạo a. Kiểm tra thường xuyên - Các thông số trên áp kế (áp suất hút trung gian, áp suất xả, áp suất dầu). Nhiệt kế (nhiệt độ của hút, cửa xả nhiệt độ của nước vào, nước ra ...) ampe kế (dòng điện máy nén, bơm, quạt), vôn kế. - Nhiệt độ tại các xi lanh, gối đỡ, bộ làm kín đầu trục. - Mức dầu trong các te. - Mức độ công chất lỏng cấp vào dầu bay hơi. -Mức công chất trong bình ngưng. b. Kiểm tra định kỳ - Trạng thái của piston, xi lanh, xéc măng, bạc trục, bạc biên, dây cua loa, khớp nối, clape hút, clape xả cùng các lò xo, môtơ điện, bơm, quạt gió ... 223

- Độ kín của các van, các cổ van, mối nối, mối hàn. - Độ sạch, độ kín của các thiết bị trao đổi nhiệt. - Trạng thái của các tấm cách nhiệt, cách ẩm, các gioăng, đệm, cánh cửa buồng lạnh. - Mức độ thừa thiếu của công chất, dầu nhờn. - Độ chính xác của các thiết bị đo. II. Bảo dưỡng hệ thống lạnh 1. Phá băng dàn bay hơi Mục đích là ra nhiệt cho dàn bay hơi để tan băng tuyết trên dàn bay hơi. + Có thể bằng điện trở sấy. +Có thể bằng công chất ra khỏi máy nén quay lại dàn bay hơi luôn. - Khi thấy dàn bay hơi băng tuyết bám nhiều, nhiệt độ buồng lạnh tăng, băng tuyết bám về máy nén thì phải phá băng dàn bay hơi. Cách phá băng phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống nhưng nguyên tắc chung là trước lúc phá băng, cần đóng van cấp lỏng hoặc van tiết lưu của dàn bay hơi. Cần phá băng trong thời gian đủ lâu để máy nén hút hết công chất lỏng có sẵn trong dàn bay hơi. 2. Xả không khí (xả Air): Trong quá trình hoạt động của hệ thống lạnh nếu ta thấy có nhiều dấu hiệu chứng tỏ sự có không khí trong hệ thống như nhiệt độ buồng lạnh tăng, công nén lớn ta phải tiến hành xả không khí 3. Nạp bổ sung dầu nhờn: Nếu qua kiểm tra ta thấy trong các te máy nén thiếu dầu nhờn thì ta phải nạp bổ sung dầu nhờn. 224

4. Nạp bổ sung công chất: Khi trong hệ thống chứng tỏ sự thiếu công chất như áp suất hút, xả giảm nhiệt độ buồng lạnh tăng , ta tiến hành dò tìm chỗ hở làm kín lại và tiến hành nạp bổ sung công chất (cách nạp giống như nạp mới sau lắp ráp, sửa chữa) 5. Vệ sinh bầu ngưng: Khi có dấu hiệu chứng tỏ bầu ngưng bị bẩn (áp suất ngưng tụ cao, độ chênh lệch nhiệt độ nước thấp) thì dừng hệ thống và vệ sinh bầu ngưng. 6. Xả dầu nhờn: Trong hệ thống lạnh, dầu nhờn luôn đi cùng công chất, lượng dầu nhờn sẽ lắng đọng nhiều ít trong thiết bị tuỳ theo mức độ hoàn thiện của hãng chế tạo. Biện pháp xả nên căn cứ kết cấu từng loại thiết bị. 7.Vệ sinh các phin lọc Định kỳ cần vệ sinh phin lọc ẩm sau bình ngưng, phin lọc bẩn trước máy nén.

225

Câu hỏi ôn thi Câu 1: Khái niệm, phân loại nồi hơi tàu thủy. Câu 2: Trình bày kết cấu và nguyên lí làm việc của nồi hơi ống nước tuần hoàn tự nhiên. Câu 3: Trình bày kết cấu và nguyên lí làm việc của nồi hơi ống lửa Câu 4: Khái niệm, phân loại tuabin hơi tàu thủy Câu 5: Trình bày kết cấu và nguyên lí làm việc của tuabin hơi tàu thủy. Câu 6: Hãy nêu ưu nhược điểm của động cơ đốt trong. Câu 7: Phân loại động cơ đốt trong. Câu 8: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lí làm việc của động cơ diesel 4 kì. Câu 9: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lí làm việc của động cơ diesel 2 kì quét thẳng. Câu 10: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lí làm việc của động cơ diesel 2 kì quét vòng. Câu 11: Trình bày nhiệm vụ và yêu cầu của: hệ thống làm mát, hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động – đảo chiều, hệ thống tăng áp cho động cơ diesel. Câu 12: Trình bày kết cấu và nguyên lí làm việc của hệ thống khởi động bằng khí nén. Câu 13: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lí làm việc của hệ thống làm mát kín (hệ thống làm mát bằng nước ngọt), hệ thống làm mát hở (làm mát bằng nước biển). Ưu nhược điểm của hệ thống. Câu 15: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lí làm việc của hệ thống bôi trơn các te ướt, các te khô. Câu 16: Trình bày kết cấu và nguyên lí làm việc của hệ thống nhiên liệu nhẹ, hệ thống nhiên liệu nặng. Câu 17: Bơm thể tích là gì? Trình bày cấu tạo và nguyên lí làm việc của bơm 226

piston một cấp, ưu nhược điểm. Ứng dụng của bơm. Câu 18: Trình bày kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm bánh răng. Ưu nhược điểm. Câu 19: Trình bày cấu tạo và nguyên lí làm việc của bơm cánh gạt, ưu nhược điểm. Câu 20: Trình bày cấu tạo và nguyên lí làm việc bơm piston 2 hiệu lực. Câu 21: Trình bày kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm li tâm. Ưu nhược điểm, ứng dụng. Câu 22: Trình bày cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy nén khí dạng piston. Câu 23: Trình bày cấu tạo và nguyên lí làm việc của máy lọc li tâm. Câu 24: Trình bày nhiệm vụ và yêu cầu, nguyên lý làm việc của hệ thống tời neo. Câu 25: Vẽ sơ đồ và trình bày nguyên lí làm việc của một hệ thống lạnh tàu thủy cơ bản (sử dụng công chất Freon). Câu 26: Trình bày nhiệm vụ, yêu cầu, kết cấu và nguyên lý làm việc của hệ thống ballast. Câu 27: Trình bày nhiệm vụ , yêu cầu của hệ thống máy lái.

227