Phần 2 cuốn sách Nghiên cứu chế độ làm việc của động cơ điêden tài thủy cũng cấp cho người đọc các nội dung: Các chế độ làm việc không ổn định của động cơ chính tàu thủy, tối ưu hóa chế độ làm việc của Điêden lai chân vịt biến nước. Mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết.
Trang 1CHUONG, 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KHĨNG ỒN ĐỊNH CỦA BONGE cơ CHÍNH TAU THỦY
2 1 Che đệ khởi động của động cơ
3 L1 YÍêqksg trinh: chưyền động cía trực động cơ
K&it khu động 3
Thương trình cần bang động của trục động co trong thai đoạn ksi nice cĩ dạng:
_ —M.—M„ = 0 (2.1)
© day,
M,—mo6men dhy trén trục của động cơ được tạo nên bởi lực của khơng khí nén;
M„— mðmen do lực ma sút khi động cơ khởi doses: itm ae
M,—mưmen do lực cắn của nước khi chân vịt chuyền động ;
Mụ— mơmen cần thiết đề lấy đà cho động cơ đạt đến tốc độ %,,;,, bdo dám động cơ khởi động tin cy
Mémen đây M„ — đề xác định được mơren đầy cần phải cĩ giá trị áp suất chỉ thị bình quân Pi thong một chu trình của giai đoạn khởi động
Nếu cĩ được đồ thị cơng chỉ thị ở thời điềm khởi động
Trang 2cĩ đồ thị cơng chỉ thị trong thời gian khởi động thì giá trị pị cĩ thề tính theo cơng thức gần đúng : „= K (Pu pe) ở đây, Đra —áp suất khơng khí nén trong xilanh khi khởi động động cơ;
Pu ấp suất trung bình trong giai đoạn nén Khi khởi
động động cơ với sự giảm áp trong xi lanh cơng tác Pa=0;
K — hệ số tỷ lệ thường chọn trong khoảng 0,6-+ 0,65 Lực tiếp tuyến trung bình: P,= -PL, căn mơmen đầy truảg Binh sau mỗi chú trình : z , M,=P, “D R Pi ~D_ R 4 Zu K (Pen — Pn p =-Ke—b) , 2D”, R=p (pu— p) (2.2) & day, z—he số kỳ của động cơ (động cơ hai kỳ z = 1; động cơ bốn kỳ z=2); = K_p-R = const đối với một động cơ để cho: cy thé;
Khi ấy mơmen day trung bình tính cho tồn bộ quá trình khởi động cĩ dạng dưới đây : :
M;'= a a R=ồ (Pa - P`) (2.3)
zx.4
ở đây, 2
Ma’; Pi’, P’kn Pa’ la momen d&y trung bình, áp suất chi thị bình quân, áp suất trung bình khơng khi nén về
Trang 3ap sugt nén trung bình trong xiianh với tồn bộ quá
trì th khởi động động cơ
Momen ma sét M, — như đã biết, cơng suất chỉ phi cho tồn thất cơ giới cĩ thề tinh theo cơng thức gần đúng
sau đây:
N„=AnP
ở đây:
A— hãng số ;
n — số vịng quay của động cơ ;,
B — nằm trong giới hạn sau:
— đối với động cợ thấp tốc B = 1,0 1,2
— đối với động cơ cao tốc B = 1,5+-2,0
Mơmen ma sát trung bình cĩ thề tính theo cong thức :
Mw, = TASNe “= 716 Ane!
= Ay nP1
với Á; =716.A
Moémen can M, ~— Momen được tạo ra do lực cắn của
Trang 44 M, _ C,’ AsteTer Teds Ter M, = = C,.0* ở đây,
Tị„ — hiệu suất của chân vịt;
T› — hiệu suất của hộp số ;
— tốc độ gĩc của chân vịt
Mơmen cản trung bình được, tính theo ¿ cức thức x
Ễ tt fa Bevin! 12 Bre we sont (24)
Hàng số C dược xe đeh-a-dàng dưc bss Men, CE “ân hi `Ất mộ: 5 ea Tir day G=65, 2 10° 2 (5)
` Afamen lấy đà — mơmen cần thiết đề trục của động 'cơ chuyền động từ vận tốc gĩc „=0 đến vận tốc tối
thiều “mịn,
«> Momea cần thiết đề lấy đà được tìm thơng qua đẳng
thức cơng cơ bản của lực quán tính chuyền thành động
năng của tồn bộ cơ cấu động cơ:
Mu dg = dE; ' (2.6)
ở đây, Q
_ ip — gĩc quay của trục khu#u so với vị trí ban đầu (rad); Mi — momen lấy đà do lực quán tính tạo nên ;
Trang 5E = Ly
o Et = Let 5-5
E, va I, -— dong nang vA momen quan tinh của khối
lượng cơ cấu thanh truyền;
EB., và F, — động năng va momen quan tinh của khối
lượng trục và chân vịt (kề cả hộp số nếu cĩ)
Ea: và l„: — động năng và mơmen quán tính của khối lượng các cơ cấu máy phụ (bơm quét, thiết bị tăng áp và cơ cấu dẫn động cửa chúng)
Khi đĩ, động năng của tất cả các cơ cấu động của động
cơ cùng với chân vịt và trục của nĩ được thề hiện bằng đằng thức sau:
w? a
E=(I.+ 1 + Ins) —e~ = ey >
trong đĩ,
1,,— tong mơrmen quán tính được quy dẫn đối với trục +
Do đĩ, mơmen xoắn cần thiết đề động cơ lấy đà, cĩ thề viết: 2t n= = dp EY as Khi momen quán tính quy dẫn khơng đồi l¿; = const thi: - do? —v ado _, dipdo Mie = a dp =k, dụ = Top dtdụ =e dt _ (a8)
Bay giờ cần tính mơmen đầy trung bình, cơng suất và áp suất chỉ thị trung bình can thiết đề khởi động động cơ
Đè động cơ cĩ thề khởi động tin cậy trong quá trình
khai thác, điều cơ bản đầu tiên là mơmen đầy trung bình
(28)
Trang 6
phải dâm bảo cho số vịng quay của dộng cơ đạt đến số vịng quay tối thiều, ở số vịng quay ấy nhiên liệu cĩ thd
tự bốc cháy
Muốn tìm giá trị trung bình của mơmen đầy, các giá trị
mơmen ma sát trung bình; mơmen cản trung bình (2.4) và mơmen lấy đà (2.9) vào phương trình cân bằng động
(2.1) khi khởi động động cơ Từ đĩ rút ra, mơmen đầy trung bình bằng:
+
`)
, B-1 - 8V {
Mu=An +OCẩ) ưu he (Gy
Trong quá trình khởi động, nếu ngắt bộ lí hợp dùng
đề nối trục động cơ với chân vịt, thì mơmen cản M,=0, do vậy mơmen chuyền động — mơmen đầy trung bình của động cơ sẽ bằng: = f-1 Tp an MBs + 2(q›—gi) - ( 30 ) ở day, lạ =1 + lạ;
Phân tích đẳng thức trên thấy, nếu giai đoạn lấy đà giống nhau tức là @;-—(;= const thì mơmen đầy trung bình của động cơ khi khởi động với sự ngắt thiết bị ly hợp sẽ bé hơn khi khởi động cĩ đĩng thiết bị ly hợp Chính vi vậy, khi ngắt thiết bị Íy hợp của trục chĂn vịt với động cơ cĩ hai cái lợi: một là cơng suất chỉ phí cho khởi động sẽ bé hơn, nếu khởi động băng khí nén thì
lượng chỉ phí khơng khi nén gẽ ít hơn; hạf là động cơ dễ
dàng khởi động hơn và đảm bảo,độ lín cậy hơn
Trang 7Cơng suất cần chí phí khi khởi động của tồ hợp khởi động bằng: M’,.n 76” Khi khởi động bằng khí nén, động co cần đảm bảo áp suất chỉ thị bình quân: »— Na.0,45Z BỊ nhan 5 Tr Deni
Một trong những thơng số cần biết trong quá trình khởi động động cơ là thời gian lấy dà Xuất phát từ phương
trình cân bằng động của trực động cơ khi khởi động (2.1),
Giáo su Nhe-béc-n6v tinh thei gian lấy da bang đẳng thức sau : , N= ml Lip “Sự Tin nh arcth ram 2.18 l (M°— Mu) [a 08) C; Avi) 7 7e| {22 bo ae
x 1 Sau Dyan - dgonex
aot Z 2- Tou "G2 eu-dia 3.T Vơn-gơ le X— ——— een TY ae Ta — Tịnh teên —— Yhụy c;hiệm
Ninh 2.1.: Sự phụ thuộc của số vịng quay vào thời gian lấy đã đối với các tấu
Trang 8Thay các giá trị cia M’,, C2, My c6 thề tính được giá
trị Của Ta
Trên hình 2.1 nêu lên sự so sánh ®/; (n„) phụ thuộc vào
thời gian tính theo cơng thức (2.10) với những đường cong
thu được khi thử nghiệm trên nhiều động cơ tàu thủy
khác nhau,
2.1.2 Sã vịng quay nhà nhất đâm báo chuyền động
cơ từ kháng khí khửt động song nhtén liệu
Sự tự cháy của nhiên liệu trong động cơ được xác
định bởi nhiệt độ và áp suất khơng khí cuối quá trình nén
T và p
Nhiệt độ T phụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố như trạng thái kỹ thuật, trạng thái nhiệt của động cơ, nhiệt độ, độ ầm của mơi trường lúc khởi động; trạng thái kỹ thuật của nhĩm pittơng, xiianh; tốc độ trung bình của
pifiơng, số vịng quay của động cơ v.v
Nhiệt độ thành vách xilanh giảm xuống do nhiệt độ
của mơi trường thấp hoặc do khơng hâm sấy máy trước
khi khởi động cũng làm cho nhiệt độ T, giảm đi Sự
giảm nhiệt độ của mơi trường cũng như sự tăng độ ầm của khơng khí gây nên sự giảm giá trị T
Khi các vịng găng cia pittong bj mai mịn lớn hoặc độ
đàn hồi kém thì khí cháy lọt từ vùng cơng tác của xilanh
xuống cacte, kéo theo sự giảm áp suất và nhiệt độ cuối
quá trình nén
Nếu nhiệt độ trung bình của pittơng nhỏ sự truyền
nhiệt từ chất khí qua thành vách xilanh sẽ tăng lên, làm
cho nhiệt độ T, giảm xuống
Trang 9khai thác dùng phương-pháp thử nghiệm kết hợp với kinh nghiệm đề xác định T,
Kinh nghiệm khai thác điêden tàu thủy hàng chục năm
chỉ ra rằng, thơng số cơ bản cho phép xác định số vịng
quay nhỏ nhất nạ¡, đến số vịng quay cần thiết lấy đà khi khởi động đề chuyền từ khơng khí khởi động qua làm
việc với nhiên liệu một cách tin cậy là tốc độ trưng bình của pittong Cụ 26 3 240 = 200 Ỳ 160- = 80 đỡ ony wo 29 76 4o 25 6o — Nhệ đệ nước lên mat *
Hình 2.2: Sự phụ thuộc của số vịng quay
tối thiều vào nhiệt độ nước làm mát của
động cơ cao tốc 1 Với buồng cháy xốy lốc
và buồng giữ nhiệt (nhiệt độ khơng khí
10 — 13°C); 2 Với buồng cháy ngăn cách
“(nhiệt độ khơng khí 14°C); 3 Với buồng
cháy thống nhất — phun trực tiếp (nhiệt
độ khơng khí! — 12°C}; 4 Với buồng cháy
Trang 10
Hình 2.3: Sự phụ thuộc của số vịng
quay tối thiều vào nhiệt độ của khơng khi mơi trường đối với động cơ cao tốc 1 khơng cĩ bugi; 2 cĩ bugi
Khi khỏi động động cơ nguội lạnh sự tự bốc cháy nhiên liệu trong xiianh động cơ chỉ cĩ thề thực biện được khi tốc độ trung bình của pitơng đạt đến
Cạ =0,9+ 1,5 m/s
Tương ứng với tốc độ trung bình ấy của pittong, sd vịng quay nhỏ nhất mà động cơ cĩ thề lấy đà nằm trong khoảng:
nos 30 CL = 27 45
min § 3
Tuy vậy khi tỉnh tốn và chọn n„„ khơng nên quên ảnh
hưởng của nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ của khơng
khí mơi trường trong thời điềm khởi động
Thực vậy, sự phụ thuộc của vịng quay tối thiều vào nhiệt độ nước làm mát và nhiệt độ của khơng khí mơi trường ở những động cơ cao tốc thư được qua thực nghiệm thề hiện trên hình 2.2 và 2.3
Trang 112.13, Tính tốn đồ thị cơng chỉ thị của động cơ khi
khoi động
Như đã biết, muốn cho động cơ khởi động tin cậy yêu cầu cơ bản là số vịng quay của động cơ phải đạt đến
giá trị tối thiều nạ Nĩi một cách khác, đề đưa số vịng
quay của động cơ từ n= 0 đến n„„„ trong giai đoạn khởi động nhất thiết phải chỉ phí năng lượng cho quá trình ấy Cơng tiêu tốn trong thời kỳ khởi động do khơng khi nén khởi động tạo nên thơng qua các chu trinh cong tac trong các xilanh của động cơ
Những chu trình cơng tác ấy xảy ra với áp suất khơng khí nén pạ„ và với tốc độ trung bình pittơng khác nhau Thời gian lấy đà của động cơ càng tăng thì áp suất Pu, trong xilanh càng giảm, tốc độ trung bình của pittơng tăng lên,
Trang 12Hình 2.4 là các đồ thị cơng chỉ thị thu được trong quá
trình khởi động động cơ bằng khí nén
Đồ thị cơng chỉ thị đầu tiên ứng với thời điềm những chỉ tiết chuyền động của động cơ dời chỗ Ở thời điềm này, piftơng của động cơ đang ở hành trình giãn nở nên
đã tạo ra thề (ích xilanh Vạ, lớn hơn thề tích buồng đốt V,
Áp suất trong xilanh lúc khởi động tăng dần từ áp suất mơi trường (IkG/cm”} đến #p suất của khơng khí
nén pụa trong bình chứa khí nén
Phân tích đồ thị cơng chỉ thị thu được khi mới khởi
động sẽ thấy sự thay'đồi áp suất trong xilanh xảy ra theo đường thẳng đứng ab cách trục tọa độ một khoảng V Sau đĩ quá trình nạp khơng khí nén vào xilanh được
thực hiện; tiếp theo là quá trình giãn nở khơng khí nén
Với mức độ tăng lên của việc dịch chuyền pittơng, áp suất khởi động giảm xuống và áp suất chỉ thị bình quân sau mỗi chu trình cơng tác cũng giảm theo
Trên các đồ thị cơng chỉ thị, đường nạp bc phụ thuộc vào khả năng thơng qúa của van khởi động và tốc độ chuyền động cửa pittong trong, giai đoạn nạp khơng khí khởi động vào xiÍlanh: ˆ
Đường cong giãn nở đa biến và đường cong nén da biến của khơng khí trong xanh cĩ thè thay thế bằng phương trình pve = const va pV" = const (p — 4p sudt của khơng khí; V — thề tích; n, n — chỉ số nén và giãn nở đa biến)
Nếu tốc độ trung bình của pittơng tăng lên trong giai
đoạn khởi động thì thời gian trao đồi nhiệt giữa khơng
khí khởi động và thành vách của các xilanh sẽ được rút ngắn Do đĩ sự rị lọt khơng khí từ vùng phía trên đỉnh
piftơng qua các vịng găng sẽ giảm đi Chính vì vậy, tùy theo mức độ chuyền động của piftơng chỉ số nén và giãn
nở đa biến nị và n: sẽ thay đồi
Trang 13Kinh nghiệm nhiều năm khai thác điêden tàu thủy đã
khẳng định răng, đề tính tốn và xây dựng đồ thị cống
chỉ thị trong giai đoạn khởi động của động cơ cĩ thề lấy
giá trị nạ= 1,4 và nị = †,2 Kết quả tính tốn hồn tồn
phù hợp và đáp ứng được với yêu cầu thực tế
Các đồ thị cơng elf thị thu được trong qưá trình khởi
dong diéden tàu thay cho thấy áp suất trong xilanh ở thời điềm nạp thay đồi theo qui luật tuyến tính, cĩ thề
lấy áp suất khơng khí cuối thời kỳ nạp vào khoảng
(0,5 0,6) pạ„
De tính tốn và xây, dựng đồ thị cơng chỉ thị đối với chu frình khởi động cần tìm áp suất chỉ thị bình quân của mỗi một chụ trình, sau đĩ tìm áp suất chỉ thị trung bình
cho tồn bộ giai đoạn khởi động với cơng thức sau :
Byte: Pi, + hy + + Pi, lkt ở đây, K—sổ Bán chữ £ giai đoạn khởi dong
Giá trị P¡„ cho phép xác định cơng suất ĐN¿ cũng như mơmen đầy trung bình Mạ của động cơ trong giai đoạn khởi động
Đà thị cơng chỉ thị thu được từ những động cơ thấp tốc khác nhau chỉ ra rằng, áp suất chỉ thị bình quân của chu trình khởi động lần đầu tiên nằm trong giới hạn p:i =3 + 7 kG/cm nh đã được thực hiện trong 2 2 Chế độ làm việc của động cơ trong điều kiện sống giĩ
Khi động cơ làm việc trong bão tố số vịng quay và
phụ tải luơn thay đồi vì cĩ sự thay đồi lực đầy và mơ-
men chân vịt Sự thay đồi này được gây ra do ảnh hưởng của trạng thái biền, hướng và lực của giĩ trên sức cản chuyền động của con tàu; do sự thay đồi của đặc tính
Trang 14chân vịt ở những độ chìm khác nhau và sự làm việc với ddng nghiêng của nước Mặt khác sự chuyền dịch vị trí
của bánh lái khi gi# cho con tàu theo một hành trình
nhất định cũng gây ra sự thay đồi lực day va momen
chân vịt
Trạng thái kỹ thuật của động cơ trong trường hợp
nảy được đặc trưng bởi sự thay đồi phụ tải nhiệt và phụ
tải cơ theo thời gian,
Các chế độ làm việc như vậy là những chế độ khơng ồn định
Sự thay đồi số vịng qunỷ và lượng nhiên liệu cung
cấp cho chu trình kh?-sĩng 1ư, giỏ lớn cĩ khả năng khác
nhau phụ thuộc vào thức độ nhận hàng của tàu, điều kiện
hàng hải, loại và phương pháp mác bộ điều tốc Tuy vậy,
cĩ thề nĩi ở dạng chung nhất là mơmen xoắn trung bình
cua chan vit tang lên do phụ tải động của động cơ Nếu
như trong trường hợp này cĩ tính đến sự chênh lẹch áp
suất và nhiệt độ trong các xilanh, các phụ tải động gây
ra bởi sự thay đồi tốc độ gĩc thì sự làm việc tín cậy của động cơ khi sĩng to, giĩ lớn sẽ được đảm bảo với điều kiện giảm cơng suất và tốc độ tàu một cách đáng kè Cĩ thề lấy ví dụ như tàu €Volga*chở gỗ đặt máy Sul- zer 5SAD72 khi đi ngược giĩ và sĩng cấp 5 cấp 6, tốc độ của tàu giảm xuống đến f1 + 12 hải lý/giờ, trong khi đĩ trời yêm biền lặng, tốc độ tàu cĩ khả năng đạt đến
15 + 16 hải lý/giờ Sự giảm tốc dO tau do ảnh hưởng
của sĩng giĩ được xác định trên đồ thị hình 2 5
Sự làm việc của động cơ khi sĩng giĩ được xác định gần đúng [ân thứ nhất bằng hàng loạt các chế độ làm việc ồn định sự thay đồi các thơng số cĩ thề biều thị thơng qua những quy luật của dặc tính bộ phận (khi dùng bộ điều tốc giới hạn— đường a—a trên hình 2 6) hoặc
là đặc tính phụ tải (khi dùng bộ điều tốc ở mọi chế độ
đường cong b— b)
Trang 15Tải tha? 136 để 0 1 2 3 4 5 6 7 8
Thang cap avec gis ( gofort) Hinh.2 5: Ton that t6e d& phy thuộc vào hướng và lực của giĩ
Các chế độ làm việc theo đường a— a được giới hạn bởi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình hạ, =const,
theo đường b— b được giới hạn bởi vịng quay bộ phận
nạ = const, Trong hai trường hợp trên, sự dao động số
vịng quay và lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình
khơng vượt quá giới hạn giá trị cho phép cửa áp suất cĩ
ích bình quân
So sánh các chế độ làm việc của động cơ cĩ thè kết luận rằng, khi ha, = const động cơ khơng quá tải mà
các giá trị cơng suất, số vịng quay và tốc độ tàu đạt
được giá trị trung bình cao Tuy nhiên khi ha, = const
Trang 16Ne ba] Hinh 2, 6: Chon các chế độ làm
viẹc của động cơ khi sĩng giỏ
số vịng quay theo đường a——a cĩ liên quan mật thiết với
khối lượng chuyền động của động cơ điêden, của đường
trục và những phụ tải quán tính bồ sung Ảnh hưởng của
chúng, đặc biệt khơng thuận lợi đối với sự làm việc của
những trục dẫn động cơ cấu phân phối khí, các bơm và
các ồ đỡ chặn, bạc lĩt chân vịt Nếu như với sự thay
đồi số vịng quay, các chỉ số động của chu trình cơng tác
(như áp suất cháy cực dai pz, tỉ số tăng áp suất À, tốc
độ tăng áp suất theo gĩc quay của trục khuÿu -Ap/A ø}
khơng giữ nguyên giá trị mà thay đồi tỉ lệ nghịch với quần tính của khối lượng chuyền động thì sự thay đồi
phụ tải thực té (pms = Pr—Pj; Ap) & các chế độ theo
đường cong a—a sẽ khơng nhỏ so với các chế độ theo đường b—b Ngồi ra động cơ làm việc theo đặc
Trang 17tính cục bộ với mức độ khơng đồng đều khá cao của vịng quay trục khuỷh; với sự dao động lớn của mơmen
xoăn và mơrien lật của động cơ cĩ khả năng xảy ra rung động vỏ tau Lo
Trong điều kiện chờng 'chanh khi hạ, = - const (khi dat
bộ diều tốc ở số vờïng qơay tiới hạn) biên độ và tốc độ
thay đồi tần số vồng suáy thực chất là những thơng số
khơng điều chỉnh được Yạ được xác định hồn tồn do
trạng thái của bidn va‘ tdi của con tàu, Sự giảm bớt dao
động số vịng quay (xem Hình 2 6) cĩ thè thực hiện được băng cách đặt lại bộ điều tốc ở số vèng quay giới
hạn thấp (lam việt theo đường a— 2 và 2 — c) hoặc bằng
cách chuyền sa#g làm việc ở đặc tính bệ phận với ha, = conéf *
Su lam viéc $n định của động cơ được tăng lên và phụ tải động được giảm xuống khi điều khièền động cơ bởi bộ điều tốc mọi chế độ theo đường b——b, Các ứng
suất nhiệt với sự thay đồi lượng nhiên liệu cung cấp cho
chu trình cĩ thề dao dộng trong các giới hạn cho phép của mức đệ trung bình tương đối khi chuyền từ chế độ én định sang chế độ khơng ồn định làm việc trên
séng gié
Chính vì thế, các hẹ thống điều khiền của những điê-
đen tàu thủy hiệm đại đều được trang bị các bệ điều tốc
mọi chế độ, cho phép phối hợp nhịp nhàng việc cung cấp nhiên liệu và thay đồi số vịng quay ở trên các chế dg làm việc trong điều kiện séng gid
2.3, Chế độ sấy nĩng và ngừng hoạt động của
động cơ
Động cơ làm việc ở các chế đệ khơng ồn định như sấy
néng đệng cø khi manơ và dừng động cơ, được đặc
Trang 18trưng bởi sự thay đồi ứng suất nhiệt theo thời gian, các chỉ tiết của nhĩm pittơng xilanh biến dạng, các khe hở trong các cặp lắp ghép, các thơng số của quá írình cơng
tác, nhiệt độ của nước và đầu v.v thay đồi
Khi phụ tải thay đồi đột ngột, ứng suất nhiệt trong các vách của buồng đốt cĩ thề vượt quá giới hạn ở chế độ ồn định tồn tải Những đường cong thay đồi nhiệt
độ và ứng suất nhiệt trong đỉnh pittơng của điêden hãng
MAN K6757/80 được thề hiện trên hình 2.7 2 Sau khi sấy GGe nĩng động co hot 3—4 ph, ứng +S 2008, suất nhiệt ở đỉnh 1600, pittong dat giá † : trị lớn nhất 4200 | : Các ứng suất a tong hợp khi 9øø +o cĩ phụ tải đột Hình 2.7: Sự
Escalon thay đồi ứng guất
Ki) mhiệt của pittong đieden Man K6Z57/ 400 † 80C khi phụ tải 2° bình thuong ( ) ;8 00 n= 0,7ng sau t0— 20s, tiếp lục 1200 bd sung phy tai a đến định mức sau £600 20 ph va phy tai sự cổ (—) đề dat’
20a đến lượng cung
™ cấp nhiên liệu tồn
L bộ cần 30 s và đạt
K6 wi hon—v-rasned „ đến n oy cam
+ 450s
Trang 19ngột vượt cả ứng suất cho phép, đây là nguyên nhân gây
ra nứt và phá hỏng các chỉ tiết, Sự thay đồi dấu của ứng
suất nhiệt cũng cĩ một ý nghĩa quan trẹng Ví dụ ứng suất
nén phía đỉnh píttơng xuất hiện trong giai doạn sấy nĩng pittong, khi làm việc lâu dài và nhiệt độ cao cĩ khả năng gây ra biến dạng dư làm chảy vật liệu Ứng suất nhiệt ở các chế độ tĩnh tại cũng luơn luơn biến đồi Khi làm lạnh động cơ tiếp theo giai đoạn ngừng, ứng suất kéo phát sinh ở đỉnh píttơng và nắp xilanh cĩ khả năng gây ra vết nứt
Trong hàng loạt trường hợp, sự phá hoại các chỉ tiết là do độ bền mỏi của vật liệu khi phụ tải nhiệt và phụ tải cơ luơn luơn thay đồi theo chu kỳ và sẽ xầy ra sau một thời gian dài khai thác động cơ Sự phá hoại hồn
tồn các chi tiết thường xảy ra ở các chế độ khơng ồn
dinh do sấy nĩng các chi tiết khơng đồng đều và sự thay
đồi nhiệt độ theo thời gian, làm biến dạng nhiệt lớn gây ra ứng suất trong vật liệu và làm thay đồi quá nhiều kích thước hình học của chứng
Sự biến dạng nhiệt của sơmi theo mức độ sấy nĩng
động cơ được cân băng và sự thơng qua của nước thường được ngừng lại,
Như vậy, các chỉ tiêu ứng suất nhiệt của động cơ ở
trên các chế độ khơng ồn định là gradien nhiệt theo chiều dày của vách AT/ð8, tốc độ và đặc tính thay đồi của
trường nhiệt độ ở các chỉ tiết theo thời gian
Ứng suất nhiệt và biến dạng nhiệt chung của các chỉ
tiết được xác định theo giá trị của các khe hở làm việc trong mối lắp ghép và mối làm kín các thành phần của nhĩm pittơng —xiÍlanh Mức độ và đặc trưng của sự thay đồi phụ tải khi manơ, khi tồn tải và khi ngừng động cơ cĩ ảnh hưởng khá lớn đến ứng suất của động cơ
Trang 20CHƯƠNG 3
TOIL UU HOA CHE BO LAM VIỆC CỦA BIEDEN LAI CHAN: VIT BIEN BUGC
3.1 Tự động hĩa quá trình điều khiền điêđen
chính lai chân vịt biến bước
Thiết bị đieden lai chân vịt biến bước (CVBB) dang
được áp dụng rộng rãi trong ngành đĩng tàu thế giới
Nếu như trước kia CVBB:- chỉ dược trang bị với diéden
trung tốc và cao tốc, thì hiện nay CVBB thường được
trang bị trên các tàu diéden thấp tốc: Sử dụng CVBB
trên các tàu vận tải biền cĩ được một loạt các tính ưu
viẹt hơn hắn so với sử dụng chân vịt bước cố định và trước hết nhở khả năng tối ưu hĩa chế độ làm việc của
động cơ chính, điều đĩ cho phép giảm dáng kè chỉ phí nhiên liệu
Cac di@den tàu thủy hiện đại lai CVBB thường dược
điều khiền tự động từ xa từ buồng lái hoặc từ bàn điều khién tập trung đặt tại buồng máy; việc diều khiền băng tay đieden và CVBB chỉ thực hiện khi cĩ sự cố
Trang 21—PIÈLS-TICK» 18 PC2, mỗi động cơ cĩ cơng suất Ne=6625kW
ởn = 520 vịng/phúi, lai CVBB qua hộp giảm tốc Hệ
thống điều khiền của tàu này là điền hình và về kết cấu
nĩ cĩ nhiều điềm chung với các hệ thống diều khiền tương
tự trên các tàu khác
Vịng quay cho trước của động cơ chính được duy trì bởi các bộ điều tốc Woodwar PGE-50 ở ba chế độ tốc
độ: 520, 480 và 380 vg/ph, tức là ở các tốc độ 190, 175 và 139 vg/phút của chân vịt Tốc độ cho trước của con tau được đảm bảo nhờ sự xoay tương ứng các cánh của CVBB và vị trí tương ứng của thanh răng nhiên liệu bơm
cao áp của dong cơ chính,
Hệ thống điều khiền CVBB và động cơ tạo ra tin hiệu điều khiền từ xa và đhực hiện điều khiền tự động ở phụ tải cho trước bất kỹ, ota ‘didden, ~ Việc, điều khiền
tự động dược thực hiện bởi “bd dieu chinh phu tai ty
dong điện hai xung Sự thay đồi bước của chân vịt, nghĩa là sự xoay các cánh của nĩ, được thực hiện bằng một hệ thống thủy lực Hệ thống thủy lực này được điều khiền nhờ một hệ thống khí nén hoặc điện xung ban đầu cho hệ thống khí nén là sự quay tay gạt điều khiền CVBB,
hoặc là tín hiệu độ lệch các giá trị phụ tải cho trước và
thực tế lấy từ bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện Việc điều khiền bằng điện CVBB được sử đụng trong trường hợp hệ thống khí nén bị hư hỏng và được thực hiện bằng tay từ buồng lái, Việc điều khiền bằng tay CVBB cịn cĩ thề thực hiện nhờ những nút bấm dặc biệt được bố trí trên các van của hộp phân phối dầu thủy lực đặt trong buồng máy
Các phần tử cơ bản của hệ điều khiền CVBB (hình 3 1)
được bố trí trong hộp phân phối đầu (43) của đường trục
chân vịt trung gian, trong trạm điều khiền trên buồng
lái (8) và trong bàn điều khiền tập trung (12) Hình vẽ
Trang 22-4 =-y 4S hy a ad T5 5 woe [i i — “net — — kidagkht dong than
Hình 3.1: Hệ thống điều khiền động cơ
và chân vịt biến bước
“động cơ lai nĩ, cịn hệ điều khi8n CVBB va động cơ cịn lại là tương tự và dộc lập Phần tử chung duy nhất là
van phân phối (13) của hệ thống khi nén, nĩ xác lập khả
ning điều khiền: từ buồng lái (như chị trên sơ đồ), hoặc
đà từ bàn điều khiền tập trung Khi chuyền sang điều
Trang 23khiền từ bàn điều khiền tập trung, van (13) được dịch chuyền sang một vị trí cho phép các đường ống khí nén
(14) sẽ được thơng với đường ống (16) (trên sơ đồ thì
điều đĩ cĩ nghĩa quy ước là sự dịch chuyền của van lên
phía trên, và nối thơng ống theo đường mũi tên chéo),
cịn các đường ống (11) và (14) lác này được ngắt ra Quan hệ giữa các đường ống (15) và (17) dành cho CVBB
thử hai cũng được diễn ra tương tự
Sau khi đặt tay:điều khièn CVBB (7) ở trên buồng lái
hoặc là ở bàn điệu khiền tập trung ở dưới buồng máy
sang vị trí mới, cam (3) được xoay di và làm dịch chuyền
cán của bộ phát tío hiệu điều khiền (1) (Bộ phát tín hiệu diều khiền — là một van điều chỉnh chính xác, làm việc trong phạm vi áp suất 9;05r+ 0,15 MPa, giá trị áp suất
đĩ bằng 0,05 MPa: tương ửng với bước chân vịt lớn nhất
theo Èhiều tiến, và khi áp suất đĩ bềng 0,15 MPa là tương
ứng với bước cánh chân vịt lớn nhất theo chiều lùï) Sự dịch chuyền của cán dẫn tới làm thay đồi áp suất của khơng
khí nén điều khiền mà nĩ được dẫn theo các đường Ống
(11) hoặc (16) qua van phan phối (13) rềi theo đường ống (14) đi tới bộ phận tín hiệu điều khiền (33)
Sự thay đồi áp suất khơng khí điều khiền đi vào bộ
phận tín hiệu điều khiền (33) làm dịch chuyền con trượt
của nĩ khỏi vị trí chính giữa Kết quả là đầu từ bơm
(31) sau khí di qua van điện từ hai vị trí (34) của bộ
chuyền hệ thống điều khiền khí nén, sẽ di vào động cơ trợ động phụ (39) và làm chuyền dời pittơng của nĩ — Nhờ đĩ mà vị trí con trượt động cơ trợ dộng của thiết bị quay cánh chân vịt được thay đồi, do pittơng của động
cơ trợ động phụ và con trượt cĩ liên hệ cơ khí với nhau, Sự chuyền dịch của con trượt dẫn tới việc cấp dầu vào
khoang tương ứng của động cơ trợ động của thiết bị quay cánh chân vịt và bảo đảm làm xoay cánh của nĩ sang một gĩc mới
Trang 24Hành trình pittơng của động cơ trợ động phụ xác định đại lượng dịch chuyền con trượt của CVBB khỏi vị trí chính giữa và do đĩ xác định gĩc quay của cánh chân vịt Mặt khác hành trình của pittơng trợ động phụ lại
phụ thuộc cơ bản vào thời gian cấp đầu qua con trượt
của bộ tiếp nhận tín hiệu điều khiền, và cuối cùng nĩ phụ thuộc vào áp suất khơng khí điều khiền truyền tới bộ phận tín hiệu điều khiền, nghĩa là nĩ phụ thuộc vào độ
quay cần điều khiền CVBB (7)
Hướng dịch chuyền của pittơng động cơ trợ động phụ
được xác định bởi áp suất dầu trong đường ống (3?), vì
ap suất đầu trong đường Sng (38} luơn luơn được giữ
khơng đồi, Do: vậy hướng địch chuyền của pitténg phụ thuộc vào vị trí cơn trượt của bộ nhạn tín hiệu điều khièn,
nghĩa là phụ thuộc vào sự giảm hoặc tăng áp suất khơng khí
điều khiền truyền tới bộ nhạn tín hiệu điều khièn Khi tăng áp suất khơng khí điều khiền, con trượt của bộ nhận tín
hiệu điều khiền (33) được dịch chuyền xuống đưới (nếu nhìn trong sơ đồ), qua nĩ đường ống (37) được nối
thịng, do vậy mà khoang bên phải của động: cơ trợ
động phụ được nối thơng với bề chứa qua đường ống (32) Vì dầu trong khoang bên trái của động cơ trợ động (39) cĩ áp suất cao nên pittơng của nĩ được dịch chuyền về bên trái Khi giảm áp suất của khơng khí điều khiền, con trượt của bộ nhận tín hiệu điều khiền (33) được dịch chuyền
len phía tren, kết quả là các đường ống (37) và (38), và
do vậy mà các khoang bên phải và bên trái của động cơ
trợ động phụ được nối thơng với nhau, cịn áp suất trong
các khoang la đồng nhất Trường hợp này pitiơng sẽ
được dịch chuyền về bên phải, vì diện tích tác dụng của khoang bên phải lớn hơn khoang bên trái
Theo mức độ dịch chuyền của pitơng động cơ trợ
động phụ liên hệ ngược cứng (44) sẽ làm thay đồi sức
căng lị xo của phần tử định trị khí nén của bộ nhận tin
Trang 25hiệu điều khiền aao cho sau khi thực hiện xong tín hiệt
điều động che trước từ bàn điệu khiền thì con trượt củ:
bộ nhận tín hiệu điều khiền, được hồi về vị trí chính giữa
và ngải quá trình cấp hoặc xả dâu ra từ khoang bêt
phải của động cợ trợ động (39) Kết quả là pittơng củ: động cơ trợ động đĩ được dừng lại và hồn thành sụ xoay cánh CVBB
Phần tử cảm ứng (4) báo tín hiệu về sự hồn thànk nhiệm vụ điều động cho trước về trạm điều khiền trong
ban điều khiền tập trung và về buồng lái Khi pittơng động cơ trợ động nhụ dịch chuyền, cần (40) được quay đi và
nĩ làm thay đồi-gức „căng lị xo của phần tử cảm ứng NÀY, VÀ ong làm thay đồi áp suất khơng khí trong
đường ống (4đ).dắn.dới.bộ chỉ báo (6) báo bước của
G¥RD go BA Aiea, đR được: dự 'ính từ trước, sẽ thơâng.bhío xÈ :buộng dái vị trí thực của pittơng dộng
cơ trợ động phụ
Việc điều khiền từ xa từ buồng lái được thực hiện từ
ba trụ: trụ giữa (8) và hai trụ bên cạnh (10) Tay gạt (9)
ở các irụ bên cạnh cĩ liên hệ điện (trục điện 3) với trụ
giữa, vì vậy việc điều khiền hệ thống khí nén trong các
trường hợp trên cũng được thực hiệa bởi bộ phát tín hiệu
diều khiền ở trụ giữa trong buồng lái
Trong thời gian tàu hành trình ở chế độ ồn định, động cơ chính được duy trì phụ tải khơng đồi nhờ bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện Cụm trưng tâm của nĩ được bố trí trong bàn điều khièền tập trung Bộ điều chỉnh phụ
tải cĩ thề điều khiền chế độ làm việc của CVBB va dong
sơ khi và chỉ khi giá trị bước cánh chân vịt cho trước từ trạm điều liền tạo ra phụ tải lớn hơn khơng nhiều so với giá trị phụ tải đã được xử lý bởi thiết bị chiết áp của bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện
Cụm trung tâm của bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện
(49) nhận các tín hiệu tốc độ quay trục chân vịt từ phần
Trang 26tử cảm ứng (29) và tín hiệu vị tỉí thanh răng nhiên lệu
bơm cao áp (28} của động cơ tỳ phẩu tử cảm ứng (27) Trong bở điều chỉnh phụ tải tự động điện, tín hiệu nhận từ phần tử cảm ứng (29) được xử lý thành giá trị cho
trước cửa bộ điều chỉnh phụ tải, Hơn nữá độ lớn của nĩ
phụ thuộc vào tốc độ quay trục chân vịt ở thời điềm đỏ
và vào thiết bị chiết áp của bộ giới hạn phụ tải Vị tí
thanh răng bơm cao áp xác định lượng nhiên liệu cấp chĩ chu trình, do vậy ở vịng quay trục khuỷu cho trước, nỗ xác định cơng suất của dộng co Phan tử cảm ứng vị trí thanh răng BŒA tạo ra xeng là: giá trị thực tố điều chỉnh Nếu các giá trị cho trước và thực tế bằng nhau ta hệ thống ở trang thái cân băng và khơng cĩ tín hiệu hiệu chỉnh từ bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện truyền đến van điện từ ba vị trí (46) Khi độ lạch giữa các giá trị điều chỉnh cho trước và thực tế lớn hơn ;È 1,5%, bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện sẽ phát ra tín hiệu hiệu chỉnh bước truyền đi làm thay đồi vị trí của van điện íừ ba vị
trí (46) điều khiền động cơ trợ động hiệu chỉnh (45) Khi
cĩ sự thay đồi vị trí của van này '(trên sơ đồ nĩ năm ở
vị trí chính giữa), đường cấp dầu dược mở thơng từ hệ
thống thủy lực tới động cơ trợ động hiệu chỉnh (45) của
liên hệ ngược, và pittơng của nĩ được chuyền dời sang vị trí mới Đồng thời chiều dài cần liên hệ ngược và sức
căng lị xo của phần tử định trị khí nén bộ nhận tin hiệu
điều khiền từ xa (33) cũng được thay đồi Kết quả là con
trượt của nĩ được đầy ra khỏi vị trí chính giữa, dẫn tới làm dịch chuyền động cơ trợ động phụ và làm xoay cánh cia CVBB
Nếu giả trị phụ tải thực tế lớn hơn giá trị phụ tải cho trước thì bộ điều chỉnh phụ tãi tạo ra tín hiệu đấn tới
làm địch chuyền van điện từ ba vị trí (46) lén phím trÉn
Pitơng đồng cơ trợ động hiệu chỉnh (45) chuyẾ động về
bên trải, làm giảm sức căng Íư xĩ phần tế dínH từị KHI
Trang 27nén của bộ nhận tín hiệu điều khiền (33) Kết quả là
pittơng động cơ trợ động phụ được chuyền vị cũng về
bên trái, định trước sự giảm bước cánh chân vịt Phụ tải của động cơ giảm xuống, tốc độ quay của nĩ tăng lên,
bộ điều chỉnh Woodward trang bị trên động cơ sẽ đầy thanh răng bơm cao áp về phía giảm lượng cấp nhiên liệu Kết cục, độ lớn tín hiệu của phần tử cảm ứng thanh răng bơm cao áp và giá trị thực fế của tín hiệu điều chỉnh
được giảm đi
Nếu giá trị phụ tải thực tế nhỏ hơa giá trị cho trước
sẽ đưa tới làm tăng bước cánh chân- vịt, Quá trình diều khitn tự động sẽ được tiếp tục cho tới khi nào các giá trị tín biệu cho trước và thực tế trong bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện sai lệch nhau khơng lớn hơn sai số điều
chỉnh cho trước (+†,5%).-
Thời gian xử lý của động cơ trợ động hiệu chỉnh được điều chỉnh nhờ van tiết lưu (47), trên một số tàu cịn trang
bị thêm van điện từ (48) trì hỗn tức thời phụ tải, Tuy
nhiên, cĩ thè điều khiền động cơ trợ động hiệu chỉnh (45)
băng tay ĐÈ làm được việc đĩ phải chuyền cơng tắc trên
bàn điều khiền (5) từ vị trí điều khiền tự động sang vị
trí điều khiền bang tay Trường hợp này việc điều khiền được thực hiện nhờ các nút ấn 4 Lớn hơn?» và tNhỏ hơn,
được bố trí hoặc ở bàn điều khiền (5) hoặc ở trên
van (46)
Hệ thống điều chỉnh phụ tải tự động điện được chế tạo
cho động cơ làm việc theo đặc tính chân vịt, khi này mức
phụ tải 100% (vị trí thanh răng bơm cao áp, nghĩa là giá trị thực tế của tín hiệu điều chỉnh) đã thiết lập được khi
n = 0,95ng (ngow = 520 vgíph — tốc độ quay dịnh mức của trục khuỷu động cơ) Theo sự giảm tốc độ quay n thì khoảng cĩ thề dịch chuyền của thanh răng bơm cao
ấp về phía lượng cấp nhiên liệu lớn nhất cũng bị giảm đi,
Trang 28và tương ứng: khi ở 0,85ng — 84%; 0,67 nụ — 55,59%)
n = 0 — 30%; trang thái cuối cùng cần thiết đề khởi động động cơ
Cần lưu ý rằng phụ tải 100% nhận được theo thanh răng BCA nhỏ hơn phụ tải định mức cĩ được khi thử diéden trén be thử từ 10-15% Cụm trưng tâm của "bộ
điều chỉnh phụ tải tự động điện được trang bị một chiết
áp mà nhờ nĩ cĩ thè lựa chọn đặc tính chân vịt cơng tác Con giá trị phụ tải điều chỉnh, 48: được thay đồi tương ứng Ở chế độ tàu hành trình với vận tốc nhỏ bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện thường khơng được sử dụng, vì mức giới hạn phụ tải bởi chiết áp thường được thiết
lập cĩ độ lớn thực tế vượt quá phụ tải thực cĩ của động cơ ở tốc độ này cla tau
Khi hệ thống điều khiền băng điện được sử dụng, thì
bãng cách xoay khĩa điều khiền đặc biệt trên bảng điều khiền (4) từ vị trí €0 sang vị trí “1®, van bai vị trí (34)
sẽ được ngắt ra, và sự điều khiền CVBB được thực hiện bởi các nút ấn s Tiến ? và « Lùi? sẽ tác động đến van ba
vị trí (35) (các nút ấn này được bố trí ở bảng (4), và van
(35) Khi ấn một nút nào đĩ, van (35) được đĩng sang
một trong hai vị trí đảm bảo cấp dầu từ bơm đến khoang tương ứng của động cơ trợ động phụ Nếu piitơng chuyền đơng về bên trái, thì đầu từ khoang bên phải của động
cơ trợ động sẽ được xả về bè chứa theo đường ống (36)
(Van trên sơ đồ nhận vị trí sthấp hơn?) Sự xoay cánh CVBB được diễn ra cho tới khi nào nút trên khơng được ấn nữa Khơng khí cần thiết dè cho hệ thống khơng khi
nén làm việc được cấp tới cụm (25) từ bình khởi động
(23) với áp suất 3 MPa Khong khí đi qua phin lọc (22),
van giảm áp (21) và được giảm áp xưống áp suất cơng tác 0,44 MPa, và đi vào hộp phân phối khí Từ hộp phân phối, khơng khí theo đường ống (26) đi tới phần tử cảm ứng (42) của bộ chỉ báo sự xoay các cánh chân vịt biến
Trang 29bước, theo các đường ống (19) và (24) di tới bộ phát tin hiệu điều khiền từ xa, và theo đường ống (18), đi tới áp
kế trên bàn điều khiền tập trung Ngồi ra trong cụm
(25) cịn được trang bị các van an tồn (20) và van tín
hiệu, chứng xử lý các tín hiệu tương ứng ở 0,16 và
0,6 MPa
Tiếp theo chúng ta xem xét chỉ tiết hơn nguyễn tắc
làm việc của các cụm cơ bản của hệ thống điều khiền: bộ nhận tín hiệu điều khiền từ xa và hộp phân phối dầu của hệ thống thủy lực T š yy ®\ lẻ egy #5 678, v té \ - L Sa ng 3 ae ` LIL iG rT REA bol RY AE f “ 10 23 I á FSS | RAGS | ae ee tk 3 ấn : #3 22 2) sọ B 9
Hình 3.2: Bộ nhận tín hiệu điều khiền từ xa
Bo nhan tin hiệu diều bhiền từ xa (hình 3 2)
Cấu tạo bộ nhận gồm màng (16) cùng với chốt điều
khiền (21), con trượt cĩ hai pittơng (4) và (31); trục ăn
khớp (14) của liên hệ ngược từ động cơ trợ động phụ
trong hộp phân “phối dầu Màng chịu tác dụng của áp
suất khơng khí từ phía khoang (19) và lực chhg của
Trang 30hai Indien tich pittong lon (4) Pittong dau dite khi&e
van đở tải trong bệ thống thủy lực, cịn pittơng tRứ hat
điều chỉnh dịng đầu cấp vào khoang của động cơ trợ
động phụ từ diện tích pit:ơng lớa hơn
Dầu nhập vào khoang (32) của pittơng nhỏ của com trượt qua phín lọc (30), cịn vào piftơng lớn qua phin lọc
(12) Theo ranh (11) và (10), đau thường xuyên được dẫn:
khoang phía pittơng cĩ diện tích tác dụng nhỏ của động
cơ trợ động (theo đường ống 38 — xem hình 3.1) Đồng
thời qua lỗ tiết lưu (13) dầu sẽ chảy vào khoang (25) ở
phía tạo nên áp suất tren piitơng (4) và từ trong rãnh
(26) đầu sẽ qua lỗ (23) đi vào khoang (22) và sau đĩ thơng ra đường xã qué rah (24), :
Dờng dầu qua lỗ (23) được tiết lưu bởi đầu kim của thanh (21} mà vị trí của thanh này phạ thuộc vào vị tri
của màng (16): Khi nĩ ở vị trí chính giữa, dịng chảy dau qua lỗ (23) đảm bảo sao cho áp suất dau trong khoang (25) tác dụng lên mặt mút pittơng lớn của con
trượt một lực c&n bằng với lực do áp suất dầu từ phía
khoang (32) và lị xo (33) tạo nên Khi con trượt ở vị
trí cân băng, bộ nhận tin hiện sẽ ở vị trí chính giữa Khi
đĩ ranh (8) nối với khoang dầu động cơ trợ động phụ
cỏ diện tích lớn hơn sẽ bị che kín, vì vậy mà cánh chân
vịt ở trạng thái định bước (cĩ bước cánh cố định)
Khơng khí điều khiền từ bộ phát :ín hiệu điều khiền
nhập vào khoang (19) qua lỗ (18) ở trên nắp (17)
Xét nguyên lý hoạt động của bộ nhận tín hiệu điều khiền, thí dụ trong trường hợp tăng bước cánh chân vịt ở hành trình tiến, khi áp suất khơng khi điều khiền được
giảm xuống sau khi điều chỉnh cần điều khièền CVBB Khi:
áp suất khơng khi trong khoang (19) giảm xuống, màng: (16) cũng với cần đầy (21) được dịch chuyền về ben phải,
nhờ vấy làm giảm hiệu quả tiết lưu trong lỗ (23), Batu
đĩ dẫn tới lãm giảm áp suất dầu trong khoang (25} và
Trang 31#-làm chuyền vị các pittơng (31) và (4) sang bên phải Kết quả là rãnh tiện vịng (7) trên pittơng (4) trùng một phần
với rãnh tiện vịng (9) trong thân xiianh (5) và đầu theo
rãnh (8) đi tới khoang cĩ đường kính pittơng lớn hơn
(theo đường ống (37), xem hình 3.1) của động cơ trợ
động phụ Trường hợp này pittong động cơ trợ động phụ -được dịch chuyền về bên phải và thơng qua liên hệ ngược
cần trục khớp (14) và pittơng (20) được dầy về bên trái,
Sức căng lị xo (15) được giảm đi và màng (16) cùng với cần đầy (21) được phịc hồi về vị trí ban đâu, Sau đĩ áp suất đầu trong khoang (25) tăng lên và con trượt
được phục hồi về vị trí chỉnh giữa, làm ngàt hắn việc
cấp đầu vào động cơ trợ động phụ,
Nếu áp suất khơng khí điều khiền trong khoang (19)
“được tăng lên, thì màng được dịch chuyền về ben trái,
làm cần (21) đĩng kín 18 (23) Áp suất đầu trong kheang
Á25) được tăng lên và coa trượt chuyền rời về bên trái,
Trường hợp này rãnh tiện vịng (6) trong vỏ (5) và rãnh
tiện vịng (7) trên pit@ng (4) được thơng với nham Sau
-đĩ dau từ khoang cĩ diện tích pittơng lớn hơn của động
-cơ trợ động theo rãnh (8) và các rãnh tiện (7), (6) chảy
ra dường ống (27) Pittong dong co trg động phụ được
-dịch chuyền về bên trái, cịn pittơng (20) của liên hệ
ngược được chuyền dịch về bên phải làm tăng sức căng
của lị xo (15) Khi nào lực của lị xo câm băng với lực của áp suất khơng khi điều khiền, màng (16) sẽ nhận vị trí chính giữa Đồng thời can đầy (21) se mẻ lồ (23), dẫn tới làm tụt áp suất treng khoang (25), làm con trượt phục hồi về vị trí chính giữa và ngừng quá trình xả đầu ra
khỏi động cơ trợ động phụ, và do đĩ làm kết thúc quá
4rình xoay cánh CVBB
Giá trị thay đồi áp suất khơng khí điều khitn, phụ :thưộc vào sự điều chỉnh tay điều khiền trên bàn điều khiền
Trang 32Giá trị thay đồi này sẽ xác định sự chuyền vị của pitféng con trượt của bộ nhận tín hiệu điều khiền từ xa,
xác định thời gian cấp dầu tới động cơ trợ động phụ và
độ lớn hành trình pitteng của nĩ Thực tế cần (15) càng rời xa (hoặc đến gần) lỗ tiết lưu (23) thì hành trình của liên hệ ngược cần thiết đề phục hồi trạng thái cân bằng
của màng càng lớn, Điều này chỉ cĩ được khi hành
trình của pittơng động cơ trợ dộng phụ là lớn
ĐÈ quá trình điều động được nhanh chĩng, cần phải
tăng lượng cấp dầu tới cơ cấu xoay cánh CVBB, tức là
cần phải ngât:van đải của bơm đầu phụ— Điều nay
được thực hiện bởi piưêng (34) của con trượi bằng cách xả daư từ van giảm TẠI thes ranh (1) va (2), theo rãnh tiện vịng (3) trong vỏ bọc nhận tín biệu từ xa, theo các
rãnh tiện vịng bên phải hoặc bên trái ở trên pittơng (31) (phụ thuộc vào hướng dịch chuyền của con trượt), theo
các rãnh (29) và (28) về đường ống xả (27) Sau khi
ngừng điều động, con trượt được phục hồi về vị trí chính giữa và ngừng xả dầu ra từ van dỡ tải,
Hạp phản phối đầu 0à hệ thống thủy rực (hình 3.3)
Hộp phân phối đầu được bố trí trên đường trục chân
vịt trưng gian (20), đảm bảo việc cấp dầu đến thiết bị
xoay cánh CVBB Trong hộp cĩ bố trí động cơ trợ động
phụ (12) cũng như hệ thống truyền chuyền động 1ừ piitơng
động cơ trợ động tới con đầy (25) làm dịch chuyền con trượt điều khiền của động cơ trợ động xoay cánh chân vịt
Đề cấp dầu đến hộp phân phối và động cơ trợ động
phụ, hệ thống thủy lực cĩ lắp đặt các bơm, phín lọc, các van và đường ống dẫn Hệ thống này được phục vụ bởi
các bơm chính (39) và dự trữ (38) Khi lam việc, cả hai
bơm đều đáp ứng được sự xoay cánh CVBB rất nhanh chĩng, nhưng đề điều động được thì chỉ cần một bơm Nếu một bơm khơng thành lập được áp suất cho trước hoặc là bị dừng lại, thì bơm thứ hai được tự động khởi
Trang 33
l 4 {_f] Lou L¿ A fp Gy CO4 TT ral eh Ay bị sư m.H ưmmw<Ẻ, đ —N Là
Hinh 3.3: So đồ hệ thơng thủy lực và hộp phân phối dầu
động, Đề tránh xả đầu về qua bơm: khơng làm việc, thì
trên đường ống chính cao áp sau các phin lọc (40) và (41},
người ta đã trang bị các van một chiều (53) và (54) Trong hệ thống cịn cĩ bơm bù (36) cĩ lắp van một chiều (34)
Bơm này làm việc trong thời gian tàu neờ đậu và cấp
đầu vào két phía trên (16)
Động cơ trợ động cĩ pittơn# (14) với các diện tích tác dụng nhỏ hơn (phía khoang 13) và diện tích tác dụng lớn hơn (phía khoang 15), áp suất dầu tác động lên Bài mặt đĩ Khoang (13) nhờ đường ếng (?) mà thường xuyên
được nổi với đường ống chính cao áp của hệ thốùw flũy
lực Khi khơng điều động, buồng (i5) chứa đầy đau và
Trang 34được cách ly ra khỏi hệ thống thủy lực Trong quá trình thay đồi bước cánh chân vịt, như đã giới thiệu ở phần
trước, khoang (f5) cĩ thề được nối thơng với hoặc là
đường ống chính cao áp, hoặc là đường ống chính xả
đầu về két, nhờ đường ống (8) Diều đĩ phụ thuộc vào
vị trí con trượt của bộ nhận tín hiệu điều khiền từ xa
(9) hoặc là vị trí van ở phần điều khiền điện Trên hình 3.3 giới thiệu sơ đồ trong đĩ bộ nhận tín hiệu điều khiền từ xa cĩ tham gia hoạt động
Khi pittong (14) dich chuyền, nhờ cĩ cần chìa (18) ma cd trục (19)trượt trong rãnh tiện vịng trên vịng (26), và chốt (24) truyền chuyền động cho cần (25) (một cách
trực quan, động cơ trợ động, cĩ cần chìa và cồ trục (19), đặt ở vị trí thực cao hơn tương đối so với đường tâm của
trục (20) Do vậy, cần (25) được dịch chuyền về cùng
một phía với hướng dịch chuyền của pittơng động cơ trợ động Vịng (26) trượt theo trục (20) và được quay cùng
với trục này, cịn khe cắt dọc tương ứng tạo khả năng
dịch chuyền đọc của chốt (24) trong trục (Trên hình vẽ
khe đọc trục dược chỉ bằng phần trăng)
Dầu truyền lực nhập vào hộp phân phối vào khoang vành khuyên (16) năm giữa hai vịng làm kín áp suất cao
(28) Từ đây theo lỗ hướng kính (11) trong trục (20), dầu
được dẫn tới rãnh khoan dọc tâm của cần (25) và sau
đĩ tới con trượt của CVBB
Đề loại trừ sự rị lọt dầu quá nhiều ra khỏi khoang (23), cũng như rị lọt dầu ra khỏi các vịng làm kín cao
áp, người ta lắp đặt các vịng làm kín thấp áp-(22) và
(29) ở cả hai đầu mút của hộp phân phối Dầu rị rì qua
các vịng làm kín này được xả về két (35) trong hệ thống
thủy lực theo đường ống (37)
Dau từ CVBB được hồi về trục theo lỗ (31) vào phía
Trang 35này, theo đường ống (32) dầu được đưa ra két phía dưới (35) và nhờ cĩ van (33) đặt trên đường ống dẫn mà áp
suất đầu hồi trong hệ thống bang 0,15 MPa
Buồng (23) được nối với các vịng làm kín đầu mút,
từ đây, khi dầu cĩ áp suất dư sẽ theo đường ống (†?)
dang lên két phía trên (16) bố trí cao hơn đường mớn
nước Ống tran (1) đảm bảo mực đầu trong két là khơng
đồi, nhờ đĩ mà khi dừng các bơm trong hệ thống thủy lực, các khoang của CVBB sẽ chịu áp suất của cột chất
lỏng trong két trên Điều đĩ loại trừ trước được sự thâm
nhập của nước ngồi mạn vào trong hệ thống dầu của
CVBB ,
Xét nguyên lý hoạt động của hệ thống thủy lực trong trường hợp chung khi c&-hai bơm (39) và (38) làm việc
Dau tir bom (39) qua 'phin lọc (41), van một chiều (54),
theo đường ống dẫn (4), qua van giảm ấp (5) và đường
ống phân nhánh (6) nhập vào các đầu nối ống H và M
của bộ phận tín hiệu điều khièn từ xa (xem hình 3.2, trên
đĩ các đầu nối ống dầu vào, ra được kí hiệu bằng các chữ cái giống hình 3.3) Áp suất dau cho phép lớn nhất trong hệ thống được bảo đảm bởi van an tồn (2) Nhờ van này mà lượng dầu thừa sẽ được xả về két dưới theo đường ống (55)
Ngồi ra, trên đường ống chính cao áp của hệ thống
thủy lực cịn đặt van nối tiếp (3) Van này đảm bảo giá
trị áp suất dầu được ấn định nhỏ nhất trong dường ống trước van giảm áp (5) Thiết kế này nhằm cung cấp dầu cho hệ thống điều khiền, và do đĩ là cả dộng cơ trợ
động phụ ở áp suất đã xác định thậm chí cả khi điều
động đột ngột (khi áp suất dầu trong meayơ CVBB giảm đến khơng) Trường hợp này van nối tiếp ngăn một phần lượng cấp đầu đề cấp vào moayơ chân vịt, đảm bảo
cho trước van giảm áp cĩ áp suất che trước)”
Trang 36Khi khơng diều động, tức là khi pittơng của con trugt bộ nhận tín hiệu điều khiền từ xa đang ở vị trí chính
giữa, thì đầu cấp từ bơm (38) khơng được cấp vào dường ống (4), vì van dỡ tải (51) mở và đầu theo đường ống (52) đi về két dưới; Van này được mở vì trong thời gian khơng điều động thì trong đường ống (50) được duy trì
một áp suất đầu cao lấy từ bơm (39) theo đường ống (43),
qua van giảm áp (44) theo đường ống (45) và hộp (48)
Nếu bắt đầu diều động thì dầu từ đường ống (49) sẽ đi qua bộ nhận tín hiệu điều khiền (điềm L) đến cửa xả
(điềm K) Kết quả là áp suất dầu cả trong đường ống
(50) vốn được nối ống (49) qua các hộp (48) và (46) sẽ tụt xuống Van đỡ tải (51) được đĩng kín lại và dầu từ
đường ống (47) đi qua van một chiều (53) nhập vào đường
ống (56), rồi tới van giảm áp (5) và tới van nối tiếp (3) Dịng dầu qua van (3) đến hộp phân phối được tăng vọt
lên, đảm bảo cho sự xoay cánh CVBB càng nhanh hơn Sau khi kết thúc quá trình điều động, áp suất trong các
dường ống (49) và (50) một lần nữa lại được tăng lêm
quá cao và van đỡ tải lại dược mở ra
Các lượng dầu rị rị từ các van giảm áp, từ bộ phận tín hiệu điều khiền và van nối tiếp đều được xả về két
dưới theo đường ống (37) (biều thị bằng nét gạch đứt)
Nếu bơm (39) ngừng cấp, áp suất dầu trong các đường
ống (43) và (50) se tụt xuống và do vậy van dỡ tải sẽ
thường xuyên đĩng kín Nếu bơm (38) tách ra khỏi mạng thì hệ thống thảy lực được phục vụ bởi bơm chính (39) Đề giảm phụ tải nhiệt và cơ cho điêden khi việc quay
cánh CVBB xảy ra nhanh, trong bệ thống điều khiền
được trang bị bộ trì hỗn tải Phần tử cảm ứng (42) của
bộ trì hỗn phụ tải được nối mạch với ống dẫn (49)
Trong thời gian tiến hành điều động, áp suất đầu trong dường ống này tụt xuống, và phần tử cảm ứng (42} thơng qua mạch điện của bộ điều chỉnh phụ tai ty déng
Trang 37điện sẽ làm mở van điện từ (chỉ số (46), xem hình 3 1)
Sau đĩ đầu nhập vào khoang bên phải của động cơ trợ
động hiệu chỉnh (chỉ số (43) xem hình 3.1) làm tăng độ
đãi của cần liên hệ ngược, do đé làm tăng hệ số liên hệ
ngược Đồng thời, phần tử cảm ứng (42) làm mở van
điện từ làm trẻ phụ tải một khoảng ngắn (chỉ số (48), hình 3.1) dịng đầu tới động cơ trợ động hiệu chỉnh
tăng vọt lên, do vậy tác động trì hỗn phụ tải thực tế được nhanh hơn
Vị trí của hộp (46) như tren sơ đồ là tương ứng với
khi hệ thống thủy lực làm việc nhờ hai bơm Khi khơng
điều động, trong đường ống (49) dược giữ một áp suất
càe, van đỡ tải do vậy mở thơng ra đường xả, và bơm
phụ (38) được đỡ tái Trong thời gian cĩ điều động, áp
suất đầu trong: đường Ống tụt xuống, van dỡ tải được
đĩng lại, kết quả la:bơm (38) và bộ trì hỗn phụ tải
duge dua vào hoạt động
Nếu chỉ cĩ một bơm chính hoạt động thì cứ mỗi lần
điều động, áp suất trong dường ống (49) sẽ tụt xuống,
dẫn tới van đỡ tải sẽ xử li Vì vậy trong trường hợp
đang xem xét khi hộp (46) đang xoay di 90”, nghĩa là
ngắt mạch nối ống (49) với van đỡ tải
Khi hệ thống thủy lực cĩ sự cố, các cánh CVBB xoay
về vị trí cơ bước cánh chân vịt lớn nhất cho hành trình tiến Diều này được thực hiện nhờ thiết bị dự phịng (21)
Dầu được cấp tới thiết bị này lấy từ bơm khí nén (kênh
cấp chỉ bằng rãnh trăng tren hình 3.3) Lực của pittong
thiết bị dự phịng truyền cho cần (25) tác động như lực
kéo làm quay cánh chân vịt (nhờ lực đầy của con trượt
CVBB vào chỉ tiết của thiết bị xoay của nĩ) Khi sử
dung thiết bị dự phịng, cần phải mở van chuyền trong
hệ thống thủy lực (chỉ số 34, xem hình 3.1), vì nếu
khơng mở van chuyền sẽ làm hăm dầu trong các khoang
của động cơ trợ động phụ
Trang 38Hạ thống điều khièn CVBB và động cơ chính vừa
nghiên cứu về cơ bản trong quá trình khai thác tỏ ra
luơn làm việc tin cậy Tuy nhiên vẫn cịn một số nhược
điềm, Chẳng hạn, nếu xuất phát từ khoảng thời gian đề
chuyền cánh CVBB từ vị trí khơng đến vị trí hành trình
tau định mức khi cả hai bơm trong hệ thống thủy lực
lam việc (7,5 giay), thì hệ thống điều khitn này cần được
eoi là rất hiệu quả Nhưng thời gian thực hiện điều động
ngắn như vậy cĩ thề dẫn tới sự quá tải đáng kè cho
đieden, vị lượng cấp nhiên liệu chủ írình vào xilanh cơng tác tăng nhanh, cịn tuabin máy nén khơng kịp đạt tới chế độ lam việc tương xứng Hạu quá là hệ số dư lượng
khơng khí bị giảm xuống; lam sot kém quá trình cháy,
và động cơ cĩ khĩi đen, Vì điều này mà khi khai thác tren các tàu khơng trang bị bộ trì hỗn phụ tải thì cần tránh quay cánh chân vịt đi một gĩc lớn trong một khoảng thời gian quá ngăn Điều đáng lưu ý la khi khai
thác hệ thống thủy lực chỉ với một bơm hoạt động, lic
này thời gian xoay cánh tăng lên {,5 lần Trường hợp này cả phụ tải cơ trên các chỉ tiết của điêeden cũng dược
giảm đi đẳng, kề
Những nhược điềm nhận thấy ở trên sẽ được loại trừ trong những hệ thống điều khiền cĩ đưa vào một thiết
bị đặc biệt đề điều chỉnh: tốc độ xoay cánh của CVBB,
` Tren động cơ trợ động hiệu chỉnh được lắp đặt một
bộ ngãt vi động, mà ở hành trình trung gian của pittơng, nĩ xử H tín hiệu giới hạn phụ tải của đieden, Nhưng thực tế khai thác đã cho thấy rằng khơng nên đặt bộ ngắt vỉ động hoạt động sớm quá, vì việc đĩ cĩ thề dẫn tới lượng giới hạn phụ tải lớn hơn so với lượng giới hạn được đự tính bởi sự điều chỉnh của chiết áp thuộc bộ điều chỉnh phụ tải tự động điện, và thậm chí điều đĩ cịn cĩ khả
năng làm cho khơng nhận được giá trị bửớc cHăn vịt cực
Trang 39đại khí điều khiền hẹ thống 'khí nén nhờ bộ điều chỉnh
phụ tải tự động điện, `
Căn kiềm tra một cách cố hệ thống chất lượng dau
trong hệ thống chân vịt biến bước Vì một trong số làu sau 5 ngàn giờ làm việc đã phát sinh hiện tượng mài mịn
con trượt và xilanh của bộ phận'tín hiệu điều khitn tir xa do cĩ mặt tạp chất cơ học trong dau Cũng cAn hiệu
chỉnh định kỳ lượng rị lọt đầu qua bộ làm kín về két
thải Nếu sau khi mở ống từ chỗ rị về két thải mà đơ
được lượng rị lọt dầu vượt quá 6,5 lít/phút thì phải thay
thế vịng làm kín thấp áp Đo mực đầu định kỳ trong két thải cho phép đánh giá được mức độ rị lọt đầu ra khỏi hệ thống Lượng tiêu hao định mức là { + 1,25 kg trong
một ngày-:dêin, Lượng tiêu háo đầu tăng lên thường là
do bị rị lọt qua các ' vịng lam kên hoặc do đường ống khơng được kín, điều này cần phải: được đặc biệt chú ý Hệ thong điều khiền vừa "nghiên cứu giới han phy tai động cơ tùy thuộc vào sự hiệu chỉnh của bộ điều chỉnh
phụ tải tự động điện Sự quá tải của động cơ được loại
trừ nếu nĩ làm việc ở chế độ thấp hơn đặc tỉnh giới hạn,
và trên cơ sở đĩ nhiệt độ khí xả ra khơi các xỉ lanh năm
trong phạm vi 475°C
- Hiện nay trong đội tàu vận tải thế giới người ta đã sử
dụng rộng rãi hệ thống điều khiền động cơ diéden và
CVBB theo chương trình liên hợp Trong hệ thống loại này, mỗi vịng quay trục chân vịt nạ và do đĩ là vịng
quay của động cơ n tương ứng với một giá trị bước cánh
chân vịt xác dịnh H, mà chính sự thay đồi của nd được
thực hiện từ buồng lái nhờ một tay điều khièn theo chương
trình định trước, Đè minh họa, trên hình 3.4 biều diễn
mỗi quan hệ của 'tốc độ quay nụ và bước H vào vị trí m
của tay điều khiền theo chương trình liên hợp từ: buồng
Trang 40qBurmeister and Wain» 10K 45 GF (Ne = 6470 kW ở
n = 227 vịng/phút), Cơng suất các động cơ được truyền trực tiếp cho 2 CVBB (2h) 250 {300° 1§00 130 yooo §00 30 "= `" _ Conn oyun
Hình 3.4: Chưởng (HN: diều khien tiền hợp :ˆ
của động 'cơ và của chèn vịt biến bướt, - :
if i
Từ hình về thấy rõ rắng, theo sự giảm phụ tdi của
dong cơ xác định bởi vị trí m, thì tốc độ quay n, được giảm xuống theo quan hệ bậc nhất đến m„„ = 115 vg/phit,
cịn tiếp theo đĩ vịng quay nụ khơng đồi Ban đầu bước dánh chân vịt khơng đồi, nhưng sau đĩ giảm xuống đến khơng cũng theo quan hệ bậc nhất Do Yậy mà cơng suất của động cơ được thay đồi chỉ đo sự thay đồi: tốc độ quay khi m=7,8- £0 đơn vị duy ước, chi do sự thay đồi bước cánh chân vịt khi m = 0 + 3,3 đơn Vị quỳ ước, và: