Chế độ làm việc của động cơ khi hỏng một vài xi lanh hoặc khi tuabin tăng áp bị sự cố pot

!"# $ %!& Trong quá trình khai thác, động cơ chính tàu thủy có thể bị hỏng một hay vài xi lanh, nhng trong trờng hợp không cho phép dừng tàu mà buộc vẫn khai thác với số xy lanh còn lại. Trong trờng hợp này ngời khai thác phải xác định lại thông số công tác của động cơ và quan tâm đặc biệt tới các xi lanh còn lại. Một vài nguyên nhân dẫn đến phải ngắt bỏ xi lanh chẳng hạn nh: Kẹt cặp pít tông bơm cao áp, vỡ đờng ống cao áp, vòi phun bị kẹt do nhiên liệu bẩn, hoặc do hỏng hóc nhóm pít tông biên, bạc biên, v.v Tùy theo mức độ h hỏng mà ta có thể ngắt bỏ xy lanh đó theo 2 phơng pháp sau: ' () *+, "-).+/ Giả sử động cơ có một xy lanh bị hỏng, ta đã biết đợc Ni và Ne tơng ứng là các đờng cong (1) và (2). Công suất cơ giới có thể đợc tính theo các cách sau: Dựa theo số liệu kinh nghiệm ta có thể chọn đợc hiệu suất cơ giới m ở vòng quay định mức, khi đó: (45) 0 n n n N m N N n (1) (2) 01.2#23( 4*, "-).+ / 5467'7'8 8 5467'7'8 / 8 / (1) (2) 1 ( ) e m m imm NNN . 1 .1 == Hoặc tính theo công thức: 89: Trong đó:: Số mũ với động cơ thấp tốc: = 1 -> 1,2; với động cơ cao tốc: = 1,5 -> 2,0 Hằng số A bằng: A= An = Nm n /n Nếu xem công suất các xylanh là đều nhau ta tính đợc công suất mỗi xylanh bằng: 898; (46) Khi hỏng một xy lanh thì công suất toàn động cơ Ni còn lại: 897-'89<7-';=8 (47) Do không tháo nhóm piston- biên nên Nm đợc xem nh không đổi và công suất có ích của động cơ với các xylanh còn lại đợc tính: 8/98-8 (48) Do cắt bỏ một xy lanh thì dù tay ga vẫn giữ nguyên nhng công suất động cơ bị giảm xuống Ne và điểm công tác từ A chuyển về A. Vòng quay động cơ bị giảm xuống và đợc tính theo công thức sau: (49) Tuy nhiên trong thực tế khi ngắt bỏ 1 xylanh, nếu ta vẫn giữ nguyên tay ga thì động cơ khai thác dễ bị quá tải, do vy không nên khai thác động cơ với thời gian dài. Để an toàn cho động cơ ta nên giảm tay ga nhiên liệu xuống điểm công tác A. Việc chọn điểm công tác A phụ thuộc vào tỷ số xy lanh làm việc với số xylanh ngắt bỏ của động cơ, sự xuất hiện rung động do mất cân bằng ở động cơ cũng nh tình trạng kỹ thuật của động cơ, điều kiện khai thác v.v 5$>( + ?@@6A .B, AC>D 3.EFBG.!27H ho). Do đó phải tiếp tục giảm tay ga cho đến khi mất hiện tợng trên hoặc xả bớt một phần khí tăng áp ở bầu góp khí nạp. ' (), "-) Chỉ thực hiện khi nhóm piston - biên bị h hỏng không thể cho tiếp tục chuyển động theo. Lúc này sẽ gây ra một số ảnh huởng sau: - Gây nên chuyển động không đồng đều trên trục khuỷu. - Gây hiện tợng chấn động ngang đối với thân máy. - Gây rung động và chấn động với vỏ tàu. - Làm thay đổi giá trị vòng quay cộng hởng. 2 e e AA P P nn ' . ' = Do tháo bỏ nhóm piston - biên nên chi phí cơ giới cũng giảm xuống và đợc xác định: 8 98-89<7-';=8 (50) Khi đó công suất có ích đợc xác định: 8/ 98 -8 Nếu so với trờng hợp a) thì về mặt năng lợng, Ne sẽ lớn hơn chút ít nhng động cơ sẽ bị mất cân bằng nhiều hơn. Động cơ, vỏ tàu sẽ rung động trong quá trình công tác. Do vậy cũng nh trờng hợp a) ngời khai thác phải giảm tay ga động cơ cho đến khi giảm hẳn hiện tợng rung động ở động cơ cũng nh vỏ tàu. Ngoài ra còn phải chú ý tới sự mất cân bằng ở tổ hợp tua bin tăng áp. 01.2#3(, "- ) 537'7 '+2I8 8 @4>". 537J'7J '+2I8 / 8 / @4>". 0 n n n N N n (1) (1) (2) (2) N m N m Minh họa trên đồ thị đặc tính 3 J%KA !& Khi h hỏng ở tổ hợp tuabin tăng áp dẫn đến động cơ phải làm việc với áp suất khí trong buồng máy (với động cơ chỉ có một tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc với các tổ hợp tua bin tăng áp còn lại (với động cơ có nhiều tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc với các thiết bị tăng áp phụ trợ nh: quạt gió phụ, máy nén cơ khí Khi đó: - Tổ hợp tuabin máy nén bị rung động và có tiếng ồn lớn. - Lợng không khí nạp bị giảm, áp suất nạp giảm làm quá trình quét khí thải không sạch. - Làm tăng sức cản của hệ thống nạp - xả. Thời gian trì hoãn sự cháy kéo dài, quá trình cháy nhiên liệu xấu đi. Những lí do trên làm cho động cơ công tác không an toàn, tin cậy. Công suất phát ra bị giảm, động cơ dễ bị quá tải. Cần xác định lại điểm công tác của HĐL. Công suất của động cơ khi bị hỏng tổ hợp tăng áp đợc xác định: 8/97L M ;L '8/ (51) Trong đó: P k : áp suất khí nạp khi động cơ làm việc bình thờng. P o : áp suất khí quyển hoặc áp suất khí tăng áp của hệ thống tăng áp sự cố. Khi tổ hợp tuabin-máy nén bị hw hỏng thì điểm công tác thay đổi từ A về A. Tuy nhiên tại A động cơ chỉ có thể làm việc trong thời gian ngắn. Trong trwờng hợp động cơ còn phải công tác lâu dài trong tình trạng này thì phải tùy vào tình trạng kĩ thuật thực tại của động cơ, điều kiện khai thác hiện tại mà ta phải giảm tay ga nhiên liệu đến vị trí thích hợp A sao cho động cơ hoạt động an toan, tin cậy. Tránh quá tải cho động cơ. Điều này phụ thuộc nhiều vào trình độ ngwời khai thác và việc tuân thủ theo hwớng dẫn của nhà chế tạo. Cần phải quan tâm theo dõi thwờng xuyên các thông số công tác của động cơ. Khi điều kiện cho phép có thể rút rôto của tuabin ra để giảm sức cản hệ thống nạp xả, lúc này cần chú ý ngăn cách hai khoang tuabin và máy nén. N?0!+ $A O KA ! :&5+ $A O?46 : &5+ $A O! :&5+ $A OPQ.) 0 n n n N N e N e N e A C o A N e A N e 4 R%ST& Tàu xuất xởng sau khi đóng mới hoặc sau sửa chữa lớn thông thờng phải thực hiện thử tại bến và có chứng kiến của Đăng kiểm. Mục đích của việc thử tàu tại bến để kiểm tra tính hoàn thiện trong quá trình lắp ráp các bộ phận nh động cơ chính và các hệ thống phục vụ, đờng trục, v.v để chuẩn bị cho khâu thử tiếp theo là thử đờng dài. Đây là chế độ động cơ phải làm việc nặng nề nhất vì lúc này VS = 0 (P = 0, S = 0). Do vậy thông thờng chỉ thử với các thông số nằm trong giới hạn: - n U = (0,50 -> 0,65).nn - Ne U = (0,30 -> 0,45).Nn - Pe U = (0,50 -> 0,60).Pen - Thời gian thử không quá 10 giờ - Không nên tăng vòng quay hoặc áp suất có ích bình quân đến 100%, vì dễ gây quá tải, phá hỏng các chi tiết động cơ. 0!+ $A ON5UST@)VL / - 8 / - :&5+ $A OD!WT?46 : &5+ODXST*Y.).!W : &5+ $A OPQ.)A 3"L / ZL / Ta thấy rằng ở chế độ thử tàu tại bến nếu vẫn khai thác động cơ ở tay ga định mức (h an ) thì ta co điểm công tác là A, tại đó P e > P en . Động cơ sẽ bị quá tải mặc dù công suất và vòng quay đều thấp. Để đảm bảo an toàn cho động cơ thwờng ta chỉ thử tới vòng quay 0,6.n n twơng ứng với P e = 0,8.P en . A A A A A A C U C U P e =120 0 65 80 100 n,% P e , % 120 100 60 C 0 h a 65 80 100 n,% N e , % 100 40 C 0 P e =100 h a h a P e =60 h a 5 JQ$ J%$ Giả sử ta muốn tăng tốc độ tàu từ V 1 đến V 2 , trwớc hết động cơ cần phải sinh ra thêm một lwợng công suất thông qua việc tăng lwợng nhiên liệu cung cấp cho động cơ qua việc tăng tay ga h a . Khi đó lực đẩy tàu T sinh ra sẽ thắng lực cản tức thời của tàu R, mômen phát động M e thắng mômen cản M S . Và chúng luôn luôn thỏa mãn hệ phwơng trình cân bằng năng lwợng sau: ),(),(. ),(),(. vRhT dt dv m vMhM dt d I a Sae = = (52) Trong đó:I: Mômen quán tính của khối lwợng chuyển động quay tính quy về đwờng tâm trục khuỷu. M e (,h a ): Mômen phát động của động cơ. M S (,v): Mômen cản đo trên đế chân vịt. : Tốc độ góc của hệ trục chân vịt. V: Tốc độ tàu m: Khối lwợng con tàu cộng với khối lwợng nwớc chuyển động theo. T: Lực đẩy tàu. R: Lực cản. Quá trình tăng tốc độ tàu đợc chia làm hai giai đoạn sau: - Tăng tốc độ động cơ, chân vịt và các chi tiết chuyển động liên quan từ tốc độ góc 1 tới b = 0,95( C - 1 ). ở giai đoạn này tốc độ tàu hầu nhw không thay đổi nên tàu vẫn chạy với tốc độ V 1 . - Tăng từ từ vận tốc tàu từ V 1 đến V 2 với giả thiết trong giai đoạn này mômen quay của động cơ luôn cân bằng mômen quay của chân vịt. Mômen do động cơ sinh ra biến đổi theo đwờng 1-a-b-c-2, còn mômen trên đế chân vịt thay đổi theo đwờng 1-c-2. Lực đẩy tàu tăng từ T 1 lên T 2. Điểm 2 là điểm công tác ổn định của HĐL. ở đó mômen sinh ra của động cơ cân bằng với mômen cản trên đế chân vịt, lực đẩy cân bằng với lực cản, tàu chạy với vận tốc V 2 ứng với tay ga h a 2 . Tình trạng công tác của động cơ tốt hay xấu trong quá trình tăng tốc phụ thuộc vào ứng suất cơ và ứng suất nhiệt, điều này tùy thuộc vào việc tăng tay ga từ từ hay đột biến nhảy bậc. Theo kinh nghiệm khai thác cho thấy khi tăng tay ga lớn trong một đơn vị thời gian thì các thông số công tác của động cơ thay đổi nhiều, động cơ làm việc trong trạng thái nặng nề. Do đó khi cần phải tăng tốc độ tàu lớn thì phải tăng qua nhiều giai đoạn với hệ số nhảy bậc k=2 hay k=3 6 '0E@46A ,@! X$ Khi cần tăng tốc độ tàu lên V 2 ta tăng tay ga lên vị trí đặt 2 . Dwới tác động của bộ điều tốc tức thì kéo tay ga nhiên liệu lên h max . Mômen động cơ tăng từ M e1 lên M a sau đó thay đổi về b-c-d-2, còn mômen trên đế chân vịt thay đổi theo đwờng cong 1-b-c-d-2 theo ba giai đoạn sau: - [ T & Tốc độ động cơ tăng nhanh trong khi đó tốc độ tàu hầu nhw không đổi. Mômen động cơ thay đổi theo đwờng 1-a-b, còn mômen trên đế chân vịt thay đổi theo đwờng M S (,v 1 ) từ 1-b. -[T& Tốc độ góc của động cơ tăng chậm dần do sự dần cân bằng giữa mômen phát động của động cơ với mômen cản của chân vịt M e (,h) = M S (,v), động cơ làm việc trên đwờng đặc tính cực đại h max (b-c-d). -[T& Lwợng cấp nhiên liệu từ từ giảm xuống từ h max đến h 2 theo đặc tính điều chỉnh Ur 2 Mômen của động cơ và chân vịt cân bằng nhau (M e = M S ) và cùng giảm sau đó sẽ làm việc ổn định tại điểm 2. Tàu đạt vận tốc V 2 nhw yêu cầu. M(C 0 , ) N?\]#.KO"$ $, X$ ^@ &53X_D$` ^@ J &53X_D$` J h max : Đặc tính giới hạn. b M(h a 1 , ) 0 1 b c 2 M b c d a 1 M(h a 2 , ) M(v 1 , ) M(h max , ) Ur 1 Ur 2 2 M(v 2 , ) 7 Ta nhận thấy rằng trong trwờng hợp động cơ có trang bị bộ điều tốc có một khoảng thời gian động cơ phải làm việc trên đw ờng đặc tính h max có nghĩa là động cơ phải làm việc ở chế độ nặng nề hơn so với trwờng hợp động cơ không có bộ điều tốc. Theo kinh nghiệm khai thác cho thấy nếu ta tăng tay ga một cách từ từ liên tục thì mômen của động cơ và của chân vịt không kịp cân bằng nhau, do vậy mômen của động cơ sinh ra sẽ dw thừa so với mômen mà chân vịt cần tiêu thụ. Còn nếu ta thay đổi tay ga theo từng bậc nhỏ sẽ làm cho mômen của động cơ và chân vịt nhanh chóng tự cân bằng nhau, lwợng dw thừa nhỏ hơn, động cơ hoạt động an toàn tin cậy hơn. M(v 2 , ) M(h a 2 , ) Ur 2 2 M(v 2 , ) a b J%Q$ N?abIG@? Q$c` $` J dO/.K/4 6---2-J dO/@)1!.K /46--2-J Với động cơ có bộ điều tốc thì khi giảm tốc độ từ V 1 về V 2 sẽ có một giai đoạn động cơ bị cắt nhiên liệu a- b-d. Tại d gặp đwờng đặc tính bộ điều tốc Ur 2 động cơ mới quay trở lại làm việc với nhiên liệu (động cơ khởi động lại). b M(v 2 , ) M(h a 2 , ) 0 2 d b a 1 M M(C 0 , ) 2 M(h a 1 , ) Ur 2 Ur 1 1 8 2 M(h a 1 , ) 0 1 2 M a M(C 0 , ) 1 M(v 1 , ) M(h max , ) Ur 1 b N?edVG@?$Gf dO/.K/46&-- -J---J dO/@)1!.K/46& --J--J Động cơ không phải làm việc trên đwờng h max . . (51) Trong đó: P k : áp suất khí nạp khi động cơ làm việc bình thờng. P o : áp suất khí quyển hoặc áp suất khí tăng áp của hệ thống tăng áp sự cố. Khi tổ hợp tuabin- máy nén bị hw hỏng thì điểm. !& Khi h hỏng ở tổ hợp tuabin tăng áp dẫn đến động cơ phải làm việc với áp suất khí trong buồng máy (với động cơ chỉ có một tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc với các tổ hợp tua bin tăng áp còn. hợp động cơ có trang bị bộ điều tốc có một khoảng thời gian động cơ phải làm việc trên đw ờng đặc tính h max có nghĩa là động cơ phải làm việc ở chế độ nặng nề hơn so với trwờng hợp động cơ