Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự - Chương 3 potx

Sự làm việc bền vững của động cơ tàu quân sự sẽ hoàn toàn được bảo đảm chỉ trong trường hợp nếu các ứng suất nhiệt và cơ khí của các chi tiết không vượt quá các giá trị giới hạn và chất

Chương 3

ĐẶC TÍNH HẠN CHẾ VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP CÓ THỂ QUÁ TẢI CỦA

ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ 3.1 Phạm vi tải cho phép lâu dài của ĐCĐT tàu quân sự

3.1.1 Sự cần thiết phải giới hạn phạm vi cho phép lâu dài của ĐCĐT tàu quân sự

Phạm vi làm việc của ĐCĐT nói chung là miền giới hạn bởi: trục hoành (n), các đường vuông góc với trục hoành đi qua các điểm tốc độ vòng quay nhỏ nhất

và tốc độ vòng quay cực đại, và đường đặc tính ngoài

Các động cơ tàu quân sự (động cơ chính) dùng để quay chân vịt cố định bước và chân vịt biến bước, tạo ra lực đẩy để tàu chuyển động thực hiện các nhiệm vụ đảm bảo tính năng kỹ chiến thuật của tàu

- Các ĐCĐT tàu quân sự quay chân vịt có bước cố định được sử dụng trong một phạm vi tải và vòng quay rộng theo đặc tính chân vịt Đặc tính chân vịt không cố định

mà phụ thuộc vào: trạng thái vỏ tàu, lượng chiếm nước và các điều kiện hoạt động, sẽ

thay đổi từ chân vịt “nhẹ” đến chân vịt “nặng”

- Các động cơ quay chân vịt biến bước được khai thác theo các đặc tính tải trong phạm vi rộng của các mô men xoắn

- Một trong những đặc điểm khai thác ĐCĐT tàu quân sự là khả năng quá tải ít hoặc nhiều, hậu quả của chúng có thể làm:

+ Tăng các ứng suất nhiệt và cơ khí;

+ Tăng sự mài mòn các chi tiết;

+ Làm gãy và thậm chí làm hư hỏng động cơ trước thời hạn

- Trong phạm vi rộng của tải và số vòng quay ở một số chế độ không bảo đảm được sự hình thành khí hỗn hợp và chất lượng của quá trình công tác, ví dụ ở các vòng quay và tải nhỏ Làm việc lâu dài ở các chế độ này có thể dẫn đến:

+ Việc tăng cường tạo muội than;

+ Phá huỷ quá trình bôi trơn;

+ Cuối cùng làm hư hỏng động cơ trước thời hạn

Sự làm việc bền vững của động cơ tàu quân sự sẽ hoàn toàn được bảo đảm chỉ trong trường hợp nếu các ứng suất nhiệt và cơ khí của các chi tiết không vượt quá các giá trị giới hạn và chất lượng của quá trình công tác hoàn toàn tốt

Để trong thời gian công tác, động cơ không bị quá tải và không làm việc lâu dài

ở các chế độ mà chất lượng của quá trình công tác không đảm bảo, cần phải có giới hạn (phạm vi) cho phép làm việc lâu dài của các chế độ công tác Trong các giới hạn

đó có đặc tính hạn chế

3.1.2 Khái niệm đặc tính hạn chế, phạm vi cho phép làm việc lâu dài

Đặc tính hạn chế là sự phụ thuộc của các công suất cực tiểu và cho phép cực đại vào số vòng quay của trục khuỷu, ở đó cho phép động cơ làm việc lâu dài trong các điều kiện khai thác

Hình dạng của các đường đặc tính hạn chế như trên hình 3.1, ở đó biểu diễn:

1 Đặc tính hạn chế trên:

Hạn chế giới hạn trên của công suất

lâu dài Cơ sở của đặc tính hạn chế trên là

các giá trị giới hạn của tải trọng nhiệt và

cơ khí của động cơ và cả chất lượng tiến

triển của quá trình công tác

2 Đặc tính hạn chế dưới:

Hạn chế giới hạn dưới của công suất

lâu dài Cơ sở của đặc tính hạn chế dưới

chủ yếu là chất lượng của quá trình công

tác và trong một số trường hợp là tải trọng

cơ khí

3 Đường hạn chế theo giới hạn trên của số vòng quay:

Cơ sở của đường hạn chế trên số vòng quay là các chỉ tiêu của tải trọng cơ khí

do các lực quán tính của các chi tiết cơ cấu tay quay thanh truyền

4 Đường hạn chế số vòng quay khai thác cực tiểu:

Cơ sở của đường giới hạn dưới số vòng quay là độ ổn định của chế độ công tác

và chất lượng của quá trình cháy

Hình 3.1 Phạm vi cho phép làm việc cho phép của ĐCĐT

5 Đặc tính ngoài của động cơ: theo hành trình có ích cực đại của van trượt

6 Đặc tính chân vịt

Các đường 1, 2, 3, 4 tạo nên vùng cho phép làm việc lâu dài, hay phạm vi bên trong nó cho phép động cơ làm việc lâu dài trong giới hạn tuổi thọ được nhà máy chế tạo quy định Vượt ra ngoài phạm vi này động cơ sẽ bị quá tải, sự tiến triển của quá trình công tác sẽ không được đáp ứng

Các đặc tính hạn chế được nhà máy chế tạo quy định phụ thuộc vào các đặc điểm kết cấu của từng động cơ và các sơ đồ tăng áp Tiêu chuẩn cơ bản để quy định các đặc tính hạn chế là các chỉ tiêu tải trọng cơ khí, các chỉ tiêu của trạng thái nhiệt và chất lượng tiến triển của quá trình công tác, có nghĩa là các điều kiện và chất lượng phun nhiên liệu, hình thành khí hỗn hợp và cháy

Nhà máy chế tạo quy định đặc tính hạn chế dựa chủ yếu vào kết quả thử tại giá thử động cơ, trong thời gian này người ta đo đạc và xác định các chỉ tiêu cơ bản trong

đó có các chỉ tiêu hạn chế Những điều kiện làm việc của động cơ trên tàu luôn luôn nặng nhọc hơn so với ở giá thử Động cơ làm việc trên tàu nằm trong thành phần của

tổ hợp đẩy tàu, các điều kiện đó ở một mức độ nhất định khác với ở giá thử

Tất cả các đặc tính hạn chế xây dựng cho các điều kiện bên ngoài, được nhà máy chế tạo đưa ra trong tài liệu kỹ thuật của động cơ Những điều kiện bên ngoài có ảnh hưởng nhất định đến sự làm việc của động cơ và nếu trong thời gian khai thác chúng khác với các điều kiện định mức quy định của nhà máy thì cần phải xây dựng các đặc tính đặc biệt khác Sự ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài đến sự làm việc của động cơ sẽ được xem xét trong một chương riêng

Khi sử dụng động cơ có một hoặc một số xilanh, máy tăng áp hoặc bầu làm mát trung gian không làm việc cũng làm thay đổi các điều kiện làm việc, trong những trường hợp này cần phải khai thác động cơ theo các đặc tính hạn chế xây dựng riêng cho từng điều kiện

3.1.3 Những yếu tố đảm bảo khai thác tốt động cơ

Để khai thác động cơ có kỹ thuật và không hư hỏng, các kỹ sư - thợ máy cần phải:

- Có đầy đủ các đặc tính hạn chế xây dựng cho tất cả các trường hợp có thể xảy

ra cho sự làm việc của động cơ Những đặc tính hạn chế như vậy có trong các tài liệu hướng dẫn khai thác động cơ

- Một yếu tố quan trọng nữa để đảm bảo khai thác bình thường động cơ, ngoài

việc có các đặc tính hạn chế là có khả năng kiểm tra tải của động cơ trong từng thời điểm riêng, kiểm tra cường độ cơ khí và trạng thái nhiệt của các chi tiết Cách tốt

nhất là đo đạc trực tiếp các ứng suất cơ khí và nhiệt độ các chi tiết ở các điểm đặc trưng nhất Do được kiểm tra như vậy, có thể tin tưởng vào sự làm việc vững chắc của động cơ cường hoá hiện đại

ở điều kiện tàu quân sự, do có nhiều khó khăn trong việc đo đạc các tải của động cơ, các chỉ tiêu cường độ cơ khí và trạng thái nhiệt của các chi tiết nên trong thực tế khai thác để hạn chế và kiểm tra tải của động cơ người ta sử dụng các chỉ tiêu gián tiếp Kiểm tra được chúng và ở mức độ này hay mức độ khác thể hiện được tải của động cơ, cường độ cơ khí của nó, trạng thái nhiệt của các chi tiết và cả chất lượng của quá trình công tác Những chỉ tiêu này được gọi là chỉ tiêu chặn

Những chỉ tiêu chặn được dùng để hạn chế và kiểm tra tải của động cơ bao gồm:

- Tiêu hao nhiên liệu cho chu trình, ;

- Mô men xoắn có ích, Me;

- Áp suất có ích trung bình, Pe;

- Áp suất cháy cực đại (áp suất cực đại của chu trình), Pz;

- Nhiệt độ của khí thải, Tth;

- Hệ số dư lượng không khí, ;

- Số vòng quay của tuabin máy nén, nK;

- Nhiệt độ các chi tiết nhóm pittông, Tpt

3.2 Các phương pháp khác nhau để hạn chế tải của động cơ ở số vòng quay thấp

3.2.1 Hạn chế tải của động cơ theo lượng nhiên liệu cấp cho chu trình

Phương pháp đơn giản nhất để hạn chế

tải của động cơ là đặt mốc giới hạn trên cần

dẫn động thanh răng bơm cao áp lượng nhiên

liệu cấp tối đa cho chu trình hoặc mốc giới

hạn hành trình thanh răng theo chiều tăng

lượng nhiên liệu Điểm mốc như vậy được đặt

lên tất cả các động cơ tàu quân sự Trong

trửụứng hụùp naứy ủaởc tớnh hán cheỏ laứ

ủaởc tớnh ngoaứi cuỷa động cơ, mặt khác đặc

tính ngồi của động cơ, khi = const, hoặc

chính xác hơn là đặc tính ở hành

trình cĩ ích khơng đổi của van trượt bơm nhiên liệu (bởi vì khi cố định thanh răng bơm nhiên liệu lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thay đổi phụ thuộc vào số vịng quay, xem hình 3.2)

Khả năng và sự cho phép làm việc của các động cơ khác nhau theo đặc tính ngồi cần được nhìn nhận từ quan điểm của sự thay đổi theo đặc tính ngồi của các chỉ tiêu tải trọng nhiệt và cơ khí của các động cơ đĩ Sự thay đổi của các chỉ tiêu trên

sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Những đặc điểm về kết cấu, các sơ đồ và thành phần của máy tăng áp, áp suất tăng áp Ta xem các chỉ tiêu của cường độ nhiệt và cơ khí sẽ thay đổi như thế nào theo đặc tính ngồi của các động cơ tăng áp và khơng tăng áp Trong tất cả các trường hợp xem như vịng quay của động cơ giảm bắt đầu từ điểm của chế độ định mức hoặc cực đại

1 Động cơ khơng tăng áp

Cường độ cơ khí của động cơ khơng tăng áp, làm việc theo đặc tính ngồi với sự

giảm vịng quay sẽ tăng lên một ít Điều này được giải thích bằng việc tăng PZ do hậu quả tăng giai đoạn cháy trễ i và trong một loạt trường hợp tăng suất nhiên liệu cấp cho chu trình Việc tăng một ít giai đoạn cháy trễ khi giảm số vịng quay theo đặc tính ngồi được giải thích bằng sự giảm hiện tượng xốy lốc, áp suất PC và nhiệt

độ của khơng khí nạp TC ở cuối quá trình nén Đối với động cơ hai kỳ việc giai đoạn cháy trễ, cường độ cơ khí được bổ sung thêm do việc giảm các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến nên đưa đến làm tăng nhanh hơn cường độ cơ khí

Sự thay đổi suất nhiên liệu của chu trình

phụ thuộc vào số vịng quay khi cố định thanh

răng bơm nhiên liệu được xác định bằng kiểu

T 1,0

0,8

0,6

1

2

và các đặc điểm kết cấu của bơm Khi giảm số

vòng quay suất nhiên liệu cấp cho chu trình có

thể tăng hoặc giảm Trên hình 3.4 biểu diễn sự

phụ thuộc của hệ số cấp nhiên liệu vào số vòng

quay khi giữ nguyên thanh răng của bơm nhiên

liệu ở hàng loạt bơm kiểu van trượt ở giai đoạn

đầu hệ số cấp nhiên liệu tăng lên theo sự giảm

số vòng quay (đường cong 1) và sau đó giảm

xuống

ở đoạn đầu hoàn toàn thể hiện được hiệu quả của việc nạp đầy không gian phía trên van trượt của bơm, ở giai đoạn hai có sự tiết lưu của nhiên liệu trong thời gian nén của van và tăng tổn thất nhiên liệu qua các khe hở Nếu việc nạp tăng chậm hơn tiết lưu thì hệ số nạp của bơm luôn giảm khi số vòng quay giảm (đường cong 2)

Trên hình 3.5 biểu diễn sự phụ thuộc của

PZ , Pmax và  của động cơ không tăng áp theo

đặc tính ngoài Đặc trưng của việc thay đổi các

chỉ tiêu thể hiện đến việc tăng cường độ cơ khí

của động cơ khi giảm số vòng quay

Trạng thái nhiệt của các chi tiết và cường

độ nhiệt của động cơ không tăng áp khi làm

việc theo đặc tính ngoài khi giảm số vòng quay

được xác định bằng đặc trưng thay đổi suất tiêu

hao nhiên liệu cho chu trình, hệ số dư lượng

không khí và các yếu tố khác

Về đặc trưng thay đổi hệ số dư lượng không khí dễ dàng suy luận theo công thức:

(3.1)

fb - Diện tích van trượt của bơm cao áp;

hb - Hành trình của van trượt;

nl - Khối lượng riêng của nhiên liệu;

b - Hiệu suất của bơm nhiên liệu;

Pmax



0 - Khối lượng riêng của không khí;

v - Hệ số nạp của động cơ;

K - Hệ số thay thế

Nếu bỏ qua tỷ số thì hệ số dư lượng không khí có thể xem như không đổi

Để đánh giá trạng thái nhiệt của các chi tiết và cường độ nhiệt của động cơ thuận

tiện nhất là sử dụng công thức 2-59 (xem chương 2) để cho dòng nhiệt riêng:

Chú ý là khi = P0 = const nếu vòng quay giảm giá trị q sẽ giảm, vì vậy cần phải giảm nhiệt độ các chi tiết

Như vậy, đối với các động cơ không tăng áp đặc tính ngoài có thể được sử dụng

như đặc tính hạn chế khi đó cho phép cường độ cơ khí tăng lên một ít

2 Động cơ có tăng áp

Cường độ cơ khí của các động cơ có tăng áp có giá trị áp suất tăng áp lớn ở công

suất định mức thường giảm theo sự giảm vòng quay theo đặc tính ngoài, vì áp suất

tăng áp trong đa số các trường hợp lúc này giảm xuống làm giảm áp suất cuối kỳ nén

PC và giảm áp suất cháy cực đại PZ Nhưng trong tất cả các trường hợp khi giảm số vòng quay tốc độ tăng áp suất  và do đó tác dụng động học của lực PZ tăng Điều này gây tác dụng không tốt đén sức bền của các ổ đỡ

Khi phân tích sự thay đổi của cường độ cơ khí của động cơ có tăng áp theo đặc tính ngoài cần phải chú ý đến giá trị áp suất tăng áp, kiểu và những đặc điểm kết cấu của chúng thiết bị tăng áp Đối với các động cơ có giá trị tăng áp suất không lớn và cả trung bình, cường độ cơ khí có thể tăng khi giảm số vòng quay theo đặc tính ngoài Trên hình 3.6 giới thiệu sự thay đổi các chỉ số của động cơ hai kỳ (PK= 1,53 kG/cm2) Khi làm việc theo đặc tính ngoài, giảm số vòng quay áp suất cháy cực đại Pz

thực tế giữ nguyên không đổi và thậm chí giảm xuống một ít Giá trị

quyết định cường độ cơ khí của nhóm tay quay thanh truyền tăng lên do Pj giảm

Nếu động cơ được trang bị tua bin - máy nén điều chỉnh thì số vòng quay của tua bin - máy nén làm việc theo đặc tính ngoài có thể giữ nguyên trong một giới hạn cho trước bằng cách tăng áp suất khí trước tua bin Áp suất tăng áp có thể giữ ở mức

tương đối cao nhưng mặt khác lại làm tăng cường độ cơ khí của động cơ làm việc

theo đặc tính ngoài

Việc tăng cường độ cơ khí của động cơ như vậy khi giảm số vòng quay theo đặc tính ngoài có thể thực hiện được bằng cách sử dụng thiết bị đặc biệt để giảm góc phun sớm của nhiên liệu

Việc thay đổi nhiệt độ của các chi tiết và cường độ nhiệt của động cơ có tăng áp khi làm việc theo đặc tính ngoài được quyết định chủ yếu bằng sự thay đổi áp suất tăng áp và tăng thời gian trao đổi nhiệt trong xy lanh động cơ khi giảm số vòng quay động cơ Khi phân tích sự thay đổi cường độ nhiệt của động cơ theo đặc tính ngoài cũng như cường độ cơ khí cần phải xét đến giá trị của áp suất tăng áp ở công suất định mức, thành phần và sơ đồ máy tăng áp và những đặc điểm kết cấu của chúng ở

đa số các động cơ tăng áp khi giảm số vòng quay theo đặc tính ngoài áp suất tăng áp

M e ,(kGm)

1800

1500

P z , (kG/cm2)

400 500 600 700 800 n (v/ph)

Hình 3.6 Sự thay đổi các chỉ tiêu của động cơ điêden

hai kỳ tăng áp làm việc theo đặc tính ngoài

giảm tương đối lớn Phần lớn áp suất tăng áp giảm ở các động cơ có máy nén truyền động cơ khí và loại tua bin - máy nén có liên hệ với trục khuỷu ở động cơ có tua bin

- máy nén tự do áp suất tăng áp thậm chí có thể giữ nguyên ở mức độ cao

Phân tích sự thay đổi cường độ nhiệt của động cơ tăng áp theo đặc tính ngoài

đơn giản nhất là dựa vào công thức 2.59 (xem chương 2):

Dựa vào công thức này, khi giảm tỷ lệ và v tỷ số tăng lên tạo nên khả năng tăng dòng nhiệt q và nhiệt độ của các chi tiết, không kể đến sự giảm của số vòng quay của động cơ Bằng thực nghiệm đã khẳng định điều đó là, khi giảm số vòng quay của động cơ theo đặc tính ngoài và khi giảm một ít nhiệt độ khí thải, nhiệt

độ của các chi tiết có thể tăng lên một chút Điểm này có thể nhìn thấy trên hình 3.6

về đồ thị thay đổi các chỉ tiêu của động cơ hai kỳ tăng áp làm việc theo đặc tính ngoài Trong quan hệ của việc tăng nhiệt độ các chi tiết nhóm pit tông - xy lanh, việc làm xấu quá trình cháy và tăng sự lọt khí vào các te qua các xéc măng của các động

cơ tăng áp làm việc theo đặc tính ngoài theo nguyên tắc là không cho phép Việc giảm tốc độ giảm hệ số dư lượng không khí (thậm chí giữ nguyên  = const) theo đặc tính ngoài đối với các động cơ tăng áp có thể đạt được bằng cách sử dụng tua bin - máy nén điều chinh Việc giảm tiết diện miệng phun của tua bin khí làm tăng công suất của nó giữ được số vòng quay tua bin - máy nén và áp suất tăng áp theo yêu cầu Nhiệt độ các chi tiết trong trường hợp này có thể giữ nguyên ở mức độ chế độ định mức

3.2.2 Sự hạn chế tải của động cơ theo mô men xoắn

Việc sử dụng đặc tính hạn chế Me = const cho biết rằng trong toàn bộ khoảng công tác của vòng quay động cơ mô men xoắn không được vượt quá giới hạn của nó Đồng thời cũng cho biết rằng các ứng suất tiếp tuyến của trục khuỷu khi đó không được vượt quá giới hạn cho phép, vì:

max = , kG/cm2 (3.2)

WP - Mô men cản độc cực của trục khuỷu

Đặc tính hạn chế Me = const trong hệ trục toạ độ Ne - n là một đường thẳng đi qua gốc toạ độ và điểm xác định chế độ làm việc định mức (hình 3.7)

Đặc tính này chủ yếu để hạn chế công

suất của động cơ ở các chế độ làm việc bộ

phận so với đặc tính ngoài và chỉ dùng cho

các động cơ có giá trị áp suất tăng áp nhỏ (đến

1,3  1,5 kG/cm2) Trong các động cơ cường

hoá, khi số vòng quay giảm áp suất tăng áp và

suất tiêu hao không khí nạp của chu trình

cung giảm Để giữ nguyên hệ số nạp cần giảm

MC và chỉ trong một số đoạn cho phép hạn

chế theo Me = const

ở một số kiểu động cơ có thể dùng mô men xoắn để kiểm tra phụ tải, người ta

sử dụng các thiết bị đo đạc, kiểm tra đặc biệt: trục xoắn, đồng hồ đo mô men xoắn, lực kế thuỷ lực (ta sẽ tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách sử dụng các thiết

bị này trong chương sau)

Phổ biến nhất là lực kế thuỷ lực đặt trên một số kiểu động cơ M -500 có hộp số kiểu bánh răng hành tinh Các đặc tính hạn chế trên và dưới của các động cơ này được ghi thành bảng biểu diễn sự phụ thuộc của áp lực dầu với vòng quay Áp lực

dầu tỷ lệ với mô men xoắn của động cơ (xem bảng 3.1)

3.2.3 Hạn chế tải động cơ theo hệ số dư lượng không khí

Việc xây dựng đặc tính hạn chế theo  = const ở một số nhà máy cho các động

cơ tàu quân sự cao tốc hiện nay rất phổ biến Khi đó giả thiết rằng nếu ở tất cả các chế độ làm việc hệ số dư lượng không khí sẽ không nhỏ hơn các giá trị định mức, thì chính nó sẽ bảo đảm giữ được chất lượng của quá trình công tác trong các giới hạn của toàn bộ khoảng tốc độ vòng quay công tác ở chế độ công suất toàn tải hay công suất khai thác Lúc này trạng thái nhiệt nhóm pittông và ứng suất cơ khí ở các chế độ

bộ phận sẽ thấp hơn giới hạn ấn định cho khi toàn tải

Bảng 3.1 Xác định các thông số hạn chế theo áp suất dầu trong lực kế thuỷ lực của động cơ kiểu M500

tiến (vg/ph) Nhiệt độ khí

thải lấy trung bình cho 4 Block (0C)

áp lực dầu trong lực kế (kG/cm2)

Áp lực dầu trong lực kế (kG/cm2)

số động cơ có hệ thống điều khiển, kiểm tra điện tử như động cơ MTU có

điều kiện khai thác thường người ta dùng các giá trị nhiệt độ khí thải

Các giá trị của nhiệt độ khí thải này và tải phù hợp với việc sử dụng đặc tính hạn chế  = const Đồng thời để bảo đảm kiểm tra thêm tốt hơn là tiến hành đo lượng tiêu hao nhiên liệu giờ và khi có đồng hồ chỉ thị áp suất cháy cực đại

Đặc tính hạn chế  = const nằm dưới đặc tính Me = const (xem hình 3.7), khi đó tốc độ giảm công suất khi giảm số vòng quay sẽ phụ thuộc vào giá trị áp suất tăng áp, những đặc điểm kết cấu của máy tăng áp và sơ đồ liên kết chúng

3.2.4 Hạn chế tải của động cơ theo nhiệt độ của khí thải và áp suất cháy cực đại

Nhiệt độ khí thải sau từng xy lanh Tr, trong ống xả Tth và áp suất cháy cực đại

PZ được sử dụng rộng rãi để hạn chế và kiểm tra tải trọng của động cơ trong các điều kiện khai thác, bởi vì chúng là các chỉ tiêu gián tiếp của tải trọng Ngoài ra nhiệt độ khí thải là chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt của các chi tiết động cơ, và áp suất cháy cực đại là chỉ tiêu gián tiếp của ứng suất cơ khí Các chỉ tiêu này dễ dàng đo được trong các điều kiện dưới tàu, do vậy đã được dùng rộng rãi làm các chỉ tiêu hạn

chế Nếu PZ không vượt quá giá trị cho phép giới hạn thì các ứng suất cơ khí trong các chi tiết không đạt được giá trị cho phép giới hạn của mình Tương tự, nếu nhiệt

độ khí thải không đạt được giá trị cho phép giới hạn thì trong đa số các trường hợp, nhiệt độ nhóm pit tông cũng không vượt quá các mức cho phép giới hạn

Khi hạn chế tải động cơ theo Tr và PZ cần thấy được rằng các chỉ tiêu này cũng phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: góc phun sớm nhiên liệu, các điều kiện ngoài

Do vậy, khi hạn chế theo các chỉ tiêu trên phải coi rằng động cơ đã được điều chỉnh, góc phun sớm nhiên liệu đã đặt đúng, thiết bị nhiên liệu chính xác, các chi tiết động

cơ không bị mòn nhiều, động cơ được khai thác trong các điều kiện khí hậu tiêu chuẩn và có các giá trị quy định của độ giảm áp trước cửa nạp và cản áp trên đường thải

Các thông số hạn chế đã nêu thường được cho dưới dạng các giá trị giới hạn cho mọi chế độ làm việc - các bảng (xem bảng 3.1), hoặc dưới dạng các đường cong biểu thị các giá trị giới hạn ứng với các vòng quay khác nhau Ta tham khảo các tài liệu khai thác các động cơ sử dụng trên tàu Hải quân

3.3 Đặc điểm sử dụng các đặc tính hạn chế và các thông số giới hạn trong khai thác ĐCĐT tàu quân sự

Đặc tính hạn chế kể cả đặc tính ngoài hoàn toàn là đường quy ước Trong đa số các trường hợp không có biện pháp kết cấu nào hạn chế sự chuyển tiếp vào đặc tính hạn chế, do vậy trong thời gian khai thác động cơ tàu quân sự không thể tránh khỏi quá tải trong thời gian ngắn Sự quá tải có thể xảy ra sau khi tàu tăng tốc, trong thời gian chuyển hướng, ở chế độ đảo chiều và trong các chế độ khác Trong các trường hợp này nếu sự cung nhiên liệu được hạn chế một cách tự động thì sẽ làm xấu chất lượng cơ động của con tàu Chúng ta thường cho phép sự vượt ra khỏi đặc tính hạn chế trong thời gian ngắn, vì dù rằng động cơ có bị quá tải (các chế độ này tùy khả năng cần phải tránh) nhưng không dẫn đến các hậu quả nguy hiểm Nhiệt độ các chi tiết không kịp tăng nhiều, còn sự phá hỏng và gãy vỡ các chi tiết do các ứng suất mỏi

có thể xuất hiện chỉ sau số lượng lớn các chu trình Nguy hiểm là các chế độ quá tải lâu dài, trong thời gian đó nhiệt độ các chi tiết vượt quá các giá trị cho phép cực đại, khi đó xảy ra sự tạo keo cốc mạnh và phá huỷ chế độ bôi trơn Sự quá tải lâu dài dẫn đến các mài mòn mạnh, các gãy vỡ chi tiết và động cơ hư hỏng trước thời hạn

Để kiểm tra tải động cơ trong các điều kiện khai thác, nhà máy chế tạo cho sẵn các giá trị giới hạn của các thông số hạn chế, chúng có thể đo được dễ dàng trong các điều kiện dưới tàu Đó là các chỉ tiêu:

- Mômen xoắn động cơ;

- Nhiệt độ khí xả theo các xylanh hay trong ống xả;

- Áp suất cháy cực đại;

- Tiêu hao nhiên liệu theo giờ

Việc kiểm tra liên tục tải theo mômen xoắn chỉ thực hiện được ở các động cơ có giảm tốc hành trình và được trang bị lực kế thuỷ lực để đo tải trọng ở các động cơ không có lực kế thì tải trọng cần kiểm tra theo đại lượng Tr hoặc Tth và PZ sau mỗi thời gian quy định Ví dụ theo quy phạm khai thác động cơ tàu thủy, tiến hành kiểm tra Tr mỗi lần sau bốn giờ làm việc và tiến hành đo PZ sau mỗi 25 đến 30 giờ làm việc Việc đo tiêu hao nhiên liệu thường thực hiện trong thời gian điều chỉnh động cơ

có tải (điều chỉnh động) Trong mọi trường hợp việc kiểm tra tải trọng cần tiến hành ở các công suất gần toàn tải

3.4 Các trường hợp có thể quá tải của ĐCĐT tàu quân sự ở các chế độ làm việc

nó hoặc bằng sự phụ thuộc của lực đẩy tàu và mô men chân vịt vào số vòng quay chân vịt

Lực đẩy tàu và mô men chân vịt được xác định bằng biểu thức:

vCV - Vận tốc chuyển động tịnh tiến của chân vịt trong dòng nước theo

Khi số vòng quay cố định, lực đẩy và mô men chân vịt phụ thuộc vào sự thay đổi của các hệ số lực đẩy và hệ số mô men, các hệ số này lại phụ thuộc vào bước tiến tương đối CV Khi giảm bước tiến tương đối thì các hệ số lực đẩy và mô men tăng và ngược lại Trường hợp đầu đặc tính chân vịt trở nên nặng và trường hợp thứ hai trở nên nhẹ Nếu sự phụ thuộc vào tốc độ con tàu của lực đẩy và mômen chân vịt là ổn định thì đặc tính chân vịt sẽ không đổi

Trong các điều kiện hành trình thực tế của con tàu, đặc tính chân vịt có thể khác

xa định mức do các nguyên nhân có thể như sau:

- Động cơ làm việc ở chế độ neo giữ;

- Sự tăng lượng giãn nước con tàu;

- Tàu làm nhiệm vụ lai kéo;

- Tàu hành trình ở vùng có băng;

- Tàu hành trình ở vùng nước nông;

1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0

Khi động cơ làm việc theo đặc tính chân

vịt nặng thì số vòng quay giới hạn mà động cơ

có thể hoạt đông mà không quá tải được xác

định bằng điểm cắt nhau của đặc tính chân vịt

và đặc tính hạn chế 6 (điểm A) Khi vượt ra

ngoài giới hạn của đặc tính hạn chế (điểm B) thì

động cơ sẽ bị quá tải, trong trường hợp này

động cơ không thể đạt được số vòng quay định

mức đã xác lập và điều đó là dấu hiệu đầu tiên

cho biết động cơ quá tải và làm việc trên đặc

tính ngoài Động cơ sẽ bị quá tải theo các chỉ

tiêu tải trọng nhiệt và cơ khí

Khi động cơ làm việc theo đặc tính chân vịt nhẹ thì sẽ không đủ tải Trong các điều kiện hành trình của con tàu, động cơ có thể không đủ tải ở các vòng quay định mức hoặc khi chọn sai bước chân vịt khi sử dụng chân vịt biến bước

3.4.2 Tải trọng của động cơ khi làm việc ở chế độ neo giữ

Sự làm việc dài hạn ở các chế độ neo giữ xuất hiện khi thử động cơ sau khi sửa chữa Chế độ tương tự có thể có trong thời gian làm việc của động cơ khi tàu mắc cạn Khi làm việc ở chế độ neo giữ vận tốc tàu bằng không, bước tiến tương đối của chân vịt CV cũng bằng không Lực đẩy và mô men chân vịt trong trường hợp này có giá trị cực đại và đặc tính chân vịt sẽ nặng nhất trong mọi chế độ làm việc ổn định của các động cơ

Số vòng quay cho phép của động cơ khi làm việc ở chế độ neo giữ được xác định bằng điểm cắt nhau của đặc tính chân vịt neo giữ và đặc tính hạn chế Khi tăng

độ neo giữ và khi xuất hiện đặc tính chân vịt nặng

H

vòng quay cao hơn giá trị cho phép thì động cơ có thể bị quá tải theo tải trọng cơ và nhiệt Trên hình 3-9, 5 là đặc tính neo giữ, chế độ làm việc tới hạn được xác định bằng điểm?

Số vòng quay cho phép tới hạn của động cơ ở chế độ neo giữ phụ thuộc không chỉ vào dạng đặc tính neo giữ mà vào cả dạng đặc tính hạn chế:

- Các động cơ không tăng áp có thể làm việc ở số vòng quay xác định bằng điểm cắt nhau của các đặc tính ngoài và neo giữ

- Động cơ tăng áp khi làm việc ở chế độ neo giữ thì số vòng quay sẽ giảm nhiều hơn

Trong mỗi trường hợp khi chọn chế độ công tác của động cơ khi thử nghiệm ở chế độ neo giữ hay cứu tàu mắc cạn thì cần phải sử dụng các chỉ dẫn đã cho trong hướng dẫn khai thác động cơ

Thực tế khai thác động cơ đieden tàu thuỷ đối với chế độ neo giữ thường sử dụng chế độ vòng quay không lớn hơn 70  75% vòng quay định mức để tránh quá tải cho động cơ và ổ đỡ chặn khi tàu mắc cạn tự cứu Song các số liệu nêu trên chỉ ứng dụng cho các hệ động lực tàu quân sự có động cơ chính không tăng áp hay tăng áp thấp Nếu động cơ chính cường hoá cao theo vòng quay và áp suất tăng áp thì sự hạn chế chế độ làm việc neo giữ giảm nhiều hơn nữa Thực tế số vòng quay động cơ chính trong các trường hợp này cần thiết lập trong giới hạn (0,4  0,5)nđm

Khi động cơ làm việc ở các chế độ neo giữ cần lưu ý rằng lực đẩy chân vịt khi

đó có thể vượt quá nhiều so với lực đẩy ở chế độ định mức Nếu ổ đỡ chặn không được tính toán ở chế độ neo giữ thì vòng quay động cơ cần phải giảm một cách hợp lý (có xét tải trọng cực đại lên ổ đỡ chặn)

3.4.3 Tải trọng của động cơ khi tàu làm nhiệm vụ lai, kéo

Lực đẩy có ích của chân vịt (Pe) khi kéo tàu hay kéo lưới bị tiêu hao cho việc khắc phục sức cản bản thân vỏ tàu R và cho việc tạo ra lực kéo cần thiết trên móc kéo

để thắng sức cản vỏ tàu được kéo hay lưới:

Pe = R + Z (3.6)

ở đây: R - Sức cản bản thân vỏ tàu;

Z - Sức cản của tàu được kéo hay lưới