Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự - Chương 4 pptx

Tất cả các trục trặc được phát hiện và khắc phục cần phải được ghi vào sổ nhật ký máy; - Khởi động động cơ được thực hiện từ nguồn năng lượng ngoài bằng cách quay trục khuỷu của nó đên s

Chương 4

KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐIÊDEN TÀU QUÂN SỰ 4.1 Các điều kiện cần để khởi động động cơ điêden

4.1.1 Các điều kiện khởi động tin cậy động cơ

Để khởi động tin cậy động cơ, cần có các điều kiện sau:

1 Động cơ, các hệ thống và cơ cấu phục vụ động cơ ở trạng thái tốt;

2 Nhiệt độ động cơ, nhiệt độ nước và dầu đủ cao;

3 Nhiên liệu, dầu bôi trơn và nước làm mát có đủ số lượng và chất lượng;

4 Thiết bị khởi động có đủ năng lượng cần thiết (áp suất không khí trong các bình khí khởi động cần cao nhất, các ắc quy khởi động được nạp đầy);

5 Động cơ, các hệ thống và các thiết bị tiêu thụ công suất được chuẩn bị tốt để khởi động

Việc chuẩn bị tốt và cẩn thận động cơ cho khởi động là điều kiện cơ bản để khởi động tin cậy động cơ, để toàn bộ hệ động lực tàu làm việc tin cậy và không hư hỏng

4.1.2 Những chú ý trước khi khởi động động cơ

- Chỉ có động cơ ở trạng thái tốt mới được khởi động;

- Các trục trặc được phát hiện khi chuẩn bị khởi động cần phải được khắc phục trước khi khởi động Tất cả các trục trặc được phát hiện và khắc phục cần phải được ghi vào sổ nhật ký máy;

- Khởi động động cơ được thực hiện từ nguồn năng lượng ngoài bằng cách quay trục khuỷu của nó đên số vòng quay đảm bảo các quá trình của chu trình công tác diễn ra bình thường: nạp đầy không khí cho các xi lanh, nén, tự bốc cháy và cháy;

- Sự tăng công suất chỉ thị trong thời gian khởi động cần đảm bảo đưa động cơ vào chế độ hành trình không tải khi khởi động không tải hoặc vào chế độ tải trọng đã cho;

- Giới hạn dưới của số vòng quay cần để đảm bảo khởi động tin cậy động cơ ở nhiệt độ đã cho, gọi là số vòng quay khởi động cực tiểu

Số vòng quay khởi động cực tiểu của động cơ phụ thuộc vào các kích thước xi lanh động cơ, dạng buồng cháy, nhiệt độ động cơ và dầu trước khởi động, nhiệt độ

môi trường, độ mòn các chi tiết động cơ và các thiết bị nhiên liệu, lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, góc phun sớm nhiên liệu và các pha phối khí

4.2 Các phương pháp khởi động động cơ tàu quân sự

Các động cơ tàu quân sự thường được khởi động nhờ khí nén, khởi động điện và động cơ điện chân vịt Tất cả các động cơ chính tàu quân sự được trang bị hệ thống khởi động bằng không khí nén Khởi động bằng động cơ điện thường trang bị cho các động cơ cao tốc công suất nhỏ (đến 300 mã lực) Khởi động động cơ bằng động cơ điện chân vịt là phương pháp dự phòng, chỉ thực hiện cho tàu ngầm

4.2.1 Đặc điểm khởi động động cơ bằng không khí nén

Không khí nén được dự trữ trong các bình khởi động chuyên dụng, áp suất cực đại của không khí trong các bình Pb phụ thuộc vào kết cấu hệ thống khởi động, bản thân động cơ, và trong khoảng 40 đến 260 kG /cm2 Các động cơ chậm tốc và trung tốc nhờ không có hộp giảm tốc nên có áp suất khí khởi động thấp hơn ở các động cơ cao tốc vì có tiết lưu trong bộ chia khí

Trước khi khởi động động cơ cần xả cặn bẩn khỏi các bình khí khởi động bằng van xả cặn

Việc cấp không khí khởi động vào xi lanh động cơ được tiến hành hoặc vào cuối hành trình nén khoảng 2 đến 80 trước điểm chết trên hoặc vào đầu hành trình sinh công 0 đến 150 sau điểm chết trên

Khi khởi động động cơ bằng không khí nén, tốc độ quay trục khuỷu nkđ (ở nhiệt

độ động cơ, nhiệt độ dầu và môi trường cụ thể) phụ thuộc vào áp suất không khí trong bình khởi động Pb , còn thời hạn quay kd và sự thay đổi nkđ = f(kđ) khi Pb = const phụ thuộc vào dung tích bình khí khởi động Vb Dung tích của bình khí càng lớn thì thời gian có thể quay động cơ bằng khí nén càng lớn

Trên hình 4.1 và 4.2 chỉ ra Sự phụ thuộc của tốc độ trục khuỷu vào thời gian khởi động và áp suất khí khởi động đối với động cơ 12ЧН18/20 theo kết quả đo được của ЦНИДИ

n(v/ph)

1

3 5

2 4

26

0

24

0

22

0

20

0

18

Pb(kG/cm2)

1

2 3

12

0 11

0 10

0

90

80

Các đường cong trên đồ thị hình 4.1 được giải thích như sau: đường 1 và đường

2 1à khi Pb = 120 kG/cm2, Vb = 410 lít và khi Pb = 120 kG/cm2, Vb = 40 lít ở điều kiện nhiệt độ t = +500C; đường 3 và đường 4 1à khi Pb = 120 kG/cm2, Vb = 410 lít và khi

Pb = 120 kG/cm2, Vb = 40 lít ở điều kiện nhiệt độ t = +50C; đường 5 và đường 6 1à khi Pb = 80 kG/cm2, Vb = 234 lít và khi Pb = 80 kG/cm2, Vb = 40 lít ở điều kiện nhiệt

độ t = +50C

Dung tích bình càng lớn, độ giảm áp suất khí trong bình sau một lần khởi động càng nhỏ (hình 4.2), số lần có thể khởi động càng lớn Tiêu hao khí sau một lần khởi động tăng khi giảm nhiệt độ động cơ, dầu và không khí xung quanh, khi tăng cản áp trên đường thải, tăng độ mòn xi lanh, xéc măng, các van và khi sai lệch bộ chia khí Tiêu hao khí nén lớn nhất sẽ là lần khởi động thứ nhất động cơ nguội, bởi vì khi đó thời gian quay máy bị tăng đột ngột

Các đường cong trên đồ thị hình 4.2 được giải thích như sau: đường 1 là khi Vb =

410 lít, đường 2 là khi Vb = 234 lít, đường 3 là khi Vb = 40 lít, đường 4 là khi Vb =

410 lít ở điều kiện nhiệt độ t = +50C; đường 4 là thay đổi áp suất khí khởi động lần đầu khi Vb = 410 lít

Các tốc ký khởi động động cơ ở các nhiệt độ khác nhau được giới thiệu trên hình 4.3 Khi nhiệt độ +500C, thời gian quay động cơ kđ bằng không khí

nén ở lần khởi động đầu tiên là 0, 6

giây, khi +300C thì kđ = 2 giây,

còn khi +150C thì kđ = 20 giây

Khởi động lần đầu động cơ nguội

cần phải sửe dụng các bình khí với

áp suất cực đại vào hệ thống khởi

n(v/ph)

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

n1 n2

n3

1

động Trong các lần khởi động tiếp

theo tuỳ mức độ tăng nhiệt độ động

cơ và dầu mà tiêu hao không khí nén

cho khởi động được giảm

Áp suất cực tiểu của không khí nén Pmin còn có thể khởi động động cơ khi máy nóng +50 đến +600C là Pmin = 12 - 15 kG/cm2 cho các động cơ chậm tốc và trung tốc (37? , 40? , 9?), còn cho các động cơ cao tốc (M-50, M-503, 3?6) là 50 - 70 kG/cm2) Sau khi khởi động động cơ, áp suất khí trong các bình khởi động cần được nạp thêm đến cực đại

Tiêu hao khí khởi động được xác định theo công thức:

Qkđ = (4.1a) Trong đó:

Vb - Dung tích bình khí, lít;

Pb1, Pb2 - Áp suất khí trong bình trước và sau khởi động (kG/cm2);

P0 - Áp suất khí quyển (kG/cm2);

m - Số lần khởi động

4.2.2 Đặc điểm khởi động động cơ bằng động cơ điện khởi động

Khi khởi động động cơ bằng động cơ điện, tốc độ quay trục khuỷu nkđ , ở nhiệt

độ động cơ, dầu và không khí xung quanh đã cho, phụ thuộc vào điện áp trên các cực

ắc quy Ub và cường độ dòng điện trong cuộn dây phần ứng của của động cơ điện khởi động Ia

nkđ = (4.1b)

Trong đó:

Ub = Eb0 - - Điện áp trên các cực của ắc quy, khi khởi động sự thay đổi Ub phụ thuộc vào cường độ dòng điện phóng Ia, điện trở trong ắc quy Rb và

số đôi cực p;

Rđcđ - Điện trở của động cơ điện khởi động;

Rdn - Điện trở của dây nối;

nđcđ - Số vòng quay của trục động cơ điện khởi động;

i - Tỷ số truyền;

C - Hằng số của động cơ điện khởi động;

 - Từ thông

Cường độ dòng điện trong phần ứng của động cơ điện khởi động Ia khi khởi động phụ thuộc vào nhiệt độ động cơ và dầu bôi trơn Biến thiên cường độ Ia và số vòng quay n (v/ph) của trục khuỷu phụ thuộc vào thời gian  khi khởi động động cơ bằng động cơ điện, được chỉ ra trên hình 4.4; còn biến thiên điện áp trên các cực ắc quy Ub phụ thuộc vào thời gian khởi động trên hình 4.5 Trên đồ thị hình 4.4 các đường số 1 là khi nhiệt độ t = 100C, còn các đường 2 là khi t = 400C Tương tự, trên

đồ thị hình 4.5 các đường 1, 2, 3 lần lượt là các đường khi nhiệt độ giảm từ cao đến thấp

Các đồ thị chỉ ra rằng, nhiệt độ động cơ càng thấp, cường độ Ia càng lớn, vì vậy lần khởi động thứ nhất động cơ nguội cần phải dùng các ắc quy đấu song song Số ắc quy đấu song song càng lớn thì sụt thế càng nhỏ, thời gian quay động cơ và số lần khởi động càng lớn

 (s) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

I a

1400

1300

1200

1100

1000

900

800

700

600

500

400

300

200

100

Hình 4.4 Sự phụ thuộc của I a và

n kđ vào thời gian khi khởi động

động cơ bằng động cơ điện

1 2

1

2

900

800

700

600

500

400

300

200

100

n

n

I

Ub

(V)

25

20

15

10

5

1 2

3 24V

0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2 1,4 1,6 (s)

Hình 4.5 Sự phụ thuộc của điện

áp vào thời gian khi khởi động động cơ bằng động cơ điện

Trước khi khởi động động cơ, sấy nóng động cơ đến +30 đến +400C, thời gian quay trục khuỷu kđ bằng khí nén và bằng động cơ điện là 0, 6 đến 5 giây, nghĩa là động cơ khởi động được từ những vòng quay đầu tiên Khi nhiệt độ động cơ +80C và dầu +200C, kđ vào khoảng 25 đến 30 giây

Khi khởi động động cơ nguội bằng khí nén, thời gian quay không được quá 35 giây, còn khi khởi động bằng động cơ điện là 30 giây

Nếu trong khoảng thời gian nói trên động cơ không nổ được thì phải ngừng khởi động và nạp đầy khí cho các bình, cho ắc quy “nghỉ”, kiểm tra việc cung cấp nhiên liệu, trạng thái tốt của động cơ và các hệ thống cho khởi động, và khởi động lại

4.3 Các đặc điểm, diễn biến quá trình công tác động cơ khi khởi động

4.3.1 Các đặc điểm của chế độ khởi động động cơ

Chế độ khởi động của động cơ là chế độ làm việc không ổn định Các đặc điểm của chế độ khởi động là:

- Thời gian khởi động ngắn (kđ = 1  35s);

- Trục khuỷu động cơ quay nhờ thiết bị khởi động với số vòng quay nhỏ nkđ

(không lớn hơn 0,2nđm);

- Nhiệt độ vách xi lanh, nắp máy và pit tông thấp Thậm chí khi sấy nóng sơ bộ động cơ đến +400C, nhiệt độ vách buồng cháy vẫn nhỏ hơn khi làm việc 3  6 lần;

- Nhiệt độ dầu và nước ở đầu vào và đầu ra của động cơ thấp hơn ở động cơ làm việc;

- Khi khởi động động cơ không tải, vòng quay trục khuỷu bị thay đổi đột ngột từ

nkđ đến trị số 1,3  1, 5 lần vượt quá vòng quay không tải

Tất cả điều này dẫn đến những thay đổi lớn trong diễn biến các quá trình trong chu trình công tác, trong sự làm việc của thiết bị nhiên liệu, các máy tăng áp, các chế

độ bôi trơn và làm mát động cơ

4.3.2 Diễn biến quá trình công tác khi khởi động động cơ

1 Quá trình nạp

a Đối với động cơ điêden bốn kỳ:

Do vòng quay trục khuỷu thấp nên sự nạp đầy không khí mới cho xi lanh của các động cơ bốn kỳ tăng áp xảy ra cũng giống như ở các động cơ không tăng áp, chỉ

do hành trình hút của pít tông

b Đối với động cơ hai kỳ:

Quá trình quét và nạp đầy khi khởi động động cơ hai kỳ tiến hành với áp suất Pk

hơi lớn hơn áp suất khí quyển, nhưng nhỏ hơn khi động cơ làm việc ở số vòng quay

ổn định cực tiểu

Khi nâng cao cản áp trên đường thải và độ giảm áp trên đường nạp, quá trình nạp và thải sạch các xi lanh bị xấu đi và do đó khó khởi động

2 Quá trình nén

Để đảm bảo khởi động tin cậy động cơ, cuối hành trình nén trong xi lanh cần phải tạo được áp suất PC và nhiệt độ TC đủ để tạo hỗn hợp, tự cháy và cháy mạnh hỗn hợp công tác

Áp suất PC = Pa.n1 và nhiệt độ TC = Ta n1-1 phụ thuộc vào các thông số ban đầu của quá trình nén pít tông và nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta, tỷ số nén  và chỉ số nén

đa biến trung bình n1

Do số vòng quay trục khuỷu ở chế độ khởi động

nhỏ nên làm xấu quá trình nén, cụ thể:

- Lọt nhiều khí nạp từ xy lanh qua các van nạp

đầu quá trình nén; Qua các khe hở giữa các xéc măng,

giữa pit tông và sơ mi xy lanh trong toàn bộ hành

trình nén Góc đóng muộn của các van nạp càng lớn

và số vòng quay trục khuỷu càng nhỏ thì các tổn thất

không khí nạp càng lớn, áp suất PC và nhiệt độ TC cuối

quá trình nén càng thấp

- Các tổn thất nhiệt lớn từ khí nạp bị nén truyền

vào vách xy lanh Các tổn thất này càng lớn khi nhiệt

độ vách xy lanh càng thấp, thời gian trao đổi nhiệt

càng lớn, nghĩa là tốc độ trung bình của pit tông càng

nhỏ: (Cm = ), đồng thời, tương quan bề

Tc(K)

1

2

Tc

Pc

1 2

1 2



700

600

500

400

n1

1,3

5 1,3

0 1,2

5

30

20

10

30

20

Pc

GB(%

)

0 0,5 1 1,5 2 2,5

Hình 4.6 Sự phụ thuộc của các thông số ở quá trình nén vào C m (đối với động cơ M -50)

Cm

(m/s)

n1

mặt làm mát xy lanh Flm với thể tích công tác của xi

lanh Vh càng lớn

Sự phụ thuộc của PC , TC và n1 vào tốc độ trung bình pit tông khi quay động cơ

M -50 được chỉ ra trên hình 4.6 Khi tăng tiếp tục tốc độ trung bình của pit tông, áp suất PC và nhiệt độ TC cuối quá trình nén tăng chậm còn công suất của cơ cấu khởi động tăng nhanh

3 Quá trình tạo hỗn hợp và cháy

Khởi động động cơ nguội được tiến hành khi điều khiển cung cấp nhiên liệu bằng tay Khi đó, lượng nhiên liệu cấp cho chu trình gần bằng định mức (khoảng 50  60%) Khởi động động cơ đã được sấy nóng sơ bộ có thể được tiến hành với vị trí tự động khởi động ở bàn điều khiển và cung cấp nhiên liệu cho chu trình khoảng 30  40% định mức

Khi khởi động, vòng quay của trục khuỷu thấp, sự lọt nhiên liệu qua các khe hở của cặp pit tông - xy lanh bơm cao áp tăng lên, áp suất phun bị giảm và tăng độ không đồng đều cung cấp nhiên liệu cho các xy lanh động cơ tới 70% và lớn hơn Điều đó dẫn đến làm xấu chất lượng phun nhiên liệu và tạo hỗn hợp, thời gian giữ chậm sự tự cháy tăng lên, đặc biệt khi khởi động động cơ ở trạng thái nguội, sự tự bốc cháy và sự cháy nhiên liệu bị xấu đi Sự cháy không hoàn toàn của nhiên liệu tăng lên gây ra tạo cáu than và keo cốc mạnh trên các chi tiết và làm bẩn dầu, xuất hiện hiện tượng bỏ lửa, trục khuỷu quay không đều, còn áp suất cháy cực đại trong các xi lanh riêng biệt tăng lên tới 1, 5 lần vượt quá PZ ở chế độ định mức

Tất cả những điều trên dẫn đến phá hỏng chế độ bôi trơn và làm mát, làm quá tải lớn các chi tiết riêng biệt và tăng mài mòn các xi lanh, pít tông, xéc măng và các ổ, đặc biệt khi khởi động động cơ nguội Sự mài mòn xi lanh sau một lần khởi động động cơ nguội gần bằng độ mòn sau 7 đến 10 giờ làm việc của động cơ ở chế độ định mức

4.4 Các yếu tố xác định các tính chất khởi động của động cơ

Bình thường thì các động cơ tàu thuỷ cần được khởi động tin cậy từ trạng thái nguội, nghĩa là khi nhiệt độ nước, dầu và nhiên liệu trong động cơ bằng nhiệt độ môi trường xung quanh, nhưng không thấp hơn +80C

Các tính chất khởi động của động cơ tàu quân sự đặc trưng cho sự chuẩn bị nó vào hoạt động và được đánh giá bằng:

- Thời gian chuẩn bị động cơ và các hệ thống vào khởi động;

- Độ tin cậy khởi động ở các nhiệt độ và các điều kiện kỹ thuật đã nêu trong thuyết minh động cơ;

- Thời gian của chế độ khởi động;

- Tiêu hao năng lượng cho một lần khởi động động cơ

4.4.1 ảnh hưởng của nhiệt độ động cơ, nước, dầu và không khí nạp

Thời gian để chuẩn bị động cơ vào khởi động phụ thuộc vào kết cấu động cơ và các hệ thống của nó, vào nhiệt độ bản thân động cơ, nước và dầu trước lúc khởi động, vào nhiệt độ môi trường xung quanh

Khi nhiệt độ dầu và nhiệt độ động cơ ở +200C và lớn hơn, thì thời gian chuẩn bị động cơ vào khởi động được hạn chế bằng thời gian sục dầu cho nó, thời gian khởi động trực tiếp không quá 15 - 20 giây

Khi giảm nhiệt độ thì thời gian mất cho việc sấy nóng động cơ, nước và dầu trước khởi động, sục dầu cho động cơ cũng như lượng tiêu hao khí cho khởi động tăng lên, thời gian khởi động trực tiếp đạt 30 - 35 giây

Chuẩn bị cho động cơ khởi động được xác định bằng thời gian sấy nóng dầu

- Khi chuẩn bị thông thường, dầu được sấy nóng đến +400C Thời gian tiêu tốn cho sấy nóng dầu đến +400C phụ thuộc vào nhiệt độ ban đầu của dầu, dung tích thùng dầu tuần hoàn, bề mặt và công suất bộ sấy dầu, tốc độ hoàn dầu, kết cấu động cơ Thời gian sấy nóng dầu từ +50C  400C vào khoảng 20 đến 60 phút

- Khi chuẩn bị khẩn cấp, việc khởi động động cơ nguội chỉ được phép khi sấy nóng dầu đến +200C, bởi vì nhiệt độ dầu giảm thì độ nhớt của nó tăng

Tăng độ nhớt dầu làm dầu khó chuyển động

vào các khe hở giữa các bề mặt làm việc và gây ra

sự tăng đột ngột áp suất trong các ống đẩy và ống

hút, điều này có thể dẫn đến hỏng các ống dẫn, các

bầu lọc và két làm mát

Khi giảm nhiệt độ động cơ, điều kiện khởi

động của nó bị xấu đi Áp suất và nhiệt độ cuối quá

i(s)

2

i

Pkủ (kG/cm2)

3 1

0,02

5 0,02

0 0,01

5 0,01

0 0,00

5

0

500

400

300

200

100

0

10

0

Mkủ (kGm)

Mkủ

Pkủ

3

trình nén bị giảm, thời gian giữ chậm sự tự cháy

tăng lên, điều kiện tự cháy và sự cháy nhiên liệu bị

xấu đi, sức cản quay trục khuỷu tăng lên, thời gian

khởi động và tiêu hao khí khởi động tăng lên

Việc sấy nóng động cơ, nước và dầu trước khởi

động làm tốt hơn các tính chất khởi động của nó Sự

phụ thuộc của thời gian khởi động động cơ vào nhiệt

độ như trên hình 4.3 Sự phụ thuộc của độ nhớt dầu

, mô men cản quay trục MC và thời gian giữ

chậm sự tự cháy của nhiên liệu i vào nhiệt độ được chỉ ra trên hình 4.7

Theo các kết quả thí nghiệm, khi giảm nhiệt độ không khí trên đường nạp vào động cơ 100C với cùng vận tốc quay trục, sẽ gây giảm nhiệt độ bắt đầu nén khoảng 7,5  8,50C, còn nhiệt độ cuối kỳ nén giảm khoảng 90C, điều đó làm xấu chất lượng khởi động

4.4.2 ảnh hưởng của các kích thước xi lanh, hình dạng buồng cháy và tỷ số nén

Để đảm bảo khởi động tin cậy các động cơ tàu thuỷ khi nhiệt độ cao hơn +200C, tốc độ trung bình pit tông cần đạt Cm  0,5 - 0,8 m/s, còn khi nhiệt độ từ +20 - 800C thì Cm  0,8 - 1,8 m/s Khi biết tốc độ trung bình pittông, dễ dàng xác định số vòng quay cực tiểu quay trục các động cơ với các kích thước khác nhau của xi lanh:

nkđmin = (v/ph)

S - Hành trình pittông (m);

Cm- Tốc độ trung bình của pittông (m/s)

Sự phụ thuộc của nkđmin vào hành trình S của pít tông

được giới thiệu trên hình 4.8 Đường kính xy lanh càng lớn,

cần thiết phải quay trục khuỷu khi khởi động động cơ với số

vòng quay càng nhỏ Điều này được giải thích là khi tăng

đường kính xy lanh thì giảm được bề mặt toả nhiệt tương

đối f :

1

3 2

600

500

400

300

200

100

nkủmin (v/ph)

1 2 3 4 5

S (dm)

Hình 4.8 Sự phụ của

n kđmin vào S