Đồ án tốt nghiệp cơ khí đóng tàu nghiên cứu ma sát và mài mòn của xi lanh động cơ ở các chế độ chuyển tiếp

Trong quá trình khai thác, động cơ luôn thay đổi chế độ làm việc trong đó cóchế độ chuyển tiếp, mức độ thay đổi các thông số công tác phụ thuộc vào trạng thái kỹ thuật của động cơ và các

Mở đầu

1 Tính thời sự của đề tài.

Hiện nay ma sát và mài mòn của máy móc, thiết bị là một trong những vấn đềcần phải được quan tâm đúng mức vì chi phí cho việc sửa chữa máy móc do mòn làrất lớn và tăng lên hàng năm

Trong quá trình khai thác, động cơ luôn thay đổi chế độ làm việc trong đó cóchế độ chuyển tiếp, mức độ thay đổi các thông số công tác phụ thuộc vào trạng thái

kỹ thuật của động cơ và các chế độ phụ tải của nó Chế độ không ổn định phổ biếncủa động cơ là chế độ chuyển tiếp Khi động cơ làm việc ở chế độ này thì các thông

số công tác của động cơ thay đổi theo chiều hướng xấu đi, vì thế làm giảm các chỉtiêu kinh tế, độc tố khí xả (hàm lượng khí NOx trong khí xả) tăng lên làm ảnhhưởng xấu đến môi trường Đặc biệt, còn làm giảm độ tin cậy và tuổi thọ của cácchi tiết của động cơ - hay nó ảnh hưởng lớn đến quá trình ma sát và mài mòn củacác chi tiết của động cơ

Vì vậy, việc nghiên cứu, phân tích chế độ chuyển tiếp của các động cơ nóichung và cho một động cơ cụ thể nói riêng sẽ giúp ta có cái nhìn sâu hơn, kĩ hơn vàhiểu được bản chất của các quá trình phức tạp này, đồng thời ta thấy được ảnhhưởng sâu sắc của các quá trình này tới ma sát và mài mòn của các chi tiết củađộng cơ Do đó việc nghiên cứu để đưa ra các biện pháp điều chỉnh hợp lý là rấtcần thiết để phục vụ tốt hơn cho việc khai thác động cơ và sửa chữa động cơ dieseltàu thuỷ ở các đơn vị sản xuất và dịch vụ kỹ thuật hiện nay

2 Mục đích của đề tài.

Trên cơ sở lý thuyết về ma sát và mài mòn của các chi tiết nói chung và của xilanh động cơ diesel tàu thuỷ nói riêng và các chế độ chuyển tiếp của động cơ, đề tàitính sự thay đổi các thông số công tác của động cơ khi làm việc ở chế độ chuyển

tiếp, trên cơ sở đó ta xác định được lượng mòn, cường độ mòn của xi lanh động cơdiesel tàu thuỷ.

3 Nội dung chính của đề tài.

Trong phạm vi đề tài, ngoài phần mở đầu, tài liệu tham khảo, luận văn đượckết cấu làm 3 chương :

_ Chương I : Nghiên cứu ma sát và mài mòn của xi lanh động cơ ở các chế độchuyển tiếp

_ Chương II : Lựa chọn công thức tính và chương trình tính ( tính cho động cơ6ЧHCP 18/22 ).ЧHCP 18/22 ).HCP 18/22 )

_ Chương III : Kết luận chung và kiến nghị

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài.

Luận văn sử dụng phương phương pháp nghiên cứu lý thuyết và mô phỏngthực nghiệm để giải quyết các vấn đề đặt ra trong đề tài

+ Dựa trên lý thuyết về các quá trình chuyển tiếp của động cơ để đưa raphương pháp tính các thông số công tác của động cơ ở các chế độ chuyển tiếp

+ Dựa trên lý thuyết về ma sát và mài mòn để tính lượng mòn, cường độmòn của xi lanh động cơ ở chế độ chuyển tiếp

+ Nghiên cứu mô phỏng và tính toán cho động cơ 6ЧHCP 18/22 ).ЧHCP 18/22 ).HCP 18/22, từ đóxây dựng các đồ thị

5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài.

Đề tài này chỉ nghiên cứu về ma sát và mài mòn của xi lanh động cơ ở các chế

độ chuyển tiếp

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.

Về mặt lý thuyết, đề tài đã hoàn thiện phần tính toán :

+ Các thông số của động cơ ở chế độ chuyển tiếp

+ Tính toán lượng mòn của xi lanh động cơ ở chế độ chuyển tiếp

Về mặt thực tiễn, dựa trên những phân tích và kết quả tính toán cho các động

Chương I NGHIÊN CỨU MA SÁT VÀ MÀI MÒN CỦA XI LANH ĐỘNG CƠ Ở CÁC

_ Ma sát vi mô : là ma sát được kể đến bản chất vật liệu, tính chuyển độngcủa các phân tử, tính liên kết hóa học và nhiệt động học dẫn đến sự mất mát nănglượng cơ học

1.1.2 Phân loại ma sát.

Ma sát được phân loại duới các dạng khác nhau, chủ yếu được chia ra theođối tượng tiếp xúc (ma sát nội, ngoại, vi mô, vĩ mô), theo quá trình (chuyển động,dừng, khởi động, va đập…), theo dạng chuyển động (trượt, lăn, xoay…), và theotrạng thái chất bôi trơn (rắn, lỏng, khí, plasma…) Một số loại ma sát cơ bản :

_ Ma sát trượt : là ma sát xảy ra giữa hai bề mặt tiếp xúc, khi chuyển độngtrượt tương đối mà vận tốc tại điểm tiếp xúc khác nhau về giá trị và cùng phương.Người ta phân chia thành bốn dạng ma sát trượt :

+ Ma sát khô : xảy ra giữa các bề mặt hoàn toàn sạch, giữa các bề mặthoàn toàn không có môi chất gì Hiện tượng ma sát khô chỉ xảy ra trong điều kiệnthí nghiệm vai trong thực tế ngay cả những bề mặt sạch nhất cũng chứa các lớp khímỏng, độ ẩm và mỡ được thấm hút từ trong không khí

+ Ma sát nửa ướt : xảy ra khi tồn tại lớp màng trung gian được thấm hút

từ bên ngoài Mặc dù chiều dày của những lớp đó là rất nhỏ, khoảng một vài A0

Dù sao lớp màng cũng hạn chế khả năng bám dính của các phân tử và tiếp xúc củacác bề mặt

+ Ma sát giới hạn : xảy ra khi có lớp màng bôi trơn nào đó được tạo ra, ví

dụ như dầu bôi trơn có độ dày 0  , 1 0 , 5μm Trong màng dầu bôi trơn xuất hiện tínhm Trong màng dầu bôi trơn xuất hiện tínhchất cơ bản của vật liệu bôi trơn, đó là tính chất bôi trơn

+ Ma sát ướt : xảy ra khi độ dày của màng dầu bôi trơn tăng lên sẽ làmgiảm mức độ ảnh hưởng của bề mặt ma sát đối với phân tử dầu bôi trơn và nhữngmàng dầu bôi trơn nằm ở khoảng cách ví dụ là 0,5 μm Trong màng dầu bôi trơn xuất hiện tínhm có khả năng chuyển động tự

do tương đối với nhau Ma sát trong các điều kiện có lớp bôi trơn liên tục được gọi

là ma sát ướt

_ Ma sát lăn : là ma sát xảy ra giữa hai bề mặt có chuyển động lăn tương đối,

mà vận tốc tại điểm tiếp xúc cùng giá trị, cùng phương

_ Ma sát xoay : là ma sát xảy ra giữa hai bề mặt tiếp xúc do chuyển độngxoay tương đối giữa hai vật thể.

_ Ma sát hỗn hợp : là ma sát bao gồm tổ hợp từ các loại ma sát riêng biệttrên

1.2 Các dạng mài mòn.

1.2.1 Khái niệm cơ bản.

Mòn là quá trình thay đổi hình dáng, khối lượng, kích thước của bề mặt vậtthể, làm mất mát hoặc thay đổi vị trí tương đối trên bề mặt do biến dạng, mất liênkết, bong tách, chảy dẻo, ion hóa tạo ra vùng vật liệu mới

Mòn còn là quá trình thay đổi căn bản vật liệu trên bề mặt tiếp xúc do hiệntượng khuếch tán, hấp phụ ,hợp kim hóa, ăn mòn, xâm thực

_ Cặp ma sát là tập hợp 2 bề mặt lắp ghép có chuyển động tương đối của cácchi tiết trong điều kiện sử dụng hay thử nghiệm

_ Kết cấu ma sát là kết cấu có máy có chứa các cặp ma sát

_ Cường độ mài mòn là tỉ số giữa độ mòn chi tiết với quãng đường ma sáthay khối lượng công việc đã hoàn thành

_ Tốc độ mài mòn là tỉ số giữa độ mòn chi tiết với thời gian xảy ra sự màimòn

_ Độ mòn giới hạn của chi tiết là độ mòn mà nếu sử dụng tiếp sẽ hư hỏng,không kinh tế hoặc không cho phép vì giảm độ tin cậy của cơ cấu

1.2.2 Cơ chế mòn của các bề mặt kim loại.

Trong quá trình mài mòn,các bề mặt lắp ghép sẽ trượt tương đối với nhau,dẫn đến sự cắt và bẻ gãy những chỗ nhấp nhô và tạo thành những nhấp nhô mới.Quá trình cứ tiếp diễn với sự làm nhẵn các bề mặt ma sát.Vì vậy, từ năm 1920,người ta đã quan niệm sự mài mòn như là sự kết hợp đồng thời của hai quá trìnhmài mòn và nén ép các độ nhấp nhô bề mặt

Tuy nhiên, nếu quá trình nhấn mạnh về sự móc nối của độ nhấp bề mặt, sẽkhông hiểu đầy đủ về cơ chế của sự mài mòn.

Những thành tựu của nghiên cứu khoa học liên ngành cho phép ta phân tíchquá trình mài mòn thành 3 hiện tượng : Sự tương tác của các bề mặt ma sát, sự thayđổi xảy ra trong các lớp bề mặt kim loại và sự phá hủy các bề mặt ma sát Ba hiệntượng không ngừng xáo trộn và ảnh hưởng lẫn nhau

Tương tác của các bề mặt có thể là cơ học hoặc phân tử Tương tác phân tửbiểu hiện bằng sự bám dính và xâm thực Tương tác cơ học biểu hiện bằng sự xâmnhập và móc nối của các phần tử nhấp nhô

Cần chú ý rằng độ giòn và độ dẻo của vật rắn phụ thuộc vào trạng thái chịulực và trong lớp hoạt động có thể xảy ra mọi biến đổi hóa lý gắn liền với quá trình

ma sát

a Sự thay đổi xảy ra trong lớp bề mặt kim loại.

Sự thay đổi trên các bề mặt ma sát là do sự biến dạng, sự tăng lên của nhiệt

độ và tác động hóa học của môi trường xung quanh Trong đó :

_ Sự thay đổi xảy ra do biến dạng diễn ra như sau :

+ Những biến dạng đàn hồi nhiều lần do sự không hoàn thiện của cấu trúc,trong những điều kiện xác định, có thể dẫn đến tróc mỏi các bề mặt lăn, còn sự biếndạng đàn hồi nhiều lần những nhấp nhô vi mô của bề mặt trượt làm rời rạc cấu trúc

+ Biến dạng dẻo thay đổi cấu trúc của vật liệu lớp bề mặt và là sự tổng hợpcủa 4 quá trình quan trọng nhất là : Sự trượt theo các mặt phẳng tinh thể; sự songtinh thể; sự lệch các nguyên tử ra khỏi vị trí ban đầu trong mạng cùng với chuyểnđộng nhiệt của chúng và sự phá hủy cấu trúc

+ Biến dạng dẻo ở nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ tái kết tinh dẫn đến biến cứng

và làm bền lớp bề mặt Nhưng độ cứng vĩ mô ngay trên bề mặt cấu trúc giảmxuống, đạt cực đại ở độ sâu nào đó rồi giảm đến giá trị ban đầu

+ Do độ cứng của các thành phần cấu trúc khác nhau và sự tác động nhiềulần của tải trọng, lúc đầu xảy ra sự mài mòn mạnh ở nền mềm Dưới tác dụng củalực ma sát, một số bị phá vỡ và bị dịch chuyển Do đó, có sự làm giàu các thànhphần cấu trúc cứng trên bề mặt.

_ Sự thay đổi xảy ra do sự tăng lên của nhiệt độ :

+ Nếu nhiệt độ của các lớp bề mặt cao hơn nhiệt độ tái kết tinh kim loại, lớp

bề mặt sẽ không bị biến cứng mà hóa mềm ( xảy ra do sự làm phẳng nhẵn bề mặt,

sự chảy của toàn bộ kim loại hay chỉ một thành phần của hợp kim )

+ Nhiệt độ cao và biến dạng dẻo tạo thuận lợi cho quá trình khuyếch tán.+ Khi có sự tăng nhiệt độ cục bộ và làm lạnh nhanh bề mặt bằng khối kimloại vây quanh, có thể tạo ra cấu trúc như khi tôi

+ Sự biến dạng dẻo, sự tăng cao của građien nhiệt độ và sự biến đổi vỏ cấutrúc có thể xảy ra đồng thời hay riêng biệt và gây ra ứng suất trong vật liệu Ứngsuất này có thể làm rã cấu trúc

+ Khi nghiên cứu vi mô sự tiếp xúc các chi tiết trong điều kiện tải trọng vànhiệt độ cao, đã xác định khả năng tạo ra các macmaphatma

Sự tương tác của các tiếp xúc vi mô xảy ra trong thời gian rất ngắn, vàokhoảng ( 10  7 10  8 )

 giây với một năng lượng lớn Các định luật của nhiệt động cổđiển không áp dụng được Vật liệu lớp bề mặt mỏng, biến đổi trong vùng va đậptạo thành các macmaphatma Quá trình đó có kèm theo sự phát ra điện tử

_ Sự thay đổi xảy ra do tác dụng hóa học của môi trường xung quanh :

+ Môi trường không khí tạo lên trên bề mặt kim loại được làm sạch trongquá trình mài mòn các màng ôxít Màng ôxít bảo vệ bề mặt khỏi bị xâm thực và làyếu tố quan trọng không chỉ trong ma sát không bôi trơn hoặc bôi trơn giới hạn, mà

cả trong ma sát nửa ướt Màng ôxít góp phần làm giảm cường độ mòn cho bề mặt

ma sát rất nhiều

+ Khi tác dụng với các chất hoạt động pha trong dầu, các bề mặt kim loạiđược phủ những lớp màng hợp chất hóa học có vai trò tương tự như màng ôxít Cácmàng này bảo vệ có hiệu quả bề mặt khỏi bị mòn, nếu tốc độ tạo thành chúng lớnhơn tốc độ mài mòn.

+ Có khả năng bền hóa bề mặt bằng cacbon khi xảy ra sự phân hủy chất bôitrơn ở nhiệt độ cao

+ Các chất lỏng và khí hoạt động sẽ làm tăng độ mài mòn

b Sự phá hủy các bề mặt ma sát.

Các dạng cơ bản của hiện tượng này xảy ra như sau :

_ Sự cắt vi mô : Những phần tử của hạt mài hay sản phẩm của sự mòn, khi xâmnhập vào một độ sâu nhất định sẽ gây lên cắt vi mô Thường thì chiều sâu xâmnhập không đủ để cắt nên sự cắt vi mô ít xảy ra

_ Sự tạo thành vết xước : Khi trượt, phần tử xâm nhập bị ép sẽ đẩy vật liệu vềphía trước, sang hai bên và ép xuống phía dưới tạo thành vết xước Vết xước mất đikhi phần tử xâm nhập vào thoát khỏi vùng tiếp xúc thực tế bị đập vỡ hoặc bị đẩy rakhỏi giới hạn vùng ma sát Các vết xước xuất hiện trên bề mặt ma sát gần như songsong với quãng đường trượt

_ Sự bong tách : Trong sự chảy dẻo, vật liệu có thể bị đẩy về một phía của bề mặt

ma sát, tràn lên các màng ôxít và mất mối liên hệ với kim loại gối nên dễ bị tách rakhi không còn khả năng chảy Trong tiếp xúc điểm hoặc đường, nếu ứng suất theochiều sâu của lớp lớn hơn độ bền mỏi của vật liệu, sẽ xuất hiện các vết nứt dẫn đến

sự bong tách vật liệu dưới dạng vẩy

_ Sự tróc : Đó là dạng hư hỏng phổ biến của bề mặt chi tiết khi có ma sát lăn Cácphần tử bị tróc ra có thể là các thành phần cấu trúc cứng của hợp kim sau khi mònhết phần nền mềm; các phần tử của lớp trắng, các hạt nhỏ của gang xám; các phần

tử của lớp kim loại chống ma sát khi bị mỏi…Nguyên nhân của sự tróc là do sự tạo

thành ứng suất dư và ứng suất nhiệt Vì vậy sự phát triển của vết nứt là do 2 loạiứng suất trên, là dấu hiệu của phế liệu.

_ Sự bứt sâu : Xuất hiện trong chuyển động tương đối của các vật thể khi mà mốiliên kết tạo thành các phần tử bền vững hơn một hoặc cả hai vật liệu Sự phá hủyxảy ra trong chiều sâu của một trong các vật liệu Sự phá hủy các bề mặt khi màimòn có thể xảy ra ở qui mô á tế vi, khi mà cùng với chất bôi trơn hay không khí có

cả các mảnh của mạng tinh thể bị cuốn đi Sản phẩm của sự mòn có thể nhỏ như hạtbụi hoặc lớn đến vài mm sẽ bị đập ra, dính kết với nhau hay bám dính vào các bềmặt lắp ghép và tham gia vào quá trình mài mòn như môi trường không gian giữacác bề mặt ma sát

Tóm lại, sự mài mòn là sự thay đổi dần dần các kích thước của chi tiết ( haymẫu thử ) xẩy ra khi có ma sát Mài mòn được đánh giá trực tiếp bằng độ thay đổicác kích thước hay bằng các dấu hiệu gián tiếp Ngoài sự thay đổi các kích thướccủa chi tiết mẫu thử còn xẩy ra những thay đổi nhất định về cấu trúc và tính chấtcủa các bề mặt của chúng Khi hao mòn đã ổn định, quá trình thay đổi này sẽ nhỏnhất và tập trung trong những bề mặt vô cùng mỏng

1.3 Các giai đoạn mài mòn của cặp ma sát.

Nếu coi : Trục hoành là thời gian làm việc ( τ ) của cặp ma sát

Trục tung là độ mòn ( u )

Ta sẽ được đường cong của sự mài mòn chi tiết theo thời gian Tang của góc

α giữa tiếp tuyến đường cong tại một điểm bất kì với trục hoành sẽ xác định tốc độmòn tại thời điểm này

I : Sự mài mòn ban đầu khi chạy rà bề mặt chi tiết.

II : Sự mài mòn ổn định khi sử dụng bình thường

III : Quá trình tăng vọt của tốc độ mòn tương ứng với giai đoạn mònkhốc liệt

Sau khi lắp ráp, chi tíêt tiếp xúc nhau theo các phần nhô lên của độ nhấp nhô

bề mặt Trong giai đoạn đầu, diện tích tiếp xúc thực tế nhỏ, khi tăng tải sẽ có ápsuất lớn và biến dạng dẻo lớn Một phần độ nhấp nhô bề mặt bị nén ép, một phần bịphá hủy ở phần nhô lên và cả phần lõm xuống Sự hao mòn độ nhấp nhô vi mô, sựlàm phẳng độ nhấp nhô vĩ mô và độ sóng sẽ làm tăng diện tích tiếp xúc, cường độmài mòn giảm đi Đồng thời, sự cầy xới bề mặt bởi các phần tử xâm nhập, tạo ra độnhấp nhô mới dọc theo hướng chuyển động Trong điều kiện làm việc không đổitheo một thời gian xác định, sẽ tạo thành độ nhám ổn định của các bề mặt ma sát

Bề mặt thô nhẵn hơn, bề mặt nhẵn sẽ thô hơn Cuối quá trình chạy rà, mỗi mặt lắpghép sẽ có độ nhám đặc trưng, điều kiện ma sát nhất định và độ cứng vi mô của bềmặt ma sát sẽ ổn định, không phụ thuộc vào trạng thái ban đầu trong thời gian chạy

rà, xảy ra sự hình thành lại và thay đổi tính chất hóa lí bề mặt

Quá trình mài mòn ổn định biểu hiện bằng sự biến dạng, phá hủy, tái tạokhông ngừng và ổn định trên các khu vực riêng của lớp bề mặt Độ mòn các chi tiết

có thể thay đổi đáng kể tính chất lắp ghép Sự tăng khe hở ở các bộ phận làm điềukiện ma sát ướt xấu hơn và làm tăng yếu tố động lực Sự mòn bề mặt thấm cacbon( hoặc bề mặt tôi ) làm giảm độ bền mòn Sự thay đổi hình học vĩ mô của bề mặt( sự tạo thành độ côn của xilanh; độ mòn không đều của bánh răng …) cũng lànguyên nhân làm điều kiện ma sát xấu hơn Nếu làm việc tiếp tục, cường độ màimòn sẽ tăng và hỏng máy

Đường cong mài mòn thực tế không thể là đường đều đặn Chỉ sau khi sự thayđổi đạt tới một giới hạn nhất định, sự phá hủy mới bao trùm phần lớn bề mặt Nếutốc độ mài mòn ổn định, quá trình này sẽ lặp lại theo chu kì Do đó, đường congmài mòn phải là tập hợp liên tục các đoạn cong với tung độ không giảm

1.4 Sự phân bố mòn giữa các chi tiết.

Khi nghiên cứu cơ chế mài mòn, không thể bỏ qua những đặc điểm của sựphân bố mòn giữa các bề mặt trong cặp ma sát, ở cùng một điều kiện, độ mòn củanhững chi tiết có vật liệu như nhau sẽ bằng nhau Nếu vật liệu khác nhau, độ mòntheo khối lượng và kích thước cũng khác nhau Cường độ mòn của các chi tiết đượcxác định bằng độ mòn Trong một chi tiết có thể xảy ra dạng mòn này nhiều hơn ởdạng khác, chi tiết này mòn nhiều hơn chi tiết khác Đã có một số thử nghiệm đểgiải thích ảnh hưởng của diện tích bề mặt đến độ mòn khối lượng

Giả thuyết đầu tiên của V.X.Ratrich và A.X.Ratrich là sự thay đổi dấu của ứngsuất sẽ làm tăng độ mòn của chi tiết quay Giả thuyết thứ hai là của viện sĩ V.Đ.Cuđơnhenxôp là xuất hiện lẹo kim loại có độ cứng cao sẽ cào và làm mòn bề mặt

có diện tích lớn Giả thuyết thứ ba lại cho rằng sự phá hủy xảy ra ở những chỗ yếubiệt lập có ở vật liệu chi tiết, bề mặt lớn có nhiều chỗ yếu hơn sẽ mài mòn nhanhhơn Nguyên nhân chủ yếu của độ mòn lớn hơn về khối lượng của ống lót xi lanh

so với xécmăng đã được A.A.Xtarôxenxki và A.A.Vaxecman giải thích là do quãngđường của các mòn ở ống lót xilanh lớn hơn quãng đường ở xéc măng vài lần.Điều kiện ma sát có ảnh hưởng quyết định đến tỉ số độ mòn của các bề mặt masát Vì vậy, tỉ số này là một trong những tiêu chuẩn của sự mô hình hóa các quátrình xảy ra trên bề mặt ma sát Các thí nghiệm của V.Vinkenx chỉ rõ : Khi mòn hạtmài, xilanh mòn nhiều nhất ở phần giữa, khi mòn ôxy hóa lại ở phần trên

Khi nghiên cứu sự mài mòn của các chi tiết có các bề mặt ma sát không bằngnhau, B.V.Prôtaxôp đã đi đến kết luận rằng sự phân bố nhiệt giữa các chi tiết có vaitrò quyết định Theo ông, vật mòn nhanh hơn là vật quay nhanh hơn nên cần đượclàm nguội nhiều hơn

Những giả thuyết nêu trên về sự phân bố độ mòn không đều giữa các chi tiết

có bề mặt ma sát khác nhau đều dựa trên số liệu thí nghiệm nên không thể giảithích nguyên nhân của sự khác nhau về tốc độ mài mòn của các chi tiết chỉ bằngmột yếu tố trong các yếu tố nêu trên

1.5 Phân loại dạng mòn - ảnh hưởng của điều kiện ma sát đến độ mòn.

Sự tạo thành các bề mặt mài mòn là kết quả tổng hợp của nhiều tác dụng cơbản, khác nhau về cường độ và dạng của các thay đổi về tính chất cơ lí hóa của vậtliệu dưới tác dụng của các yếu tố bên ngoài ( môi trường, nhiệt độ, áp suất, dạng

ma sát, tốc độ dịch chuyển tương đối…)

Trong quá trình ma sát là tập hợp các hiện tượng này sẽ xác định dạng vàcường độ mài mòn Vì sự đa dạng của vật liệu của các chi tiết trong cặp ma sát vàđiều kiện làm việc nên sự mài mòn cũng rất đa dạng Trong mỗi trường hợp riêng,nếu bỏ qua những ảnh hưởng không đáng kể, ta vẫn có thể phân dạng các loại mài

mòn Điều này rất cần thiết để nghiên cứu các phương pháp thích hợp nhằm làmgiảm sự mài mòn.

Nguyên lí do B.I.Côxtetxki đưa ra về dạng chủ yếu và dạng kèm theo của sựmài mòn có ý nghĩa quyết định trong sự phân loại Theo nguyên lí đó, dạng chủ yếu

sẽ là quá trình áp đảo ( biểu hiện cả về lượng và chất ) trong tổng thể các quá trìnhkèm theo khác Dạng mài mòn có thể xác định gần đúng bằng các dấu hiệu bênngoài như dạng bề mặt ma sát Để có nhận định đầy đủ, cần có sự phân tích thànhphần và tính chất cơ lí của lớp bề mặt mỏng

Khi sử dụng có thể gặp các dạng hư hỏng ma sát Những dạng này và một sốdạng khác không phụ thuộc về độ mòn theo nghĩa thông thường Nhưng sẽ có lợi,nếu trong thực tế ta xem xét những dạng hư hỏng này cùng với sự mòn Từ quanđiểm này, sự phá hủy bề mặt chi tiết có liên quan đến quá trình ma sát được phânloại theo các dạng sau :

_ Hao mòn ôxy hóa : Là quá trình phá hoại dần dần bề mặt của chi tiết ( haymẫu thử ) trong khi ma sát, do tương tác giữa các lớp kim loại bề mặt hoạt tính bịbiến dạng dẻo với ôxy của không khí hay dầu bôi trơn bị hấp thụ trên bề mặt gâyra.Hao mòn ôxy hóa thể hiện ở sự hình thành các lớp màng hấp thụ hóa học, màngcủa các dung dịch rắn, của các lớp hợp chất giữa kim loại và ôxy, sự bong tách cáclớp màng ấy gây ra khỏi bề mặt ma sát Sự hao mòn ôxy hóa là quá trình ổn địnhtĩnh tại của sự cân bằng động giữa phá hoại và hồi phục các lớp màng ôxit và đặctrưng cho điều kiện sử dụng bình thường của các bộ phận ma sát

_ Mài mòn và hư hỏng do mài mòn : Là quá trình phá hoại bề mặt chi tiết khi

có môi trường mài mòn trong vùng ma sát Dạng này thuộc về những quá trình hưhỏng không cho phép xảy ra khi có ma sát

_ Tróc rỗ : Là quá trình hư hỏng không cho phép của các bề mặt ma sát dokết quả của sự hình thành mối liên kết kim loại cục bộ, sự biến dạng và sự phá hủycác liên kết ấy kèm theo việc bong tách các hạt kim loại hay bám dính các hạt ấy

lên bề mặt tiếp xúc Tróc xuất hiện khi ma sát trượt với tốc độ dịch chuyển tươngđối nhỏ và áp suất vượt quá giới hạn chảy trên những đoạn tiếp xúc thực khi không

có dầu bôi trơn và lớp màng ôxit bảo vệ ngăn cách Trong chân không ( bắt đầu từ

độ chân không 10-7 mmHg ) dạng hư hỏng này có thể xuất hiện ngay cả trongtrường hợp ma sát lăn

_ Tróc nhiệt : Sự xuất hiện các liên kết kim loại trong quá trình tróc nhiệt là do

sự nung nóng, làm mềm, biến dạng và tiếp xúc của các bề mặt cần thiết tạo lên.Tróc nhiệt phụ thuộc vào tính chất nhiệt lí của vật liệu chịu ma sát, tính ổn địnhnhiệt, độ cứng nóng, nhiệt dung, tính dẫn nhiệt và là một hiện tượng nguy hiểm,khá phổ biến

_ Hư hỏng do mỏi : Xuất hiện ở những chi tiết máy chịu ma sát lăn và là kếtquả của sự phá hoại mãnh liệt các lớp kim loại bề mặt trong những điều kiện đặcbiệt của trạng thái ứng suất Đặc tính chủ yếu và sự phát triển của các hư hỏng mỏiđược xác định bởi các quá trình biến dẻo lặp đi lặp lại, bởi sự làm bền và giảm cáclớp kim loại bề mặt, bởi sự phát sinh các ứng suất dư và bởi hiện tượng mỏi đặcbiệt Sự phá hoại bề mặt khi bị hư hỏng mỏi được đặc trưng bởi sự xuất hiện cácvết nứt tế vi, các rãnh trũng phân nhóm hay độc lập

_ Quá trình fretting : Xuất hiện khi có ma sát trượt với những chuyển độngtịnh tiến khứ hồi rất nhỏ và khi có tác dụng động của tải trọng Có một giá trị vậntốc trượt nhỏ, dưới giá trị đó không nảy sinh Quá trình fretting xuất hiện ngay cảtrong những bộ phận và cặp lắp ghép không làm việc

_ Sự ép lún : Là biến dạng dẻo thể tích vĩ mô của kim loại, gắn liền với sựthay đổi hình dạng ứng với các tải trọng lớn hơn giới hạn chảy Biến dạng và ép lún

có thể lan trên toàn bộ hay một phần lớn thể tích của chi tiết máy Khi ép lún, kíchthước của chi tiết bị thay đổi nhưng khối lượng vẫn được giữ nguyên Hiện tượng

ép lún của chi tiết có thể xuất hiện trong khi ma sát và cũng có thể được tạo lên do

sự truyền các lực không có liên quan với sự trượt hay lăn của các bề mặt

_ Sự bào mòn cơ học của kim loại : Là sự phá hoại bề mặt của chi tiết dướitác dụng va đập lặp đi lặp lại nhiều lần của những dòng tia chất lỏng hay khí, gâylên các hư hỏng cục bộ, tương tự như sự phá hoại các chất khoáng và các lớp đất đádưới tác dụng của nước và gió Ngoài sự bào mòn cơ học còn có sự bào mòn điện.

Đó là sự phá hoại các lớp bề mặt kim loại do những tác dụng điện - nhiệt của sựphóng điện không cố định dạng xung gây ra, cùng với những tác động có thể có củacác lực tác động

_ Sự ăn mòn : Là quá trình phá hoại bề mặt kim loại dưới tác dụng hóa họchay điện hóa của môi trường xung quanh

_ Sự xói mòn : Là quá trình bề mặt các chi tiết tiếp xúc với chất lỏng, khíchuyển động với vận tốc biến thiên Sự phá hoại do xói mòn gây ra có tính chất cục

bộ và thể hiện ở việc hình thành những vết lõm và các lỗ hổng

1.6 Ma sát và mài mòn của xi lanh.

Mài mòn xilanh là một điều luôn được quan tâm của các nhà thiết kế và khaithác máy Mài mòn của xilanh xảy ra không chỉ là mòn sơ mi mà cả mòn củaxecmăng và piston Quá trình mòn có thể mòn là do ăn mòn, mài mòn hoặc là do

ma sát và tất cả các quá trình đó xảy ra cùng nhau ( ở những khu vực khác nhau )phụ thuộc vào những nhân tố khác nhau

Trong động cơ diesel thấp tốc mòn của sơmi xilanh lên đến 0,1 mm/1000 h thìchấp nhận được và do đó tuổi thọ của sơmi vào khoảng 7 năm Điều này có nghĩarằng sơmi phải thay đổi 2 3lần nếu như tuổi thọ của tầu khoảng 20 năm Trongđộng cơ diesel trung tốc, tốc độ mài mòn nhìn chung thấp hơn tốc độ mài mònxilanh của động cơ thấp tốc ( tốc độ mài mòn vào khoảng 0,015 mm/1000h )

Có 3 kiểu mài mòn có thể phân biệt được là : ăn mòn, mài mòn và ma sát.Trong động cơ khi làm việc bình thường, tất cả 3 kiểu mòn trên có thể xảy ra cùngvới nhau, phụ thuộc vào một số nhân tố và đặc biệt là những điều kiện hoạt động

Mòn do ăn mòn gây ra bởi sự hình thành axit sunfua ở bên trong xilanh,sunfua trong nhiên liệu khi cháy tạo thành SO2mà sau khi kết hợp với O2 tạo thành

Mòn do mài mòn gây ra bởi những không khí bẩn lẫn trong khí nạp hoặc bởichính các sản phẩm của quá trình mòn hoặc bởi cacbon cứng ( gây ra bởi quá trìnhcháy kém và do các mạt, vẩy kim loại bị bong ra từ các bề mặt của piston, xilanhhoặc các tạp chất của dầu bôi trơn )

Mòn do ma sát xuất hiện là một quá trình xảy ra bình thường trong xilanh.Nếu cho rằng khi có sự phá vỡ màng dầu bôi trơn giữa những chỗ gồ ghề trên hai

bề mặt thì quá trình tiếp xúc đó sẽ làm cho các đỉnh nhấp nhô biến mất Loại mònnày đặc biệt xảy ra trong thời gian chạy rà

Mài mòn lớn nhất xảy ra ở phía trên giới hạn của vòng găng chuyển động, dọctheo phía của xilanh mài mòn giảm nhanh cho tới khi nó đạt một giá trị thấp nhất.Sau đó ở điểm thấp nhất của vòng găng chuyển động, sự mài mòn có xu hướngtăng trở lại Sự tập trung của mài mòn ở trên giới hạn của vòng găng đặc biệt thấy

rõ ở động cơ 2 kì, mà tỉ lệ mòn ở đỉnh của xilanh thường cao hơn ở động cơ 4 kì Lí

do chính là ở động cơ 2 kì điều kiện bôi trơn khó khăn hơn, trong khi ở động cơ 4

kì dầu bôi trơn có thể vận chuyển một cách dễ dàng trên vách xilanh mà không bị

gián đoạn khi qua các mép cửa như ở động cơ 2 kì Ngoài ra, thường có sự rò lọtcủa khí cháy qua các cửa quét ở cuối hành trình và khí nóng có thể đốt cháy màngdầu bôi trơn.

Quy luật của độ mài mòn xi lanh được biểu diễn ở hình sau :

u

gh

R

Hình 1.2 : Quy luật độ mài mòn xi lanh

_ Đường nét liền OABC biểu thị quy luật của độ mài mòn

_ Đường nét đứt biểu thị tốc độ mài mòn của xilanh

_ Trục tung ( u ) biểu thị độ mài mòn

_ Trục hoành ( τ ) biểu thị thời gian làm việc

_ Đoạn OA biểu thị độ mòn ở thời gian chạy rà máy do bề mặt làm việc củachi tiết sau khi chế tạo hoặc sửa chữa còn gồ ghề vi mô Trong quá trình chạy rà, bềmặt làm việc dần được mài mòn nhẵn đi, những chỗ lồi lõm được mài bằng đi Vìvậy, trong thời kì này tốc độ mài mòn tương đối lớn

_ Đoạn AB biểu thị độ mòn của xilanh trong quá trình làm việc do bề mặtlàm việc của xilanh đã được rà nhẵn nên tốc độ mòn rất chậm Tốc độ mòn củaxilanh trong thời kì này chủ yếu phụ thuộc vào tình trạng chăm sóc kĩ thuật

_ Đoạn BC biểu thị tốc độ mài mòn của xilanh không cho phép máy làmviệc.Trong thời kì này, khe hở cặp chi tiết ( piston và xilanh ) quá lớn, nếu máy tiếptục làm việc sẽ gây va đập mạnh, chế độ bôi trơn bị phá hoại nên mòn của xilanhtăng đột ngột và có thể gãy vỡ

_ Khi xilanh bị hao mòn vượt quá một giá trị nhất định sẽ gây lên hiện tượngmáy làm việc không bình thường, trạng thái kĩ thuật của động cơ giảm và ảnhhưởng đến tính tin cậy khai thác của động cơ diesel.

2 Quá trình công tác của động cơ ở các chế độ chuyển tiếp.

2.1 Khái niệm về chế độ chuyển tiếp của động cơ.

Chế độ làm việc của động cơ mà các thông số mômen và vòng quay khôngthay đổi theo thời gian gọi là ổn định Các chế độ này diễn ra khi phụ tải ổn định( tải không thay đổi theo thời gian )

Các chế độ mà các thông số mômen và vòng quay của động cơ luôn thay đổitheo thời gian gọi là chế độ không ổn định

Khi chuyển chế độ làm việc của động cơ từ chế độ ổn định này sang chế độ

ổn định khác phải trải qua các chế độ không ổn định trung gian, các chế độ không

ổn định trung gian này được gọi là chế độ chuyển tiếp Ở các chế độ chuyển tiếpcác thông số công tác của động cơ thay đổi theo thời gian, chất lượng hoạt độngcủa động cơ và của các hệ thống phục vụ cho động cơ xấu đi Thời gian thực hiệnquá trình này gọi là thời gian chuyển tiếp Thời gian quá trình chuyển tiếp dài hayngắn, mức độ và nhịp độ thay đổi các thông số của động cơ trong quá trình này phụthuộc vào tình trạng kỹ thuật của động cơ, hệ thống tăng áp tua bin khí thải được bốtrí trên động cơ, mức độ phù hợp đặc tính tiêu thụ không khí giữa động cơ với máynén, đặc tính bộ điều tốc động cơ và đặc tính tĩnh của nó, tính chất của phụ tải vàmôi trường hoạt động của hệ động cơ - thiết bị tiêu thụ năng lượng

Trong quá trình khai thác động cơ thường xảy ra các quá trình chuyển tiếpchủ yếu : Đóng và ngắt tải; tăng tốc; chuyển tiếp liên hợp; thay đổi tải tuần hoàn;còn đối với động cơ chính của tàu thủy thường gặp thêm các chế độ chuyển tiếp :Đảo chiều quay trục khuỷu khi quay trở tàu; tải thay đổi đột ngột hay có chu kì khitàu hoạt động trong điều kiện bão tố

2.2 Các quá trình chuyển tiếp của động cơ.

2.2.1 Quá trình đóng và ngắt tải đột ngột.

Trong các quá trình đóng và ngắt tải đột ngột mô men cản của động cơ tănghoặc giảm nhanh làm cho vòng quay của hệ trục cũng thay đổi với nhịp độ lớn.Nhịp độ thay đổi vòng quay hệ trục do nhiều yếu tố, nhưng trong đó chủ yếu doviệc điều chỉnh bộ điều tốc hay điều khiển lượng cấp nhiên liệu quyết định - khikhông xét đến tình trạng kỹ thuật của động cơ Đóng hay cắt tải có thể tiến hànhkhi vòng quay gần với vòng quay định mức hoặc khi vòng quay nhỏ

Điều kiện làm việc nặng nhọc nhất đối với động cơ tăng áp tua bin khí thải làkhi đóng tải lớn tức thời từ chế độ không tải Để đánh giá, so sánh tính hiệu quả củacác động cơ khác nhau khi đóng, ngắt tải cần phải sử dụng hợp lý các đóng và ngắttải giống nhau với tất cả các động cơ và thường chọn đóng, ngắt tải tức thời 100%.Đối với động cơ có tăng áp việc tăng tải tức thời còn dựa vào mức độ tăng áp, mốiquan hệ giữa giá trị định mức với mức tăng tỉ số tăng áp Đồng thời thay đổi tải tứcthời còn dùng để kiểm nghiệm độ hoàn hảo hệ thống điều chỉnh tự động tốc độ, khi

đó đặc tính chế độ động lực học không ổn định, tính chất của quá trình điều chỉnhchuyển tiếp, được xác định theo mức độ thay đổi vòng quay hệ trục, thời gian củaquá trình chuyển tiếp Đường cong thay đổi vòng quay trong quá trình đóng, ngắttải được biểu diễn trên hình 2.1

Hình 2.1 :

a ) Quá trình chuyển tiếp khi b ) Quá trình chuyển tiếp

khi đóng tải đột ngột khi ngắt tải đột ngột

A - thời điểm bắt đầu thay đổi tải;

B - thời điểm kết thúc quá trình chuyển tiếp;

φ - độ thay đổi vòng quay tương đối;

δ - độ không đồng đều;

ψ - độ không ổn định;

Ta - thời gian quá trình chuyển tiếp

Các chỉ tiêu chính đặc trưng cho quá trình chuyển tiếp là mức độ thay đổivòng quay tương đối φ, mức độ không ổn định vòng quay và thời gian của quátrình chuyển tiếp Ta khi thay đổi phụ tải

Khi động cơ làm việc theo đường đặc tính điều chỉnh ứng với vòng quayđịnh mức với các chế độ phụ tải không đổi và chế độ không tải, độ không ổn định ψnằm trong giới hạn 1% tức là cho phép vòng quay dao động trong giới hạn  0 , 5 %

so với giá trị trung bình Để tránh quá tải vòng quay trong thời gian ngắn cho động

cơ khi thay đổi phụ tải đột ngột cần phải đảm bảo độ thay đổi vòng quay tương đối

φ không vượt quá giới hạn 10  12 %, đối với động cơ lai máy phát điện xoay chiềukhi thay đổi tải đột ngột phải đảm bảo φ  5  6ЧHCP 18/22 ) % Một đặc tính quan trọng nữa củaquá trình chuyển tiếp là độ tắt nhanh dao động Thời gian của quá trình chuyển tiếpthường được giới hạn Ta = 5  10giây

Đặc tính làm việc của động cơ diesel lai máy phát thường gặp là hiện tượngtăng nhanh phụ tải từ 0 đến 100% Tăng mô men cản sẽ làm thay đổi các thông sốquá trình công tác của động cơ diesel

Hình 2.2 : Sự phụ thuộc các thông số công tác động cơ diesel tăng áp tua bin khí xả vào thời gian đóng tải ρk - khối lượng riêng không khí tăng áp;

α - hệ số dư lượng không khí;

ntk, n - vòng quay TBMN và động cơ;

plt - áp suất khí xả trước tua bin;

gct - lượng nhiên liệu cấp cho chu trình;

Khi tăng nhanh phụ tải, mô men quay nhỏ hơn mô men cản nên vòng quayđộng cơ giảm xuống, do tác động của bộ điều tốc thanh răng bơm cao áp dịchchuyển sang hướng làm tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình Lượng không khícấp cho động cơ phụ thuộc vào vòng quay rô to tua bin - máy nén ( đối với động cơtăng áp bằng tua bin khí thải ), tức là phụ thuộc vào nhiệt độ khí xả Trong thờiđiểm đầu tiên tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, lượng không khí cấp chođộng cơ hầu như không thay đổi do quán tính của rô to tua bin - máy nén, nên vòngquay của nó chưa kịp tăng lên, bởi thế hệ số dư lượng không khí α giảm nhanh còn

áp suất và nhiệt độ khí xả tăng nhanh Khi rô to tua bin - máy nén bắt đầu tăng tốc,suất tiêu hao không khí cho động cơ tăng, nên hệ số dư lượng không khí α cũngđược tăng lên Quá trình chuyển tiếp khi đóng tải kéo theo tăng khói và độc tốtrong khí xả

Khi cắt tải đột ngột đến chế độ nhỏ tải hoặc chế độ không tải vòng quay hệtrục tănh nhanh Nhịp độ tăng vòng quay phụ thuộc vào phụ tải Khi đó các thông

số công tác khác của động cơ cũng thay đổi theo

Qua thực nghiệm, cũng như các tài liệu, khi thay đổi tải đột ngột chất lượnglàm việc của động cơ xấu đi rõ rệt so với chế độ ổn định Trong quá trình này cácthông số công tác của động cơ đều thay đổi theo thời gian

2.2.2 Quá trình tăng tốc.

Quá trình tăng tốc phương tiện vận tải kèm theo tăng đồng thời vòng quaycủa hệ trục và tăng mô men quay động cơ Tăng tốc có thể diễn ra theo quy luậtthay đổi vòng quay và mô men quay khác nhau Chế độ tăng tốc có thể diễn ra nhưsau :

_ Tăng tốc từ chế độ không tải đến đầy tải ứng với vòng quay nhỏ nhất; _ Tăng tốc từ chế độ không tải đến đầy tải ứng với vòng quay định mức.Sau khi tăng tốc thì vòng quay và tải giảm xuống Trong thời gian tăng tốc

mô men quay động cơ dùng để thắng lực cản chuyển động của phương tiện vận tải

và gia tốc vòng quay hệ trục Mô men quay động cơ có thể lớn hơn mô men tươngứng với đặc tính giới hạn, điều đó làm xấu chỉ tiêu kinh tế, tính tin cậy động cơ vàtăng độc tố khí xả

Đối với động cơ chính tàu thủy khi tăng tốc tàu liên quan tới tăng công suất

do động cơ phát ra Trên hình 2.3 các đường cong V T  0đến V T  1biểu diễn tốc

đô tương đối của tàu không thay đổi

TH

T T

V

V

V  , VTH - tốc độ tàu tương ứng với chế

độ làm việc định mức của động cơ V T  1 Các đường cong V T const biểu diễnmối quan hệ công suất tiêu thụ cho chong chóng phụ thuộc vào vòng quay khi tốc

độ tàu không đổi Khi đó đường cong V T  0 là đường cong đường đặc tính chongchóng buộc bến Giả sử tăng tốc độ tàu V T  0 , 4 ( điểm 1 ) đến V T  0 , 85( điểm 4 ),khi đó tại điểm 1 động cơ làm việc với vòng quay n1 còn tại điểm 4 động cơ làm

việc với vòng quay n4 Nếu tác động nhanh bộ điều tốc để vòng quay chuyển đếnvòng quay n4 thì sẽ diễn ra như sau :

Ne

Ne Ne

8 5

2 3

Để tránh quá tải động cơ có thể tăng tốc tàu bằng cách tăng vòng quay theocấp Nếu giai đoạn ban đầu đặt bộ điều tốc ứng với vòng quay n5, thì khi tốc độ tàu

VT = 0,4 công suất động cơ tăng lên đến Ne5 ( điểm 5 nằm trên đường đặc tính hạn

chế ) Sau đó khi động cơ làm việc theo đường đặc tính điều chỉnh 5 - 6ЧHCP 18/22 ) vòng quaygần như không thay đổi, tàu được tăng tốc đến tốc độ tương đối V T  0 , 7chế độ làmviệc của động cơ tương ứng điểm 6ЧHCP 18/22 )., cần phải điều chỉnh bộ điều tốc một lần nữa,vòng quay mới đạt n4, tương ứng tốc độ tương đối của tàu V T  0 , 85 Tăng tốc tàulần thứ 2 được biểu diễn theo đường 6ЧHCP 18/22 ) - 7 và 7 - 4 Như vậy, tăng số lần vòng quayquá trình tăng tốc gần với đường đặc tính chong chóng 1- 8, biểu diễn bằng đườngparabol bậc 3 Từ đó thấy rõ càng giảm tải lên động cơ càng tăng thời gian tăng tốc.Đặc tính thay đổi các thông số quá trình công tác của động cơ khi tăng tốc tàu cơbản giống như khi đóng tải.

2.2.3 Quá trình chuyển tiếp liên hợp.

Quá trình chuyển tiếp liên hợp là tổ hợp của 2 quá trình : đóng tải và hãm.Quá trình này thường gặp trong thực tế khai thác động cơ diesel có công dụng khácnhau, đặc biệt là đối với động cơ lắp trên phương tiện giao thông khi tăng nhanh

từ nd đến nmax, sau đó tiếp tục theo một trong các đường đặc tính bộ phận ( phụthuộc vào việc điều chỉnh )

Quá trình chuyển tiếp tổng hợp khác với đóng tải là khoảng thay đổi vòngquay lớn và với gia tốc lớn Lượng nhiên liệu cấp cho chu trình cũng thay đổi trongkhoảng lớn

2.2.4 Quá trình thay đổi tải có tính chu kỳ.

Trong quá trình này có sự thay đổi mô men cản cũng như vòng quay hệ trục,lượng nhiên liệu cấp cho chu trình và các thông số khác của động cơ có tính chu

kỳ Sự thay đổi các thông số trên không chỉ phụ thuộc vào phụ tải mà còn phụthuộc vào kết cấu và tình trạng kĩ thuật của động cơ Chế độ tải đa số phương tiệngiao thông là chế độ tải có chu kỳ, nó có dạng hàm điều hoà với biên độ và pha lặplại từ chu kỳ khác, tuy nhiên mức độ khác nhau phụ thuộc vào môi trường hoạtđộng của thiết bị tiêu thụ năng lượng, ví dụ : sự làm việc của hệ động cơ - chongchóng khi biển có sóng, gió hay khi xe ô tô chạy trên đường gập ghềnh Khi động

cơ làm việc ở các quá trình này tỷ số giữa lượng nhiên liệu và không khí cấp chochu trình, nhiệt độ thành buồng cháy, chất lượng quá trình cháy bị xấu đi so với chế

độ ổn định Bởi vậy, khi đó giảm tính kinh tế, tin cậy và tăng độc tố khí xả Trongtrường hợp có bão tố, phụ tải tác dụng lên tàu thuỷ cũng thay đổi có tính tuần hoàn.Khi đó, công suất động cơ chính tiêu thụ cho chong chóng tăng lên đáng kể, từ20÷100%; nguyên nhân bởi sự tăng sức cản của vỏ, giảm hiệu suất chong chóng,xuất hiện tải động học lên vỏ tàu Khi làm việc trong điều kiện bão tố động cơkhông thể phát ra công suất định mức ứng với vòng quay định mức Để tránh chođộng cơ không bị quá tải trong điều kiện bão tố cần phải giảm vòng quay phụ thuộcvào lực, hướng gió và tải của sóng Tuỳ vào tình trạng kỹ thuật động cơ và các hệthống phục vụ cho nó hoạt động mà có thể giảm đến 5% vòng quay so với vòngquay ứng với động cơ làm việc ở điều kiện bình thường Khi làm việc trong điềukiện bão tố tính kinh tế động cơ giảm 1020%, tăng nhiệt độ khí xả và dầu bôitrơn ra khỏi động cơ, tăng tải lên các chi tiết chủ yếu của động cơ Mỗi một động

cơ tàu thuỷ có thể làm việc ở các chế độ khai thác khác nhau, chúng được xác địnhbởi các điều kiện ngoài và sự điều chỉnh bộ điều tốc

10090

8070

6ЧHCP 18/22 ).050

020406ЧHCP 18/22 ).080100Ne,%

2

Hình 2.4 : Các đường cong biểu diễn vùng làm việc của động cơ

1 Đường đặc tính chong chóng lý thuyết

2 Đường đặc tính chong chóng nặng tải

3 Đường đặc tính hạn chế

4,6ЧHCP 18/22 ) Đường đặc tính điều chỉnh

5 Đường đặc tính chong chóng khi lực đẩy bằng không

Trên hình 2.4 biểu diễn vùng làm việc của động cơ chính Vùng này đượchạn chế bởi đường vòng quay nhỏ nhất, lớn nhất, đường đặc tính chong chóng nhỏtải và đặc tính hạn chế Trên đồ thị này cũng biểu diễn các đường áp suất chỉ thịtrung bình Như vậy, khi hoạt động ứng với quá trình thay đổi tải có chu kì thì cácthông số công tác của động cơ thay đổi theo thời gian và cũng thay đổi có tính chukì

2.2.5 Đảo chiều quay trục khuỷu động cơ chính.

Đảo chiều quay trục khuỷu động cơ chính nhằm mục đích thay đổi hướngchuyển động của tàu hay tăng tốc độ dừng tàu, trong trường hợp này chế độ làmviệc của động cơ chính cũng là chế độ chuyển tiếp Để biểu diễn sự thay đổi mô

men quay Mq trên trục động cơ diesel sau khi ngắt nhiên liệu trước khi đảo chiềuquay ta sự dụng đồ thị VT = const.

 Me

n C

Mcb Mô men cản phụ thuộc vào tổn hao cơ giới trong động cơ, trên hệ trục và thayđổi tỷ lệ thuận với vòng quay trục khuỷu ( đường D - C - B ) Do sức cản của vỏ vàsức cản bổ sung của chong chóng tốc độ chuyển động của tàu giảm từ từ ( đoạn B -

C ) Sau điểm C mô men quay chong chóng tạo ra do tác động dòng nước theo nhỏhơn mô men cản Mc và trục dừng lại ( điểm D ) Sau đó động cơ được khởi động vàđảo chiều Do chuyển động của tàu, dòng nước theo tác động lên chong chóng làmtăng một ít mô men cản lên trục khi khởi động Giai đoạn còn lại tương tự như khi

khởi động động cơ từ trạng thái nóng mà tàu không chuyển động Dừng tàu khichong chóng không làm việc và quay tự do do tác động sức cản tự nhiên của tàugọi là chạy tự do Thời gian để tàu dừng khoảng một vài chiều dài thân tàu Để rútngắn thời gian chạy tự do có thể áp dụng các biện pháp hãm động cơ : hãm bánh đàbằng phanh thuỷ lực hay khí nén, phanh khớp nối hệ trục hay hãm trục chủ độngcủa bộ giảm tốc, cấp khí nén vào xi lanh động cơ ở đầu quá trình nén, giảm áptrong xi lanh cuối quá trình nén bằng thiết bị giảm áp

D C B A

F

50 100 150 200

n [v/ph]

Hình 2.6ЧHCP 18/22 ) : Sự phụ thuộc vòng quay của động cơ có hộp giảm tốc vào thời gian

A : Lúc cắt nhiên liệuA-B-C : Khi chạy tự doB-D : Hãm bằng khí nénA-F : Sử dụng phanh trên bánh đà

Trên hình 2.6ЧHCP 18/22 ) biểu diễn sự thay đổi vòng quay động cơ khi hãm bằng cácphương pháp khác nhau Để tạo ra mô men hãm động cơ cần phải tạo ra công nénlớn hơn công giãn nở Nếu ngắt nhiêu liệu cấp ở cuối quá trình nén, đồng thời xảphần không khí nén trong xi lanh qua thiết bị giảm áp, thì trong hành trình giãn nở

tiếp theo công giãn nở sẽ nhỏ hơn công nén, như vậy đây là phương pháp hãm bằngthiết bị giảm áp, phương pháp này ít được áp dụng do cơ cấu giảm áp phức tạp.Trên các động cơ công suất trung bình và lớn áp dụng rộng rãi cách hãm động cơbằng không khí nén Sau khi ngắt nhiên liệu và giảm vòng quay, trục cam phối khíđược chuyển sang vị trí đảo chiều, sau đó các van khởi động chính được mở, thôngqua các van khởi động khí nén được nạp vào xi lanh Tuy nhiên pha phối khí khôngphải tương ứng hoàn toàn với chiều quay của trục khuỷu, xu páp khởi động được

mở sau khi đóng xu páp xả, khi piston đi lên điểm chết trên ( ĐCT ) Áp suất khítrong xi lanh tăng lên do khí nén nạp vào xi lanh và thể tích xi lanh nhỏ Khi ápsuất không khí trong xi lanh bằng áp suất trong đường ống khởi động chính, thì khí

từ xi lanh rò lọt ngược đường ống khởi động chính Trong xi lanh áp suất tăngchậm, còn tại vùng ĐCT áp suất bắt đầu giảm Kết quả công giãn nở khi piston đixuống điểm chết dưới ( ĐCT ) nhỏ hơn công nén, có nghĩa động cơ đã tạo ra mômen hãm Hiệu quả hãm bằng khí nén phụ thuộc vào pha đóng, mở xu páp khởiđộng được điều khiển bằng khí nén Ví dụ: khi mở muộn xu páp khởi động áp suấtkhí trong xi lanhtăng lên đến mức xu páp khởi động bị đóng lại dưới tác dụng của

áp suất khí khi piston dịch chuyển đến ĐCT, nên trong hành trình nén tiếp áp suất

có thể tăng vượt quá áp suất cháy Trong trường hợp này công giãn nở lớn hơncông nén, bởi vì tại ĐCT áp suất đạt cực đại nên sự thay đổi áp suất khi giãn nở lớnhơn khí nén Như vậy hãm khi đó không hợp lý Theo qui định của đăng kiểm thờigian kể từ lúc tác động vào cơ cấu điều khiển của động cơ đến lúc bắt đầu làm việcvới chiều quay ngược lại không quá 25 giây đối với tốc độ tàu định mức và khôngquá 15 giây đối với tốc độ tàu nhỏ Như vậy, trong suốt thời gian quay trở tàu cácthông số công tác của động cơ chính luôn luôn thay đổi

2.3 Quá trình công tác của động cơ ở chế độ chuyển tiếp.

2.3.1 Quá trình trao đổi khí trong động cơ diesel tăng áp bằng tua bin khí xả ở các chế độ chuyển tiếp.

a Động cơ 4 kì.

Đối với động cơ trung tốc quá trình trao đổi khí ảnh hưởng lớn đến chế độchuyển tiếp Ở chế độ định mức áp suất không khí tăng áp thường lớn hơn áp suấtkhí thải trước tua bin ( pk > px1 ), do đó không khí nạp quét sạch xilanh, lượng khísót nhỏ, nhờ vậy tăng được lượng không khí nạp nên quá trình cháy tốt Ở các chế

độ nhỏ tải (ở các chế độ nhỏ hơn 30 % tải ) hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén giảm,

áp suất không khí tăng áp sau máy nén nhỏ hơn áp suất khí xả ( pk < px1 ) nên trongthời gian trùng điệp có hiện tượng rò lọt ngược khí xả từ đường ống xả vào xilanh

và từ xilanh vào đường ống nạp

Khi động cơ làm việc ở chế độ tải lớn và ổn định, công suất của tua bin khí

xả đủ để dẫn động máy nén, cấp đủ lượng không khí nạp có áp suất cao hơn áp suấtkhí xả Tuy nhiên, khi động làm việc ứng với chế độ tăng tốc hoặc đóng tải độtngột, do quán tính của rô to tua bin máy nén, nên trong thời gian ban đầu khôngnhững cụm tua bin máy nén mất tác dụng tăng áp mà còn cản trở khả năng hútkhông khí từ môi trường xung quanh của piston, cũng như xả sản vật cháy Đó lànguyên nhân làm cho áp suất không khí nạp nhỏ hơn áp suất khí xả trên đường ống

xả trong thời gian trùng điệp Trong khi đó trong giai đoạn ban đầu của quá trìnhchuyển tiếp lượng nhiên liệu cấp cho một chu trình lại tăng lên đột ngột Cácnguyên nhân đó làm giảm nhanh hệ số dư lượng không khí α, chất lượng hòa trộnhỗn hợp và chất lượng quá trình cháy

Trong các quá trình chuyển tiếp đối với động cơ 4 kì tăng áp bằng tua bin khí

xả, góc độ phối khí và quá trình trao đổi khí ảnh hưởng mạnh đến các thông sốcông tác của động cơ Theo kết quả nghiên cứu thực nghiệm đối với động cơЧHCP 18/22 ).H25/34 lai máy phát đặt trên cần cẩu nổi có chế độ tải thay đổi đột ngột, khói tăng

lên đến 98%, khí xả rò lọt ngược vào đường ống hút, kết quả trong đường ống nạp,

xả, ống phun của tua bin lượng muội bám tăng lên Một trong các nguyên nhân tạomuội lên các chi tiết đó là sự rò lọt ngược khí xả từ xilanh và ống xả vào đườngống hút Áp suất khí trong đường ống xả lúc bắt đầu quá trình chuyển tiếp tăngnhanh hơn áp suất tăng áp Kiểm tra thực tế trên động cơ ЧHCP 18/22 ).H25/34, khi góc trùngđiệp của xupáp nạp và xả ứng với 1250 góc quay trục khuỷu, đối với quá trìnhchuyển tiếp thời gian này đủ để khí xả điền đầy đường ống hút, vì vậy giảm lượngkhông khí nạp mới trong chu trình tiếp Đó là nguyên nhân làm giảm bổ sung hệ số

dư lượng không khí α và giảm chất lượng quá trình cháy, tăng tổn thất hành trìnhbơm

Khi đóng tải động cơ 8ЧHCP 18/22 ).H25/34 lai máy phát có góc trùng điệp nói trên cácthông số khói và độc tố khí xả, cũng như độ chênh áp suất khí xả và áp suất khôngkhí tăng áp tăng lên Độ chênh áp suất px1- pk trong giai đoạn đầu quá trình chuyểntiếp tăng lên 2 lần Rò lọt ngược khí xả ở chế độ không ổn định cũng là hiện tượngđặc trưng đối với chế độ tăng tốc

b Động cơ 2 kì.

Để nghiên cứu tính đặc biệt của quá trình trao đổi khí trong các động cơ 2 kì

ở chế độ tăng tốc hay đóng tải, trước hết ta hãy nghiên cứu quá trình trao đổi khíứng với chế độ ổn định Hệ thống trao đổi khí của động cơ diesel 2 kì có cácphuơng án khác nhau tùy thuộc loại động cơ và cỡ công suất Ứng với bất kì chế độtốc độ và chế độ tải nào, trong quá trình khai thác đều mong muốn hệ số dư lượngkhông khí α nằm trong giới hạn cho phép, khi đó chất lượng quá trình trao đổi khí

và quá trình cháy mới đảm bảo Tuy nhiên đối với động cơ 2 kì khi làm việc ứngvới các chế độ nhỏ tải cũng như chế độ thay đổi tải đột ngột đều xảy ra hiện tượnglượng không khí và lượng nhiên liệu cấp vào xi lanh trong một chu trình không tỉ lệvới nhau, làm cho hệ số dư lượng không khí α hoặc lớn hơn hoặc nhỏ hơn giới hạncho phép Theo dõi đồ thị hình vẽ ta thấy, ứng với chế độ định mức khi mở cửa

quét áp suất sản vật cháy trong xi lanh p và trong đường ống xả px lớn hơn áp suấttăng áp px, tuy nhiên nhờ có tăng áp hỗn hợp, nên tại thời điểm này áp suất khôngkhí do máy nén piston cung cấp lớn hơn hẳn px và p nên không xảy ra hiện tượng ròlọt ngược Đối với những động cơ không sử dụng phương án tăng áp hỗn hợp thìvấn đề rò lọt ngược sản vật cháy là không tránh khỏi, đặc biệt đối với các chế độtăng tải đột ngột.

Khi đóng tải hay tăng tốc động cơ 2 kỳ áp suất khí trong đường ống xả ( px1 )tăng lên cũng như động cơ 4 kỳ Khi px1 tăng sẽ ảnh hưởng tới quá trình công táccủa động cơ 2 kỳ lớn hơn so với động cơ 4 kỳ, do quá trình nạp thải trong động cơ

2 kỳ được thực hiện ứng với một phần của quá trình giãn nở và nén, nên lượngkhông khí nạp vào xi lanh công tác phụ thuộc vào độ chênh giữa pk và px1 Suất tiêuhao không khí hay khí xả qua động cơ được tính:

k kqdm kq

p

p p

 

 - hàm lưu động tương đối

1 2

Trị số f1t được tính theo tiết diện cửa nạp và thải

Nếu px1 > pk thì không khí quét không thể quét cưỡng bức được, bởi thế tạithời điểm đóng tải nếu áp suất không khí nạp nhỏ hơn áp suất khí xả thì không khí

sẽ không tức thời nạp vào xi lanh Việc sử dụng các hệ thống tăng áp khác nhau sẽảnh hưởng tới tính tăng tốc Theo thực nghiệm sử dụng máy nén ly tâm có hiệu suấtcao hơn máy nén thể tích Tuy nhiên, đặc tính máy nén ly tâm không dốc bởi thếkhi tăng px1 và giảm Gk thì pk không tăng thậm chí còn giảm) Nếu sử dụng thêmmáy nén ly tâm do trục khuỷu dẫn động thì đặc tính của nó dốc hơn Vì vậy, để

đảm bảo quét khí và quá trình công tác trong động cơ tại thời điểm đó tốt hơn nên

sử dụng nén 2 cấp

Ta thấy áp suất sản vật cháy trong xi lanh và trong đường ống xả phụ thuộcvào chế độ tải, trong khi đó áp suất không khí do máy nén piston tạo ra lại phụthuộc vòng quay trục khuỷu, vì thế khi đóng tải hay tăng tốc áp suất sản vật cháytăng lên, nhưng vòng quay giảm xuống dẫn tới làm giảm áp suất không khí tăng áp,nên trong giai đoạn này áp suất sản vật cháy trong xi lanh và trong đường ống xảlớn hơn áp suất không khí tăng áp Như vậy tại thời điểm bắt đầu mở cửa quét ( đồng thời với mở cửa xả ) trong quá trình đóng tải hay tăng tốc sẽ xuất hiện hiệntượng rò lọt ngược khí xả Khi động cơ làm việc ở chế độ nhỏ tải hiện tượng cũngxảy ra tương tự như vậy với động cơ không sử dụng máy nén thể tích ở cấp tăng ápthứ 2 Ở chế độ nhỏ tải do hệ số dư lượng không khí α tăng lên, nên làm giảm nhiệt

độ khí xả, dẫn đến làm giảm công giãn nở trên cánh tua bin và kết quả làm giảmvòng quay rô to tua bin máy nén, nên làm giảm áp suất không khí tăng áp Bêncạnh đó, tại thời điểm đóng tải, cũng như ở chế độ nhỏ tải ( nhỏ hơn 45% tải địnhmức) áp suất không khí tăng áp nhỏ hơn áp suất khí xả sẽ xảy ra hiện tượng rò lọtngược khí xả đối với động cơ sử dụng hệ thống tăng áp tua bin khí xả

Dựa vào kết quả phân tích quá trình trao đổi khí động cơ 2 kỳ ở các chế độkhông ổn định của các công trình nghiên cứu có thể kết luận:

_ Khi đóng tải đối với động cơ tăng áp bằng tua bin máy nén độc lập cấp thứnhất và máy nén ly tâm ở cấp thứ 2 thì quá trình trao đổi khí xấu hơn, kéo theo ròlọt ngược khí xả vào đường hút, làm xấu quá trình công tác, tăng suất tiêu haonhiên liệu và khói;

_ Nếu sử dụng máy nén thể tích ở cấp tăng áp thứ 2 khi tăng phụ tải dẫn tớităng áp suất khí tải, tuy nhiên do các đặc tính máy nén thể tích dốc áp suất tăng áptăng lên và giảm suất tiêu hao không khí, do vậy quá trình công tác có chất lượnghơn;

_ Khi dùng máy nén thể tích thì trong quá trình chuyển tiếp khối lượngkhông khí nạp và năng lượng khí xả ít thay đổi Do vậy khả năng tăng tốc rô to tuabin máy nén tốt hơn và khả năng nhận tải của động cơ 2 kỳ thì khi bố trí máy nénthể tích ở cấp thứ 2 tốt hơn so với máy nén ly tâm.

2.3.2 Quá trình hoà trộn hỗn hợp và cháy ở các chế độ chuyển tiếp.

Các quá trình hoà trộn hỗn hợp và cháy trong buồng cháy xảy ra trong chế

độ chuyển tiếp khác với các quá trình xảy ra trong chế độ chuyển tiếp khác với cácquá trình xảy ra trong chế độ ổn định :

_ Khi cùng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thời gian cháy trì hoãn tănglên do nhiệt độ thành buồng cháy và áp suất cuối quá trình nén thấp ( áp suất tăng

áp thấp do ảnh hưởng mô men quán tính rô to tua bin – máy nén )

_ Chiều dài chùm tia nhiên liệu phun vào buồng cháy tăng lên so với chế độđịnh mức, phần nhiên liệu rơi vào thành xi lanh cũng tăng lên

_ Hệ số dư lượng không khí α, hiệu suất chỉ thị i, tính kinh tế đều giảmxuống, hàm lượng khói trong khí xả tăng lên do lượng không khí nạp giảm vàlượng nhiên liệu cấp cho chu trình tăng lên 110% định mức ( đóng tải đột ngột ).Kết quả động cơ phát ra mô men chỉ bằng một phần giá trị của nó ở chế độ ổn địnhkhi có cùng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình

Trên cơ sở tính toán và thực nghiệm thấy rõ, do giảm khối lượng riêng khôngkhí trong xi lanh pct và tăng hiệu số giữa áp suất phun nhiên liệu và áp suất môichất trong xi lanh p ctnên chiều dài chùm tia nhiên liệu tăng lên Nếu thời giancháy trì hoãn không thay đổi thì độ tăng chiều dài chùm tia nhiên liệu phun vàothành buồng cháy khi động cơ làm việc ở chế độ chuyển tiếp được tính

0,25

1,

ct od F

od ct

p p L

Khi tăng thời gian cháy trì hoãn imột lượng  ithì độ tăng chiều dài chùmtia nhiên liệu phun vào thành buồng cháy khi động cơ làm việc ở chế độ chuyểntiếp được tính :

bộ tăng lên Kết quả phần nhiên liệu phun vào thành buồng cháy cháy muộn hơn.Trong vùng vách sự tạo muội diễn ra mãnh liệt hơn do phần nhiên liệu từ váchbuồng cháy bay hơi muộn khi thể tích buồng cháy tăng và hệ số dư lượng khôngkhí  1bé Trong quá trình giãn nở do hàm lượng ô xi thấp nên phần nhiên liệu cháyrớt sẽ cháy không hoàn toàn Sau khi đóng tải mô men quay động cơ cũng nhưlượng nhiên liệu cấp cho chu trình đạt đến mức cực đại bằng khoảng 6ЧHCP 18/22 ).070% giátrị cực đại ứng với chế độ ổn định

Đối với động cơ không tăng áp khi đóng tải, mô men quay Mq của động cơtăng lên Độ tăng mô men quay tỷ lệ với lượng nhiên liệu cấp vào cho một chutrình gct nghĩa là tỷ lệ với hành trình thanh răng bơm nhiên liệu Trong trường hợptrên quá trình cháy trong động cơ bị hạn chế

Quá trình phun nhiên liệu cần phải phù hợp với quá trình tự bốc cháy nhiênliệu Đối với các động cơ có buồng cháy thống nhất thì chùm tia nhiên liệu cần phảiphun đến thành buồng cháy đúng lúc bắt đầu tự bốc cháy nhiên liệu

Thời gian cháy trì hoãn iđược tính bằng công thức H.H.Xemenov:

RT A n

= 4,2 giây Kết quả phần đầu chùm tia nhiên liệu phun vào thành buồng cháy, tại đónhiệt độ thấp hơn nhiệt độ trong buồng cháy ( khoảng một nửa nhiệt độ buồng cháy) Tại đây một phần nhiên liệu phun vào thành buồng cháy không hoà trộn được vớikhông khí mà có tác dụng rửa sạch lớp dầu bôi trơn trên thành xi lanh

Theo kết quả thực nghiệm và công thức trên tính được: Khi tăng thời giancháy trì hoãni lên 1,2 giây với tổng thời gian phun nhiên liệu i= 4 giây thì lượngnhiên liệu tương đối phun vào thành buồng cháy g vt  0 , 15 Phần nhiên liệu nàycháy muộn hơn do đó hiệu suất chỉ thị giảm

Nhiên liệu phun vào xi lanh bị rơi vào thành buồng cháy, tại vùng khối lượng riêngkhông khí giảm, nhất là đối với chế độ không tải Theo số liệu thực nghiệm đo ởchế độ định mức pk = 150 kPa, còn ở chế độ không tải pk = 105 kPa, chiều dài chùmtia nhiên liệu tăng khoảng 10%, khi đó một phần nhiên liệu rơi vào thành buồngcháy, phần nhiên liệu này khoảng 0,1i/f Để tính chính xác hơn nhiên liệu phunlên thành buồng cháy có thể dùng phương pháp Lưsepki Phần nhiên liệu này cũngcháy muộn hơn và không hoàn toàn Một nguyên nhân nữa cũng làm giảm hiệusuất chỉ thị là sự hoà trộn hỗn hợp và cháy khi hệ số dư lượng không khí ở nhỏ hơn

pk nhỏ ứng với chế độ không tải

Xác định thực nghiệm sự phụ thuộc hiệu suất chỉ thị vào các yếu tố khácnhau ở chế độ không ổn định được tiến hành theo kết quả đo đồ thị chỉ thị Chùmtia nhiên liệu được xác định theo phương pháp Lưsepxki trên máy tính.

Trên cơ sở thực nghiệm sẽ có sự phụ thuộc hiệu suất chỉ thị i hay xmax ( khốilượng nhiệt toả ra ) theo α1và lượng nhiên liệu phun lên vách xi lanh Để tính toáncác chế độ không ổn định trong lần tính gần đúng thứ nhất có thể sử dụng các sốliệu thu được khi thử nghiệm Theo các kết quả thu được khi đóng tải hiệu suất chỉthị tương đối có thể giảm đến 0,6ЧHCP 18/22 ) và thấp hơn

2.3.3 Mất ổn định của máy nén khi động cơ làm việc ở các chế độ chuyển tiếp.

Đặc tính công tác của tổ hợp tua bin máy nén ( TBMN ) và động cơ dieselcần phải luôn phù hợp với nhau trong quá trình công tác Mỗi khi động cơ thay đổichế độ công tác thì tổ hợp TBMN sẽ tự động chuyển đến chế độ mới tương ứng và

cứ mỗi lần như thế lại thiết lập được một trạng thái cân bằng mới ( cân bằng côngsuất giữa tua bin và máy nén )

Như vậy, khi động cơ diesel làm việc ở chế độ chuyển tiếp thì tổ hợp TBMNcũng làm việc ở chế độ chuyển tiếp ( tổ hợp TBMN ) sẽ chuyển từ chế độ ổn địnhnày sang làm việc ở chế độ ổn định khác tương ứng với chế độ ổn định mới củađộng cơ diesel Khi nghiên cứu chế độ chuyển tiếp của động cơ diesel và của tổhợp TBMN thấy rõ, do quán tính của rô to TBMN nên khi tải thay đổi thì động cơ

sẽ phản ứng và thay đổi chế độ công tác sớm hơn tổ hợp TBMN Chính vì lý donày mà trong thời điểm đầu của quá trình chuyển tiếp, động cơ sẽ làm việc với hệ

số dư lượng không khí không hợp lý Đối với quá trình chuyển tiếp là tăng tốc( hoặc đóng tải ) lượng nhiên liệu cấp cho chu trình tăng nhanh, nhưng do tính quántính nên vòng quay rôto TBMN không theo kịp sự thay đổi đột ngột của tải, trongkhi đó mức độ thay đổi lưu lượng không khí qua máy nén tỷ lệ với độ tăng vòng

quay ntk, do vậy hệ số dư lượng không khí  giảm rõ rệt ( thay đổi tay ga nhiên liệuhoặc thay đổi phụ tải dẫn đến thay đổi vị trí thanh răng nhiên liệu ).

Trong giai đoạn này động cơ làm việc thiếu không khí nên nhiệt độ khí xảtăng Trong giai đoạn tăng tốc, công suất tua bin ( TB ) được tăng lên nhờ tăngnhiệt độ khí xả Tuy nhiên tăng đột ngột và nhảy vọt lượng cấp nhiên liệu cho chutrình là không tốt, do làm tăng phụ tải nhiệt và cơ của động cơ Do tăng nhanh nhiệt

độ khí xả nên công suất của tua bin sinh ra lớn hơn công suất cần thiết lai máy nén.Nhiệt độ khí xả tăng lên làm tăng độ nhớt động học của nó do vậy sẽ làm đặc tínhthuỷ lực của động cơ pk = f(G2

k) dốc hơn, nên điểm phối hợp công tác của tổ hợpTBMN - động cơ tiến gần đến vùng mất ổn định ( đường cong 3 )

Hình 2.7 a) : Sự thay đổi các thông số công tác của tổ hợp tua bin máy

nén khi làm việc ở các quá trình chuyển tiếp

Từ hình 2.7 ( a ) thấy rõ, khi rôto TBMN tăng từ vòng quay ntk1

( tương ứng với chế độ không tải của động cơ ) phụ thuộc vào mức độ tăng của

nhiệt độ khí xả Tuỳ theo quá trình tăng tải của động cơ, mà diễn biến đặc tính

đó nhiệt độ khí xả giảm xuống và tốc độ rô to TBMN đạt tới giá trị ổn định mới

0

t

N

5 4 3 N

2 1 0

Hình 2.7 b) : Sự thay đổi các thông số công tác của tổ hợp tua bin máy nén

khi làm việc ở các quá trình chuyển tiếp