giáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủyvgiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủygiáo trình máy tàu thủy
022011 – MTT – BGCT - MTT ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA MÁY TÀU THỦY MÁY TÀU THỦY Tp.Hồ Chí Minh, 04/2014 KHOA MÁY TÀU THỦY 1 022011 – MTT – BGCT - MTT Chương 1:GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TÀU THỦY 1.1: Khái niệm và phân loại máy tàu thuỷ Các động cơ trong hệ động lực tàu thuỷ thường được sử dụng, lắp đặt là động cơ đốt trong (ĐCĐT) và tua-bin hơi (TBH). Ngoài ra người ta còn dùng tuabin khí (TBK) hoặc các tua-bin chạy bằng năng lượng nguyên tử để dẫn động cho các thiết bị khác trên một số tàu chuyên dụng, tuy nhiên số lượng các loại tàu này rất ít. Ngoài ra, những năm gần đây một số nước có ngành đóng tàu tiên tiến đã chế tạo thành công loại tàu chạy trên đệm khí. Trên tàu hàng dùng rộng rãi các động cơ Diesel thấp tốc với khả năng tăng áp cao giúp tăng lượng không khí và nhiên liệu cung cấp vào xi lanh, qua đó giúp làm tăng công suất của động cơ trên cơ sở các kích thước cơ bản của động cơ không đổi. Để giảm khối lượng và kích thước hệ động lực, làm đơn giản hơn quá trình khai thác và bảo dưỡng sửa chữa trên thế giới đã áp dụng một số loại động cơ Diesel trung tốc, thấp tốc hành trình dài hoặc siêu dài... Hiện nay hệ động lực nhiều máy (HĐLNM) được dùng vào mục đích duy trì công suất lớn cho các tàu chạy với tốc độ lớn. HĐLNM dùng chủ yếu vào mục đích quân sự và các tàu chuyên dụng khác. Trên các tàu đó thường dùng các động cơ chính cùng loại (Diesel, TBH hay TBK hoặc tổ hợp Diesel – TBK). Máy tàu thuỷ có thể chia ra làm hai nhóm: Hệ động lực chính tàu thuỷ: Dùng để sinh công cơ học lai chân vịt, sinh ra lực đẩy tàu để tàu đạt được vận tốc nhất định. Hệ động lực phụ: Bao gồm các loại máy móc, trang thiết bị còn lại như: các tổ hợp Diesel lai máy phát điện, động cơ lai máy nén khí, lai bơm, máy lạnh thực phẩm và điều hòa không khí, máy lọc dầu ... Hệ động lực chính tàu thuỷ: Hệ động lực chính Diesel: KHOA MÁY TÀU THỦY 2 022011 – MTT – BGCT - MTT Máy chính là động cơ Diesel lai chân vịt. Máy chính có thể là động cơ thấp tốc, cao tốc hoặc trung tốc, có thể đảo chiều hoặc không đảo chiều. Hệ động lực chính Diesel lai chân vịt được truyền động có thể trực tiếp hoặc gián tiếp thông qua ly hợp, qua hộp số đảo chiều hoặc truyền động điện, truyền động thủy lực. Chân vịt có thể là loại chân vịt biến bước hoặc định bước. Hệ động lực chính Diesel có thể dùng một động cơ lai 1 chân vịt, có thể hoặc không qua ly hợp (truyền động trực tiếp) hoặc hai động cơ lai một chân vịt hoặc nhiều động cơ lai thứ tự nhiều chân vịt. Hệ động lực chính Diesel có thể sử dụng nhiều máy (HĐLNM) để lai chân vịt. Trên các HĐL này dùng một bộ truyền động hộp số. Bộ truyền động hộp số đóng vai trò bộ góp mômen, góp công suất của các động cơ thành phần. Bộ góp cho phép một hoặc nhiều động cơ có thể hoạt động riêng biệt hoặc đồng thời cùng lai một chân vịt. Hệ động lực chính Hơi nước: Trong HĐL chính hơi nước thì động cơ lai chân vịt là động cơ hơi nước như: Máy hơi nước kiểu piston; Tua-bin hơi. Hệ động lực chính Diesel - Tua-bin khí: Là tổ hợp bao gồm động cơ diesel (một hoặc nhiều động cơ) và tua-bin khí làm việc chung với chân vịt. Việc xuất hiện tổ hợp các máy kết hợp giữa các loại động cơ khác nhau do nhu cầu ngày càng tăng về sử dụng năng lượng. Các hệ động lực laoij này tận dụng được ưu điểm riêng lẻ của từng loại riêng biệt. Hệ động lực phụ tàu thủy: Các hệ động lực phụ có nhiệm vụ phục vụ cho các hoạt động của máy chính và con tàu. Hệ động lực phụ cơ bản xét đến đó là tổ hợp Diesel lai máy phát điện. Các máy phát điện thường được dẫn động bởi động cơ Diesel, ngoài ra còn có thể dùng tua-bin hơi, tua-bin khí (qua hộp giảm tốc) để lai máy phát. Trên một số tàu hàng lớn, chạy tuyến dài người ta có thể bố trí máy phát điện động trục do chính máy chính lai để tăng tính kinh tế cho hệ động lực. Hệ động lực phụ có thể kể đến KHOA MÁY TÀU THỦY 3 022011 – MTT – BGCT - MTT nữa là các tổ hợp máy lai - máy nén khí, máy lai - máy lọc, máy lai – bơm, máy lạnh và điều hòa không khí ... Tự động hóa máy tàu thủy: Các con tàu được trang bị các hệ thống thiết bị tự động để tăng khả năng hoạt động tự động cho các máy móc, thiết bị, nâng cao tính an toàn, tin cậy và hiệu quả khai thác cho con tàu và máy móc trên tàu. Hiện nay, trên tàu có hai mức tự động hóa: Mức A1 - Tàu được tự động hoá, không cần trực ca ở buồng máy và trung tâm điều khiển (control center). Mức A2 - Tàu được tự động hoá, việc điều khiển máy móc, thiết bị ở buồng máy được thực hiện từ xa tại buồng điều khiển (control room). Hiện nay hầu hết các tàu vận tải biển của các công ty vận tải biển trong nước, mức độ tự động hoá đều ở dưới mức A2. Thực tế là các tàu nhỏ cũ thì hầu như không có tự động. Các tàu lớn hơn nhưng có tuổi khá cao tuy có mức độ tự động A2 song chúng làm việc không tin cậy. Từ đó người khai thác thường xuyên phải trực ca dưới buồng máy và vận hành khai thác tại máy. Các tàu đóng mới ngày nay có mức độ tự động hoá cao. Trên các tàu này các thiết bị tự động đã thay thế được những công việc trực ca bình thường. Tình trạng hoạt động của máy được tự động điều khiển, điều chỉnh, dự báo hư hỏng để người khai thác biết kịp thời xử lý, đưa ra những biện pháp khai thác cần thiết, an toàn và kinh tế cho hệ động lực. 1.2: Các loại tàu thông dụng hiện nay: Tàu chở hàng bách hóa (Multipurpose ship) KHOA MÁY TÀU THỦY 4 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 1- 1 : Multi- purpose ship Tàu chở hàng container (Container Ship) Hình 1- 2 : Tàu container Tàu ropax- roro KHOA MÁY TÀU THỦY 5 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 1- 3 : Tàu ropax Tàu chở, dầu hóa chất, khí hóa lỏng Hình 1- 4 : Tàu chở dầu, hóa chất KHOA MÁY TÀU THỦY 6 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 1- 5 : Tàu chở khí hóa lỏng Tàu dịch vụ Hình 1- 6 : Tàu dịch vụ Tàu cá KHOA MÁY TÀU THỦY 7 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 1- 7 : Tàu đánh cá Chương 2: ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 2.1: Những định nghĩa và khái niệm cơ bản Động cơ nhiệt bao gồm động cơ đốt trong và động cơ đốt ngoài. Động cơ đốt ngoài là loại động cơ nhiệt có quá trình đốt cháy nhiên liệu được tiến hành ở bên KHOA MÁY TÀU THỦY 8 022011 – MTT – BGCT - MTT ngoài động cơ. Ví dụ: Máy hơi nước kiểu piston, tua-bin hơi nước… Động cơ đốt trong là loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toả nhiệt và quá trình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác (hỗn hợp khí đốt do việc cháy nhiên liệu) sang cơ năng được tiến hành ngay trong bản thân động cơ. (VD: Động cơ diesel, động cơ cacbua ratơ, động cơ gas ...) Động cơ diesel là loại động cơ đốt trong kiểu piston dùng nhiên liệu lỏng, mà trong đó nhiên liệu được đưa vào xilanh cuối quá trình nén, tự bắt lửa trong không khí có nhiệt độ và áp suất cao do bị nén trong xilanh. Động cơ diesel còn gọi là động cơ tự cháy (trên tàu thuỷ chỉ dùng loại này). 2.2: Những bộ phận chính của động cơ đốt trong kiểu piston KHOA MÁY TÀU THỦY 9 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 8 : Sơ đồ kết cấu các chi tiết của động cơ Diesel 4 kì KHOA MÁY TÀU THỦY 10 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 9 : Sơ đồ kết cấu các chi tiết của động cơ Diesel 2 kì Động cơ đốt trong kiểu piston có các bộ phận cơ bản bao gồm nhóm các chi tiết tĩnh, nhóm các chi tiết động và các hệ thống phục vụ. Các chi tiết tĩnh gồm: Bệ máy, thân máy, khối xilanh, nắp xilanh. Các chi tiết động gồm: Piston, thanh truyền, trục khuỷu, supap. Các hệ thống phục vụ động cơ gồm: - Hệ thống phân phối khí. Hệ thống cung cấp nhiên liệu. Hệ thống làm mát. Hệ thống bôi trơn. KHOA MÁY TÀU THỦY 11 022011 – MTT – BGCT - MTT - Hệ thống khởi động và đảo chiều. Hệ thống tăng áp (với loại động cơ có tăng áp). 2.3: Nguyên lý làm việc: Khi nhiên liệu cháy trong xilanh động cơ (tự cháy do được cung cấp vào trong xilanh ở cuối quá trình nén, khi áp suất và nhiệt độ của không khí nén trong xilanh tăng lên bằng với nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu, hoặc bị đốt cháy cưỡng bức nhờ nguồn lửa bên ngoài) sẽ sinh ra sản phẩm cháy có áp suất và nhiệt độ cao, sản phẩm cháy giãn nở bên trong xilanh động cơ sinh ra lực tác dụng lên đỉnh piston đẩy piston chuyển động tịnh tiến đi xuống. Nhờ có cơ cấu thanh truyền trục khuỷu, chuyển động tịnh tiến của piston được chuyển thành chuyển động quay của trục khuỷu thông qua chuyển động song phẳng của thanh truyền. Để đảm bảo nạp khí mới kịp thời vào xilanh, cũng như để thải đúng lúc khí thải ra khỏi xilanh động cơ, trên động cơ được bố trí hệ thống phân phối khí. Bao gồm các xupap nạp, xupap thải khí, cơ cấu đóng mở xupap và các thiết bị tăng áp suất cho khí nạp. Để cung cấp nhiên liệu mới vào xilanh thì động cơ được trang bị hệ thống cung cấp nhiên liệu. Bao gồm bơm cao áp (BCA), đường ống cao áp, vòi phun nhiên liệu và cơ cấu dẫn động BCA. Sự chênh lệch giữa nhiệt độ cực đại khi cháy nhiên liệu và nhiệt độ thấp nhất cuối quá trình giãn nở (900 ÷1500oK) bảo đảm cho chu trình công tác của động cơ thu được hiệu suất cao. Tuy nhiệt độ cháy cao, nhưng quá trình cháy trong động cơ có tính chu kì và các chi tiết tiếp xúc với khí cháy luôn được làm mát nhờ hệ thống làm mát, các bề mặt chuyển động tương đối giữa các chi tiết luôn được bôi trơn nhờ hệ thống bôi trơn nên đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định và bền vững, có độ tin cậy cao. KHOA MÁY TÀU THỦY 12 022011 – MTT – BGCT - MTT 2.4: Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong 2.4.1: Ư u điểm: - Hiệu suất có ích cao: Đối với động cơ diesel hiện đại hiệu suất có ích có thể đạt 36 ÷ 49% trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua-bin hơi chỉ 22 ÷ 28%, của thiết bị máy hơi nước không quá 16%, của thiết bị tua- - bin khí khoảng 30%. Nếu hai động cơ đốt trong và đốt ngoài cùng công suất thì động cơ đốt trong gọn và nhẹ hơn nhiều (vì không cần các thiết bị phụ khác như động - cơ đốt ngoài, như nồi hơi, buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi...). Tính cơ động cao: Khởi động nhanh và luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng - khởi động. Có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải. Dễ tự động hoá và điều khiển từ xa. Ít gây nguy hiểm khi vận hành (ít có khả năng gây hoả hoạn và nổ vỡ thiết - bị). Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm - việc. Không tốn nhiên liệu khi ngừng động cơ. Không cần nhiều người vận hành bảo dưỡng. 2.4.2: Nhược điểm: - Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% về công suất, 3% về vòng - quay trong thời gian một giờ). Không ổn định khi làm việc ở tốc độ thấp. Rất khó khởi động khi đã có tải. Công suất lớn nhất của thiết bị không cao lắm (công suất của động cơ đốt - trong không vượt quá 40 ÷ 45 ngàn mã lực hoặc 30 ÷ 37 ngàn KW). Yêu cầu nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tương đối khắt khe và đắt - tiền. Cấu tạo của động cơ đốt trong tương đối phức tạp, yêu cầu chính xác cao. Động cơ làm việc khá ồn, nhất là động cơ cao tốc. Yêu cầu thợ máy phải có trình độ kỹ thuật cao. KHOA MÁY TÀU THỦY 13 022011 – MTT – BGCT - MTT 2.5: Động cơ 4 kỳ 2.5.1: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết Động cơ diesel 4 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công sau 4 hành trình piston tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu, tức 720 o góc quay trục khuỷu. Hình 2- 10 : Chu kì làm việc của động cơ Diesel 4 kì Chu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ gồm 4 quá trình: nạp, nén, nổ (cháy giãn nở sinh công) và xả. Quá trình nạp khí Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Supap hút mở, supap xả đóng. Thể tích trong xilanh (phía trên piston) tăng lên làm áp suất trong xilanh giảm xuống. Nhờ sự chênh lệch áp suất mà không khí từ bên ngoài được hút vào xilanh (thông qua bầu lọc khí, ống hút và xupap hút). Khi piston xuống đến điểm chết dưới thì supap hút đóng lại hoàn toàn kết thúc quá trình nạp khí. Qúa trình nạp được thể hiện bằng đoạn r – a trên đồ thị công chỉ thị của động cơ. Quá trình nén khí KHOA MÁY TÀU THỦY 14 022011 – MTT – BGCT - MTT Các supap hút và supap xả đều đóng kín. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Không khí trong xilanh bị nén lại rất nhanh do thể tích của xilanh giảm dần (khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT thì thể tích trong xilanh chỉ bằng 1/15 - 1/22 thể tích ban đầu) nên áp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên rất cao. Cuối quá trình nén, áp suất khí nén có thể lên tới 40 - 50Kg/cm2 kèm theo việc tăng nhiệt độ không khí lên tới 500-7000c, cao hơn nhiều so với nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu. Về mặt lý thuyết thì khi piston lên đến ĐCT, nhiên liệu sẽ được phun vào buồng đốt dưới dạng sương mù kết thúc quá trình nén khí. Quá trình nén khí được biểu diễn bằng đoạn a – c trên đồ thị công chỉ thị của động cơ. Quá trình cháy giãn nở sinh công (kỳ nổ) Các supap vẫn đóng kín. Piston ở điểm chết trên, nhiên liệu phun vào buồng đốt gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Quá trình cháy khoảng 40% nhiên liệu gần như là quá trình đẳng tích và được biểu diễn bằng đường cz', 60% nhiên liệu còn lại cháy ở trong điều kiện gần như là đẳng áp (đường z'z). Nhiệt độ và áp suất trong buồng cháy tăng lên mãnh liệt (áp suất có thể lên tới 60 - 120 Kg/cm2, nhiệt độ lên tới 1500 - 2000oC) khí cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống, thông qua cơ cấu biên làm quay trục khuỷu. Quá trình cháy và giãn nở được biểu thị bằng đường (z'zb) kết thúc tại điểm b, ứng với lúc piston ở ĐCD. Hình 2- 11 : Đồ thị công chỉ thị (p – v) lý thuyết của động cơ diesel 4 kỳ không tăng áp KHOA MÁY TÀU THỦY 15 022011 – MTT – BGCT - MTT Quá trình thải khí (kỳ xả) Supap xả mở, supap hút đóng. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Khi piston ở ĐCD supap xả bắt đầu mở, khí thải trong xilanh tự xả ra ngoài, sau đó piston đi lên tiếp tục đẩy khí thải ra. Khi piston lên đến điểm chết trên thì supap xả đóng lại, supap hút lại mở ra, không khí lại được nạp vào xilanh để bắt đầu một chu trình mới. Các chu trình hoạt động tiếp diễn liên tục khiến cho động cơ hoạt động liên tục. Quá trình xả khí cháy được biểu diễn bằng đoạn b – d1 trên đồ thị công của động cơ. 2.5.2: Các nhận xét về chu trình lý thuyết: Trong 4 hành trình của piston chỉ có một hành trình sinh công, các quá trình còn lại điều tiêu tốn công và làm nhiệm vụ phục vụ cho quá trình sinh công. Sự quay trục động cơ trong thời gian của ba hành trình còn lại xảy ra nhờ dự trữ năng lượng mà bánh đà đã tích luỹ được trong thời gian hành trình công tác của piston hoặc nhờ công của các xilanh khác. Để khởi động động cơ, đầu tiên cần nhờ năng lượng bên ngoài quay nó (bằng không khí nén hay là bằng động cơ điện), và chỉ sau khi nén không khí trong xilanh và cung cấp nhiên liệu có thể nhận được sự bốc cháy, sau đó động cơ mới bắt đầu tự hoạt động. Mỗi quá trình (hút, nén, nổ, xả) đều được thực hiện trong một hành trình của piston tương ứng bằng 180o góc quay của trục khuỷu. Các supap đều bắt đầu mở hoặc đóng kín đúng khi piston ở vị trí điểm chết do đó chưa tận dụng được tính lưu động của chất khí. Kết quả là nạp không đầy và thải không sạch khí, ảnh hưởng tới quá trình cháy của nhiên liệu nên hiệu suất động cơ giảm. Nếu nhiên liệu được phun vào buồng đốt đúng lúc piston ở ĐCT thì sẽ không tốt vì: Thực tế sau khi tự phun vào buồng đốt, nhiên liệu không lập tức bốc cháy ngay mà cần phải có một thời gian để chuẩn bị cháy (gồm thời gian để nhiên liệu hoà trộn với khí nén trong buồng đốt, thời gian nhiên liệu bốc hơi và hấp thụ nhiệt trong buồng đốt để nâng nhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ tự bốc cháy). Gọi là thời gian trì hoãn sự cháy τi. KHOA MÁY TÀU THỦY 16 022011 – MTT – BGCT - MTT Như vậy nếu nhiên liệu phun đúng khi piston ở ĐCT thì khi nhiên liệu chuẩn bị xong để bắt đầu cháy piston đã đi xuống một đoạn khá xa (làm thể tích trong xilanh tăng lên, áp suất và nhiệt độ hỗn hợp giảm) ảnh hưởng trực tiếp tới chất lượng cháy nhiên liệu. Do vậy công sinh ra của quá trình giãn nở sẽ giảm làm công suất động cơ giảm. Mặt khác để phun hết một lượng nhiên liệu vào buồng đốt cần phải có một thời gian nhất định, như vậy số nhiên liệu phun vào sau sẽ cháy không tốt, hoặc chưa kịp cháy đã bị thải ra ngoài. Vì thế hiệu suất động cơ giảm. 2.6: Động cơ 2 kỳ Động cơ diesel 2 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công tác trong hai hành trình của piston, tương ứng với một vòng quay hoặc 360 o góc quay của trục khuỷu. Động cơ 2 kì được chia ra làm 2 loại: Động cơ quét vòng và động cơ quét thẳng. Trong đó, động cơ quét vòng lại được chia ra: Động cơ quét vòng đặt ngang (cửa quét và cửa xả đặt đối diện nhau) và động cơ quét vòng đặt 1 bên (cửa quét và cửa xả đặt cùng một bên). KHOA MÁY TÀU THỦY 17 022011 – MTT – BGCT - MTT 2.6.1: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng. Hình 2- 12 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng đặt ngang 2.6.2: Đặc điểm cấu tạo của động cơ 2 kì quét vòng - Không có supap. Các cửa nạp và các cửa xả được bố trí xung quanh trên thành xilanh về hai phía đối diện nhau. Mép trên của cửa xả cao hơn mép trên của cửa nạp. Các cửa nạp có hướng vát lên phía trên để tạo hướng đi của dòng khí nạp lùa lên phía trên sát nắp xilanh (hoàn thiện việc làm sạch phía trên - xilanh). Việc đóng mở các cửa khí do piston đảm nhiệm, piston thường làm có - đỉnh lồi. Do đặc điểm kết cấu của động cơ nên động cơ không thể tự hút không khí được, do đó yêu cầu phải có cơ cấu tăng áp suất cho khí nạp, đảm bảo áp suất của khí nạp phải lớn hơn áp suất trong xilanh tại thời điểm nạp thì mới có thể nạp khí vào cho xilanh. Để tăng áp suất cho khí nạp thì thường người ta sử dụng phương pháp cơ giới, tức là sử dụng quạt gió KHOA MÁY TÀU THỦY 18 022011 – MTT – BGCT - MTT do động cơ điện lai, hoặc trích công suất từ trục động cơ để lai quạt. Đối với các động cơ công suất lớn thì người ta tăng áp bằng tua-bin khí xả, tận dụng luồng khí xả của động cơ để làm quay tua-bin, tua-bin quay làm - quay máy nén để nén không khí vào xilanh động cơ. Chu trình công tác được thực hiện trong 2 hành trình piston: Hành trình thứ nhất: Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên. Cho rằng tại thời điểm đầu piston nằm ở điểm chết dưới, lúc đó các cửa nạp và thải đều mở. Lúc này khí nạp được bơm quét khí thổi vào xilanh (với áp suất 1,15 -1,2 bar). Do có áp suất lớn hơn áp suất khí thải trong xilanh nên khí nạp sẽ đẩy khí thải qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn quét khí hoặc là giai đoạn thay khí vì nó vừa thải khí cũ vừa nạp khí mới. Piston đi từ ĐCD lên, các cửa nạp và thải dần dần đều đóng lại. Piston đi lên một đoạn thì đóng kín cửa nạp trước (đường bk trên đồ thức chỉ thị). Khi cửa nạp đã đóng, khí nạp đã ngừng không vào xilanh nữa, nhưng vì cửa thải vẫn còn mở nên khí thải vẫn tiếp tục qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này còn gọi là giai đoạn xả khí sót. Trong giai đoạn này có một phần khí nạp cũng bị lọt qua cửa thải ra ngoài nên còn gọi là giai đoạn lọt khí. Khi piston đi lên đóng kín cả các cửa thải thì kết thúc giai đoạn lọt khí (đường ka trên đồ thức chỉ thị). Piston tiếp tục đi lên điểm chết trên, giai đoạn này làm nhiệm vụ nén khí, quá trình xảy ra tương tự như trong động cơ 4 kỳ (đường ac trên đồ thức chỉ thị). Áp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên rất nhanh. Khi piston đến gần điểm chết trên thì nhiên liệu được phun vào xilanh dưới dạng sương mù qua vòi phun. Hành trình thứ hai: Nhiên liệu phun vào xilanh gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Một phần nhiên liệu cháy ở thể tích không đổi theo đường (cz'), phần còn lại cháy theo áp suất không đổi (theo đường z'z) tiếp đó diễn ra quá trình giãn nở sản phẩm cháy (đường ze). Sản phẩm cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu thực hiện giai đoạn sinh công. KHOA MÁY TÀU THỦY 19 022011 – MTT – BGCT - MTT Khi piston đi xuống được một đoạn thì mở cửa thải trước bằng mép của chúng (tại điểm e). Khí thải trong xilanh sẽ tự do xả ra ngoài làm áp suất trong xilanh giảm xuống gần bằng áp suất bên ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xả tự do. (giai đoạn xả tự do rất cần thiết, phải tính toán sao cho đủ thời gian để hạ áp suất trong xilanh xuống thấp hơn áp suất khí nạp trước khi piston bắt đầu mở các cửa nạp). Giai đoạn này biểu thị bằng đường ek. Piston đi xuống một đoạn nữa thì mở các cửa nạp (ứng với điểm k) khí nạp lại được thổi vào xilanh lùa khí thải ra thực hiện đẩy cưỡng bức khí thải và thay khí mới chuẩn bị cho quá trình sau. Hình 2- 13 : Đồ thị công chỉ thị của động cơ 2 kì - Nhận xét: Trong hai hành trình của piston có một hành trình sinh công. Mỗi hành trình của piston không làm riêng một nhiệm vụ như ở động cơ bốn kỳ mà làm nhiều nhiệm vụ. Hành trình 1: Làm các nhiệm vụ xả, nạp, nén. Hành trình 2: làm các nhiệm vụ sinh công, xả, nạp. KHOA MÁY TÀU THỦY 20 022011 – MTT – BGCT - MTT Trong hành trình 1, giai đoạn xả khí sót (lọt khí) là không có lợi vì nó làm tổn thất một phần khí nạp. Giai đoạn này càng nhỏ càng tốt nhưng lại phụ thuộc vào giai đoạn xả tự do của hành trình 2. 2.6.3: Sơ đồ cấu tạo của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng Động cơ có supap xả bố trí trên nắp xilanh được điều khiển bằng một cơ cấu phân phối trích từ trục khuỷu. Các cửa nạp được bố trí xung quanh trên thành xilanh, hướng vát lên trên để tạo hướng đi của dòng khí thẳng từ ĐCD lên ĐCT. Việc đóng mở các cửa nạp do piston đảm nhiệm. Bắt buộc phải có cơ cấu tăng áp khí nạp. Hình 2- 14 : Nguyên lí kết cấu của động cơ 2 kì quét thẳng 2.6.4: Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng Hành trình thứ nhất: Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, các cửa nạp và supap xả đều mở, hành trình này làm các nhiệm vụ quét khí, nạp khí, nén khí và phun nhiên liệu như ở động cơ quét vòng. Chỉ khác động cơ quét vòng ở chỗ giai đoạn lọt khí (xả khí sót) ở động cơ này KHOA MÁY TÀU THỦY 21 022011 – MTT – BGCT - MTT có thể điều chỉnh được (rất nhỏ hoặc bằng không, thậm chí có thể cho supap xả đóng trước khi đóng cửa nạp). Hành trình thứ 2: Làm các nhiệm vụ giãn nở sinh công, xả tự do, quét khí tương tự động cơ quét vòng, nghĩa là sau giai đoạn sinh công thì supap xả được mở trước, các cửa nạp mở sau. Hai dạng quét khí chủ yếu là quét vòng và quét thẳng. Tùy theo việc bố trí các cửa quét mà người ta chia hệ thống quét vòng thành quét vòng đặt ngang, quét vòng đặt một bên, quét vòng đặt xung quanh hay quét vòng hỗn hợp. Còn hệ thống quét ngang được chia thành quét song song, quét hướng tâm hay quét theo hướng tiếp tuyến. 2.7: So sánh động cơ diesel 2 kỳ và động cơ diesel 4 kỳ Qua nghiên cứu cấu tạo và hoạt động của động cơ 4 kỳ và 2 kỳ cho thấy mỗi loại đều có ưu nhược điểm, có thể so sánh như sau: Nếu hai động cơ có cùng các kích thước đường kính xilanh D, hành trình piston S, cùng số vòng quay n và cùng số xilanh thì về mặt lý thuyết công suất của động cơ 2 kỳ có thể lớn gấp đôi công suất của động cơ 4 kỳ (theo công thức N=) vì tiêu thụ nhiên liệu gấp hai và số lần sinh công cũng gấp hai động cơ 4 kỳ. Nhưng thực tế động cơ hai kỳ có công suất chỉ lớn hơn 1,6 -1,8 lần công suất của động cơ bốn kỳ vì những lý do sau: - Tổn thất công suất để lai bơm quét khí. Một phần hành trình của piston của động cơ hai kỳ dùng để nạp và thải khí; có một phần khí nạp mới bị lọt ra ngoài khi cửa quét đã đóng mà cửa - thải vẫn mở. Thải khí không sạch, nạp khí không đầy nên cháy không tốt. Quá trình quét sạch khí thải và nạp khí mới vào xilanh 4 kỳ tiến hành hoàn hảo hơn động cơ 2 kỳ vì các quá trình này được tiến hành trong hai hành trình của piston. KHOA MÁY TÀU THỦY 22 022011 – MTT – BGCT - MTT Động cơ 2 kỳ cấu tạo đơn giản hơn, nhất là khi sử dụng sơ đồ quét vòng vì không có các supap nạp, thải và bộ phận dẫn động chúng. Tuy vậy để thực hiện việc trao đổi khí cần phải có bơm quét khí. Mô men quay tác dụng lên trục khuỷu của động cơ hai kỳ so với động cơ 4 kỳ có cùng số xilanh thì đều đặn hơn vì số hành trình sinh công nhiều hơn. Ứng suất nhiệt của các chi tiết động cơ 2 kỳ, đặc biệt là nhóm piston - xilanh cao hơn ở động cơ 4 kỳ vì số hành trình sinh công nhiều hơn, nhiệt độ bình quân trong xilanh lớn hơn. Động cơ 4 kỳ có thể thay đổi được góc phân phối dễ dàng hơn so với động cơ 2 kỳ, vì chỉ cần thay đổi vị trí của mặt cam trên trục phân phối là có thể thay đổi góc mở sớm, góc đóng muộn khác nhau. Góc ứng với quá trình cháy và giãn nở của động cơ 4 kỳ lớn hơn của động cơ 2 kỳ (ở động cơ 4 kỳ khoảng 140o, còn ở động cơ 2 kỳ khoảng 100 - 120o). Động cơ 4 kỳ có thể tăng công suất bằng phương pháp tăng áp đơn giản hơn vì ứng suất nhiệt của xilanh nhỏ hơn và hệ thống tăng áp cũng đơn giản hơn. Tính kinh tế của động cơ 4 kỳ và 2 kỳ gần như nhau trừ trường hợp cá biệt đối với động cơ 4 kỳ tăng áp cao có thể đạt mức tiêu hao nhiên liệu khoảng 140g/kWh 2.8: Phạm vi ứng dụng Động cơ cỡ bé ít dùng 2 kỳ vì khó thải sạch khí do đó hiệu suất thấp, tốn nhiên liệu. Động cơ cỡ lớn ít dùng 4 kỳ mà thường dùng 2 kỳ vì kích thước động cơ nhỏ gọn hơn nhiều. 2.9: Kết cấu của động cơ diesel 2.9.1: Kết cấu phần tĩnh động cơ diesel Phần tĩnh của động cơ diesel bao gồm những bộ phận chính sau đây: - Nắp xilanh. KHOA MÁY TÀU THỦY 23 022011 – MTT – BGCT - MTT - Xilanh. Thân máy. Bệ máy. Những phần này liên kết chặt chẽ với nhau thành một khối thống nhất cứng vững, là điểm tựa cho động cơ hoạt động. Phần tĩnh chiếm khoảng 70% trọng lượng động cơ. 2.9.1.1 Nắp xilanh Nhiệm vụ: Nắp xilanh cùng với sơmi xilanh và đỉnh piston tạo thành buồng đốt, quyết định hình dáng và thể tích buồng đốt. Cố định sơmi xilanh. Dùng làm vị trí để lắp đặt nhiều chi tiết khác như vòi phun, van an toàn, bố trí các đường nạp và thải khí (động cơ 4 kỳ) hoặc đường thải khí (động cơ 2 kỳ), van khởi động… Nắp xilanh làm việc trong điều kiện tương đối phức tạp. Mặt dưới của nắp xilanh tiếp xúc với khí cháy nên chịu áp suất và nhiệt độ cao, bị ăn mòn. Chịu lực nén do xiết đai ốc các bu lông liên kết các bulông liên kết với xilanh, chịu ứng suất nhiệt lớn do sự chênh lệch nhiệt độ nhiều giữa các bề mặt làm việc. Chịu mài mòn và va đập (tại bệ đặt supap), chịu ăn mòn do nước làm mát và khí xả. KHOA MÁY TÀU THỦY 24 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 15: Nắp xilanh của động cơ 2 kì quét thẳng Cấu tạo: Nắp xilanh của động cơ diesel là chi tiết có cấu tạo tương đối phức tạp, được chế tạo bằng phương pháp đúc. Hình dáng bên ngoài của nắp xilanh thường là khối hộp có đáy hình vuông, chữ nhật, hình tròn hoặc lục giác ... Có thể đúc liền các nắp xilanh riêng rẽ thành một khối chung đối với động cơ cỡ nhỏ. Nắp xilanh động cơ cỡ lớn được đúc rời cho từng xilanh. Có trường hợp còn được ghép bằng hai nửa (nửa dưới bằng thép chịu nhiệt hoặc hợp kim tốt hơn, còn nửa trên bằng kim loại thường). Nếu động cơ làm việc với cường độ cao, người ta đưa buồng đốt lên trên nắp xilanh. Nắp xilanh ở phía buồng cháy chịu áp suất và nhiệt độ cao. Để đưa nhiệt ra ngoài trong nắp xilanh có các hốc nước làm mát. Nước được đưa từ áo nước ở nắp xilanh theo ống dẫn nước đi bao quanh những vùng, những bề mặt cần làm mát và được đưa ra ngoài. KHOA MÁY TÀU THỦY 25 022011 – MTT – BGCT - MTT Ngoài ra trên nắp xilanh có lỗ dùng để đặt vòi phun và một số lỗ khác để lắp supap nạp, supap xả, supap khởi động, supap an toàn cũng như lắp thiết bị đo đồ thức công chỉ thị. Người ta đặt nắp xilanh dựa trên gờ của xilanh nhờ gờ vòng và nắp được kẹp chặt vào thân xilanh nhờ những vít cấy. Để làm kín cần thiết giữa các bề mặt lắp ghép cần đặt miếng đệm làm bằng đồng mềm. Bề mặt chịu nhiệt của nắp xilanh có thể phẳng, vòng hoặc có hình dạng phức tạp. Hình dạng của nắp và cách bố trí các lỗ lắp vòi phun nhiên liệu, các supap hút, supap xả, van khởi động, các khoang nước làm mát, các đường nước lưu thông, các đường dẫn khí nạp, xả, các đường dầu bôi trơn phụ thuộc vào phương pháp trộn nhiên liệu, phụ thuộc vào hệ thống quét, vào kết cấu của xilanh và piston. Kết cấu bên trong nắp xilanh phải đảm bảo sao cho chiều dày thành vách được phân bố đều nhất để tránh sự giãn nở không đều gây ứng suất biến dạng nội tại lớn. Bên ngoài nắp xilanh được gia công để lắp nhiều chi tiết: hệ thống ống hút, ống xả, giàn điều khiển supap... 2.9.1.2 Thân xilanh và xilanh Nhiệm vụ: Kết hợp với piston và nắp xilanh để tạo thành không gian công tác của chất khí và tạo thành buồng đốt cháy nhiên liệu của động cơ. Làm ống dẫn hướng (ống trượt) cho piston chuyển động tịnh tiến lên xuống. Đối với động cơ 2 kỳ, trên xilanh còn có các cửa để nạp và thải khí. KHOA MÁY TÀU THỦY 26 022011 – MTT – BGCT - MTT Cấu tạo Xilanh gồm 2 phần chính: - Thân xilanh (Blốc xilanh). Sơmi xilanh (ống lót xilanh). Đối với động cơ cỡ nhỏ, có trường hợp thân và sơmi xilanh được chế tạo liền một khối. Còn đối với các động cơ lớn thì thân xilanh và sơmi xilanh được chế tạo rời sau đó sơmi xilanh sẽ được lồng vào trong thân xilanh. - Thân xilanh: Là bộ phận chứa sơmi xilanh, cùng với sơmi xilanh tạo thành các không gian nước làm mát và là nơi để lắp đặt các cơ cấu phụ khác (trục phân phối khí, bơm cao áp ...). Thân xilanh được chế tạo bằng phương pháp đúc, có thể đúc rời hoặc đúc liền với thân động cơ. Với động cơ cỡ nhỏ thì thân xilanh thường đúc liền để đảm bảo độ cứng. Đối với các động cơ cỡ lớn thì thân xilanh thường được chế tạo riêng cho từng xilanh hoặc từng đôi xilanh, sau đó liên kết lên một thân động cơ chung bằng bulông hoặc gudông. Thân xilanh được cấu tạo dưới dạng khối hộp đơn giản có lỗ để lắp sơmi xilanh, bên trong thân có các khoang nước làm mát và các đường nước lưu thông (khoang này thường gọi là áo nước) ngoài ra có các đường dẫn dầu bôi trơn cho sơmi xilanh. Đối với động cơ 2 kỳ, thân xilanh có kết cấu phức tạp hơn vì phải có các khoang để dẫn không khí quét (đối với tất cả các kiểu quét khí) và đường thải khí (đối với các động cơ quét vòng). Vật liệu chế tạo: Thường đúc bằng gang xám. Đối với động cơ đặc biệt có thể đúc bằng hợp kim nhôm. KHOA MÁY TÀU THỦY 27 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 16 : Sơ-mi xilanh và thân máy của động cơ 4 kì - Sơmi xilanh: Sơmi xilanh (ống lót xilanh) là một ống hình trụ được gia công chính xác và lắp chặt với thân xilanh bằng cách ép từ trên xuống. Phía trên sơmi có gờ để định vị, phía dưới để giãn nở tự do. Hình 2- 17 : Sơmi xilanh động cơ 2 kỳ KHOA MÁY TÀU THỦY 28 022011 – MTT – BGCT - MTT Trong quá trình làm việc, ống lót xilanh trực tiếp tiếp xúc với khí cháy và làm ống trượt cho piston nên luôn luôn chịu ứng suất cơ, ứng suất nhiệt lớn, bị ăn mòn hoá học và nó liên tục ma sát với xéc măng nên bị mài mòn lớn. Trong động cơ không có bàn trượt nó còn chịu tác dụng của lực ngang nên thường mòn ôvan theo hướng vuông góc với trục. Hình 2- 18 : Sơmi xilanh động cơ 4 kì Căn cứ vào cách cấu tạo và lắp ghép với thân xilanh, có thể chia sơmi xilanh thành ba loại chính: Loại làm liền với thân xilanh (xilanh không có sơmi riêng): Loại này chế tạo đơn giản nhưng khi hư hỏng thì phải thay thế toàn bộ xilanh, thường chỉ dùng cho động cơ cỡ nhỏ. Loại sơmi xilanh khô: Sơmi được chế tạo rời sau đó được ép vào thân xilanh và sơmi xilanh không trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát. Ưu điểm của sơmi khô: Là đảm bảo kín nước (không phải đề phòng rò nước xuống cac-te), thường dùng cho động cơ có công suất lớn. Phương pháp lắp sơmi xilanh là lắp trượt. KHOA MÁY TÀU THỦY 29 022011 – MTT – BGCT - MTT Nhược điểm: Là khả năng truyền nhiệt kém, cần phải gia công nhiều bề mặt chính xác. Loại sơmi xilanh ướt: Sơmi được chế tạo rời sau đó được ép vào thân xilanh và sơmi xilanh trực tiếp tiếp xúc với nước làm mát, loại này được dùng rộng rãi. Ưu điểm: Làm mát tốt. Nhược điểm: Thành sơmi phải chế tạo dày, ứng suất nhiệt lớn nên dễ bị nứt, phải dùng gioăng kín nước để tránh nước lọt xuống cac-te. Vật liệu chính để chế tạo ống lót xilanh là gang loại tốt (C428-48) (C432 - 52) cá biệt có loại làm bằng thép. Để nâng cao tính chống mòn của sơmi xilanh, có thể dùng phương pháp mạ crôm xốp, hoặc thấm nitơ, thấm các bon cho bề mặt bên trong. Bôi trơn cho sơmi xilanh bằng 2 phương pháp - Vung tóe: Động cơ cỡ nhỏ và vừa. Cưỡng bức: Động cơ cỡ lớn. Thông qua lỗ khoan qua sơmi xilanh có lắp van một chiều, dầu áp lực cao sẽ được bơm cấp vào bôi trơn cho sơmi xilanh. 2.9.1.3 Bệ máy Nhiệm vụ: Bệ máy là nền tảng của động cơ, đỡ thân máy, thân xilanh, nắp xilanh và các cơ cấu khác. Chịu tác dụng của áp lực khí cháy, áp lực quán tính. Cùng với thân máy tạo thành cac-te của động cơ. Cấu tạo: Gồm 2 dầm dọc, liên kết với nhau bởi các vách ngang tạo thành khung cứng vững. Các dầm có tiết diện chữ I hay tiết diện hình hộp. Cứ hai vách ngang thì ngăn thành một ô chứa một xilanh, trên vách ngang đặt ổ đỡ chính. KHOA MÁY TÀU THỦY 30 022011 – MTT – BGCT - MTT Bệ máy được liên kết với thân động cơ bằng các bu lông hoặc mối liên kết phẳng. Đối với động cơ công suất nhỏ người ta còn sử dụng bộ phận giảm rung. Hình 2- 19 : Kết cấu bệ máy 2.9.2: Kết cấu phần động động cơ diesel Các phần động của động cơ diesel bao gồm các chi tiết chính sau đây: - Piston, xéc măng. Thanh truyền (biên). Trục khuỷu và bánh đà. 2.9.2.1 Piston Nhiệm vụ: Piston cùng với thành sơmi xilanh, nắp xilanh tạo thành buồng đốt. Truyền áp lực của khí cháy (trong quá trình giãn nở) qua thanh truyền (biên) để làm quay trục khuỷu. Bao kín buồng công tác của xilanh, không cho khí cháy lọt xuống dưới và ngăn không cho dầu nhờn bôi trơn lọt lên buồng đốt. Đối với động cơ 2 kỳ, piston còn làm nhiệm vụ đóng mở các cửa quét và thải khí. KHOA MÁY TÀU THỦY 31 022011 – MTT – BGCT - MTT Piston làm việc trong điều kiện hết sức nặng nề: Chịu tải trọng cơ khí rất lớn do áp lực khí cháy và lực quán tính gây ra, chịu ứng suất nhiệt lớn do đỉnh piston bị đốt nóng bởi nhiệt độ rất cao của khí cháy đồng thời piston phải truyền nhiệt từ phần đỉnh piston ra môi trường làm mát, chịu va đập (tại rãnh xéc măng và bệ chốt piston) do piston đổi chiều liên tục, chịu ăn mòn do tiếp xúc với khí cháy. Vật liệu chế tạo piston thường dùng gang, thép hoặc hợp kim nhôm. Động cơ công suất lớn dùng vật liệu bằng gang có ưu điểm là chịu lực tốt, chịu mài mòn tốt, ít giãn nở, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là trọng lượng lớn gây nên lực quán tính lớn. Động cơ có công suất nhỏ dùng hợp kim nhôm để chế tạo có ưu điểm là giảm được trọng lượng, truyền nhiệt tốt, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là chống mòn kém, hệ số giãn nở lớn, nên phải để khe hở lớn giữa piston và xilanh. Cấu tạo: Về cấu tạo piston của động cơ 4 kì và động cơ 2 kì có những sự khác biệt tương đối lớn. Chúng ta sẽ đi tìm hiểu kết cấu piston của 2 loại động cơ này để nắm được những điểm khác biệt đó. Cấu tạo của piston động cơ 4 kì: Hình 2- 20 : Kết cấu Piston động cơ 4 kì 1. Đỉnh piston. 2. Rãnh xéc măng khí. 4. Lỗ thoát dầu của xéc măng. KHOA MÁY TÀU THỦY 3. Rãnh xéc măng dầu. 5. Chốt piston. 32 022011 – MTT – BGCT - MTT Kết cấu piston có thể chia thành 3 phần: Phần đỉnh, phần thân và phần dẫn hướng. Phần đỉnh tính từ mặt đỉnh đến rãnh xéc măng khí đầu tiên. Phần thân từ rãnh xéc măng khí trên cùng đến rãnh xéc măng khí cuối cùng. Phần dẫn hướng piston là phần tính từ rãnh xéc măng khí cuối cùng đến mép dưới của piston. - Phần đỉnh piston (đầu piston): Đầu piston trực tiếp tiếp xúc với khí cháy phải chịu nhiệt độ và áp suất cao nên kích thước phần này làm nhỏ hơn so với phần dưới để đề phòng giãn nở sinh ra bó kẹt. Để giảm nhiệt độ cho đầu piston thường người ta làm mát cho nó bằng dầu nhờn. Để hạn chế các rạn nứt về nhiệt, hiện nay người ta xử lý bằng cách phủ lên đỉnh piston các lớp bảo vệ khác nhau, các lớp này có độ cứng cao, độ bền tốt, chịu nhiệt tốt và khả năng truyền nhiệt kém. Để giảm nhiệt độ cho xéc măng trên cùng ở một số loại động cơ người ta còn gia công một rãnh chắn nhiệt lên phần đỉnh piston. Do đó tránh cháy xéc măng trên cùng. Kết cấu đầu piston có nhiều loại: + Đầu bằng (đỉnh bằng) + Đầu lồi (đỉnh lồi) + Đầu lõm (đỉnh lõm). Hình 2- 21 : Kết cấu đỉnh Piston a – Đỉnh bằng b – Đỉnh lồi c – Đỉnh lõm Loại đỉnh bằng: Dễ chế tạo, dùng cho động cơ 4 kỳ và 2 kỳ quét thẳng. Thường kích thước phần đầu nhỏ hơn phần dưới khoảng (0,006 - 0,008) D đối với piston bằng gang, đối với piston bằng nhôm khoảng 0,009 D. Loại đỉnh lồi: Nó tạo hướng dòng khí quét, ít tích tụ dầu muội trên đỉnh piston, loại này thích hợp cho động cơ 2 kỳ quét vòng. KHOA MÁY TÀU THỦY 33 022011 – MTT – BGCT - MTT Loại đỉnh lõm: Tạo xoáy lốc tốt nên tăng cường chất lượng tạo quá trình hỗn hợp, loại này thường dùng cho cả động cơ 2 kỳ và 4 kỳ. Nhược điểm là khó chế tạo và dễ tụ dầu muội trên đỉnh. - Phần thân piston (tính từ rãnh xéc măng khí trên cùng đến hết rãnh xéc măng khí cuối cùng). Thân piston làm nhiệm vụ chủ yếu là bảo đảm kín khí và truyền nhiệt của piston ra ngoài. Trên thân piston có các rãnh để lắp xéc măng khí, số lượng từ 2 đến 5 cái tuỳ từng loại động cơ. Ngoài ra còn có lắp vành đồng để chống mài mòn cho xéc măng. - Phần dẫn hướng: Nhiệm vụ dẫn hướng cho piston chuyển động ổn định không bị lắc ngang ngoài ra phần này còn làm nhiệm vụ rải dầu bôi trơn cho sơmi xilanh và gạt dầu ở sơmi xilanh xuống không cho lọt vào buồng đốt, làm bệ đỡ để lắp chốt piston liên kết piston với biên. Khe hở phần dẫn hướng với sơmi xilanh khoảng 0,001 D đối với piston bằng gang và khoảng 0,0018 D đối với piston bằng nhôm. Bên ngoài phần dẫn hướng cho gia công các rãnh để lắp xéc măng dầu (1 đến 3 rãnh), trên rãnh có khoan nhiều lỗ nhỏ để thoát dầu. Ở 2 đầu bệ chốt do có nhiều kim loại hơn chỗ khác, khi nóng sẽ giãn nở nhiều hơn vì vậy thường tiện piston thành ô van để tránh hiện tượng bó kẹt với sơmi xilanh. Tuỳ theo số kỳ, công suất xilanh và mức độ cường hoá động cơ mà đỉnh piston có thể được làm mát hoặc không làm mát. - Chốt piston KHOA MÁY TÀU THỦY 34 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 22 : Chốt Piston Chốt piston làm nhiệm vụ liên kết piston với thanh truyền. Thông thường chốt piston có thể xoay tự do xung quanh đường tâm của nó trong ổ đỡ (chốt trôi). Còn khả năng chuyển vị theo hướng dọc chốt được giới hạn bằng các vòng hãm đàn hồi ở hai đầu chốt piston. - Xéc măng Xéc măng của piston có thể chia thành 2 loại: xéc măng khí và xéc măng dầu. Xéc măng khí - Nhiệm vụ: Dùng để làm kín không cho lọt khí từ buồng đốt xuống cac-te. Truyền nhiệt của piston ra sơmi xilanh (lượng nhiệt của piston truyền qua xéc măng khí chiếm khoảng 60 - 70%, còn lại truyền qua phần dẫn hướng). Giảm lực xiên tác dụng vào thành sơmi, đảm bảo cho piston ít bị mài mòn, giảm va đập giữa piston và sơmi xilanh. Các xéc măng khí làm việc trong điều kiện hết sức nặng nề, nhất là xéc măng trên cùng, chịu nhiệt độ và áp suất cao của khí cháy, chịu mài mòn do ma sát lớn khi liên tục chuyển động tịnh tiến tiếp xúc với sơmi xilanh. - Kết cấu: KHOA MÁY TÀU THỦY 35 022011 – MTT – BGCT - MTT Xéc măng thường làm bằng gang xám hoặc thép có tiết diện chữ nhật hoặc dạng khác có xẻ rãnh dao gọi là miệng của xéc măng. Xec măng thường có một số loại sau: Loại trơn: Loại cơ bản dùng cho động cơ, máy nén bơm... Loại côn cạnh ngoài: Tăng khả năng gạt dầu, dùng chủ yếu ở động cơ 4 kỳ. Loại vát cạnh trong: Tăng khả năng điều khiển dầu. Loại xéc măng có mặt ngoài cong: tối ưu khả năng xoa đều màng dầu bôi trơn. Loại xéc măng có mặt ngoài cong không đều: xéc măng sau khi làm việc chịu biến dạng nhiệt và cơ, vì vậy hình dạng xéc măng như thế này sẽ cho biên dạng lý tưởng khi làm việc. Loại xéc măng khí/dầu: Có tác dụng làm kín khí và giảm khả năng bơm dầu lên buồng đốt. Hình dạng mối cắt miệng của xéc măng cũng có nhiều loại: Mối cắt thẳng: dễ chế tạo nhưng dễ lọt khí. Mối cắt chéo hoặc chữ z: đảm bảo làm kín tốt nhưng chế tạo khó. Mối cắt bậc phức tạp tăng khả năng làm kín nhưng không bền. Xéc măng dầu: - Nhiệm vụ: Rải dầu lên bôi trơn cho sơmi xilanh khi piston đi lên. Nạo dầu trên sơmi xilanh, ngăn ngừa không cho dầu lên buồng đốt khi piston đi xuống. Ngoài ra cũng tham gia truyền nhiệt và giảm chấn động như xéc măng khí nhưng rất ít. Ở các động cơ thấp tốc thường bố trí 1 đến 3 xéc măng dầu ở cuối phần dẫn hướng của piston. Ở các động cơ trung tốc còn bố trí thêm một xéc măng dầu ở phần thân piston ngay dưới xéc măng khí cuối cùng. Ở động cơ cao tốc thường có một xéc măng dầu và được bố trí bên trên chốt piston. KHOA MÁY TÀU THỦY 36 022011 – MTT – BGCT - MTT - Kết cấu: Để cạo sạch dầu bôi trơn khỏi bề mặt xilanh, các xéc măng dầu cần phải có các mép gạt tỳ sát vào xilanh. Để xả dầu tích tụ lại phía dưới xéc măng có các rãnh phay hay lỗ khoan ở ngay trên xéc măng cũng như các lỗ hướng tâm ở thành của phần dẫn hướng piston. Một số loại xec măng tiêu chuẩn thường dùng: Loại hình chóp: Tăng khả năng gạt dầu do tiếp xúc tốt với sơmi xilanh. Loại chóp cả trên và dưới: Khả năng gạt dầu hiệu quả hơn. Loại mạ crôm có lò xo bên trong: Tiếp xúc tốt với sơmi xilanh đồng thời chống mài mòn tốt. Khi piston chuyển động lên phía trên, nêm dầu được hình thành giữa bề mặt hình chóp của xéc măng với mặt gương của xilanh. Trong lớp dầu xuất hiện áp suất lớn hơn lực đàn hồi của xéc măng nên dầu bôi trơn có thể lọt xuống phía dưới. Khi piston chuyển động xuống phía dưới, mũi nhọn của xéc măng cạo phần thừa của dầu bôi trơn. Dầu sẽ tích tụ ở khe hở và đến khi áp suất ở đó tăng lên thì nó theo rãnh về cac-te. KHOA MÁY TÀU THỦY 37 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 23 : Mặt cắt ngang của xec-măng khí (a, b, c, d, e, f) và xec-măng dầu (g, h, j) Piston của động cơ 2 kì: Piston của các động cơ 2 kì bao gồm đầu piston và cán piston. Trên phần đầu piston có các rãnh xec măng để lắp đặt các xec măng khí và xec măng dầu. Đầu piston được lắp với cán piston bằng các bu lông. Phần cán piston có hình trụ tròn, một đầu lắp với đầu piston, đầu còn lại lắp với cơ cấu ba-tanh bàn trượt. Trong đó, ba-tanh bàn trượt là cơ cấu dẫn hướng cho piston, vì có ba-tanh bàn trượt dẫn hướng chuyển động nên piston của động cơ 2 kì không có phần dẫn hướng, do đó đầu piston của động cơ 2 kì ngắn hơn của động cơ 4 kì. KHOA MÁY TÀU THỦY 38 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 24 : Piston động cơ 4 kì Hình 2- 25 : Piston động cơ 2 kì 2.9.2.2 Biên (thanh truyền). Nhiệm vụ: KHOA MÁY TÀU THỦY 39 022011 – MTT – BGCT - MTT Biên là khâu trung gian nối piston với trục khuỷu (đối với các động cơ 4 kì) hoặc nối ba-tanh bàn trượt với trục khuỷu (đối với các động cơ 2 kì), dùng để biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay tròn của trục khuỷu trong hành trình sinh công, và ngược lại làm nhiệm vụ truyền lực từ trục khuỷu để dẫn động piston trong những hành trình không sinh công. Khi động cơ hoạt động: Biên làm việc trong điều kiện chịu lực liên tục. Chịu lực nén và uốn rất lớn do áp lực khí cháy thông qua piston truyền xuống. Chịu lực kéo, lực quán tính của bản thân và của piston. Chịu mài mòn ở hai đầu. Cấu tạo: Biên được chia thành ba phần chính: Đầu nhỏ biên Thân biên Đầu to biên Đầu nhỏ biên: Đầu nhỏ biên nối với piston thông qua chốt (ắc) piston trong các động cơ không có ba-tanh bàn trượt (các động cơ 4 kì), hoặc nối với chốt của ba-tanh trong các động cơ có ba-tanh bàn trượt (động cơ 2 kì). KHOA MÁY TÀU THỦY 40 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 26 : Kết cấu của tay biên Đa số động cơ không có bàn trượt thì đầu nhỏ biên thường được chế tạo liền với thân biên. Còn đối với một số động cơ công suất lớn, có bàn trượt thì đầu nhỏ biên được làm rời 2 nửa sau đó dùng bulông bắt lại với nhau. Kích thước đầu nhỏ biên được xác định theo đường kính ngoài của chốt piston hoặc chốt ba-tanh và khả năng đặt nó trong lòng piston, lòng ba-tanh bàn trượt. Hình dạng đường viền phía ngoài của đầu nhỏ biên có nhiều dạng, ví dụ: Động cơ cao tốc thì đầu nhỏ biên có hình tròn xoay, loại thấp tốc có hình ô van với vành dày hơn, hoặc tròn xoay có gờ nổi để tăng độ cứng... Bên trong đầu nhỏ biên có bạc lót để chống mòn, bạc lót có thể làm liền hoặc làm rời bằng thép hoặc bằng đồng, mặt trong có tráng lớp hợp kim đỡ sát chống mài mòn. Trên bạc lót có lỗ dẫn dầu bôi trơn (thông với thân biên hoặc thông qua đầu nhỏ biên lên phía trên). Bạc lót được cố định vào đầu nhỏ biên bằng chốt định vị hoặc ép chặt để chống xoay. KHOA MÁY TÀU THỦY 41 022011 – MTT – BGCT - MTT Phương pháp bôi trơn cho đầu nhỏ: Bôi trơn tự nhiên hay cưỡng bức. Bôi trơn tự nhiên: (đường kính xilanh D < 150mm) khoan các lỗ hướng tâm theo biên xuyên qua bạc lót lợi dụng dầu nhờn vung toé. Bôi trơn cưỡng bức: Dầu nhờn sau khi bôi trơn cho ổ đỡ chính, theo đường khoan trong má khuỷu, lên bôi trơn cho đầu to biên, sau đó theo đường khoan trong thân biên hoặc ống dẫn dầu lên bôi trơn cho đầu nhỏ biên. Thân biên: Là phần nối đầu nhỏ với đầu to biên. Hình dạng tiết diện thân biên có nhiều loại. Hình 2- 27 : Kết cấu mặt cắt ngang tay biên Loại tiết diện tròn và elíp là đơn giản, dễ chế tạo nhưng độ cứng kém thường dùng cho động cơ thấp tốc. Loại tiết diện chữ I, chữ H khó chế tạo nhưng độ cứng cao chịu lực tốt, trọng lượng nhỏ nên giảm được lực quán tính thường dùng cho động cơ cao tốc. Bên trong thân biên có khoan một lỗ dẫn dầu xuyên suốt từ đầu to lên đầu nhỏ (có trường hợp lắp ống dẫn dầu sát ngoài thân biên). Đầu to biên: Đầu to biên lắp với cổ biên trên trục khuỷu. Đầu to biên được chế tạo thành 2 nửa, nửa trên thường chế tạo liền với thân biên, còn nửa dưới lắp với nửa trên bằng bulông biên. Có trường hợp đầu to biên được chế tạo riêng rồi lắp với thân biên bằng bu lông hoặc gudông. Bên trong đầu to biên có bạc lót, bạc lót được chế tạo thành 2 nửa được cố định với đầu biên bằng chốt hoặc gờ định vị. Mặt trong bạc lót có lỗ dẫn dầu và rãnh chứa dầu bôi trơn. KHOA MÁY TÀU THỦY 42 022011 – MTT – BGCT - MTT Mặt cắt chia 2 nửa đầu to biên có thể làm vuông góc với thân biên hoặc vát nghiêng với thân biên. Nếu vát nghiêng sẽ giảm được lực kéo bulông biên và có thể 23 4 15 6 Hình 2- 28 : Kết cấu bu lông biên tháo biên rút qua xilanh dễ dàng hơn, nhưng khó chế tạo hơn. Để điều chỉnh tỉ số nén (kích thước buồng đốt) có thể dùng căn đệm giữa 2 nửa đầu to biên để điều chỉnh. Bu lông biên: Dùng để lắp liên kết đầu to biên với thân biên hoặc liên kết 2 nửa đầu to với nhau. Bulông biên phải chịu lực rất lớn: Lực kéo, lực cắt, lực uốn. Vì vậy bulông biên không giống bu lông thường. Có cấu tạo như hình vẽ. 1. Đầu bu lông 2. Thân 3. Phần ren 4. Lỗ lắp chốt chẻ 5. Đai ốc 6. Chốt chẻ Bu lông biên sau khi chế tạo phải rà cho chính xác. Các bu lông biên được xiết chặt bằng đai ốc xẻ rãnh. Với động cơ có công suất lớn chúng được chia độ để cho tiện việc điều chỉnh. KHOA MÁY TÀU THỦY 43 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 29 : Thanh truyền 2.9.2.3 Trục khuỷu Nhiệm vụ: Trục khuỷu nhận áp lực khí cháy (từ piston, biên truyền xuống) chuyển thành mô men quay để lai trục chân vịt và các thiết bị phụ. Truyền chuyển động cho piston trong những hành trình không sinh công. Trục khuỷu là một trong những chi tiết quan trọng nhất và chế tạo khó khăn nhất trong các chi tiết của động cơ. Trục khuỷu chịu tải trọng nặng nề của áp lực khí cũng như các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay. Các lực này gây ra mô men xoắn và uốn lớn, thay đổi cả trị số và chiều. Sự biến thiên có chu kỳ của các lực trên không chỉ gây ra các dao động xoắn và dao động dọc trục, mà trong những điều kiện nhất định có thể gây ra những ứng suất phụ, ứng suất mỏi rất lớn làm gãy trục khuỷu. Trục khuỷu còn luôn bị mài mòn (tại vị trí các cổ trục). KHOA MÁY TÀU THỦY 44 022011 – MTT – BGCT - MTT Yêu cầu kết cấu và kích thước trục phải tính toán đảm bảo đủ độ cứng vững để chịu lực, đảm bảo cân bằng động được tốt nhất và không gây ra rung động khi làm việc. Vật liệu chế tạo phải đảm bảo độ bền, độ cứng, chịu mòn và chịu mỏi tốt. Các trục khuỷu của động cơ diesel hiện đại hầu hết chế tạo từ thép các bon. Đối với động cơ cao tốc có thể chế tạo từ hợp kim thép để tăng độ bền vững của trục và tăng độ chịu mài mòn của ổ trục. Kết cấu: Trục khuỷu gồm 3 phần: Phần đầu, phần thân và phân đuôi. Phần đầu trục: Là đầu tự do quay về phía mũi tàu, thường lắp các bánh răng để dẫn động các thiết bị phụ: Trục cam, bơm cao áp, bơm dầu... Phần đuôi trục: Có mặt bích lắp với một bánh đà. Bánh đà có tác dụng tích lũy năng lượng, làm cho động cơ hoạt động êm, ít rung động. Vành ngoài bánh đà có lỗ để via máy, có vành răng để khởi động, có khía một số vạch dấu cần thiết. Thân trục khuỷu: Gồm nhiều cổ trục (cổ trục và cổ biên) và các má khuỷu. Có thể chia thành nhiều đơn vị trục, mỗi đơn vị gồm: 1 cổ trục, 1 cổ biên và 2 má khuỷu. Kết cấu trục khuỷu có nhiều loại khác nhau: - Loại chế tạo liền toàn bộ trục (động cơ công suất nhỏ, ít xilanh). Loại chế tạo ghép (động cơ công suất lớn, thấp tốc). Loại ghép từng đơn vị Loại ghép riêng từng cổ trục, cổ biên với má khuỷu. KHOA MÁY TÀU THỦY 45 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 30 : Kết cấu trục khuỷu 1. Cổ trục 2. Má khuỷu KHOA MÁY TÀU THỦY 3. Cổ biên 4. Đường dầu bôi trơn 46 022011 – MTT – BGCT - MTT 2.10: HỆ THỐNG PHỤC VỤ ĐỘNG CƠ Các hệ thống phục vụ động cơ có nhiệm vụ đảm bảo cho động cơ luôn làm việc một cách tin cậy, an toàn và kinh tế nhất. Các hệ thống phục vụ cho động cơ bao gồm: Hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát, hệ thống trao poi khí, hệ thống khởi động – đảo chiều… 2.10.1: Hệ thống nhiên liệu 2.10.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống cung cấp nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp đủ lượng nhiên liệu cho động cơ vào đúng thời điểm, đảm bảo chất lượng phun sương của nhiên liệu để động cơ làm việc ổn định, an toàn, tin cậy và kinh tế. 2.10.1.2 Phân loại hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu được phân loại dựa theo các tiêu chí như sau: Theo phương pháp cung cấp nhiên liệu: Hệ thông phun nhiên liệu trực tiếp. Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp. Hệ thống nhiên liệu trực tiếp Hệ thống nhiên liệu trực tiếp bao gồm bơm cao áp được truyền động cơ khí § êngèngcao¸p Vßiphun KÐttrùcnhËt V-1 Finläc V-2 B¬mcao¸p Hình 2- 31 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu phun trực tiếp nối với vòi phun bằng đường ống dẫn nhiên liệu áp suất cao. Ở hệ thống này nhiên liệu có áp suất cao tạo ra nhờ BCA được đưa ngay đến vòi phun và phun vào trong buồng đốt động cơ. KHOA MÁY TÀU THỦY 47 022011 – MTT – BGCT - MTT Ưu điểm: Kết cấu tương đối đơn giản, gọn nhẹ có khả năng nhanh chóng đáp ứng được việc cung cấp nhiên liệu ở mọi chế độ công tác khác nhau và có tính tin cậy cao. Nhược điểm: Áp suất phun giảm ở các chế độ vòng quay thấp của động cơ làm cho chất lượng phun sương nhiên liêụ cũng xấu đi. Điều nay dẫn đến khi động cơ làm việc với tốc độ quay nhỏ thì quá trình cháy không tốt. Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp (hệ thống phun tích năng). Hình 2- 32 : Hệ thống nhiên liệu gián tiếp – Hệ thống common rail 1 - Bơm 2 - Phin lọc 3 - Van lưu lượng 4 - Van điều tiết 5 - Bơm cao áp 6 - Van điều khiển áp suất cao 7 - Rail cảm biến 8 - Rail 9 - Vòi phun Đối với hệ thống này nhiên liệu có áp suất cao từ BCA không được đưa ngay đến vòi phun mà được đưa vào bình chứa áp suất cao, gọi là bộ phận tích năng rồi sau đó mới được đưa đến vòi phun qua bộ phận phân phối đặc biệt đúng lượng cần thiết, đúng thời điểm cần thiết rồi nhiên liệu mới được cấp vào buồng đốt động cơ. KHOA MÁY TÀU THỦY 48 022011 – MTT – BGCT - MTT Trong thực tế loại này có thể tích bình chứa lớn hoặc nhỏ, có thể đủ cung cấp cho một lần phun hoặc nhiều lần phun. Nếu hệ thống có thể tích bình chứa tích năng lớn thì nhiên liệu được BCA cung cấp liên tục cho bình chứa, không phụ thuộc vào thời điểm phun nhiên liệu áp suất cao, lớn hơn nhiều so với thể tích một lần phun nên quá trình phun diễn ra với áp suất gần như không đổi, đảm bảo chất lượng phun nhiên liệu cao trong một khoảng tốc độ quay cũng như phụ tải rộng. Vì vậy nó thường dùng cho những động cơ diesel tàu thuỷ có yêu cầu cao về việc phun nhiên liệu ở những chế độ phụ tải nhỏ. Nhược điểm: Hệ thống có kết cấu phức tạp, đắt tiền. Dựa vào loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ - Nhiên liệu nhẹ (DO) - Nhiên liệu nặng (MFO, HFO, FO). Nhiên liệu nặng hay nhẹ tuỳ theo tỷ trọng nhiên liệu. Với nhiên liệu có tỷ trọng: ≤ 0,86 g/cm3 thì được gọi là dầu nhẹ (A) 0,86 - 0,92g/cm3 thì được gọi là dầu nhẹ (B) ≥0,93g/cm3 thì được gọi là dầu nặng (C) Hệ thống nhiên liệu nhẹ Đặc điểm của hệ thống nhiên liệu này là sử dụng nhiên liệu có tỷ trọng nhỏ (dưới 0,92g/cm3) độ nhớt thấp (dưới 30cst ở 500C) nhiệt độ đông đặc thấp, các thành phần tạp chất khác như nước, lưu huỳnh, cốc, tro, xỉ nhỏ. Do vậy trong hệ thống nhiên liệu này không cần hệ thống hâm nhiên liệu cũng như có thể không cần dùng máy lọc ly tâm. - Sơ đồ hệ thống KHOA MÁY TÀU THỦY 49 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 33 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu nhẹ - Nguyên lý làm việc Hệ thống nhiên liệu nhẹ sử dụng cho các động cơ trung tốc và cao tốc công suất nhỏ. Trong động cơ công suất lớn nó tồn tại song song với hệ thống nhiên liệu nặng. Nhiên liệu từ két chứa được bơm chuyển vào két lắng qua hộp van. Tại két lắng các tạp chất bẩn và nước được lắng xuống và xả ra ngoài qua các van xả, sau đó được bơm chuyển lên két trực nhật qua phin lọc (Nếu chất lượng dầu không tốt có thể bố trí thêm máy lọc ly tâm trước khi đưa tới két trực nhật). Nhiên liệu từ két trực nhật được bơm cấp dầu bơm tới bơm cao áp và được đưa đến vòi phun, phun vào xilanh động cơ. Trong một số hệ thống khác nhiên liệu từ két trực nhật tới BCA nhờ chiều cao trọng lực. Hệ thống nhiên liệu nặng Thường được dùng cho các động cơ diesel trung tốc, thấp tốc cống suất lớn. Đặc điểm của hệ thống này là sử dụng loại nhiên liệu có tỷ trọng cao (trên 0,92g/cm3) nhiệt độ động đặc và độ nhớt cao (trên 30cSt ở 500C). Các thành phần tạp chất bẩn như nước, lưu huỳnh, cốc lớn. Vì vậy trong hệ thống này cần thiết KHOA MÁY TÀU THỦY 50 022011 – MTT – BGCT - MTT phải trạng bị các thiết bị hâm trong két chứa trước máy lọc ly tâm, trước BCA. Các đường ống dẫn nhiên liệu đều phải bọc cách nhiệt. Đối với hệ thống nhiên liệu này nhất thiết phải bố trí các máy lọc ly tâm để loại bớt tạp chất bẩn và nước ra khỏi nhiên liệu. Ngoài ra khi động cơ sử dụng hệ thống nhiên liệu nặng thì cần thiết phải bố trí thêm một hệ thống nhiên liệu nhẹ để phục vụ động cơ khi tàu khởi động, manơ hoặc chẩn bị ra vào cảng - Sơ đồ hệ thống Hình 2- 34 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu nặng - Nguyên lý làm việc KHOA MÁY TÀU THỦY 51 022011 – MTT – BGCT - MTT Nhiên liệu từ két chứa dưới hầm tàu được bơm chuyển dầu hút qua bầu lọc tới két lắng FO. Tại két lắng các tạp chất bẩn và nước được lắng xuống và xả ra ngoài qua các van xả, ở két lắng nhiên liệu có thể hâm sơ bộ để việc lắng tốt hơn. Nhiên liệu từ két lắng qua hộp van V-4 tiếp tục đến bầu hâm của mỏy lọc nhờ bơm chuyển rồi đến máy lọc ly tâm qua van V-6. Sau khi qua máy lọc để tách bỏ nước cặn bẩn nhiên liệu được đưa về két trực nhật FO qua van V-7. Từ két trực nhật, nhiên liệu chảy về két hoà trộn qua van 3 ngả, qua phin lọc rồi được bơm cấp dầu đẩy qua bầu lọc tiếp tục được hõm tại bầu hâm để đảm bảo độ nhớt 2,5 - 40BY của nhiên liệu đúng giá trị quy định trước BCA. Sau đó theo đường ống cao áp qua vòi phun đưa vào xilanh động cơ. Các chi tiết chính của hệ thống nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu bao gồm nhiều chi tiết như: Các két chứa, các đường ống, các bơm chuyển nhiên liệu áp suất thấp, các bầu hâm, máy lọc ly tâm, các phin lọc, bơm cao áp, vòi phun, đường ống cao áp các van chặn van 3 ngả... Ta chỉ xét một số chi tiết chính. Bơm cao áp, vòi phun. Bơm cao áp (BCA) Nhiệm vụ của BCA là cung cấp cho vòi phun một lượng nhiên liệu chính xác, có áp suất cao, tại đúng các thời điểm quy định. BCA là một thiết bị quan trọng trong hệ thống nhiên liệu nó đảm nhận cần thiết các yêu cầu cơ bản của hệ thống nhiên liệu: Định lượng, định thời, và một phần định áp. Hiện nay, các loại động cơ chủ yếu dùng 2 loại BCA, đó là BCA dạng piston rãnh xéo và BCA dạng van. Động cơ diesel tàu thuỷ luôn làm việc với các chế độ phụ tải khác nhau. Khi phụ tải thay đổi yêu cầu lượng nhiên liệu cấp cho chu trình cũng phải thay đổi. Để điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình có thể sử dụng các phương pháp sau: Thay đổi hành trình có ích của piston BCA giữ nguyên hành trình toàn bộ. Thay đổi hành trình toàn bộ của piston BCA nhưng xả bớt một phần nhiên liệu do bơm tạo ra. KHOA MÁY TÀU THỦY 52 022011 – MTT – BGCT - MTT Điều chỉnh quá trình cung cấp nhiên liệu cho BCA, ví dụ như dùng thiết bị cung cấp định lượng nhiên liệu cho BCA. Hiện nay chỉ sử dụng rộng rãi phương pháp điều chỉnh hành trình có ích của piston plunger bơm cao áp, có 3 cách sau: - Thay đổi thời điểm kết thúc phun. Thay đổi thời điểm bắt đầu phun. Thay đổi cả thời điểm bắt đầu phun và kết thúc phun. Điển hình là bơm rãnh xéo của hãng BOSCH, đầu piston của loại bơm này có 3 kiểu. Hình 2- 35 : Kết cấu piston bơm cao áp Piston rãnh xéo Kiểu thay đổi thời điểm kết thúc phun giữ nguyên thời điểm bắt đầu phun (rãnh xéo phía dưới loại này hay dùng) (Hình A). Kiểu thay đổi thời điểm bắt đầu phun, giữ nguyên thời điểm kết thúc phun (rãnh xéo phía trên) (Hình B). Kiểu thay đổi cả thời điểm bắt đầu và kết thúc phun (Hình C). Hình dưới đây giới thiệu cấu tạo của BCA BOSCH kiểu điều chỉnh thời điểm cuối. KHOA MÁY TÀU THỦY 53 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 36 : Kết cấu bơm cao áp thay đổi thời điểm cuối cấp 1 - Piston plunger. 4 - Ống bao xoay. 2 - Thanh răng. 5 - Xilanh. 3 - Đai răng. 6 - Đuôi piston hình chữ T. KHOA MÁY TÀU THỦY 54 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 37 : Kết cấu thực của BCA hãng MAN B&W Vòi phun. Nhiệm vụ: Phun đúng thời điểm và đúng lượng nhiên liệu yêu cầu do BCA cung cấp với áp suất cao vào buồng đốt dưới dạng sương mù, tạo điều kiện nhiên liệu hòa trộn tốt với không khí trong buồng đốt. Vòi phun thừơng có các dạng sau: Vòi phun nhiên liệu kiểu hở. Vòi phun nhiên liệu kiểu kín dùng van. Vòi phun nhiên liệu kiểu kín dùng kim phun (dùng nhiều nhất). Cấu tạo: KHOA MÁY TÀU THỦY 55 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 38: Vòi phun nhiên liệu của hãng MAN B&W KHOA MÁY TÀU THỦY 56 022011 – MTT – BGCT - MTT 401 - Kim phun 065 – Kim phun 090 – Vỏ vòi phun 161 – Nắp vòi phun 185 – Lò xo 220 – Lò xo đóng vòi phun 2.10.2: Hệ thống bôi trơn 2.10.2.1 Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn Nhiệm vụ Nhiệm vụ quan trọng nhất của hệ thống bôi trơn động cơ là cung cấp liên tục dầu nhờn cho các bề mặt tiếp xúc của các chi tiết có chuyển động tương đối với nhau trong động cơ như: Cổ trục, cổ biên, chốt piston, sơmi xylanh, con trượt, chốt ngang của cơ cấu con trượt, và các bộ phận khác như gối trục cam, gối đòn gánh supáp, các bánh răng truyền động... Mục đích tạo ra nêm dầu để giảm lực ma sát. Ngoài tác dụng giảm ma sát bôi trơn còn có tác dụng: Tẩy rửa các bề mặt tiếp xúc (dầu bôi trơn sẽ đưa các hạt, phoi kim loại bị mài mòn ra khỏi bề mặt tiếp xúc). Làm mát các bề mặt ma sát: Dầu nhờn sẽ mang nhiệt ở các bề mặt ma sát đi ra ngoài nhả nhiệt cho nước làm mát trong bầu làm mát dầu. Bao kín khe hở nhỏ (giữa piston với xilanh, giữa trục với phớt chắn...) do có màng dầu bôi trơn đệm giữa chung. Ngoài ra dầu nhờn còn dùng làm mát cho đỉnh piston, làm môi chất cho các hệ thống điều khiển, đảo chiều. Dầu bôi trơn cũng bao phủ các chi tiết để chống oxy hóa các chi tiết… Yêu cầu Trong hệ thống có nhiều động cơ thì mỗi động cơ phải có một hệ thống bôi trơn độc lập và giữa chúng có sự liên hệ hỗ trợ nhau. Dầu nhờn phải được đi đến tất cả các vị trí cần bôi trơn, lưu lượng và áp suất dầu bôi trơn phải phù hợp với từng vị trí bôi trơn. KHOA MÁY TÀU THỦY 57 022011 – MTT – BGCT - MTT Hệ thống dầu nhờn phải đơn giản, làm việc tin cậy đảm bảo suất tiêu hao dầu nhờn là nhỏ nhất. 2.10.2.2 Phân loại hệ thống bôi trơn Theo phương pháp cung cấp dầu nhờn đến hệ thống bôi trơn Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất thấp Tất cả các động cơ diesel đều có hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất thấp (áp suất trong hệ thống nằm trong khoảng 1,5 - 8 Kg/cm2 ). Hệ thống này cung cấp dầu bôi trơn cho các bề mặt ma sát của ổ trục chính, ổ khuỷu, ổ trục đầu nhỏ biên, ổ trục phân phối... Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất cao. Áp suất trong hệ thống này 8-50Kg/cm2. Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cưỡng bức áp suất cao phục vụ cho bôi trơn sơmi xilanh, đầu chữ thập con trượt ở các động cơ diesel có công suất lớn, hành trình piston dài. Đặc trưng của hệ thống này là cung cấp đúng định lượng và đúng thời điểm dầu bôi trơn cho mặt gương xilanh nhờ các bơm dầu kiểu piston, mỗi điểm bôi trơn có một piston riêng. Dầu bôi trơn xong một phần bị hoá hơi và cháy trong sơmi xilanh, một phần bị khí xả mang ra ngoài, phần còn lại chảy xuống bộ phận chứa dầu bố trí trên các tấm ngăn giữa xylanh và hộp trục khuỷu. Nhờ các tấm ngăn này có thể dùng loại dầu bôi trơn riêng để bôi trơn cho nhóm sơmi xilanh piston nhất là nhóm sơmi xilanh - piston của động cơ sử dụng nhiên liệu có hàm lượng lưu huỳnh cao, mục đích nhằm giảm hao mòn sơmi xilanh và các vòng xéc măng. Phương pháp bôi trơn bằng vung toé Dùng cho động cơ công suất nhỏ, kích thước xilanh bé. Đối với phương pháp này, lắp thêm các thiết bị đặc biệt vào trục khuỷu của động cơ để khi làm việc sẽ văng té dầu lên bôi trơn mặt gương xilanh, đầu nhỏ của biên, chốt piston...(một lượng dầu sau khi bôi trơn cho cổ khuỷu sẽ tràn ra bên mép và do có lực li tâm sẽ vung lên bôi trơn cho xylanh). KHOA MÁY TÀU THỦY 58 022011 – MTT – BGCT - MTT Tuy nhiên do dầu bẩn (có chứa cả nhiên liệu và sản phẩm cháy) chảy từ xilanh xuống nên trong trường hợp này quá trình ôxi hoá và quá trình làm bẩn dầu tăng lên rất nhanh, yêu cầu phải thay dầu sau một thời gian sử dụng ngắn hơn so với các phương pháp khác. - Phân loại theo vị trí chứa dầu bôi trơn trong động cơ Hệ thống bôi trơn cac-te ướt. Sơ đồ hệ thống: Nguyên lý làm việc: SinhhµndÇunhên Van®iÒuchØnh nhiÖt®é Van®iÒuchØnh ¸plùcdÇu Finläc VandÇuhåi V-4 C¸cte L íiläcth« B¬m V-5 B¬mtay Hình 2- 39 : Hệ thống bôi trơn cac-te ướt. Dầu nhờn chứa trong cac-te của động cơ được bơm hút qua lưới lọc thô đến phin lọc tinh. Trước khi đến bầu làm mát (sinh hàn) dầu qua van điều tiết nhiệt độ bằng tay hay tự động, van này có tác dụng cảm ứng nhiệt độ của dầu để điều chỉnh lượng dầu qua sinh hàn nhiều hay ít nhằm duy trì nhiệt độ của dầu nhờn ổn định trước khi vào động cơ (khi nhiệt độ thấp cho đi tắt không qua sinh hàn). Hệ thống còn được bố trí van điều chỉnh áp suất. Bằng cách điều chỉnh sức căng lò xo của van này ta có thể điều chỉnh áp suất trong hệ thống. Còn để điều chỉnh áp lực dầu trên đường ống chính có thể dùng van dầu hồi. KHOA MÁY TÀU THỦY 59 022011 – MTT – BGCT - MTT Để cung cấp dầu bôi trơn trước khi khởi động hoặc trong trường hợp động cơ làm việc với số vòng nhỏ, cần tăng thêm áp lực dầu đến giá trị định mức, dùng bơm độc lập (bơm này được truyền động bằng điện ở động cơ tàu thuỷ cỡ lớn, bằng tay ở động cơ cỡ nhỏ).Toàn bộ dầu nhờn sau khi bôi trơn xong đều rơi xuống cac-te (cac-te làm nhiệm vụ chứa dầu nên gọi là cac-te ướt). Hệ thống bôi trơn cac-te ướt cấu tạo đơn giản nhưng tính tin cậy, an toàn trong khai thác không được bảo đảm. Hệ thống bôi trơn cac-te khô: Dầu nhờn được chứa trong các két đặt cac-te. Dầu nhờn sau khi đi bôi trơn cho các chi tiết bên trong động cơ rơi xuống cac-te rồi được bơm chuyển về một két chứa riêng. Trong hệ thống này thì lưu lượng bơm hút dầu từ cac-te ra két chứa lớn hơn lưu lượng bơm đưa dầu đi bôi trơn. - Sơ đồ hệ thống: §éngc¬ Diesel SinhhµndÇunhên V-1 M¸yläcdÇunhên Finläc V-3 C¸cte BÇuh©m V-2 B¬m V-7 V-6 V-8 KÐtdÇu tuÇnhoµn V-4 B¬m V-5 L íiläcth« Hình 2- 40 : Hệ thống bôi trơn cac-te khô. - Nguyên lý làm việc: Mạch bôi trơn: KHOA MÁY TÀU THỦY 60 022011 – MTT – BGCT - MTT Hệ thống này bao gồm két tuần hoàn được bố trí dưới cac-te, chứa dầu từ cac-te chảy xuống. Dầu nhờn từ két được bơm bánh răng hút đưa qua lưới lọc, qua phin lọc tới sinh hàn vào đường ống chính dẫn đi bôi trơn máy chính. Trước khi đến sinh hàn dầu qua van điều tiết nhiệt độ để điều chỉnh lượng dầu nhờn qua sinh hàn nhiều hay ít nhằm duy trì nhiệt độ thích hợp trước khi vào bôi trơn, van an toàn V-2 dùng để điều chỉnh áp lực dầu bôi trơn (bằng cách thay đổi sức căng lò xo). Van dầu hồi V-3 điều chỉnh áp lực dầu trong đường ống chính. Mạch lọc dầu: Ngoài ra còn một hệ thống khác không mắc nối tiếp với hệ thống trên, dầu nhờn từ két tuần hoàn được bơm bánh răng hút qua bầu hâm để vào máy lọc dầu phân ly, ở đây nước và tạp chất được tách ra cho về két dầu bẩn (không vẽ trên hình), còn dầu sạch được bơm đẩy hồi về két tuần hoàn. Hai bơm hút và đẩy thường lắp ngay trong máy lọc. Ưu điểm: Thời gian sử dụng dầu nhờn dài hơn, an toàn tránh được nổ hơi dầu trong cac-te. 2.10.3: Hệ thống làm mát 2.10.3.1 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ chính là duy trì trạng thái nhiệt cho các chi tiết của động cơ, ngoài ra hệ thống làm mát còn duy trì nhiệt độ cho dầu bôi trơn, khí nạp… đảm bảo cho động cơ và các hệ thống phục vụ luôn hoạt động trong trạng thái nhiệt ổn định. Để làm mát xilanh và nắp xilanh người ta thường dùng nước ngọt hay nước biển. Để làm đỉnh piston, thường dùng dầu bôi trơn hay nước ngọt làm mát riêng. Công chất làm mát có thể là nước ngọt hay dầu diesel nhẹ. 2.10.3.2 Phân loại Hệ thống làm mát dùng cho diesel tàu thuỷ được chia ra làm 2 loại: - Hệ thống làm mát hở. - Hệ thống làm mát kín. KHOA MÁY TÀU THỦY 61 022011 – MTT – BGCT - MTT Hệ thống làm mát hở (1 vòng) Hệ thống này dùng nước ngoài mạn tàu để làm mát trực tiếp cho động cơ sau đó lại xả ra ngoài mạn. Hệ thống làm mát hở thường dùng cho động cơ công suất nhỏ. Sơ đồ hệ thống: Hình 2- 41 : Hệ thống làm mát hở Nguyên lý làm việc: Nước ngoài mạn tàu qua van thông biển, qua bầu lọc đến bơm đưa đi làm mát cho dầu ở sinh hàn dầu, làm mát cho nước ngọt ở sinh hàn nước ngọt, sau đó đi làm mát cho sinh hàn gió nạp máy chính, máy đèn rồi được xả ra ngoài mạn tàu thông qua van thông mạn. Để tránh nước vào làm mát cho động cơ quá lạnh, người ta nối giữa đường ra và đường vào của nước biển làm mát bằng một đường ống trên đó bố trí van điều tiết nhiệt độ. Van điều tiết nhiệt độ có nhiệm vụ hà trộn nước biển có nhiệt đọ cao sau khi đi làm mát cho các thiết bị với nước biển có nhiệt độ thấp lấy từ ngoài mạn vào. KHOA MÁY TÀU THỦY 62 022011 – MTT – BGCT - MTT Ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ. Nhược điểm: Có nhiều nhược điểm lớn chính như sau: Nhiệt độ nước làm mát ra khỏi động cơ không được vượt quá 50 - 550C để tránh tạo ra hiện tượng kết tủa muối làm giảm khả năng trao đổi nhiệt của hệ thống, ngoài ra lượng muối đóng cặn (tích tụ) trên đường ống làm tắc ống. Nhiệt độ nước ngoài tàu thay đổi rất lớn (từ 5 - 300C) tuỳ thuộc vào vùng hoạt động của tàu và thời tiết dẫn đến nhiệt độ của các vách làm mát cũng thay đổi làm cho ứng suất nhiệt của các chi tiết tăng lên. Ngoài ra khi nhiệt độ thấp có khả năng ngưng tụ hơi nước kết hợp với sản phẩm cháy tạo thành các loại axít làm tăng mức độ ăn mòn sơmi xilanh. Dù đã lọc qua bầu lọc nhưng nước vẫn bị bẩn (do bùn, cát...) nên các khoang làm mát xilanh và nắp xilanh bị bẩn rất nhanh, gây nên những điểm nóng cục bộ dẫn đến việc tạo ra các vết nứt trên những bề mặt đó. Hệ thống làm mát kín (2 vòng) Hệ thống này gồm 2 vòng tuần hoàn. Vòng tuần hoàn nước ngọt: Làm mát trực tiếp cho động cơ, máy nén tăng áp, tua-bin khí xả... và nó tuần hoàn trong một chu trình kín. Vòng làm mát bằng nước mặn: Dùng nước ngoài mạn tàu làm mát cho dầu nhờn, nước ngọt, không khí tăng áp rồi xả ra ngoài mạn tàu. Sơ đồ hệ thống: KHOA MÁY TÀU THỦY 63 022011 – MTT – BGCT - MTT Nguyên lý làm việc: Vòng tuần hoàn hở: Nước từ ngoài mạn tàu qua van thông biển, qua phin lọc nhờ bơm qua sinh hàn dầu nhờn, sinh hàn nước ngọt đồng thời qua làm mát cho sinh hàn khí tăng áp của máy chính, máy đèn rồi được xả ra ngoài thông qua van thông mạn. Vòng tuần hoàn kín: Nước ngọt sau khi ở động cơ ra qua sinh hàn nước ngọt được bơm hút đưa vào động cơ. Một phần nước nóng ra khỏi động cơ được đưa vào két dãn nở để thoát hơi, thoát khí (tránh tích hơi trong khoang nước). Sau đó Hình 2- 42 : Hệ thống làm mát kín lại về trước bơm. Lượng nước hao hụt được bổ sung qua két dãn nở. KHOA MÁY TÀU THỦY 64 022011 – MTT – BGCT - MTT Các van điều tiết nhiệt độ duy trì nhiệt độ cần thiết cho hệ thống . Nhiệt độ nước ngọt ra khỏi động cơ khoảng 65- 800C, còn hiệu số nhiệt độ nước ngọt ở cửa ra và vào động cơ khoảng ∆T = 8 đến 10oc. Trước khi khởi động động cơ cần hâm động cơ ta mở hơi hâm vào bầu hâm, sau đó chạy bơm nước ngọt. Ưu điểm: Khống chế được chất lượng nước làm mát nên hệ thống đường ống, các khoang chứa nước làm mát sạch. Mặt khác đảm bảo nhiệt độ nước vào động cơ không thấp quá nên giảm được ứng suất nhiệt. Nhược điểm: Hệ thống cồng kềnh, phải mang theo nước ngọt. 2.10.4: Hệ thống khởi động - đảo chiều. 2.10.4.1 Nhiệm vụ và yêu cầu Hệ thống khởi động có nhiệm vụ đưa động cơ vào làm việc từ trạng thái dừng của động cơ, còn hệ thống đảo chiều thì có nhiệm vụ thay đổi chiều quay, chieuf chuyển động của động cơ. Hệ thống khởi động: Động cơ Diesel có thể được khởi động bằng các phương pháp như: khởi động bằng tay, khởi động bằng động cơ điện, khởi động bằng những động cơ xăng phụ, khởi động bằng không khí nén. Trong các phương pháp khởi động nói trên (trừ khởi động bằng không khí nén) các thiết bị khởi động tác dụng trực tiếp lên trục cổ của động cơ tức là sự chuyển động bắt đầu từ trục cơ (trục cơ dẫn động còn piston bị dẫn). Với những cách khởi động này động cơ có thể khởi động với bất kỳ vị trí nào của piston và không phụ thuộc vào số xilanh động cơ. Khởi động bằng khí nén là phương pháp dùng không khí nén có áp lực cao (10 - 50Kg/cm2) tác dụng lên đỉnh các piston để đẩy piston đi xuống qua đó làm quay trục khuỷu. Như thế khâu dẫn động ở đây là piston còn khâu bị dẫn là trục cơ. Khởi động bằng không khí nén là phương pháp chủ yếu của động cơ diesel tàu thuỷ. KHOA MÁY TÀU THỦY 65 022011 – MTT – BGCT - MTT Yêu cầu khởi động bằng khí nén: - Khí nén phải đủ áp lực để làm quay trục khuỷu dễ dàng (thông thường từ 10 - - 30 Kg/cm2). Lượng khí nén phải đủ để khởi động động cơ được 10 - 20 lần. Tuỳ theo loại thiết bị có thể dùng khoảng áp suất không khí nén như sau: Khởi động bằng không khí nén áp suất thấp: p = 20 - 30 Kg/cm2 Khởi động bằng không khí nén áp suất trung bình: p = 60 - 80 Kg/cm2 Khởi động bằng không khí nén áp suất cao: p = 150 - 250 Kg/cm2 Nếu sử dụng khí nén có áp suất trung bình và cao thì trong hệ thống phải có - van giảm áp để giảm áp suất khí khởi động đến 20 - 30 Kg/cm2. Khí nén vào khởi động động cơ phải ở thời kỳ sinh công (cháy giãn nở) của từng xilanh và theo đúng thứ tự nổ của động cơ. Thời gian khí nén vào xilanh phải kết thúc trước khi supáp xả của xilanh đó mở (nếu không, khí nén sẽ lọt qua supáp xả ra ngoài). Đối với động cơ diesel muốn khởi động ở bất kỳ vị trí nào của trục khuỷu và để tiết kiệm khí nén khởi động thì phải thoả mãn điều kiện sau: - Động cơ 2 kì ít nhất có 4 xi lanh. Động cơ 4 kì có ít nhất 6 xi lanh. Hệ thống khởi động bằng khí nén bao gồm các thiết bị sau: Máy nén, bình chứa không khí áp suất cao, van khởi động đặt trên nắp xilanh. Khi đưa khí nén vào buồng đốt động cơ để khởi động thì ta có thể: Lần lượt đưa khí nén vào trước, cấp nhiên liệu sau đối với các động cơ công suất nhỏ, hoặc đồng thời đưa khí nén và nhiên liệu vào trong xilanh cùng một lúc, được dùng phổ biến ở các động cơ có công suất vừa và lớn. 2.10.4.2 Phân loại Hệ thống khởi động bằng không khí nén của động cơ diesel tàu thuỷ được chia làm 2 loại: Hệ thống khởi động trực tiếp và hệ thống khởi động gián tiếp. Hệ thống khởi động trực tiếp bằng không khí nén Thường sử dụng cho động cơ cao tốc, công suất nhỏ. Đặc điểm là dùng cam khống chế đường gió chính. KHOA MÁY TÀU THỦY 66 022011 – MTT – BGCT - MTT Sơ đồ hệ thống. Hình 2- 43 : Hê thống khởi động trực tiếp 1. Máy nén gió. 5. Tay khởi động. 2. Chai gió. 6. Đĩa chia giú. 3. Van chặn chính. 7. Đường thoát gió. 4. Van khởi động chính. 8. Các supap khởi động. Nguyên lý làm việc: Trước khi khởi động phải kiểm tra áp lực chai gió (2). Khi mở van (3) khí nén từ bình (2) vào hộp van khởi động (4). Khi ta ấn tay khởi động gió vào đĩa chia gió (6) là hộp van phân phối. Khí nén từ bộ phận phân phối lần lượt vào các xilanh theo thứ tự nổ của động cơ, qua các supáp khởi động tác động lên piston làm quay trục khuỷu. Tốc độ trục khuỷu tăng dần và đến khi tự làm việc được thì ngừng ấn tay (5) cho hoạt động bằng nhiên liệu. Khoá van (3) lại, khí nén theo đường (7) ra ngoài bảo đảm an toàn. Áp lực ở chai gió (2) thiếu thì dùng máy nén (1) bổ sung đạt đến áp lực yêu cầu. Đĩa chia gió (bộ phận phân phối khí khởi động) điều khiển bằng trục phân phối. KHOA MÁY TÀU THỦY 67 022011 – MTT – BGCT - MTT Hệ thống khởi động gián tiếp bằng khí nén. Sơ đồ hệ thống: Hình 2- 44 : Hê thống khởi động gián tiếp 1. Máy nén gió. 2. Chai gió. 6. Tay khởi động. 7. Đường gió phụ. 3. Van chặn chính. 8. Đường gió chính. 4. Van khởi động chính. 9. Các supap khởi động. 5. Van khởi động. 10. Đĩa chia gió. Nguyên lý hoạt động: Khi mở van (3), khí nén từ chai gió (2) vào hộp (4) theo đường (T) lên hộp van (5) theo đường (H) vào phần trên hộp van khởi động chính (4) tạo nên sự cân bằng áp suất nên hộp van khởi động đóng chặt .Khí ấn tay khởi động (6) xuống, mở thông đường (H) và (C) nên khí nén trên hộp (4) theo đường (C) ra ngoài tạo nên sự chênh lệch áp suất, do đó hộp (4) mở khí nén ra và được chia làm 2 đường. Đường gió chính và đường gió tới đĩa chia gió. Phần lớn khí nén chủ yếu theo đường (8) đến chờ sẵn ở các supáp khởi động đó là đường gió chính để khởi động. KHOA MÁY TÀU THỦY 68 022011 – MTT – BGCT - MTT Phần kia vào đĩa chia gió (10) sau đó vào phần trờn của supáp khởi động theo thứ tự nổ của động cơ, nhờ trục phân phối tác động vào đĩa chia gió để thông đường gió phụ tới từng supáp khởi động. Mở supáp khởi động cho đường gió chính vào xilanh để khởi động động cơ. Khi khởi động xong, ngừng ấn tay khởi động, khoá van (3) và nạp bổ sung nhờ máy nén khí. Hệ thống khởi động gián tiếp được sử dụng phần lớn cho động cơ diesel lai chân vịt. Hệ thống đảo chiều Để thay đổi chiều chuyển động của tàu (tiến, lùi hoặc ngược lại) có thể thực hiện các biện pháp sau: Đảo chiều quay trục khuỷu bằng hệ thống đảo chiều bố trí ngay trên động cơ (dùng cho động cơ lai trực tiếp chân vịt). Đảo chiều quay của chân vịt bằng khớp nối ly hợp đảo chiều bố trí giữa động cơ và chân vịt. Theo cách này cho phép động cơ luôn làm việc theo một chiều quay nhất định và do đó có thể dùng động cơ không tự đảo chiều làm động cơ chính lai chân vịt. Dùng chân vịt biến bước: Cho phép động cơ tận dụng hết công suất trong điều kiện thuận lợi. Giới hạn trong phạm vi những thiết bị đảo chiều trực tiếp cho động cơ: Lúc đó đảo chiều động cơ tương ứng với trục khuỷu của động cơ phải quay theo chiều ngược lại với chiều quay của chế độ công tác trước đó. Để thực hiện điều này, thiết bị phân phối khí phải điều khiển việc mở van khởi động của xi lanh đang ở kỳ nén, lúc đó khí khởi động sẽ đẩy piston chuyển động theo chiều ngược lại. 2.11: KHAI THÁC ĐỘNG CƠ 2.11.1: Khởi động động cơ 2.11.1.1 Chuẩn bị khởi động Yêu cầu chung: KHOA MÁY TÀU THỦY 69 022011 – MTT – BGCT - MTT Trước khi khởi động động cơ cần phải có giai đoạn chuẩn bị nhằm bảo đảm cho động cơ, các trang thiết bị, các đường ống và nồi hơi phải ở trạng thái kỹ thuật tốt. Sau khi nhận mệnh lệnh của thuyền trưởng, máy trưởng cần phải chuẩn bị động cơ. Mệnh lệnh của thuyền trưởng phải tuân thủ đúng thời gian qui định của nhà máy chế tạo về thời gian chuẩn bị khởi động (từ lúc bắt đầu chuẩn bị cho đến lúc động cơ khởi động). Công việc chuẩn bị khởi động và khởi động động cơ phải tiến hành theo qui trình được nhà máy chế tạo hướng dẫn. Trước khi khởi động động cơ, nhiệt độ không khí trong buồng máy không được thấp hơn 8oc. Trong trường hợp cần thiết phải sấy nóng động cơ. Kiểm tra trước khi khởi động: Kiểm tra hoạt động của trạm điện thoại buồng máy, các phương tiện liên lạc giữa buồng máy và ca bin lái. Kiểm tra số chỉ các đồng hồ ở buồng máy và ca bin lái cho thật khớp nhau. Kiểm tra các phương tiện chiếu sáng và đề phòng sự cố. Kiểm tra tình hình làm việc của các phương tiện phòng chữa cháy trong buồng máy. Kiểm tra tình trạng kỹ thuật của máy lái. Trong thời gian chuẩn bị khởi động: Trong thời gian chuẩn bị khởi động sĩ quan trực ca phải ghi vào sổ nhật ký vận hành tất cả các mệnh lệnh từ ca bin lái và mệnh lệnh của máy trưởng, thời gian thực hiện thao tác chuẩn bị máy, kết quả kiểm tra và đo đạc. Sau khi chuẩn bị máy xong, sĩ quan trực ca phải báo cho máy trưởng biết và chỉ khi có lệnh của máy trưởng mới được khởi động động cơ. Chuẩn bị hệ thống bôi trơn KHOA MÁY TÀU THỦY 70 022011 – MTT – BGCT - MTT Kiểm tra dầu bôi trơn trong hệ thống, nếu thiếu phải bổ sung. Khi cần thiết phải hâm nóng dầu bôi trơn. Nhiệt độ dầu bôi trơn không thấp hơn 15-18oc nhưng không lớn hơn 45 oc. Nếu không có thiết bị hâm dầu chuyên dùng, có thể hâm dầu qua động cơ trong thời gian sấy nóng động cơ. Phải nạp đầy dầu bôi trơn vào các thiết bị bôi trơn áp lực và cấp dầu bôi trơn cho các vị trí bằng bơm tay hoặc chuyên dùng. Kiểm tra điều chỉnh lượng dầu đi bôi trơn cho các bộ phận, chi tiết cần bôi trơn và các bầu tra mỡ ép. Kiểm tra các bộ phận lọc dầu, bình làm mát dầu, các bộ điều chỉnh nhiệt độ, xoay các van trên đường ống dẫn dầu bôi trơn đúng với vị trí làm việc. Khởi động bơm dầu độc lập. Đối với động cơ mà bơm dầu được dẫn động từ động cơ thì sử dụng bơm dầu dự trữ hoặc bơm tay. Tăng dần áp lực dầu bôi trơn và làm mát piston đến áp suất qui định. Trong qúa trình bơm dầu đồng thời via máy. Mở các van nước tuần hoàn của bình làm mát dầu. Kiểm tra nước làm mát xem có lẫn dầu không. Chuẩn bị hệ thống làm mát Đối với động cơ làm mát trực tiếp bằng nước biển: Phải xoay các van trên đường ống đúng với vị trí làm việc. Chuẩn bị khởi động và khởi động bơm nước độc lập nếu có. Tăng dần áp suất nước làm mát đến áp suất công tác kiểm tra sự rò rỉ các hệ thống đường ống nước làm mát. Sau khi nhận mệnh lệnh "chuẩn bị" từ buồng chỉ huy phải xoay các van của hệ thống làm mát sang vị trí cung cấp nước biển bằng bơm lai từ động cơ. Trong thời tiết giá lạnh, nếu nhiệt độ nước làm mát R, van an toàn mở ra, xả bớt hơi thừa, đảm bảo an toàn cho nồi hơi. Khi áp suất trong nồi hơi giảm xuống, lực tác dụng của áp suất hơi lên nấm van nhỏ hơn sức căng R của lò xo van, van an toàn đóng lại. ∆PN – độ tăng áp suất trong nồi hơi. F – diện tích nấm van. Van an toàn kiểu đẩy thẳng không có vành điều chỉnh, kết cấu đơn giản, gọn nhẹ, nhưng hay bị run giật. Van an toàn kiểu đẩy thẳng có vành điều chỉnh: Nguyên lí kết cấu Ở van an toàn kiểu đẩy thẳng có vành điều chỉnh hình thành không gian hình vành khăn, làm tăng diện tích nấm van bị hơi nước tác dụng lên. Vành điều chỉnh có thể điều chỉnh được diện tích nấm van hơi nước tác dụng. Do đó sức căng của lò xo được điều chỉnh lớn hơn, làm cho van làm việc dứt khoát hơn, không run giật. KHOA MÁY TÀU THỦY 95 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 3- 54 : Kết cấu VAT kiểu đẩy thẳng có vành điều chỉnh 1 – Đường hơi vào 2 – Lỗ xả 3 – Vít chỉnh 4 – Đế van 5 – Tay giật 6 – Nắp đậy 7 – Bu-lông chỉnh 8 – Nấm lò xo trên 9 – Thân van 10 – Lò xo 11 – Ty van 12 – Nấm lò xo dưới 13 – Vành trượt 14 – Cửa hơi ra 15 – Vành điều chỉnh Nguyên lí làm việc Lực mở van an toàn trường hợp có vành điều chỉnh: R’ ≤ (F + ∆F).(PN + ∆PN) R < R’ KHOA MÁY TÀU THỦY 96 022011 – MTT – BGCT - MTT ∆F = phần diện tích nấm van được tăng thêm do có không gian hình vành khăn điều chỉnh. 3.7.1.2 Van an toàn kiểu xung Van an toàn kiểu xung có bố trí thêm van phụ, khi áp suất nồi hơi vượt quá giá trị cho phép van phụ mở ra đưa hơi nước vào rãnh 10, lên phía trên của pittông điều khiển 5. Do pittông 5 có diện tích lớn hơn diện tích nấm van 3 và cùng bị áp lực của hơi tác dụng, nên đẩy nấm van đi xuống, xả bớt hơi thừa ra ngoài. Khi áp suất nồi hơi đã giảm xuống dưới giá trị quy định, van phụ đóng lại, hơi nước ở phía trên pittông điều khiển được xả ra ngoài môi trường theo rãnh thoát hơi ở van phụ. Lúc van an toàn chính đóng, lò xo van chính ở trạng thái tự do. Khi van an toàn chính mở ra lò xo van chính 7 bị kéo dãn ra, do đó khi van phụ đóng, áp lực hơi ở phía trên pittông 5 không còn nữa, sức căng của lò xo 7 đóng van an toàn chính lại. KHOA MÁY TÀU THỦY 97 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 3- 55 : Van an toàn kiểu xung KHOA MÁY TÀU THỦY 98 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 3- 56 : Hình ảnh thực tế của các loại VAT trong thực tế 3.7.2: Ống thuỷ Là 1 thiết bị dùng để theo dõi mực nước nồi hơi. Mỗi nồi hơi ít nhất phải có 2 ống thủy đặt sát ngay cạnh bầu trên để thấy rõ mực nước trong nồi hơi. Ống thủy làm việc theo nguyên tắc bình thông nhau. Trước khi đọc mực nước trên ống thuỷ phải thông rửa và sấy nóng ống thuỷ để có thể đọc được chính xác mực nước trong nồi hơi. KHOA MÁY TÀU THỦY 99 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 3- 57 : Sơ đồ nguyên lý của ống thuỷ thông thường 1 - Bầu nồi, 2 - Ống thuỷ đặt thấp, 3, 4, 5 - Các van chặn, 6 - Bọc cách nhiệt, γn, hn - Tỷ trọng, chiều cao cột nước trong nồi hơi, γno, hno - Tỷ trọng, chiều cao cột nước trong ống thuỷ. 3.7.3: Thiết bị chỉ báo và điều khiển mực nước nồi hơi. Hệ thống sử dụng các cảm biến để kiểm tra mực nước hiện có trong nồi hơi, đo lưu lượng hơi nước đưa đi sử dụng cũng như lưu lượng nước cấp vào nồi hơi rồi gửi tín hiệu điều khiển vào bộ điều khiển. Bộ điều khiển sẽ xử lí tín hiệu và xuất ra một lệnh điều khiển, gửi đến bộ cấp nước cho nồi hơi nhằm thay đổi lượng nước cung cấp vào để duy trì mực nước trong nồi hơi luôn nằm ở một giá trị nào đó. KHOA MÁY TÀU THỦY 100 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 3- 58 : Sơ đồ thiết bị cảnh báo mức nước NH 1 - Nồi hơi 2 - Cảm biến lưu lượng hơi 3 - Cảm biến mức nước 4 - Bộ điều khiển 5 - Bộ cấp nước cho nồi hơi Khi vì lí do nào đó mà mực nước trong nồi hơi quá cao thì bộ điều khiển mực nước sẽ xuất ra một tín hiệu điện điều khiển, gửi vào các thiết bị báo động để báo động (đèn sáng, còi kêu) đồng thời điều khiển bộ cấp nước nồi hơi để đóng van cấp nước lại. Ngược lại khi mực nước nồi quá thấp thì bộ điều khiển mực nước sẽ xuất ra một tín hiệu điện điều khiển để gửi vào các thiết bị báo động để báo động (đèn sáng, còi kêu) đồng thời điều khiển bộ cấp nước để mở van cấp nước vào cho nồi hơi. Như vậy, mực nước trong nồi hơi sẽ được duy trì trong một khoảng dao động nhất định, đảm bảo mực nước trong nồi hơi không quá thấp mà cũng không quá cao. Muốn dừng còi kêu và tắt đèn có thể ấn nút dừng báo động và phải khắc phục để mực nước lại bình thường thì đèn không sáng và còi không kêu KHOA MÁY TÀU THỦY 101 022011 – MTT – BGCT - MTT Ngoài ra trên thân nồi hơi còn được lắp đặt các van kiểm tra mực nước. Các van kiểm tra này được lắp đặt tại mực nước cao, mực nước trung bình và vị trí mực nước thấp của nồi hơi để kiểm tra mực nước nồi hơi trong quá trình nồi hơi làm việc. 3.8: Nước nồi hơi Để đảm bảo cho nồi hơi làm việc an toàn, tin cậy, kéo dài tuổi thọ và mang lại hiệu quả kinh tế cao thì yêu cầu nước cấp NH phải đảm bảo chất lượng và đảm bảo các tiêu chuẩn quy định. Chất lượng nước nồi được đánh giá qua các chỉ tiêu nước nồi hơi. Sau đây là các tiêu chuẩn của nước nồi hơi: Độ vẩn đục: Là các hạt lơ lửng gây vẩn đục nước nồi hơi. Lượng cặn khô: Là lượng của chất hữu cơ và vô cơ tan đến dạng phân tử ở dạng keo (mg/lit). Lượng muối chung: Là tổng số muối khoáng hoà tan trong nước (mg đương lượng/lít). Lượng dầu: Xác định lượng dầu có trong một lít nước nồi hơi (mg/lít). Lượng khí: Xác định lượng khí O2 và CO2 có trong một lít nước nồi hơi. Độ Clorua: Biểu thị lượng muối Clorua trong nước - là trị số mg ion Cltrong một lít nước (mg ion Cl-/ 1 lít nước nồi). Độ cứng: Tổng số các ion Ca2+ và ion Mg2+ của các muối can xi và magiê hoà tan trong nước (mg /lít). Có 2 loại độ cứng. Độ cứng tạm thời: Biểu thị lượng muối bicacbonat canxi và magiê (Ca(HCO)2 và Mg(HCO3)2). Các muối này khi đun sôi nước sẽ tạo thành cáu bùn lắng xuống đáy bầu nồi. Độ cứng vĩnh cửu: Biểu thị các muối khác của canxi và magiê có trong nước như CaSO4, MgSO4, CaCl2, CaSl03...) Các muối này khi đun sôi sẽ tạo thành cáu cứng bám vào các bề mặt trao nhiệt của nồi hơi. KHOA MÁY TÀU THỦY 102 022011 – MTT – BGCT - MTT Tổng số độ cứng tạm thời và độ cứng vĩnh cửu bằng độ cứng chung. Chỉ số PH: Thông thường nước nồi hơi có độ PH = 8÷11 (nước có tính Bazơ). Độ kiềm: Khi pha thuốc chống cáu (Na2CO3, NaOH, Na3 PO4 ...) vào nước nồi hơi sẽ ngăn được cáu đóng lên bề mặt hấp nhiệt, đồng thời còn tránh được phản ứng gây nên bởi axit trong nồi. Song nếu độ kiềm quá cao sẽ làm cho thiết bị giòn nứt kiềm tính, làm hỏng kim loại màu do vậy cần khống chế độ kiềm của nước nồi trong phạm vi quy định. Bảng 2.1: Tiêu chuẩn chọn nước nồi hơi Tiêu chuẩn Đơn vị đo NHON NHOL Độ cứng mg đl/ lít < 0,5 < 0,02 Hàm lượng dầu mg / lít Tk Nhiệt lượng tỏa ra ở bình ngưng: kJ/kg Quá trình 3-4 là quá trình tiết lưu đẳng Entanpi xảy ra ở VTL khi đó ta có , áp suất giảm từ Pk xuống P0 và Tk xuống T0. Quá trình 4-1 là quá trình hóa hơi đẳng nhiệt, đẳng áp trong DBH Công chất lạnh nhận từ DBH một nhiệt lượng là: kJ/kg Hệ số làm lạnh của chu trình ε là tỉ số giữa năng suất lạnh đạt được trên công tiêu tốn cho chu trình. KHOA MÁY TÀU THỦY 128 022011 – MTT – BGCT - MTT 5.3: Khai thác hệ thống lạnh 5.3.1: Quy trình khởi động Kiểm tra xem có vật lạ xung quanh máy nén, dây cua roa không. Kiểm tra nguồn điện máy nén, mức dầu nhờn trong cac-te máy nén. Nếu có hâm dầu thì hâm trước khi khởi động (15 - 30 phút). Kiểm tra các van giữa máy nén và bình ngưng xem đã mở chưa, yêu cầu tất cả các van phải mở trước khi bật động cơ lai máy nén. Bật bơm nước làm bình ngưng. Bật công tắc khởi động động cơ lai máy nén. Theo dõi áp suất dầu nhờn bôi trơn, lắng nghe các tiếng động lạ. Mở từ từ van trên đường ống hút theo dõi xem máy nén có bị ngập lỏng không. Nếu bị ngập lỏng thì đóng van chặn lại và sau một lúc lại mở lại thật từ từ hơn. Chỉnh van tiết lưu, mở van cấp lỏng, theo dõi các thông số như áp suất hút, áp suất đẩy, áp suất dầu theo đúng hướng dẫn của nhà chế tạo. Bật quạt gió buồng lạnh. 5.3.2: Dừng hệ thống lạnh Mục đích là để sau khi dừng hệ thống công chất lỏng sẽ không còn trong dàn bay hơi làm gây khó khăn cho lần khởi động tiếp theo và công chất cũng khó rò lọt qua phần thấp áp. Quy trình dừng máy lạnh: Đóng van cấp lỏng (để máy nén hút hết công chất trong phần thấp áp dồn về bình ngưng, bình chứa). Đóng van chặn trên đường ống hút trước máy nén. Tắt động cơ lai máy nén. Đóng van chặn trên đường ống đẩy. KHOA MÁY TÀU THỦY 129 022011 – MTT – BGCT - MTT Tắt quạt gió buồng lạnh. Tắt bơm nước làm mát bình ngưng. 5.4: Bảo dưỡng hệ thống lạnh 5.4.1: Phá băng dàn bay hơi Mục đích là phá bỏ lớp băng tuyết bám trên dàn bay hơi để làm tăng hệ số trao đổi nhiệt giữa dàn bay hơi với công chất lạnh cũng như với thực phẩm. Có thể phá bang DBH bằng điện trở sấy (phá băng bằng nhiệt ngoài) hoặc có thể phá băng bằng cách sử dụng công chất sau ra khỏi máy nén cho quay lại dàn bay hơi và làm tan lớp băng trên DBH (phá băng bằng nhiệt trong). Khi thấy dàn bay hơi băng tuyết bám nhiều, nhiệt độ buồng lạnh tăng, băng tuyết bám về máy nén thì phải phá băng dàn bay hơi. Cách phá băng phụ thuộc vào cấu tạo của hệ thống nhưng nguyên tắc chung là trước lúc phá băng, cần đóng van cấp lỏng hoặc van tiết lưu của dàn bay hơi. Cần phá băng trong thời gian đủ lâu để máy nén hút hết công chất lỏng có sẵn trong dàn bay hơi. 5.4.2: Xả không khí (xả Air): Trong quá trình hoạt động của hệ thống lạnh nếu ta thấy có nhiều dấu hiệu chứng tỏ sự có không khí trong hệ thống như nhiệt độ buồng lạnh tăng, công nén lớn ta phải tiến hành xả không khí. 5.4.3: Nạp bổ sung dầu nhờn: Nếu qua kiểm tra ta thấy trong cac-te máy nén thiếu dầu nhờn thì ta phải nạp bổ sung dầu nhờn. 5.4.4: Nạp bổ sung công chất: Khi trong hệ thống chứng tỏ sự thiếu công chất như áp suất hút, xả giảm nhiệt độ buồng lạnh tăng , ta tiến hành dò tìm chỗ hở làm kín lại và tiến hành nạp bổ sung công chất (cách nạp giống như nạp mới sau lắp ráp, sửa chữa). 5.4.5: Vệ sinh bầu ngưng: Khi có dấu hiệu chứng tỏ bầu ngưng bị bẩn (áp suất ngưng tụ cao, độ chênh lệch nhiệt độ nước thấp) thì dừng hệ thống và vệ sinh bầu ngưng. KHOA MÁY TÀU THỦY 130 022011 – MTT – BGCT - MTT 5.4.6: Xả dầu nhờn: Trong hệ thống lạnh, dầu nhờn luôn đi cùng công chất, lượng dầu nhờn sẽ lắng động nhiều ít trong thiết bị tuỳ theo mức độ hoàn thiện của hãng chế tạo. Biện pháp xả nên căn cứ kết cấu từng loại thiết bị. 5.4.7: Vệ sinh các phin lọc: Định kỳ cần vệ sinh phin lọc ẩm sau bình ngưng, phin lọc bẩn trước máy nén, đảm bảo tình trạng kĩ thuật của các phin lọc để máy nén hoạt động hiệu quả. Chương 6: ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ TRÊN TÀU THỦY 6.1: Giới thiệu chung ĐHKK là sự gia công không khí nhằm đạt được các thông số về nhiệt độ, độ ẩm, sự trong sạch và sự lưu thông hợp lý của dòng không khí cho phù hợp với con người mà không phụ thuộc vào sự thay đổi của điều kiện khí hậu bên ngoài. Do đặc điểm của tàu thủy, luôn phải làm việc trong môi trường phức tạp và điều kiện thời tiết luôn thay đổi... Do đó, điều hòa không khí là nhu cầu rất cần thiết và phải bắt buộc đối với tàu thủy. Điều hòa không khí tàu thủy có chức năng sau: Duy trì độ ẩm thích hợp ở mọi nơi của cabin Loại bỏ độ ẩm qụá mức ra khỏi không khí trong một số mùa nhất định Cung cấp một lượng thông gió ổn định và đủ theo yêụ cầụ Loại bỏ có hiệụ qụả khỏi không khí các vi sinh vật, bụi, tro mụội và các vật lạ khác Làm mát hiệụ qụả không khí trong phòng vào một số mùa nhất định Sưởi ấm hoặc giúp sưởi ấm các phòng vào mùa đông Các thiết bị cơ bản của hệ thống đhkk trên tàu thủy. KHOA MÁY TÀU THỦY 131 022011 – MTT – BGCT - MTT 6.2: Kết cấu hệ thống Hệ thống ĐHKK là một tổ hợp bao gồm các thiết bị cơ bản sau: Máy lạnh: là bộ phận cơ bản của hệ thống, đóng vai trò chủ yếu trong việc khống chế trạng thái của không khí trong không gian cần điều hòa ở trong vùng quy định. Bộ sưởi không khí: là bộ phận hổ trợ cùng với máy lạnh trong việc điều chỉnh các thông số của không khí. Bộ phận này không nhất thiết phải có mặt trong hệ thống đhkk ở những vùng có khí hậu thường xuyên nóng bức, sự biến động của phụ tải không nhiều và các yêu cầu kỹ thuật không quá cao thì không dùng đến bộ phận này. Hệ thống phun ẩm: thường lắp cho các máy lạnh dùng cho những nơi có yêu cầu gia tăng độ chứa hơi (tăng độ ẩm) của không khí trong không gian cần điều hòa. Hệ thống phân phối khí Hệ thống giảm tiếng ồn, lọc bụi, chống cháy và khử mùi. Hệ thống các thiết bị theo dõi, điều chỉnh các thông số chính của quá trình gia công không khí. Hệ thống tái tuần hoàn không khí. Trên đây là những thiết bị thường lắp trong một hệ thống điều hòa không khí nhưng không phải bất kỳ hệ thống nào cũng có đầy đủ mà còn phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau mà ta có thể thêm hoặc bớt cho phù hợp với yêu cầu nhằm làm tăng tính kinh tế và hiệu quả của hệ thống. 6.3: Phân loại các máy điều hòa không khí Máy điều hòa không khí vào mùa đông: loại này chỉ có nhiệm vụ sấy nóng và phun ẩm, do đó chỉ ứng dụng trên các tàu biển có vùng họat động luôn luôn là khí hậu lạnh. KHOA MÁY TÀU THỦY 132 022011 – MTT – BGCT - MTT Máy điều hòa không khí về mùa hè: lọai này làm nhiệm vụ làm mát không khí và giảm độ ẩm, loại này thường được ứng dụng trên các tàu biển mà vùng hoạt động có khí hậu nóng. Đối với tàu có vùng hoạt động không hạn chế thì trên tàu có lắp máy DHKK kiểu tổng hợp, có nhiệm vụ làm mát không khí khi nhiệt độ môi trường bên ngoài cao và sấy nóng không khí khi nhiệt độ môi trường bên ngoài thấp. Chương 7: MÁY PHỤ TÀU THỦY 7.1: Máy thủy lực Máy thuỷ lực là các máy móc, trang thiết bị làm việc (trao đổi năng lượng) với chất lỏng. 7.1.1: Phân loại máy thủy lực Theo phương thức trao đổi năng lượng giữa máy thuỷ lực và chất lỏng người ta phân máy thủy lực ra làm hai loại: Bơm: Là thiết bị biến một dạng năng lượng nào đó thành năng lượng thủy lực. Động cơ: Là thiết bị biến năng lượng thủy lực thành các dạng năng lượng khác. Theo nguyên tắc trao đổi năng lượng người ta chia máy thuỷ lực thành máy thủy lực thể tích và máy thuỷ lực cánh dẫn: Máy thuỷ lực thể tích là máy thuỷ lực mà trong đó việc trao đổi năng lượng giữa chúng với bên ngoài thực hiện nhờ sự thay đổi thể tích công tác kín của chúng. Ví dụ: Bơm piston, bơm bánh răng, bơm hoặc động cơ thuỷ lực cánh gạt... KHOA MÁY TÀU THỦY 133 022011 – MTT – BGCT - MTT Máy thuỷ lực cánh dẫn là máy thuỷ lực mà trong đó việc trao đổi năng lượng giữa chúng với bên ngoài thực hiện nhờ sự truyền động năng một cách liên tục thông qua cơ cấu chính của máy là các cánh quay với tốc độ đủ lớn. Ví dụ: Bơm ly tâm, bơm hướng trục, tua-bin nước, khớp nối và biến tốc thuỷ lực... 7.1.2: Định nghĩa và phân loại bơm Máy bơm là thiết bị biến một dạng năng lượng nào đó thành năng lượng thủy lực. Sau khi trao đổi năng lượng thì chất lỏng được vận chuyển từ vị trí thấp đến vị trí cao hoặc từ vùng áp suất thấp đến vùng áp suất cao. 7.1.2.1 Phân theo công dụng - Bơm hàng: Đối với tàu dầu, tàu hàng hóa lỏng. Bơm chuyển nhiên liệu, chuyển dầu nhờn phục vụ cho hệ thống nhiên liệu, - hệ thống bôi trơn. Bơm làm mát: Phục vụ các chức năng làm mát trong thiết bị động lực của - tàu. Bơm ballast: Phục vụ cân bằng, dằn tàu. Bơm la canh: Hút khô nước la canh buồng máy, hầm hàng. Bơm cứu hoả: Phục vụ an toàn, chữa cháy. Bơm vệ sinh… 7.1.2.2 Phân theo nguyên lý trao đổi năng lượng - Bơm cánh dẫn (bơm động năng): Hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷ - lực cánh dẫn. Bơm thể tích: Là bơm hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷ lực thể tích. Các loại bơm đặc biệt khác: Hoạt động theo nguyên tắc vật lý riêng. VD: Bơm phun tia, bơm chân không vòng nước... 7.1.2.3 - Phân loại theo năng lượng sử dụng Bơm chạy bằng động cơ điện. Bơm chạy bằng động cơ diesel. Bơm chạy bằng động cơ hơi nước. 7.1.2.4 Phân loại theo đặc điểm kết cấu - Bơm cánh gạt KHOA MÁY TÀU THỦY 134 022011 – MTT – BGCT - MTT 7.1.3: 7.1.3.1 Bơm rôto Bơm bánh răng Bơm piston Bơm ly tâm Một số loại bơm thông dụng Bơm ly tâm Bơm ly tâm là bơm cánh dẫn, hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷ lực cánh dẫn. Cơ cấu truyền và dẫn năng lượng động cơ chính là hệ thống bánh cánh công tác. Sơ đồ kết cấu Hình 7- 68 : Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm 1. Bánh công tác 2. Trục bơm 3. Bộ phận dẫn hướng vào 4. Bộ phận dẫn hướng ra (buồng xoắn ốc) 5. Ống hút 6. Ống đẩy KHOA MÁY TÀU THỦY 135 022011 – MTT – BGCT - MTT Kết cấu của bơm li tâm bao gồm vỏ bơm và roto. Vỏ bơm thường được chế tạo làm hai nửa và được ghép với nhau để tạo thành buồng công tác của bơm. Vỏ bơm li tâm thường có dạng xoắn ốc tạo ra khe hở với cánh bơm tăng dần về phía miệng thoát để làm tăng cột áp cho bơm. Trên vỏ bơm có miệng hút và miệng đẩy. Miệng hút ở trung tâm bơm, còn miệng thoát theo phương tiếp tuyến. Roto bơm bao gồm cánh bơm lắp trên trục bơm, trục bơm lắp vào trong vỏ bơm và được đỡ trên hai ổ đỡ ở hai đầu. Cánh bơm có nhiều loại (loại cánh thẳng, loại cánh cong, cánh hút 1 mặt, cánh hút 2 mặt...). Nguyên lí làm việc: Trước khi bơm làm việc cần phải làm cho thân bơm (trong đó có bánh công tác) và ống hút được điền đầy chất lỏng - gọi là mồi bơm. Khi động cơ lai trục bơm quay, làm bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh công tác do tác dụng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy (quá trình đẩy). Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vùng có áp suất chân không, và dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục được đưa vào bơm theo đường ống hút (quá trình hút). Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục tạo nên dòng chảy liên tục trong bơm. Ply t©m = γ ⋅ r ⋅ ω 2 Vì không khí có tính chịu nén do đó p chỉ đủ để bơm chất lỏng, còn không đủ lực để hút và bơm chất khí do vậy phải mồi bơm. Điểm đặc trưng của bơm ly tâm là mỗi một phần tử công chất thu được năng lượng như nhau từ cánh bơm công tác, điều đó có nghĩa là công chất được tăng đều năng lượng của mình khi qua các cánh bơm. Một số bơm li tâm trong thực tế: KHOA MÁY TÀU THỦY 136 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 7- 69 : Mặt cắt ½ bơm li tâm KHOA MÁY TÀU THỦY 137 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 7- 70 : Hình ảnh bơm li tâm trong thực tế Ứng dụng của bơm ly tâm: Bơm ly tâm bơm được nhiều loại chất lỏng, ít nhạy cảm với chất lỏng có chứa hạt rắn, kết cấu nhỏ gọn, chắc chắn làm việc tin cậy, lưu lượng đều. Bơm ly tâm có sản lượng lớn, song cột áp không lớn lắm nên thực tế trên tàu thuỷ chúng được sử dụng hầu hết trong các hệ thống làm mát, nước sinh hoạt, hệ thống cứu hoả và hệ thống ballast. 7.1.3.2 Bơm piston Bơm piston là bơm hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷ lực thể tích, biến cơ năng của động cơ lai bơm thành năng lượng của dòng chất lỏng được bơm. Khi bơm piston hoạt động thì piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh làm thay đổi thể tích công tác của bơm tạo ra tác dụng hút và nén chất lỏng trong xilanh. Đặc điểm kết cấu: Bơm piston bao gồm piston chuyển động tịnh tiến bên trong xilanh bơm. Trên piston bơm có các vòng xec măng làm kín, tránh hiện tượng rò lọt chất lỏng qua khe hở giữa piston và xilanh bơm. Trên vỏ bơm có các thiết bị làm kín trục KHOA MÁY TÀU THỦY 138 022011 – MTT – BGCT - MTT piston, tránh không cho chất lỏng rò lọt từ trong xilanh ra ngoài. Ngoài ra, trên vỏ bơm còn có các clape hút (va hút) và clape xả(van xả) để đưa chất lỏng vào, ra khỏi bơm. Hình 7- 71 : Nguyên lí kết cấu bơm piston 1 – Piston 2 – Xilanh 3 – Nắp bơm 4 – Clape hút 5 – Clape đẩy 6 – Cửa hút 7 – Cửa đẩy 8 – Thanh truyền 9 – Trục khủy của động cơ lai bơm 10 – Tâm quay của động cơ lai bơm Nguyên lí làm việc Động cơ lai bơm có nhiệm vụ tạo ra chuyển động tịnh tiến cho piston trong xilanh bơm. Khi piston (1) dịch sang phải, thể tích buồng làm việc tăng lên, áp suất trong xilanh giảm xuống nên chất lỏng từ ống hút (6) qua van một chiều (4) vào xi lanh (2). Khi piston (1) dịch sang trái, thể tích buồng làm việc giảm xuồng làm tăng áp suất chất lỏng trong xilanh làm cho chất lỏng bị nén qua van một chiều (5) vào ống đầy (7). Ứng với mỗi vòng quay của trục động cơ thì loại bơm piston đơn (một cấp) này hút một lần và đẩy một lần. KHOA MÁY TÀU THỦY 139 022011 – MTT – BGCT - MTT Nếu ban đầu chưa có chất lỏng, mà chỉ có không khí trong khoang công tác của bơm thì chất khí cũng được hút và đẩy ra, cho đến khi lượng khí trong hệ thống hút giảm đi đến một áp suất thích hợp, lúc đó chất lỏng được hút và điền đầy, chiếm chỗ phần chân không, sau đó là quá trình bơm chất lỏng diễn ra. KHOA MÁY TÀU THỦY 140 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 7- 72 : Kết cấu của bơm piston trong thực tế KHOA MÁY TÀU THỦY 141 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 7- 73 : Hình ảnh bơm piston trong thực tế 7.1.3.3 Bơm bánh răng Bơm bánh răng được dùng phổ biến nhất trong các hệ thống truyền động thủy lực vì nó có nhiều ưu điểm: kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, làm việc tin cậy, tuổi thọ cao…. Chúng thường được dùng để bơm các chất lỏng có độ nhớt cao như dầu thủy lực, dầu nhờn… Đặc điểm kết cấu KHOA MÁY TÀU THỦY 142 022011 – MTT – BGCT - MTT 3 1 B A 2 Hình 7- 74 : Kết cấu bơm bánh răng 1 - Bánh răng chủ động 2 - Bánh răng bị động 3 - Vỏ bơm Bơm có từ 2 bánh răng trở lên ăn khớp với nhau, có thể ăn khớp ngoài hoặc ăn khớp trong. Loại bơm dùng 2 bánh răng ăn khớp ngoài với nhau là đơn giản nhất − Số răng của bánh răng bơm thường gặp là Z = 2÷8. Nguyên lý hoạt động Bánh răng chủ động 1, gắn liền trên trục lai, ăn khớp với bánh răng bị động 2, cả hai bánh răng đều được đặt trong vỏ 3. Khoảng trống A trong vỏ bơm được gọi là họng hút của bơm, khoảng trống B là họng đẩy. Khi bơm làm việc, bánh răng chủ động quay (theo chiều trên hình vẽ) kéo bánh răng bị động quay, ở phía khoang A là vị trí các bánh răng ra khớp, thể tích tăng nên áp suất sẽ giảm, chất KHOA MÁY TÀU THỦY 143 022011 – MTT – BGCT - MTT lỏng được nạp vào khoang A và được các răng chuyển di theo cung của vỏ bao đến họng B, tại đây là vị trí các bánh răng vào khớp nên thể tích chứa chất lỏng giảm, áp suất tăng lên, chất lỏng bị chèn ép và được đẩy ra ngoài. Hình 7- 75 : Bơm bánh răng ăn khớp ngoài Hình 7- 76 : Bơm bánh răng ăn khớp trong KHOA MÁY TÀU THỦY 144 022011 – MTT – BGCT - MTT 7.1.3.4 Bơm cánh gạt Nguyên lí kết cấu: Hình dưới trình bày sơ đồ nguyên lý kết cấu của bơm cánh gạt đơn giản nhất. Bơm gồm có một vỏ hình trụ 1 trong đó có rotor 2. Tâm của rotor và vỏ được đặt lệch nhau một khoảng e. Trên rotor có các rãnh để chứa các bản phẳng 3. Khi rotor quay, các bản phẳng này trượt trong các rãnh của rotor và gạt chất lỏng đi nên chúng được gọi là các cánh gạt. Phần không gian được giới hạn bởi vỏ bơm và rotor được gọi là thể tích làm việc. Nhờ vào lực đẩy của các lò xo 4, các cánh gạt 3 luôn tỳ sát vào thành vỏ bơm. Hình 7- 77 : Kết cấu bơm cánh gạt 1 - Vỏ bơm 2 - Rotor 3 - Cánh gạt 4 - Lò xo Nguyên lý hoạt động: Giả sử khi bơm làm việc, rotor quay theo chiều mũi tên, thể tích chứa chất lỏng từ A đến C tăng dần, áp suất giảm nhờ vậy chất lỏng được hút vào chứa đầy KHOA MÁY TÀU THỦY 145 022011 – MTT – BGCT - MTT trong họng hút của bơm. Từ điểm C đến điểm B, thể tích khoang công tác giảm dần, áp suất chất lỏng tăng dần lên và chất lỏng được đẩy vào ống đẩy. Để chất lỏng không chảy ngược từ họng đẩy về họng hút và không bị “chẹt” trong các thể tích làm việc kín thì các cánh gạt phải được bố trí sao cho khi cánh gạt này bắt đầu gạt chất lỏng (ở vị trí I) thì cánh gạt kia cũng cửa thôi không gạt chất lỏng nữa (vị trí II). Như vậy ta thấy lưu lượng của bơm không đều, nó nhỏ nhất khi cánh gạt bắt đầu vào vị trí làm việc I, lớn nhất khi cánh gạt ở vị trí C. 7.2: Máy nén khí Trên tàu thủy, khí nén được sử dụng với rất nhiều mục đích, như khởi động máy chính, máy phát điện, dùng để điều khiển động cơ hoặc vệ sinh các thiết bị… Máy nén khí là thiết bị dùng để tăng áp suất cho khí nén. Nó có nhiệm vụ nén không khí từ áp suất môi trường vào trong chai gió. Máy nén khí sử dụng trên tàu biển thường là máy nén kiểu piston. Sau đây sẽ giới thiệu sơ bộ về kết cấu và nguyên lí làm việc của máy nén khí kiểu piston. 7.2.1: Đặc điểm cấu tạo: 7.2.1.1 Các chi tiết tĩnh: Bệ máy: Là phần vỏ phía dưới của máy nén, được chế tạo bằng gang, thường có kết cấu hình hộp chữ nhật. Trên bệ máy có các ổ đỡ để lắp đặt trục khuỷu của máy nén. Bệ máy cùng với thân máy tạo ra cac-te chứa dầu nhờn bôi trơn. Thân máy: Thân máy lắp với bệ máy bằng các bu-lông, giữa thân máy và bệ máy có một tấm đệm lót làm kín. Phía trên thân máy được gia công thành xilanh của máy nén. Xilanh máy nén được bôi trơn bằng phương pháp vung tóe dầu nhờn chứa dưới cac-te máy nén. Nắp máy nén: Nắp máy nén đậy kín phía trên xilanh máy nén, cùng với xilanh và đỉnh piston tạo thành buồng công tác của máy nén. Trên nắp máy nén có các van xả (clape xả) và van hút (clape hút) để xả và hút không khí ra, vào xilanh. KHOA MÁY TÀU THỦY 146 022011 – MTT – BGCT - MTT 7.2.1.2 Các chi tiết động: Piston: Piston chuyển động tịnh tiến bên trong xilanh làm tăng, giảm thể tích công tác của máy nén để tạo ra hiệu ứng nén, hút không khí. Piston máy nén thường được chế tạo bằng gang, phần đầu piston có xẻ các rãnh xec măng để lắp xéc măng làm kín cho buồng công tác. Phía dưới các rãnh xec măng có khoét lỗ để lắp chốt piston. Thanh truyền: Thanh truyền là chi tiết kết nối piston với trục khuỷu của máy nén, có chức năng biến chuyển động quay của trục khuỷu thành chuyển động tịnh tiến của piston. Thanh truyền được chia ra làm 3 phần: Đầu nhỏ, thân và đầu to thanh truyền. Đầu nhỏ thanh truyền được đúc liền và gắn với piston thông qua chốt piston, còn đầu to thanh truyền thì được chế tạo làm 2 nửa và gắn với trục khuỷu bằng các bu lông thanh truyền. Cả đầu to và đầu nhỏ thanh truyền được lót bằng các bạc lót để giảm mài mòn. Trục khuỷu: Trục khuỷu là chi tiết kết nối với trục của động cơ lai, có chức năng tạo ra chuyển động tịnh tiến cho piston trong xilanh để tạo ra hành trình hút, đẩy cho piston thông qua thanh truyền. Trục khuỷu đặt trên các ổ đỡ trên bệ máy, nó gồm có phần cổ trục, cổ khuỷu và má khuỷu. KHOA MÁY TÀU THỦY 147 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 7- 78 : Máy nén khí kiểu piston Máy nén piston có thể chỉ có một cấp hoặc có nhiều cấp. Đối với các máy nén nhiều cấp thì giữa các cấp nén phải làm mát cho khí nén để giảm thể tích của không khí nén. Đặc điểm của loại máy nén này là tạo được áp suất cao (vì có khả năng giảm thể tích nhiều), nhưng năng suất của máy nén (lưu lượng khí nén m3/h) đạt được nhỏ (vì kích thước xylanh hoặc không gian nén bị hạn chế) và dòng khí nén không liên tục. Do vậy đối với máy nén loại này phải có bình chứa khí nén để từ đó khí nén được lấy đi liên tục. 7.2.2: Nguyên lí làm việc: Giả sử piston đang đi từ nắp xilanh đi xuống, lúc này thể tích buồng công tác của máy nén sẽ tăng lên, làm cho áp suất trong buồng công tác giảm xuống tạo ra sự chênh lệch áp suất trong xilanh và ngoài môi trường. Lúc này áp suất ngoài môi trường đủ thắng được sức căng của lò xo đóng clape hút, làm cho clape hút mở ra và không khí được hút vào trong xilanh. Sau đó, piston đổi chiều chuyển động từ KHOA MÁY TÀU THỦY 148 022011 – MTT – BGCT - MTT dưới lên nắp xilanh, thể tích công tác giảm xuống làm tăng áp suất beeb trong xilanh, khi piston lên tới vị trí nào đó thì áp suất trong xilanh tăng lên cao hơn áp suất trong chia gió thì clape xả mở ra và không khí được nén vào trong chai gió nén. Piston lại tiếp tục đổi chiều chuyển động và quá trình làm việc của máy nén cứ thế tiếp diễn. 7.3: Máy lọc dầu 7.3.1: Khái quát chung Máy lọc dầu là thiết bị có tác dụng loại bỏ các tạp chất bẩn và nước có lẫn trong dầu đốt (FO, DO) hoặc dầu nhờn, nhằm đảm bảo chất lượng dầu trước khi cấp vào động cơ. Trên tàu thủy hiện nay thường sử dụng các máy lọc dầu li tâm. Máy lọc li tâm làm việc dựa trên nguyên lí dùng lực li tâm để tách các thành phần có khối lượng riêng khác nhau (dầu, nước, tạp chất cơ học) ra thành các pha khác nhau. Ngoài phương pháp lọc li tâm còn có 2 phương pháp khác được áp dụng đồng thời là: - Dùng bầu lọc (lưới, vật liệu lọc) để giữ lại các tạp chất có kích thước lớn. Lắng lọc nhờ trọng lực: sử dụng các két lắng để tách các thành phần nặng hơn dầu ở đáy két. KHOA MÁY TÀU THỦY 149 022011 – MTT – BGCT - MTT 7.3.2: Sơ đồ hệ thống lọc li tâm (FO). Hình 7- 79 : Sơ đồ lọc đầu thường dùng Việc hâm sấy dầu tại các két và bầu hâm trước khi đưa vào máy lọc. Có thể sử dụng điện trở hoặc hơi nước (đối với các tàu nhỏ thường hâm sấy bằng điện). 7.3.3: Kết cấu máy lọc li tâm Máy lọc bao gồm các chi tiết: trống lọc, trục dẫn động, vỏ và 2 bơm do máy lọc lai (1 bơm cấp và 1 bơm chuyển). KHOA MÁY TÀU THỦY 150 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 7- 80 : Sơ đồ nguyên lí kết cấu của máy lọc li tâm 1 – Trục đứng 2 – Trục ngang 3 – Trục vít 4 – Bánh vít 5 – Khớp nối ma sát 6 - Ổ đỡ trên A – Van chặn B – Lưới lọc C – Bơm cấp dầu D – Trống lọc E – Phanh hãm F – Nhiệt kế G – Lưu lượng kế H – Áp kế I – Kính nhìn Trống lọc được lắp chặt trên trục và được động cơ sơ cấp lai cho quay tròn cùng với trục. Trên trống người ta lắp các đĩa lọc hình nón cụt bằng thép trắng có khoan các lỗ trên đĩa (số lượng đĩa lọc có thể vài ba chục cái và xếp chồng lên nhau, cách nhau khoảng 5mm. Dầu cần lọc sẽ được cấp theo ống cấp và đi từ dưới lên trên. KHOA MÁY TÀU THỦY 151 022011 – MTT – BGCT - MTT Trục dẫn động do động cơ điện lai thông qua cặp bánh vít – trục vít nên tốc độ đạt đến hơn 10.000 v/phút. Từ trục động cơ điện đến bánh vít có bộ li hợp ma sát (để tránh sự quá tải cho động cơ điện trong giai đoạn khởi động. Trục được đỡ nhờ các vòng bi và bộ giảm chấn). Cácte máy lọc chứa dầu nhờn để bôi trơn cho cặp bánh vít – trục vít. Hình 7- 81 : Hình ảnh máy lọc li tâm trong thực tế 7.3.4: Nguyên lí hoạt động. Trước khi cấp dầu vào máy lọc ta phải khởi động đến vòng quay phù hợp. Sau đó phải cấp nước đệm (theo đường cấp dầu bẩn). Lượng nước này tạo được độ phân cách giữa dầu và nước trong quá trình phân li ngay từ giai đoạn đầu. Lượng nước đệm do nhà chế tạo quy định và được cấp từ từ. Trong quá trình khai thác máy lọc, nước đệm bị bay hơi hoặc dò lọt nên phải được bổ sung. Mặt phân cách giữa dầu và nước do nước đệm tạo ra còn gọi là mặt trung hoà. Mặt trung hoà cần phải được duy trì ở một giá trị nhất định trong suốt quá trình lọc. Nếu mặt trung hoà dịch chuyển ra phía ngoài (xa tâm) có thể gây ra hiện tượng hỗn hợp dầu nước tràn ra đường nước (tràn dầu – mất dầu). Nếu mặt trung hoà dịch chuyển vào phía trong sẽ làm giảm hiệu quả phân li. KHOA MÁY TÀU THỦY 152 022011 – MTT – BGCT - MTT Dầu cần lọc (FO, LO) trước khi cấp vào máy lọc phải được hâm đến một nhiệt độ thích hợp để làm giảm độ nhớt và làm cho độ chênh lệch trọng lượng giữa dầu & nước, tạp chất tăng lên nhờ vậy hiệu quả lọc tăng lên. Người ta hâm dầu ngay tại các két dự trữ, két lắng & hâm trước khi vào máy lọc. Nhiệt độ hâm dầu phụ thuộc vào loại dầu cần lọc – có thể tra theo bảng hoặc đồ thị (từ 50–1000C). Khi dầu chưa lọc được cấp vào máy lọc nó sẽ nhận được lực li tâm do trống lọc quay (trên 10.000 vòng/phút). Nước và tạp chất cơ học có trọng lượng riêng lớn hơn dầu bị bắn ra ngoài phía vỏ. Còn dầu đi từ đĩa này lên đĩa kia qua các lỗ trên đĩa và nằm ở khoảng gần tâm được đưa ra ngoài qua đường kính trong của vành điều chỉnh. Nước lẫn trong dầu được tách ra và đi ra khỏi máy lọc theo đường riêng. Tạp chất cơ học bị bắn ra xa bám vào vỏ máy lọc. Cặn bùn được xả ra ngoài theo các phương pháp sau: - Xả định kì bằng tay (phải dừng trống lại, tháo nắp máy lọc nạo vét bùn, cặn - ra). Xả định kì tự động theo chương trình đã được lập trước. Xả định kì tự động không theo chương trình, do người thực hiện. Xả cặn liên tục (xả đồng thời với quá trình lọc – vòi xả cặn). 7.4: Máy phân ly dầu nước 7.4.1: Giới thiệu chung Nước thải trên tàu thường bị lẫn dầu, nếu xả nước này ra biển thì sẽ ảnh hưởng không tốt đến môi trường. Thiết bị phân li dầu nước được sử dụng trên các tàu thủy để đảm bảo rằng nước xả ra biển có nồng độ dầu không vượt quá giá trị cho phép (nồng độ dầu trong nước không lớn hơn 15 phần triệu tính theo khối lượng). Máy phân li dầu nước là một thiết bị tách dầu lẫn trong nước (nước lacanh buồng máy), thiết bị này được lắp dưới tàu theo qui phạm của đăng kiểm dựa trên các qui định của IMO trong MARPOL73/78. KHOA MÁY TÀU THỦY 153 022011 – MTT – BGCT - MTT Người ta có thể sử dụng các phương pháp phân li sau để tách dầu ra khỏi nước: Máy phân li kiểu trọng lực: Dựa trên nguyên lí phân lớp của 2 chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau để tách chúng ra khoirnhau, loại này kết cấu đơn giản nhưng chất lượng phân li kém. Máy phân li kiểu kết tụ: dựa trên nguyên lí làm tăng kích thước hạt dầu bằng cách cho dầu đi qua các bản mỏng, các hạt dầu nhỏ sẽ kết tụ lại với nhau tạo thành các hạt dầu lớn hơn, có lực nổi lớn hơn nên nổi lên trên mặt nước và để lại nước sạch phía dưới. KHOA MÁY TÀU THỦY 154 022011 – MTT – BGCT - MTT 7.4.2: Nguyên lí kết cấu và nguyên lí làm việc của máy phân li dầu nước Hình 7- 82 : Nguyên lí kết cấu của máy phân li dầu nước Hỗn hợp nước lẫn dầu được đưa vào bầu phân ly bắt đầu từ cấp thứ nhất. Tại đó, người ta sử dụng nguyên lý lắng gạn tự nhiên, các mảng và hạt dầu có kích thước lớn nổi lên trên và tích lại ở phần đỉnh bầu phân ly, nước còn lẫn các hạt dầu mịn lắng xuống dưới và được đẩy qua cấp thứ hai. Trong cấp thứ hai, và tương tự là cấp thứ ba, người ta sử dụng nguyên lý kết tụ, có gắn các lõi kết tụ. Nước chảy KHOA MÁY TÀU THỦY 155 022011 – MTT – BGCT - MTT qua lõi dễ dàng còn các hạt dầu mịn dính bám trên bề mặt các vật liệu kết tụ rồi kết tụ lại với nhau thành các mảng lớn để bứt ra khỏi bề mặt kết tụ và nổi lên trên, rồi được gom lại ở phần đỉnh buồng lọc. Sau cấp hai, hàm lượng dầu trong nước giảm xuống dưới 10 phần triệu (ppm), sau cấp 3 giảm xuống dưới 5 phần triệu và nước được đẩy ra ngoài mạn. 7.5: Thiết bị chưng cất nước ngọt Nhiệm vụ của máy chưng cất nước ngọt là chưng cất nước biển thành nước ngọt bằng cách cho bay hơi nước biển trong môi trường áp suất thấp, nước ngọt sinh ra để phục vụ các nhu cầu sinh hoạt trên tàu. 7.5.1: Kết cấu cơ bản Khối chưng cất nước ngọt, bao gồm các tấm trao đổi nhiệt dạng tấm ti-tan cho cả dàn bay hơi và bầu ngưng tụ, vỏ máy chưng cất, bơm phun tia, bơm nước ngọt, cảm biến kiểm soát nước ngọt và khung đỡ. Hình 7- 83 : Nguyên lí kết cấu của máy chưng cất nước ngọt 7.5.2: Nguyên lí làm việc Nước biển trong hệ thống nước biển làm mát được cấp vào máy chưng cất qua cửa (4) của bầu ngưng tụ (9). Nước đi qua các tấm truyền nhiệt của bầu ngưng KHOA MÁY TÀU THỦY 156 022011 – MTT – BGCT - MTT rồi ra khỏi bầu ngưng qua cửa số (5), từ đây một lượng nhỏ nước biển đi ra ngoài, số còn lại đi vào dàn bay hơi (10) thông qua đường ống dẫn (1), trong dàn bay hơi, nước bay hơi ở nhiệt độ khoảng 40-60 ° C khi nó đi qua giữa các tấm trao đổi nhiệt và nhận nhiệt của nước ngọt làm mát máy chính. Nhiệt độ bay hơi nước trên tương đương với một độ chân không trong máy chưng cất khoảng từ 85-95%, được duy trì bởi bơm phun tia ( không được thể hiện trong H 2.93). Hơi nước bốc hơi được dẫn đi theo hình “chữ U” (7), để các giọt nước biển cuốn theo dòng hơi bị loại bỏ do tác dụng của lực li tâm và lực trọng trường, các hạt nước biển nặng hơn sẽ rơi xuống khoang chứa nước biển 11ở bên dưới sau đó được xả ra ngoài. Hơi nước ngọt sạch tiếp tục đi đến bầu ngưng (9), tại đây chúng đi qua giữa các tấm trao đổi nhiệt của bầu ngưng, trao nhiệt cho nước biển làm mát và ngưng tụ thành nước ngọt. Nước ngọt sau đó được bơm nước ngọt hút ra ngoài, độ mặn trong nước ngọt được kiểm soát bởi thiết bị kiểm soát độ mặn. Nước ngọt làm mát xơ mi M.E sau khi ra khỏi động cơ được dẫn vào DBH 10 thông qua cửa 2, trao nhiệt cho nước biển rồi đi ra qua cửa 3. Bơm phun tia được lắp đặt một cách riêng biệt và công chất công tác là nước biển. Chương 8: CÁC HỆ THỐNG TÀU THỦY 8.1: Khái quát chung Các hệ thống tàu thuỷ được bố trí để phục vụ cho sự an toàn, cho việc sinh hoạt của thuyền viên trên tàu. Chúng thường được chia làm hai loại: Các hệ thống thông dụng và các hệ thống chuyên dùng. KHOA MÁY TÀU THỦY 157 022011 – MTT – BGCT - MTT Các hệ thống tàu thuỷ thông dụng (bất cứ tàu nào cũng phải có) bao gồm: - Hệ thống nước dằn tàu (Ballast). Hệ thống la canh (Bilge) (hút khô). Hệ thống cứu hoả (Fire fighting). Hệ thống nước sinh hoạt. Hệ thống thông gió. Hệ thống xử lý nước thải. Hệ thống xử lý dầu cặn, rác bẩn. Các hệ thống chuyên dùng chỉ bố trí trên những tàu chuyên dụng như hệ thống làm hàng trên các tàu dầu, tàu chở hoá chất... 8.2: Hệ thống nước dằn tàu (Ballast) 8.2.1: Nhiệm vụ: Nâng cao tính ổn định cho con tàu đảm bảo cho con tàu luôn cân bằng (không bị lệch, bị nghiêng). Nâng cao hiệu suất đối với hệ lực đẩy. Hệ thống ballast dùng khi tàu chạy không chở hàng, khi xếp hàng không đều hoặc khi có ngoại lực tác dụng lên tàu như sóng, gió … để cân bằng lại tàu, đảm bảo an toàn cho tàu khi hành trình trên biển. 8.2.2: Sơ đồ hệ thống: Hệ thống ballast gồm các thiết bị chính như: các két chứa nước ballast, các bơm, hệ thống đường ống và các van. KHOA MÁY TÀU THỦY 158 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 8- 84 : Sơ đồ hệ thống ballast 1 - Van thông biển. 2 - Hộp van hút của bơm. 3 - Bơm ballast. 4 - Van thoát mạn. 5 - Hộp van đẩy của bơm. 6 - Hộp van vào ra các két ballast. 7 - Các két ballast phải, trái. 8 - Két ballast mũi. 9 - Két ballast lái. 8.2.3: Nguyên lí làm việc: Các két chứa nước ballast, các bơm, các van và hệ thống đường ống của hệ thống ballast cần đảm bảo nước ở bất kì một két nào cũng có thể luân chuyển được sang một két khác bất kì. Khi tàu chạy không thì người ta bơm nước ngoài tàu vào để tăng độ chìm, giảm chiều cao mạn khô của tàu xuống để tránh lật tàu (dằn tàu). Khi tàu bị nghiêng sang hai bên, hoặc chúi mãi, chúi lái do xếp hàng không đều hoặc do ngoại lực tác động (sóng, gió…) thì bằng cách cho luân chuyển nước hợp lí gữa các két người ta có thể cân bằng lại tàu, đảm bảo độ an toàn cho tàu khi hành trình trên biển. 8.3: Hệ thống la canh (Bilge) 8.3.1: Nhiệm vụ Tất cả nước và dầu tích tụ trong buồng máy và trong các hầm hàng gọi chung là nước la canh. Hệ thống la canh được trang bị dưới tàu có nhiệm vụ hút và phân KHOA MÁY TÀU THỦY 159 022011 – MTT – BGCT - MTT ly nước la canh, tách các tạp chất dầu cặn ra khỏi nước tích tụ để đốt hoặc đưa lên bờ, còn nước sạch thì được xả ra biển đảm bảo không xả nước lẫn dầu ra biển, ảnh hưởng xấu đến môi trường. 8.3.2: Sơ đồ hệ thống và nguyên lí làm việc Hệ thống la canh bao gồm các két la canh, hệt hống van ống và các bơm la canh. Nước la canh từ buồng máy và các hầm hàng được dẫn xuống các két la canh nhờ các hố la canh. Bơm la canh còn có một đường ống hút thông ra biển để súc rửa hẹ thống, đường xả của bơm nối vào thiết bị phân ly dầu nước (Oily- water Separator). Thiết bị dầu nước sẽ tách bỏ phần lớn dầu lẫn trong nước ra một két riêng để đốt hoặc đem lên bờ. Đảm bảo nước xả ra biển có nồng độ dầu không lớn hơn 15 phần triệu. Hình 8- 85 : Sơ đồ nguyên lí của hệ thống la canh 1 - Đường hút la canh. 6 - Cụm van một chiều. 2 - Van thoát mạn. 7 - Phin lọc. 3 - Máy phân ly dầu nước. 4 - Van điện từ. 8 - Van nước biển. 9 - Bơm la canh. 5 - Két dầu cặn. KHOA MÁY TÀU THỦY 160 022011 – MTT – BGCT - MTT 8.4: Hệ thống cứu hoả (Fire fighting system) 8.4.1: Nhiệm vụ và các phương pháp cứu hoả Hệ thống cứu hoả được trang bị trên tàu nhằm để đảm bảo an toàn cho con người, con tàu và hàng hoá khi có hoả hoạn xảy ra. Hệ thống gồm hai phần: Phần báo động và phần dập lửa. Phần báo động có chức năng phát hiện vị trí đám cháy và phát tín hiệu âm thanh, ánh sáng báo động. Phần dập lửa có chức năng dập tắt đám cháy. Các phương pháp cứu hoả trên tàu thuỷ tương ứng với các hệ thống cứu hoả được trang bị trên tàu bao gồm: - Hệ thông cứu hoả dùng nước. Hệ thống cứu hoả dùng CO2. Hệ thống các bình chữa cháy xách tay. Hệ thống khí trơ (Inert gas system) dùng trên các tàu dầu, tàu chở hoá chất. Tuỳ theo kết cấu kích thước của con tàu mà người ta trang bị hệ thống cứu hoả dùng nước kết hợp với hệ thống CO2 và hệ thống các bình chữa cháy xách tay, hoặc chỉ có hệ thống các bình chữa cháy xách tay. 8.4.2: Hệ thống cứu hoả dùng nước 8.4.2.1 Nguyên lý chung: Đối với hệ thống chữa cháy bằng nước biển thì bơm cứa hỏa được đặt trong buồng máy, ở vị trí thấp hơn mớn nước để không phải mồi bơm, ống hút nối với van thông biển. Trên tàu có phải có các bơm cứu hỏa chính và bơm dự cứu hỏa dự phòng. Một đầu ống mềm của vòi rồng được nối với ống phun còn đầu kia nối với họng cứu hỏa. Họng cứu hỏa được lắp đặt ở bồng máy, hành lang, ca-bin, hầm hàng, mặt boong .v. v. và tất cả chúng thường được sơn màu đỏ. Các vòi rồng cùng với đường ống mềm của nó được đựng trong hộp sắt có cửa kính và vỏ sơn màu đỏ. Đường ống của hệ thống cứu hỏa làm bằng thép liền, các van, vòi được làm bằng đồng. KHOA MÁY TÀU THỦY 161 022011 – MTT – BGCT - MTT 8.4.2.2 Sơ đồ hệ thống cứu hỏa bằng nước. Hình 8- 86 : Sơ đồ hệ thống cứu hoả bằng nước biển. 8.4.2.3 Nguyên lý hoạt động Hệ thống này gồm các bơm cứu hoả chính lấy nước từ mạn tàu cấp vào hệ thống cứu hoả. Hệ thống ống cứu hoả dẫn nước ra boong tàu, lên các hành lang buồng ở, thượng tầng, buồng máy, kho vật tư ... Khi có hỏa hoạn xẩy ra tại vị trí nào đó trên tàu ta mở van thông biển, chạy bơm cứu hỏa, mở van chặn chính, khi đó nước biển sẽ chờ sẵn tại các họng của van cứu hỏa, ta chỉ việc nối vũi rồng vào khớp nối gần nhất nơi xẩy ra đám cháy, và mở van cứu hỏa trước vũi rồng và phun nước vào đám cháy. 8.4.3: Hệ thống cứu hỏa dùng CO2 Hệ thống cứu hỏa bằng CO2 thường được lắp đặt trong các không gian kín như buồng máy hoặc hầm hàng. Khi có hỏa hoạn xẩy ra thì hệ thống báo động sẽ báo động để người trong các không gian đó chạy ra ngoài sau đó đóng kín hết các cửa lại và xả khí CO2 vào để giập lửa. 8.4.3.1 Sơ đồ hệ thống Sau đây là sơ đồ nguyên lí của hệ thống cứu hỏa bằng CO2. Hệ thống bao gồm các bình chứa CO2 chính, các bình CO2 khởi động, hệ thống đường ống, van chặn, van an toàn, các thiết bị chỉ báo, báo động và bộ kích hoạt hệ thống. KHOA MÁY TÀU THỦY 162 022011 – MTT – BGCT - MTT 8.4.3.2 Nguyên lí làm việc Khi xảy ra đám cháy thì thủy thủ trên tàu chỉ cần giật dây giật trong hộp điều khiển (8), dây giật sẽ mở van của chai CO2 khởi động (6), đưa khí CO2 có áp suất cao vào xilanh điều khiển (5) làm cho piston điều khiển bị đẩy trượt xuống dưới. Piston điều khiển trượt xuống dưới kéo theo dây giật kích hoạt mở các van khí trên các chai CO2 chính (10), xả CO2 vào đám cháy để giập lửa. Hình 8- 87 : Sơ đồ hệ thống cứu hoả dùng CO2 1. Thiết bị báo động. 6. Bình CO2 khởi động. 2. Van an toàn. 7. Bộ báo động. 3. Dây giật mở van. 8. Hộp điều khiển. 4. Van chặn tới hầm hàng. 9. Đưong khí CO2 tới buồng máy. 5. Xilanh và piston điều khiển. 10. Bình CO2. 8.5: Hệ thống nước sinh hoạt Bao gồm hệ thống nước ngọt và hệ thống nước mặn sinh hoạt, có nhiệm vụ cung cấp nước sinh hoạt và nước vệ sinh trên tàu. 8.5.1: Hệ thống nước ngọt sinh hoạt 8.5.1.1 Nhiệm vụ: Trên tàu nước ngọt dùng cho sinh hoạt của thuyền viên và bổ sung cho hệ thống động lực của tàu. KHOA MÁY TÀU THỦY 163 022011 – MTT – BGCT - MTT 8.5.1.2 Sơ đồ hệ thống và nguyên lí làm việc Sau đây là sơ đồ hệ thống nước ngọt sinh hoạt. Hình 8- 88 : Sơ đồ hệ thống nước ngọt sinh hoạt. 1 - Rơle áp suất. 5 - Môtơ điện. 2 - Bộ khởi động cho bơm. 6 - Van chặn. 3 - Van một chiều. 7 - Két nước ngọt. 4 - Bơm nước ngọt. 8 - Đường khí nén. 9 - Bình Hydrophor. 10 - Ống thuỷ. 11 - Đường nước đi sinh hoạt. 12 - Van xả đáy. Bơm nước ngọt (4) do động cơ điện (5) lai dẫn có nhiệm vụ bơm nước ngọt từ két chứa (7) lên bình hydrophor (9). Áp suất trong bình hydrophor được tạo ra nhờ gió nén được cung cấp vào qua đường (8) từ chai gió. Khi cần sử dụng nước chúng ta chỉ cần mở các van chặn (11), khi đó nước trong bình (9) sẽ chảy ra dưới tác dụng của áp suất không khí nén trong bình. Rơ le áp suất (1) cảm biến áp suất trong bình (9), khi nước trong bình (9) giảm xuống thì sẽ làm giảm áp suất trong bình, khi đó rơ le (1) sẽ cảm biến được độ sụt áp suất đó, chuyển hóa thành một tín hiệu điện gửi vào bộ khởi động tự động bơm (2) để gửi tín hiệu đóng mạch điện động cơ điện (5) làm bơm (4) hoạt động, cấp thêm nước cho bình (9). KHOA MÁY TÀU THỦY 164 022011 – MTT – BGCT - MTT 8.5.2: Hệ thống nước mặn vệ sinh 8.5.2.1 Nhiệm vụ: Hệ thống này có nhiệm vụ lấy nước từ ngoài tàu đưa vào các nhà toilet để phục vụ việc vệ sinh của thuyền viên. 8.5.2.2 Sơ đồ hệ thống và nguyên lí làm việc Sau đây là sơ đồ hệ thống nước mặn vệ sinh: Hình 8- 89 : Sơ đồ hệ thống nước mặn vệ sinh. 1 - Rơle áp suất. 5 - Môtơ điện. 2 - Bộ khởi động cho bơm. 6 - Van chặn. 3 - Van một chiều. 7 – Van thông biển. 4 - Bơm nước ngọt. 8 - Đường khí nén. 9 - Bình Hydrophor. 10 - Ống thuỷ. 11 - Đường nước đi sinh hoạt. 12 - Van xả đáy. Về cơ bản, nguyên lí kết cấu và nguyên lí hoạt động của hệ thống nước biển vệ sinh cũng tương tự như hệ thống nước ngọt sinh hoạt, tức là cũng sử dụng bình tích năng (bình huydrophor) để cấp nước đến các vị trí cần dùng. Tuy nhiên, trong hệ thống nước biển vệ sinh thì nước biển không phải chứa trong các két chứa mà nó được bơm lấy trực tiếp từ ngoài mạn thông qua hộp van thông biển. KHOA MÁY TÀU THỦY 165 022011 – MTT – BGCT - MTT Chương 9: CÁC HỆ THỐNG TRÊN BOONG 9.1: Tổng quan Các máy móc và thiết bị trên boong gồm: - Thiết bị lái tàu thuỷ. Thiết bị tời neo. Thiết bị cần trục. 9.2: Thiết bị lái tàu thuỷ. 9.2.1: Khái niệm chung Thiết bị lái tàu thuỷ dùng để quay trục bánh lái và bánh lái tới một góc nào đó theo yêu cầu điều khiển tàu với hướng đi qui định đúng như theo yêu cầu. Thiết bị lái gồm các bộ phận chính sau: Bánh lái: Nhận áp lực của dòng nước và làm thay đổi hướng chuyển động của tàu. Truyền động lái: Là cơ cấu liên hệ giữa bánh lái với máy lái và truyền mômen cần thiết để quay bánh lái. Máy lái: Là cụm năng lượng đảm bảo sự làm việc của bộ truyển động lái. Bộ truyền động từ xa: Để liên hệ giữa máy lái với buồng lái. 9.2.2: Phân loại Theo cấu tạo và nguyên lý hoạt động có các dạng thiết bị lái sau: - Thiết bị lái cơ. Thiết bị lái hơi nước. Thiết bị lái điện. Thiết bị lái điện - thuỷ lực. 9.2.3: Các yêu cầu chung với thiết bị lái Căn cứ vào các điều khoản của SOLAS 74 và những quy phạm đóng tàu khác, các yêu cầu chung cơ bản đôí với thiết bị lái có thể tóm tắt như sau: KHOA MÁY TÀU THỦY 166 022011 – MTT – BGCT - MTT Mỗi tàu phải có một máy lái chính và một máy lái sự cố được bố trí sao cho khi trục trặc máy lái vẫn có thể chuyển sang lái sự cố được. Thiết bị lái dự trữ có thể là thiết bị lái thứ hai trên những tàu lớn hoặc là máy lái quay tay trên các tàu nhỏ, và phải lắp đặt ra sao để cho khi có một hư hỏng ở hệ thống ống hoặc tại cụm năng lượng thì vẫn có khả năng lái tàu. Khi ở tốc độ khai thác bộ truyền động chính cần chuyển bánh lái từ 350 mạn trái qua 350 mạn phải và ngược lại, thời gian chuyển bánh lái từ 350 mạn kia cần ít hơn 28 giây, cấu tạo của bánh lái cần tính toán tới hành trình lùi cực đại. Trên các tàu khách, độ bền của các bộ phận truyển động lái phụ cần phù hợp với độ bền của các bộ phận truyển động chính, được tính ở tốc độ 12 hải lý/ giờ. Thiết bị lái sự cố phải có khả năng nhanh chóng đưa vào hoạt động và quay bánh lái từ 150 mạn này sang 150 mạn kia trong 60 giây. Khi có chiều chìm lớn nhất và tốc độ bằng tốc độ công tác lớn nhất hoặc bằng 7 hải lý/ giờ. Trên tàu khách nếu đường kính trục bánh lái lớn hơn 230mm thì phải đặt hai trạm điều lớn có một khoảng cách đủ so với trạm lái chính và phải đảm bảo việc truyền lệnh điều khiển đến buồng này. Khi có một trạm hỏng không gây cản trở đến trạm kia. Thiết bị lái yêu cầu phải lắp đặt chắc chắn, trang bị những thiết bị chống va đập và các thiết bị đề phòng tác động điều kiện thời tiết, các ống và đường dây điện dẫn đến đó cần sử dụng loại đặc biệt. Cần bố trí các thiết bị giới hạn cho chính bánh lái và cả bộ phận truyển động lái, không những cho các giá trị nhỏ của góc quay bánh lái mà có thiết bị an toàn để hãm và chặn bánh lái. Thiết bị lái cần lắp đặt phù hợp với thiết kế đã được phê chuẩn và được chế tạo bằng những vật liệu thiết kế quy định. Nó cần được thử phù hợp với các yêu cầu của thiết bị, trên tàu cần có các chi tiết dự trữ cho thiết bị lái để thay thế theo điều kiện tính toán khi khai thác. Trong các thiết bị lái truyền động điện cần: - Đề phòng bảo vệ khi đứt cầu chì KHOA MÁY TÀU THỦY 167 022011 – MTT – BGCT - MTT - Bố trí bộ chỉ báo góc lái. 9.2.4: Hệ thống lái thuỷ lực Máy lái thuỷ lực có ưu điểm là khối lượng nhỏ kích thước gọn, sức lái lớn, hiệu suất cao, tiết kiệm được công suất của động cơ điện và đặc biệt là có độ tin cậy cao trong quá trình vận hành, khai thác. Nhược điểm là chất lỏng dễ thẩm thấu hoặc rò rỉ gây ra sự cố. KHOA MÁY TÀU THỦY 168 022011 – MTT – BGCT - MTT 9.2.4.1 Sơ đồ nguyên lí của hệ thống lái thủy lực. Hình 9- 90 : Sơ đồ hệ thống lái thủy lực KHOA MÁY TÀU THỦY 169 022011 – MTT – BGCT - MTT 9.2.4.2 Nguyên lý hoạt động Van 9-2 và 9-5 thường đóng để cho cả hai van điện từ sẵn sàng làm việc. Van 15-1 và 15-2 thường đóng để cô lập bơm tay khỏi hệ thống bơm chính. Bơm chính 3 được động cơ điện 4 lai, có sản lượng không đổi. Van tràn (5) duy trì áp suất dầu tại cửa đẩy của bơm không đổi, bằng giá trị cho trước. Dầu từ bơm chính (3) được đẩy qua van 1 chiều (10) tới cửa P của van điện từ (7-1), thoát ra cửa T đến van điện từ kế tiếp (7-2) rối về két qua phin lọc dầu hồi (8). Giả sử ta dùng van điện từ(7-1), và cấp điện cho cuộn điện từ phải (a), ô bên phải của van 3 vị trí 4 đường dẫn được đẩy vào vị trí giữa. Dầu từ cửa P chảy qua cửa A đến các xi lanh lực 23-1 và 23-2, đẩy cho cần quay bánh lái (22) quay theo chiều kim đồng hồ. Dầu thoát ra từ các xilanh lực được ép về cửa B, nối thông qua cửa T, chảy qua van điện từ (7-2) về két. Khi góc quay bánh lái đạt đến góc mong muốn, tín hiệu tới van điện từmất đi, van hồi nguyên về vị trí chính giữa, cô lập các cửa dầu A và B, nối thông cửa dầu P tới T rồi cho dầu về két. Khi đó áp suất dầu trong hệ thống đạt giá trị thấp nhất. Các van an toàn (22) dùng để bảo vệ hệ thống xilanh lực và ống dẫn sau van điện từ khi áp suất dầu trong đó cao hơn giá trị đặt tại các van do sóng nước ép vào bánh lái gây nên. Giá trị áp suất này thường được đặt cao hơn giá trị đặt tại van tràn (5). Nếu cuộn điện từ trái (b) có điện, trình tự hoạt động tương tự nhưng cấp dầu vào xilanh lực theo chiều ngược lại, bánh lái quay ngược lại. Khi có sự cố với bơm chính, bơm tay (17) được đưa vào làm việc. Khi đó các van chặn (15) được mở ra. Tuỳ theo chiều ta quay bơm tay mà dòng dầu vào các xilxnh lực sẽ đổi chiều tương ứng, bánh lái sẽ quay theo chiều tương ứng. Tuy nhiên theo quy định của đăng kiểm, với các hệ lái phụ, thì thời gian chuyển bánh lái từ150 mạn này sang 150 mạn kia bằng bơm tay khi tàu đầy tải và tốc độ tàu bằng 1/2 tốc độ định mức hoặc 7 knots không quá 60 giây. Nếu trục bánh lái >230mm thì hệ lái phụ cũng phải được lai bằng máy. KHOA MÁY TÀU THỦY 170 022011 – MTT – BGCT - MTT 9.3: Thiết bị tời neo 9.3.1: Các yêu cầu đối với một số chi tiết hệ thống neo tời - Có khả năng thả neo với độ dài xích neo thích hợp. Một đầu cuối của xích neo phải được cố định chặt với tàu (trong hầm xích - neo). Có khả năng nhổ mỏ neo rời khỏi đáy biển đáy sông. Treo mỏ neo nơi thuận tiện chắc chắn. Xích neo luôn sẵn sàng trong hầm - xích. Có khả năng cắt bỏ xích neo với thời gian ngắn nhất. Phải có thiết bị hãm phanh để khống chế tốc độ thả neo. Độ dài dây xích neo, tốc độ thả và kéo neo phải theo đúng qui phạm qui định. 9.3.2: Hệ thống truyền động tời - neo Hệ thống tời neo bao gồm: Động cơ lai: Có thể là động cơ điện, động cơ Diesel, động cơ thuỷ lực. Bộ giảm tốc: Thường là bộ truyền động bánh răng. Mỏ neo: Tuỳ thuộc vào độ lớn của tàu, địa bàn nơi hoạt động, trạng thái đáy biển nơi thả neo mà có kết cấu khác nhau. Xích neo: Phụ thuộc vào trọng tải nên chúng có kích thước và độ bền phù hợp. Ống dẫn dây xích và mỏ neo: Được bố trí ở phía mũi và lái của tàu cho thuận tiện việc thả và kéo neo. KHOA MÁY TÀU THỦY 171 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 9- 91 : Truyền động tời neo 1 - Trống tời 2 - Ổ đỡ. 3 - Trống xích 4 - Phanh cơ khí. 5 - Ly hợp. 6 - Tay điều khiển. 7 - Bánh răng. 8 - Động cơ thuỷ lực, hoặc động cơ điện. Thiết bị neo dùng để cố định tàu nhờ mỏ neo bám vào đáy biển, đáy sông nơi tàu chờ đợi. Động cơ lai 8 thông qua khớp nối và bộ biến tốc cơ khí bánh răng (7) làm cho trục quay ra (2) có trị số mô men lớn và giảm tốc độ quay của trục. Tiếp đó truyền động này sẽ tiếp nhận ở trống quấn dây (1) hoặc trống xích neo (3) do sự điều khiển của tay ly hợp (5). Trống phanh (4) có nhiệm vụ hạn chế tốc độ khi cần thiết. Thiết bị tời dùng để kéo, buộc tàu cố định vào cầu cảng hoặc vào tàu khác khi cần thiết. Ở trên tàu, thông thường thiết bị tời được bố trí chung với máy neo để tiện sử dụng và tiết kiệm trang thiết bị. KHOA MÁY TÀU THỦY 172 022011 – MTT – BGCT - MTT 9.3.3: Hệ thống tời- neo thuỷ lực 9.3.3.1 Sơ đồ hệ thống Hình 9- 92 : Sơ đồ hệ thống tời- neo thuỷ lực 1 - Động cơ thuỷ lực. 2 - Van an toàn. 3 - Van cân bằng tải. 4 - Van trượt điều khiển. 5 - Bơm thuỷ lực một chiều. 6 - Phin lọc. 7 - Két dầu. 8 - Van một chiều. 9 - Van tiết lưu điều chỉnh. 9.3.3.2 Nguyên lý hoạt động Khi khởi động hệ thống tời neo thì bơm 5 sẽ hút dầu từ két đẩy qua P sang T tới phin lọc về két. Khi ta thả neo thì van trượt điều khiển dịch chuyển sang trái làm cửa P thông với L và cửa I thông với T. Khi này dầu từ P cấp tới L qua van một chiều lên động cơ thủy lực làm động cơ quay theo chiều thả neo, dầu ra khỏi động cơ trở về cửa I tới T về két. Khi ta kéo neo thì van trượt dịch chuyển sang phải làm cho P thông với I và L thông với T, lúc này dầu từ P qua I một nhánh lên động cơ, một nhánh tới van tràn cân bằng mở thông van tràn và dầu từ động cơ sẽ qua van tràn cân bằng về két, đồng thời động cơ quay theo chiều kéo neo. KHOA MÁY TÀU THỦY 173 022011 – MTT – BGCT - MTT 9.4: Thiết bị cẩu - trục Thiết bị cẩu - trục được trang bị trên tàu biển dùng để bốc xếp hàng hoá vật tư... giữa tàu với cảng hoặc giữa các tàu với nhau. Thông thường thiết bị cẩu được chia ra hai loại nặng và nhẹ, tuỳ thuộc vào trọng lượng hàng hoá bốc xếp. Loại nhẹ: Trọng tải < 10 T Loại nặng: Trọng tải > 10 T 9.4.1: Truyền động điện - cơ khí cho máy cẩu Cẩu điện - cơ khí gồm động cơ điện qua khớp nối làm quay hệ thống bánh răng và tời quay trống quấn dây để nâng, hạ hàng hóa, vật tư. Ngoài ra trong hệ thống còn có một nhóm truyền động bánh răng dẫn động và ly hợp ma sát hoạt động với chức năng của phanh điện để hãm cẩu khi cần thiết. Toàn bộ nhóm bánh răng và một số thiết bị khác được bảo vệ trong hộp vỏ kín có chứa dầu bôi trơn. KHOA MÁY TÀU THỦY 174 022011 – MTT – BGCT - MTT 9.4.2: Truyền động thuỷ lực cho máy cẩu 9.4.2.1 Sơ đồ nguyên lý Hình 9- 93 : Sơ đồ hệ thống truyền động thuỷ lực tời- cẩu 1 - Động cơ thuỷ lực hai chiều. 2 - Van an toàn. 3 - Van tiết lưu điều chỉnh. 4 - Van trượt điều khiển. 5 - Bơm thuỷ lực một chiều. 6 - Phin lọc. 7 - Két dầu. 8 - Van chặn. 9 - Van cân bằng tải. 9.4.2.2 Nguyên lý hoạt động Khi khởi động hệ thống tời cẩu thì bơm 5 sẽ hút dầu từ két đẩy qua P sang T tới phin lọc về két. Khi ta nâng hàng thì van trượt điều khiển dịch chuyển sang phải làm cửa P thông với I và cửa L thông với T. Khi này dầu từ P cấp tới I qua van một chiều lên động cơ thủy lực làm động cơ quay theo chiều nâng hàng, dầu ra khỏi động cơ trở về cửa L tới T về két. Khi ta hạ hàng thì van trượt dịch chuyển KHOA MÁY TÀU THỦY 175 022011 – MTT – BGCT - MTT sang trái làm cho P thông với L và I thông với T, lúc này dầu từ P qua L một nhánh lên động cơ, một nhánh tới van cân bằng tải qua van tiết lưu mở thông van tràn cân bằng và dầu từ động cơ sẽ qua van tràn về két, đồng thời động cơ quay theo chiều hạ hàng. Khi hệ thống mất điện có thể hạ hàng hoặc giữ cần bằng bằng cách mở van chặn 8. KHOA MÁY TÀU THỦY 176 022011 – MTT – BGCT - MTT Chương 10: HỆ TRỤC VÀ CHÂN VỊT 10.1: Hệ trục 10.1.1: Khái quát về hệ trục Hệ trục là một hệ thống các đoạn trục được nối với nhau có nhiệm vụ truyền mo men quay của động cơ ra cho chân vịt; tiếp nhận lực dọc trục do chân vịt quay trong môi trường nước tạo nên rồi truyền lực này qua ổ chặn lực dọc trục cho vỏ tàu để tàu chuyển động. Hệ trục thường được chia ra làm 3 phần: Phần trục đẩy, phần trục trung gian và phần trục chân vịt. Các phần này được nối với nhau thông qua các mặt bích nối. Hệ trục được bố trí trên một đường thẳng, nếu taufchir có một hệ trục thì đường trục sẽ trùng với đường tâm tàu. Nếu tàu có nhiều hệ trục thì các đường trục sẽ được bố trí đối xứng nhau qua đường tâm tàu. Phần trục đẩy có một đầu nối với trục động cơ, đầu kia nối với trục trung gian thông qua bích nối. Trục đẩy được đỡ trên các ổ đỡ trục đẩy, thường thì trên trục đẩy có bố trí một ổ đỡ chặn lực dọc trục sinh ra khi chân vịt quay trong nước, để truyền lực này cho vỏ tàu. Trục trung gian được đỡ trên các ổ đỡ trục trung gian, một đầu được nối với trục đẩy còn một đầu được nối với trục chân vịt thông qua các mặt bích nối. Phần trục chân vịt được đỡ trên các ổ đỡ trục chân vịt, trục chân vịt có một phần nằm phía trong tàu, còn một phần nằm ngoài tàu. Để làm kín cho trục chân vịt tại vị trí chân vịt giao với vỏ tàu thì người ta sử dụng ống bao trục chân vịt. Ống bao trục chân vịt vừa có chức ăng làm kín, vừa có chức năng là đỡ trục chân vịt. Một đầu trục chân vịt nối với trục trung gian thông qua bích nối, đầu còn lại lắp chân vịt. 10.1.2: Sơ đồ hệ trục và các thiết bị Sơ đồ tổng quát của hệ trục bao gồm các đoạn trục như: Trục đẩy, trục trung gian và trục chân vịt cùng với các ổ đỡ trục đẩy, ổ đỡ trục trung gian, gối trục chân vịt và ổ đỡ chặn lực dọc trục. Phía cuối trục lắp chân vịt, còn phía đầu trục được nối trực tiếp với động cơ hay nối với động cơ qua cơ cấu truyền động. KHOA MÁY TÀU THỦY 177 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 10- 94 : Sơ đồ hệ trục tàu thủy Hình 10- 95 : Hệ trục truyền động chân vịt tàu thuỷ 1 - Máy chính. KHOA MÁY TÀU THỦY 2 - Trục khuỷu động cơ. 178 022011 – MTT – BGCT - MTT 3 - Trục đẩy. 4 - Gối trục đẩy. 5 - Trục trung gian. 6 - Gối trục trung gian. 7 - Trục chân vịt. 8 - Bộ làm kín. 9 - Gối trục chân vịt. 10 - Chân vịt 10.2: Chân vịt Chân vịt bao gồm một củ chân vịt với một số cánh xoắn gắn trên nó. Do cánh chân vịt có kết cấu xoắn nên khi quay trong nước nó sẽ tạo ra một dòng nước chuyển động và do hiệu ứng phản lực, chân vịt sẽ được đẩy về hướng ngược dòng chuyển động của dòng nước. Vì chân vịt gắn với hệ trục nên hệ trục sẽ tiếp nhận lực đẩy của dòng nước tác dụng lên chân vịt, rồi truyền lực đẩy này lên vỏ tàu làm cho vỏ tàu chuyển động cùng chiều với chiều chuyển động của chân vịt. Chân vịt được chia ra làm hai loại là chân vịt định bước và chân vịt biến bước. Bước chân vịt là quãng đường chân vịt tịnh tiến được khi nó quay đủ 1 vòng. 10.2.1: Chân vịt định bước Chân vịt đinh bước là chân vịt có bước không thay đổi. Tuy nhiên, thực tế bước xoắn của cánh thay đổi theo bán kính tăng dần từ gốc cánh ra ngoài. Tuy nhiên bước cánh tại một bán kính là không đổi, trong tính toán người ta lấy giá trị trung bình của bước cánh theo bán kính. KHOA MÁY TÀU THỦY 179 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 10- 96 : Chân vịt định bước 10.2.2: Chân vịt biến bước Chân vịt biến bước là chân vịt có bước có thể thay đổi được. Bước chân vịt thay đổi bằng cách xoay cánh chân vịt đi một góc nhất định bằng hệ thống xoay cánh đặt bên trong củ chân vịt và hệ trục chân vịt. Cánh chân vịt có thể xoay về vị trí có bước cánh bằng 0, lúc này chân vịt vẫn quay nhưng không đạp nước. Cánh chân vịt có thể xoay về phía sau để khi quay tạo ra hiệu ứng đạp nước về phái sau, đẩy tàu về phía trước, hoặc chân vịt cũng có thể xoay về phía trước để khi quay thì tạo ra hiệu ứng đạp nước về trước, đẩy tàu ra phía phía sau. 180 KHOA MÁY TÀU THỦY Hình 10- 97 : Chân vịt biến bước 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 10- 98 : Cơ cấu xoay bước của chân vịt biến bước KHOA MÁY TÀU THỦY 181 [...]... cho quá trình sau Hình 2- 13 : Đồ thị công chỉ thị của động cơ 2 kì - Nhận xét: Trong hai hành trình của piston có một hành trình sinh công Mỗi hành trình của piston không làm riêng một nhiệm vụ như ở động cơ bốn kỳ mà làm nhiều nhiệm vụ Hành trình 1: Làm các nhiệm vụ xả, nạp, nén Hành trình 2: làm các nhiệm vụ sinh công, xả, nạp KHOA MÁY TÀU THỦY 20 022011 – MTT – BGCT - MTT Trong hành trình 1,... cầu thợ máy phải có trình độ kỹ thuật cao KHOA MÁY TÀU THỦY 13 022011 – MTT – BGCT - MTT 2.5: Động cơ 4 kỳ 2.5.1: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyết Động cơ diesel 4 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công sau 4 hành trình piston tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu, tức 720 o góc quay trục khuỷu Hình 2- 10 : Chu kì làm việc của động cơ Diesel 4 kì Chu trình công... KHOA MÁY TÀU THỦY 27 022011 – MTT – BGCT - MTT Hình 2- 16 : Sơ-mi xilanh và thân máy của động cơ 4 kì - Sơmi xilanh: Sơmi xilanh (ống lót xilanh) là một ống hình trụ được gia công chính xác và lắp chặt với thân xilanh bằng cách ép từ trên xuống Phía trên sơmi có gờ để định vị, phía dưới để giãn nở tự do Hình 2- 17 : Sơmi xilanh động cơ 2 kỳ KHOA MÁY TÀU THỦY 28 022011 – MTT – BGCT - MTT Trong quá trình. .. khiến cho động cơ hoạt động liên tục Quá trình xả khí cháy được biểu diễn bằng đoạn b – d1 trên đồ thị công của động cơ 2.5.2: Các nhận xét về chu trình lý thuyết: Trong 4 hành trình của piston chỉ có một hành trình sinh công, các quá trình còn lại điều tiêu tốn công và làm nhiệm vụ phục vụ cho quá trình sinh công Sự quay trục động cơ trong thời gian của ba hành trình còn lại xảy ra nhờ dự trữ năng lượng... Một phần hành trình của piston của động cơ hai kỳ dùng để nạp và thải khí; có một phần khí nạp mới bị lọt ra ngoài khi cửa quét đã đóng mà cửa - thải vẫn mở Thải khí không sạch, nạp khí không đầy nên cháy không tốt Quá trình quét sạch khí thải và nạp khí mới vào xilanh 4 kỳ tiến hành hoàn hảo hơn động cơ 2 kỳ vì các quá trình này được tiến hành trong hai hành trình của piston KHOA MÁY TÀU THỦY 22 022011... quạt gió KHOA MÁY TÀU THỦY 18 022011 – MTT – BGCT - MTT do động cơ điện lai, hoặc trích công suất từ trục động cơ để lai quạt Đối với các động cơ công suất lớn thì người ta tăng áp bằng tua-bin khí xả, tận dụng luồng khí xả của động cơ để làm quay tua-bin, tua-bin quay làm - quay máy nén để nén không khí vào xilanh động cơ Chu trình công tác được thực hiện trong 2 hành trình piston: Hành trình thứ nhất:... KHOA MÁY TÀU THỦY 15 022011 – MTT – BGCT - MTT Quá trình thải khí (kỳ xả) Supap xả mở, supap hút đóng Piston đi từ ĐCD lên ĐCT Khi piston ở ĐCD supap xả bắt đầu mở, khí thải trong xilanh tự xả ra ngoài, sau đó piston đi lên tiếp tục đẩy khí thải ra Khi piston lên đến điểm chết trên thì supap xả đóng lại, supap hút lại mở ra, không khí lại được nạp vào xilanh để bắt đầu một chu trình mới Các chu trình. .. vào xilanh (thông qua bầu lọc khí, ống hút và xupap hút) Khi piston xuống đến điểm chết dưới thì supap hút đóng lại hoàn toàn kết thúc quá trình nạp khí Qúa trình nạp được thể hiện bằng đoạn r – a trên đồ thị công chỉ thị của động cơ Quá trình nén khí KHOA MÁY TÀU THỦY 14 022011 – MTT – BGCT - MTT Các supap hút và supap xả đều đóng kín Piston đi từ ĐCD lên ĐCT Không khí trong xilanh bị nén lại rất nhanh... 2.6.4: Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 2 kỳ quét thẳng Hành trình thứ nhất: Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, các cửa nạp và supap xả đều mở, hành trình này làm các nhiệm vụ quét khí, nạp khí, nén khí và phun nhiên liệu như ở động cơ quét vòng Chỉ khác động cơ quét vòng ở chỗ giai đoạn lọt khí (xả khí sót) ở động cơ này KHOA MÁY TÀU THỦY 21 022011 – MTT – BGCT - MTT có thể điều chỉnh được (rất nhỏ hoặc... tiết tĩnh, nhóm các chi tiết động và các hệ thống phục vụ Các chi tiết tĩnh gồm: Bệ máy, thân máy, khối xilanh, nắp xilanh Các chi tiết động gồm: Piston, thanh truyền, trục khuỷu, supap Các hệ thống phục vụ động cơ gồm: - Hệ thống phân phối khí Hệ thống cung cấp nhiên liệu Hệ thống làm mát Hệ thống bôi trơn KHOA MÁY TÀU THỦY 11 022011 – MTT – BGCT - MTT - Hệ thống khởi động và đảo chiều Hệ thống tăng