Giáo trình thiết bị năng lượng tàu thủy

Nguyên lí làm việc − Nhiên liệu cháy trong xylanh động cơ bằng hai cách: + Tự bốc cháy khi bị nén đến áp suất, nhiệt độ thích hợp.. BÀI 2: PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG − Động cơ 4 kì: ch

PHẦN THỨ I: HỆ THỐNG TBNL HƠI NƯỚC TÀU THUỶ

CHƯƠNG I: NỒI HƠI TÀU THUỶ

1.1 Các thiết bị của hệ thống

NỒI

Bầu sấy hơi

Bầu hâm nước cấp 2

Bầu hâm nước cấp 1

Bơm nước ngưng Bơm cấp

Bơm cấp nước biển

Fin lọc nước biển

Ra mạn tàu

Chân vịt Hộp số

Đến máy phụ

Đến sinh hoạt

Hơi NH Hơi hâm

1.2 Nguyên lý hoạt động

− Tại NH thực hiện quá trình sản xuất hơi nước (gia nhiệt cho nước →hơi) biến đổi hoá năng của chất đốt thành hơi

− Bầu sấy hơi: biến hơi bảo hoà → hơi quá nhiệt

− Ở tuabin: nhiệt năng của hơi biến thành động năng của dòng hơi do hơi giản nở trong các ống phun, động năng của hơi tác động lên các cánh tuabin làm tuabin quay

− Vì ntb cao nên phải giảm xuống thông qua hộp số (có thể thêm tuabin thực hiện quá trình chạy lùi)

− Tại bầu ngưng (BN): hơi nước được làm mát để ngưng tụ thành nước

− Nước ngưng được bơm nước ngưng hút ra đưa qua bầu hâm cấp 1 Sau đó được bơm cấp nước nồi bơm qua bầu hâm cấp 2 đến NH

+ Hệ thống TBNL hơi nước tàu thuỷ làm việc theo chu trình kín

+ Lượng hơi, nước thất thoát sẽ được bổ sung

2.1 Nồi hơi ống nước

− Nồi hơi:

+ Bầu hơi, bầu nước

+ Cụm ống (nối hai bầu)

− Buồng đốt: không gian thực hiện quá trình cháy

của chất đốt cung cấp nhiệt cho nồi hơi

− Bộ quá nhiệt (sấy hơi)

− Bộ hâm nước tiết kiệm: tận dụng nhiệt khói lò

hâm nước trước khi cấp vào nồi hơi nhằm tăng hiệu

suất của nồi hơi (ηNH), giảm ứng suất nhiệt

− Bộ sấy không khí tiết kiệm: tận dụng nhiệt khói

lò để sấy nóng không khí cấp vào buồng đốt →cháy

tốt hơn → tăng hiệu suất của nồi hơi

− Thiết bị cấp nước: bơm, lọc,

™ Chú ý: Pbơm > Pnồi

− Thiết bị cấp nhiên liệu: két, bầu hâm, Hình 2: Sơ đồ nồi hơi ống nước bơm, súng phun,

− Thiết bị điều khiển, kiểm tra: áp kế, nhiệt kế, ống thuỷ, van an toàn, van xả cặn

− Thiết bị tự động điều chỉnh:

+ Điều chỉnh quá trình cháy

+ Điều chỉnh nước nồi hơi

+ Điều chỉnh nhiệt độ hơi quá nhiệt

Trang 2

2.1.2 Nguyên lý làm việc

− Ở buồng đốt: Do nhiên liệu được phun sương cộng với không khí → mồi lửa Hổn hợp cháy tạo ngọn lửa và khói lò có nhiệt độ cao → truyền nhiệt cho cụm ống nước sôi gần buồng đốt (I) Ở đây có cường độ hoá hơi lớn hơn ở cụm ống nước sôi xa buồng đốt (II) Mật độ hỗn hợp trong cụm (I) nhỏ hơn cụm (II) nên sẽ tạo thành vòng tuần hoàn tự nhiên trong NH Hơi nước tập trung trên bầu hơi & thoát ra ngoài qua mặt sàng để tách hơi & hạt nước đến bộ quá nhiệt

− Khói lò đi từ buồng đốt → cụm ống → sấy hơi→hâm→ ống khói

Ống lửa

Buồng đốt Vỏ nồi hơi

Hộp lửa

Thanh chằng ngắn

Thanh chằng dài

Hơi bảo hoàBộ sấy kk

Bộ hâm phụ

không khíDO

2.2 Nồi hơi ống lửa

− Kết cấu & nguyên lý hoạt động:

Hình 3: Sơ đồ nồi hơi ống lửa

− NH chính

− NH phụ

− NH kinh tế: tận dụng nhiệt khí xả động cơ

3.2 Theo cách quét lò:

− NHON

− NHOL: gồm có OL xuôi chiều & OL ngược chiều

− NH hỗn hợp (OL + ON)

− NH tuần hoàn tự nhiên

− NH tuần hoàn cưỡng bức (dùng bơm tuần hoàn)

BÀI 4: CÁC THÔNG SỐ CHÍNH CỦA NỒI HƠI

4.1 Áp suất:

− Là áp suất của hỗn hợp nước + hơi tác dụng lên bầu nồi và thành ống (áp suất hơi quá nhiệt)

4.2 Nhiệt độ:

− Nhiệt độ hơi bão hoà (trước sấy)

− Nhiệt độ hơi quá nhiệt (sau sấy)

− Nhiệt độ nước cấp

Q

P H

5.3 Thiết bị cấp nước (tự động cấp nước)

− Bơm (Pbơm >Pnồi )

− Lọc (không khí, tạp chất dầu )

− Hâm nước

− Thiết bị làm sạch nồi hơi:

+ Xử lí nước bằng hoá chất

+ Gạn mặt, xả đáy khi nồi hơi làm việc

5.4 Thiết bị phục vụ quá trình cháy:

− Bơm nhiên liệu

− Hâm sấy (FO)

− Súng phun nhiên liệu

− Thiết bị điều chỉnh tự động quá trình cháy

5.5 Thiết bị cấp không khí:

− Quạt, sấy không khí

Trang 4

BÀI 6: NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO NỒI HƠI

Là những vật chất tự nhiên hay nhân tạo được đốt trong buồng đốt của nồi hơi thực hiện quá trình biến đổi hoả năng thành nhiệt năng

Gồm:

− Chất rắn: than đá, củi

− Chất lỏng: DO, FO

− Năng lượng nguyên tử

6.2 Yêu cầu của nhiên liệu:

− Có lượng sinh nhiệt cao (nhiệt trị đo bằng kJ/kg, kJ/m3 ) nhằm để giảm lượng dự trữ

− Có độ bền vững khi bảo quản trên tàu (không tự bốc cháy)

− Đôï tro, độ ẩm, hàm lượng S, V thấp:

+ S → SO2, SO3 ⎯⎯ →H2⎯O H2SO4

+ V cháy tạo thành V2O5 có nhiệt độ nóng chảy thấp (6850C) bám lên thành ống, vỏ Làm xút tác cho phản ứng ăn mòn

7.1 Yêu cầu đối với nước cấp nồi hơi

− Nước ngưng (từ hơi nước) phải tinh khiết

− Nước không bị lẫn nước biển, rò lọt ở bình ngưng

− Nước không có dầu (từ các phụ tải: máy hơi, tua bin )

− Nước không lẫn không khí

− Nước bổ sung phải đảm bảo chất lượng

7.2 Các phương pháp lọc nước nồi

7.2.1 Dùng thuốc chống đóng cáu cặn:

Xút NaOH, K2CO3, Na3PO4: các chất này phản ứng hoá học với các muối cứng trong nước làm cho muối cứng lắng thành cáu bùn để xả ra ngoài

Có thể cho trực tiếp vào nồi hơi hoặc pha ở két

− Đun sôi thì các chất khí hoà tan sẽ bay hơi

− Pha các chất hấp thụ oxy như: N2H4, Na2SO3

7.2.5 Định kì gạn mặt xả đáy

− Gạn mặt: Ca/1 lần (gạn chất nổi, màng dầu)

− Xả đáy: ngày/lần (xả cạn bùn lắng đọng)

CHƯƠNG II: TUA BIN HƠI

KHÁI NIỆM

− Tuabin hơi là 1 động cơ nhiệt dùng để biến đổi nhiệt năng của hơi thành công cơ học

− Động cơ quay liên tục 1 chiều (không có cơ cấu biên, trục khuỷu) nên làm việc ổn định, có hiệu suất và công suất cao (hơn 1 triệu kW)

− Trên tàu thuỷ dùng làm động cơ chính lai chân vịt hoặc lai máy phát điện, bơm, quạt

1.1 Cấu tạo:

− Bánh động lắp chặt với trục

− Bánh tĩnh lắp với vỏ có gắn ống phun

− Hộp kín hơi (lược)

1.2 Nguyên lí làm việc:

Hơi nước có áp suất và nhiệt độ cao khi đi qua ống

phun thì áp suất và nhiệt độ giảm xuống nhưng tốc độ

dòng hơi tăng lên đi vào cánh công tác Ở đây dòng hơi

đổi chiều chuyển động cong theo lòng máng của cánh

công tác nên xuất hiện lực li tâm Các phần tử hơi va đập

vào lòng cánh tạo nên sự chênh lệch áp suất giữa phía

bụng và phía lưng của cánh công tác làm cho bánh cánh

động quay lai trục quay

Như vậy trong tuabin có 2 quá trình chuyển hoá

năng lượng:

− Trong ống phun: khi hơi đi qua nhiệt năng biến

thành động năng của dòng hơi

− Khi đi qua rãnh cánh công tác động năng của dòng

hơi biến thành công cơ học làm quay cánh

™ Cứ 1 bánh tĩnh + 1 bánh động thì gọi là 1 tầng của

tua bin Tuabin có thể 1 tầng hoặc nhiều tầng Hình 4: Tuabin hơi một tầng

hộp kín trục

vỏ

bánh động

cánh động ống phun

(tầng cao áp, tầng trung áp, tầng thấp áp)

1.3.1 Ưu điểm:

− Động cơ hoạt động liên tục, vòng quay cao (15000 rpm), quay một chiều nên tải trọng ít thay đổi

→không thay đổi về ứng suất nhiệt, giảm mài mòn, êm, tuổi thọ cao, làm việc tin cậy

− Bảo quản vận hành đơn giản, buồng máy sạch sẽ (không bị rò rỉ dầu, nước ra ngoài)

− Công suất lớn (1 tuabin có thể có công suất = 100.000 CV)

− Hiệu suất:

+ Lớn hơn so với máy hơi, tuabin khí

+ Nhỏ hơn so với động cơ đốt trong: (máy hơi: < 16%, tuabin khí: ≈ 30%, tuabin hơi: 35%, động cơ đốt trong: 45%)

− Lắp dưới tàu: trọng tâm thấp →không có moment lật

1.3.2 Nhược điểm

− Hệ thống cồng kềnh, phức tạp (chỉ lắp cho tàu lớn)

− Khởi động, vận hành chậm (do phải sấy)

− Vòng quay quá lớn →phải có bộ truyền động

− Không đảo chiều được: nếu lai chân vịt phải có thêm một tuabin lùi →làm tổn thất công suất của hệ thống do luôn phải lai tuabin lùi (khắc phục bằng cách sử dụng chân vịt biến bước)

− Tuabin chính: lai chân vịt

− Tuabin phụ: lai các thiết bị phụ: máy phát điện, bơm,

2.2 Phân loại theo cấu tạo

− Tuabin nhiều thân: 2 thân:

+ Thân cao áp (đặt tuabin cao áp)

+ Thân thấp áp (đặt tuabin thấp áp)

− Tuabin một thân: toàn bộ các tầng chỉ cấu tạo một trục gồm phần cao áp và phần thấp áp

2.3 Phân loại theo đặt tính quá trình làm việc:

− Tuabin xung kích: thường được ứng dụng ở vùng cao áp

− Tuabin phản kích: thường được áp dụng ở vùng trung áp, thấp áp

− Tuabin hỗn hợp: xung kích +phản kích

PHẦN THỨ II: HỆ THỐNG THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC DIESEL TÀU THUỶ

CHƯƠNG III: ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1.1 Động cơ đốt trong

− Động cơ đốt trong là một động cơ nhiệt

− Nhiên liệu được đốt cháy chuyển hoá từ nhiệt năng → cơ năng xảy ra bên trong động cơ

1.1.2 Giới thiệu sơ đồ cấu tạo

1.1.3 Nguyên lí làm việc

− Nhiên liệu cháy trong xylanh động cơ bằng hai cách:

+ Tự bốc cháy khi bị nén đến áp suất, nhiệt độ thích hợp

+ Bị đốt cháy cưỡng bức nhờ nguồn lửa bên ngoài

− Sản phẩm cháy có áp suất cao, nhiệt độ cao tiến hành quá trình giản nở, tác dụng lên đỉnh piston, đẩy piston đi xuống

− Nhờ cơ cấu biên – trục khuỷu: biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu

− Việc thải khí củ và nạp khí mới do các supáp thực hiện qua các cơ cấu truyền động

− Việc cung cấp nhiên liệu vào xylanh do hệ thống nhiên liệu (bơm cao áp, vòi phun, ) thực hiện

− Động cơ được làm mát & bôi trơn nhờ hệ thống làm mát và hệ thống dầu nhờn

1.2.1 Ưu điểm

− Hiệu suất có ích cao (40 – 45%) trong khi đó các thiết bị khác như TB khí (30%), TB hơi (30 - 35%), máy hơi (<16%)

− Kích thước, trọng lượng nhỏ (không có nồi hơi)

− Khởi động nhanh, vận hành đơn giản → ít người

− Ít gây nguy hiểm (hoả hoạn, cháy nổ)

− Nhiệt độ xung quanh thấp → điều kiện làm việc tốt

1.2.2 Nhược

− Khả năng quá tải kém (<10% về N, 3% về vòng quay trong một giờ)

− Khi vòng quay nhỏ →không có Mmax

− Khó khởi động khi có tải

− Công suất không lớn lắm (40 – 45.000 CV)

− Cấu tạo phức tạp → trình độ thợ cao

− Nhiên liệu lỏng phải có chất lượng cao

− Tiếng ồn lớn (đối với động cơ cao tốc)

Trang 8

BÀI 2: PHÂN LOẠI ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

− Động cơ 4 kì: chu trình công tác được hoàn thành trong thời gian 4 hành trình của piston (2 vòng quay trục khuỷu)

− Động cơ 2 kì: chu trình công tác được hoàn thành trong thời gian 2 hành trình của piston tương ứng với 1 vòng quay trục khuỷu

2.2 Theo nhiên liệu:

− Động cơ chạy bằng nhiên liệu lỏng nhẹ (xăng, cồn, benzen, ) và chạy bằng nhiên liệu lỏng nặng (DO, FO)

− Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí (khí thiên nhiên, khí nén, khí thể lỏng)

− Động cơ chạy bằng nhiên liệu khí lỏng (nhiên liệu chính là khí- nhiên liệu mồi là nhiên liệu lỏng) gọi là động cơ gazôdiesel

− Động cơ chạy bằng nhiều loại nhiên liệu

− Động cơ hình thành hỗn hợp (khí- nhiên liệu) ở bên ngoài

− Động cơ hình thành hỗn hợp (khí- nhiên liệu) ở bên trong (đưa không khí vào bên trong nén đến cuối quá trình → cấp nhiên liệu sương)

− Động cơ đốt cưỡng bức: buzi (nguồn lửa bên ngoài)

− Động cơ tự cháy (Tự bốc cháy khi bị nén đến áp suất, nhiệt độ thích hợp)

− Động cơ làm việc theo chu trình V = const (quá trình cháy của nhiên liệu tiến hành ở V = const)

− Động cơ làm việc theo chu trình P = const (cháy với P = const)

− Động cơ làm việc theo chu trình hỗn hợp (vừa V vừa P = const)

− Động cơ không tăng áp: (việc nạp không khí vào xylanh do chênh lệch áp suất)

− Động cơ có tăng áp: Pnạp >Pkq Khi tăng Qnạp → cho phép tăng nhiên liệu → tăng công suất (N)

+ S: hành trình của piston

+ n: vòng quay của động cơ

− Động cơ thấp tốc: Cm < 6 m/s (100 – 250 rpm)

− Động cơ trung tốc: Cm = 6 -9 m/s (250 – 750 rpm)

− Động cơ cao tốc: Cm > 9 m/s (750 – 1500 rpm)

− Động cơ chỉ quay 1 chiều

Trang 10

− Động cơ tác dụng đơn (chu trình công tác chỉ thực hiện ở phía trên đỉnh piston) Hay còn gọi là động cơ một hiệu lực

− Động cơ tác dụng kép (chu trình công tác ở không gian trên và dưới của piston) Hay còn gọi là động cơ hai hiệu lực

− Động cơ có piston đối đỉnh (2 piston chung một buồng đốt)

2.10 Phân theo cấu tạo động cơ

− Theo số xylanh:

+ Động cơ một xylanh

+ Động cơ nhiều xylanh

− Theo cách phân bố xylanh:

+ Xylanh bố trí một hàng thẳng đứng

+ Xylanh bố trí hai hàng chữ V

+ Xylanh bố trí hình sao

− Theo cấu tạo thanh truyền:

+ Động cơ không bàn trượt

+ Động cơ có patanh – bàn trượt

− Động cơ chính: lai chân vịt

− Động cơ phụ: lai máy phát hoặc MP khác

3.1.1 Quá trình công tác của động cơ

Là tổng số tất cả những sự biến đổi xảy ra đối với môi chất công tác bên trong xylanh động cơ cũng như ở hệ thống nạp và thải gắn liền với nó Môi chất công tác luôn luôn biến đổi về chất cũng như về lượng:

− Thay đổi về thành phần hoá học khi đốt cháy nhiên liệu

− Thay đổi về thể tích do piston luôn chuyển động

− Thay đổi về áp suất, nhiệt độ

− Thay đổi về trọng lượng do thải khí và nạp khí

3.1.2 Chu trình công tác của động cơ

− Là tổng cộng tất cả những phần của quá trình xảy ra theo thời gian, trong một giai đoạn (thời kì) ở một xylanh của động cơ

− Trong động cơ Diesel:

+ Động cơ 4 kì phải cần 4 hành trình của piston mới hoàn thành một chu trình công tác của động cơ

+ Động cơ 2 kì phải cần 2 hành trình của piston mới hoàn thành một chu trình công tác của động cơ

3.1.3 Kỳ của động cơ: (hay còn gọi là thì)

Là chỉ số hành trình của piston khi hoàn thành một chu trình công tác

− 4 kỳ: thực hiện 4 quá trình hút, nén, nổ, xả trong 4 hành trình của piston (4S)

− 2 kỳ: thực hiện 4 quá trình hút, nén, nổ, xả trong 2 hành trình của piston (2S)

3.1.4 Điểm chết của piston

− Là vị trí mà tại đó piston đổi chiều chuyển động

− Piston có 2 điểm chết: ĐCT và ĐCD

3.1.5 Hành trình của piston (S)

− Là khoảng cách giữa hai điểm chết

− S = 2R (R: bán kính quay của tâm cổ khuỷu)

3.1.6 Thể tích buồng cháy (buồng nén): kí hiệu là V c

Là thể tích của xylanh khi piston ở điểm chết trên

3.1.7 Thể tích công tác của xylanh (V h )

Là hiệu số giữa Vmax và Vc

[Vh = Vmax - Vc] = D S

4

2

π (m3: 1xl)

3.1.8 Tỉ số nén của động cơ: ( ε )

Là tỉ số giữa Vmax và Vc

3.2 Nguyên lí làm việc của động cơ diesel 4 kì :

V

hVc

V

S

r' b' b

a r'

r

P0

Hình 5: Đồ thị công chu trình và đồ thị phân phối khí của động cơ 4 kì

+ ϕ = 00 (góc quay trục khuỷu : 4 kì: ϕ = 0 - 7200

3.2.1 Hành trình thứ nhất: hành trình nạp

− Khi piston ở ĐCT → Vc chứa đầy sản phẩm cháy còn sót lại của chu trình trước Điểm đặt trưng cho trạng thái của nó là điểm r Pr = P0 (áp suất khí quyển)

− Khi trục khuỷu quay: piston dịch chuyển xuống, V tăng lên → tạo chân không Khi P < P0 thì không khí được hút vào xylanh nhờ supáp nạp đã mở (lúc này supáp xả đóng)

− Trên đồ thị công thì hành trình nạp ứng với đường cong rr’a

− Để cải thiện quá trình nạp tốt hơn (đẩy khí sót, tăng khí nạp: người ta cho supáp nạp mở sớm trước khi piston đến ĐCT (mở tại điểm d1) Góc mở sớm là ϕ1=d1r Thường ϕ1: 180 – 300

− Đồng thời supáp nạp được đóng muộn hơn so với ĐCD (tại điểm d2), góc đóng muộn là ϕ2 = ad2 Thường thì ϕ2 = 180 – 450: với động cơ không tăng áp

™ Vì supáp nạp mở sớm, đóng muộn nên thới gian nạp thực tế của quá trình nạp lớn hơn thới gian của hành trình nạp

3.2.2 Hành trình thứ hai: hành trình nén

− Piston đi từ ĐCD đến ĐCT, thể tích xylanh giảm dần không khí bị nén lại, do đó nhiệt độ và áp suất tăng lên (cuối quá trình nén thì Tc = 600 – 8000C và Pc = 3,0 – 5,0 Mpa)

− Vì supáp nạp đóng muộn nên thời gian của quá trình nén nhỏ hơn thời gian của hành trình nén

− Để quá trình cháy của nhiên liệu tốt hơn (có thời gian chuẩn bị cháy) người ta cho phun nhiên liệu (qua BCA – vòi phun) vào xylanh sớm hơn so với ĐCT, góc phun sớm là ϕ3= c’c’’ (thường ϕ3 = 10 –

300)

− Thời gian chuẩn bị cháy dài hay ngắn phụ thuộc rất nhiềy yếu tố: tính chất của nhiên liệu, chất lượng hạt nhiên liệu, nhiệt độ và áp suất của không khí nén & sự hoà trộn của hỗn hợp

3.2.3 Hành trình thứ ba: hành trình cháy và giản nở

− Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD Hành trình này bao gồm quá trình cháy và quá trình giản nở

− Sau khi kết thúc giai đoạn chuẩn bị cháy, số nhiên liệu trong xylanh được cháy nhanh Aùp suất (P) tăng lên đột ngột (từ c’’ đến y) Sau đó quá trình cháy được tiến hành tương đối đều hơn vì số nhiên liệu được cấp vào bốc cháy nhanh hơn (P ≈ const)

− Trên đồ thị giai đoạn cháy là giai đoạn yz

− Tại z (mới quá trình cháy)

− Quá trình cháy kết thúc hoàn toàn tại z’ Từ z’ là quá trình giản nở của sản phẩm cháy đẩy piston xuống ĐCD

− Aùp suất khí cháy trong quá trình giản nở truyền trực tiếp cho piston để sinh công có ích Vì vậy hành trình thứ ba này được gọi là hành trình công tác (đường c’’y z b’’)

3.2.4 Hành trình thứ tư : hành trình thải

− Piston đi từ ĐCD lên ĐCT (supáp xả mở, sản phẩm cháy bị đẩy ra khỏi xylanh)

Trang 12

− Để cải thiện quá trình thải, để giảm Pr ở giai đoạn thải (sẽ giảm được công tiêu hao piston đẩy khí thải ra ngoài Người ta cho supáp xả mở sớm (trước ĐCD) một góc ϕ5 ≈ 35 – 450 = b’b

− Trên đồ thị tròn ta thấy có giai đoạn cả hai supáp đều mở: gọi là góc trùng điệp của supáp: ϕ4 =

ϕ1 + ϕ6 vàϕ4 trùng với d1r’

− Sau khi kết thúc quá trình thải tức động cơ đã hoàn thành một chu trình công tác thì một chu trình công tác mới tiếp theo được bắt đầu

− Thông qua đồ thị ta có một số kết luận:

+ Toàn bộ chu trình công tác của động cơ 4 kì thực hiện trong hai vòng quay trục khuỷu hay

4 hành trình của piston

+ Trong 4 hành trình chỉ có hành trình cháy giản nở (hành trình thứ 3) là chất công tác sinh công (công dương) Còn 3 hành trình còn lại (nạp, nén, thải) là 3 hành trình tiêu tốn công (công âm) Công này được thực hiện nhờ moment quán tính của các chi tiết quay của động cơ: bánh đà, trục khuỷu Hoặc nhờ công của các xylanh khác (động cơ nhiều xylanh)

+ Thời điểm đóng mở các supáp, phun nhiên liệu không trùng với ĐCT, ĐCD của piston được gọi là thời điểm phân phối khí Sự lựa chọn các góc phân phối khí có ảnh hưởng rất nhiều đến công suất (N) và tính kinh tế của động cơ

3.3 Nguyên lý làm việc của động cơ Diesel 2 kì

Một vài đặc điểm về cấu tạo, nguyên lí làm việc của động cơ diesel 2 kì

− Các cửa nạp khí mới, xả khí củ được khoét bên hông sơmi xylanh của động cơ (cửa nạp một bên, cửa thải một bên Mỗi cửa bằng ½ chu vi xylanh) Mép trên của cửa xả cao hơn cửa nạp, mép dưới hai cửa bằng nhau và trùng với ĐCD của piston Việc đóng mở các cửa nạp và xả do piston thực hiện

− Đặc biệt có loại động cơ hai kì không có cửa xả trên thân sơmi xylanh thì phải có supáp xả trên nắp xylanh (gọi là động cơ hai kì quét thẳng)

− Động cơ hai kì bắt buộc Pquét > Pkq (>1,15 at) mới thực hiện được quá trình nạp quét khí được Vì vậy phải có máy nén không khí (bơm piston, bơm roto, ) hoặc dùng hốc dưới của piston cùng với không gian cácte làm bơm quét

− Chu trình công tác của động cơ hai kì tiến hành như sau:

V

d k

b' a

c' c z

− Piston tiếp tục đi xuống: Khi mép trên của piston đi qua mép trên của cửa nạp (mở cửa nạp) Pquét

> Pkq → đưa khí nạp vào xylanh (vì hai cửa nạp và xả cùng mở nên khí mới đẩy khí xả ra ngoài đồng thời nạp đầy khí mới vào xylanh: hai quá trình thực hiện đồng thời nên còn gọi là giai đoạn quét khí Kết thúc khi piston ở ĐCD

− Quá trình quét – xả: bkda

3.3.2 Hành trình thứ hai: hành trình nén

− Khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT: quá trình quét của không khí sạch vẫn tiếp tục cho đến khi piston đóng cửa nạp Sau khi đóng cửa nạp không khí mới vẫn xả ra ngoài một ít (vì lúc này cửa xả vẫn mở)

− Quá trình nén bắt đầu khi piston đóng kín cửa xả và kết thúc khi piston ở ĐCT (đoạn a–c) Áp suất và nhiệt độ của không khí tăng dần Trước ĐCT một góc 5–300 thì nhiên liệu được phun vào (góc phun sớm) tạo điều kiện cho quá trình cháy, gần ĐCT thì quá trình cháy bắt đầu (c_z)

− Khi piston đi xuống thì một chu trình mới lại bắt đầu

Trang 14

3.4 Một số kết luận:

− Chu trình công tác của động cơ thực hiện trong hai hành trình của piston hoặc một vòng quay trục khuỷu

− Phải tốn một công để lai máy nén (6 – 12 Ni)

− Khi quét khí có một phần khí nạp bị dò lọt do lẫn trong sản phẩm cháy → tổn thất khí nạp

− Một phần hành trình của piston dùng vào việc quét và thải khí

3.5 So sánh hai loại động cơ 4 kì và 2 kì:

− Nếu hai động cơ cùng các kích thước (D, S, n, i) thì về mặt lý thuyết N2k=2N4k Nhưng thực tế chỉ lớn hơn 1,6 – 1,8 lần do phải tốn một phần công suất cho máy nén khí và một phần của hành trình để quét thải và bị dò lọt khí nạp

− Quá trình thải khí củ và nạp khí mới của 4 kì tốt hơn (hoàn hảo hơn) và các quá trình này được thực hiện trong hai hành trình

− Cấu tạo cơ cấu quét khí 2 kì đơn giản hơn 4 kì (quét vòng không có supáp nạp, xả) Nhưng 2 kì phải có máy nén khí

− Động cơ 2 kì thì moment quay biến đổi điều đặn hơn (vì cả chu trình chỉ trong hai hành trình của piston)

− Động cơ 4 kì dể chọn góc phân phối khí vì chỉ cần thay đổi cơ cấu cam (vị trí, biến dạng) trên trục phân phối (thay đổi sớm muộn)

− Góc ứng với quá trình cháy_ giản nở của 4K > 2K:

+ Động cơ 4K gần bằng 1400

+ Động cơ 2K gần bằng 100 – 1200

− Bằng phương pháp tăng áp có thể tăng công suất động cơ 4K dể hơn vì ứng suất nhiệt và hệ thống tăng áp của nó cũng đơn giản hơn 2K

− Tính kinh tế của hai loại động cơ gần như nhau (140 – 190 g/mlh)

3.6 Các hình thức quét khí ở động cơ hai kì

− Quá trình thải sản phẩm cháy và nạp không khí mới ở động cơ hai kì chiếm khoảng 120 – 1500

góc quay trục khuỷu (4K > 3600) Trong quá trình ấy xảy ra quá trình hoà trộn giữa khí mới và sản phẩm cháy và một số vùng (góc chết) trong xylanh không khí quét không tới được

− Chất lượng của quá trình thải sản phẩm cháy và nạp không khí mới của động cơ 2K phụ thuộc vào đặc điểm của hệ thống quét và thải

− Dựa vào phương hướng vận động của dòng không khí quét người ta chia thành hai loại: quét vòng và quét thẳng

3.6.1 Quét vòng:

− Dòng không khí đi đường vòng: các cửa nạp và thải đặt ở phần dưới của xylanh và được đóng mở nhờ piston

− Dựa vào vị trí các cửa người ta chia ra:

+ Quét vòng đặt ngang: cửa thải đối diện cửa quét

+ Quét vòng đặt một bên: cửa thải và cửa quét đặt một bên vách xylanh

+ Quét vòng đặt xung quanh: cửa thải , cửa quét đặt xung quanh

+ Quét vòng đặt hỗn hợp: kết hợp

− Chiều cao của cửa thải và cửa quét ở hệ thống quét vòng có 3 trường hợp:

+ Mép trên cửa thải cao hơn mép trên cửa quét

+ Mép trên cửa thải thấp hơn mép trên cửa quét

™ Nếu chỉ có một hàng cửa quét thì tất cả cửa quét phải lắp van một chiều Nếu có hai hàng cửa quét thì chỉ cần lắp van một chiều cho hàng cửa quét phía trên

+ Mép trên cửa thải ngang với mép trên cửa quét (phải lắp van một chiều tự động trong cửa quét

3.6.2 Hệ thống quét thẳng:

Dòng không khí quét chỉ theo một chiều Các cơ cấu của hệ thống quét được đặt ở hai đầu xylanh (cửa quét ở dưới xylanh, supáp xả ở nắp xylanh)

™ Ở động cơ đối đỉnh thì cửa xả ở một phía xylanh do một piston điều khiển, còn cửa nạp thì ở phía bên kia và do piston kia điều khiển

(Li)F

ĐCD ĐCT

P

4.1 Aùp suất chỉ thị bình quân [Pi]:

Là áp suất quy ước trung bình không đổi của khí

trong xylanh công tác, tác dụng lên piston trong thời gian

một hành trình của nó, thực hiện một công bằng công của

toàn bộ chu trình khi P thay đổi

Aùp suất chỉ thị bình quân (Pi) là tỉ số giữa công chỉ

thị (Li) của chu trình với thể tích công tác (Vs) của xylanh

diện tích đồ thị công theo một tỉ lệ xích nào đó

− Pi là một thông số quan trọng để kiểm tra quá trình

công tác và tải động cơ Độ chênh lệch giá trị Pi giữa các

xylanh không được lớn hơn ±2,5% giá trị trung bình của

động cơ

− Muốn thay đổi Pi của từng xylanh ta có thể thay đổi Hình 7: Đồ thị công chỉ thị của lượng nhiên liệu cấp cho chu trình Trong khai thác động động cơ Diesel 4 kì

cơ nếu tải giữa các xylanh không đồng đều sẽ gây quá tải cục bộ cho từng xylanh, ảnh hưởng xấu đến

độ tin cậy, tuổi thọ, tính kinh tế của động cơ

− Đối với động cơ thấp tốc có thể đo được đồ thị công chỉ thị bằng INDICATOR Từ đó có thể tính được Pi

™ Đối với động cơ không tăng áp: Pi = 0,3 – 1 Mpa

™ Đối với động cơ có tăng áp: Pi = 2,0 Mpa hoặc lớn hơn

4.2 Công suất chỉ thị

4.2.1 Công suất chỉ thị của động cơ

Công suất ứng với công chỉ thị của chu trình gọi là công suất chỉ thị

− Theo (1) thì Li = Pi.Vs (kJ) hay Nm

− Công suất chỉ thị của một xylanh:

Trang 16

Ni =

z

n P

V S i

.30

(w)

+ z : số kì (4kì: z = 4; 2 kì: z = 2)

+ n: vòng quay động cơ (v/phút)

Vậy Ni của cả động cơ : Ni = Ni (XL) i (số xylanh)

Hoặc:

Ni =

z

i n S D

P i

.120

π 2 (w)

4.2.2 Công suất có ích của động cơ (N e )

− Là công suất đo được tại bích ra của trục động cơ Ở đó công suất của động cơ được truyền cho phụ tải (chân vịt, máy phát, )

− Ne < Ni : một lượng bằng công của tất cả các lực cản:

+ Công tiêu hao cho ma sát

+ Công dẫn động bơm, cơ cấu phân phối

+ Động cơ 2 kì: máy nén,

− Nếu gọi Nm là công suất cơ giới (công của các loại cản trở trên) thì:

.120

2

− Phần Q bị tổn thất:

+ Do khí xả mang đi: 20 – 25%

+ Do làm mát mang đi: 25 – 30%

+ Do tổn thất khác (toả ra môi trường): 8 – 10%

™ Có 2 loại hiệu suất:

+ Li: công chỉ thị của động cơ

+ Li = 3600.Ni (sinh ra trong 1 giờ)

+ QCV: nhiệt lượng cấp cho động cơ trong 1 giờ

− Nếu trong 1 giờ đốt hết Bkg nhiên liệu có Qthấp (QH: nhiệt lượng toả ra khi đốt 1kg nhiên liệu: kj/kg) thì QCV = B.QH

ηI =

H

i

Q B

N

3600 =

H i

Q N B

Biến đổi tương tự: ηe =

+ Đối với động cơ tàu thuỷ thì ge = 200 – 240g/kWh

Từ: Ne = ηm.Pi

z

i n S D

.120

2

π

= Pe

z

i n S D

.120

2

π

.

™ Theo trên có các phương pháp tăng công suất như sau:

5.1 Giảm số kì của động cơ (giảm z)

− Nếu dùng động cơ 2 kì: z = 2 giảm 2 lần so với động cơ 4 kì Vì vậy trên lý thuyết N2kì = 2N4kì Và ở thực tế: N2kì = (1,6 – 1,8)N4kì

− Vì vậy hầu hết các động cơ cỡ lớn đều dùng động cơ 2 kì

5.2 Tăng số xylanh (i):

− Hiện nay i=12; động cơ chữ V thì i= 16; động cơ hình sao thì i= 32 – 56 Nhưng mà i càng lớn thì số chi tiết lớn → giảm độ cứng vững động cơ (trục khuỷu) →giảm độ tin cậy, công tác bảo dưỡng, sửa chữa khó khăn

− Động cơ thấp tốc:

5.4 Tăng số vòng quay (n)

− Động cơ Diesel n = 3000 v/phút

− Động cơ xăng n = 4500 – 8000 v/phút

™ Nếu vượt quá n trên sẽ dẫn đến tăng độ mài mòn, tăng phụ tải nhiệt, phụ tải cơ → giảm tuổi thọ động cơ

™ Ví dụ:

+ n = 100 – 150 v/phút: sau 50.000 – 60.000h mới đại tu

+ n = 1500 – 2000 v/phút: sau 1000 – 5000h phải đại tu

5.5 Nâng cao về mặt kĩ thuật thiết kế và chế tạo

Cải tiến thiết kế nhằm giảm khí sót, tăng ηI, ηm, tăng hệ số nạp cải thiện quá trình cháy

N động cơ (tăng rất ít)

↑

Nghĩa là tăng áp suất nạp (Pnạp) cho động cơ và tăng khối lượng riêng ( ) của không khí nạp vào xylanh động cơ Nhằm làm tăng khối lượng không khí nạp vào xylanh trong mỗi chu trình → cho phép tăng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình N tăng

Nếu gọi P0: là áp suất của không khí trước máy nén

PK: là áp suất của không khí sau máy nén

Thì λk=

0

P

P k

: gọi là tỉ số tăng áp suất

− Động cơ tăng áp thấp thì λk= 1,3 – 1,9 → N tăng 1,5 lần

− Động cơ tăng áp trung bình thì λk= 1,9 – 2,5 → N tăng 2,0 lần

− Động cơ tăng áp cao thì λk= 2,5 – 3,5 → N tăng 2,5 – 3,0 lần

™ Các loại máy nén khí thường dùng cho tăng áp

− Máy nén kiểu piston

− Máy nén kiểu li tâm (cánh quạt)

− Máy nén kiểu Roto

™ Phương pháp dẫn động máy nén khí

− Dẫn động bằng cơ giới → tăng áp bằng truyền động cơ giới (do động cơ chính hoặc động cơ điện lai)

− Dẫn động bằng tuabin khí thải → tăng áp bằng tuabin khí thải

− Kết hợp cả hai phương pháp trên → tăng áp hỗn hợp

™ Làm mát khí tăng áp

− Không khí sau khi bị nén ở MN thì nhiệt độ tăng lên (80 – 1000C) Để tăng được mật độ của không khí và hạ thấp ứng suất nhiệt của các chi tiết thuộc nhóm piston –xylanh người ta phải làm mát không khí nén trước khi đưa vào động cơ

− Việc làm mát được thực hiện tại các bầu làm mát (bầu sinh hàn) khí tăng áp Công chất làm mát thường là nước ngoài mạn tàu (nước đi trong ống, không khí bên ngoài)

6.1 Tăng áp bằng truyền động cơ giới

+ Đai (dây curoa)

− Đặc biệt ở những động cơ có patanh bàn trượt người ta thường tận dụng không gian phía dưới của piston làm máy nén tăng áp

6.1.2 Nhận xét:

− Hiệu quả tăng áp theo phương pháp này kém

− Pk ≤ 0,15 – 0,16Mpa Nếu muốn tăng Pk →công suất tiêu thụ cho máy nén sẽ tăng lên (vượt quá 10%)→ ηđ/cơ giảm xuống

+ MN roto thì: Pk = 0,150 – 0,155 Mpa

+ MN li tâm thì: Pk < 0,28 Mpa

Ne = Ni – Nm – Nk

+ Nm: công suất tổn thất cơ giới

+ Nk: công suất tổn thất do lai máy nén

− Nếu tiếp tục tăng Pk → Tk↑ →Nk tăng Do đó Ne tăng rất ít, thậm chí còn giảm nếu như số tăng công suất chỉ thị ( Δ Ni) nhỏ hơn số tăng công suất tiêu thụ cho máy nén ( Δ Nk)

6.2 Tăng áp bằng tuabin khí thải

Đây là biện pháp tốt nhất để làm tăng

cộng suất động cơ và nâng cao các chỉ tiêu

kinh tế, kĩ thuật của động cơ

Hiện nay đang được áp dụng rộng rải

cho động cơ Diesel

6.2.1 Giới thiệu sơ đồ

Khí thải sau khi ra khỏi động cơ được

đưa đến tuabin, nhờ năng lượng của khí thải

làm cho trục tuabin quay Trên trục tuabin có

lắp một máy nén (li tâm) Máy nén hút không

khí ở ngoài trời (P0) nén lên Pk rồi đưa vào

động cơ (trước khi vào động cơ khí nén được

làm mát)

Hình 8: Sơ đồ tăng áp bằng Tuabin

khí thải

Trang 20

6.2.2 Nhận xét:

− Lượng không khí nén cấp cho động cơ được tự động biến đổi theo công suất của động cơ (Nđ/cơ)

Nđ/cơ tăng →năng lượng chứa trong khí thải càng lớn → không khí nén cấp cho động cơ càng nhiều Đây là ưu điểm nổi bật của phương pháp tăng áp bằng tuabin khí thải

− Trong phương pháp tăng áp bằng cơ giới: lượng không khí nén cấp cho động cơ trong mỗi chu trình phụ thuộc vào vòng quay động cơ (nd/cơ) mà không phụ thuộc vào phụ tải của động cơ Vì vậy khi giảm tải vẫn phải tiêu hao một phần công suất cho khối lượng không khí nén thừa không cần thiết đưa vào động cơ trong chế độ nhỏ tải

− Nếu so sánh có 2 động cơ có 2 phương pháp tăng áp cơ giới và tuabin khí thải khi cùng một Ni thì

Ne của động cơ tăng áp bằng tuabin khí thải sẽ lớn hơn Ne của động cơ tăng áp bằng cơ giới một lượng bằng Nk Vì vậy hiệu suất của động cơ tăng áp khí thải > động cơ tăng áp cơ giới (4 – 6%)

− Tính kinh tế của động cơ tăng áp khí thải ↑ vì phần lớn quá trình cháy của nhiên liệu diễn ra ở điều kiện V = const →nhiệt độ lớn nhất của chu trình sẽ cao, tổn thất cơ giới tăng không đáng kể, khi đó vẫn tận dụng được năng lượng của khí thải

− Góc phân phối khí của động cơ tăng áp khí thải lớn hơn →(góc trùng ↑) → làm sạch khí sót và làm mát buồng đốt tốt hơn

6.3 Tăng áp hỗn hợp

Là biện pháp sử dụng cùng lúc cả 2 máy nén (máy nén của tuabin khí thải và máy nén truyền động cơ giới)

™ Có 2 phương pháp tăng áp hỗn hợp:

+ Tăng áp hỗn hợp nối tiếp

+ Tăng áp hỗn hợp song song

− Có thể sử dụng hốc dưới piston của động cơ có patanh bàn trượt làm cấp tăng áp cơ giới (mắc song song)

Hình 9: Sơ đồ tăng áp hỗn hợp cho động cơ Diesel

Tăng áp HH song songTăng áp HH nối tiếp

− Hệ thống tăng áp hỗn hợp có cấu tạo phức tạp hơn nhiều (vì phải có 2 máy nén)

CHƯƠNG IV: CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ ĐỘNG LỰC CHÍNH TÀU THUỶ

1.1 Khái niệm:

− Loại nhiên liệu

− Thiết bị: tank, bơm,

− Máy lọc, hâm sấy

1.2 Nhiệm vụ của hệ thống

Gồm các nhiệm vụ chính sau:

− Dự trữ, bảo quản và tiếp nhận nhiên liệu (từ bờ, kho, từ tàu khác)

− Cung cấp nhiên liệu cho ME, GE, máy phụ, nồi hơi, hoạt động trong mọi điều kiện

− Làm sạch nhiên liệu bằng cách phân li, lọc sạch tạp chất, nước trong nhiên liệu

− Hâm nóng nhiên liệu (F.O) Hâm ở tank, trước khi lọc, trước khi đưa vào động cơ

− Vận chuyển nhiên liệu từ két này sang két kia:

+ Phục vụ cho việc sử dụng cũng như điều chỉnh sự cân bằng tàu

+ Từ tàu lên bờ, từ tàu sang tàu khác

1.3 Các loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ tàu thuỷ

Dầu Diesel:

+ DO (diesel oi): dầu nhẹ

+ F.O (Fuel oil): dầu nặng

™ Đặc điểm:

− Là sản phẩm của dầu mỏ

− Có QH cao, năng suất toả nhiệt cao nên sẽ giảm được lượng dự trữ, tăng thời gian hoạt động của tàu trên biển

− Là nhiên liệu lỏng nên thuận lợi cho việc cơ giới hoá, hiện đại hoá việc cấp dầu

− F.O (chất lượng kém hơn D.O) nhưng rẽ (chỉ khoảng 35 – 40% giá D.O) →↑ tính kinh tế cho tàu

(giảm giá cước vận tải) Nhưng có nhược điểm:

+ Phải hâm, lọc, thêm phụ gia →làm cho hệ thống thêm cồng kềnh, phức tạp

+ Làm tăng sự ăn mòn (SO), tăng sự mài mòn, tắc vòi phun → giảm tuổi thọ động cơ

+ Làm giảm nhanh chất lượng dầu L.O

1.4 Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu

− Phải đảm bảo cho động cơ hoạt động bình thường trong mọi điều kiện (tàu nghiêng, lắc, )

− Các Tank, đường ống, thuộc hệ thống nhiên liệu không được bố trí trên các thiết bị toả nhiệt như ống xả động cơ, bầu tiêu âm, động cơ điện, không đi qua két F.W, phòng ở,

− Mỗi két chứa F.O, D.O phải có ống thông hơi đặt trên mặt hở của boong; phải có ống tràn về két thấp hơn

− Các bơm (bơm chuyển dầu, bơm cung cấp) phải có 2 bơm mắc song song (một cái dự phòng)

H = 20 – 25m cột nước

Q = bơm đầy két lớn nhất trong t = 2 – 4h

− Nếu sử dụng F.O thì phải có thêm két D.O có VDO 20%VFO (để sử dụng khi manơ, khởi động)

− Phải có thiết bị hâm FO (700C – 1200C nhằm làm giảm độ nhớt) tại các két để có thể bơm, lọc và sử dụng được cho động cơ

− Các két trực nhật (sử dụng hàng ngày) phải có bầu hâm để đảm bảo:

+ Hệ động lực (ME, GE, ) hoạt động 12h (đối với FO)

+ Hệ động lực (ME, GE, ) hoạt động 8h (đối với DO)

+ Đối với canô, xuồng cứu sinh 4h

1.5 Sơ đồ hệ thống (tiêu biểu)

− Hệ thống DO

− Hệ thống FO

− Dầu bẩn

→ Giới thiệu 1 số thiết bị: bơm, máy lọc, hâm

→ chuyển dầu FO DO và ngược lại →

™ Thuyết minh hệ thống

Hình 10: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

1.6 Một số thông số cơ bản của hệ thống nhiên liệu

1.6.1 Lượng nhiên liệu dự trữ (B dt )

− Bdt tính theo 1 chuyến công tác (đi + về)

Bdt = Bđ/ch + Bđf +Bnf + Bsh (kg)

− Trong đó:

+ Bđ/ch : lượng nhiên liệu dự trữ cho động cơ chính

+ Bđf : lượng nhiên liệu dự trữ cho động cơ phụ

+ Bnf : lượng nhiên liệu dự trữ cho nồi hơi phụ

+ Bsh : lượng nhiên liệu dự trữ cho sinh hoạt, sửa chữa

Bđ/ch = 3

10 N t −

g c e c e

t =

tb

V L

+ L: chiều dàu hành trình (hải lý)

+ Vtb: tốc độ trung bình của tàu (hải lý/ giờ)

10 e f f f −

f

e N t z g

+ Zf : số lượng động cơ phụ (GE, MN, bơm, )

+ Bnf = Wnf.t

+ Wnf: lượng tiêu hao nhiên liệu của nồi hơi trong một giờ (kg/giờ)

+ t: thời gian động cơ hoạt động trong một chuyến

+ Bsh : phục vụ sửa chữa, bảo dưỡng

1.6.2 Thể tích két dự trữ nhiên liệu (V dt )

Vdt

γ

β B dt (m3)

− Trong đóβ: hệ số két chết phụ thuộc vào:

+ Sự choán chổ của ống nạp, ống xả, ống thuỷ, ống hơi

+ Phần nhiên liệu đáy két (không dùng được)

+ Thường thì β = 1,05 – 1,10

− γ : tỉ trọng nhiên liệu:

+ Dầu DO có γ = 0,85 tấn/ m3

+ Dầu FO có γ = 0,95 tấn/m3

Két dự trữ DO: có DO

B

γ

™ Chú ý: DO cho máy chính (ME), chưa tính DO cho máy đèn (GE)

™ Két dự trữ thường có tối thiểu 2 két cho mỗi loại DO và FO Một số tàu sử dụng không gian 2 đáy của tàu để dự trữ nhiên liệu

1.6.3 Thể tích két lắng (V l )

Thời gian nhiên liệu chứa trong két lắng từ 2 – 5 ngày phụ thuộc chất lượng dầu (để tạp chất lắng xuống đáy két)

Vl = B đc B df T

γ

1 1

.2,

+ T: thời gian lắng

+ 1,2: hệ số xét tới phần két chết

1.6.4 Thể tích két trực nhật:

− Là két dùng hàng ngày cho động cơ

Trang 24

Vtn = 3

10

γ

β g e N e t c (m3)

+ Đối với FO thì tc = 12 giờ

+ Đối với DO thì tc = 8 giờ

− Thường dưới tàu:

+ Két trực nhật DO dùng cho ME, GE

+ Két trực nhật FO dùng cho ME

1.6.5 Két nhiên liệu cho nồi hơi phụ

Vnf = 4 3

10 −

z

B nf

γ

+ z: số ca làm việc của nồi hơi

2.1 Giới thiệu chung

− Các loại dầu nhờn thường dùng cho HĐL tàu thuỷ:

+ Dầu bôi trơn: (dầu tuần hoàn, dầu xylanh): ME, GE, máy nén lạnh, máy nén khí, máy lọc

FO, LO,

+ Dầu bôi trơn chi tiết: Tuabin tăng áp, hộp số, điều tốc,

+ Dầu thuỷ lực: tời, neo, cẩu, máy lái, hệ thống điều khiển

2.2 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống

2.2.1 Nhiệm vụ:

− Cung cấp liên tục , đầy đủ dầu bôi trơn cho động cơ trong mọi điều kiện để tạo chêm dầu, giảm

ma sát→tăng hiệu suất cơ giới của động cơ

− Làm sạch bề mặt ma sát, giảm mài mòn, tăng tuổi thọ động cơ

− Làm mát các bề mặt ma sát bằng cách truyền nhiệt: nhận nhiệt của các chi tiết mang ra khỏi động

cơ và truyền cho nước làm mát ở bầu sinh hàn (BSH)

− Tăng độ kín khít cho nhóm chi tiết piston – sơmi

− Làm công chất cho các hệ thống thuỷ lực, ly hợp, đảo chiều, tự động điều khiển

2.2.2 Các yêu cầu

− Nếu hệ động lực có nhiều động cơ thì mỗi động cơ phải có một hệ thống độc lập và các hệ thống đó có thể hỗ trợ cho nhau

− Phải xác định và điều chỉnh được các thông số P, T của dầu nhờn trước và sau khi vào động cơ

− Phải bảo đảm chất lượng dầu nhờn: lọc sạch, không có nước

− Hệ thống phải đơn giản, làm việc tin cậy, dể sử dụng, suất tiêu hao dầu nhờn là nhỏ nhất

2.3 Các phương pháp xử lý dầu bôi trơn

Việc làm sạch LO đối với động cơ là vô cùng quan trọng, nó góp phần nâng cao tuổi thọ cho động

cơ Vì vậy trong hệ thống LO nhất thiết phải có thiết bị xử lý LO sau mỗi chu kì làm việc

Có 2 cách xử lý LO:

− Xử lý song song

− Xử lý thay thế

2.3.1 Xử lý song song:

− Trong hệ thống có các thết bị chuyên dùng: máy lọc, bầu lọc (tinh, thô) để tách tạp chất và nước

ra khỏi LO (lượng dầu đi qua thiết bị lọc chiếm 15 – 20% tổng lượng dầu LO trong hệ thống, lượng hao hụt được bổ sung)

− Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng LO được ổn định Nhưng hệ thống lại phức tạp, thường chỉ áp dụng cho tàu lớn – hành trình dài

2.3.2 Xử lý thay thế:

− LO được thay thế sau thời gian sử dụng theo quy định (khi chất lượng LO giảm tới mức giới hạn, thời gian thay LO phụ thuộc vào loại động cơ)

− Dầu củ được dùng vào mục đích khác hoặc tái sinh

− Ưu điểm: đơn giản

− Nhược điểm: chất lượng LO giảm theo thời gian làm việc→giảm tuổi thọ động cơ Nên thường chỉ áp dụng cho tàu nhỏ – hành trình ngắn

a) Bôi trơn thủ công:

Người thợ định kì tra dầu vào các vị trí phụ như: supáp, đòn gánh (động cơ thấp tốc)

b) Bôi trơn kiểu nhỏ giọt:

Dùng thiết bị đặc biệt có thể điều chỉnh lượng dầu nhỏ xuống các chi tiết cần bôi trơn (van, )

c) Bôi trơn kiểu vung toé:

− Đầu to biên va đập vào dầu trong cácte động cơ vung dầu lên bôi trơn mặt gương sơmi xylanh, dầu nhỏ biên,

− Lắp vòng gạt dầu trong các ổ đỡ, bệ chõi

d) Bôi trơn bằng áp lực tuần hoàn

− Đây là phương pháp phổ biến, sử dụng bơm LO áp suất cao thông qua hệ thống đưa dầu đến chổ cần bôi trơn

− Ưu điểm:

+ Độ tin cậy cao

+ Chất lượng bôi trơn tốt

+ Làm mát bề mặt ma sát tốt

+ Có thể sử dụng LO có độ nhớt bé

+ Công ma sát và công lưu động nhỏ

− Ở hệ thống LO bôi trơn theo phương pháp này, người ta sử dụng các thiết bị chỉ báo: P, T, độ nhớt để quan sát và điều chỉnh được chế độ bôi trơn Các chi tiết làm việc quan trọng, chịu tải trọng nặng như cổ trục, cổ khuỷu, chốt piston, đều được bôi trơn bằng áp lực tuần hoàn

− Tuỳ theo động cơ: PLO = 1,5 – 5kg/cm2

− Phương pháp này được chia làm 2 kiểu:

+ Bôi trơn cácte ướt

+ Bôi trơn cácte khô

™ Bôi trơn cácte ướt:

− LO được chứa trong cácte động cơ, sau khi đi bôi trơn các chi tiết LO lại rơi xuống cácte

− Kiểu này chất lượng dầu không được tốt lắm Chỉ áp dụng cho động cơ vừa và nhỏ

Trang 26

™ Bôi trơn cácte khô:

− LO sau khi bôi trơn không chứa ở cácte mà được đưa về két (két tuần hoàn)

− Áp dụng cho động cơ lớn (LO từ 4 – 10m3)

e) Bôi trơn kiểu phun dầu cao áp:

− Aùp dụng cho việc bôi trơn sơmi xylanh

− Có thể sử dụng dầu tuần hoàn để phun lên sơmi

− Hoặc sử dụng dầu xylanh có hệ thống riêng: gồm bơm, đầu phun, van một chiều để đưa xylanh oil vào các lỗ, các rãnh trên sơmi Dầu này không tuần hoàn (sử dụng 1 lần) áp dụng cho động cơ lớn, thấp tốc:

+ P = 50 – 80kg/cm2

+ gLO = 0,7 – 2g/kwh

2.5 Sơ đồ hệ thống dầu nhờn

Hình 11: Sơ đồ hệ thống bôi

trơn cho động cơ Diesel tàu

thuỷ

Bơm

Bơm độc lập

Hâm Két tuần hoàn

Hâm Lọc Đường dầu sạch

Lên boong

Két dầu cặn

Bơm tay

Két dự trữ LO

LO tuabin cyl oil

2.6 Tính toán một vài thông số

a) Nhiệt lượng nhả ra cho dầu từ các bề mặt ma sát:

+ Q : phần nhiệt ma sát (nóng lên và nhả cho dầu)

Q Q

m

pt ms

Δ

+

ρ

− Trong đó:

+ ρ: khối lượng riêng của LO (kg/m3)

+ Cm: nhiệt dung riêng của LO (kJ/kgđộ)

+ Δt: chênh lệch nhiệt độ của LO giữa đầu ra và vào của động cơ (Δt = 8 – 150C)

+ k = 1,2 – 1,5: hệ số dự trữ (xét đến hao hụt LO)

™ Đối với động cơ thấp tốc có thể chọn theo sản lượng riêng (qm)

Gbd = qm.Ne + qm = 0,035 – 0,045m3/kWh: piston làm mát bằng LO

+ qm = 0,014 – 0,016m3/kWh: piston làm mát bằng H2O

d) Khối lượng dầu tuần hoàn cần thiết trong hệ thống

Ght =

z

G bd

+ z = 5 -10: tuabin hơi và diesel thấp tốc, công suất lớn

+ z = 20 – 40: Diesel cao tốc

+ z = 15 – 20: tuabin hơi công suất nhỏ

e) Thể tích két tuần hoàn (có tính đến giản nở do nhiệt và sủi bọt)

− Vth 1,2Ght: cho hệ thống trọng lực

− Vth = (1,4 – 1,5)Ght: cho hệ thống áp lực

3.1 Nhiệm vụ:

− Làm mát cho động cơ và các thiết bị khác: máy nén khí, gối đỡ hệ trục, hộp số,

− Đối với động cơ cần làm mát các chi tiết có nhiệt độ cao: sơmi xylanh, nắp xylanh, supáp xả, vòi phun, ống xả,

− Mục đích chủ yếu của việc làm mát động cơ là giữ cho các chi tiết của động cơ ở một nhiệt độ nhất định, đảm bảo khả năng làm việc của vật liệu chế tạo và làm tăng tuổi thọ cho động cơ

3.2 Yêu cầu:

− Trong một hệ động lực có nhiều động cơ thì mỗi động cơ phải có một hệ thống làm mát độc lập, song phải có sự liên hệ và hỗ trợ lẫn nhau

− Mỗi hệ thống làm mát phải có 2 bơm mắc song song (1 bơm dự phòng)

− Các van thông biển phải đảm bảo hút nước trong mọi điều kiện dể dàng: thông mạn, thông đáy

Trang 28

− Nhiệt độ, áp suất của nước làm mát khi vào, ra khỏi động cơ phải xác định được và điều chỉnh được

+ Hệ thống làm mát gián tiếp: TFW ra = 75 – 900C

+ Hệ thống làm mát trực tiếp: TSW ra ≤ 550C

3.3 Đặc điểm các công chất làm mát

Công chất làm mát Diesel tàu thuỷ có thể là: nước (nước ngọt, nước ngoài mạn tàu), không khí, dầu nhờn, DO,

3.3.1 Nước ngoài mạn tàu:

− Là nước sông, biển (không cần dự trữ)

− Đặc điểm:

+ Có muối (NaCl) →ăn mòn

+ Chất lượng thấp: do có tạp chất, bùn →đóng cặn cáu →làm giảm hệ số k → hiệu suất làm mát giảm

3.3.2 Nước ngọt:

− Sạch, ít tạp chất, k ≈ const, hiệu quả làm mát cao

− Phải dự trữ, hệ thống phức tạp

3.3.3 Dầu nhờn, dầu đốt:

− Nhiệt độ sôi cao, nhiệt độ đong đặc thấp, độ nhớt lớn

− Thường được dùng làm mát piston, vòi phun

3.3.4 Không khí:

− Sẵn có

− Hệ số k nhỏ, đòi hỏi lượng không khí lớn, chỉ dùng cho động cơ nhỏ, cao tốc (tàu thuỷ ít dùng)

3.4.1 Làm mát trực tiếp (hở)

Sử dụng nước ngoài mạn tàu (nước sông, nước biển)

trực tiếp làm mát cho động cơ

a) Sơ đồ hệ thống:

b) Nguyên lý hoạt động (xem bản vẽ)

− Ưu điểm: hệ thống đơn giản

− Nhược điểm:

+ Nước bẩn chứa nhiều tạp chất, muối: tạo cặn

cáu làm ăn mòn, tắc ống, pin lọc, bầu sinh hàn

+ Nhiệt độ ngoài mạn tàu thấp → ứng suất

nhiệt (cần có van điều chỉnh đầu vào)

+ Nhiệt độ đầu ra ≤ 550C Hình 12: Sơ đồ hệ thống làm mát hở

Nếu cao hơn →muối kết tủa → ăn mòn tăng lên

LO cooler

Van điều chỉnh

Động cơ

Bơm cấp

3.4.2 Hệ thống làm mát gián tiếp

nở

SH

Bơm cấp Động cơ

B/cấp

b) Nguyên lý hoạt động

− Sử dụng 2 vòng tuần hoàn:

+ Vòng tuần hoàn kín: nước ngọt làm mát

Hình 13: Sơ đồ hệ thống làm mát kín

4.1 Đối với hệ thống khởi động

4.1.1 Mục đích:

− Dùng một năng lượng (sức người, điện, khí nén) làm quay động cơ đến một tốc độ thích hợp (đủ lớn) để động cơ có thể tự làm việc được với nhiên liệu

4.1.2 Các phương pháp khởi động động cơ

− Khởi động bằng tay (chân): động cơ nhỏ N = 20 – 30 CV

− Khởi động bằng điện (ắcquy): động cơ nhỏ và vừa

− Khởi động bằng khí nén: động cơ vừa và lớn

™ Khi khởi động bằng gió nén thì có 2 loại:

+ Gián tiếp: khí nén →động cơ gió → lai Diesel

+ Trực tiếp: Đưa khí nén (10 – 30kg/cm2) vào xylanh động cơ

4.2 Đối với hệ thống đảo chiều:

4.2.1 Có 3 khái niệm:

− Đảo chiều động cơ (động cơ quay 2 chiều)

− Đảo chiều trục chân vịt (động cơ chỉ làm việc 1 chiều)

− Đảo chiều chuyển động của tàu bằng CVBB (động cơ chỉ làm việc 1 chiều)

a) Đảo chiều động cơ:

− Sử dụng cho động cơ lớn trực tiếp lai chân vịt (nđộng cơ = nCV) Muốn đảo chiều quay phải dừng động cơ rồi khởi động lại động cơ theo chiều quay mới

b) Đảo chiều trục chân vịt:

Trang 30

− Sử dụng cho động cơ nhỏ, cao tốc Sử dụng hộp số (giảm tốc, ly hợp, đảo chiều) Việc đảo chiều quay trục chân vịt do hộp số đảm nhận (động cơ Diesel quay một chiều và động cơ không dừng lại khi đảo chiều)

c) Đảo chiều chuyển động của tàu bằng CVBB

− Động cơ và trục chân vịt luôn quay một chiều Muốn dừng tàu lại hoặc đổi chiều chuyển động của tàu người ta thay đổi bước chân vịt (phương pháp này thường được áp dụng cho các tàu dịch vụ, tàu cá, )

− Muốn lai trục động cơ Diesel quay đến tốc độ khởi động người ta sử dụng một động cơ điện một chiều chạy bằng acquy có điện áp từ 12 – 24V, I = 135, 150, 180Ah để lai động cơ

a) Kết cấu:

− Bánh đà của động cơ Diesel là một bánh răng

− Có một bộ li hợp giữa động cơ đề với bánh đà

b) Hoạt động:

− Khi ấn nút khởi động: động cơ đề quay nhông của nó di chuyển dọc trục để ăn khớp với bánh răng (bánh đà) Khi động cơ Diesel quay và đã hoạt động với nhiên liệu, ta nhả nút khởi động → nhông của động cơ đề tách khỏi bánh răng (bánh đà) nhờ bộ ly hợp

™ Chú ý: thời gian ấn nút khởi động chỉ nên từ 3 – 5 giây Nếu động cơ không hoạt động thì ngừng khởi động, khắc phục sau đó mới khởi động tiếp Không nên kéo dài thời gian khởi động (tkđ) → hỏng acquy

4.4 Nguyên lý khởi động bằng khí nén (loại trực tiếp)

− Người ta đưa khí nén có P = 10 – 30kg/cm2 vào xylanh động cơ vào thời kì giản nở của động cơ, khi đó khí nén tác động lên piston làm cho cơ cấu biên – khuỷu hoạt động → trục động cơ quay đến vòng quay khởi động (nkđ)

− Nếu động cơ nhiều xylanh – quy luật cấp khí khởi động theo đúng theo thứ tự nổ của động cơ Việc này do một đĩa chia gió đảm nhận, đĩa này do trục khuỷu lai

− Supáp khởi động lắp trên nắp xylanh: thời điểm mở của nó (do đĩa chia gió phân phối đến từng van khởi động) thường mở trước ĐCT 100; thời gian cấp khí nén thường kéo dài đến 1200 đối với động

cơ 2 kì, và 1500 đối với động cơ 4 kì

− Để có thể khởi động động cơ ở bất kì vị trí nào của trục khuỷu thì số xylanh của động cơ phải thoả mãn: ϕk=

i

0

720

™ Động cơ 4 kì phải có ít nhất 6 xylanh (ϕk= 1200)

™ Động cơ 2 kì phải có ít nhất 4 xylanh (ϕk= 900)

™ Trong thực tế nếu số i < 6 ở động cơ bốn kì hoặc i < 4 ở động cơ hai kì nói trên, khi không khởi động được ta chỉ việc quay trục đến một vị trí khác

4.5 Sơ đồ nguyên lý

™ Quy phạm đăng kiểm:

Van an toàn

Van xả

Van khởi động

Chai gió

Van giảm áp

Đĩa chia gió

máy nén đ/cơ

(30 bar)

− Phải có 2 máy nén khí (có 1 máy

nén độc lập)

− Q của máy nén phải đảm bảo nạp

đầy các chai gió trong 1 giờ từ P ban đầu

bằng 5kg/cm2

− V của chai gió đủ để khởi động 12

lần liên tục đối với động cơ tự đảo chiều

và 6 lần đối với động cơ không tự đảo

chiều

− V chai gió phục vụ cho động cơ phụ

(máy đèn) đủ khởi động 6 lần

− Nhiệt độ không khí nạp vào chai

gió <450C

− Phải có van an toàn trên chai gió và

có kẹp chì của đăng kiểm

Hình 14: Sơ đồ hệ thống khởi động động cơ bằng gió nén

4.6 Nguyên lý đảo chiều động cơ (áp dụng cho động cơ lớn)

− Áp dụng phương pháp dịch trục cam (hoặc xoay cam): tức là vị trí trục cam đang ở vị trí điều khiển chiều quay này của động cơ Muốn động cơ đảo chiều quay ta phải di chuyển trục cam (xoay cam) đến vị trí mới

− Việc dịch trục cam(xoay cam) có thể bằng khí + thuỷ lực hoặc bằng tay

− Trước khi dịch trục cam (xoay cam) ta phải dừng máy Chờ trục cam dịch chuyển đến vị trí mới (khoảng 15 phút) sao đó ta khởi động lại động cơ theo chiều quay mới

Trang 32

CHƯƠNG V: BUỒNG MÁY – HỆ TRỤC

1.1 Khái niệm:

− Là một khoang của tàu để lắp đặt các máy móc và các thiết bị của hệ động lực tàu thuỷ

− Vị trí buồng máy trên tàu, kích thước buồng máy có một ý nghĩa quan trọng ảnh hưởng đến thiết kế, chế tạo con tàu

− Việc sắp sếp các thiết bị máy móc của hệ động lực có ảnh hưởng đến việc khai thác, bảo dưỡng, quản lý, sửa chữa và an toàn đối với hệ động lực và con tàu

1.2 Số lượng và kích thước buồng máy

− Buồng máy có thể có một hoặc nhiều phụ thuộc yêu cầu thiết kế và yêu cầu của các thiết bị máy móc trong hệ động lực

1.2.1 Yêu cầu của buồng máy

− Phải thuận tiện cho việc quản lý buồng máy, liên tục, an toàn, hiệu suất lao động cao Muốn vậy phải:

+ Số lượng thiết bị càng ít càng tốt

+ Phải thoả mãn tính chống chìm (1 buồng máy)

− Đảm bảo mối quan hệ giữa các thiết bị với nhau tạo thành một thể thống nhất

− Đảm bảo về công nghệ đóng và lắp ráp tàu

1.2.2 Yêu cầu của một số thiết bị chuyên dùng

− Bơm hàng của tàu dầu phải được đặt ở buồng bơm cách li với buồng máy và phải có khả năng chống cháy

− Nếu hệ thống lạnh dùng công chất NH3 (amoniac) phải được đặt ở buồng riêng

1.2.3 Kích thước buồng máy

− Chiều dài của buồng máy phụ thuộc vào chiều dài động cơ chính: càng ngắn càng tốt (để tăng thể tích hầm hàng)

− Chiều rộng buồng máy bằng chiều rộng của tàu nơi đặt buồng máy

− Chiều cao buồng máy phụ thuộc vào chiều cao thiết bị, đảm bảo sửa chữa, bảo dưỡng, thông gió, ánh sáng

Phụ thuộc vào 2 yếu tố:

− Việc bố trí tổng thể con tàu

− Việc bố trí trang thiết bị bên trong buồng máy

1.3.1 Buồng máy đặt ở giữa tàu

a) Ưu điểm:

− Trọng tâm buồng máy gần trùng với trọng tâm tàu, nên khi có hàng hay không hàng tàu đều cân bằng dọc → ảnh hưởng tốt đến sức khoẻ của thuyền viên

− Tính chống chìm của tàu tăng lên vì có nhiều vách kín nước, không bị dò nước từ chân vịt

− Loại này thường áp dụng cho tàu khách, tàu du lịch, tàu đẩy kéo, tàu phá băng, tàu cá

b) Nhược điểm:

− Đường trục dài:

+ Thiết kế, chế tạo, lắp đặt, sửa chữa phức tạp

+ Làm kín ở các vách phức tạp

− Chiếm nhiều thể tích vì phải có hầm trục (t/c B hầm trục 0,5m; H đủ s/c: 2 – 3m)

− Khi không hàng chân vịt dể hở → hiệu suất chân vịt giảm

1.3.2 Buồng máy ở đuôi tàu

a) Ưu điểm:

− Hệ trục ngắn:

+ Thiết kế, gia công, lắp đặt, sửa chữa dễ dàng

+ Làm kín đơn giản hơn

− Khi không hàng: chân vịt vẫn ngập trong nước

− Tăng tính kinh tế vì buồng máy ít chiếm thể tích tàu

b) Nhược điểm:

− Phải dằn mũi khi tàu không hàng

− Tính chống chìm kém hơn vì nếu có sự cố ngập nước Buồng máy sẽ bị ảnh hưỡng lớn đến tính chống chìm của tàu

− Phía đuôi tàu thường hẹp nên việc bố trí các thiết bị khó nhăn hơn

− Phải tăng chiều cao cabin để tăng tầm quan sát

− Thường được áp dụng cho tàu hàng, tàu dầu

™ Đối với tàu dầu, buồng máy phải đặt ở đuôi tàu vì:

− Loại trừ hoả hoạn do tàn lửa ở ống khói

− Nếu buồng máy ở giữa: hệ trục đi qua khoang hàng → rò rỉ tăng lên

− Giữa buồng máy với hầm hàng phải có khoang cách li (tàu dầu thường dùng khoang này làm buồng bơm)

1.4 Các nguyên tắc bố trí trang thiết bị buồng máy

− Phân bố trọng lượng trong buồng máy phải cân bằng (trọng lượng đối xứng qua mặt phẳng dọc tâm tàu): ME, GE, két dầu đều bố trí đối xứng

− Đảm bảo các thiết bị làm việc bình thường trong mọi điều kiện của tàu (bơm li tâm phải đặt dưới mớn nước không tải, van thông biển phải có thông đáy, thông mạn, )

− Phải đảm bảo việc sửa chữa, bảo dưỡng các thiết bị (phải có xưởng, máy công cụ: tiện, hàn, cân vòi phun, kho)

− Bố trí thiết bị phải dể quản lý, giảm cường độ lao động, giảm số người phục vụ (buồng điều khiển riêng)

− Các thiết bị đặc trưng: nồi hơi, máy lọc, đặt ở buồng riêng, bảng phân phối điện phải xa két nhiên liệu Các thiết bị có vòng quay cao nên bố trí song song với sống chính của tàu (khi tàu lắc ngang dễ bị xoắn, các gối trục chịu ngoại lực lớn)

− Bố trí thiết bị phải loại trừ được giao động, giảm tiếng ồn (dao động là do các thiết bị chưa cân bằng lực, nếu biên độ dao động quá lớn sẽ gây phá hoại cục bộ đối với thiết bị và vỏ tàu Để tránh hiện tượng cộng hưởng không đặt các thiết bị có tần số dao động tự do gần với dao động tự do của vỏ tàu

™ Chú ý ảnh hưởng rung động của chân vịt

Trang 34