Hệ thống điều khiển từ xa và tự động điều khiển từ xa động cơ điêzel tàu thuỷ

Với hệ thống loại này, người khai thác sẽ phải thao tác tuần tự các cơ cấu để điều khiển động cơ, nghĩa là người khai thác sẽ phải thực hiện các phức lệnh, chẳng hạn như khi động cơ đang

Chương II

Hệ thống điều khiển từ xa và tự động điều khiển từ xa động cơ điêzel tàu thuỷ

§1 Khái niệm chung Mục tiêu của bài học

Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:

- Phân biệt được hai khái niệm điều khiển từ xa và tự động điều khiển từ xa

- Vẽ và giải thích được sơ đồ khối biểu thị cấu trúc chung của hệ thống điều khiển từ xa và tự động điều khiển từ xa

- Nêu được một số yêu cầu chung đối với hệ thống

- Nêu được ưu nhược điểm của từng loại công chất sử dụng trong các hệ thống điều khiển

1.1 Khái niệm điều khiển từ xa và tự động điều khiển từ xa

Tuỳ theo mức độ phức tạp của hệ thống và mức độ tham gia của con người trong quá trình điều khiển có

thể phân loại các hệ thống điều khiển động cơ điêzel thành hai dạng là hệ thống điều khiển từ xa và hệ

thống tự động điều khiển từ xa.

Hệ thống điều khiển từ xa là hệ thống cho phép người khai thác điều khiển hoạt động của động cơ từ

một vị trí cách xa động cơ thông qua một số cơ cấu thực hiện các chức năng điều khiển như tay đảo chiều, tay điều khiển nhiên liệu (điều khiển thay đổi vòng quay), nút ấn khởi động

Trong quá trình điều khiển, cơ cấu điều khiển được đặt ở chức năng nào thì chỉ có chức năng đó được thực hiện, nghĩa là cơ cấu điều khiển chỉ thực hiện các lệnh đơn, chẳng hạn nút ấn khởi động chỉ điều khiển chức năng khởi động động cơ, tay điều khiển đảo chiều khi đặt ở "chiều tiến" thì hệ thống chỉ thực hiện lệnh đơn đảo chiều theo chiều tiến, Với hệ thống loại này, người khai thác sẽ phải thao tác tuần tự các cơ cấu để điều khiển động cơ, nghĩa là người khai thác sẽ phải thực hiện các phức lệnh, chẳng hạn như khi động cơ đang làm việc ở chế độ nửa máy theo chiều tiến (HALF AHEAD) để chuyển sang hoạt động ở chế độ nửa máy theo chiều lùi (HALF ASTERN) thì người khai thác thông thường phải thực hiện tuần tự như sau:

- Đưa tay điều khiển nhiên liệu về vị trí không "0" (cắt nhiên liệu) để dừng động cơ

- Chờ cho vòng quay của động cơ giảm xuống (quan sát trên đồng hồ chỉ báo vòng quay của động cơ), đưa tay đảo chiều từ tiến sang lùi (AHEAD về STOP rồi sang ASTERN)

- Đưa tay điều khiển nhiên liệu lên tương ứng với mức khởi động

- ấn nút "khởi động" để khởi động lại động cơ, khi thấy vòng quay của động cơ tăng vọt lên (khởi động thành công) thì nhả nút "khởi động"

(Tùy theo hệ thống thứ tự đưa tay điều khiển nhiên liệu và ấn nút khởi động có thể đổi cho nhau)

- Kiểm tra chiều quay và vòng quay sau đó đưa tay điều khiển nhiên liệu lên để tăng vòng quay của động

cơ tương ứng với vòng quay ở chế độ (HALF ASTERN)

Như vậy khái niệm hệ thống điều khiển từ xa chỉ một hệ thống điều khiển hở và người khai thác đóng vai trò phần tử khép kín mạch Chính vì vậy những thao tác không chính xác của người khai thác sẽ ảnh

hưởng trực tiếp đến hoạt động của hệ thống và giảm tính an toàn, hiệu quả của quá trình điều khiển động

cơ

Hệ thống tự động điều khiển từ xa là hệ thống cho phép người khai thác điều khiển hoạt động của động

cơ từ một vị trí cách xa động cơ một cách hoàn toàn tự động thông qua một tay điều khiển tích hợp nhiều chức năng Tay điều khiển này cho phép thực hiện các chức năng khởi động, tăng vòng quay, dừng hay đảo chiều động cơ với một thao tác điều khiển duy nhất ở hệ thống này người khai thác chỉ cần thực hiện lệnh đơn sau đó hệ thống sẽ tuần tự thực hiện các chức năng điều khiển động cơ một cách tự động Với hệ thống loại này để điều khiển thay đổi chế độ hoạt động của động cơ từ nửa máy tiến tới nửa máy lùi, người khai thác chỉ cần thực hiện một thao tác đơn giản là kéo tay điều khiển từ vị trí tiến nửa máy (HALF AHEAD) tới vị trí lùi nửa máy (HALF ASTERN)

Như vậy hệ thống tự động điều khiển từ xa là hệ thống kín, các thao tác không chính xác của người khai thác được loại bỏ; tính an toàn, hiệu quả của quá trình điều khiển động cơ được nâng cao

1.2 Cấu trúc cơ bản của các hệ thống TĐĐKTX

Các hệ thống tự động điều khiển từ xa được thiết kế trên cơ sở các hàm lôgic và sau đó được cụ thể hoá

ng c diesel

độ ơ Thiết bị thực

hiện

Hệ thống lôgic -

xử lý trung tâm Thiết bị nhận tín

hiệu vào

Thiết bị báo động, bảo vệ

ghi nhật ký tự động

Thiết bị dự báo

hư hỏng

Thiết bị hiển thị

Tín hiệu đo các thông số tức thời của động cơ

Tín hiệu bảo vệ động cơ

bằng các phần tử lôgic Hệ thống lôgic đóng vai trò là hệ thống xử lý trung tâm và chính là "bộ não" của toàn bộ hệ thống TĐĐKTX

Hình 1.1: Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống TĐĐKTX động cơ điêzelMột hệ thống TĐĐKTX động cơ điêzel thường bao gồm các nhóm thiết bị sau:

Nhóm thiết bị điều khiển: chức năng chủ yếu của nhóm này là thực hiện các lệnh điều khiển như khởi

động, đảo chiều, tăng tốc động cơ và dừng động cơ

Nhóm thiết bị đo chỉ báo, báo động và bảo vệ: chức năng của nhóm này là xác định các thông tin về trạng

thái kỹ thuật và trạng thái làm việc hiện tại của đối tượng (động cơ hoặc các cơ cấu, thiết bị của động cơ) đưa đến hệ thống xử lý trung tâm để xử lý và sau đó gửi tới các thiết bị hiển thị, ghi nhật ký tự động, so sánh với các giá trị đặt (khoảng giá trị hoặc trạng thái hoạt động cho phép) và phát tín hiệu báo động bằng

âm thanh (còi, chuông), ánh sáng (đèn) khi có thông số hay trạng thái làm việc không bình thường, trong trường hợp cần thiết sẽ phát tín hiệu bảo vệ đối tượng

Nhóm thiết bị phân tích và dự báo hư hỏng kỹ thuật: nhóm này sẽ làm nhiệm vụ phân tích các tín hiệu đo

đạc được từ đối tượng như các thông số kỹ thuật, các thông số kinh tế, các thông số an toàn và đưa ra những tín hiệu dự báo cho người khai thác biết nhằm phòng ngừa những sự cố có thể xảy ra

Cấu trúc cụ thể của từng nhóm các thiết bị sẽ được đề cập một cách chi tiết ở các phần sau

1.3 Những quy định chung đối với hệ thống TĐĐKTX

Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều hãng thiết kế và chế tạo các hệ thống TĐĐKTX phục vụ cho lĩnh vực tàu thuỷ Những hãng chế tạo hàng đầu trên thế giới trong lĩnh vực này phải kể đến Siemens (Đức), Nalito Control (Italia), Mitsubishi, Hitachi, Nabco (Nhật Bản); B&W (Đan Mạch) Mỗi hãng đều có quan điểm thiết kế và chế tạo riêng biệt dựa trên thế mạnh truyền thống, tuy nhiên các thiết kế hệ thống tự động điều khiển từ xa đều dựa trên những nguyên tắc quan trọng là an toàn, kinh tế và có độ tin cậy cao Sau đây là một số những quy định cơ bản đối với các hệ thống TĐĐKTX động cơ điêzel tàu thuỷ theo yêu cầu của các cơ quan đăng kiểm Bureau Veritas (Pháp) và Lloyd Shipping Register (Anh)

1 Với hệ động lực được điều khiển từ buồng lái thì hệ thống TĐĐKTX phải được thiết kế hợp lý để có thể giảm tới mức tối thiểu số lượng các thao tác điều khiển, tính chất của các tác động điều khiển phải thật đơn giản để tránh nhầm lẫn, việc vận hành các thiết bị phải đơn giản và không đòi hỏi sự tập trung cao độ, các thiết bị tự động điều khiển từ xa phải đảm bảo sự hoạt động an toàn của hệ động lực

2 Ngoài hệ thống TĐĐKTX phải có hệ thống điều khiển trực tiếp tại buồng máy để dự phòng trường hợp

hệ thống điều khiển từ xa gặp sự cố, không sử dụng được Hệ thống điều khiển trực tiếp này phải độc lập hoàn toàn với hệ thống TĐĐKTX

3 Tại mỗi vị trí điều khiển (bao gồm cả các vị trí thực hiện chức năng điều khiển từng phần, ví dụ như điều khiển trực tiếp chân vịt biến bước hoặc ly hợp) phải có phương tiện liên lạc trực tiếp với buồng lái (điện thoại, chuông hay hệ thống truyền tín hiệu ), thiết bị liên lạc này phải độc lập với hệ thống TĐĐKTX của hệ động lực và phải có khả năng hoạt động bình thường ngay cả trong trường hợp mất điện nguồn chính (blackout)

4 Phải có khoá liên động để đảm bảo việc điều khiển từ xa động cơ điêzel chính chỉ có thể thực hiện được từ một vị trí điều khiển đã lựa chọn, ví dụ như nếu chọn vị trí điều khiển là tại buồng máy thì các

thao tác điều khiển trên buồng lái sẽ không có tác dụng Tại mỗi vị trí điều khiển phải có thiết bị chỉ thị cho biết vị trí điều khiển hiện thời ở đâu (buồng lái (W/H), buồng máy (E/S) hay buồng điều khiển máy (C/R) ).

5 Việc chuyển đổi vị trí điều khiển giữa buồng lái và buồng máy (hoặc buồng điều khiển máy) chỉ có thể thực hiện được ở một vị trí nhất định (từ buồng máy (E/R) hoặc từ buồng điều khiển trong buồng máy (C/R), thông thường là từ E/R

6 Hệ thống tự động điều khiển từ xa phải có các thiết bị nhằm bảo vệ động cơ, tránh sự thay đổi tải lớn

và đột ngột khi chuyển vị trí điều khiển từ nơi này đến nơi khác, ví dụ khi vị trí điều khiển đang là buồng lái (W/H), tay chuông đang được đặt ở SLOW AHEAD, khi chuyển vị trí điều khiển xuống buồng máy, nếu tay điều khiển nhiên liệu (tay ga) ở buồng máy lúc ấy lại đặt ở vị trí tương ứng với NAVIGATION FULL thì vòng quay của động cơ sẽ tăng đột ngột, phụ tải của động cơ tăng đột ngột làm tăng ứng suất nhiệt và ứng suất cơ, còn nếu tay điều khiển nhiên liệu lúc ấy lại đặt ở vị trí 0 (không cấp nhiên liệu) thì vòng quay của động cơ sẽ giảm đột ngột và có thể động cơ sẽ dừng nếu không kịp thời tăng tay ga từ buồng máy

7 Mỗi vị trí điều khiển phải được trang bị các thiết bị chỉ báo vòng quay và chiều quay của chân vịt (đối với hệ động lực có chân vịt định bước) hoặc chỉ báo vòng quay và bước cánh chân vịt H/D (đối với hệ động lực có chân vịt biến bước)

8 Khi nguồn năng lượng cấp cho hệ thống TĐĐKTX bị gián đoạn (điện áp hoặc áp suất của chất lỏng ) phải có tín hiệu báo động tức thời lên buồng lái

9 Tại buồng lái, các thao tác điều khiển trong quá trình manơ điều động đối với động cơ điêzel lai chân vịt có thể được thực hiện trên một thiết bị điều khiển: tay điều khiển, vô lăng điều khiển hoặc nút ấn điều khiển nhưng mỗi một thiết bị độc lập cấu thành hệ động lực như động cơ điêzel, khớp nối mềm, phanh hãm tự động hoặc chân vịt biến bước phải có khả năng điều khiển trực tiếp tại chỗ hoặc ở buồng điều khiển trung tâm

10 Để tránh trường hợp mất khả năng tạo ra tín hiệu dừng hoạt động hệ động lực, phải có thiết bị điều khiển dự phòng với ký hiệu rõ ràng dùng để dừng động cơ khi sự cố (nút dừng khẩn cấp, thường có màu

đỏ và nhãn Emergency Stop hoặc Emergency Shutdown hoặc Emergency Trip) Thiết bị này phải có khả năng làm mất tác dụng của lực đẩy chân vịt không phụ thuộc vào nguyên nhân gây ra sự cố

Trên đây chỉ là một số những yêu cầu cơ bản với hệ thống tự động điều khiển từ xa, với mỗi kiểu hệ động lực cụ thể các cơ quan Đăng kiểm lại có thể đưa ra các yêu cầu chi tiết hơn nữa

1.4 Công chất chính dùng trong hệ thống điều khiển

Phần chính của hệ thống điều khiển là hệ thống lôgic thực hiện nhiệm vụ điều khiển tuần tự Để tạo nên

hệ thống lôgic có thể dùng các phần tử lôgic kiểu khí nén, thuỷ lực, điện - điện tử hay kết hợp các loại phần tử với nhau Các hệ thống điều khiển do đó có thể dùng năng lượng khí nén, năng lượng thuỷ lực, năng lượng điện hay là dùng kết hợp điện - khí nén, điện - thuỷ lực

Hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử lôgic kiểu khí nén (hệ thống điều khiển khí nén) có các ưu điểm: công chất (khí nén) dễ tạo, dễ tích trữ và xử lý chất lượng, công suất tín hiệu của các phần tử lôgic tương đối lớn, hoạt động êm, ít va đập, độ tin cậy cao

Nhược điểm của hệ thống loại này là yêu cầu chất lượng khí nén cao do đó phải trang bị các thiết bị tách ẩm và lọc bụi, hệ thống đường ống dẫn khí nén dễ bị rò rỉ làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu và nếu dùng trên khoảng cách quá lớn thì độ trễ của tín hiệu lớn

Hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử lôgic kiểu thuỷ lực (hệ thống điều khiển thuỷ lực) có các ưu điểm: hoạt động tin cậy, công suất phần tử lôgic lớn (nếu cùng kích thước với phần tử khí nén), công chất

dễ tích trữ và xử lý nhưng lại có nhược điểm là đắt tiền, luôn phải dự trữ sẵn trên tàu, nếu thiết kế không tốt hệ thống có thể hoạt động với va đập lớn, khả năng rò rỉ dầu thuỷ lực cao (do khi hoạt động dầu có áp lực lớn), hệ thống bơm thuỷ lực, thiết bị lọc dầu và hệ thống đường ống phức tạp và yêu cầu cao hơn nhiều so với hệ thống khí nén, để đảm bảo an toàn khi xảy ra sự cố với nguồn cấp năng lượng cần có bình tích năng lớn Các phần tử thuỷ lực thường được sử dụng trong mạch động lực (mạch thực hiện) của hệ thống điều khiển từ xa

Hệ thống điều khiển sử dụng các phần tử lôgíc kiểu điện - điện tử (hệ thống điều khiển điện) có ưu điểm

là nguồn năng lượng điện sẵn có trên tàu do đó không cần trang bị các thiết bị tạo và tích trữ năng lượng

có kích thước lớn (bơm, máy nén, bình tích năng, két chứa ) như các hệ thống điều khiển khí nén và thuỷ lực, tốc độ hoạt động nhanh, êm, tin cậy, các phần tử có kích thước nhỏ, tổn hao năng lượng của tín hiệu khi truyền trên khoảng cách xa nhỏ, dễ tích hợp với hệ thống kiểm tra thông số và ghi nhật ký Nhược

điểm của hệ thống điều khiển điện - điện tử là yêu cầu cách điện và chống phóng điện trong các khu vực nguy hiểm để tránh cháy nổ, cần có thêm nguồn điện dự trữ (thường là ắc qui) để tăng tính an toàn hệ thống, tín hiệu điện thường bị ảnh hưởng (bị nhiễu) khi hoạt động gần nhau hoặc trong các khu vực ảnh hưởng của trường điện từ

Hệ thống điều khiển kết hợp được ứng dụng rộng rãi hơn cả do tận dụng được ưu điểm của từng dạng công chất, các hệ thống thông dụng nhất là hệ thống điện - khí nén, điện - thuỷ lực, khí nén - thủy lực

Do đặc điểm của các phần tử lôgic kiểu điện là hoạt động nhanh, có độ chính xác cao, gọn nhẹ và giá thành rẻ nên thường được dùng ở phần hệ thống lôgic xử lý trung tâm, còn các phần tử khí nén và thuỷ lực thường là những phần tử nhận tín hiệu và các phần tử thực hiện

Tr¹ng th¸i lµm viÖc b×nh thuêng

Tr¹ng th¸i lµm viÖc sù cè

Tr¹ng th¸i dõng

sù cè

Tr¹ng th¸i dõng b×nh thuêng

dõ

b×n

h thng

chuyÓn sang dõng b×nh thuêng

chuyÓn sang dõng sù cè

§2 Cơ sở xây dựng hệ thống điều khiển động cơ điêzel tàu thuỷ

Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:

- Phân tích được các trạng thái làm việc và khả năng chuyển đổi giữa các trạng thái làm việc của động cơ điêzel

- Nêu được các tính chất quan trọng của hệ động lực tàu thủy

2.1 Các trạng thái làm việc của động cơ điêzel

Thực chất của quá trình điều khiển động cơ điêzel tàu thuỷ là quá trình chuyển đổi các trạng thái làm việc của động cơ

Một động cơ điêzel có thể ở một trong bốn trạng thái làm việc khác nhau như:

thuật như nhiệt độ khí xả, áp suất dầu bôi trơn, áp suất khí nạp, áp suất nước làm mát, suất tiêu hao nhiên liệu ) nằm trong giới hạn cho phép hoạt động

động của động cơ (áp suất khí khởi động, nhiệt độ dầu bôi trơn, độ chênh nhiệt độ khí xả giữa các xi lanh, độ chênh áp suất cháy cực đại giữa các xi lanh ) vượt ra ngoài giới hạn cho phép nhưng chưa làm hư hỏng động cơ, hay có một hoặc một vài bộ phận hoặc thiết bị phục vụ động cơ bị hư hỏng mà chưa thể khắc phục ngay được, điều kiện khai thác lại không cho phép dừng máy (sóng gió, thời tiết xấu, đang điều động tàu trong luồng ) nên vẫn phải cho động cơ hoạt động với một số hạn chế nhất định (giảm vòng quay, ngắt các thiết bị báo động, ngắt các thiết bị đang gặp sự cố ), trạng thái hoạt động của động cơ trong điều kiện như vậy được gọi là trạng thái làm việc sự cố

trọng có thể phá hỏng động cơ và các chi tiết) hoặc do người khai thác tác động cưỡng bức Việc dừng sự cố có thể là tự động (do thiết bị bảo vệ động cơ làm việc và cưỡng bức dừng động cơ) hoặc

do tác động có chủ ý của con người để bảo vệ động cơ (nhấn nút dừng sự cố)

thông qua các thiết bị điều khiển thì đó là quá trình điều khiển không tự động

thống lôgic điều khiển thì đó là quá trình điều khiển tự động

Khả năng chuyển đổi trạng thái của động cơ được mô tả trên hình 2.1 Số lượng khả năng chuyển trạng thái làm việc đối với động cơ điêzel là 9, mỗi khả năng chuyển đổi trạng thái làm việc chính là một chức năng của hệ thống điều khiển (có 7 chức năng điều khiển) Các thiết bị để thực hiện 7 chức năng điều khiển này tạo nên các mạch điều khiển

Hình 2.1: Các trạng thái làm việc của động cơ điêzel và khả năng chuyển đổi

Khởi động động cơ: là quá trình đưa động cơ từ trạng thái dừng sang một trạng thái hoạt động bình thường

nào đó Quá trình khởi động động cơ có thể bao gồm cả quá trình thay đổi vòng quay hoặc bước chân vịt để đưa động cơ tới trạng thái làm việc mong muốn

Dừng động cơ bình thường: Quá trình này ngược với khởi động động cơ, động cơ được chuyển từ trạng

thái hoạt động nào đó sang trạng thái dừng Quá trình dừng động cơ có thể bao gồm cả quá trình thay đổi vòng quay hoặc bước chân vịt để đưa động cơ tới trạng thái dừng

Chuyển sang trạng thái làm việc sự cố: khi động cơ đang hoạt động bình thường, có một thông số hoặc

thiết bị nào đó bất bình thường (chưa gây hư hỏng nghiêm trọng và động cơ vẫn có khả năng làm việc trong điều kiện hạn chế) nhưng vì tính cấp bách của việc duy trì hoạt động của động cơ mà không thể xử

lý ngay được người khai thác khi đó bắt buộc phải chuyển động cơ sang hoạt động ở trạng thái làm việc

sự cố, nghĩa là cho động cơ tiếp tục hoạt động và hạn chế một số điều kiện hoạt động (thông thường là giảm vòng quay) thông qua cơ cấu chuyển trạng thái làm việc sự cố Việc chuyển trạng thái này cũng có thể được thực hiện một cách tự động nhờ thiết bị bảo vệ của hệ thống điều khiển, chẳng hạn như khi áp suất nước làm mát động cơ giảm xuống nhưng chưa tới mức nguy hiểm thì thiết bị bảo vệ sẽ tự động giảm vòng quay của động cơ xuống (AUTO SLOWDOWN - giảm vòng quay xuống mức đảm bảo sự hoạt động an toàn của động cơ - thường là xuống 50% vòng quay định mức)

Xoá lệnh làm việc sự cố: Nếu các thông số hoặc thiết bị bất bình thường được xử lý trong khi động cơ

đang hoạt động trong trạng thái sự cố thì người khai thác có thể xoá lệnh làm việc sự cố thông qua cơ cấu chuyển trạng thái làm việc sự cố hoặc với hệ thống tự động điều khiển thì người khai thác lại có thể tăng vòng quay

Dừng sự cố: Đây là thao tác dừng khẩn cấp để bảo vệ động cơ Tín hiệu dừng sự cố có thể là từ các thiết bị

bảo vệ động cơ như thiết bị bảo vệ áp suất dầu bôi trơn, bảo vệ nhiệt độ nước làm mát ra khỏi xy lanh động

cơ, bảo vệ các te động cơ (tránh cháy nổ hơi dầu), bảo vệ áp suất khí đệm lò xo của xu páp thuỷ lực Khi các thông số này ở mức nguy hiểm các thiết bị bảo vệ sẽ phát tín hiệu dừng động cơ khẩn cấp bằng cách cưỡng bức cắt nhiên liệu cấp vào động cơ (bỏ qua quá trình giảm tốc độ theo chương trình nếu có) Người khai thác cũng có thể phát tín hiệu dừng sự cố khi phát hiện thấy có sự cố nghiêm trọng có thể gây hư hỏng động cơ và các thiết bị thông qua nút điều khiển dừng sự cố (nút EMERGENCY STOP hoặc EMERGENCY SHUTDOWN hoặc EMERGENCY TRIP, thường có màu đỏ và được đặt ở tất các vị trí điều khiển động cơ)

Chuyển sang trạng thái dừng bình thường: Đây là thao tác trả động cơ về trạng thái dừng bình thường

sau khi động cơ bị dừng sự cố Sau khi đã khắc phục các nguyên nhân gây ra dừng sự cố, người khai thác cần ấn hoặc xoay trả nút dừng sự cố để chuyển động cơ sang trạng thái dừng bình thường sẵn sàng cho lần khởi động tiếp theo, thao tác như thế này được gọi là thao tác hoàn nguyên (RESET) Trong một số hệ thống để hoàn nguyên được phải đưa tay điều khiển nhiên liệu (FUEL CONTROL) về vị trí không cấp nhiên liệu hoặc tay chuông (TELEGRAPH) về vị trí dừng (STOP)

Chuyển sang trạng thái dừng sự cố: Đây là thao tác đưa động cơ đang dừng bình thường sang trạng thái

dừng sự cố để tránh việc khởi động động cơ do người khai thác phát hiện thấy nguy cơ sự cố khi khởi động, đây cũng có thể là trường hợp người khai thác muốn khoá việc khởi động, không cho phép người không có trách nhiệm khởi động động cơ khi đang sửa chữa hoặc thử thiết bị Việc chuyển sang dừng sự

cố được người khai thác thực hiện qua nút dừng sự cố

2.2 Những tính chất quan trọng của hệ động lực

Xét đối tượng điều khiển là một con tàu có hệ động lực động cơ điêzel lai chân vịt Thông số ra của đối tượng điều khiển là tốc độ và hướng chuyển động của con tàu Các thông số vào của hệ thống (các lệnh điều khiển) được xác định tuỳ thuộc vào giải pháp kỹ thuật tạo nên hệ thống điều khiển Có thể phân biệt một cách rõ ràng và riêng biệt các thông số này đối với động cơ và đối với chân vịt

Thông số vào làm thay đổi tốc độ của tàu:

- Tốc độ quay của động cơ hay lượng nhiên liệu cấp vào động cơ

- Bước cánh chân vịt (tỉ số H/D) của chân vịt biến bước

Thông số vào làm thay đổi chiều của lực đẩy:

- Chiều quay của động cơ điêzel hoặc chân vịt

- Bước cánh chân vịt (tỉ số H/D) của chân vịt biến bước

Xuất phát điểm để thiết kế hệ thống TĐĐKTX động cơ điêzel tàu thuỷ chính là các tính chất khai thác của động cơ điêzel Động cơ điêzel cỡ lớn có tăng áp cao sử dụng dưới tàu thuỷ thường có những đặc điểm sau:

- Cần sử dụng năng lượng từ bên ngoài để khởi động, tạo hỗn hợp cháy và tự cháy ban đầu Trên tàu thủy người ta thường sử dụng thiết bị khởi động động cơ điêzel bằng không khí nén (không khí được nén và tích trữ trong bình chứa (chai gió))

- Mômen do động cơ sản ra được quyết định bởi lượng nhiên liệu cấp vào động cơ và được đặc trưng bằng vị trí của thanh răng nhiên liệu (thanh răng bơm cao áp)

- Không khí cấp vào động cơ nhờ tua bin tăng áp (thường là tua bin khí xả - máy nén) hoặc các thiết bị tăng áp bằng cơ giới khác (tăng áp bằng hốc dưới piston, quạt gió đầu trục, quạt gió phụ ).

- Để tránh được hiện tượng quá tải nhiệt và cơ (phát sinh ứng suất nhiệt và ứng suất cơ lớn), thì việc tăng vòng quay đối với động cơ dẫn chân vịt định bước hoặc tăng bước cánh chân vịt khi động cơ dẫn chân vịt biến bước sau khi khởi động xong phải tiến hành từ từ

- Trên tàu thuỷ thường sử dụng động cơ điêzel có thể đảo chiều quay của trục khuỷu Việc đảo chiều quay được thực hiện thông qua cơ cấu đảo chiều nhằm dịch chuyển hoặc xoay trục cam (hay các cam) của các

cơ cấu phân phối khí, của bơm cao áp một góc thích hợp

- Trong trường hợp sử dụng chân vịt biến bước thì việc đảo chiều lực đẩy tàu được thực hiện bằng cách thay đổi bước cánh chân vịt từ chiều tiến về chiều lùi

- Khi đề cập đến tính chất hãm động cơ thì thời gian điều khiển có ảnh hưởng rất lớn vì các động cơ tàu thuỷ cỡ lớn thường không được trang bị hộp số Để giảm thời gian hãm động cơ có thể dùng không khí nén cấp vào trong một hoặc tất cả các xilanh động cơ (cấp vào trong hành trình nén của piston) thông qua van khởi động

§3 Thuật toán điều khiển động cơ điêzel tàu thuỷ

Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:

- Mô tả được các chức năng điều khiển động cơ điêzel trên tàu thủy

- Giải thích được một số thuật toán điều khiển động cơ điêzel

3.1 Thuật toán điều khiển khởi động động cơ

Các phương pháp khởi động động cơ điêzel thường được sử dụng là khởi động bằng mô tơ điện (chủ yếu dùng ắc quy), khởi động bằng mô tơ khí nén hoặc thuỷ lực và khởi động trực tiếp bằng khí nén (không khí nén) Do công suất của động cơ điêzel trên tàu thuỷ thường rất lớn nên phương pháp khởi động trực tiếp bằng không khí nén được sử dụng rộng rãi nhất Một sơ đồ khối minh họa hệ thống khí nén khởi động động cơ điêzel được thể hiện trên hình 3.1

Khí khởi động từ bình chứa khí nén (chai gió) được cấp tới trước van khởi động chính Khi có tín hiệu khởi động từ hệ thống lôgic điều khiển động cơ, van khởi động chính mở, khí nén được cấp tới chờ ở các

xu páp khởi động của từng xy lanh Đồng thời tín hiệu khởi động làm mở van 26 cho khí nén vào thiết bị phân phối khí khởi động Thiết bị phân phối khí khởi động sẽ đưa khí nén tới điều khiển mở các xu páp khởi động để cấp khí nén từ đường khí khởi động chính vào các xy lanh tùy theo thứ tự nổ và chiều khởi động tiến hay lùi Tín hiệu đảo chiều tiến hay lùi được đưa tới từ hệ thống lôgic trước khi có tín hiệu khởi động Tín hiệu dừng sẽ làm mở van 117 ngắt khí nén điều khiển chiều khởi động

Hình 3.1: Sơ đồ đường ống khí nén khởi động động cơ điêzelTrình tự các bước khởi động động cơ của hệ thống tự động điều khiển từ xa được mô tả như sau:

1 Kiểm tra các điều kiện cần thiết để khởi động như áp suất, nhiệt độ dầu bôi trơn, áp suất, nhiệt độ nước làm mát, áp suất khí điều khiển, khởi động, nguồn điện của hệ thống điều khiển từ xa, tách máy via, (kiểm tra sự hoàn thiện quá trình chuẩn bị máy) Nếu các điều kiện khởi động không thoả mãn thì không cho phép khởi động Nếu các điều kiện khởi động đều được thoả mãn thì,

2 Mở van khởi động chính để đưa khí nén vào hệ thống phân phối khí khởi động (đĩa chia gió hoặc thiết

bị phân phối khí - starting air distributor) sau đó vào từng xilanh của động cơ tương ứng với thứ tự nổ đồng thời cắt không cho cấp nhiên liệu vào động cơ Sau khi cấp khí nén vòng quay của động cơ sẽ tăng lên Nếu vòng quay của động cơ không tăng thì dừng việc khởi động và báo khởi động không thành công, nếu vòng quay của động cơ tăng lên và đạt tới vòng quay khởi động thì,

3 Cấp nhiên liệu vào động cơ Sau khi cấp nhiên liệu một thời gian nhất định thì kiểm tra xem vòng quay

của động cơ có tăng lên hay không (động cơ đã làm việc với nhiên liệu chưa) Nếu vòng quay của động

cơ không tăng thì đóng van khởi động chính và khởi động lại một số lần nhất định, sau khi hết số lần khởi động thì dừng việc khởi động và báo khởi động không thành công Nếu vòng quay của động cơ tăng lên (động cơ hoạt động bình thường với nhiên liệu) thì,

4 Đóng van khởi động chính và báo khởi động thành công Sau đó thay đổi và duy trì sự làm việc của động cơ ở vòng quay tương ứng với vị trí tay điều khiển (tay chuông)

Trên cơ sở những chức năng của mạch khởi động được mô tả như trên, một thuật toán khởi động động cơ MAN B&W cỡ lớn thể hiện trên sơ đồ 3.2 được giải thích như sau:

Quá trình khởi động được bắt đầu từ việc phát ra lệnh "khởi động" cho động cơ thông qua tay điều khiển Sau khi có lệnh khởi động hệ thống sẽ kiểm tra vị trí của cơ cấu đảo chiều (cam hoặc trục cam nhiên liệu

và cam hoặc trục cam phân phối khí khởi động) có đúng với chiều quay theo yêu cầu hay không

- Nếu vị trí cơ cấu đảo chiều không đúng thì mạch điều khiển đưa tín hiệu đảo chiều

- Nếu vị trí cơ cấu đảo chiều đã đúng thì tiếp tục kiểm tra các điều kiện cần thiết cho việc khởi động đã được đáp ứng chưa Thông thường các điều kiện cần thiết này bao gồm áp suất dầu bôi trơn, áp suất nước làm mát, áp suất nhiên liệu, áp suất không khí nén khởi động, áp suất khí điều khiển

Nếu các điều kiện này không được đáp ứng thì mạch điều khiển sẽ dừng việc khởi động động cơ và gửi tín hiệu báo động tới hệ thống báo động

- Nếu các điều kiện này đã được đáp ứng, hệ thống đưa tín hiệu điều khiển mở van khởi động chính đồng thời bắt đầu đếm thời gian và đếm số lần khởi động Sau một thời gian nhất định hệ thống sẽ kiểm tra chiều quay của động cơ và kiểm tra vòng quay của động cơ đã đạt tới vòng quay khởi động chưa

- Nếu chiều quay không đúng (giả sử như tay chuông đặt ở vị trí tiến nhưng động cơ lại quay theo chiều lùi) thì việc khởi động sẽ được dừng lại và có tín hiệu báo động "động cơ hoạt động sai chiều"

- Nếu vòng quay không đạt tới vòng quay khởi động thì hệ thống sẽ dừng việc khởi động và báo động

có sự cố

cơ cấu đảo chiều đúng

vị trí Position of reversing mechanism

sai

đảo chiều Reversing

các điều kiện khởi động

đ thỏa m n ã ã starting interlocks released?

tín hiệu tới bộ phận khởi động Starting signal

mở van khởi động chính open main starting valve

Khóa nhiên liệu lock fuel rack

hết số lần khởi động number of starting up

to 3 times?

hết thời gian time up?

v.quay của đ.cơ

> v.quay kh.động starting rpm

Mở Khóa, Cấp nhiên liệu unlock fuel rack (start fuel running)

hết thời gian Time up?

vòng quay của

động cơ tăng lên engine RPM increasing?

Đóng van khởi động chính Close main starting valve

tín hiệu duy trì hoạt

động của động cơ

fuel run signal

kết thúc end

chuyển sang chuơng trình thay đổi tốc độ load up program Báo động có "sự cố"

starting impossible

Alarm

Báo động khởi động không thành công start failure

hết thời gian time up?

động cơ quay đúng chiều running direction

tín hiệu dừng

động cơ

stop signal

Đúng yes

đúng yes

sai no

đúng yes

sai no

sai no

đúng yes

Đúng ok

sai no

đúng ok

sai no

đúng yes

sai no

sai no

đúng yes

đúng yes

sai no

Start

lệnh khởi động starting signal

Hỡnh 3.2: Sơ đồ thuật toỏn khởi động động cơ

- Nếu chiều quay đúng và vòng quay đã đạt tới vòng quay khởi động thì sẽ có tín hiệu đóng van khởi động chính, tiếp đó là tín hiệu mở khóa nhiên liệu và cấp nhiên liệu vào động cơ (động cơ bắt đầu hoạt động với nhiên liệu)

Cơ sở để khẳng định rằng động cơ đã được khởi động và đang chạy bằng nhiên liệu chính là vòng quay tối thiểu mà động cơ đạt được sau một thời gian nhất định (gia tốc của động cơ) Vì vậy sau một thời gian nhất định, hệ thống lại kiểm tra vòng quay của động cơ xem có tăng không

- Nếu vòng quay của động cơ không tăng thì đưa tín hiệu dừng việc khởi động và kiểm tra số lần khởi động không thành công đã thực hiện

đến 4 lần) nghĩa là số lần khởi động cho phép đã hết thì đưa tín hiệu báo khởi động không thành công (miss ignition)

trễ nhất định lại bắt đầu lại quá trình khởi động

- Nếu vòng quay của động cơ tăng lên thì đưa tín hiệu vào duy trì hoạt động của động cơ (tín hiệu đặt tốc độ cho bộ điều tốc, tín hiệu mở các hạn chế khi khởi động ) và sau đó chuyển sang chương trình khác (chương trình tăng vòng quay (tăng tải) cho động cơ)

3.2 Thuật toán điều khiển dừng động cơ

Theo nguyên lý xây dựng hệ thống tự động điều khiển động cơ điêzel, có hai chế độ dừng động cơ:

- Dừng động cơ bình thường

- Dừng động cơ do sự cố

Lệnh dừng động cơ bình thường được thực hiện bởi người vận hành thông qua tay điều khiển hoặc

"nút" điều khiển dừng Thao tác dừng động cơ bình thường hoàn toàn phụ thuộc vào hoàn cảnh làm việc của con tàu và hệ động lực, người điều khiển chỉ việc đưa lệnh "dừng" vào hệ thống là ngay lập tức sẽ

có tín hiệu đến cắt nhiên liệu vào động cơ

Với lệnh dừng sự cố, chương trình và biện pháp thực hiện hoàn toàn phụ thuộc vào loại động cơ và thiết bị thực hiện lệnh được nhà chế tạo trang bị trong hệ thống tự động điều khiển Lệnh dừng sự

cố thường được phát ra không theo ý muốn chủ quan của người khai thác, mà hoàn toàn phụ thuộc vào những điều kiện khách quan xuất phát từ tình trạng kỹ thuật của động cơ Những tín hiệu dừng

sự cố cho động cơ MAN B&W (hai kỳ quét thẳng đóng mở supáp bằng thủy lực và khí nén) thường được tạo ra trong các trường hợp sau:

- Người khai thác nhấn nút dừng sự cố (Emergency shutdown/trip)

- áp suất dầu bôi trơn nhỏ hơn áp suất tối thiểu (LO low pressure trip)

- Vòng quay của động cơ tăng lên vượt quá giá trị vòng quay cao nhất cho phép (Overspeed trip)

- áp suất dầu bôi trơn trục cam thấp hơn áp suất tối thiểu (nếu có hệ thống dầu bôi trơn trục cam và đóng mở xupáp thuỷ lực riêng)

Tuy nhiên không phải hệ thống nào cũng có đầy đủ các trường hợp dừng sự cố như trên, việc tạo ra các tín hiệu dừng sự cố còn tuỳ thuộc vào loại động cơ, vào thiết kế và quy định của các Cơ quan Đăng kiểm Thông thường với các động cơ cỡ nhỏ tín hiệu dừng sự cố chỉ được tạo ra do ba nguyên nhân đầu Nhiệt độ không phải luôn là thông số tạo ra các tín hiệu dừng sự cố mà thường chỉ là những tín hiệu báo động hoặc tín hiệu giảm vòng quay của động cơ

Thuật toán của việc dừng động cơ bình thường và sự cố (hình 3.3) được mô tả như sau:

Khi có tín hiệu dừng bình thường thì van điện từ điều khiển việc ngừng cấp nhiên liệu sẽ hoạt động

để kéo thanh răng nhiên liệu về vị trí “0” hoặc tác động vào cơ cấu ngừng cấp nhiên liệu Sau khi cắt hoàn toàn nhiên liệu động cơ sẽ dừng

Khi có tín hiệu dừng sự cố thiết bị thực hiện dừng động cơ sẽ làm việc, hệ thống báo động phát tín hiệu và thậm chí tác động đến hệ thống khoá liên động dừng sự hoạt động của hệ thống điều khiển Việc dừng sự cố động cơ thường được thực hiện thông qua việc cắt nhiên liệu (kéo cưỡng bức thanh răng nhiên liệu về vị trí không cấp) Việc khởi động lại động cơ tạm thời bị khóa, chỉ khi nào người khai thác nhấn hoặc xoay nút dừng sự cố để hoàn nguyên thì việc khởi động lại động cơ mới có thể thực hiện được

tay điều khiển: vị trí dừng telegraph: stop position

van điện từ điều khiển việc dừng hoạt động stop solenoid valve: on

ngừng cấp nhiên liệu fuel: cut off

động cơ dừng engine: stop

có tín hiệu dừng sự cố emergency shutdown signal: on

kết thúc

Start

Khóa không cho khởi

động lại Start interlocked

hoàn nguyên nút dùng sự cố emergency shutdown reset

Mở Khóa cho phép khởi

động lại Start unlocked

Đúng yes

sai no

Hỡnh 3.3: Sơ đồ thuật toỏn dừng động cơ

3.3 Thuật toỏn điều khiển đảo chiều động cơ

Chiều chuyển động của con tàu với hệ động lực chõn vịt định bước (FPP) phụ thuộc vào chiều quay của chõn vịt và gúc bẻ lỏi và với hệ động lực chõn vịt biến bước (CPP) phụ thuộc vào gúc xoắn của cỏnh của chõn vịt và gúc bẻ lỏi núi cỏch khỏc là phụ thuộc vào hướng của lực đẩy tàu do chõn vịt tạo ra Thụng thường để đổi chiều chuyển động của tàu từ tiến sang lựi và ngược lại một cỏch khẩn cấp (khi khụng đủ điều kiện dựng vũng quay trở), thỡ tựy theo thiết kế của hệ động lực cú thể cú cỏc phương phỏp sau:

- Đảo chiều quay của động cơ điờzel với hệ động lực chõn vịt định bước và động cơ điờzel cú khả năng đảo chiều (Reversible diesel engine),

- Thay đổi gúc xoắn của cỏnh chõn vịt với hệ động lực sử dụng chõn vịt biến bước,

- Thay đổi chiều quay của chõn vịt nhờ hộp số và ly hợp với hệ động lực chõn vịt định bước, cú hộp

số, ly hợp (thường dựng cho động cơ điờzel cú cụng suất nhỏ)

Hai phương phỏp đầu tiờn thường được sử dụng rộng rói trờn tàu thủy, đặc biệt là phương phỏp sử dụng động cơ điờzel cú thể đảo chiều

tín hiệu dừng stop signal

ngừng cấp nhiên liệu fuel: cut off

start

v.quay của đ.cơ

< v.quay đảo chiều engine rpm < reversing RPM

chuyển vị trí cơ cấu

đảo chiều reversing mechanism position: changed

tín hiệu khởi động động cơ

start signal

động braking air: supplied

v.quay của đ.cơ

> v.quay kh.động engine rpm > starting rpm

vòng quay của động cơ

tăng lên engine rpm increasing?

ngắt gió khởi động

tín hiệu duy trì hoạt

động của động cơ

fuel run signal

chuơng trình tăng tốc

độ load up program

sai no

đúng yes

Sai no

đúng yes

sai no

sai no

đúng yes

sai no

đúng yes

sai no

đúng yes

hết thời gian time up?

sai no

Báo động có "sự cố"

reversing impossible Alarm

đúng yes

động cơ quay đúng chiều running direction Báo động "động cơ Quay

sai no

lệnh đảo chiều reversing

v.quay của đ.cơ

< v.quay đảo chiều engine rpm < reversing RPM

hết thời gian time up?

hết thời gian time up?

thuật toán khởi động

Hỡnh 3.4: Sơ đồ thuật toỏn đảo chiều động cơHỡnh 3.4 thể hiện sơ đồ thuật toỏn điều khiển đảo chiều động cơ MAN B&W cỡ lớn Thuật toỏn này

cú thể được mụ tả bằng lời như sau:

Kiểm tra xem động cơ cú đang làm việc khụng (thụng qua vũng quay)

Nếu động cơ đang làm việc thỡ tạo tớn hiệu dừng động cơ bằng cỏch ngắt nhiờn liệu Sau khi đó cú tớn hiệu dừng thỡ kiểm tra xem vũng quay của động cơ đó giảm đến vũng quay đảo chiều chưa

thiÕt bÞ t¹o tÝn hiÖu cho truíc

thiÕt bÞ ®o vßng quay

hÖ thèng l«gic

thiÕt bÞ thùc hiÖn

bé ®iÒu chØnh

- Nếu vòng quay chưa giảm đến vòng quay đảo chiều thì tiếp tục kiểm tra lại

- Nếu vòng quay đã giảm tới vòng quay đảo chiều hoặc

Nếu động cơ không làm việc (động cơ đang dừng) thì đưa tín hiệu chuyển và duy trì cơ cấu đảo chiều (dịch hoặc xoay trục cam hoặc cam nhiên liệu, cam của đĩa chia gió ) sang chiều lùi

Sau đó đưa tín hiệu khởi động động cơ theo chiều lùi (thuật toán khởi động giống như đã mô tả ở phần trên) Khi động cơ đã quay theo chiều lùi một thời gian thì kiểm tra xem động cơ có hoạt động

và hoạt động đúng chiều hay không

Nếu động cơ đã hoạt động và đúng chiều thì báo đảo chiều thành công, chuyển sang chương trình tiếp theo (chương trình tăng vòng quay) và kết thúc chương trình đảo chiều

Nếu không thì báo động không đảo chiều được

Tuỳ phụ thuộc vào từng loại hệ thống điều khiển từ xa động cơ, cơ cấu điều khiển đảo chiều có thể độc lập hoặc kết hợp với cơ cấu điều khiển thay đổi vòng quay của động cơ hoặc cơ cấu tay chuông truyền lệnh (Telegraph)

Việc sử dụng chân vịt biến bước để đảo chiều sự hoạt động của con tàu sẽ được đề cập ở phần sau

3.4 Thuật toán thay đổi tốc độ quay của động cơ điêzel

Tiếp theo chương trình khởi động động cơ thường là chương trình thay đổi tốc độ quay của động

cơ Chương trình này thực hiện việc đưa tốc độ quay của động cơ đến giá trị tương ứng với tốc độ quay đặt trước

Hệ thống tự động điều khiển thay đổi tốc độ quay có các chức năng sau:

- Điều khiển thay đổi tốc độ quay của động cơ theo yêu cầu

- Giới hạn tốc độ thay đổi tốc độ quay để tránh ứng suất cơ, nhiệt và đảm bảo động cơ hoạt động tốt trong quá trình thay đổi

- Duy trì ổn định tốc độ quay làm việc của động cơ

- Cân bằng tải trên các động cơ điêzel làm việc song song (hai động cơ cùng lai một chân vịt thông qua hộp số, hai động cơ lai máy phát điện làm việc chung trong cùng mạng điện)

Một sơ đồ khối minh họa mạch thay đổi tốc độ quay của động cơ được thể hiện trên hình 3.5

Hình 3.5: Sơ đồ khối mạch thay đổi tốc độ quay của động cơ

Nguyên lý làm việc của hệ thống được giải thích như sau: lệnh thay đổi tốc độ quay của động cơ được phát ra bởi người vận hành thông qua thiết bị tạo tín hiệu cho trước (tay điều khiển nhiên liệu, tay ga ) Tại đây tín hiệu lệnh này được biến đổi thành tín hiệu bên trong phù hợp với sự hoạt động của các phần tử lôgic (thành tín hiệu điện, thủy lực hay khí nén), sau đó tín hiệu lệnh này được so sánh với tín hiệu đo tốc độ quay tức thời của động cơ đưa tới từ thiết bị đo Độ lệch giữa hai tín hiệu chính là tín hiệu ra của hệ thống lôgic, nó được khuếch đại tại phần tử thực hiện và tác động lên bộ điều chỉnh vòng quay để thay đổi tốc độ quay của động cơ Khi nào độ lệch giữa hai tín hiệu lệnh và tín hiệu đo triệt tiêu thì tín hiệu tác động lên bộ điều tốc bị triệt tiêu; bộ điều tốc duy trì tốc độ quay

ở giá trị đặt mới

Speed Setting (rpm)

Time

Critical speed range

Maximum speed Setting (rpm)

Critical speed upper limit

Critical speed lower limit

Quy luật thay đổi của tín hiệu thay đổi tốc độ quay dựa trên cơ sở giới hạn thời gian và các tiêu chuẩn khai thác như:

- Giới hạn gia tốc của động cơ điêzel nhằm ngăn ngừa hiện tượng tạo dòng xoáy đối với chân vịt (nguyên nhân làm giảm lực đẩy của chân vịt), đồng thời ngăn ngừa sự tăng đột ngột mômen xoắn khi tăng vòng quay Trong trường hợp này tiêu chuẩn khai thác chính là tốc độ quay của động cơ hoặc tốc độ thay đổi tốc độ quay (gia tốc) Đây có thể coi là chỉ tiêu ứng suất cơ của động cơ

- Đảm bảo sự thay đổi quá trình nạp để cấp vào động cơ lượng không khí tăng áp phù hợp với sự thay đổi của nhiên liệu, tiêu chuẩn khai thác này được xem là giới hạn nhiên liệu theo áp suất không khí tăng áp để đảm bảo quá trình cháy tốt Đây có thể coi là chỉ tiêu về tính kinh tế và bảo vệ môi trường

- Giới hạn gradient nhiệt độ, đây là tiêu chuẩn khai thác nhằm giới hạn nhiên liệu khi thay đổi tốc

độ quay của động cơ để đảm bảo quá trình thay đổi an toàn nhiệt độ thành vách xy lanh hoặc nhiệt

độ của khí thải (đảm bảo chỉ tiêu ứng suất nhiệt)

Hình 3.6: Sơ đồ chương trình thay đổi tốc độ quay theo thời gian

Hình 3.6 thể hiện một chương trình tăng giảm tốc độ quay của động cơ điêzel theo thời gian

Một chức năng nữa của hệ thống là phải kiểm tra xem giá trị tốc độ quay đặt trước có thuộc vùng tốc độ quay cộng hưởng hay không? Khi tăng tốc độ quay của động cơ thì tín hiệu bên trong ngay lập tức phải được hiệu chỉnh để tốc độ quay của động cơ nằm ngoài vùng tốc độ quay cộng hưởng (thường là đưa tốc độ quay của động cơ tới giá trị tương ứng với cận trên của vùng tốc độ quay cộng hưởng) Trường hợp ngược lại, tín hiệu bên trong sẽ được hiệu chỉnh nhanh để tốc độ quay của động cơ nhanh chóng đạt tới giá trị cận dưới của vùng tốc độ quay cộng hưởng

Nói tóm lại các tiêu chuẩn trên đều có chung một yêu cầu là hạn chế sự thay đổi đột ngột của tốc độ quay (kéo theo sự thay đổi đột ngột lượng nhiên liệu cấp), để đảm bảo quá trình cháy tốt và sự hoạt động an toàn của động cơ Như vậy để đảm bảo thỏa mãn các tiêu chuẩn trên thì tốc độ quay của động cơ sẽ được điều chỉnh thay đổi từ từ hoặc nhanh chóng theo thời gian

§4 Hệ thống tự động điều khiển hệ động lực chân vịt biến bước

Mục tiêu của bài học

Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:

- Nêu được các khái niệm điều khiển hệ động lực chân vịt biến bước

- Giải thích được nguyên lý hoạt động của một số hệ thống

Ghi chú: Thuật ngữ hệ động lực chân vịt biến bước được dùng trong bài này với nghĩa là hệ động lực

sử dụng động cơ điêzel lai chân vịt biến bước để đẩy tàu.

4.1 Khái niệm chung

Hệ động lực chân vịt biến bước được sử dụng trong lĩnh vực tàu thuỷ với những ưu điểm đặc biệt như:

- Có thể đảo chiều chuyển động của tàu mà không cần đảo chiều quay của động cơ

- Luôn có khả năng khai thác hệ động lực với hiệu suất cao nhất

- Tính cơ động trong quá trình manơ điều động tàu được nâng cao

- Thích hợp cho các điều kiện khai thác đặc biệt như đối với tàu đánh cá, tàu lai dắt

- Thích hợp với việc trang bị máy phát đồng trục

Tuy nhiên để khai thác tốt hệ động lực chân vịt biến bước người khai thác cần phải có kiến thức và kinh nghiệm để lựa chọn chế độ khai thác tối ưu đảm bảo hiệu suất khai thác cao nhất, động cơ không bị quá tải, đạt được vận tốc tàu cao nhất Do việc khai thác hệ động lực chân vịt biến bước tương đối phức tạp nên thường được trang bị hệ thống tự động điều khiển Trên thực tế, có hai phương pháp điều khiển được hệ động lực có trang bị chân vịt biến bước

4.1.1 Điều khiển độc lập

Với phương pháp này vòng quay n của chân vịt và bước cánh (H/D) của chân vịt được điều khiển

điều khiển bước cánh (H/D) của chân vịt thì:

n = nCT (y1)

Với:

Việc điều khiển hai thông số n và H/D được thực hiện một cách riêng biệt do đó hiệu quả khai thác phụ thuộc vào trình độ của người vận hành Chương trình điều khiển này được gọi là chương trình điều khiển độc lập

4.1.2 Điều khiển kết hợp

Vòng quay n của chân vịt và bước cánh (H/D) của chân vịt được điều khiển thay đổi kết hợp với

n = nCT (yΣ)

Việc điều khiển vòng quay và bước cánh của chân vịt được thực hiện thông qua một tay điều khiển;

được lượng tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất thông qua việc thay đổi vòng quay của động cơ và bước cánh của chân vịt một cách hợp lý nhất Chương trình điều khiển này được gọi là chương trình điều khiển kết hợp

Trước đây, vấn đề tạo tín hiệu điều khiển đồng thời vòng quay và bước cánh theo chương trình cho trước thường được mã hoá bằng cam chương trình (cam có prophin đặc biệt) Khi điều khiển, chỉ việc thay đổi vị trí của cam, lúc đó đồng thời sẽ có tín hiệu đến làm thay đổi vòng quay (n) của động cơ và bước chân vịt (tỷ số H/D) Tuy nhiên, với giải pháp này chương trình điều khiển thường mang tính chất "cứng" với điều kiện ngoại cảnh thay đổi bất thường Để "mềm hoá" chương trình điều khiển cho phù hợp với hoàn cảnh thực tế cần phải có thêm các bộ phận hiệu chỉnh

Hiện nay, các chương trình điều khiển được số hoá và phát triển theo hướng điều khiển tối ưu hoặc điều khiển thích nghi nên hiệu quả và tính an toàn, tin cậy của hệ thống điều khiển hệ động lực chân vịt biến bước được cải thiện rõ rệt

{