BỘ ĐIỀU TỐC UGL

Nhược điểm của biện pháp này là độ chính xác và tin cậy không cao mặc dù đòi hỏi nhiều công sức và trong nhiều trường hợpkhông thể thực hiện được * Điều chỉnh tự động: Sử dụng bộ điều ch

I – GIỚI THIỆU BỘ ĐIỀU TỐC UG - L

1- Đặc điểm

UG L là một bộ điều tốc cơ khí – thủy lực dùng để điều chỉnh kép lượng nhiên

liệu cấp vào động cơ diesel hoặc lượng hơi cấp vào tua bin hơi.

Độ dịch chuyển tối đa của trục ra là 42° Độ dịch chuyển của trục ra được khuyếncáo là khoảng 2/3 của độ dịch chuyển có thể từ không tải đến toàn tải và cho phépvượt quá độ dịch chuyển ở mỗi đầu do đó bộ điều tốc có thể tắt máy và cũng có thểcung cấp nhiên liệu tối đa khi cần (hình 1-1)

Thông thường bộ điều tốc UG L hoạt động ở tốc độ không đổi bất kể tải của động cơngoại trừ trong điều kiện tải tạm thời

Sự giảm tốc còn có thể coi như một tác dụng phụ đặc biệt để điều chỉnh và cânbằng tải giữa các máy lai đồng trục

Bộ điều tốc UG L cũng có thể được trang bị thanh tắt máy cho phép tắt động cơ từ

vị trí bướm ga

Bộ điều tốc UG-L

Bản vẽ phác thảo của bộ điều tốc UG-L

2-Phân loại

Bộ điều tốc UG L có thể có 3 loại công suất đầu ra khác nhau: UG-5.7 (5.2 lb/7.1 J), UG-8 (9.7 ft-lb/13.2 J), và UG-10 (11.7 ft-lb/15.9 J) Cả loại UG5-7 và UG8đều sử dụng dầu bôi trơn có áp suất 120 psi (827 kPa) Còn loại UG10 thì sử dụngdầu 150 psi (1034 kPa)

ft-Về cơ bản: nguyên lý hoạt động, điều chỉnh, xử lí sự cố và các bộ phận thay thếcủa các bộ điều tốc UG-5.7, UG-8, UG-10 là tương tự nhau

3- Mục đích

Trên tàu thuỷ động cơ điêzel được trang bị để lai chân vịt, lai máy phát điện, laicác thiết bị phục vụ như bơm, máy nén khí Động cơ điêzel khi hoạt động với cácphụ tải loại này có các đặc điểm như sau:

- Động cơ dẫn động máy phát điện: Phụ tải điện (mô tơ điện lai các bơm, máy lái,máy nén, tời cẩu, các thiết bị chiếu sáng, thiết bị hàng hải ) thường xuyên thay đổi

- Động cơ dẫn động chân vịt: Điều kiện khai thác (manơ, điều động, trạng thái vỏtàu, chân vịt, ), điều kiện hành hải (sóng, gió, thời tiết, ) thường xuyên thay đổi

Do đó, năng lượng tiêu thụ (phụ tải của động cơ) thường xuyên thay đổi, dẫn đếnvòng quay của động cơ bị dao động nếu giữ nguyên đặc tính cấp năng lượng (giữnguyên tay ga của động cơ)

Hậu quả có thể xảy ra là

-Tần số của lưới bị thay đổi làm ảnh hưởng tới chế độ làm việc và tuổi thọ của các

* Điều chỉnh bằng tay: Do người khai thác thực hiện bằng cách điều chỉnh trựctiếp tay ga (điều chỉnh nhiên liệu) Nhược điểm của biện pháp này là độ chính xác

và tin cậy không cao mặc dù đòi hỏi nhiều công sức và trong nhiều trường hợpkhông thể thực hiện được

* Điều chỉnh tự động: Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay (bộ điều tốc) để giữvòng quay của động cơ luôn ổn định ở một giá trị đặt trước Ưu điểm của biệnpháp này là độ chính xác và tin cậy cao, đòi hỏi ít công sức của người khai thácNhư vậy, việc trang bị một thiết bị tự động nhằm duy trì ổn định vòng quay của động

cơ là cần thiết Thiết bị tự động làm nhiệm vụ duy trì ổn định vòng quay của động cơ cóthể được gọi là bộ điều chỉnh tốc độ quay, bộ điều chỉnh vòng quay hay ngắn gọn là bộđiều tốc

4- Phạm vi sử dụng

lai chân vịt, lai máy phát điện, lai các thiết bị phục vụ như bơm, máy nén khí

II – NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CÁC PHẦN CHÍNH CỦA BỘ ĐIỀU TỐC

Nguyên lý hoạt động cơ bản của bộ điều tốc UG-L thì tương tự nhau cho tất cảcác loại, chỉ khác nhau ở phương pháp đặt tốc độ Các thiết bị phụ cung cấp các chứcnăng khác nhau nhưng không làm thay đổi sự hoạt động cơ bản của bộ điều tốc Biểu

đồ sơ lược hình 3-1 được cung cấp để ta hiểu về sự hoạt động của bộ điều tốc UG-L

1- Mô tả các bộ phận cấu thành

1.1- Sơ đồ nguyên lý đơn giản

1.2- Chú thích hình vẽ

1 Speeder plug: cơ cấu hãm lò xo tốc độ.

2 Flyweight: quả văng.

3 Ballhead: mâm đỡ quả văng.

4 Speeder rod: thanh truyền từ khớp trượt tới van trượt.

5 Comp Adj Lever: thanh truyền của cơ cấu bù.

6 Output shaft: trục ra của bộ điều tốc.

7 Power piston: piston lực.

8 Accumulators: Bình tích năng (duy trì ổn định áp suất).

9 Accumulator springs: lò xo bình tích năng.

10 Relief port: cửa tràn dầu.

11 Check valve: bộ van một chiều (cho phép bộ điều tốc làm việc với cả hai

chiều quay của động cơ)

12 Oil pump: bơm dầu.

13 Sump: két chứa dầu.

14 Pilot valve plunger: van trượt.

15 Bushing(rotating): ống bao van trượt (quay khi hoạt động).

16 Control port: cửa dầu điều khiển.

17 Drive shaft: trục dẫn động.

18 Floating lever: thanh truyền tự do.

19 Laminated spring drive: cơ cấu truyền động bằng lò xo lá (hấp thụ những

rung động nhỏ gây nhiễu)

20 Small compensation piston: piston bù thụ động (bị động).

21 Large compensation piston: piston bù chủ động.

22 Compensating needle valve: van kim bù.

23 Compensation adjusting pointer: Kim bù.

24 Fulcrum: khớp xoay đặc biệt.

25 Thrust bearing: vòng bi chặn (khớp trượt).

Dòng dầu được hướng thông qua hệ thống van kiểm tra (11) vào trong hệ thốngbình tích năng (8).

hệ thống van trượt (14&15)

2.2 - Pittong lực

Nhiệm vụ của pittong lực (7) là để quay trục ra của bộ điều tốc, để tăng hoặc giảm

vị trí của thanh răng nhiên liệu

Pittong lực (servo) là một loại khác với áp suất dầu ở cả 2 phía pittong.Đầu phíatrên của pittong được nối với trục ra của bộ điều tốc (6) qua một cần điều khiển lực và

bộ phận kết nối lắp ráp Phần dưới của pittong lực (7) có một vùng diện tích rộng hơnđỉnh pittong.Vì thế, với áp suất dầu ít hơn yêu cầu ở phía dưới so với ở phía trên giữpittong đứng yên Nếu áp suất dầu cân bằng ở cả 2 phía trên dưới của pittong, pittong

sẽ được di chuyển lên trên để quay trục cuối theo chiều tăng lượng nhiên liệu Pittong

di chuyển xuống dưới chỉ khi dầu dưới pittong được hồi về két.Dầu tới hay từ dướipittong lực thì được điều chỉnh bởi hệ thống van trượt

2.3 - Hệ thống van trượt

Mục đích của hệ thống van trượt (14&15) là để điều khiển sự chảy của dầu vàohoặc ra phía dưới của pittong lực (7)

Ống bao van trượt (15) được quay bởi trục dẫn động (17) và qua sự quay này, sự

ma sát giữa van trượt và ống bao van trượt được giảm xuống.Van trượt (14) có mộtcùng điều khiển để điều chỉnh dòng dầu chảy qua các cửa trong ống bao (15)

Khi van trượt (14) được hạ xuống, dầu áp suất cao chảy dưới pittong lực (7) nângpittong lên.Khi van trượt được nâng lên,dầu được thải về két chứa từ phía dưới củapittong lực, hạ pittong xuống.Áp suất cao hơn ở phía trên của pittong (7) đẩy pittong

đi xuống.Khi van trượt (14) ở trong vị trí đặt giữa của nó, vùng điều khiển che kín cửadầu điều khiển như hình vẽ 3-1, và tại đó không có sự chuyển động của pittonglực.Van trượt di chuyển được điều khiển bởi hệ thống mâm đỡ quả văng (3) và cácpittong bù chủ động và bị động (20&21)

2.4 - Hệ thống mâm đỡ quả văng

Mục đích của hệ thống này là để cảm biến sự thay đổi tốc độ của nguồn động lựcđầu tiên rồi được so sánh với tốc độ đặt trước, được đặt bởi lò xo tốc độ (26) và tới vịtrí của van trượt (14)

Hệ thống mâm đỡ quả văng bao gồm một mâm đỡ (3), quả văng (2), lò xo tốc độ(26), vòng bi chặn (khớp trượt) (25), cơ cấu hãm lò xo tốc độ (1), và thanh truyền tốc

độ từ khớp trượt tới van trượt (4).Mâm đỡ quả văng (3) được ăn khớp và được lai bởi

cơ cấu truyền động lò xo lá (19).Các quả văng (2) được gắn tới mâm đỡ (3) bằng cácchốt ngõng.Một khớp trượt (25) gối lên trên các chân của cặp quả văng (2).Lò xo tốc

độ (26) được giữ tỳ vào khớp trượt (25) bởi cơ cấu hãm lò xo (1).Khi mâm (3) quay,cặp quả văng (2) xoay quanh ngõng hướng ra bên ngoài do lực quán tính.Cùng lúcnày, lò xo tốc độ (26) đẩy khớp trượt (25) đi xuống lên trên các chân của cặp quảvăng.Lực đẩy xuống này chống lại lực li tâm của quả văng (2).Sự nén lò xo tốc độ(26) với cơ cấu hãm (1) tăng lực đẩy xuống và làm thay đổi tốc độ đặt của bộ điềutốc.Động lực đầu tiên phải tác động nhanh hơn để gây ra một lực li tâm cao hơn đểvượt qua lực căng lò xo tốc độ và cân bằng lại hệ thống

Lực căng lò xo hay tốc độ đặt được điều khiển bằng tay qua trục điều chỉnh tốc độ(1)

1 pittong bù chủ động (21), pittong bù bị động (20), một thanh truyền tự do (18),một thanh truyền điều chỉnh cơ cấu bù (5) với khớp xoay điều chỉnh đặc biệt (24),theo đó là 1 van kim bù (22)tạo nên hệ thống bù (hình 3-1)

Sự bù chỉ là từ khác cho đường đặc tính tốc độ liên hệ ngược.Hệ thống bù giớithiệu một sự điều chỉnh lại tạm thời của tốc độ đặt với sự chuyển động trục ra làm chođường đặc tính tốc độ lien hệ ngược ổn định, theo sau một sự hoàn lại chậm tương đốicủa tốc độ đặt về giá trị ban đầu của nó

Pittong bù chủ động (21) được liên kết tới trục ra (6) bởi thanh truyền (5).Mộtkhớp xoay có khả năng tự xoay (24) đặt trên thanh truyền điều chỉnh.Sự thay đổi vị trí

của khớp xoay cho phép thanh truyền (5) điều khiển số lượng hành trình phù hợp củapittong bù chủ động.

Pittong bù bị động (20) được nối qua một thanh truyền tự do tới van trượt vàthanh truyền từ khớp trượt tới van trượt

Sự chuyển động pittong bù chủ động (21) xuống dưới đẩy dầu xuống phía dướipittong bù bị động (20).Như thế, pittong bù bị động (20) được đẩy lên trên, nó nângvan trượt đóng kín cửa dầu điều khiển, dừng dòng dầu cấp vào phía dưới pittong lực(7)

Van kim bù (22) điều khiển sự chảy của dầu giữa két dầu và pittong bù chủ động(21) và pittong bù bị động (20)

3 - Nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc UG-L

Ở trạng thái cân bằng (vòng quay của động cơ không thay đổi) sức căng lò xo tốc

độ (26) cân bằng với lực ly tâm do cặp quả văng (2) tạo ra, khớp trượt (25) đứng yên

ở một vị trí nhất định Vành điều khiển của van trượt khi đó được duy trì ở vị trí chekín cửa dầu (16) vào xi lanh lực Piston lực (7) do đó được giữ ở một vị trí nhất địnhqui định vị trí của thanh răng nhiên liệu tương ứng với phụ tải hiện tại của động cơ.Lúc ấy dầu có áp suất cao từ bơm (12) sẽ thắng sức căng lò xo (9), đẩy piston củabình tích năng (8) đi lên mở cửa tràn (10) và chảy về két chứa

Trong trường hợp phụ tải tăng, vòng quay của động cơ bị giảm đi, lực ly tâm docặp quả văng (2) tạo ra nhỏ hơn sức căng lò xo (26) làm cho khớp trượt (25) bị đẩy đixuống kéo theo van trượt điều khiển (14) đi xuống (qua thanh truyền 4), do đó cửadầu (16) (vào phía bên dưới của xi lanh lực) thông với đường cấp từ bơm Dầu đượccấp vào khoang bên dưới của xilanh lực đẩy piston lực (7) đi lên, qua cơ cấu thanhtruyền làm xoay trục ra (6) theo chiêù (+) và do đó kéo thanh răng nhiên liệu theochiều tăng lượng nhiên liệu cấp vào động cơ

Khi trục ra (6) quay theo chiều (+) sẽ làm cho đầu phía phải (phía cán piston lực) củathanh truyền (5) đi lên, thanh truyền này xoay tức thời quanh khớp (24) đẩy piston bùchủ động (21) đi xuống Dầu trong bình thông nhau bị nén làm cho piston bù bị động

(20) bị đẩy lên, lò xo ở phía trên của piston này bị nén lại Thanh truyền tự do (18)xoay tức thời quanh đầu bên trái có gắn với thanh truyền (4) làm cho van trượt đi lên.Nghĩa là trong giai đoạn đầu của quá trình điều chỉnh liên hệ ngược mềm cũng có tácdụng đưa van trượt trở về vị trí đóng kín cửa dầu điều khiển Dịch chuyển của piston

bù chủ động phụ thuộc vào vị trí của khớp (24) Tương ứng với một dịch chuyển nhấtđịnh của cán piston lực (7) dịch chuyển của piston bù chủ động sẽ giảm đi khi xoaykim bù (23) về phía MIN (đưa khớp xoay (24) về phía trái) và ngược lại

Khi nhiên liệu cấp vào động cơ đã tăng lên động cơ bắt đầu quá trình gia tốc, vòngquay của động cơ tăng dần lên, khớp trượt (25) có xu hướng đi lên Tốc độ dịchchuyển của khớp trượt phụ thuộc vào đặc tính thay đổi tốc độ (thời gian thay đổi tốcđộ) của động cơ Trong khi đó lò xo ở phía trên của piston bù bị động (20) ở giai đoạntrước bị nén bây giờ giãn dần ra đẩy cho piston bù bị động đi xuống, dầu bị đẩy quavan kim bù (22) ra ngoài Tốc độ dịch chuyển của piston bù bị động phụ thuộc vào độnhớt của dầu, vào độ cứng của lò xo nằm phía trên nó và vào độ mở của van kim bù.Nếu tốc độ dịch chuyển của piston bù bị động và khớp trượt phù hợp với nhau thìthanh truyền tự do (18) sẽ quay quanh đầu trên của cán van trượt (16) trong giai đoạnđộng cơ tăng tốc, có nghĩa là hệ động cơ bộ điều tốc sẽ trở về trạng thái ổn định nhanhhơn

III- CÁCH LỰA CHỌN DẦU BÔI TRƠN

Loại dầu sử dụng phụ thuộc vào nhiệt độ làm việc của bộ điều tốc (xem bảng 2-1) Đầu tiên phải chú ý đến các tính chất của dầu trong bộ điều tốc Nạp vào bộ điềutốc khoảng 1.4 lít dầu tới vạch trên kính nhìn Sau khi động cơ đã khởi động và bộđiều tốc ở nhiệt độ khai thác, bổ xung dầu nếu cần thiết

Sử dụng thông tin ghi trong bảng 2-1 và 2-2 như hướng dẫn để chọn loại dầu bôitrơn/dầu thủy lực phù hợp Lựa chọn dầu dựa trên phạm vi nhiệt độ khai thác của bộđiều tốc Ngoài ra, sử dụng thông tin này để nhận biết và khắc phục các sự cố xảy ravới dầu dùng trong các sản phẩm của Woodward

Dầu của bộ điều tốc là dầu bôi trơn hoặc dầu thủy lực Nó phải có chỉ số độ nhớt

mà cho phép nó hoạt động được ở trên phạm vi nhiệt độ công tác và nó phải được hòatrộn thích hợp với các chất phụ gia để duy trì ổn định và dự báo được ngoài phạm vinày

Dầu bộ điều tốc phải phù hợp với các vật liệu làm kín Nhiều loại dầu ô tô, dầuđộng cơ xăng, dầu bôi trơn công nghiệp và các loại dầu khác từ khoáng sản hoặc dầu

có nguồn gốc tổng hợp đều có thể đáp ứng các yêu cầu này Các bộ điều tốc củaWoodward được thiết kế để có thể hoạt động ổn định với hầu hết các loại dầu có độnhớt ở nhiệt độ khai thác là giữa khoảng 50 ÷ 3000 SUS Ở nhiệt độ làm việc bìnhthường, độ nhớt nên nằm trong mức 100 ÷ 300 SUS Thiết bị truyền động phản hồikém hoặc không ổn định có thể là một dấu hiệu cho thấy độ nhớt của dầu nằm ngoàiphạm vi này

Sự ăn mòn quá mức các bộ phận hoặc sự làm việc giật trong bộ điều tốc có thể docác khả năng:

1.Không đủ dầu bôi trơn do:

Dầu chảy chậm khi nó còn lạnh, đặc biệt là khi khởi động

Không có dầu trong bộ điều tốc

2 Dầu bị nhiễm bẩn do:

Các thùng chứa dầu bị bẩn

Bộ điều tốc bị làm nóng lên và lạnh đi nhiều lần có chu kì, khi đó nó tạo ra sựngưng tụ nước trong dầu

3 Dầu không phù hợp với điều kiện làm việc do:

Thay đổi nhiệt độ môi trường xung quanh

Mức dầu không phù hợp, khi đó nó tạo ra bọt khí trong dầu

Khai thác bộ điều tốc liên tục vượt quá giới hạn nhiệt độ cao của dầu sẽ dẫn đếndầu bị oxi hóa Điều này được nhận biết bằng lớp dầu bóng hoặc cặn trên các bộ phậncủa bộ điều tốc Để giảm sự oxi hóa dầu, hạ thấp nhiệt độ làm việc của thiết bị truyền

động bằng một thiết bị trao đổi nhiệt hoặc các thiết bị khác hoặc thay bằng một loạidầu có khả năng chống oxi hóa ở nhiệt độ làm việc.

Nếu độ nhớt vượt quá phạm vi 50 ÷ 3000 SUS có thể gây ra sự mất kiểm soát bộđiều tốc và thiết bị động lực có thể bị quá tốc Sự quá tốc của thiết bị động lực có thểgây nguy hiểm, hỏng hóc các thiết bị và có thể gây thiệt hại về người

Bảng 2-1: Độ nhớt và nhiệt độ làm việc của các loại dầu

Bảng 2-2: Độ nhớt tương ứng với các loại dầu bôi trơn Các khuyến cáo về độ nhớt của loại dầu cụ thể được đưa ra ở bảng 2-1 Chọn mộtnhãn hiệu dầu thích hợp, hoặc dầu khoáng sản hoặc dầu tổng hợp và tiếp tục sử dụngcùng nhãn hiệu đó Không được trộn lẫn các loại dầu khác nhau Dầu đáp ứng chỉ sốAPI phục vụ cho các động cơ được phân loại trong nhóm “S” hoặc nhóm “C”, bắt đầubằng chữ “SA” hoặc “CA” thong qua “SF” hoặc “CD” thì phù hợp dùng cho bộ điềutốc Các loại dầu đáp ứng được các yêu cầu đặc biệt sau cũng phù hợp: MIL-L-2104A, MIL-L-2104B, MIL-L-2104C, MIL-L-46152, MlL-L-46152A, MIL-L-46152B, MIL-L-45199B.

Thay dầu bộ điều tốc nếu nó bị bẩn và đổi dầu nếu nghi ngờ nó góp phần làm bộđiều tốc kém ổn định Xả dầu khi mà nó vẫn còn nóng và xả xạch bộ điều tốc bằngdung môi làm sạch (ví dụ như dầu nhiên liệu hoặc dầu hỏa) trước khi nạp lại dầu mới.Nếu thời gian xả không đủ để dung môi bay hơi hoặc thoát ra hoàn toàn hãy làm sạch

bộ điều tốc bằng loại dầu mà nó chuẩn bị được nạp vào để tránh làm pha loãng hoặc ônhiễm dầu mới

Để tránh tái ô nhiễm, dầu thay thế không nên có cặn bẩn, nước, và các thành phầnkhác Sử dụng các dụng cụ sạch để chứa và vận chuyển dầu

Dầu đã được lựa chọn cẩn thận phù hợp với điều kiện làm việc và tương thích vớicác bộ phận của bộ điều tốc sẽ cho thời gian làm việc lâu dài giữa các lần thay dầu.Với các bộ điều tốc làm việc trong điều kiện lí tưởng (tiếp xúc tối thiểu với bụi bẩn và