He thong may tau thuy

Trang bị cho các kỹ sư Hàng hải, kỹ sư điện tàu thuỷ nắm được hệ thống năng lượng trên tàu. Máy tàu thuỷ là trái tim, là hệ thống tim mạch của con tàu. Vì lẽ đó người điều khiển tàu phải nắm được những kiến thức thiết yếu nhất về máy tàu thì mới có thể khai thác, chỉ huy được một cách an toàn và đạt hiệu quả kinh tế cao.

Trong hệ thống trên hình 2.11, dầu chứa trong các két chứa dự trữ, được bơm tới két lắng và hâm sấy lên Sau khi qua máy lọc li tâm, dầu được hâm sấy, lọc sạch

sẽ và được bơm lên két trực nhật Từ đây dầu được bơm cấp qua các bầu hâm và thiết bị điều chỉnh độ nhớt Thiết bị điều chỉnh độ nhớt sẽ khống chế sao cho dầu luôn có được độ nhớt thích hợp trước khi đi vào động cơ Sau đó, dầu được đưa qua bầu lọc tinh trước khi được cấp tới hệ thống phun nhiên liệu Trong hệ thống ta còn thấy có một van điều áp để luôn duy trì áp suất không đổi trong đường ống Van này có thể được mở thông trong trường hợp ta muốn dùng dầu đã được hâm tuần hoàn ngược trở lại để hâm sấy toàn bộ hệ thống Két cân bằng hay két đệm là nơi thu hồi dầu tái tuần hoàn

Trong hệ thống có rất nhiều các thiết bị bảo vệ như: báo động mức dầu trong két thấp, độ nhớt không thích hợp, báo động cháy…

Hệ thống nhiên liệu DO cũng hoạt động tương tự như hệ thống FO, bơm sẽ chuyển dầu từ két chứa DO qua máy lọc li tâm rồi đổ vào két lắng Dầu DO sẽ được đưa vào hệ thống tới động cơ diesel qua van 3 ngả Khi dùng dầu DO thì ta hâm sấy

ít hơn so với khi dùng dầu FO, như vậy, khi muốn chuyển dầu trong hệ thống ta phải chuyển từ từ để nhiệt độ dầu trong hệ thống ổn định

1.1.2 Hệ thống phun nhiên liệu (hệ thống nhiên liệu cao áp)

Chức năng của hệ thống phun nhiên liệu là phải cung cấp vào buồng đốt của động cơ một lượng nhiên liệu có chất lượng tốt và vào đúng thời điểm thích hợp

Do vậy, cần có một số yêu cầu đối với nhiên liệu cấp vào động cơ như thời điểm cấp và độ sương của nhiên liệu Việc phun nhiên liệu này được thực hiện bởi các vấu cam trên trục cam Ở động cơ 2 thì, trục cam quay với tốc độ bằng chính tốc độ quay của trục khuỷu còn ở động cơ 4 thì, trục cam quay với tốc độ bằng một nửa tốc

độ quay của trục khuỷu Có hai loại hệ thống cơ bản thường được dùng: hệ thống dùng nhiều bơm cao áp rời và hệ thống dùng chung một bơm cao áp

1.1.2.1 Hệ thống dùng nhiều bơm cao áp rời

Trong hệ thống dùng nhiều bơm cao áp rời, mỗi xilanh sẽ được cấp dầu bởi một bơm cao áp riêng Các bơm cao áp này hoạt động được là nhở sự tác động theo chu kỳ của các vấu cam trên trục cam Xilanh và piston plunger của các bơm sẽ được thiết kế, tính toán sao cho chúng cấp đủ dầu vào các xilanh Ta có thể điều chỉnh, thay đổi lượng dầu cấp vào động cơ qua các cửa dầu trên xilanh

và rãnh xéo trên piston hay các van tràn có thể điều chỉnh được (sẽ được nói kỹ hơn ở các phần sau) Mỗi một bơm cao áp trong hệ thống sẽ cấp dầu tới một hay nhiều vòi phun của một xilanh, van kim trong vòi phun sẽ chỉ mở khi áp suất dầu đạt tới giá trị đặt mong muốn để bảo đảm rằng nhiên liệu được phun vào trong xilanh dưới dạng sương

1.1.2.2 Hệ thống dùng chung một bơm cao áp

Hình 2.12: Hệ thống nhiên liệu dùng một bơm cao áp

Hệ thống dùng một bơm cao áp có nhiều piston plunger, cấp nhiên liệu cao

áp vào bầu góp, như vậy bầu góp này sẽ luôn chứa nhiên liệu có áp suất rất cao

Từ bầu góp này, nhiên liệu được cấp vào tất cả các vòi phun của các xilanh qua một van định thời, van này có tác dụng định thời điểm và lượng cấp nhiên liệu vào các xilanh Khi áp suất dầu trong hệ thống quá cao, các van tràn sẽ xả bớt dầu ra khỏi bầu góp, còn bình tích năng có tác dụng triệt tiêu xung áp suất sinh ra trong đường ống khi hệ thống làm việc Trong hệ thống loại này, các vòi phun có thể được xem như các van nhiên liệu

1.1.2.3 Bơm cao áp

Bơm cao áp hoạt động được là nhờ một piston plunger, trên piston có rãnh xéo, chuyển động lên xuống trong xilanh nhờ tác động của vấu cam trên trục cam Thời điểm phun nhiên liệu được điều chỉnh bằng cách tăng hoặc giảm khoảng cách tương đối giữa piston plunger với vấu cam Hành trình của bơm cao

áp không đổi và lượng cấp nhiên liệu của bơm được điều chỉnh bằng cách xoay piston plunger, tương ứng làm thay đổi vị trí của rãnh xéo trên piston

Nhiên liệu được cấp vào bơm qua cửa B (Hình 2.13) Khi piston plunger dịch chuyển xuống phía dưới, nhiên liệu tràn vào trong xilanh Khi piston plunger dịch chuyển lên trên, cửa B được piston đóng lại và nhiên liệu được nén trong xilanh và được cấp tới vòi phun với áp suất rất cao Khi rãnh xéo C mở thông cửa tràn D, dầu trong xilanh thoát ra và kết thúc quá trình phun nhiên liệu Van xuất dầu (một chiều) A ngăn không cho dầu từ vòi phun quay ngược trở lại bơm Sau đó, nhiên liệu lại được hút vào bơm khi piston plunger đi xuống và quá trình phun được lắp lại

Piston plunger có thể được xoay nhờ cơ cấu thanh răng và ống răng gài vào phía dưới của piston Khi piston plunger xoay, rãnh xéo C trên piston cũng xoay theo, làm thay đổi thời điểm mở cửa tràn D do đó làm thay đổi lượng nhiên liệu cấp vào buồng đốt của động cơ Thanh răng sẽ được nối với tay điều khiển động

cơ hoặc bộ điều tốc của động cơ

Kiểu bơm có biến lượng nhỏ này được sử dụng rất nhiều trên các động cơ diesel

1.1.2.4 Van định thời

Van định thời trong hệ thống dùng chung một bơm cao áp hoạt động được

là nhờ một vấu cam và một cần điều chỉnh (Hình 2.14) Khi van định thời được đội lên nhờ cam và cần điều chỉnh, nhiên liệu có áp suất cao sẽ được cấp tới vòi phun Cần điều chỉnh của van nối với thanh trượt, thanh trượt được đặt ở vị trí tương ứng với tay trang điều động máy để điều chỉnh chính xác lượng nhiên liệu được cấp vào buồng đốt của động cơ

Hình 2.13: Mặt cắt bơm cao áp dạng rãnh xéo (Bơm bosch)

Hình 2.14: Van định thời

Hình 2.15: Vòi phun

1.1.2.5 Vòi phun

Trên hình 2.15 là mặt cắt của một vòi phun điển hình Ta có thể thấy rõ là vòi phun gồm 2 phần cơ bản: đầu phun và thân vòi phun Nhiên liệu đi vào vòi phun, chảy qua các rãnh trên thân vòi phun, vào các rãnh trên đầu phun và cuối cùng chảy vào đầy khoang bao quanh mặt côn của kim phun Kim phun luôn tì sát lên đế côn trong đầu phun dưới tác động của lực lò xo thông qua ti kim phun trên thân vòi phun Ta có thể đặt trước giá trị áp suất phun của vòi phun bằng cách điều chỉnh đai ốc nén lò xo làm thay đổi sức căng lò xo Bề mặt tiếp xúc giữ thân vòi phun và đầu phun phải được rà kín để khi chúng được bắt chặt lại với nhau bằng đai ốc hãm thì dầu không bị rò lọt ra ngoài

Kim phun sẽ rời khỏi mặt đế côn của nó khi áp suất tác động lên mặt côn của kim phun phải tạo ra lực lớn hơn lực nén của lò xo Khi đó nhiên liệu sẽ tràn vào khoang phí dưới của đầu phun và phun vào buồng đốt qua các lỗ rất nhỏ Các

lỗ nhỏ này được thiết kế sao cho khi nhiên liệu đi qua chúng sẽ được tán nhỏ thành dạng sương và khi phun vào buồng đốt sẽ có thể bùng cháy Khi bơm cao

áp hoặc van định thời không cấp nhiên liệu cao áp tới vòi phun, kim phun sẽ sập xuống, đóng kín lại với đế côn trong đầu phun dưới tác động của lực lò xo

Hệ thống mồi hay xả air được lắp trên đường cấp nhiên liệu Trước khi khởi động động cơ, ta phải xả air (mồi) tất cả các vòi phun Bên trong các vòi phun ở các động cơ diesel thấp tốc lớn đều có đường nước làm mát

1.2 Hệ thống bôi trơn

Hệ thống bôi trơn của động cơ diesel có nhiệm vụ cung cấp dầu bôi trơn tới các chi tiết chuyển động bên trong động cơ, nhằm tạo màng dầu bôi trơn giữa các chi tiết chuyển động làm giảm ma sát và mài mòn Ngoài ra, dầu bôi trơn còn có tác dụng như một chất vệ sinh và trong một số động cơ nó có tác dụng như một công chất làm mát

1.2.1 Hệ thống dầu bôi trơn

Dầu bôi trơn động cơ được chứa trong cacte hoặc trong két đáy ngay dưới động cơ (Hình 2.16) Dầu được hút từ két, qua giỏ lọc, qua 2 bơm dầu ghép song song và sau đó qua 2 bầu lọc tinh cũng được ghép song song Sau đó dầu được đẩy qua sinh hàn dầu bôi trơn trước khi đi vào động cơ để tới các nhánh ống Nhánh ống chính sẽ dẫn dầu tới các ỗ đỡ chính của trục khuỷu, một lượng dầu nhỏ sẽ đi dọc theo các lỗ khoan trong trục khuỷu tới ổ đỡ dầu to thanh truyền và sau đó đi theo các lỗ khoan dọc theo thân thanh truyền lên bôi trơn cho ổ đỡ chốt piston hoặc ổ đỡ của đầu chữ thập Một phần dầu nữa sẽ đi trogn ácc nhánh ống phụ tới bôi trơn các

ổ đỡ trục cam, cơ cấu truền động từ trục khuỷu lên truc cam và tới bôi trơn ổ đỡ của

cò mổ trên nắp xilanh….Ở phía cuối đường ống cấp dầu bôi trơn, người ta gắn thiết

bị báo động để bảo đảm rằng bơm luôn tạo đủ áp lực đẩy dầu trong hệ thống Có 2 bơm và 2 bầu lọc tinh được bố trí trong hệ thống, một trong hai chạy thường xuyên, cái còn lại để dự phòng khi có sự cố hỏng hóc xảy ra Hai bầu lọc sẽ được lắp song song sao cho khi một cái đang làm việc ta vẫn có thể tháo cái còn lại ra vệ sinh, bảo dưỡng Sau khi bôi trơn các chi tiết trong động cơ, dầu sẽ rớt trở lại cácte hoặc két đáy để tái tuần hoàn Trên két đáy, người ta gắn thiết bị chỉ báo mức để ta có thể biết được mức dầu trong két Ngoài ra, trong hệ thống còn có một máy lọc dầu li tâm, nó sẽ lọc sạch dầu trong hệ thống và dầu bổ sung từ két chứa

Sinh hàn dầu bôi trơn được làm mát bằng nước biển hoặc nước ngọt, áp suất nước làm mát sinh hàn dầu bôi trơn phải có áp lực nhỏ hơn áp lực dầu trong hệ thống để trong trường hợp có bất cứ sự rò lọt nào bên trong sinh hàn của không cho phép nước lẫn vào dầu

Hình 2.16: Hệ thống bôi trơn

1.2.2 Bôi trơn xilanh

Ở động cơ 2 thì thấp tốc lớn, người ta thường bố trí một hệ thống bôi trơn riêng biệt cho các sơmi xilanh Dầu được phun vào giữa sơmi và piston bằng các bơm bôi trơn độc lập áp suất cao Dầu dùng trong hệ thống là loại đặc biệt và sau khi bôi trơn nó không được thu hồi mà chảy xuống cacte Ngoài tác dụng bôi trơn, lượng dầu này góp phần làm kín khí trong xilanh và các phụ gia trong dầu có tác dụng làm sạch sơmi xilanh

1.3 Hệ thống làm mát

Động cơ diesel được làm mát bằng công chất lỏng tuần hoàn qua các rãnh, khoang bên trong động cơ Sau khi làm mát động cơ, công chất lỏng sẽ nóng lên và sau đó nó lại được làm mát tại các sinh hàn nhờ trao nhiệt với nước biển chảy qua sinh hàn Nếu các chi tiết chính của động cơ không được làm mát đúng mức, chúng sẽ nhanh chóng bị phá hủy do chịu nhiệt độ rất lớn trong quá trình cháy của nhiên liệu trong xilanh Việc làm mát sẽ giúp cho kim loại giữ được cơ tính của nó Công chất lỏng thường được dùng trong hệ thống làm mát thường là nước ngọt, người ta không dùng nước biển làm công chất làm mát trực tiếp các chi tiết vì nó có thể gây ăn mòn các chi tiết Đôi khi người ta cũng sử dụng dầu bôi trơn như một công chất làm mát piston vì nếu lượng dầu làm mát này có rò lọt ra ngoài thì cũng rớt trở lại cacte mà

không làm ảnh hưởng gì tới các hệ thống khác của động cơ Nhưng do nhiệt dung riêng của dầu thấp nên ta cần phải có lượng dầu lớn gấp 2 lần so với lượng nước để có thể đạt được hiệu quả như mong muốn

1.3.1 Hệ thống làm mát bằng nước ngọt

Trên hình 2.17 là sơ đồ hệ thống nước làm mát cho động cơ diesel 2 thì thấp tốc Hệ thống này được tách thành 2 mạch riêng rẽ: mạch nước làm mát piston và mạch nước làm mát sơmi xilanh, nắp xilanh, tuabin tăng áp

Hình 2.17: Hệ thống làm mát bằng nước ngọt Nước làm mát sơmi xilanh sau khi ra khỏi động cơ sẽ được đưa tới sinh hàn nước làm mát sơmi xilanh, tại đây nó trao nhiệt cho nước biển và sau đó lại được bơm nước tuần hoàn hút và đẩy ngược trở lại động cơ để làm mát sơmi xilanh, nắp xilanh và tuabin tăng áp Trong mạch còn có một két giãn nở là nơi thoát hơi của hệ thống và nó còn có nhiệm vụ bổ sung nước cho hệ thống Hơi thoát ra khỏi động cơ

sẽ được đưa tới két giãn nở và tại đây, không khí sẽ được tách ra khỏi hệ thống Ngoài ra, trong mạch còn có một bầu hâm, nước làm mát động cơ sẽ được đẩy qua bầu hâm vào động cơ để hâm nóng động cơ trước khi khởi động

Mạch nước làm mát piston cũng có các thiết bị tương tự như mạch nước làm mát sơmi xilanh, nhưng chỉ khác một điểm là trong mạch này không dùng két giãn

nở mà thay vào đó là két chứa nước Người ta phải bố trí mạch nước làm mát piston riêng rẽ để ngăn chặn không cho tạp chất từ mạch này lẫn vào các mạch nước làm mát khác

1.3.2 Hệ thống làm mát bằng nước biển

Trong động cơ diesel có rất nhiều các loại công chất lỏng cần được làm mát bằng nước biển, chẳng hạn như dầu nhờn, nước làm mát piston, nước làm mát xilanh Để có thể làm mát được các công chất này ta cần phải có các sinh hàn riêng như: sinh hàn dầu nhờn, sinh hàn nước làm mát piston, sinh hàn nước làm mát và cho nước biển đi qua chúng Ngày nay, trên các tàu hiện đại, người ta dùng “hệ thống nước làm mát trung tâm”, trong hệ thống kiểu này, nước biển sẽ chỉ có nhiểm

vụ làm mát một sinh hàn trung tâm, còn lượng nước ngọt được làm mát ở sinh hàn trung tâm sẽ tuần hoàn qua làm mát một loạt các sinh hàn trong hệ thống Trong “hệ thống làm mát trung tâm” sẽ có rất ít thiết bị tiếp xúc trực tiếp với nước biển, do vậy

sẽ làm giảm thiểu các vấn đề về ăn mòn trong hệ thống

Hình 2.18: Hệ thống làm mát bằng nước biển Trên hình 2.18 là sơ đồ hệ thống làm mát bằng nước biển Nước biển sẽ được

2 bơm hút vào qua các đầu thông biển sau đó được đẩy qua sinh hàn dầu bôi trơn, sinh hàn nước làm mát sơ mi xilanh và sinh hàn nước làm mát piston rồi lại được thải ra biển Một nhàn nước biển được chích ra đưa nước tới làm mát sinh hàn gió tăng áp (ở động cơ 2 thì thấp tốc)

1.4 Hệ thống gió khởi động

Động cơ diesel được khởi động bằng cách cấp một lượng không khí (gió) nén vào xilanh theo một trình tự nhất định để quay động cơ theo chiều thích hợp Khí nén

phải luôn được nén vào đầy các chai gió để sẵn sàng đưa đi sử dụng Theo yêu cầu của Đăng kiểm, chai chứa khí nén phải chứa được lượng khí nén đủ cho 12 lần khởi động động cơ Trong hệ thống khởi động luôn có các khóa liên động để bảo đảm không cho động cơ khởi động nếu các thiết bị trong hệ thống chưa sẵn sàng làm việc hoặc làm việc không tốt

Hình 2.19: Hệ thống khởi động bằng gió nén

Trên hình 2.19 là sơ đồ hệ thống khí khởi động, máy nén sẽ nén đầy khí vào chai Sau đó gió nén được cấp tới van gió khởi động qua các đường ống lớn Van gió khởi động này được mở từ xa nhờ gió nén từ mạch gió điều khiển, nếu van gió khởi động này mở, gió sẽ được cấp tới supáp khởi động ở các xilanh Trên đường ống gió lớn từ chai gió tới van khởi động, người ta chích một nhánh đưa tới van điều khiển khởi động, van này được đóng mở thông qua tay trang điều khiển động cơ

Khi ta tác động lên tay điều khiển động cơ, van điều khiển khởi động mở, gió được cấp tới van khởi động chính để mở van khởi động chính, đồng thời cũng có một đường gió đi tới đĩa chia gió Đĩa chia gió được lai bởi trục cam của động cơ, khi trục cam quay, gió sẽ lần lượt được chia theo thứ tự nhất định ứng với chiều quay của động

cơ vào các supáp khởi động để mở các supáp khởi động Các supáp khởi động được

mở nhờ tác động của đường gió điều khiển từ đĩa chia gió tới và nó sẽ tự động đóng lại nhờ tác động của lò xo nếu gió điều khiển từ đĩa chia gió mất đi Nếu supáp páp khởi động mở thì gió sẽ được từ đường ống lớn đi trực tiếp vào xilanh của động cơ, đẩy piston xuống làm trục khuỷu quay Trên đường gió từ van điều khiển khởi động tới van khởi động chính có một van khóa liên động nhằm bảo vệ không cho mở van khởi động chính để cấp gió vào động cơ nếu ta chưa ngắt máy via động cơ ra

Dầu bôi trơn máy nén gió sẽ lẫn vào đường ống gió và két lại trong đường ống Nếu supáp khởi động không kín, khí nóng sẽ có thể đi ngược lại đường ống gió và làm dầu bôi trơn két trong đường ống bốc cháy Nếu ta cấp gió vào đường ống, điều này có thể làm cho dầu trong đường ống cháy nhiều hơn và có thể làm nổ đường ống Để ngăn chặn hiện tượng này, các supáp khởi động phải thường xuyên được bảo dưỡng, đường ống gió cũng phải thường xuyên được vệ sinh, xả sạch dầu, và ta phải định kỳ bảo dưỡng máy nén để giảm thiểu lượng dầu lọt từ máy nén vào đường ống

Để chống nổ đường ông, người ta lắp một loạt các thiết bị bảo vệ như van an toàn, thiết bị chặn lửa trên đường ống gió Van khởi động chính cũng có tác dụng như một van một chiều trên đường ống gió, nó cũng chi cho gió chạy theo một chiều vào động cơ mà thôi Nếu máy nén bị mất nước làm mát, nhiệt độ khí nén vào chai gió sẽ tăng cao và cũng có thể làm nổ đoạn đường ống từ máy nén tới chai gió, do đó ta phải lắp các thiết bị báo động khi nhiệt độ trên đoạn đường ống này

1.4.1 Thiết bị làm kín tuabin

Người ta phải lắp các bộ làm kín để ngăn không cho hơi rò lọt ra khỏi tuabin cao áp và ngăn không cho không khí lọt vào tuabin thấp áp Thường thì người ta sẽ lắp cả bộ làm kín cơ khí và bộ làm kín bằng hơi

Bộ làm kín cơ khí thường là kiểu làm kín khuất khúc Người ta bố trí một loạt các gờ tròn nhô ra khỏi trục, các gờ này được chế tạo rời và ép chặt lên trục, đồng thời ở trên thân tuabin người ta cũng bố trí các gờ nhô ra Kiểu kết cấu như vậy tạo nên những khe hẹp và các buồng liên tiếp nhau (Hình 3.8) Hơi đi tới bộ làm kín, khi tiết lưu qua khe hẹp đầu tiên hơi bị sụt áp, tốc độ tăng Sau khi ra khỏi khe hẹp, hơi đi vào buồng, tốc độ của hơi mất đi, chuyển hóa thành năng lượng nhiệt Tới khe hẹp và buồng tiếp sau, quá trình diễn ra tương tự, càng về sau áp suất của hơi sẽ được giảm từ từ về bằng “0” Như vậy, do kết cấu của các vòng gờ gây khuất khúc, dòng hơi phải thực hiện quá trình chảy phức tạp, kết quả là bản thân dòng hơi tạo được khả năng tự làm kín