Nghiên cứu thiết kế hệ thống tự động làm sạch bầu lọc cho hệ thống bôi trơn động cơ diesel tàu thủy

Bài viết giới thiệu hệ thống tự động làm sạch bầu lọc để áp dụng cho bầu lọc tinh của hệ thống bôi trơn động cơ diesel tàu thủy. Loại bầu lọc này trong quá trình hệ thống bôi trơn động cơ diesel tàu thủy đang hoạt động nó có thể tự động làm sạch các phin lọc của nó mà không cần phải có tác động của con người, không cần phải dừng hoạt động của hệ thống bôi trơn.

KHOA HỌC - KỸ THUẬT NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG LÀM SẠCH BẦU LỌC CHO HỆ THỐNG BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY RESEARCH TO DESIGN THE AUTOMATIC CLEANING FILTER SYSTEM FOR LUBRICATING OIL SYSTEM OF MARINE DIESEL ENGINE PHẠM HỮU TÂN*, VŨ ANH TUẤN, TRẦN VĂN THẮNG Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: phamhuutan@vimaru.edu.vn Tóm tắt Bài báo giới thiệu hệ thống tự động làm bầu lọc để áp dụng cho bầu lọc tinh hệ thống bôi trơn động diesel tàu thủy Loại bầu lọc q trình hệ thống bơi trơn động diesel tàu thủy hoạt động tự động làm phin lọc mà khơng cần phải có tác động người, khơng cần phải dừng hoạt động hệ thống bôi trơn Điều đảm bảo cho hệ thống bôi trơn động diesel hoạt động ổn định, chất lượng bôi trơn đảm bảo Đảm bảo động hoạt động an tồn, ổn định tin cậy Từ khóa: Hệ thống bơi trơn, bầu lọc có xả ngược, tự động làm phin lọc, áp suất dầu bôi trơn, tổn thất áp suất Abstract This paper introduces the automatic cleaning filter system to use to the fine filters of the marine diesel engine lubricating oil systems This type of filter in the process of operating marine diesel engine lubricating oil system can automatically clean the filter without human impact, no need to stop the operation of the lubricating oil system This ensures stable diesel engine lubricating oil system, lubricant quality is always guaranteed Ensure the engine operates safety, stably and reliably Keywords: Lubricating oil system, back wash filter, automatic cleaning filter, lubricating oil pressure, pressure loss Đặt vấn đề Hệ thống bơi trơn động diesel tàu thủy có nhiệm vụ đưa dầu bôi trơn đến bôi trơn cho bề mặt ma sát động diesel,… Chức dầu bôi trơn bôi trơn, làm mát làm bề mặt ma sát động diesel Do có ma sát chi tiết với làm cho bề mặt ma sát bị mài mòn Dầu bơi trơn có nhiệm vụ làm kéo mạt kim loại mài mòn, tạp chất có bề mặt ma sát tuần hồn với dầu bôi trơn te động diesel két chứa sumptank Mặt khác, q trình động diesel hoạt động, khí xả rò lọt xuống te động làm cho dầu bơi trơn bị hóa cốc, tạo muội dầu bơi trơn Ngồi thân dầu bơi trơn tồn tạp chất trình sản xuất, vận chuyển, lưu trữ dầu bơi trơn Chính mà dầu bơi trơn ln tồn tạp chất, mạt kim loại,… Các tạp chất khơng làm tuần hồn với dầu bôi trơn đến bề mặt bôi trơn, phá hủy bề mặt bơi trơn động Bầu lọc tinh có nhiệm vụ giữ lại tạp chất có dầu bơi trơn để đảm bảo dầu bôi trơn bôi trơn động diesel Các tạp chất bị giữ lại bề mặt lõi lọc bầu lọc nhiều lên, làm tăng sức cản bầu lọc, giảm áp lực dầu bôi trơn Điều ảnh hưởng tới chất lượng bôi trơn cho động diesel Để khắc phục việc tăng trở lực bầu lọc bị bẩn đa số bầu lọc tinh hệ thống bơi trơn động diesel tàu thủy có kết cấu tự làm cách xả ngược hệ thống bôi trơn hoạt động Việc thao tác vệ sinh bầu lọc hệ thống bôi trơn hoạt động đa số thuyền viên tàu thực Điều ảnh hưởng tới sức khỏe thuyền viên tàu thủy Chính mà báo giới thiệu hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc trình hệ thống bơi trơn hoạt động mà khơng cần phải có tác động người Nguyên lý tự làm bầu lọc Một hệ thống bôi trơn động diesel tàu thủy có sơ đồ Hình Dầu bôi trơn từ két chứa (sumptank) (8) bơm dầu (2) hút qua bầu lọc thô (1) đưa tới bầu lọc tinh (9) Tại kết cấu lõi lọc bầu lọc nên tạp chất có dầu giữ lại bề mặt Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 lõi lọc, dầu bơi trơn tiếp tục đưa qua bầu làm mát (6) để trì nhiệt độ dầu giới hạn định, sau đưa vào bôi trơn động (7) Bầu lọc tinh (4) thường kết cấu có từ hai lõi lọc trở lên bố trí cho lõi lọc bẩn lõi lọc vệ sinh cách xả ngược, lõi lọc khác hoạt động bình thường để khơng ảnh hưởng đến q trình hoạt động hệ thống bơi trơn Hình kết cấu bầu lọc tự làm trình hệ thống bơi trơn hoạt động Lò xo giữ phin lọc Nắp bầu lọc Phin lọc Vỏ bầu lọc 10 Cần điều khiển vệ sinh bầu lọc a) Van hướng dòng dầu vào Cửa dầu vào b) Hình Kết cấu bầu lọc tự làm lõi lọc [2] Hình Sơ đồ hệ thống bơi trơn động diesel tàu thủy [1] Khi cần điều khiển vệ sinh bầu lọc đặt vị trí thẳng đứng Hình 2a hai lõi lọc trạng thái hoạt động bình thường Dầu bơi trơn đưa tới bề mặt hai lõi lọc Hình 2b, qua lõi lọc khơng gian lõi lọc vỏ bầu lọc, sau đưa tới bôi trơn cho động diesel Các tạp chất giữ lại bề mặt lõi lọc nhiều lên làm cản trở q trình lưu thơng dầu bơi trơn qua lõi lọc Để làm tạp chất bám bề mặt bên lõi lọc ta thao tác sau: Ví dụ ta vệ sinh lõi lọc bên trái, ta đưa cần điều khiển sang trái góc 450 so với vị trí thẳng đứng (Hình 2a) Khi van hướng dòng đóng hồn tồn cửa cấp dầu vào lõi lọc bên trái (Hình 3a) MẶT TRƯỚC PHIN LỌC TỰ LÀM SẠCH MẶT SAU PHIN LỌC TỰ LÀM SẠCH Phin lọc xả ngược để vệ sinh Van xả cặn Phin lọc xả ngược để vệ sinh Van xả cặn a) b) Hình Trạng thái lõi lọc bên trái vệ sinh xả ngược [2] Do kết cấu van hướng dòng dầu đóng khơng kín hồn tồn Hình 3b nên khơng gian mặt ngồi lõi lọc vỏ bầu lọc có dầu bơi trơn Áp suất bên ngồi lõi lọc bên trái áp suất dầu bôi trơn cho động diesel Nếu ta mở van xả cặn bên trái áp suất bên lõi lọc gần áp suất môi trường van xả cặn nối với két dầu cặn (10) (Hình 1) Do chênh lệch áp suất bên bên lõi lọc bên trái nên cặn bán bề mặt bên lõi lọc bên trái làm cặn dẫn két dầu cặn (10) Nếu vệ sinh lõi lọc bên phải ta cần xoay cần điều khiển vệ sinh bầu lọc sang phải Hình 2a mở van xả cặn bên phải lõi lọc bên phải lúc vệ sinh, lõi lọc bên trái trạng thái làm việc bình thường Như lõi lọc bầu lọc làm mà không cần phải dừng hệ thống bôi trơn động Thiết kế hệ thống tự động làm bầu lọc Hệ thống tự động làm bầu lọc thiết kế phải đảm bảo hệ thống bôi trơn động diesel hoạt động, áp suất dầu bôi trơn giảm 10% so với áp suất làm việc định mức hệ thống bôi trơn (do phin lọc bị bẩn) hệ thống phải tự động vệ sinh lõi lọc Để hệ thống làm việc tự động hệ thống phải bao gồm phần tử, hệ thống Hình 4a: - Hệ thống khí nén điều khiển gồm 01 xilanh khí nén loại tác động hai phía có sử dụng hai lò xo để đưa piston xilanh điều khiển vị trí khơng điều khiển, 01 van điều khiển loại 4/3 điều khiển điện, 01 nguồn khí nén điều khiển có áp suất bar - 02 van điện từ cho xả dầu bẩn từ lõi lọc két lắng (Hình 1) Các van có nhiệm vụ mở đường dầu từ bên lõi lọc vệ sinh két lắng hệ thống bôi trơn Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 - Một bảng điện điều khiển mà có sử dụng vi xử lý PLC224 để điều khiển chương trình hoạt động tự động vệ sinh bầu lọc, 01 xử lý tín hiệu vào loại 1-11C1 để xử lý tín hiệu vào cho trình điều khiển, 01 xử lý tín hiệu loại 1-10C1 để xử lý tín hiệu điều khiển cho hệ thống, 04 contactor để điều khiển van điện từ xả cặn, van điều khiển xilanh khí nén để điều khiển cần điều khiển vệ sinh bầu lọc, 01 nguồn để biến điện áp 110V AC thành nguồn 24V DC Bảng điện thiết kế để điều khiển tự động điều khiển tay - 01 rơ le áp suất cảm biến áp suất loại có áp suất làm việc tới 15bar Ở sử dụng rơ le áp suất để cảm biến áp suất đường bầu lọc (áp suất bôi trơn động diesel) Khi áp suất dầu bôi trơn giảm xuống khoảng 10% so với áp suất làm việc hệ thống bôi trơn (tương ứng với bầu lọc bẩn) rơ le áp suất đưa tín hiệu đến xử lý tín hiệu để điều khiển vệ sinh bầu lọc CONTROL BOX Bảng điện điều khiển STOP START OUTO LAMP TEST SOLENOID STOP START COIN OF CONTROL VALVE STOP START Rơ le áp suất cảm biến độ bẩn phin lọc Bầu lọc tự làm 13 13 13 R1 R2 R3 14 14 14 Thử đèn COIN OF CONTROL VALVE Chuông báo động START Cuộn hút VĐK HAND ON OFF SOLENOID STOP Cuộn hút VĐK Van điện từ xả dầu RUN LAMP Van điện từ xả dầu 24V POWER LAMP 13 13 13 13 R4 R4 R4 R4 14 14 14 14 0.1 0.2 0.3 2L 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 3L 0.7 1.0 1.1 1.1 1.2 1.3 1.4 N L1AC M L+ Van điều khiển Cần điều khiển vệ sinh bầu lọc a) 24V b) Hình Hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc Dự trữ Rơ le áp suất ALARM RESET Công tắc chuông Công tắc thử đèn Nút ấn dừng chuông Cuộn hút VĐK Van điện từ xả dầu Van điện từ xả dầu Cuộn hút VĐK HAND Van điện từ cho xả dầu từ lõi phin lọc AUTO Dự trữ 1.5 Rơ le áp suất 1.0 Cuộn hút VĐK 2M Cuộn hút VĐK 0.5 Van điện từ xả dầu 0.4 0.3 Van điện từ xả dầu 0.2 110V (U7,V8) CẤP CHO BIẾN ÁP 0.1 24V CPU224 110V 0.0 0.0 Từ biến áp tới 1L 1M Q Xilanh khí nén điều khiển xả ngược phin lọc c) Sơ đồ mạch điện điều khiển tự động vệ sinh bầu lọc thể Hình 4b, sơ đồ bố trí cầu đấu dây bảng điện thể Hình 4c Ở nguồn điện điều khiển cho van điện từ xả cặn van điện từ điều khiển nguồn 24V DC Nguồn điện cấp vào cho bảng điện điều khiển nguồn xoay chiều 110V AC Thiết kế chương trình điều khiển tư động vệ sinh bầu lọc 4.1 Thuật toán điều khiển tự động vê sinh bầu lọc Để thiết kế chương trình điều khiển tự động vệ sinh bầu lọc trước tiên ta phải xây dựng thuật tốn điều khiển chương trình Thuật tốn điều khiển tự động vệ sinh bầu lọc thể Hình Bắt đầu Rơ le thời gian hoạt động 15s Chuyển công tắc ĐK sang vị trí AUTO Chuyển cấp điện cho VĐT Rơ le áp suất cảm biến áp suất dầu bôi trơn No Rơ le thời gian hoạt động 15s Δp=10%pBT Yes Yes Cấp điện cho VĐT Δp=10%pBT No Kết thúc Hình Thuật tốn điều khiển tự động vệ sinh bầu lọc Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 4.2 Thiết kế chương trình điều khiển tự động vệ sinh bầu lọc "1-1OC.OU T4" TON2 R TON2 "1-1OC1.O1 "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T4" T2" T1" TON EN ENQ IN TON2 "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T0" Q PT ET EN TON1 TON ENQ IN PT TON1 "1-1IC1.IN 1" "TON1" "TON2" "1-1IC1.IN 0" Q ET "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T0" T4" "1-1IC1.IN 2" "1-1IC1.IN 3" "1-1OC1.OU T0" "1-1IC1.IN 4" "1-1IC1.IN 5" "1-1OC1.OU T1" "1-1OC1.OU T4" "TEST" "1-1OC1.OU T5" "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T5" "PS" END Hình Thiết kế mạch mô hệ thống điện điều khiển tự động vê sinh bầu lọc Để thiết kế chương trình điều khiển trình tự động vệ sinh bầu lọc nạp chương trình vào PLC để điều khiển, sử dụng phần mềm Automation Studio để thiết kế mơ Chương trình điều khiển xây dựng phần mềm Automation Studio tương thích với chương trình điều khiển PLC nên mơ đầy đủ tính chương trình điều khiển phần mềm nạp vào PLC để điều khiển hệ thống Mạch điều khiển khí nén mạch mơ hệ thống bôi trơn động diesel thiết kế phần mềm Automation Studio thể Hình Mạch mơ chương trình điều khiển tự động vệ sinh bầu lọc thể Hình Trong có card xử lý tín hiệu vào, card xử lý tín hiệu chương trình điều khiển PLC Kết mô Sau thiết kế hệ thống điều khiển phần mềm Automation Studio, ta tiến hành mô hệ thống cách nhấn vào Normal Simulation chương trình chạy mơ nguyên lý điều khiển hệ thống sau: "1-1OC.OU T4" TON2 R TON2 "1-1OC1.O1 "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T4" T2" T1" TON EN ENQ IN Q PT TON2 "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T0" EN ET TON1 TON ENQ IN ET "1-1OC1.OU T4" "TON1" "TON2" "1-1IC1.IN 0" Q PT TON1 "1-1IC1.IN 1" "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T0" T4" "1-1IC1.IN 2" "1-1IC1.IN 3" "1-1OC1.OU T0" "1-1IC1.IN 4" "1-1IC1.IN 5" "1-1OC1.OU T1" "1-1OC1.OU T4" "TEST" "1-1OC1.OU T5" "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T5" "PS" END Hình Mơ trạng thái bầu lọc làm việc bình thường Khi hệ thống bôi trơn động diesel hoạt động, ta chuyển cơng tắc điều khiển sang vị trí AUTO, hệ thống đưa vào chế độ hoạt động tự động Nếu áp suất dầu bôi trơn động diesel đạt giá trị áp suất làm việc hệ thống từ 100 Psi trở lên (tương đương bar) rơ le áp suất Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 ngắt tiếp điểm điện, khơng có tín hiệu điều khiển vệ sinh bầu lọc đưa tới xử lý Các van (SOL 1) (SOL2) van điều khiển khí nén van điện từ xả cặn dầu khơng có điện Van điều khiển khí nén vị trí giữa, khóa khí nén cấp tới xilanh khí nén Cần điều khiển vệ sinh bầu lọc vị trí thẳng đứng hai lõi lọc trạng thái làm việc bình thường Các van điện từ xả dầu trạng thái đóng Hình mơ bầu lọc hệ thống bơi trơn trạng thái làm việc bình thường Để mơ trình vệ sinh bầu lọc hệ thống bôi trơn ta nhấn vào van tiết lưu sau rơ le áp suất (van tiết lưu mô tổn thất áp suất động diesel) để điều chỉnh độ mở van tiết lưu (tương tự lõi lọc bị bẩn) Khi áp suất dầu bôi trơn động diesel giảm xuống 10% (p = 91,97 Psi) so với áp suất làm việc bình thường rơ le áp suất đóng tiếp điểm rơ le, tín hiệu điện đưa tới điều khiển Rơ le thời gian (TON1) có điện đưa tín hiệu cấp nguồn cho van điện từ (SOL 1) van điều khiển khí nén cấp nguồn cho van điện từ (SOL 1) van xả cặn để xả cặn két lắng hệ thống bôi trơn Khi van điều khiển khí nén cấp khí nén cho xilanh khí nén để điều khiển piston xilanh khí nén sang trái Cần điều khiển vệ sinh bầu lọc kéo sang vị trí bên trái để vệ sinh lõi lọc bên trái bầu lọc Hình mơ q trình điều khiển vệ sinh cho lõi lọc bên trái bầu lọc Sau thời gian 15s rơ le thời gian (TON 1) điện, van điện từ (SOL 1) van xả cặn điện, van đóng đường xả cặn dầu bên trái lại Van điện từ (SOL1) van điều khiển điện, van điều khiển lò xo đưa vị trí Sau 1s rơ le thời gian (TON 2) có điện đưa tín hiệu cấp nguồn cho van điện từ (SOL 2) van điều khiển van xả cặn Van điều khiển chuyển sang vị trí điều khiển cấp khí nén vào khoang bên trái xilanh khí nén đẩy piston sang bên phải Cần điều khiển vệ sinh bầu lọc đẩy sang phải để vệ sinh cho lõi lọc bên phải Hình mơ q trình điều khiển vệ sinh lõi lọc bên phải bầu lọc "1-1OC.OU T4" TON2 R TON2 "1-1OC1.O1 "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T4" T2" T1" TON EN ENQ IN PT TON2 "1-1OC1.OU T4" Q "1-1OC1.OU T0" EN ET TON1 TON ENQ IN PT TON1 "1-1IC1.IN 1" "TON2" "1-1IC1.IN 0" Q ET "1-1OC1.OU T4" "TON1" "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T0" T4" "1-1IC1.IN 2" "1-1IC1.IN 3" "1-1OC1.OU T0" "1-1IC1.IN 4" "1-1IC1.IN 5" "1-1OC1.OU T1" "1-1OC1.OU T4" "TEST" "1-1OC1.OU T5" "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T5" "PS" END Hình Mơ qua trình điều khiển vệ sinh lõi lọc bên trái bầu lọc Sau 15s rơ le thời gian (TON 2) điện, van điện từ (SOL 2) điện, van xả cặn đóng lại van điều khiển khí nén trở vị trí để khóa nguồn khí nén cấp tới xilanh Piston xilanh khí nén lại trở vị trí giữa, kéo cần điều khiển vị trí để mở thơng đường dầu cấp vào cho bầu lọc Quá trình mơ Hình Nếu sau vệ sinh lõi lọc bầu lọc mà áp suất dầu bôi trơn tăng lên đến áp suất làm việc hệ thống (p = 100 psi) dừng điều khiển vệ sinh bầu lọc Nếu áp suất dầu bôi trơn giảm 10% so với áp suất làm việc chương trình tiếp tục điều khiển để vệ sinh bầu lọc Nếu lần xả cặn liên tục mà áp suất dầu bôi trơn giảm có tín hiệu báo động bầu lọc bẩn Sau mô hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc, q trình mơ hoạt động tốt ta nạp tồn chương trình mơ vào PLC để điều khiển Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 "1-1OC.OU T4" TON2 R TON2 "1-1OC1.O1 "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T4" T2" T1" TON EN ENQ IN Q PT TON2 "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T0" EN ET TON1 TON ENQ IN ET "1-1OC1.OU T4" "TON1" "TON2" "1-1IC1.IN 0" Q PT TON1 "1-1IC1.IN 1" "1-1OC1.OU "1-1OC1.OU T0" T4" "1-1IC1.IN 2" "1-1IC1.IN 3" "1-1OC1.OU T0" "1-1IC1.IN 4" "1-1IC1.IN 5" "1-1OC1.OU T1" "1-1OC1.OU T4" "TEST" "1-1OC1.OU T5" "1-1OC1.OU T4" "1-1OC1.OU T5" "PS" END Hình Mơ qua trình điều khiển vệ sinh lõi lọc bên phải bầu lọc Kết luận Hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc áp dụng cho bầu lọc tinh hệ thống bôi trơn động diesel tàu thủy Khi hệ thống bôi trơn động diesel hoạt động bầu lọc tự động làm lõi lọc mà khơng cần phải dừng hệ thống bơi trơn Như bầu lọc ln trì hệ thống bơi trơn làm việc ổn định thời gian dài Bầu lọc thiết kế để thao tác vệ sinh bầu lọc tay cách thao tác công tắc bảng điện điều khiển Điều thuận tiện cho thuyền viên tàu vận hành bầu lọc (đặc biệt bầu lọc làm tự động mà không sạch) Nếu hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc sau áp dụng xuống tàu để tự động làm cho bầu lọc tinh hệ thống bôi trơn động diesel tàu thủy giảm sức lao động thuyền viên tàu Nó làm tăng cường nội địa hóa trang thiết bị cho ngành đóng tàu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] TS Nguyễn Trung Cương, “Động diesel tàu thủy”, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2010 [2] TS Phạm Hữu Tân, “Máy phụ tàu thủy tập 2”, NXB Giao thông Vận tải, Hà Nội, 2012 Ngày nhận bài: 04/03/2019 Ngày nhận sửa: 26/03/2019 Ngày duyệt đăng: 03/04/2019 10 Tạp chí Khoa học Cơng nghệ Hàng hải Số 59 - 8/2019 ... lõi lọc bên phải bầu lọc Kết luận Hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc áp dụng cho bầu lọc tinh hệ thống bôi trơn động diesel tàu thủy Khi hệ thống bôi trơn động diesel hoạt động bầu lọc tự động làm. .. tiện cho thuyền viên tàu vận hành bầu lọc (đặc biệt bầu lọc làm tự động mà không sạch) Nếu hệ thống tự động vệ sinh bầu lọc sau áp dụng xuống tàu để tự động làm cho bầu lọc tinh hệ thống bôi trơn. .. thống tự động làm bầu lọc thiết kế phải đảm bảo hệ thống bôi trơn động diesel hoạt động, áp suất dầu bôi trơn giảm 10% so với áp suất làm việc định mức hệ thống bôi trơn (do phin lọc bị bẩn) hệ thống