Chương 11 chế độ khai thác

Chơng IV Các đặc tính động cơ: g.4.1 Khái niệm chung chế độ công tác đặc tính động Diesel tàu thủy Khái niệm chế độ công tác động cơ: Điều kiện công tác động gắn liền với thay đổi tiêu đặc trng chúng Để đánh giá cách tổng quan tiêu động cơ, đa khái niệm chế độ công tác chúng Chế độ công tác động điều kiện khai thác đợc đặc trng thông số khai thác điều kiện khai thác Thông thờng chọn thông số khai thác làm thông số ( tiêu bản) đặt tên cho chế độ công tác trùng với tên thông số (chỉ tiêu bản) Chẳng hạn: - Chế độ vận tốc, đặc trng cho trình làm việc động theo chế độ vòng quay cho trớc n ( v/p) - Chế độ tải đặc trng cho công tác động tải cho trớc (áp suất có ích bình quân Pe mô men Me ) giá trị định n Pe cho trớc ứng với chế độ công tác tơng ứng Mỗi chế độ có tính chất riêng điều kiện công tác số khai thác Đối với động truyền động trực tiếp không thông qua hộp số, chế độ vòng quay tối thiểu ổn định n xác định chất lợng điều động tàu số trình công tác ( trình trao đổi khí phun nhiên liệu cháy xilanh động với điều kiện xấu nhất) Đối với động phụ nh động Diesel lai máy phát , chế độ không tải (Pe = ) có ý nghĩa quan trọng, ta đánh giá chất lợng máy nh tính kinh tế qua thông số đợc báo Đối với động lai chân vịt, khái niệm chế độ công tác động đồng với chế độ làm việc tàu Tuy nhiên, chế độ công tác động Diesel không trùng với chế độ làm việc tàu Ví dụ: - Khi động tàu thuỷ lai chân vịt không biến bớc đảo chiều trực tiếp, chế độ vận tốc động thông thờng trùng với chế độ vận tốc tàu bao gồm: chế độ toàn tiến toàn lùi ( Full Ahead Full Astern ), chế độ tiến lùi trung bình (Slow Ahead or Slow Astern ) chế độ hành tr×nh nhá ( Dead Slow Ahead or Dead Slow Astern) - Khi hệ động lực dùng ly hợp, động tàu thuỷ chế độ vòng quay nmin (tiến lùi) thời gian điều động tầu ly hợp đợc nhả (Clutch 0ff) chế độ tàu trạng thái "Stop" Tơng tự máy khởi động hoạt động không tải (Pe = 0, nhả ly hợp), chế độ động không trùng với chế độ tàu (Stanby) - Khi hệ động lực lai chân vịt biên bớc chế độ động không trùng với chế độ tàu Động hoạt động chế độ tiến, vòng quay ổn định tuỳ thuộc vào bớc chân vịt vận tốc tàu thay đổi, chí đảo chiều cho tàu - Chế độ tải động phụ thuộc vào chế độ công tác tàu trang trí hệ thống lực bao gồm chế độ toàn tải, nửa tải, nhỏ tải, không tải, chế độ lai buộc - Ngoài riêng với động Diesel có chế độ hoạt động cố nh chế độ ngắt cố hay vài xilanh, chế độ cố tuabin máy nín tăng áp Phân tích trình làm việc động chế độ trên, chọn lựa giá trị tải nh vòng quay thích hợp, đánh giá trạng thái kỹ thuật động có ý nghĩa định khai thác Diesel tàu thuỷ Nếu công suất động điều kiện cho trớc đặc trng cân thông số dao động với giá trị cho phép gần giá trị trung bình ta có chế độ định mức Chuyển từ chế độ sang chế độ khác với thay đổi thông số động theo thời gian ta có chế độ công tác chuyển tiếp Khái niệm đặc tính động Chế độ động đợc biểu thị dạng đồ thị dạng bảng dới dạng phơng trình toán học với mối quan hệ thông số gọi đặc tính động Cụ thể hơn, đặc tính động Diesel tàu thuỷ biểu thị mối quan hệ thông số động với dới dạng đồ thị, dới dạng bảng dới dạng phơng trình toán học mà qua ngời sử dụng đánh giá đợc tình trạng hoạt động động Khi biểu diễn mối quan hệ đồ thị: trục hoành, dùng để biểu thị thông số bản, thông số khác đợc biểu diễn trục tung, Đờng cong nối điểm liên kết lại với đặc tính động Theo trên, thông thờng xét đến hai thông số động là: vận tốc quay động tải, nên đồ thị biểu thị đặc tính trục hành thông thờng biểu thị vận tốc quay n tải ( Pe, Me ) Tơng ứng đặc tính động đợc phân chia làm hai loại đặc tính vận tốc đặc tính tải * Đặc tính tải: Là tập hợp chế độ tải tải thay đổi Chúng biểu thị mối quan hệ thông số cần xét theo tải ( Pe, Me ) giữ nguyên số vòng quay động không đổi * Đặc tính vận tốc: tập hợp chế độ vận tốc vòng quay thay đổi Chúng biểu thị mối quan hệ thông số cần xét theo vận tốc quay động giữ nguyên tay ga nhiên liệu (lợng nhiên liệu cấp cho chu trình không đổi, hành trình có ích bơm cao áp không đổi chu trình) Đối với động Diesel tàu thuỷ đặc tính vận tốc đợc chia thành đặc tính đặc tính phân Đặc tính thu đợc cấp hoàn toàn nhiên liệu vào xilanh Còn đặc tính phận thu đợc giảm tay ga nhiên liệu Các trờng hợp đặc biệt đặc tính vận tốc đặc tính chân vịt, đặc tính điều tốc, đặc tính tổng hợp Các đặc tính đợc cho hồ sơ động cơ, chúng thu đợc thử nghiệm động g4.2 Các đặc tính động Diesel I Đặc tính vận tốc: tập hợp chế độ vận tốc Chúng biểu thị mối quan hệ thông số chủ yếu động nh công suất, mômen quay, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất theo thông số vòng quay động cấu điều khiển lợng nhiên liệu cung cấp cho chu trình không đổi (hP= cost) Chú ý công suất động Diesel phụ thuộc vào việc điều chỉnh lợng nhiên liệu cung cấp cho chu trình Khi việc điều chỉnh khác (đặt tay ga nhiên liệu khác ) giới hạn công suất khác Có mối quan hệ công suất động với số vòng quay là: Ne = K1 n dW Trong ®ã: * K1 - hệ số không đổi * dW - lợng nhiên liệu cấp chu theo trình Khi lợng nhiên liệu cấp cho chu trình không thay đổi (dW = const) công suất phát động tỷ lệ bậc với thông số vòng quay nó: Ne = K n Trong động Diesel, đặc tính thu đợc thử, bao gồm: * Đặc tính tuyệt đối : ( đờng ) Là đờng đặc tính vận tốc mà chế độ vòng quay công suất động phát đạt đến trị số giới hạn lớn Khi làm việc theo đặc tính này, động xảy h hỏng Trong khai thác thông số cho phép động hoạt động đặc tính * Đặc tính giới hạn bơm cao áp động cơ: (đờng 1) Là đờng đặc tính vận tốc mà chế độ vận tốc, cấu điều khiển đợc kéo tới chốt hạn chế BCA Thông thờng , bơm cao áp có khả cung cấp lợng nhiên liệu lớn yêu cầu chu trình, có lắp chốt hạn chế để hạn chế lợng cấp nhiên liệu cực đại cho chu trình Thực tế, đặc tính thu đợc vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động đặt giá trị giới hạn cực đại ( hMAX ) Thời gian làm việc đặc tính không (1-2h ) * Đặc tính nhả khói đen: (đờng 2) Là đặc tính tốc độ mà ứng với chế độ vòng quay động cơ, cấu điều khiển nằm vị trí bắt đầu xuất khói đen xả Đặc tính khói ®en cã thĨ x¶y ë bÊt kú chÕ ®é vËn tèc nµo ( nã phơ thc vµo hƯ sè, d lợng không khí ) Động hoạt động kéo dài đặc tính Khi chọn điều chỉnh điều tối tốt (căn vào độ dốc đặc tính giới hạn điều tốc ) tránh đợc tợng khói đen Các đặc tính vận tốc động Diesel Ne = f(n) , hp = const * Đặc tính định mức động : (đờng 3) Đây đặc tính thu đợc vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động đặt vị trí định mức ứng với giá trị tay ga nhiên liệu, động hoạt động vòng quay định mức công suất động phát công suất định mức theo thiết kế Đặc tính định mức đờng đặc tính động Khi động làm việc chế độ công suất định mức thông số kỹ thuật- kinh tế động đợc nhà chế tạo quy định đảm bảo * Đặc tính khai thác động cơ: (đờng 4) Đây đặc tính thu đợc vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động đạt giá trị khai thác (h Kt ) nhỏ ®Þnh møc Trong ®iỊu kiƯn thùc tÕ thêng chØ khai thác từ (85 95%)Neđm Động hoạt động theo đặc tính đảm bảo độ tin cậy tính kinh tế cao Đây vùng khai thác thờng xuyên động * Đặc tính phận động cơ: (đờng 5) Đây đặc tính thu đợc vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động đặt giá trị phận (h bp) Công suất động phát thấp so với công suất định mức Ngoài đồ thị có đờng: - Đờng giới hạn vòng quay cực tiểu (NMIN): (đờng ) Đờng có ý nghĩa việc trì vòng quay tối thiểu ổn định động cho động làm việc ổn định thời gian dài - Đặc tính giới hạn cđa bé ®iỊu tèc: ( ®êng 7) Bé ®iỊu tèc dùng để tự động điều chỉnh lợng nhiên liệu cung cấp cho chu trình nhằm bảo đảm công suất động cân với phụ tải, phụ tải thay đổi đột ngột Qua giữ cho tốc độ quay động ổn định Khi động đợc trang bị điều tốc, đờng đặc tính đợc giới hạn đờng đặc tính điều tốc, nhằm hạn chế vợt tốc động trì vận tốc ổn định cho động II Đặc tính tải: Đặc tính tải tập hợp chế độ tải Chúng biểu thị mối quan hệ thông số kỹ thuật kinh tế chủ yếu động theo áp suất có ích trung bình Pe hay mômen quay không đổi (n = const) Đặc tính tải đợc sử dụng cho động làm việc với số vòng quay không đổi Chẳng hạn nh đ/c Diesel lai máy phát điện , lai bơm, máy nén, động lai chân vịt biến bớc Để giữ nguyên số vòng quay n, động đợc trang bị điều tốc chế độ Thực tế tải thay đổi số vòng quay động thay đổi song nhỏ nên xem không đổi (n = const) Thông thờng đặc tính tải đợc vẽ số vòng quay định mức (nĐM) giá trịi thông số cần xét nh Ne, Ni , Nm, Ni, Ne, Nm, ge , gi đợc xem xét từ trục hoành đợc biểu diễn dới dạng phần trăm tải (Pe %) Ne, Ni, Nm, Ni, Nm Đặc tính tải Diesel tàu thuỷ g4.3 Sự phối hợp công tác động Diesel - Thiết bị lai I Đặc tính thiết bị lai: Tính đặc tính công tác hệ thống lực khác nhau, phụ thuộc vào thiết bị đẩy hệ động lực chính, máy phát điện làm thiết bị tải cho hệ động lực Diesel - máy phát Sau ta giới thiệu đặc tính chúng Đặc tính chân vịt Do tính chất tơng tác vỏ tàu chân vịt với môi trờng nớc nên chân vịt làm việc với vận tốc quay chân vịt (nCV) tiêu thụ công suất (N CV) chúng tạo nên lực đẩy tàu (Fđẩy) tạo nên vận tốc tàu (V) Đặc tính chân vịt thiết bị đẩy đặc tính vận tốc, thông số đợc chọn vận tốc quay trục chân vịt Theo lý thuyết tàu, đờng đặc tính chân vịt cho tàu dùng chân vịt định bớc họ đờng cong theo phơng trình: NECV = C nXCV (NECV= C.NXCV) đây: hệ số C biểu thị sức cản vỏ tàu, chân vịt điều kiện khai thác khác Còn số mũ x phụ thuộc vào hình dáng, tuyến hình loại tàu Đối víi tµu hµng, x =  NECV = C.n3 Đặc tính máy phát: Đối với máy phát điện, tải hầu nh không đổi ta thay đổi vận tốc máy phát Đờng đặc tính tải - vận tốc quay trục đờng thẳng song song với trục hoành II Tính phối hợp công tác hệ động lực lai chân vịt định bớc truyền động trực tiếp Điểm phối hợp công tác: Điểm phối hợp công tác đợc xác định từ điều kiện cân ổn định lợng cấp từ động lợng tiêu thụ thiết bị lai Điểm phối hợp công tác đợc biểu diễn hệ trục Nếu công suất phát động Nđc = Nđc (nđc), công suất tiêu thụ thiết bị lai N CV = NCV (nCV) điểm phối hợp công tác điểm công suất động công suất thiết bị lai (với giả thiết tổn hao đờng truyền công suất) Nđc (nđc)= NCV (nCV) cần lu ý đến liên hệ vòng quay trục khuỷu vòng quay trục chân vịt (thiết bị đai) Khi hệ động lực lai trực tiếp chân vịt không qua hộp số (bộ biến đổi vận tốc) nđc = nCV Còn hệ động lực dùng hộp số (bộ biến đổi vận tốc) cần đa vào tỷ số trun vËn tèc: i = nCV/nđc Trong trêng hỵp trun động trực tiếp (i = 1) điểm phối hợp công tác động chân vịt điểm A giao điểm đờng Neđc = Neđv (nđc) víi ®êng Ne®v = Cnx N®m víi ®iỊu kiƯn khai thác đặc trng hệ số C (điều kiện môi trờng, sức cản ) chế độ tải không đổi (tay ga nhiªn liƯu dw = const) TÝnh phèi hợp công tác hệ động lực lai chân vịt trực tiếp điều tốc Giả sử điều kiện khai thác ban đầu (C1), ta có điểm phối hợp công tác A ứng với tay ga nhiên liệu dw1 = const (Vòng quay khai thác chọn nKT ) Khi điều kiện khai thác thay đổi từ (C1) sang (C2) sức cản tăng lên Lúc điểm phối hợp công tác chuyển đến A ứng với vòng quay n < nKT để trì vòng quay nKT ta cần thay đổi tay ga nhiên liệu ứng với dw = const, lúc điểm phối hợp công tác vị trí A' (trờng hợp tăng tay ga) Nếu điều kiện khai thác tốt tức nhẹ tải từ (C1) sang (C2'), điểm phối hợp công tác vị trí A'' Nh vậy, điều tốc ứng với thay đổi nặng tải hay nhẹ tải so với trạng thái ban đầu, phải tăng hay giảm ga Tính phối hợp công tác hệ động lực lai chân vịt trực tiếp có trang bị điều tốc Trên Diesel tàu thuỷ lai chân vịt đợc trang bị điều tốc nhiều chế độ Do vậy, điều kiện khai thác thay đổi, điều tốc có tác động vào cấu điều chỉnh lợng cấp nhiên liệu bơm cao áp, (tức thời tăng giảm lợng cấp theo đặc tính điều chỉnh vòng quay không đổi chế độ vận tốc khai thác Khi động điều tốc , động làm việc theo đờng đặc tính điều chỉnh điều tốc Để khống chế cho động không bị tốc độ tải nhẹ, điểm công tác phải nằm đờng đặc tính điều tốc Khi tải nặng (điều kiện khai thác nặng nề) điểm khai thác phối hợp nằm đờng đặc tính giới hạn bơm cao áp Trên đồ thị : A, A', A'', A* điểm phối hợp công tác ứng với đặc tính chân vịt theo C1, C2, C2' C* Để trì tốc độ nKT xấp xỉ nKT, lợng điều chỉnh bơm cao áp tới vị trí tơng ứng với dw' dw'' nhằm tăng giảm nhiên liệu với mục đích trì vòng quay nKT cách tự động nhờ bé ®iỊu tèc  ... (Pe = 0, nhả ly hợp), chế độ động không trùng với chế độ tàu (Stanby) - Khi hệ động lực lai chân vịt biên bớc chế độ động không trùng với chế độ tàu Động hoạt động chế độ tiến, vòng quay ổn định... - Chế độ tải động phụ thuộc vào chế độ công tác tàu trang trí hệ thống lực bao gồm chế độ toàn tải, nửa tải, nhỏ tải, không tải, chế độ lai buộc - Ngoài riêng với động Diesel có chế độ hoạt động... báo Đối với động lai chân vịt, khái niệm chế độ công tác động đồng với chế độ làm việc tàu Tuy nhiên, chế độ công tác động Diesel không trùng với chế độ làm việc tàu Ví dụ: - Khi động tàu thuỷ