CHƯƠNG 3 CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ MÁY CHÍNH
3.1 HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ
3.1.1.1 VAN KHỞI ĐỘNG CHÍNH
Van khởi động chính: dùng để thực hiện nhiều lần khởi động khi đã mở van trên chai gió, ngồi ra nó cũng là một cơ cấu phối hợp thời điểm cấp gió nén vào hệ thống khởi động với vị trí của cơ cấu đảo chiều và cơ cấu cung cấp nhiên liệu vào động cơ. Van khởi động chính được đặt trên đường khởi động chính (ngay phía sau bình chứa khơng khí nén).
Hình 3-20: Van khởi động chính
1.Van 6. Đường gió nén điều chỉnh 2. Đường gió vào khởi động 7. Nắp van
3. Phần dẫn hướng 8. Chụp 4. Lò xo 9. Thân van 5. Bulong điều chỉnh 10. Đệm làm kín
Nguyên lý hoạt động của xupap khởi động: Đường gió khởi động chính vào nắp xilanh và sau đó theo đường (2) vào van, lúc này áp suất gió nén tác dụng lên mặt nấm và lên bậc thang của phần dẫn hướng (3) tạo thành hai lực cân bằng, do đó dưới tác dụng của
lực lị xo (4) vẫn đẩy van đóng khít với đế. Khi khởi động dịng giónén sau khi vào đĩa chia gió khởi động sẽ theo đường (6) vào van đẩy chụp (8) đi xuống làm mở van (1) lúc ấy dịng gió khởi động nén (2) vào khởi động động cơ.
3.1.1.2 ĐĨA CHIA GIĨ
Đĩa chia gió khởi động: dùng chia gió nén vào van khởi động của xilanh đúng thời điểm. Qua van khởi động chính gió nén đã túc trực sẵn ở van khởi động của xilanh song việc mở van vào thời điểm nào là do van phân phối điều khiển. Cấu tạo của van này gồm một đĩa quay và các rãnh dẫn vào các đường gió ra (các đường gió này dẫn đến các van khởi động trên xilanh), các đường gió ra này tương ứng với số xilanh của động cơ. Khi gió khởi động đi vào đĩa quay, đĩa quay này quay nó sẽ phân phối gió vào các rãnh này, từ đó gió sẽ đi đến van khởi động của các xilanh tương ứng với thứ tự nổ của động cơ.
Hình 3-21: Đĩa chia gió
1.Xy lanh piston 3. Đĩa chia gió khởi động 2. Tay gạt
Khi động cơ đảo chiều, để khởi động động cơ theo chiều ngược lại lúc đó piston (1) sẽ đẩy tay gạt (2) đi qua bên trái hoặc phải làm thay đổi vị trí tiếp xúc giữa các lỗ trên đĩa quay cho phù hợp với chiều nghịch.
3.1.1.3 MÁY NÉN GIÓ VÀ CHAI GIĨ
Máy nén gió (AIR COMPRESSOR): có nhiệm vụ nén khí vào chai gió. Trên chai gió được lắp đặt cảm biến áp suất, tùy vào áp suất giới hạn của chai gió và người khai thác, khi áp suất chai gió thấp dưới giá trị mong muốn, chai gió sẽ tự động khởi động và nén gió. Trên tàu bố trí 2 máy nén gió chính (MAIN AIR COMPRESSOR) và 1 máy nén gió sự cố ( AUX. AIR COMPRESSOR).
Chai gió (AIR RESERVOIR): chai gió cung cấp gió với áp suất cao phục vụ cho việc khởi động máy chính, máy đèn và hệ thống phục vụ khác như điều khiển, về sinh, … trên tàu được lắp đặt 2 chai gió chính ( MAIN AIR RESERVOIR) và 1 chai gió phụ (AUX. AIR RESERVOIR).
Nguyên lý hoạt động của hệ thống gió khởi động: Gió từ máy nén trước khi được nạp vào chai gió được đi qua thiết bị tách dầu và nước. Hai máy nén gió với chế độ tự động khởi động và dừng cung cấp đảm bảo duy trì áp suất gió khởi động trong 2 chai gió là 30 bar, mỗi bình chứa được trang bị van an toàn, van thổi nước ngưng và đồng hồ đo áp suất. Từ 2 chai gió có ba đường dẫn ra:
Đường gió chính cung cấp gió 30 bar đến van khởi động xy lanh máy chính.
Đường gió chính cung cấp gió 30 bar đến van khởi động xy lanh máy đèn
Đường qua trạm giảm áp ( van giảm áp, van an tồn, van đóng-mở) giảm áp suất gió 30 bar xuống 7 bar. Sau đó chia gió thành 2 đường đi vào van phân phối khởi động để điều khiển van khởi động cho máy chính và máy đèn, đường cịn lại cung cấp cho các thiết bị điều khiển và phục vụ khác.
Hình 3-22: Máy nén
Hình 3-24: Máy nén sự cố
Hình 3-25: Cụm van giảm áp
3.1.2 HỆ THỐNG KHÍ NẠP
Động cơ 6S35MC-MK7 sử dụng phương pháp tăng áp bằng tua bin khí xả cho việc nạp khí, việc nạp khí được thực hiện bằng các cửa quét khí thơng qua sự dịch chuyển lên xuống của piston. Mục đích của việc sử dụng tua bin tăng áp: Tăng lượng
khí nạp vào xy lanh cơng tác của động cơ trong quá trình nạp, làm cho nhiên liệu phun vào buồng cháy được đốt cháy hồn tồn hơn làm tăng cơng suất động cơ.
Ưu điểm của phương pháp này là:
Tận dụng được động năng của dịng khí xả.
Tăng cơng suất động cơ. Nhưng mặt khác nó cũng làm tăng sức cản trên đường khí xả và cấu tạo các hệ thống phục vụ cho hệ thống tăng áp phức tạp.
Hình 3-26: Hệ thống gió nạp
Ngun lý làm việc của hệ thống tăng áp khí nạp :
Khí xả từ động cơ qua xupáp xả được dẫn vào ống góp khí xả, sau đó nó được dẫn vào máy nén làm quay tuabin máy nén sau đó khí xả thốt ra ngồi qua ống xả. Tuabin-máy nén quay hút khơng khí nén vào qua bộ lọc khơng khí, sau đó khơng khí được máy nén đẩy đến hộp làm mát khí quét ,tại đây khơng khí qt được làm mát hạ thấp nhiệt độ xuống sau đó được đẩy đến ống góp khí qt rồi vào khoang khí qt, khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới khơng khí được đưa vào buồng đốt.
3.1.2.1 QUẠT GIĨ PHỤ
Khi động cơ đã hoạt động bình thường thì lượng khí xả thốt ra đủ để dẫn động tuabin quay cung cấp đầy đủ lượng khơng khí cần thiết cho q trình cháy của động cơ tuy nhiên lúc động cơ khởi động hoặc làm việc ở các chế độ tải nhỏ hay khơng tải thì lượng khí xả thốt ra khơng đủ để lai tuabin cung cấp lượng khí nạp cần thiết cho động cơ, lúc này phải hỗ trợ khởi động bằng 2 quạt phụ (hai quạt này được dẫn động bằng động cơ điện) hút khơng khí từ khơng gian sau bộ làm mát khí tăng áp, khơng gian này
được nối với ống dẫn khí tăng áp bằng một van lá, và sau khi áp suất tăng áp tăng lên đạt giá trị cần thiết thì quạt điện này sẽ được tự động cắt.
Hình 3-27: Quạt gió phụ
3.1.2.2 TĂNG ÁP GIĨ NẠP BẰNG TUABIN KHÍ XẢ
Các thành phần chính của tua bin tăng áp: Bộ tuabin tăng áp gồm có hai phần chính là tuabin khí và máy nén cùng các cơ cấu phụ như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, các hệ thống bơi trơn và làm mát…v.v.
Tua bin khí là thiết bị biến đổi nội năng và thế năng của chất khí thành cơ năng. Q trình biến đổi này được thực hiện nhờ có sự tác động tương hỗ giữa dịng khí và cánh tuabin. Nội năng và thế năng của chất khí trước tiên được biến đổi thành động năng sau đó là q trình biến đổi động năng thành cơ năng (quay bánh công tác) trong tua bin. Các quá trình này được thực hiện trong cánh hướng và bánh công tác.
Máy nén ly tâm là một thiết bị cơ khí dùng để chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng dòng chảy, máy nén ly tâm dựa vào tác dụng của lực ly tâm để tăng áp suất cho không khí (từ P0 lên Pk), và làm cho khơng khí có lưu lượng Gk (kg/s) từ phần khơng gian này chuyển qua phần khơng gian khác.
Động cơ 6S35MC tăng áp gió nạp bằng tuabin khí xả MAN-NA 40/S01077.
Hình 3-28: Hệ thống tăng áp gió nạp bằng tuabin khí xả
Ngun lí hoạt động:
Sau khi thốt ra khỏi van khí xả được góp vào ống góp khí xả sau đó nó đi vào tua bin tác động vào cánh tua bin làm quay trục rơto, do đó cũng làm quay bánh cánh máy nén (cũng gắn trên trục rơto). Nếu bánh cánh máy nén đang có chuyển động quay ở một tốc độ nào đó, thì sau khi khơng khí qua cửa đi vào sẽ cùng quay với bánh cánh máy nén rồi lưu động theo rãnh thơng giữa các cánh của bánh. Do đó chuyển động tuyệt đối của dịng khơng khí đi vào bánh cơng tác sẽ là tổng hợp của chuyển động theo, quay tròn của bánh cánh máy nén và chuyển động tương đối của dòng chảy trong rãnh cánh. Bánh cánh máy nén đang quay, truyền cơng cho khơng khí làm tăng áp suất và tốc độ của khơng khí trong rãnh cánh. Lúc dịng khí đi tới miệng ra của bánh cánh máy nén, dưới tác dụng của lực ly tâm chuyển động quay, dịng khí đi qua miệng ra của bánh với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào gây tác dụng hút khơng khí phía trước cửa đi vào bánh.
So với các phương pháp tăng áp khác thì phương pháp tăng áp bằng tuabin khí thải được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất vì chúng có những ưu điểm vượt trội:
Có kích thước gọn nhẹ hơn so với các hệ thống tăng áp khác mà vẫn thõa mãn được mức độ tăng áp cần thiết.
Tận dụng năng lượng của khí thải, động cơ khơng tiêu hao một phần nào công suất để dẫn động máy nén.
Có sự phối hợp tự động trong quá trình làm việc của động cơ và tổ hợp tubin máy nén. Khi động cơ làm việc ở chế độ thấp tải thì năng lượng chứa trong khí thải ít, cơng sinh ra của tua bin cũng như công suất máy nén nhỏ, phù hợp với lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình cơng tác, khi tăng tải động cơ thì năng lượng chứa trong khí thải cũng tăng theo, kết quả là công suất của tuabin tăng, đảm bảo cho máy nén cung cấp đủ khơng khí theo u cầu của động cơ.
3.1.2.3 LÀM MÁT GIÓ NẠP
Từ những yếu tố trên ta thấy rằng làm mát khí nạp khơng những cho phép tăng cơng suất có ích mà cịn cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Cấu tạo hệ thống làm mát khí nạp động cơ 6S35MC:
Hình 3-29: Bộ làm mát gió nạp
1. Thiết bị trao đổi nhiệt 4. Vỏ
2. Đường nước ra 5. Ống dẫn khí nạp 3. Đường nước vào làm mát
Nguyên lý hoạt động:
Khơng khí sau khi được máy nén nén đến áp suất cần thiết nó được đưa và ống dẫn dẫn đến thiết bị làm mát khí nạp. Tại đây khơng khí đi qua thiết bị trao đổi nhiệt và được làm mát sau đó khơng khí được đưa vào bầu góp khí nạp chuẩn bị cho q trình nạp vào động cơ. Công chất sử dụng để làm mát là nước biển.
3.1.3 HỆ THỐNG KHÍ XẢ
Mỗi xilanh có một van khí xả, nằm ở giữa nắp xy lanh. Van được lắp trên nắp xy lanh và được xiết chặt bằng bốn bulông, những bu lông này được xiết chặc lại bằng bốn đai ốc thủy lực. Một điểm đặc biệt ta thấy ở cấu tạo của van khí xả là ống dầu áp lực điều khiển việc mở xu páp có đường kính lớn hơn rất nhiều lần so với ống dầu hồi. Kết cấu như vậy vì ống dầu điều khiển mở xu páp to do đó sẽ tạo áp lực lớn và tức thời mở xu páp xả, còn ống dầu hồi nhỏ sẽ làm cho q trình đóng xu páp diễn ra từ từ làm cho quá trình quét xảy ra triệt để hơn, ngồi ra người ta cịn lắp thêm lị xo hai lị xo phía trên và phía dưới có tác dụng giảm chấn cho xupáp.
Nguyên lý hoạt động của hệ thống khí xả:
Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu bằng truyền động xích, trục cam quay thơng qua các cam điều khiển con đội đẩy piston lên xuống. Khi piston đi xuống nhờ độ chân khơng được tạo ra phía trên piston van một chiều mở ra và dầu qua van một chiều được hút vào đầy không gian này, khi piston đi lên van một chiều đóng lại khơng cho dầu đi ngược trở lại, dầu được ép lại tăng áp suất và theo đường ống dẫn dầu đến van khí xả và sau đó tạo áp lực trong buồng làm việc của van khí xả đẩy xupáp xả đi xuống mở van khí xả. Khi xupáp xả đi xuống đến điểm giới hạn dưới cùng, đuôi xupáp xả sẽ mở hai đường dầu thông xuống khoang dưới và lúc này một phần dầu sẽ đi xuống khoang dưới nhằm làm giảm áp lực dầu, sau đó lượng dầu này sẽ theo đường dầu hồi trở về máy nén. Người ta có thể điều chỉnh áp lực dầu nhờ van tiết lưu trên máy nén.
Hình 3-30: Cụm van xả
1. Xupap xả 5. Ống dầu áp lực
2. Cánh 6. Van an tồn thơng với đường dầu an toàn 3. Ống dẫn hướng 7. Áo nước làm mát
4. Ống dầu hồi 8. Đường khí xả
Hiện nay hầu hết trên các động cơ 2 kỳ có cơng suất lớn người ta sử dụng phổ biến hệ thống khí xả điều khiển thủy lực do hệ thống này có nhiều ưu điểm: Kết cấu nhỏ gọn đơn giản hơn nhiều so với cơ cấu điều khiển bằng trục cam, đòn ghánh.
Điều khiển bằng thủy lực nên cơ cấu làm việc êm hơn so với các hệ thống thông thường, tránh được sự va đập của các chi tiết, hạn chế sự hư hỏng do va đập, điều khiển việc đóng mở xupáp chính xác, an tồn độ tin cậy cao.
Hình 3-31: Hệ thống mở xupap
1. Máy nén thủy lực 4. Van khí xả 2. Đường dầu vào 5. Đường dầu hồi 3. Ống cao áp
Tuy nhiên hệ thống điều khiển thủy lực cũng có hạn chế sau: Việc chế tạo máy nén thủy lực địi hỏi độ chính xác cao, nhất là cặp lắp ghép piston-xilanh phải kín khít để đảm bảo áp lực dầu
3.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ: cung cấp đủ một lượng nhiên liệu nhất định ,trong một khoảng thời gian nhất định, vào buồng đối của động cơ tại đúng các thời điểm quy định, dưới dạng sương mù tạo điều kiện cho nhiên liệu hồ trộn tốt nhất với khí nén trong xi lanh. Hệ thống nhiên liệu phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau:
Lượng nhiên liệu cấp vào phải đủ và chính xác theo u cầu của mỗi chu trình và có thể điều chỉnh được theo yêu cầu của phụ tải. Lượng nhiên liệu phun vào
các xilanh phải đồng đều, nếu cấp khơng đều thì động cơ sẽ hoạt động không đều, rung động mạnh ảnh hưởng đến độ bền của động cơ.
Thời điểm phun nhiên liệu phải đúng thời điểm quy định, không sớm quá, không muộn quá. Thời gian phun nhiên liệu càng ngắn càng tốt.
Áp suất nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đúng quy định, phải đủ lớn để tạo sương tốt và có sức xuyên tốt, tạo điều kiện hồ trộn tốt với khí nén trong xilanh.
Nhiên liệu phải được phun ở trạng thái tơi sương (càng tơi sương càng tốt), hình dáng tia nhiên liệu phải phù hợp với buồng đốt tương đối đồng đều, hồ trộn tốt với khí nén. Q trình phun phải dứt khốt, khơng bị nhỏ giọt lúc bắt đầu và lúc kết thúc phun.
Nguyên lý làm việc: Nhiên liệu từ két chứa (dự trữ) được bơm chuyển nhiên liệu tới két lắng. Tại két lắng, các tạp chất bẩn và nước sẽ được lắng xuống đáy két rồi được xả ra ngoài van xả. Nhiên liệu từ két lắng tiếp tục được đưa đến máy lọc. Sau khi qua máy lọc, nhiên liệu được đưa về két trực nhật. Dầu được đưa đến động cơ nhờ bơm cấp và bơm tuần hồn. Sau đó sẽ được thiết bị hâm gia nhiệt. Để người vận hành biết được độ nhớt của dầu, phía sau thiết bị hâm được lắp thiết bị đo độ nhớt. Để hoàn tồn loại bỏ các chất bẩn cịn lại trong dầu, đường dầu đi qua phin lọc rồi đến bơm cao áp, vòi phun. Trước khi máy chính làm việc, dầu được bơm tuần hồn lưu chuyển dầu đến thiết bị hâm sấy, đi vào máy chính và hồi về két hịa trộn. Điều này cho phép động cơ sử dụng dầu nặng ngay khi động cơ làm việc ở các chế độ diều động. Máy phát điện sử dụng dầu DO nên dòng dầu được bơm chuyển dầu đưa trực tiếp đến bơm cao áp máy đèn.
Các thiết bị trong hệ thống: Các két chứa FO, DO, két trực nhật, két lắng, máy lọc dầu DO, các phin lọc, các bơm cấp dầu, bộ hâm dầu, cụm modun cấp dầu cho máy, bơm cao áp, vòi phun, hệ thống đường ống, các van an toàn, van chặn…