1.3.1.1. Tình hình hoạt động
Từ tháng 10 năm 1994 đến nay, các tàu thuỷ có sử dụng động cơ TBK được đưa vào khai thác ngày càng nhiều ở Việt Nam. Theo thống kê (Bảng 1.1), hiện nay ở Việt Nam có khoảng 15 tàu thuỷ trang bị hệ động lực TBK, với các kiểu loại và sự bố trí các động cơ TBK trong hệ động lực khác nhau. Dự kiến lực lượng tàu thuỷ sử dụng các động cơ TBK sẽ tiếp tục được tăng nhanh về số lượng. Việt Nam đã có kế hoạch đóng mới thêm khoảng 20 tàu thuỷ trang bị động cơ TBK trong các năm tới.
Các tàu loại này hoạt động chủ yếu trên vùng biển từ Đà Nẵng, Khánh Hoà, Vũng tàu, các khu vực biển thuộc quần đảo Hoàng Sa, Trường Sa của Việt Nam. Đây là vùng biển có điều kiện khí hậu khác so với chế độ thiết kế của động cơ TBK, cũng là một yếu tố ảnh hưởng lớn đến công suất và các thông số khác của động cơ TBK.
Qua khảo sát sau một thời gian khai thác từ 1994 đến nay đối với động cơ TBK trên các tàu thuỷ quân sự ở một số chế độ khai thác nhất định trong điều kiện Việt Nam so với các thông số làm việc ở chế độ thiết kế ta thấy:
- Các động cơ TBK không phát huy được công suất tối đa;
- Không thể khai thác động cơ TBK ở chế độ toàn bộ theo định mức thời gian thiết kế do các thông số đo vượt quá giá trị cho phép.
- Trong quá trình khai thác xuất hiện nhiều hỏng hóc, đặc biệt là ở hệ thống điều khiển, bảo vệ và hệ thống nhiên liệu.
Bảng 1.1 thống kê các tàu thuỷ Việt Nam sử dụng động cơ TBK làm động cơ lai chân vịt tàu thuỷ.
Bảng 1.1: Thống kê tàu và số lượng động cơ TBK sử dụng trên tàu thuỷ Việt Nam TT Tên tàu Lượng giãn nước (Tấn) Số động cơ TBK hành trình (Cái) Số động cơ TBK tăng tốc (Cái) Nơi đăng ký tàu 1 VN - 071 550 2 2 Khánh Hoà 2 VN - 072 550 2 2 Khánh Hoà 3 VN - 073 550 2 2 Khánh Hoà 4 VN - 074 550 2 2 Khánh Hoà 5 VN - 075 550 2 2 Khánh Hoà 6 VN - 076 550 2 2 Khánh Hoà 7 VN - 077 550 2 2 Vũng Tàu 8 VN - 078 550 2 2 Vũng Tàu 9 VN - 011 2100 0 2 Khánh Hoà 10 VN - 012 2100 0 2 Khánh Hoà 11 VN - 09 1040 0 2 Vũng Tàu 12 VN - 11 1040 0 2 Vũng Tàu 13 VN - 13 1040 0 2 Vũng Tàu 14 VN - 15 1040 0 2 Vũng Tàu 15 VN - 17 1040 0 2 Vũng Tàu
Các động cơ TBK sử dụng trên các tàu thuỷ ở Việt Nam có công suất từ 4000 mã lực tới 20000 mã lực, tuỳ thuộc vào lượng giãn nước của con tàu và để thực hiện các chế độ hành trình khác nhau của con tàu. Các động cơ TBK có thể làm việc độc lập hoặc kết hợp với nhau cung cấp nguồn động lực cho việc đẩy tàu chuyển động. Chúng được phân ra thành các động cơ TBK hành trình (động cơ hành trình) và các động cơ TBK tăng tốc (động cơ tăng tốc).
Các động cơ hành trình dùng để lai chân chân vịt ở chế độ tàu hành trình với vận tốc vừa và nhỏ. Đó cũng là chế độ thường sử dụng trong điều kiện khai thác hàng ngày của tàu thuỷ. Các động cơ tăng tốc được sử dụng khi cần phát huy tốc độ cao của con tàu, khi có yêu cầu cần sử dụng động cơ tăng tốc hoặc trường hợp các động cơ hành trình (động cơ Diesel hoặc động cơ TBK hành trình) gặp sự cố. Thực tế cho thấy, hư hỏng xảy ra đối với các động cơ TBK sử dụng trên các tàu thuỷ ở Việt Nam chủ yếu là ở các động cơ hành trình.
Bảng 1.2: Bảng thông số các loại động cơ TBK sử dụng trên các tàu thuỷ Việt Nam
TT Tên động cơ
Công suất (Mã lực)
Loại động cơ TBK Nước sản xuất
1 GM6 4000 Hành trình Ucraina
2 GP7 10000 Tăng tốc Ucraina
3 GTM2 15000 Tăng tốc Ucraina
4 GTM4 20000 Tăng tốc Ucraina
1.3.1.2. Những hư hỏng thường gặp của động cơ TBK
Các động cơ TBK tàu thuỷ hoạt động tương đối tin cậy. Độ tin cậy của động cơ TBK không thua kém bất kỳ loại động cơ nào. Tuy nhiên, chúng cũng có những hư hỏng. Trong quá trình khai thác sử dụng các động cơ TBK tàu thuỷ ở Việt Nam thường xảy ra các hư hỏng chính đó là:
- Đứt các cánh của máy nén khí và tua bin; - Hư hỏng các ổ đỡ;
- Cháy các cánh của tua bin; - Hư hỏng buồng đốt;
- Đứt các kẹp giữ; - Hư hỏng các đệm kín;
- Xuất hiện các vết nứt ở cánh hướng, cánh công tác tua bin;
- Xuất hiện các vết nứt ở cánh hướng, cánh công tác của máy nén khí; - Hư hỏng phần lưu thông do các vật rắn trong luồng không khí gây ra; - Hư hỏng vòi phun khởi động và vòi phun công tác;
- Hư hỏng các bộ phận của hệ thống nhiên liệu; - Hư hỏng các thiết bị điện.
Những nguyên nhân gây ra hư hỏng trong khai thác sử dụng, có thể chia ra làm 3 loại: Thiết kế, công nghệ và khai thác.
Các khuyết tật do thiết kế
Các khuyết tật do thiết kế là sự lựa chọn vật liệu, sơ đồ thiết kế và các sai số vượt quá giới hạn cho phép, trong quá trình thiết kế và chế tạo động cơ TBK hay các bộ phận của chúng. Các khuyết tật này là hậu quả của các lỗi do không tính hết các đặc điểm của quá trình khai thác.
Các khuyết tật công nghệ (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Các khuyết tật công nghệ là các sai số trong công nghệ chế tạo chi tiết, trong lắp ráp động cơ TBK. Nó có thể xảy ra do sự phá vỡ qui trình công nghệ và sự không hoàn thiện của công nghệ.
Các khuyết tật công nghệ gồm: Sai lệch kích thước khi chế tạo, không tính trước các vật liệu thay thế, chất lượng gia công bề mặt kém, không tuân thủ qui trình gia nhiệt và tôi, sai số khi kiểm tra đối trọng rô to, căn chỉnh đồng tâm không chính xác khi lắp ghép...
Các nguyên nhân do khai thác
Các nguyên nhân do khai thác là hậu quả của việc không tuân thủ đúng theo qui trình, qui tắc vận hành như:
- Sử dụng nhiên liệu, dầu bôi trơn không qua lọc;
- Sử dụng động cơ TBK trong khi các đồng hồ đo hư hỏng; các hệ thống bảo vệ không làm việc hoặc làm việc không đúng chức năng; các hiệu chỉnh thiết bị điều khiển không chính xác;
- Làm việc với các thông số của động cơ TBK vượt quá giới hạn cho phép; - Không tiến hành kịp thời công tác bảo quản, bảo dưỡng; thay thế các bộ phận quá hạn không đúng qui định;
- Khai thác động cơ TBK ngoài thời gian tuổi thọ; không tiến hành rửa, sấy khô phần lưu thông; không tiến hành niêm cất khi động cơ TBK không hoạt động trong thời gian dài...
a. Hư hỏng của tua bin, máy nén:
Các dạng hư hỏng của tua bin, máy nén:
- Nứt, đứt, gãy các cánh máy nén, tua bin, cánh dẫn hướng; - Cháy các cánh tua bin;
- Ăn mòn và xâm thực bề mặt cánh;
- Lõm bề mặt do va đập với các phần tử rắn…
Trong đó hư hỏng gây hậu quả nặng nề nhất là đứt cánh máy nén khí. Hư hỏng này dẫn đến toàn bộ động cơ TBK bị phá hỏng và không thể sửa chữa.
Đối với các hư hỏng cánh máy nén, nguyên nhân chính là do sự giảm độ bền mỏi dưới tác động của sự ăn mòn, xâm thực khi cánh máy nén phải chịu các ứng suất, rung động lớn, nhất là khi máy nén làm việc trong vùng không ổn định (Pompas). Ngoài ra cũng có thể do các khuyết tật công nghệ và chế tạo gây ra.
Trong các chi tiết của động cơ tua bin khí, cánh tua bin làm việc trong điều kiện khắc nghiệt nhất, đặc biệt là tầng cánh đầu tiên của tua bin. Chúng chịu tác động của lực ly tâm, lực do luồng khí cháy gây ra, bị rung, giật, nhiệt độ cao… Các hư hỏng chính
của cánh tua bin liên quan đến các ứng suất nhiệt, mỏi, ngoài ra còn do các lỗi công nghệ trong quá trình chế tạo, lắp ráp. Các hư hỏng thường có dạng vết nứt ở cạnh cánh, lõm, sây sát, cong vênh cánh…Thậm chí, các cánh tua bin có thể bị cháy xém, nóng chảy khi có hiện tượng làm việc không bình thường của buồng đốt là tăng đột ngột nhiệt độ khí cháy…
b. Hư hỏng của buồng đốt:
Các dạng hư hỏng và sự cố của buồng đốt: - Cong vênh và cháy ống đốt;
- Nứt các chi tiết;
Cháy các ống đốt là do sự cháy nhiên liệu không đều và quá trình hòa trộn với luồng không khí thứ cấp kém chất lượng. Đầu tiên ống đốt bị nung nóng và cong vênh do không được làm mát đúng quy trình sau đó dẫn đến cháy từng phần của ống đốt. Cháy ống đốt dẫn đến phá vỡ nghiêm trọng quá trình làm việc của buồng đốt. Nguyên nhân chính gây ra cháy ống đốt là quá trình tạo muội. Trong thực tế cũng có trường hợp cháy ổng đốt do khí cháy chảy qua các lỗ của luồng khí làm mát. Hiện tượng này do lỗi trong chế tạo ống đốt, lỗi khi sắp xếp các khoang trụ của ống đốt.
Do tác động thường xuyên và liên tục của ứng suất nhiệt thay đổi làm xuất hiện các vết nứt tại các chi tiết của buồng đốt. Đặc biệt, các ứng suất nhiệt thay đổi này rất lớn khi sấy nóng, làm nguội, khởi động, dừng máy, thay đổi chế độ công tác của động cơ TBK và là nguyên nhân gây ra phần lớn các vết nứt. Đặc điểm của các vết nứt này là nứt do mỏi vật liệu, xuất hiện chủ yếu tại các điểm có độ tập trung cao các ứng suất - gần các lỗ.
Cơ chế sinh ra các vết nứt gần các lỗ dẫn khí này có thể mô tả như sau: Cạnh mép các lỗ có không khí làm mát đi qua thì có nhiệt độ rất thấp so với phần nằm giữa hai lỗ, vì vậy trên các mép của lỗ xuất hiện lực kéo, do sự giãn nở không tỷ lệ giữa các phân cùa vật liệu gây ra vết nứt. Các vết nứt phát triển theo thời gian và dẫn đến vỡ ra một phần ống đốt, mảnh vỡ này rơi vào phần lưu thông của tua bin và làm hư hỏng các cánh. Các vết nứt có thể xuất hiện tại các vị trí hàn gá ống đốt với buồng đốt, theo đường hàn đế các vòi phun, các cột đỡ và các mối hàn khác…
c. Hư hỏng ổ đỡ:
Trong khai thác động cơ TBK tàu thủy thường gặp nhiều dạng hư hỏng các ổ đỡ: - Biến màu vật liệu ổ đỡ;
- Nóng chảy ổ đỡ; - Xước, mòn, vỡ ổ đỡ…
Trong khai thác thường gặp trường hợp nhiệt độ làm việc các ổ đỡ vượt quá giới hạn. Điều này xảy ra khi dừng động cơ TBK mà bỏ qua chế độ làm mát, khi giảm chất lượng bôi trơn của dầu bôi trơn , khi tăng ma sát do chịu các tải cao. Khi ổ đỡ làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao hơn giới hạn sẽ xuất hiện biến màu vật liệu do nhiệt. Theo quy định, khi đó phải thay mới ổ đỡ. Dấu hiệu của sự nung nóng ổ đỡ là việc hình thành các vết trên rãnh trượt của vành ô bi do chuyển động của bi gây ra. Các vết này là các vệt màu xanh đen tạo ra do dầu bôi trơn bị cháy khi nhiệt độ tăng cao. Hư hỏng này của ổ đỡ là hư hỏng nặng và không được để xảy ra.
Trong trường hợp thiếu dầu bôi trơn, động cơ tua bin khí có thể làm việc bình thường 2 giờ cho đến khi các ổ đỡ bị tan rã. Thông thường nguyên nhân gây ra ổ đỡ bị thiếu dầu bôi trơn là do dầu bôi trơn bẩn, chất lượng kém gây tắc các phin lọc trước vòi phun dầu bôi trơn . Khi bị thiếu dầu bôi trơn các ổ đỡ bị phá hủy do các viên bi bị nung nóng và do sự triệt tiêu hoàn toàn các khe hờ của chúng với vành ổ đỡ. Lúc này hư hỏng các chi tiết có dạng đặc trưng: Các viên bi bị chảy và mài mòn, trên rãnh trượt có lớp kim loại nóng chảy và dấu vết mài mòn sinh ra, các vành cách có vết bị nung nóng và mài mòn hoặc vỡ tung ra từng mảnh khi bị thiếu dầu bôi trơn trong thời gian dài.
Trong khi làm việc các phần tử rắn trong dầu bôi trơn có thể rơi vào ổ đỡ, làm xước các rãnh trượt và bi, vết xước có dạng những vạch đồng tâm, làm hỏng các bề mặt làm việc. Thỉnh thoảng gặp các vết xước tương đối sâu và trên mép của chúng tạo thành vết kết dính kim loại, đặc biệt là trên các bi đũa (do các phần tử rắn bị kẹt trong các lỗ của vành cách và tác động lên bi trong thời gian rất dài gây ra). Đặc biệt nguy hiểm là các vết xước trên các vì nó làm cho các bi này xoay không đều với chiều đã biến dạng của bi khi quay. Trong các ổ bi đũa, các vết xước nằm theo chiều biến dạng của bi đũa và rãnh trượt.
Đặc điểm đặc trưng chỉ có ở loại ổ bi đũa là độ nhạy cảm với dòng điện chạy qua. Dòng điện khi chạy qua ổ bi xuyên qua màng dầu bôi trơn ở điểm tiếp xúc của bi. Sự phóng điện mạnh và tức thời xảy ra trên bề mặt các viên bi tại điểm trung tâm sẽ tạo ra các lỗ nhỏ, xung quanh các lỗ này những tinh thể kim loại trồi lên và tạo ra các hạt nhỏ bám xung quanh. Khi ổ đỡ làm việc các mép của điểm rỗ bị ép phẳng, điểm rỗ trở nên giống như hư hỏng do mỏi mài mòn gây ra. Cũng có trường hợp chỗ hư hỏng có dạng điềm và vết có viền mép xung quanh. Khi có dòng điện, các ổ bi đũa tự bị hư hỏng do quay trong một từ trường và hư hỏng này rất khó xác định được nguyên nhân. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trong điều kiện của tàu, công tác hàn điện ở gần vị trí lắp đặt động cơ TBK là không tránh khỏi. Như trên đã trình bày, việc hàn điện rất nguy hiểm cho các ổ đỡ. Vì vậy, khi phải hàn điện, bắt buộc tiến hành tiếp mát tốt chân đế động cơ TBK, hộp giảm tốc với thân vỏ tàu. Còn phần roto các máy nén khí và máy tua bin phải được tiếp mát trực tiếp với vỏ động cơ tua bin khí bằng các bu lông chuyên dùng và đặc biệt đầu dây tiếp mát của máy hàn phải được nối gần cạnh vị trí hàn nhất. Việc thực hiện tiếp mát là yêu cầu bắt buộc để bảo vệ cho các ổ đỡ của động cơ TBK khi hàn điện.
Một điểm đặc biệt nữa của các ổ đỡ lăn là chúng rất nhạy cảm với độ rung của động cơ TBK và của tàu, đặc biệt khi động cơ TBK không làm việc (khi tàu hành trình với một số động cơ TBK làm việc, số còn lại không làm việc). Dưới tác động của lực rung, các vành và bi xuất hiện các vết rỗ và nứt, sau khi có lực rung mạnh (các chấn động) sẽ làm phá hỏng ổ đỡ tức thời. Trên tàu để tránh ảnh hưởng của độ rung phải thường xuyên tiến hành định kỳ quay cơ, quay lạnh và khởi động cho động cơ TBK làm việc ở chế độ trống máy (khi vận chuyển động cơ TBK tác động của độ rung cũng tương tự).
Ngoài ra các ổ đỡ của động cơ TBK cũng chịu sự tác động ăn mòn như những bộ phận khác. Hư hỏng do ăn mòn rất phổ biến và xuất hiện thành lớp mỏng trên bề mặt cùng với các vết rỗ làm biến dạng bề mặt các ổ đỡ. Thực tiễn khai thác cho thấy, hầu hết các ổ đỡ qua kiểm tra khi sửa chữa động cơ TBK đều bị ăn mòn với cường độ khác