Chuyên đề Công nghệ hệ động lực tàu thủy là một trong những chuyên đề tốt nghiệp đối với sinh viên ngành Máy tàu thủy nói chung và chuyên ngành Thiết bị năng lượng tàu thủy – Công nghệ máy tàu thủy nói riêng. Chuyên đề này giúp nâng cao các kiến thức đã học về nguyên lý, kết cấu, hiệu chỉnh của các bộ điều tốc, bộ thực hiện phục vụ cho hệ động lực trên tàu thủy …
Giới thiệu bộ điều tốc PG - PL
Hình 1.1 Bộ điều tốc PG - PL
Bộ điều tốc PG – PL là thiết bị điều tốc cơ bản sử dụng cơ cấu đặt tốc độ bằng khí nén, phù hợp cho điều khiển động cơ và tuabin Sản phẩm có thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng lắp đặt, được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như động cơ diesel, động cơ xăng, tuabin hơi, bơm, máy nén khí và các ứng dụng đặc biệt khác Bộ điều tốc này bao gồm các thành phần chính như cơ cấu đặt tốc độ khí nén, khung máy chuẩn, bệ máy chuẩn và bộ xilanh lực 12 ft-lb (16 J) Ban đầu được sử dụng trên các đường ống, do đó được đặt tên là PL, nhưng hiện nay được ứng dụng phổ biến trong nhiều loại động cơ và hệ thống máy móc khác nhau.
Bộ điều tốc PG có các chi tiết cơ bản giống nhau, bất kể là đơn giản hay phức tạp đều có thể hoàn toàn điều khiển được Các thành phần chính trong bộ điều tốc bao gồm các chi tiết đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định của hệ thống Việc hiểu rõ cấu tạo và chức năng của từng bộ phận giúp nâng cao hiệu quả vận hành và bảo trì thiết bị Các chi tiết này đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì khả năng hoạt động liên tục và giảm thiểu sự cố kỹ thuật Do đó, kiểm tra và bảo dưỡng các bộ phận của bộ điều tốc định kỳ là yếu tố cần thiết để đảm bảo hiệu suất tối ưu.
PG – PL, đủ để cho phép bộ điều tốc duy trì một hằng số tốc độ động cơ miễn là tải không vượt quá công suất của động cơ:
Bơm dầu tạo áp lực dầu công tác được dẫn động qua trục dẫn động của bộ điều tốc Áp lực dầu này giúp bộ điều tốc hoạt động hiệu quả và điều chỉnh cơ cấu đặt tốc độ chính xác Việc này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tăng tuổi thọ và hiệu suất của máy móc.
▪ Cụm van điều khiển từ xa – một nhóm quả văng ly tâm: điều khiển dòng chảy của dầu đi và đến bộ xilanh lực của bộ điều tốc
Một bộ xilanh lực, còn được gọi là động cơ trợ động, đóng vai trò quan trọng trong việc định vị các thành phần quan trọng như thanh răng nhiên liệu, van nhiên liệu và van hơi của động cơ hoặc tuabin Thiết bị này giúp tăng cường hiệu suất hoạt động của hệ thống truyền động, đảm bảo hoạt động ổn định và chính xác Việc sử dụng bộ xilanh lực là yếu tố thiết yếu trong các hệ thống cơ khí đòi hỏi sự chính xác cao và vận hành bền bỉ.
▪ Một hệ thống bù: làm tăng tính ổn định của hệ thống điều tốc
▪ Một cơ cấu đặt tốc độ bằng khí nén: để điều chỉnh tốc độ đặt của bộ điều tốc.
Mô tả cấu tạo của bộ điều tốc PG – PL
Hình 1.2 trình bày mặt cắt của bộ điều tốc PG-PL, thể hiện rõ vị trí và cấu trúc các chi tiết sau khi lắp ráp hoàn chỉnh Đây là hình ảnh minh họa giúp hiểu rõ hơn về cấu tạo và chức năng của bộ điều tốc trong hệ thống truyền động Việc nắm bắt vị trí các bộ phận trong bộ điều tốc PG-PL là cần thiết để đảm bảo lắp đặt và bảo trì chính xác, nâng cao hiệu quả vận hành.
Hình 1.2 Mặt cắt của bộ điều tốc PG - PL
Các đường dẫn dầu kết nối giữa các bộ phận trong bộ điều tốc thủy lực PL được biết đến trong thực tế nhưng có thể không được thể hiện trên hình vẽ do đã đơn giản hóa thiết kế Phần dưới của bộ điều tốc gồm vỏ, bình tích năng và các chi tiết cơ bản nhằm duy trì tốc độ động cơ không đổi bằng cách điều chỉnh lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ Phần trên của bộ điều tốc bao gồm khung máy, vỏ máy và các bộ phận liên quan, cùng với cơ cấu đặt tốc độ bằng khí nén, giúp điều chỉnh tốc độ động cơ chính xác theo yêu cầu Ngoài ra, hệ thống còn trang bị các cơ chế ngắt và bảo vệ thiết bị phù hợp với các điều kiện vận hành khác nhau, đảm bảo an toàn và hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Mô tả hoạt động của bộ điều tốc PG – PL
Hình 1.3 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc PG – PL
Phan Công Sự 5 trình bày về cách điều chỉnh tốc độ trong bộ điều tốc, chủ yếu dựa vào việc kiểm soát vị trí của piston trợ lực đặt tốc độ Sự dịch chuyển của piston giúp điều chỉnh tốc độ hoạt động của hệ thống, dựa trên tác động của áp lực dầu vào khu vực phía trên piston trợ lực Khi áp lực dầu tăng hoặc giảm, piston sẽ di chuyển tương ứng, từ đó điều chỉnh tốc độ của bộ điều tốc một cách chính xác và hiệu quả.
Dòng chảy của dầu vào và ra khỏi khu vực phía trên piston trợ lực được điều khiển bằng van trượt đặt tốc độ, nằm trong ống bao quay và hoạt động dựa trên tín hiệu điều khiển áp suất khí hoặc núm điều khiển thủ công Sau mỗi lần chỉnh sửa tốc độ, một thanh phản hồi phải được nối giữa cán piston trợ lực và van trượt để trả van về vị trí ban đầu, đảm bảo dầu không chảy vào hoặc ra khỏi khu vực phía trên piston, từ đó giữ piston ở vị trí phù hợp với tốc độ đã được cài đặt của bộ điều tốc.
Trục dẫn động của bộ điều tốc truyền động trực tiếp từ động cơ qua bệ bộ điều tốc vào bánh răng chủ động của bơm, đồng thời kết nối với ống bao van điều khiển từ xa Đầu quả văng cố định vào đầu trên của ống bao van điều khiển, tạo điều kiện dẫn động trực tiếp từ động cơ đến các quả văng Khi bộ điều tốc vận hành ở bất kỳ chế độ nào và động cơ quá tốc độ, lực ly tâm của các quả văng cân bằng với lực đàn hồi của lò xo đặt tốc độ, khiến vành gờ điều khiển của van trượt trong ống bao van điều khiển đóng các cửa điều tiết để kiểm soát tốc độ.
Các bộ phận làm kín được bố trí qua các cửa điều tiết nhằm ngăn chặn dầu bị nhốt giữa piston lực và piston bù rò rỉ, đảm bảo piston lực duy trì vị trí ổn định Hệ thống này giúp ngăn rò rỉ dầu và giữ piston lực cân bằng với lực đàn hồi của lò xo trong quá trình động cơ hoạt động ổn định Khi động cơ vận hành với tốc độ ổn định, van trượt điều khiển sẽ di chuyển xuống đủ để cung cấp lượng dầu cần thiết qua cửa điều tiết, đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
Bơm dầu của bộ điều tốc cấp dầu cao áp giúp cung cấp dầu cho ống bao van điều khiển khi quay, đảm bảo hoạt động liên tục và ổn định Hệ thống vận chuyển dầu từ bình tích năng đến két chứa của bộ điều tốc nhằm duy trì lượng dầu dư thừa ở áp suất tối đa, góp phần bảo vệ các bộ phận làm kín, ống bao van điều khiển và đảm bảo hiệu quả hoạt động của hệ thống.
Van điều khiển di chuyển lên xuống trong ống bao van trượt giúp kiểm soát dòng chảy của dầu, tăng hoặc giảm áp lực đến cụm xi lanh lực Quá trình này cho phép điều chỉnh chính xác lượng dầu được cấp vào hệ thống, từ đó đảm bảo hoạt động hiệu quả của piston van và nâng cao hiệu suất vận hành của hệ thống thủy lực.
PHAN CÔNG SỰ 6 trượt điều khiển sẽ nằm ở chính giữa (vùng được cài đặt) và dầu sẽ không chảy vào cụm xylanh lực nữa
Lực lớn hơn của hai lực di chuyển van trượt điều khiển lên hoặc xuống quyết định trạng thái hoạt động của van Các lực ly tâm sinh ra từ các quả văng quay được chuyển đổi thành lực có xu hướng nâng piston, giúp kiểm soát quá trình hoạt động Lực ly tâm bị kháng lại bởi lực đàn hồi của lò xo cài đặt tốc độ, tạo ra sự cân bằng trong hệ thống Khi các lực đối lập này bằng nhau, van trượt điều khiển sẽ duy trì trạng thái đứng yên, đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định.
Van trượt điều khiển hoạt động dựa trên sự thay đổi của lực tác động khi động cơ chạy, dẫn đến piston di chuyển khỏi vị trí trung tâm Khi tốc độ đặt của bộ điều tốc không thay đổi nhưng tải bổ sung làm chậm động cơ hoặc lực đàn hồi của lò xo đặt tốc độ tăng lên, piston sẽ hạ xuống hoặc nâng lên tương ứng Việc giảm tải hoặc giảm lực đàn hồi giúp tăng tốc hoặc giảm tốc độ của bộ điều tốc, qua đó điều chỉnh vị trí của van trượt Vòng bi chặn trên đỉnh các quả văng cho phép ống bao van trượt quay linh hoạt, giảm thiểu ma sát tĩnh giữa ống bao và piston và đảm bảo hoạt động trơn tru của hệ thống điều khiển.
Có nhiều cách để lắp các quả văng Cách lắp quả văng chính xác phụ thuộc vào cách bộ điều tốc được ứng dụng
Các quả văng được cố định một cách chắc chắn sẽ đem lại sự vận hành mượt mà cho bộ điều tốc
Cụm đầu điều khiển lò xo và dầu giúp lọc các rung động xoắn có thể truyền qua quả văng từ động cơ, ngăn chặn các tác động tiêu cực đến bộ điều tốc Các rung động này có thể bắt nguồn từ nguồn khác ngoài quả văng chính, nhưng vẫn ảnh hưởng đến bộ điều tốc qua kết nối quả văng Nếu không được giảm thiểu, các rung động xoắn này sẽ gây ra sự cảm nhận và ảnh hưởng đến quá trình điều chỉnh tốc độ của hệ thống, như việc liên tục điều chỉnh van nhiên liệu hoặc thanh răng khi cố gắng duy trì tốc độ ổn định.
Chuyển động của piston lực được truyền qua cán piston đến cơ cấu nối nhiên liệu của động cơ Áp suất dầu được điều chỉnh phù hợp dưới tác dụng của lực piston nhằm nâng cao hiệu suất và đảm bảo hoạt động ổn định của hệ thống động cơ Quản lý chính xác áp suất dầu giúp duy trì sự đồng bộ giữa các bộ phận, tối ưu hóa quá trình hoạt động và giảm thiểu sự cố kỹ thuật.
PHAN CÔNG SỰ 7 piston lực để tăng nhiên liệu và lò xo lực trên piston lực được sử dụng để hạ piston lực nhằm giảm nhiên liệu
Hệ thống bù mềm gồm xi lanh bù, piston bù, lò xo bù và van kim bù nằm giữa ống bao van trượt và piston lực, giúp điều chỉnh lưu lượng dầu hiệu quả Khi van trượt điều khiển hạ xuống, dầu cao áp từ van trượt sẽ đi vào hệ thống bù và xilanh lực để nâng piston lực, từ đó tăng nhiên liệu cho động cơ Ngược lại, khi nâng van trượt điều khiển, dầu sẽ được dẫn từ xilanh lực và hệ thống bù đến két chứa của bộ điều tốc, làm piston lực hạ xuống để giảm nhiên liệu, đảm bảo hoạt động tối ưu của động cơ.
Dòng chảy của dầu trong hệ thống bù diễn ra theo hai hướng chính, giúp nâng piston bù hoặc nén các lò xo bù Quá trình này tạo ra sự chênh lệch nhỏ về áp lực dầu phía trên piston, trong đó áp suất cao hơn ở phía đối diện với lò xo bị nén Những chênh lệch áp lực này được truyền đến các khu vực trên và dưới vành bù trên van trượt điều khiển, tạo ra lực đẩy lên hoặc xuống, giúp định tâm van trượt mỗi khi thực hiện điều chỉnh nhiên liệu.
Vị trí thẳng đứng của quả văng so với van trượt điều khiển nằm trong khoảng đã cài đặt chứng tỏ động cơ đang hoạt động đúng tốc độ Sự điều chỉnh chính xác của vị trí này là yếu tố then chốt để đảm bảo hiệu năng vận hành của hệ thống, giúp duy trì tốc độ động cơ ổn định và tiết kiệm năng lượng Việc kiểm tra vị trí quả văng và van trượt thường xuyên giúp phát hiện các sai số sớm, từ đó tối ưu hóa quá trình vận hành và nâng cao tuổi thọ của thiết bị.
Xử lý sự cố
Các lỗi bộ điều tốc thường gây ra các biên độ dao động lớn của động cơ hoặc tuabin, tuy nhiên, không phải mọi biên độ dao động đều phản ánh đúng tình trạng lỗi của bộ điều tốc Để xác định chính xác nguyên nhân, khi xuất hiện các biên độ dao động bất thường, cần tiến hành các quy trình kiểm tra và chẩn đoán phù hợp nhằm đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.
1) Kiểm tra tải để đảm bảo rằng sự thay đổi tốc độ được quan sát không phải là kết quả của sự thay đổi tải vượt quá công suất của động cơ hoặc tuabin
2) Nếu bộ điều tốc đang hoạt động trên một động cơ, hãy kiểm tra hoạt động để đảm bảo rằng tất cả các xilanh và kim phun trong điều kiện hoạt động tốt Nếu bộ điều tốc trên tuabin, hãy kiểm tra van hơi xem có hoạt động đúng không
3) Kiểm tra cơ cấu thanh nối hoạt động giữa bộ điều tốc và động cơ hoặc tuabin để đảm bảo không liên kết hoặc hành trình chạy không (tải)
4) Kiểm tra sự thay đổi áp suất hơi hoặc khí đốt
5) Kiểm tra cài đặt của van kim bù
6) Kiểm tra cảm biến áp suất khí để biết áp suất đầu ra được chỉ định Nếu động cơ không tải hoặc sự bất thường của tuabin được phát hiện là nguyên nhân của sự thay đổi tốc độ, nguyên nhân có thể là ở bộ điều tốc hoặc ở động cơ hoặc bộ truyền động tuabin tới bộ điều tốc
7) Kiểm tra bộ điều tốc để biết áp suất dầu hoạt động chỉ định Áp suất dầu bình thường cho các bộ điều tốc PG là 100 psi (690 kPa) Tuy nhiên, giá trị này có thể khác nhau giữa các bộ điều tốc, tùy thuộc vào công suất làm việc đầu ra yêu cầu của xilanh lực Khi động cơ tắt, hãy rút phích cắm khỏi cổng áp suất trên vỏ công suất bộ điều tốc và lắp đồng hồ đo áp suất định mức cao hơn áp suất dầu chỉ định hoạt động
Nguồn gốc chính của hầu hết các sự cố ở bộ điều tốc bắt nguồn từ dầu bẩn, vì dầu bên trong bộ điều tốc liên tục bôi trơn các bộ phận chuyển động Tạp chất như cát và bụi bẩn có thể gây mòn van, piston, và con trượt, dẫn đến kẹt hoặc dính các bộ phận này trong rãnh, làm giảm hiệu suất hoạt động của thiết bị Việc duy trì dầu sạch và thay dầu định kỳ là yếu tố quan trọng để tăng tuổi thọ và đảm bảo hoạt động trơn tru của bộ điều tốc.
Trong nhiều trường hợp, hoạt động thất thường và độ lặp lại kém của bộ điều tốc có thể được khắc phục bằng cách xả dầu nhiên liệu hoặc dầu hỏa trong quá trình bảo dưỡng định kỳ Tuy nhiên, việc sử dụng dung môi công nghiệp không được khuyến khích vì chúng có thể gây hư hỏng phớt hoặc vòng đệm, ảnh hưởng đến hiệu suất của thiết bị.
Biên độ dao động thất thường, nhỏ hoặc lớn bất thường của bộ điều tốc có thể do phản ứng quá mức hoặc truyền động ăn khớp không chặt của các bánh răng dẫn động Khi biên độ dao động vượt quá giới hạn có thể kiểm soát hoặc không điều chỉnh được bằng các cơ cấu hiệu chỉnh, cần tiến hành sửa chữa hoặc thay thế bộ điều tốc để đảm bảo hoạt động chính xác và ổn định.
Dầu bôi trơn
Dầu sử dụng trong bộ điều tốc cần phải sạch và không chứa các hạt lạ để đảm bảo hiệu suất tối đa của thiết bị Trong điều kiện hoạt động tốt, dầu có thể được duy trì và sử dụng trong vòng sáu tháng hoặc lâu hơn mà không cần thay thế Tuy nhiên, cần thay dầu ngay lập tức khi phát hiện dầu bắt đầu hỏng hoặc chuyển sang màu sẫm, để tránh giảm hiệu quả và ảnh hưởng đến tuổi thọ của bộ điều tốc.
Tháo bộ điều tốc
1) Làm sạch bề mặt bên ngoài của bộ điều tốc bằng vải sạch được làm ẩm bằng dung môi tẩy rửa
2) Bỏ tất cả các miếng đệm, vòng chữ O, phớt, chốt bi, kẹp, v.v…, tháo bỏ trong quá trình tháo gỡ
3) Không tháo các chi tiết được gắn chặt trừ khi cần thay thế.
4) Tháo rời cụm xilanh lực
5) Tháo rời cụm trên bệ máy
6) Để tháo các lò xo bù và các piston từ hộp động cơ, đặt hộp động cơ trong một trục gá hoặc máy đột lỗ từ dưới xuống
Hình 2.1 Tháo vòng chặn bình tích năng
Để tháo rời bình tích năng, bắt đầu bằng việc sử dụng cán tì để ấn vào đế lò xo, giúp nén các lò xo một cách dễ dàng Sau đó, tháo đế lò xo và loại bỏ lò xo khỏi thiết bị Tiếp theo, đảo ngược hộp nguồn, tháo vòng chặn cùng piston để tiến hành các bước sửa chữa hoặc bảo trì một cách hiệu quả.
7) Nếu cần thiết để tháo các cụm van một chiều, hãy tiến hành như sau: a) Để tháo các van một chiều bên trong, hãy cạy bản giữ khung ra khỏi cụm van một chiều, tháo lò xo và kiểm tra quả văng b) Để tháo các van một chiều bên ngoài, nhấn các quả văng xuyên qua và ra khỏi hộp van c) Sau đó, tháo 4 hộp van một chiều Dùng bulông 1/4” - 28 với một bản giữ khung nhỏ làm giá, kéo bốn hộp van ra d) Lấy hai quả văng ra khỏi hộp van bên dưới.
Làm sạch
1) Rửa tất cả các bộ phận chi tiết bằng cách ngâm trong dung môi
2) Sử dụng bàn chải phi kim loại hoặc tia khí nén để làm sạch các khe, lỗ hoặc khe hở
3) Làm khô tất cả các bộ phận chi tiết sau khi làm sạch bằng một luồng khí nén khô
Hình 2.2 Tháo cụm van một chiều
Kiểm tra
1) Kiểm tra bằng mắt tất cả các bộ phận chi tiết xem có bị mài mòn và hư hỏng không
2) Kiểm tra vòng bi theo thông lệ tiêu chuẩn của xưởng Thay thế vòng bi khi phát hiện có độ nhám
3) Tất cả các piston, van, con trượt, cán và bánh răng phải di chuyển tự do mà không quá mức phạm vi hoạt động Đừng mài các bộ phận nếu có thể di chuyển tự do bằng các dụng cụ khác
4) Bề mặt sơn phải không có vết lõm, gờ, vết nứt hoặc các hư hỏng khác
5) Kiểm tra độ mòn của các rãnh quả văng Thay thế các quả văng nếu phát hiện mòn
6) Nên thay lò xo đặt tốc độ tại thời điểm đại tu nếu nó bị rỗ hoặc bị hư hỏng.
Sửa chữa hoặc thay thế
1) Việc sửa chữa các bộ phận nhỏ của bộ điều tốc là không khả thi và nên hạn chế để tháo gỡ các vòng nấc và gờ từ các mặt bích đối tiếp và các bộ phận ăn khớ
2) Thay thế các lớp đệm bị hỏng theo thông lệ tiêu chuẩn của cửa hàng
3) Đánh bóng các vùng bị ăn mòn nhẹ bằng vải hoặc giấy mài mịn (600 grit) và dầu.
Lắp ráp
Trong quá trình lắp ráp, cần kiểm tra và loại bỏ xơ hoặc tạp chất lạ trên các bộ phận để đảm bảo chất lượng và hiệu suất của bộ điều tốc Bộ điều tốc có thể lắp ráp khô hoặc dùng một lượng nhỏ dầu bôi trơn sạch để dễ dàng lắp đặt và tăng độ bền của các bộ phận Sau khi lắp ráp, nên bôi một lượng dầu bôi trơn sạch lên tất cả các bộ phận chuyển động nhằm đảm bảo bôi trơn ban đầu và giảm ma sát Ngoài ra, cần sử dụng một lượng nhỏ hợp chất lên đai ốc nút đường ống, đồng thời đảm bảo rằng hợp chất không rơi vào khoang để tránh ảnh hưởng đến hoạt động của hệ thống.
Tìm các miếng đệm, vòng chữ O, vòng đệm, vòng chặn, chốt định vị mới, v.v để thay thế những thiết bị đã bỏ trong quá trình tháo rời
1) Ấn van một chiều có lò xo tải vào hộp Nhấn van một chiều vào hộp nguồn
2) Lắp piston và vòng chặn dưới vào hộp nguồn Đặt hộp nguồn trong trục gá hoặc máy khoan lỗ và lắp lò xo và đế lò xo, nén các lò xo, sử dụng cán trên đế lò xo, và lắp vòng chặn trên
3) Lắp lỏng cụm đế vào hộp nguồn, xoay trục dẫn động cho đến khi đầu trục tiếp xúc với các trục trong bánh răng dẫn động của bơm Tiếp tục quay trục dẫn động để kiểm tra sự thẳng hàng và quay tự do của bánh răng dẫn động và bánh răng chạy không tải trong khi siết chặt các vít cơ bản
4) Gắn cụm xi lanh lực vào hộp nguồn theo đúng kế hoạch và vị trí góc phần tư; đảm bảo rằng các lỗ trên miếng đệm được căn chỉnh với các lỗ trên hộp nguồn
5) Khi lắp ráp cụm ống bao van điều khiển đầu quả văng, căn chỉnh răng cưa bị mất trong ống bao với răng cưa bị mất tương ứng trong cụm khớp nối lò xo
6) Lắp ổ chặn ba mảnh vào thân của van trượt điều khiển
7) Khi các mục từ 216 đến 238 đã được lắp ráp, căn giữa van trượt điều khiển như sau (xem hình 2.3): dùng một lực nhẹ lên đế lò xo đặt tốc độ, điều chỉnh đai ốc van trượt điều khiển cho đến khi quả văng di chuyển từ vị trí hướng vào trong sang vị trí hướng ra ngoài Các cửa điều khiển là các lỗ dưới cùng trong ống bao van điều khiển từ xa
Hình 2.3 Căn giữa van trượt điều khiển
8) Khi lắp ráp cơ cấu cài đặt tốc độ, hãy đảm bảo rằng vòng chặn được định vị bởi vít định vị
9) Lắp ráp cụm trục đặt tốc độ bằng tay, siết chặt đai ốc khoảng bảy vòng, chèn chốt cuộn để chìa qua trục xấp xỉ 0,090 inch (2,29 mm).
Thử hoạt động – kiểm tra
Băng thử điều tốc là thiết bị quan trọng dùng để kiểm tra và hiệu chỉnh bộ điều tốc động cơ diesel Các thương hiệu uy tín như Woodward và Marquette đều phát triển loại băng thử phù hợp với từng hãng điều tốc khác nhau, đảm bảo độ chính xác cao trong quá trình vận hành Thiết bị này là công cụ không thể thiếu đối với các đơn vị bảo dưỡng, sửa chữa động cơ diesel tàu thủy, góp phần nâng cao hiệu suất hoạt động của máy móc.
Băng thử điều tốc mô phỏng hoạt động của động cơ diesel, cung cấp các thiết bị theo dõi như tốc độ động cơ, áp suất dầu trong điều tốc và vị trí thanh răng nhiên liệu để đảm bảo quá trình thử nghiệm chính xác Các hệ thống phụ trợ của băng thử còn cho phép tạo ra các tín hiệu điều khiển như mô phỏng tải, điều khiển servo và các tín hiệu shut-down điều tốc, giúp kiểm soát và đánh giá hiệu quả hoạt động của bộ điều tốc diesel một cách toàn diện.
Trung tâm của băng thử điều tốc là bộ điều khiển lập trình PLC, có nhiệm vụ đọc các tín hiệu điều khiển từ bộ đặt tốc độ, bộ mô phỏng tải và phản hồi thông số từ bộ đo tốc độ động cơ cũng như bộ đo vị trí thanh răng nhiên liệu Thuật toán phù hợp cho phép PLC điều khiển động cơ AC qua bộ biến tần, nhằm mô phỏng phản ứng giống như động cơ diesel khi được điều khiển bởi bộ điều tốc Đồng thời, PLC gửi các thông số như tốc độ, hệ số tải và vị trí thanh răng nhiên liệu lên màn hình cảm ứng và máy tính PC Trên phần mềm của PC, các thông số này được dựng thành đồ thị theo thời gian, giúp quan sát quá trình quá độ của tốc độ và vị trí thanh răng nhiên liệu Các dữ liệu quá độ này cho phép người vận hành đánh giá chất lượng điều khiển của bộ điều tốc, bao gồm sai lệch, thời gian quá độ và độ vượt quá mức, nhằm tối ưu hóa hiệu quả vận hành.
Băng thử được trang bị các hệ thống phụ trợ như nguồn điện DC và AC nhiều cấp điện áp, nguồn dầu với áp suất và nhiệt độ điều chỉnh linh hoạt, cùng nguồn khí nén để đáp ứng đa dạng yêu cầu thử nghiệm Các thiết bị phụ trợ này cho phép kiểm tra servo của bộ điều tốc và đánh giá phản ứng của điều tốc với nhiều loại tín hiệu điện, thủy lực và khí nén khác nhau, đảm bảo độ chính xác và linh hoạt trong quá trình thử nghiệm.
Hiệu chỉnh cơ cấu truyền động
Cần căn chỉnh chính xác cơ cấu truyền động từ bộ điều tốc đến hệ thống điều khiển nhiên liệu, hơi nước để đảm bảo hoạt động tối ưu Việc loại bỏ ma sát và hành trình không tải là cần thiết trừ khi có hướng dẫn đặc biệt từ nhà sản xuất động cơ hoặc tuabin Cơ cấu truyền động nên được điều chỉnh sao cho khi piston lực của bộ điều tốc đã ở cuối hành trình trong chế độ “OFF”, van khí, van hơi hoặc các bơm dầu diesel sẽ tự động đóng lại Điều khiển nhiên liệu cần được mở một chút trước khi bộ điều tốc đạt vị trí tối đa để đảm bảo quá trình vận hành mượt mà Để biết thêm chi tiết về hiệu chỉnh và cài đặt các cơ cấu truyền động, xem hướng dẫn 54052, Cài đặt Bộ điều tốc PG – PL.
Sau khi bộ điều tốc được lắp đặt đúng kỹ thuật và các cơ cấu nối – truyền động đã hoàn chỉnh, tiến hành kết nối hệ thống khí bằng bộ điều khiển khí, có thể sử dụng điều khiển bằng tay hoặc tự động để đảm bảo hoạt động hiệu quả và chính xác.
Hiệu chỉnh van kim bù
Van kim bù là thành phần quan trọng trong hệ thống bù, ảnh hưởng trực tiếp đến sự ổn định của bộ điều tốc Việc cài đặt van kim bù phù hợp dựa trên đặc điểm cá nhân của động cơ chính giúp đảm bảo hiệu quả vận hành tối ưu Điều chỉnh chính xác van kim bù góp phần duy trì sự ổn định và hiệu suất hoạt động của hệ thống điều tốc.
Với động cơ chính hoạt động tại chế độ không tải, việc mở van kim bù vài vòng giúp làm dao động vòng quay của động cơ Trong các trường hợp nhất định, mở van kim bù một mình có thể không đủ để tạo ra sự dao động này, do đó cần thay đổi tốc độ đặt của bộ điều tốc để di chuyển trục qua hành trình toàn bộ, giúp điều chỉnh tốc độ động cơ Quá trình này cho phép khí lẫn trong dầu được xả ra trong vài phút, đảm bảo hoạt động trơn tru Sau đó, mở van kim bù từ từ đến khi vòng quay của động cơ không còn dao động nữa, với độ mở từ 1/16 đến 2 vòng Đóng van kim bù hoàn toàn sẽ làm bộ điều tốc hoạt động không ổn định do áp suất ở hai khoang của xy lanh trợ động không cân bằng, gây ra sự mất ổn định trong vận hành của hệ thống.
Kiểm tra bộ điều tốc bằng cách thay đổi tốc độ đặt để đảm bảo vòng quay của động cơ trở về giá trị đã đặt, với độ quá điều chỉnh hoặc thiếu điều chỉnh nhỏ Sau khi hiệu chỉnh chính xác độ mở của van kim bù, không cần điều chỉnh nhiều lần trừ khi dầu có độ nhớt thay đổi hoặc nhiệt độ môi trường biến động lớn và kéo dài Việc này đảm bảo hệ thống hoạt động ổn định, tiết kiệm thời gian bảo trì và nâng cao hiệu quả vận hành.
Nới lỏng ống răng xả ở bên cạnh vỏ của bộ điều tốc để rò dầu Xả cho đến khi bong bóng khí dừng lại
Siết chặt vít xả và nạp đầy dầu cho bộ điều tốc Kiểm tra vít có dầu rò rỉ khi siết chặt không
Lặp lại bước 1 đến bước 3
Trong quá trình vận hành, khi sử dụng lò xo bù tải (thiết bị tùy chọn), van kim không nên mở quá lớn vượt quá 1/16 vòng để đảm bảo hoạt động êm và chính xác Ngoài ra, van kim không được đóng kín hoàn toàn, vì bộ điều tốc sẽ không hoạt động tốt khi van đã đóng, ảnh hưởng đến hiệu suất và độ bền của hệ thống.
Hiệu chỉnh tốc độ
Biên độ tốc độ đề xuất cho bộ thực hiện PG là từ 250 đến 1000 vòng/phút, phù hợp với phạm vi tốc độ tối đa từ 200 đến 1600 vòng/phút Tốc độ đặt của bộ điều tốc đã được cấu hình sẵn tại nhà máy cùng với các thông số kỹ thuật liên quan Không cần hiệu chỉnh bộ điều tốc trừ khi thiết bị đã bị tháo rời hoặc nếu tốc độ cài đặt bởi nhà máy cần thay đổi để phù hợp yêu cầu vận hành.
Cơ cấu đặt tốc độ bằng khí nén sử dụng bộ điều tốc trực tiếp để điều chỉnh tốc độ, dựa trên tín hiệu điều khiển áp suất khí tăng để tăng tốc hoặc sử dụng loại đảo ngược để điều chỉnh tốc độ khi tín hiệu giảm Quá trình đặt tốc độ tối đa và tối thiểu của bộ điều tốc được thực hiện qua quy trình cụ thể, như minh họa trong hình 1.2, 1.3 và 3.1.
Hình 3.1 Các chi tiết của khung máy
Bảng 3.1 Các chi tiết của khung máy
Số chú thích Tên bộ phận Số lượng Số chú thích Tên bộ phận Số lượng
36694-1 Bulông, hex hd, 5/16-24 × 5-13/32 2 36694-58 Đệm chèn 1
36694-2 Vòng đệm kín, chặn, 5/16 (MSA 2 36694-59 Đai ốc chỉnh tốc độ 1
36694-3 Vòng đệm kín 2 36694-60 Rãnh hướng 1
36694-6 Nắp miệng rót dầu 1 36694-63 Bulông 1
36694-7 Nắp máy 1 36694-64 Vòng đệm kín 2
36694-9 Lò xo căng tải 1 36694-66 Chêm 1
36694-10 Lò xo phản hồi 1 36694-67 Ổ bi 1
36694-11 Chốt khóa bulông 1 36694-68 Dầm xoay 1
36694-12 Chốt xoay (Thanh phản hồi) 1 36694-69 Đệm chèn 1
36694-13 Thanh phục hồi 1 36694-70 Vít đặt tốc độ 1
36694-14 Chốt nối (lò xo căng tải) 1 36694-71 Chốt nối 1
36694-15 Chốt chặn 1 36694-72 Đế lò xo ma sát 1
36694-16 Bulụng, soc.hd., 5-40 ì ẵ 1 36694-73 Chốt định vị 2
36694-17 Vòng đệm kín 1 36694-74 Đệm chèn 1
36694-20 Vòng đệm kín 2 36694-77 Đai ốc 2
36694-21 Thanh van điều khiển 1 36694-78 Bulông 2
36694-22 Vít chỉnh tốc độ thấp 1 36694-79 Vòng đệm kín 2
36694-23 Đai ốc, hex., 10-32 1 36694-80 Lò xo piston đặt tốc độ 1
36694-24 Lò xo hộp xếp 1 36694-81 Đai ốc 2
36694-25 Bộ ghép hộp xếp 1 36694-82 Chốt 1
36694-26 Vít định vị 1 36694-83 Vít định vị 1
36694-28 Vòng đệm kín 1 36694-85 Vít chỉnh (tốc độ tối đa) 1
36694-30 Vòng đệm kín 1 36694-87 Đế vít chỉnh 1
3.3.1 Cơ cấu đặt tốc độ
1) Đặt núm điều chỉnh tốc độ bằng tay (45) đến vị trí tốc độ tối thiểu (hoàn toàn ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi trượt ly hợp)
2) Điều chỉnh vít chỉnh tốc độ cao đã lấy (61) theo yêu cầu cho đến đầu trên của vít được thới lỏng với đai ốc điều chỉnh tốc độ (59)
36694-32 Đệm kín 1 36694-89 Piston đặt tốc độ 1
36694-33 Vít định vị 1 36694-90 Bộ van một chiều 1
36694-34 Vòng bít khí nén 1 36694-91 Xilanh đặt tốc độ 1
36694-36 Đĩa số 1 36694-93 Vòng đệm kín 4
36694-38 Lò xo ma sát 1 36694-95 Vòng đệm kín 2
36694-41 Vòng đệm lò xo 1 36694-98 Ổ chặn 1
36694-42 Vòng đệm kín 1 36694-99 Con trượt đặt tốc độ 1
36694-44 Vòng đệm kín hình đĩa 2 36694-101 Ống bao đặt tốc độ 1
36694-45 Núm (chỉnh tốc độ bằng tay) 1 36694-102 Lò xo căng tải 1
36694-46 Lò xo li hợp 1 36694-103 Bánh răng 1
36694-50 Vòng đệm kín 2 36694-107 Chốt định vị 2
36694-52 Đệm 1 36694-109 Ống bao định vị 2
3) Áp dụng quy định tín hiệu điều khiển áp suất khí tối thiểu cho bộ thiết bị; điều chỉnh đai ốc chỉnh tốc độ theo yêu cầu để đạt được mức tối thiểu ứng với tốc độ (theo chiều kim đồng hồ để giảm); hãy chắc chắn rằng vít điều chỉnh tốc độ thấp
(22) không chạm vào thanh phản hồi (13) tại thời điểm này
4) Điều chỉnh vít chỉnh van giới hạn (85) để nó không vô hiệu van giới hạn tốc độ tối đa (90) khi tốc độ được tăng lên Đặt biên độ tốc độ của bộ điều tốc để kiểm soát biên độ áp suất khí như sau: a Từ từ tăng tín hiệu điều khiển áp suất khí đến mức tối đa Hãy chắc chắn rằng b động cơ không vượt quá tốc độ tối đa quy định c Nếu tốc độ tối đa được chỉ định nhận được trước khi tín hiệu điều khiển áp suất khí được tăng lên tối đa, điều chỉnh kẹp chốt chỉnh dải (68) để di chuyển chốt bi về phía trợ động đặt tốc độ d Nếu không đạt được tốc độ tối đa quy định với tín hiệu điều khiển áp suất khí tối đa, điều chỉnh kẹp chốt để di chuyển chốt bi ra xa trợ động đặt tốc độ e Điều chỉnh kẹp chốt như sau: Nới lỏng vít đầu khớp nối trong phía đỉnh của kẹp chốt; nới lỏng đai ốc ở phía thích hợp của giá và xoay đai ốc có rãnh đối diện để di chuyển vít và các đai ốc có rãnh
5) Lặp lại các bước 3 và 4 ở trên cho đến khi đạt được tốc độ tối thiểu đã được chỉ định với áp suất khí tối thiểu, tốc độ tối đa quy định với áp suất khí tối đa Tốc độ sẽ bắt đầu tăng lên khi áp suất khí bắt đầu tăng từ mức tối thiểu
6) Áp dụng tối đa áp suất khí cho tốc độ tối đa Điều chỉnh vít chỉnh van giới hạn để nó chỉ tiếp xúc với quả văng ở van giới hạn tốc độ tối đa Tăng áp suất khí một chút trên quy định tối đa; van giới hạn tốc độ tối đa nên mở trước để động cơ đạt 10 vòng / phút trên tốc độ tối đa quy định Điều chỉnh lại vít nếu như cần thiết
7) Áp dụng tối thiểu tín hiệu áp suất khí cho tốc độ động cơ tối thiểu
Thực hiện bước a hoặc b khi áp dụng a Nếu động cơ chuyển sang tốc độ thấp khi mất tín hiệu áp suất khí điều khiển tới bộ điều tốc:
Để điều chỉnh tốc độ thấp, đặt vít chỉnh tốc độ (22) sao cho tiếp xúc với chốt chặn trong thanh phản hồi (15) khi động cơ hoạt động ở tốc độ thấp Các đai ốc dừng máy (77) thường được bỏ qua trên các bộ điều tốc nhằm đạt được tốc độ thấp khi mất áp suất khí Trong trường hợp các đai ốc được chế tạo nhưng không sử dụng, các đai ốc thấp hơn cần đặt cách cán piston tối thiểu 1/32 inch (0,8 mm) để đảm bảo hoạt động chính xác của bộ điều tốc.
Đặt tốc độ dừng piston trợ động (83) bằng cách điều chỉnh bộ điều tốc tại vị trí không tải, vặn vít cho đến khi tiếp xúc với piston rồi trở lại 2 lượt để đảm bảo hoạt động chính xác Trong trường hợp động cơ ngừng hoạt động khi mất tín hiệu điều khiển áp suất khí tới bộ điều tốc, cần kiểm tra và điều chỉnh lại bộ điều tốc để duy trì hiệu suất làm việc ổn định của hệ thống.
Để điều chỉnh bộ phận tắt máy, nhấc cần lên trên (222) để loại bỏ sự chùng hoặc mất chuyển động, Đồng thời không nâng cần quá cao để tránh làm giảm tốc độ động cơ Trong quá trình nâng cần, hãy đặt đai ốc dừng máy (77) sao cho cách đỉnh piston trợ động đặt tốc độ (89) ít nhất 1/32 inch (0,8 mm), và khóa các bộ phận này cố định bằng đai ốc trên để đảm bảo hiệu quả vận hành an toàn.
Để hiệu chỉnh piston đúng cách, xoay piston dừng đặt 83 xuống cho đến khi chạm tốc độ cài đặt Sau đó, vặn ốc ngược chiều kim đồng hồ 2 vòng và khóa chặt bằng đai ốc để giới hạn sự chuyển động của piston khi động cơ ngừng hoạt động Hiệu chỉnh này giúp giảm thiểu tối đa khả năng piston quay được khi khởi động lại động cơ, đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn hơn.
Điều chỉnh vít chỉnh tốc độ thấp (22) sao cho khoảng cách từ 0,040 đến 0,050 inch (1,02 - 1,27 mm) so với chốt chặn trong thanh phản hồi giúp đảm bảo hoạt động chính xác Ngoài ra, tắt tín hiệu điều khiển áp suất khí cho bộ điều tốc để dừng động cơ khi cần thiết Việc điều chỉnh khe hở giữa vít chỉnh (22) và chốt chặn (15) trong khoảng từ 0,002 đến 0,005 inch (0,05 đến 0,13 mm) là rất quan trọng để duy trì hiệu suất hoạt động tối ưu.
8) Đặt vít chỉnh tốc độ cao (61) để dừng đai ốc chỉnh tốc độ đang chuyển động xuống tại tốc độ cao a Tăng tốc độ bằng núm chỉnh tốc độ bằng tay (khi bộ thực hiện được đặt để dừng máy khi mất tín hiệu khí) để ngăn việc động cơ dừng lại b Đóng tín hiệu khí cho bộ điều tốc c Xoay núm chỉnh tốc độ bằng tay sang phải để tăng tốc độ động cơ tối đa
PHAN CÔNG SỰ 22 d Xoay vít chỉnh tốc độ cao (61) sang phải cho đến khi chạm chốt chặn tốc độ (51)
3.3.2 Cơ cấu đặt tốc độ ngược
1) Đặt núm chỉnh tốc độ bằng tay (45) đến vị trí tốc độ tối thiểu (hoàn toàn ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi ly hợp trượt)
2) Điều chỉnh đai ốc chỉnh tốc độ (59) để cụm đặt tốc độ nhô ra khoảng 1/4-inch
(6 mm) phía trên đai ốc
3) Điều chỉnh vít chỉnh tốc độ cao đã lấy (61) theo yêu cầu cho đến đầu trên của vít được thới lỏng với vít đặt tốc độ
4) Điều chỉnh vít chỉnh van giới hạn (85) để nó không vô hiệu van giới hạn tốc độ tối đa (90) khi tốc độ được tăng lên Ứng dụng tín hiệu điều khiển áp suất khí tối thiểu đến bộ điều tốc (áp suất tại tốc độ động cơ tối đa được chỉ định sẽ được lấy) Hãy cẩn thận động cơ không vượt quá tốc độ tối đa được chỉ định
5) Xoay núm chỉnh tốc độ bằng tay theo chiều kim đồng hồ để tăng tốc độ động cơ đến mức tối đa được chỉ định Xoay vít chỉnh tốc độ cao (61) cho đến khi nó chạm vào chốt chặn tốc độ cao (51) Nếu vít cũng bị tắt, tốc độ sẽ giảm
Để điều chỉnh tốc độ tối đa đúng mức đã chỉ định, xoay núm chỉnh tốc độ tay theo chiều kim đồng hồ, sau đó quay ngược chiều kim đồng hồ khoảng 2 vòng Tiếp theo, xoay vài vòng vít chỉnh tốc độ cao và điều chỉnh đai ốc chỉnh tốc độ (59) ngược chiều kim đồng hồ cho đến khi đạt tốc độ mong muốn Đảm bảo vít chỉnh tốc độ cao chạm vào chốt chặn tốc độ cao để duy trì mức tốc độ tối đa, nhưng không bật vít quá chặt để tránh giảm tốc độ Lưu ý không nên xoay núm chỉnh tốc độ theo chiều kim đồng hồ vượt quá giới hạn tốc độ tối đa đã định để đảm bảo an toàn vận hành thiết bị.