Sử dụng bộ điều tốc Woodwards UG8 thay thế cho bộ điều tốc OPH-50 trên các động cơ Diesel lai máy phát điện loại 6 - 84H2534

Sử dụng bộ điều tốc Woodwards UG8 thay thế cho bộ điều tốc OPH-50 trên các động cơ Diesel lai máy phát điện loại 6 - 84H2534

Xe Beal, Tod 2006

SU DUNG BO DIEU TOC WOODWARDS UGS THAY THE CHO BO BIEU TOC OPH-50 TREN CAC BONG CO DIESEL LAI MAY PHAT BIEN LOAI 6 - 84H25/34

Động cơ diesel loại 6 - 84H25/34 được sử dụng rắt phổ biến

tại các trạm phát điện trên tàu thuỷ và dàn khoan Các động cơ

này trang bị Bộ điều tốc (BĐT) OPH-50 Qua thực tế sử dụng

tuôi thọ không cao, sau khoảng 2 - 3 năm sử dụng BĐT sẽ làm

việc kém ỗn định và phát sinh dao động hành trình khớp nỗi

đầu ra, Hiện nay phụ tùng của BĐT này do Nga và Ucraina sản

xuất, rất khó tìm kiếm ở thị trường Việt nam để sửa chữa BĐT

Do vậy, cần phải nghiên cứu khả năng thay thế BĐT

Woodwards UG-8D cho OPH-50 trên các động cơ 6 - 814H26/34

Diesel engine 6 - 84H25/34 are very popular on generator

diesel engine plan of the ship and off shore station Almost

this engine using OPH-50 governor, when using this governor

‘on engine we found some in advantage below: Shortly live time

and lowly stability after using about 2 - 3 years this governor

must be overhauling To day the spare parts of this governor

are made in Ukraine and Russia however very difficult find at

Vietnam From this practice, with our experience repair and

maintenance governor we offer to method using Woodward

UG8 replace to OPH-50 working on diesel engine 84H25/34,

4 Đặt vấn đề

Các loại động cơ diesel 6 và 84H25/34 hiện đang được sử

dụng phổ biến tại các trạm phát điện trên tàu thủy, trong các

khu công nghiệp và đặc biệt tại các tổ máy phát trên dàn khoan

của Xí nghiệp Liên doanh khai thác dầu khí Việt Xô Petro của

Việt nam Các động cơ này sử dụng bộ điều tốc (BĐT) OPH-50

để tự động điều chỉnh vỏng quay động cơ và phối hợp hoà

đồng bộ với các máy phát làm việc song song BOT OPH-50

được sản xuất tại Liên xô trước đây và hiện nay tại Nga và

Ukraina, qua thực tế khai thác BĐT này đã bộc lộ một số

nhược điểm sau:

- Câu tạo phức tạp, vít chỉnh độ không đồng đều nằm bên

trong BĐT nên khi hiệu chỉnh cần người khai thác phải có tay

nghẻ, kinh nghiệm thì mới có thể thực hiện được

- Tuổi thọ các chỉ tiết tháp, đặc biệt là các chỉ tiết chuyển

động tương đối với nhau như: cụm piston - xi lanh con trượt,

van phân phối, bộ khuyếch dai nên hiện tượng rd lot dau

tăng lên làm vòng quay của động cơ hay dao động

- Nguồn vật tư phụ tùng của BĐT OPH-80 hiện rất khó tìm

mua tại Việt Nam

Các lý do trên làm giảm tuổi thọ của BĐT, làm việc kém én

định nên tính hiệu quả kinh tế kỹ thuật thắp, không phát huy

được công suất của động cơ

Trong khi đó, loại BĐT hiện đang được sử dụng phổ biến

với nhiều ưu điểm vượt trội, đó là bộ điều tốc Woodwards UG-

8D của hãng chuyên sản xuất các thiết bị tự động nỗi tiếng của

Mỹ, có các nhà máy sản xuất tại Mỹ, Nhật, Hà Lan BĐT UG-8D

được lắp đặt trên hằu hết các động cơ diesel của các hãng

như: YANMAR, DAIHATSU, MAK, CATERPILAR v.v Qua tìm

hiểu về tính năng hoạt động và cấu tạo, nhận thấy: đây là một

BĐT có cấu tạo đơn giản, đồng thời khắc phục được các

khuyết điểm của BĐT OPH-50 Tuy nhiên để thay thế BĐT UG-

8D cho BĐT OPH-50 trên các động cơ 6 và 84H25/34 can phai

xem xét các tiêu chí sau đây:

- Khoảng vòng quay làm việc

~ Công suất dẫn động BĐT

- Độ dịch chuyển của khớp nói đầu ra

- Mô men quay của khớp nói đầu ra

- Hệ số không nhạy, hệ số không đồng đều

- Kích thước cơ bản của BĐT, khớp nói đầu vào, đầu ra và

vị trí bắt bu lông

PGS TS LÊ VIẾT LƯỢNG *

TS PHAN VĂN QUAN **

Và các ván đề liên quan khác

Để xem xét các vấn đề nêu trên, cần tìm hiểu về cầu tạo, tính năng hoạt động và khả năng thay thề của BĐT Woodwards

UG-8D cho OPH-50

2 Các thông số và đặc điểm kĩ thuật của BĐT UG - 8D

và OPH - 50 Sau khi nghiên cứu hai loại BĐT thấy rõ, nguyên lý hoạt

động và cấu tạo của 2 loại BĐT này tương tự nhau, tuy nhiên

BĐT Woodward UG - 8D có kết cấu hợp lý, công suất dẫn

động trục chính của BĐT như nhau, nhưng Mô men quay của

khớp nối đầu ra lớn hơn và được trang bị các bộ phan hiệu chỉnh kim bù và các núm điều chỉnh đều nằm phía ngoài nên dễ hiệu chỉnh Ngoài ra, qua thống kê thực tế khai thác thì tuổi thọ của Wood ward UG - 8D dài hơn gắp 4 - 5 lần so với BĐT OPH

- 50 và làm việc tin cậy hơn Sau đây xem xét các thông số kĩ

thuật và đặc điểm chủ yếu về hai loại BĐT này

2.1 Bộ điều tốc OPH - 50

a) Các thông số kỹ thuật:

- Mô men quay khớp nối đầu ra: 5 Nm

~ Khoằng vòng quay hoạt động của trục dẫn động BĐT 450 + 1800 vòng phút,

- Hệ số sai số tĩnh: 0 - 3%

- Chiều quay: hai chiều

- Dau sir dung: MC 20, MC 30, SEA 40, SAE 50 - Áp suất dầu (450-1500v/p): 6— 8 kG/cm

- Lượng dầu sử dụng 0.75 kg

b) Đặc diém kỹ thuật

BOT OPH-50 là BĐT cơ khí thủy lực, tác động gián tiếp điều khiển thanh răng bơm cao áp thông qua bộ khuyếch đại BĐT OPH-50 có liên hệ ngược phụ tổng hợp bao gồm liên hệ ngược phụ cứng và liên hệ ngược phụ mềm BĐT OPH-50 sử dụng động cơ điện một chiều DC hoặc xoay chiều AC để điều khiển việc đặt tốc độ cho động cơ bằng cách thay đổi lực căng của lò xo tốc độ Vùng giới hạn vòng quay dẫn động điều tốc làm việc ổn định từ 450 v/p — 1500 víp được sử dụng phổ biến

cho các động cơ diesel lại máy phát điện làm việc độc lập và

song song

- Khớp nói với trục dẫn động của BĐT OPH-50 1a loai then

hoa theo hé SI, chiều dài cụm trục - bánh răng nối với bánh

răng truyền động của động cơ khoảng 50mm

2.2 Bộ điều tốc Woodwards UG8 - 8D

a) Các thông số kỹ thuật:

- Mô men quay khớp nói đầu ra: 13.2 N.m

~ Khoảng vòng quay hoạt động của trục dẫn động BĐT 360 + 1600 vòng phút

- Ap suất dầu = 8 kG/cm?

- Chiều quay: hai chiều

- Dầu sử dụng: SEA 40, SEA 50

- Động cơ điện điều khiển từ xa gồm các loại động cơ điện

một chiều dùng nguồn 24v DC, động cơ xoay chiều dùng nguồn

110, 220v AC

b) Đặc điểm kỹ thuật BĐT UG-8D về mặt nguyên lý cũng là BĐT cơ khí thủy lực

có liện hệ ngược phụ tổng hợp bao gồm liện hệ ngược phụ cứng và liên hệ ngược phụ mam Điểm đặc biệt của BĐT này là

có thể hiệu chỉnh được liện hệ ngược cứng, liên hệ ngược

mềm từ các núm điều chỉnh trên mặt trước BĐT BĐT này cũng

trang bị một động cơ điện 1 chiều DC hoặc xoay chiều AC: 24

* Trường Đại học Hàng Hải

**Trường Đại học GTVT TP Hò Chí Minh

Tạp chí GTVT Số 1+2/2006 - 117

Chu Mang Nein Mt

v, 110 v va 220 vôn dé điều chỉnh đặt tốc độ động cơ Với các

đặc điểm này BĐT UG-8D khi làm việc trên động cơ có thé điều

chỉnh trực tiếp được đặc tính tĩnh cũng như đặc tính động của

hệ thống, có nghĩa là có thể điều chỉnh được các thông số tính

vòng quay n, sai số tĩnh ó, độ quá điều chỉnh Ayma„ và thời gian

điều chỉnh Tạc Đây là một ưu điểm lớn của BĐT UG-8D

BOT UG-BD có kích thước được thiết kế theo hệ INCH,

điểm lưu ý là chiều dài cụm trục - bánh răng nối với bánh răng

truyền động của động cơ 62 mm, khớp nối lắp vào trục dẫn bộ

điều tốc có then hoa theo hệ ¡ ‹

3 Phương án thay thê OPH-50 bang UG-8D

3.1 So sánh các thông số cơ bản

Bang 1 So sanh OPH-50 va UG-8D

a 450 - 1500 vip 360 - 1600 vip

Tực Điều chỉnh được Điều chỉnh được

Khớp nỗi Hệ met Hệ Inch

LxWxH 198x190x 280 190.6x146.1x 318.3

Để có thé thay thế hai loại BĐT cho nhau thì chúng phải có

tính năng và kết cầu tương đương Vì thế cần phải so sánh các

thông số công tác cơ bản và kết cấu của hai BĐT UG-8D và

OPH-50

Từ bảng 1 nhận thấy, các thông số công tác cơ bản và tính

năng của BĐT UG-8D tương đương với BĐT OPH-50, trong đó

mô men quay khớp nối đầu ra của BĐT UG-8D lớn hơn nên

việc điều khiển thanh răng bơm cao áp nhẹ nhàng hơn

3.2 So sánh về tính năng và kết cầu

BDT OPH - 50 va UG-8D đều hoạt động dựa trên nguyên

tắc tỷ lệ tích phân (PI) thích hợp với các động cơ diesel lai máy

phát làm việc song song, có yêu cầu về tính én định cao đối với

điện áp U và tần số f của dòng điện phát ra Khi vòng quay

động cơ thay đối sẽ làm cho tần số và điện áp vượt khỏi giới

hạn cho phép, dẫn đến trạm phát điện tự động ngất tải, điều

này gây nguy hiểm cho các thiết bị sử dụng nguồn điện Cá 2

BOT đều sử dụng phần tử cảm ứng là các quả văng ly tâm, kết

hợp với ổ đỡ chặn để làm thay đổi lực căng ban dau của lò xo

(thay đỗi giá trị của phần tử đặt trước khi tải thay đổi) hoặc nói

cách khác là tác động làm dịch chuyển van trượt điều khiển dẫn

đến thay đổi vị trí piston lực để đáp ứng với thay đổi của tải đều

giống nhau Piston lực đều là dạng bậc, với cùng giá trị của áp

lực dầu 8 kG/cm?, nhưng bộ phận khuyếch đại của UG-8D tạo

ra lực lớn hơn do có đường kính piston lực lớn hơn

Cả hai BĐT đều có cơ cấu liên hệ ngược tổng hợp và có

thể hiệu chỉnh được các giá trị như thời gian điều chỉnh (Ta.),

hệ số sai số tĩnh (ó) Ngoài các chỉ tiết cơ bản, BĐT còn được

trang bị các thiết bị phụ để phục vụ mục đích điều chỉnh như:

thiết bị đễ điều chỉnh hệ số sai số tĩnh (ở), hành trình của piston

bù chủ động, giới hạn tải Trong kết cáu của BĐT UG-8D còn

bố trí thêm chỉ tiết để hiệu chỉnh kim bù, thiết bị này giúp cho

người khai thác điều chỉnh được thời gian điều chỉnh Tạ, khi đã

có sự điều chỉnh của van kim bù mà không có hiệu quả hoặc

đối với BĐT đã làm việc lâu, do vậy làm tăng tuổi thọ của BĐT,

đối voi OPH - 50 không có thiết bị này Xét về thiết bị cung cáp

năng lượng cho BĐT làm việc thì đều giống nhau Cùng là bơm

dầu kiểu bánh răng ăn khớp ngoài và có thể quay được cả hai

chiều nhờ sử dụng hệ thống mạch cầu với bón van một chiều

3.3 So sánh kích thước hình học

Kích thước hình học của 2 BĐT cũng là một yếu tố quan

trọng để thay thế cho nhau Sau khi kiểm tra về kích thước

nhận thấy:

~ Kích thước cơ bản của OPH-50 là 198 x 190 x 280 và UG-

8D là 190.6 x 146.1x 318.3, chúng khác nhau không nhiều

Khoảng không gian, diện tích bó trí và,mặt bích lắp ráp bộ điều

tốc trên động cơ 6 - 8L|H25/34 có thể lắp được UG-8D vào vị trí

OPH-50

Điểm khác nhau cơ bản của 2 loại BĐT này về kích thước

hình học là các chốt liên kết giữa động cơ với điều tốc, đối với

118 - Tạp chí GTVT Số 1+ 2/2006

OPH - 50 then hoa dẫn động và khớp nói thanh răng là then

hoa hệ mét, còn đối với UG - 8D là hệ inch

3.4 Giải pháp thay thế UG-8D cho OPH-50 Như đã phân tích ở trên về cầu tạo, nguyên lý, tính năn;

hiệu chỉnh của 2 loại BĐT này tương tự nhau và có thể thay the cho nhau Điểm khác biệt cần phải được khắc phục khi thay thé UG-8D cho OPH-50 là thay đối các cơ cấu ghép nói giữa điều

tốc và động cơ

Đối với khớp nói truyền động giữa động cơ và điều tốc, có thể giải quyết như sau: giữ nguyên trục dẫn của UG-8D và

dùng một mặt bích nâng BĐT lên cao hơn so với khớp nối và

thêm vào một đầu ni liên kết với bệ dẫn của động cơ và điều

tốc (andaptor)

Tương tự đối với trục ra của điều tốc ta cũng thay thanh liên

kết giữa thanh răng và BĐT bằng thanh liên kết khác với 1 đầu

sử dụng ren hệ Inch nối với điều tốc và đầu còn lại liên kết với thanh răng Lưu ý cân chỉnh hành trình Max và Min của thanh

răng phải tương ứng với hành trình max và min của trục ra BĐT 3.5 The nghiệm

Sau khi nghiên cứu về lí thuyết thấy rằng, tính năng của hai

bộ điều tốc tương đương với nhau, đồng thời về mặt kết cấu cũng tương tự nhau, chúng tôi tiền hành thay thế BĐT OPH-50

bằng UG-8D cho động cơ 814H25/34 của tố hợp 3 động cơ lai máy phát điện (hình 1)

Sau khi thay thế cho từng động cơ, tiền hành thử nghiệm, kiểm tra các thông số công tác của BĐT, cũng như tần số và điện áp đều đảm bảo yêu cầu kĩ thuật Sau đó đã thay thế tiếp

2 BĐT OPH- 50 bằng UG-8D Khi chạy thử cả 3 động cơ

84H25/34, hé théng may phát đã làm việc tót, việc cân bằng tải

của các máy phát thông qua hệ thống tự động tác động lên các

động cơ servo đã thực hiện an toàn và hiệu quả, các tiêu chí

đánh giá đều thỏa mãn qui định cho phép Theo dõi quá trình

khai thác động cơ 84H25/34 thấy rõ, khi lắp BĐT UG-8D đã

phát huy được nhiêu ưu điểm vượt trội so với khi làm việc với

OPH-50 Điều đó khẳng định phương án thay thế OPH-50 bằng

UG-8D có tính khả thi và mang lại lợi ích kinh tế trong quá trình khai thác động cơ 8HH25/34

Hinh 1 BĐT UG-8D lắp trên động cơ 84H25/34

Kết luận

- Để đảm bảo độ tin cậy và kinh tế cho loại động cơ 6 - 84H26/34 trong quá trình khai thác có thể thay thế BĐT OPH-

50 bằng BĐT UG-BD của hãng Woodward

~ Tính năng hoạt động và kết cấu hai loại bộ điều tốc này

tương đương nhau

- Để thay thế BĐT OPH-50 bằng BĐT UG-8D cần phải

hoán cải khớp nối đầu vào và khớp nãi đầu ra của BĐT, đồng thời phải hiệu chỉnh hành trình dịch chuyển của khớp nói đầu ra

của BĐT cho phù hợp với hành trình thanh răng bơm cao áp

theo lí lịch động cơ

Tài liệu tham khảo

4 Lê Viết Lượng (2004), Phan Văn Quân “Kết quả mô phỏng hoạt động của BĐT trong quá trình khai thác động cơ diesel”, TCGTVT, (4), Tr.36 - 38

2 Lê Viết Lượng (2004), Phan Văn Quân “Thiết kế mô hình

băng thử BĐT động cơ diesef, TCGTVT, (5), Tr 48 - 50

3 Đăng Văn Uy (1997), Hệ thông tự động Hệ động lực tu thủy,

ĐH Hàng Hải, Hải Phòng

4 Vigil Cox (1988), Automation and contro! for Marine engineers

5 Benjamin C.Kuo (1991), Automation control systems, Prentice - Hall USA

6 UG Dial Govemor 03040D - Woodwards (1982) - USA

7 Lí lịch Bộ điều tốc OPH-50

8 Goveming Foundamentals - Woodwards USA.