Chế độ làm việc của động cơ khi hỏng một vài xi lanh hoặc khi tuabin tăng áp bị sự cố pot

Việc chọn điểm công tác A” phụ thuộc vào tỷ số xy lanh làm việc với số xylanh ngắt bỏ của động cơ, sự xuất hiện rung động do mất cân bằng ở động cơ cũng như tình trạng kỹ thuật của động

4.1 Chế độ làm việc của động cơ khi hỏng một vài xi lanh hoặc khi tuabin tăng áp bị sự cố.

4.1.1 Khi một hoặc một vài xi lanh bị hỏng:

Trong quá trình khai thác, động cơ chính tàu thủy có thể bị hỏng một hay vài xi lanh, nhưng trong trường hợp không cho phép dừng tàu mà buộc vẫn khai thác với số xy lanh còn lại Trong trường hợp này người khai thác phải xác định lại thông số công tác của động cơ và quan tâm đặc biệt tới các xi lanh còn lại

Một vài nguyên nhân dẫn đến phải ngắt bỏ xi lanh chẳng hạn như: Kẹt cặp pít tông bơm cao áp, vỡ đường ống cao áp, vòi phun bị kẹt do nhiên liệu bẩn, hoặc do hỏng hóc nhóm pít tông biên, bạc biên, v.v Tùy theo mức độ hư hỏng mà ta có thể ngắt bỏ xy lanh

đó theo 2 phương pháp sau:

a) Cắt nhiên liệu nh ư ng vẫn để nhóm piston - biên chuyển động theo.

Giả sử động cơ có một xy lanh bị hỏng, ta đã biết được Ni và Ne tương ứng là các đường cong (1) và (2) Công suất cơ giới có thể được tính theo các cách sau:

Dựa theo số liệu kinh nghiệm ta có thể chọn được hiệu suất cơ giới ηm ở vòng quay định mức, khi đó:

(45)

0 nn n

Nm

N

Nn

(1)

(2)

Xây dựng dặc tính ngoài của động cơ khi ngắt bỏ

xi lanh nhưng vẫn cho nhóm piston- biên chuyển

động theo

Đường (1) và (1’) là N i và N i’

Đường (1) và (1’) là N e và N e’

(1’)

(2’)

m

m i

m

η

η

−

=

Hoặc tính theo công thức:

Nm= A.nβ

Trong đó:β: Số mũ β với động cơ thấp tốc: β = 1 -> 1,2; với động cơ cao tốc: β = 1,5 -> 2,0 Hằng số A bằng:

A= An = Nmn/nβ

Nếu xem công suất các xylanh là đều nhau ta tính được công suất mỗi xylanh bằng:

Ni xl = Ni / i (46)

Khi hỏng một xy lanh thì công suất toàn động cơ Ni’ còn lại:

N’i = (i-1).Ni xl = [(i-1)/i].Ni (47)

Do không tháo nhóm piston- biên nên Nm được xem như không đổi và công suất có ích của động cơ với các xylanh còn lại được tính:

Ne’ = Ni’ - Nm (48)

Do cắt bỏ một xy lanh thì dù tay ga vẫn giữ nguyên nhưng công suất động cơ bị giảm xuống Ne’ và điểm công tác từ A chuyển về A’ Vòng quay động cơ bị giảm xuống và được tính theo công thức sau:

Tuy nhiên trong thực tế khi ngắt bỏ 1 xylanh, nếu ta vẫn giữ nguyên tay ga thì động cơ khai thác dễ bị quá tải, do vậy không nên khai thác động cơ với thời gian dài Để an toàn cho

động cơ ta nên giảm tay ga nhiên liệu xuống điểm công tác A”

Việc chọn điểm công tác A” phụ thuộc vào tỷ số xy lanh làm việc với số xylanh ngắt bỏ của

động cơ, sự xuất hiện rung động do mất cân bằng ở động cơ cũng như tình trạng kỹ thuật của động cơ, điều kiện khai thác v.v

Đối với động cơ lắp đặt tuabin tăng áp kiểu xung áp thì trong trường hợp này còn có hiện tượng tiếng ồn lớn ở phía máy nén, vòng quay tuabin bị dao động (Tuabin bị ho).

Do đó phải tiếp tục giảm tay ga cho đến khi mất hiện tượng trên hoặc xả bớt một phần khí tăng áp ở bầu góp khí nạp

b) Cắt nhiên liệu và tháo bỏ nhóm piston - biên

Chỉ thực hiện khi nhóm piston - biên bị hư hỏng không thể cho tiếp tục chuyển động theo

e

e A A

P

P n

n ' = '

Do tháo bỏ nhóm piston - biên nên chi phí cơ giới cũng giảm xuống và được xác định:

Nm ’=Nm -Nmxl = [(i-1)/ i].Nm (50) Khi đó công suất có ích được xác định:

Ne ’= Ni’ - Nm’

Nếu so với trường hợp a) thì về mặt năng lượng, Ne’ sẽ lớn hơn chút ít nhưng động cơ sẽ bị mất cân bằng nhiều hơn Động cơ, vỏ tàu sẽ rung động trong quá trình công tác Do vậy cũng như trường hợp a) người khai thác phải giảm tay ga động cơ cho đến khi giảm hẳn hiện tượng rung động ở động cơ cũng như vỏ tàu Ngoài ra còn phải chú ý tới sự mất cân bằng ở tổ hợp tua bin tăng áp

Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ khi ngắt bỏ xi lanh và tháo bỏ nhóm piston-

biên.

Đặc tính (1) và (1 ) biểu diễn N’ i và N i’ trước và sau khi hỏng xylanh.

Đặc tính (2) và (2 ) biểu diễn N’

e và N e’ trước và sau khi hỏng xylanh.

0 nn n

N

Nn

(1) (1’)

(2) (2’)

Minh họa trên đồ thị đặc tính

4.1.2.Khi tổ hợp tua bin tăng áp bị hỏng:

Khi hư hỏng ở tổ hợp tuabin tăng áp dẫn đến động cơ phải làm việc với áp suất khí trong buồng máy (với động cơ chỉ có một tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc với các tổ hợp tua bin tăng áp còn lại (với động cơ có nhiều tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc với các thiết bị tăng áp phụ trợ như: quạt gió phụ, máy nén cơ khí

Khi đó:

- Tổ hợp tuabin máy nén bị rung động và có tiếng ồn lớn

- Lượng không khí nạp bị giảm, áp suất nạp giảm làm quá trình quét khí thải không sạch

- Làm tăng sức cản của hệ thống nạp - xả Thời gian trì hoãn sự cháy kéo dài, quá trình cháy nhiên liệu xấu đi

Những lí do trên làm cho động cơ công tác không an toàn, tin cậy Công suất phát ra

bị giảm, động cơ dễ bị quá tải Cần xác định lại điểm công tác của HĐL

Công suất của động cơ khi bị hỏng tổ hợp tăng áp được xác định:

Ne’ = (P 0 / P k ).Ne (51) Trong đó:

Pk: áp suất khí nạp khi động cơ làm việc bình thường

Po: áp suất khí quyển hoặc áp suất khí tăng áp của hệ thống tăng áp sự cố

Khi tổ hợp tuabin-máy nén bị hư

hỏng thì điểm công tác thay đổi từ

A về A’ Tuy nhiên tại A’ động cơ

chỉ có thể làm việc trong thời gian

ngắn Trong trường hợp động cơ

còn phải công tác lâu dài trong tình

trạng này thì phải tùy vào tình

trạng kĩ thuật thực tại của động cơ,

điều kiện khai thác hiện tại mà ta

phải giảm tay ga nhiên liệu đến vị

trí thích hợp A” sao cho động cơ

hoạt động an toan, tin cậy Tránh

quá tải cho động cơ

Điều này phụ thuộc nhiều vào trình

độ người khai thác và việc tuân thủ

theo hướng dẫn của nhà chế tạo

Cần phải quan tâm theo dõi thường

xuyên các thông số công tác của

động cơ Khi điều kiện cho phép có

thể rút rôto của tuabin ra để giảm

sức cản hệ thống nạp xả, lúc này

cần chú ý ngăn cách hai khoang

tuabin và máy nén

Hình 4.4 Xác định điểm phối hợp công tác của động

cơ khi tổ hợp tuabin tăng áp bị hỏng.

A: Điểm phối hợp công tác khi động cơ bình thường.

0 n” n’ n

N

Ne’

Ne”

Ne

A

C o

A’

Ne’

A”

Ne”

4.1.3 Khi thử tàu tại bến:

Tàu xuất xưởng sau khi đóng mới hoặc sau sửa chữa lớn thông thường phải thực hiện thử tại bến và có chứng kiến của Đăng kiểm Mục đích của việc thử tàu tại bến để kiểm tra tính hoàn thiện trong quá trình lắp ráp các bộ phận như động cơ chính và các hệ thống phục vụ,

đường trục, v.v để chuẩn bị cho khâu thử tiếp theo là thử đường dài

Đây là chế độ động cơ phải làm việc nặng nề nhất vì lúc này VS = 0 (λP = 0, S = 0) Do vậy thông thường chỉ thử với các thông số nằm trong giới hạn:

- nU = (0,50 -> 0,65).nn

- NeU = (0,30 -> 0,45).Nn

- PeU = (0,50 -> 0,60).Pen

- Thời gian thử không quá 10 giờ

- Không nên tăng vòng quay hoặc áp suất có ích bình quân đến 100%, vì dễ gây quá tải, phá hỏng các chi tiết động cơ

Xác định điểm phối hợp công tác của HĐL khi thử tàu tại bến trên hệ tọa độ P e - n và

N e - n.

A: Điểm phối hợp công tácở chế độ định mức khi tàu hoạt động bình thường.

A’: Điểm công tác ở điều kiện thử tàu tại bến nếu vẫn giữ nguyên tay ga định mức A”: Điểm phối hợp công tác khi đã giảm tay ga nhiên liệu hợp lí sao cho P e <P en

Ta thấy rằng ở chế độ thử tàu tại bến nếu vẫn khai thác động cơ ở tay ga định mức (han) thì ta co điểm công tác là A’, tại đó Pe > Pen Động cơ sẽ bị quá tải mặc dù công suất và vòng quay đều thấp Để đảm bảo an toàn cho động cơ thường ta chỉ thử tới vòng quay 0,6.nn tương ứng với Pe= 0,8.Pen

A”

A”

A’

A’

P e =120

0 65 80 100 n,%

Pe, %

120

100

60

C 0

h a

65 80 100 n,%

Ne, %

100

40

C 0

P e =100

h a

h a’

P e =60

h a’

4.2 Chế độ làm việc của động cơ khi tăng hoặc giảm tốc độ tàu.

4.2.1 Khi tăng tốc độ tàu.

Giả sử ta muốn tăng tốc độ tàu từ V1 đến V2, trước hết động cơ cần phải sinh ra thêm một lượng công suất thông qua việc tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ qua việc tăng tay ga ha Khi đó lực đẩy tàu T sinh ra sẽ thắng lực cản tức thời của tàu R, mômen phát

động Me thắng mômen cản MS Và chúng luôn luôn thỏa mãn hệ phương trình cân bằng năng lượng sau:

) , ( ) , (

) , ( )

, (

v R h T dt

dv m

v M h

M dt

d I

a

S a

e

ω ω

ω ω

ω

−

=

−

=

(52)

Trong đó:I: Mômen quán tính của khối lượng chuyển động quay tính quy về đường tâm

trục khuỷu

V: Tốc độ tàu

m: Khối lượng con tàu cộng với khối lượng nước chuyển động theo

T: Lực đẩy tàu

R: Lực cản

Quá trình tăng tốc độ tàu được chia làm hai giai đoạn sau:

- Tăng tốc độ động cơ, chân vịt và các chi tiết chuyển động liên quan từ tốc độ góc ω1

tới ωb = 0,95(ωC - ω1) ở giai đoạn này tốc độ tàu hầu như không thay đổi nên tàu vẫn chạy với tốc độ V1

- Tăng từ từ vận tốc tàu từ V1 đến V2 với giả thiết trong giai đoạn này mômen quay của

động cơ luôn cân bằng mômen quay của chân vịt

Mômen do động cơ sinh ra biến đổi theo đường 1-a-b-c-2, còn mômen trên đế chân vịt

Điểm 2 là điểm công tác ổn định của HĐL ở đó mômen sinh ra của động cơ cân bằng

Tình trạng công tác của động cơ tốt hay xấu trong quá trình tăng tốc phụ thuộc vào ứng suất cơ và ứng suất nhiệt, điều này tùy thuộc vào việc tăng tay ga từ từ hay đột biến nhảy bậc Theo kinh nghiệm khai thác cho thấy khi tăng tay ga lớn trong một đơn

vị thời gian thì các thông số công tác của động cơ thay đổi nhiều, động cơ làm việc

a) Xét trường hợp động cơ có trang bị bộ

điều tốc.

Khi cần tăng tốc độ tàu lên V2 ta tăng tay

ga lên vị trí đặt ω2 Dưới tác động của bộ

điều tốc tức thì kéo tay ga nhiên liệu lên

hmax Mômen động cơ tăng từ Me1 lên Ma

sau đó thay đổi về b-c-d-2, còn mômen

trên đế chân vịt thay đổi theo đường cong

1-b’-c-d-2 theo ba giai đoạn sau:

- Giai đoạn một: Tốc độ động cơ tăng

nhanh trong khi đó tốc độ tàu hầu như

không đổi Mômen động cơ thay đổi theo

đường 1-a-b, còn mômen trên đế chân vịt

- Giai đoạn hai: Tốc độ góc của động cơ

tăng chậm dần do sự dần cân bằng giữa

mômen phát động của động cơ với mômen

cơ làm việc trên đường đặc tính cực đại

hmax (b-c-d)

- Giai đoạn ba: Lượng cấp nhiên liệu từ từ

giảm xuống từ hmax đến h2 theo đặc tính

điều chỉnh Ur2 Mômen của động cơ và

chân vịt cân bằng nhau (Me= MS) và cùng

giảm sau đó sẽ làm việc ổn định tại điểm

2 Tàu đạt vận tốc V2 như yêu cầu

M(C0, ω)

Hình 4.7 Sự thay đổi thông số làm việc của động cơ khi tăng tốc độ tàu khi có bộ

điều tốc.

Ur 1 : Đặc tính điều chỉnh ở tốc độ V 1

Ur 2 : Đặc tính điều chỉnh ở tốc độ V 2

b’

M(ha 1, ω )

0 ω1 ωb ωc ω2 ω

M b c d

a

1

M(ha 2, ω )

M(v1, ω )

M(hmax, ω )

2

M(v2, ω )

Ta nhận thấy rằng trong trường hợp động

cơ có trang bị bộ điều tốc có một khoảng

thời gian động cơ phải làm việc trên đư

ờng đặc tính hmax có nghĩa là động cơ

phải làm việc ở chế độ nặng nề hơn so

với trường hợp động cơ không có bộ điều

tốc

Theo kinh nghiệm khai thác cho thấy nếu

ta tăng tay ga một cách từ từ liên tục thì

mômen của động cơ và của chân vịt

không kịp cân bằng nhau, do vậy mômen

của động cơ sinh ra sẽ dư thừa so với

mômen mà chân vịt cần tiêu thụ Còn

nếu ta thay đổi tay ga theo từng bậc nhỏ

sẽ làm cho mômen của động cơ và chân

vịt nhanh chóng tự cân bằng nhau, lượng

dư thừa nhỏ hơn, động cơ hoạt động an

toàn tin cậy hơn

M(v2, ω )

M(ha 2, ω )

Ur 2 2

M(v2’, ω )

a’

b

4.2.1.Khi giảm tốc độ tàu.

Hình 4.9 Diễn biến của quá trình

giảm tốc độ tàu từ V 1 xuống V 2

Mômen động cơ thay đổi theo đư

ờng 1-a-b-d-2.

Mômen trên đế chân vịt thay đổi

theo đường 1-b-d-2

Với động cơ có bộ điều tốc thì khi

giảm tốc độ từ V1 về V2 sẽ có một

giai đoạn động cơ bị cắt nhiên liệu

a-b-d Tại d gặp đường đặc tính bộ

điều tốc Ur2 động cơ mới quay trở lại

làm việc với nhiên liệu (động cơ khởi

động lại)

b’

M(v2, ω )

M(ha 2, ω )

0 ω2 d b a ω1 ω

2

M(ha 1, ω )

Ur 2

Ur 1

1

2

’

M(ha 1, ω )

0 ω1 ω2 ω

M

a M(C0, ω )

1

M(v1, ω )

M(hmax, ω )

Ur 1

b’

Hình 4.8 Minh họa quá trình tăng tốc qua hai bậc Mômen động cơ thay đổi theo đường: 1-a-b’-2’-a’-b-2 Mômen trên đế chân vịt thay đổi theo đường:

1-b’-2’-b-2

Động cơ không phải làm việc trên đường hmax