tìm hiểu nguyên lý làm việc của hệ thống khởi động đảo chiều máy chính tàu sông đuống, các sự cố thường gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục

Hệ thống điều khiển từ xa là hệ thống cho phép ngời khai thác điều khiển sự hoạt động của động cơ từ một vị trí cách xa động cơ thông qua một số cơ cấu thực hiêncác chức năng nh khởi độn

Lời nói đầu

Ngày nay, việc điều khiển động cơ Diesel trên các con tàu hầu hết đều đợc ápdụng các hệ thống điều khiển từ xa với mức độ tự động hóa khác nhau Với sự pháttriển của khoa học kĩ thuật, các hệ thống điều khiển ngày càng đợc tự động hóanhiều hơn và công việc khai thác vận hành của các sĩ quan, thợ máy càng trở nên dễdàng và thuận tiện Với các hệ thống điều khiển từ xa đó, các thao tác điều khiển

động cơ đều có thể đơc thực hiện từ buồng điều khiển máy, trong đó có hệ thống

điều khiển khởi động đảo chiều từ xa cho máy chính

Khi manơ điều động, ra vào luồng lạch, tính cơ động của con tàu là rất quantrọng Do đó, hệ thống điều khiển động cơ, đặc biệt là hệ thống khởi động đảo chiềuyêu cầu là phải hoạt động an toàn, ổn định và luôn sẵng sàng làm việc Trong thờigian khai thác, đôi khi hệ thống vẫn có thể xảy ra các sự cố trục trặc, h hỏng, điều

đó hết sức nguy hiểm đối với sự an toàn của con tàu Để đảm bảo hệ thống luôn antoàn và tin cậy, đòi hỏi đội ngũ sĩ quan và thợ máy phải nắm rõ cấu tạo các phần tử,nguyên lý hoạt động và đặc điểm đặc điểm của hệ thống Từ đó, có thể vận hành,khai thác đúng quy trình quy trình hợp lý Khi có sự cố, ngời sĩ quan vận hành phải

có kiến thức sâu sắc, nắm đợc các nguyên nhân có thể tác động đến hệ thống và tìm

ra đợc phơng hớng khắc phục

Chính vì vậy, em đã chọn đề tài “Tìm hiểu nguyên lý làm việc làm việc của hệ thống khởi động đảo chiều máy chính tàu Sông Đuống, các sự cố thờng gặp, nguyên nhân và biện pháp khắc phục” để tìm hiểu sâu hơn, áp dụng các kiến thức

đã đợc tiếp thu trong quá trình học tập tại trờng vào thực tế

Cuốn luận văn bao gồm những phần chính sau:

Phần 1: Giới thiệu chung về tàu Sông Đuống và hệ động lực.

Phần 2: Hệ thống điều khiển từ xa, khởi động đảo chiều tàu Sông Đuống.

1 Hệ thống điều khiển từ xa

2 Hệ thống khởi động đảo chiều

Phần 3: Quy trình khai thác hệ thống, một số sự cố và biện pháp khắc phục.

Trong thời gian thực hiện luận văn, em đã nhận đợc sự giúp đỡ nhiệt tình củathầy giáo hớng dẫn Th.S Nguyễn Văn Tuấn và các chú bên phòng Kĩ thuật Công tyVận tải biển Việt Nam (VOSCO) Mặc dù đã cố gắng rất nhiều nhng khả năngchuyên môn còn hạn chế, kinh nghiệm thực tế còn ít nên khó tránh khỏi những saisót, em rất mong đợc sự chỉ bảo góp ý của thầy giáo hớng dẫn cùng các thầy trongkhoa để em có thể hoàn thiện hơn các kiến thức của mình

Phần I

Giới thiệu chung về con tàu và hệ động

lực của mv Sông đuống

Chơng 1.

Giới thiệu chung về tàu Sông Đuống

1.1.Giới thiệu chung về con tàu

MV Sông Đuống đợc đóng bởi Austin and Pickersgilt LTD, Southwick ShipyardSunderland ngày 22-1- 1979 Tàu thuộc sở hữu của công ty vận tải biển Việt Nam(VOSCO) Tàu đợc đăng kiểm Lloys phân loại, cho phép khai thác toàn tải với hầm

số 3 rỗng và boong trên có thể trở hàng có chiều cao đến 2.3m với trọng lợng khoảng1.39m3/tấn Cảng dăng kí của tàu là cảng Hải Phòng

Các đặc tính của con tàu:

Lợng giãn cớc không tải 3796 tấn

Tàu Sông Đuống là một trong những con tàu lớn của công ty vận tải biển ViệtNam, tuy nhiên tình trạng kĩ thuật của con tàu hiên nay không còn đợc tốt và sẽ đợcbán lại

1.2 Các hệ thống phục vụ trên boong

1.2.1 Hệ thống cứu sinh

Tàu Sông Đuống trang bị đày đủ các trang thiết bị cứu sinh nhằm đảm bảo antoàn tối đa cho tính mạng thuyền viên làm việc trên tàu Các thiết bị cứu sinh baogồm:

- Một xuồng máy kích thớc 7,315m x 2,438m x 1,016m có thể chở đợc 41 ngời

- Một xuồng chèo tay kích thớc 7,315m x 2,438m x 1,016m có thể chở đợc 44ngời Các xuồng cứu sinh do hãng Viking Marine cung cấp

- Một phao bè cứu sinh tự thổi có thể chở đợc 25 ngời của hãng Branport cungcấp

1.2.2 Hệ thống tời neo

- Trên tàu có trang bị hệ thống tời điện bao gồm 8 tời loại 21/2/5T và 2 loại 2/5T

có sức cẩu là 12 tấn

- Phía lái trang bị một tời điện có trọng tải 8 tấn

- Tời neo là loại sử dụng dây có kích thớc 54 mm do hãng Siemens/ Donkin cungcấp

Máy lái trên táu Sông Đuống là loại điện thủy lực do hãng Donkin sản xuất 1.2.4 Hệ thống lái

Trên buồng lái có trang bị các thiết bị hành hải bao gồm:

- Một rardar TM1226C và một radar RM1226C của hãng DECCA

- Một máy đo độ sâu, một máy đo độ sóng lắc

- ngoài ra còn có một phòng vô tuyến điện trang bị các thiết bị thu phát tín hiệusóng radio

1.2.5 Hệ thống làm hàng

Tàu Sông Đuống có 5 hầm hàng, đợc trang bị các cần cẩu điện để làm công tácxếp dỡ hàng hóa Cụ thể các cẩu đợc bố trí nh sau:

- Hai cẩu 20 m có trọng tải 10 tấn ở hầm hàng số 1

- Hai cẩu 20 m có trọng tải 10 tấn ở hầm hàng số 2

- Hai cẩu 21.5 m có trọng tải 10 tấn ở hầm hàng số 3

- Hai cẩu 19.75 m có trọng tải 10 tấn ở hầm hàng số 4

- Một cẩu 16.1 m có trọng tải 60 tấn ở hầm hàng số 4

- Hai cẩu 19.5 m có trọng tải 10 tấn ở hầm hàng số 5

1.2.7 Hệ thống lạnh và điều hòa không khí

- Tàu bố trí hai buồng lạnh thực phẩm, một buồng thịt và một buồng rau, hoaqủa Nhiệt độ buồng thịt: -120 ữ -150, nhiệt độ buồng rau: 20 ữ 40 Máy lạnh do hãngPRESST COLD sản xuất, là loại nén 2 cấp Công chất lạnh sử dụng là loại R22

- Hệ thống thống gió và điều hòa không khí nhằm đảm bảo điều kiện sinh hoạttốt nhất cho thuyền viên làm việc trên tàu Ngoài ra còn có các hệ thống thông gióhầm hàng, các hầm chứa Hệ thống thông gió do dãng SF Air Treatment sản xuất

chơng 2

Hệ động lực con tàu

Tàu Sông Đuống trang bị một máy chính 2 kì thấp tốc lai trực tiếp chân vịt, có

đảo chiều và các hệ thốn phục vụ khác Việc khai thác hiệu quả và hợp lí hệ động lực

có ý nghĩa rất quan trọng trong việc đảm bảo an toàn cho con tàu và nâng cao tínhhiệu quả kinh tế Sau đây chúng ta sẽ tìm hiểu cụ thể vệ hệ động lực của tàu Sông

Bơm cao áp của đông cơ là bơm cao áp dạng van, kiểu cụm đợc chế tạo thànhtừng cụm hai van một, điều này có ý nghĩa trong việc chế tạo hàng loạt, có thể lắpthành các động cơ 4 xilanh, 6 xilanh, 8 xinlanh … đều có

Hệ thống bôi trơn của động cơ là hệ thống bôi trơn cacte khô, dầu bôi trơn saukhi thực hiên nhiệm vụ bôi trơn đổ về sumptank bên dới động cơ Hệ thống bôi trơnxilanh độc lập với hệ thống bôi trơn các bệ đỡ Hệ thống dầu áp lực điều khiển khởi

động đảo chiều cũng dùng chung dầu với hệ thống dầu bôi trơn bệ đỡ

Động cơ đợc khởi động bằng khí nén áp lực 30 bar có các hệ thống bảo vệ khởi

động tơng đối hiên đại Ngoài ra còn có hệ thống điều khiển bằng điện để bảo vệ cácthông số của động cơ nh áp lực dầu bôi trơn, áp lực nớc làm mát và bảo vệ quá tốc… đều có

2.1.1 KÕt cÊu m¸y chÝnh: (xem h×nh 1.2a vµ h×nh 1.2b).

H×nh 1.2a MÆt c¾t ngang m¸y chÝnh

H×nh 1.2.b MÆt c¾t däc m¸y chÝnh.

191 Bulông suốt

411 Bánh răng lai trục cam

423 Động cơ servo đảo chiều

339 Đờng dầu bôi trơn bàn trợt

830 Đờng gió khởi động chính

840 Đờng ống dầu bôi trơn bệ đỡ

¸p suÊt cã Ých b×nh qu©n 12.6 bar

SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu cã Ých ge = 152.5 g/mlci.h

Thø tù næ theo chiÒu tiÕn: 1 - 4 - 2 - 3

B¬m cao ¸p kiÓu côm 2 chiÕc mét

B¬m cao ¸p d¹ng van ®iÒu chØnh thêi ®iÓm cuèi cÊp

2.1.5 C¸c thiÕt bÞ, hÖ thèng phôc vô:

Tuabin tăng áp Napier NA 650, số hiệu 218, nhãn hiệu 2A2933EC374.

Sinh hàn khí hãng Serck, số hiệu 2CB0663

Thiết bị bôi trơn xilanh hãng ASSA , số hiệu 283881/283878/22388

Hệ thống nhiên liệu dung dầu FO, khi điều động manơ chuyển sang DO

Hệ thống bôi trơn tuần hoàn cacte khô

Hệ thống làm mát kiểu mạch tuần hoàn kín, sơmi xilanh, vòi phun và đỉnh piston đợc làm mát bằng nớc ngọt

Hệ thống khởi động bằng gió nén áp suất 18 ữ 30 bar

Động cơ đựoc thiết kế để hoạt động với nhiên liệu nặng với độ nhớt khoảng 3500second Redwood ở 1000 F

Nhiệt độ dầu vào bôi trơn

Bảng 1 Các thông số thử tàu tại bến.

2.2 Nồi hơi.

Tàu Sông Đuống trang bị nồi hơi liên hợp phụ khí xả, khí quét thẳng đứng kiểuSPANER phục vụ mục đích hâm sấy và nhu cầu sinh hoạt của thuyền viên

Khi tàu chạy hành trình ổn định, nồi hơi khí xả hoạt động, khi tàu vào cảng hoặc

động cơ làm việc nhẹ tải, nồi hơi phụ làm việc

Các thông số chính của nồi hơi :

Trọng lợng của nồi hơi là 15145 kg

Phần đốt dầu có thể sinh hơi 800 kg/h ở áp suất 7 bar, nhiệt độ nớc cấp vào là

160C

Phần khí xả sinh hơi 600 kg/h ở áp suất 7 bar khi 6100 kg/h khí xả quét qua nồihơi ở nhiệt độ 3200C

Nồi hơi còn có các ống quét nằm ngang trọng lợng 3175 kg, trọng tải chứa nớc

4375 kg nhằm nâng cao khả năng hấp thụ nhiệt của nồi hơi

Nồi hơi có năng suất sinh hơi là 800 kg hơi trên giờ ở áp suất 7 bar, nớc cấp vào

có nhiệt độ 160C

2.3 Chân vịt.

Chân vịt của tàu Sông Đuống đợc sản xuất bởi Stone Manganese Marine LTD.Chân vịt là loại 4 cánh, đờng kính cánh là 4700 mm, bớc danh nghĩa 3433 mm vớidiện tích bề mặt đạp nớc lầ 10,34 m2 Chiều quay tiến là thuận chiều kim đồng hồ.Trọng lợng chân vịt là 8340 kg

Máy phát là loại không chổi than, từ trờng quay, điện áp 440 V, công suấtkhoảng 438 KVA, 3 pha, tần số 60Hz

2.5 Hệ thống khí nén khởi động.

Hệ thống khí nén đợc trang bị phục vụ mục khởi động máy chính và các động cơDiesel lai máy phát, cấp khí nén cho các mạch điều khiển từ xa bằng khí nén và cácmục đích khác

Tàu đợc trang bị 2 máy nén loại 2TF54, đợc làm mát bằng nớc, nén 2 cấp, cácxilanh đều đặt thẳng đứng Mỗi máy có năng suất nén 130 m3/h tới áp suất 30 bar khichạy ở tốc độ 875 rpm

Ngoài ra, tàu còn trang bị một máy nén sự cố lai bằng động cơ Diesel có năngsuất nén 16,69 m3/h tới áp suất 2,5 bar khi chạy ở tốc độ 1500 rpm

Hệ thống cung cấp khí nén là một hệ thống rất quan trọng Tính an toàn của

động cơ và các hệ thống phục vụ khác trên tàu phụ thuộc rất nhiều vào sự hoạt động

an toàn và tin cậy của hệ thống điều khiển và bảo vệ bằng khí nén

Phần 2

Hệ thống điều khiển từ xa và Khởi

động đảo chiều tàu sông đuống

Chơng 1

Hệ thống điều khiển từ xa

1.1 Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống điều khiển từ xa.

Để đảm bảo điều kiện làm việc tốt nhất cho con ngời trong công việc khai thác,

sử dụng các trang thiết bị máy móc, động cơ Diesel nói riêng và các thiết bị máymóc nói chung yêu cầu phải có thể dễ dàng điều khiển, vận hành Trong khai thác hệ

động lực Diesel tàu thủy, điều kiện làm việc buồng máy rộng lớn, tiếng ồn lớn, độngcơ Diesel yêu cầu khả năng có thể điều khiển trực tiếp tại động cơ lẫn điều khiển từ

xa trong buồng điều khiển Nhờ hệ thống điều khiển và chỉ báo từ xa, ngời vận hành

có thể bao quát tổng thể tình trạng của hệ động lực Tất cả các thao tác điều khiển,

điều chỉnh tốc độ, chiều quay, các thông số khai thác động cơ đều có thể thực hiệnmột cách dễ dàng từ buồng điều khiển Nhờ đó, công việc vận hành máy trở nên dễdàng hơn đối với sĩ quan và thợ máy

Có nhiều phơng pháp điều khiển từ xa các trang thiết bị máy móc Có thể là dùngphơng pháp cơ khí thông thờng (các cơ cấu bánh răng, bánh xích), điện, thủy lực, khínén… đều có, hoặc là kết hợp nhiều phơng pháp để đạt hiệu quả tối u Hệ thống điều khiển

từ xa trên tàu thủy thờng là thủy lực, khí nén, điện… đều có hoặc kết hợp nhiều phơng pháp

Hệ thống điều khiển từ xa là hệ thống cho phép ngời khai thác điều khiển sự hoạt

động của động cơ từ một vị trí cách xa động cơ thông qua một số cơ cấu thực hiêncác chức năng nh khởi động, đảo chiều, thay đổi tốc độ… đều có Trong quá trình điềukhiển, cơ cấu điều khiển đợc đặt ở chức năng điều khiển nào thì chỉ có chức năng đó

đợc thực hiện Đó là điều khiển từ xa theo các lệnh đơn Với hệ thống điều khiển từ

xa nh vậy, ngời khai thác sẽ phải thực hiện một cách tuần tự các cơ cấu để điều khiển

động cơ Chẳng hạn động cơ đang làm việc ở chế độ nửa máy theo chiều tiến (Halfahead), theo yêu cầu của buồng lái chuyển động cơ sang chế độ nửa máy theo chiềulùi, ngời vận hành phải thực hiện các bớc sau:

- Đa tay điều khiển nhiên liệu về vị trí “0” (cắt nhiên liệu) để dừng động cơ.

- Chờ cho vòng quay của động cơ giảm xuống (quan sát đồng hồ chỉ báo) Đatay đảo chiều từ vị trí Ahead về Stop rồi sang Astern

- Đa tay điều khiển nhiên liệu lên tơng ứng với mức khởi động

- Khi vòng quay của động cơ giảm đến giá trị cho phép hãm, ấn nút khởi động đểhãm và khởi động theo chiều quay mới Khi thấy vòng quay của động cơ theo chiềumới đã tăng vọt lên thì tức là đã khởi động thành công, nhả nút khởi động

- Kiểm tra chiều quay và vòng quay sau đó đa tay nhiên liệu lên mức Half asternCác hệ thống điều khiển từ xa nh vậy yêu cầu ngời vận hành phải có trình độthao tác thuần thục Mọi thao tác chính xác hay không của ngời vận hành có ảnh h-ởng trực tiếp đến hoạt động của hệ thống

Ngày nay, rất nhiều các tàu hiện đại đợc trang bị các hệ thống tự động điềukhiển từ xa Hệ thống tự động điều khiển từ xa cho phép ngời vận hành điều khiển sựhoạt động của động cơ từ một xa một cách hoàn toàn tự động thông qua một tay

điều khiển tích hợp nhiều chức năng Tay điều khiển này cho phép thực hiện cácchức năng khởi động, tăng tốc, đảo chiều hay dừng động cơ với một thao tác điềukhiển duy nhất Chỉ với một thao tác điều khiển, hệ thống logic sẽ tự động thực hiệnhàng loạt các thao tác một cách tuần tự để điều khiển động cơ Nh vậy, trong hệthống tự động điều khiển từ xa, các thao tác không chính xác của ng òi vận hành đợcloại bỏ và tính an toàn, hiệu quả của quá trình điều khiển động cơ đợc nâng cao

Ngoài ra, trong hệ thống điều khiển từ xa, có các thiết bị bảo vệ các thông sốquan trọng của động cơ nh nhiệt độ nớc làm mát, nhiệt độ, áp suất dầu bôi trơn, tốc

độ của động cơ… đều cóKhi các thông số đến giá trị bảo vệ, hệ thống sẽ điều khiển ngắtnhiên liệu, dừng động cơ để đảm bảo an toàn cho động cơ Để khởi động lại động cơ,sau khi khắc phục nguyên nhân gây sự cố, ấn nút reset để hoàn nguyên trạng thái

Đối với các hệ thống tự động điều khiển từ xa hiện đại còn có các chức năng ghi nhật

kí tự động, việc điều khiển có thể đợc thực hiện hoàn toàn trên các máy tính Nhờ đó,công việc khai thác, vận hành của các sĩ quan, thợ máy sẽ trở nên thuận tiện, dễ dànghơn rất nhiều

Yêu cầu của hệ thống điều khiển từ xa là phải làm việc tin cậy, ổn định và có thểchuyển sang điều khiển trực tiếp bằng tay trên động cơ khi phần điều khiển từ xa bịtrục trặc

1.2 Hệ thống điều khiển từ xa máy chính tàu Sông Đuống.

Sau đây, chúng ta sẽ đi tìm hiểu cụ thể một hệ thống điều khiển từ xa đợc trang

bị trên tàu Sông Đuống Đây là hệ thống điều khiển từ xa kết hợp khí nén, thủy lực

và điện Hệ thống điều khiển từ xa tàu Sông Đuống thực hiện các chức năng sau:

- Khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ động cơ và ngừng máy ở chế độ điều

- Khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ động cơ và ngừng máy ở chế độ sự cố.

- Bảo vệ an toàn cho động cơ trong quá trình khởi động, đảo chiều và khi có sự

cố xảy ra với hệ thống làm mát, bôi trơn

Tất cả các chức năng trên đều có thể đợc kiểm tra

1.2.1 Sơ đồ hệ thống

Hệ thống bao gồm các phần chính thực hiện các chức năng nh sau:

a, Phần điều khiển động cơ: mục đích để thực hiện các thao tác điều khiển máychính Phần này bao gồm các nhóm:

- nguồn cung cấp khí nén

- Nhóm thay đổi tốc độ

- Hệ thống khởi động

- các thiết bị an toàn

- điều khiển và đảo chiều

Trong trờng hợp 1 số sự cố hệ thống điều khiển khí nén không hoạt động, cócác thiết bị cho phép động cơ hoạt động sự cố bằng cách điều khiển trực tiếp bằngtay Trờng hợp phải cắt bỏ bộ điều tốc mà không cho phép dừng động cơ, có các thiết

bị cho phép động cơ khởi động và hoạt động trong điều kiện khẩn cấp và điều khiểntốc độ động cơ bằng tay

- Các thông số áp suất nớc làm mát, dầu bôi trơn

- Nhiệt độ nớc làm mát, dầu bôi trơn

- áp suất khí nén điều khiển, dầu áp lực điều khiển

- áp suất gió khởi động

Sơ đồ hệ thống đợc thể hiện trong hình trang bên, đây là một hệ thống điều khiển

từ xa tơng đối hoàn chỉnh và hiện đại, mọi thao tác đều có thể đợc thực hiện từ xa và

có thể chuyển đổi thao tác khi hệ thông điều khiển từ xa gặp sự cố

Dới đây là các phần tử trong hệ thống: (xem hình vẽ 400 – 20)

Phần điều chỉnh tốc độ

1.02 cảm biến tốc độ của thiết bị dừng quá tốc1.03 cảm biến tốc độ có bộ đém vòng quay1.05 trục truyền động thẳng đứng

1.06 thanh giới hạn mức nhiên liuêụ nhỏ nhất1.07 chốt giới hạn mức nhiên liệu cực đại1.11 thanh ngắt nhiên liệu

1.23 tay điêù khiển nhiên liệu khi động cơ hoạt độngệ cố không

dùng bộ điêù tốc1.24 bộ điều tôc Woodward PGA 581.25 tay điều chỉnh tốc độ dông cơ khi hệ thống điêu khiển từ xa

sự cố

1.27 Thanh truyềnPhần hệ thống khởi động

2.01 Van trựot trên đĩa chia gió2.02 Cam trên đĩa chia gió2.03 Van khởi động chính2.04 Van một chiều

2.22 Tác động lên bộ điều tốcPhần hệ thống nhiên liệu

3.01 Vòi phun trên các xilanh3.02 Bơm nhiên liệu

3.03 lõ xo tay nhiên liệu

3.05 Cam bơm cao áp

3.07 Kim chỉ báo mức nhiên liệu

3.08 Trục trung gian(cho tay điều chỉnh nhiên liệu)

Phần hệ thống đảo chiều

4.01 Động cơ servo đảo chiều

4.02 Van đảo chiều

4.07 Tay đảo chiều bằng tay

4.08 Chỉ bào vị trí của động cơ servo đả chiều

Phần hệ thống bảo vệ

5.01 Bảo vệ chiều quay

5.02 Khớp trợt bảo vệ chiều quay

5.06 Động cơ servo cắt nhiên liệu

5.23 Van điện từ cắt nhiên liệu bơm cao áp

5.24 Bộ bảo vệ quá tốc bằng điện

5.25 Biến trở ngắt nhiên liẹu bằng tay

5.26 Ngắt bơm cao áp bằng thủy lực

5.28 Báo động (ngừng máy khi quá tốc)

2.29 nút reset sau khí máy ngắt do quá tốc

2.30 Nút chạy sự cố và reset khi máy dừng do thiếu áp luẹc dầu2.32 Cảm biến tốc độ cho bộ ngắt máy khi quá tốc

Buồng máy

6.01 Chai gió

6.02 Đồng hồ àp lực

6.03 Bôm dầu bôi trơn(3-4 bar và 16 bar)

6.04 Van điều chỉnh áp lực dầu bôi trơn

8.03 Cụm van khởi động

8.04 Cụm van nhiên liệu

8.05 Thiết bị ngắt động cơ bằng điện

8.06 Cụm van giới hạn nhiên liệu khi áp lực quét thấp

8.07 Cụm van khóa liên động bảo vệ đảo chiều (trờng hợp sự cố

không có khí điều khiển) 8.08 Van bảo vệ áp lực dầu bôi trơn thấp8.10 Tay điều chỉnh nhiên liệu

8.15 Nút khởi động8.16 Nut dừng sự cố8.17 Nút chạy sự cố 8.18 Van điều khiển khởi động8.20 Cảm biến chỉ báo mức nhiên liệu8.21 Chỉ báo mức nhiên liệu

8.22 Tốc độ kế8.24 Đồng hồ áp lực khí điều khiển8.25 Đồng hồ áp lực khí nạp

8.26 Tiếp điểm vị trí của máy via

8.42 Tay đảo chiều8.43 Đồng hồ áp lực dầu của tay đặt nhiên liệu8.52 Đồng hồ áp lực khí khởi động

8.54 Rơle áp suất cho dầu bôi trơn bàn trợt

1.2.2 Các cụm thiết bị chính của hệ thống

Hệ thống điêu khiển từ xa bao gồm các thiết bị chính nh sau:

a, Nguồn khí điều khiển

Nguồn khí điều khiển đợc cung cấp từ trạm giảm áp Các trạm giảm áp này lấynguồn khí nén từ các chai gió chính áp lực 30 bar, thông qua các van giảm áp(hình2.1a), áp lực khí điều khiển giảm xuống còn 7 bar Trên trạm giảm áp, có tay điềukhiển việc cung cấp khí nén cho hệ thống điều khiển Khi sửa chữa, kiểm tra, các tay

điều khiển này có thể cắt nguồn khí điều khiển vào hệ thống và xả hết khí trong hệthống ra ngoài Để đảm bảo việc cung cấp khí điều khiển ổn định và tin cậy, hệ

Hình2.1a Van giảm áp.

1 Van nạp gió; 2 Vòng làm kín; 3 Tấm có lỗ; 4 Đồng hồ áp lực; 5 Vòng hãm;

6 O ring; 7 Vòng van; 8 Vòng hãm; 8a Lới; 9 Chốt có ren; 10,11 O rings; 12 Lò

xo áp lực; 13 Van; 14 Lò xo nén; 15 Vòng; 16 Tấm có lỗ; 17 Vít chốt; 18 Vònglàm kín; 21 Van; 22 Vòng van; 23 Vòng chặn; 24 Lò xo hình côn; 26 Chốt có ren;

27 Van xả; 28 Vít điều chỉnh; 29 Ê cu 6 cạnh; 30 Lò xo nén; 31 Long đen lò xo;

32 Van bi; 35 Vòng lò xo; 38 Nút vít; 39 Vít điều chỉnh áp lực; 40 Lò xo nén; 41.Piston; 42 Van; 43 Tấm có lỗ; 44 Vòng làm kín; 45 Nắp; 47 Bi; 48 Lò xo nén;

50 Cán; 51 Tấm dẫn hớng; 53 Phin lọc; 54 Cần chuyển vị trí; 55 Bi; 56 Vòngchặn; 57 Nút vít

b, Các thiết bị đặt tốc độ

Máy chính tàu Sông Đuống trang bị bộ điều tốc thủy lực Wooward PGA 58 Bộ

điều tốc đợc điều khiển bằng áp lực khí nén thông qua tay đặt tốc độ trong buồng

điều khiển máy Trên bộ điều tốc còn trang bị các thiết bị cảm biến cho hệ thống chỉbáo nh chỉ báo tải, vòng quay động cơ… đều cóKhi bộ điều tốc bị sự cố, có thể đợc ngắt rakhỏi hệ thống và tốc độ động sẽ đợc diều khiển bằng tay 1.23

c, Các thiết bị khởi động bằng khí nén

Phần thiết bị khởi động động cơ bao gồm các van khởi động trên các xilanh, cácvan khởi động chính, đĩa chia gió, van điều khiển khởi động Nhiệm vụ của các thiếtbịnày là thực hiên điều khiển quá trình khởi động động cơ Chúng ta sẽ tìm hiểu kĩhơn về phần này trong chơng 2

d, Các thiết bị an toàn

Để quá trình điều khiển, vận hành động cơ đợc an toàn và hiệu quả, các thiết bịbảo vệ động cơ có nhiệm vụ đảm bảo các quá trình điều khiển đúng trình tự hợp lý,các thông số của động cơ đợc đảm bảo Các thiết bị bảo vệ bao gồm: bảo vệ cácthông số hoạt động của động cơ (phần điện), hộp logic box gồm các van khóa liên

động điều khiển quá trình khởi động đảo chiều theo đúng quy trình, shut downservomotor, bảo vệ chiều quay (sẽ nghiên cứu cụ thể ở mạch khởi động đảo chiều)… đều có

- Thiết bị điện ngắt an toàn và bảo vệ quá tốc (xem sơ đồ các thiết bị bảo vệ bằng

điện ở trang bên):

áp suất nớc làm mát xilanh, piston và áp suất dầu nhờn phải luôn đợc giám sát

và bảo vệ chặt chẽ Thiết bị ngắt an toàn 8.05 có nhiệm vụ cảm ứng các giá trị ápsuất này Nếu một trong các giá trị áp suất này giảm đột ngột trong khi đang hoạt

động bình thờng thì 8.05 sẽ truyền tín hiệu điện đến thiết bị ngắt an toàn 5.24, van

điện từ 5.23 sẽ bị tác động, ngắt đờng gió điều khiển tới bộ cắt nhiên liệu bơm cao ápbăng khí nén 5.26, 5.26 sẽ hoạt động sẽ cắt nhiên liẹu Do đó động cơ sẽ dừng

Khi cần cho động cơ chạy tiếp trong trờng hợp khẩn cấp ví dụ nh tránh va điều

động tránh va, chạy trong trơng hợp sóng gió tránh bão sóng gió không đợc phép cho

động cơ dừng thì ta ấn nút chạy sự cố 8.17 làm công tắc áp suất 52B trong 8.05 đ ợc

đóng, hệ thống giám sát nớc làm mát đợc nối với bộ kiểm áp có giá trị cao hơn, độngcơ vẫn tiếp tục làm việc trong một thời gian ngắn Lu ý là kiểu hoạt động này rấtnguy hiêm cho động cơ, do vậy việc cho ấn nút 8.17 cho động cơ tiếp tục chạy chỉtiến hành trong các trờng hợp thực sự khẩn cấp cần thiết va chỉ trong một thời gianngắn

Hệ thống giám sát áp suất dầu nhờn sẽ cắt nhiên liệu trong trờng hợp áp suất dầunhờn thấp hơn giá trị quy định bằng van bảo vệ áp suất dầu nhờn 8.08 Khi áp suấtdầu nhờn giảm, van này sẽ ngắt làm ngắt đờng gió điều khiển tới thiết bị ngắt bơmcao áp 5.26, 5.26 sẽ làm bơm cao áp xả nhiên liệu mà không cấp tới vòi phun làm

động cơ dừng Nh vậy sẽ ngăn ngừa các bệ đỡ của động cơ bị h hỏng do ma sát khi

áp suất dầu nhờn không đủ m

à hệ thống điện của 5.24 bị sự cố Ngay khi thiết bị cắt nhiên liệu hoạt động,

động cơ bị dừng thì phải giảm ngay sự cấp nhiên liệu bằng cách đa tay ga nhiên liệu

về vị trí thấp hơn Điều này có tác dụng ngăn ngừa sự cháy mãnh liệt trong xilanh khi

động cơ đợc khởi động lại

Nếu động cơ bị dừng do thiết bị ngắt an toàn hoạt động thì phải tiến hành kiểmtra cá nguyên nhân gây ra sự cố và khắc phục rồi mới tiến hành khởi động lại

Các thông số đặt cho thiết bị điện ngắt an toàn

Thông số áp suất bình thờng Giá trị ngắt

Bảng 2 Các thông số đặt cho thiết bị ngắt an toàn

Thiết bị còn có chức năng nữa là làm cho động cơ dừng khi bị quá tốc Thiết bịlàm việc khi vòng quay động cơ n = 110 ữ 113 % nH tức là khi n = 168 rpm

Khi vòng quay động cơ quá cao, máy phát tốc 1.02 đợc dẫn động bằng trụctruyền động thẳng đứng phát tín hiệu điện tới thiết bị bảo vệ quá tốc 5.24 làm chorơle trong thiết bị bảo vệ quá tốc hoạt động cấp điện cho van điện từ 5.23, thiết bị5.26 sẽ hoạt động dẫn tới việc ngừng cấp nhiên liệu cho vòi phun và động cơ bị dừng

Trong hộp logic box, các chi tiết thiết bị nh khóa liên động, van tiết lu, bộ kiểm

áp… đều có dùng cho việc điều khiển và bảo vệ an toàn của máy đợc lắp trong hộp phần tử

điều khiển Các đầu nối cho các ống để nạp và xả đợc đánh số Các số đều tơng ứngvới các số ghi trong sơ đồ hệ thống điều khiển 400-20 Các thông số đóng, mở củacác phần tử điều khiển đợc ghi trong một bảng thông số đợc gắn phía bên trong nắpcủa hộp điều khiển Hộp logic box điều khiển động cơ qua các thiết bị: Bộ điều tốcWOODWARD PGA 58, van điều khiển khí khởi động 8.18 với việc điều khiển bằngkhí và bằng tay và xilanh 3 vị trí của van điều khiển đảo chiều

-Van ngắt nhiên liệu (shut down servomortor).

Van ngắt nhiên liệu 5.06 có nhiệm vụ ngắt bơm cao áp ngay khi van khóa 8.04cắt gió điều khiển tới van ngắt Nó hoạt động một cách độc lập với tay ga và bộ điềutốc

Khóa nhiên liệu 8.04 hoạt động khi các bộ phận điều khiển không ở vị trí tơngthích bao gồm : van đảo chiều, servo motor đảo chiều và bộ bảo vệ chiều quay Nócũng hoạt động khi nút dừng sự cố bằng khí nén 8.06 đợc ấn xuống

Trong điều kiện hoạt động bình thờng, gió điều khiển đợc nạp vào van ngắt 5.06,cần điều khiển bơm cao áp tùy theo vị trí tay ga 8.10 có thể ở bất kì vị trí đ ợc chọnnào mà không bị ảnh hởng bởi van ngắt

Cấu tạo van ngắt nhiên liệu đợc thể hiên trong hình 1.2c

Hình 1.2c Shut down servomotor

1 Vòng nhựa; 2 Piston; 3 Vít định vị; 4 Xilanh; 5,9 Lò xo; 6 Trục; 7 Vỏ; 8.Vòng dẫn hớng; 10 Bạc lót; 11 Vòng hãm; 11a Gioăng cao su; 12 Chốt côn; 13.Chốt; 14 Bulông và long đen hãm; 15,16 Khớp nối; E Lỗ khoét; L Lỗ nạp gió

điều khiển

Sự phối hợp giữa van ngắt mhiên liệu và bộ điều tốc

Trong điều kiện hoạt động bình thờng, cần 1.27 luôn tì vào chốt của cần điềukhiển bơm cao áp Phía bên kia cần có một lò xo xoắn 1.26 tạo lực xoắn đợc nối trực

Nếu cần điều khiển bơm cao áp chuyển động về vị trí "0" hoặc "10" trong thờigian hoạt động, sự kết hợp bao gồm cần bẩy, cần và lò xo xoắn của cần điều khiển sẽchuyển động nh một bộ phận thống nhất.

Trong thời gian hoạt động bình thờng, van ngắt 5.06 đợc cấp khí nén và do đó,piston của nó sẽ đợc đẩy về vị trí hoạt động, chốt của cần điều chỉnh bơm cao áp sẽ

e, Các thiết bị chọn chiều quay của động cơ

Bao gồm van điều khiển đảo chiều, xilanh 3 vị trí và servomotor đảo chiều.Nhiệm vụ của các chi tiết trên là điều khiển quá trình đảo chiều và lựa chọn vòngquay của động cơ.Cụ thể cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết này chúng

ta sẽ tìm hiểu kĩ trong chơng 2

f, Các thiết bị điều khiển trên buồng máy

Bao gồm các tay điều khiển nhiên liệu, tay điều khiển đảo chiều, các nút điềukhiển và hệ thống các đồng hồ, đèn chỉ báo Từ trên buồng điều khiển máy, thôngqua các tay điều chỉnh và các nút điều khiển, ta có thể thực hiên các thao tác điềukhiển đông cơ Các tay và các nút điều khiển sẽ điều khiển việc cấp khí nén tới bộ

điều tốc, các van khóa liên động và các van điều khiển khởi động để thực hiện côngviệc điều khiển động cơ Khi hệ thống sự cố, không thể điều khiển từ xa, có thểchuyển đổi sang điều khiển trực tiếp bằng tay trên động cơ

1.2.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống điều khiển từ xa

Hệ thông điều khiển từ xa bao gồm hai mạch chính: mạch khí khởi động áp suất

30 bar và mạch khí nén điều khiển áp suất 7 bar Tất cả các thao tác điều khiển độngcơ đều có thể đợc thực hiện trong buồng điều khiển thông qua các tay điều khiển của

hệ thông điều khiển từ xa

Trong mạch khởi động, van điều khiển 8.18 đợc điều khiển đóng mở bằng khínén Khi ấn nút khởi động, với điều kiện là tất cả các khóa liên động cần thiết đã đ ợc

mở (tức là động cơ thỏa mãn các điều kiện khởi động), van điều khiển sẽ mở và điềukhiển mạch khởi động của động cơ Van này cũng có thể đợc điều khiển bằng tay khi

hệ thông điều khiển từ xa bị sự cố

Tốc độ động cơ đợc điều chỉnh bằng tay ga 8.10 Thông qua tay ga, nó sẽ tác

động lên van 16B làm thay đổi áp lực khí nén tới điều khiển bộ điều tốc Do đó, bộ

điều tốc sẽ tác động lên thanh nhiên liệu bơm cao áp thông qua thanh truyền trunggian làm thay đổi lợng nhiên liệu cấp vào cho động cơ.

Động cơ đợc điều khiển đảo chiều nhờ tay đảo chiều 8.42 Thông qua tay 8.42,

sẽ điều khiển việc cấp khi điều khiển tới xilanh 3 vị trí làm van điều khiển đảo chiềuxoay Van này xoay sẽ điều khiển việc cấp dầu áp lực tới làm xoay trục cam theochiều mới Trong quá trình đảo chiều, khí nén sẽ đơc điều khiển đi tới các cụm vankhóa liên động trong hộp logic box Các cụm van khóa liên động này sẽ điều khiểnviệc khởi động, đảo chiều và cho phép cấp nhiên liệu vào động cơ theo đúng trình tự.Trong mạch bảo vệ các thông số khai thác, có các rơle áp suất 51C, 52B, 51D,51E bảo vệ các thông số: áp lực dầu bôi trơn, áp lực nớc làm mát piston, xilanh, bảo

vệ giới hạn nhiên liệu khi áp suất gió quét thấp Khi các giá trị áp suất thấp hơn quy

đinh, các rơ le áp suất sẽ đa tín hiệu về bộ bảo vệ bằng điện Bộ bảo vệ sẽ điều khiểnvan điện từ 5.23 cắt đờng gió tới thiết bị ngắt bơm cao áp 5.26 và động cơ sẽ dừng.Cảm biến tốc độ 1.02 sẽ đa tín hiệu về bộ bảo vệ và sẽ dừng động cơ tơng tự trong tr-ờng hợp tốc độ động cơ tăng quá mức cho phép

Ta thấy, đây là một hệ thống điều khiển từ xa tơng đối hoàn thiện Nó có thểthực hiên tất cả các thao tác điều khiển và bảo vệ động cơ Sau đây, chúng ta sẽ tìmhiểu cụ thể một hệ thống rất quan trọng trong hệ thống điều khiển từ xa, có ảnh hởngtrực tiếp đến sự an toàn của con tàu, đó là hệ thống khởi động đảo chiều

Chơng 2

Hệ thống khởi động đảo chiều

2.1 Nguyên tắc khởi động, đảo chiều động cơ.

2.1.1 Điều kiện để khởi động động cơ

Để khởi động động cơ Diesel từ trạng thái dừng, ta cần có một nguồn năng l ợngbên ngoài để làm quay trục khuỷu động cơ đến một vòng quay khởi động nkd tức làtốc độ quay nhỏ nhất mà vận tốc trung bình của piston đạt đến giá trị Cm cần thiết đểnhiên liệu có thể tự bốc cháy Nguồn năng lợng bên ngoài này có thể là của động cơ

điện lai hoặc năng lợng khí nén Trên tàu thủy, việc khởi động động cơ chủ yếu đợcthực hiện bằng năng lợng khí nén đợc chứa trong các chai gió

Nguyên tắc của khởi động bằng gió nén là dùng năng lợng khí nén thay thế choquá trình cháy trong xilanh động cơ làm piston chuyển động tạo momen làm quay

trục khuỷu động cơ Với mục đích đó, khí nén phải đợc cấp vào buồng đốt động cơứng với hành trình cháy giãn nở cuả động cơ.

Khi khởi động, khí nén đợc cấp vào các xilanh thông qua các van khởi động trênnắp xilanh theo đúng thứ tự nổ áp lực khí sẽ đẩy lên các piston, tạo thành momenlàm quay trục khuỷu Việc cấp khí khởi động tuần tự vào các xilanh theo đúng thứ tự

nổ đợc thực hiện bởi bộ phân phối gió khởi động (đĩa chia gió) Đĩa chia gió sẽ lần

l-ợt cho phép khí điều khiển đến đóng mở các van khởi động trên nắp xilanh để cấpkhí khởi động vào các xilanh theo đúng thứ tự nổ Để việc câp khí vào các xilanhkhông bị gián đoạn thì phải có điều kiện:

α ≤ γ (2.1)trong đó: α là góc kẹp nổ

Động cơ Diesel có thể khởi động bằng nhiều phơng pháp:

- Khởi động bằng tay: Phơng pháp này ít dùng, chỉ sử dụng cho các động cơ cócông suất 20 ữ 30 bhp Trục khuỷu của động cơ đợc quay bằng tay quay ăn khớp với

lỗ của đầu trục tự do

- Khởi động bằng máy khởi động quán tính: Thực hiên bằng cách tăng tốc độcác khối lợng quán tính phụ Loại này cho phép dùng tay để khởi động những độngcơ có công suất lớn hơn Phơng pháp này cũng ít đợc sử dụng vì cấu tạo phức tạp vàthời gian hoạt động của máy khởi động rất ngắn

- Khởi động bằng điện: Thờng dùng cho các động cơ Diesel có tốc độ cao, côngsuất dới 1000 bhp Máy khởi động sử dụng động cơ điện một chiều, nguồn cung cấp

là các ắc quy Bánh răng ăn khớp của động cơ điện lai tự động ngắt ra khi kết thúckhởi động

Các phơng pháp khởi động trên có thể tiến hành với bất cứ vị trí nào của piston

và không phụ thuộc vào số lợng xilanh của động cơ

- Khởi động bằng khí nén: Đây là phơng pháp khởi động phổ biến nhất cho độngcơ Diesel tàu thuỷ Nó có nhiều u điểm nh momen khởi động lớn, độ tin cậy cao.Sau đây, ta sẽ chỉ tìm hiểu về phơng pháp khởi động này.

áp suất của khí nén để khởi động cho các động cơ Diesel tàu thủy nằm trong cáckhoảng sau:

p = 20 - 30 bar ( áp suất thấp )

p = 60 - 80 bar ( áp suất trung bình )

p = 150 - 250 bar ( áp suất cao )

Nếu sử dụng 2 hệ thống trung bình và cao áp thì phải có van giảm áp xuống 30bar u diểm của hệ thống khởi động áp suất trung bình và áp suất cao là khối lợng gió

dự trữ lớn, và công việc khởi động đảo chiều tin cậy hơn Tuy nhiên sẽ phức tạp hơn

và nguy hiểm hơn và việc quan tâm đến các thiết bị giảm áp, các thiết bị an toàn là

điều rất quan trọng

Hệ thống khởi động bằng không khí nén đợc chia thành hai loại: Khởi động trựctiếp và khởi động gián tiếp (xem hình 2.2a)

- Khởi động trực tiếp:

Thờng áp dụng cho các động cơ cao tốc, công suât nhỏ Trong hệ thông náy, khínén khởi động đi trực tiếp qua thiết bị phân phôi gió khởi động Thiết bị phân phốigió khởi động hoạt động nhờ cơ cấu truyền động cơ khí lai bởi động cơ lần lợt cấpkhí nén khởi động vào các xilanh

- Khởi động gián tiếp:

Trong hệ thống này, phân ra 2 đờng khí: một đờng đến chờ ở van khởi động vàmột đờng vào thiết bị phân phối gió lần lợt điều khiển đóng mở các van khởi độngtrên các xilanh Phơng pháp này làm việc tin cậy nên đợc sử dụng cho phần lớn các

3

4

5

1 Van khởi động chính; 2 Thiết bị phân phối gió khởi động; 3 Van khởi động;

4 Đờng gió khởi động chính; 5 Đờng khí điều khiển đóng mở van khởi động

Dới tác dụng của không khí nén, vòng quay của động cơ tăng dần Khi vòngquay của động cơ tăng đến vòng quay khởi động, động cơ bắt đầu chuyển sang làmviệc với nhiên liệu Việc cấp nhiên liệu vào xilanh có thể theo các cách sau:

- Lần lợt đa không khí nén và nhiên liệu vào xilanh, tức là khi động cơ quaybằng khí khởi động đến một vòng quay nhất định thì việc cấp nhiên liệu mới xảy ra

- Đa không khí nén và nhiên liệu vào trong xilanh cùng một lúc Phơng pháp này

sử dụng phổ biến cho các động cơ công suất lớn và vừa Tuy nhiên, nếu thời giankhởi động kéo dài, lọng nhiên liệu phun vào động cơ cha kịp cháy sẽ có ảnh hởngkhông tốt đối với động cơ Nó là tác nhân gây muội, cáu bám vào piston, váchbuồng đốt và cuốn vào dầu bôi trơn xilanh

Các thông số cơ bản để đánh giá chất lợng khởi động của động cơ là vòng quaykhởi động nkd và thời gian khởi động τkd

2.1.3 Vòng quay khởi động nkd

Vòng quay khởi động nkd là số vòng quay nhỏ nhất đảm bảo chuyển động cơ từtrạng thái quay bằng khí nén sang hoạt động với nhiên liệu Vòng quay khởi độngphụ thuộc vào hàng loạt các yếu tố nh đặc điểm cấu tạo động cơ, loại nhiên liệu ,chất lợng phun nhiên liệu, phơng pháp tạo hỗn hợp cháy, nhiệt độ ban đầu của nớclàm mát, điều kiện khí hậu môi trờng, trạng thái kĩ thuật của nhóm piston-xilanh,bơm cao áp… đều có

Theo kinh nghiệm khai thác, yếu tố cơ bản cho phép xác định số vòng quay khởi

động nkd để chuyển động cơ quay bằng khí khởi động sang làm việc với nhiên liệumột cách tin cậy là vận tốc trung bình của piston Cm

Khi khởi động động cơ nguội lạnh, sự tự bốc cháy nhiên liệu trong xilanh độngcơ chỉ có thể thực hiện đợc khi tốc độ trung bình của piston đạt đén Cm = 0,9 ữ 1,5m/s Tơng ứng với tốc độ trung bình ấy của piston, số vòng quay nhỏ nhất mà độngcơ có thể lấy đà nằm trong khoảng nmin =30.Cm/S = (27/S ữ 45/S) rpm

Tuy vậy, khi tính toán nkd không nên quên ảnh hởng của các yếu tố nhiệt độ, nớclàm mát, nhiệt độ không khí môi trờng khi khởi động Cụ thể các yếu tố ảnh hởng

đến nkd sẽ đợc trình bày trong phần sau

2.1.4 Thời gian khởi động τkd

Thời gian khởi động càng ngắn tức là trục khuỷu động tăng càng nhanh tới vòngquay khởi động nkd thì động cơ càng khởi động nhanh Thời gian khởi động phụthuộc các yếu tố nh áp lực khí khởi động, vòng quay khởi động nkd… đều cóĐối với các

động cơ trung tốc và cao tốc, nkd thấp, nhiên liệu đợc phun vào xilanh đồng thời vớitrục khuỷu quay khi khởi động, nhờ vậy giảm đợc thời gian khởi động của động cơ.

Để tăng tính cơ động của con tàu, thời gian khởi động của động cơ phải đảm bảogiá trị nhỏ nhất Theo quy định của dăng kiểm, thời gian khởi động độngcơ bằng khínén không đợc vợt quá 12 giây

2.1.5 Quá trình khởi động động cơ bằng không khí nén

Nh đã biết, muốn cho động cơ khởi động tin cậy, yêu cầu cơ bản là số vòng quaycủa động cơ phải đạt đến vòng quay khởi động, tức là giá trị vòng quay tối thiểu nmin .Nói một cách khác, để đa số vòng quay của động cơ từ n = 0 đến nmin trong giai doạnkhởi động nhất thiết phải chi phí năng lợng cho quá trình ấy Công tiêu tốn trong thờikì khởi động do không khí nén khởi động tạo nên thông qua các chu trình công táctrong các xilanh của động cơ Những chu trình công tác ấy xảy ra với áp suất khôngkhí nén pkn và tốc độ trung bình của piston khác nhau Thời gian lấy đà của động cơcàng tăng thì áp suất pkn trong xilanh càng giảm, tốc độ trung bình của piston tănglên

Mỗi chu trình công tác tiếp theo đợc thực hiện với những thông số nhiệt độ khác

so với chu trình trớc Chính vì vậy, đồ thị công chỉ thị của mỗi chu trình công táctrong giai đoạn khởi động có đặc điểm riêng, các giá trị của áp suất chỉ thị bình quânthu đựoc sẽ khác nhau Biểu đồ công chỉ thị của động cơ trong quá trình khởi độngbằng khí nén đợc thể hiện trong hình 2.2b

Hình 2.2b Biểu đồ công chỉ thị của động cơ ở chế độ khởi động.

ở đồ thị công chỉ thị đầu tiên ứng với thời điểm piston đang ở hành trình giãn nởnên đã tạo thể tích xilanh V lớn hơn thể tích buồng đốt Vc

Từ lúc bắt đầu cấp khí khởi động (điểm a), do piston dừng nên áp suất trongxilanh tăng nhanh đến áp suất của không khí nén Pkn trong chai gió Tại điểm b,piston bắt đầu chuyển động, không khí nén liên tục đợc cấp vào xilanh nên áp suấtgiãn nở gần nh không đổi

Từ thời điểm đóng van khởi động (điểm c), không khí bắt đầu giãn nở đa biến,rồi lại tiếp tục các qua trình xả, nén… đều cóCác chu trình tiếp theo lặp đi lặp lại, với mức

độ tăng lên của việc dịch chuyển piston, áp suất khởi động giảm xuống và áp suất chỉthị bình quân sau mỗi chu trình công tác cũng giảm theo

Trên các đồ thị công chỉ thị, dờng nạp b c phụ thuộc vào khả năng thông qua củavan khởi động và tốc độ chuyển động của piston trong giai đoạn nạp không khí khởi

động vào xilanh

Đờng cong giãn nở đa biến và đờng cong nén đa biến của không khí trong xilanh

có thể biểu diễn bằng phơng trình PVn2 = const và PVn1 = const ( p - áp suất củakhông khí; V – thể tích; n1, n2 – các chỉ số nén và giãn nở đa biến)

Nếu tốc độ trung bình của piston tăng lên trong giai đoạn khởi động thì thời giantrao đổi nhiệt giữa không khí khởi động và thành vách xilanh sẽ đợc rút ngắn Do đó

sự rò lọt không khí từ vùng phía trên đỉnh piston qua các xec măng sẽ giảm đi Chínhvì vậy, tùy theo mức độ chuyển động của piston, chỉ số nén giãn nở đa biến n1và n2

sẽ thay đổi Vận tốc trung bình Cm của piston tăng dần lên, các chỉ số nén đa biếncũng tăng lên dẫn đến áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén Pc và Tc cũng tăng đếnmức nhiên liệu có thể tự bốc cháy

áp suất chỉ thị trung bình cho toàn bộ giai đoạn khởi động đợc tính nh sau:

V

Vc

Pitb = ( Pi1 + Pi2 + Pi3 + … đều có + Pik )/ K (2.3)

Pik là các áp suất chỉ thỉ trung bình trong mỗi chu trình K là số chu trình đã thựchiện trong giai đoạn khởi động Giá trị Pitb cho phép xác định công suất Nkd vàmomen đẩy trung bình Mkd của động cơ trong giai đoạn khởi động Thực tế đối vớicác động cơ thấp tốc, áp suất chỉ thị bình quân của chu trình khởi động lần đầu tiênnằm trong khoảng giới hạn từ 3 ữ 7 KG/cm2

Ta nhận thấy rằng, với áp lực khí khởi động tối đa khoảng 30 bar, nhng do quátrình cấp khí khởi động liên tục trong hành trình giãn nở của piston, áp suất trongxilanh giảm rất ít, trong giai đoạn đầu gần nh là đẳng áp, do đó công giãn nở của khíkhởi động sẽ lớn và có thể làm quay đợc trục khuỷu Ngay cả khi áp suất của khí néntrong chai gió chỉ còn khoảng 7 bar cũng có thể làm quay trục khuỷu khi khởi động

động cơ Tuy nhiên, với áp suất khí cháy cực đại bằng với áp suất khí khởi động, tức

là khoảng 30 bar thì động cơ không thể tiếp tục hoạt động do khí cháy giãn nở đabiến, áp suất giảm rất nhanh và công giãn nở nhỏ không đủ duy tri hoạt động của

động cơ

Mối quan hệ giữa vòng quay trục khuỷu và thời gian khởi động động cơ Diesel

đợc biểu diễn trên hình vẽ

n (rpm)

400

200

2 4 6 τ (s)

Hình 2.2c Mối quan hệ vòng quay trục khuỷu và thời gian khởi động

ứng với chu trình công tác đầu tiên (điểm A), diễn ra sự bốc cháy của nhiênliệu Trong chu trình thứ 2 (điểm B), lợng nhiên liệu cấp cho chu trình tăng nhanh do

bộ điều tốc kéo thanh răng nhiên liệu đến mức cao hơn, vòng quay trục khuỷu tăngnhanh Trong chu trình thứ 3, thứ 4 (điểm C, D), lợng nhiên liệu cấp vào xilanh giảmxuống Còn trong chu trình thứ 5, lợng nhiên liệu cấp vào xilanh gần nh bị cắt Trongchu trình thứ 6, bộ điều tốc chuyển thanh răng nhiên liệu đến vị trí làm việc tơng ứngvới hành trình không tải của động cơ và động cơ hoạt động không tải

Quá trình khởi động động cơ là quá trình làm việc không ổn định Khi khởi

động, động cơ chịu nhứng suất cơ và ứng suất nhiệt lớn Vì vậy trong công tác chuẩn

bị khởi đông cần hết sức chú ý tránh gây ảnh hởng xấu cho động cơ Thời gian để đạtchế độ ổn định sau khi khởi động động cơ phụ thuộc vào kích thớc và kết cấu của cácchi tiết nhóm piston-xilanh, vòng quay động cơ ở những động cơ có kích thớc sơmixilanh bé thì thời gian cần là 11 ữ 15 phút, còn các động cơ thấp tốc có kích thớcsơmi xilanh lớn thì thời gian có thể kéo dài từ 30 ữ 60 phút

2.1.6 Các yếu tố ảnh hởng đến quá trình khới động

Để động cơ bắt đầu hoạt động cần phải có một nguồn năng lợng bên ngoài để lai

động cơ đạt đến một giá trị vòng quay khởi động nkd, tức là vòng quay tối thiểu nmin

để piston đạt giá trị vận tốc trung bình cm để nhiên liệu có thể tự bốc cháy Trong quátrình khai thác nói chung và khi khởi động nói riêng thì giá trị vòng quay tối thiểu n

min cần phải đợc quan tâm vì nếu động cơ không có khả năng làm việc ở vòng quaytối thiểu thấp thì tính cơ động của con tàu không đợc đảm bảo Giá trị nmin phụ thuộcnhiều vào thời gian sử dụng của động cơ, chủng loại động cơ Đối với động cơ laitrực tiếp chân vịt thì n min thờng không vợt quá 30% ndm Thực tế thì nmin nằm trongkhoảng (0.15 - 0.25) ndm tức là cm nằm trong khoảng (0.7 - 1.2) m/s

Sự tự cháy của nhiên liệu trong động cơ đợc xác định bởi nhiệt độ và áp suấtkhông khí cuối quá trình nén Tc và Pc Nhiệt độ Tc phụ thuộc vào hàng loạt các yếu

tố nh : trạng thái kĩ thuật, trạng thái nhiên liệu của động cơ, nhiệt độ, độ ẩm của môitrờng lúc khởi động, trạng thái kĩ thuật của nhóm piston-xilanh, tốc độ trung bìnhcủa piston Cm, số vòng quay của động cơ… đều có

A

DE

Sau đây ta sẽ tìm hiểu cụ thể ảnh hởng của các yếu tố tới động cơ trong quá trìnhkhởi động.

a.ảnh hởng của hệ thống nhiên liệu:

Tính chất nhiên liệu:

-Độ nhớt và sức căng bề mặt của nhiên liêu có ảnh hởng lớn đến chất lợng phunsơng, sự hình thành hỗn hợp nhiên liệu và không khí Trong quá trình khởi động,vòng quay dộng cơ thấp, áp suất phun nhiên liệu bé Do đó, nếu nhiên liệu có độnhớt cao, chất lợng phun sơng sẽ kém, làm tăng kích thớc của các hạt nhiên liệu.Chất lợng hòa trộn với không khí sẽ kém và tăng thời gian trì hoãn sự cháy, làm độngcơ khó khởi động hơn

Độ nhớt của nhiên liệu cao cũng làm tăng tổn hao ma sát dòng nhiên liệu dẫn

đến giảm áp suất tại vòi phun nhiên liệu Góc phun sớm thực tế tại vòi phun sẽ giảm,dẫn đến phun rớt, chất lợng phun kém

Ngoài ra, độ nhớt cao, sức căng bề mặt lớn sẽ làm nhiên liệu khó bị xé nhỏ, chấtlợng phun sơng giảm và sự hình thành hỗn hợp nhiên liệu không khí sẽ kém đi

Trị số xetan của nhiên liệu cũng có ảnh hởng rất lớn đến khả năng dễ khởi độngcủa động cơ Nếu trị số xetan lớn, nhiên liệu dễ cháy, thời gian chuẩn bị cháy τi càngngắn, do đó động cơ sẽ dễ khởi động và khởi động êm

Góc phun sớm:

Góc phun sớm cung có ảnh hởng lớn đến khả năng dễ khởi động của động cơ.Mỗi động cơ khi làm việc ổn định đều có một góc phun sớm nhiên liệu có lợi nhấtgọi là góc phun sớm tối u Góc phun sớm tối u phụ thuộc vào loại nhiên liệu, kết cấu

động cơ, áp suất và nhiệt độ cuối quá trình nén Pc, Tc Nếu nhiên liệu đợc phun đúngthời điểm thì chất lợng hòa trộn nhiên liệu la tốt nhất, nhiên liệu sẽ chay tốt và độngcơ sẽ dễ khởi động Nếu nhiên liệu đợc phun không đúng thời điểm, sẽ không tạo

điều kiện hòa trộn tốt nhất cho nhiên liệu, nhiên liệu sẽ khó cháy và động cơ khókhởi động

Nếu phun nhiên liệu quá sớm, áp suất trong xilanh còn thấp, nhiên liệu sẽ hòatrộn không tốt, có nhiều hạt dầu kích thớc lớn khó cháy, kéo dài thời gian chuẩn bịcháy, chất lợng cháy nhiên liệu sẽ không tốt và động cơ sẽ khó khởi động

Nếu phun nhiên liệu quá muộn, áp suất cực đại pz giảm, nhiên liệu tiếp tục hòatrộn khi piston đi xuống, áp suất trong xilanh giảm, động cơ sẽ khó khởi động nhiều

Lợng nhiên liệu:

Lợng nhiên liệu cũng có ảnh hởng rất lớn đến quá trình khởi động của động cơ.Khi khởi động, nếu lợng nhiên liệu phun vào động cơ quá nhỏ, công sinh ra bởi áplực khí cháy không đủ thắng công cơ giới Động cơ sẽ không thể chuyển sang làmviệc với nhiên liệu khi ngừng cấp khí nén

Trong quá trình khởi động, nếu để tay ga nhiên liệu ở vị trí lớn, lợng cấp nhiênliệu nhiều, chất lợng phun nhiên liệu sẽ kém, khi nhiên liệu cháy, áp suất Pz sẽ tăng

đột ngột, có thể làm nhảy van an toàn ∆P/ ∆φ tăng, tốc độ tăng áp suất nhanh, dốc,

động cơ khởi động cứng, tạo ra các xung lực có thể lam hỏng các chi tiêt trục, biên,giảm tuổi thọ của động cơ

rò lọt nhiều, làm giảm chât lợng hòa trộn nhiên liệu không khí, dẫn đến vòng quaykhởi động nkd sẽ lớn và động cơ sẽ khó khởi động hơn

c, ảnh hởng của các điều kiện khí hậu môi trờng và nhiệt độ ban đầu của nớclàm mát

Nhiệt độ độ ẩm không khí môi trờng trong thời điểm khởi động

Nhiệt độ không khí môi trờng trong thời gian khởi động có ảnh hởng lớn đến khảnăng khởi động của động cơ

-Trong điều kiện thời tiết lạnh, nhiệt độ không khí thấp, khi không khí đợc nạpvào buồng đốt sẽ làm giảm nhiệt độ buồng đốt Do đó, nhiệt độ, áp suất cuối quátrình nén Tc, Pc sẽ giảm, không đảm bảo chất lợng hòa trộn của nhiên liệu Nhiênliệu sẽ khó tự bốc cháy và động cơ sẽ khó chuyển sang làm việc với nhiên liêu tức là

động cơ khó khởi động

-Độ ẩm không khí cao tức trong không khí có lẫn nhiều hơi nớc Hàm lợng hơinớc cao sẽ làm giảm trọng lợng riêng của không khí khô, dẫn đến lợng oxi nạp vaoxilanh giảm Khi hòa trộn hỗn hợp nhiên liệu không khí, sẽ tổn hao một lợng nhiệtcho hơi nớc Do đó, khả năng cháy của nhiên liệu sẽ giảm và động cơ khó khởi động.Hình 2.2e biểu diễn sự phụ thuộc của vòng quay khởi động của động cơ đối vớinhiệt độ không khí môi trờng của một động cơ thấp tốc

0 10 20 30 40 50 60 70

Nhiệt độ không khí môi trờng

Hình 2.2d Sự phụ thuộc của vòng quay khởi động và nhiệt độ không khí môi trờng

Nhiệt độ ban đầu của nớc làm mát động cơ

Do sự truyền nhiệt của hỗn hợp khí cháy trong buồng đốt qua thành vách xilanhcho nớc làm mát nên nhiệt độ nớc làm mát ảnh hởng rất lớn tới việc khởi động của

động cơ Nếu nhiệt độ nớc làm mát thấp, nhiệt độ và áp suất trong buồng đốt sẽgiảm, chất lợng hòa trộn hỗn hợp khí cháy trong buồng đốt sẽ giảm và khó cháy hơn,

Hình 2.2e Sự phụ thuộc giữa vòng quay khởi động và nhiệt độ nớc làm mát

Trong hệ thống làm mát máy chính trên tàu thủy, có một đờng dẫn nớc làm mátmáy đèn sang để hâm máy chính Trong điều kiện nhiệt độ thời tiết lạnh,trớc khikhởi động máy chính Trớc khi khởi động máy chính, ngời ta phải tiến hành hâmbằng nớc làm mát máy đèn, do đó động cơ sẽ dễ dàng khởi động hơn

d ảnh hởng của đặc điểm cấu tạo động cơ

Đặc điểm cấu tạo, kích thớc và phơng pháp tạo hỗn hợp của động cơ cũng ảnh ởng đến chất lợng của quá trình khởi động

h-Những động cơ có bề mặt làm mát tơng đối Flm/V (Flm, V là diện tích bề mặt trao

đổi nhiệt của buồng đốt và thể tích buồng đốt) nhỏ thì tổn thất nhiệt cho nớc làm mát

sẽ thấp, động cơ sẽ dễ khởi động hơn Ngợc lại, đối với những động cơ có bề mặt làmmát tơng đối lớn, nhiệt thất thoát cho nớc làm mát tăng và động cơ sẽ khó khởi độnghơn Nh vậy, đối với những động cơ có kích thớc lớn, khả năng dễ khởi động sẽ caohơn

Những động cơ có tỉ số nén ε cao thì cũng dễ khởi động hơn do Tc = Ta εn-1 và Pc

= Pa εn-1 , nên khi ε tăng thì áp suất, nhiệt độ cuối quá trình nén Pc, Tc sẽ tăng nhanhhơn

Đối với các động cơ 2 kì, ngời ta chế tạo các cửa quét có hớng tiếp tuyến với chu

vi của sơmi xilanh hoặc dùng tấm dẫn hớng nhằm tăng cờng khả năng tạo xoáy, nângcao chất lợng hòa trộn không khí Nhờ đó, nhiên liệu sẽ dế bốc cháy hơn

Các động cơ tăng áp có bơm quét do động cơ lai hay motor điện lai cũng sẽ dễkhởi động hơn do tăng đợc lợng khí nạp vào động cơ, tăng đợc Ta và Pa

Phơng pháp tạo hỗn hợp nhiên liệu cũng có ảnh hởng lớn đến khả năng dễ khởi

động của động cơ

Có nhiều phơng pháo tạo hỗn hợp nhiên liệu nh phun nhiên liệu trực tiếp, phunnhiên liệu có buồng xoáy lốc, buồng dự cháy… đều có ơng pháp phun nhiên liệu trực tiếp,Phchất lợng phun nhiên liệu không tốt bằng phơng pháp phun nhiên liệu khác do điêukiện hòa trộn hỗn hợp không khí nhiên liệu không đợc tốt nhất, do đó nhiên liêu sẽkhó cháy hơn và động cơ sẽ khó khởi động hơn so với các động cơ có phơng phápphun nhiên liệu khác

e ảnh hởng của momen quán tính các chi tiết động

Phơng trình cân bằng momen của trục khuỷu động cơ trong giai đoạn khởi động:

Mkd – Mms – Mc – Mld = 0 (2.3)

Trong đó: Mkd – là momen khởi động tạo ra bởi lực đẩy của khí khởi động;

Mms– là momen do lực ma sát; Mc – là momen cản của các phụ tải; Mld – momencần thiết để lấy đà cho động cơ đạt đến vòng quay khởi động

Phơng trình (2.3) đợc viết lại thành:

Mkd = Mms + Mc + Mld (2.4)

Ta thấy để động cơ dễ khởi động, tức là cần momen khởi động nhỏ đã có thểkhởi động động cơ thì Mms, Mc , Mld phải nhỏ Momen quán tính các chi tiết độngcủa động cơ càng nhỏ thì động cơ tăng tốc càng nhanh, động cơ sẽ dễ dàng đợc khởi

động Nếu momen ma sát lớn, tức là các bạc đỡ trục không đợc bôi trơn tốt, momencản của phụ tải lớn do cha ngắt li hợp, động cơ vẫn lai chân vịt thì động cơ sẽ khókhởi động hơn

Nh vậy, để động cơ khởi động tốt thì cần phải chú ý đảm bảo hệ thống bôi trơnhoạt động tốt, ngắt các khớp li hợp trớc khi khởi động động cơ

2.1.7 Đảo chiều động cơ

Trong quá trình manơ điều động tàu, tính cơ động của con tàu là rất quan trọng.Khi muốn thay đổi chiều chuyển động của con tàu, có thể thực hiện các biện pháp:

- Đảo chiều quay động cơ (đối với truyền động trực tiếp)

- Đảo chiều quay của chân vịt (dùng hộp số)

- Dùng chân vịt biến bớc

Trong đó, các động cơ công suất lớn thấp tốc có đảo chiều lai trực tiếp chân vịt

phối khí và nhiên liệu bằng các xoay hoặc dịch trục cam Do đó khi đảo chiều, khíkhởi động đợc cấp vào xilanh ứng với hành trình nén của động cơ theo chiều quay cũ

và đảm bảo các góc mở sớm, đóng muộn của hệ thống phân phối khí, các góc phunsớm không đổi ở chiều quay ngựoc lại

Thực chất của viêc đảo chiều là dừng, hãm động cơ và khởi động lại theo chiềuquay mới

Khi đảo chiều phải tuân theo các quy định sau:

- Cha kết thúc đảo chiều thì cha khởi động, chỉ khởi động dộng cơ khi trục cam

đã dịch chuyển hoàn toàn sang vị trí tiến hoặc lùi

- Không đảo chiều động cơ khi nó đang làm việc

Trên tàu Sông Đuống, động cơ lai trực tiếp chân vịt và việc thay đổi chiềuchuyển động của tàu bằng cách đảo chiều động cơ bằng phơng pháp xoay trục cam

2.2 Các thiết bị chính của hệ thống khởi động đảo chiều

2.2.2 Van khởi động trên các nắp xilanh

Mỗi xilanh có một van khởi động Nó đợc đặt ở trên nắp xilanh và có thể đợctháo rời Van khởi động đợc đóng mở bằng khí nén điều khiển bởi van trợt trên đĩachia gió Van khởi động đợc bắt vào nắp xilanh bằng các guzông và có vòng đệmlàm kín giữa van khởi động và nắp xilanh

Chức năng của các van khởi động trên các xilanh là lần lợt đóng mở cấp khí khởi

động vào các xilanh theo đúng thứ tự nổ nhằm khởi động động cơ

a Sơ đồ cấu tạo của van khởi động (hình 2.2f)