Chương 11 chế độ khai thác

Chẳng hạn: - Chế độ vận tốc, đặc trng cho quá trình làm việc của động cơ theo chế độ vòng quay cho trớc n v/p - Chế độ tải đặc trng cho sự công tác của động cơ ở tải cho trớc áp suất có

Chơng IV

Các đặc tính của động cơ:

g.4.1 Khái niệm chung về chế độ công tác và các đặc

tính của động cơ Diesel tàu thủy.

1 Khái niệm về chế độ công tác của động cơ:

Điều kiện công tác của động cơ gắn liền với sự thay

đổi các chỉ tiêu đặc trng của chúng Để đánh giá một cách tổng quan các chỉ tiêu của động cơ, chúng ta đa ra khái niệm chế độ công tác của chúng

Chế độ công tác của động cơ ở một điều kiện khai thác đợc đặc trng bởi các thông số khai thác ở điều kiện khai thác đó

Thông thờng chúng ta chọn ra một trong các thông số khai thác làm thông số cơ bản ( chỉ tiêu cơ bản) và đặt tên cho chế độ công tác trùng với tên của thông số cơ bản (chỉ tiêu cơ bản) đó Chẳng hạn:

- Chế độ vận tốc, đặc trng cho quá trình làm việc của động cơ theo chế độ vòng quay cho trớc n ( v/p)

- Chế độ tải đặc trng cho sự công tác của động cơ ở tải cho trớc (áp suất có ích bình quân Pe hoặc mô men

Me )

Ở những giá trị nhất định của n và Pe cho trớc sẽ ứng với những chế độ công tác tơng ứng Mỗi chế độ có tính chất riêng về điều kiện công tác và chỉ số khai thác Đối với

động cơ chính truyền động trực tiếp không thông qua hộp

số, chế độ vòng quay tối thiểu ổn định nmin xác định chất lợng điều động tàu và các chỉ số của quá trình công tác ( quá trình trao đổi khí phun nhiên liệu và cháy trong xilanh động cơ với điều kiện xấu nhất) Đối với động cơ phụ

nh động cơ Diesel lai máy phát , chế độ không tải (Pe = 0 )

có ý nghĩa quan trọng, ta đánh giá chất lợng của máy cũng

nh tính kinh tế của nó qua các thông số đợc chỉ báo

Đối với các động cơ chính lai chân vịt, khái niệm về chế độ công tác của động cơ đôi khi đồng nhất với chế

độ làm việc của tàu Tuy nhiên, chế độ công tác của động cơ Diesel chính có thể không trùng với chế độ làm việc của tàu

Ví dụ:

- Khi động cơ chính của tàu thuỷ lai chân vịt không biến bớc đảo chiều trực tiếp, chế độ vận tốc của động cơ thông thờng trùng với chế độ vận tốc của tàu bao gồm: chế

độ toàn bộ tiến hoặc toàn bộ lùi ( Full Ahead hoặc Full Astern ), chế độ tiến hoặc lùi trung bình (Slow Ahead or Slow Astern ) chế độ hành trình nhỏ ( Dead Slow Ahead or Dead Slow Astern)

- Khi hệ động lực chính dùng ly hợp, động cơ chính tàu thuỷ vẫn ở chế độ vòng quay nmin (tiến hoặc lùi) trong thời gian điều động tầu ly hợp đợc nhả (Clutch 0ff) chế độ tàu ở trạng thái "Stop" Tơng tự khi máy chính khởi động hoạt động không tải (Pe = 0, nhả ly hợp), chế độ động cơ không trùng với chế độ tàu (Stanby)

- Khi hệ động lực chính lai chân vịt biên bớc chế độ

động cơ có thể không trùng với chế độ tàu Động cơ có thể hoạt động ở chế độ tiến, vòng quay ổn định trong khi tuỳ thuộc vào bớc của chân vịt vận tốc của tàu có thể thay

đổi, thậm chí đảo chiều cho tàu

- Chế độ tải của động cơ chính phụ thuộc vào chế

độ công tác của tàu và trang trí hệ thống lực bao gồm chế

độ toàn tải, nửa tải, nhỏ tải, không tải, chế độ lai buộc

- Ngoài ra riêng với động cơ Diesel chính còn có các chế độ hoạt động sự cố nh chế độ ngắt sự cố một hay vài xilanh, chế độ sự cố của tuabin máy nín tăng áp

Phân tích các quá trình làm việc của động cơ ở các chế độ trên, chọn lựa các giá trị tải cũng nh vòng quay thích hợp, đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ sẽ có ý nghĩa quyết định trong khai thác Diesel tàu thuỷ

Nếu công suất của động cơ ở điều kiện cho trớc đặc trng bởi sự cân bằng các thông số cơ bản hoặc dao động với giá trị cho phép gần giá trị trung bình ta có chế độ

định mức Chuyển từ chế độ này sang chế độ khác với sự thay đổi các thông số của động cơ theo thời gian ta có chế

độ công tác chuyển tiếp

2 Khái niệm về đặc tính của động cơ.

Chế độ của động cơ đợc biểu thị ở dạng đồ thị dạng bảng hoặc dới dạng các phơng trình toán học với mối quan

hệ của các thông số chính gọi là đặc tính của động cơ

Cụ thể hơn, đặc tính của động cơ Diesel tàu thuỷ biểu thị mối quan hệ giữa các thông số của động cơ với nhau dới dạng đồ thị, dới dạng bảng hoặc dới dạng các phơng trình toán học mà qua đó ngời sử dụng có thể đánh giá

đ-ợc tình trạng hoạt động của động cơ

Khi biểu diễn mối quan hệ bằng đồ thị: trục hoành, dùng để biểu thị thông số cơ bản, các thông số khác đợc biểu diễn trên trục tung, Đờng cong nối các điểm liên kết lại với nhau là đặc tính của động cơ

Theo trên, thông thờng chúng ta xét đến hai thông số cơ bản đối với động cơ đó là: vận tốc quay của động cơ

và tải, nên trong các đồ thị biểu thị đặc tính trục hành thông thờng biểu thị vận tốc quay n hoặc tải ( Pe, Me )

T-ơng ứng đặc tính động cơ đợc phân chia ra làm hai loại cơ bản là đặc tính vận tốc và đặc tính tải

* Đặc tính tải: Là tập hợp các chế độ tải khi tải thay

đổi Chúng biểu thị mối quan hệ của các thông số cần xét

theo tải ( Pe, Me ) khi giữ nguyên số vòng quay của động cơ không đổi

* Đặc tính vận tốc: là tập hợp các chế độ vận tốc khi vòng quay thay đổi Chúng biểu thị mối quan hệ của các thông số cần xét theo vận tốc quay của động cơ khi giữ nguyên tay ga nhiên liệu (lợng nhiên liệu cấp cho chu trình

là không đổi, hành trình có ích của bơm cao áp không

đổi trong một chu trình)

Đối với động cơ Diesel tàu thuỷ đặc tính vận tốc đợc chia thành đặc tính ngoài và đặc tính bộ phân

Đặc tính ngoài thu đợc khi cấp hoàn toàn nhiên liệu vào trong xilanh Còn đặc tính bộ phận thu đợc khi giảm tay ga nhiên liệu

Các trờng hợp đặc biệt của đặc tính vận tốc là đặc tính chân vịt, đặc tính điều tốc, đặc tính tổng hợp

Các đặc tính đợc cho trong hồ sơ động cơ, chúng thu

đợc khi thử nghiệm động cơ

g4.2 Các đặc tính của động cơ Diesel

I Đặc tính vận tốc: là tập hợp các chế độ vận tốc.

Chúng biểu thị mối quan hệ của các thông số chủ yếu của

động cơ nh công suất, mômen quay, suất tiêu hao nhiên liệu, hiệu suất theo thông số vòng quay của động cơ khi cơ cấu điều khiển lợng nhiên liệu cung cấp cho chu trình không đổi (hP= cost)

Chú ý rằng công suất của động cơ Diesel phụ thuộc vào việc điều chỉnh lợng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình Khi việc điều chỉnh khác nhau (đặt tay ga nhiên liệu khác nhau ) thì giới hạn công suất sẽ khác nhau Có mối quan hệ giữa công suất động cơ với số vòng quay là:

Ne = K1 n dW Trong đó: * K1 - hệ số không

đổi

* dW - lợng nhiên liệu cấp

trình

Khi lợng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình không thay

đổi (dW = const) thì công suất phát ra của động cơ tỷ lệ bậc nhất với thông số vòng quay của nó:

Ne= K n Trong động cơ Diesel, các đặc tính thu đợc trên bộ thử, bao gồm:

* Đặc tính ngoài tuyệt đối : ( đờng 0 )

Là đờng đặc tính vận tốc mà ở mỗi chế độ vòng quay công suất động cơ phát ra đạt đến trị số giới hạn lớn nhất Khi làm việc theo đặc tính này, động cơ có thể xảy

ra h hỏng Trong khai thác thông số cho phép động cơ hoạt

động ở đặc tính này

* Đặc tính ngoài giới hạn của bơm cao áp động cơ: (đ-ờng 1)

Là đờng đặc tính vận tốc mà ở mỗi chế độ vận tốc, cơ cấu điều khiển đợc kéo tới chốt hạn chế trên của BCA

Thông thờng , bơm cao áp có khả năng cung cấp một l-ợng nhiên liệu lớn hơn yêu cầu của một chu trình, vì vậy có lắp 1 chốt hạn chế trên để hạn chế lợng cấp nhiên liệu cực

đại cho một chu trình Thực tế, đây là đặc tính thu đợc khi vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động cơ đặt ở giá trị giới hạn cực đại ( hMAX ) Thời gian làm việc trên đặc tính này không quá (1-2h )

* Đặc tính nhả khói đen: (đờng 2)

Là đặc tính tốc độ mà trong đó ứng với mỗi chế độ vòng quay của động cơ, cơ cấu điều khiển nằm ở vị trí bắt đầu xuất hiện khói đen trong khi xả Đặc tính khói

đen có thể xảy ra ở bất kỳ chế độ vận tốc nào ( nó phụ thuộc vào hệ số, d lợng không khí  ) Động cơ không thể hoạt động kéo dài trên đặc tính này

Khi chúng ta chọn và điều chỉnh bộ điều tối tốt (căn

cứ vào độ dốc của đặc tính giới hạn bộ điều tốc ) sẽ tránh

đợc hiện tợng khói đen

Các đặc tính vận tốc của động cơ Diesel

Ne = f(n) , hp = const

* Đặc tính ngoài định mức của động cơ : (đờng 3)

Đây là đặc tính thu đợc khi vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động cơ đặt ở vị trí định mức ứng với giá trị này của tay ga nhiên liệu, khi động cơ hoạt động ở vòng quay định mức thì công suất động cơ phát ra là công suất

định mức theo thiết kế

Đặc tính ngoài định mức là đờng đặc tính chính của động cơ Khi động cơ làm việc ở chế độ công suất

định mức các thông số kỹ thuật- kinh tế của động cơ đợc nhà chế tạo quy định và đảm bảo

* Đặc tính ngoài khai thác của động cơ: (đờng 4)

Đây là đặc tính thu đợc khi vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động cơ đạt ở giá trị khai thác (hKt ) nhỏ hơn định mức Trong điều kiện thực tế thờng chỉ khai thác từ (85  95%)Neđm Động cơ hoạt động theo đặc tính này đảm bảo độ tin cậy và tính kinh tế cao nhất Đây là vùng khai thác thờng xuyên nhất của động cơ

* Đặc tính bộ phận của động cơ: (đờng 5)

Đây là đặc tính thu đợc khi vị trí tay ga nhiên liệu cấp cho động cơ đặt ở giá trị bộ phận (hbp) Công suất

động cơ phát ra thấp hơn so với công suất định mức

Ngoài ra trên đồ thị còn có các đờng:

- Đờng giới hạn vòng quay cực tiểu (NMIN): (đờng 6 )

Đờng này có ý nghĩa việc duy trì vòng quay tối thiểu

ổn định của động cơ sao cho động cơ làm việc ổn định trong thời gian dài

- Đặc tính giới hạn của bộ điều tốc: ( đờng 7)

Bộ điều tốc dùng để tự động điều chỉnh lợng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình nhằm bảo đảm công suất

động cơ luôn cân bằng với phụ tải, khi phụ tải thay đổi

đột ngột Qua đó giữ cho tốc độ quay của động cơ ổn

định

Khi động cơ đợc trang bị bộ điều tốc, các đờng đặc tính ngoài đợc giới hạn bởi các đờng đặc tính của bộ điều tốc, nhằm hạn chế sự vợt tốc của động cơ và duy trì vận tốc ổn định cho động cơ

II Đặc tính tải:

Đặc tính tải là tập hợp các chế độ tải Chúng biểu thị mối quan hệ của các thông số kỹ thuật kinh tế chủ yếu của

động cơ theo áp suất có ích trung bình Pe hay mômen quay không đổi (n = const)

Đặc tính tải đợc sử dụng cho những động cơ làm việc với số vòng quay không đổi Chẳng hạn nh đ/c Diesel lai máy phát điện , lai các bơm, máy nén, hoặc động cơ lai chân vịt biến bớc

Để giữ nguyên số vòng quay n, trong động cơ đợc trang bị bộ điều tốc một chế độ Thực tế khi tải thay đổi

số vòng quay của động cơ có thể thay đổi song rất nhỏ nên có thể xem là không đổi (n = const)

Thông thờng đặc tính tải đợc vẽ ở số vòng quay định mức (nĐM) còn các giá trịi của các thông số cần xét nh Ne, Ni , Nm, Ni, Ne, Nm, ge , gi đợc xem xét từ trục hoành sẽ đợc biểu diễn dới dạng phần trăm tải (Pe %) Ne, Ni, Nm, Ni, Nm

Đặc tính tải của Diesel tàu thuỷ

g4.3 Sự phối hợp công tác của động cơ Diesel - Thiết bị lai

I Đặc tính của thiết bị lai:

Tính đặc tính công tác của hệ thống lực khác nhau, phụ thuộc vào thiết bị đẩy trong hệ động lực chính, máy

phát điện làm thiết bị tải cho hệ động lực Diesel - máy phát Sau đây ta sẽ giới thiệu về các đặc tính của chúng

1 Đặc tính của chân vịt

Do tính chất tơng tác của vỏ tàu và chân vịt với môi trờng nớc nên khi chân vịt làm việc với vận tốc quay của chân vịt (nCV) tiêu thụ một công suất (NCV) chúng sẽ tạo nên một lực đẩy tàu (Fđẩy) sẽ tạo nên vận tốc tàu (V)

Đặc tính chân vịt của thiết bị đẩy này là đặc tính vận tốc, thông số cơ bản đợc chọn là vận tốc quay của trục chân vịt

Theo lý thuyết tàu, các đờng đặc tính chân vịt cho một con tàu dùng chân vịt định bớc là họ đờng cong theo phơng trình:

NECV = C nX

CV (NECV= C.NX

CV)

ở đây: hệ số C biểu thị

sức cản của vỏ tàu, chân vịt trong

các điều kiện khai thác khác nhau

Còn số mũ x phụ thuộc vào hình

dáng, tuyến hình của từng loại tàu

Đối với tàu hàng, x = 3

 NECV = C.n3

2 Đặc tính của máy phát:

Đối với máy phát điện, tải hầu nh

không đổi khi ta thay đổi vận tốc

của máy phát

Đờng đặc tính tải - vận tốc quay

của trục là đờng thẳng song song với

trục hoành

II Tính phối hợp công tác của hệ động lực lai chân vịt định b ớc truyền động trực tiếp.

1 Điểm phối hợp công tác:

Điểm phối hợp công tác đợc xác định từ điều kiện cân bằng ổn định năng lợng cấp từ động cơ và năng lợng tiêu thụ của thiết bị lai Điểm phối hợp công tác đợc biểu diễn trên cùng một hệ trục

Nếu công suất phát ra của động cơ là Nđc = Nđc (nđc), còn công suất tiêu thụ của thiết bị lai là NCV = NCV (nCV) thì điểm phối hợp công tác là điểm ở đó công suất động cơ và công suất thiết bị lai bằng nhau (với giả thiết không

có tổn hao trên đờng truyền công suất)

Nđc (nđc)= NCV (nCV)

ở đây cần lu ý đến liên hệ giữa vòng quay trục khuỷu và vòng quay trục chân vịt (thiết bị đai) Khi hệ

động lực lai trực tiếp chân vịt không qua hộp số (bộ biến

đổi vận tốc) thì nđc = nCV Còn khi hệ động lực dùng hộp

số (bộ biến đổi vận tốc) thì cần đa vào tỷ số truyền vận tốc: i = nCV/nđc

Trong trờng hợp truyền động trực tiếp (i = 1) thì

điểm phối hợp công tác của động cơ và chân vịt là điểm

A là giao điểm của đờng

Neđc = Neđv (nđc)

với đờng Neđv = Cnx Nđm

với điều kiện khai thác đặc

trng bằng hệ số C

(điều kiện môi trờng, sức cản )

và chế độ tải không đổi

(tay ga nhiên liệu dw = const)

2 Tính phối hợp công tác của hệ động lực lai chân vịt trực tiếp và không có bộ điều tốc.

Giả sử điều kiện khai

thác ban đầu là (C1), ta có

điểm phối hợp công tác là A

ứng với tay ga nhiên liệu

dw1 = const (Vòng quay khai

thác chọn là nKT )

Khi điều kiện khai thác

thay đổi từ (C1) sang (C2)

sức cản tăng lên Lúc đó điểm phối

hợp công tác sẽ chuyển đến A2 ứng với vòng quay n2 < nKT

để duy trì vòng quay nKT ta cần thay đổi tay ga nhiên liệu ứng với dw = const, lúc đó điểm phối hợp công tác sẽ về

vị trí A' (trờng hợp này là tăng tay ga)

Nếu điều kiện khai thác tốt hơn tức nhẹ tải hơn từ (C1) sang (C2'), điểm phối hợp công tác sẽ về vị trí A''

Nh vậy, khi không có bộ điều tốc ứng với sự thay đổi nặng tải hay nhẹ tải hơn so với trạng thái ban đầu, phải tăng hay giảm ga

3

Tính phối hợp công tác của hệ động lực lai chân vịt

trực tiếp có trang bị bộ điều tốc.

Trên các Diesel tàu thuỷ lai chân vịt hiện nay đều

đ-ợc trang bị bộ điều tốc nhiều chế độ Do vậy, khi điều kiện khai thác thay đổi, bộ điều tốc sẽ có những tác động vào cơ cấu điều chỉnh lợng cấp nhiên liệu của các bơm cao

áp, (tức thời tăng hoặc giảm lợng cấp theo đặc tính điều chỉnh vòng quay không đổi ở chế độ vận tốc khai thác nào đó

Khi động cơ bộ điều tốc , động cơ sẽ làm việc theo

đờng đặc tính điều chỉnh của bộ điều tốc

Để khống chế

cho động cơ không bị quá

tốc độ khi tải nhẹ, điểm công

tác phải nằm trên đờng đặc

tính của bộ điều tốc Khi tải

quá nặng (điều kiện khai thác

quá nặng nề) điểm khai thác

phối hợp sẽ nằm trên đờng

đặc tính ngoài giới hạn của bơm

cao áp

Trên đồ thị : A, A', A'', A* là điểm phối hợp công tác ứng với đặc tính chân vịt theo C1, C2, C2' và C*

Để duy trì tốc độ nKT hoặc xấp xỉ nKT, thanh năng lợng

điều chỉnh bơm cao áp sẽ tới các vị trí tơng ứng với dw' hoặc dw'' nhằm tăng giảm nhiên liệu với mục đích duy trì vòng quay nKT một cách tự động nhờ bộ điều tốc