Tài liệu động cơ đốt trong tàu quân sự nhiều tác giả, 150 trang

Chương 1 đIều kiện làm việc, đặc điểm và các tính chất khai thác của Động Cơ Đốt Trong Tàu quân sự 1.1. Khái quát Cơ sở lý thuyết khai thác ĐCĐT xây dựng trên sự hiểu biết chắc chắn những kiến thức về kết cấu, lý thuyết các quá trình công tác trong ĐCĐT, máy tăng áp và tua bin khí, tự động điều chỉnh và các vấn đề khác. Thực tế khai thác hệ động lực điêden được xây dựng trên những kinh nghiệm sử dụng các điêden tàu quân sự hàng ngày và trong các điều kiện chiến đấu, trên những kết quả nghiên cứu ở nhà máy và các phòng thí nghiệm. Kinh nghiệm đó được thể hiện trong các bản thuyết minh khai thác động cơ, trong các thuyết minh sử dụng các phương tiện vận động và trong các tài liệu khác. Kinh nghiệm khai thác ĐCĐT tàu quân sự được tích luỹ từ thực tế qua nhiều năm sử dụng. Đầu tiên việc sử dụng động cơ dựa trên sổ tay hướng dẫn và thuyết minh khai thác được hoàn chỉnh dần từ năm này qua năm khác thể hiện được sự tích luỹ các kinh nghiệm khai thác trong các điều kiện khác nhau. Những vấn đề cũ, lạc hậu sẽ bị loại bỏ và từng vấn đề mới được bổ sung chỉ sau khi được kiểm nghiệm qua thực tế và tỏ ra hết sức cần thiết. Rất nhiều vấn đề trong các thuyết minh được viết sau khi đã xuất hiện các hư hỏng và tai nạn, kết quả của công tác nghiên cứu khoa học đã chứng minh sự cần thiết phải thay đổi nội dung cho phù hợp. Như vậy không có một nội dung nào trong thuyết minh là không quan trọng, từng điểm, từng nội dung cụ thể đã được kiểm nghiệm qua thực tế nhiều năm. Điều đó đòi hỏi người khai thác vận hành phải tôn trọng các thuyết minh, nghiên cứu kỹ nó, hiểu biết cặn kẽ những yêu cầu của tất cả các vấn đề đó và thực hiện nghiêm chỉnh trong suốt thời gian khai thác động cơ. Kinh nghiệm cho thấy rằng, không cho phép loại bỏ bất cứ điểm nào của thuyết minh. Dù chỉ không thực hiện một chỉ dẫn nhỏ, đầu tiên thoáng nhìn không có vấn đề gì nhưng dần dần đưa đến sự gãy vỡ, tai nạn, sự cố, hỏng động cơ làm cho tàu không hoàn thành được nhiệm vụ chiến đấu, có khi đưa đến tai nạn lớn làm chết người và chìm tàu... Vấn đề khai thác ĐCĐT có nghĩa là sử dụng nó theo mục đích trong các điều kiện hàng ngày và chiến đấu phù hợp với thuyết minh hướng dẫn và những lời khuyên. Thực hiện được các vấn đề trên cho phép: - Giữ được động cơ không hư hỏng và luôn sẵn sàng chiến đấu. - Đạt được công suất thiết kế để bảo đảm tốc độ tàu cho trước; - Đạt được chỉ tiêu kinh tế thiết kế và bảo đảm được phạm vi hoạt động của con tàu; - Phòng ngừa được khả năng quá tải và bảo đảm sự làm việc tin cậy và nâng cao tuổi thọ của động cơ . Hệ động lực điêden làm việc tin cậy và lâu dài chủ yếu là do phương án thiết kế, các yếu tố kết cấu, công nghệ và rất quan trọng là các yếu tố khai thác, mức độ đào tạo đội ngũ thuyền viên cao, thông thạo kỹ thuật phục vụ động cơ. Kinh nghiệm làm việc của các kỹ sư, thợ máy cho thấy rằng, việc khai thác hiệu hiệu quả hệ động lực điêden tàu quân sự chỉ có thể có trong trường hợp nếu đội ngũ phục vụ hệ động lực có được một trình độ hiểu biết nhất định và các kỹ năng thực hành. Để khai thác hiệu quả hệ động lực, cán bộ, chiến sĩ ngành V trên tàu cần phải: - Hiểu biết về kết cấu của động cơ và tổng thể hệ động lực; - Có sự hiểu biết cụ thể về các quá trình vật lý xảy ra trong động cơ; - Hiểu được sự tác dụng lẫn nhau của các thành phần hệ động lực ở các chế độ công tác khác nhau; - Biết phân tích sự ảnh hưởng của các yếu tố khai thác khác nhau đến sự làm việc của các động cơ chính và phụ . - Thường xuyên kiểm tra định kỳ và sửa chữa, phát hiện và khắc phục những sai lệch của động cơ và các thiết bị, hệ thống phục vụ. - Sử dụng nhiên liệu, dầu mỡ và nước làm mát đảm bảo chất lượng phù hợp với những yêu cầu kỹ thuật. - Chính xác và tự tin thực hiện thuyết minh hướng dẫn khai thác động cơ. Kiến thức chuyên môn và trình độ thực hành tốt của thuyền viên tạo điều kiện phát hiện ra những phương hướng mới sử dụng trạm năng lượng và tăng thêm thời gian phục vụ của nó. Luôn luuôn ghi nhớ rằng, thuyết minh khai thác và những chỉ dẫn không thể phòng ngừa trước tất cả các trường hợp có thể xảy ra trong khi động cơ làm việc. Vì vậy, thuyền viên trên cơ sở sự hiểu biết của mình cần phải rèn luyện khả năng giải quyết nhanh chóng và đúng đắn trong các điều kiện khai thác hàng ngày và trong chiến đấu của hệ động lực. Vậy nên cũng cần chú ý đến vấn đề là thuyết minh của nhà máy chế tạo không thể đề cập được hết những đặc điểm của hệ động lực tàu nên gây thêm sự phức tạp trong khai thác động cơ và đòi hỏi phải độc lập giải quyết rất nhiều vấn đề về công tác phục vụ chúng. Trong tất cả các trường hợp khai thác ĐCĐT, cơ sở chủ yếu dựa trên những tài liệu và thuyết minh thống nhất phải sử dụng trong những điều kiện hàng ngày và chiến đấu. Việc khai thác động cơ trong những điều kiện chiến đấu do nhiệm vụ của con tàu quyết định. Tất cả những chế độ làm việc đặc trưng cho những điều kiện chiến đấu cần được phản ảnh trong học tập và thực hành hàng ngày. Trong thời gian hoàn thành các nhệm vụ chiến đấu động cơ thường phải khai thác trong điều kiện đặc biệt, đặc trưng bằng các chế độ công tác như: chuẩn bị khẩn cấp, khởi động và sấy nóng các động cơ, động cơ làm việc khi có hư hỏng một số chi tiết, vận hành khi không có chiếu sáng buồng máy... Trong chiến đấu, có thể cho động cơ làm việc trong thời gian ngắn với các thông số vượt mức giới hạn và sử dụng chúng khi có một số bộ phận bị hỏng. Những điều kiện chiến đấu được đặc trưng bằng cả trạng thái tâm lý của thuyền viên dưới tác dụng của vũ khí địch, khi phục vụ ĐCĐT ở tình trạng hư hỏng, trong hoả hoạn và khi nước tràn vào khoang tàu. Hành động của thuyền viên trong các điều kiện này dựa vào sự điều khiển động cơ, khắc phục những hư hỏng và sử dụng các biện pháp đảm bảo sức sống tàu. Tất cả những hành động trên cần phải được rèn luyện thường xuyên và cần phải thuần thục gần như phản xạ tự nhiên. Một điều kiện quan trọng nữa là khai thác động cơ trong hoàn cảnh sóng gió, do ảnh hưởng của gió và lắc làm tăng đột ngột tải cho động cơ chính, chế độ làm việc trở nên không ổn định. Tàu đi trong sóng gió làm tăng nhanh độ mệt mỏi say sóng, làm giảm sự chú ý và thậm chí làm mất hoàn toàn khả năng làm việc của thuyền viên. Thực tế khai thác động cơ cho thấy, trong các điều kiện này việc bảo đảm trạm năng lượng làm việc tin cậy và hoàn thành các nhiệm vụ chiến đấu chỉ có được khi nào thuyền viên có trình độ hiểu biết và rèn luyện tốt. Sau khi nghiên cứu phần “Khai thác ĐCĐT tàu quân sự ” học viên cần phải biết những đặc điểm làm việc và nguyên tắc khai thác động cơ trong các điều kiện khai thác tàu quân sự . Mỗi học viên cần phải nắm và làm được: - Kỹ thuật tổ chức khai thác ĐCĐT thông thạo; - Tự mình chuẩn bị khởi động, khởi động và phục vụ động cơ trong thời gian làm việc; - Biết phân tích tìm những điều kiện khai thác thích hợp, xác định các chế độ làm việc của động cơ như khi có quá tải và có hư hỏng. - Điều chỉnh, đánh giá tải và xác định công suất động cơ. - Tìm và khắc phục những trục trặc xảy ra, đánh giá tình trạng kỹ thuật của động cơ và xác định khả năng tiếp tục khai thác. - Hướng dẫn tài liệu kỹ thuật khai thác ĐCĐT. - Hướng dẫn cho nhân viên cấp dưới thực hiện nhiệm vụ theo chức trách của mình. Một số tài liệu quan trọng giúp cho quá trình khai thác như sau: - Điều lệ công tác kỹ thuật tàu; - Tài liệu chỉ dẫn về sử dụng chiến đấu các trang bị kỹ thuật trên tàu; - Các điều luật khai thác điêden tàu thuỷ; - Các bản thuyết minh và chỉ dẫn về khai thác ĐCĐT và các thiết bị trên tàu.... 1.2. Những đặc điểm công tác của động chính tàu quân sự 1.2.1. Điều kiện làm việc của ĐCĐT tàu quân sự Những ĐCĐT dùng trên tàu quân sự để truyền năng lượng cho trục chân vịt và để dẫn động các máy phụ. Trong trường hợp thứ nhất, chúng được gọi là động cơ chính, trong trường hợp thứ hai chúng được gọi là động cơ phụ. Các động cơ chính đặt trên tàu quân sự làm việc trong các điều kiện đặc biệt. Những điều kiện làm việc đặc biệt của các động cơ được xác định bằng việc chúng nằm trong thành phần của tổ hợp đẩy tàu, bao gồm: động cơ, bộ truyền động, hệ trục, chân vịt và vỏ tàu. Mỗi thành phần của tổ hợp đẩy tàu có các đặc tính riêng và chúng có liên quan chặt chẽ với nhau, vì vậy tải của động cơ sẽ được xác định bằng các đặc điểm của đặc tính thành phần riêng của tổ hợp đẩy tàu, phụ thuộc vào trạng thái kỹ thuật và chế độ làm việc của chúng. Những điều kiện làm việc của ĐCĐT tàu quân sự quay chân vịt, được xác định bằng các yếu tố kết cấu và khai thác. 1. Các yếu tố về kết cấu - Cấp tàu và những đặc điểm kết cấu của vỏ tàu (lượng chiếm nước hoặc giãn nước, có cánh ngầm hoặc có đệm khí để tiếp xúc tàu với nước …); - Phương pháp truyền công suất từ động cơ đến chân vịt (trực tiếp, truyền động thuỷ lực hay truyền động điện …); - Kết cấu và các thông số của chân vịt (chân vịt cánh cố định hoặc biến bước, chân vịt kiểu “ống phụt” …); - Số lượng động cơ quay một chân vịt và số chân vịt. 2. Các yếu tố về khai thác - Tình trạng thân vỏ tàu và chân vịt (hà bám thân vỏ và chân vịt, mức độ gồ ghề bề mặt, có độ nghiêng ngang hoặc nghiêng dọc …); - Sự sai biệt lượng chiếm nước so với giá trị định mức; - Thực hiện các chế độ (quay vòng, tăng tốc, đảo chiều …); - Các điều kiện khí hậu thời tiết (gióg, gió xoáy, có đóng băng …); - Làm việc ở chế độ lai dắt, động cơ làm việc ở chế độ giới hạn (chế độ sóng gió), làm việc ở mớn nước cạn; - Sử dụng một phần (cục bộ) chân vịt ở trạm có nhiều chân vịt hoặc một phần động cơ khi trục chân vịt do nhiều động cơ dẫn động; - Điều kiện ngoại cảnh (điều kiện khí quyển, giảm áp ở đường nạp và cản áp ở đường thải …). Tổng hợp tất cả tải của động cơ quay chân vịt có bước cố định được xác định bằng đặc tính chân vịt có biểu thức gần đúng dưới dạng: N e = Cnm Trong đó: N e - Công suất có ích của động cơ; (1.1) C, m - Các hệ số không đổi. Giá trị m phụ thuộc vào kiểu tuyến hình vỏ tàu. Nó thay đổi trong phạm vi rộng từ 1, 5 đến 3, 5 và xác định sự phụ thuộc của công suất động cơ vào số vòng quay khi làm việc với chân vịt. C phụ thuộc vào các thông số công tác của chân vịt, thân vỏ, điều kiện, chế độ hoạt động của hệ động lực. Hình dáng các đường đặc tính chân vịt của tàu quân sự có các tuyến hình thân vỏ khác nhau như trên hình 1.1. Từ hình vẽ ta thấy: công suất của động cơ làm việc ở các chế độ bộ phận được sử dụng nhiều nhất ở các tàu có tuyến hình lướt và có cánh ngầm. Đồng thời các động cơ của các tàu này có lượng dự trữ công suất nhỏ để cơ động và tăng tốc. Đối với các tàu có cánh ngầm ở chế độ chuyển sang làm việc trên cánh thường là quá tải, động cơ làm việc lâu dài ở chế độ này không cho phép. Ne(%) Đặc tính chân vịt phụ thuộc vào các yếu tố khai thác, có thể chia ra đặc tính 100 4 chân vịt “nặng” và đặc tính chân vịt 3 “nhẹ”. Trong biểu thức phân tích sự thay 60 đổi này được xác định bằng hệ số C. Nếu 2 C > C 0 thì đặc tính chân vịt “nặng”, nếu 40 C < C 0 thì đặc tính chân vịt “nhẹ”. 1 Trên hình 1.2 biểu diễn các đặc tính 20 chân vit “nặng” và “nhẹ”. Đặc tính nặng 0 gió. Đặc tính nhẹ nhất là đặc tính chân vịt 1- Tuyến hình chiếm nước; 2- Tuyến hình lướt; 3- Tàu có cánh ngầm; 4- Đặc tính hạn chế của động cơ; 5- Đặc tính ngoài của động cơ khi nổi trên mặt nước. Ne(%) 100 80 7 1 6 2 5 40 3 20 4 0 20 40 60 n (%) 80 n (%) Hình 20 1.1. 40Các đặc 60 tính80của100 nhóm chân vịt tàu quân sự nhất sẽ là đặc tính chân vịt ở chế độ sóng 60 5 80 100 1.2.2. Những đặc điểm công tác của ĐCĐT tàu quân sự Đặc điểm làm việc của động cơ tàu quân sự được xác định chủ yếu dựa vào mục đích của tàu và nhiệm vụ chiến đấu của nó. Đối với các tàu có nhiệm vụ như: vận tải, tìm địch, tấn công, cơ động trong thời gian tấn công hoặc trong thời gian diễn biến trận đánh, săn đuổi hoặc phá vây và cả những nhiệm vụ đặc biệt như: tuần tiễu, quét lôi, thả mìn, hộ tống, đổ bộ,… dựa vào nhiệm vụ chiến đấu và thực hiện các nhiệm vụ trong một chế độ xác định có những đặc điểm khai thác riêng. Các đặc điểm khai thác đặc trưng cho các ĐCĐT chính của tàu quân sự như sau: 1. Đặc điểm khai thác động cơ chính Động cơ chính làm việc trong điều kiện phụ thuộc nhiều vào điều kiện khai thác, chúng có một số đặc điểm cơ bản sau: - Phạm vi thay đổi vòng quay và tải theo đặc tính chân vịt rộng; - Khởi động, đảo chiều và thay đổi chế độ làm việc nhiều; - Làm việc lâu ở các chế độ tải nhỏ và trung bình; - Làm việc trong điều kiện bị lắc, nghiêng ngang và nghiêng dọc cố định; - Làm việc khi có các bộ phận của động cơ và hệ thống bị hỏng; - Khó khăn trong việc và sửa chữa động cơ do việc bố trí chật hẹp trong khoang máy; - Khả năng xâm nhập của nước vào các khoang bên trong động cơ do máy thường bố trí dưới mớn nước của tàu. Các ĐCĐT đặt dưới tàu ngầm dựa vào sử dụng chiến đấu được khai thác ở các chế độ đặc biệt trong các điều kiện phản áp và giảm áp tăng. Chúng phải làm việc để bảo đảm công suất cho các máy tiêu công khác nhau: chân vịt, máy phát, cùng đồng thời cho chân vịt và máy phát (chế độ “chân vịt -nạp” và chế độ “chân vịt -tiêu thụ”). 2. Đặc điểm động cơ phụ ở các tàu quân sự, các ĐCĐT được sử dụng để dẫn động các máy phát điện một chiều và xoay chiều. Số lượng điêden - máy phát đặt trên tàu không chỉ dựa vào tổng công suất cần thiết mà còn dựa vào yêu cầu bảo đảm sức sống tàu, vì vậy tất cả các điêden - máy phát hoặc một bộ phận cần phải bảo đảm làm việc song song trên lưới điện. Các điêden - máy phát có các nđặc (% ) điểm sau: B - ổn định, làm việc lâu dài ở vòng 102 quay định mức; A 100 - Việc thay đổi tải lớn phụ thuộc vào việc đóng, ngắt các máy tiêu thụ; 98 0 20 40 60 80 100 - Bảo đảm làm việc song song một 96 số (%) Hình 1.3. Sự phân bố tải giữa máy phát. các điêden - máy phát có độ dốc Đối với hệ thống điều khiển điêden -của máycác phát, việc điều cần phải có sự làm việc đặctừtính tốc khác song song người ta đề ra một số các yêu cầuh phụ: Kết cấu của điều tốc phải đảm bảo sự sai lệch của các đặc tính điều tốc trong thời gian động cơ làm việc. Yêu cầu này cho phép đảm bảo được độ lệch giống nhau của đặc tính điều tốc và sự phân bố đồng đều tải giữa các điêden - máy phát làm việc song song. Trên hình 1.3 biểu diễn đặc tính điều tốc của các điêden - máy phát A, B có độ dốc của đặc tính điều tốc khác nhau. Như trên hình vẽ điêden - máy phát A có đặc tính thoải hơn ở các tải gần với tải toàn phần có thể luôn quá tải do sự phân bố tải không đồng đều giữa các điêden - máy phát. 1.3. phân loại các chế độ làm việc và sự phân chia công suất của ĐCĐT tàu quân sự 1.3.1. Phân loại chế độ làm việc của ĐCĐT tàu quân sự 1. Khái niệm chế độ làm việc của ĐCĐT tàu quân sự Chế độ làm việc của động cơ là trạng thái làm việc của nó được đặc trưng bằng tải, số vòng quay, các điều kiện ngoại cảnh, trạng thái nhiệt và các đặc tính thay đổi của chúng. Đôi khi khái niệm “chế độ làm việc” còn được hiểu là các trường hợp làm việc đặc trưng của động cơ, trong các điều kiện hoạt động tiêu biểu, ví dụ: “chế độ sóng gió”, “chế độ chân vịt - nạp”, chế độ lai dắt … Trạng thái nhiệt của điêden được xác định bằng nhiệt độ của chi tiết và gián tiếp qua sự đánh giá nhiệt độ của khí thải, dầu bôi trơn và nước làm mát. 2. Các chế độ làm việc của ĐCĐT tàu quân sự Phụ thuộc vào sự thay đổi tải, số vòng quay và trạng thái nhiệt của động cơ, người ta phân ra thành chế độ làm việc ổn định và chế độ làm việc không ổn định. a. Chế độ làm việc ổn định: Chế độ làm việc ổn định của động cơ là các chế độ khi tất cả các thông số phải tìmC, các điều kiện ngoại cảnh và trạng thái nhiệt giữ nguyên không đổi theo thời gian. Các chế độ làm việc của động cơ như tải bộ phận, trung bình và toàn bộ nếu chúng tồn tại lâu dài theo thời gian thì người ta gọi là ổn định. b. Chế độ làm việc không ổn định Chế độ làm việc không ổn định của động cơ là các chế độ khi có sự thay đổi tải, số vòng quay và trạng thái nhiệt theo thời gian. Các chế độ: khởi động, sấy nóng máy, tăng tốc độ, hãm tốc độ hoặc đảo chiều, làm việc trong các điều kiện sóng gió … là các chế độ không ổn định. 1.3.2. Phân chia công suất dùng cho các điêden tàu quân sự Sự phân chia công suất dùng cho các điêden tàu quân sự cao tốc khi làm việc theo đặc tính chân vịt. 1. Công suất định mức (N eđm ) Công suất định mức N eđm là công suất tính toán hoặc công suất toàn bộ do động cơ sản ra trong thời gian dài liên tục; tổng số thời gian làm việc ở công suất này dùng cho điêden cao tốc không được vượt quá 10 đến 13% tuổi thọ quy định. Công suất định mức lấy là 100%. Công suất định mức ứng với vòng quay định mức n đm , mô men xoắn định mức M eđm . 2. Công suất cực đại (N emax ) Công suất cực đại N emax là công suất giới hạn cho phép, thường bằng 100 đến 115% công suất định mức. ở một số động cơ cho phép làm việc ở công suất cực đại liên tục trong một thời gian hạn định. Đối với các điêden tàu quân sự cao tốc, thời gian này được ấn định là 1 giờ, và tổng số thời gian làm việc ở chế độ này không vượt quá 5 đến 10% tuổi thọ qui định đến sửa chữa định kỳ. Công suất cực đại của điêden ứng với vòng quay cực đại n max. 3. Công suất khai thác (N ekt ) Công suất khai thác N ekt là công suất lớn nhất cho phép động cơ làm việc lâu dài không hạn chế thời gian và tuổi thọ. Thường công suất khai thác chiếm khoảng 80 đến 90% N eđm . 4. Công suất khai thác cực tiểu (N ektmin ) Công suất khai thác cực tiểu N ektmin là công suất nhỏ nhất của điêden sản ra liên tục không có một sự hạn chế nào. Công suất khai thác tối thiểu quyết định tốc độ lâu dài tối thiểu của tàu. 5. Công suất ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất (N eôđmin ) Công suất ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất N eôđmin là công suất nhỏ nhất bảo đảm Ne(% điêden làm việc ổn định và khả năng cơ 120 động của tàu trong một thời gian hạn chế. Nem Neđ 100 Sự phân chia công suất này là quy ước. Nekt 80 Đối với một số động cơ nó không được sử 60 dụng toàn bộ. Ví dụ: thường đối với các điêden không sử dụng công suất cực đại40và nhiều nhất 20 Nekt Neôđ là công suất định mức. Sự phân chia công 0 20 40 60 suất điêden tàu quân sự theo đặc tính chânHình vịt1.4. Phân chia công suất và vòng quay của động cơ đốt trong tàu quân sự 80 n(%) 100 120 thể hiện trên hình 1.4.l 1.4. Các tính chất khai thác chủ yếu của các ĐCĐT tàu quân sự 1.4.1. Công suất của động cơ 1. Khái quát Công suất có ích là một chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản, đặc trưng cho một trong những tính chất khai thác của động cơ, nó được xác định bằng số lượng công cơ khí có ích do động cơ sản ra trong một đơn vị thời gian và được tính theo công thức: Hay (cv) (1.2) (kW) (1.3) Trong đó: - Lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ, kg/h; H u - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu, kJ/kg; 860- Đương lượng nhiệt ứng với 1 kW . 632,3- Đương lượng nhiệt ứng với 1 sức ngựa. Công suất động cơ có thể sản ra được xác định bằng lượng tiêu hao nhiên liệu trong một đơn vị thời gian và hiệu suất có ích. (kg/h) Trong đó: (1.4) - Lượng tiêu hao nhiên liệu cho chu trình, kg/c.trình; n - Số vòng quay của điêden (vg/ph); Z - Số xi lanh; K - Hệ số kỳ của động cơ (đối với động cơ hai kỳ K = 1, bốn kỳ K = 0,5). Như vậy ta thấy: công suất của động cơ được xác định bằng lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, hiệu suất có ích và số vòng quay. 2. Các yếu tố hạn chế công suất ĐCĐT Công suất của một ĐCĐT bị hạn chế bởi hai yếu tố: - Suất nhiên liệu cho phép giới hạn (chu trình), khi đó giữ nguyên được hệ số dư lượng không khí cần thiết và nhiệt độ của các chi tiết cụm pittông - xi lanh. - Số vòng quay bị hạn chế do ứng suất cơ khí trong các chi tiết và áp lực riêng trong các ổ đỡ do các lực ly tâm quán tính của khối lượng các chi tiết chuyển động thẳng và quay. 3. Phân bố công suất của ĐCĐT - Công suất cực đại là công suất động cơ có thể sản ra, nó được xác định trên bảng phân bố các đặc tính ngoài của nó. - Công suất khai thác cho phép lớn nhất là công suất động cơ có thể sản ra được trong thời gian dài, được xác định bằng đường đặc tính hạn chế. . Trên hình 1.1 và 1.2 biểu diễn các đặc tính ngoài và đặc tính hạn chế của động cơ điêden. Công suất phân bố của động cơ điêden được bảo đảm trong khoảng thời gian làm việc nhất định, được đặc trưng bằng tuổi thọ của nó cho đến sửa chữa định kỳ của nhà máy hoặc đến cuối thời gian phục vụ. Trong khoảng thời gian đó, do mài mòn và phá vỡ sự điều chỉnh của động cơ, giá trị này có thể giảm xuống một ít. 4. Công suất yêu cầu của cácđộng cơ điêden Công suất yêu cầu của các động cơ để bảo đảm được tốc độ hành trình cho trước của con tàu, được xác định bằng sự phụ thuộc của công suất kéo có ích vào tốc độ của tàu, bằng sự tổn hao khi truyền công suất cho chân vịt và hiệu suất chân vịt. Công suất này của động cơ nằm trong thành phần của trạm năng lượng, với tốc độ thiết kế của tàu, được xác định bằng phương trình: (1.5) Trong đó: EPS - Công suất đẩy tàu; η cv - Hiệu suất chân vịt; η tđ - Hiệu suất boọ truyền động; η ht - Hieọu suaỏt heọ truùc chaõn vũt; ηk - Heọ soỏ ảnh hưởng giữa thân vỏ và chân vịt khi tàu hoạt động. Z - Số lượng chân vịt; K - Số lượng động cơ lai một chân vịt. Công suất yêu cầu của động cơ để bảo đảm tốc độ hành trình cho trước của tàu trong thời gian khai thác cần tăng lên do nhiều yếu tố ảnh hưởng của điều kiện khai thác. Việc tăng công suất yêu cầu do ảnh hưởng của các yếu tố sau: - Tăng sức cản vỏ tàu do hà bám phần dưới nước và tăng độ gồ ghề bề mặt; - Giảm hiệu suất của chân vịt do tăng độ gồ ghề của các cánh và thay đổi hình dạng của chân vịt; - Giảm hiệu suất truyền động do sự mất đồng tâm và mài mòn các chi tiết truyền động; - Tăng lượng chiếm nước của tàu do các công việc hoán cải và tăng lượng dự trữ... Như vậy, trong quá trình khai thác tàu công suất của động cơ chính giảm xuống, còn công suất yêu cầu tăng lên. Nếu khi thiết kế không chú ý trước dự trữ công suất thì sau một khoảng thời gian khai thác tàu sẽ không thể phát huy được hành trình đầy đủ, còn động cơ không thể đạt vòng quay định mức, và nếu làm việc ở vòng quay này theo đặc tính ngoài sẽ năm ở vùng các chế độ quá tải. Để giữ cho công suất của động cơ nằm trong các giới hạn thiết kế cho trước cần phải đều đặn thực hiện kế hoạch xem xét và sửa chữa dự phòng đã ấn định. Để giữ được công suất yêu cầu của trạm cần thiết phải tiến hành có định kỳ đưa tàu vào đốc để cạo hà và sơn phần thân vỏ dưới nước§, vệ sinh và kiểm tra hình dáng chân vịt, sửa chữa và định tâm đường trục. 1.4.2.Tính kinh tế của ĐCĐT Đối với trạm năng lượng tàu thuỷ, người ta phân biệt tính kinh tế của động cơ và tính kinh tế của trạm năng lượng. 1. Tính kinh tế của trạm năng lượng Tính kinh tế của trạm năng lượng thường được xác định bằng lượng tiêu hao nhiên liệu cho một hải lý hành trình đi được của tàu: gs = Trong đó: (kg/hải lý) (1.6) - Lượng tiêu hao nhiên liệu giờ cho trạm, kg/h; v - Tốc độ của tàu, hải lý /h. Ngoài ra, tính kinh tế của trạm còn có thể xác định bằng hiệu suất của hệ động lực, tầm hoạt động của tàu... (vấn đề này được nghiên cứu ở môn “khai thác hệ động lực tàu quân sự ”) 2. Tính kinh tế của động cơ Tính kinh tế của động cơ thường được đánh giá bằng suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ: ge = Trong đó: (kg/cv.h) - Lượng tiêu hao nhiên liệu giờ, kg/h; N e - Công suất có ích, cv. (1.7) Ngoài ra tính kinh tế của động cơ cũng có thể được đánh giá qua hiệu suất có ích của động cơ. Chú ý: Một trong những đặc điểm của điêden là tính kinh tế ít phụ thuộc vào tải trong các giới hạn phạm vi làm việc của các tải và các vòng quay theo đặc tính chân vịt so với các loại động cơ nhiệt khác. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích là chỉ tiêu kinh tế cơ bản của động cơ, vì tính kinh tế chung được tổng hợp từ các chi phí cho nhân viên phục vụ, cho nhiên liệu, dầu, các phần dự trữ vật tư tiêu hao và sửa chữa. Trong quá trình khai thác động cơ điêden, suất tiêu hao nhiên liệu có ích thường tăng lên, có thể tăng từ 10 đến 25% so với giá trị ban đầu. Nguyên nhân tính kinh tế của điêden xấu đi là do: sự mài mòn các chi tiết của động cơ, điều kkiện nạp, thải xấu đi, sai lệch các thông số dfđiều chỉnh, phá vỡ sự làm việc bình thường của hệ thống nhiên liệu và các yếu tố khác. 1.4.3. Tính bền vững của ĐCĐT 1. Khái niệm Tính bền vững của động cơ là khả năng bảo đảm sự làm việc bình thường không bị đứt quãng trong suốt thời gian phục vụ đã ấn định. Tính bền vững là một tính chất khai thác quan trọng của ĐCĐT. Tính bền vững của ĐCĐT là khả năng của động cơ làm việc không có hỏng hóc trong suốt thời gian tuổi thọ ấn định cho tất cả các chế độ khai thác, phù hợp với những đặc điểm của trạm năng lượng, khi giữ nguyên được các chỉ tiêu khai thác cơ bản trong các giới hạn cho phép. Khái niệm của tính bền vững có liên quan chặt chẽ với khái niệm hư hỏng (trục trặc) và với tuổi thọ của điêden đến sửa chữa định kỳ hoặc đến cuối thời gian phục vụ. Việc hư hỏng được hiểu là mất một phần hoặc mất hết khả năng làm việc của động cơ. 2. Các loại hư hỏng Hư hỏng thường có các loạiH: hư hỏng từ từ và tức thời. b. Hư hỏng từ từ: Hư hỏng từ từ xuất hiện do sự mài mòn họăc do thay đổi tính chất vật liệu trong một giai đoạn thời gian. Hư hỏng từ từ dễ dàng dự đoán và khắc phục khi thực hiện kế hoạch xem xét dự phòng và sửa chữa. b. Hư hỏng tức thời: Hư hỏng tức thời có tính chất bất ngờ, không dự kiến trước được bởi vì chúng có liên quan về kết cấu, công nghệ hoặc đặc tính khai thác. Hư hỏng tức thời có nguyên nhân đầu tiên là tính bền vững của động cơ lớn hoặc nhỏ. Tính bất ngờ của hư hỏng tức thời, mặt khác không phải là không có khả năng dự đoán. Đa số các trường hợp có thể biết trước được. Nếu biết rõ sự phân bố của chúng theo thời gian nhờ kết quả nghiên cứu và tích luỹ dựa vào các hư hỏng đã có của một số lượng lớn động cơ cùng loại được khai thác. Hư hỏng cũng như tính bền vững là tính chất xác suất, tuân theo quy luật của lý thuyết xác suất và của toán thống kê. Xác suất xuất hiện hư hỏng có thể đánh giá khi có các thống kê trước về hoạt động của động cơ theo toàn bộ và theo từng cụm chi tiết của nó. Bất kỳ một chi tiết nào của động cơ có thể làm việc trong một thời gian hạn định, phụ thuộc vào các điều kiện làm việc của chi tiết (tải, nhiệt độ, mức độ chấn động, môi trường hoá học), phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chi tiết, công nghệ chế tạo (gia công nóng, làm cứng, phủ lớp bảo vệ) và vào sự hoàn thiện kết cấu. Sau thời gian công tác ấn định, chi tiết bất kỳ không thể giữ được các tính chất và kích thước cần thiết hoặc bị phá huỷ. Tính bền vững của động cơ có liên hệ chặt chẽ với tuổi thọ. Những khái niệm này có liên quan lẫn nhau vì tính bền vững được đặc trưng bằng thời gian làm việc trung bình của động cơ không có hư hỏng, có nghĩa là tuổi thọ của nó, còn tuổi thọ của động cơ được dựa trên mức độ bền nhất định. Độ bền vững đó là một tính chất phụ thuộc vào thời gian làm việc của động cơ, và theo thời gian bị giảm xuống. 3. Các chỉ tiêu đặc trưng của tính bền vững Tính bền vững của đọng cơ được đặc trưng bằng các chỉ tiêu sau: a. Thời gian làm việc trung bình không bị hư hỏng (T δ(TB) ) Thời gian công tác trung bình không bị hư hỏng được xác định bằng phương trình: T δ(TB) = Trong đó: (1.8) - Tổng thời gian động cơ làm việc không hư hỏng; N Σ - Tổng số động cơ đang khai thác. b. Xác suất làm việc không hư hỏng (P (t) ) Xác suất làm việc không hư hỏng là xác suất mà trong khoảng thời gian ∆t động cơ làm việc không có hư hỏng. Xác suất làm việc không có hư hỏng được xác định nhờ phương trình gần đúng sau: P (t) = Trong đó: % (1.9) NΣ - Tổng số động cơ khai thác ở đầu thời gian tính toán; N 0 - Số lượng trung bình động cơ bị hư hỏng trong khoảng thời gian ∆t ; t - Thời gian để tính chỉ số bền vững. Xác suất làm việc không hư hỏng nói chung đánh giá như độ bền của động cơ cũng như độ bền của các thành phần riêng P(t)% 100 của nó. Trên hình 1.5 thể hiện sự thay đổi 1 2 3 4 5 độ bền của động cơ và các chi tiết của80nó Tδ(CP) (1 - 5) theo thời gian. Trên cơ sở lý thuyết 60 nhân xác suất, xác suất động cơ làm việc t Hình 1.5. Sự thay đổi xác suất không hư hỏng bằng tích các xác suất làm làm việc không hư hỏng của việc không hư hỏng của các chi tiết. động cơ và của các cụm chi tiết của nó theo thời gian P (t) = P 1(t) . P 2(t) . P 3(t) ….. P n(t) (1.10) c. Cường độ hư hỏng (λ(∆t)) - thông số dòng hư hỏng Cường độ hư hỏng λ(∆t) là tỷ số của số động cơ bị hư hỏng trong một đơn vị thời gian với số trung bình động cơ tiếp tục làm việc không hư hỏng trong khoảng thời gian đó. λ(∆t) = Trong đó: (lần/h) (1.11) ∆N 0 - Số động cơ bị hư hỏng trong khoảng thời gian ∆t; N TB - Số trung bình động cơ làm việc không hư hỏng ở thời điểm cho trước. λ(t) N TB = Sự thay đổi cường độ hư hỏng phụ thuộcI II III τ vào thời gian làm việc của động cơ có thể biểu Hình 1.6. Sự thay đổi cường diễn bằng đồ thị như trên hình 1.6. Trên hình vẽ độ hư hỏng phụ thuộc vào thời gian làm việc của ĐCĐT đoạn I đặc trưng cho giai đoạn đầu khai thác động cơ, đoạn II đặc trưng cho thời kỳ khai thác chủ yếu của động cơ (vùng độ bền ổn định), đoạn III đặc trưng cho thời kỳ làm việc trước khi sửa chữa dộng cơ. Trong thời kỳ khai thác động cơ trên tàu cần phải đảm bảo sự làm việc của nó bền vững và không hư hỏng. Rõ ràng là trong thời kỳ tuổi thọ chung của động cơ không thể giữ được độ bền vững, tính không hư hỏng như nhau ở tất cả các chi tiết của nó. Phần các chi tiết làm việc ở khoảng thời gian không hư hỏng cần phải định kỳ thay thế bằng các chi tiết mới. Để đạt mục đích này người ta quy định kế hoạch xem xét và sửa chữa dự phòng giữa các kỳ sửa chữa, khi ngừng động cơ để thay thế các chi tiết bị mòn và tiến hành xem xét để phát hiện các khuyết tật ẩn trong các cụm chi tiết, các chi tiết có thể dẫn đến các hư hỏng bất ngờ cho động cơ. Mức độ làm việc bền vững của động cơ trong khoảng thời gian và tuổi thọ giữa các kỳ sửa chữa, bảo đảm xác suất làm việc ổn định không có hư hỏng, phụ thuộc cả vào mục đích sử dụng của động cơ và vào hậu quả có thể gây ra sự phá huỷ. Ví dụ như các động cơ máy bay, xác suất làm việc không có hư hỏng cao bảo đảm cho các chuyến bay an toàn. Khi thời gian làm việc của động cơ với xác suất làm việc không có hư hỏng cao, không có các động cơ phải gỡ khỏi máy bay và sử dụng tiếp tục trên mặt đất với thời gian dài có độ bền vững kém hơn và sử dụng hoàn toàn với các điều kiện cho phép mới. 4. Biện pháp để đảm bảo tính bền vững của động cơ Nhiệm vụ của cán bộ, nhân viên máy tàu là bảo đảm sự làm việc không có hư hỏng cho động cơ trong thời gian giữa các kỳ sửa chữa, và để bảo đảm thực hiện những nhiệm vụ này phụ thuộc vào một loạt các yếu tố khai thác, những yếu tố quan trọng nhất là: - Thực hiện nghiêm túc các thuyết minh hướng dẫn, hiểu biết các điều kiện làm việc của động cơ trên tàu và phòng ngừa các khả năng quá tải; - Tính hợp lý và chất lượng việc thực hiện kế hoạch xem xét kiểm tra và sửa chữa dự phòng; - Đặc tính các chế độ làm việc của động cơ, mức độ và tần số tải, đặc tính của các chế độ chuyển tiếp, số lần khởi động, mức độ chấn động và các dao động xoắn; - Loại và chất lượng dầu bôi trơn, chất phụ gia pha trong dầu, loại và chất lượng nhiên liệu, chất lượng nước làm mát. 1.4.4. Tính cơ động của các ĐCĐT tàu quân sự Các tính chất cơ động của các ĐCĐT tàu quân sự được đặc trưng bởi các yếu tố: - Sự chuẩn bị cho động cơ vào hoạt động; - Giá trị vòng quay và tải trong phạm vi công tác; - Tính tăng tốc của động cơ; - Mô men động cơ sản ra khi đảo chiều; - Công suất cho phép làm việc lâu dài ở hành trình lùi... 1. Tính sẵn sàng hoạt động của các động cơ chính và phụ Tính sẵn sàng hoạt động của các động cơ chính và phụ được xác định bằng thời gian cần thiết để chuẩn bị khởi động động cơ, để khởi động và sấy máy đến trạng thái động cơ có thể nhận tải cần thiết. Việc chuẩn bị khởi động động cơ là thực hiện một loạt các động tác như: - Chuẩn bị các cơ cấu của động cơ và các hệ thống của nó; - Sấy máy trước khi khởi động bằng nguồn nhiệt bên ngoài đến nhiệt độ bảo đảm khởi động động cơ chắc chắn; - Làm ấm dầu bôi trơn trong két dầu tuần hoàn. Tính sẵn sàng hoạt động của động cơ phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố, trong đó cân chú ý đến các yếu tố cơ bản sau: - Trạng thái nhiệt ban đầu; - Đặc điểm kết cấu; - Tính cao tốc và khối lượng của nó. Thời gian chuẩn bị cho động cơ hoạt động có thể vài phút khi các điều kiện nhiệt độ tốt hoặc hàng giờ khi chuẩn bị và khởi động ở trạng thái nguội. 2. Giá trị vòng quay và tải trong phạm vi công tác của các ĐCĐT tàu quân sự theo đặc tính chân vịt Giá trị vòng quay và tải trong phạm vi công tác của các ĐCĐT tàu quân sự theo đặc tính chân vịt được xác định chủ yếu bằng: - Vòng quay ổn định thấp nhất; - Vòng quay khai thác thấp nhất. Các vòng quay khai thác tối thiểu và ổn định tối thiểu là một nhược điểm của động cơ điêden. Ngoài ra, động cơ điêden làm việc ở các tải và vòng quay thấp đi đôi với việc làm xấu đi chất lượng của quá trình công tác và làm tăng sự kết cốc trong động cơ. 3. Tính tăng tốc của ĐCĐT Tính tăng tốc của ĐCĐT được xác định bằng thời gian ngắn nhất cho phép thay đổi số vòng quay từ nhỏ nhất đến cực đại khi làm việc theo đặc tính chân vịt. * Đối với động cơ làm việc với các chân vịt biến bước tính tăng tốc được hiểu là thời gian ngắn nhất cho phép thay đổi mô men xoắn do động cơ phát ra từ giá trị nhỏ nhất ứng với khi chạy không tải (tỷ số bước bằng không) đến giá trị toàn phần ứng với một điểm của đường đặc tính ngoài ở vòng quay định mức. Thực tế thì tính tăng tốc của động cơ được xác định bằng thời gian tăng tốc của tàu, bởi vì khi nào tàu đạt hành trình đầy đủ là khi đó điêden đạt được vòng quay định mức và mô men xoắn đạt giá trị cực đại ứng với số vòng quay đó. Như vậy, tính tăng tốc là một tính chất không chỉ của động cơ mà còn của tất cả tổ hợp đẩy tàu. Tính tăng tốc phụ thuộc vào: - Khối lượng toàn tàu và tuyến hình của nó; - Khả năng truyền công suất cho chân vịt; - Các đặc tính của chân vịt. Ne(%) 4 100 Tính tăng tốc còn phụ thuộc vào các tính chất của điêden: tác dụng nhanh80của 2 bộ điều tốc, thời gian bắt đầu làm việc ở chế độ ổn định của tuabin máy nén 60 (nếu động cơ tăng áp bằng tuabin máy nén tự 40 do) và độ dự trữ công suất khi làm việc 20 1 n (%) theo đặc tính ngoài. Trên hình 1.7 biểu diễn đồ thị thay đổi công suất củađộng cơ điêden quay chân vịt có bước cố định khi tàu tăng tốc độ (đường 1-2-4). Lượng dự trữ công suất có thể dùng tăng tốc độ tàu được xác định bằng vùng gạch chéo giữa đường đặc tính chân vịt và đặc tính ngoài của điêden. 4. Mô men động cơ phát ra để đảo chiều và công suất động cơ khi tàu hành trình lùi. Mô men động cơ phát ra để đảo chiều và công suất khi tàu lùi được xác định bằng những đặc điểm kết cấu của động cơ. - Các động cơ đảo chiều trực tiếp (tự đảo chiều) có thể bảo đảm làm việc lâu dài ở hành trình lùi ở một giá trị công suất hạn chế nhất định. - ở các động cơ có khớp đảo chiều không chỉ bị giới hạn về công suất mà còn về thời gian làm việc liên tục ở hành trình lùi, có nghĩa là có liên quan đến các đặc điểm kết cấu của khớp đảo chiều và ổ đỡ chặn. 1.4.5 Tính làm việc ổn định của ĐCĐT 1. Khái niệm về tính ổn định của ĐCĐT Tính làm việc ổn định của ĐCĐT là khả năng của nó không bị tác dụng của bất cứ một ảnh hưởng bên ngoài nào, và lập tức quay trở lại chế độ làm việc ban đầu ngay sau khi nguyên nhân gây ra sự không ổn định bị loại trừ. Tính ổn định của hệ thống động cơ - máy tiêu công được xác định bằng đặc trưng của sự biến đổi mô men động cơ M đc khi thanh răng điều khiển bơm cao áp giữ cố định và mô men cản của máy tiêu công M c khi có sự thay đổi tần số quay (hoặc số vòng quay) của hệ thống. Đặc tính cơ bản của động cơ (đặc tính ngoài và bộ phận) có thể biểu diễn dưới dạng phụ thuộc: M đc =M c - J đc . (1.12) J đc - Mô men quán tính của hệ thống động cơ máy tiêu thụ công Tính chất tải (của máy tiêu thụ công) được xác định bằng sự phụ thuộc: M c = f(ω) Ví dụ đối với đặc tính chân vịt: (1.13)