BÀI 1: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU
1.1. Khái niệm:
− Loại nhiên liệu
− Thieát bò: tank, bôm, ...
− Máy lọc, hâm sấy.
1.2. Nhieọm vuù cuỷa heọ thoỏng Gồm các nhiệm vụ chính sau:
− Dự trữ, bảo quản và tiếp nhận nhiên liệu (từ bờ, kho, từ tàu khác)
− Cung cấp nhiên liệu cho ME, GE, máy phụ, nồi hơi, ... hoạt động trong mọi điều kiện.
− Làm sạch nhiên liệu bằng cách phân li, lọc sạch tạp chất, nước trong nhiên liệu.
− Hâm nóng nhiên liệu (F.O). Hâm ở tank, trước khi lọc, trước khi đưa vào động cơ.
− Vận chuyển nhiên liệu từ két này sang két kia:
+ Phục vụ cho việc sử dụng cũng như điều chỉnh sự cân bằng tàu.
+ Từ tàu lên bờ, từ tàu sang tàu khác.
1.3. Các loại nhiên liệu sử dụng cho động cơ tàu thuỷ.
Daàu Diesel:
+ DO (diesel oi): daàu nheù.
+ F.O (Fuel oil): dầu nặng.
Đặc điểm:
− Là sản phẩm của dầu mỏ.
− Có QH cao, năng suất toả nhiệt cao nên sẽ giảm được lượng dự trữ, tăng thời gian hoạt động của tàu trên biển.
− Là nhiên liệu lỏng nên thuận lợi cho việc cơ giới hoá, hiện đại hoá việc cấp dầu.
− F.O (chất lượng kém hơn D.O) nhưng rẽ (chỉ khoảng 35 – 40% giá D.O) →↑tính kinh tế cho tàu (giảm giá cước vận tải). Nhưng có nhược điểm:
+ Phải hâm, lọc, thêm phụ gia →làm cho hệ thống thêm cồng kềnh, phức tạp.
+ Làm tăng sự ăn mòn (SO), tăng sự mài mòn, tắc vòi phun → giảm tuổi thọ động cơ.
+ Làm giảm nhanh chất lượng dầu L.O.
1.4. Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu
− Phải đảm bảo cho động cơ hoạt động bình thường trong mọi điều kiện (tàu nghiêng, lắc, ...)
− Các Tank, đường ống, ... thuộc hệ thống nhiên liệu không được bố trí trên các thiết bị toả nhiệt như ống xả động cơ, bầu tiêu âm, động cơ điện, không đi qua két F.W, phòng ở, ...
− Mỗi két chứa F.O, D.O phải có ống thông hơi đặt trên mặt hở của boong; phải có ống tràn về két thaáp hôn.
− Các bơm (bơm chuyển dầu, bơm cung cấp) phải có 2 bơm mắc song song (một cái dự phòng).
H = 20 – 25m cột nước.
Q = bơm đầy két lớn nhất trong t = 2 – 4h.
− Nếu sử dụng F.O thì phải có thêm két D.O có VDO 20%VFO (để sử dụng khi manơ, khởi động).
− Phải có thiết bị hâm FO (700C – 1200C nhằm làm giảm độ nhớt) tại các két để có thể bơm, lọc và sử dụng được cho động cơ.
− Các két trực nhật (sử dụng hàng ngày) phải có bầu hâm để đảm bảo:
+ Hệ động lực (ME, GE, ...) hoạt động 12h (đối với FO).
+ Hệ động lực (ME, GE, ...) hoạt động 8h (đối với DO).
+ Đối với canô, xuồng cứu sinh 4h.
1.5. Sơ đồ hệ thống (tiêu biểu)
− Heọ thoỏng DO
− Heọ thoỏng FO
− Daàu baồn
→ Giới thiệu 1 số thiết bị: bơm, máy lọc, hâm.
→ chuyển dầu FO DO và ngược lại. →
Thuyeỏt minh heọ thoỏng
Hình 10: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 1.6. Một số thông số cơ bản của hệ thống nhiên liệu
1.6.1. Lượng nhiên liệu dự trữ (Bdt)
− Bdt tính theo 1 chuyến công tác (đi + về) Bdt = Bủ/ch + Bủf +Bnf + Bsh (kg)
− Trong đó:
+ Bđ/ch : lượng nhiên liệu dự trữ cho động cơ chính.
+ Bđf : lượng nhiên liệu dự trữ cho động cơ phụ.
+ Bnf : lượng nhiên liệu dự trữ cho nồi hơi phụ.
+ Bsh : lượng nhiên liệu dự trữ cho sinh hoạt, sửa chữa.
Bủ/ch = gec.Nec.t.10−3 t =
Vtb
L
+ L: chiều dàu hành trình (hải lý)
+ Vtb: tốc độ trung bình của tàu (hải lý/ giờ).
Bủf = gef.Nef.tf.zf.10−3
+ Zf : số lượng động cơ phụ (GE, MN, bơm, ...) + Bnf = Wnf.t
+ Wnf: lượng tiêu hao nhiên liệu của nồi hơi trong một giờ (kg/giờ).
+ t: thời gian động cơ hoạt động trong một chuyến.
+ Bsh : phục vụ sửa chữa, bảo dưỡng.
1.6.2. Thể tích két dự trữ nhiên liệu (Vdt ).
Vdt
β Bγdt (m3).
− Trong đóβ: hệ số két chết phụ thuộc vào:
+ Sự choán chổ của ống nạp, ống xả, ống thuỷ, ống hơi.
+ Phần nhiên liệu đáy két (không dùng được).
+ Thường thì β = 1,05 – 1,10
− γ : tỉ trọng nhiên liệu:
+ Dầu DO có γ = 0,85 tấn/ m3. + Dầu FO có γ = 0,95 tấn/m3. Két dự trữ DO: có VdtDO 0,20 10−3
FO FO
Bdt
γ
Chú ý: DO cho máy chính (ME), chưa tính DO cho máy đèn (GE).
Két dự trữ thường có tối thiểu 2 két cho mỗi loại DO và FO. Một số tàu sử dụng không gian 2 đáy của tàu để dự trữ nhiên liệu.
1.6.3. Theồ tớch keựt laộng (Vl)
Thời gian nhiên liệu chứa trong két lắng từ 2 – 5 ngày phụ thuộc chất lượng dầu (để tạp chất lắng xuống đáy két).
Vl = Bủc Bdf T γ
1
. 1
2 ,
1 +
− Trong đó:
+ B1đc, Bdf1 : lượng nhiên liệu tiêu hao trong 1 giờ của ME, GE.
+ γ : tỉ trọng + T: thời gian lắng.
+ 1,2: hệ số xét tới phần két chết.
1.6.4. Thể tích két trực nhật:
− Là két dùng hàng ngày cho động cơ.
Vtn = . . 10−3 β ge Nγetc (m3) + Đối với FO thì tc = 12 giờ + Đối với DO thì tc = 8 giờ.
− Thường dưới tàu:
+ Két trực nhật DO dùng cho ME, GE.
+ Két trực nhật FO dùng cho ME.
1.6.5. Keựt nhieõn lieọu cho noài hụi phuù Vnf = 4. Bnf z.10−3
β γ (m3).
+ z: số ca làm việc của nồi hơi.
BÀI 2: HỆ THỐNG DẦU NHỜN
2.1. Giới thiệu chung
− Các loại dầu nhờn thường dùng cho HĐL tàu thuỷ:
+ Dầu bôi trơn: (dầu tuần hoàn, dầu xylanh): ME, GE, máy nén lạnh, máy nén khí, máy lọc FO, LO, ...
+ Dầu bôi trơn chi tiết: Tuabin tăng áp, hộp số, điều tốc, ...
+ Dầu thuỷ lực: tời, neo, cẩu, máy lái, hệ thống điều khiển.
2.2. Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống 2.2.1. Nhieọm vuù:
− Cung cấp liên tục , đầy đủ dầu bôi trơn cho động cơ trong mọi điều kiện để tạo chêm dầu, giảm ma sát→tăng hiệu suất cơ giới của động cơ.
− Làm sạch bề mặt ma sát, giảm mài mòn, tăng tuổi thọ động cơ.
− Làm mát các bề mặt ma sát bằng cách truyền nhiệt: nhận nhiệt của các chi tiết mang ra khỏi động cơ và truyền cho nước làm mát ở bầu sinh hàn (BSH).
− Tăng độ kín khít cho nhóm chi tiết piston – sơmi.
− Làm công chất cho các hệ thống thuỷ lực, ly hợp, đảo chiều, tự động điều khiển.
2.2.2. Các yêu cầu
− Nếu hệ động lực có nhiều động cơ thì mỗi động cơ phải có một hệ thống độc lập và các hệ thống đó có thể hỗ trợ cho nhau.
− Phải xác định và điều chỉnh được các thông số P, T của dầu nhờn trước và sau khi vào động cơ.
− Phải bảo đảm chất lượng dầu nhờn: lọc sạch, không có nước.
− Hệ thống phải đơn giản, làm việc tin cậy, dể sử dụng, suất tiêu hao dầu nhờn là nhỏ nhất.
2.3. Các phương pháp xử lý dầu bôi trơn
Việc làm sạch LO đối với động cơ là vô cùng quan trọng, nó góp phần nâng cao tuổi thọ cho động cơ. Vì vậy trong hệ thống LO nhất thiết phải có thiết bị xử lý LO sau mỗi chu kì làm việc.
Có 2 cách xử lý LO:
− Xử lý song song.
− Xử lý thay thế.
2.3.1. Xử lý song song:
− Trong hệ thống có các thết bị chuyên dùng: máy lọc, bầu lọc (tinh, thô) để tách tạp chất và nước ra khỏi LO (lượng dầu đi qua thiết bị lọc chiếm 15 – 20% tổng lượng dầu LO trong hệ thống, lượng hao hụt được bổ sung).
− Ưu điểm của phương pháp này là chất lượng LO được ổn định. Nhưng hệ thống lại phức tạp, thường chỉ áp dụng cho tàu lớn – hành trình dài.
2.3.2. Xử lý thay thế:
− LO được thay thế sau thời gian sử dụng theo quy định (khi chất lượng LO giảm tới mức giới hạn, thời gian thay LO phụ thuộc vào loại động cơ).
− Dầu củ được dùng vào mục đích khác hoặc tái sinh.
− Ưu điểm: đơn giản.
− Nhược điểm: chất lượng LO giảm theo thời gian làm việc→giảm tuổi thọ động cơ. Nên thường chỉ áp dụng cho tàu nhỏ – hành trình ngắn.
2.4. Các phương pháp bôi trơn
a) Boâi trôn thuû coâng:
Người thợ định kì tra dầu vào các vị trí phụ như: supáp, đòn gánh (động cơ thấp tốc) b) Bôi trơn kiểu nhỏ giọt:
Dùng thiết bị đặc biệt có thể điều chỉnh lượng dầu nhỏ xuống các chi tiết cần bôi trơn (van, ...).
c) Boõi trụn kieồu vung toeự:
− Đầu to biên va đập vào dầu trong cácte động cơ vung dầu lên bôi trơn mặt gương sơmi xylanh, dầu nhỏ biên, ...
− Lắp vòng gạt dầu trong các ổ đỡ, bệ chõi.
d) Bôi trơn bằng áp lực tuần hoàn
− Đây là phương pháp phổ biến, sử dụng bơm LO áp suất cao thông qua hệ thống đưa dầu đến chổ caàn boâi trôn.
− ệu ủieồm:
+ Độ tin cậy cao.
+ Chất lượng bôi trơn tốt.
+ Làm mát bề mặt ma sát tốt.
+ Có thể sử dụng LO có độ nhớt bé.
+ Công ma sát và công lưu động nhỏ.
− Ở hệ thống LO bôi trơn theo phương pháp này, người ta sử dụng các thiết bị chỉ báo: P, T, độ nhớt để quan sát và điều chỉnh được chế độ bôi trơn. Các chi tiết làm việc quan trọng, chịu tải trọng nặng như cổ trục, cổ khuỷu, chốt piston, ... đều được bôi trơn bằng áp lực tuần hoàn.
− Tuỳ theo động cơ: PLO = 1,5 – 5kg/cm2
− Phương pháp này được chia làm 2 kiểu:
+ Bôi trơn cácte ướt + Bôi trơn cácte khô.
Bôi trơn cácte ướt:
− LO được chứa trong cácte động cơ, sau khi đi bôi trơn các chi tiết LO lại rơi xuống cácte.
− Kiểu này chất lượng dầu không được tốt lắm. Chỉ áp dụng cho động cơ vừa và nhỏ.
Bôi trơn cácte khô:
− LO sau khi bôi trơn không chứa ở cácte mà được đưa về két (két tuần hoàn).
− Áp dụng cho động cơ lớn (LO từ 4 – 10m3).
e) Bôi trơn kiểu phun dầu cao áp:
− Aùp dụng cho việc bôi trơn sơmi xylanh
− Có thể sử dụng dầu tuần hoàn để phun lên sơmi.
− Hoặc sử dụng dầu xylanh có hệ thống riêng: gồm bơm, đầu phun, van một chiều để đưa xylanh oil vào các lỗ, các rãnh trên sơmi. Dầu này không tuần hoàn (sử dụng 1 lần) áp dụng cho động cơ lớn, thấp toác:
+ P = 50 – 80kg/cm2 + gLO = 0,7 – 2g/kwh.
2.5. Sơ đồ hệ thống dầu nhờn.
Hình 11: Sơ đồ hệ thống bôi trơn cho động cơ Diesel tàu thuyû .
Bôm
Bơm độc lập
Haâm
Két tuần hoàn
Hâm Lọc
Đường dầu sạch
Leân boong
Két dầu cặn
Bôm tay Két dự trữ LO LO tuabin cyl oil
2.6. Tính toán một vài thông số.
a) Nhiệt lượng nhả ra cho dầu từ các bề mặt ma sát:
Qms = 3600.Ne m
m
η η
−
1 Qms.
+ ηm: hiệu suất cơ giới (tính tổn thất cơ giới trong động cơ + hệ trục).
+ Qms: phần nhiệt ma sát (nóng lên và nhả cho dầu).
+ Qms (tuabin hôi) = 1,0 + Qms (Diesel) = 0,45 – 0,50
b) Nhiệt lượng nhả cho dầu khi làm mát đỉnh piston (Diesel) Qpt = Qpt.ge.Ne.Qth1 .
+ Qth1 : nhieọt trũ thaỏp cuỷa nhieõn lieọu.
+ Qpt: 0,04 – 0,05
c) Sản lượng của bơm dầu tuần hoàn (m3/h) Gbd = k.
t C
Q Q
m pt ms
Δ +
. ρ.
− Trong đó:
+ ρ: khối lượng riêng của LO (kg/m3) + Cm: nhiệt dung riêng của LO (kJ/kgđộ)
+ Δt: chênh lệch nhiệt độ của LO giữa đầu ra và vào của động cơ (Δt = 8 – 150C) + k = 1,2 – 1,5: hệ số dự trữ (xét đến hao hụt LO)
Đối với động cơ thấp tốc có thể chọn theo sản lượng riêng (qm) Gbd = qm.Ne.
+ qm = 0,035 – 0,045m3/kWh: piston làm mát bằng LO.
+ qm = 0,014 – 0,016m3/kWh: piston làm mát bằng H2O.
d) Khối lượng dầu tuần hoàn cần thiết trong hệ thống.
Ght = z Gbd
+ z = 5 -10: tuabin hơi và diesel thấp tốc, công suất lớn.
+ z = 20 – 40: Diesel cao toác
+ z = 15 – 20: tuabin hơi công suất nhỏ.
e) Thể tích két tuần hoàn (có tính đến giản nở do nhiệt và sủi bọt)
− Vth 1,2Ght: cho hệ thống trọng lực.
− Vth = (1,4 – 1,5)Ght: cho hệ thống áp lực.
BÀI 3: HỆ THỐNG LÀM MÁT
3.1. Nhieọm vuù:
− Làm mát cho động cơ và các thiết bị khác: máy nén khí, gối đỡ hệ trục, hộp số, ...
− Đối với động cơ cần làm mát các chi tiết có nhiệt độ cao: sơmi xylanh, nắp xylanh, supáp xả, vòi phun, ống xả, ...
− Mục đích chủ yếu của việc làm mát động cơ là giữ cho các chi tiết của động cơ ở một nhiệt độ nhất định, đảm bảo khả năng làm việc của vật liệu chế tạo và làm tăng tuổi thọ cho động cơ.
3.2. Yeâu caàu:
− Trong một hệ động lực có nhiều động cơ thì mỗi động cơ phải có một hệ thống làm mát độc lập, song phải có sự liên hệ và hỗ trợ lẫn nhau.
− Mỗi hệ thống làm mát phải có 2 bơm mắc song song (1 bơm dự phòng).
− Các van thông biển phải đảm bảo hút nước trong mọi điều kiện dể dàng: thông mạn, thông đáy.
− Nhiệt độ, áp suất của nước làm mát khi vào, ra khỏi động cơ phải xác định được và điều chỉnh được.
+ Hệ thống làm mát gián tiếp: TFW ra = 75 – 900C.
+ Hệ thống làm mát trực tiếp: TSW ra ≤ 550C.
3.3. Đặc điểm các công chất làm mát
Công chất làm mát Diesel tàu thuỷ có thể là: nước (nước ngọt, nước ngoài mạn tàu), không khí, dầu nhờn, DO, ...
3.3.1. Nước ngoài mạn tàu:
− Là nước sông, biển (không cần dự trữ)
− Đặc điểm:
+ Có muối (NaCl) →ăn mòn.
+ Chất lượng thấp: do có tạp chất, bùn →đóng cặn cáu →làm giảm hệ số k → hiệu suất làm mát giảm.
3.3.2. Nước ngọt:
− Sạch, ít tạp chất, k ≈ const, hiệu quả làm mát cao.
− Phải dự trữ, hệ thống phức tạp.
3.3.3. Dầu nhờn, dầu đốt:
− Nhiệt độ sôi cao, nhiệt độ đong đặc thấp, độ nhớt lớn.
− Thường được dùng làm mát piston, vòi phun.
3.3.4. Khoâng khí:
− Sẵn có.
− Hệ số k nhỏ, đòi hỏi lượng không khí lớn, chỉ dùng cho động cơ nhỏ, cao tốc (tàu thuỷ ít dùng).
3.4. Các phương pháp làm mát bằng nước
3.4.1. Làm mát trực tiếp (hở)
Sử dụng nước ngoài mạn tàu (nước sông, nước biển) trực tiếp làm mát cho động cơ.
a) Sơ đồ hệ thống:
b) Nguyên lý hoạt động (xem bản vẽ)
− Ưu điểm: hệ thống đơn giản.
− Nhược điểm:
+ Nước bẩn chứa nhiều tạp chất, muối: tạo cặn cáu làm ăn mòn, tắc ống, pin lọc, bầu sinh hàn ...
+ Nhiệt độ ngoài mạn tàu thấp → ứng suất nhiệt (cần có van điều chỉnh đầu vào)
+ Nhiệt độ đầu ra ≤ 550C. Hình 12: Sơ đồ hệ thống làm mát hở Nếu cao hơn →muối kết tủa → ăn mòn tăng lên.
LO cooler Van ủieàu chổnh
Động cơ
Bôm caáp
3.4.2. Hệ thống làm mát gián tiếp
a) Sơ đồ hệ thống Két giản
nở
SH
Bôm caáp
Động cơ B/caáp b) Nguyên lý hoạt động
− Sử dụng 2 vòng tuần hoàn:
+ Vòng tuần hoàn kín: nước ngọt làm mát động cơ.
+ Vòng tuần hoàn hở: nước biển làm mát nước ngọt.
− Nước ngọt:
+ P = 2 -3kg/cm2.
+ TV = 55 – 700C. TR = 65–800C Vậy → ΔT = 8-100C.
− Nước biển:
+ P = 2 -3kg/cm2. + TR ≤ 550C.
Hình 13: Sơ đồ hệ thống làm mát kín
BÀI 4: HỆ THỐNG KHỞI ĐỘNG VÀ ĐẢO CHIỀU
4.1. Đối với hệ thống khởi động 4.1.1. Muùc ủớch:
− Dùng một năng lượng (sức người, điện, khí nén) làm quay động cơ đến một tốc độ thích hợp (đủ lớn) để động cơ có thể tự làm việc được với nhiên liệu.
4.1.2. Các phương pháp khởi động động cơ
− Khởi động bằng tay (chân): động cơ nhỏ N = 20 – 30 CV.
− Khởi động bằng điện (ắcquy): động cơ nhỏ và vừa.
− Khởi động bằng khí nén: động cơ vừa và lớn.
Khi khởi động bằng gió nén thì có 2 loại:
+ Gián tiếp: khí nén →động cơ gió → lai Diesel.
+ Trực tiếp: Đưa khí nén (10 – 30kg/cm2) vào xylanh động cơ.
4.2. Đối với hệ thống đảo chiều:
4.2.1. Có 3 khái niệm:
− Đảo chiều động cơ (động cơ quay 2 chiều)
− Đảo chiều trục chân vịt (động cơ chỉ làm việc 1 chiều)
− Đảo chiều chuyển động của tàu bằng CVBB (động cơ chỉ làm việc 1 chiều).
a) Đảo chiều động cơ:
− Sử dụng cho động cơ lớn trực tiếp lai chân vịt (nđộng cơ = nCV). Muốn đảo chiều quay phải dừng động cơ rồi khởi động lại động cơ theo chiều quay mới.
b) Đảo chiều trục chân vịt:
− Sử dụng cho động cơ nhỏ, cao tốc. Sử dụng hộp số (giảm tốc, ly hợp, đảo chiều). Việc đảo chiều quay trục chân vịt do hộp số đảm nhận (động cơ Diesel quay một chiều và động cơ không dừng lại khi đảo chiều).
c) Đảo chiều chuyển động của tàu bằng CVBB
− Động cơ và trục chân vịt luôn quay một chiều. Muốn dừng tàu lại hoặc đổi chiều chuyển động của tàu người ta thay đổi bước chân vịt (phương pháp này thường được áp dụng cho các tàu dịch vụ, tàu cá, ...).
4.3. Nguyên lý khởi động bằng điện (acquy)
− Muốn lai trục động cơ Diesel quay đến tốc độ khởi động người ta sử dụng một động cơ điện một chiều chạy bằng acquy có điện áp từ 12 – 24V, I = 135, 150, 180Ah để lai động cơ.
a) Keát caáu:
− Bánh đà của động cơ Diesel là một bánh răng
− Có một bộ li hợp giữa động cơ đề với bánh đà.
b) Hoạt động:
− Khi ấn nút khởi động: động cơ đề quay nhông của nó di chuyển dọc trục để ăn khớp với bánh răng (bánh đà). Khi động cơ Diesel quay và đã hoạt động với nhiên liệu, ta nhả nút khởi động → nhông của động cơ đề tách khỏi bánh răng (bánh đà) nhờ bộ ly hợp.
Chú ý: thời gian ấn nút khởi động chỉ nên từ 3 – 5 giây. Nếu động cơ không hoạt động thì ngừng khởi động, khắc phục sau đó mới khởi động tiếp. Không nên kéo dài thời gian khởi động (tkđ) → hỏng acquy.
4.4. Nguyên lý khởi động bằng khí nén (loại trực tiếp)
− Người ta đưa khí nén có P = 10 – 30kg/cm2 vào xylanh động cơ vào thời kì giản nở của động cơ, khi đó khí nén tác động lên piston làm cho cơ cấu biên – khuỷu hoạt động → trục động cơ quay đến vòng quay khởi động (nkđ).
− Nếu động cơ nhiều xylanh – quy luật cấp khí khởi động theo đúng theo thứ tự nổ của động cơ.
Việc này do một đĩa chia gió đảm nhận, đĩa này do trục khuỷu lai.
− Supáp khởi động lắp trên nắp xylanh: thời điểm mở của nó (do đĩa chia gió phân phối đến từng van khởi động) thường mở trước ĐCT 100; thời gian cấp khí nén thường kéo dài đến 1200 đối với động cơ 2 kì, và 1500 đối với động cơ 4 kì.
− Để có thể khởi động động cơ ở bất kì vị trí nào của trục khuỷu thì số xylanh của động cơ phải thoả mãn: ϕk=
i 7200
Động cơ 4 kì phải có ít nhất 6 xylanh (ϕk= 1200)
Động cơ 2 kì phải có ít nhất 4 xylanh (ϕk= 900).
Trong thực tế nếu số i < 6 ở động cơ bốn kì hoặc i < 4 ở động cơ hai kì nói trên, khi không khởi động được ta chỉ việc quay trục đến một vị trí khác.