II.4.1 Quy mô thực hiện phòng thử
Trong quá trình thiết kế một phòng thử một số yếu tố về tiện ích cơ bản cần phải chú ý:
- Cách bố trí, phương tiện vận chuyển, đường vận chuyển ứng với từng giai đoạn của công việc.
- Những công việc sữa chữa gì, cách mang thiết bị ra vào khi kiểm tra.
- Quy trình điều chỉnh của động cơ.
- Hệ thống gá lắp động cơ, chiều cao băng thử, phương tiện vận chuyển bệ đỡ, thiết bị móc, xe chuyên chở tự động.
- Lắp đặt và tháo động cơ ngay tại băng thử hay điều khiển từ xa.
- Những thuận lợi trong bảo trì và hệ thống phát hiện lỗi.
- Phương pháp đo, cách điều khiển và lưu trữ dữ liệu.
Quy mô kiểm tra sẽ trở nên khó khăn hơn, đặc biệt là trên những động cơ được trang bị nhiều bộ phận và những bộ phận đó có thể gây khó khăn cho việc bảo trì. Kết cấu theo cụm của các thiết bị cho phép dễ dàng cho việc sửa chữa (thay thế theo cụm).
II.4.2 Kích thước tổng thể của phòng thử
Kích thước của một phòng thử phải đủ rộng để tạo sự thoải mái khi thao tác và an toàn khi di chuyển vào ra các thiết bị. Thể tích phòng càng nhỏ thì càng khó kiểm soát việc thông khí dưới những điều kiện thử tải khác nhau. Một nguyên tắc là phải có một lối đi rộng chừng 1m xung quanh bệ thử, trần nhà của phòng thử phải đủ cao để có thể nhấc máy đo công suất vuợt qua đỉnh của động cơ. Trong những bệ thử động cơ gắn trên ô tô phải có đủ không gian để lắp hệ thống xả, gọi là chiều dài phụ của phòng thử.
Chiều cao phòng thử được xác định bởi các yếu tố thiết kế bao gồm cả dầm cầu trục.
Thông thường chiều cao phòng thử từ 4m – 4,5m.
Khi thiết kế phòng thử cần xem xét các khu vực sau:
- Phòng thử nghiệm động cơ hoặc hệ thống truyền lực.
- Buồng điều khiển.
- Không gian các phòng dịch vụ và thiết bị hỗ trợ khác.
- Phòng hội thảo, khu vực lắp bệ thử nghiệm động cơ.
- Khu vực nhà kho.
Sau đây là một số kích thước tiêu chuẩn được sử dụng rộng rãi:
- Dài 6,5m x rộng 4m x cao 4m: phòng thử dùng cho động cơ Diesel có công suất nhỏ và lắp băng thử đo dòng focault.
- Dài 6,7m x rộng 6,4m x cao 4,7m: phòng thử dùng cho động cơ xăng với băng thử điện AC, hệ thống làm mát và điều hòa không khí đặc biệt.
- Dài 7,8m x rộng 6m x cao 4,5m: phòng thử dùng cho động cơ có công suất 250kW, gồm băng thử và thiết bị đo lường khí thải.
- Dài 9m x rộng 6m x cao 4,2m: Bệ đỡ động cơ và hộp số được cải tiến với hai băng thử công suất xếp theo hình chữ T. Phòng điều khiển chạy dọc theo chiều dài bức tường.
Khi tiến hành xây dựng một phòng thử nghiệm thì ta phải xác định phòng thử dùng để thử nghiệm loại động cơ nào, công suất bao nhiêu để lực chọn mặt bằng xây dựng cho
thích hợp, đồng thời có những tính toán dự phòng cần thiết để phù hợp với những động cơ và những phụ kiện có kích cỡ khác nhau. Mặt khác ta cũng phải lựa chọn khu vực xây dựng phòng thí nghiệm phải thông thoáng, gần đường di chuyển và các nguồn cung cấp điện, nước và cách xa khu vực dạy lý thuyết, văn phòng.Một vấn đề nữa là phải chú ý đến kích cỡ của máy đo công suất (có kể đến kích cỡ của cánh tay đòn đo momen và các thiết bị kèm theo).
II.4.3 Hệ thống an toàn
Phòng thử nghiệm động cơ thường bố trí các nút tắt khẩn cấp, các nút này thường có kích thước lớn và bố trí ở những vị trí dễ thấy. Chúng thường được bố trí cả trên bàn điều khiển và ngay trên băng thử. Các nút này có chức năng: Ngắt hệ thống cung cấp nhiên liệu, ngắt hệ thống đánh lửa hoặc nguồn điện cung cấp cho băng thử.
II.4.4 Chức năng dừng khẩn cấp
Chức năng dừng khẩn cấp là một hệ thống dây cáp đặc biệt của hệ thống giám sát báo động được trang bị trong phòng điều khiển. Trong thực tế, đó là một hệ thống tắt máy được điều khiển bởi người giám sát. Các thiết bị điện trang bị cho hệ thống có vai trò quan trọng như hệ thống cảnh báo cháy nổ.
Hệ thống dừng khẩn cấp có thể được hiểu như là một chuỗi các công tắc chuyển mạch mà trong đó tất cả các công tắc này phải được đóng lại trước khi động cơ đánh lửa hoặc các quá trình khác được khởi động. Khi ta nhấn nút, chuỗi công tắc sẽ được kích hoạt, các quá trình lập tức bị ngắt và chuỗi công tắc chỉ được mở ra khi ta thiết lập lại các quá trình (khởi động lại động cơ).
Chức năng này cho phép nhân viên làm việc trên bất kì một bộ phận nào trong phòng thử nghiệm. Việc sử dụng chức năng dừng khẩn cấp như là một thiết bị tự bảo vệ mình, chỉ bằng một thao tác, đó là ấn nút.
Chức năng chính của hệ thống dừng khẩn cấp là ngắt điện tất cả các thiết bị liên quan trực tiếp đến hoạt động của động cơ. Trong trường hợp này, băng thử công suất được chuyển sang tình trạng “ không làm việc”, nhiên liệu cung cấp cũng sẽ bị ngắt đi; quạt thông gió ngừng hoạt động. Nhưng những dịch vụ hỗ trợ khác không bị ảnh hưởng và hệ thống chữa cháy không bị ngừng hoạt động.
Các động cơ xăng có thể được ngừng khẩn cấp bằng cách ngắt nguồn điện đến mạch đánh lửa. Động cơ Diesel yêu cầu phức tạp hơn: một van điện từ được nối với hệ thống
dừng khẩn cấp và có chức năng dừng bơm nhiên liệu lại, không cấp nhiên liệu cho động cơ.
Động cơ Diesel có khả năng bị vượt tốc và sẽ rất nguy hiểm nếu không ngắt tải ra khỏi thiết bị đo sử dụng dòng Foulcault. Có hai cách để ngừng động cơ lúc này là ngắt nhiên liệu hoặc tăng đủ tải để làm động cơ ngừng chạy.
II.4.5 Hệ thống kiểm soát và an toàn các thiết bị đo lường
Thuật ngữ này bao gồm các công cụ cơ bản và sự kiểm soát cần thiết cho sự an toàn khi động cơ và các thiết bị phòng thử vận hành. Không giống như chức năng dừng khẩn cấp, các thông số tắt máy được kiểm soát bởi hệ thống điều khiển. Hệ thống điều khiển an toàn thiết bị đo lường có thể được điều khiển bằng phần mềm hoặc các dây tín hiệu.
Các tín hiệu sẽ liên tục gửi đến các máy tính, bao gồm cả thiết bị liên quan tới quá trình tắt máy động cơ, chẳng hạn như van dập lửa. Những tín hiệu sau sẽ kích hoạt hệ thống này:
- Tốc độ động cơ quá cao.
- Áp suất dầu sau khi khởi động quá thấp.
- Lưu lượng nước làm mát và áp suất nén không khí.
- Tín hiệu liên quan tới hệ thống báo cháy.
- Tình trạng hệ thống thông gió, hệ thống lọc nước thải và van điều tiết lửa.
- Trục truyền động bị hư hỏng.
- Cửa phòng thử nghiệm và rào chắn bảo vệ.
- Đèn báo hiệu/báo động tự động kích hoạt.
II.4.6 Máy tính giám sát các tính hiệu báo động
Những tín hiệu cảnh báo chính phải có giới hạn, nếu vượt quá sẽ gây nguy hiểm cho nhân viên và các thiết bị đo. Trong suốt quá trình thử nghiệm, động cơ và phòng thử được giám sát liên tục bởi máy tính giám sát để mà những hành động tương thích đã được lập trình sẵn có thể được kích hoạt một hoặc nhiều thông số vượt ra ngoài giới hạn định trước.
Hầu hết phần mềm máy tính kiểm tra có bốn mức độ báo động cho mỗi kênh dữ liệu:
1 Mức độ cao, cảnh báo
2 Mức độ cao, tắt máy kiểm tra 3 Mức độ thấp, cảnh báo
4 Mức độ thấp, tắt máy kiểm tra
II.4.7 Đảm bảo nguồn điện cung cấp
Cần phải cân nhắc, lưu ý về hậu quả do những hư hỏng về nguồn điện cung cấp, hoặc các yếu tố khác, chẳng hạn như là hư hỏng cầu chì. Đặc biệt nguy hiểm có thể xảy ra nếu công suất được phục hồi bất ngờ sau khi nguồn điện cung cấp bị hỏng. Điều này thực sự rất nguy hiểm. Do đó việc cài đặt một nguồn điện cung cấp liên tục (UPS) cho hệ thống kiểm soát và thiết bị thu thập dữ liệu thực sự là cần thiết.
II.4.8 Quan sát và nghe trong quá trình kiểm tra động cơ
Người điều khiển có thể quan sát quá trình làm việc của các thiết bị trong phòng thử qua một tấm kính cường lực, chịu được nhiệt độ cao. Độ trong suốt của kính phải luôn đảm bảo để cho việc quan sát là tốt nhất.
Thông thường đối với những phòng thử hiện đại thì phòng điều khiển và phòng thử nghiệm được bố trí tách biệt nhau. Từ đó người điều khiển khó có thể quan sát toàn diện động cơ từ bàn điều khiển. Nhưng nhờ vào những thiết bị hiện đại như hệ thống quan sát bằng hình ảnh, người điều khiển có thể kiểm soát được sự vận hành của phòng thử. Một hệ thống cảnh báo toàn diện cũng cần thiết để đề phòng trong những trường hợp khẩn cấp.
Điều quan trọng ảnh hưởng đến khả năng quan sát phòng thử là trả lời cho câu hỏi:
Phải sắp xếp phòng thử như thế nào? Người ta hay quan sát hệ thống lắp đặt động cơ từ phía sau, gần cửa vào phòng thử. Nhưng từ điểm này khả năng quan sát rất kém.
Thông thường người vận hành các thí nghiệm chỉ chú ý đến các chỉ dẫn trên thiết bị hay màn hình hiển thị vì vậy mà không thấy được những thay đổi ở trong phòng thử, ví dụ như: trong các góc của phòng thử nằm ngoài mắt quan sát theo hướng thẳng. Để khắc phục điều đó, có thể treo nhãn hay tín hiệu mà có thể lay động nhờ vào luồng gió thông khí.
Ngoài ra người ta còn bố trí thêm hệ thống camera để hỗ trợ thêm cho người điều khiển quan sát những vị trí mà người điều khiển không thể quan sát được khi ngồi ở bàn điều khiển.
Việc nghe cũng đóng vai trò quan trọng đối với những người vận hành có kinh nghiệm. Âm thanh sẽ giúp cho người vận hành biết được những hư hỏng nhanh, đôi khi không kịp hiển thị trên các thiết bị kiểm soát.Trong các phòng thử hiện đại, cách âm tốt, người điều khiển rất khó nghe được âm thanh phát ra từ trong phòng thử. Vì vậy, có thể
lắp micro trong phòng thử và truyền âm thanh đó ra ngoài loa (được lắp gần bàn điều khiển) hoặc tai nghe.
II.4.9 Cấu trúc sàn và nền móng
Bên dưới sàn nhà phải được thông khí để tránh sự tích tụ những chất khí có thể gây cháy nổ. Thỉnh thoảng phải có thiết bị kiểm soát lượng thông khí này. Nhiên liệu sử dụng cho thử nghiệm tránh để chảy ra trên sàn nhà. Tốt nhất nên chia nền nhà hai bên bệ thử bằng những đường ngăn để có thể dẫn nước hay chất bẩn ra ngoài.
Sàn nhà nên được thiết kế bởi những tấm vật liệu (thường bằng gang) chế tạo sẵn, khối lượng trung bình mỗi tấm khoảng 20Kg. Mỗi tấm sẽ có lỗ để có thể nhấc lên được.
Điều này giúp dễ dàng cho việc lắp đặt mới các thiết bị khác.
Sàn nhà nên được thiết kế theo dạng các tấm vật liệu đúc sẵn và có dự trù cho việc lắp đặt các thiết bị khác như băng thử và động cơ. Trên sàn nền bố trí các rãnh dạng chữ T.
Các rãnh này sẽ giúp gá lắp băng thử và bệ đỡ động cơ dễ dàng. Bề mặt gá lắp động cơ của các rãnh này cần phải được cân chỉnh về mức độ thẳng hàng (các sai lệch do vặn xoắn có thể gây ra các tác hại lớn ). Tuy nhiên với kết cấu này các chất lỏng (nhiên liệu, nước…) có thể bị giữ lại trong các rãnh này và nó còn gây ra hiện tượng dội âm khi động cơ và băng thử hoạt động. Ngoài ra, nó còn một nhược điểm: hệ số ma sát kém dễ gây trượt cho người sử dụng và lắp đặt tốn nhiều chi phí.
Đối với những phòng thử dùng trong đào tạo thì người ta có thể không cần sử dụng kết cấu nền nhà như trên mà xây dựng các ụ đỡ bằng bê tông và có các vấu để bắt các giá đỡ các hệ thống và thiết bị. Với hệ thống này thì công việc lắp đặt băng thử sẽ khó khăn hơn nhưng có ưu điểm là chi phí thấp.
Hình 2.11: Sàn nhà kiểu ụ đỡ bằng bê tông
Trần nhà được thiết kế với độ cứng vững cao để đảm bảo cho việc lắp đặt các hệ thống liên quan tới nó, chẳng hạn như: hệ thống báo cháy nổ, đường ra của khí thải, ống thông gió, xà nâng…
II.4.10 Cửa ra vào
Cửa ra vào phải được cách âm và chịu nhiệt, có trọng lượng khá lớn, cần một lực lớn hơn bình thường mới có thể di chuyển chúng, đây là một nguyên tắc an toàn nên nhớ khi thiết kế phòng thử. Chú ý, lực do tác động từ quạt thông gió gây ra làm tăng sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài cửa, có thể gây ra nguy hiểm hoặc không thể mở được cửa. Sự giảm áp trong phòng thử khi thông gió được đề nghị là 50 Pa.
Đối với phòng thử thì ta phải luôn thiết kế hai cửa ra vào. Một cửa dùng để vận chuyển động cơ. Cửa này nên đặt nơi rộng rãi để thuận tiện cho việc vận chuyển động cơ ra vào thường xuyên. Một cửa nữa được bố trí ở gần buồng điều khiển để người điều khiển ra vào kiểm tra.
Hình 2.12: Thiết kế cửa ra vào
Tất cả những cửa đều phải thiết kế là loại cửa trượt hay mở ra phía ngoài. Tuy nhiên, ở loại cửa trượt có một nhược điểm là tạo ra một khoảng không gian chết trên bức tường khi cửa được mở, trên cửa nên có một cửa sổ quan sát nhỏ và có thể có những chỉ dẫn cho việc đi lại.
Người vận hành phòng thử nên sử dụng hệ thống điều khiển để điều khiển cửa phòng thử và ngăn mọi người đến gần khi hệ thống hoạt động. Khi cửa phòng thử nghiệm mở, động cơ nên được để ở chế độ “cầm chừng/không tải”.
II.4.11 Tường và trần
Tường của phòng thử nghiệm được thiết kế khác với bức tường bình thường sử dụng trong các tòa nhà công nghiệp. Tường phải đủ cứng vững để có thể chịu được nhiều thiết bị gắn lên nó. Tường cũng phải đạt được nhu cầu về cách âm và chống cháy (tối thiểu là một giờ).
Thêm vào đó, tường cũng phải dễ lau chùi, được sơn các màu sáng và không bị chói khi ánh sáng chiếu vào. Chú ý khi lắp vào tường các tấm cách âm, sẽ gây khó khăn cho việc lau chùi và lắp đặt các thiết bị lên tường. Vì vậy, chỉ nên sử dụng những loại vật liệu dùng riêng cho phòng thử. Các bức tường của phòng thử nghiệm đòi hỏi khả năng cách âm nội bộ, như là sử dụng tấm cách âm 50 mm, để giảm sự dội âm trong phòng thử. Các tấm cách âm có hiệu quả cả trên tường và trần nhà, ngay cả khi các khu vực còn lại được để hở để lắp đặt các thiết bị.
Những năm gần đây xuất hiện loại vật liệu xây dựng đặc biệt, tấm cách âm được kẹp giữa các tấm kim loại, bên trong được đục lỗ. Những tấm này dày 100 mm, có thể sử dụng với các khung thép tiêu chuẩn để xây dựng các phòng thử nghiệm. Các tấm cách âm mới này không cách âm tốt như các tấm cách âm khác, nhưng nó giúp việc xây dựng nhanh và đẹp hơn, rất hữu ích khi xây dựng phòng thử trong một tòa nhà. Tuy nhiên, cần phải lên kế hoạch cẩn thận khi gắn cố định các thiết bị nặng vào phòng thử và các điểm kết nối phải được đặt ở các khung thép của phòng thử.
Trần của phòng thử thường phải chịu được các thiết bị hỗ trợ, như là các tủ điện lớn.
Các kỹ thuật xây dựng hiện đại như sử dụng tấm sàn thép liên hợp, bao gồm một lớp kim loại sàn làm nền cho một lớp bê tông cốt thép được đúc tại chỗ, thường được sử dụng.
Một cách khác là sử dụng lớp ván bê tông rỗng lõi nhưng có khả năng cách âm tốt.
Hình 2.13: Hai loại vật liệu: tấm sàn thép liên hợp và bê tông rỗng II.4.12 Hệ thống ánh sáng
Ánh sáng thường là xem xét sau cùng nhưng là điều quan trọng sống còn. Đèn chiếu sáng phải được lắp an toàn sao cho không bị đung đưa do quạt thông gió và cho ánh sáng tốt, ổn định mà không gây chói cho phòng điều khiển. Vì đèn chiếu sáng có thể hoạt động trong một môi trường có đầy hơi xăng dầu nên nó phải đạt được tiêu chuẩn an toàn, dễ lau chùi và hoạt động ở nhiệt độ bề mặt vừa phải.
Những thiết kế cho hệ thống chiếu sáng là kiến thức chuyên sâu, liên quan đến độ chiếu sáng, kích thước tương đối của phòng, độ phản xạ của tường và trần nhà.
Đơn vị chiếu sáng trong hệ thống quốc tế gọi là Lux. Cường độ tỏa sáng của nguồn gọi là độ sáng, được xác định như nguồn phát ra cừơng độ sáng đáng tin cậy. Hiệu quả của nguồn sáng phụ thuộc vào từng loại nguồn sáng khác nhau và tầm rộng mà nó phát đi.
Mã IES đòi hỏi mức độ chiếu sáng phải phù hợp với từng phạm vi chiếu sáng khác nhau. Mức độ chiếu sáng hợp lý là khoảng 500 luxơ (đơn vị chiếu sáng) phát ra cho một mặt phẳng ngang 500mm trên sàn. Trong trường hợp khẩn cấp ánh sáng từ acquy phải