1.6 Phân loại động cơ diesel tàu thủy

Động cơ diesel dùng trên tàu thủy bao gồm rất nhiều chủng loại với các mục

đích sử dụng khác nhau. Chúng có thể được phân loại theo các đặc điểm như sau:

1.6.1 Theo nguyên lý làm việc

- Động cơ bốn kỳ

- Động cơ hai kỳ

1.6.2 Theo nhiên liệu được sử dụng

- Động cơ dùng nhiên liệu nhẹ (DO)

- Động cơ dùng nhiên liệu hòa trộn (MDO)

- Động cơ dùng nhiên liệu nặng (HFO)

1.6.3 Theo kiểu buồng đốt

- Động cơ có buồng cháy thống nhất

- Động cơ có buồng đốt trong đỉnh piston

- Động cơ có buồng cháy xoáy lốc

- Động cơ có buồng dự cháy

1.6.4 Theo quá trình công tác

- Động cơ có quá trình cháy đẳng tích

- Động cơ có quá trình cháy đẳng áp

- Động cơ có quá trình cháy hỗn hợp

1.6.5 Theo phương pháp nạp không khí

- Động cơ có tăng áp

- Động cơ không tăng áp

1.6.6 Theo số lượng xylanh

- Động cơ có một xylanh

- Động cơ có nhiều xylanh

1.6.7 Theo cách bố trí xylanh

- Động cơ một hàng xylanh đặt thẳng đứng

- Động cơ một hàng xylanh đặt hình chữ V

- Động cơ hình sao

- Động cơ piston đối đỉnh

1.6.8 Theo chiều quay trục khuỷu

- Động cơ có thể đảo chiều

- Động cơ không thể đảo chiều

1.6.9 Theo tác động của piston

- Động cơ tác dụng đơn

- Động cơ tác dụng kép

1.6.10 Theo tốc độ quay trục khuỷu (vòng/phút)

- Động cơ thấp tốc: n < 200 (vòng/phút)

- Động cơ trung tốc: 200 < n <1000 (vòng/phút)

- Động cơ cao tốc: n > 1000 (vòng/phút)

1.6.11 Theo kết cấu đầu to biên

- Động cơ có patanh bàn trượt

- Động cơ không có patanh bàn trượt

1.6.12 Theo tỷ lệ kích thước S/D

Thông thường, tỷ số S/D của các động cơ dược phân loại như sau:

- Động cơ hành trình ngắn, S/D = 1.0 ÷ 1.5

- Động cơ hành trình dài (long stroke), S/D = 2.5 ÷ 3.0

- Động cơ hành trình siêu dài (super-long stroke), S/D > 3.0

CHƯƠNG 2

CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

2.1 Phân loại các bộ phận kết cấu của động cơ diesel

Kết cấu động cơ diesel có thể phân loại thành các nhóm chi tiết cơ bản như

sau:

- Các bộ phận tĩnh

- Các bộ phận động

- Các cơ cấu truyền động

- Các thiết bị đo và chỉ báo

- Các cơ cấu an toàn và điều khiển

2.2 Các kết cấu phần tĩnh.

Các kết cấu phần tĩnh cơ bản của động cơ diesel (hình 2.2), có thể bao gồm:

- Bệ máy (bedplate)

- Thân máy (framework)

- Khối xylanh (cylinder block)

- Sơ mi xylanh (cylinder liners)

- Nắp xylanh (cylinder covers)

Bệ máy là nền tảng của một động cơ. Bệ máy (hình 2.2) là cơ cấu dùng để liên kết các bộ phận của đông cơ thành một khối, đỡ các khối lượng của động cơ, nhận lực truyền từ các cơ cấu truyền động, tạo thành hộp gom dầu tuần hoàn bôi trơn trong động cơ. Bệ máy của động cơ vừa và lớn còn là chỗ đặt bệ trục. Mỗi một bệ trục đều có dạng yên ngựa, bao gồm hai nửa hình trụ liên kết với nhau (bằng bulông êcu hoặc bằng cơ cấu chống).

Thân máy dạng hình hộp, nối block xylanh (khối xylanh) với bệ máy và tạo

thành khoang cácte kín dầu. Thân máy chịu lực nén do khối lượng của toàn bộ khối xylanh và lực do khí cháy cũng như lực ngang do chuyển động quay của trục khuỷu.

Thân máy của động cỡ lớn thường được kết cấu từ các vách ngang chữ A (hình 2.3).

Với động cơ cao tốc, thân máy thường được chế tạo dạng khối nhỏ, bằng thép đúc liền. Ngược lại, thân máy của động cơ thấp tốc thường được chế tạo ở dạng các phần rời.

Khối xylanh có nhiệm vụ định vị các sơmi xylanh với nắp xylanh. Khối xylanh

của động cơ hai kỳ khác với động cơ bốn kỳ ở chỗ động cơ hai kỳ cần phải có khoang quét khí (khí nạp) và khoang khí xả.

Nắp xylanh, cùng với sơmi xylanh tạo thành buồng đốt. Khi làm việc, nắp

xylanh (hình 2.4) tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ và áp suất cao, có thể bị

cháy hoặc nứt vỡ. Bên trong, nắp xylanh được chế tạo với các khoang và lối đi của nước làm mát.

2.3 Các bộ phận chuyển động

Các bộ phận chuyển động chính của động cơ diesel bao gồm:

- Piston và các phụ kiện của nó

- Thanh truyền và con trượt

- Trục khuỷu

Piston là cơ cấu quan trọng nhất của động cơ quyết định trực tiếp đến công suất cực đại của động cơ. Đỉnh piston được chế từ vật liệu chịu nhiệt độ cao và áp suất cao.

Với piston có cán, chuyển động của piston và cán của nó chỉ là chuyển động

thẳng đứng và không có lực ngang. Loại piston này, thân nó không cần quá dài để làm mặt tựa chịu lực ngang. Đương nhiên loại này cần con trượt với chức năng mặt

tựa chịu lực sinh ra từ chuyển động qua lại của thanh truyền và chuyển động quay của trục khuỷu. Bàn trượt nhằm mục đích đỡ và dẫn hướng con trượt được đỡ bởi

thân máy.

Thanh truyền là cơ cấu biến chyển động tịnh tiến của piston hoặc con trượt

thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Trục khuỷu là cơ cấu quay của động cơ diesel, đó là cơ cấu nhận công suất chỉ

thị từ xylanh động cơ để truyền ra ngoài. trục khuỷu chịu mômen uốn và xoắn thay

đổi theo chu ky trong quá trình làm việc của động cơ. Thông thường trục khuỷu

thường được chế tạo bằng thép rèn, với động cơ cao tốc thường dùng

thép crôm niken. Các khuỷu trục của động cơ nhiều xylanh được sắp xếp nhằm mục

đích cân bằng động cơ.

2.3 Các cơ cấu truyền động

Chức năng chính của cơ cấu truyền động là điều khiển các quá trình trao đổi

khí và phun nhiên liệu vào buồng đốt của động cơ. Với động cơ khởi động bằng

không khí nén, cơ cấu truyền động còn điều khiển quá trình phân phối gió khởi

động cho động cơ.

Cơ cấu truyền động có thể dùng bánh răng hoặc xích để dẫn động trục

cam từ trục khuỷu. Tỷ số truyền giữa trục khuỷu và trục cam là 1:1 đối với

động cơ hai kỳ và 2:1 đối với động cơ bốn kỳ.

2.5 Các thiết bị đo và chỉ báo

Không chỉ với động cơ diesel, tất cả các máy móc thiết bị cần phải được đo đạc

các thông số trong quá trình hoạt động. Các thông số như nhiệt độ, áp suất... rất cần

được đo và chỉ báo (hiển thị). Các thông số đo được không chỉ dùng để kiểm tra và

đánh giá chất lượng làm việc mà còn cần thiết cho vấn đề áp dụng tự động điều

khiển.

2.5.1 Thiết bị đo áp suất.

Thiết bị đo áp suất thường dùng cho động cơ diesel tàu thủy là đồng hồ áp

suất, với trị số chỉ báo là áp suất tương đối.

a. Manometer

Một chiếc ống kiểu chữ U dùng làm manometer thể hiện trên hình 2.6a. Một

đầu của ống chữ U nối với nguồn đo áp suất, đầu kia mở thông với môi trường

không khí.

Chất lỏng bên trong ống có thể là nước hoặc thủy ngân và nó sẽ chỉ báo mực

chất lỏng như hình vẽ. Độ chênh áp suất so với môi trường sẽ được thể hiện bằng độ

chênh mực chất lỏng như hình vẽ. Thiết bị này thường được dùng để đo các giá trị

áp suất nhỏ. Trong hệ thống với hai mức áp suất có thể dùng thiết bị này để đo độ

chênh áp suất.

b. Barometer

Barometer kiểu thủy ngân, có kết cấu một ống thẳng giống manometer. Đó là

một ống mao dẫn thủy tinh có một đầu được làm kín, đổ đầy thủy ngân rồi lộn

ngược lại và cắm vào một bầu thủy ngân nhỏ ở dưới (hình 2.6b). Có một cột chân

không phía trên cột thủy ngân (trong ống mao dẫn), chịu tác động của áp suất khí

quyển vào bầu thủy ngân. Chỉ số trên thang đo là áp suất tuyệt đối của khí quyển.

Thiết bị đo khí áp hộp dùng kết cấu hình hộp có màng đàn hồi để kiểm tra sự

thay đổi áp suất khí quyển (hình 2.6c). Tâm màng đàn hồi tụt xuống nếu khí áp tăng

và dịch lên (do lò xo tác động phụ) nếu khí áp giảm. Các thanh nối làm chuyển dịch

kim chỉ của thiết bị.

c. Đồng hồ áp suất kiểu ống Bourdon

Đồng hồ áp suất kiểu ống bourdon (hay lò xo ống), được sử dụng rộng rãi làm

thiết bị đo áp suất tương đối trong kỹ thuật (hình 2.6d). Đó là một ống có tiết diện

hình elip uốn cong hình chữ C với một đầu hàn kín. Đầu hàn kín là đầu tự do liên

kết với các thanh nối để làm dịch chuyển kim chỉ. Đầu kia của ống được nối thông

với khu vự áp suất cần đo. Do tác dụng của áp suất, ống chữ C sẽ giãn ra hoặc co

vào thông qua van kim chỉ, chỉ báo được giá trị áp suất.

2.5.2 Thiết bị đo nhiệt độ.

Nhiệt độ thường được đo với giá trị trên thang độ C (0C: Độ Cenlsius)

a. Nhiệt kế kiểu chất lỏng trong ống thủy tinh

Có rất nhiều chất lỏng được sử dụng trong loại nhiệt kế này, tùy thuộc vào

khoảng nhiệt độ: thủy ngân từ -350

đến +3500

C, rượu cồn từ -800

C đến +700

C. Sự

tăng nhiệt độ làm dãn nở chất lỏng trong ống thủy tinh làm mực chất lỏng tăng lên.

Mực chất lỏng được lấy làm chỉ báo trên thang chia bên ngoài ống thủy tinh và chỉ

báo nhiệt độ. Trong ống thủy tinh của nhiệt kế đo nhiệt độ cao, khoảng không gian

phía trên cột thủy ngân được nạp khí nitơ chịu áp suất.

b. Nhiệt kế kiểu chất lỏng trong ống kim loại

Dùng kết cấu gồm một bầu nhỏ nối với ống bourdon kim loại (giống áp kế)

đổ đầy chất lỏng có ưu điểm về độ tin cậy vả khoảng đo nhiệt độ rộng hơn. Sử

dụng kết cấu kiểu này với chất lỏng là thủy ngân cho khoảng đo nhiệt độ từ -390C

đến 6500C.

c. Nhiệt kế lưỡng kim kiểu ren

Một dải lưỡng kim đặt xoắn kiểu ren (hình 2.7) được chế tạo từ hai kim loại

khác nhau gắn liền nhau. Khi nhiệt độ thay đổi, dải lưỡng kim giãn nở và do độ giãn

nở của mỗi kim loại khác nhau sẽ gây ra hiện tượng xoắn lại của dải kim loại. Một

đầu dải kim loại được cố định, đầu kia gắn với trục xoay có gắn kim chỉ thị cho

phép chỉ báo giá trị nhiệt độ đã chia sẵn trên nhiệt kế. Khoảng nhiệt độ dùng cho

loại nhiệt kế kiểu này là từ -300

C đến +5500

C.

d. Cặp nhiệt điện (Điện ngẫu)

Cặp nhiệt điện (điện ngẫu) là kiểu điện nhiệt kế. khi hai kim loại khác nhau nối

với nhau thành một mạch kín được đặt trong trường nhiệt độ khác nhau, tại chỗ nối

sẽ phát sinh một dòng diện mà nó được sử dụng để đo nhiệt độ (hình 2.8). Khoảng

nhiệt độ dùng nhiệt kế kiểu này để đo là từ -2000

C đến +14000

C

2.5.3 Thiết bị đo mực chất lỏng

a. Phao

Quả phao nổi trên mực chất lỏng, được dẫn trong ống sẽ truyền tín hiệu đến cơ

cấu chỉ báo cho biết mực chất lỏng tăng hay giảm. Cơ cấu truyền động có thể dùng

dây hoặc xích. Công tắc kiểu quả phao cũng hay được dùng cho các đèn, còi báo

động mực chất lỏng hoặc dùng cho hệ thống tự động khởi động hoặc dừng các bơm

chất lỏng.

b. Kính hoặc ống thủy

Có rất nhiều loại kính nhìn hoặc ống thủy dùng để hiển thị mực chất lỏng trong các

két chứa.

c. Đồng hồ kiểu khí (Pneumatic gauge)

Đây là thiết bị đo mực chất lỏng trong két dùng manometer thủy ngân nối

với nửa hình cầu kim loại đặt trong két cần đo (hình 2.9). Nửa hình cầu kim loại

đặt gần đáy trong két cần đo và được nối bằng một ống nhỏ với manometer thủy

ngân. Cấp khí nén vào hệ thống, dùng van chuyển có thể đo được mực chất lỏng của

nhiều két chỉ bằng một manometer thủy ngân. Khi khí xả khỏi hệ thống, việc đo

mực chất lỏng không được thực hiện.

2.5.4 Thiết bị đo lưu lượng

Đo dòng lưu động có thể là đo lượng chất lỏng lưu động trong một đơn vị thời

gian hoặc đo tốc độ lưu động sau đó nhân với diện tích lưu động để có lưu lượng

dòng lưu động.

a. Đo lượng chất lỏng lưu động

Một cặp bánh răng hoặc cách ăn khớp trong với thể tích đẩy sau mổi vòng quay

cho phép xác định thể tích chất lỏng lưu động qua thiết bị sau mỗi vòng quay

hoặc một số vòng quay (hình 2.10a)

Một bộ quay như tuabin thủy cũng cho phép đếm được chất lỏng lưu động

qua như hình 2.10b.

b. Thiết bị đo tốc độ lưu động

b1.Kiểu ống ventuari

Bố trí như hình 2.11a, ống venturi có tiết diện thu hẹp từ lối vào và mở rộng ở

lối ra. Khi chất lỏng lưu động qua thiết bị sẽ có thay đổi tốc độ ở khu vực họng

ống và do đó gây chênh lệch áp suất suất được đo bởi manometer. Độ chênh áp

suất phụ thuộc vào tốc độ lưu động và được lấy để xác định tốc độ lưu động.

b2.Tấm tiết lưu

Tấm tiết lưu đặt vuông góc với lối lưu thông của dòng chất lỏng, có lỗ tiết

lưu và được bố trí một manometer đo chênh lệch áp suất trước và sau tiết lưu

2.5.5 Tốc độ kế

Tùy theo nguyên tắc hoạt động, có thể có tốc độ kế kiểu cơ khí hoặc điện.

a. Tốc độ kế cơ khí

Có hai quả văng được gắn trên các thanh kim loại mềm. Các thanh kim loại hai

đầu được gắn chặt với các cổ góp di động dọc trục (trượt) được. Một lò xo hồi

được đặt giữa hai cổ góp (hình 2.12a). Trục quay cần đo tốc độ thông qua cơ cấu

truyền động sẽ lai dẫn trục quay của quả văng và phụ thuộc vào tốc độ quay, quả văng sẽ văng ra. Cổ góp trượt được thông qua các thanh truyền làm quay kim chỉ

báo, chỉ tốc độ quay của trục quay cần đo tốc độ.

b. Tốc độ kế điện tử

Có dạng một máy phát điện bao gồm một cốc nhôm quay trong một

stator có nam châm điện (hình 2.12b). Stator có hai cuộn dây khác nhau, đặt

vuông góc với nhau. Một dòng điện xoay chiều cung cấp cho một cuộn dây,

hiệu điện thế do cuộn dây kia tạo ra được lấy làm cơ sở cho việc xác định

tốc độ quay cần đo.

Thiết bị cảm ứng tốc độ quay kiểu xung điện cảm ứng có thể đọc trực tiếp tốc

độ quay (hình 2.13a). Mỗi một răng trên bánh quay , khi quay qua đầu cảm (pick

up), được ghi lại dưới dạng một xung điện và đưa đến đồng hồ chỉ báo.

Đồng hồ tốc độ kiểu điện dung biểu thị trên hình 2.13b. Một chiếc cánh quay

qua một biến trở tạo ra một xung điện và sau khi biến đổi, tín hiệu được đưa về

đồng hồ chỉ thị.

2.5.6 Thiết bị đo độ nhớt

Việc đo độ nhớt nhằm mục đích điều chỉnh độ nhớt của nhiên liệu là vô cùng

quan trọng và cần thiết. Tăng nhiệt độ của nhiên liệu sẽ làm giảm độ nhớt của nó và

ngược lại.

Bộ cảm ứng độ nhớt biểu thị trên hình 2.14. Một chiếc bơm bánh răng nhỏ cấp

một lượng chất lỏng cố định qua một ống mao dẫn. Chất lỏng lưu động qua ống mao

dẫn có độ chênh áp suất trước và sau, tùy thuộc vào độ nhớt của chất lỏng. Một

đồng hồ đo độ chênh áp suất để tính toán độ nhớt chất lỏng.

2.6 Thiết bị điều khiển và thiết bị an toàn

2.6.1 Bộ điều tốc

Thiết bị điều khiển chủ yếu trong bất kỳ một động cơ diesel là bộ điều tốc. Bộ

điều tốc có chức năng duy trì tốc độ quay của động cơ ổn định khi tải (công suất)

thay đổi. Nhằm thực hiện điều đó, bộ điều tốc điều chỉnh một cách tự động

nhiên liệu cung cấp cho động cơ phù hợp với tải động cơ. Có các loại bộ điều

tốc kiểu cơ khí, thủy lực và điện tử.

Bộ điều tốc cơ khí dùng quả văng để cảm ứng vòng quay động cơ. Hai quả

văng gắn trên một cái đĩa quay, được truyền động từ trục động cơ (hình 2.15). Tác

dụng của lực ly tâm đẩy các quả văng ra làm cấn đứng dưới các quả văng bị nâng

lên, nén lò xo tốc độ lại cho đến khi tạo được cân bằng. Chuyển động của cần đứng

thông qua hệ thanh truyền cơ học hoặc khuyếch đại thủy lực làm thay đổi nhiên liệu

cấp cho động cơ.

2.6.2 Van an toàn xylanh

Van an toàn xylanh được thiết kế để giảm thiết kế để giảm áp suất cháy trong

xylanh động cơ khi nó vượt quá từ 10% đến 20% áp suất cháy định mức (hình 2.16).

Van an toàn được giữ ở vị trí đóng bởi lò xo và nó sẽ bị đẩy lên khi lực khí cháy

vượt quá lực tác động của lò xo. Van an toàn xylanh được thiết kế để nó tự đóng kín

sau mỗi lần mở.

Trong quá trình khai thác, do tác động của nhiều yếu tố van an toàn sẽ có nhiều

sai lệch về trị số mở áp suất và nó phải được định kỳ bảo dưỡng và hiệu chỉnh.

Hình 2.16 Van an toàn xi lanh

2.6.3 Cảm biến hơi dầu cácte

Hơi dầu cácte hình thành do sự bay hơi của dầu bôi trơn dưới nhiệt độ cao. Sự

hình thành hơi dầu cácte có thể đạt đến mức nguy hiểm và có thể gây nổ. Đầu cảm biến

hơi dầu cácte dùng tế bào quang điện để đo liên tục sự tăng rất nhỏ nồng độ hơi dầu

hình thành trong cácte. Một motor điện lai quạt hút lấy mẫu hơi dầu từ cácte thổi qua

ống đo. Mẫu hơi dầu được lấy lần lượt từ các khoang các nhau của cácte thông qua một

van phân phối cũng do motor điện quay. Mẫu hơi dầu được đo và so sánh với mẫu

không khí sạch hoặc so sánh mẫu hơi dầu của các khoang cácte với nhau. Trị số

đo thực tế sau khi so sánh được đưa đến bộ báo động hoặc hiển thị cho người

khai thác.

2.6.4 Van an toàn cácte

Van an toàn cácte được trang bị nhằm bảo vệ cácte khi máy xảy ra cháy nổ hơi

dầu trong cácte. Van an toàn cácte được bố trí trên các nắp cácte của động cơ.

Van an toàn cácte được thiết kế kiểu van một chiều, tự đóng kín

bằng lò xo và tự mở do tác động của áp xuất trong cácte khi giá trị của áp suất vượt quá giới hạn đặt trước. Hình 2.17 miêu tả kết cấu của van an toàn cácte. Trong đó, bên trong của van có bố trí lưới ngăn không cho ngọn lửa tràn ra ngoài, còn bên ngoài được bố trí cửa thoát làm lệch hướng dòng hơi dầu để bảo vệ người khai thác

đang làm việc phía ngoài.

2.6.5 Máy via.

Máy via dùng động cơ điện lai thông qua hộp bánh răng ăn khớp với răng trên

bánh đà để quay trục khuỷu của động cơ với tốc độ rất chậm. Máy via dùng để via

động cơ đến những vị trí cần thiết cho việc tháo, sửa chữa, kiểm tra và chỉnh định.

Trước khi khởi động, máy via cũng được khởi động nhằm vào việc kiểm tra sự

quay trở tự do của các cơ cấu chuyển động trong động cơ cũng như nguy cơ có nước

trong buồng đốt.

Khi máy via hoạt động các van an toàn của động cơ phải được mở trước khi

khởi động động cơ.