Giáo trình Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự

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: Ne = Cnm (1.1) Trong đó: Ne - Công suất có ích của động cơ; 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. Đặc tính chân vịt phụ thuộc vào các yếu tố khai thác, có thể chia ra đặc tính chân vịt “nặng” và đặc tính chân vịt “nhẹ”. Trong biểu thức phân tích sự thay đổi này được xác định bằng hệ số C. Nếu C > C0 thì đặc tính chân vịt “nặng”, nếu C < C0 thì đặc tính chân vịt “nhẹ”. Trên hình 1.2 biểu diễn các đặc tính chân vit “nặng” và “nhẹ”. Đặc tính nặng nhất sẽ là đặc tính chân vịt ở chế độ sóng gió. Đặc tính nhẹ nhất là đặc tính chân vịt khi nổi trên mặt nước. Hình 1.2. Sự thay đổi các đặc tính phụ thuộc vào các điều kiện hoạt động trên biển 4 Ne(%) n (%) 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 3 2 1 5 6 7 Hình 1.1. Các đặc tính của nhóm chân vịt tàu quân sự 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 Ne(%) n (%) 100 80 60 40 20 0 20 40 60 80 100 1 2 3 4 5 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 đặc điểm sau: - ổn định, làm việc lâu dài ở vòng quay định mức; - Việc thay đổi tải lớn phụ thuộc vào việc đóng, ngắt các máy tiêu thụ; - Bảo đảm làm việc song song một số máy phát. Đối với hệ thống điều khiển điêden - máy phát, từ việc cần phải có sự làm việc song song người ta đề ra một số các yêu cầu 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 A B n(% ) 102 100 98 96 0 20 40 60 80 100 Ne(%) Hình 1.3. Sự phân bố tải giữa các điêden - máy phát có độ dốc của các đặc tính điều tốc khác nhau. 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 (Neđm) Công suất định mức Neđm 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 Međm. 2. Công suất cực đại (Nemax) Công suất cực đại Nemax 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 nmax. 3. Công suất khai thác (Nekt) Công suất khai thác Nekt 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% Neđm. 4. Công suất khai thác cực tiểu (Nektmin) Công suất khai thác cực tiểu Nektmin 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 (Neôđmin) Công suất ở số vòng quay ổn định nhỏ nhất Neôđmin là công suất nhỏ nhất bảo đảm điêden làm việc ổn định và khả năng cơ động của tàu trong một thời gian hạn chế. Sự phân chia công suất này là quy ước. Đối với một số động cơ nó không được sử dụng toàn bộ. Ví dụ: thường đối với các điêden không sử dụng công suất cực đại và nhiều nhất là công suất định mức. Sự phân chia công suất điêden tàu quân sự theo đặc tính chân vịt 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: (cv) (1.2) Hay (kW) (1.3) 0 20 40 60 80 100 120 120 100 80 60 40 20 n(%) Ne(% ) Hình 1.4. Phân chia công suất và vòng quay của động cơ đốt trong tàu quân sự Nem Neđ Nekt Nekt Neôđ Trong đó: - Lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ, kg/h; Hu - 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) (1.4) Trong đó: - 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; cv - Hiệu suất chân vịt; tđ - Hiệu suất boọ truyền động; ht - Hieọu suaỏt heọ truùc chaõn vũt; k - 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 = (kg/hải lý) (1.6) Trong đó: - 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 = (kg/cv.h) (1.7) Trong đó: - Lượng tiêu hao nhiên liệu giờ, kg/h; Ne - Công suất có ích, cv. 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(TB)) Thời gian công tác trung bình không bị hư hỏng được xác định bằng phương trình: T(TB) = (1.8) Trong đó: - Tổng thời gian động cơ làm việc không hư hỏng; N - 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) = % (1.9) Trong đó: N - Tổng số động cơ khai thác ở đầu thời gian tính toán; N0- 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 của nó. Trên hình 1.5 thể hiện sự thay đổi độ bền của động cơ và các chi tiết của nó (1 - 5) theo thời gian. Trên cơ sở lý thuyết nhân xác suất, xác suất động cơ làm việc không hư hỏng bằng tích các xác suất làm việc không hư hỏng của các chi tiết. P(t) = P1(t). P2(t). P3(t).. Pn(t) (1.10) c. Cường độ hư hỏng ((t)) - thông số dòng hư hỏng Cường độ hư hỏng (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. (t) = (lần/h) (1.11) Trong đó: N0 - Số động cơ bị hư hỏng trong khoảng thời gian t; NTB - Số trung bình động cơ làm việc không hư hỏng ở thời điểm cho trước. 1 2 3 4 5 t P(t)% 100 80 60 T(CP) Hình 1.5. Sự thay đổi xác suất làm việc không hư hỏng của động cơ và của các cụm chi tiết của nó theo thời gian NTB = Sự thay đổi cường độ hư hỏng phụ thuộc vào thời gian làm việc của động cơ có thể biểu diễn bằng đồ thị như trên hình 1.6. Trên hình vẽ 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 dụn...ào góc phun sớm nhiên liệu, vào chế độ làm mát và vào một số yếu tố khác. Giá trị nhiệt độ của khí thải dùng để đánh giá chất lượng tải của các xylanh và của động cơ nói chung. Trong thời gian động cơ làm việc kết quả cháy nhiên liệu theo quá trình công tác và truyền mômen xoắn cho máy tiêu công, trong các chi tiết xuất hiện các ứng suất nhiệt và cơ khí; các chỉ tiêu của ứng suất nhiệt và ứng suất cơ khí dùng để xác định độ bền và tuổi thọ của các chi tiết. 2.1.2. ứng suất cơ khí ứng suất cơ khí của động cơ được đặc trưng bởi giá trị và đặc tính thay đổi của các ứng suất cơ khí, sự biến dạng và các áp suất riêng xuất hiện trong các chi tiết và ổ đỡ khí động cơ mang tải. Các ứng suất cơ khí, biến dạng và áp suất riêng được xác định bằng các giá trị và tính chất thay đổi của các lực tác dụng trong các chi tiết của động cơ trong thời gian động cơ làm việc. Khả năng làm việc của động cơ, các điều kiện bôi trơn và mài mòn, khẳ năng xuất hiện các ứng suất mỏi và những hư hỏng trong các chi tiết, cơ cấu dẫn động và trong các ổ đỡ đều phụ thuộc vào mức độ của cường độ cơ khí. Mức độ công tác theo cường độ cơ khí của động cơ thường được đảm bảo bằng hệ số dự trữ sức bền cao, mặt khác trong một số động cơ cường hoá có một số chi tiết hiện nay cường độ cơ khí của chúng đạt gần đến giới hạn. Nếu dưới sự ảnh hưởng của bất kỳ một yếu tố nào làm cho sự tác dụng của các lực hoặc thay đổi tính chất thì có thể dẫn đến làm hư hỏng các chi tiết, hư hỏng động cơ. Điều đó có thể chứng minh qua một số trường hợp hư hỏng của động cơ do gãy thanh truyền, trục khuỷu, nứt các chi tiết cố định và trong các chi tiết khác. 2.1.3. ứng suất nhiệt Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy sản ra trong xi lanh động cơ chuyển một phần thành công chỉ thị, phần còn lại thải cùng với khí thải ra ngoài môi trường và truyền cho nước làm mát. Các sản vật cháy tiếp xúc với chi tiết của động cơ nung nóng chúng đến nhiệt độ cao có thể làm phân giải và đốt cháy dầu bôi trơn trên các bề mặt của pít tông, xéc măng và mặt gương của xi lanh. Kết quả sẽ phá huỷ sự bôi trơn của các chi tiết kể trên, tăng nhanh độ mài mòn thậm chí làm kẹt pít tông. Kết quả của việc nung nóng còn làm giảm độ bền cơ khí của các vật liệu chi tiết. Để giữ nhiệt độ các chi tiết trong giới hạn tiêu chuẩn đảm bảo việc bôi trơn bền vững và để đảm bảo độ bền cơ khí cần thiết của các chi tiết động cơ cần phải làm mát chúng. Kết quả làm mát trong các chi tiết bị nung nóng do nhiên liệu cháy là có sự giáng nhiệt độ và xuất hiện các ứng suất nhiệt. Để đánh giá độ bền vững khai thác của các chi tiết diêzen nằm trong vùng trao đổi nhiệt mạnh, và có nhiệt độ cao, dựa vào hai tiêu chuẩn: Nhiệt độ và gradiên nhiệt giữa bề mặt nung nóng và bề mặt làm mát của các chi tiết. Các tiêu chuẩn này quy ước trạng thái nhiệt của các chi tiết. Trong tài liệu ĐCĐT, tiêu chuẩn cường độ toả nhiệt được sử dụng rộng rãi, đôi khi còn gọi là tải trọng nhiệt lên các chi tiết của động cơ, giống như là dòng nhiệt đi qua bề mặt của các chi tiết trong một đơn vị thời gian. Kcal/m2h (2.8) Q - Dòng nhiệt đi qua bề mặt chi tiết, Kcal/h; F - Bề mặt chi tiết, m2. Dòng nhiệt có thể cho phép đánh giá được nhiệt độ của bề mặt. Mặt khác bản thân của dòng nhiệt không thể đánh giá được trạng thái nhiệt, các ứng suất nhiệt và các yếu tố khác quy ước độ bền và khả năng làm việc của các chi tiết. Độ bền, khả năng làm việc và tuổi thọ trong các điều kiện thay đổi chế độ nhiệt độ của diêzen chỉ có thể được đặc trưng bằng một tập hợp các chỉ tiêu: 1. Nhiệt độ trong các vùng đặc trưng của các chi tiết Ti hoặc các thông số không thứ nguyên tạo bởi tỷ số của các nhiệt độ này với nhiệt độ giới hạn cho phép trong vùng cho trước, 2. Các ứng xuất nhiệt Ti do các chênh lệch nhiệt độ, là tổng đại số với các ứng suất do tải trọng cơ khí, hoặc các thông số không thứ nguyên tạo bởi các thông số của các ứng suất này với ứng suất giới hạn. 3. Giá trị của các khe hở trong các chi tiết liên kết của động cơ hoặc các thông số không thứ nguyên tạo bởi tỉ số của các khe hở này với giới hạn cho phép. 2.2. Cường độ cơ khí và các chỉ tiêu của ứng suất cơ khí trong các chi tiết động cơ ứng suất cơ khí của động được đặc trưng bằng ứng suất biến dạng và áp suất riêng xuất hiện trong các chi tiết khi động cơ mang tải. Do trực tiếp các ứng suất hoặc các chi tiêu trực tiếp của cường độ cơ khí động cơ rất khó phân tích, vì vậy để đánh giá chúng ở các tải khác nhau trong điều kiện khai thác có thể sử dụng các chỉ tiêu gián tiếp, dựa vào đó có thể dự đoán về sự thay đổi đạt đến giới hạn nguy hiểm của các ứng suất cơ khí. Để xác lập các chỉ tiêu gián tiếp ta xem các lực tác dụng lên các chi tiết cơ bản của động cơ trong thời gian hoạt động. 2.2.1. Cường độ cơ khí của các chi tiết cố định Các chi tiết cố định của động cơ trong thời gian làm việc chịu các lực tác dụng của áp suất khí thể trong xi lanh. Lực cực đại tác dụng lên chi tiết cố định được xác định bằng giá trị áp suất cháy cực đại (áp suất cực đại của chu trình) PZ, là chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí của chi tiết cố định. Ngoài lực PZ ra còn có tác dụng của lực xiết ban đầu lên các chi tiết lắp ghép của chi tiết cố định, các liên kết neo, nắp xi lanh và các gu jông lực. Hệ số dự trữ sức bền của các chi tiết này sẽ tỉ lệ nghịch với PZ . Để không nguy hiểm cho các chi tiết lắp ráp chi tiết cố định, việc xiết chúng phải thực hiện hết sức chính xác theo tài liệu hướng dẫn với sử dụng cần xiết có đồng hồ đo lực đặc biệt, các kích thuỷ lực hoặc bằng cách kiểm tra độ giãn dài của các gu jông. Ngoài các tải trọng lắp ráp thông thường, trong các chi tiết có thể xuất hiện các ứng lực phụ do sự sai sót cho phép trong khi lắp ráp. Đặc biệt nguy hiểm là bề mặt đai ốc không vuông góc với tấm gu jông hoặc đến bề mặt tựa, làm xuất hiện thêm các ứng suất ứng phụ. Các ứng suất phụ trong các chi tiết cố định, trong liên kết neo và nắp xi lanh có thể xuất hiện cả trong chấn động của các chi tiết này hoặc khi biến dạng của vỏ tàu. 2.2.2. Cường độ cơ khí của cơ cấu tay quay thanh truyền Cơ cấu quay thanh truyền của động cơ chịu tác dụng của các tải trọng có chu kỳ biến đổi, và do đó việc phá huỷ các chi tiết mang đặc tính mệt mỏi. Các trị ứng suất mệt mỏi trong các chi tiết phu thuộc vào biên độ lực tác dụng lên các chi tiết chuyển động. Để xác định chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí cơ cấu tay quay thanh truyền cần thiết phải xét các lực tác dụng lên chi tiết của nó và sự ảnh hưởng của tải và chế độ làm việc của động cơ đến đặc tính thay đổi theo chu kỳ của các lực. Lực động P tác dụng lên các chi tiết chuyển động là tổng các lực: P = Pkc + Pj + P0 + Pms + Pp (2.12) Pkc- Áp suất khí cháy; Pj - Lực quán tính của các khối lượng chuyển động pít tông và thanh truyền; P0 - Lực áp suất khí quyển tác động lên pít tông; Pms - Lực ma sát; Pp - Lực của khối lượng pít tông. Các lực P0, Pms, Pp có thể bỏ qua vì giá trị thực tế và sự phụ thuộc của chúng vào chế độ làm việc của động cơ ít. Như vậy, với mức độ chính xác tương đối có thể xác định P theo phương trình: P = Pkc + Pj (2.13) Ngoài ra trên các chi tiết chuyển động còn có tác dụng của các lực quán tính ly tâm của các khối lượng quay thanh truyền và trục khuỷu, cả các lực xuất hiện trong các dao động xoắn của trục khuỷu. Mặt khác sự thay đổi của cường độ cơ khí các chi tiết tay quay thanh truyền trong khi khai thác động cơ chủ yếu phụ thuộc vào lực áp suất khí cháy và lực quán tính của khối lượng chuyển động tịnh tiến. Ta xét đồ thị thay đổi của các lực này trong một chu kỳ của động cơ diêzen hai kỳ và bốn kỳ. Trên hình 2.1 biểu diễn các đồ thị thay đổi của các lực tác dụng trong một chu kỳ lên pít tông của cơ cấu quay tay thanh truyên động cơ. Các đồ thị cho phép xác định biên độ của lực động P. Từ các đồ thị ta có: - Đối với động cơ bốn kỳ: (2.14) - Đối với động cơ hai kỳ: (2.15) Độ dự trữ bền trong má trục khuỷu (tay quay) theo các ứng suất pháp tuyến được xác định bằng phương trình: (2.16) a - biên độ các ứng suất pháp tuyến; -1 - giới hạn mỏi các ứng suất pháp tuyến; K - hệ số tập trung của các ứng suất pháp tuyến;  - hệ số ảnh hưởng của các kích thước tuyệt đối. Do biên độ của các ứng suất pháp tuyến tỷ lệ với biên độ của lực động, công thức cho độ dự trữ bền có dạng: - Đối với động cơ bốn kỳ: P Pj Pmi P 2 3  0 Pmax P 2  Pmax Pmi 0 Pj P P a) b) Hình 2.1. Sự thay đổi các lực tác dụng lên pít tông trong quá trình công tác của chu kỳ (2.17) - Đối với động cơ hai kỳ: (2.18) a - hệ số tính đến các số hạng không đổi; Z - số xylanh của động cơ. Lực tiếp tuyến tổng t  là hàm số chu kỳ của góc quay của trục. Chu kỳ thay đổi của lực này đối với động cơ bốn kỳ bằng , động cơ hai kỳ bằng . Tính chất thay đổi của lực tiếp tuyến tổng t  quy định biên độ của các ứng suất tiếp tuyến. Sự thay đổi lực t  về giá trị thể hiện sự không đồng đều của mômen xoắn, là nguyên nhân gây ra dao động xoắn của trục khuỷu. Trên hình 2.2 biểu diễn sự thay đổi của lực tiếp tuyến trong một chu kỳ. Như trên hình vẽ: (2.19) (2.20) Từ tính toán và các kinh nghiệm cho thấy rằng: (2.21) Ki - hệ số phụ thuộc vào số xylanh và số kỳ của động cơ. Như vậy, biên độ của các lực tiếp tuyến và suy ra ứng suất tiếp cũng tỷ lệ với áp suất cháy cực đại PZ. Độ dự trữ bền cho các ứng suất tiếp tuyến: (2.22) tmin tmax ttb t Hình 2.2. Sự thay đổi của lực tiếp tuyến tổng + - - -1 - Giới hạn mỏi khi xoắn đối với chu kỳ đối xứng; a - Biên độ của các ứng suất tiếp; K - Hệ số tập trung ứng suất tiếp;  - Hệ số ảnh hưởng của các kích thước tuyệt đối. Độ dự trữ bền theo ứng suất tiếp của trục khuỷu cũng sẽ tỷ lệ nghịch với áp suất cháy cực đại PZ. (2.23) b - Hệ số tính đến các giá trị không đổi. Có thể rút ra kết luận là giá trị áp suất cháy cực đại PZ là chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí của các chi tiết nhóm tay quay thanh truyền và cả động cơ nói chung. Không cho phép tăng PZ cao hơn giá trị quy định. Đối với đa số các chế độ làm việc của động cơ điều này đảm bảo cho động cơ khỏi quá tải về ứng suất cơ khí. Việc sử dụng thuận tiện áp suất cháy cực đại với tính chất là chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí là vì trong điều kiện tàu quân sự có thể xác định bằng đo đạc một cách dễ dàng nhờ đồng hồ đo áp suất cực đại và máy đo công cơ khí. Khi phân tích cường độ cơ khí không những chỉ xét giá trị tuyệt đối của áp suất cháy cực đại mà còn xét đến tính chất động học của nó. Tính chất động học của Pz được đặc trưng bằng tốc độ tăng áp suất (độ cứng làm việc của động cơ) P/ và mức độ tăng áp suất. Các động cơ tàu quân sự được thiết kế sao cho bảo đảm được sự làm việc mềm, do đó chúng được sử dụng nhiên liệu động cơ có chất lượng cao, đặc biệt là lựa chọn góc phun sớm nhiên liệu s tối ưu. Nếu do tác dụng của bất kỳ một yếu tố nào, tốc độ tăng áp suất vượt quá các giá trị cho phép thì ảnh hưởng trước hết đến độ bền của các ổ đỡ cơ cấu tay quay thanh truyền. Nguyên nhân hư hỏng của động cơ có thể do việc tăng cường độ cơ khí do việc tăng rất lớn lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay Pj và PR, giá trị của chúng được xác định bằng các phương trình: PJ = MJR2(cos + cos2) (2.24) PR = MRR2 (2.25) Trong đó: MJ , MR - Khối lượng của những chi tiết chuyển động thẳng và chuyển động quay; R - Bán kính quay;  - Tốc độ góc quay của trục khuỷu;  - Tỷ số bán kính tay quay với chiều dài thanh truyền;  - Góc quay của trục khuỷu. Rõ ràng từ các công thức (2.24), (2.25), giá trị lực quán tính các chi tiết của cơ cấu tay quay thanh truyền của một động cơ cụ thể được xác định chỉ bằng giá trị tốc độ góc của trục khuỷu. Các lực quán tính của các khối lượng chuyển động thẳng của động cơ hai kỳ làm giảm biên độ của lực động, còn ở động cơ bốn kỳ thì ngược lại. Nên ở các điều kiện như nhau, động cơ bốn kỳ có tải trọng cơ khí lớn hơn. Các ứng suất cơ do các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay có thể vượt quá các giá trị cực đại cho phép, và thậm chí dẫn đến hư hỏng hoặc gây sự cố cho động cơ, nếu ở số vòng quay vượt quá giới hạn cho phép. Trường hợp này làm tăng tải đột ngột lên các ổ đỡ trục khuỷu và cuối cùng làm nóng chảy ổ đỡ và kẹt trục khuỷu. Trong trục khuỷu và trong một số chi tiết có thể xuất hiện các dao động xoắn gây ra các ứng suất nguy hiểm. Để giảm bớt các dao động xoắn người ta sử dụng một loạt các biện pháp, như: lựa chọn góc kẹp tay quay của trục khuỷu hợp lý nhất, đặt các bộ giảm chấn hoặc giảm xung. Mặt khác các dao động xoắn có thể xuất hiện và đạt đến các giá trị nguy hiểm, khi đó các ứng suất cơ khí vượt quá các giá trị cực đại cho phép dẫn đến gãy chi tiết. Điều này xảy ra có thể do việc tăng độ không đồng đều của mô men xoắn và khi có sự thay đổi các kết cấu riêng. Ví dụ: khi sai lệch sự điều chỉnh lượng nhiên liệu đồng đều cấp cho chu trình theo các xy lanh hoặc khi ngừng hoàn toàn quá trình công tác trong một số xy lanh, khi góc phun sớm nhiên liệu sai lệch, khi tháo dỡ các cụm và các chi tiết riêng làm thay đổi giá trị mô men quán tính các khối lượng quay hoặc tần số dao động riêng của các khối lượng này. Những người khai thác, vận hành cần phải đặc biệt chú ý đến việc điều chỉnh động cơ, đồng thời đến sự thay đổi các kết cấu như gờ bánh đà, khớp nối, chân vịt và thay thế các liên kết mềm trung gian. 2.2.3. Các chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí - Áp suất cháy cực đại Pz; - Tốc độ tăng áp suất (độ cứng làm việc của động cơ): ; - Tốc độ góc  hay số vòng quay của trục khuỷu n đc; - Mức độ dao động xoắn và chấn động của trục. Động cơ có thể hư hỏng do việc tăng lâu dài một trong những chỉ số trên hoặc do kết quả xuất hiện vùng cộng hưởng của các dao động xoắn. Khi phân tích sự thay đổi ứng suất cơ khí của động cơ do tác dụng của các yếu tố khai thác bất kỳ, trước hết là theo dõi sự thay đổi của các chỉ tiêu gián tiếp kể trên. 2.2.4. Sự quá tải về mặt cơ khí của động cơ Việc quá tải về phương diện ứng suất cơ khí làm giảm độ bền và tuổi thọ của động cơ. Sự phức tạp của vấn đề này lừ ở chỗ, việc quá tải về phương diện cơ khí trong rất nhiều trường hợp có thể không xuất hiện tức thời mà trải qua một khoảng thời gian. Điều đó đòi hỏi nhân viên phục vụ động cơ phải hiểu biết bản chất vật lý của các hiện tượng và thấy trước sự nguy hiểm của chúng hoặc các trường hợp quá tải cơ khí khác. Việc quá tải có thể dẫn đến làm tăng nhanh chóng cường độ hư hỏng các chi tiết và nhanh chóng phá huỷ động cơ, nếu như các ứng suất cơ khí trong một số chi tiết vượt quá giới hạn bền hoặc áp suất riêng trong các ổ đỡ trở nên lớn hơn khả năng chịu đựng của chúng. Việc quá tải động cơ về mặt ứng suất cơ khí có thể từ một số trường hợp đặc trưng sau: - Khi có sự thay đổi tương đối góc phun sớm nhiên liệu về phía tăng đột ngột áp suất cháy cực đại và làm tăng độ cứng làm việc của động cơ. ở các tải gần với toàn tải, các ứng suất cơ khí có thể vượt quá các giới hạn cực đại cho phép. - Khi có sự ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài có liên quan đến việc giảm tương đối lớn nhiệt độ không khí ở cửa nạp của động cơ. Việc tăng áp suất cháy cực đại và độ cứng làm việc trong trường hợp này cần phải được kiểm tra. - Sự sai lệch điều chỉnh động cơ theo lượng nhiên liệu cấp cho chu trình, việc sử dụng loại nhiên liệu không tiêu chuẩn, có số xê tan nhỏ, quá tải chung của động cơ, giảm nhiệt độ của nước làm mát cũng làm tăng áp suất cháy cực đại, tăng độ cứng làm việc của động cơ. - Tăng số vòng quay giới hạn làm tăng các lực quán tính của các khối lượng chuyển động tịnh tiến và quay, tăng các áp suất riêng trên các ổ đỡ của trục khuỷu và gây sự nóng chảy chúng. Qui tắc khai thác các ĐCĐT tàu thuỷ buộc các nhân viên phải định kỳ kiểm tra tải của động cơ theo các chỉ tiêu gián tiếp của cường độ cơ khí, trong đó theo áp suất cháy cực đại Pz có thể đo được trên tàu bằng các thiết bị đồng hồ đo áp suất cực đại hoặc máy đo công chỉ thị. Việc kiểm tra áp suất cháy cực đại đặc biệt quan trọng ở các tải của động cơ gần với tải toàn bộ. 2.3. Trạng thái nhiệt và các chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt trong động cơ Trạng thái nhiệt của các chi tiết nhóm xy lanh - pít tông được xác định bằng nhiệt độ ở bề mặt các chi tiết đó và sự chênh lệch nhiệt độ (građien nhiệt độ) giữa mặt bị nung nóng và bề mặt làm mát. Việc giữ cho động cơ và các chi tiết nằm trong giới hạn nhiệt độ cho trước có ý nghĩa lớn trong việc bảo đảm sự làm việc bền vững của động cơ. 2.3.1. Nhiệt độ các chi tiết của động cơ 1. Nhiệt độ cực đại trên bề mặt của pít tông Nhiệt độ cực đại được qui định giống như một qui luật trên bề mặt trực tiếp tiếp xúc với khí cháy tại tâm của đáy pít tông hoặc ở chu vi (hình 2.3), nhiệt độ này quyết định độ bền cơ khí của vật liệu chế tạo pít tông. Nhiệt độ giới hạn cho phép đối với các vật liệu khác nhau được sử dụng trong chế tạo pít tông như sau: - Hợp kim nhôm nhẹ: 225 - 3500C; 300 280 260 220 200 180 160 140 300 280 260 Hình 3.3. Sơ đồ phân bố nhiệt trên tiết diện pít tông - Gang: 400 - 4500C; - Thép: 450 - 5000C. Nếu trong thời gian động cơ làm việc, nhiệt độ của pít tông tăng đến giá trị cực đại cho phép thì độ bền của vật liệu giảm nhanh, nên có thể dẫn đến xuất hiện các vết nứt, biến dạng dư và cuối cùng pít tông bị hỏng. 2. Nhiệt độ cực đại của pít tông ở vùng bố trí các xéc măng khí trên cùng. Do các xéc măng của pít tông, trong đó có các xéc măng trên cùng chỉ làm việc bình thường nếu được bôi trơn, nhưng nhiệt độ của pít tông ở vùng xéc măng trên cùng quyết định điều kiện bôi trơn xéc măng và tính phân giải của dầu trong các rãnh xéc măng ở nhiệt độ đã cho. Nếu nhiệt độ của pít tông ở vùng bố trí các xéc măng cao hơn giá trị giới hạn cực đại cho phép thì dầu bắt đầu phân giải mạnh thành các chất keo làm các xéc măng mất tính tự do, như thường nói là “cháy” hoặc kẹt”. Quá trình này còn tiếp tục tăng lên khi nào pít tông chưa bị kẹt. Kinh nghiệm chọn lọc và khai thác các điêzen cho thấy rằng, nhiệt độ giới hạn cho phép ở vùng lắp các xéc măng khí khi sử dụng các loại dầu tiêu chuẩn có các chất pha là 2000C. Đối với các động cơ cường hoá cao tốc giới hạn này có thể nâng lên đến 220 - 2400C. Đối với các xéc măng có tiết diện hình thang dài là 2450C. Việc tăng giới hạn trên của nhiệt độ trên vùng lắp các xéc măng khí được quyết định bằng tính bền vững của dầu chống lại sự phân giải ở điều kiện nhiệt độ và áp suất cao. Biện pháp tích cực để tăng tính bền vững của dầu là sử dụng các chất phụ gia đặc biệt. 3. Nhiệt độ cực đại trên bề mặt đáy pít tông Nhiệt độ đã cho đặc trưng cho tính tích cực chống lại sự phân giải dầu và hình thành lớp keo. Việc hình thành lớp keo làm xấu đi sự truyền nhiệt của pít tông trong tất cả các điểm của nó. Việc tăng giới hạn cực đại của nhiệt độ sẽ phá huỷ tính bền vững và tuổi thọ của động cơ. Nhiệt độ giới hạn của bề mặt đáy pít tông được bảo đảm nhờ được làm mát bằng dầu, ở nhiệt độ đó tốc độ phân giải dầu và hình thành lớp keo nằm trong các giới hạn cho phép, đó là nhiệt độ gần 2000C (nếu động cơ dùng các loại dầu tiêu chuẩn). 4. Nhiệt độ bề mặt công tác của lót xy lanh ở phần trên vùng bố trí các xéc măng. Nhiệt độ này được đặc trưng bằng: - Thứ nhất, điều kiện làm việc của dầu bôi trơn lót xy lanh ở vùng đó; - Thứ hai, những điều kiện bão hoà hơi nước chứa trong không khí nạp và tạo ra trong khi cháy nhiên liệu. Cường độ bão hoà của các hạt nước trên bề mặt công tác của lót xy lanh phụ thuộc vào áp suất cục bộ của hơi nước trong không khí nạp vào xy lanh động cơ, hơi nước tạo ra trong khi đốt cháy nhiên liệu (cứ 1kg nhiên liệu đốt cháy, trung bình tạo ra gần 1, 7g hơi nước) và vào áp suất cục bộ bão hoà hơi tương ứng với nhiệt độ trên bề mặt lót xy lanh. Trong thời gian của quá trình nén không khí nạp, cháy và giãn nở của sản vật cháy, áp suất cục bộ của hơi nước tăng lên tỷ lệ với độ tăng áp suất trong xy lanh và trở nên lớn hơn áp suất bão hoà. Trên bề mặt của lót xy lanh đọng hơi nước. Số lượng hơi nước đọng lại càng nhiều thì hiệu của áp suất cục bộ của hơi nước trong môi trường không khí và áp suất bão hoà trên bề mặt lót xy lanh càng lớn. Hạt nước đọng trên bề mặt lót xy lanh hoà với dầu tạo ra trên bề mặt lót xy lanh lớp axit và các thành phần hoá học khác, làm già hoá dầu và đẩy mạnh sự ăn mòn rỉ sét. Để giảm bớt sự tụ ẩm, nhiệt độ của bề mặt lót xy lanh cần phải tăng lên, còn để bảo vệ vững chắc màng dầu bôi trơn ở vùng bố trí các xéc măng trên cùng cần phải giảm xuống. Kết quả nghiên cứu cho thấy, sự mài mòn nhỏ nhất ở phần trên lót xy lanh có được khi nhiệt độ bề mặt của nó bằng 160 - 1700C. 5. Nhiệt độ cực đại của xu páp Nhiệt độ cực đại của xu páp qui định độ bền cơ khí của vật liệu chế tạo nó, các điều kiện bôi trơn của các xu páp trong ống dẫn hướng và cả độ mòn rỉ bề mặt công tác của đế và nấm xu páp. Khả năng làm việc của động cơ được xác định không phải bằng một trong các chỉ tiêu kể trên mà là bằng cả một tập hợp các chỉ tiêu. Nếu một trong các nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép cực đại thì khả năng làm việc của động cơ bị phá huỷ, không kể đến việc nhiệt độ ở các vùng khác nhau còn lại đều thích hợp. Các động cơ tàu quân sự cao tốc hiện đại được thiết kế sao cho, khi động cơ làm việc ở các chế độ gần với toàn tải, các chỉ tiêu đặc trưng cho trạng thái nhiệt của các chi tiết gần với các giá trị giới hạn. Độ dự trữ bền chung theo cường độ nhiệt không lớn lắm và mỗi một sai lệch của chế độ công tác khỏi chế độ định mức (ví dụ sự quá tải của động cơ) không tránh khỏi việc làm tăng nhiệt độ của các chi tiết, làm giảm hoặc mất hoàn toàn độ dự trữ bền về cường độ nhiệt và cuối cùng đưa đến động cơ hư hỏng trước thời hạn. Một trong những nhiệm vụ của người khai thác vận hành là không cho phép tăng nhiệt độ giới hạn cho phép của các chi tiết nhóm pít tông - xy lanh. Trong điều kiện không có các dụng cụ kiểm tra nhiệt độ các chi tiết cần phải sử dụng các chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt động cơ. 2.3.2. Nhiệt độ trong xy lanh động cơ, sự đánh giá gần đúng dòng nhiệt riêng trung bình và nhiệt độ của các chi tiết Trạng thái nhiệt của các chi tiết được đánh giá bằng nhiệt độ của các bề mặt và độ chênh lệch nhiệt độ giữa các vách. Để kiểm tra sự làm việc động cơ, các phương pháp hiện đại không tiến hành đo trực tiếp nhiệt độ. Trạng thái nhiệt của động cơ được đánh giá bằng các chỉ tiêu gián tiếp. Để rút ra các chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt cần phải xem xét quá trình truyền nhiệt trong xy lanh động cơ, tìm ra sự phụ thuộc toán học để xác định nhiệt độ trên bề mặt chi tiết và sự chênh lệch nhiệt độ giữa các vách và cả việc xác định các yếu tố phụ thuộc của các nhiệt độ này. 1. Các đặc tính của quá trình truyền nhiệt trong xy lanh ĐCĐT Quá trình truyền nhiệt trong xy lanh động cơ có các đặc tính như sau: - Đặc tính định kỳ của quá trình công tác dẫn tới việc toả nhiệt tập trung và tác dụng nhiệt tập trung lên các chi tiết tạo thành buồng đốt; - Nhiệt độ khí ở chế độ làm việc ổn định trong chu kỳ dao động từ giá trị cực tiểu trong thời gian quá trình nạp đến cực đại trong thời gian quá trình cháy; - Nhiệt độ các chi tiết bị nung nóng trong thời gian làm việc phân bố không đồng đều; - Trong quá trình truyền nhiệt, diện tích bề mặt mà dòng nhiệt đi qua không giữ nguyên mà thay đổi có tính chu kỳ khi pít tông chuyển động lên điểm chết trên và xuống điểm chết dưới; - Trong xy lanh động cơ có ba hình thức truyền nhiệt cơ bản: Bức xạ nhiệt, dẫn nhiệt và đối lưu; - Khí trong xy lanh có sự thay đổi tỷ trọng và chuyển động xoáy. Tất cả những đặc tính này được tính đến trong khi phân tích mối quan hệ phụ thuộc, hơn nữa sự phụ thuộc này là rất lớn. 2. Các giả thiết khi phân tích quá trình truyền nhiệt trong xy lanh động cơ Để đơn giản bớt các biểu thức tính toán ta có những giả thiết sau: - Dòng nhiệt không ổn định được thay thế bằng dòng nhiệt ổn định ở điều kiện là lượng nhiệt được truyền giữ nguyên không đổi đối với một chế độ làm việc cho trước; - Nhiệt độ khí, nhiệt độ các vách và nhiệt độ nước không thay đổi; - Hình dáng phức tạp của vách xy lanh thay thế bằng vách phẳng (đối với trường hợp tỷ số chiều dày của vách và đường kính xy lanh nhỏ); - Diện tích bề mặt truyền nhiệt coi như không thay đổi. Quá trình truyền nhiệt trong xy lanh tạm chia ra làm ba pha nối tiếp nhau: - Truyền nhiệt từ khí nóng đến vách xy lanh; - Truyền nhiệt qua vách; - Truyền nhiệt từ vách đến nước làm mát. Hình 2.4 biểu diễn sơ đồ truyền nhiệt trong xy lanh động cơ. 3. Sự truyền nhiệt từ khí đến vách Truyền nhiệt từ khí đến vách được xác định trên cơ sở truyền nhiệt tiếp xúc (đối lưu) theo định luật Niu -tơn. Qkh = kh(Tkh - Tv1)F. ; Kcal (2.26) Tkh - Nhiệt độ của khí; TV1 Tkh kh W TV2 TW Khí Nước  Hình 3.4. Sơ đồ truyền nhiệt từ khí đến nước làm mát qua vách xi lanh Tv1- Nhiệt độ của vách xy lanh phía buồng đốt; kh - Hệ số toả nhiệt đối lưu từ khí cháy đến vách xi lanh (hệ số truyền nhiệt); F - Diện tích bề mặt truyền nhiệt;  - Thời gian truyền nhiệt. Truyền nhiệt bằng bức xạ rất khó tính toán, thực tế thường coi việc truyền nhiệt bằng bức xạ chiếm 10 - 13% của tổng số dòng nhiệt. Trong tính toán có khi coi toàn bộ sự truyền nhiệt bằng cách trao đổi nhiệt đối lưu. Hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách k là hàm số của nhiệt độ và áp suất: kh = f(Tkh, Pkh) Sau thời gian của chu trình hệ số thay đổi trong phạm vị rộng. Hệ số truyền nhiệt có thể tính cho mỗi thời diểm của chu trình công tác theo các công thức kinh nghiệm nhận được trên cơ sở các thực nghiệm trên động cơ. , Kcal/m2h.độ (2.27) a,b - Các hệ số lựa chọn qua thực nghiệm; Pkh - Áp suất của khí trong xi lanh; Tkh - Nhiệt độ của khí trong xi lanh; Cm - Tốc độ trung bình của pít tông. , Kcal/m2h.độ (2.28) , Kcal/m2h.độ (2.29) n1, n2 - Các hệ số xác định bằng thực nghiệm; kh - Khối lượng riêng của khí trong xi lanh. 4. Sự truyền nhiệt qua vách xi lanh Nhiệt lượng môi chất truyền qua vách xi lanh được xác định bằng phương trình: ; Kcal (2.30) T- Chênh lệch nhiệt độ giữa hai mặt vách;  - Chiều dày của vách xi lanh;  - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu vách, Kcal/m2h.độ. Nếu vật liệu vách đồng nhất thì nhiệt độ trong vách ở chế độ ổn định thay đổi theo qui luật tuyến tính. 5. Sự truyền nhiệt từ mặt ngoài của vách cho nước làm mát Sự truyền nhiệt từ mặt ngoài của vách cho nước làm mát được xác đinh bằng phương trình sau: QW = W(T2 - TW)F., Kcal (2.31) TW - Nhiệt độ của nước, 0K; TV2- Nhiệt độ của vách xy lanh phía làm mát, 0K; F - Diện tích bề mặt truyền nhiệt, m2;  - Thời gian, s; W - Hệ số toả nhiệt đối lưu giữa vách và nước làm mát; Kcal/m2h.độ. , Kcal/m2h.độ (2.32) W- Tốc độ của nước, m/s. 6. Xác định các chỉ số trạng thái nhiệt của các chi tiết Đối với trạng thái nhiệt ổn định, giá trị của dòng nhiệt từ khí đến vách, qua vách và từ vách đến nước mát sẽ giống nhau: (2.33) Khi đặt các giá trị của các dòng nhiệt nhận được từ các phương trình (2.26), (2.30), (2.31) ta nhận được: (2.34) Ta tìm các giá trị chênh lệch nhiệt độ ở các giai đoạn khác nhau của quá trình truyền nhiệt và mức chênh lệch nhiệt độ chung: (2.35a) (2.35b) (2.35c) (2.36) Hoặc: q = K(Tkh - TW), (2.37) ở đây: là hệ số truyền nhiệt chung từ khí đến nước làm mát. Còn giá trị: là sức cản nhiệt của sự truyền nhiệt. Ta xác định nhiệt độ ở bề mặt vách từ phía khí từ (2.35b) và (2.35a) ta có: (3-38) ở đây: q = K1(Tv1 - TW) (2.39) (2.40) Phương trình nhận được (2.39) ta cân bằng với (2.34) ta có: (2.41) Sau khi biến đổi ta nhận được phương trình nhiệt độ của vách từ phía khí: (2.42) Nhiệt độ trên bề mặt ở phía chất lỏng làm mát có thể suy ra từ phương trình (2.35c): (2.43) Độ chênh lệch nhiệt độ có thể xác định từ phương trình (2.35b): (2.44) 2.3.3. Nhiệt độ thay thế trung bình của khí trong xi lanh Khi xem xét sự truyền nhiệt trong xy lanh động cơ đã có các giả thiết về sự thay thế các dòng nhiệt không ổn định bằng dòng nhiệt ổn định ở điều kiện giữ nguyên lượng nhiệt lượng trao đổi trong một chu trình trong dòng nhiệt ổn định và không ổn định. (2.45) ở đây: QCT - Lượng nhiệt truyền qua một đơn vị bề mặt sau một chu trình; Tk3 - Nhiệt độ thay thế trung bình của khí trong xi lanh; T1tb - Nhiệt độ trung bình của vách phía trong tiếp xúc với khí; ktb - Giá trị trung bình của hệ số trao đổi nhiệt từ khí đến vách; kh - Giá trị tức thời của hệ số trao đổi nhiệt từ khí đến vách; TV1 - Giá trị tức thời của nhiệt độ vách phía trong xy lanh động cơ; Tkh - Giá trị tức thời của nhiệt độ khí trong xy lanh động cơ 0 - Thời gian của một chu kỳ. Mở ngoặc công thức (2.45) ta nhận được: ; (2.46) ta lấy: Tv1 = T1tb (2.47) (2.48) Chấp nhận giả thiết đầu tiên ta coi nhiệt độ của vách ở phía khí dao động trong thời gian nhỏ gần ở giá trị trung bình của nó. Giả thiết thứ hai biểu hiện là hệ số trung bình trao đổi nhiệt từ khí đến vách được xác định giống như giá trị tích phân trung bình theo thời gian của chu trình. Ý nghĩa đại số của giả thiết này ghi trên hình 2.5. Giản ước theo giá trị được chấp nhận trong đẳng thức (2.46) các thành phần và ta nhận được: (2.49) Từ đó nhiệt độ thay thế trung bình của khí sẽ bằng: (2.50) ở đây: = (2.51) Ta xét ý nghĩa đại số giá trị . Nó có thể xác định được nếu chia diện tích dưới đường cong khTkh = f()cho thời gian một chu trình c 0. Phương trình nhận được của Tk3 cho phép tính được giá... khai thác. Thông thường người ta xác định nguyên nhân hỏng hóc và sự cố trên cơ sở kinh nghiệm cá nhân, và trước tiên dựa vào kinh nghiệm của người sĩ quan cơ điện trên tàu. Nếu kinh nghiệm cũng không cho kết quả thì phải lập kế hoạch xác định nguyên nhân sự cố: nghiên cứu tài liệu, học hỏi mọi người, kiểm tra động cơ, tiến hành các đo đạc cần thiết và các phân tích thí nghiệm. Sau khi xác định nguyên nhân sự cố sẽ dễ dàng tìm được cách khắc phục và phòng ngừa nó. Kinh nghiệm lâu dài khai thác các động cơ tàu quân sự của Hải quân cho phép giải thích một loạt các hư hỏng lặp đi lặp lại cùng với hậu quả nghiêm trọng nhất của nó. Trong số đó có thể nêu ra các va đập thuỷ lực, nổ trong các -te và bầu nạp không khí, sự vượt tốc của động cơ, sự chảy của ổ trục. Chúng ta sẽ khảo sát các tình trạng, các nguyên nhân và biện pháp ngăn ngừa các hư hỏng đã nêu. 12.3. Các va đập thuỷ lực trong các xy lanh động cơ Nếu chất lỏng lọt vào các xy lanh động cơ thì khi các xu páp đóng và pit tông khi chuyển động lên điểm chết trên, thông qua chất lỏng không khí bị nén đập vào nắp xy lanh gây hư hỏng hay phá huỷ các chi tiết của động cơ. Hư hỏng như thế được gọi là va đập thuỷ lực. Nguyên nhân của va đập thuỷ lực là nước hay dầu lọt vào khoang trong các xy lanh động cơ với số lượng vượt quá thể tích buồng cháy. Các hậu quả đặc trưng của va đập thuỷ lực là uốn và đứt thanh truyền, phá hỏng pít tông, nắp máy và xy lanh. Trong một số trường hợp nặng nhất thì gây phá huỷ blốc xy lanh và thậm chí uốn trục khuỷu. Đề phòng va đập thuỷ lực, trước hết có nghĩa là loại trừ khả năng lọt chất lỏng vào buồng cháy. Do đó cần phải biết bằng cách nào và theo lối nào chất lỏng có thể đi vào các xy lanh của động cơ. 1. Nước ngoài mạn Nước ngoài mạn có thể đi qua hệ thống thải khíN, các vết nứt trong ống dẫn khí xả, còn trong trường hợp làm mát động cơ bằng nước mạn (làm mát hở) là qua các vết nứt trong nắp máy đi vào xy lanh động cơ. Trong các động cơ có làm mát trung gian khí tăng áp, nước mạn có thể lọt vào các xy lanh qua các vết nứt trong các ngăn của bầu làm mát khí. Trên tàu ngầm, nguyên nhân va đập thuỷ lực có thể là do mở quá sớm cửa xả khí khi khởi động và đóng nó quá muộn khi dừng động cơ trong chế độ kính tiềm vọng cũng như khi động cơ làm việc để bơm tải trọng dằn chính. Để đề phòng các va đập thuỷ lực do nước mạn lọt vào xy lanh, sau khi dừng động cơ và trước mỗi lần khởi động cần phải mở các van kiểm tra và van xả của các khoang khí của ống thải, các bầu chứa khí, ống dẫn khí xả và bộ gom khí của tua bin - máy nén. Trước mỗi lần khởi động quay động cơ 1,5  2 vòng khi các khoá van chỉ thị mở. Các ống dẫn khí, các thiết bị khoá và cụm ống xả cần định kỳ kiểm tra độ kín. ở các động cơ có làm mát trung gian khí tăng áp, khi ngừng hoạt động hơn 2 giờ cần phải tháo nước khỏi bầu làm mát. 2. Nước ngọt Nước ngọt có thể vào các xy lanh qua các vết nứt, các vết rỗ do ăn mòn hay các khuyết tật đúc trong nắp máy và trong các xy lanh. Một trong các dấu hiệu có thể cho biết nước ngọt lọt vào các xy lanh là mức nước trong két giãn nở bị giảm. Nếu vì các nguyên nhân nào đó khi động cơ không hoạt động mà mức nước bị giảm thì cần phải xác minh và khắc phục nguyên nhân đó trước khi khởi động máy. ở các động cơ kiểu M -500 sau khi dừng máy cần phải khử áp lực trong két giãn nở. Trong các động cơ hình sao kiểu M - 500 va đập thủy lực có thể xảy ra do dầu bôi trơn lọt vào trong các xy lanh các block nằm dưới thấp. Sau khi dừng các động cơ này, dầu chảy từ các chi tiết của cơ cấu khuỷu trục - thanh truyền vào ống thu dầu và vào các xy lanh các block thấp. Nếu sau khi dừng máy không hút dầu ra đồng thời với quay trục khuỷu thì dầu ngấm qua các khe hở giữa pít tông và xy lanh và qua các kênh dẫn dầu của xéc măng vào khoang xy lanh. Để kiểm tra sự có dầu trong xy lanh các block thấp người ta thường làm một loạt các lỗ xả dầu và hệ thống riêng cho kiểm tra. 12.4. Nổ trong các -te và các bầu chứa không khí của động cơ Nếu trong các -te động cơ hình thành hỗn hợp gây nổ của hơi dầu và không khí, thì khi tiếp xúc với chi tiết máy nóng nào đó nó có thể bốc cháy và gây nổ. Các sự cố tương tự thường kèm theo các hậu quả nặng nề. Đã thống kê được là trung bình hàng năm trên các tàu xảy ra 10  12 vụ nổ các động cơ. 1. Các nguyên nhân và cơ chế phát triển của vụ nổ các -te Trong các -te các động cơ thường xuyên có không khí bị bão hòa, các phần tử dầu dạng hạt nhỏ. ở các nhiệt độ bình thường cường độ bốc hơi của các phần tử này không đáng kể và nồng độ hơi dầu không đạt tới các giá trị tới hạn gây nổ. Nếu trong các -te xuất hiện “điểm nóng” ở dạng phần chi tiết máy bị quá nóng thì nó trở thành nguồn bốc hơi dầu mạnh. Sự bốc hơi sẽ xảy ra cho đến khi toàn bộ các -te hay một phần thể tích của nó bị điền đầy với nồng độ hỗn hợp hơi dầu theo trọng lượng tới giới hạn 88,9  94,4% - là giới hạn bốc lửa. Tiếp tục đốt nóng thì nhiệt độ hỗn hợp tăng lên đến nhiệt độ bốc lửa nằm trong khoảng 270  3500C. Hỗn hợp bị bốc lửa và phát sinh sự nổ ban đầu, khi đó các van an toàn sẽ làm việc hoặc là các -te động cơ bị phá hỏng. Tiếp theo áp lực sóng là sự giảm áp suất cục bộ, không khí bên ngoài qua các -te hỏng xâm nhập vào hỗn hợp khí - không khí nóng gây ra nổ thứ cấp còn mạnh hơn. Khi đó luồng lửa phụt ra từ các -te có thể gây hỏa hoạn và nguy hiểm đến sinh mạng. Nguồn sinh nhiệt mạnh có thể là các phần quá nóng của các ổ bạc lót thanh truyền, ổ trục và cổ khuỷu, của các xy lanh và pít tông bị sứt mẻ để cho khí cháy lọt qua. Tất cả các nguyên nhân làm hỏng chế độ bôi trơn, làm quá nóng các chi tiết và làm giảm nhiệt độ bắt lửa của dầu đều gây ra nguy cơ nổ trong các -te. 2. Biện pháp phòng ngừa hiện tượng nổ các -te Để pháp phòng ngừa hiện tượng nổ các -te cần phải: - Bảo đảm bôi trơn tin cậy cho động cơ; - Duy trì các khe hở trong các ổ và các chi tiết nhóm xy lanh piston trong các giới hạn cho phép; - Theo dõi sự làm việc bình thường của hệ thống thông hơi các -te; - Phân tích dầu đúng hạn định và không cho phép nhiệt độ bắt lửa của dầu hạ thấp hơn 1750C; - Theo dõi trạng thái chính xác của các van an toàn trên các -te và các lưới dập lửa của chúng; - Không cho phép nhiên liệu làm loãng dầu bôi trơn. 3. Hiện tượng nổ trong các bầu chứa khí nạp Đôi khi trong khai thác, hiện tượng nổ trong các bầu chứa khí nạp, nhưng sức mạnh và hậu quả gây ra thường nhỏ hơn các vụ nổ trong các -te. Các nguyên nhân hiện tượng nổ này là do dầu bôi trơn lọt vào trong khoang chứa khí. ở các động cơ 2 kỳ dầu có thể bị hút vào bầu chứa khí nạp qua các cửa hút do các xéc măng dầu lắp không đúng hoặc bị mòn, còn trong các động cơ 4 kỳ - qua hệ thống thông hơi các -te. Dầu sau khi lọt vào bầu chứa khí, bị sấy nóng và bốc hơi tạo hỗn hợp gây nổ. Nguyên nhân bắt lửa trực tiếp của hỗn hợp này thường là khí cháy bị lọt nhiều vào bầu chứa khí nạp khi cản áp đường thải quá cao, điều này đặc trưng cho các động cơ tàu ngầm làm việc ở chế độ kính tiềm vọng, khi quét tải trọng dằn chính hay khi đóng đột ngột đậy nắp che ống thải khí. Các vụ nổ trong bầu chứa khí thường hay xảy ra ở các động cơ 2 kỳ do các đặc điểm của hệ thống trao đổi khí làm tăng khả năng lọt dầu vào bầu chứa khí nạp nhiều hơn. Để đề phòng hiện tượng nổ trong bầu chứa khí nạp cần phải giữ các xéc măng ở trạng thái tốt, xả dầu khỏi bầu chứa khí nạp khi động cơ làm việc, không cho phép cản áp ống thải quá cao, đảm bảo tốt hệ thống thông hơi các -te và các van an toàn trên bầu chứa khí nạp. 12.5. Động cơ bị vượt tốc 1. Hiện tượng Vượt tốc là hiện tượng tốc độ động cơ đột ngột tăng cao và làm việc với số vòng quay cao quá cho phép. Khi đó các lực quán tính vượt quá giới hạn cho phép cực đại nên có thể gây ra đứt bu lông thanh truyền và thanh truyền, thủng pít tông và xy lanh, nóng chảy các ổ và dẫn đến gãy trục khuỷu. 2. Nguyên nhân Các nguên nhân vượt tốc thường liên quan đến các trục trặc của thiết bị nhiên liệu, bộ điều tốc hoặc các xéc măng dầu. Hiện tượng vượt tốc có thể xảy ra khi các thanh răng bơm cao áp bị kẹt, sai lệch vị trí “0” của thanh răng bơm cao áp; kẹt van trượt hoặc pít tông tự động của bộ điều tốc; khi các xéc măng dầu bị mòn nhiều hay lắp không đúng làm dầu lọt nhiều vào buồng cháy; khi dầu với số lượng đáng kể lọt vào bầu khí nạp khi động cơ bắt đầu làm việc. 3. Biện pháp khắc phục Nếu động cơ bắt đầu làm việc với sự vượt tốc thì để dừng máy phải ngừng ngay việc cung cấp nhiên liệu và không khí bằng cách gạt tay gạt thanh răng về vị trí “0” và tăng tải cho động cơ tùy khả năng. 12.6. Nóng chảy các ổ trục khuỷu 1. Hiện tượng Khi động cơ làm việc, nếu vì nguyên nhân nào đó việc cung cấp dầu bôi trơn đến các ổ trục khuỷu bị xấu đi hay bị ngừng hoàn toàn thì lớp kim loại chịu ma sát của các ổ bắt đầu bị nóng chảy do ma sát và đốt nóng tăng. Hiện tượng hư hỏng này gọi là chảy ổ. Khi kim loại chịu ma sát bị nóng chảy nhiều có thể bị dính lên cổ trục và làm xây xát các cổ trục do nó quay trong các ổ mất khả năng chịu ma sát. Hư hỏng nặng nhất loại này là trục khuỷu, các gối đỡ các ổ cùng với các -te bị biến dạng nhiệt. Trong trường hợp đó để phục hồi động cơ yêu cầu phải thay thanh truyền, trục khuỷu, các ổ trục khuỷu và các -te động cơ. Như vậy sẽ rất ốn kém và hợp lý hơn là thay cả động cơ mới. 2. Nguyên nhân Các nguyên nhân nóng chảy ổ có thể là: không đủ áp suất dầu hoặc khe hở ổ trục thiết lập sai; chất lượng thấp của kim loại chịu ma sát hoặc tiếp xúc kém của bề mặt bạc lót với cổ trục, dầu bị loãng do nhiên liệu hay nước lọt vào, chế độ sấy nóng không đúng hoặc tăng tải đột ngột, khởi động không bơm dầu trước hoặc khởi động mà van đường ống đóng. 3. Các dấu hiệu đặc trưng Các dấu hiệu đặc trưng cho biết hiện tượng chảy ổ là: vòng quay giảm, áp suất dâu giảm và nhiệt độ dầu tăng; xuất hiện các tiếng gõ không bình thường và khói trắng khí xả với mùi đặc biệt; có mạt kim loại trong các bầu lọc; đèn báo tín hiệu trên bầu lọc bộ tín hiệu làm việc (động cơ kiểu M -500). Khi phát hiện các dấu hiệu trên phải dừng máy và tìm nguyên nhân sự cố. 4. Biện pháp khắc phục Để phòng ngừa chảy ổ cần phải kiểm tra chặt chẽ sự làm việc của hệ thống bôi trơn bằng các dụng cụ đo - kiểm, việc sấy nóng máy và tăng tải phải đúng qui phạm; chỉ khởi động máy sau khi đã bơm dầu; theo dõi định kỳ trạng thái các ổ và các cổ trục khuỷu; không cho phép để lọt nước, nhiên liệu và các tạp chất cơ học vào dầu. 12.7. Các sự cố đặc trưng của động cơ Khi khai thác thuần thục thì rất ít khi xảy ra hư hỏng động cơ. Người kỹ sư cơ điện thường xuyên phải xử lý nhiều sự cố. Các sự cố đặc trưng nhất thường cho trong cá qui phạm khai thác động cơ tàu thủy, trong các chỉ dẫn của nhà máy và các hướng dẫn khai thác. 1. Trong thời gian khởi động Trong thời gian khởi động có thể xuất hiện có các trục trặc làm cho động cơ khó hoặc hoàn toàn không khởi động được. Điều này có thể xảy ra khi nhiệt độ môi trường quá thấp hoặc không đủ áp suất khi khởi động (hay điện áp ắc qui thấp), các van khởi động không kín hoặc bị kẹt, tắc các ống dẫn khí vào, hệ thống nhiên liệu hay mạch điện khởi động bị hư hỏng. 2. Trong thời gian động cơ làm việc Trong thời gian động cơ làm việc có thể xuất hiện sự cố do phá hủy các chế độ làm mát và bôi trơn, quá tải và điều chỉnh động cơ không tốt, không chú ý theo dõi các thiết bị đo - kiểm và hệ thống đèn tín hiệu sự cố. Đôi khi có thể phát hiện trục trặc nhờ màu khói khí xả. Khói đen có thể do sự quá tải toàn bộ hay ở một số xy lanh, cơ cấu phối khí hay thiết bị nhiên liệu làm việc không bình thường, động cơ mất điều chỉnh hoặc áp suất tăng áp thấp. Khói xanh cho biết có nhiều dầu lọt vào buồng cháy. Khói trắng sáng chứng tỏ nước lọt vào xy lanh. Các tiếng gõ lạ trong động cơ xuất hiện chứng tỏ việc cấp nhiên liệu quá sớm hay quá muộn, các khe hở trong dẫn động xu páp hoặc khe hở các ổ trục (đặc biệt ổ trục khuỷu) quá lớn. Các van an toàn làm việc chỉ ra sự quá tải trong tất cả hoặc trong một số xy lanh riêng biệt. Các sự cố hay gặp trong khai thác cần được nghiên cứu cẩn thận trong các bài thực hành và đặc biệt chúng phải được phân biệt về các nguyên nhân xuất hiện các sự cố này. Hệ thống hóa và phân tích các nguyên nhân sự cố làm nguồn thông tin quan trọng nhất để hoàn thiện kết cấu và công nghệ chế tạo động cơ, tích lũy kinh nghiệm khai thác và hiệu chỉnh các hướng dẫn; huấn luyện chiến sĩ về nhận thức và phương pháp khai thác thuần thục đảm bảo các điêzen làm việc không có hư hỏng. Chương 13 Độ hao mòn các chi tiết ĐCĐT tàu quân sự hệ thống kiểm tra và sửa chữa định kỳh 13.1. Các nguyên nhân và các tính chất gây hao mòn của các chi tiết trong ĐCĐT Trạng thái kỹ thuật của động cơ trong quá trình khai thác do sự mòn nên dần dần bị thay đổi: công suất bị giảm, tiêu hao nhiên liệu và dầu nhờn tăng lên, mức ồn và độ rung động tăng. Thường thường sự hao mòn của các chi tiết động cơ mang đặc tính quy luật. Cần hiểu biết các quy luật này để tổ chức khai thác, sửa chữa kỹ thuật thành thạo và nâng cao tuổi thọ của động cơ. Sự hao mòn là quá trình thay đổi dần dần các kích thước, độ kín, trọng lượng và các tính chất của vật liệu các chi tiết, dẫn đến giảm các chất lượng khai thác của động cơ. Khi khai thác thuần thục thì cường độ mòn không vượt quá các giới hạn đã xác lập. Sai lệch bất kỳ khỏi các điều kiện khai thác định mức, ví dụ sự quá tải, đều gây gia tăng độ mòn của động cơ. Dựa vào các nguyên nhân phát sinh, người ta phân chia thành mòn cơ học, mòn do ăn mòn và mòn xâm thực. 1. Mòn cơ học Mòn cơ học xảy ra do ma sát của các bề mặt tiếp xúc và là sự kết hợp các hiện tượng mòn cơ học - phân tử, cơ học - ăn mòn và mài mòn. a. Mòn cơ học - phân tử: Mòn cơ học - phân tử xuất hiện dưới tác dụng của các lực tác dụng tương hỗ phân tử của vật liệu ở các mặt ma sát, kết quả là xảy ra dứt đứt các phần tử, chuyển vật liệu của một chi tiết lên bề mặt và vào trong vật liệu chi tiết khác. b. Mòn cơ học - ăn mòn: Mòn cơ học - ăn mòn xảy ra do ôxi hoá các bề mặt làm việc bằng ôxi không khí, bằng các thành phần hoạt tính của các sản vật cháy và bằng các axit có trong nhiên liệu và dầu bôi trơn, cũng như do sự phá huỷ tiếp theo các màng ôxít đã được tạo ra dưới tác dụng của lực ma sát. Sự mài mòn xảy ra do kết quả các sản vật mài mòn lọt vào giữa các bề mặt làm việc, do sự cốc hoá dầu, cặn bẩn, cáu than, v.v... Tất cả các chi tiết làm việc trong động cơ chịu mòn cơ học: các xéc măng, các xy lanh, các ổ, các ống dẫn hướng các xu páp, v.v... 2. Ăn mòn ăn mòn xuất hiện do tương tác hoá học hay điện hoá của bề mặt kim loại với nước làm mát, các khí cháy hay hơi ẩm. Ăn mòn hoá học (chất khí) là kết quả tác dụng trực tiếp của khí cháy lên bề mặt kim loại. Nó tác dụng lên đỉnh các pít tông, nắp xy lanh, lên bề mặt làm việc của xy lanh và lên các xu páp. Ăn mòn điện hoá (chất lỏng) tác dụng lên các chi tiết tiếp xúc với nước làm mát hay hơi ẩm đóng vai trò dung môi, và các chi tiết bị ăn mòn dưới tác dụng các dòng điện Vônte xuất hiện giữa các phần kim loại có chênh lệch điện thế. Ăn mòn điện hoá tác dụng lên các mặt ngoài và trong của xy lanh, mặt trong khoang nước làm mát của nắp máy, blok xy lanh và các bộ phận của hệ thống làm mát. 3. Mòn xâm thực Mòn xâm thực là do các hiện tượng xâm thực xuất hiện trong các khoang làm mát, nó kèm theo sự ăn mòn điện hoá, liên quan đến sự phá huỷ màng bảo vệ trên bề mặt kim loại. Các mặt ngoài của các xy lanh chịu mòn xâm thực. Trị số độ mòn được xác định bằng phương pháp đo kích thước các chi tiết, bằng cách cân, bằng phương pháp chuẩn nhân tạo, sử dụng các đồng vị phóng xạ hoặc máy ghi biến dạng. Phương pháp “đo vi” là phương pháp chính để xác định trị số độ mòn kể cả trong điều kiện dưới tàu lẫn trong các xí nghiệp sửa chữa. Muốn xác định độ mòn tổng thể của động cơ có thể được xét đoán gián tiếp theo hiện tượng giảm các chất lượng khai thác của nó (sự giảm công suấts, tiêu tốn nhiên liệu và dầu bôi trơn tăng lên, biểu hiện khói đen khí xả, v.v...) cũng như theo thời gian làm việc tổng cộng của động cơ tính từ thời điểm chế tạo hay sau sửa chữa. 13.2. Đặc tính mòn các chi tiết chính của động cơ 1. ống lót xy lanh Độ mòn các ống lót xy lanh cùng với độ mòn nhóm pít tông thường xác định thời hạn phục vụ của động cơ trước sửa chữa. Bề mặt làm việc của xy lanh bị mòn phần lớn do mòn cơ học và ăn mòn; mặt ngoài bị mòn do ăn mòn điện hoá và mòn xâm thực. Vì sự ăn mòn bề mặt làm việc của xy lanh, sự mòn bề mặt ngoài đã được khảo sát ở những chương trước, nên dưới đây sẽ chỉ khảo sát sự mài mòn cơ học xy lanh. Mòn cơ học xy lanh có các tính chất sau: - Mòn theo độ cao, về nguyên tắc, được hạn chế trên đoạn không lớn tương ứng vị trí xéc măng trên cùng thời điểm pít tông ở điểm chết trên. Vì ở vị trí này tốc độ pít tông gần tới 0, còn xéc măng ở thời điểm nổ bị ép vào xy lanh với lực lớn nhất, nên ở đây có thể xuất hiện ma sát nửa ướt, và trường hợp này độ mòn lớn nhất. Mòn cơ học kèm theo ăn mòn bề mặt gương xy lanh. Ngoài giới hạn phần này độ mòn nhỏ vì tốc độ pít tông tăng, làm xuất hiện chế độ ma sát ướt. - Độ mòn có tăng một ít ở đoạn tương ứng vị trí pít tông ở điểm chết dưới, vì ở đây điều kiện bôi trơn cũng xấu đi. - ở các động cơ 2 kỳ, độ mòn xy lanh tăng lên ở khu vực các cửa quét và thải, ở đó áp suất riêng của các xéc măng bị tăng lên trên đoạn nối giữa các cửa, còn sự bôi trơn bị xấu đi do dầu bị không khí quét hay khí thải thổi dạt đi. - Theo chu vi, xy lanh bị mòn thành dạng elíp do áp suất pít tông ép không đều lên xy lanh. Độ mòn không đều xy lanh theo chiều cao và đường kính gây tăng khe hở giữa pít tông và xy lanh, phá huỷ sự làm việc bình thường của các xéc măng và là nguyên nhân chủ yếu làm giảm công suất động cơ do tổn thất một phần không khí nạp và lọt khí cháy xuống các te. Độ mòn giới hạn của xy lanh ĐCĐT cao tốc không được vượt quá 0,6  1,0% đường kính xy lanh. Độ côn không được vượt quá 0, 15mm trên 1m độ dài. 2. Nhóm pít tông Pít tông bị mòn ở phần dẫn hướng, các xéc măng và các rãnh xéc măng, các bề mặt đỡ của bệ chốt và chốt. Xéc măng trên cùng bị mòn nhiều hơn cả, vì trên các đoạn hành trình riêng biệt của pít tông nó làm việc trong các điều kiện ma sát nửa ướt và chịu các áp suất cao, nhiệt độ cao và các sản phẩm cháy ăn mòn mạnh. Khi bị mòn, chiều dày của nó bị giảm, các tính chất đàn hồi bị xấu đi và khe hở trong miệng xéc măng bị tăng lên, do vậy tăng vọt khí cháy và không khí nạp. Việc đạt tới khe hở giới hạn của miệng xéc măng xác định sự cần thiết tháo động cơ để thay thế các xéc măng. Vì vậy, giá trị độ mòn của xéc măng trên cùng là một trong các chỉ tiêu xác định thời hạn làm việc của động cơ tới khi sửa chữa. Các xéc măng còn lại bị mòn ít hơn. Các rãnh xéc măng bị mòn theo chiều cao, các nguyên nhân mòn là do gây va đập các xéc măng, tác dụng của mài mòn và ăn mòn. Phần dẫn hướng của pít tông bị mòn ít hơn. Khi làm việc nó có hơi bị ôvan. Chốt pít tông bị mòn theo đường kính, đồng thời bị cả độ elíp và bị côn. Độ mòn của chốt, các bề mặt tỳ trong bệ chốt và trong đầu nhỏ thanh truyền dẫn đến làm tăng khe hở trong ổ đầu to thanh truyền, xuất hiện các tiếng gõ, làm xấu chất lượng bôi trơn. Độ elíp giới hạn theo đường kính pít tông và độ côn theo chiều dài phần dẫn hướng, đối với ĐCĐT không đượt vượt quá 0,15  0, 80mm. Độ mòn giới hạn của các xéc măng theo bề dày không được vượt quá 0,005  0, 006 đường kính xy lanh. Độ elíp và độ côn các chốt pít tông không được vượt quá 0,12  0,25mm. 3. Trục khuỷu và các ổ đỡ Người ta xác định tuổi thọ động cơ cho đến kỳ đại tu theo thời gian đạt tới độ mòn giới hạn của các cổ trục khuỷu và của khe hở trong các ổ. Các cổ trục và các ổ chịu mòn do ma sát, mài mòn và ăn mòn. Kết quả, đường kính cổ trục bị giảm, đường kính trong các bạc lót đến các ổ và khe hở trong các ổ tăng lên. Điều đó dẫn đến làm xấu điều kiện bôi trơn, tăng ma sát và tăng nguy cơ nóng chảy các ổ. Trị số độ mòn các ổ riêng biệt và các bạc lót không như nhau, do đó phá huỷ sự đồng tâm các cổ khuỷu và trục khuỷu bị uốn trên từng phần riêng biệt. Độ uốn này được đo theo sự sai lệch của các má trục. Nếu trị số sai lệch các má khuỷu đạt trị số giới hạn thì phải tháo rã động cơ và lắp đặt lại trục, khi đó theo nguyên tắc phải thay tất cả các bạc lót trong ổ khuỷu. Ngoài ra, mỗi cổ trục và bạc lót bị mòn không như nhau ở các tiết diện khác nhau, kể cả theo độ dài lẫn theo chu vi. Do đó, xuất hiện độ côn, hình trống, độ ôvan. Giá trị độ mòn giới hạn cho phép của trục và ổ được cho trong thuyết minh động cơ hay trong các tài liệu kỹ thuật cho sửa chữa. 13.3. ảnh hưởng của các yếu tố khai thác chủ yếu tới độ mòn động cơ Các yếu tố khai thác chủ yếu có ảnh hưởng đến cường độ mòn là: tải trọng, số vòng quay, tính ổn định của chế độ làm việc, tần số khởi động và dừng máy, hiệu quả bôi trơn và trạng thái nhiệt của động cơ. 1. Tải trọng Tải trọng càng cao (đặc trưng bằng Pc cao) thì áp suất riêng biệt các chi tiết càng lớn, ứng suất nhiệt cao hơn, càng khó đảm bảo chế độ ma sát ướt và do đó mòn càng mạnh. Nhưng khi tải trọng quá thấp thì quá trình tạo hỗn hợp bị xấu đi và các chi tiết cơ bản có nhiệt độ thấp. Khi đó động cơ làm việc với các khe hở lớn trong nhóm pít tông - xy lanh, sự lọt khí cháy xuống các te bị tăng, các xéc măng bị cốc hoá, điều kiện bôi trơn bị xấu đi, điểm này cũng dẫn đến tăng cường độ mòn. Các tổn thất công suất của động cơ cho ma sát được xác định bằng quan hệ: Vì vậy, số vòng quay ảnh hưởng đơn trị đến độ mòn động cơ. Tăng vòng quay thì cường độ mòn tăng. Sự thay đổi bất kỳ số vòng quay gây ra sự xuất hiện thời kỳ chạy rà các chi tiết làm việc, khi đó làm mất tính ổn định của chế độ bôi trơn. Vì vậy, sự chuyển tiếp các chế độ làm việc cũng như khởi động và dừng động cơ luôn kèm theo sự tăng cường độ mài mòn. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra, giá trị độ mòn lót xy lanh, các xéc măng và pít tông sau một lần khởi động khẩn cấp tương đương độ mòn các chi tiết đó khi động cơ làm việc trong 7  10 giờ ở công suất toàn bộ. 2. Trạng thái nhiệt của động cơ Trạng thái nhiệt của động cơ ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ mòn của các chi tiết nhóm pít tông - xy lanh. Khi giảm nhiệt độ nước làm mát, dầu bôi trơn và của vách xy lanh thì điều kiện bôi trơn bị xấu đi, sự ngưng tụ hơi ẩm và hình thành các axit ăn mòn trong khoang xy lanh bị tăng lên, kết quả là làm tăng cường độ mòn cơ học và ăn mòn lót xy lanh, các xéc măng và pít tông. Thí nghiệm đã chứng minh: giảm nhiệt độ dầu bôi trơn một đại lượng từ 2  100C dẫn đến tăng độ mòn các chi tiết động cơ trong thời gian khởi động tới 1,5  2 lần. Chế độ nhiệt độ ảnh hưởng đặc biệt lớn đến độ mòn khi sử dụng nhiên liệu có lưu huỳnh. 13.4. Các biện pháp để giảm độ mòn các chi tiết trong động cơ Để giảm độ mòn cho các chi tiết cần phải: - Thực hiện nghiêm túc các yêu cầu của nhà máy chỉ dẫn và quy phạm khai thác động cơ; - Tránh khởi động thường xuyên động cơ từ trạng thái nguội; - Đảm bảo sấy nóng sơ bộ dầu, nước và bản thân động cơ trước khi khởi động; - Duy trì các nhiệt độ tối ưu của nước và dầu ở tất cả các chế độ làm việc; - Bơm sục dầu cẩn thận cho động cơ trước khi khởi động; - Theo dõi trạng thái làm việc tốt của các bầu lọc dầu, nhiên liệu và nước. - Không cho phép động cơ làm việc lâu khi quá tải, tải nhỏ hay không tải. - Thay dầu bôi trơn đúng thời gian và kiểm tra chất lượng dầu trong quá trình khai thác. - Tiến hành quan sát và bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ đúng thời gian và đầy đủ nội dung. 13.5. Thời hạn phục vụ và tuổi thọ của động cơ Thời gian làm việc tổng cộng của động cơ theo giờ, hiện nay là chỉ tiêu cơ bản để xét đoán về sự cần thiết tiến hành bảo quản, kiểm sửa. Chỉ tiêu này, bằng các thử nghiệm kỹ thuật tin cậy trên giá thử và trên tàu sẽ xác định sơ bộ các thời hạn tối ưu để thay dầu và sửa chữa, kể cả các chi tiết cá biệt lẫn toàn bộ động cơ. 1. Tuổi thọ động cơ đến khi kiểm tra nhóm pít tông Tuổi thọ động cơ đến khi kiểm tra nhóm pít tông là số giờ làm việc tổng cộng do nhà máy xác định từ lúc bắt đầu khai thác hay sau khi sửa chữa, đến lần tháo rã bộ phận động cơ tiếp theo để kiểm tra và làm vệ sinh nhóm pít tông, thay các xéc măng và rà các xu páp. 2. Tuổi thọ động cơ đến khi sửa chữa tại nhà máy Tuổi thọ động cơ đến khi sửa chữa tại nhà máy (đi đốc) là số giờ làm việc tổng cộng do nhà máy ấn định từ lúc bắt đầu khai thác hay sau sửa chữa đến lần sửa chữa tại nhà máy tiếp theo cho động cơ, tiến hành vào giai đoạn sửa chữa cho con tàu tại nhà máy. 3. Tuổi thọ toàn bộ của động cơ Tuổi thọ toàn bộ của động cơ là số giờ làm việc tổng cộng do nhà máy ấn định từ khi bắt đầu khai thác đến khi thanh lý. 4. Thời hạn phục vụ của động cơ Thời hạn phục vụ của động cơ là thời hạn khai thác do nhà máy xác lập đến trạng thái giới hạn của động cơ được giới thiệu trong tài liệu kỹ thuật, hoặc đến khi thanh lý. Theo các yêu cầu của Điều lệ công tác kỹ thuật Hải quân, phụ thuộc vào kiểu và công dụng của các động cơ, giá trị tuổi thọ và các thời hạn phục vụ được ấn định: - Tuổi thọ đến khi kiểm tra nhóm pít tông : Từ 3000  6000 giờ; - Tuổi thọ đến khi sửa chữa ở xưởng : Từ 3000  25000 giờ. - Tuổi thọ toàn bộ : Từ 1000  50000 giờ. - Thời hạn phục vụ : Từ 10  25 năm. Thời hạn phục vụ và các tuổi thọ được cho trong các tài liệu kỹ thuật khi xuất xưởng động cơ. Chú ý: Đối với các động cơ động cơ cao tốc, tháo lắp khi sửa chữa đốc chỉ được tiến hành trên nhà máy hay trong xưởng trạm, và nó đồng thời cũng là tuổi thọ đến khi kiểm tra nhóm pít tông. 13.6. Ý nghĩa, phân loại và nội dung của bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ cho động cơ Để duy trì các động cơ trong tuổi thọ ấn định, trên các tàu quân sự của Hải Quân thực hiện công tác bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ Kiểm tra và sửa chữa dự phòng theo kế hoạch mang tính chất bắt buộc và có mục đích là: 1. Phòng ngừa các tình trạng mòn sớm có thể gây ra các sự cố gãy vỡ và tai nạn; 2. Phát hiện kịp thời và khắc phục những khuyết tật và sự cố; 3. Tích luỹ và khái quát hoá các số liệu kỹ thuật đặc trưng cường độ mòn của các chi tiết riêng biệt và các bộ phận của động cơ. Khối lượng công việc khi bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ, và chu kỳ của chúng được xác định trên cơ sở nghiên cứu kỹ càng kinh nghiệm khai thác các động cơ và được phản ánh trong các hướng dẫn phù hợp và các chỉ lệnh. Bảo quản dự phòng được tiến hành qua các thời hạn xác định (hàng ngày và hàng tuần) và qua số giờ làm việc xác định (qua mỗi 100, 500, 1500 giờ...). Kiểm sửa định kỳ được phân chia thành hàng hải, hàng ngày, trung tu và đại tu. Chu kỳ, thời hạn và thứ tự tiến hành bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ được xác định trong chỉ lệnh về quy trình khai thác các tàu quân sự của Hải Quân và trong quy định về việc tổ chức sửa chữa tàu quân sự của Hải Quân. Khối lượng công việc sửa chữa, việc tổ chức chúng và tuần tự thực hiện được khảo sát trong giáo trình sửa chữa tàu. Kế hoạch bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ do cơ quan tham mưu lữ đoàn thực hiện. Không cho phép huỷ bỏ các thời hạn thực hiện bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ. Trách nhiệm thực hiện đúng thời gian bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ, phân chia thời gian và sử dụng đúng thời gian thuộc về chỉ huy lữ đoàn và thuyền trưởng, còn trách nhiệm về chất lượng và tổ chức kiểm tra, sửa chữa là của kỹ sư khai thác của lữ đoàn và của con tàu đó. Bảo quản hàng tháng thông thường được tiến hành tại căn cứ, song vào thời kỳ đi biển xa có thể thực hiện trên biển. Khi chuẩn bị bảo quản phải thực hiện các biện pháp sau: 1. Lập kế hoạch tiến hành bảo quản; 2. Chuẩn bị các loại vật tư, phụ tùng dự trữ, tài liệu, dụng cụ đồ nghề cần thiết; 3. Đề nghị cấp trên hỗ trợ khi thực hiện các công việc trên máy công cụ, các thiết bị hàn... Khi thực hiện bảo quản, mỗi nhân viên phải kiểm tra và sửa chữa các cơ cấu và hệ thống mà họ điều khiển. Chất lượng và tốc độ hoàn thành bảo quản phụ thuộc nhiều vào trình độ kỹ thuật của mỗi người. Nếu cá nhân có kỹ năng sửa chữa tốt và vật tư chi phí được đảm bảo thì bảo quản sẽ được hoàn thành đúng thời hạn với chất lượng cao. Việc tháo, lắp động cơ cần phải tiến hành phù hợp với các yêu cầu chỉ dẫn. Khi đó phải đặc biệt chú ý thực hiện các quy định về kỹ thuật an toàn, điều lệ tàu quân sự và hướng dẫn về đấu tranh bảo đảm sức sống tàu. Tất cả các công việc kiểm tra và sửa chữa các động cơ phải thực hiện đúng với các hướng dẫn của nhà máy và ghi vào lý lịch máy và các sổ nhật ký trực canh. Thực hiện bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ khi tàu đang đi biển có những khó khăn nhất định và một loạt đặc điểm riêng biệt. Cái chính là khi tàu đi biển thì các phương tiện kỹ thuật luôn ở trạng thái sẵn sàng chiến đấu, do vậy việc điều động người cho bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ bị hạn chế. Nếu ở giai đoạn đi biển, các động cơ đã hoàn thành một số giờ làm việc ấn định rhì phải tiến hành bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ chúng. Các công việc phải tiến hành từng mạn, khi đó động cơ của một mạn ở trạng thái hoạt động hay sẵn sàng hoạt động, còn trạm của mạn kia được kiểm sửa. Trưởng ngành 5 xác định khối lượng công việc tuỳ thuộc thời gian do thuyền trưởng cho phép. Những bộ phận và hệ thống động cơ chưa được kiểm tra cần đặt trong sự chú ý đặc biệt. Sửa chữa được tiến hành trong nhà máy khác nhiều so với thực hiện trên tàu ở: khối lượng công việc lớn hơn và thời gian nhiều hơn, điều này được khảo sát trong giáo trình sửa chữa tàu quân sự.