Tìm Hiểu Về động Cơ Diesel Tàu Thủy - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Tải bản đầy đủ (.doc) (86 trang)

Trang chủ

Kỹ thuật

Giao thông - Vận tải

tìm hiểu về động cơ diesel tàu thủy

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.19 MB, 86 trang )

Chơng 1Tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ Điêzel tàu thủyĐ1. !"Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:- Giải thích đợc lý do tại sao phải tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điêzel tàu thủy- Vẽ đợc sơ đồ thể hiện mối quan hệ giữa động cơ, bộ điều tốc trong hai trờng hợp bộ điều tốc hoạt động trực tiếp và gián tiếp1.1. Nguyên nhân phải tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điêzel tàu thuỷTrên tàu thuỷ động cơ điêzel đợc trang bị để lai chân vịt, lai máy phát điện, lai các thiết bị phục vụ nh bơm, máy nén khí Động cơ điêzel khi hoạt động với các phụ tải loại này có các đặc điểm nh sau: Động cơ dẫn động máy phát điện: Phụ tải điện (mô tơ điện lai các bơm, máy lái, máy nén, tời cẩu, các thiết bị chiếu sáng, thiết bị hàng hải ) thờng xuyên thay đổi Động cơ dẫn động chân vịt: Điều kiện khai thác (manơ, điều động, trạng thái vỏ tàu, chân vịt, ), điều kiện hành hải (sóng, gió, thời tiết, ) thờng xuyên thay đổiDo đó năng lợng tiêu thụ (phụ tải của động cơ) thờng xuyên thay đổi, dẫn đến vòng quay của động cơ bị dao động nếu giữ nguyên đặc tính cấp năng lợng (giữ nguyên tay ga của động cơ)#$%&'(%) Tần số dòng điện của lới bị thay đổi làm ảnh hởng tới chế độ làm việc và tuổi thọ của các thiết bị điện Dễ dẫn tới tình trạng động cơ bị quá tải về vòng quay hoặc động cơ bị dừng đột ngột => không an toànVì vậy yêu cầu đặt ra là phải điều chỉnh năng lợng cấp (điều chỉnh tay ga để thay đổi l-1 Động cơ Diesel bơm cao áp g Bộ điều chỉnh Phụ tải n np n nđ z h Đối tợng điều chỉnh ợng nhiên liệu cấp) cho phù hợp với năng lợng tiêu thụ (phụ tải của động cơ). Để thực hiện yêu cầu này có hai biện pháp: Điều chỉnh bằng tay: Do ngời khai thác thực hiện bằng cách điều chỉnh trực tiếp tay ga (tay điều chỉnh nhiên liệu). Nhợc điểm của biện pháp này là độ chính xác và tin cậy không cao mặc dù đòi hỏi nhiều công sức và trong nhiều trờng hợp không thể thực hiện đợc Điều chỉnh tự động: Sử dụng bộ điều chỉnh tốc độ quay (bộ điều tốc) để giữ vòng quay của động cơ luôn ổn định ở một giá trị đặt trớc. u điểm của biện pháp này là độ chính xác và tin cậy cao, đòi hỏi ít công sức của ngời khai thácNh vậy việc trang bị một thiết bị tự động nhằm duy trì ổn định vòng quay của động cơ là cần thiết. Thiết bị tự động làm nhiệm vụ duy trì ổn định vòng quay của động cơ có thể đợc gọi là bộ điều chỉnh tốc độ quay, bộ điều chỉnh vòng quay hay ngắn gọn là bộ điều tốc.1.2. Sơ đồ khối hệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay động cơ điêzel tàu thuỷHệ thống tự động điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điêzel có thể là hệ thống hoạt động trực tiếp (không sử dụng động cơ trợ động - sơ đồ khối nh hình 1.1) hoặc là hệ thống hoạt động gián tiếp (có sử dụng động cơ trợ động - sơ đồ khối nh hình 1.2). Hình 1.1: Hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay hoạt động trực tiếpn là tín hiệu độ lệch về vòng quay của động cơ, nđ là tín hiệu cảm biến vòng quay đa tới bộ điều chỉnh, đối với bộ điều chỉnh có phần tử cảm biến vòng quay kiểu cơ học tín hiệu này là tín hiệu cơ học tỷ lệ với vòng quay của động cơ - do động cơ dẫn động bộ điều chỉnh qua cơ cấu bánh răng truyền động; đối với bộ điều chỉnh vòng quay có phần tử cảm biến vòng quay kiểu điện, điện tử tín hiệu này là tín hiệu điện có độ lớn tỷ lệ với vòng quay của động cơ,2 Động cơ Diesel bơm cao áp g thiết bị điều chỉnhPhụ tải n np y z h động cơ trợ động x Đối tợng điều chỉnh Bộ điều chỉnh n nđ z là tín hiệu ra của bộ điều chỉnh - tín hiệu điều chỉnh, chính là dịch chuyển của trục ra của bộ điều chỉnh,h là dịch chuyển của thanh răng bơm cao áp (thanh răng nhiên liệu) do tác động của bộ điều chỉnh để làm thay đổi lợng nhiên liệu cấp vào động cơ nhằm duy trì ổn định vòng quay,g là sự thay đổi lợng nhiên liệu cấp vào động cơ do sự thay đổi vị trí thanh răng,np là sự thay đổi vòng quay của trục cam bơm cao áp. Khi vòng quay của động cơ thay đổi thì vòng quay của bơm cao áp cũng thay đổi,Hình 1.2: Hệ thống tự động điều chỉnh vòng quay hoạt động gián tiếpHệ thống tự động điều chỉnh vòng quay hoạt động gián tiếp có thêm động cơ trợ động để khuếch đại, làm tăng công suất của tín hiệu điều chỉnh.x là tín hiệu vào động cơ trợ động,y là tín hiệu ra của động cơ trợ động, đợc khuếch đại từ x, 3động cơ dieselh Npt (n)Hình 2.1: Mô hình đơn giản của động cơ dieselĐ*+,)- !"Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:- Thành lập đợc phơng trình động của động cơ điêzel- Phân tích đợc mối quan hệ giữa các thông số trong phơng trình động- Giải thích đợc đặc tính thay đổi tốc độ quay của động cơ trong các trờng hợp: có sự thay đổi đột ngột nhiên liệu, phụ tải không thay đổi (đặc tính thay đổi tốc độ) nhiễu phụ tải xuất hiện rồi biến mất, lợng nhiên liệu cấp không thay đổi (đặc tính tự ổn định)2.1. Xây dựng phơng trình động của động cơ điêzelĐộng cơ điêzel là thiết bị năng lợng có năng lợng cấp vào do nhiên liệu bị đốt cháy sinh ra, năng lợng này đợc truyền xuống trục khuỷu làm quay trục tạo ra mô men động Md. Năng lợng tiêu thụ là mô men cản Mpt do phụ tải tạo ra (có thể là chân vịt, máy phát điện, bơm, tời ). Có thể mô hình hoá động cơ điêzel một cách đơn giản nh sơ đồ hình 2.1.h: vị trí thanh răng bơm cao áp, biểu thị năng lợng cấp vào.Npt: công suất cản của phụ tải biểu thị năng lợng tiêu thụ. (n): vận tốc góc của trục động cơ (vòng quay).Phơng trình cân bằng mô men cho động cơ: tptkddMMMMdtdJ +=2.1Trong đó:J: mô men quán tính của các chi tiết chuyển động quay so với đờng tâm trục khuỷu (kG.m2),: vận tốc góc của trục khuỷu của động cơ (rad/s),4Md: mô men động do khí cháy sinh ra (kG.m),Mkd: mô men quay tạo ra bởi không khí nén khởi động (kG.m),Mms: mô men cản ma sát (kG.m),Mpt: mô men cản của phụ tải (kG.m), Phơng trình cân bằng mô men khi động cơ không mang tải:tdMMdtdJ =2.2Phơng trình cân bằng mô men khi động cơ mang tải:ptdtptdMMMMMdtdJ =do Mms << Mpt 2.3ở trạng thái cân bằng tĩnh O tốc độ góc của trục khuỷu không thay đổi (dtd./)thì Md0 = Mpt0Giả sử ở trạng thái động vận tốc góc thay đổi một lợng tơng ứng với thay đổi vị trí thanh răng bơm cao áp h và công suất cản của phụ tải Npt.Mô men động Md phụ thuộc vào hai thông số chính là vận tốc góc của trục khuỷu và vị trí thanh răng bơm cao áp, nó có thể đợc biểu thị là hàm của hai thông số này: Md = Md(,h).Mô men cản Mpt phụ thuộc vào hai thông số chính là công suất của phụ tải và vận tốc góc của trục khuỷu, nó có thể đợc biểu thị là hàm của hai thông số này: Mpt = Mpt(,Npt).Tuyến tính hoá các hàm này bằng khai triển Taylor: !2hhM!1hhM !2M!1MMM2o2d2od2o2d2oddod++++++= !2NNM!1NNM !2M!1MMM2pto2ptpt2ptoptpt2o2pt2optptopt++++++=Bỏ qua các đạo hàm bậc cao (các vô cùng bé) và thay vào phơng trình cân bằng mô men 2.3:=dtdJ!1Mod1!1hhMod2!1Mopt2!1NNMptoptpt =dtdJodM2optM1hhMod2ptoptptNNM5dtdJ1=ữodoptMMhhMod2ptoptptNNMGiả sử giá trị các thông số của động cơ ở chế độ định mức là n, hn, Npt , khử thứ nguyên bằng cáchchia các đại lợng ở cả hai vế của phơng trình cho hn, nhân các số hạng ở vế trái với nn, số hạng thứ hai ở vế phải với ptnptnNNđợc:dtdhJnnn1=ữnodoptnnMMhnodhhhM 2ptnptoptptnptnNNNMhN 2.4Đặt = n : đại lợng không thứ nguyên, đặc trng cho giá trị độ lệch tơng đối của vận tốc góc, = nhh : đại lợng không thứ nguyên, biểu thị độ dịch chuyển (sự thay đổi vị trí) tơng đối của thanh răng bơm cao áp,f = ptnptNN : đại lợng không thứ nguyên, biểu thị sự thay đổi tơng đối của công suất cản của phụ tải,Tđ = odnnhMhJ: hằng số thời gian, biểu thị thời gian tăng tốc của động cơKđ = nnhododhMF: hệ số tự chỉnh, Fôđ =ữodoptMM: hệ số tự ổn định, đặc trng cho khả năng tự ổn định vòng quay của động cơ,Kpt = odoptptnptnhMNMhN: hệ số biểu thị sự ảnh hởng của phụ tải.Thay vào 2.4 ta có phơng trình: 6 f.K.Kdtd.Tpt=+ 2.5Phơng trình 2.5 đợc gọi là phơng trình động của động cơ điêzel.Quan hệ giữa các thông số của động cơ và các hệ số của phơng trình động:Hằng số thời gian Tđ phụ thuộc vào mô men quán tính J và tỉ số giữa vận tốc góc định mức và trị số thanh răng định mức nnhtức là với động cơ thấp tốc, chi tiết chuyển động quay có quán tính lớn thì Tđ lớn. Hệ số tự chỉnh Kđ phụ thuộc vào Fôđ và nnh3nếu Kđ > 0 thì động cơ có khả năng tự ổn định còn nếu Kđ < 0 thì động cơ không có khả năng tự ổn định, tính chất này sẽ đợc đề cập kỹ hơn ở phần sau. Kpt phụ thuộc vào ptnnNh là tỉ số giữa công suất cản của phụ tải ở chế độ định mức và trị số thanh răng nhiên liệu định mức, nghĩa là phụ thuộc vào đặc điểm của phụ tải và của hệ thống nhiên liệu.2.2. Khảo sát đặc tính động học của động cơ điêzel2.2.1. Đặc tính thay đổi tốc độ quay của động cơ khi thay đổi đột ngột lợng cấp nhiên liệu, công suất của phụ tải không thay đổiLúc này phơng trình 2.5 có thể viết thành 4+dtd1+.Khi thay đổi đột ngột lợng cấp nhiên liệu (thay đổi tay ga/thanh răng), có thể coi tín hiệu vào là một hàm đột biến đơn vị 1(t). Vì vậy khảo sát phơng trình vi phân: 4+dtd1+.567 2.6sẽ thấy đợc phản ứng của động cơ (đặc tính thay đổi vòng quay).Tìm nghiệm của phơng trình 2.6:Giải phơng trình vi phân thuần nhất:4+dtd1+./ddKT+dtd1./7,0tTđ1(t)Hình 2.2: Đặc tính thay đổi tốc độ của động cơĐặt 4.ddKTphơng trình trở thành4+dtd1./Phơng trình đặc tính 4815./ có nghiệm 8.2T1phơng trình vi phân thuần nhất có nghiệm tổng quát .9+Tte.Nghiệm riêng của phơng trình vi phân 2.5 là ).dK1Nghiệm tổng quát của 2.5 là .dK119+TteVới điều kiện ban đầu 607./ có 9.2dK1, đặt .dK1ta có: = 652Tte7Xây dựng đờng cong đặc tính thay đổi tốc độ (thờng đợc gọi là đặc tính tăng tốc)Từ nghiệm của phơng trình vi phân xây dựng đờng cong biểu thị sự thay đổi tốc độ quay khi tín hiệu vào (lợng nhiên liệu cấp) là hàm bớc nhảy đơn vị. Đờng cong này có dạng nh hình 2.2.Đờng cong biểu thị đặc tính thay đổi vòng quay của động cơ khi thay đổi đột ngột lợng cấp nhiên liệu còn hay đợc gọi là đặc tính tăng tốc của động cơ. độ dốc của đờng đặc tính thay đổi tốc độ phụ thuộc vào hằng số thời gian Tđ, Tđ nhỏ thì thời gian phản ứng của động cơ ngắn (vòng quay của động cơ nhanh đạt tới vòng quay tơng ứng với lợng cấp nhiên liệu mới) và ngợc lại. Tđ đợc gọi là thời gian thay đổi tốc độ của động cơ.8Trên thực tế tồn tại thời gian trễ (thời gian tính từ khi có sự thay đổi đột ngột tay ga cho tới khi động cơ bắt đầu có phản ứng (vòng quay của động cơ bắt đầu thay đổi).Đặc tính thay đổi tốc độ và thời gian trễ của động cơ thay đổi theo tình trạng kỹ thuật của hệ động lực.Với động cơ hoạt động độc lập, khi tình trạng kỹ thuật của động cơ kém đi, nếu cứ giữ nguyên quy luật thay đổi nhiên liệu (thời gian điều chỉnh) của bộ điều tốc nh khi động cơ còn mới sẽ dẫn tới sự hoạt động không ổn định của hệ thống động cơ - bộ điều tốc.Với động cơ hoạt động song song, nếu đặc tính thay đổi tốc độ của các động cơ không giống nhau quá trình làm việc đồng bộ sẽ bị ảnh hởng xấu.Vì vậy phải hiệu chỉnh lại bộ điều tốc cho phù hợp với tình trạng kỹ thuật của động cơ.2.2.2. Đặc tính thay đổi tốc độ quay của động cơ khi không thay đổi lợng cấp nhiên liệu vào động cơ, nhiễu phụ tải xuất hiện rồi biến mấtPhơng trình động của động cơ trong trờng hợp này có thể viết nh sau: Tđ.dtd + Kđ. = - Kpt.fĐể nghiên cứu phản ứng của động cơ khi phụ tải thay đổi, cho một kích thích nhỏ f dạng hàm xung đơn vị (t) ở đầu vào (cho phụ tải thay đổi một lợng nhỏ sau đó mất đi), tức là xét phơng trình động: Tđ.dtd + Kđ. = 0Phơng trình có nghiệm: = C.ept = C.tJFdeVới điều kiện ban đầu khi t = 0 thì = o C = o, nghiệm của phơng trình trở thành: =o.tJFde sự thay đổi của hay phản ứng của động cơ có dạng hàm mũDo J luôn có giá trị dơng, đờng cong biểu thị phản ứng của động cơ phụ thuộc vào dấu củaJFd. Sau đây sẽ lần lợt xét các trờng hợp.a. JFd < 0 Fđ > 0: Đờng đặc tính của động cơ có dạng nh hình vẽ 2.3.Trong trờng hợp này nếu động cơ đang làm việc ổn định có tác động nhiễu dạng xung 9t = = t(phụ tải thay đổi đột ngột sau đó lại trở về trạng thái bình thờng) thì vòng quay của động cơ có khả năng trở lại trạng thái cân bằng (o) mà không cần có tác động điều chỉnh nào.Hình 2.3: Đặc tính thay đổi vòng quay của động cơ khi Fđ > 0b. JFd = 0 Fđ = 0: Đờng đặc tính của động cơ có dạng nh hình vẽ 2.4.Trong trờng hợp này động cơ luôn tái lập đợc trạng thái làm việc cân bằng, tuy nhiên trạng thái cân bằng mới đợc thiết lập lại có thông số không giống với trạng thái cân bằng trớc khi có nhiễu. Hình 2.4: Đặc tính thay đổi vòng quay của động cơ khi Fđ = 0c. JFd > 0 Fđ < 0: Đờng đặc tính của động cơ có dạng nh hình vẽ 2.5.10 otHình 2.5: Đặc tính thay đổi vòng quay của động cơ khi Fđ < 0Trong trờng hợp này động cơ làm việc không ổn định. Nếu xuất hiện tác động nhiễu trạng thái cân bằng ban đầu sẽ bị phá vỡ, vòng quay của động cơ ngày càng lệch xa khỏi giá trị ban đầu (dễ dẫn tới trạng thái dừng máy (lịm máy) đột ngột hoặc quá tốc).2.2.3. Xác định hệ số tự chỉnh Fđ của động cơ điêzelVới năng lợng thoát là E1 = Mpt, năng lợng cấp là E2 = Mđ, đại lợng đợc điều chỉnh là y = n, áp dụng công thức xác định hệ số tự chỉnh của đối tợng điều chỉnh bất kỳ (xem lại giáo trình Cơ sở lý thuyết - phần tử tự động):Fđ = 21EE= dptMMCó Mpt = C.n2, Mđ = nN2,716e = np.n.C2,716e1 = K.pe, = 30n.60n.2 = Fđ = (2C.n K.pe) = A.n - BHình 2.6: Hệ số tự chỉnh của động cơ điêzelTừ đây có thể giải thích khái niệm vòng quay tối thiểu ổn định của động cơ là vòng quay nhỏ nhất mà động cơ có thể hoạt động ổn định (có khả năng tự ổn định vòng quay). Cũng từ đây có thể thấy rằng động cơ hoạt động càng gần chế độ vòng quay định mức thì hệ số tự chỉnh của nó càng cao, nghĩa là động cơ hoạt động càng ổn định và tin cậy hơn.11FdnmaxnminFdmaxFd >0Fd =0Fd < 0Vòng quay tối thiểu ổn định-BĐ:+8;0<! !"Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:- Nêu đợc tên và chức năng của các nhóm chi tiết chính của bộ điều tốc- Nêu đợc một số cách phân loại bộ điều tốc - Định nghĩa và giải thích đợc các khái niệm về đặc tính điều chỉnh- Định nghĩa đợc các thông số chính của bộ điều tốc3.1. Khái niệm về bộ điều tốc động cơ điêzel tàu thuỷBộ điều chỉnh tốc độ quay của động cơ điêzel (bộ điều tốc) là một thiết bị có cấu tạo bao gồm hàng loạt các nhóm chi tiết có chức năng khác nhau.Nhóm điều chỉnh: cảm biến tốc độ quay, phần tử cảm biến có thể là Kiểu cơ học nh quả văng ly tâm (flyweight, flyball), hoặc Kiểu điện nh tachogenerator, pulse generator (pick-up sensor), hoặc Kiểu thuỷ lực Nhóm chi tiết này tạo nên phần chính của bộ điều tốc.Động cơ trợ động: khuyếch đại tín hiệu ra của bộ điều tốc, gồm hai cơ cấu chính là Thiết bị điều khiển (pilot valve) và, Piston lực (power piston, servo piston).Các cơ cấu phản hồi: tăng tính ổn định Phản hồi cứng, hoặc Phản hồi mềm, hoặc Phản hồi tổng hợpHình 3.1 là một ví dụ về bộ điều tốc. Đây là một bộ điều tốc một chế độ. 1. Động cơ 2. Quả văng 3. Vòng bi chặn 4. Lò xo tốc độ 5. Thanh truyền6. Thanh răng bơm cao áp (thanh răng nhiên liệu)Nguyên lý hoạt động của bộ điều tốc này sẽ đợc giải thích trong các bài tiếp theo.121A BC23564Hình 3.1: Bộ điều tốc một chế độ 3.2. Phân loại các bộ điều tốc Phân loại theo phơng thức truyền động từ nhóm thiết bị điều chỉnh đến cơ cấu điều chỉnh: bộ điều tốc hoạt động trực tiếp, bộ điều tốc hoạt động gián tiếp. Phân loại theo số lợng chế độ hoạt động của bộ điều tốc: bộ điều tốc một chế độ, bộ điều tốc hai chế độ, bộ điều tốc nhiều chế độ, bộ điều tốc giới hạn. Phân loại theo tín hiệu ra của nhóm điều chỉnh: bộ điều tốc cơ học, bộ điều tốc thuỷ lực, bộ điều tốc điện - điện tử Phân loại theo nguyên lý xây dựng: bộ điều tốc hoạt động theo nguyên lý độ lệch, bộ điều tốc hoạt động theo nguyên lý bù nhiễu và bộ điều tốc hoạt động theo nguyên lý kết hợp. Phân loại theo tính chất của phản hồi (liên hệ ngợc): bộ điều tốc sử dụng liên hệ ngợc cứng, bộ điều tốc sử dụng liên hệ ngợc mềm, bộ điều tốc sử dụng liên hệ ng-ợc tổng hợp.13A3N (PS)n (rpm)M1M3n1noNmaxA1A2A5A4n4n5Hình 3.2: Đặc tính điều chỉnh hữu saiN (PS)n (rpm)M1M3noNmaxA1A2A3A5A4n4n5Hình 3.3: Đặc tính điều chỉnh vô sai3.3. Đặc tính điều chỉnhĐặc tính điều chỉnh là tập hợp các điểm biểu thị các trạng thái làm việc cân bằng của động cơ trên đồ thị công suất - vòng quay khi có sự hoạt động của bộ điều tốc.Hình 3.2 biểu thị đặc tính điều chỉnh hữu sai. Tơng ứng với các chế độ tải khác nhau vòng quay của động cơ bị sai lệch so với giá trị đặt.=>3=*3=?@điểm phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt khi động cơ không đợc trang bị bộ điều tốc (vòng quay thay đổi từ n4 đến n5),=53=*3=:@điểm phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt khi động cơ đợc trang bị bộ điều tốc hữu sai (vòng quay đợc duy trì ổn định ở no và lân cận khi tải thay đổi trong khả năng của động cơ).14Hình 3.3 biểu thị đặc tính điều chỉnh vô sai, với mọi chế độ tải nằm trong khả năng công tác của động cơ thì bộ điều tốc sẽ duy trì vòng quay ổn định chính xác bằng giá trị đặt.=>3=*3=?@điểm phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt khi động cơ không đợc trang bị bộ điều tốc (vòng quay thay đổi từ n4 đến n5),=53=*3=:@điểm phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt khi động cơ đợc trang bị bộ điều tốc vô sai (vòng quay đợc duy trì ổn định ở no với mọi chế độ tải nằm trong khả năng của động cơ).3.4. Các thông số đặc trng của bộ điều tốc3.4.1. Hệ số không đều về tốc độ (speed droop) Hệ số không đều về tốc độ đặc trng cho khả năng duy trì ổn định vòng quay của động cơ so với vòng quay cho trớc (vòng quay đặt - setting speed) khi phụ tải thay đổi. Giả sử vòng quay của động cơ ở chế độ tĩnh khi không mang tải là no, vòng quay của động cơ ở chế độ tĩnh khi mang 100% tải là n1 thì:( )100nn21nn1o1oì+= (%)(Tham khảo: Công thức của Woodward Governor 100nnn11oì=)Với bộ điều tốc có = 0 (bộ điều tốc phi tĩnh hay bộ điều tốc vô sai) vòng quay của động cơ ở các chế độ tĩnh sẽ đợc duy trì ở giá trị đặt no với mọi chế độ tải nằm trong phạm vi công tác của động cơ. Nói cách khác khi phụ tải của động cơ thay đổi trong khả năng làm việc của nó thì vòng quay ở các chế độ tĩnh luôn đợc duy trì nh giá trị đặt mà không có sai lệch. Bộ điều tốc có 0 (bộ điều tốc tĩnh học hay bộ điều tốc hữu sai) không có khả năng duy trì vòng quay của động cơ ở các chế độ tĩnh chính xác bằng giá trị đặt no khi phụ tải nằm trong phạm vi công tác của động cơ. Khi phụ tải của động cơ thay đổi trong khả năng làm việc của nó thì vòng quay sẽ bị sai lệch một lợng nhỏ so với giá trị đặt khi trạng thái cân bằng đợc lặp lại. Nói cách khác bộ điều tốc chỉ có khả năng duy trì vòng quay của động cơ ở lân cận no khi phụ tải thay đổi. Hình 3.4 biểu thị đặc tính điều chỉnh trong các trờng hợp.Với bộ điều tốc có > 0 vòng quay của động cơ ở chế độ cân bằng tĩnh sẽ giảm đi một ít 15nN(PS)=0100%noN(PS)n > 0100%non1N(PS)n < 0100%non1Hình 3.4: Đặc tính tĩnh của bộ điều tốc =0, >0 và <0so với giá trị đặt khi phụ tải tăng. Sai lệch vòng quay của động cơ (sau khi thiết lập lại chế độ cân bằng tĩnh) có chiều ngợc với sự thay đổi tải.Ngợc lại nếu bộ điều tốc có < 0 sai lệch vòng quay của động cơ (sau khi thiết lập lại chế độ cân bằng tĩnh) cùng chiều với sự thay đổi phụ tải. Trên thực tế bộ điều tốc có < 0 thờng không đợc sử dụng do nó có thể dẫn tới trờng hợp vòng quay của động cơ không ổn định đợc.Giá trị của hệ số không đều thờng đợc qui định trực tiếp hoặc gián tiếp bởi các cơ quan Đăng kiểm. Các bộ điều tốc trang bị cho các động cơ điêzel lai máy phát điện thờng yêu cầu có < 5% và các động cơ điêzel lai chân vịt thì < 10%.Hệ số không đều về tốc độ có vai trò rất quan trọng với các động cơ điêzel làm việc song song. Chúng ta sẽ xét đến điều này trong các bài sau.3.4.2. Vùng không nhạy (dead zone) và hệ số không nhạy Trên thực tế do các chi tiết của bộ điều tốc có khối lợng và giữa các chi tiết chuyển động có ma sát, quán tính nên có hiện tợng có sự thay đổi về vòng quay nhng bộ điều tốc cha có tác động điều chỉnh, vùng này đợc gọi là vùng không nhạy của bộ điều tốc. Hình 3.5 biểu thị vùng không nhạy của đặc tính điều chỉnh.Nếu sự thay đổi của phụ tải làm thay đổi vòng quay của động cơ nhng vòng quay cha v-ợt ra khỏi vùng không nhạy thì bộ điều tốc cha làm việc, chỉ khi nào sự thay đổi của phụ tải làm cho vòng quay vợt ra khỏi vùng không nhạy thì bộ điều tốc mới hoạt động và có tác động điều chỉnh. Vùng không nhạy đợc đặc trng bởi hệ số không nhạy . Công thức xác định hệ số không nhạy: ( )100''n'n21''n'nì+= (%)16nN(PS)100%nnnN(PS)100%n11non1n12no1no2Hình 3.5: Vùng không nhạyHệ số không nhạy lớn (vùng không nhạy rộng) thì không có lợi vì khi đó bộ điều tốc mất đi độ nhạy và trở nên ì (tác động chậm trễ) trớc sự thay đổi của phụ tải.Hệ số không nhạy thay đổi theo thời gian khai thác, tình trạng kỹ thuật (mới, cũ) và công tác chăm sóc, bảo dỡng Giá trị hệ số không nhạy càng nhỏ càng tốt nhng trên thực tế không thể loại bỏ hoàn toàn nó đợc, ngời ta chỉ có thể hạn chế vùng không nhạy bằng cách chăm sóc, bảo dỡng bộ điều tốc theo định kỳ. Trong kỹ thuật thờng yêu cầu <1~5%.Hình 3.6: ảnh hởng của vùng không nhạy đến Hình vẽ 3.6 đợc dùng để xét ảnh hởng của tới : khi = 0 thì ( )100nn21nn1o1ooì+=Khi 0 thì ( )100nn21nn121o121oì+= Giả sử no1+n12=2n và n=const trong mọi trờng hợp. Với no1=no+n, n12=n1-n có:17nnnN(PS)100%( )[ ]100nn()nn21)nn()nn(1o1oì+++=( ) ( )+=ì++ì+=o1o1o1o100nn21n2100nn21nn: thành phần gia tăng hệ số không đều do ảnh hởng của vùng không nhạy.Từ việc phân tích trên đây có thể thấy công tác bảo dỡng, vệ sinh định kỳ cũng góp phần làm giảm .3.4.3. Độ phi tuyến (nonlinearity)Sở dĩ có độ phi tuyến là do quan hệ giữa công suất và vòng quay không phải là tuyến tính. Nguyên nhân có thể là do quan hệ phi tuyến giữa tín hiệu ra và vào của phần tử cảm biến vòng quay (do lò xo tốc độ - speeder spring), do truyền động từ bộ điều tốc đến thanh răng bơm cao áp, do truyền động từ động cơ đến bộ điều tốc Đờng đặc tính điều chỉnh do đó có dạng cong.Hình 3.7: Độ phi tuyếnThông số đặc trng cho độ phi tuyến là hệ số phi tuyến : 100)''n'n(21''n'nì+= (%)Quá trình động hay quá trình chuyển tiếp là quá trình mà tốc độ quay của động cơ chuyển từ trạng thái cân bằng này sang trạng thái cân bằng khác. Hình 3.8 biểu thị một dạng quá trình động. Thông số đặc trng quan trọng nhất của quá trình động là thời gian điều chỉnh và độ quá điều chỉnh hay còn đợc gọi là độ lệch động.3.4.4. Độ lệch động (overdamping/overshooting) Độ lệch tức thời cực đại của vòng quay của động cơ khi đột ngột cắt hoàn toàn phụ tải 186)87nottđcnmaxđặt vào động cơ. đ = omaxnn3.4.5. Thời gian điều chỉnh Thời gian điều chỉnh là thời gian tính từ khi xuất hiện nhiễu loạn (thay đổi phụ tải) làm thay đổi vòng quay của động cơ tới khi vòng quay của động cơ đợc điều chỉnh ổn định trở lại. Vòng quay của động cơ đợc coi là ổn định trở lại khi sự thay đổi của nó nằm trong vùng không nhạy của bộ điều tốc. Thời gian điều chỉnh biểu hiện sự phối hợp công tác giữa bộ điều tốc và động cơ. Thời gian điều chỉnh thờng đợc tính bằng giây. Nó phụ thuộc vào các yếu tố nh kiểu loại bộ điều tốc (cơ học, thuỷ lực, điện-điện tử), sự phù hợp giữa bộ điều tốc và động cơ, việc hiệu chỉnh bộ điều tốc và công tác bảo dỡng Hình 3.8: Đặc tính độngNgoài các thông số kể trên bộ điều tốc còn các thông số đặc trng khác nh độ suy giảm biên độ, giới hạn vùng vòng quay hoạt động, khả năng chịu tải của trục ra Các thông số , , là các thông số đặc trng cho chế độ tĩnh của bộ điều tốc còn tđc, đ là các thông số đặc trng cho chế độ động của bộ điều tốc.19Đ>+A33B!C<(Chế độ hoạt động của bộ điều tốc ở đây đợc hiểu là chế độ vòng quay) !"Sau khi hoàn thành tốt bài học này sinh viên sẽ có khả năng:- Nêu đợc khái niệm về bộ điều tốc một chế độ bộ điều tốc hai chế độ bộ điều tốc nhiều chế độ và bộ điều tốc giới hạn - Nêu đợc đặc điểm cấu tạo và giải thích đợc nguyên lý hoạt động của một số bộ điều tốc theo cách phân loại trên- Vẽ đợc dạng đờng đặc tính điều chỉnh của các loại bộ điều tốc kể trên4.1. Bộ điều tốc một chế độBộ điều tốc một chế độ chỉ có tác động điều chỉnh để duy trì vòng quay ổn định ở một giá trị đặt trớc nhất định, khi khai thác động cơ ở các chế độ vòng quay khác giá trị này thì bộ điều tốc không có tác dụng điều chỉnh, lúc đó động cơ làm việc theo đặc tính ngoài không có bộ điều tốc. Vòng quay làm việc của bộ điều tốc một chế độ thờng là vòng quay định mức, vòng quay tối thiểu ổn định hoặc vòng quay cực đại.Hình vẽ 4.2 minh họa một bộ điều tốc một chế độ hoạt động trực tiếp.Mâm quay và cặp quả văng đợc dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng côn. Khi động cơ hoạt động với vòng quay ổn định ở vòng quay làm việc của bộ điều tốc, lực ly tâm do cặp quả văng 2 tạo ra cân bằng với sức căng của lò xo 4 tại vòng bi chặn 3.Giả sử phụ tải của động cơ tăng, vòng quay của động cơ tức thời sẽ bị giảm, lực ly tâm do cặp quả văng tạo ra giảm đi, lò xo sẽ đẩy vòng bi chặn đi xuống, thanh truyền ABC do đó bị kéo quay cùng chiều kim đồng hồ quanh điểm tựa A, thanh răng bơm cao áp đ-ợc đẩy theo chiều (+) tăng lợng nhiên liệu cấp vào động cơ. Khi nhiên liệu cấp vào động cơ đã tăng lên thì vòng quay của động cơ sẽ dần tăng lên, lực ly tâm do cặp quả văng tạo ra sẽ dần cân bằng với sức căng lò xo trên vòng bi chặn. Khi trạng thái cân bằng đợc 201A BC23564thiết lập lại thì thanh răng bơm cao áp ở một vị trí khác tơng ứng với phụ tải mới, sức căng của lò xo tốc độ bị thay đổi một ít. Liên kết giữa thanh truyền ABC (trục ra của bộ điều tốc) và thanh răng nhiên liệu thờng là liên kết mềm (qua lò xo hoặc xy lanh giảm chấn).Hình 4.2: Bộ điều tốc một chế độChú thích hình vẽ: 1. Động cơ 2. Quả văng 3. Vòng bi chặn 4. Lò xo tốc độ5. Thanh truyền 6. Thanh răng bơm cao áp (thanh răng nhiên liệu)Khi phụ tải giảm thì bộ điều tốc hoạt động ngợc lại.Đặc điểm cơ bản của bộ điều tốc một chế độ là sức căng của lò xo tốc độ không thay đổi. Trên thực tế bộ điều tốc nhiều chế độ có thể đợc dùng nh bộ điều tốc một chế độ khi động cơ chỉ hoạt động ở một vòng quay nhất định, ngời khai thác sẽ ấn định tốc độ đặt ở một giá trị cố định. Trong quá trình khai thác động cơ ngời khai thác không tác động để thay đổi tốc độ đặt của bộ điều tốc (không thay đổi sức căng của lò xo tốc độ).Bộ điều tốc một chế độ thờng đợc trang bị cho các động cơ điêzel lai máy phát điện, các động cơ điêzel cỡ nhỏ nh động cơ lai máy nén, lai bơm, các động cơ điêzel thấp tốc lai chân vịt 21n (rpm)MminN (PS)Mđmn1noNmaxA1A2A3A5A4n4n5Hình 4.1: Đặc tính tĩnh của bộ điều tốc một chế độHình 4.1 biểu thị dạng đặc tính tĩnh của bộ điều tốc một chế độ. Bộ điều tốc làm việc và duy trì vòng quay ở no (có thể là một trong các giá trị vòng quay định mức, vòng quay tối thiểu ổn định hoặc vòng quay cực đại ) và lân cận. ở các chế độ vòng quay khác bộ điều tốc không có tác dụng, động cơ làm việc theo đặc tính ngoài.4.2. Bộ điều tốc hai chế độTừ yêu cầu thực tế với động cơ điêzel lai chân vịt là cần phải làm việc ổn định không chỉ ở chế độ vòng quay khai thác (hoặc vòng quay định mức) mà còn phải làm việc ổn định cả ở chế độ vòng quay nhỏ (nh vòng quay tối thiểu ổn định) bộ điều tốc hai chế độ đợc sử dụng để đáp ứng yêu cầu này. Bộ điều tốc hai chế độ có hai loại kết cấu: loại có hai cặp quả văng và loại có hai lò xo. ở chế độ vòng quay nhỏ chỉ có một cặp quả văng hoặc một lò xo làm việc, còn ở chế độ vòng quay lớn hơn cả hai cặp quả văng hoặc hai lò xo đều làm việc.Hình 4.3 minh họa một bộ điều tốc hai chế độ kiểu có hai lò xo. Mâm quay và cặp quả văng đợc dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng côn. Khi vòng quay của động cơ tơng ứng với vòng quay làm việc thứ nhất của bộ điều tốc thì lực ly tâm do cặp quả văng 2 tạo ra cân bằng với sức căng của lò xo thứ nhất 4-1 tại vòng bi chặn 3. Lò xo thứ hai 4-2 tự do. Khi vòng quay của động cơ tơng ứng với vòng quay làm việc thứ hai của bộ điều tốc thì lực ly tâm do cặp quả văng 2 tạo ra cân bằng với sức căng của lò xo thứ nhất 4-1 và lò xo thứ hai 4-2 tại vòng bi chặn 3. Cả hai lò xo đều có tác dụng lên vòng bi chặn. 221A BC23564-14-2Hình 4.4: Bộ điều tốc hai chế độChú thích hình vẽ: 1. Động cơ 2. Quả văng 3. Vòng bi chặn 4-1. Lò xo tốc độ thứ nhất 4-2. Lò xo tốc độ thứ hai 5. Thanh truyền 6. Thanh răng bơm cao áp (thanh răng nhiên liệu)Giả sử động cơ đang hoạt động ổn định ở vòng quay làm việc thứ nhất của bộ điều tốc. Giả sử phụ tải của động cơ tăng, vòng quay tức thời của động cơ sẽ bị giảm, lực ly tâm do cặp quả văng tạo ra giảm đi, lò xo thứ nhất sẽ đẩy vòng bi chặn đi xuống, thanh truyền ABC do đó bị kéo quay cùng chiều kim đồng hồ quanh điểm tựa A, thanh răng bơm cao áp đợc đẩy theo chiều (+) tăng lợng nhiên liệu cấp vào động cơ. Khi nhiên liệu cấp vào động cơ đã tăng lên thì vòng quay của động cơ sẽ dần tăng lên, lực ly tâm do cặp quả văng tạo ra sẽ dần cân bằng với sức căng lò xo trên vòng bi chặn. Khi trạng thái cân bằng đợc thiết lập lại thì thanh răng bơm cao áp ở một vị trí khác tơng ứng với phụ tải mới, sức căng của lò xo tốc độ bị thay đổi một ít.Trờng hợp động cơ đang hoạt động ổn định ở vòng quay làm việc thứ hai của bộ điều tốc và có sự thay đổi phụ tải, bộ điều tốc sẽ hoạt động tơng tự chỉ khác là lực ly tâm của cặp quả văng tạo ra phải cân bằng với lực đàn hồi của hai lò xo.Khi phụ tải giảm thì bộ điều tốc hoạt động ngợc lại.23MđmMminn (rpm)N (PS)n1noNmaxA1A2A3nminHình 4.3: Đặc tính tĩnh của bộ điều tốc hai chế độHình 4.3 biểu thị dạng đờng đặc tính tĩnh của bộ điều tốc hai chế độ, hai chế độ làm việc là vòng quay khai thác và vòng quay tối thiểu ổn định. Trong khoảng giữa hai chế độ vòng quay này bộ điều tốc bị ngắt khỏi quá trình công tác, động cơ làm việc theo đặc tính ngoài không có bộ điều tốc và ngời khai thác điều chỉnh trực tiếp tay ga để ổn định vòng quay (không qua bộ điều tốc).Bộ điều tốc loại này có thể đợc trang bị trên các động cơ điêzel lai chân vịt hoặc lai bơm 4.3. Bộ điều tốc nhiều chế độBộ điều tốc nhiều chế độ cho phép thay đổi vòng quay đặt trớc và nó sẽ tác động để duy trì ổn định vòng quay của động cơ theo giá trị đặt khi phụ tải nằm trong khả năng phát ra công suất của động cơ.Việc đặt vòng quay cho bộ điều tốc đợc thực hiện bằng cách thay đổi độ lớn giá trị tín hiệu cho trớc (với bộ điều tốc kiểu cơ khí, thủy lực là sức căng lò xo tốc độ và với bộ điều tốc kiểu điện - điện tử là điện áp đặt).Hình 4.6 minh họa một bộ điều tốc nhiều chế độ kiểu cơ khí đơn giản.Mâm quay và cặp quả văng đợc dẫn động từ trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng côn. Khi vòng quay của động cơ tơng ứng với vòng quay làm việc của bộ điều tốc thì lực ly tâm do cặp quả văng 2 tạo ra cân bằng với sức căng của lò xo tại vòng bi chặn 3. Giả sử động cơ đang hoạt động ổn định ở vòng quay làm việc của bộ điều tốc. Giả sử phụ tải của động cơ tăng, vòng quay tức thời của động cơ sẽ bị giảm, lực ly tâm do cặp quả văng tạo ra giảm đi, lò xo sẽ đẩy vòng bi chặn đi xuống, thanh truyền ABC do đó bị 24kéo quay cùng chiều kim đồng hồ quanh điểm tựa A, thanh răng bơm cao áp đợc đẩy theo chiều (+) tăng lợng nhiên liệu cấp vào động cơ. Khi nhiên liệu cấp vào động cơ đã tăng lên thì vòng quay của động cơ sẽ dần tăng lên, lực ly tâm do cặp quả văng tạo ra sẽ dần cân bằng với sức căng lò xo trên vòng bi chặn. Khi trạng thái cân bằng đợc thiết lập lại thì thanh răng bơm cao áp ở một vị trí khác tơng ứng với phụ tải mới, sức căng của lò xo tốc độ bị thay đổi một ít.1A BC235647Hình 4.6: Bộ điều tốc nhiều chế độChú thích hình vẽ: 1. Động cơ 2. Quả văng 3. Vòng bi chặn 4. Lò xo tốc độ5. Thanh truyền 6. Thanh răng bơm cao áp (thanh răng nhiên liệu) 7. Tay điều khiểnTay điều khiển 7 đợc dùng để thay đổi sức căng của lò xo tốc độ. Khi đẩy tay điều khiển lên lò xo tốc độ sẽ bị nén lại đẩy vòng bi chặn 3 đi xuống. Thanh truyền ABC bị kéo đi xuống sẽ đẩy thanh răng nhiên liệu theo chiều (+), cấp thêm nhiên liệu vào động cơ để tăng vòng quay của động cơ. Trạng thái cân bằng đợc lập lại khi vòng quay của động cơ đạt tới giá trị đặt mới (tạo ra lực ly tâm của cặp quả văng cân bằng với sức căng mới của lò xo). 25

Trích đoạn

Nguyên lý hoạt động
Giới thiệu chung về hãng Woodward (Woodward Governor Company)
Các yếu tố ảnh hởng tới sự làm việc song song của các động cơ điêzel giống nhau

Tài liệu liên quan

Tìm hiểu về động cơ một chiều
- 10
- 879
- 20
Phân tích đặc điểm cấu tạo, tính năng kỹ thuật và sử dụng họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C của hãng ManB&W
- 91
- 3
- 15
MÔ HÌNH HÓA VÀ NHẬN DẠNG TRẠNG THÁI ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY VỚI SỰ TRỢ GIÚP CỦA MẠNG NƠRON NHÂN TẠO NHIỀU LỚP
- 4
- 608
- 4
Tài liệu Đồ án tốt nghiệp - Tìm hiểu về động cơ điện một chiều doc
- 92
- 979
- 1
BÀI THỰC HÀNH MÔN DIESEL TÀU THỦY I ĐỀ TÀI TÌM HIỂU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY pdf
- 19
- 2
- 59
tìm hiểu về động cơ diesel tàu thủy
- 86
- 1
- 4
Đồ án tìm hiểu về động cơ không đồng bộ
- 67
- 771
- 2
tìm hiểu về động cơ diesel toyota 3b
- 231
- 941
- 6
Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 22 ppt
- 6
- 954
- 10
Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 1 potx
- 5
- 930
- 10