BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO THUYỀN TRƯỞNG HẠNG BA MÔN MÁY TÀU THỦY Năm 2014 1 LỜI GIỚI THIỆU Thực hiện chương trình đổi mới nâng cao chất lượng đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa quy định tại Thông tư số 57/2014/TT-BGTVT ngày 24 tháng 10 năm 2014 của Bộ trưởng Bộ Giao thông vận tải. Để từng bước hoàn thiện giáo trình đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình máy tàu thủy”. Đây là tài liệu cần thiết cho cán bộ, giáo viên và học viên nghiên cứu, giảng dạy, học tập. Trong quá trình biên soạn không tránh khỏi những thiếu sót, Cục Đường thủy nội địa Việt Nam mong nhận được ý kiến đóng góp của Quý bạn đọc để hoàn thiện nội dung giáo trình đáp ứng đòi hỏi của thực tiễn đối với công tác đào tạo thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa. CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM 2 Chương I NHỮNG KHÁI NIỆM VÀ ĐỊNH NGHĨA CƠ BẢN 1.1. Khái niệm về động cơ 1.1.1. Định nghĩa chung về động cơ : Động cơ là một tổ hợp các chi tiết, thiết bị dùng để chuyển đổi một dạng năng lượng bất kỳ thành cơ năng. Tuỳ theo dạng năng lượng được chuyển đổi thành cơ năng mà động cơ được chia làm các loại như sau: Động cơ điện : Điện năng được chuyển đổi thành cơ năng. Động cơ nhiệt : Nhiệt năng được chuyển đổi thành cơ năng. 1.1.2. Động cơ nhiệt : Động cơ nhiệt là động cơ mà ở đó nhiệt năng được chuyển đổi thành cơ năng. Động cơ nhiệt được chia làm hai loại chính là: Động cơ đốt ngoài : là động cơ nhiệt mà ở trong đó các quá trình đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt và sự chuyển đổi từ nhiệt sang cơ được xảy ra ở hai nơi khác nhau. Động cơ đốt trong : là động cơ nhiệt mà ở trong đó các quá trình đốt cháy nhiên liệu thành nhiệt và sự chuyển đổi từ nhiệt sang cơ được xảy ra ở một nơi duy nhất ngay bên trong bản thân động cơ. 1.1.3. So sánh động cơ đốt trong với các loại động cơ nhiệt khác : 1.1.3.1. Ưu điểm: - Hiệu suất có ích cao, có thể đạt 40 ÷52%, trong khi đó hiệu suất của tua bin hơi nước chỉ đạt 22 ÷28%, của máy hơi nước đạt không quá 16% và của tua bin khí không quá 30%. - Kết cấu gọn, trọng lượng, kích thước nhỏ so với các loại động cơ khác cùng công suất. - Khởi động nhanh và luôn ở trạng thái chuẩn bị khởi động.Tính cơ động cao, có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải bên ngoài. - Dễ tự động hoá và có thể điều khiển được từ xa. - Ít nguy hiểm khi vận hành, ít có khả năng gây ra hoả hoạn như nổ vỡ thiết bị. Nhiệt độ xung quanh động cơ tương đối thấp, tạo điều kiện làm việc tốt cho thợ máy. 3 - Sử dụng nhiên liệu lỏng nên dễ dự trữ và vận chuyển. Suất tiêu hao nhiên liệu theo công suất thấp, nên lượng dự trữ ít. - Không cần khử xỉ và tro. Không cần nhiều người bảo dưỡng và phục vụ. 1.1.3.2. Nhược điểm: - Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% trong thời gian một giờ). - Hoạt động không ổn định khi làm việc ở tốc độ thấp. - Rất khó khởi động khi động cơ có tải. - Công suất lớn nhất của thiết bị không cao. - Cấu tạo phức tạp, yêu cầu độ chính xác cao. - Dùng nhiên liệu lỏng rất đắt tiền và yêu cầu tương đối khắt khe. - Thợ máy yêu cầu phải có trình độ kỹ thuật cao. - Chi phí về chế tạo ban đầu tương đối đắt. - Động cơ làm việc có tiếng ồn lớn (nhất là những động cơ cao tốc). 1.2. Các bộ phận cơ bản trên động cơ 1.2.1. Bộ phận tĩnh: Là những chi tiết, bộ phận mà khi động cơ làm việc nó không thay đổi vị trí so với vị trí đặt động cơ ( không dịch chuyển so với bệ máy ), bao gồm: 4 - Nắp xi lanh - Sơ mi xi lanh ( ống lót ) - Thân máy ( blốc xi lanh ) - Bệ đỡ trục khuỷu - Bệ máy ( các te ) 1.2.2. Bộ phận động: Là những chi tiết, bộ phận mà khi động cơ làm việc nó thay đổi vị trí so với vị trí đặt động cơ ( dịch chuyển so với bệ máy ), bao gồm: - Piston - Xéc măng - Chốt piston - Thanh truyền - Trục khuỷu - Bánh đà 1.2.3. Các hệ thống phục vụ: - Hệ thống phân phối khí - Hệ thống tăng áp - Hệ thống cung cấp nhiên liệu - Hệ thống bôi trơn - Hệ thống làm mát - Hệ thống khởi động - Đảo chiều – Điều tốc 1.3. Các định nghĩa cơ bản 1.3.1. Chu trình công tác: Là tổng cộng tất cả những phần của quá trình xảy ra trong thời gian của một giai đoạn (thời kì) trong một xylanh của động cơ. Khoảng thời gian đó được tính từ khi nạp khí mới vào cho đến khi kết thúc thải khí cũ đã cháy trong xylanh ra. Chu trình công tác có tính chu kì. Từ tính chu kì của chu trình công tác mà người ta chia động cơ đốt trong ra làm hai loại là động cơ 4 kì và động cơ 2 kì. 1.3.2. Kì : Là một phần của chu trình công tác xảy ra trong khoảng thời gian giữa hai vị trí của cơ cấu thanh truyền- trục khuỷu mà ở đó xylanh có thể tích là lớn nhất và nhỏ nhất. 1.3.3. Điểm chết :Là những vị trí của piston trong xylanh mà tại đó piston đổi chiều chuyển động. 5 Có hai điểm chết là điểm chết trên (Đ C T) và điểm chết dưới (Đ C D) Đ C T: Là vị trí của piston trong xylanh mà tại đó khoảng cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là lớn nhất trong một chu trình công tác. Đ C D: Là vị trí của piston trong xylanh mà tại đó khoảng cách từ đỉnh piston đến đường tâm trục khuỷu là nhỏ nhất trong một chu trình công tác. 1.3.4. Hành trình piston : Là khoảng cách giữa hai điểm chết. Kí hiệu (S) đơn vị tính (mm). 1.3.5. Thể tích buồng đốt : Là thể tích nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình công tác. Kí hiệu (Vc), đơn vị tính ( cm 3 ) 1.3.6. Thể tích công tác : Là hiệu số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình công tác. Kí hiệu Vh, Đơn vị tính (cm 3 ). Vh = Vmax – Vc Thể tích công tác của xylanh chính là thể tích phần không gian trong xylanh giới hạn giữa hai điểm chết. Vh = V max – V min 1.3.7. Tỉ số nén : là tỉ số giữa thể tích lớn nhất và nhỏ nhất của xylanh trong một chu trình công tác . Kí hiệu là ε c V V max = ε 6 Chương II SƠ ĐỒ CẤU TẠO V NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG, ĐỘNG CƠ XĂNG 2.1. Nguyên lý hoạt động của đông cơ diesel 4 kì 2.1.11.Định nghĩa : Động cơ diesel 4 kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là dầu diesel và khi thực hiện một chu trình công tác cần 4 hành trình piston (ứng với 2 vòng quay trục khuỷu ) 2.1.2.Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel 4 kì: 2.1.2.1.Sơ đồ cấu tạo : Hình 2.1. Sơ đồ cấu tạo động cơ diesel 4 kì 1- Trục khuỷu 2- Thanh truyền 3- Piston 4- Xylanh 5- Vòi phun 6- Xupap nạp 7- Xupap thải 8- Đường ống nạp 9- Đường ống thải 2.1.2.2.Nguyên lý làm việc : Một chu trình công tác của động cơ được thực hiện sau 4 hành trình của piston như sau: Hành trình I: Hành trình nạp. Khi piston chuyển động từ ĐCT xuống ĐCD xupap thải đóng, xupap nạp mở. Thể tích trong xylanh động cơ tăng, dẫn đến áp suất giảm, nhờ sự chênh lệch áp suất giữa bên trong và bên ngoài xylanh, không khí ở bên ngoài có áp suất lớn hơn tự động tràn qua đường ống hút và xupap nạp vào xylanh động cơ trong suốt hành trình này. Vì vậy hành trình này được gọi là hành trình nạp. Piston xuống tới ĐCD thì chấm dứt hành trình thứ nhất. 7 Thực tế để tăng thêm lượng không khí nạp vào trong xylanh động cơ thì xupap nạp được mở sớm một góc ϕ 1 và đóng muộn một góc ϕ 2 .Vì vậy thời gian thực tế của quá trình nạp lớn hơn hành trình: ϕ 1 + 180 0 + ϕ 2 > 180 0 - Hành trình II: Hành trình nén. Khi piston đi từ dưới lên cả hai xupap nạp và thải đều đóng. Thể tích trong xylanh giảm, không khí bị nén trong xylanh dẫn đến áp suất và nhiệt độ tăng. Khi pis ton lên gần tới điểm chết trên áp suất và nhiệt độ của không khí đủ điều kiện cho nhiên liệu cháy (p= 30÷45 at; T = 400÷600 0 C ) nhiên liệu được phun vào buồng đốt với góc phun sớm ϕ 3 . Piston lên tới điểm chết trên thì chấm dứt hành trình thứ hai, hành trình nén. Thực tế thời gian quá trình nén chỉ được tính khi các xupap đã đóng hoàn toàn. Vì vậy thời gian thực tế quá trình nén nhỏ hơn hành trình: 180 0 - ϕ 2 < 180 0 Hình 2.2.các quá ttình làm việc của động cơ diesel 4 kì. a.Quá trình nạp b.Quá trình nén c.Quá trình cháy giãn nở d.Quá trình thải - Hành trình III: Cháy giãn nở sinh công. Ở cuối hành trình thứ hai khi nhiên liêu được phun vào buồng đốt, nhiên liệu gặp áp suất và nhiệt độ cao của không khí nén trong buồng đốt nên tự bốc cháy. Quá trình cháy xảy ra mãnh liệt nhất khi piston ở ĐCT, nhiệt độ trong buồng đốt có thể đạt tới 1600 ÷ 2000 o C; áp suất có thể đạt tới 90 ÷ 120 at. Ap lực của khí cháy trực tiếp tác động lên đỉnh pis ton đẩy pis ton đi xuống làm quay trục khuỷu thực hiện quá trình giãn nở sinh công. Pis on xuống tới điểm chết dưới thì chấm dứt hành trình thứ ba. 8 Thực tế để giảm bớt công cản trong quá trình thải và nhằm thải được sạch khí cháy thì xupap thải được mở sớm một góc ϕ 4 và đóng muộn một góc ϕ 5 . Như vậy thời gian thực tế quá trình cháy giãn nở nhỏ hơn hành trình: 180 0 - ϕ 4 < 180 0 . Hành trình IV: Hành trình thải. Ở hành trình này pis ton đi từ ĐCD lên ĐCT. Xupap thải mở, xupap nạp đóng. Ở cuối hành trình thứ ba khi xupap thải mở, khí cháy ở trong lòng xylanh có áp suất lớn hơn bên ngoài tự động thoát ra ngoài, phần còn lại của sản vật cháy sẽ được piston khi đi từ dưới lên trên đẩy nốt ra ngoài qua xupap thải. Piston lên tới ĐCT thì chấm dứt hành trình thứ tư, chấm dứt một chu trình công tác của động cơ. Chu trình tiếp theo được lặp lại y như vậy. Thực tế do xupap thải được mở sớm một góc ϕ 4 và đóng muộn một góc ϕ 5 , vì vậy thời gian thực tế của quá trình thải lớn hơn hành trình : ϕ 4 + 180 0 + ϕ 5 > 180 0 Hình 2.3. Các quá trình làm việc thực tế của động cơ diesel 4 kì theo góc quay trục khuỷu. a. Điểm mở xupap nạp b. Điểm đóng xupap nạp ϕ 1 : Góc mở sớm xupap nạp ϕ 2 : Góc đóng muộn xupap nạp c. điểm phun nhiên liệu ϕ 3 : Góc phun sớm nhiên liệu d.Điểm mở sớm xupap thải. ϕ 4 : Góc mở sớm xupap thải 9 e. Điểm đóng muộn xupap thải ϕ 5 : Góc đóng muộn xupap thải 2.1.3.Kết luận: Qua phân tích nguyên lý làm việc của động cơ diesel 4 kì như trên ta có thể đưa ra một số kết luận sau : +Toàn bộ một chu trình công tác của động cơ được thực hiện sau bốn hành trình, trong bốn hành trình đó chỉ có hành trình thứ ba là sinh công, còn ba hành trình (nạp, nén, thải) không sinh công mà phải tiêu hao công mới thực hiện được. Năng lượng để phục vụ cho ba hành trình này là nhờ năng lượng dự trữ của trục khuỷu, bánh đà và của các xylanh khác. +Thời điểm mở, đóng của các xupap nạp và thải cũng như thời điểm phun nhiên liệu không trùng với các điểm chết, được gọi là thời điểm phân phối khí của động cơ. 2.2. Nguyên lý hoạt động của đông cơ diesel 2 kì 2.2.1.Định nghĩa, đặc điểm của động cơ diesel hai kì 2.2.1.1.Định nghĩa: Động cơ diesel 2 kì là động cơ đốt trong, sử dụng nhiên liệu là dầu diesel và khi thực hiện một chu trình công tác cần hai hành trình piston (ứng với một vòng quay trục khuỷu ) 2.2.1.2.Đặc điểm của động cơ diesel hai kì : Động cơ diesel 2 kì về nguyên tắc làm việc trong một chu trình cũng phải thực hiện các quá trình: nạp, nén (cuối nén phun nhiên liệu), cháy giãn nở, thải. Nhưng tất cả các quá trình này chỉ thực hiện sau hai hành trình piston, do đó về mặt kết cấu cần có những đặc điểm khác biệt so với động cơ 4 kì: - Động cơ diesel hai kì muốn làm việc được bắt buộc phải có bơm khí quét (hoặc máy nén) hút khí ngoài trời tạo áp suất cao thổi vào xylanh qua các hàng cửa nạp, dùng khí mới đuổi khí cũ đi và khí mới chiếm chỗ luôn trong đó; thực hiện việc vừa nạp vừa thải gọi là quét khí . - Động cơ hai kì có thể không có xupap hoặc chỉ có xupap thải. Tuỳ theo hình dạng của dòng khí quét và việc bố trí các cửa khí mà ở động cơ diesel hai kì có rất nhiều kiểu quét khí khác nhau. Dưới đây ta xét nguyên lí làm việc của động cơ diesel 2 kì quét thẳng qua xupap. Đó là loại động cơ diesel hai kì khá phổ biến dưới tàu thuỷ. 2.2.2. Nguyên lý làm việc động cơ diesel hai kì quét thẳng qua xupap: 10 [...]... một khối rồi bắt với bệ máy bằng bulơng Hình giới thiệu một loại thân máy đúc liền khối, bao gồm: Hình 3. 3 Thân máy - Hai cầu dọc 1 để lắp bu lơng cố định thân máy với bệ máy - Các lỗ 2 để lắp lót xylanh - Các gu jơng 3 để cố định thân máy với nắp xylanh 3. 1 .3. Lót xylanh (sơ mi xylanh): 3. 1 .3. 1.Vị trí, cơng dụng: - Nằm trong thân máy (blơc) - Cùng với piston, nắp xylanh tạo thành thể tích làm việc của... chấn động của vỏ tàu khi khai thác - Chịu một phần áp lực của khí cháy 23 3.1.4 .3. Đặc điểm kết cấu : Hình 3. 5 Bệ máy 1- Dầm dọc 2- Đà ngang 3, 4 – Lỗ bu lơng Về kết cấu bệ máy của mỗi động cơ có những điểm khác nhau, song chúng có những đặc điểm chung là: 2 dầm dọc (1) được nối với nhau bởi các đà ngang(2), các lỗ bu lơng (3) để nối với thân máy, lỗ bu lơng (4) để nối với bệ máy dưới tàu Các đà ngang... vì vậy khó khăn trong việc chế tạo và sửa chữa thay thế 3. 1.4.Bệ máy : 3. 1.4.1.Vị trí , cơng dụng : - Bệ máy (cácte) là chi tiết nằm ở vị trí dưới cùng của động cơ Nó có cơng dụng: - Hứng hoặc chứa dầu bơi trơn - Lắp bệ đỡ trục khuỷu - Đỡ tồn bộ trọng lượng của máy - Cố định máy tàu thuỷ để đảm bảo ổn định cho máy khi tàu hoạt động khai thác 3. 1.4.2.Điều kiện cơng tác : - Chịu lực nén lớn - Chịu rung... giá trị (p= 7- 20 at; T =35 0- 450 0C ) bugi đánh lửa với góc đánh lửa sớm trước ĐCT một góc 3 Piston lên tới điểm chết trên thì chấm dứt hành trình thứ hai, hành trình nén (nén khí hỗn hợp) Nhưng thực tế thời gian q trình nén chỉ được tính khi các suppap đã đóng hồn tồn Vì vậy thời gian thực tế q trình nén nhỏ hơn hành trình - Hành trình III: Cháy giãn nở sinh cơng Ở cuối hành trình thứ hai khi bugi... Các dạng mặt cắt xéc măng dầu 3. 2 .3. Chốt piston: 3. 2 .3. 1.Vị trí, cơng dụng: - Chốt piston nằm trong bệ chốt ở phần thân piston - Nối piston với thanh truyền 27 - Truyền lực khí cháy cho thanh truyền và trục khuỷu 3. 2 .3. 2.Điều kiện cơng tác: - Chịu áp lực khí cháy lớn - Chịu các lực qn tính, va đập - Chịu ma sát trong điều kiện bơi trơn khó khăn - Chịu uốn, chịu xoắn 3. 2 .3. 3.Đặc điểm kết cấu: Chốt piston... nến điện (bugi) 2 .3. 2.1.Sơ đồ cấu tạo: Hình 2.6 Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 4 kì 1- Ống hút 2- Họng các buya- ratơ 3- Ziclơ 4- Buồng phao 5- Bướm ga 6- Bugi 2 .3. 2.2.Ngun lý làm việc : Ta xét chuẩn piston đang ở điểm chết trên Như vậy một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện sau 4 hành trình của piston như sau: - Hành trình I: Hành trình nạp Piston đi từ ĐCT xuống ĐCD, ở hành trình này suppap... 2 .3. 2 .3. Kết luận: Qua phân tích ngun lý làm việc của động cơ xăng 4 kì như trên ta có thể đưa ra một số kết luận sau: +Tồn bộ một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện trong bốn hành trình của piston, trong bốn hành trình đó chỉ có hành trình thứ ba là sinh cơng, còn ba hành trình kia (nạp, nén, thải) khơng sinh cơng mà phải tiêu tốn cơng mới thực hiện được Năng lượng để phục vụ cho ba hành trình. .. dưới thì chấm dứt hành trình thứ hai, chấm dứt một chu trình cơng tác của động cơ Như vậy ở hành trình thứ hai trong lòng xylanh động cơ đã xảy ra các q trình cháy giãn nở, thải tự do, qt khí và nạp khí mới Khi piston tiếp tục đi lên thì chu trình tiếp theo được lặp lại giống như thứ tự đã nói ở trên Qt Nén Cháy giãn nở Qt Hình 2.5 Các qúa trình làm việc của động cơ diesel 2 kì 2.2 .3 Kết luận : Qua phân... và đóng muộn một góc ϕ2 Vì vậy thời gian thực tế của q trình nạp lớn hơn hành trình a) b) c) d) Hình 2.7.các q ttình làm việc của động cơ xăng 4 kì a.Q trình nạp b.Q trình nén c.Q trình cháy giãn nở d.Q trình thải - Hành trình II:Hành trình nén Ở hành trình này piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên, cả hai suppap nạp và thải đều đóng Khi piston đi từ dưới lên trên thể tích trong xi lanh giảm... bộ một chu trình cơng tác của động cơ được thực hiện trong hai hành trình của piston Trong hai hành trình đó chỉ có một hành trình là sinh cơng, còn hành trình kia dùng để nén khí nạp, do đó khơng sinh cơng mà phải tiêu hao cơng mới thực hiện được +Ap suất khơng khí qúet phải lớn hơn áp suất khí trời Do đó phải có bơm qúet khí (hoặc máy nén khí) do trục khuỷu dẫn động +Có một phần hành trình của piston . thuyền viên, người lái phương tiện thủy nội địa, cập nhật những kiến thức và kỹ năng mới. Cục Đường thủy nội địa Việt Nam tổ chức biên soạn “Giáo trình máy tàu thủy . Đây là tài liệu cần thiết. loại thân máy đúc liền khối, bao gồm: Hình 3.3 .Thân máy - Hai cầu dọc 1 để lắp bu lông cố định thân máy với bệ máy. - Các lỗ 2 để lắp lót xylanh. - Các gu jông 3 để cố định thân máy với nắp. BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI CỤC ĐƯỜNG THỦY NỘI ĐỊA VIỆT NAM GIÁO TRÌNH ĐÀO TẠO THUYỀN TRƯỞNG HẠNG BA MÔN MÁY TÀU THỦY Năm 2014 1 LỜI GIỚI THIỆU Thực hiện chương trình