Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự - Chương 3 potx

Chương 3
ĐẶC TÍNH HẠN CHẾ VÀ CÁC TRƯỜNG HỢP CÓ THỂ QUÁ TẢI CỦA
ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ
3.1. Phạm vi tải cho phép lâu dài của ĐCĐT tàu quân sự
3.1.1. Sự cần thiết phải giới hạn phạm vi cho phép lâu dài của ĐCĐT tàu quân sự
Phạm vi làm việc của ĐCĐT nói chung là miền giới hạn bởi: trục hoành (n),
các đường vuông góc với trục hoành đi qua các điểm tốc độ vòng quay nhỏ nhất
và tốc độ vòng quay cực đại, và đường đặc tính ngoài.
Các động cơ tàu quân sự (động cơ chính) dùng để quay chân vịt cố định bước và
chân vịt biến bước, tạo ra lực đẩy để tàu chuyển động thực hiện các nhiệm vụ đảm
bảo tính năng kỹ chiến thuật của tàu.
- Các ĐCĐT tàu quân sự quay chân vịt có bước cố định được sử dụng trong một
phạm vi tải và vòng quay rộng theo đặc tính chân vịt. Đặc tính chân vịt không cố định
mà phụ thuộc vào: trạng thái vỏ tàu, lượng chiếm nước và các điều kiện hoạt động, sẽ
thay đổi từ chân vịt “nhẹ” đến chân vịt “nặng”.
- Các động cơ quay chân vịt biến bước được khai thác theo các đặc tính tải
trong phạm vi rộng của các mô men xoắn.
- Một trong những đặc điểm khai thác ĐCĐT tàu quân sự là khả năng quá tải ít
hoặc nhiều, hậu quả của chúng có thể làm:
+ Tăng các ứng suất nhiệt và cơ khí;
+ Tăng sự mài mòn các chi tiết;
+ Làm gãy và thậm chí làm hư hỏng động cơ trước thời hạn.
- Trong phạm vi rộng của tải và số vòng quay ở một số chế độ không bảo đảm
được sự hình thành khí hỗn hợp và chất lượng của quá trình công tác, ví dụ ở các
vòng quay và tải nhỏ. Làm việc lâu dài ở các chế độ này có thể dẫn đến:
+ Việc tăng cường tạo muội than;
+ Phá huỷ quá trình bôi trơn;
+ Cuối cùng làm hư hỏng động cơ trước thời hạn.
Sự làm việc bền vững của động cơ tàu quân sự sẽ hoàn toàn được bảo đảm chỉ
trong trường hợp nếu các ứng suất nhiệt và cơ khí của các chi tiết không vượt quá các
giá trị giới hạn và chất lượng của quá trình công tác hoàn toàn tốt.

Để trong thời gian công tác, động cơ không bị quá tải và không làm việc lâu dài
ở các chế độ mà chất lượng của quá trình công tác không đảm bảo, cần phải có giới
hạn (phạm vi) cho phép làm việc lâu dài của các chế độ công tác. Trong các giới hạn
đó có đặc tính hạn chế.
3.1.2. Khái niệm đặc tính hạn chế, phạm vi cho phép làm việc lâu dài
Đặc tính hạn chế là sự phụ thuộc của các công suất cực tiểu và cho phép cực đại
vào số vòng quay của trục khuỷu, ở đó cho phép động cơ làm việc lâu dài trong các
điều kiện khai thác.
Hình dạng của các đường đặc tính hạn chế như trên hình 3.1, ở đó biểu diễn:
1. Đặc tính hạn chế trên:
Hạn chế giới hạn trên của công suất
lâu dài. Cơ sở của đặc tính hạn chế trên là
các giá trị giới hạn của tải trọng nhiệt và
cơ khí của động cơ và cả chất lượng tiến
triển của quá trình công tác.
2. Đặc tính hạn chế dưới:
Hạn chế giới hạn dưới của công suất
lâu dài. Cơ sở của đặc tính hạn chế dưới
chủ yếu là chất lượng của quá trình công
tác và trong một số trường hợp là tải trọng
cơ khí.

3. Đường hạn chế theo giới hạn trên của số vòng quay:
Cơ sở của đường hạn chế trên số vòng quay là các chỉ tiêu của tải trọng cơ khí
do các lực quán tính của các chi tiết cơ cấu tay quay thanh truyền.
4. Đường hạn chế số vòng quay khai thác cực tiểu:
Cơ sở của đường giới hạn dưới số vòng quay là độ ổn định của chế độ công tác
và chất lượng của quá trình cháy.
Hình 3.1. Phạm vi cho phép
làm việc cho phép của ĐCĐT

H
1

2

3

6

5

4

N
eđ
n

n
đm

N
ema
n
max

N
e
5. Đặc tính ngoài của động cơ: theo hành trình có ích cực đại của van trượt.
6. Đặc tính chân vịt.

Các đường 1, 2, 3, 4 tạo nên vùng cho phép làm việc lâu dài, hay phạm vi bên
trong nó cho phép động cơ làm việc lâu dài trong giới hạn tuổi thọ được nhà máy chế
tạo quy định. Vượt ra ngoài phạm vi này động cơ sẽ bị quá tải, sự tiến triển của quá
trình công tác sẽ không được đáp ứng.
Các đặc tính hạn chế được nhà máy chế tạo quy định phụ thuộc vào các đặc
điểm kết cấu của từng động cơ và các sơ đồ tăng áp. Tiêu chuẩn cơ bản để quy định
các đặc tính hạn chế là các chỉ tiêu tải trọng cơ khí, các chỉ tiêu của trạng thái nhiệt và
chất lượng tiến triển của quá trình công tác, có nghĩa là các điều kiện và chất lượng
phun nhiên liệu, hình thành khí hỗn hợp và cháy.
Nhà máy chế tạo quy định đặc tính hạn chế dựa chủ yếu vào kết quả thử tại giá
thử động cơ, trong thời gian này người ta đo đạc và xác định các chỉ tiêu cơ bản trong
đó có các chỉ tiêu hạn chế. Những điều kiện làm việc của động cơ trên tàu luôn luôn
nặng nhọc hơn so với ở giá thử. Động cơ làm việc trên tàu nằm trong thành phần của
tổ hợp đẩy tàu, các điều kiện đó ở một mức độ nhất định khác với ở giá thử.
Tất cả các đặc tính hạn chế xây dựng cho các điều kiện bên ngoài, được nhà
máy chế tạo đưa ra trong tài liệu kỹ thuật của động cơ. Những điều kiện bên ngoài có
ảnh hưởng nhất định đến sự làm việc của động cơ và nếu trong thời gian khai thác
chúng khác với các điều kiện định mức quy định của nhà máy thì cần phải xây dựng
các đặc tính đặc biệt khác. Sự ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài đến sự làm việc
của động cơ sẽ được xem xét trong một chương riêng.
Khi sử dụng động cơ có một hoặc một số xilanh, máy tăng áp hoặc bầu làm mát
trung gian không làm việc cũng làm thay đổi các điều kiện làm việc, trong những
trường hợp này cần phải khai thác động cơ theo các đặc tính hạn chế xây dựng riêng
cho từng điều kiện.
3.1.3. Những yếu tố đảm bảo khai thác tốt động cơ
Để khai thác động cơ có kỹ thuật và không hư hỏng, các kỹ sư - thợ máy cần
phải:
- Có đầy đủ các đặc tính hạn chế xây dựng cho tất cả các trường hợp có thể xảy
ra cho sự làm việc của động cơ. Những đặc tính hạn chế như vậy có trong các tài liệu
hướng dẫn khai thác động cơ.

- Một yếu tố quan trọng nữa để đảm bảo khai thác bình thường động cơ, ngoài
việc có các đặc tính hạn chế là có khả năng kiểm tra tải của động cơ trong từng thời
điểm riêng, kiểm tra cường độ cơ khí và trạng thái nhiệt của các chi tiết. Cách tốt
nhất là đo đạc trực tiếp các ứng suất cơ khí và nhiệt độ các chi tiết ở các điểm đặc
trưng nhất. Do được kiểm tra như vậy, có thể tin tưởng vào sự làm việc vững chắc
của động cơ cường hoá hiện đại.
ở điều kiện tàu quân sự, do có nhiều khó khăn trong việc đo đạc các tải của
động cơ, các chỉ tiêu cường độ cơ khí và trạng thái nhiệt của các chi tiết nên trong
thực tế khai thác để hạn chế và kiểm tra tải của động cơ người ta sử dụng các chỉ tiêu
gián tiếp. Kiểm tra được chúng và ở mức độ này hay mức độ khác thể hiện được tải
của động cơ, cường độ cơ khí của nó, trạng thái nhiệt của các chi tiết và cả chất lượng
của quá trình công tác. Những chỉ tiêu này được gọi là chỉ tiêu chặn.
Những chỉ tiêu chặn được dùng để hạn chế và kiểm tra tải của động cơ bao
gồm:
- Tiêu hao nhiên liệu cho chu trình, ;
- Mô men xoắn có ích, M
e
;
- Áp suất có ích trung bình, P
e
;
- Áp suất cháy cực đại (áp suất cực đại của chu trình), P
z
;
- Nhiệt độ của khí thải, T
th
;
- Hệ số dư lượng không khí, ;
- Số vòng quay của tuabin máy nén, n
K

;
- Nhiệt độ các chi tiết nhóm pittông, T
pt
.
3.2. Các phương pháp khác nhau để hạn chế tải của động cơ ở số vòng quay thấp
3.2.1. Hạn chế tải của động cơ theo lượng nhiên liệu cấp cho chu trình
Phương pháp đơn giản nhất để hạn chế
tải của động cơ là đặt mốc giới hạn trên cần
dẫn động thanh răng bơm cao áp lượng nhiên

,%



100


80



100


75

liệu cấp tối đa cho chu trình hoặc mốc giới
hạn hành trình thanh răng theo chiều tăng
lượng nhiên liệu. Điểm mốc như vậy được đặt
lên tất cả các động cơ tàu quân sự. Trong

trửụứng hụùp naứy ủaởc tớnh haùn cheỏ laứ
ủaởc tớnh ngoaứi cuỷa động cơ, mặt khác đặc
tính ngoài của động cơ, khi = const, hoặc
chính xác hơn là đặc tính ở hành
trình có ích không đổi của van trượt bơm nhiên liệu (bởi vì khi cố định thanh răng
bơm nhiên liệu lượng nhiên liệu cấp cho chu trình thay đổi phụ thuộc vào số vòng
quay, xem hình 3.2).
Khả năng và sự cho phép làm việc của các động cơ khác nhau theo đặc tính
ngoài cần được nhìn nhận từ quan điểm của sự thay đổi theo đặc tính ngoài của các
chỉ tiêu tải trọng nhiệt và cơ khí của các động cơ đó. Sự thay đổi của các chỉ tiêu trên
sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố như: Những đặc điểm về kết cấu, các sơ đồ và thành
phần của máy tăng áp, áp suất tăng áp. Ta xem các chỉ tiêu của cường độ nhiệt và cơ
khí sẽ thay đổi như thế nào theo đặc tính ngoài của các động cơ tăng áp và không
tăng áp. Trong tất cả các trường hợp xem như vòng quay của động cơ giảm bắt đầu từ
điểm của chế độ định mức hoặc cực đại.
1. Động cơ không tăng áp
Cường độ cơ khí của động cơ không tăng áp, làm việc theo đặc tính ngoài với sự
giảm vòng quay sẽ tăng lên một ít. Điều này được giải thích bằng việc tăng P
Z
do hậu
quả tăng giai đoạn cháy trễ 
i
và trong một loạt trường hợp tăng suất nhiên liệu cấp
cho chu trình .Việc tăng một ít giai đoạn cháy trễ khi giảm số vòng quay theo
đặc tính ngoài được giải thích bằng sự giảm hiện tượng xoáy lốc, áp suất P
C
và nhiệt
độ của không khí nạp T
C
ở cuối quá trình nén. Đối với động cơ hai kỳ việc giai đoạn

cháy trễ, cường độ cơ khí được bổ sung thêm do việc giảm các lực quán tính của các
khối lượng chuyển động tịnh tiến nên đưa đến làm tăng nhanh hơn cường độ cơ khí.
Sự thay đổi suất nhiên liệu của chu trình
phụ thuộc vào số vòng quay khi cố định thanh
răng bơm nhiên liệu được xác định bằng kiểu
T
1,0

0,8

0,6

1
2
và các đặc điểm kết cấu của bơm. Khi giảm số
vòng quay suất nhiên liệu cấp cho chu trình có
thể tăng hoặc giảm. Trên hình 3.4 biểu diễn sự
phụ thuộc của hệ số cấp nhiên liệu vào số vòng
quay khi giữ nguyên thanh răng của bơm nhiên
liệu. ở hàng loạt bơm kiểu van trượt ở giai đoạn
đầu hệ số cấp nhiên liệu tăng lên theo sự giảm
số vòng quay (đường cong 1) và sau đó giảm
xuống.
ở đoạn đầu hoàn toàn thể hiện được hiệu quả của việc nạp đầy không gian phía
trên van trượt của bơm, ở giai đoạn hai có sự tiết lưu của nhiên liệu trong thời gian
nén của van và tăng tổn thất nhiên liệu qua các khe hở. Nếu việc nạp tăng chậm hơn
tiết lưu thì hệ số nạp của bơm luôn giảm khi số vòng quay giảm (đường cong 2).
Trên hình 3.5 biểu diễn sự phụ thuộc của
P
Z

, P
max
và  của động cơ không tăng áp theo
đặc tính ngoài. Đặc trưng của việc thay đổi các
chỉ tiêu thể hiện đến việc tăng cường độ cơ khí
của động cơ khi giảm số vòng quay.
Trạng thái nhiệt của các chi tiết và cường
độ nhiệt của động cơ không tăng áp khi làm
việc theo đặc tính ngoài khi giảm số vòng quay
được xác định bằng đặc trưng thay đổi suất tiêu
hao nhiên liệu cho chu trình, hệ số dư lượng
không khí và các yếu tố khác.
Về đặc trưng thay đổi hệ số dư lượng không khí dễ dàng suy luận theo công thức:
(3.1)
f
b
- Diện tích van trượt của bơm cao áp;
h
b
- Hành trình của van trượt;

nl
- Khối lượng riêng của nhiên liệu;

b
- Hiệu suất của bơm nhiên liệu;


2,0


1,0
500 600 700 n (v/ph)
Hình 3.5. Sự phụ thuộc của P
z
,
Pmax và  của động cơ không
tăng áp theo đặc tính ngoài
P

P
z

P
max



0
- Khối lượng riêng của không khí;

v
- Hệ số nạp của động cơ;
K - Hệ số thay thế.
Nếu bỏ qua tỷ số thì hệ số dư lượng không khí có thể xem như không đổi.
Để đánh giá trạng thái nhiệt của các chi tiết và cường độ nhiệt của động cơ thuận
tiện nhất là sử dụng công thức 2-59 (xem chương 2) để cho dòng nhiệt riêng:

Chú ý là khi = P
0
= const nếu vòng quay giảm giá trị q sẽ giảm, vì vậy cần
phải giảm nhiệt độ các chi tiết.
Như vậy, đối với các động cơ không tăng áp đặc tính ngoài có thể được sử dụng
như đặc tính hạn chế khi đó cho phép cường độ cơ khí tăng lên một ít.
2. Động cơ có tăng áp
Cường độ cơ khí của các động cơ có tăng áp có giá trị áp suất tăng áp lớn ở công
suất định mức thường giảm theo sự giảm vòng quay theo đặc tính ngoài, vì áp suất
tăng áp trong đa số các trường hợp lúc này giảm xuống làm giảm áp suất cuối kỳ nén
P
C
và giảm áp suất cháy cực đại P
Z
. Nhưng trong tất cả các trường hợp khi giảm số
vòng quay tốc độ tăng áp suất  và do đó tác dụng động học của lực P
Z
tăng. Điều
này gây tác dụng không tốt đén sức bền của các ổ đỡ.
Khi phân tích sự thay đổi của cường độ cơ khí của động cơ có tăng áp theo đặc
tính ngoài cần phải chú ý đến giá trị áp suất tăng áp, kiểu và những đặc điểm kết cấu
của chúng thiết bị tăng áp. Đối với các động cơ có giá trị tăng áp suất không lớn và cả
trung bình, cường độ cơ khí có thể tăng khi giảm số vòng quay theo đặc tính ngoài.
Trên hình 3.6 giới thiệu sự thay đổi các chỉ số của động cơ hai kỳ (P
K
= 1,53 kG/cm
2
).
Khi làm việc theo đặc tính ngoài, giảm số vòng quay áp suất cháy cực đại P
z

thực tế giữ nguyên không đổi và thậm chí giảm xuống một ít. Giá trị
quyết định cường độ cơ khí của nhóm tay quay thanh truyền tăng lên do P
j
giảm.















Nếu động cơ được trang bị tua bin - máy nén điều chỉnh thì số vòng quay của tua
bin - máy nén làm việc theo đặc tính ngoài có thể giữ nguyên trong một giới hạn cho
trước bằng cách tăng áp suất khí trước tua bin. Áp suất tăng áp có thể giữ ở mức
tương đối cao nhưng mặt khác lại làm tăng cường độ cơ khí của động cơ làm việc
theo đặc tính ngoài.
Việc tăng cường độ cơ khí của động cơ như vậy khi giảm số vòng quay theo đặc
tính ngoài có thể thực hiện được bằng cách sử dụng thiết bị đặc biệt để giảm góc
phun sớm của nhiên liệu.
Việc thay đổi nhiệt độ của các chi tiết và cường độ nhiệt của động cơ có tăng áp
khi làm việc theo đặc tính ngoài được quyết định chủ yếu bằng sự thay đổi áp suất

tăng áp và tăng thời gian trao đổi nhiệt trong xy lanh động cơ khi giảm số vòng quay
động cơ. Khi phân tích sự thay đổi cường độ nhiệt của động cơ theo đặc tính ngoài
cũng như cường độ cơ khí cần phải xét đến giá trị của áp suất tăng áp ở công suất
định mức, thành phần và sơ đồ máy tăng áp và những đặc điểm kết cấu của chúng. ở
đa số các động cơ tăng áp khi giảm số vòng quay theo đặc tính ngoài áp suất tăng áp
M
e
,(kGm)
1800

1500
P
z
,
(kG/cm
2
)

80
75
70




2,8
2,6
2,4
2,2
N

e
, (cv)

1800
1400
1000
,(kG/cm
2
)
1,1
T
th
,
0
C

380
360
340



2,0
1,8
1,6
400 500 600 700 800 n
(v/ph)

Hình 3.6. Sự thay đổi các chỉ tiêu của động cơ điêden
hai kỳ tăng áp làm việc theo đặc tính ngoài

N
e

M
e


P
z

T
th






giảm tương đối lớn. Phần lớn áp suất tăng áp giảm ở các động cơ có máy nén truyền
động cơ khí và loại tua bin - máy nén có liên hệ với trục khuỷu. ở động cơ có tua bin
- máy nén tự do áp suất tăng áp thậm chí có thể giữ nguyên ở mức độ cao.
Phân tích sự thay đổi cường độ nhiệt của động cơ tăng áp theo đặc tính ngoài
đơn giản nhất là dựa vào công thức 2.59 (xem chương 2):

Dựa vào công thức này, khi giảm tỷ lệ và 
v
tỷ số tăng lên tạo nên
khả năng tăng dòng nhiệt q và nhiệt độ của các chi tiết, không kể đến sự giảm của số
vòng quay của động cơ. Bằng thực nghiệm đã khẳng định điều đó là, khi giảm số
vòng quay của động cơ theo đặc tính ngoài và khi giảm một ít nhiệt độ khí thải, nhiệt

độ của các chi tiết có thể tăng lên một chút. Điểm này có thể nhìn thấy trên hình 3.6
về đồ thị thay đổi các chỉ tiêu của động cơ hai kỳ tăng áp làm việc theo đặc tính
ngoài. Trong quan hệ của việc tăng nhiệt độ các chi tiết nhóm pit tông - xy lanh, việc
làm xấu quá trình cháy và tăng sự lọt khí vào các te qua các xéc măng của các động
cơ tăng áp làm việc theo đặc tính ngoài theo nguyên tắc là không cho phép. Việc
giảm tốc độ giảm hệ số dư lượng không khí (thậm chí giữ nguyên  = const) theo đặc
tính ngoài đối với các động cơ tăng áp có thể đạt được bằng cách sử dụng tua bin -
máy nén điều chinh. Việc giảm tiết diện miệng phun của tua bin khí làm tăng công
suất của nó giữ được số vòng quay tua bin - máy nén và áp suất tăng áp theo yêu cầu.
Nhiệt độ các chi tiết trong trường hợp này có thể giữ nguyên ở mức độ chế độ định
mức.
3.2.2 Sự hạn chế tải của động cơ theo mô men xoắn.
Việc sử dụng đặc tính hạn chế M
e
= const cho biết rằng trong toàn bộ khoảng
công tác của vòng quay động cơ mô men xoắn không được vượt quá giới hạn của nó.
Đồng thời cũng cho biết rằng các ứng suất tiếp tuyến của trục khuỷu khi đó không
được vượt quá giới hạn cho phép, vì:

max
= , kG/cm
2
(3.2)
W
P
- Mô men cản độc cực của trục khuỷu.
Đặc tính hạn chế M
e
= const trong hệ trục toạ độ N
e

- n là một đường thẳng đi
qua gốc toạ độ và điểm xác định chế độ làm việc định mức (hình 3.7).
Đặc tính này chủ yếu để hạn chế công
suất của động cơ ở các chế độ làm việc bộ
phận so với đặc tính ngoài và chỉ dùng cho
các động cơ có giá trị áp suất tăng áp nhỏ (đến
1,3  1,5 kG/cm
2
). Trong các động cơ cường
hoá, khi số vòng quay giảm áp suất tăng áp và
suất tiêu hao không khí nạp của chu trình
cung giảm. Để giữ nguyên hệ số nạp cần giảm
M
C
và chỉ trong một số đoạn cho phép hạn
chế theo M
e
= const.
ở một số kiểu động cơ có thể dùng mô men xoắn để kiểm tra phụ tải, người ta
sử dụng các thiết bị đo đạc, kiểm tra đặc biệt: trục xoắn, đồng hồ đo mô men xoắn,
lực kế thuỷ lực (ta sẽ tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và cách sử dụng các thiết
bị này trong chương sau).
Phổ biến nhất là lực kế thuỷ lực đặt trên một số kiểu động cơ M -500 có hộp số
kiểu bánh răng hành tinh. Các đặc tính hạn chế trên và dưới của các động cơ này
được ghi thành bảng biểu diễn sự phụ thuộc của áp lực dầu với vòng quay. Áp lực
dầu tỷ lệ với mô men xoắn của động cơ (xem bảng 3.1).
3.2.3 Hạn chế tải động cơ theo hệ số dư lượng không khí.
Việc xây dựng đặc tính hạn chế theo  = const ở một số nhà máy cho các động
cơ tàu quân sự cao tốc hiện nay rất phổ biến. Khi đó giả thiết rằng nếu ở tất cả các
chế độ làm việc hệ số dư lượng không khí sẽ không nhỏ hơn các giá trị định mức, thì

chính nó sẽ bảo đảm giữ được chất lượng của quá trình công tác trong các giới hạn
của toàn bộ khoảng tốc độ vòng quay công tác ở chế độ công suất toàn tải hay công
suất khai thác. Lúc này trạng thái nhiệt nhóm pittông và ứng suất cơ khí ở các chế độ
bộ phận sẽ thấp hơn giới hạn ấn định cho khi toàn tải.
Bảng 3.1. Xác định các thông số hạn chế theo áp suất dầu trong lực kế thuỷ lực
của động cơ kiểu M500
Chế độ làm việc của
động cơ ở hành trình
Đặc tính hạn chế trên
Đặc tính hạn chế
dưới


M
e
=const
=const
N
e
=Cn
3

H
N
e
(%)
n(%)
0 20 40 60 80
100

100


80


60


40


20

Hình 3.7. Hình dáng các đặc tính
hạn chế của động cơ điêden
tiến (vg/ph)
Nhiệt độ khí
thải lấy trung
bình cho 4
Block (
0
C)
áp lực dầu
trong lực kế
(kG/cm
2
)
Áp lực dầu trong
lực kế (kG/cm

2
)
750 420 12,5 2,1
1000 430 15,5 4,0
1200 470 23,4 6,0
1400 510 24,6 8,2
1500 530 25,6 9,5
1700 570 26,9 12,2
1780 585 Theo lý lịch 13,4
Việc đo trực tiếp các giá trị của hệ số dư lượng không khí trong các điều kiện
tàu quân sự không thể làm được vì không có các thiết bị cần thiết (tuy nhiên ở một
số động cơ có hệ thống điều khiển, kiểm tra điện tử như động cơ MTU có
thể xác định được). Vì vậy, để bảo đảm kiểm tra sự làm việc của động cơ trong các
điều kiện khai thác thường người ta dùng các giá trị nhiệt độ khí thải.
Các giá trị của nhiệt độ khí thải này và tải phù hợp với việc sử dụng đặc tính
hạn chế  = const. Đồng thời để bảo đảm kiểm tra thêm tốt hơn là tiến hành đo lượng
tiêu hao nhiên liệu giờ và khi có đồng hồ chỉ thị áp suất cháy cực đại.
Đặc tính hạn chế  = const nằm dưới đặc tính M
e
= const (xem hình 3.7), khi đó
tốc độ giảm công suất khi giảm số vòng quay sẽ phụ thuộc vào giá trị áp suất tăng áp,
những đặc điểm kết cấu của máy tăng áp và sơ đồ liên kết chúng.
3.2.4. Hạn chế tải của động cơ theo nhiệt độ của khí thải và áp suất cháy cực đại.
Nhiệt độ khí thải sau từng xy lanh T
r
, trong ống xả T
th
và áp suất cháy cực đại
P
Z

được sử dụng rộng rãi để hạn chế và kiểm tra tải trọng của động cơ trong các điều
kiện khai thác, bởi vì chúng là các chỉ tiêu gián tiếp của tải trọng. Ngoài ra nhiệt độ
khí thải là chỉ tiêu gián tiếp của trạng thái nhiệt của các chi tiết động cơ, và áp suất
cháy cực đại là chỉ tiêu gián tiếp của ứng suất cơ khí. Các chỉ tiêu này dễ dàng đo
được trong các điều kiện dưới tàu, do vậy đã được dùng rộng rãi làm các chỉ tiêu hạn
chế. Nếu P
Z
không vượt quá giá trị cho phép giới hạn thì các ứng suất cơ khí trong
các chi tiết không đạt được giá trị cho phép giới hạn của mình. Tương tự, nếu nhiệt
độ khí thải không đạt được giá trị cho phép giới hạn thì trong đa số các trường hợp,
nhiệt độ nhóm pit tông cũng không vượt quá các mức cho phép giới hạn.
Khi hạn chế tải động cơ theo T
r
và P
Z
cần thấy được rằng các chỉ tiêu này cũng
phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác như: góc phun sớm nhiên liệu, các điều kiện ngoài
Do vậy, khi hạn chế theo các chỉ tiêu trên phải coi rằng động cơ đã được điều chỉnh,
góc phun sớm nhiên liệu đã đặt đúng, thiết bị nhiên liệu chính xác, các chi tiết động
cơ không bị mòn nhiều, động cơ được khai thác trong các điều kiện khí hậu tiêu
chuẩn và có các giá trị quy định của độ giảm áp trước cửa nạp và cản áp trên đường
thải.
Các thông số hạn chế đã nêu thường được cho dưới dạng các giá trị giới hạn
cho mọi chế độ làm việc - các bảng (xem bảng 3.1), hoặc dưới dạng các đường cong
biểu thị các giá trị giới hạn ứng với các vòng quay khác nhau. Ta tham khảo các tài
liệu khai thác các động cơ sử dụng trên tàu Hải quân.
3.3. Đặc điểm sử dụng các đặc tính hạn chế và các thông số giới hạn trong khai thác
ĐCĐT tàu quân sự
Đặc tính hạn chế kể cả đặc tính ngoài hoàn toàn là đường quy ước. Trong đa số
các trường hợp không có biện pháp kết cấu nào hạn chế sự chuyển tiếp vào đặc tính

hạn chế, do vậy trong thời gian khai thác động cơ tàu quân sự không thể tránh khỏi
quá tải trong thời gian ngắn. Sự quá tải có thể xảy ra sau khi tàu tăng tốc, trong thời
gian chuyển hướng, ở chế độ đảo chiều và trong các chế độ khác Trong các trường
hợp này nếu sự cung nhiên liệu được hạn chế một cách tự động thì sẽ làm xấu chất
lượng cơ động của con tàu. Chúng ta thường cho phép sự vượt ra khỏi đặc tính hạn
chế trong thời gian ngắn, vì dù rằng động cơ có bị quá tải (các chế độ này tùy khả
năng cần phải tránh) nhưng không dẫn đến các hậu quả nguy hiểm. Nhiệt độ các chi
tiết không kịp tăng nhiều, còn sự phá hỏng và gãy vỡ các chi tiết do các ứng suất mỏi
có thể xuất hiện chỉ sau số lượng lớn các chu trình. Nguy hiểm là các chế độ quá tải
lâu dài, trong thời gian đó nhiệt độ các chi tiết vượt quá các giá trị cho phép cực đại,
khi đó xảy ra sự tạo keo cốc mạnh và phá huỷ chế độ bôi trơn. Sự quá tải lâu dài dẫn
đến các mài mòn mạnh, các gãy vỡ chi tiết và động cơ hư hỏng trước thời hạn.
Để kiểm tra tải động cơ trong các điều kiện khai thác, nhà máy chế tạo cho sẵn
các giá trị giới hạn của các thông số hạn chế, chúng có thể đo được dễ dàng trong các
điều kiện dưới tàu. Đó là các chỉ tiêu:
- Mômen xoắn động cơ;
- Nhiệt độ khí xả theo các xylanh hay trong ống xả;
- Áp suất cháy cực đại;
- Tiêu hao nhiên liệu theo giờ.
Việc kiểm tra liên tục tải theo mômen xoắn chỉ thực hiện được ở các động cơ có
giảm tốc hành trình và được trang bị lực kế thuỷ lực để đo tải trọng. ở các động cơ
không có lực kế thì tải trọng cần kiểm tra theo đại lượng T
r
hoặc T
th
và P
Z
sau mỗi
thời gian quy định. Ví dụ theo quy phạm khai thác động cơ tàu thủy, tiến hành kiểm
tra T

r
mỗi lần sau bốn giờ làm việc và tiến hành đo P
Z
sau mỗi 25 đến 30 giờ làm
việc. Việc đo tiêu hao nhiên liệu thường thực hiện trong thời gian điều chỉnh động cơ
có tải (điều chỉnh động). Trong mọi trường hợp việc kiểm tra tải trọng cần tiến hành ở
các công suất gần toàn tải.
3.4. Các trường hợp có thể quá tải của ĐCĐT tàu quân sự ở các chế độ làm việc
ổn định và không ổn định
3.4.1. Các đặc điểm tải trọng của các động cơ chính tàu quân sự phụ thuộc vào các
điều kiện hành trình của con tàu
Tải trọng của động cơ chính tàu quân sự làm việc với chân vịt, phụ thuộc vào
đặc tính và tình trạng của tổ hợp đẩy tàu, bao gồm ĐCĐT, truyền động đến chân vịt,
chân vịt và vỏ tàu. Mỗi bộ phận của tổ hợp đẩy tàu có đặc tính của nó, sự thay đổi đặc
tính đó có ảnh hưởng đến tải trọng động cơ. Tóm lại, khi truyền trực tiếp công suất
cho chân vịt có bước cố định, chế độ làm việc của động cơ được xác định bằng đặc
tính chân vịt, nghĩa là bằng sự phụ thuộc của công suất động cơ vào số vòng quay của
nó hoặc bằng sự phụ thuộc của lực đẩy tàu và mô men chân vịt vào số vòng quay
chân vịt.
Lực đẩy tàu và mô men chân vịt được xác định bằng biểu thức:
P = K
1
..n
2
.D
4
(3.3)
M = K
2
..n

2
.D
5
(3.4)
ở đây: K
1
- Hệ số lực đẩy;
K
2
- Hệ mô men;
n - số vòng quay chân vịt;
 - Tỷ trọng của nước;
D - Đường kính chân vịt.
Trên hình 3.8 cho các đặc tính cơ bản của chân vịt, sự phụ thuộc của các hệ số
lực đẩy, hệ số mô men và hiệu suất chân vịt (
CV
) vào bước tiến tương đối của chân
vịt (
CV
).
(3.5)
ở đây: h
CV
- bước tiến chân vịt trong nước (quãng đường chân vịt đi được sau
một vòng quay ở trong nước);
D - đường kính chân vịt;
n - số vòng quay chân vịt;
v
CV
- Vận tốc chuyển động tịnh tiến của chân vịt trong dòng nước theo.

Khi số vòng quay cố định, lực đẩy và mô men chân vịt phụ thuộc vào sự thay đổi
của các hệ số lực đẩy và hệ số mô men, các hệ số này lại phụ thuộc vào bước tiến
tương đối 
CV
. Khi giảm bước tiến tương đối thì các hệ số lực đẩy và mô men tăng và
ngược lại. Trường hợp đầu đặc tính chân vịt trở nên nặng và trường hợp thứ hai trở
nên nhẹ. Nếu sự phụ thuộc vào tốc độ con tàu của lực đẩy và mômen chân vịt là ổn
định thì đặc tính chân vịt sẽ không đổi.
Trong các điều kiện hành trình thực tế của con tàu, đặc tính chân vịt có thể khác
xa định mức do các nguyên nhân có thể như sau:
- Động cơ làm việc ở chế độ neo giữ;
- Sự tăng lượng giãn nước con tàu;
- Tàu làm nhiệm vụ lai kéo;
- Tàu hành trình ở vùng có băng;
- Tàu hành trình ở vùng nước nông;

1,0

0,8

0,6

0,4

0,2



0,2 0,4 0,6 0,8 1,0


CV

K
1

K
2


CV

K
1
, K
2
- Sự tăng sức cản vỏ tàu do hà bám phần
chìm…
Trên hình 3.9 chỉ ra các đặc tính chân vịt
khác nhau của tàu: định mức 1, nặng 2, nhẹ 3,
cũng như vùng có các
chế độ làm việc cho phép của động cơ (phần gạch chéo) và đặc tính ngoài của động cơ
4.
Khi động cơ làm việc theo đặc tính chân
vịt nặng thì số vòng quay giới hạn mà động cơ
có thể hoạt đông mà không quá tải được xác
định bằng điểm cắt nhau của đặc tính chân vịt
và đặc tính hạn chế 6 (điểm A). Khi vượt ra
ngoài giới hạn của đặc tính hạn chế (điểm B) thì
động cơ sẽ bị quá tải, trong trường hợp này
động cơ không thể đạt được số vòng quay định

mức đã xác lập và điều đó là dấu hiệu đầu tiên
cho biết động cơ quá tải và làm việc trên đặc
tính ngoài. Động cơ sẽ bị quá tải theo các chỉ
tiêu tải trọng nhiệt và cơ khí.
Khi động cơ làm việc theo đặc tính chân vịt nhẹ thì sẽ không đủ tải. Trong các
điều kiện hành trình của con tàu, động cơ có thể không đủ tải ở các vòng quay định
mức hoặc khi chọn sai bước chân vịt khi sử dụng chân vịt biến bước.
3.4.2. Tải trọng của động cơ khi làm việc ở chế độ neo giữ
Sự làm việc dài hạn ở các chế độ neo giữ xuất hiện khi thử động cơ sau khi sửa
chữa. Chế độ tương tự có thể có trong thời gian làm việc của động cơ khi tàu mắc cạn.
Khi làm việc ở chế độ neo giữ vận tốc tàu bằng không, bước tiến tương đối của
chân vịt 
CV
cũng bằng không. Lực đẩy và mô men chân vịt trong trường hợp này có
giá trị cực đại và đặc tính chân vịt sẽ nặng nhất trong mọi chế độ làm việc ổn định của
các động cơ.
Số vòng quay cho phép của động cơ khi làm việc ở chế độ neo giữ được xác
định bằng điểm cắt nhau của đặc tính chân vịt neo giữ và đặc tính hạn chế. Khi tăng

?

A
B
1

2

3

6

5

4

N
eđm
n

n
đm
n
A
n
B
Hình 3.9. Xác định chế độ làm việc
cho phép giới hạn của điêzen ở chế
độ neo giữ và khi xuất hiện đặc
tính chân v
ị
t n
ặ
ng

H
vòng quay cao hơn giá trị cho phép thì động cơ có thể bị quá tải theo tải trọng cơ và
nhiệt. Trên hình 3-9, 5 là đặc tính neo giữ, chế độ làm việc tới hạn được xác định
bằng điểm?.
Số vòng quay cho phép tới hạn của động cơ ở chế độ neo giữ phụ thuộc không
chỉ vào dạng đặc tính neo giữ mà vào cả dạng đặc tính hạn chế:

- Các động cơ không tăng áp có thể làm việc ở số vòng quay xác định bằng
điểm cắt nhau của các đặc tính ngoài và neo giữ.
- Động cơ tăng áp khi làm việc ở chế độ neo giữ thì số vòng quay sẽ giảm nhiều
hơn.
Trong mỗi trường hợp khi chọn chế độ công tác của động cơ khi thử nghiệm ở
chế độ neo giữ hay cứu tàu mắc cạn thì cần phải sử dụng các chỉ dẫn đã cho trong
hướng dẫn khai thác động cơ.
Thực tế khai thác động cơ đieden tàu thuỷ đối với chế độ neo giữ thường sử
dụng chế độ vòng quay không lớn hơn 70  75% vòng quay định mức để tránh quá tải
cho động cơ và ổ đỡ chặn khi tàu mắc cạn tự cứu. Song các số liệu nêu trên chỉ ứng
dụng cho các hệ động lực tàu quân sự có động cơ chính không tăng áp hay tăng áp
thấp. Nếu động cơ chính cường hoá cao theo vòng quay và áp suất tăng áp thì sự hạn
chế chế độ làm việc neo giữ giảm nhiều hơn nữa. Thực tế số vòng quay động cơ chính
trong các trường hợp này cần thiết lập trong giới hạn (0,4  0,5)n
đm
.
Khi động cơ làm việc ở các chế độ neo giữ cần lưu ý rằng lực đẩy chân vịt khi
đó có thể vượt quá nhiều so với lực đẩy ở chế độ định mức. Nếu ổ đỡ chặn không
được tính toán ở chế độ neo giữ thì vòng quay động cơ cần phải giảm một cách hợp lý
(có xét tải trọng cực đại lên ổ đỡ chặn).
3.4.3. Tải trọng của động cơ khi tàu làm nhiệm vụ lai, kéo
Lực đẩy có ích của chân vịt (P
e
) khi kéo tàu hay kéo lưới bị tiêu hao cho việc
khắc phục sức cản bản thân vỏ tàu R và cho việc tạo ra lực kéo cần thiết trên móc kéo
để thắng sức cản vỏ tàu được kéo hay lưới:
P
e
= R + Z (3.6)
ở đây: R - Sức cản bản thân vỏ tàu;

Z - Sức cản của tàu được kéo hay lưới.
R và Z thay đổi phụ thuộc vào vận tốc kéo. Đặc tính chân vịt của tàu kéo là
nặng, và độ dốc của nó được xác định bằng đại lượng sức cản của đối tượng được
kéo, bằng lượng giãn nước và tuyến hình tàu được kéo hay bằng sức cản của lưới. Sức
cản đối tượng được kéo càng lớn, bước tiến tương đối của chân vịt càng nhỏ, lực đẩy
và mô men càng lớn, đặc tính chân vịt càng dốc. Cần nhớ rằng, tất cả các đặc tính
chân vịt của động cơ ở chế độ lai, kéo ít nặng hơn so với đặc tính chân vịt chế độ neo
giữ, vì bước tiến tương đối của chân vịt trong mọi chế độ kéo đều lớn hơn không.
Số vòng quay giới hạn của các động cơ khi kéo tàu cùng loại hay kéo lưới
thường được ghi trong hướng dẫn sử dụng. Nếu không có chỉ dẫn thì các chế độ kéo
cần đảm bảo cho động cơ không bị quá tải. Tải trọng động cơ cần được kiểm tra bằng
mọi phương tiện kiểm tra tải trọng có thể, đã nói ở trên.
3.4.4. Tải trọng của động cơ khi hành trình trong vùng nước nông
Khi con tàu hành trình ở xa bờ trong
vùng biển có độ sâu lớn thì độ sâu không ảnh
hưởng đến sức cản của nước cho chuyển động
của con tàu. Độ sâu của nước mà không ảnh
hưởng đến sức cản chuyển động của con tàu
là độ sâu thoả mãn tương quan:

ở đây: h - Độ sâu của nước biển, m;
T - Mớn nước của con tàu, m.
Hành trình trên vùng nước nông
và các luồng lạch hẹp kèm theo sự
tăng sức cản nước cho chuyển động con tàu. Hiện tượng này cần phải tính đến khi
khai thác các động cơ. Tính đến độ sâu nước biển đặc biệt quan trọng khi thử nghiệm
các động cơ và khi xác định các yếu tố chiến thuật của con tàu trên “khu vực thử
nghiệm”. Khi tàu hành trình ở vùng nước nông hay luồng lạch hẹp thì đặc tính chân
vịt sẽ nặng. Động cơ không đạt được số vòng quay định mức và sẽ bị quá tải ở chế độ
tới hạn. Trên hình 3.10 chỉ ra các đặc tính chân vịt của tàu có lượng giãn nước D =

1200


1000


800


600


400


200

4 6 8 10

1

2

3

4

Hình 3.10. Sự thay đổi đặc
tính chân vịt của tàu khi hành

trình trên vùng n
ư
ớ
c nông.

N
e
, CV

v
s
(HL/h)
120T khi hành trình trên vùng nước nông với các độ sâu khác nhau: đường 1 là khi
nước sâu 3,6 m, đường 2 khi 5,9 m, đường 3 khi 11,3 m, đường 4 khi 16,5 m.
3.4.5. Sử dụng động cơ ở các chế độ làm việc cục bộ trong các trạm nhiều động cơ
và nhiều trục chân vịt
Bản chất các chế độ cục bộ là sử dụng một phần các chân vịt trong trạm nhiều
trục hay một phần các động cơ trong trạm nhiều động cơ. Sự cần thiết có các chế độ
cục bộ của các trạm năng lượng tàu quân sự xuất phát từ các yêu cầu nhận được các
tốc độ hành trình nhỏ của con tàu, từ sự cần thiết làm việc ở các chế độ kinh tế hơn
với tải trọng lớn của các động cơ hoặc với mục đích kéo dài tuổi thọ của các động cơ.
Để nhận được các tốc độ hành trình nhỏ, trạm nhiều trục cho phép sử dụng một
phần các động cơ (một phần các chân vịt). Có thể coi nó như một số đặc tính chân vịt
phụ thuộc vào số trục làm việc và trạng thái các chân vịt (trạng thái hãm hay tự do).
Hình 3.11 chỉ ra các đặc tính này đối với trạm ba trục (đường số 4 là đường đặc tính
ngoài của động cơ). Khi hành trình với Z trục chân vịt, lực đẩy tàu tổng cộng sẽ là:
(3.7)
ở đây: Z - Số chân vịt;
P - Lực đẩy của một chân vịt.
Sau khi tách một phần các chân vịt, tải trọng tổng cộng lên chân vịt khi giữ

nguyên tốc độ con tàu tăng do phân phối lại lực đẩy và do các sức cản phụ của việc
đặt lại bánh lái và của chân vịt không làm việc.
(3 .8)
ở đây: P
P
- Phần tăng lực đẩy do đặt lại
bánh lái;
P
B
- Phần tăng lực đẩy do tăng sức
cản của chân vịt không làm việc.
Các chế độ làm việc cho phép của các
động cơ được xác định bằng các điểm cắt nhau
của đặc tính hạn chế với các đặc tính chân vịt
khi một hay hai chân vịt làm việc, như chỉ ra

1

2

3

N
e
(%)
n (%)

100

80

60

40

20

0

20 40 60 80
100

4
trên hình 3.11. Số vòng quay của các động cơ
trong trường hợp này thường được cho trong
hướng dẫn sử dụng. Để phòng ngừa sự quá tải
của các động cơ trong các chế làm việc cục bộ,
cần phải kiểm tra thường xuyên các chỉ tiêu tải
trọng cơ và nhiệt.
Trạm nhiều động cơ gồm một số động cơ
cùng dẫn động một trục. Trong trường hợp này
khi chỉ một phần các động cơ làm việc thì chế
độ làm việc gọi là cục bộ. Nếu bỏ qua sự thay
đổi của hiệu suất cơ khí thì khi chuyển sang các
chế độ cục bộ tải trọng động cơ trên cùng số
vòng quay sẽ tăng tỷ lệ với tỷ số:
(3.9)
Z - Số động cơ trên một trục chân vịt;
l - Số động cơ tách khỏi trên một trục.
Trong các chế độ cục bộ của trạm nhiều động cơ, các đặc tính chân vịt không

thay đổi. Chế độ làm việc cho phép của các động cơ được xác định bằng điểm cắt
nhau giữa đặc tính hạn chế của động cơ và đặc tính chân vịt. Trên hình 3.12 là ví dụ
xác định vòng quay cho phép của động cơ khi tách một động cơ trong trạm hai động
cơ.
3.4.6. Tải trọng của các động cơ làm việc với chân vịt biến bước
Chân vịt biến bước (BP?) có các đặc tính chân vịt khác nhau cho mỗi tỷ số bước.
Dạng các đặc tính này được chỉ ra trên hình 3.13.
Chân vịt biến bước cho phép sử dụng động
cơ ở các chế độ làm việc kinh tế lớn hơn và có
thể sử dụng công suất toàn bộ của động cơ
trong các chế độ khác nhau.
Các chân vịt biến bước thường được sử
dụng cho các tàu đánh cá, tàu kéo, tàu phá băng

H
/
N
e
(%)
100

80

60

40

H
2
/

H
3
/
H
4
/
H
5
/
vì hệ động lực các loại tàu này được sử dụng ở
các chế độ khác nhau liên quan đến thay đổi
đặc tính chân vịt. Chân vịt biến bước cũng được
trang bị cho tàu quân sự như tàu quét mìn, tàu
săn ngầm các tàu này có đặc tính sử dụng cục
bộ các động cơ trong các hệ động lực nhiều trục
chân vịt hay nhiều động cơ trên một trục chân
vịt.
Như được thấy trên hình 3.13, với sự tăng tỷ số bước thì độ dốc đường đặc tính
chân vịt tăng, các đặc tính trở nên nặng hơn. Điều này cho phép sử dụng hoàn toàn
công suất các động cơ.
Giả sử tàu quét mìn hành trình không kéo lưới, đặc tính động cơ là đặc tính chân
vịt ứng với tỷ số bước . Khi kéo lưới, sức cản chuyển động tăng dẫn đến giảm
bước tiến tương đối chân vịt và đặc tính chân vịt trở nên nặng hơn. Ta giả thiết nó
chiếm vị trị đặc tính . Cũng thời gian này đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bước
trở nên nặng hơn và chiếm vị trí mà ở chế độ hành trình tự do đặc tính đã có. Rõ
ràng, để sử dụng hoàn toàn công suất các động cơ khi kéo lưới thì phải điều chỉnh tỷ
số bước của chân vịt đến là hợp lý.
Sự thay đổi các đặc tính chân vịt theo hướng giảm độ dốc của chúng có thể xẩy
ra trong nhiều trường hợp khác, ví dụ khi đưa thiết bị tua bin khí tăng tốc vào hoạt
động ở hệ động lực có sử dụng cả động cơ đieden và tua bin khí. Trong trường hợp

này các đặc tính chân vịt của động cơ điêden lai trở nên nhẹ và để sử dụng hoàn toàn
hơn công suất các động cơ cần phải tăng tỷ số bươc chân vịt.
Những sự lựa chọn không đúng tỷ số bước có thể dẫn đến quá tải lâu dài và phá
hỏng động cơ. Trên hình 3.13, vùng các chế độ quá tải được gạch chéo hai lần, còn
vùng các chế độ làm việc cho phép được gạch chéo một lần. Để đảm bảo tốc độ hành
trình đã cho cần chọn tỷ số bước nào được đặc trưng bằng hiệu suất chân vịt và hiệu
suất động cơ lớn nhất, và điểm chế độ làm việc cần nằm trong khu vực các chế độ làm
việc lâu dài cho phép. Thông thường, trong hướng dẫn sử dụng hệ động lực với chân
vịt biến bước có các hướng dẫn nhằm sử dụng tốt nhất các động cơ để nhận được tốc
độ hành trình đã cho. Tuy nhiên, việc kiểm tra tải trọng động cơ gần công suất
toàn bộ là hết sức cần thiết và phải cẩn thận.
3.4.7. Tải trọng động cơ ở các chế độ “chân vịt - nạp” và “chân vịt - tiêu hao” của
các hệ động lực điêden tàu ngầm
Sự làm việc đồng thời của động cơ chính quay chân vịt để bảo đảm hành trình
tàu ngầm và quay máy phát điện để nạp cho các ắc qui được gọi là chế độ “chân vịt -
nạp”. Nếu năng lượng máy phát được tiêu hao cho việc đảm bảo các nguồn tiêu thụ
khác thì chế độ làm việc như vậy gọi là “chân vịt - tiêu hao”.
Khả năng làm việc đồng thời của động cơ với chân vịt và với máy phát được
giải thích bằng sự tồn tại lượng dự trữ công suất nào đó của động cơ làm việc theo đặc
tính chân vịt. Trên hình 3.14 trình bày các đặc tính chân vịt 1, hạn chế 2 và ngoài 3
của động cơ.
Thấy rõ ràng khi động cơ làm việc với
chân vịt ở số vòng quay nhỏ hơn định mức thì
có lượng dự trữ công suất nào đó có thể sử
dụng để nhận được năng lượng điện mà động
cơ không quá tải. Giá trị công suất dự trữ
được giới hạn bằng đoạn tương ứng với N
e
giữa các đặc tính hạn chế và đặc tính chân vịt.
Giá trị N

e
có thể xác định theo các thông số
hạn chế giới hạn. Việc xác định này cần tiến
hành cẩn thận vì sai số theo hướng tăng công
suất được máy phát tiêu thụ có thể trở thành
nguyên nhân quá tải lâu dài động cơ.
Khu vực các chế độ quá tải nằm giữa các đặc tính ngoài và đặc tính hạn chế.
Việc kiểm tra tải trọng động cơ làm việc ở chế độ “chân vịt - nạp” hay “chân vịt - tiêu
hao” cần phải thực hiện theo các thông số giới hạn đã qui định.
3.4.8. Tải trọng động cơ khi khởi động

2

3

N
e
(%)
n (%)

Hình 3.14. Đặc tính chân vịt khi
động cơ ở các chế độ “chân vịt -
nạp” và “chân vịt - tiêu hao” của các
trạm năng lượng diêzen tàu ngầm
100

80

60

40

20

0

20 40 60 80
100

1

Chế độ khởi động động cơ là chế độ không ổn định ngắn hạn. Khi khởi động có
thể quá tải động cơ theo các ứng suất cơ khí. Áp suất cháy cực đại trong thời kỳ khởi
động có thể đạt giá trị gấp rưỡi giá trị cháy cực đại khi động cơ làm việc ở chế độ định
mức. Đó là do khi khởi động số vòng quay động cơ nhỏ, giai đoạn giữ chậm tự cháy
nhiên liệu lớn, suất nhiên liệu tăng lên, tồn tại trong buồng đốt nhiên liệu không cháy
hoặc nhiên liệu không bốc cháy ở các chu trình trước đó. Thời kỳ khởi động cũng
được đặc trưng bằng độ cứng làm việc lớn của động cơ.
Để dễ dàng khởi động động cơ, sự cung
cấp nhiên liệu cần được tăng nhưng không quá
50  60% lượng cung cấp định mức. Khi khởi
động, lượng nhiên liệu cung cấp lớn có thể dẫn
đến áp suất cháy quá lớn, tăng độ cứng làm việc
và tăng số vòng quay (vượt tốc) ngay sau khởi
động. Ta biết rằng, bộ điều tốc nhiều chế độ
trong thời gian khởi động có xu hướng đặt
thanh răng bơm cao áp vào vị trí cấp nhiên liệu
cực đại (đến mấu chặn cung cấp cực đại
nhiên liệu), do vậy hầu hết các bộ điều tốc có thiết bị đặc biệt để giới hạn lượng nhiên
liệu cung cấp trong thời gian giai đoạn khởi động.

Chúng ta khao sát sự làm việc của bộ điều tốc nhiều chế độ ở thời điểm khởi
động động cơ với ví dụ là bộ điều tốc ly tâm tác động trực tiếp (hình 3.15). Trước khi
khởi động động cơ, tay đòn 1 được đặt vào vị trí cấp nhiên liệu ứng với số vòng quay
khởi động. Vì lực ly tâm của bộ điều tốc F
lt
bằng không nên lực lò xo 2F
lx
đẩy khớp
trục bộ điều tốc 3 vào vị trí thấp nhất tương ứng sự cung cấp nhiên liệu cực đại.
Với mục đích loại trừ sự quá tải động cơ và sự vượt tốc ngay sau khi khởi động,
trong bộ điều tốc có đặt mấu chắn khởi động 4 nhằm hạn chế hành trình tay đòn 5, tức
là hạn chế hành trình thanh răng và sự cung cấp nhiên liệu ở thời kỳ khởi động.
Mấu chặn được dẫn vào vị trí làm việc nhờ chuyển tay đòn điều khiển động cơ
vào vị trí “khởi động” và được đưa ra khỏi vị trí làm việc khi chuyển tay đòn vào vị
trí “làm việc”. Các động cơ kiểu M-50 và M -500 được trang bị các bộ điều tốc có
mấu chặn khởi động điều khiển bằng thủy lực. Chúng làm việc khi gài thiết bị sục dầu
trong thời gian khởi động động cơ. Mấu chặn khởi động có thiết bị điều chỉnh lượng




0
50

100

Hình 3.15. Sơ đồ bộ điều tốc li tâm
tác dụng trực tiếp với mấu chặn khởi
đ
ộ

ng ki
ể
u thu
ỷ
l
ự
c

nhiên liệu cung cấp trong thời gian khởi động. Việc điều chỉnh không chính xác mấu
chặn khởi động có thể trở thành nguyên nhân quá tải khi khởi động.
3.4.9. Tải trọng động cơ khi khởi hành và khi tăng tốc tàu
Khả năng quá tải động cơ cũng xảy ra khi tàu khởi hành và tăng tốc. Phương
trình chuyển động của con tàu trong thời gian tăng tốc có thể được viết ở dạng:
(3.10)
ở đây: P

- Lực đẩy có ích tổng cộng của các chân vịt;
R - Lực cản chuyển động của tàu trong nước;
m - Khối lượng của tàu;
v - tốc độ chuyển động của tàu.
Khi chế độ làm việc ổn định dv /d = 0, P

= R. Các tổn thất năng lương cho
tăng tốc vượt quá sức cản R một đại lượng phụ thuộc vào khối lượng con tàu và gia
tốc dv /d. Tải trọng động cơ khi tăng tốc có thể được xác định từ phương trình các
mô men:
(3.11)
ở đây: M
i
- Mô men chỉ thị của động cơ;

M
CV
- Mô men được chân vịt tiêu thụ;
M
M
- mômen tiêu hao để khắc phục các tổn thất cơ khí của động cơ;
- Mô men động lực các khối lượng quay của trục và của động cơ.
Con tàu chỉ tăng tốc được nhờ dự trữ công suất của động cơ. Trên hình 3.16, dự
trữ công suất này được xác định bằng diện tích giữa các đặc tính chân vịt và đặc tính
hạn chế. Để làm tốt hơn tính cơ động của con tàu và khả năng gia tốc khi tăng tốc thực
tế được sử dụng công suất dự trữ phụ nằm cao hơn đặc tính hạn chế. Sự làm việc ngắn
hạn của động cơ ở khu vực này như đã trình bày ở trên, không dẫn đến sự tăng đột
ngột nhiệt độ các chi tiết động cơ và ứng suất cơ khí. Nhưng sự làm việc ngắn hạn của
động cơ trong khu vực quá tải là điều hết sức không mong muốn vì nó làm tăng sự
mài mòn các chi tiết và giảm độ tin cậy của động cơ.
Việc sử dụng khu vực quá tải trong thời
gian tăng tốc con tàu chỉ có thể được phép trong
trường hợp khi điều kiện hành trình hay trạng
thái chiến đấu yêu cầu. Trong các điều kiện hành
trình thông thường, cần tiến hành tăng tốc con
tàu với gia tốc sao cho không quá tải các động cơ
chính.
Sự thay đổi vòng quay và tải trọng động cơ
khi khởi hành và tăng tốc con tàu có chân vịt cố
định bước (B?) có thể theo dõi trên đồ thị hình
3-16. Trên đồ thị biểu diễn các đặc tính chân vịt
1, đặc tính hạn chế 2, đặc tính ngoài 3 của động
cơ. Động cơ được khởi động và làm việc ở hành trình không tải (điểm A). Khi đóng
khớp ly hợp, công suất động cơ sẽ được tăng theo đặc tính điều chỉnh 4, khi đó do tác
dụng chậm của bộ điều tốc nên số vòng quay có thể hơi giảm xuống. Đường làm việc

của động cơ trong trường hợp này là đường nét đứt (A-A’-A’’). Sự cung cấp nhiên
liệu khi đóng khớp ly hợp có thể đạt giá trị cực đại. Cùng với tốc độ tăng lên của con
tàu, công suất động cơ sẽ bị giảm theo đặc tính điều chỉnh (A’’-?) cho đến chừng nào
con tàu đạt tốc độ hành trình không đổi ở điểm cắt? của các đặc tính điều chỉnh và
chân vịt.
Sự tăng tốc con tàu đến tốc độ hành trình toàn bộ có thể được thực hiện đột ngột
(với gia tốc cực đại) hay đều đặn với gia tốc sao cho giá trị công suất dư cần để gia
tốc cho chuyển động của con tàu không vượt quá các giá trị nằm cao hơn đặc tính hạn
chế của động cơ. Khi tăng tốc đột ngột cho con tàu tay nắm điều khiển động cơ
chuyển nhanh đến với vị trí ứng với số vòng quay toàn bộ. Trong trường hợp này bộ
điều tốc thiết lập cung cấp toàn bộ nhiên liệu và động cơ sẽ làm việc theo đặc tính
ngoài cho đến khi con tàu đạt được hành trình toàn bộ và động cơ đạt được số vòng
quay toàn bộ. Trên đồ thị trường hợp này tương ứng với đường?-B-H. Để tăng tốc sẽ
được sử dụng năng lượng dư cực đại mà chỉ số được xác định bằng diện tích?-B-H-?.
Phần lớn giai đoạn tăng tốc động cơ sẽ làm việc theo đặc tính ngoài cao hơn đặc tính
hạn chế, nghĩa là khu vực quá tải.

2

3

N
e
(%)
n (%)

Hình 3.16. Đặc tính thay đổi
tải trọng khi tàu khởi hành và
tăng tốc
100

80

60

40

20

0

20 40 60 80
100

A
A’

A”

?

B

H

1

C

1

Thực tế thời gian tăng tốc đột ngột con tàu sẽ xác định tính thích ứng của động
cơ. Thời gian này như đã được chỉ ra ở trên phụ, thuộc không chỉ vào các tính chất
của động cơ mà cả vào các đặc tính của tổ hợp đẩy tàu.
Khi tăng tốc đều đặn, tay nắm điều khiển vòng quay động cơ cần được chuyển
đều đặn với tốc độ hạn chế hay từng nấc. Sự làm việc của động cơ được tiến hành
giống như qua một loạt các chế độ tốc độ trung gian. Tốc độ chuyển dịch tay nắm
phải làm sao cho công suất động cơ trong thời kỳ tăng tốc không được quá công suất
cho phép tới hạn được xác định bằng đặc tính hạn chế. Trên hình 3.16 đường tăng tốc
đều đặn là đường?-C-H. Tốc độ chuyển dịch tay điều khiển động cơ càng chậm thì dự
trữ công suất để tăng tốc càng nhỏ, tải trọng động cơ càng nhỏ. Dự trữ công suất được
sử dụng khi tăng tốc đều đặn con tàu là diện tích được gạch chéo hai lần (gạch ô).
Trên hình 3.17 chỉ ra sự thay đổi số
vòng quay và mô men xoắn động cơ khi
tăng tốc đột ngột và đều đặn. Khi tăng tốc
đều đặn mô men xoắn không vượt quá giá trị
cho phép tới hạn.
Tóm lại, nếu điều kiện hành trình hay
tình trạng chiến đấu không yêu cầu tăng tốc
con tàu đột ngột, thì sự tăng vòng quay
động cơ cần được tiến hành từ từ.

3.4.10. Sự đảo chiều động cơ hay đảo chiều các chân vịt
Trong các hệ động lực điezen tàu quân sự, hành trình lùi có thể nhận được bằng
3 phương pháp:
- Bằng cách đảo chiều động cơ (thay đổi chiều quay trục khuỷu);
- Bằng cách thay đổi chiều quay trục chân vịt nhờ li hợp đảo chiều (chiều quay
động cơ được giữ không đổi);
- Bằng cách sử dụng các chân vịt có bước điều chỉnh được (chiều quay động cơ
không đổi, bước âm các chân vịt được thiết lập).

Trong tất cả các trường hợp, khi đảo chiều, mô men cản trên trục có thể đạt trị số
lớn vượt quá giá trị cho phép giới hạn. Khi đảo chiều, sự tăng mô men cản có thể dẫn
M
tt
n
tt


đột ngột
đều đặn
M
tt

n
tt

Hình 3.17. Sự thay đổi mô men
xoắn và vòng quay động cơ khi
tăng tốc tàu