Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 18 – 6/2009

45

HỆ THỐNG BÔI TRƠN SƠ MI XI LANH “ALPHA LUBRICATOR” (LẮP ĐẶT TRÊN CÁC ĐỘNG CƠ 50 ÷ 98 MC/-C/-S/ME-C)

“ALPHA LUBRICATOR” CYLINDER OIL LUBRICATING SYSTEM (INSTALLATION ON 50 ÷ 98 MC/-C/-S/ME-C DIESEL ENGINES)

ThS. VỖ ĐÌNH PHI

TS. KHIẾU HỮU TRIỂN Khoa máy tàu biển, Trường ĐHHH

Tóm tắt: Dầu bôi trơn sơ mi xi lanh là yếu tố chủ yếu cho sự hoạt động của động cơ dieden 2 kỳ tàu thủy, vì vậy việc giảm tiêu thụ dầu bôi trơn sơ mi xi lanh có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành khai thác của đội tàu biển.

Trên tàu biển sau khi lắp đặt hệ thống bôi trơn sơ mi xi lanh “Alpha Lubricator” cho thấy lượng tiêu thụ dầu xi lanh là thấp hơn so với các thiết bị bôi trơn sơ mi xi lanh cơ khí thông thường. Bằng phương pháp điều khiển điện tử, hệ thống có thể cung cấp dầu bôi trơn sơ mi xi lanh một cách nhanh chóng và đúng thời điểm. Theo tính toán và thực tế, tiêu thụ dầu xi lanh sau khi lắp đặt hệ thống này có thể giảm tới 20 đến 30 % so với các hệ thống bôi trơn cơ khí thông thường.

Abstract:

Cylinder lubricant is esential for the two-stroke marine diesel engine operation, thus reduction of the cylinder oil consumption is the most effective for saving operation cost of the fleet. Cylinder oil consumption by the Alpha Lubricator System is lower than ther by the conventional lubricator because it can feed cylinder oil quickly at precise timing by electronic control. By this improvement, cylinder oil consumption can be reduced by 20 to 30 % approximately.

1. Tổng quan

Dầu bôi trơn sơ mi xi lanh là yếu tố chủ yếu cho sự hoạt động của động cơ dieden 2 kỳ tàu thủy, vì vậy việc giảm tiêu thụ dầu bôi trơn sơ mi xi lanh có ảnh hưởng rất lớn đến giá thành khai thác của đội tàu biển.

“Mitsui Engineering & Shipbuilding Co., Ltd “đã thiết kế và lắp đăt hệ thống dầu bôi trơn sơ mi xi lanh điều khiển điện tử có tên gọi “ Alpha Lubricator System”.

Việc lắp đặt hệ thống này trên các động cơ dieden của hãng MAN B&W đã làm giảm đáng kể lượng tiêu thụ dầu bôi trơn sơ mi xi lanh. Tiêu thụ dầu xilanh của hệ thống “ Alpha Lubricator ” là thấp hơn so với các thiết bị bôi trơn xi lanh cơ khí thông thường, bởi vì nó có thể cấp dầu xilanh một cách nhanh chóng và đúng thời điểm bằng phương pháp điều khiển điện tử. Theo tính toán và thực tế, tiêu thụ dầu xi lanh của hệ thống này có thể giảm tới khoảng 20 đến 30% so với các hệ thống bôi trơn cơ khí thông thường.

Hệ thống “ Alpha Lubricator ” có thể lắp đặt được cùng với hệ thống bôi trơn sơ mi xi lanh cơ khí thông thường đã lắp trước đây mà không cần phải cải tiến nhiều ở sơ mi xi lanh. Trong trường hợp này, hệ thống bôi trơn sơ mi cơ khí thông thường sẽ được sử dụng trong trường hợp khi hệ thống “ Alpha Lubricator ” bị sự cố.

Hình 1. Hệ thống “Alpha Lubricator”

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 18 – 6/2009

46

2. Sơ đồ kết cấu của hệ thống “Alpha Lubricator” (Hình 1) Trạm bơm và bảng khởi động (Hình 2)

Trạm bơm bao gồm 2 bơm hoạt động độc lập, cuộn hâm, các phin lọc và két chứa.

Nguồn điện cấp vào bảng khởi động của 2 bơm là 2 nguồn tách biệt.

Hình 2. Trạm bơm và bảng khởi động

Thiết bị bôi trơn (Hình 3) Thiết bị bôi trơn được bố trí trên mỗi một xi lanh. Đối với những động cơ có đường kính xi

lanh từ 700 ÷ 980 mm được bố trí 2 bộ bôi trơn, còn đối với động cơ trung bình và nhỏ chỉ cần bố trí 1 bộ bôi trơn. Mỗi một thiết bị bôi trơn được lắp đặt một bình tích năng khí ni tơ với áp suất từ 2.5 ÷ 3.0 Mpa (25 ÷ 30 bar) ở phía vào và một bình ở phía ra với áp suất 0.15 Mpa (1.5 bar). Mỗi một bộ bôi trơn bao gồm 3, 4, 5, hoặc 6 piston phụ thuộc vào từng loại động cơ, cảm biến phản hồi và van điện từ.

Hình 3. Thiết bị bôi trơn

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 18 – 6/2009

47

Thiết bị điều khiển (Alpha Lubricator Control Unit – ALCU. Hình 4)

Thiết bị điều khiển dầu bôi trơn (ALCU) bao gồm 3 khối điện chính đặt chung trong một hộp bằng thép. Nguồn điện cấp DC-12 V.

- Master Control Unit (MCU)

- Backup Control Unit (BCU)

- Switch Board Unit (SBU)

Hình 4. Thiết bị điều khiển

Bộ chuyển đổi tín hiệu phụ tải (Hình 5a)

Bộ chuyển đổi tín hiệu phụ tải được nối với thanh răng nhiên liệu, vì vậy tải của động cơ thông qua giá trị % của nhiên liệu được liên tục chuyển tới MCU.

Bộ chuyển đổi tín hiệu tốc độ máy (Hình 5b) Bộ chuyển đổi tín hiệu tốc độ máy được lắp đặt ở đầu cuối phía trước của trục khuỷu. Tín

hiệu tốc độ được chuyển đến bảng máy tính thông qua hộp trung gian đến MCU. Ngoài ra còn có hệ thống đo tốc độ hỗ trợ ở bánh đà, tín hiệu tốc độ máy được chuyển tới BCU. Hệ thống đo tốc độ hỗ trợ này cũng được nối đến MCU nhằm mục đích theo dõi giám sát.

Bảng theo dõi, quản lý chung (Đặt ở buồng điều khiển. Hình 5c ) Tại bảng này có thể điều chỉnh mức độ cấp dầu cho từng xy lanh riêng biệt, thể hiện các

thông số hoạt động và báo động, điều khiển sự hoạt động của trạm bơm và thực hiện bơm dầu bôi trơn ban đầu cho các xy lanh.

Hình 5a. Bộ chuyển đổi tín hiệu phụ tải

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 18 – 6/2009

48

Hình 5b. Bộ chuyển đổi tín hiệu tốc độ máy

Hình 5c. Bảng theo dõi, quản lý chung

3. Hoạt động của thiết bị

- Trạm bơm cấp dầu xy lanh đến các thiết bị bôi trơn với các thông số sau :

Áp suất dầu bôi trơn xy lanh Nhiệt độ dầu bôi trơn xy lanh

Hoạt đông 4.0 ÷ 5.0 Mpa (40 ÷ 50 bar) Hoạt đông 40 ÷ 60OC

Báo động thấp 3.5 Mpa (35 bar) Báo động cao 70OC

- MCU (Master Control Unit) điều khiển phun dầu bằng cách tác động hoạt động của van điện từ

đặt ở trên các thiết bị bôi trơn.

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 18 – 6/2009

49

- Tín hiệu phản hồi ở các thiết bị bôi trơn chỉ báo dầu đã được phun vào xy lanh thông qua các đèn LED (Light Emitting Diodes) ở trên hộp nối điện của mỗi một xy lanh.

- Thời điểm phun dựa trên cơ sở của 2 tín hiệu ở bộ chuyển đổi tín hiệu, một là điểm chết trên của xy lanh 1 và vị trí trục khuỷu. Dầu xy lanh được phun vào các xéc măng ở hành trình nén.

- Lượng dầu bôi trơn xy lanh không đổi trong 1 lần phun. Tỷ lệ cấp được điều khiển bởi sự khác nhau của tần suất phun.

- Tần suất phun được tính toán từ chỉ số tải và tốc độ và thường tỷ lệ với áp suất có ích bình quân của động cơ (MEP). Tuy nhiên tốc độ và tải của động cơ phụ thuộc vào tác động điều khiển.

- Tỷ lệ cấp dầu bôi trơn ở MCR (100 %) được tính toán trên cơ sở tương quan giữa số lần phun / tốc độ động cơ và hành trình piston của các bộ bôi trơn.

- Trên bảng theo dõi quản lý, sự điều chỉnh tỷ lệ cấp dầu bôi trơn cho các xy lanh riêng biệt thông thường giữa 40 % và 200 %. 100 % là giá trị đặt cơ bản.

- Trong quá trình hoạt động bình thường, hệ thống được điều khiển bởi MCU. Nếu có sự không bình thường nào xảy ra (sự cố) trong khi hệ thống hoạt động, hệ thống báo động chung sẽ hoạt động và chi tiết của báo động sẽ được thể hiện trên bảng theo dõi quản lý.

- Nếu MCU bị sự cố không thể hoạt động được, hệ thống BCU sẽ tự động hoạt động thay thế và đèn chỉ báo “BCU IN CONTROL” sẽ sáng.

- BCU hoạt động trên cơ sở tốc độ của động cơ và phụ thuộc vào tác động điều khiển.

- Tần suất phun được điều chỉnh ở trên BCU và 150 % là giá trị đặt cơ bản cho động cơ.

- Trường hợp cả MCU và BCU đều sự cố, tín hiệu giảm tốc độ sẽ được chuyển tới hệ thống bảo vệ an toàn để tự động giảm tốc độ cho đông cơ (slow down). Nếu tình trạng sự cố không thể khắc phục được, người khai thác phải chuyển đổi để đưa hệ thống bôi trơn cơ khí vào hoạt động bình thường.

4. Đánh giá trạng thái kỹ thuật – Kinh tế

4.1 Đánh giá trạng thái kỹ thuật

Sau 16,589 giờ lắp đăt và hoạt động hệ thống “ Alpha Lubricator ” trên động cơ K90MC, (MCO = 72000 BHP x 94 RPM) kiểm tra trạng thái kỹ thuật của nhóm sơ mi xy lanh và xéc măng ở tình trạng tốt, với tốc độ mài mòn thấp, cụ thể như sau:

- Xéc măng sau 4000 giờ làm việc, có tốc độ mài mòn : 0.060 ÷0.085 mm/1000 giờ.

- Sơ mi xy lanh sau 16,589 giờ làm việc, có tốc độ mài mòn : F-A = 0.008 mm / 1000 giờ.

P-S = 0.011 mm / 1000 giờ.

Kiểm tra trên trên đỉnh piston và đường xả với tình trạng sạch, sự tích tụ dầu giảm nhiều do đó việc đốt cháy dầu xy lanh trong buồng đốt cũng được giảm so với trước khi lắp đặt hệ thống “Alpha Lubricator”. Do vậy chu kỳ bảo dưỡng xu páp xả cũng có thể được kéo dài.

Kiểm tra trên không gian gió quét với tình trạng sạch, lượng cặn dầu lắng đọng giảm đáng kể, dó đó có thể kéo dài chu kỳ vệ sinh khoang gió quét.

4.2 Đánh giá tính kinh tế

Tùy thuộc vào từng loại động cơ, thời gian từ khi lắp đặt cho đến khi kiểm tra điều chỉnh ổn định, lượng tiêu thụ dầu bôi trơn sơ mi xy lanh đã giảm được trong khoảng 100 ÷ 150 lít/ngày.

Nếu tính theo giá dầu xy lanh hiện hành khoảng 2.38 USD/Lít, mỗi ngày tiết kiệm được từ 238 ÷ 357 USD/ngày (tính bình quân tiết kiệm khoảng 300 USD/ngày).

Thực tế theo dõi sự hoạt động của hệ thống “Alpha Lubricator” đã lắp đặt trên tàu NSS.ENDEAVOR vào tháng 10/2006 (Loại động cơ: 6S70MC, MCO Out put: 16860 KW, 22923 BHP, MCO Speed: 91 RPM) cho thấy: Trạng thái kỹ thuật của nhóm xéc măng, sơ mi xy lanh hoàn

Tạp chí Khoa học Công nghệ Hàng hải Số 18 – 6/2009

50

toàn bình thường. Lượng dầu bôi trơn sơ mi xy lanh đã giảm so với trước đây là 100 lít/ngày (tiêu thụ trước đây : 640 lít/ngày, hiện tại: 540 lít/ngày). Theo tính toán, có thể điều chỉnh để mức tiêu thụ giảm xuống 490 lít/ngày và mức đặt để giảm tối đa là 336 lít/ngày.

Giá thành lắp đặt toàn bộ hệ thống “Alpha Lubricator” trong khoảng 250,000 ÷ 300,000 USD. Như vậy khai thác tàu trong khoảng 2.3 năm thì chi phí lắp đặt đã được hoàn lại bằng tiền tiết kiệm của dầu bôi trơn sơ mi xy lanh.

5. Kết luận

Tính đến 6/2004 đã có tới 130 hệ thống “ Alpha Lubricator ” yêu cầu lắp đăt trên các tàu và 58 hệ thống đã được lắp đặt trên các tàu đóng mới (theo máy mới). Hiện tại nhiều Công ty tàu đã và đang tiếp tục đăng ký lắp đặt hệ thống bôi trơn này. Vì qua thời gian sử dụng, khai thác hệ thống “ Alpha Lubricator ”, người ta đã nhận thấy rằng hệ thống hoạt động đảm bảo an toàn kỹ thuật, tiết kiệm đáng kể lượng dầu bôi trơn sơ mi xy lanh. Đây cũng là một trong những yếu tố quan trọng để nâng cao tính kinh tế khi khai thác đội tàu biển.

TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1]. Alpha Lubricator System Operation Manual – MES Technoservice Co., Ltd

[2]. MES Techno News. No.029 – Technoservice Co., Ltd. Technical Department / Diesel Product Group

[3]. MES Techno News. No.035 – Technoservice Co., Ltd. Technical Department / Diesel Product Group.

[4]. Alpha Lubricator System Installation Work Guidance - MES Technoservice Co., Ltd

Người phản biện: TS. Nguyễn Đại An