Chương 13 Độ hao mòn các chi tiết ĐCĐT tàu quân sự hệ thống kiểm tra và sửa chữa định kỳh 13.1. Các nguyên nhân và các tính chất gây hao mòn của các chi tiết trong ĐCĐT Trạng thái kỹ thuật của động cơ trong quá trình khai thác do sự mòn nên dần dần bị thay đổi: công suất bị giảm, tiêu hao nhiên liệu và dầu nhờn tăng lên, mức ồn và độ rung động tăng. Thường thường sự hao mòn của các chi tiết động cơ mang đặc tính quy luật. Cần hiểu biết các quy luật này để tổ chức khai thác, sửa chữa kỹ thuật thành thạo và nâng cao tuổi thọ của động cơ. Sự hao mòn là quá trình thay đổi dần dần các kích thước, độ kín, trọng lượng và các tính chất của vật liệu các chi tiết, dẫn đến giảm các chất lượng khai thác của động cơ. Khi khai thác thuần thục thì cường độ mòn không vượt quá các giới hạn đã xác lập. Sai lệch bất kỳ khỏi các điều kiện khai thác định mức, ví dụ sự quá tải, đều gây gia tăng độ mòn của động cơ. Dựa vào các nguyên nhân phát sinh, người ta phân chia thành mòn cơ học, mòn do ăn mòn và mòn xâm thực. 1. Mòn cơ học Mòn cơ học xảy ra do ma sát của các bề mặt tiếp xúc và là sự kết hợp các hiện tượng mòn cơ học - phân tử, cơ học - ăn mòn và mài mòn. a. Mòn cơ học - phân tử: Mòn cơ học - phân tử xuất hiện dưới tác dụng của các lực tác dụng tương hỗ phân tử của vật liệu ở các mặt ma sát, kết quả là xảy ra dứt đứt các phần tử, chuyển vật liệu của một chi tiết lên bề mặt và vào trong vật liệu chi tiết khác. b. Mòn cơ học - ăn mòn: Mòn cơ học - ăn mòn xảy ra do ôxi hoá các bề mặt làm việc bằng ôxi không khí, bằng các thành phần hoạt tính của các sản vật cháy và bằng các axit có trong nhiên liệu và dầu bôi trơn, cũng như do sự phá huỷ tiếp theo các màng ôxít đã được tạo ra dưới tác dụng của lực ma sát. Sự mài mòn xảy ra do kết quả các sản vật mài mòn lọt vào giữa các bề mặt làm việc, do sự cốc hoá dầu, cặn bẩn, cáu than, v.v Tất cả các chi tiết làm việc trong động cơ chịu mòn cơ học: các xéc măng, các xy lanh, các ổ, các ống dẫn hướng các xu páp, v.v 2. Ăn mòn ăn mòn xuất hiện do tương tác hoá học hay điện hoá của bề mặt kim loại với nước làm mát, các khí cháy hay hơi ẩm. Ăn mòn hoá học (chất khí) là kết quả tác dụng trực tiếp của khí cháy lên bề mặt kim loại. Nó tác dụng lên đỉnh các pít tông, nắp xy lanh, lên bề mặt làm việc của xy lanh và lên các xu páp. Ăn mòn điện hoá (chất lỏng) tác dụng lên các chi tiết tiếp xúc với nước làm mát hay hơi ẩm đóng vai trò dung môi, và các chi tiết bị ăn mòn dưới tác dụng các dòng điện Vônte xuất hiện giữa các phần kim loại có chênh lệch điện thế. Ăn mòn điện hoá tác dụng lên các mặt ngoài và trong của xy lanh, mặt trong khoang nước làm mát của nắp máy, blok xy lanh và các bộ phận của hệ thống làm mát. 3. Mòn xâm thực Mòn xâm thực là do các hiện tượng xâm thực xuất hiện trong các khoang làm mát, nó kèm theo sự ăn mòn điện hoá, liên quan đến sự phá huỷ màng bảo vệ trên bề mặt kim loại. Các mặt ngoài của các xy lanh chịu mòn xâm thực. Trị số độ mòn được xác định bằng phương pháp đo kích thước các chi tiết, bằng cách cân, bằng phương pháp chuẩn nhân tạo, sử dụng các đồng vị phóng xạ hoặc máy ghi biến dạng. Phương pháp “đo vi” là phương pháp chính để xác định trị số độ mòn kể cả trong điều kiện dưới tàu lẫn trong các xí nghiệp sửa chữa. Muốn xác định độ mòn tổng thể của động cơ có thể được xét đoán gián tiếp theo hiện tượng giảm các chất lượng khai thác của nó (sự giảm công suấts, tiêu tốn nhiên liệu và dầu bôi trơn tăng lên, biểu hiện khói đen khí xả, v.v ) cũng như theo thời gian làm việc tổng cộng của động cơ tính từ thời điểm chế tạo hay sau sửa chữa. 13.2. Đặc tính mòn các chi tiết chính của động cơ 1. ống lót xy lanh Độ mòn các ống lót xy lanh cùng với độ mòn nhóm pít tông thường xác định thời hạn phục vụ của động cơ trước sửa chữa. Bề mặt làm việc của xy lanh bị mòn phần lớn do mòn cơ học và ăn mòn; mặt ngoài bị mòn do ăn mòn điện hoá và mòn xâm thực. Vì sự ăn mòn bề mặt làm việc của xy lanh, sự mòn bề mặt ngoài đã được khảo sát ở những chương trước, nên dưới đây sẽ chỉ khảo sát sự mài mòn cơ học xy lanh. Mòn cơ học xy lanh có các tính chất sau: - Mòn theo độ cao, về nguyên tắc, được hạn chế trên đoạn không lớn tương ứng vị trí xéc măng trên cùng thời điểm pít tông ở điểm chết trên. Vì ở vị trí này tốc độ pít tông gần tới 0, còn xéc măng ở thời điểm nổ bị ép vào xy lanh với lực lớn nhất, nên ở đây có thể xuất hiện ma sát nửa ướt, và trường hợp này độ mòn lớn nhất. Mòn cơ học kèm theo ăn mòn bề mặt gương xy lanh. Ngoài giới hạn phần này độ mòn nhỏ vì tốc độ pít tông tăng, làm xuất hiện chế độ ma sát ướt. - Độ mòn có tăng một ít ở đoạn tương ứng vị trí pít tông ở điểm chết dưới, vì ở đây điều kiện bôi trơn cũng xấu đi. - ở các động cơ 2 kỳ, độ mòn xy lanh tăng lên ở khu vực các cửa quét và thải, ở đó áp suất riêng của các xéc măng bị tăng lên trên đoạn nối giữa các cửa, còn sự bôi trơn bị xấu đi do dầu bị không khí quét hay khí thải thổi dạt đi. - Theo chu vi, xy lanh bị mòn thành dạng elíp do áp suất pít tông ép không đều lên xy lanh. Độ mòn không đều xy lanh theo chiều cao và đường kính gây tăng khe hở giữa pít tông và xy lanh, phá huỷ sự làm việc bình thường của các xéc măng và là nguyên nhân chủ yếu làm giảm công suất động cơ do tổn thất một phần không khí nạp và lọt khí cháy xuống các te. Độ mòn giới hạn của xy lanh ĐCĐT cao tốc không được vượt quá 0,6  1,0% đường kính xy lanh. Độ côn không được vượt quá 0, 15mm trên 1m độ dài. 2. Nhóm pít tông Pít tông bị mòn ở phần dẫn hướng, các xéc măng và các rãnh xéc măng, các bề mặt đỡ của bệ chốt và chốt. Xéc măng trên cùng bị mòn nhiều hơn cả, vì trên các đoạn hành trình riêng biệt của pít tông nó làm việc trong các điều kiện ma sát nửa ướt và chịu các áp suất cao, nhiệt độ cao và các sản phẩm cháy ăn mòn mạnh. Khi bị mòn, chiều dày của nó bị giảm, các tính chất đàn hồi bị xấu đi và khe hở trong miệng xéc măng bị tăng lên, do vậy tăng vọt khí cháy và không khí nạp. Việc đạt tới khe hở giới hạn của miệng xéc măng xác định sự cần thiết tháo động cơ để thay thế các xéc măng. Vì vậy, giá trị độ mòn của xéc măng trên cùng là một trong các chỉ tiêu xác định thời hạn làm việc của động cơ tới khi sửa chữa. Các xéc măng còn lại bị mòn ít hơn. Các rãnh xéc măng bị mòn theo chiều cao, các nguyên nhân mòn là do gây va đập các xéc măng, tác dụng của mài mòn và ăn mòn. Phần dẫn hướng của pít tông bị mòn ít hơn. Khi làm việc nó có hơi bị ôvan. Chốt pít tông bị mòn theo đường kính, đồng thời bị cả độ elíp và bị côn. Độ mòn của chốt, các bề mặt tỳ trong bệ chốt và trong đầu nhỏ thanh truyền dẫn đến làm tăng khe hở trong ổ đầu to thanh truyền, xuất hiện các tiếng gõ, làm xấu chất lượng bôi trơn. Độ elíp giới hạn theo đường kính pít tông và độ côn theo chiều dài phần dẫn hướng, đối với ĐCĐT không đượt vượt quá 0,15  0, 80mm. Độ mòn giới hạn của các xéc măng theo bề dày không được vượt quá 0,005  0, 006 đường kính xy lanh. Độ elíp và độ côn các chốt pít tông không được vượt quá 0,12  0,25mm. 3. Trục khuỷu và các ổ đỡ Người ta xác định tuổi thọ động cơ cho đến kỳ đại tu theo thời gian đạt tới độ mòn giới hạn của các cổ trục khuỷu và của khe hở trong các ổ. Các cổ trục và các ổ chịu mòn do ma sát, mài mòn và ăn mòn. Kết quả, đường kính cổ trục bị giảm, đường kính trong các bạc lót đến các ổ và khe hở trong các ổ tăng lên. Điều đó dẫn đến làm xấu điều kiện bôi trơn, tăng ma sát và tăng nguy cơ nóng chảy các ổ. Trị số độ mòn các ổ riêng biệt và các bạc lót không như nhau, do đó phá huỷ sự đồng tâm các cổ khuỷu và trục khuỷu bị uốn trên từng phần riêng biệt. Độ uốn này được đo theo sự sai lệch của các má trục. Nếu trị số sai lệch các má khuỷu đạt trị số giới hạn thì phải tháo rã động cơ và lắp đặt lại trục, khi đó theo nguyên tắc phải thay tất cả các bạc lót trong ổ khuỷu. Ngoài ra, mỗi cổ trục và bạc lót bị mòn không như nhau ở các tiết diện khác nhau, kể cả theo độ dài lẫn theo chu vi. Do đó, xuất hiện độ côn, hình trống, độ ôvan. Giá trị độ mòn giới hạn cho phép của trục và ổ được cho trong thuyết minh động cơ hay trong các tài liệu kỹ thuật cho sửa chữa. 13.3. ảnh hưởng của các yếu tố khai thác chủ yếu tới độ mòn động cơ Các yếu tố khai thác chủ yếu có ảnh hưởng đến cường độ mòn là: tải trọng, số vòng quay, tính ổn định của chế độ làm việc, tần số khởi động và dừng máy, hiệu quả bôi trơn và trạng thái nhiệt của động cơ. 1. Tải trọng Tải trọng càng cao (đặc trưng bằng P c cao) thì áp suất riêng biệt các chi tiết càng lớn, ứng suất nhiệt cao hơn, càng khó đảm bảo chế độ ma sát ướt và do đó mòn càng mạnh. Nhưng khi tải trọng quá thấp thì quá trình tạo hỗn hợp bị xấu đi và các chi tiết cơ bản có nhiệt độ thấp. Khi đó động cơ làm việc với các khe hở lớn trong nhóm pít tông - xy lanh, sự lọt khí cháy xuống các te bị tăng, các xéc măng bị cốc hoá, điều kiện bôi trơn bị xấu đi, điểm này cũng dẫn đến tăng cường độ mòn. Các tổn thất công suất của động cơ cho ma sát được xác định bằng quan hệ: Vì vậy, số vòng quay ảnh hưởng đơn trị đến độ mòn động cơ. Tăng vòng quay thì cường độ mòn tăng. Sự thay đổi bất kỳ số vòng quay gây ra sự xuất hiện thời kỳ chạy rà các chi tiết làm việc, khi đó làm mất tính ổn định của chế độ bôi trơn. Vì vậy, sự chuyển tiếp các chế độ làm việc cũng như khởi động và dừng động cơ luôn kèm theo sự tăng cường độ mài mòn. Các nghiên cứu thực nghiệm đã chỉ ra, giá trị độ mòn lót xy lanh, các xéc măng và pít tông sau một lần khởi động khẩn cấp tương đương độ mòn các chi tiết đó khi động cơ làm việc trong 7  10 giờ ở công suất toàn bộ. 2. Trạng thái nhiệt của động cơ Trạng thái nhiệt của động cơ ảnh hưởng chủ yếu đến cường độ mòn của các chi tiết nhóm pít tông - xy lanh. Khi giảm nhiệt độ nước làm mát, dầu bôi trơn và của vách xy lanh thì điều kiện bôi trơn bị xấu đi, sự ngưng tụ hơi ẩm và hình thành các axit ăn mòn trong khoang xy lanh bị tăng lên, kết quả là làm tăng cường độ mòn cơ học và ăn mòn lót xy lanh, các xéc măng và pít tông. Thí nghiệm đã chứng minh: giảm nhiệt độ dầu bôi trơn một đại lượng từ 2  10 0 C dẫn đến tăng độ mòn các chi tiết động cơ trong thời gian khởi động tới 1,5  2 lần. Chế độ nhiệt độ ảnh hưởng đặc biệt lớn đến độ mòn khi sử dụng nhiên liệu có lưu huỳnh. 13.4. Các biện pháp để giảm độ mòn các chi tiết trong động cơ Để giảm độ mòn cho các chi tiết cần phải: - Thực hiện nghiêm túc các yêu cầu của nhà máy chỉ dẫn và quy phạm khai thác động cơ; - Tránh khởi động thường xuyên động cơ từ trạng thái nguội; - Đảm bảo sấy nóng sơ bộ dầu, nước và bản thân động cơ trước khi khởi động; - Duy trì các nhiệt độ tối ưu của nước và dầu ở tất cả các chế độ làm việc; - Bơm sục dầu cẩn thận cho động cơ trước khi khởi động; - Theo dõi trạng thái làm việc tốt của các bầu lọc dầu, nhiên liệu và nước. - Không cho phép động cơ làm việc lâu khi quá tải, tải nhỏ hay không tải. - Thay dầu bôi trơn đúng thời gian và kiểm tra chất lượng dầu trong quá trình khai thác. - Tiến hành quan sát và bảo dưỡng kỹ thuật định kỳ đúng thời gian và đầy đủ nội dung. 13.5. Thời hạn phục vụ và tuổi thọ của động cơ Thời gian làm việc tổng cộng của động cơ theo giờ, hiện nay là chỉ tiêu cơ bản để xét đoán về sự cần thiết tiến hành bảo quản, kiểm sửa. Chỉ tiêu này, bằng các thử nghiệm kỹ thuật tin cậy trên giá thử và trên tàu sẽ xác định sơ bộ các thời hạn tối ưu để thay dầu và sửa chữa, kể cả các chi tiết cá biệt lẫn toàn bộ động cơ. 1. Tuổi thọ động cơ đến khi kiểm tra nhóm pít tông Tuổi thọ động cơ đến khi kiểm tra nhóm pít tông là số giờ làm việc tổng cộng do nhà máy xác định từ lúc bắt đầu khai thác hay sau khi sửa chữa, đến lần tháo rã bộ phận động cơ tiếp theo để kiểm tra và làm vệ sinh nhóm pít tông, thay các xéc măng và rà các xu páp. 2. Tuổi thọ động cơ đến khi sửa chữa tại nhà máy Tuổi thọ động cơ đến khi sửa chữa tại nhà máy (đi đốc) là số giờ làm việc tổng cộng do nhà máy ấn định từ lúc bắt đầu khai thác hay sau sửa chữa đến lần sửa chữa tại nhà máy tiếp theo cho động cơ, tiến hành vào giai đoạn sửa chữa cho con tàu tại nhà máy. 3. Tuổi thọ toàn bộ của động cơ Tuổi thọ toàn bộ của động cơ là số giờ làm việc tổng cộng do nhà máy ấn định từ khi bắt đầu khai thác đến khi thanh lý. 4. Thời hạn phục vụ của động cơ Thời hạn phục vụ của động cơ là thời hạn khai thác do nhà máy xác lập đến trạng thái giới hạn của động cơ được giới thiệu trong tài liệu kỹ thuật, hoặc đến khi thanh lý. Theo các yêu cầu của Điều lệ công tác kỹ thuật Hải quân, phụ thuộc vào kiểu và công dụng của các động cơ, giá trị tuổi thọ và các thời hạn phục vụ được ấn định: - Tuổi thọ đến khi kiểm tra nhóm pít tông : Từ 3000  6000 giờ; - Tuổi thọ đến khi sửa chữa ở xưởng : Từ 3000  25000 giờ. - Tuổi thọ toàn bộ : Từ 1000  50000 giờ. - Thời hạn phục vụ : Từ 10  25 năm. Thời hạn phục vụ và các tuổi thọ được cho trong các tài liệu kỹ thuật khi xuất xưởng động cơ. Chú ý: Đối với các động cơ động cơ cao tốc, tháo lắp khi sửa chữa đốc chỉ được tiến hành trên nhà máy hay trong xưởng trạm, và nó đồng thời cũng là tuổi thọ đến khi kiểm tra nhóm pít tông. 13.6. Ý nghĩa, phân loại và nội dung của bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ cho động cơ Để duy trì các động cơ trong tuổi thọ ấn định, trên các tàu quân sự của Hải Quân thực hiện công tác bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ Kiểm tra và sửa chữa dự phòng theo kế hoạch mang tính chất bắt buộc và có mục đích là: 1. Phòng ngừa các tình trạng mòn sớm có thể gây ra các sự cố gãy vỡ và tai nạn; 2. Phát hiện kịp thời và khắc phục những khuyết tật và sự cố; 3. Tích luỹ và khái quát hoá các số liệu kỹ thuật đặc trưng cường độ mòn của các chi tiết riêng biệt và các bộ phận của động cơ. Khối lượng công việc khi bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ, và chu kỳ của chúng được xác định trên cơ sở nghiên cứu kỹ càng kinh nghiệm khai thác các động cơ và được phản ánh trong các hướng dẫn phù hợp và các chỉ lệnh. Bảo quản dự phòng được tiến hành qua các thời hạn xác định (hàng ngày và hàng tuần) và qua số giờ làm việc xác định (qua mỗi 100, 500, 1500 giờ ). Kiểm sửa định kỳ được phân chia thành hàng hải, hàng ngày, trung tu và đại tu. Chu kỳ, thời hạn và thứ tự tiến hành bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ được xác định trong chỉ lệnh về quy trình khai thác các tàu quân sự của Hải Quân và trong quy định về việc tổ chức sửa chữa tàu quân sự của Hải Quân. Khối lượng công việc sửa chữa, việc tổ chức chúng và tuần tự thực hiện được khảo sát trong giáo trình sửa chữa tàu. Kế hoạch bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ do cơ quan tham mưu lữ đoàn thực hiện. Không cho phép huỷ bỏ các thời hạn thực hiện bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ. Trách nhiệm thực hiện đúng thời gian bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ, phân chia thời gian và sử dụng đúng thời gian thuộc về chỉ huy lữ đoàn và thuyền trưởng, còn trách nhiệm về chất lượng và tổ chức kiểm tra, sửa chữa là của kỹ sư khai thác của lữ đoàn và của con tàu đó. Bảo quản hàng tháng thông thường được tiến hành tại căn cứ, song vào thời kỳ đi biển xa có thể thực hiện trên biển. Khi chuẩn bị bảo quản phải thực hiện các biện pháp sau: 1. Lập kế hoạch tiến hành bảo quản; 2. Chuẩn bị các loại vật tư, phụ tùng dự trữ, tài liệu, dụng cụ đồ nghề cần thiết; 3. Đề nghị cấp trên hỗ trợ khi thực hiện các công việc trên máy công cụ, các thiết bị hàn Khi thực hiện bảo quản, mỗi nhân viên phải kiểm tra và sửa chữa các cơ cấu và hệ thống mà họ điều khiển. Chất lượng và tốc độ hoàn thành bảo quản phụ thuộc nhiều vào trình độ kỹ thuật của mỗi người. Nếu cá nhân có kỹ năng sửa chữa tốt và vật tư chi phí được đảm bảo thì bảo quản sẽ được hoàn thành đúng thời hạn với chất lượng cao. Việc tháo, lắp động cơ cần phải tiến hành phù hợp với các yêu cầu chỉ dẫn. Khi đó phải đặc biệt chú ý thực hiện các quy định về kỹ thuật an toàn, điều lệ tàu quân sự và hướng dẫn về đấu tranh bảo đảm sức sống tàu. Tất cả các công việc kiểm tra và sửa chữa các động cơ phải thực hiện đúng với các hướng dẫn của nhà máy và ghi vào lý lịch máy và các sổ nhật ký trực canh. Thực hiện bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ khi tàu đang đi biển có những khó khăn nhất định và một loạt đặc điểm riêng biệt. Cái chính là khi tàu đi biển thì các phương tiện kỹ thuật luôn ở trạng thái sẵn sàng chiến đấu, do vậy việc điều động người cho bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ bị hạn chế. Nếu ở giai đoạn đi biển, các động cơ đã hoàn thành một số giờ làm việc ấn định rhì phải tiến hành bảo quản dự phòng và kiểm sửa định kỳ chúng. Các công việc phải tiến hành từng mạn, khi đó động cơ của một mạn ở trạng thái hoạt động hay sẵn sàng hoạt động, còn trạm của mạn kia được kiểm sửa. Trưởng ngành 5 xác định khối lượng công việc tuỳ thuộc thời gian do thuyền trưởng cho phép. Những bộ phận và hệ thống động cơ chưa được kiểm tra cần đặt trong sự chú ý đặc biệt. Sửa chữa được tiến hành trong nhà máy khác nhiều so với thực hiện trên tàu ở: khối lượng công việc lớn hơn và thời gian nhiều hơn, điều này được khảo sát trong giáo trình sửa chữa tàu quân sự. . kiểm sửa định kỳ được xác định trong chỉ lệnh về quy trình khai thác các tàu quân sự của Hải Quân và trong quy định về việc tổ chức sửa chữa tàu quân sự của Hải Quân. Khối lượng công việc sửa. trong động cơ Để giảm độ mòn cho các chi tiết cần phải: - Thực hiện nghiêm túc các yêu cầu của nhà máy chỉ dẫn và quy phạm khai thác động cơ; - Tránh khởi động thường xuyên động cơ từ. trục và ổ được cho trong thuyết minh động cơ hay trong các tài liệu kỹ thuật cho sửa chữa. 13. 3. ảnh hưởng của các yếu tố khai thác chủ yếu tới độ mòn động cơ Các yếu tố khai thác chủ yếu có