Để chọn động cơ diesel hàng hải khi thay máy cho tàu cá hoặc tàu công tác, hãy bắt đầu từ chế độ khai thác và chân vịt hiện có, thay vì công suất mã lực trong tài liệu quảng cáo. Chọn động cơ có định mức khai thác hàng hải đáp ứng số giờ thực tế chạy có tải, có vòng tua định mức và hộp số giảm tốc đưa chân vịt đến tốc độ thiết kế, đồng thời có hệ thống làm mát, trọng lượng và kích thước lắp đặt phù hợp với bệ máy và hệ trục hiện có, sao cho cần ít sửa đổi kết cấu nhất.
Những điểm chính
- Thông số công suất của động cơ hàng hải chỉ có ý nghĩa khi đi cùng vòng tua định mức và định mức khai thác (liên tục, tải trung bình, gián đoạn hoặc công suất cao).
- Tàu công tác và tàu lưới kéo hoạt động gần đầy tải trong nhiều giờ cần định mức liên tục hoặc tải nặng, ngay cả khi điều đó đồng nghĩa với dung tích xi-lanh lớn hơn để đạt cùng công suất.
- Công suất yêu cầu của chân vịt tăng xấp xỉ theo lập phương tốc độ trục, vì vậy động cơ bị quá tải do chân vịt sẽ không thể đạt vòng tua định mức và sẽ chạy nóng, nhiều khói.
- Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt bảo vệ thân máy khỏi nước biển trực tiếp và là lựa chọn phổ biến cho tàu thương mại; làm mát qua bộ làm mát ngoài vỏ tàu phù hợp với vùng nước nhiều bùn hoặc rác.
- Trọng lượng, chiều dài động cơ và chiều cao đường tâm trục khuỷu quyết định khối lượng công việc mà xưởng tàu phải thực hiện đối với bệ máy và hệ trục.
- Gửi cho nhà cung cấp dữ liệu động cơ cũ, tỷ số truyền hộp số, kích thước chân vịt và ảnh buồng máy giúp tiết kiệm nhiều tuần trao đổi qua lại.
Tàu của tôi thực sự cần công suất và vòng tua bao nhiêu?
Điểm khởi đầu an toàn nhất cho việc thay máy là động cơ sắp tháo ra. Nếu tàu hoạt động tốt với động cơ đó, động cơ mới nên cung cấp công suất tương đương ở vòng tua định mức tương đương, để giữ nguyên tỷ số truyền hộp số và chân vịt hiện có hoặc chỉ điều chỉnh nhẹ. Nếu tàu thiếu công suất, hoặc chủ tàu muốn tăng tốc độ hay lực kéo, kỹ sư thiết kế tàu hoặc xưởng tàu có kinh nghiệm cần kiểm tra lại thân tàu và chân vịt trước khi tăng công suất.
Luôn so sánh công suất theo cùng một đơn vị. Bảng dữ liệu của Trung Quốc và châu Âu thường ghi mã lực hệ mét (PS), trong đó 1 PS bằng 0.7355 kW, còn bảng dữ liệu của Mỹ dùng mã lực cơ học, trong đó 1 hp bằng khoảng 0.746 kW. Một động cơ "100 hp" như SDEC SC4H100, có định mức 73.5 kW tại 2200 rpm, là 100 mã lực hệ mét. Đối chiếu theo kW sẽ loại bỏ sự mơ hồ.
Vòng tua định mức quan trọng không kém công suất. Động cơ quay chậm hơn với dung tích xi-lanh lớn hơn thường tạo mô-men xoắn trên mỗi kW cao hơn và chịu được nhiều giờ chạy có tải tốt hơn động cơ nhỏ, quay nhanh có cùng công suất. Ví dụ, Weichai WD618.C-16 cung cấp 170 kW chỉ tại 1700 rpm từ dung tích 11.6 L, trong khi động cơ 8.3 L như SDEC D683 đạt 320 hp tại 2200 rpm.
Tàu cá hoặc tàu công tác nên sử dụng định mức khai thác nào?
Các nhà sản xuất động cơ hàng hải công bố nhiều định mức cho cùng một động cơ cơ sở, và mỗi định mức giới hạn thời lượng cũng như tần suất được phép sử dụng toàn công suất. Tên gọi và định nghĩa khác nhau theo nhà sản xuất, vì vậy luôn đọc định nghĩa định mức trong bảng dữ liệu; tuy nhiên, các nhóm dưới đây là những nhóm điển hình.
| Định mức khai thác (tên gọi điển hình) | Ứng dụng điển hình | Chế độ tải | Loại tàu điển hình |
|---|---|---|---|
| Liên tục / tải nặng | Không giới hạn số giờ ở công suất định mức | Gần đầy tải trong phần lớn thời gian khai thác mỗi ngày | Tàu lưới kéo, tàu kéo, sà lan hàng, tàu nạo vét |
| Liên tục mức trung bình | Giới hạn số giờ ở toàn công suất, thời gian còn lại chạy giảm tải | Tải thay đổi, thường xuyên có các giai đoạn chạy hết ga | Phà, tàu chở nhân sự, tàu tuần tra và tàu hoa tiêu |
| Gián đoạn / tải nhẹ | Chỉ chạy toàn công suất trong một phần nhỏ của mỗi giờ | Chủ yếu chạy hành trình ở mức thấp hơn nhiều so với công suất định mức | Tàu công tác cao tốc, một số tàu cho thuê |
| Công suất cao / giải trí | Số giờ chạy toàn công suất mỗi năm rất hạn chế | Các đợt vận hành ngắn, số giờ hằng năm thấp | Du thuyền tư nhân và tàu thể thao |
Tàu lưới kéo đang kéo lưới hoặc tàu kéo đang đẩy sà lan có thể hoạt động nhiều giờ ở tải 80–100 phần trăm, thuộc phạm vi khai thác liên tục. Cùng một thân máy có thể được công bố công suất kW cao hơn ở định mức giải trí, và lắp động cơ với định mức đó cho tàu công tác là nguyên nhân phổ biến làm giảm tuổi thọ động cơ. Khi chưa chắc chắn, hãy chọn định mức khai thác nặng hơn và chấp nhận động cơ lớn hơn đôi chút.
Chân vịt giới hạn việc lựa chọn động cơ như thế nào?
Chân vịt bước cố định hấp thụ công suất xấp xỉ tỷ lệ với lập phương tốc độ trục. Điều này có nghĩa là động cơ, tỷ số truyền hộp số và chân vịt phải được phối hợp để động cơ có thể đạt vòng tua định mức khi tàu có tải. Nếu chân vịt quá lớn hoặc bước quá lớn so với động cơ mới, động cơ sẽ bị "quá tải do chân vịt": không thể đạt vòng tua định mức, chạy với nhiệt độ khí xả cao và có thể sinh khói. Nếu chân vịt quá nhỏ, động cơ sẽ vượt vòng tua và công suất bị lãng phí.
Trong thực tế, hãy giữ tỷ số truyền hộp số sao cho chân vịt quay gần bằng tốc độ trước đây. Trong dự án thay máy cho tàu lưới kéo 24 m, động cơ SDEC D683 công suất 320 hp tại 2200 rpm được ghép với hộp số Advance 135A tỷ số truyền 4:1, đưa trục chân vịt đến khoảng 550 rpm ở tốc độ định mức của động cơ, phù hợp với chân vịt bước cố định hiện có.
Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt, bộ làm mát ngoài vỏ tàu hay nước ngoài mạn trực tiếp?
Lựa chọn phương thức làm mát ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ và hệ thống đường ống mà xưởng tàu phải sửa đổi.
- Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt giữ dung dịch làm mát động cơ trong một mạch kín và sử dụng bơm nước biển để mang nhiệt ra ngoài qua bộ trao đổi nhiệt. Nước biển không tiếp xúc với thân máy, nhờ đó hạn chế ăn mòn bên trong. Phần lớn động cơ thương mại thuộc nhóm này, gồm SDEC D683 và động cơ kiểu Cummins 6CTA8.3-M205, được cung cấp với phương thức này.
- Làm mát qua bộ làm mát ngoài vỏ tàu cho dung dịch làm mát động cơ chạy qua các ống hoặc giàn ống bên ngoài thân tàu, nên động cơ không cần bơm nước ngoài mạn hoặc van thông biển. Phương thức này phù hợp với vùng nước nông, nhiều bùn hoặc rác, nhưng bộ làm mát phải được chọn kích thước theo lượng nhiệt cần thải của động cơ mới.
- Làm mát trực tiếp bằng nước ngoài mạn bơm nước biển qua thân máy. Phương thức này đơn giản nhưng thúc đẩy ăn mòn và đóng cặn, và hiếm khi là lựa chọn phù hợp khi thay máy cho tàu thương mại.
Nếu động cơ cũ được làm mát qua bộ làm mát ngoài vỏ tàu, hãy xác nhận lượng nhiệt cần thải của động cơ mới ở công suất định mức nằm trong khả năng của bộ làm mát hiện có, hoặc dự trù ngân sách cho bộ làm mát lớn hơn.
Động cơ mới có phù hợp với bệ máy và hệ trục không?
Trước khi so sánh giá, hãy đối chiếu các yếu tố vật lý sau với buồng máy:
- Chiều dài, chiều rộng và chiều cao, bao gồm hộp số, so với khoảng trống giữa các vách và dưới trần boong.
- Trọng lượng của động cơ cộng hộp số. Trọng lượng động cơ khác nhau đáng kể giữa các thiết kế có công suất tương đương; máy nặng hơn có thể cần gia cường bệ và làm thay đổi độ chúi của tàu nhỏ.
- Chiều cao đường tâm trục khuỷu và mặt bích đầu ra so với hệ trục hiện có, để xưởng tàu biết cần nâng, hạ hay cân chỉnh lại bệ máy.
- Bố trí chân lắp máy và việc có sử dụng đệm máy đàn hồi hay không, vì điều này ảnh hưởng đến lựa chọn khớp nối mềm.
- Mặt bích đầu ra hộp số và khớp nối trục, gồm đường kính mặt bích, đường kính vòng tâm bu lông và phần côn hoặc rãnh then của trục.
- Vị trí cửa xả và đường kính, cùng cách bố trí đường xả ướt hoặc khô.
- Khả năng tiếp cận để bảo dưỡng các bộ lọc, cánh bơm nước biển và bộ trao đổi nhiệt.
Động cơ sáu xi-lanh thẳng hàng dài hơn nhưng hẹp hơn động cơ chữ V có công suất tương đương, thường phù hợp với buồng máy hẹp của tàu cá. Với đội tàu, chuẩn hóa một mẫu giúp đơn giản hóa phụ tùng; dự án đội tàu hàng nội địa sử dụng một mẫu động cơ Weichai trên mười hai tàu, với tỷ số truyền hộp số được chọn riêng theo từng thân tàu.
Các dòng động cơ nào phù hợp với từng loại tàu?
Bảng dưới đây lấy các động cơ trong danh mục sản phẩm làm ví dụ tham khảo. Lựa chọn cuối cùng phụ thuộc vào định nghĩa định mức và bảng dữ liệu của từng mẫu.
| Động cơ | Cấu hình | Công suất / tốc độ định mức | Ứng dụng phù hợp điển hình |
|---|---|---|---|
| SDEC SC4H100 | 4 xi-lanh thẳng hàng, 4.3 L, tăng áp | 73.5 kW @ 2200 rpm | Tàu cá nhỏ và tàu công tác trên hồ hoặc trong cảng |
| Kiểu Cummins 6CTA8.3-M205 | 6 xi-lanh thẳng hàng, 8.3 L, tăng áp và làm mát khí nạp sau tăng áp | 151 kW @ 2328 rpm | Du thuyền động cơ, tàu tuần tra và tàu chở nhân sự |
| Weichai WD618.C-16 | 6 xi-lanh thẳng hàng, 11.6 L, tăng áp và làm mát khí nạp trung gian | 170 kW @ 1700 rpm | Sà lan hàng và tàu công tác tải nặng |
| SDEC D683 | 6 xi-lanh thẳng hàng, 8.3 L, tăng áp | 320 hp @ 2200 rpm | Tàu lưới kéo, tàu kéo và tàu công tác cỡ lớn hơn |
| Yuchai YCK09360-60 | 6 xi-lanh thẳng hàng, 8.3 L | 265 kW @ 1900 rpm | Tàu cá và tàu công tác cỡ lớn hơn |
Tôi nên gửi gì cho nhà cung cấp để nhận báo giá?
Yêu cầu chính xác sẽ nhận được báo giá chính xác. Kỹ sư MARS phối hợp động cơ và hộp số trước khi báo giá, và danh sách dưới đây bao gồm những thông tin mà họ, hoặc bất kỳ nhà cung cấp có năng lực nào, sẽ cần:
- Loại tàu, chiều dài, lượng chiếm nước và tốc độ khai thác điển hình hoặc yêu cầu lực kéo tại móc.
- Hãng, mẫu, công suất và vòng tua định mức của động cơ cũ, cùng mẫu và tỷ số truyền hộp số.
- Đường kính, bước, số cánh chân vịt và đường kính trục.
- Số giờ vận hành mỗi ngày và chế độ tải, là cơ sở quyết định định mức khai thác.
- Hệ thống làm mát đang sử dụng (bộ trao đổi nhiệt hoặc bộ làm mát ngoài vỏ tàu) và loại hệ thống xả.
- Kích thước buồng máy, bản phác thảo bệ máy và ảnh hệ thống lắp đặt hiện có.
- Yêu cầu của tổ chức đăng kiểm hoặc quốc gia tàu mang cờ, nếu tàu được phân cấp.
- Ngày và cảng giao hàng mong muốn, đặc biệt quan trọng khi phải đáp ứng lịch vào ụ khô.
MARS cung cấp các gói thiết bị theo điều kiện FOB hoặc CIF từ Thượng Hải; động cơ và hộp số có thể được chạy thử cùng nhau trước khi xuất hàng, kèm báo cáo bằng văn bản và video. Để bắt đầu báo giá bộ thiết bị được phối hợp phù hợp, hãy gửi thông tin tàu của bạn.
Câu hỏi thường gặp
Tôi có thể lắp động cơ mạnh hơn cho tàu cá không?
Đôi khi có thể, nhưng công suất lớn hơn chỉ hữu ích nếu thân tàu, chân vịt, trục và hộp số có thể sử dụng được công suất đó. Hãy kiểm tra chân vịt và trục, đồng thời dự kiến thay đổi tỷ số truyền hộp số hoặc chân vịt nếu công suất tăng đáng kể.
Tôi có nên giữ hộp số hiện có khi thay máy không?
Chỉ nên giữ nếu khả năng chịu công suất đầu vào và mô-men xoắn của hộp số đáp ứng động cơ mới ở vòng tua định mức mới, vỏ chuông hộp số phù hợp với vỏ bánh đà mới và hộp số còn tốt. Trong phần lớn các lần thay máy, hộp số mới được phối hợp với động cơ mới là lựa chọn ít rủi ro hơn.
Động cơ có vòng tua cao hơn có kém phù hợp với tàu công tác không?
Không nhất thiết, nhưng khi chạy nhiều giờ ở tải cao, động cơ lớn hơn, quay chậm hơn với định mức liên tục thường là lựa chọn bền hơn. Hãy so sánh định mức khai thác, không chỉ vòng tua.
Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt và bộ làm mát ngoài vỏ tàu khác nhau thế nào?
Cả hai đều giữ dung dịch làm mát động cơ trong mạch kín. Bộ trao đổi nhiệt truyền nhiệt sang nước biển được bơm vào bên trong tàu, còn bộ làm mát ngoài vỏ tàu truyền nhiệt qua các ống bên ngoài thân tàu mà không cần bơm nước ngoài mạn.
Cung cấp một bộ động cơ và hộp số được phối hợp phù hợp mất bao lâu?
Động cơ và hộp số có sẵn có thể xuất hàng nhanh, còn các gói sản xuất theo đơn thường cần khoảng 20 ngày làm việc cộng thời gian vận tải biển. Hãy xác nhận các mốc thời gian theo lịch vào ụ khô trước khi đặt hàng.
