Khi mua động cơ diesel hàng hải, cần dựa vào năm yếu tố: cấp chế độ làm việc, công suất tại tốc độ vòng quay định mức (rpm) được công bố, nhóm tốc độ, hệ thống làm mát và cấp khí thải mà tàu phải đáp ứng. Hãy bắt đầu từ số giờ tàu chạy có tải mỗi năm và yêu cầu của chân vịt, sau đó chọn động cơ nhỏ nhất có cấp chế độ làm việc đáp ứng nhu cầu đó với mức dự phòng, đồng thời xác nhận động cơ phù hợp với buồng máy, hộp số và quy định của quốc gia tàu mang cờ hoặc tổ chức đăng kiểm.
Những điểm chính
- Động cơ diesel hàng hải là động cơ được thiết kế hoặc cải biến cho môi trường tàu biển, với hệ thống làm mát tuần hoàn kín, bơm nước biển, các bộ phận xả làm mát bằng nước và biện pháp chống ăn mòn; đưa một động cơ trên cạn xuống tàu không tạo ra động cơ tương đương.
- Chỉ có thể so sánh công suất một cách công bằng khi dùng cùng đơn vị (kW), cùng tốc độ vòng quay định mức (rpm) và cùng cấp chế độ làm việc.
- Động cơ diesel cao tốc (trên khoảng 1000 rpm) được dùng cho phần lớn tàu thuyền nhỏ và tàu công tác; động cơ trung tốc và thấp tốc được dùng cho tàu lớn hơn.
- Theo Quy định 13 của Phụ lục VI MARPOL, động cơ diesel hàng hải trên 130 kW phải đáp ứng giới hạn NOx của IMO, trong đó Tier III áp dụng trong các vùng kiểm soát phát thải được chỉ định.
- Động cơ được định mức cho chế độ làm việc nặng, liên tục có tuổi thọ ở tải cao dài hơn so với cùng loại thân máy được định mức cho tàu giải trí.
- Hãy gửi cho nhà cung cấp dữ liệu tàu, dữ liệu động cơ cũ, tỷ số truyền hộp số và kích thước chân vịt, không chỉ một con số mã lực.
Điều gì làm động cơ diesel hàng hải khác với động cơ trên cạn?
Động cơ được chế tạo hoặc cải biến cho môi trường hàng hải để vận hành trong buồng máy nóng, kín, ẩm và thải nhiệt ra nước biển. Thân máy cơ bản có thể dùng chung với động cơ xe tải hoặc công nghiệp, nhưng các bộ phận làm mát, xả, lắp đỡ và điện được thiết kế riêng cho ứng dụng hàng hải.
Các đặc điểm chuyên dụng hàng hải điển hình gồm:
- Làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt hoặc bộ làm mát đáy tàu, để thân máy sử dụng dung dịch làm mát nước ngọt trong khi nước biển chỉ đi qua bộ trao đổi nhiệt.
- Bơm nước ngoài mạn, thường có cánh bơm mềm, để đưa nước biển qua bộ trao đổi nhiệt, các bộ làm mát và hệ thống xả ướt.
- Ống góp xả và vỏ bộ tăng áp làm mát bằng nước, giúp giữ nhiệt độ bề mặt trong buồng máy ở mức thấp.
- Giao diện kết nối hộp số hàng hải, với vỏ bánh đà SAE phù hợp với hộp số giảm tốc đảo chiều.
- Anốt kẽm hy sinh cùng sơn và phụ kiện cấp hàng hải để chống ăn mòn.
Động cơ trong tàu đơn giản là động cơ lắp bên trong thân tàu và dẫn động chân vịt qua trục, bộ truyền chữ V hoặc bộ truyền động đuôi tàu. Nếu bạn vẫn đang lựa chọn cách bố trí hệ động lực, hướng dẫn so sánh động cơ trong tàu, động cơ ngoài và bộ truyền động đuôi tàu của chúng tôi sẽ giúp bạn đối chiếu các phương án.
Có những loại động cơ diesel hàng hải nào?
Động cơ diesel hàng hải thường được phân nhóm theo tốc độ trục khuỷu, vì nhóm tốc độ quyết định kích thước, khối lượng, khả năng sử dụng các loại nhiên liệu và phạm vi ứng dụng. Các ranh giới dưới đây mang tính quy ước, không phải định nghĩa pháp lý.
| Nhóm tốc độ | Tốc độ định mức điển hình | Chu trình và bố trí | Ứng dụng điển hình |
|---|---|---|---|
| Cao tốc | Trên khoảng 1000 rpm, thường là 1500–2800 rpm | 4 kỳ, 4/6 xi lanh thẳng hàng hoặc V8–V16 | Tàu cá, tàu công tác, du thuyền, phà, tổ máy phát điện |
| Trung tốc | Khoảng 300–1000 rpm | 4 kỳ, thẳng hàng hoặc chữ V, kiểu piston thân | Tàu kéo, tàu nạo vét, tàu dịch vụ ngoài khơi, máy phụ trên tàu |
| Thấp tốc | Dưới khoảng 300 rpm | 2 kỳ kiểu con trượt, truyền động trực tiếp | Tàu hàng lớn, tàu chở dầu, tàu container |
Phần lớn người mua động cơ diesel hàng hải cỡ nhỏ và động cơ tàu công tác lựa chọn nhóm cao tốc. Động cơ 4 xi lanh nhỏ gọn như SC4H100 73.5 kW phù hợp với tàu cá nhỏ và tàu hoạt động trong cảng, trong khi động cơ V12 như động cơ hàng hải 12M33 1000 hp đáp ứng nhu cầu của tàu kéo và phà lớn hơn.
Ở đầu kia của dải kích cỡ, những động cơ hàng hải lớn nhất là động cơ thấp tốc 2 kỳ kiểu con trượt dùng cho tàu container. Những động cơ lớn nhất trong số này tạo ra khoảng 80000 kW tại khoảng 100 rpm và nặng hơn 2000 tấn. Để tìm hiểu đầy đủ hơn về hai chu trình, xem động cơ tàu biển: so sánh 2 kỳ và 4 kỳ.
Tôi nên mua động cơ có cấp chế độ làm việc nào?
Hãy mua loại có cấp chế độ làm việc phù hợp với đặc tính tải thực tế: chế độ liên tục hoặc tải nặng cho tàu chạy gần toàn tải trong nhiều giờ, và chỉ chọn chế độ nhẹ hơn cho tàu hành trình ở mức công suất thấp hơn đáng kể so với toàn công suất. Cùng một động cơ cơ bản thường có mức kW cao hơn khi được định mức cho chế độ tải nhẹ hoặc tàu giải trí, nên việc so sánh công suất quảng bá giữa các cấp chế độ làm việc dễ gây hiểu lầm.
Định nghĩa về các cấp chế độ làm việc khác nhau tùy nhà sản xuất, vì vậy hãy đọc bảng dữ liệu. Theo nguyên tắc kinh nghiệm, tàu đánh cá lưới kéo, tàu kéo, tàu đẩy và tàu nạo vét cần cấp chế độ liên tục; phà, tàu chở nhân viên và tàu tuần tra thường phù hợp với cấp tải trung bình; còn du thuyền tư nhân có thể dùng cấp công suất cao vì số giờ chạy hết ga ít. Công suất thường được công bố theo điều kiện ISO 3046-1 hoặc ISO 8665, quy định nhiệt độ không khí, áp suất và độ ẩm tham chiếu, vì vậy cần kiểm tra bảng dữ liệu sử dụng tiêu chuẩn nào. Hướng dẫn thay động cơ tàu công tác của chúng tôi giải thích các cấp chế độ làm việc kèm ví dụ về tàu.
Làm thế nào để chọn công suất động cơ diesel hàng hải?
Chọn công suất động cơ dựa trên công suất mà thân tàu và chân vịt thực sự tiêu thụ ở tốc độ mục tiêu, rồi cộng thêm mức dự phòng vận hành; không nên bắt đầu từ động cơ lớn nhất có thể lắp vừa. Thực hiện theo các bước sau:
- Bắt đầu từ hiệu suất đã biết. Nếu động cơ cũ vận hành tàu tốt, hãy chọn công suất và tốc độ vòng quay định mức (rpm) gần tương đương để có thể giữ nguyên tỷ số truyền hộp số và chân vịt.
- Quy đổi tất cả về kW. Một mã lực hệ mét (PS) bằng 0.7355 kW và một mã lực cơ học bằng khoảng 0.746 kW, nên "300 hp" có thể tương ứng với hai giá trị khác nhau.
- Kiểm tra quy luật chân vịt. Nhu cầu công suất của chân vịt tăng xấp xỉ theo lũy thừa ba của tốc độ trục, nên tăng tốc độ vòng quay (rpm) một chút cũng đòi hỏi tăng công suất đáng kể.
- Chừa mức dự phòng theo chế độ làm việc. Nhiều đơn vị khai thác đặt mục tiêu tải hành trình thông thường ở khoảng 70–85 phần trăm công suất định mức, để có dự phòng cho hà bám, thời tiết và tải chuyên chở.
- Chọn hộp số tương thích. Tỷ số truyền giảm tốc phải đưa chân vịt tới tốc độ thiết kế khi động cơ chạy ở tốc độ vòng quay định mức (rpm), và hộp số phải được định mức phù hợp với công suất cùng mô-men xoắn của động cơ.
- Xác nhận khả năng lắp vừa. Đối chiếu chiều dài, chiều rộng, chiều cao, khối lượng và đường tâm trục khuỷu với bệ máy và đường trục.
Chọn động cơ quá lớn cũng có hệ quả. Động cơ hoạt động phần lớn thời gian ở tải rất nhẹ có thể bị cháy không hoàn toàn, tích tụ muội than và nhiên liệu làm loãng dầu, thường được gọi là hiện tượng tích tụ nhiên liệu chưa cháy trong đường xả.
Nên chọn động cơ diesel hay động cơ xăng trong tàu?
Đối với tàu thương mại và phần lớn tàu dài trên khoảng 10 m, động cơ diesel trong tàu là lựa chọn thông thường nhờ mức tiêu thụ nhiên liệu thấp hơn, mô-men xoắn cao hơn ở tốc độ vòng quay thấp (rpm) và nguy cơ cháy thấp hơn. Động cơ xăng trong tàu nhẹ hơn và có giá mua thấp hơn nhưng tiêu thụ nhiều nhiên liệu hơn trên mỗi kWh, đồng thời cần các bộ phận điện có bảo vệ chống gây cháy và hệ thống thông gió được bố trí cẩn thận.
Trên thực tế, động cơ hàng hải tiết kiệm nhiên liệu là động cơ diesel được lựa chọn tương thích và vận hành ở mức tải hợp lý. Động cơ diesel hàng hải cao tốc hiện đại thường tiêu thụ khoảng 200–240 gam nhiên liệu trên mỗi kWh khi chạy gần tải định mức; số liệu chính xác nằm trên đường đặc tính tiêu thụ nhiên liệu của nhà sản xuất. Chọn đúng chân vịt và giữ thân tàu sạch thường tiết kiệm nhiên liệu nhiều hơn việc đổi mẫu động cơ.
Những quy định khí thải nào áp dụng cho động cơ hàng hải?
Đối với tàu thuộc phạm vi các công ước IMO, Quy định 13 của Phụ lục VI MARPOL áp dụng giới hạn NOx cho động cơ diesel hàng hải trên 130 kW. Tier II áp dụng cho tàu đóng từ ngày 1 tháng 1 năm 2011, còn Tier III, thấp hơn Tier II khoảng 80 phần trăm, áp dụng trong các vùng kiểm soát phát thải NOx: Bắc Mỹ và vùng Caribe thuộc Hoa Kỳ đối với tàu đóng từ năm 2016, và biển Baltic cùng Biển Bắc đối với tàu đóng từ năm 2021.
Động cơ trên 130 kW trên các tàu này cần chứng chỉ EIAPP (Chứng chỉ quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm không khí của động cơ). Trong vùng biển Hoa Kỳ, quy định hàng hải của EPA phân loại động cơ theo dung tích mỗi xi lanh: Nhóm 1 dưới 7 lít mỗi xi lanh đối với Tier 3 và Tier 4, Nhóm 2 từ 7 đến dưới 30 lít, và Nhóm 3 từ 30 lít trở lên. Tier 4 áp dụng cho động cơ thương mại trên 600 kW. Luôn xác nhận cấp khí thải, chứng chỉ và mọi phê duyệt đăng kiểm mà quốc gia tàu mang cờ yêu cầu trước khi đặt hàng.
Nên mua động cơ hàng hải mới, tái sản xuất hay đã qua sử dụng?
Động cơ mới có bảo hành đầy đủ của nhà máy, chứng chỉ khí thải hiện hành và lịch sử rõ ràng, nên là lựa chọn mặc định cho tàu có phân cấp đăng kiểm và việc tiêu chuẩn hóa đội tàu. Động cơ tái sản xuất có thể hợp lý khi cần thay thế bằng loại giống hệt, còn động cơ diesel hàng hải đã qua sử dụng có giá thấp nhất nhưng rủi ro cao nhất.
Nếu đang cân nhắc các phương án đó, hãy đọc so sánh động cơ diesel tái sản xuất, đại tu và mới. Với bất kỳ động cơ đã qua sử dụng nào, hãy yêu cầu số giờ vận hành, kết quả phân tích dầu, phép thử áp suất nén hoặc khí lọt cácte và bằng chứng về chứng chỉ khí thải.
Tôi nên gửi gì cho nhà cung cấp động cơ hàng hải?
Một yêu cầu báo giá hữu ích cung cấp đủ dữ liệu để nhà cung cấp chọn động cơ, cấp chế độ làm việc và hộp số tương thích mà không phải phỏng đoán. Hãy bao gồm:
- Loại tàu, chiều dài, lượng chiếm nước, tốc độ khai thác và số giờ vận hành hằng ngày.
- Mẫu động cơ cũ, công suất, tốc độ vòng quay định mức (rpm), mẫu hộp số và tỷ số truyền.
- Đường kính chân vịt, bước chân vịt, số cánh và đường kính trục.
- Kiểu làm mát (bộ trao đổi nhiệt hoặc bộ làm mát đáy tàu) và hệ thống xả ướt hay khô.
- Kích thước buồng máy và ảnh hệ thống lắp đặt hiện có.
- Yêu cầu của quốc gia tàu mang cờ, đăng kiểm và cấp khí thải, cùng cảng và ngày giao hàng.
MARS, nhà cung cấp xuất khẩu có trụ sở tại Thượng Hải, lựa chọn động cơ và hộp số tương thích trước khi báo giá, đồng thời chạy thử cả bộ kèm báo cáo bằng văn bản và video trước khi xuất hàng, giao theo điều kiện FOB hoặc CIF Thượng Hải. Để nhận đề xuất cấu hình phù hợp, hãy gửi thông tin tàu của bạn.
Câu hỏi thường gặp
Động cơ diesel hàng hải nào tốt nhất?
Không có một mẫu duy nhất tốt nhất; động cơ tốt nhất phải có cấp chế độ làm việc phù hợp với chu kỳ vận hành, tương thích với hộp số và chân vịt, đồng thời có hỗ trợ phụ tùng và dịch vụ tại nơi tàu hoạt động. Khả năng cung ứng phụ tùng trong khu vực thường quan trọng hơn những khác biệt nhỏ về thông số.
Tàu của tôi cần động cơ diesel hàng hải công suất bao nhiêu?
Bắt đầu từ công suất mà động cơ trước đó tạo ra tại tốc độ vòng quay định mức (rpm), hoặc từ ước tính công suất của kỹ sư thiết kế tàu, sau đó chọn động cơ có cấp chế độ làm việc đáp ứng tải đó với mức dự phòng khoảng 15–30 phần trăm. Quy đổi tất cả số liệu sang kW trước khi so sánh.
Động cơ diesel hàng hải cỡ nhỏ nào phù hợp cho thuyền buồm?
Động cơ diesel cho thuyền buồm thường là loại nhỏ từ 2 đến 4 xi lanh, công suất khoảng 10–60 kW, được chọn theo chiều dài thân tàu và lượng chiếm nước. Ưu tiên khối lượng thấp, làm mát bằng bộ trao đổi nhiệt, bộ truyền động chân vịt cho thuyền buồm hoặc hộp số truyền trục phù hợp và hỗ trợ phụ tùng tốt tại địa phương.
Động cơ hàng hải hoàn chỉnh lắp thay trực tiếp là gì?
Động cơ hàng hải hoàn chỉnh lắp thay trực tiếp được cung cấp với cấu hình hàng hải đầy đủ và đã lắp các thiết bị kèm theo, gồm hệ thống làm mát, bộ phận xả, máy khởi động, máy phát điện, đồng hồ và thường cả hộp số, nên có thể lắp đặt với số lượng phụ tùng bổ sung tối thiểu. Tuy vậy, vẫn cần kiểm tra sự phù hợp với chân máy, đường trục và hệ thống xả hiện có.
Động cơ diesel hàng hải có tuổi thọ bao lâu?
Tuổi thọ chủ yếu phụ thuộc vào cấp chế độ làm việc, hệ số tải và bảo dưỡng; nhà sản xuất công bố khoảng thời gian dự kiến giữa các lần đại tu trong tài liệu của họ. Động cơ được bảo dưỡng tốt và sử dụng đúng cấp chế độ làm việc thường chạy được nhiều nghìn giờ trước khi cần đại tu toàn bộ.
Động cơ diesel hàng hải có giá bao nhiêu?
Giá phụ thuộc vào công suất, cấp chế độ làm việc, thương hiệu, cấp khí thải, chứng nhận đăng kiểm và phạm vi cung cấp, chẳng hạn hộp số, bảng điều khiển và phụ tùng dự phòng. Hãy yêu cầu báo giá chi tiết trên cùng cơ sở so sánh, vì giá thay đổi theo thị trường và năm.
