Tìm Hiểu Về Pittông và Trục Khuỷu Trong Động Cơ Của Máy Phát Điện Công Nghiệp
Sự phối hợp chính xác giữa pittông và trục khuỷu không chỉ ảnh hưởng đến công suất đầu ra, mà còn quyết định độ ổn định và tuổi thọ của máy phát điện. Việc hiểu rõ nguyên lý hoạt động và cấu tạo của hai bộ phận này là cơ sở quan trọng để tối ưu hiệu suất và vận hành bền bỉ cho hệ thống phát điện công nghiệp
Pittông và Trục Khuỷu Là Gì?
Pittông là một bộ phận hình trụ chuyển động tịnh tiến bên trong xi lanh động cơ. Đây là thành phần trực tiếp tiếp nhận lực từ quá trình cháy nhiên liệu và chuyển hóa năng lượng nhiệt thành năng lượng cơ học. Mỗi động cơ có thể có một hoặc nhiều pittông tùy thuộc vào số xi lanh. Chúng hoạt động theo chu kỳ đồng bộ để tạo ra công suất liên tục.
Trục khuỷu, hay crankshaft, là một trục kim loại có hình dạng đặc biệt với các chốt lệch tâm. Nhiệm vụ của nó là tiếp nhận chuyển động tịnh tiến từ pittông thông qua thanh truyền và biến đổi thành chuyển động quay. Trục khuỷu là bộ phận cuối cùng trong chuỗi truyền động bên trong động cơ trước khi lực được truyền ra ngoài để kéo máy phát điện.
Trong chu trình hoạt động bốn kỳ, pittông và trục khuỷu tham gia vào tất cả các giai đoạn: Nạp, nén, cháy sinh công và xả. Khi hỗn hợp nhiên liệu bị đốt cháy, áp suất cực lớn đẩy pittông xuống với lực mạnh. Chuyển động này được truyền qua thanh truyền đến trục khuỷu. Biến năng lượng tuyến tính thành chuyển động quay liên tục.
Cấu Tạo Chi Tiết Của Pittông và Trục Khuỷu
Cấu Tạo Pittông Máy Phát Điện
Đầu pittông là phần trên cùng, trực tiếp tiếp xúc với buồng đốt và chịu nhiệt độ, áp suất cao nhất. Thân pittông là phần trụ bên dưới. Tiếp xúc trực tiếp với thành xi lanh và phải được gia công cực kỳ nhẵn, chính xác. Đảm bảo ma sát tối thiểu nhưng vẫn kín khí. Thân pittông còn có chức năng dẫn nhiệt từ đầu pittông xuống vỏ động cơ thông qua dầu bôi trơn.
Rãnh gắn vòng găng nằm ở phía trên thân pittông, thường có hai đến ba rãnh. Rãnh trên cùng gắn vòng găng khí để ngăn khí nén thoát xuống các te măng dầu. Rãnh dưới gắn vòng găng dầu, kiểm soát lượng dầu bôi trơn trên thành xi lanh.
Vật liệu chế tạo pittông thường là hợp kim nhôm do trọng lượng nhẹ, dẫn nhiệt tốt và khả năng chịu nhiệt cao. Với các máy phát điện công suất lớn. Pittông có thể được làm từ hợp kim thép đặc biệt. Cho phép hoạt động ổn định ở nhiệt độ cực cao và áp suất lớn.
Cấu Tạo Trục Khuỷu
Cổ trục chính là các phần trụ nằm trên trục tâm của trục khuỷu. Được đặt trong các ổ bi hoặc ổ trượt trên thân máy. Cổ trục phải được gia công với độ chính xác cao và bề mặt nhẵn bóng để giảm ma sát và mài mòn.
Chốt khuỷu là các phần trụ lệch tâm so với trục chính, nơi gắn đầu to của thanh truyền. Mỗi chốt khuỷu tương ứng với một pittông. Khoảng cách từ tâm trục đến tâm chốt khuỷu quyết định hành trình của pittông. Ảnh hưởng đến dung tích xi lanh.
Đối trọng là các khối kim loại được thiết kế và bố trí cân bằng với các chốt khuỷu. Chúng có vai trò quan trọng trong việc cân bằng lực quán tính phát sinh khi trục khuỷu quay tốc độ cao. Thiếu đối trọng hoặc đối trọng không chính xác sẽ gây rung động mạnh.
Nguyên Lý Hoạt Động Của Pittông – Trục Khuỷu
Chu trình hoạt động bắt đầu khi pittông di chuyển xuống tạo chân không. Hút hỗn hợp không khí và nhiên liệu vào xi lanh. Tiếp theo là hành trình nén, pittông di chuyển lên trên, nén hỗn hợp này trong buồng đốt. Từ đó làm tăng áp suất và nhiệt độ.
Khi pittông gần đạt điểm chết trên, bugi phóng tia lửa điện hoặc hệ thống phun nhiên liệu tạo điều kiện cho hỗn hợp bắt lửa. Quá trình cháy giải phóng năng lượng khổng lồ, tăng đột ngột áp suất trong xi lanh. Lực đẩy từ khí cháy giãn nở đẩy mạnh pittông xuống, đây chính là hành trình sinh công.
Lực đẩy từ pittông được truyền qua chốt pittông đến thanh truyền. Do chốt khuỷu lệch tâm so với trục chính. Lực này tạo ra mômen xoắn khiến trục khuỷu quay quanh trục của nó. Chuyển động quay liên tục từ trục khuỷu được truyền đến rotor. Khi rotor quay trong từ trường, dòng điện xoay chiều được sinh ra theo nguyên lý cảm ứng điện từ.
Ảnh Hưởng Đến Hiệu Suất Máy Phát Điện
Tỷ số nén là thông số quan trọng. Được xác định bởi tỷ lệ giữa thể tích xi lanh khi pittông ở điểm chết dưới và thể tích buồng đốt khi pittông ở điểm chết trên. Tỷ số nén cao hơn cho phép hỗn hợp nhiên liệu được nén chặt hơn. Tạo điều kiện cho quá trình đốt cháy hoàn toàn, tăng hiệu suất nhiệt và giảm khí thải độc hại.
Độ chính xác trong gia công và lắp ráp pittông trục khuỷu động cơ máy phát điện ảnh hưởng trực tiếp đến mức tiêu hao nhiên liệu. Khe hở giữa pittông và xi lanh nếu quá lớn sẽ cho phép khí nén thoát xuống. Làm giảm áp suất làm việc và công suất. Ngược lại, khe hở quá nhỏ sẽ tăng ma sát, gây nóng quá mức và mài mòn nhanh.
Công suất đầu ra phụ thuộc trực tiếp vào mômen xoắn mà trục khuỷu tạo ra. Một trục khuỷu được thiết kế tốt với độ cứng vững cao sẽ truyền tải năng lượng hiệu quả. Đảm bảo tốc độ quay ổn định của rotor máy phát. Từ đó tạo ra dòng điện có tần số và điện áp ổn định.
Các Dạng Hư Hỏng Phổ Biến
Mài mòn là dạng hư hỏng phổ biến nhất. Xảy ra do ma sát liên tục giữa pittông với thành xi lanh và giữa các ổ trục khuỷu. Hiện tượng này làm tăng khe hở, giảm hiệu suất nén và tăng lượng dầu tiêu hao. Dấu hiệu nhận biết bao gồm khói xanh từ ống xả. Giảm công suất và tiếng gõ bất thường từ động cơ.
Pittông có thể bị nứt hoặc vỡ do quá nhiệt, đặc biệt tại vùng đầu pittông tiếp xúc với khí cháy. Hiện tượng này thường xảy ra khi động cơ hoạt động quá tải. Thiếu làm mát hoặc sử dụng nhiên liệu kém chất lượng. Trục khuỷu có thể bị nứt tại các vị trí tập trung ứng suất hoặc bị biến dạng uốn cong do va chạm mạnh, quá tải kéo dài.
Đường dẫn dầu bôi trơn có thể bị tắc nghẽn do cặn dầu hoặc tạp chất. Khi dầu không được cung cấp đầy đủ, ma sát tăng đột biến, nhiệt độ tăng cao và có thể xảy ra hiện tượng “kẹt” pittông hoặc “cháy” ổ trục.
Bảo Dưỡng Pittông Trục Khuỷu Máy Phát Điện
Quy trình kiểm tra định kỳ nên bao gồm đo khe hở giữa pittông và xi lanh. Kiểm tra độ mòn của vòng găng, và đo độ ô van của xi lanh. Đối với trục khuỷu, cần kiểm tra độ ô van của các cổ trục và chốt khuỷu. Kiểm tra rung động của trục khuỷu bằng thiết bị đo chuyên dụng. Giúp phát hiện sớm các vấn đề về cân bằng hoặc mài mòn không đều.
Dầu nhớt đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ pittông và trục khuỷu khỏi mài mòn. Cần sử dụng loại dầu đúng độ nhớt theo khuyến cáo của nhà sản xuất. Chu kỳ thay dầu cần tuân thủ nghiêm ngặt, thường từ 100 đến 500 giờ hoạt động tùy loại động cơ. Kiểm tra mức dầu trước mỗi lần khởi động và bổ sung kịp thời nếu thiếu.
Hệ thống làm mát cần được bảo dưỡng đều đặn để duy trì nhiệt độ làm việc tối ưu. Kiểm tra mức nước làm mát, tình trạng dung dịch chống đông và các ống dẫn. Làm sạch két nước và thay dung dịch làm mát theo chu kỳ giúp ngăn ngừa ăn mòn và đảm bảo khả năng truyền nhiệt hiệu quả.
Tránh cho động cơ hoạt động quá tải hoặc ở tốc độ quá cao trong thời gian dài. Nên duy trì tải trong khoảng 70-80% công suất. Khởi động động cơ cần làm ấm máy trước khi đưa vào tải nặng. Chạy không tải trong 5-10 phút đầu để dầu tuần hoàn đầy đủ và các bộ phận đạt nhiệt độ làm việc ổn định.
Kết Luận
Pittông và trục khuỷu là hai bộ phận cốt lõi quyết định hiệu suất và độ tin cậy của động cơ máy phát điện công nghiệp. Hiểu rõ về cấu tạo, nguyên lý hoạt động giúp người vận hành có thể chăm sóc và bảo dưỡng thiết bị đúng cách. Giúp kéo dài tuổi thọ và giảm thiểu chi phí sửa chữa.
Kết hợp với chế độ bảo dưỡng định kỳ, vận hành đúng kỹ thuật và sử dụng phụ tùng chính hãng. Người dùng có thể đảm bảo hệ thống cung cấp nguồn điện ổn định và bền bỉ cho nhiều năm hoạt động.
