Cuốn sách Phương pháp khai thác động lực tàu thủy giới thiệu với đọc giả những chế độ khai thác thực tế, phân tích những yếu tố có ảnh hưởng tới sự hoạt động của động cơ, nêu và phân tích những cơ sở lý luận có tính cơ bản cho phép khai thác hệ động lực an toàn và có hiệu quả kinh tế.
Trang 1> s," ° ‘ = ; “u79 vì (01 9 xe< "`" wie Oe et ve to Pe, KS MTr LUONG CONG NHG KS MTr DANG VAN TUAN KHAI THÁC HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY EBOOKBKMT.COM
HO TRO TAI LIEU HOC TAP
Trang 3
LOI GIOL TH
Một trong những tấn đề dat ra cho vite khai thác hệ động
lực tàu thủy là: tìm cúc biên pháp để nâng cao hiệu quả hình
tê, an tồn tà tăng tuổi thọ cho dộng cơ
Ơ những chế độ cơng tác hhác nhau của tàu thủy, cần phải cĩ một phương an khai thác hợp lý hệ động lực Đồng thời mỗi phương án khai thác được lựa chọn lợi phải dựa trên một cơ sở lý luận uà kình nghiệm thực tiễn nhất định
Nhằm giải đáp tấn đề nêu tre
ching tơi giới thiệu trĩi độc giả quan tâm đến tấn đề này cuốn HAI THÁC HỆ DONG LUC TAU THUY cha KS MT LƯƠNG CƠNG NHỎ
VA KS MTv DANG VAN TUẦN là những cán bộ dã cĩ nhiều
năm giảng day va giau hình nghiệm thực tiễn của trường Đại học Hồng hải
Qua cuốn sách, các tức giả giải thiệu nĩi độc giả những
chế dộ khai thác thực tế, phân tích những vếu tố cĩ ảnh
hưởng tới sự hoạt động của động cơ, nêu tà phân tÍch những
cơ sở lý luận cĩ tính cø bản cho phép khai thác hệ động lưc
an tồn uà cĩ hiệu quả kỉnh tế
Nội dụng sách cịn bao gồm những pấn đề cĩ tỉnh đề
cương, mục tiêu cho cong tác đào tạo kỹ sư khai thác máy
lầu thủy hệ chính quy của trường Dại học Hàng hải, VÌ lẽ
đồ cĩ một số trấn đề như tà chế dỏ chạy rà, nhỏ tải; thử tại
Trang 4
Tuy nhiên, sách cũng cĩ thể làm tài liệu tham khảo cho
cán bộ kỹ thuật máy tàu thủy, sỈ quan uà thợ máy tàu thủy;
hoe sinh các trường kỹ thuật cũng như những độc giả quan
tâm đến lĩnh vue trén day
Nhân dây, chúng tơi chân thành cảm ơn những ý kiến dong gĩp bổ Ích của các kỹ sư: PHAN THANH HẢI, NGƠ NGỌC
LÂN uà HỒ HẢI, cho uiệc hồn tất bản thảo cuốn sách
“Cuốn sách ra mắt bạn đọc lần đầu nên khơng tránh khỏi
khiếm khuyết Chúng tơi mong nhận được sự gĩp ý của bạn đọc cho lần xuất bản sau được tốt hơn
Trang 5SHP &KPM — trrep Cmermon SE 92H/71-0H0- 1M Bưu do da fers (Ldn) Ucar Muar $7, 0, BAH TS, he Ma guuatr UT 40225 Hộ 64% Fate TRỤ Loncen 24-8% 19-11 b eo 2S 430, 122, 5 rome wd fo tr sere] Fy sỈ Any OS a 4 Lew Lore, TRE He GHẾ hang | as es OO
Trang 6CHARACTERISTIC Curve BASED ON BHP awoey naroe 20285 34v mổ” 2MECATEO MGAN) DỤ EEluEeex TH \ , | | —————————-—-. _— : BHP stew ve ie te oe a E :
Hình 1-4 Sự phụ thuộc các thơng số vào cơng suất động cơ Khi
thử tàu xuất xưởng - Tàu OCEAN DREAM"
Trang 7các điều kiện khai thác cụ thể với lý lịch động cơ ta sẽ lựa chọn được chế độ khai thác hợp lý trong các điều kiện khai thác khác nhau
Ví dụ: Các thơng số và đặc tính thu được khi xuất xưởng
eda tau MW’ "FLYING DRAGON" va MV "OCEAN DREAM" Hình 13 va Hinh 1.4
Ngồi các đặc tính nêu trên, trong thực tế, chúng ta cịn
gặp các đặc tính điều chỉnh:
Đặc tính điều chỉnh nêu lên sự phụ thuộc của những thơng
số riêng biệt của dộng cơ vào gĩc phun sớm nhiên liệu, vào
pha phân phối khí, vào áp suất phun, vào áp suất tăng áp,
vào sự phân bố vịi phun trong buồng đốt, v.v
Cần lưu ý rằng đặc tính điều chỉnh khơng phải là đặc tính khai thác, nhưng đặc tính điều chỉnh ảnh hưởng khơng nhỏ đến đặc tính khai thác Ví đụ: Nếu đặc tính điều chỉnh của một động cơ cụ thể bị thay đổi sẽ kéo theo sự thay đổi đặc
tính khai thác động cơ ấy Trong đặc tính điều chỉnh sự thay
đổi giá trị của các thơng số chỈ cĩ ý nghỉa đối với từng loại động cơ cụ thể Cho nên khơng được đem kết quả ấy ứng dụng vào các loại động cơ khác nhau
Kinh nghiệm khai thác diesel tàu thủy chỉ ra rằng điều kiện thực tế khaithác con tàu khác xa so với điều kiện khai
thác tiêu chuẩn, cho nên các đặc tính khai thác trong điều
kiện cụ thể cũng bị thay đổi Chính vì thế nếu khơng nắm
vững kiến thức về đặc tính của động cơ thì khĩ mà tìm được
chế độ sử dụng hợp lí và khong dé dang trong việc đánh giá
dQ tin cay, tinh an tồn của động cơ khi làm việc
12 ĐẶC TÍNH VÀ CÁC CHỈ TIÊU CƠNG TÁC CỦA DIESEL
TAU THUY
1.2.1, DAC TINH CONG SUAT
Trang 8Đặc tính biểu thị sự thay đổi các thơng số cơng tác của
động cơ theo hàm tốc độ quay hoặc tốc độ tàu gọi là đặc tính
cơng suất hay cịn gọi Phương trình biểu diễn đặc tính cơng suất theo hàm tổng quát sau: N = f(n) N = flv) Hoac fín, v) Đặc tính cơng suất chia ra 2 loại: - Đặc tính ngồi - Đặc tính chân vịt
1 Đặc tính cơng suất khi dw = const (Đặc tính ngồi): Đường đặc tính thu được khi lượng phun nhiên liệu vào
động cơ theo mỗi chu trình khơng thay đổi (dw = const) goi
là đặc tính ngồi: N, = in)
M = f(n), dw = const
Nĩi cách khác: Đặc tính ngồi là đặc tính biểu hiện mối
quan hệ giữa các chỉ tiêu cơng tác của động cơ với số vịng
quay của nĩ khi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình
khơng thay đổi (dw = const)
Để xây dựng được đặc tính ngồi, ta phải giả định lượng
nhiên liệu phun vào động cơ trong mỗi chu trình khơng đổi
(dw = const) và hiệu suất chung của động cơ khơng đổi (;=const) trong phạm vi tồn bộ chế độ tốc độ quay khi tiến hành thí nghiệm khi đớ cơng suất phát ra của động cơ được
tính bằng:
Trang 9PHẦN THỨ NHẤT
KHAI THÁC CƠNG SUẤT
CHUONG I
DAC TINH CONG TAC CUA DIESEL TAU THUY SỰ PHỐI HỌP CƠNG TAC V6I CHAN VIT
1.1 KHÁI NIỆM VỀ CHẾ pO LAM VIỆC VÀ ĐẶC TINH CUA
ĐỘNG CĨ
1.1.1 KHÁI NIỆM CHUNG
| | Khai thác diesel tàu thủy được tiến hành trong những diều kiện khác nhau, đa dạng, muơn hình, muơn vẻ, với sự thay |
đổi tương đối lớn về các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động |
cơ và cả hệ động lực
Phụ thuộc vào điều kiện làm việc, cơng dụng của động cơ
mà đánh giá khả năng cơng suất phát ra, đánh giá các chỉ
tiêu kinh tế - kỹ thuật, độ tin cậy, an tồn, kéo dài tuổi thọ và một số tính chất khác của động cơ Sự đánh giá chúng cho
phép chúng ta hiểu một cách bao quát về khái niệm chế độ |
làm việc của động cơ |
Nĩi một cách khác: Chế độ làm việc của động cơ được đặc
trưng bằng sự tổng hợp các chỉ tiêu, thơng số kỹ thuật trong
các điều kiện cụ thể lúc khai thác Thơng thường thơng số nào được chọn làm thơng số cơ bản thÌ tên gọi và giá trị của
Trang 10nĩ sẽ xác định tên gọi của chế độ làm việc Vi du: Ỏ chế độ
tốc độ đặc trưng cho sự làm việc của động cơ với giá trị của
số vịng quay cho trước, cịn ở chế độ phụ tải đặc trưng cho sự làm việc của động cơ với giá trị của phụ tải (Ấp suất cĩ
ích bình quân P, hoặc mơmen cĩ Ích M,) cho trước
Khi các giá trị của số vịng quay và phụ tải đã được xác
định cụ thể, lúc ay sé ed tên gọi về chế độ làm việc một cách
chính xác
Vi dụ:
- Khi Ps = 0 gọi chế độ làm việc khơng tải
- Khi n = n„„ gọi chế độ làm việc với số vịng quay tối thiểu ổn định
Để đánh giá chất lượng khai thác của động cơ ở những chế độ làm việc khác nhau người ta thường so sánh các giá trị của các thơng số thu được ở các chế độ làm việc cụ thể
trí của chúng ở chế độ làm việc định mic Vi du:
Đối với diesel tàu thủy trực tiếp lai chân vịt thì chế độ tốc
độ đáng quan tâm nhất là chế độ làm việc ở vịng quay tối thiểu ổn định (n,,,,) vi yéu chu điều động của tàu và an tồn của con tàu phụ thuộc rất nhiều vào chế độ cơng tác này
Khái niệm chế độ làm việc của động cơ chính tàu thủy như chế độ tồn tải, chế độ nhỏ tài, chế độ khơng tài, v.v đơi khi đồng nghĩa với chế độ làm việc của tàu
Ngồi những chế độ khai thác cơ bản của động cơ chính tàu thủy cịn cớ những chế độ làm việc đặc biệt: khi một vài xi lanh bị hỏng hoặc Tubin tăng áp bị hỏng, v.v
với các
DAC TINH CUA DONG CO DIESEL TAU THUY
Để đánh giá chất lượng cơng tác của động cơ diesel tàu thủy ngồi việc do đạc kiểm tra các thơng số cơng tác, chúng
Trang 11ta cần phải biết được các đường đặc tính ở các chế độ cơng
tác khác nhau Thơng qua các đường đặc tính này ta cĩ thể
kiểm tra được các thơng số và đánh giá một cách gần chính
xác chất lượng cơng tác của động cơ
Nĩi cách khác: Sự chuyển chế độ làm việc của động cơ trong những điều kiện đã được xác định ta thu được sự thay
đổi cĩ tính quy luật của các thơng số động cơ phụ thuộc vào
thơng số chính mà cớ thể biểu diễn bằng bảng hoặc dang đồ thị và đĩ chính là các đặc tính của động cơ
Đặc tính động cơ là những đường biểu diễn sự liên quan
của một vài thơng số hoặc số đo cơng của máy với các số đo
khác cớ ảnh hưởng đến cơng suất phát ra của nĩ,
Đặc tính động cơ dùng để đánh giá tính kinh tế kỹ thuật, an tồn, tin cậy trong quá trÌnh cơng tác của động cơ
Dựa theo sự thay đổi của các đặc tính cơ liên quan và các thơng số cơng tác của động cơ, người ta chia đặc tính động
co diesel tàu thủy ra 3 loại sau:
- Đặc tính cơng suất (hay Đặc tính tốc độ)
+ Dac tinh phy tải
- Đặc tính tổng hợp
Đặc tính tốc độ biểu thị sự tập hợp những chế độ tốc độ
mà thơng số chính là vịng quay của động cơ
Dac tinh phụ tải biểu thị sự tập hợp những chế độ phy tai
với thơng số chính là phụ tải động cơ
Dặc tính tổng hợp biểu thị sự tập hợp tổng hợp các chế
độ (tốc độ và phụ tải) với số vịng quay của đ^ng cơ
Thơng thường đặc tính tốc độ phân chia ra:
Trang 12- Đặc tính chân vịt, - Đặc tính giới hạn Những đặc tính cơ bản trong khai thác là: - Đặc tính phụ tai - Đặc tính ngồi - Đặc tính chân vịt - Đặc tính giới hạn VÍ dụ: Các dạng đường #8 ng : Hình I.1 Xác định các chế độ của hành:
đạc tính trong khai thác trinh (eo áp suất cĩ ích lằnh quân
diesel tau thủy Các đường đặc tính ay chan vit; 0-3: Dac tính ngồi; 9-I: Chế độ phụ tải; 0-2: Đặc tính
hồn tồn ed thé thu được Ở-% Đặc tính giới hạn
trên bệ thử, trên tàu khi
chạy thử nghiệm (Tại bến ;øø, hoặc đường đài khỉ giao nhận động cơ Chúng đều
được ghỉ vào trong lý lịch
máy Dây là những tài liệu chủ yếu nêu lên sự thay đổi 52 các thơng số kinh tế kỹ thuật của động cơ khi làm
việc Mặt khác nĩ cịn cho - phép ta đánh giá khả năng đã “- điều chỉnh của động cơ và
khả năng làm việc của các
Trang 13G7,
6323 (md)
Trong đĩ - G: Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ Nớ phụ thuộc vào lượng nhiên liệu phun vào trong mỗi chu
trình theo số vịng quay của động cơ,giá trị: G = 60.nz.dw (Kgh) © day: n: Vịng quay d/co (V/F) z: Hệ số kì Động cơ 2 kì z = 1 Động cơ 4 kÌ z = 2
Qúy: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu sử dụng (Keal/kg)
Thay các giá trị vào phương trình (1) ta cĩ:
602/01,
N =———— n.dw (2) 632,3
Đối với một động cơ cụ thể ta cĩ: z = const, Q, = const, ‘ly = const do dé, nếu đặt:
602.001, -
Cụ“ —gpg— men
N, = c,ndw ` (2)
Từ (2) ta thấy: Khi duy trì lượng nhiên liệu cung cấp cho
mỗi chu trình khơng thay đổi (dw = const) thÌ cơng suất phát
ra của động cơ tỈ lệ bậc nhất với số vịng quay của nơ Do
Trang 14đơ đồ thị đặc tính ngồi sẽ cĩ dạng như hình 1.5:
Hình 15 Biểu diễn mối quan hệ cơng suất theo uịng
quay khi lượng cung cấp nhiên liệu cho mỗi chư trình khơng thay dồi
Ơ-A,; Đặc tính ngồi khi dw, = const O-Ay Die tinh ngoai khi dw, = const
ðị: Gĩc kẹp giữa N, vic n biu thi luong phun nhitn lien
hay mute dé thay déi P e M, khí du thay đổi
DE dang chting minh duge rang: khi lượng nhiên liệu cung cấp cho mối chu trình khơng thay đổi thì mơ men quay cĩ
Ích và áp suất cố Ích bình quân cớ giá trị khơng thay đổi:
Thực vậy:
14
Trang 15Man 7162 TW N= gay 7 MeN, Thay N, từ phương trình (2) vào ta cĩ : 716,2.c, n.dw M a bài M = ¢,dw @)
š Trong đĩ: Dật c; = c,716,2 và cĩ giá trị khơng thay đổi
` đối với một động cơ cụ thể Do đơ khi dw = const thi M-=const Tương tự khi dw = const thl P, = const 1i J Khi dws dwmox E rT _Khi vicn
Hình 1.6.Biểu thị mối quan hệ mơmen, Áp suất cĩ ich theo vong quay khi lượng nhiên liệu cung cấp khơng thay đổi ; LE: momen, dp sudt P, dat gid tri nhd nhét khi
d,, = d, Ww = Fumin
Trang 16ILI: Momen, dp suất P, dại giá trị dink mite khi lượng , cấp dạt giá trị dịnh mức TH: Mơmen, áp suất P, dạt giá trị lớn nhất khi lượng, cấp lớn nhất
3 ma Pace Pwom "max
Hình 1.7 Đặc tính cơng suất trong khai thác duge chia ra: é
0-1: Đặc tính giới hạn: là đặc tính cơng suất gidi han (Nguy), độ bần động cơ
0-2: Đặc tính lồn nhốt: là dặc tính cơng suất thể hiện j
(Nay) khả năng phát ra cơng suất lớn nhất ở uịng quay dinh
mức hoặc uịng quay lớn nhất
0-3: Đặc tính ngồi (hay dac tinh dinh mite):
(N,)-là dạc tính cơng suất thể hiện khả năng phát ra cơng
'suất lớn nhất ổn dịnh, kinh tế nhất ứng uới uịng quay dịnh
mức
Trang 17: - RA ng hệ cá AT nọ, chê : ¿ 0-4; Dic tính khai thác:
(Nựạ) là đặc tinh cơng suất dược sử dụng rộng rãi nhất
trong quá trình khai thác động cơ Đặc tính khai thác cĩ giá “an nhé hon dae tink dink mức: Thơng thường:
1 = 85 + 0,95) N
0-5: Dae tinh phy tdi
(Nye là đặc tính cơng suốt khi cơng suất phát ra của
động cơ nhỏ hơn cơng suất khai thác:
(Ny < (0,85 + 0,9) Nn) Dae tink bộ phan thường sử
dung kh? tau cơng tác trong các diều hiện khĩ khơn hoặc khi tàu hoạt dộng trong luồng hẹp, khí mã kơ,
2.Đặc tính cơng suất khi dw 4 const (Dac tinh chan vit)
Đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa các thơng số cơng tác của động cơ với tốc độ quay hoặc tốc độ tau khi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chủ trình thay đổi (dw z2 const) gọi là đặc tính chân vịt
Nĩi cách khác: Sự phụ thuộc của các chỉ tiêu kinh tế kỹ
thuật của động cơ vào số vịng quay của nĩ khi động cơ lai chân vịt được gọi là đặc tính chan vit
Để xây dựng dược đặc tính chân vịt, ta phải giả định rằng
lượng nhiên liệu phun vào động cơ trong mỗi chu trình thay đổi (dw # const) và tồn bộ cịng suất phát ra của động cơ truyền hết cho chân vịt Khi dé sy biển
suất phụ thuộc
ˆ thức sau:
mơ men, cơng
vào số vịng quay dược xác định theo biểu
Trang 18Trong đĩ: x là hệ số phụ thuộc vào kết cấu vỏ tàu và trang trí hệ động lực Giá trị x = 25 + 32 x = 2,5 : Dối với các tàu cĩ tốc độ cao như: tàu lướt, tau khách, v.v 3,2: Dối với các tàu hàng là các hằng số, phụ thuộc vào kết cấu vỏ tàu, chân vịt và các điều kiệ
Xết quả thí nghiệm thực nghiệm cho thấy: Với đại đa số các tau cơng tác độc lập (như: Tàu biển, tàu sơng, tàu khơng
lai kéo v.v ) cĩ giá trị x = 3 Do đĩ phương trình (4) sẽ cĩ dạng cy thd: 2 M=cn 4) N, = cn?
Từ (4) cho thấy với một con tàu cụ thể, ở một điều kiện
khai thác nhất định (c = const) thì cơng suất cớ quan hệ bậc
ba với vịng quay của nơ
Trong thực tố khai thác, điều kiện khai thác luơn thay đổi
VÍ dự: Khi tàu cơng tác trong _ diều hiện sĩng giố,tàu cơng tác trong vùng nước chảy mạnh, tàu cơng tác trong vùng biển cạn, hoặc chế độ buộc tàu tại bến, v.v Do đĩ hằng số œ cũng sẽ thay đổi theo điều kiện khai thác Kết quả ta sẽ cĩ
họ các dường đặc tính chân vịt
VÍ dục Họ đường đặc tính chân vịt thu được khi xuất xưởng cua tau “Flying Dragon’ - hink 1.3,
Bên cạnh các điều kiện khai thác luơn thay đổi, trong thực
tế trên các tàu biển đang sử dụng các loại chân vịt khác
Trang 19
i
:
nhau mà cơng suất và mơ men chân vịt tiếp nhận dược,chúng phụ thuộc trước tiên vào các thơng số hình học, thủy động
Ne
n
Hinh 18 Biếu diễn mối quan hệ giữa cơng suốt uới uồng quay hi lượng nhiên liệu cùng cấp cho mỗi chu trình thay đổi j
‡
học của chân vịt Đối với chân vịt định bước các thơng số hình học giữ nguyên khơng thay đổi Khi làm viêc với chân vịt biến bước, bước chân vịt H hoặc thơng số hình học khơng
H :
thứ nguyên D (tỈ số bước) được thay đổi Dơ trượt § và tiến
trình chân vịt Âp cĩ liên quan
số lượng của các thơng số
thủy động học Độ trượt chân vịt được xác định bởi tÌ số tốc
9 trust (Hn, - V,) với tốc độ đọc trục của chân vịt trong
mơi trường rắn Hg
Trang 20
Hn, “Vp § Han,
Trong dé: 'n, - Số vịng quay của chân vịt (vg/ph)
Vp - Téc dd đọc trục thực tế của (mía) chân vịt
Tiến trình của chân vit: Dường đi được của chân vịt sau
V, p š
một vịng quay hạ = —— thường được biểu thị bằng đơn vị
khơng thứ nguyên của tiến trình tương đổi:
V, P
Trong đĩ: D đường kính chân vịt (m)
Dộ trượt và tiến trình cĩ quan hệ như sau: H pa-s) P H
Khi độ trượt § = 0 thi dp = 5, chan vit sau mot vong
đi được một đoạn đường bằng bước hình học Trong trường hợp này lực đẩy của chân vịt bằng 0
Độ trượt là điều kiện làm việc cần thiết của chân vịt, khơng cớ độ trượt lực đẩy cũng sẽ khơng cĩ
20
Trang 22
- Tại diểm œ: Tương ứng chế dộ thử tàu tại bến hoặc báo tố, Khi đĩ: 4, = 0, S = 100%,
Ky, K, - Những hệ số khơng thứ nguyên tương ứng uĩi lực đẩy va mơmen cĩ giá trị lớn nhất ,
Np = 0- Hiệu suất chân uịi, - Tại diém b: Tương
kinh tê)
Khi đố: 8 = 02 + 04; 4y = 06 + 08 ứng chế độ định mức (hay chế độ 5p = TA,
dau quay trong
tau, - Tại diểm e: Tương ứng khi chân vit b&t
nude, mo men va le dy chua dit lén dể dây H
Khi đĩ: § = 0,2, = px, 0 Lue ddy chan vit P = 0, K, x 0, Mo men sinh ra chit
hinh cia cénh chan vit
- Tại điểm d: Hệ SỐ mơ men Ä, =0
yếu dùng dể khác phục sức cơn dink
SỐ trượt của chân uịt cĩ giá trị âm hệ
đừng' máy, nhưng
lần lính) tạo nên lực đẩy âm cĩ tác
a con tàu,
chan vit van quay theo qui
dung ham chuyển động c
Chính vì những đặc tính của chân vịt như đã nêu ở trên nên khi kết cấu của chân vịt thay đổi sẽ làm cho đặc tính của chân vịt thay đổi hoặc khi thong s6 hinh học khơng H thứ
nguyên TT (tÌ số bước) thay đổi cũng sẽ làm cho đặc tính
Trang 23
HO moe (Dp
2040 6G 100 hy
Hình 110 Biểu diễn mối quan hệ cơng suất tồi uịng quay
khi dong co lai chan vit biển bước,
0-1: Da: tinh chan vit ứng hệ số bước dink mite (ché db khai thác sinh té)
0-2: Dặc tinh chan vit ứng tỈ số bước lớn nhất (chế do khai thác khĩ khăn)
08: Đặc tính chân 0jt ứng tỷ số bước nhỏ nhất (chế độ khai thác ¡uưện lợi)
Mặt khá: ta thấy: Khi động cơ lai chân vịt thÌ tốc độ tàu
cũng là hàix|của tốc độ quay chân vịt Thực vậy ta cĩ:
Ở một chế độ khai thác xác định thÌ n„ cũng được xác
định Nếu đường kính chân vịt đã biết thì Ap duge quyết đỉnh
Trang 24bởi tốc độ đồng nước chảy qua chân vịt và vịng quay chân vịt we a & & Ị | I f aa
Tình 111L Biểu diễn mối quan hệ cơng sudt vdi ide dộ tàu
ở các diều hiện khai thác khác nhau
Cy Dac tinh chân 0t ở diều hiện khai thác bình thường Cự Đặc tính chân oịt ở điều kiện khai thác khĩ khăn Cy Dae tính chân uịt ở điều hiện khai thắc thuận lợi
Khi chân vịt được lấp lên tàu, dịng theo chịu ảnh hưởng của tốc độ con tàu và ta cĩ:
V=Wy(-ø)
Trong đĩ : ø : - Hệ số dịng theo (hải lUgiờ)
Để đơn giản trong tính tốn ta cĩ thể coi œ là những
V, Ỹ %
hang s6 hay <7 = const
Trang 25và Â, cũng được
xác định Lực đẩy và mơ men quay tỈ lê bậc 2 với vịng quay
cịn cơng suất cỏ quan hệ bậc 3 với vịng quay Hay nĩi khác: Lực đẩy và mơ men cũng cĩ quan hệ bậc 2 với tốc độ tàu
và cơng suất cĩ quan hệ bậc 3 với tốc độ tàu
1.2.2 ĐẶC TÍNH PHỤ TẢI
Sự phụ thuộc của các chỈ tiêu cơ bản của động cơ vào phụ
tai (N,, M, hote P,) khi số vịng quay khơng đổi (n = const) gọi là đặc tính phụ tải Khi n = const, các giá co Ích Nụ, ích M,, hoặc áp suất cĩ ích bình quân P, tang theo tỉ lệ giống nhau và xác định phụ tải động cơ tri cơng © mơ men Dặc tính phụ tải thường sử dụng cho các
loại dong co diesel lai may
phat dién, may bom, may
nén, v.v hoặc động cơ
chính đặt trong hệ động
lực điện lai chân vịt Vì vậy trong thực tế khai
thác, đặc tính phụ tải của Hình 1.124 Biểu thì sự phụ thuộc các động cơ thường dùng ở số chỉ tiêu cơng tác của Hs động cơ theo
phụ tải khi n = cơdg,
Trang 26vịng quay định mức nựr = n, = const, Tuy nhiên giá trị "r cũng thay đổi chút ít so với vịng quay định mức để phù
hợp với sự tăng giảm của phụ tải bên ngồi, Dã duy trì vịng
4uay ổn định ,bộ điều tốc sẽ kéo thanh răng nhiên liệu của
bơm cao áp để cung cấp nhiên liệu phù hợp với yêu cầu của tải bên ngồi
dit khi sit dung bom cao áp điều chỉnh theo thời điểm đầu
cấp cơng cơ theo phụ tải khi œ = conal, trong dé + phần nét
Trang 27Nghiên cứu những quy luật thay đối của đặc tính phụ tải sho phép đánh giá về tính kinh tế, về những đặc điểm làm việc của động cơ, về sự thay đổi giá trị của những thơng số động cơ ở tất cả chế độ phụ tải từ chế độ khơng tải P.=0 sho đến chế độ phụ tải định mức P,„
Đặc điểm của đặc tính phụ tải là khi n = const thì cơng
suất tỉn thất cơ giới N„, mơ men tổn thất cơ giới Mạ va
ấp suất tổn th& cho cơ giới P„ hầu như khơng thay đổi ở
tất cà các chế độ khai thác:
Nụ (Mạ, P„) = const khi n = const,
Cée gid tri N,, (My P,,) khơng đổi xác định sự phụ thuộc
của N,~ (M,«+`Pj) vào phụ tải ở dang đường thẳng song song
với Đ¿ (M,, Độ)
Qua hình 1.126 cho thấy khi động cơ làm việc với n =
const nên sử dụng bơm cao áp điều chỉnh theo thời điểm cuối
sẽ làm cho các chỉ tiêu cơng tác của động cơ tốt hơn
Thơng thường các động cơ diesel lai máy phát điện làm việt theo đặc tính phụ tải luơn luơn giữ được Đụ = const nhờ bộ điều tốc một chế độ tốc độ,
Wit voi muc dich nâng cao hiệu quả kinh tế khi gầm gi tị phụ tải
thường người ta khơng giữ nguyên Bị = mạ Những động cơ nay
được trang bị bộ điều tốc nhiều chế độ và hệ thống đều khiến cho Phép thay dổi tốc độ theo be (nd) dua vao phy tai của máy phát
Điều đố 98 lam cho tinh kinh tế của động eơ dược cải thiện Khi giảm
SỐ vịng quay
Hinh 113 cho thấy, khí chuyển từ điểm 1 sng điểm 2 của đặc
tính phụ tải tương ứng vịng quay n, < nạ tính kinh tế của động cơ
Trang 28được cải thiện Khi tàng số bậc tốc độ, các chế độ làm việc
tiến gân đến dường œng đứt quãng (@)m,=f(N,) đặc tính ấy
gọi là đạc tính kinh tế
Chuyển từ đạc tính phụ tải qua đạc tính kinh tế cho phép tiết kiệm 6 + 10% nhiên liệu Ie 1 gid acti 4Ð 60 00 2 ¿22 ? Hình 1.13 Đặc tÍnh hình tế ge,,,, = f (N3) 1.2.3.ĐẶC TÍNH TONG HOP Biểu thị sự tập hợp các đặc tính và chế độ cơng tác (chế
độ tốc độ và chế độ phụ tải) với số vịng quay Dac tinh tổng
hợp được xây dựng trong các phịng thí nghiệm diesel tàu
thủy hoặc được xảy dựng trên các bệ thử khi tàu xuất xưởng
Ví dụ: Khi xuất xưởng động cơ 18PC2V400 người ta đã
tiến hành thử trên bệ thử và xây dựng đặc tính tổng hợp
động ca được biểu thị trên hình 1,14 '
Trang 29Tầnh 1.14 Đặc tính tổng hợp của dieseL 1SPC2V 400
1.3 SỰ PHỐI HỌP CƠNG TÁC GIỮA ĐỘNG CĨ VÀ CHÂN VỊT
1.3.1 DIEU KIEN PHOL HOP CONG TAC GIUA MAY VA CHAN VỊT
Phương thức truyền động từ động cơ chính tới chân vịt cố hai đạng chính sau: Truyền động trực tiếp và truyền động
gián tiếp
1, Truyền động trực tiếp
Phương thức truyền động này thường áp dụng với các động
Trang 30cơ chậm tốc lai chân vịt, như động cơ của các hãng: SULZER,
MAN, BURMEISTER and WAIN, FIAT, v.v Buồng máy
thường đặt cuối tàu, đường trục ngắn, Hay nơi khác: trong
cách xây dựng đặc tính ở trước ta đã coi mơ men, cơng suất sinh ra của động cơ bằng mơ men cơng suất nhận được trên
đế chân vịt, vịng quay của động cơ bằng vịng quay chân vịt
hay đương nhiên ta đi cơng nhận khơng cĩ tổn hao năng lượng trong quá trình truyền động
Nhưng trong thực tế thÌ bao giờ cũng phải cĩ tổn thất năng lượng trong quá trình truyền động do vậy mà cơng suất
nhận được trên đế chân vịt cĩ khác so với cơng suất phát ra của động cơ Do đơ, mơ men sinh ra trên động cơ bao giờ cũng phải lớn hơn mơ men quay của chân vịt một đại lượng
chính bằng mơ men tổn thất do ma sát trong quá trình truyền động Khi đĩ mơ men và cơng suất nhận được trên đế chân vịt sẽ được tính: M, = My - ty » Mp N =NG nụ Trong đĩ: ,,: Higu sudt truyền động Giá trị g„ = 0,96 + 0,99 np: Hiệu suất chân vịt, giá trị 7, = 0,65 + 0,7 9p = (np)„„ khi n, = 90 + 120 VP 2 Truyền dong gián tiếp
Trang 3114PC2V400,16PC2V400~ hoặc một số động cơ của hãng MITSHUBISHI, v.v Buồng máy đặt ở gần cuối tàu hoặc cuối
tau, cớ trang bị các hộp gidin tốc, li hợp, các đoạn trục trung
gian Dặc điểm của phương pháp truyền động gián tiếp là tốc độ quay của chân vịt so với tốc độ quay của động cơ đã bị
thay đổi phụ thuộc vào tỈ số truyền của hộp giảm tốc n= in Trong do: i - Ti sé truyén cla bd gidm téc, Vi du: Động cơ 12PC2V40 cĩ ¡ = 1/4,166 hay n = 500 V/F thi n, = 120 V/Œ Do đĩ tổn thất trong quá trình truyền động phải kể đến trong các bộ li hợp, giảm tốc Khi đĩ cơng suất trên đế chân vịt sẽ được tính: =N, ‹ Tự Mp + Thụ Net Trong đĩ: ,,: Higu suit cia thidt bị li hgp 0,97 + 0,98 ạ: biệu suất của bộ giảm tốc tụ ~ 0/94 + 0/96 1.3.2 SỰ PHỐI HỘP CƠNG TÁC GIỮA ĐỘNG CO VA CHAN VỊT ĐỊNH BƯỚC
Chân định bước được sử dụng rộng rãi trên các tàu vì
tính ưu việt của nĩ, và phương thức truyền đơng trên các tàu thủy hiện nay thường trực tiếp lai chân vịt hoạc thong qua các hộp số, li hợp với mục đích giảm các tổa thất trong quá -trình truyền động xuống mức tổi thiểu Hay nơi khác trong một số lớn các trường hợp ta cĩ thể xem xét cơng suất
Trang 32
phát ra của động cơ bảng cơng suất nhận được trên đế chân
vịt: ì
hoặc n
'Tuy nhiên trong quá trình khai thác do các điều kiện cơng tác của tàu luơn thay đổi, nên các thơng số cong tác của động
cơ cũng thay đổi theo Ví dụ: Tàu cơng tác ở vùng cĩ điều kiện khí hậu ưn đới nhưng sau một vài ngày hành hải tàu
đa chuyến sang vùng cĩ khí hậu nhiệt đới, hoặc khi tàu di chuyến từ vùng khơng sơng giớ sang vùng sống giĩ, v.v
'frong những trường hợp như vậy việc xác định các thơng sổ cơng tác hợp lí của động cơ là rất quan trọng, nĩ @/ sẽ đảm bảo an tồn, tín cây cho hệ động lực và con tau Na
a{ Khi điều kiện khai thắc Nựy
khơng thay đổi
Với giá thiết rằng tàu
cơng tác trong vùng yên sớng giĩ, nước chảy ổn
định, tàu chạy thẳng,
hay nĩi khác trong diễu kiện cơng tac này ta hồ tồn cĩ được đường đậc tính chan vịt khoug thay đổi C, việc với đặc tính ngồi ( phốt hợp cơng tác giữa máy và chân vịt khi điều kiện
khai khơng thay đổi những đặc
Trang 33(M,=consÐ) ứng với lượng cấp nhiên liệu cho mỗi chủ trình khơng thay déi (dw, = const) hay vi trí tay ga định mức (h,)
Như vậy điểm phối hợp cơng tác sẽ là điểm cất nhau của
đặc tính cbân vịt (Co) với đặc tính ngồi (M,, h,) tai N Tai
đây mơ men sinh ra của động cơ cân bằng với mơ men cản trên trục chân vịt, lực đẩy cân bằng với lực cân, và giá trị
cơng suất tại điểm phối hợp cơng tác (N) được gọi là cơng
suất định múc (N„) và tương ứng với nĩ cĩ vịng quy định
mức (mạ)
Tuy nhiên trong thực tế khai thác, khơng phải lúc nào chúng ta cũng cĩ thể sử dụng được cơng suất tại điểm N
Chẳng hạn: Khi động cơ đã cũ, khi một vai xi lanh bị hỏng
hĩc, khi điều động tàu trong luồng ra vào cảng, Trong trường
hợp này chúng ta phải thay đổi tay gá động cơ (tương ứng
thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình) để cơ
được cơng suất hợp lÍ
Một ÌÍ do nữa mà ta thường sử dụng cơng suất phát ra của động cơ nhỏ hơn cơng suất định mức va một phần cơng suất dùng để dự trữ khác phục khi phụ tải táng đột ngột
hoặc vÌ mục đích để tang cao tuổi thọ động cơ
Do đĩ diểm phối hợp cĩng tác gì
a máy và chân vịt thường là điểm ŒĨ Diểm K được gọi là điểm khai thác hợp lí Giá trị cơng suất phát ra tại điểm K thường nằm treng khcảng sau:
N, = (0,85 + 0,95) Ny (5)
và hệ số e = 0,85 + 0,95 duge goi là hệ số giảm cơng suất Cịn mơ men và vịng quay tại K cĩ thể được xác định như sau:
33
Trang 34(6)
(6)
Bằng cách lÍ luận tương tự ta cĩ thể khai thác động cơ
với các điểm cơng tác khác nhau tại l, H,
Như vậy trong một diều kiện khai thác của tàu (C = const)
ta cổ thể thay đổi điểm phối hợp cơng tác giữa máy và chân vịt bằng cách thay đổi tay ga (thay đổi lượng cấp nhiên liệu)
để cĩ được các thơng số cơng tác tối ưu của hệ động lực
b/ Khi điều kiện khai thác thay đổi
Với giả định ràng tàu cơng tác trong các điều kiện khai thác thay đổi như, điều kiện sĩng giớ thay đổi, tài trọng chuyên chở trên tàu thay đổi, hay nơi khác trong điều kiện cơng tác này ta cĩ hàng loạt các đường đặc tính chân vịt (C,
Cy, Cy, Cy va Cự Động cơ đang làm việc với đặc tính
ngồi cĩ giá trị M, 0,8M, với giả thiết động cơ khơng trang bị bộ diều tốc thì điểm phối hợp cơng tác giữa động cơ
và chân vịt sẽ là K hoặc Kị hoặc K,
Tại các diểm: phối hợp cơng tác khác nhau, các thơng số
cơng tác của động cơ cũng sẽ thay đổi `
Hình 1-15 cho thấy: giả sử bạn đầu điểm phối hợp cơng tác giưa máy và chân vịt là K thì khi điều kiện khai thác
thay đổi sang C¡ thÌ điểm phối hợp cơng tác giữa máy và; chân vịt cũng thay đổi sang Kị Tai K, cơng suất và vịng ,
quay cuối động cơ đã gidm di mot lugng AN = N, - Ny ©
k
34
Trang 35Lượng giảm cơng suất này đã dùng để khác phục sức cản vỏ tàu, Kết quả tốc độ tàu cũng bị giảm di một Ít
ng 4 4 Me n
Hình 1.16 Sự phối hợp cơng tác giữa máy uà chân vit khỉ
điều kiện khai thác thay dối nhưng đặc tỉnh động cơ khơng
thay đổi
Cy He số đặc trưng cho đặc tinh chan vit va vd tau khi
xuất xưởng
Cụ C, + Hệ số đặc trưng cho đặc tích chân dịt vit v6 tau trong các diều hiện khơi thác khỉ sống giĩ uà xuơi sĩng giĩ
i0 Hệ số đạc trưng cho đặc tính chân 0t khi buộc tàu
uà kiï thuận lợi nhất
() Giá trị cơng suất tại K, cĩ thể xác định theo K, ta
cĩ:
Trang 36(6) Trong dd: 141, Tox 1A higu sust cOng tac ciia dong co tai điểm K,, K Néu coi 7,.= ‘oxy = const thl phuong trinh (6) os dang: n, ‘kL _ Na = Mae 6) Tương tự ta cd thể tính tốn cho các điểm cơng tác khác: Ky Ky K,
Như vậy khi điều kiện khai thác thay đổi, điểm phối hợp
cơng tác giữa máy và chân vịt cũng sẽ thay đổi Do vậy trong
quá trình khai thác phải chú ý sự quá tải cho động cơ (khi
điều kiện cơng tác khĩ khăn hơn cĩ thể gây nên quá tài về
nhiệt cịn khi điều kiện khai thúc thuận lợi hơn cớ thể gây
quá tải về vịng quay) Trong một số trường hợp cần thiết phải giảm tay ga động cơ
el Sự phối hợp cơng tác giữa máy và chân vịt trong thực tế khai thác
“Thực tế khai thác hệ động lực tàu thủy cho thấy điều kiện khai thác thay đổi rất đa dạng, VÍ đự: Tàu phải thường xuyên
cơng tác trong điều kiện khí hậu hải dương thay đổi, tải trọng
hàng hớa thay đổi (100% tai trong, 75% tai trọng, F0% và
35% tải trọng, v.v ) Các quá trình thay đổi xây ra đồng thời
liên tục hoặc gián đoạn, do vậy trong quá trình khai thác
chúng ta phải cĩ những tác động nhất định đến động cơ với
mục đích bảo đảm cho động cơ cơg tác an tồn, tin cậy, dat
hiệu quả kinh tế cao,
Trang 37
Hình 1.17a-b Sự phối hợp cơng tác giữa máy ó chan vit khi động cơ trang bị bộ diều tốc nhiều chế độ
a) Khi diều kiện khĩ khan hon
Điểm cơng tác sẽ thay đổi từ K sang K,
37
Trang 38
b) Khí diễu hiện cơng tác thuận lợi hơn diểm phối hợp
cơng tác sẽ thay déi tit K sang K,
"Thơng thường trên các diesel tàu thủy lai chân vit hiện
nay đều được trang bị bộ điều tốc nhiều chế độ (hoặc don giản nhất cũng là bộ giới hạn tốc độ) Do vậy khi điều kiện
khai thác thay đổi, tuy rằng người khai thác đật tay ga động
eơ ở một vị trí nhất định nhưng do phụ tái bên ngồi luơn
thay ddi (khi tau di trong vịng sĩng giĩ, nước chảy mạnh, )
làm cho điểm cơng tac của động cơ thay đổi Trong những trường hợp do bộ điều tốc sẽ cĩ những tac dong nhất định vào cơ cấu điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu của các bơm cao áp (tức thời tang hoặc giảm lượng cấp theo dạc tính điều
chỉnh của bộ diều tốc) để duy trÌ sự cân bằng cơng tác của động cơ với phụ tải ngồi
Sự biến đổi các đặc tính mơ men động cơ và mơ men cản
của chân vịt se được mơ tả cụ thể ở chương IV,
1.4 KHA NANG MO RONG PHAM VI CONG TAC CUA DI TAU THUY
124.1 PHAM VÌ CƠNG TÁC CỦA ĐỌNG CĨ LAI CHÂN VỊT ĐỊNH
BUOC
Phạm vi cơng tác của động cơ lai chân vịt định bước được
thể hiện trên hình 1.18, gồm giới hạn của các đường đặc tính
sau:
„: Đặc tính chân vịt khi thử tàu tại bến
Trang 39:
- hụ: Dặc tÍnh cơng suất định mức) - hụy Đặc tính cơng suất khai thác) + Maggy : Giới hạn vịng quay lớn nhất
- nạ: Giới hạn vịng quay tối thiểu ổn định của động cơ- Như vậy phạm vì
cơng tác của động cơ với „/, chân vị cơ thể cơng tác được chính IA phần diện tích của 3 vùng: l + 2 + 3 trong đố: - Vừng I: Được giới hạn bởi các đường: Cụ, Rp nạ (hoặc nạp) và Rin Trong vùng này động cơ thường hoạt động cĩ các chế độ nhỏ
tải như khi khởi động
động cơ, khi tàu chạy trong luồng lạch, hoặc
Hinh 1.18
khi động cơ đã quá cũ,
- Vừng 2: được giới hạn bởi các đường: cụ hy My YA Hyp Đây chính là vùng thể hiện khả năng phát và cơng suất tối wu của động cơ, khi động cơ cơng tác trong vùng này sẽ cho ta hiệu quả kinh tế tốt nhất Thơng thường chỉ khí động cơ cịn mới, điều kiện khai thác thuận lợi thì đơng cơ mới cĩ
khả năng cơng tác trong vùng này,
- Vừng 3: được giới hạn bởi các đường: Ởụ hạyụ tạyạy VÀ h„ Thể hiện khả năng phát ra cơng suất lớn nhất của động
Trang 40
cơ Ving nay chi sit dung trong quá trình thử tàu khi xuất
xưởng hoặc sau khi sửa chữa lớn cĩ sự giám sát của đăng
kiểm Vùng 3 cĩ thể sử dụng trong khai thác trong nhữag trường hợp cần thiết, như tránh bão, giấy cạn, nhưng phải chú ý sự quá tài của động cơ
1.4.2 KHA NANG MO RONG PHAM VI CƠNG TÁC CUA DONG
cĩ
aj Dùng nhiều máy lái một chân vịt
Trong thực tế việc sử dụng động cơ trên các tàu yêu cầu tốc độ cao hoặc tàu yêu cầu tính cơ động cao gặp rất nhiều khớ khăn khi điều kiện khai thác thay đổi, hoặc phụ tài của động cơ thay đổi Ví đụ: Trên các tàu khách, tàu quân sự khi
hành trình trên biển yêu cầu hệ số sử dụng cơng suất rất cao,
nhưng khi tàu đi trong lưồng, khi ma nơ, thì hệ số sử dung cơng suất lại rất thấp Trong những trường hợp đĩ dẫn đến kết quả dư thừa cơng suất trong một vài điều kiện khai thác Hay nĩi khác trong trườg hợp này động cơ cơng tác ở đặc tính bộ phận kết quả làm cho tính kinh tế của hệ động lực giảm đi
Dể khác phục tình trạng động cơ cơng tác trên đặc tính bộ phận hoặc đặc tính c/s nhỏ nhất khi tốc độ tàu yêu cầu
thấp, người ta đã lấp đặt nhiều động cơ lai một chân vit Vi
dy: Tàu sơng Hương - Dồng Nai - Hải Phịng lấp bai máy 12PC2V400 của hãng SEMT.PIEISTICK cùng lai một chân vit