Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính và chân vịt kèm theo cho tàu cá cỡ nhỏ, chương 7 pps

Chương 7: vỏ - chân vịt định bước Chân vịt định bước được sử dụng rộng rãi trên các tàu cá cỡ nhỏ vì tính ưu việt của nó và phương thức truyền động trên các tàu cá hiện nay thường là giá

Chương 7:

vỏ - chân vịt định bước

Chân vịt định bước được sử dụng rộng rãi trên các tàu cá cỡ nhỏ vì tính ưu việt của nó và phương thức truyền động trên các tàu

cá hiện nay thường là gián tiếp (lai chân vịt hoặc thông qua các hộp số, ly hợp) với mục đích nhận được tốc độ quay sau bộ truyền phù hợp với tốc độ quay yêu cầu của chân vịt Vì tổn thất trên hệ trục và bộ truyền không lớn, nên công suất do động cơ phát ra gần bằng công suất yêu cầu của trục chân vịt

Trong quá trình khai thác, do các điều kiện chạy tàu thay đổi, nên các thông số làm việc của động cơ cũng thay đổi theo Trong những trường hợp như vậy, việc xác định các thông số làm việc hợp lý của động cơ là rất quan trọng, nó sẽ đảm bảo an toàn, tin cậy cho hệ động lực và con tàu

Chúng ta thường sử dụng công suất phát ra của động cơ nhỏ hơn công suất định mức và một phần công suất dùng để dự trữ khắc phục khi phụ tải tăng đột ngột nhằm tránh quá tải cho động

cơ

Do đó điểm phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt thường

là điểm K Điểm K được gọi là điểm khai thác hợp lý Giá trị công suất phát ra tại điểm K thường nằm trong khoảng sau:

NK = (0,85÷0,95) Nn

Và hệ số e = (0,85÷0,95) được gọi là hệ số giảm công suất Còn mômen và tốc độ quay tại K xác định theo công thức:

NK = nK3 e

MK = MK3 e2

Như vậy trong một điều kiện khai thác của tàu (C = Const),

ta có thể thay đổi điểm phối hợp làm việc của động cơ và chân vịt bằng cách thay đổi tay ga để có được tốc độ tàu phù hợp với điều kiện khai thác

Tuy nhiên trong thực tế khai thác, không phải lúc nào chúng

ta cũng có thể sử dụng công suất tại điểm K Chẳng hạn: Khi động

cơ đã cũ, khi một vài xylanh bị hỏng hóc, khi điều động tàu ra vào cảng, vỏ tàu và chân vịt sau một thời gian làm việc dưới tác dụng của môi trường ngoài ăn mòn, bám bẩn cũng như các lực uốn, xoắn lên vỏ tàu làm chúng thay đổi tình trạng kỹ thuật

Các nguyên nhân làm thay đổi tình trạng kỹ thuật chân vịt gồm có:

Vỏ tàu bị chân vịt hà bám

Cánh chân vịt bị biến dạng

Cánh chân vịt bị hà rỉ hay ăn mòn

Vỏ tàu có thể bị uấn xoắn làm thay đổi biến dạng phần chìm dưới nước

Trong trường hợp này chúng ta phải thay đổi tay ga động cơ

để có được công suất hợp lý

Như đã trình bày ở chương I hệ động lực tàu cá ở nước ta áp dụng truyền động gián tiếp qua hộp số cơ khí để tạo ra tốc độ quay phù hợp với tốc độ quay yêu cầu của chân vịt Đặc điểm của phương pháp truyền động gián tiếp là tốc độ quay sau bộ truyền nhỏ hơn tốc độ quay của động cơ tùy thuộc vào tỷ số truyền của hộp số

Sự phối hợp làm việc giữa động cơ chính thân tàu và chân vịt khi áp dụng truyền động gián tiếp (ở tàu cá cỡ nhỏ) được thể hiện trên (hình 2.9)

M B

M C

M A

B 1

9 8 7

0

M e

n

n C n B n A

3 2 1

A 2 A 1

C B A

Hình 2.9 - Đồ thị phối hợp làm việc giữa động cơ chính và chân vịt định bước khi truyền động cơ khí gián tiếp – xây dựng theo mômen

A B C

A 1

A 2

1

2

3

n A

n B

n C

n

NP

0

7 8

9

45

1

Hình 2.10 - Đồ thị phối hợp làm việc giữa động cơ chính

và chân vịt định bước khi truyền động cơ khí gián tiếp – xây dựng theo công suất

Đặc tính chân vịt theo chế độ tính toán, ứng với cấp số tiến 1 của hộp số

2 Đặc tính chân vịt ở chế độ kéo I, tương ứng với cấp số tiến

2 của hộp số

3 Đặc tính chân vịt ở chế độ kéo II, tương ứng với cấp số tiến 3 của hộp số

4 Đặc tính giới hạn theo mômen xoắn, tính theo tốc độ quay chân vịt, tương ứng với cấp số tiến 1 của hộp số

5 Đặc tính giới hạn theo mômen xoắn, tương ứng với tốc độ quay của chân vịt, tương ứng với cấp số tiến 2 của hộp số

6 Đặc tính giới hạn theo mômen xoắn, tính theo tốc độ quay chân vịt, tương ứng với cấp số tiến 3 của hộp số

7 Đặc tính điều tốc theo chế độ tính toán, tương ứng với cấp

số tiến 1 của hộp số

8 Đặc tính điều tốc theo chế độ kéo I, tương ứng với cấp số tiến 2 của hộp số

9 Đặc tính điều tốc theo chế độ kéo II, tương ứng với cấp số tiến 3 của hộp số

10 Đặc tính mômen theo công suất định mức

Đồ thị được xây dựng với nhóm đặc tính động cơ theo tốc độ quay chân vịt Tổ hợp động cơ chân vịt truyền động gián tiếp với

tỷ số truyền I =

1

2

n

n Trong trường hợp xem xét ở (hình 2.9), hộp số

cơ khí có 3 cấp số tiến: Cấp số tiến 1 dùng cho chế độ tàu chạy hàng hải tự do, cấp số tiến 2 dùng cho chế độ kéo I và cấp số tiến 3 dùng cho chế độ kéo II tương ứng với các đặc tính chân vịt 1, 2 và

3

0

K N

I

H

N

n n

n

h

0

a=co t

Hình 2.11 – Sự phối hợp làm việc giũa máy và chân vịt khi điều kiện khai thác không thay đổi nhưng đặc tính làm việc của động cơ thay đổi

Giả thiết tàu hoạt động trong vùng không sóng gió, nước chảy ổn định tàu chạy thẳng, ta có được đặc tính chân vịt không thay đổi C0 Động cơ làm việc với đặc tính ngoài (ha = const) ứng với lượng cấp nhiên liệu cho mỗi chu trình không thay đổi (gct = const hay vị trí tay ga định mức (han)) Điểm phối hợp làm việc sẽ

là điểm cắt nhau của đặc tính chân vịt (C0) với đường đặc tính ngoài (Mn, hn) tại N (hình 2.10) Tại đây mômen sinh ra của động

cơ cân bằng với mômen cản trên trục chân vịt, lực đẩy cân bằng với lực cản, và giá trị công suất tại điểm phối hợp làm việc Nn và tương ứng với nó là tốc độ quay định mức (nn)

Sự phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt khi điều kiện khai thác không thay đổi nhưng đặc tính làm việc động cơ thay đổi

Trên hình.2.9 ở chế độ tính toán, giao điểm của đặc tính chân vịt 1 với đặc tính chân vịt 1 với đặc tính giới hạn theo mômen 4, tương ứng với cấp số tiến 1 của hộp số cho ta điểm làm việc A Tại điểm làm việc này ta có:

NA= N1edm ; nA = n2 = i1 n 1dm ; Ma = M2 = M e

i1. 1

1

Ở chế độ kéo I, đặc tính chân vịt tương ứng là đường 2 Đường đặc tính này dốc hơn đường đặc tính 1 và nếu không thay đổi tỷ số truyền của hộp số theo hướng tăng mổmen xoắn thì liên hợp tàu sẽ bị nặng thủy động, động cơ sẽ bị quá tải Để cho động

cơ không bị quá tải về mômen thì điểm làm việc sẽ phải là điểm

A1 Lúc này động cơ không phát huy được công suất định mức và tốc độ quay nhỏ hơn giá trị định mức Rõ ràng chân vịt đòi hỏi mômen xoắn lớn hơn giá trị của chế độ tính toán 9 vì sức cản vỏ tàu lớn) Để cho dộng cơ phát huy hết công suất và đáp ứng được yêu cầu về mômen xoắn của chân vịt, người ta cho liên hợp tàu làm việc theo cấp số tiến 2 của hộp số Lúc này điểm làm việc của liên hợp sẽ là điểm B và có các thông số làm việc là:

Ne = NB = NA = N1edm; MC =

3

1

i

M <MB >MA

I3 =

dm

e

n

n

1

<i2 =

dm

B

n

n

1

< i1 =

dm

A

n n

1

Đối với mỗi chế độ kéo của tàu ta có thể tìm được một tỷ số truyền thích hợp, ở đó công suất động cơ đạt giá trị định mức, mômen trên trục ra của hộp số đáp ứng được yêu cầu của chân vịt

Trong thực tế hộp số cơ khí có số lượng tỷ số truyền hạn chế, thông thường có từ 2÷5 cấp tỷ số truyền Mỗi hộp số nhất thiết phải có một cấp số truyền khi lùi (thông thường là cấp số truyền cho giá trị tốc độ quay nhỏ nhất) để điều khiển tàu chạy lùi khi điều động

Chính vì vậy trong quá trình tính toán phải kể đến tổn thất bộ truyền, giảm tốc Khi đó công suất truyền đến chân vịt sẽ được tính:

ND = N e hs t mt

Trong đó: th= (0,97÷ 0,98): Hiệu suất của thiết bị ly hợp gt= (0.94 ÷0,96): Hiệu suất của bộ giảm tốc

Sự phối hợp làm việc 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 Các quá trình thay đổi xảy ra đồng thời liên tục và gián tiếp, do vậy trong quá trình khai thác chúng ta phải có những tác động nhất định đến động cơ với mục đích bảo đảm cho động cơ làm việc an oàn, tin cậy đạt hiệu quả kinh tế cao

+ Khi điều kiện khó khăn hơn: Điểm làm việc sẽ thay đổi từ

K sang K1

+ Khi điều kiện làm việc thuận lợi hơn: Điểm làm việc sẽ thay đổi từ K sang K2 (Hình …)

C

C

C K

K K

h

N

n 0

K 1 0 2

1 1

2

e

Hình 2.12 - Sự phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt khi động cơ trang bị bộ điều tốc nhiều chế độ

Thông thường trên các động cơ thủy đều được trang bị bộ điều tốc nhiều chế độ Do vậy khi điều kiện khai thác thay đổi tuy rằng người ta đặt tay ga động cơ ở một vị trí nhất định nhưng do phụ tải bên ngoài luôn thay đổi (khi tàu đi trong vùng sóng gió nước chảy mạnh…) làm cho điểm làm việc của động cơ thay đổi .Trong những trường hợp đó bộ điều tốc sẽ có những tác động nhất định vào cơ cấu điều chỉnh lượng cấp nhiên liệu của các bơm cao

áp (tức thời tăng hoặc giảm lượng cấp theo đặc tính điều chỉnh của

bộ điều tốc) để cân bằng sự làm việc của động cơ với phụ tải ngoài

Vì vậy, để tăng khả năng làm việc của tàu, trong hệ động lực người ta trang bị bộ giảm tốc nhiều cấp nhằm sử dụng hết công suất của động cơ, khai thác hết công suất của động cơ, tăng tính an toàn tin cậy và kéo dài tuổi thọ động cơ

Mặt khác theo kinh nghiệm khai thác động cơ Diesel tàu thủy của các đội tàu ta thấy một cách tổng quát rằng: Điều kiện khai thác thực tế của tàu khác xa với điều kiện tiêu chuẩn cho nên các thông số khai thác cụ thể cũng thay đổi Chính vì thế trong quá trình khai thác cần có đủ những tài liệu cần thiết để giúp cho việc xác định chế độ làm việc hợp lý Tài liệu đó chính là đặc tính vận hành tàu, được xây dựng trên cơ sở các thông số làm việc của động

cơ chính – thân tàu và chân vịt Đặc tính vận hành tàu có thể xây dựng theo phương pháp tính toán lý thuyết và theo kết quả thực nghiệm

Việc xây dựng đặc tính vận hành tàu theo lý thuyết dựa vào các thông số cơ bản của chân vịt, của máy chính, đường cong sức cản của tàu hoặc công suất kéo phụ thuộc vào tốc độ tàu, các hệ số ảnh hưởng của thân tàu

Tuy nhiên việc xây dựng đặc tính vận hành theo lý thuyết không thể áp dụng cho tàu cá cỡ nhỏ, vì tàu được đóng mới không qua thiết kế vả lại việc tính toán và chọn các hệ thường mắc phải những sai số lớn Nên khi đưa đồ thị vận hành áp dụng vào thực tế

để khai thác thường là không phù hợp, sai số quá lớn, nói chung là không thể áp dụng được

Để giải quyết vấn đề trên một cách thích hợp thì người ta đưa

ra biện pháp xây dựng đặc tính vận hành theo thực tế thông qua thực nghiệm Điều kiện để xây dựng đặc tính vận hành trong trường hợp này là coi máy – vỏ - chân vịt còn mới Tàu hoạt động trong điều kiện biển êm tàu chạy thẳng