Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 5 pps

1 3 Chương 5: Đường đặc tính chân v ị t Đường đặc tính chân vịt của động cơ Diesel là đồ thị biểu di ễn mối quan hệ giữa công suất đòi hỏi của chân vịt và số vòng quay tương ứng c ủa nó. Trong t hực tế có thể xác định công suất yêu cầu của chân vịt theo công t hức : N P  2  nM  (2    K Q    D 5 ) n 3  C n (kw) (2-15)  3 5 hoặc : N  K Q n D (ml) (2-16) P 11,936 2 5 Trong đó hệ số C được xác định theo bi ểu t hức : N P – công suất đầu trục chân vịt (m l ). M – momen quay của chân vịt (KG m). D - đường kính của chân vịt (m) n - số vòng quay chân vịt (v / s). C  2  K Q  D (2-17) Đường đặc tính chân vịt của động cơ xác định theo biểu th ức (2-16) chính l à đường đặc tính đặc trưng cho quá trình làm việc của chân vịt trong liên hợp tàu, t hể hiện đồng thời quá trình tiêu th ụ năng lượng của các bộ phận trong liên hợp t àu. Tuy nhiên từ biểu thức (2-16) nhận thấy được đường đặc tính chân v ịt của động cơ có dạng đường bậc ba với hệ số tỷ lệ C được xác định theo công t hức (2-17). Khi đó, sự sai khác gi ữa đường đặc tính chân vịt thực tế so với đường cong bậc ba cũng như sự thay đổi của nó ở các điều kiện khai thác là do sự thay đổi của hệ số C. Như vậy, để xác định được đường đặc tính chân v ịt của động cơ cần xác định được giá trị của hệ số C, tức là cần phải xác định được giá trị hệ số momen K Q . Về nguyên tắc, đường đặc tính chân vịt ở chế độ định mức được xác định ở đ i ều kiện sử dụng ứng với trường hợp bề mặt chân v ịt sạch không bị biến dạng. Tuy nhiên trong điều kiện khai thác th ực tế do ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng nên 3 đường đặc tính chân vịt của động cơ sẽ bị thay đổi so với chế độ làm việc định mức và có thể sẽ gây ra các ảnh hưởng không t ốt đến quá trình làm việc của liên hợp t àu. 2.2.2.2. Phương pháp xác định đường đặc tính hoạt động chi tiết chân v ị t Như đã nêu ở phần (2.2.2.1), đường đặc tính hoạt động chân v ịt thể hiện quá trình làm việc của chân vịt làm việc độc l ập, thì quá trình làm việc của chân v ịt trong mối quan hệ năng lượng với các bộ phận trong liên hợp tàu lại được thể h i ện theo đường công suất của chân vịt N P = f(n), hay gọi đơn gi ản là đường đặc tí nh chân vịt, tức là đồ thị biểu diễn mối quan h ệ giữa công suất đòi hỏi N P (ml) với t ốc độ quay của chân vịt n (s -1 ). Như vậy, để có thể đánh giá quá trình làm việc của chân vịt nói riêng và li ên hợp tàu nói chung cần đặt vấn đề xây dựng đường đặc tính công suất chân vịt nó i trên trong điều ki ện khai thác thực tế. Hiện nay để xác định được đường đặc tí nh công suất chân vịt trong điều kiện thực tế thì xác định theo công thức (2-16) nêu 20 trên.Và đường đặc tính hoạt động của chân vịt được xác định ch ỉ bằng một cách duy nhất là thử nghiệm các mô hình chân vịt trong b ể thử, ở các chế độ làm việc có g i á trị J khác nhau, t ương ứng với sự phối hợp các giá trị tốc độ tịnh tiến V P và t ốc độ quay n của chân vịt mô hình. Do đó, đường đặc tính ho ạt động chân vịt thực tế nó i trên cũng chỉ được xác định bằng cách duy nh ất là tổ chức khảo nghiệm của toàn bộ liên hợp tàu trong điều kiện khai thác thực tế. Như vậy, nếu có đầy đủ số liệu về công suất động cơ N, tốc độ tàu V và tốc độ quay của chân v ịt n, có thể xây dựng đựờng đặc tính chân vịt nói riêng và đồ thị vận hành nói chung ở cùng điều kiện đó. Tuy nhiên ph ương pháp xác định đường đặc tính chân vịt như thế không đơn g i ản, vì nếu thử nghiệm mô hình trong bể thử nơi có thể chủ động thay đổi tốc độ tị nh tiến và tốc độ quay nhằm tạo ra các ch ế độ làm việc ứng với giá trị các hệ số ti ến chân vịt J tính theo công th ức đã cho,thì để xác định đường đặc tính chân v ịt t rong các điều kiện khai thác thực tế khác nhau, cần tổ chức khảo nghiệm ở nhiều đ i ều kiện mới có thể phối hợp tốc độ tàu với tốc độ quay chân vịt, nhằm tạo ra các chế độ làm vi ệc khác nhau của liên hợp tàu, tương ứng với giá trị hệ số tiến J đã cho trước. Rõ ràng đáp ứng được các yêu cầu nói trên trong điều kiện chạy tàu thực t ế không đơn giản, thậm chí không th ể thực hiện được, nhất là trong điều kiện kỹ t huậ t còn h ạn chế của nước ta hiện nay. Vì lẽ đó mặc dù phương pháp truy ền thống vẫn cho phép xác định đường đặc tính hoạt động 21 chân vịt thực tế nhưng chủ yếu t hực hiện trong bể thử mô hình tàu ho ặc trong ống khí động mà chưa được áp dụng rộng rãi, do đó cần tìm kiếm phương pháp mới, đơn giản và thuận lợi hơn. V ấn đề đặt ra ở đây là cần phải có các giải pháp khắc phục nh ững khó khăn gặp phải trong việc t ổ chức thực nghiệm xác định đường đặc tính thực tế chân vịt như đã được trình bày ở trên đây, nhất là việc phối hợp tốc độ chạy tàu với tốc độ quay chân v ịt để đạt được giá trị hệ số tiến J đã cho (2-13). Về mặt toán h ọc nhận thấy, do hệ số tiến được xác định từ cặp giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n nên có thể chủ động tí nh trực tiếp quan hệ giữa giá trị hệ số momen K Q từ công th ức (2-12) theo cặp các g i á trị tốc độ tàu V và số vòng quay chân v ịt n khác nhau và biểu diễn giá trị K Q đã tí nh dưới dạng các đường K Q = const trong hệ toạ độ (V,n), tạm gọi đường đặc tính hoạ t động chi tiết . Như vậy, mặc dù vẫn được suy ra t ừ đường đặc tính hoạt động nhưng 22 việc xây dựng đường đặc tính chi tiết chân vịt, nhất là đối với chân vịt thực tế l ạ i đơn giản hơn nhiều và quan trọng nhất là có th ể thực hiện trong điều kiện chạy t àu vì không cần khảo nghiệm ở nhiều chế độ làm việc mới đạt được giá trị hệ số ti ến chế độ làm việc mới đạt được giá trị hệ số tiến chân vịt J đã cho, đồng thời các đạ i lượng cần thiết như công suất động cơ N, tốc độ tàu V, tốc độ quay chân vịt n đều có thể xác định ở đ iều kiện chạy tàu thực tế nhờ thiết bị đo. Mặt khác cũng từ công thức (2-13) có thể nhận thấy mối quan hệ toán học giữa hệ số tiến J của chân vịt vớ i giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n có thể biểu diễn theo công thức : V = (JD)n (m/s) (2-18) Biểu thức trên chứng tỏ ở chế độ làm việc của liên hợp đang xét, với giá t r ị hệ số tiến J chân vịt và tương ứng là giá trị hệ số momen của chân vịt K Q không đổ i , mối quan hệ giữa t ốc độ chạy tàu và số vòng quay chân vịt dưới dạng các đường K Q = const trong hệ toạ độ (V,n) là chùm đường thẳng đi qua gốc toạ độ O, với hệ số góc k xác định theo biểu t hức : K = tg= J D = V/n (2-19) Trong đó (V,n) là cặp giá trị tốc độ tàu và tốc độ quay chân v ịt ở chế độ l àm việc đang xét. Hình 2.7 là mối quan hệ và cách tính chuyển đường đặc tính hoạ t động truyền thống K Q = f(J) sang đường đặc tính hoạt động chi tiết tương ứng của chân vịt dưới dạng các đường K Q = f(V,n). 23 Hình 2.7: Đường đặc tính hoạt động và đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt 24 Xây dựng được đường đặc tính chi tiết thay cho đường đặc tính hoạt động chân vịt truyền thống trong việc tính giá trị hệ số momen ở điều kiện khai thác t hực tế, không chỉ làm cho thực nghiệm đơn giản và khả thi hơn nhiều mà còn giảm khố i lượng đáng kể công việc và tăng độ chính xác nhiều lần vì lúc này chỉ cần tổ chức khảo nghiệm ở mỗi một chế độ làm việc là có thể xác định được đường đặc tí nh hoạt động chân vịt chi ti ết ở điều kiện thực tế đang xét. Điều quan trọng hơn là khả năng hoàn toàn tổ chức thực nghiệm trong thực tế vì các đại lượng nói ở đây có t hể xác định một cách dễ dàng ngay trong quá trình sử dụng và khai thác liên hợp. Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất là việc xác định giá trị công suất động cơ đang lắp trên t àu tuy vẫn có thể thực hiện được nhờ thiết bị đo công suất c ầm tay nhưng cũng không đơn giản, do đó cần phải có giải pháp khả thi và cụ thể hơn về vấn đề xác định công suất thực tế của động cơ. Nhận thấy, đường đặc tính hoạt động của các chân vịt mô hình th ử nghiệm ở trạng thái sạch thường đã được tổng hợp lại trên các đồ thị chung để dùng t rong tính toán, thiết kế chân v ịt tàu thuỷ, do đó về nguyên tắc có thể lợi dụng kết quả nhận được từ các đồ thị tổng hợp như thế để xây dựng đường đặc tính ho ạt động chân vịt sạch và chân vịt bẩn một cách đơn giản và chính xác mà không c ần tổ chức khảo nghiệm quá trình hoạt động liên hợp ở các chế độ làm việc khác nhau. Ví dụ về đồ thị dạng tổng hợp như thế là đồ thị thiết kế chân vịt của nhà 25 khoa học ngườ i Nga Papmen được xây dựng dựa trên cơ sở các s ố liệu thực nghiệm của đường đặc tính hoạt động K T -J,K Q -J, nh ận được từ kết quả thử nghiệm kéo các mô hình chân vịt nhóm B-Wageninggen ở Liên Xô cũ. Chính từ nhận xét trên chúng tôi n ảy sinh ý tưởng xây dựng và so sánh hai hệ thống các đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt ở trạng thái s ạch ban đầu và ở trạng thái bẩn thực tế đối với một số tàu cụ thể nhằm mục đích tìm kiếm mối quan hệ toán học giữa hai hệ thống đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt bẩn đơn giản và thuận lợi hơn từ đường đặc tí nh hoạt động chi tiết c ủa chân vịt sạch và bẩn đều là những đường thẳng đồng quy t ạ i gốc toạ độ. Với cách đặt vấn đề như thế, tôi đã tiến hành th ống kê trên một số tàu cụ thể chạy thử tàu trong điều kiện khai thác th ực tế khác nhau để xác định những số liệu cần thiết gồm công suất động cơ N, tốc độ chạy tàu V và số vòng quay chân v ịt 26 ở từng chế độ làm việc đang xét. Các đại lượng này thường được xác định bằng thiết bị đo chuyên dụng cầm tay hoặc có trên máy. K ết quả thực nghiệm cho t hấy, hai hệ thống đường đặc tính chi tiết của chân vịt sạch và chân vịt bẩn không chỉ l à chùm các đường thẳng đi qua gốc của hệ toạ độ (V,n) mà còn n ằm trùng khít l ên nhau. Điều lưu ý sự trùng nhau nói trên không có ngh ĩa là giá trị hệ số momen K Q của chân vịt không đổi khi chuyển từ bề mặt sạch sang bề mặt thực tế mà có ngh ĩ a là tại cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n của liên h ợp tàu trong đ i ều kiện thực tế, chân vịt thực của tàu nhận giá tr ị K Q bằng giá trị K Q của chân vịt sạch. Nhưng xác định t ại giá trị hệ số tiến chân vịt đang xét tương ứng cặp giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n của liên hợp tàu ở điều kiện th ực tế. Nói cách khác, trong điều kiện thực tế, do động cơ trên tàu đã cũ, cùng với chân vịt và vỏ tàu đã bẩn nên cặp giá tr ị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n của liên hợp tàu sẽ t hay đổi so với khi thiết kế, đã làm cho giá trị hệ số K Q của chân v ịt thực tế trong li ên hợp tàu thay đổi so với chân vịt s ạch tương ứng, tuy nhiên có thể tìm được giá t r ị này trên đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt sạch tương ứng, từ cặp giá t r ị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n trong liên h ợp tàu trong điều kiện thực t ế. Có thể giải thích thêm đặc điểm nói trên ở (hình 2.8). [...]... nH thì tốc độ tàu sẽ giảm xuống đến giá trị V2 so với tốc độ tàu ở chế độ định mức VH Chính nhờ đặc điểm rất quan trọng này mà việc tổ chức thực nghiệm xác định đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt nói chung và giá trị hệ số momen KQ nói riêng trở nên đơn giản hơn nhiều, vì lúc này không cần xác định công suất động cơ mà chỉ cần xác 29 định cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n... 2.8 :Xác định giá trị hệ số KQ của chân vịt thực tế theo đường đặc tính chân vịt sạch tương ứng 28 Giả sử ban đầu liên hợp tàu đang xét hoạt động ở chế độ định mức khi thiết kế, với giá trị hệ số momen KQH được xác định theo đường đặc tính hoạt động của chi tiết chân vịt sạch, tương ứng với cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n ở chế độ định mức của chân vịt (VH,nH) Còn ở các chế độ làm... tiết chân vịt mô hình hay chân vịt sạch tương ứng, ở cùng một giá trị hệ số tiến J của chân vịt đã trình bày Như vậy, muốn giữ nguyên giá trị tốc độ tàu định mức VH thì buộc phải tăng giá trị số vòng quay chân vịt từ n1 đến giá trị n2 tương ứng với giá trị hệ số momen KQt của chân vịt bẩn trong điều kiện khai thác thực tế đang xét Còn nếu giữ nguyên số vòng quay chân vịt như ở chế độ định mức nH thì tốc. .. toàn có thể xác định được giá trị hệ số momen KQ của chân vịt thực tế Tiến hành tương tự cho hệ số lực đẩy chân vịt KT cũng nhận được kết quả tương tự như hệ số momen KQ, cụ thể như sau: - Đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt biểu diễn dưới dạng các đường KT= f(V,n) thể hiện mối quan hệ giữa giá trị lực đẩy KT với cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n trong hệ toạ độ (V,n) cũng... làm việc thực tế khác với chế độ làm việc định mức nói trên đây, do ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng nên tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt bị thay đổi đến cặp giá trị mới (V1,n1), tương ứng với giá trị hệ số tiến Jt biểu diễn của chân vịt nằm trong liên hợp tàu Khi đó, giá trị momen KQ của chân vịt bẩn thay đổi đến giá trị mới KQt có giá trị đúng bằng giá trị xác định theo đường đặc tính hoạt động chi... độ O - Đường đặc tính hoạt động chi tiết dưới dạng các đường KT= f(V,n) của các chân vịt sạch, xác định từ đồ thị tổng hợp các đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt trong điều kiện bẩn tương ứng, trong đó giá trị hệ số lực đẩy KT thực tế sẽ được xác định từ số liệu chạy thử tàu ở điều kiện đang xét theo công thức tổng quát: 30 75p P NP K T  2  4 n DV 4 2 P D n (2-20) 31 Kết quả nghiên cứu. .. quả nghiên cứu phương pháp xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt KT, KQ = f(J) dưới dạng đường đặc tính hoạt động chi tiết KT, KQ = f(V,n) có vai trò và ý nghĩa khoa học quan trọng cho phép xây dựng đường đặc tính chân vịt và đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác thực tế, cơ sở giải quyết những bài toán quan trọng hiện vẫn còn tồn tại trong thực tế khai thác liên hợp tàu . thực tế, chân vịt thực của tàu nhận giá tr ị K Q bằng giá trị K Q của chân vịt sạch. Nhưng xác định t ại giá trị hệ số tiến chân vịt đang xét tương ứng cặp giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay. do hệ số tiến được xác định từ cặp giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n nên có thể chủ động tí nh trực tiếp quan hệ giữa giá trị hệ số momen K Q từ công th ức (2-12) theo cặp các g i á. trị hệ số momen K QH được xác định theo đường đặc tính hoạt động của chi tiết chân vịt sạch, t ương ứng với cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n ở chế độ định mức của chân vịt