Chương 3: Phương pháp sử dụng Đặc tính trong quá trình khai thác hệ động lực tàu thủy pps

ChƯ¬ng Iii: phƯ¬ng ph¸p sö dông §Æc tÝnh trong qu¸ tr×nh khai th¸c hÖ ®éng lùc tµu thñy 1 @ 3.1. Ph ơng pháp sử dụng đặc tính của HĐL động cơ lai chân vịt biến b ớc. .1.1. Ph ơng pháp gần đúng xác định thông số công tác của động cơ lai chân vịt biến b ớc. Với HĐL động cơ lai CVBB việc thay đổi tốc độ và chiều chạy tàu ngoài việc thay đổi tốc độ và chiều quay động cơ còn có thể thông qua việc thay đổi b ớc chân vịt ( H / D ). Việc lựa chọn chính xác cặp thông số (n H/D) của chân vịt cho phép đạt đ ợc hiệu suất chung của HĐL cao và khai thác hết công suất động cơ. Hiệu suất chung của HĐL đ ợc tính: HĐL = 0 . P . tđ Trong đó: 0 : Hiệu suất chung của động cơ. P : Hiệu suất chân vịt. tđ : Hiệu suất truyền động. Tuỳ theo các thiết bị lắp đặt trên hệ trục (Nh bộ li hợp, hộp giảm tốc, các gối đỡ đ ờng trục) mà ta có : tđ = lh . gt . tr Nếu xem tđ = const trong quá trình khai thác thì: HĐL = 0 . P Hay: (32) Trong đó: Q H : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu. V P : Tốc độ tiến thực của chân vịt. g e : Suất tiêu hao nhiên liệu có ích. N S : Công suất trên đế chân vịt. T: Lực đẩy chân vịt S P He HDL N VT Qg .75 . . . 3,632 = 2 Trong thực tế việc xác định T, V P , N S gặp nhiều khó khăn nên có thể dựa vào hai đ ờng cong hiệu suất chân vịt và động cơ. N S 0 n min n S H/D min H/D max H/D n V S = const P max Hình 3.1. Biểu diễn đ ờng hiệu suất lớn nhất của chân vịt. P max : Đ ờng hiệu suất chân vịt lớn nhất. Đ ờng hiệu suất của chân vịt đạt giá trị lớn nhất khi công suất phát ra của động cơ là nhỏ nhất trên cùng một tốc độ tàu. N P max = f( H / D , n) Khi N=N min V=const g e = const N e N n 0 n min n n n 0max M n = const Hình 3.2. Biểu diễn đ ờng hiệu suất lớn nhất của động cơ. 0 max : Đ ờng hiệu suất chân vịt lớn nhất. Đ ờng hiệu suất lớn nhất của động cơ là đ ờng nối các điểm trên đ ờng suất tiêu hao nhiên liệu có ích không đổi nh ng có công suất phát ra là nhỏ nhất. N 0 max =(N en / n n 2 ).n 2 3 3.1.2. Phơng pháp đơn giản xác định đờng cong (h/d - n) tối u. Bằng cách sử dụng các thiết bị đo ta đo đợc công suất trên trục chân vịt theo các dãi vòng quay động cơ hoặc chân vịt ở các tỷ số bớc khác nhau. Qua đó chọn đợc giá trị công suất và vòng quay cho ta cho ta giá trị vận tốc tàu là lớn nhất. Hay nói cách khác: tại một giá trị vận tốc tàu không đổi ta có thể chọn đợc một giá trị công suất nhỏ nhất (N S )min. Khi đó hệ số mômen (K M ) sẽ đạt giá trị tối u (K M =K MT .u) và đợc tính: Trong đó:N S : Công suất đo đợc trên trục chân vịt (ml). n: Vòng quay trục chân vịt (v/p). D: đờng kính chân vịt (m) : độ nhớt động lực học của nớc biển. =104,5 (KG.s 2 /m3) Hoặc theo công thức thực nghiệm: KMT.u = 0,07.(S0/ S) P max 0 max HĐL max Hình 3.3. Biểu diễn cách xác định đ ờng hiệu suất lớn nhất của HĐL lai chân vịt biến b ớc. P max : Đ ờng hiệu suất lớn nhất của chân vịt. 0 max : Đ ờng hiệu suất lớn nhất của động cơ. HĐL max : Đ ờng hiệu suất chung lớn nhất của HĐL. Đ ờng hiệu suất chung lớn nhất của HĐL là trung bình nhân của P max và 0 max . HĐL max = P max . 0 max Sai số của ph ơng pháp này từ 1-3%. N S 0 n min n S (H/D) max (H/D) min xác định đ ờng hiệu suất lớn nhất của HĐL lai chân vịt biến b ớc bằng ph ơng pháp đồ thị Khi điều kiện khai thác thay đổi thì đ ờng 0 max sẽ bị dịch chuyển. Nếu điều kiện khai thác khó khăn hơn thì 0 max sẽ dịch sang phải và ng ợc lại. Do vậy trong quá trình khai thác ta phải thay đổi tỷ số ( H / D ) và tay ga nhiên liệu để sao cho điểm phối hợp công tác luôn nằm trên đ ờng cong ( H / D - n) tối u. 4 Công thức trên đúng khi: 0,26 dP/D 0,31 Trong đó:d S : Đờng kính may-ơ chân vịt. S 0 : Diện tích thực của cánh chân vịt. S: Diện tích hình chiếu của chân vịt. Khi đó đờng cong hiệu suất chân vịt sẽ đợc xác định theo hàm sau: Từ hàm trên cho tr ớc các giá trị vòng quay ta tính đ ợc công suất t ơng ứng. Các cặp giá trị (N - n) cho phép ta xây dựng đ ờng hiệu suất lớn nhất của chân vịt. Kết hợp với đ ờng cong hiệu suất lớn nhất của động cơ: N 0 max =(N en / n n 2 ).n 2 ta sẽ xây dựng đ ợc đ ờng cong hiệu suất chung lớn nhất của HĐL. Ph ơng pháp đơn giản xác định đ ờng cong (H/D n) tối u P max 0 max HĐL max N S 0 n min n S (H/D) max (H/D) min Hình 3.4. Minh họa cách xác định đ ờng cong hiệu suất chung lớn nhất của HĐL. 5 3 5 . 24000 . max n DK N MTu P = N 2 /N 1 = [ D 2 /D 1 ] 2/3 Hay: N 2 = [ D 2 /D 1 ] 2/3 . N 1 @ 3.2. Xác định thông số công tác hợp lí của HĐL trong các điều kiện khai thác. 3.2.1. Khi chiều chìm của tàu thay đổi. Chiều chìm của tàu có thể thay đổi bởi những lí do sau: - L ợng hàng hóa chuyên chở trên tàu thay đổi. - Nguyên nhiên liệu, dầu nhờn dữ trữ trên tàu thay đổi. (Không đáng kể) - Tỷ trọng vùng n ớc tàu đang hành trình thay đổi. (Không đáng kể) Giả sử ban đầu tàu chở một l ợng hàng Q 1 ứng với chiều chìm T 1 và l ợng chiếm n ớc D 1 , Đặc tính chân vịt là C 1 . Sau đó tàu nhận thêm l ợng hàng Q. Lúc này tàu chở l ợng hàng Q 2 = Q 1 + Q sẽ làm cho chiều chìm tàu T 2 tăng lên, t ơng ứng làm tăng sức cản, mômen cản kết quả làm các thông số động cơ thay đổi. Và ta có khi tàu chở l ợng hàng Q 1 thì: (ml) Còn khi l ợng hàng chuyên chở là Q 2 thì: (ml) Nếu vẫn duy trì tốc độ tàu không đổi ở cả 2 tr ờng hợp V 1 = V 2 ta có: D C VD N 3 1 3/2 1 1 . = D C VD N 3 2 3/2 2 2 . = 6 T(m) T 2 T 1 N ớc ngọt 0 D 1 D 2 D(t) N ớc mặn Qua đồ thị Đ ờng cong lực lực nổi ở bên ta xác định đ ợc D 2 khi biết T 2 . Dựa vào công thức thực nghiệm: (ml) Trong đó: D: L ợng chiếm n ớc của tàu (tấn) V: Tốc độ tàu (hl/h) C D : Hệ số thực nghiệm D C VD N 33/2 . = Nhờ biết đợc N 2 và V 2 ta xác định đợc điểm công tác B trong trờng hợp tàu chở lợng hàng Q 2 với giả sử vẫn chạy với tốc độ V 2 =V 1 . Qua B sẽ xác định đợc đờng đặc tính vòng quay động cơ không đổi n 2 . Ta sẽ xác định đợc hệ số C 2 của đờng đặc tính chân vịt trong trờng hợp tàu chở lợng hàng Q 2 . 3.2.2. Khi điều kiện sóng gió thay đổi. Giả sử tàu đang hành trình trong vùng biển yên sóng gió tơng ứng với đặc tính chân vịt C 0 . Vận tốc tàu là V 0 ở vòng quay n 0 điểm phối hợp công tác là A. Sau đó tàu chạy vào vùng có sóng với cấp gió W 0 B, hớng gió thì tốc độ tàu bị giảm đi một lợng là V (xác định qua đồ thị thực nghiệm 3.6.) mặc dù vẫn duy trì tốc độ quay n 0 . Khi đó tốc độ tàu trong điều kiện sóng gió sẽ đợc xác định: V 1 = V 0 . [1- V/100] (hl/h) (38) Giả sử muốn duy trì vòng quay động cơ thì phải tăng tay ga vì khi đó sức cản tăng lên, đờng đặc tính chân vịt dịch về phía bên trái có độ dốc lớn hơn. Nhờ tính đợc tốc độ V1 và vòng quay động cơ đã biết trớc n 1 = n 0 = const ta xác định đợc điểm công tác B. B chính là điểm yêu cầu công suất động cơ phát ra để duy trì tốc độ quay không thay đổi khi tàu công tác trong điều kiện sóng gió. trong đó: x = log n1 ( N 1 / C 1 ) Biết đ ợc hệ số C 2 và số mũ x ta gán các giá trị n 2 tùy ý thuộc dãi vòng quay khai thác ta sẽ tính đ ợc các giá trị công suất N 2 t ơng ứng. Hay nói cách khác ta đã xác định đ ợc đ ờng cong đặc tính chân vịt C 2 . Có đ ợc đồ thị đặc tính ta sẽ xác định điểm phối hợp công tác hợp lí của HĐL mà ở đó công suất, vòng quay động cơ không v ợt quá giá trị định mức. Động cơ không bị quá tải về ứng suất cơ và ứng suất nhiệt. x n N C 2 2 2 = N S N 2 N 1 0 V 1 =V 1 V S n 1 n 2 C 2 C 1 B A Hình 3.5. Biểu diễn cách xác định đặc tính chân vịt khi tàu nhận thêm hàng hóa. C 1 : Đặc tính chân vịt khi tàu chở l ợng hàng Q 1 . C 2 : Đặc tính chân vịt khi tàu chở l ợng hàng Q 2 . 7 I IV II II III III V % 30 20 10 0 2 4 6 W 0 B I II III IV Hình 3.6. Biểu diễn sự phụ thuộc của đại l ợng tổn thất tốc độ vào h ớng và lực gió. Hình 3.7. Biểu diễn cách xác định đặc tính chân vịt trong điều kiện khai thác sóng gió. C 0 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT yên sóng gió. C 1 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT có sóng gió. N S N A 0 V 0 V S n 0 =const C 0 A Theo kinh nghiệm khai thác khi tàu khai thác trong điều kiện sóng gió thì động cơ dễ bị quá tải về mômen và quá tải nhiệt. Tr ờng hợp tàu cỡ nhỏ chạy ballast thì còn có hiện t ợng quá tải vòng quay do hiện t ợng chân vịt nhô lên khỏi mặt n ớc. Để hạn chế và duy trì khai thác động cơ ta phải giảm tay ga nhiên liệu để đảm bảo an toàn - tin cậy. C 1 N B B n 1 = V 1 8 Ta tính đợc lợng nhiên liệu cần tiêu thụ cho quãng đờng S còn lại là: BA = GA.t =GA.(S /VA) (tấn) (40) So sánh BA với lợng nhiên liệu còn lại trên tàu B nếu: - BA 0,95.B thì tàu vẫn có thể tiếp tục công tác tại điểm A - BA> 0,95.B thì phải giảm tay ga về điểm công tác A có VA < VA. Sau đó tiếp tục xác định lại BA và so sánh với B cho đến khi thỏa mãn BA 0,95.B. Chú ý: Việc giảm tay ga đến một lúc nào đó không những không làm giảm chi phí nhiên liệu cho chuyến hành trình mà lại có xu hớng ngợc lại. A Hình 3.7. Biểu diễn cách xác định l ợng tiêu thụ nhiên liệu. A: Điểm công tác khi ch a phát hiện thiếu nhiên liệu. A: Điểm công tác sau khi đã tính toán để đ a tàu về bến an toàn. G (kg/h) G A 0 V A V S C 0 A M A =const M A =const g e = const 3.2.3. Khi l ợng nhiên liệu trên tàu có hạn. Giả sử trong chuyến hành trình từ cảng A tới cảng B chẳng may vì lí do nào đó chẳng hạn: Đ ờng ống nhiên liệu vỡ, két thủng, tàu đổi tuyến hoặc lạc h ớng sẽ dẫn tới l ợng nhiên liệu trên tàu không đủ để đ a tàu về bến an toàn. Trong tr ờng hợp này ta phải xác định chính xác l ợng nhiện liệu còn lại trên tàu, sau đó phải xác định lại điểm công tác để với l ợng nhiên liệu còn lại tàu vẫn về bến an toàn. Giả sử quãng đ ờng còn lại là S hải lí. L ợng nhiên liệu thực tế còn lại trên tàu là B tấn. Điểm công tác là A tàu chạy với vận tốc V A . Trên đồ thị G - V ta xác định đ ợc l ợng nhiên liệu tiêu thụ là G A (kg/h). G A V A 9 @ 3.3. Phân tích trạng thái công tác của động cơ trên đồ thị công. 3.3.1. Phân tích trên đồ thị công chỉ thị. Với động cơ diesel tàu thủy trung và chậm tốc cho phép ng ời khai thác vẽ đ ợc đồ thị công chỉ thị của từng xy lanh bằng thiết bị chuyên dụng Indicator thông qua các biệt xả thông với buồng đốt. Với động cơ 2 kì đồ thị vẽ đ ợc có dạng sau: P Hình 3.8. Đồ thị công chỉ thị và cách xác định P i P i : áp suất chỉ thị bình quân (KG/cm 2 ). L g :Chiều dài đồ thị công (cm). L g ĐCT ĐCD y 9 y 6 y 1 y 2 y 3 y 4 y 7 y 8 y 10 y 5 P i 10 [...]... trên đồ thị công khai triển Đồ thị công khai triển cũng đợc vẽ bằng thiết bị Indicator Với động cơ 2 kì có dạng sau: Hình 3.9 Đồ thị công khai triểni Quá trình cháy Điểm cháy PC: áp suất nén (KG/cm2) Pmax: áp suất cháy cực đại (KG/cm2) Pmax PC Quá trình giãn nở Quá trình nén Đờng áp suất môi tr ờng Qua đồ thị công khai triển ta có thể đánh giá đợc chất lợng công tác của từng xy lanh và cả động cơ qua các... liền minh họa đồ thị công ở trạng thái làm việc hiện tại Kết luận: Hình 1: Hệ thống truyền động tới thiết bị đo bị rung, đồ thị vẽ đợc thiếu chính xác Hình 2: Sợi dây truyền động bị ngắn nên làm mất một phần đồ thị ở điểm chết trên Hình 3: Sợi dây truyền động bị ngắn nên làm mất một phần đồ thị ở điểm chết dới Hình 4: Lò xo quá yếu, đỉnh piston của indicator va vào đỉnh của xi lanh Hình 5: áp suất... giấy nghiệm không hặc bẩn ít bẩn xylanh động cơ làm việc tốt Giấy thử có một lớp dầu mỏng: Xéc măng của xy lanh đó bắt đầu kém, hoặc gẫy Giấy thử có phủ một lớp dầu đen sẫm Quá trình cháy trong xy lanh đó không tốt Giấy thử không biến màu, nhng khí xả có màu trắng đục (màu sữa) có thể bị rò nớc vào xylanh Cần phải kiểm tra và tìm biện pháp khắc phục nếu rò nớc mát Trong trờng hợp không có ống nghiệm thì... hoặc đồ thị công khai triển (nh ở động cơ nhỏ, cao tốc) Bên cạnh phơng pháp đánh giá gián tiếp các thông số công tác của động cơ, ta có thể dùng thiết bị thí nghiệm đơn giản để phân tích khí xả động cơ Thiết bị bao gồm: một ống thủy tinh hình trụ một đầu đợc lắp vào biệt xả của động cơ, trong ống nghiệm ta đặt một miếng giấy thử cách miếng ống khoảng 4cm Giấy thử là loại màu trắng, xốp dễ bắt bụi Sau đó... các giá trị xác định đợc với đồ thị chuẩn khi xuất xởng trong lí lịch, và so sánh vói nhau để rút ra kết luận về tình trạng công tác của động cơ 11 Một số dạng đồ thị thờng gặp và kết luận phân tích: 2 1 4 5 3 6 7 Hình 3.9 Minh họa một số kết quả thu đợc khi vẽ đồ thị công từ động cơ P0: Đờng áp suất môi trờng Đờng nét đứt minh họa đồ thị chuẩn khi động cơ làm việc bình thờng Đờng nét liền minh họa đồ... thể vì nhiên liệu phun vào quá sớm Hình 7: áp suất nén PC và áp suất cực đại PZ thấp hơn bình thờng có thể vì những lí do sau: áp suất khí quét thấp, hoặc do xéc măng khí bị rò lọt, xu páp xả bị rò hoặc đỉnh piston bị cháy 12 3.3.3 Phân tích qua thí nghiệm thử khói Khi không thể đo đợc đồ thị công chỉ thị hoặc đồ thị công khai triển (nh ở động cơ nhỏ, cao tốc) Bên cạnh phơng pháp đánh giá gián tiếp các . V S n 0 =const C 0 A Theo kinh nghiệm khai thác khi tàu khai thác trong điều kiện sóng gió thì động cơ dễ bị quá tải về mômen và quá tải nhiệt. Tr ờng hợp tàu cỡ nhỏ chạy ballast thì còn có hiện t ợng quá tải vòng. C 2 của đờng đặc tính chân vịt trong trờng hợp tàu chở lợng hàng Q 2 . 3.2.2. Khi điều kiện sóng gió thay đổi. Giả sử tàu đang hành trình trong vùng biển yên sóng gió tơng ứng với đặc tính chân vịt. tốc độ vào h ớng và lực gió. Hình 3.7. Biểu diễn cách xác định đặc tính chân vịt trong điều kiện khai thác sóng gió. C 0 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT yên sóng gió. C 1 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT