KHAI THÁC HỆ ĐỘNG LỰC DIEZEL TÀU THỦY

Ta thấy rằng khi dw không đổi thì mômen quay có ích và áp suất có ích bìnhquân cũng không đổi, thật vậy:Khi dw không đổi thì Me và Pe cũng không đổi hay đồ thị của chúng là những đờngthẳ

Phần I: Khai thác công suấtChơng I: Đặc tính công tác của diesel tàu thủy

Sự phối hợp công tác với chân vịt

Đ 1.1 Khái niệm về chế độ làm việc và đặc tính của động cơ

1.1.1 Khái niệm chung:

Chế độ làm việc của động cơ đợc đặc trng bằng sự tổng hợp các chỉ tiêu,thông số kỹ thuật trong các điều kiện cụ thể lúc khai thác Thông thờng thông sốnào đợc chọn làm thông số cơ bản thì tên gọi và giá trị của nó sẽ xác tên gọi củachế độ làm việc

Ví dụ: Chế độ tốc độ đặc trng cho sự làm việc của động cơ với giá trị số vòng quaycho trớc, còn ở chế độ phụ tải đặc trng cho sự làm việc của động cơ với giá trị phụtải (Pe hoặc Me) cho trớc

Khi giá trị vòng quay hoặc phụ tải đợc xác định cụ thể thì sẽ có tên gọi chínhxác chẳng hạn nh: Khi Pe = 0 gọi là độ làm việc không tải,

Khi n = nmin gọi là chế độ làm việc với vòng quay tối thiểu ổn định

Ngoài ra với động cơ tàu thủy còn có một số chế độ khai thác đặc biệt trong trờnghợp sự cố

1.1.2 Đặc tính của động cơ diesel tàu thủy:

Sự chuyển chế độ làm việc của động cơ trong những điều kiện đã đợc xác định tathu đợc sự thay đổi có tính quy luật của các thông số động cơ phụ thuộc vào thông

số chính mà có thể biểu diễn bằng bảng số, đồ thị hoặc hàm số gọi là đặc tính độngcơ Đặc tính động cơ dùng để đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật, an toàn tin cậy trongquá trình công tác của động cơ

Phân loại: Đặc tính động cơ diesel tàu thủy đợc chia làm 3 loại chính sau:

- Đặc tính công suất (còn gọi là đặc tính tốc độ): Biểu thị sự tập hợp những chế

Đ 1.2 Đặc tính và các chỉ tiêu công tác của diesel tàu thủy:

1.2.1 Đặc tính công suất:

- Đặc tính biểu thị sự thay đổi các thông số công tác của động cơ theo hàm tốc

độ quay hoặc tốc độ tàu gọi là đặc tính công suất hay còn gọi là đặc tính tốc

độ

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

- Hàm biểu diễn: Ne = f(n)

Me = f(n), với dw = const

- Xây dựng đặc tính ngoài:

Giả định: Lợng nhiên liệu phun vào động cơ trong mỗi chu trình không đổi

(dw=const) và hiệu suất chung của động cơ không đổi trong phạm vi toàn bộ chế độtốc độ quay (ηo = const) ta có:

3 , 632

. Hη0

e

Q G

Trong đó:

- QH : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu sử dụng [Kcal/ kg]

- G : Lợng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ

.

nh hình vẽ sau

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 1.5 Biểu diễn mối quan hệ giữa công suất với

vòng quay khi dw=const.

0A 1 : Đặc tính ngoài khi dw 1 =const.

0A 2 : Đặc tính ngoài khi dw 2 =const.

δi : Góc kẹp giữa N e và n, biểu thị lợng phun nhiên liệu

hay mức độ thay đổi P e , M e khi dw thay đổi.

Ta thấy rằng khi dw không đổi thì mômen quay có ích và áp suất có ích bìnhquân cũng không đổi, thật vậy:

Khi dw không đổi thì Me và Pe cũng không đổi hay đồ thị của chúng là những đờngthẳng song song với trục hoành (0n) nh hình vẽ sau:

Trong thực tế vì hiệu suất động cơ giảm dần theo chiều tăng tốc độ quay nên

đờng đặc tính ngoài là đờng cong, và trong khai thác chúng đợc chia thành các đờngcơ bản sau:

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 1.6 Biểu diễn mối quan hệ giữa M e và P e với vòng

quay khi dw=const.

I: M e , P e đạt giá trị nhỏ nhất khi dw = dw min

II: M e , P e đạt giá trị định mức khi dw = dw n (lợng cung

cấp nhiên liệu đạt giá trị định mức)

III: M e , P e đạt giá trị lớn nhất khi dw = dw max (lợng cung

cấp nhiên liệu đạt giá trị lớn nhất)

Hình 1.7.Đặc tính công suất trong khai thác đợc chia thành.

1: Đặc tính giới hạn- là đặc tính công suất giới hạn độ bền của động cơ (N gh )

2: Đặc tính lớn nhất- là đặc tính thể hiện khả năng phát ra công suất lớn nhất của

động cơ (N max ) ở vòng quay lớn nhất.

3: Đặc tính ngoài (đặc tính định mức)- là đặc tính thể hiện khả năng phát ra công

suất lớn nhất ổn định, kinh tế nhất của động cơ (N n ) ở vòng quay định mức.

4: Đặc tính khai thác- là đặc tính công suất đợc sử dụng rộng rãi nhất trong quá

trình khai thác động cơ (N KT ) Thông thờng: N KT =(0,85 ~ 0,95) N n

5: Đặc tính phụ tải (bộ phận) (N bf ) là đặc tính công suất khi động cơ phát ra công –

suất nhỏ hơn công suất khai thác, thờng sử dụng trong điều kiện manơ

2 Đặc tính chân vịt.

a) Đặc tính chân vịt với động cơ lai chân vịt định bớc:

- Đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công tác của động cơ laichân vịt với tốc độ quay hoặc tốc độ tàu khi lợng nhiên liệu cung cấp cho chutrình là thay đổi gọi là đặc tính chân vịt

M e = C n’ x-1

Trong đó: x là số mũ phụ thuộc vào kết cấu vỏ tàu và trang trí hệ động lực Với

một con tàu cụ thể x = const x=2,5 ~3,2 (x = 2,5 với tàu cao tốc nhtàu lớt, tàu khách, x = 3,2 đối tàu hàng)

C, C’: là hằng số phụ thuộc tuyến hình vỏ tàu, chân vịt cũng nh tìnhtrạng của chúng và điều kiện khai thác

- Đặc tính chân vịt đợc xây dựng bằng phơng pháp thực nghiệm:

Để xây dựng đợc đặc tính chân vịt ta phải giả định rằng lợng nhiên liệu cungcấp cho mỗi chu trình là thay đổi và toàn bộ công suất động cơ phát ra đợc truyềnhết cho chân vịt Bằng thực nghiệm cho thấy rằng với đa số tàu hàng công tác độclập (nh tàu biển, tàu sông, tàu không lai kéo ) có x = 3 nên (4) đợc viết lại là:

b) Với động cơ lai chân vịt biến bớc:

Hình 1.8 Biểu diễn mối quan hệ giữa N e với n khi

dw=var trong các điều kiện khai thác khác nhau.

Trong thực tế công suất và mô men chân vịt tiếp nhận đợc phụ thuộc trớc tiênvào các thông số hình học, thủy động học của chân vịt Khác với chân vịt định bớc

ở chân vịt biến bớc khi làm việc ta có thể thay đổi đợc thông số hình học bớc chânvịt H (hay thông số không thứ nguyên tỷ số bớc H/D) Việc thay đổi tỷ số bớc H/Dlàm cho đặc tính chân vịt thay đổi

N s = N e ηtr ηp

M s = M e ηtr ηp

Trong đó: ηtr = 0,96 ~ 0,99 : Hiệu suất truyền động

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 1.9 Biểu diễn mối quan hệ giữa N e với n khi

H/D min : Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bớc nhỏ nhất

(Chế độ khai thác thuận lợi)

Đặc tính phụ tải thờng sử dụng cho các loại

động cơ diesel lai máy phát điện, lai bơm, máy nén

hoặc các động cơ chính trong hệ động lực truyền

động điện lai chân vịt Trong thực tế khai thác, đặc

tính phụ tải của động cơ thờng dùng ở vòng quay

định mức (nn) bởi bộ điều tốc thay đổi lợng cung cấp

nhiên liệu phù hợp với phụ tải bên ngoài Tuy nhiên

giá trị vòng quay khai thác cũng thay đổi chút ít so

ηp = 0,65 ~ 0,70 : Hiệu suất chân vịt, ηp max khi ns = 90 ~ 120 RPM

2 Truyền động gián tiếp:

Thờng áp dụng cho động cơ trung tốc lai chân vịt nh động cơ hãng Pielstick, hay hãng Mitsubishi với loại này trên đờng trục thờng có li hợp, hộpgiảm tốc hoặc hộp số Đặc điểm nổi bật của phơng pháp truyền động này là tốc độchân vịt ns bị thay đổi phụ thuộc vào tỷ số truyền,

Semt-n s = i.n

N s = N e ηtr ηp ηlh ηgt.

M s = (1/i).M e ηtr ηp ηlh ηgt.

Trong đó: ηlh = 0,97 ~ 0,98 : Hiệu suất bộ li hợp

ηgt = 0,94 ~ 0,96 : Hiệu suất hộp giảm tốc1.3.2 Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt định bớc.

Ngày nay truyền động trực tiếp lai chân vịt định bớc đợc sử dụng rộng rãi bởitính u việt của nó là đơn giản trong chế tạo, hiệu suất truyền động cao và ta có thể xem: ns = n và Ns = Ne

a) Xét trờng hợp điều kiện khai thác không thay đổi

Giả sử tàu công tác trong vùng biển yên sóng gió tơng ứng với đờng đặc tínhchân vịt không thay đổi C0 Động cơ đang làm việc với đờng đặc tính ngoài (Mn =const) ứng với lợng cấp nhiên liệu định mức (dwn = const)

Điểm phối hợp công tác sẽ là giao điểm N

của đờng đặc tính chân vịt (C0)và đờng đặc tính

ngoài (Mn ,hn) Tại đây mômen do động cơ sinh

ra cân bằng với mômen cản trên đế chân vịt, lực

đẩy cân bằng với lực cản, và tại N công suất

động cơ là công suất định mức Nn và vòng quay

định mức nn Tuy nhiên trong thực tế khai thác

không phải lúc nào ta cũng đạt đợc công suất tại

điểm N Chẳng hạn: khi động cơ đã cũ, khi một

vài xylanh bị sự cố, tuabin tăng áp bị hỏng hay

khi tàu khai thác trong luồng lạch hẹp, cạn thì ta

phải thay đổi tay ga để tìm một điểm khai thác

có công suất hợp lý mà vẫn an toàn cho động cơ

Một lí do nữa mà ta thờng sử

dụng công suất phát ra của động cơ

nhỏ hơn công suất định mức nhằm

dành một phần giữ trữ để khắc phục

khi phụ tải tăng đột ngột do sóng gió

hoặc nhằn tăng cao tuổi thọ động cơ

Do đó điểm phối hợp công tác giữa

động cơ & chân vịt thờng là điểm K

Hình 1.11 Sự phối hợp công tác giữa động cơ & chân vịt khi điều kiện khai thác không thay đổi.

C 0 : Đặc tính chân vịt ứng với điều kiện khai thác yên sóng gió.

M n = const: Đặc tính ngoài ứng với tay ga định mức.

N, K, I, H: Các điểm khai thác tơng ứng với các vị trí tay ga khác nhau.

Ne

NnN

H

M n =const

K n

n

K n

Hệ số giảm công suất e thờng lấy e =(0,85 ~ 0,95)

Vậy khi điều kiện khai thác không thay đổi nếu ta thay đổi tay ga nhiên liệuthì điểm phối hợp công tác sẽ thay đổi nhng luôn nằm trên đờng đặc tính chân vịt

b) Xét trờng hợp điều kiện khai thác thay đổi.

Giả sử sức cản con tàu thay đổi do sóng gió hay tải trọng hàng hóa thay

đổi tơng ứng với các đặc tính chân vịt CU, C1, C0, C2, Cϕ Động cơ đang làm việc ở

đặc tính khai thác MKT = 0,9.Mn với giả thiết động cơ không có bộ điều tốc thì điểmphối hợp công tác tơng ứng sẽ là KU, K1, K0, K2, Kϕ.

Ta thấy khi điều kiện khai thác khó khăn hơn chẳng hạn điểm phối hợp côngtác chuyển từ K0 về K1 Tại K1 công suất động cơ đã giảm một lợng ∆N = N0 - N1

dùng để khắc phục sức cản vỏ tàu Ta có:

K K K

n

n N N

0

01 1

η

η

=

Trong đó: η01, η0K là hiệu suất động cơ tại điểm K1 và K0 Nếu ta xem chúng

là hằng số không đổi trong suốt dải vòng quay công tác thì:

K K

n

n N

1 = Vậy khi điều kiện khai thác thay đổi nếu ta giữ nguyên tay ga thì điểm phốihợp công tác sẽ thay đổi trên đờng đặc tính động cơ MK = const Song phải chú ý tới

điều kiện khai thác vì trong điều kiện tăng sức cản lớn có thể gây quá tải công suấtcòn quá nhẹ tải sẽ quá tải về vòng quay Do vậy cần khai thác động cơ ở tay ga hợp

lý

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 1.12 Sự phối hợp công tác giữa động cơ & chân vịt

khi điều kiện khai thác thay đổ giữ nguyên tay ga.

M K = const: Đặc tính động cơ ứng với tay ga khai thác.

C U ; Đ ặc tính buộc tàu tại bến.

C 1 ; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện ngợc sóng gió.

C 0 ; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện yên sóng gió

C 2 ; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện xuôi sóng gió.

Cϕ; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện balát.

K 0 : Các điểm công tác tơng ứng với các điều kiện khai

c) Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt trong thực tế khai thác.

Trong thực tế động cơ chính tàu thủy đợc trang bị bộ điều tốc nhằm duy trìvòng quay ở giá trị đặt nhất định, dù phụ tải tác động lên chân vịt thay đổi, bằngviệc tăng giảm nhiên liệu phù hợp tơng ứng với tải bên ngoài

Hình 1.12 Phối hợp công tác giữa động cơ & chân vịt khi động cơ trang bị BĐT nhiều chế độ.

a) Khi ĐKKT khó khăn hơn ĐT chân vịt thay đổi từ C 0 -> C 1 BĐT sẽ tăng lợng nhiên liệu và

điểm khai thác thay đổi từ K 0 -> K 1 để duy trì vòng quay xung quanh giá trị n 0

b) Khi ĐKKT thuận lợi hơn ĐT chân vịt thay đổi từ C 0 -> C 2 BĐT sẽ giảm lợng nhiên liệu và

điểm khai thác thay đổi từ K 0 -> K 2 để duy trì vòng quay xung quanh giá trị n 0

Đ 1.4.Khả năng mở rộng phạm vi công tác của diesel tàu thủy

1.4.1 Phạm vi công tác của động cơ lai chân vịt định bớc.

Hình 1.13 Phạm vi công tác của HĐL diesel lai chân vịt

định bớc.

C U : Đặc tính chân vịt khi thử tàu tại bến.

h max : Đặc tính công suất lớn nhất của động cơ.

h n : Đặc tính công suất định mức.

h KT : Đặc tính công suất khai thác.

n max : Giới hạn vòng quay lớn nhất của động cơ.

n n : Vòng quay định mức của động cơ.

n min : Giới hạn vòng quay tối thiểu ổn định của động cơ.

- Vùng 1: Giới hạn bởi nmin, CU, hKT, nn, và hmin

Tơng ứng với trờng hợp động cơ hoạt động ở chế độ nhỏ tải nh: khi khởi

động, hay manơ trong luồng lạch hẹp, hoặc khi động cơ đã cũ

- Vùng 2: Giới hạn bởi CU, hn, nn, hKT Đây chính là vùng thể hiện khả năng phát racông suất tối u của động cơ, hiệu quả kinh tế tốt nhất Thờng chỉ khai thác động cơtrong vùng (2) khi động cơ còn mới, khai thác trong điều kiện thuận lợi

- Vùng 3: Giới hạn bởi CU, hmax, nmax, hn Thể hiện khả năng phát ra công suất lớnnhất của động cơ Vùng này chỉ áp dụng trong quá trình thử tàu xuất xởng, sau sửachữa lớn, hoặc khi tàu chạy trong bão, tàu giẫy cạn nhng phải chú ý quá tải độngcơ

a) Dùng nhiều động cơ lai một chân vịt:

Trong thực tế với một số loại tàu việc yêu cầu công suất ở các chế độ khai thácriêng biệt là khác nhau Chẳng hạn nh tàu quân sự khi tàu tác chiến thì yêu cầucông suất lớn nhng khi tàu di chuyển bình thờng thì không yêu cầu công suất lớn.Hay tàu khách thì khi hành trình trên đại dơng cần tốc độ cao công suất lớn nhngkhi manơ trong luồng thì chỉ cần cung cấp một phần công suất vừa đủ Với hệ độnglực nhiều động cơ lai một chân vịt cho phép khắc phục hiện tợng d thừa công suấtkhi tàu chạy nhỏ tải bằng việc cho ngừng hoạt động một hay một số động cơ

1) Tùy theo yêu cầu công suất mà khai thác các động cơ một cách hợp lí, nên

động cơ luôn khai thác ở đặc tính ngoài, đạt đợc chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật.2) Trong trờng hợp không yêu cầu công suất tối đa thì có thể bảo dỡng, sửa chữacác động cơ dự trữ

3) Phạm vi công tác đợc mở rộng

- Nh ợc điểm:

1) Khó khăn trong khai thác vận hành,

2) Hệ thống động lực phức tạp, cồng kềnh

3) Giá thành chế tạo cao

Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu nhỏ, yêu cầu tốc độ cao nh tàu quân sự, tàu đánhcá hay một số tàu khách

b) Động cơ lai chân vịt thông qua hộp số.

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

vịt Hình 1.15 Đồ thị đặc tính HĐL bốn động cơ giống nhau lai một chân vịt

OA: Đặc tính động cơ khi khai thác một máy OB: Đặc tính động cơ khi khai thác hai máy OC: Đặc tính động cơ khi khai thác ba máy OD: Đặc tính động cơ khi khai thác bốn máy.

C1

Khi tàu khai thác trong điều kiện bình thờng C0 động cơ công tác ở đặc tính

ngoài Mn Với tỷ số truyền là i1 ta có mômen chân vịt MS1=(1/i1).Mn, điểm phối hợp

công tác là A Do điều kiện khai thác khó khăn hơn nên đặc tính chân vịt thay đổi

sang C1 Nếu ta vẫn giữ nguyên tay ga thì điểm phối hợp công tác sẽ là B Tại B

công suất, vòng quay bị giảm và động cơ khai thác trong điều kiện nặng nề hơn dễ

gây quá tải về nhiệt

Trong trờng hợp này nếu ta thay đổi số truyền từ i1 -> i2 (với i2< i1) khi đó

mômen trên đế chân vịt là MS2=(1/i2).Mn, và MS2 >MS1 Điểm công tác B’ có công

suất và vòng quay động cơ lớn hơn ở điểm B Hay nói cách khác chế độ khai thác

động cơ đã đợc cải thiện tốt hơn so với điểm B

1) Nâng cao khả năng công tác của động cơ, tăng công suất khai thác Động cơ

luôn khai thác ở đặc tính ngoài, đạt đợc chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, tăng tuổi

2) Hệ thống động lực phức tạp, hiệu suất truyền động nhỏ

3) Giá thành chế tạo cao

Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu nhỏ

c) Dùng truyền động điện lai chân vịt.

Động cơ diesel lai máy phát điện rồi truyền năng lợng điện cho động cơ điện

lai chân vịt

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

C 0 : Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk bình th ờng.

C 1 : Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk khó khăn.

C1

M n =const

Khi điều kiện khai thác thay đổi từ C0 sang C1 nhờ có đặc tính của động cơ điện

có dạng nh (d) nên điểm công tác ban đầu ở A không về B nh với HĐL động cơ laitrực tiếp chân vịt ờa sẽ về C (trong HĐL truyền động điện) nên đã cải thiện đợc quátrình công tác của động cơ, công suất và vòng quay tăng lên

1) Khả năng quá tải của động cơ điện kém, độ tin cậy không cao

2) Hiệu suất truyền động nhỏ

3) Giá thành chế tạo cao

Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu nhỏ, tàu chuyên dụng nh tàu công trình

Khi tàu chuyển sang vùng biển có sóng gió nếu vẫn giữ nguyên tỷ số bớc thì

đặc tính chân vịt là C1. Nếu vẫn duy trì tay ga nhiên liệu thì điểm phối hợp công tác

sẽ là B Tại B động cơ dễ bị quá tải nhiệt Để khắc phục ta giảm tỷ số bớc về(H/D)2=0,8, tơng ứng đặc tính chân vịt sẽ dịch chuyển về C0 Điểm phối hợp công tác

sẽ dịch về A Nh vậy mặc dù trong điều kiện khai thác khó khăn nhng động cơ vẫnphát huy hết công suất mà không bị quá tải

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 1.18 Sơ đồ HĐL lai chân vịt

biến b ớc

Hình 1.19 Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt biến b ớc

C 0 : Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk bình th ờng với ( H / D )=1,0 Hay trong đk khai thác khó khăn nh ng tỷ số b ớc đặt ở ( H / D )=0,8.

C 1 : Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk khó khăn vẫn với ( H / D )=1,0.

M n =const : Đặc tính ngoài của động cơ.

C1

M n =const

1) Bằng việc thay đổi tỷ số bớc (H/D) ta có thể duy trì đợc điểm phối hợp côngtác định mức Khai thác hết công suất động cơ.

2) Có thể thay đổi tốc độ, đảo chiều tàu mà không cần thay đổi chiều quay của

động cơ

3) Phạm vi công tác đợc mở rộng

- Nh ợc điểm:

1) Khi chọn tỷ số bớc và vòng quay không hợp lí sẽ làm giảm hiệu suất

2) Hiệu suất chân vịt ηP chỉ đạt giá trị cực đại khi tỷ số bớc ở giá trị định mức.3) Hệ thống điều khiển bớc phức tạp, độ tin cậy không cao, giá thành chế tạocao

4) ứng với một tỷ số bớc quay (H/D) có một dải tốc độ tàu tơng ứng sẽ gây hiện ợng xâm thực mãnh liệt cho chân vịt

t-Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu khách, tàu cá, nh tàu công trình loại tàu yêucầu khả năng điều động, quay trở tốt

Chơng Ii: phơng pháp xây dựng đồ thị Đặc tính của động cơ

diesel lai chân Vịt

Đ 2.1 Xây dựng đồ thị đặc tính công tác của HĐL động cơ lai chân vịt

định bớc.

2.1.1 xây dựng đặc tính công suất theo phơng pháp thí nghiệm:

Theo kết quả thí nghiệm thực nghiệm của Sikova (Ba Lan) trên mô hình vànhiều loại tàu khác nhau, đã rút ra kết luận: Quan hệ giữa công suất với vòng quaycủa động cơ lai chân vịt trong một điều kiện khai thác nhất định đợc thể hiện dớiphơng trình:

Trong đó: - x: là hệ số đặc trng cho mỗi con tàu và HĐL

- C: là hệ số đặc trng cho trạng thái khai thác

Lấy logarit cơ số 10 hai vế phơng trình trên ta có:

Từ phơng trình trên ta thấy trong hệ trục

logarit công suất phát ra của động cơ quan hệ

tuyến tính bậc nhất với vòng quay của nó ứng với

mỗi điều kiện khai thác khác nhau và đợc thể hiện

bằng đồ thị

Hình 2.1 Quan hệ công suất vói vòng quay ở các điều

kiện khai thác khác nhau

Đờng 1: Trờng hợp thử tàu tại bến.

Đờng 2: Tàu chở đầy hàng

Đờng 3: Tàu chạy ballast

lg Ne

1500

Để xác định đợc các hệ số x và C với một con tàu nhất định, trong một điều kiện khai thác cụ thể ta phải thí nghiệm để lấy đợc 2 cặp thông số sau: (N1, n1, V1) (N2, n2,

V2) Thay các gia strị vào (7) ta có hệ phơng trình:

lg N 1 = x.lg n 1 +lg C

Hay ta có:

2 1 2 1

lg

lg

n n N

N C

2

2 1

1 =

Mặt khác hệ số C với một con tàu cụ thể phụ thuộc vào điều kiện khai thác,còn với một chân vịt cụ thể thì nó phụ thuộc vào tốc độ quay (n) và vận tốc tàu (V)qua biểu thức:

Trong đó: CU: Hệ số khi thử tàu tại bến

a: Hệ số góc phụ thuộc vào số vòngquay của chân vịt a = f(n).

Hình 2.2 Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số C với vận tốc

của tàu trong các điều kiện khai thác.

Thực tế thí nghiệm trên các tàu ngời ta thấy

mối quan hệ giữa hệ số a và số vòng quay là đờng

thẳng trong hệ toạ độ logarit

Ta có phơng trình biểu diễn mối quan hệ

giữa a và số vòng quay n

Trong đó: - b: Hệ số đặc trng cho mỗi con tàu, b

không đổi với mỗi con tàu cụ thể

- z: Hệ số mũ đợc tính:

2 1 1 2

lg

lg

n n a

a

z =

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

10 -6 C

10 8 6 4 2

0 2 4 6 8 10 12 V

n= 275 v/p

n= 200 v/p

n= 250 v/p n= 225 v/p

100 200 300 400 lg n

lg Ne

8 7

6 5

4

Hình 2.3 Biểu diễn mối quan

hệ giữa hệ số a với vòng quay trên hệ trục logarit

a1, a2 là các hệ số góc ứng với các giá trị vòng quay n1, n2 Từ phơng trình(10) ta rút ra đợc:

2

1 1

2 2

2 1

V

V a

a V

C C a V

C C

Do đó :

2 1 2 1

lg

lg

n n V

x z U

n V n

b n

N N

n V n

b C N

.

.

n b

N N

lg

lg

n n N

N

x=

2 Tính hệ số C trong các điều kiện khác nhau :

x ng

ng ng

x X

X X

x U

U U

x x

n

N C n

N C n

N C

n

N n

N C

1 0

3 Tính hệ số a:

Tàu chở đầy hàng trong ĐK yên sóng gió:

Khi buộc tàu tại bến:

Tàu chạy xuôi sóng gió:

Tàu chạy ngợc sóng gió:

1 1

V

C C

4 TÝnh sè mò z:

2 1 2 1

lg

lg

n n V

n b

N N

.

0 0

n b

N N

n b

N N

Khai th¸c H§L diesel tµu thñy

Dựa vào kết quả ở bảng trên ta vẽ

đợc các đờng đặc tính chân vịt tơng ứng

với các điều kiện khai thác khác nhau

Đặc tính ngoài Mn= const là đờng

thẳng đi qua gốc toạ độ và điểm N(Nn; nn)

8 Xây dựng đồ thị đặc tính chân vịt trên N e - V:

Đồ thị đợc xây dựng dựa vào kết quả ở

bảng trên Riêng đồ thị đặc tính Cu sẽ trùng với

trục tung vì luông có V= 0

Việc xây dựng đặc tính chân vịt, đặc tính ngoài tơng tự nh ở phần 7) và 8)

Đặc tính khai thác của động cơ (hKT) ứng với MK = 0,85.Mn đợc xây dựngbằng cách: Trên trục tung lấy NK = 0.85.Nn, dóng thẳng sang đờng nn= const ta đợc

điểm cắt N’ Đặc tính MK là đờng thẳng 0A’

Để vẽ đặc tính ngoài Mn trên hệ trục toạ độ N -V ta sử dụng phơng pháp

“chuyển đồ thị“ Giả sử Mn cắt C0 tại A dóng đối xứng trục tung ta đợc A’ Mn cắt

CU tại B tơng tự dóng sang ta đợc B’ B’A’ chính là đặc tính ngoài Mn= const trên hệtrục toạ độ N -V Làm tơng tự ta sẽ dựng đợc đờng đặc tính MK= const trên hệ trục

Phơng pháp dựng đờng đặc tính n = const trên hệ trục N -V cũng làm bằngphơng pháp tơng tự.

10 Xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu:

Lợng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G (kg/ h) đợc tính:

G nl = 10 -3 g e N e (kg/ h)Trong đó: ge: Suất tiêu hao nhiên liệu (cho trớc trong bảng) (g/ml.h)

Ne: Công suất tơng ứng với giá trị vòng quay đã chọn và điều kiện khaithác cho trớc (tính đợc trong bảng) (ml)

Dựa vào các giá trị tính đợc trong bảng để dựng các đờng đặc tính tiêu haonhiên liệu ứng với các điều kiện khai thác khác nhau:

10 Xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu:

Để thuận lợi tra cứu trong quá trình khai thác HĐL và đánh giá các thông sốcông tác của động cơ một cách dễ dàng, thuận tiện ta có thể tổng quát hoá và vẽgộp các đồ thị đặc tính riêng lẻ trên hệ trục toạ độ ghép nh sau:

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Đ 2.2 Xây dựng đồ thị đặc tính công tác của HĐL động cơ lai chân vịt

ở đây hệ số C ngoài sự ảnh hởng do điều kiện khai thác còn bị ảnh hởng của

tỷ số bớc quay (H/D), trong khi đó số mũ x không bị ảnh hởng bởi tỷ số H/D

Trong hệ tọa độ logarit với các giá trị khác nhau của tỷ số bớc quay (H/D),chung ta biểu thị phơng trình (7) bằng các đờng thẳng song song trên hình (2.9)

Nếu chọn C1 là hệ số đặc trng cho chân vịt ứng với tỷ số bớc quay (H/D)1, thìphơng trình (6) có thể biểu thị nh sau:

"

' lg

"

' lg

n n N

N

n

N n

N C

1

1 1

H m C

lg

1

(18)Trong đó: m, K là các hệ số tính toán

thực nghiệm, nó đặc trng cho loại chân vịt

1000 800 600 500 400 300

Hình 2.9 Biểu diễn mối quan hệ công suất với vòng quay khi tỷ số b ớc quay khác nhau

trên hệ trục logarit

K D

H m C

H m C

2

lg

Thay K từ (19) vào ta có:

1 2

1

2 2

H m C

C K

D

H m C C

H C

Trong đó: a: là hệ số đặc trng cho điều kiện khai thác của tàu

a = 0 khi điều kiện khai thác bình thờng (yên sóng gió)

a < 0 khi điều kiện khai thác khó khăn (ngợc sóng gió)

a > 0 khi điều kiện khai thác thuận lợi (xuôi sóng gió)b: hệ số góc phụ thuộc vào tỷ số bớc quay (H/D)Khi thí nghiệm ở tỷ số bớc quay (H/D)1 = const trong cùng một điều kiệnkhai thác thì phơng trình (21) có thể đợc viết:

1 1 1

n n

V V b

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

0,5 0,7 0,9 1 1,1 lg( H /D)

Lg( C /C1)

2,0 1,0 0,5 0,3 0,2

Hình 2.10 Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ

số C/C 1 với tỷ số b ớc quay (H/D) trên hệ trục

logarit

C= C 1 khi tỷ số H/D =1

V

14 12 10 8 6 4 2

80 100 120 140 160 180 200 n

H /D = 1,1 1,0 0,8011 0,591 0,488 0,283

Hình 2.11 Biểu thị quan hệ vận tốc tàu với số vòng quay khi b ớc quay

(H/D) thay đổi.

D

H d b

=

D

H z d b

b

lg lg lg

1

(25’)

Từ phơng trình (25’) ta thấy mối

quan hệ (b/b1) với (H/D) trên hệ tọa độ

logarít là quan hệ bậc nhất nh minh họa

d D

H d b

b

1 1

b

2 1

D H b

b

1

2 1

1 2

1

2

/ lg /

lg

lg lg

lg lg

D H D

H

b

b z

D

H D

H z b

n

a V

Hình 2.10 Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số C/C 1 với tỷ số bớc quay (H/D) trên hệ trục

Ngoài ra cần có công suất và vòng quay định mức của động cơ để xây dựng

"

' lg

2 1 2 1

n n N

N C

2

2 1

1 0

/ /

lg

D H D H

C

C m

1 1 1

n n

V V b

n

n V

/ lg /

lg

lg

D H D

H

b

b z

−

=

D H d

10 Thay các giá trị khác nhau của (H/D) vào các công thức trên và chọn các tốc

độ tàu nhất định ta sẽ xác định đợc công suất, tốc độ quay lập theo bảng 2.4 sau:

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

2.2.2 xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu:

Tơng tự nh với HĐL động cơ lai chân vịt định bớc, khi biết đợc đồ thị đặctính công suất thì ta có thể dựa vào số liệu với từng đờng vận tốc không đổi(V=const) tơng ứng với mỗi tỷ số bớc (H/D) để xác định lợng tiêu hao nhiên liệuqua công thức: G n = 10 -3 N en g en (kg/h)

Hoặc ở các điều kiện khai thác: G = 10 -3 N e g e (kg/h)

Kết quả tính toán đợc lập bảng và xây dựng đặc tính trên hệ trục G-n hoặcG/Gn% -n

Hình 2.14 Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên

liệu của HĐL động cơ lai chân vịt biến bớc

2.2.3 xây dựng đồ thị đặc tính tổng hợp:

Ne (ml)

V=11,65

V=12,6 V=13,5

H/D=1,1 1,0 0,898 0,8011

0,283 0,488 0,591 0,693

M=Mn

0 80 100 120 140 160 180 200 n (v/ph)

G/Gn%

100 90 80 70 60 50 40 30 20 10

ge=const

H/D=1,1 1,0 0,898 0,8011

0,283 0,488 0,591 0,693

Đồ thị đặc tính tổng hợp thể hiện các quan hệ công suất động cơ, tốc độ quay,tốc độ tàu và tỷ số bớc quay cùng đợc thể hiện trên cùng hệ trục tổng hợp (hệ trụcghép) với các diều kiện khai thác khác nhau.

B

ớc 1 Xây dựng đồ thị đặc tính công tác của động cơ với chân vịt ứng với tỷ số bớc

quay (H/D)1= const Phần tính toán và dựng đồ thị giống nh ở chân vịt định bớc,dựng đồ thị ở góc phần t thứ nhất Xem hình 2.15

B

ớc 2 Xây dựng đặc tính công suất khi tỷ số bớc (H/D) thay đổi Theo công thức

(17) ta có:

) (

1

1 1

C

C N N n C

C C

1 vào (30) ta có:

1

1 ) (

b

b a V a

Đồ thị đợc xây dựng trên góc phần t thứ 3 của đồ thị tổng hợp hình 2.15

B

ớc 4 Xây dựng đồ thị đặc tính tổng hợp của động cơ diesel Đây chính là đồ thị

đặc tính tổng hợp của động cơ diesel đợc xây dựng trong các phòng thí nghiệmhoặc khi thử máy khi xuất xởng Đồ thị đợc xây dựng ở góc phần t thứ 4 trên hình2.15

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Mn=const N

1500 1000 500

6 8 10 12 14 16

100 125 150 175 200

Hình 2.15 Đồ thị đặc tính tổng hợp của HĐL động cơ lai chân vịt biến bớc,

với N n =1500ml, n n = 200v/ph.

K 1 : Đặc tính chân vịt khi tàu chở 50% tải trọng hàng hóa.

K 2 : Đặc tính chân vịt khi tàu chở 100% tải trọng hàng hóa.

K U : Đặc tính chân vịt khi thuwr tàu tại bến.

Kϕ: Đặc tính chân vịt khi tàu chạy ballast, xuôi sóng gió.

Đ 2.3 Xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu bằng thí nghiệm

đơn giản.

2.3.1 Các điều kiện cần thiết khi tiến hành thí nghiệm:

ở một số tàu không đầy đủ thiết bị đo và không có sẵn đồ thị công suất nênkhông thể xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu ở mục 2.1.2 và 2.2.2 không thể thựchiện đợc Để khắc phục, chúng ta có thể tiến hành thí nghiệm với các thiết bị sẵn cótrên tàu để xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu, nh: đồng hồ đo vòng quay,tốc độ kế, lu lợng kế hoặc sử dụng thớc đo trên ống thủy gắn trên két nhiên liệu

Để các kết quả thí nghiệm chính xác cần phải chú ý các điều kiện sau:

- Chiều chìm của tàu (mũi và lái)

- Lợng chiếm nớc của tàu

- Cờng lực của gió

- Góc dạt của tàu

- Chiều sâu của vùng biển

- Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển

- Khi thí nghiệm tránh để động cơ bị quá tải

- Không thay đổi tỷ số truyền động hay bớc chân vịt (với chân vịt BB)

- Với một giá trị vòng quay cần lấy thông số đo nhiều lần (3 lần)

2.3.2 phơng pháp tiến hành thí nghiệm và xây dựng đồ thị:

Hình 2.16 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu với bình dầu thí nghiệm

Bớc 1) Chạy máy và điều chỉnh các thông số công tác của động cơ về chế độ làm

việc ổn định trong giới hạn cho phép của lí lịch máy

Bớc 2) Tiến hành đo lợng tiêu hao nhiên liệu ứng với các dải vòng quay khác nhau

của động cơ.

- Điều chỉnh n1=(0,35 – 0,42)nn chờ cho các thông số động cơ ổn định,chuyển sang chạy với nhiên liệu trong bình thí nghiệm và tiến hành đo l-ợng tiêu thụ trong thời gian (t) ở 3 lần đo ta có các giá trị: V1’, V1”, V1’”.Chú ý giữ nhiệt độ bình dầu không đổi khi thí nghiệm

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

1

2

5 6 7

V1= 0,3.Vn 3

Yên Sóng Gió

Chơng Iii: phơng pháp sử dụng Đặc tính trong quá trình

khai thác hệ động lực tàu thủy

Đ 3.1 Phơng pháp sử dụng đặc tính của HĐL động cơ lai chân vịt biến

Việc lựa chọn chính xác cặp thông số (n – H/D) của chân vịt cho phép đạt đợc

hiệu suất chung của HĐL cao và khai thác hết công suất động cơ Hiệusuất chung của HĐL đợc tính:

N

V T Q

.

3 , 632

= η

Trong đó: QH: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu.

ge: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

T: Lực đẩy chân vịt

VP: Tốc độ tiến thực của chân vịt

Ns: Công suất trên đế chân vịt

Trong thực tế việc xác định T, VP,NS gặp nhiều khó khăn nên có thể dựa vào hai

đ-ờng cong hiệu suất chân vịt và động cơ

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 3.1 Biểu diễn đ ờng hiệu suất lớn nhất

của chân vịt.

ηP 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

Nη

P

max = f( H / D , n) Khi N=N min

V=const

Hình 3.3 Biểu diễn cách xác định đ ờng hiệu

suất lớn nhất của HĐL lai chân vịt biến b ớc.

ηP max : Đ ờng hiệu suất lớn nhất của chân vịt.

η0 max : Đ ờng hiệu suất lớn nhất của động cơ.

ηHĐL max : Đ ờng hiệu suất chung lớn nhất của

η0 max : Đ ờng hiệu suất động cơt 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

Nη

0 max =(N en / n n 2 ).n 2

Khi điều kiện khai thác thay đổi thì đờng η0max sẽ bị dịch chuyển Nếu điềukiện khai thác khó khăn hơn thì η0max sẽ dịch sang phải và ngợc lại Do vậy trongquá trình khai thác ta phải thay đổi tỷ số (H/D) và tay ga nhiên liệu để sao cho điểmphối hợp công tác luôn nằm trên đờng cong (H/D - n) tối u.

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 theocác dải vòng quay động cơ hoặc chân vịt ở các tỷ số bớc khác nhau Qua đó chọn đ-

ợc giá trị công suất và vòng quay cho ta cho ta giá trị vận tốc tàu là lớn nhất Haynói cách khác: tại một giá trị vận tốc tàu không đổi ta có thể chọn đợc một giá trịcông suất nhỏ nhất (NS)min Khi đó hệ số mômen (KM) sẽ đạt giá trị tối u (KM =KMT.u)

và đợc tính:

5 3

3 5

2

2

60 75

N D

Công thức trên đúng khi: 0,26 ≤ d P /D  0,31

Trong đó: dS : Đờng kính may ơ chân vịt

S0 : 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:

3

5

24000

ta sẽ xây dựng đợc đờng cong hiệu suất

chung lớn nhất của HĐL

Hình 3.4 Minh họa cách xác định đờng cong hiệu

suất chung lớn nhất của HĐL.

Đ 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:

- Lợng hàng hóa, hành khách chuyên chở trên tàu thay đổi

- Nguyên,nhiên liệu, dầu nhờn, nớc ngọt dữ trữ trên tàu thay đổi (Không đáng kể)

- Tỷ trọng vùng nớc tàu đang hành trình thay đổi (Không đáng kể)

Giả sử ban đầu tàu chở một lợng hàng Q1 ứng với chiều chìm T1 và lợngchiếm nớc D1, Đặc tính chân vịt là C1 Sau đó tàu nhận thêm lợng hàng ∆Q Lúc nàytàu chở lợng hàngQ2 = Q1 + ∆Q sẽ làm cho chiều chìm tàu T2 tăng lên, tơng ứng làmtăng sức cản, mômen cản kết quả làm các thông số động cơ thay đổi

3 1 3 / 2 1 1

3 2 3 / 2 2 2

.

Nếu vẫn duy trì tốc độ tàu không đổi ở cả 2 trờng hợp V1= V2 ta có:

3 / 2

1

2 1

3 / 2

đặc tính chân vịt trong trờng hợp tàu chở lợng hàng Q2

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

n

N C

Có đợc 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 vợt quá giá trị định mức Động cơkhông bị quá tải về ứng suất cơ và ứng suất nhiệt

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 đặctính chân vịt C0 Vận tốc tàu là V0 ở vòng quay n0 điểm phối hợp công tác là A Sau

đó tàu chạy vào vùng có sóng với cấp gió W0B, hớng gió ϕ thì tốc độ tàu bị giảm đimột lợng là ∆V(xác định qua đồ thị thực nghiệm 3.6.) mặc dù vẫn duy trì tốc độquay n0 Khi đó tốc độ tàu trong điều kiện sóng gió sẽ đợc xác định:

0 1

V V

bằng đồ thị Hệ số C1 của đặc tính chân vịt trong điều kiện sóng gió đợc tính:

x

B x

B

n

N n

N C

0 1

1 = = trong đó: x = log n0 ( N A / C 0 )

Hay ta có thể biểu diễn mối quan hệ công suất vòng quay trên đồ thị đặc tính

C1 qua hàm số sau:

N 1 = C 1 n x

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

C 1 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT yên sóng gió.

Hình 3.6 Biểu diễn sự phụ thuộc của đại l

ợng tổn thất tốc độ vào h ớng và lực gió.

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 Trờng hợp tàu cỡ nhỏ chạy ballastthì còn có hiện tợng quá tải vòng quay do hiện tợng chân vịt nhô lên khỏi mặt nớc

Để hạn chế và duy trì khai thác động cơ ta phải giảm tay ga nhiên liệu để đảm bảo

an toàn - tin cậy

3.2.3 Khi lợng 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: Đờng ống nhiên liệu vỡ, két thủng, tàu đổi tuyến hoặc lạc hớng sẽdẫn tới lợng nhiên liệu trên tàu không đủ để đa tàu về bến an toàn Trong trờng hợpnày ta phải xác định chính xác lợng nhiện liệu còn lại trên tàu, sau đó phải xác địnhlại điểm công tác để với lợng nhiên liệu còn lại tàu vẫn về bến an toàn

Giả sử quãng đờng còn lại là S hải lí Lợng nhiên liệu thực tế còn lại trên tàu

là B tấn Điểm công tác là A tàu chạy với vận tốc VA Trên đồ thị G - V ta xác định

đợc lợng nhiên liệu tiêu thụ là GA(kg/h) Ta tính đợc lợng nhiên liệu cần tiêu thụ choquãng đờng S còn lại là:

B A = G A t =G A (S /V A ) (tấn)

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 tụcxác 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 phínhiên liệu cho chuyến hành trình mà lại có xu hớng ngợc lại

3.2.4 Khi có gia tải máy phát điện đồng trục.

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

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

Trong điều kiệnkhai thác ổn định, yên sóng gió với HĐL có gia tải máy phát

đồng trục thì có thể đa máy phát vào khai thác

Công suất d có thể dùng để lai máy phát là:

∆N= N e - N S Trong đó: N e : Công suất động cơ N e = a 1 n (hàm bbậc nhất)

N S : Công suất yêu cầu của chân vịt N S = C o n x

Khi đó: ∆N = a 1 n - C o n x

Tìm giá trị cực đại của hàm ∆N

Lấy đạo hàm theo n: ∆N’ = a 1 - x.C 0 n x-1

0

1 max − .

x C

a n

Nếu chọn x = 3, C0 = Nn/ nn và a1 = Nn/ nn ta có:

n n

n

n n

n N

n N n

3

3 3

1 /

n n n

n

N N

n n

N n n

N N

9

3 2

3

3

3

3

max

3 3

9

3 2

max =

∆

Hình 3.7 Biểu diễn đặc tính phối hợp công tác của

HĐL có gia tải máy phát điện

C 0 : Đặc tính chân vịt trong điều kiện yên sóng gió.

∆N: Đặc tính công suất d trên dải vòng quay.

Đ 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 ngời khai thác vẽ

đ-ợc đồ thị công chỉ thị của từng xy lanh bằng thiết bị chuyên dụng Indicator thôngqua các biệt xả thông với buồng đốt

Với động cơ 2 kì đồ thị vẽ đợc có dạng sau:

Ta có thể tính áp suất chỉ thị bình quân Pi:

S g

g i

C L

F P

.

10

Trong đó:

- Fg (cm2): Diện tích bao bởi đờng cong áp suất tức thời vẽ đợc Đo bằng thiết

bị đo diện tích (Planimetor)

- CS (mm/at): Tỷ lệ xích lò xo

Hoặc ta có thể chia đều nhỏ đồ thị để tính trung bình:

S i i i

C

y P

10

i

P

P P

∆

Dựa vào các thông số xác định đợc và kinh nghiệm khai thác cho thấy:

- Khi ∆Pi ≤ 5% thì phụ tải phân bố trên các xy lanh đợc xem là đều, động cơ hoạt

động tốt

- Khi ∆Pi > 5% Ngời khai thác cần điều chỉnh lại phụ tải cho các xy lanh

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

- Pi max đo đợc phải nhỏ hơn giá trị áp suất chỉ thị bình quân định mức (Pi n).

- Thời điểm bắt đầu cháy của nhiên liệu

Ta đem so sanh 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

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 nén PC bình thờng, áp suất cực đại PZ thấp hơn bình thờng, điểm bắt

đầu cháy muộn lí do có thể vì điểm bắt đầu phun nhiên liệu muộn hoặc do vòi phunkhông tốt

Hình 6: áp suất nén PC bình thờng, áp suất cực đại PZ cao hơn bình thờng lí do có 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

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 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 mở biệt xả từ 10 – 15 lần

rồi phân tích giấy thử :

- Nếu giấy nghiệm không bẩn hoặc bẩn ít : xy lanh động cơ làmviệc tốt

- Giấy thử có một lớp dầu mỏng: Xéc măng của xy lanh đó bắt đầu kém, hoặcgẫy

- Giấy thử có phủ một lớp dầu đen sẫm Quá trình cháy trong xy lanh đó khôngtốt

- 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 nớcmát

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

7 Hình 3.9 Minh họa một số kết quả thu đợc khi vẽ đồ thị công từ động cơ

P 0 : 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 thị công ở trạng thái làm việc hiện tại.

4cm

Trong trờng hợp không có ống nghiệm thì ta có thể dùng giấy nghiệm đặt ở

vị trí nh trên và phân tích các thông số công tác của từng xy lanh

Chơng IV: Công tác của hệ động lực tàu thủy trong những

điều kiện khai hác đặc biệt

Đ 4.1 Chế độ làm việc của động cơ khi hỏng một vài xi lanh hoặc khi

tuabin tăng áp bị sự cố.

4.1.1 khi một hoặc một vài xi lanh bị hỏng:

Trong quá trình khai thác động cơ chính tàu thủy có thể bị hỏng một hay vài

xi lanh, nhng trong trờng hợp không cho phép dừng tàu mà buộc vẫn khai thác với

số xy lanh còn lại Trong trờng hợp này ngời khai thác phải xác định lại thông sốcông tác của động cơ và quan tâm đặc biệt tới các xi lanh còn lại

Một vài nguyên nhân dẫn đến phải ngắt bỏ xi lanh chẳng hạn nh: Kẹt cặp píttông bơm cao áp, vỡ đờng ống cao áp, vòi phun bị kẹt do nhiên liệu bẩn, hoặc dohỏng hóc nhóm pít tông biên, bạc biên, v.v Tùy theo mức độ h hỏng mà ta có thểngắt bỏ xy lanh đó theo 2 phơng pháp sau:

a) Cắt nhiên liệu nhng vẫn để nhóm piston - biên chuyển động theo.

Giả sử động cơ có một xy lanh bị hỏng,

ta đã biết đợc Ni và Ne tơng ứng là các đờng

cong (1) và (2) Công suất cơ giới có thể đợc

tính theo các cách sau:

Dựa theo số liệu kinh nghiệm ta có thể

chọn đợc hiệu suất cơ giới ηm ở vòng quay

định mức, khi đó:

m

m i

n

Nm A

N

n

(1) (1’) (2) (2’)

N

m

Hình 4.1 Xây dựng dặc tính ngoài của động cơ khi ngắt bỏ xi lanh nh ng vẫn cho nhóm piston- biên chuyển

động theo

Do không tháo nhóm piston- biên nên Nm đợc xem không đổi và công suất cóích của động cơ với các xy lanh còn lại đợc tính:

N e’ = N i’ - N m

Do cắt bỏ một xy lanh thì dù tay ga vẫn giữ nguyên nhng công suất động cơ

bị giảm xuống Ne’ và điểm công tác từ A chuyển về A’ Vòng quay động cơ bị giảmxuống và đợc tính theo công thức sau:

e

e A A

P

P n

Tuy nhiên trong thực tế khi ngắt bỏ 1 xy lanh nếu ta vẫn giữ nguyên tay gathì động cơ khai thác dễ bị quá tải, không nên khai thác động cơ với thời gian dài

Để an toàn cho động cơ ta nên giảm tay ga nhiên liệu xuống điểm công tác A”

Việc chọn điểm công tác A” phụ thuộc vào tỷ số xy lanh làm việc với số xylanh ngắt bỏ của động cơ, sự xuất hiện rung động do mất cân bằng ở động cơ cũng

nh tình trạng kỹ thuật của động cơ, điều kiện khai thác v.v

Đối với động cơ lắp đặt tuabin tăng áp kiểu xung áp thì trong trờng hợp nàycòn có hiện tợng tiếng ồn lớn ở phía máy nén, vòng quay tua bin bị dao động Do

đó phải tiếp tục giảm tay ga cho đến khi mất hiện tợng trên hoặc xả bớt một phầnkhí tăng áp ở bầu góp khí nạp

a) Cắt nhiên liệu và tháo bỏ nhóm piston - biên.

Chỉ thực hiện khi nhóm piston - biên bị h hỏng không thể cho tiếp tục chuyển

động theo Lúc này sẽ gây ra một số ảnh hởng sau:

- Gây nên chuyển động không đồng đều trên trục khuỷu

- Gây hiện tợng chấn động ngang đối với thân máy

- Gây rung động và chấn động với vỏ tàu

- Làm thay đổi giá trị vòng quay cộng hởng

Do tháo bỏ nhóm piston - biên nên chi

phí cơ giới cũng giảm xuống và đợc xác định:

N m’ =N m -N mXL = [(i-1)/ i].N m

Khi đó công suất có ích đợc xác định:

N e’ = N i’ - N m’

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 4.2 Mô tả cách xác định điểm phối hợp công tác

của động cơ khi ngắt bỏ xi lanh nh ng vẫn cho nhóm

piston- biên chuyển động theo.

A: Điểm phối hợp công tác khi động cơ bình th ờng.

A’: Điểm phối hợp công tác khi một xylanh bị hỏng.

A”: Điểm phối hợp công tác khi đã giảm tay ga nhiên liệu

0 n” n’ n

N

Ne’ N

e ”

Ne

Ne’

Ne”

A”

A A’

Hình 4.3 Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ khi ngắt bỏ xi lanh và tháo bỏ nhóm piston- biên.

0 nn n

N

Nn

(1) (1’) (2) (2’)

N

m

Nm’

Nếu so với trờng hợp a) thì về mặt năng

lợng Ne’ sẽ lớn hơn chút ít nhng động cơ sẽ bị

mất cân bằng nhiều hơn Động cơ, vỏ tàu sẽ

rung động trong quá trình công tác Do vậy

cũng nh trờng hợp a) ngời khai thác phải giảm

tay ga động cơ cho đến khi giảm hẳn hiện tợng

rung động ở động cơ cũng nh vỏ tàu Ngoài ra

còn phải chú ý tới sự mất cân bằng ở tổ hợp

tua bin tăng áp

4.1.2 khi tổ hợp tua bin tăng áp bị hỏng:

Khi h hỏng ở tổ hợp tuabin tăng áp dẫn đến động cơ phải làm việc với áp suấtkhí trong buồng máy (với động cơ chỉ có một tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc với các

tổ hợp tua bin tăng áp còn lại (với động cơ có nhiều tổ hợp tua bin tăng áp) hoặc vớicác thiết bị tăng áp phụ trợ nh: quạt gió phụ, máy nén cơ khí Khi đó:

- Tổ hợp tuabin máy nén bị rung động và có tiếng ồn lớn

- Lợng không khí nạp bị giảm, áp suất nạp giảm làm quá trình quét khí thảikhông sạch

- Làm tăng sức cản của hệ thống nạp - xả Thời gian trì hoãn sự cháy kéo dài,quá trình cháy nhiên liệu xấu đi

Những lí do trên làm cho động cơ công tác không an toàn, tin cậy Công suấtphát ra bị giảm, động cơ dễ bị quá tải Cần xác định lại điểm công tác của HĐL

Công suất của động cơ khi bị hỏng tổ hợp tăng áp đợc xác định:

N e’ = (P 0 / P K ).N e

Trong đó: PK: áp suất khí nạp khi động cơ làm việc bình thờng

P0: áp suất khí quyển hoặc áp suất khí tăng áp của hệ thống tăng áp sựcố

Khi tổ hợp tuabin-máy nén bị h hỏng

thì điểm công tác thay đổi từ A về A’ Tuy

nhiên tại A’ động cơ chỉ có thể làm việc trong

thời gian ngắn Trong trờng hợp động cơ còn

phải công tác lâu dài trong tình trạng này thì

phải tùy vào tình trạng kĩ thuật thực tại của

động cơ, điều kiện khai thác hiện tại mà ta

phải giảm tay ga nhiên liệu đến vị trí thích

hợp A” sao cho động cơ hoạt động an toàn, tin

cậy Tránh quá tải cho động cơ

Điều này phụ thuộc nhiều vào trình độ

ngời khai thác và việc tuân thủ theo hớng dẫn

của nhà chế tạo Cần phải quan tâm theo dõi

thờng xuyên các thông số công tác của động

cơ Khi điều kiện cho phép có thể rút rôto của

tua bin ra để giảm sức cản hệ thống nạp xả,

lúc này cần chú ý ngăn cách hai khoang

tuabin và máy nén

Hình 4.4 Xác định điểm phối hợp công tác của động cơ khi tổ hợp tuabin tăng áp bị hỏng.

A: Điểm phối hợp công tác khi động cơ bình th ờng.

A’: Điểm phối hợp công tác khi tuabin

bị hỏng.

A”: Điểm phối hợp công tác khi đã

0 n” n’ n

N

N

e ’

Ne”

Ne

Ne’

Ne”

A”

A A’

4.1.3 khi thử tàu tại bến:

Tàu xuất xởng sau khi đóng mới hoặc sau sửa chữa lớn thông thờng phải thựchiện thử tại bến và có chứng kiến của Đăng kiểm Mục đích của việc thử tàu tại bến

để kiểm tra tính hoàn thiện trong quá trình lắp ráp các bộ phận nh động cơ chính vàcác hệ thống phục vụ, đờng trục, v.v để chuẩn bị cho khâu thử tiếp theo là thử đ-ờng dài

Đây là chế độ động cơ phải làm việc nặng nề nhất vì lúc này VS = 0 (λP = 0, S

= 0) Do vậy nên thông thờng chỉ thử với các thông số nằm trong giới hạn:

- nU = (0,50 -> 0,65).nn

- NeU = (0,30 -> 0,45).Nn

- PeU = (0,50 -> 0,60).Pen

- Thời gian thử không quá 10 giờ

- Không nên tăng vòng quay hoặc áp suất có ích bình quân đến 100%, vì dễgây quá tải, phá hỏng các chi tiết động cơ

Ta thấy rằng ở chế độ thử tàu tại bến nếu vẫn khai thác động cơ ở tay ga địnhmức (han) thì ta co điểm công tác là A’, tại đó Pe > Pen Động cơ sẽ bị quá tải mặc dùcông suất và vòng quay đều thấp Để đảm bảo an toàn cho động cơ thờng ta chỉ thửtới vòng quay 0,6.nn tơng ứng với Pe= 0,8.Pen

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

Hình 4.5 Xác định điểm phối hợp công tác của HĐL khi thử tàu tại bến trên hệ tọa độ

P e - n và N e - n.

A: Điểm phối hợp công tácở chế độ định mức khi tàu hoạt động bình th ờng.

A’: Điểm công tác ở điều kiện thử tàu tại bến nếu vẫn giữ nguyên tay ga định mức.

A”: Điểm phối hợp công tác khi đã giảm tay ga nhiên liệu hợp lí sao cho P e <P en

Đ 4.2 Chế độ làm việc của động cơ khi tăng hoặc giảm tốc độ tàu.

4.2.1 khi tăng tốc độ tàu.

Giả sử ta muốn tăng tốc độ tàu từ V1 đến V2, trớc hết động cơ cần phải sinh rathêm một lợng công suất thông qua việc tăng lợng nhiên liệu cung cấp cho động cơqua việc tăng tay ga ha Khi đó lực đẩy tàu T sinh ra sẽ thắng lực cản tức thời củatàu R, mômen phát động Me thắng mômen cản MS Và chúng luôn luôn thỏa mãn hệphơng trình cân bằng năng lợng sau:

) , ( ) , (

) , ( ) , (

v R h T dt

dv m

v M h M dt

d I

a

S a e

ω ω

ω ω

1: Điểm khai thác ổn định với tốc độ V 1

2: Điểm khai thác ổn định với tốc độ V 2

Quá trình tăng tốc độ tàu đợc chia

làm hai giai đoạn sau:

- Tăng tốc độ động cơ, chân vịt và các

chi tiết chuyển động liên quan từ tốc độ

góc ω1 tới ωb = 0,95(ωC - ω1) ở giai đoạn

này tốc độ tàu hầu nh không thay đổi

nên tàu vẫn chạy với tốc độ V1

- Tăng từ từ vận tốc tàu từ V1 đến V2 với

giả thiết trong giai đoạn này mômen

quay của động cơ luôn cân bằng mômen

quay của chân vịt

Khai thác HĐL diesel tàu thủy

1 T(v1, ω1)