Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản tàu thủy thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt trong điều kiện khai thác thực tế

Đường cong sức cản tàu thuỷ

Quá trình làm việc của bộ phận vỏ tàu trong liên hiệp tàu thường được đặc trưng bởi đường đặc tính vỏ tàu hay còn gọi là đường cong sức cản vỏ tàu, là đường cong biểu diễn mối quan hệ giữa sức cản vỏ tàu R hoặc công suất kéo có ích N với vận tốc chuyển động của tàu V.(hình 2-5). Tuy nhiên trong điều kiện khai thác thực tế, ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng như sự thay đổi tình trạng kỹ thuật của bề mặt vỏ tàu do quá trình ăn mòn và bám bẩn, sự thay đổi của chế độ tải trọng của tàu và các điều kiện hàng hải vùng tàu chạy nên đường cong sức cản tàu thuỷ sẽ thay đổi so với chế độ định mức.

Giới thiệu một số công thức tính gần đúng tính sức cản tàu

Trong trường hợp có tỷ số B/T khác có thể sử dụng phương pháp nội suy tuyến tính. Công thức căn cứ vào kết quả thí nghiệm loại tàu cá làm bằng vỏ gỗ có lượng nước đầy khoảng 95 tấn theo tiêu chuẩn đã quy định của Hiệp hội tàu cá Nhật bản.

NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT TRONG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC THỰC TẾ

• Đặc điểm cấu tạo và các thông số kỹ thuật của chân vịt
• Xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt

Tuy nhiên phương pháp xác định đường đặc tính chân vịt như thế không đơn giản, vì nếu thử nghiệm mô hình trong bể thử nơi có thể chủ động thay đổi tốc độ tịnh tiến và tốc độ quay nhằm tạo ra các chế độ làm việc ứng với giá trị các hệ số tiến chân vịt J tính theo công thức đã cho,thì để xác định đường đặc tính chân vịt trong các điều kiện khai thác thực tế khác nhau, cần tổ chức khảo nghiệm ở nhiều điều kiện mới có thể phối hợp tốc độ tàu với tốc độ quay chân vịt, nhằm tạo ra các chế độ làm việc khác nhau của liên hợp tàu, tương ứng với giá trị hệ số tiến J đã cho trước. 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 trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n của liên hợp tàu sẽ thay đổi so với khi thiết kế, đã làm cho giá trị hệ số KQ của chân vịt thực tế trong liên hợp tàu thay đổi so với chân vịt sạch tương ứng, tuy nhiên có thể tìm được giá trị này trên đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt sạch tương ứng, từ cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n trong liên hợp tàu trong điều kiện thực tế.

CÁC ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH ĐỘNG CƠ

Kết 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. Do đó để đảm bảo được vận tốc đã cho buộc người sử dụng phải kéo tay ga để tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và điều này sẽ dẫn đến việc quá tải cần phải giảm bớt lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình và chuyển động cơ đang làm việc theo đường đặc tính ngoài công suất định mức sang làm việc theo đường đặc tính giới hạn phụ tải là đường thể hiện mối quan hệ giữa công suất chỉ thị (hoặc áp suất chỉ thị) ứng với số vòng quay mà tải trọng cơ hoặc tải trọng nhiệt trong các chi tiết đạt đến mức không cho phép động cơ làm việc lâu dài hoặc chỉ trong thời gian giới hạn. Đối với động cơ Diesel, nếu giữ số vòng quay không đổi thì khi muốn thay đổi tải cần thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và đảm bảo góc phun sớm thích hợp nhất đối với từng chế độ số vòng quay, khi đó các giá trị phụ tải của động cơ như công suất có ích Ne, mômen có ích Me và áp suất có ích trung bình Pe ở chế độ số vòng quay không đổi tăng theo tỷ lệ giống nhau và xác định phụ tải của động cơ.

Qua đường đặc tính phụ tải có thể xác định được các thông số kinh tế của động cơ như suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, lượng tiêu hao nhiên liệu giờ G đối với từng chế độ số vòng quay, suất tiêu hao nhiên liệu ít nhất gmin, lượng nhiên liệu giới hạn cung cấp cho mỗi chu trình, từ đó có thể xác định được chế độ khai thác hợp lí theo công suất số vòng quay ở điều kiện khai thác thực tế và sự thay đổi các thông số công tác động cơ từ chế độ không tải Pe = 0 cho đến chế độ tải định mức Pe = PeH.

PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU TRONG ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ

Xác định giá trị công suất yêu cầu của chân vịt từ công thức (2-23) theo giá trị hệ số momen KQ tương ứng với tốc độ quay chân vịt n trong liên hợp tàu ở các chế độ tải khác nhau, cơ sở để xây dựng đường đặc tính công suất thực tế thể hiện mối quan hệ giữa công suất và tốc độ quay của động cơ trong liên hợp đang xét (đường 3). - Từ cặp giá trị vận tốc tàu và tốc độ quay chân vịt ở điều kiện khai thác liên hợp đang xét, xác định theo đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch. Từ mối quan hệ giữa các đại lượng công suất N, vận tốc tàu V và tốc độ quay chân vịt n, dựng trên hệ toạ độ công suất - vận tốc, đường công suất kéo có ích EPS = f(V) ở các chế độ tải trọng khác nhau (đường 2), tương ứng với đường đặc tính chân vịt 1”.

Từ các kết quả tính lực đẩy chân vịt P và sức cản tàu R tính ở trên, xây dựng trên hệ toạ độ lực - vận tốc ở phần dưới của đồ thị vận hành tàu đường cong sức cản vỏ R = f(V) (đường 2’) ở các chế độ tải trọng khác nhau.

XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU KH – 90327-TS

• NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU

Dưới đây là đồ thi vận hành tàu KH – 90327 – TS trong điều kiện thiết kế tính theo phương pháp thực nghiệm và kết hợp đường cong sức cản tính theo phương pháp Leningrad. Vậy từ bảng so sánh kết quả tính sức cản theo hai phương pháp thực nghiệm dựa vào cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n và phương pháp tính theo công thức của Viện Thiết kế Leningrad ta nhận thấy, hai phương pháp tính sức cản khác nhau cho kết quả tính sức cản khác nhau. Cụ thể phương pháp tính sức cản theo thực nghiệm cho kết quả lớn hơn phương pháp tính sức cản theo công thức Leningrad ở cùng một tốc độ tàu.

2”.R=f(V) - Đường cong sức cản trong điều kiện thiết kế tính theo công thức Viện TK Leningrad.

PHÂN TÍCH KẾT QUẢ

Từ hai bảng (4-2), (4-3) so sách tỷ lệ phần trăm sức cản trong điều kiện thiết kế tính theo phương pháp thực nghiệm và công thức tính sức cản gần đúng Leningrad ta nhận thấy: sức cản tính theo công thức Leningrad luôn nhỏ hơn so với cách tính sức cản theo phương pháp thực nghiệm dao động trong khoảng 50%, và sự dao động này tăng không đều ở mỗi tốc độ tàu khác nhau. Phương pháp thực nghiệm xác định sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n, là cặp thông số đo ngẫu nhiên, các yếu tố ảnh hưởng sức cản tàu như yếu tố đường hình tàu, yếu tố thuỷ động học… đều hàm ẩn bên trong cặp thông số này. - Như vậy vấn đề đưa ra cần phải chọn công thức tính toán sức cản phù hợp mẫu tàu thiết kế để sai số giữa các phương pháp và thực tế không lớn, có như vậy mới đánh giá đúng giá trị sức cản tàu thuỷ khi thiết kế cũng như trong khai thác thực tế.

- Để đánh giá sự phù hợp của liên hợp tàu thông qua đồ thị vận hành tàu, mà con đường đi xây dựng đồ thị lâu nay ta hay làm là đi từ đường cong sức cản vỏ tàu R = f(V) từ đó dựa vào tốc độ tàu và công suất động cơ để xác định hai đường đặc tính còn lại là đường đặc tính công suất ngoài của động cơ và đường đặc tính chân vịt, đó chỉ dùng trong thiết kế để xây dựng đồ thị vận hành tàu ở chế độ hàng hải tự do.