CHƯƠNG 2 PHƯƠNG THỨC VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG
2.4. Phương thức và thiết bị truyền động thủy lực 1. Nguyên lý làm việc và ứng dụng
Thiết bị truyền động thủy lực là thiết bị nối trục thủy lực và giảm tốc thủy lực. Thiết bị gồm có một bơm và một tuốcbin nước tạo thành một liên động cơ (hình dưới). Trục (1) của bơm ly tâm (2) do động cơ quay, lúc động cơ làm việc bơm ly tâm hút nước từ trong thùng (8) đi vào bơm theo ống dẫn (3), đi vào vòi phun, nước được gia tốc trong vòi phun và phun vào tuốcbin với tốc độ khá cao; tuốcbin (4) quay trục (5) nối liền với chân vịt tàu hay một máy nào đó. Nước từ trong tuốcbin xả vào thùng (6) nối liền với thùng (8) bởi đường ống (7), do đó nước được tuần hoàn liên tục.
Thực tế phương án trên chỉ được dùng trong các loại máy thủy lực. Trong các lĩnh vực khác, phương án trên ít được dùng vì tổn thất khá lớn ở các đường ống và vòi phun. Mặt khác kích thước thiết bị lại rất lớn, dùng làm thiết bị trên tàu thủy rất không có lợi. Thiết bị truyền động thủy lực trên tàu thủy đặt trong cùng một vỏ chung. Do kết cấu khác nhau nên có thể chia ra làm hai loại: thiết bị nối trục thủy lực và bộ giảm tốc thủy bộ lực.
Bộ giảm tốc thủy lực khi tham gia công tác, số vòng quay của trục động cơ và trục bị động có quan hệ tỷ lệ biến tốc nhất định; mômen quay trên trục đông cơ cũng tăng lên theo tỷ lệ, do đó có lúc còn gọi là thiết bị mômen xoắn biến đổi thủy lực. Thiết bị nối trục thủy lực có đặc điểm là mômen xoắn trên trục động và trục bị động không thay đổi khi công tác, có tác dụng như một loại ly hợp đàn tính và có hiệu suất cao hơn bộ giảm tốc thủy lực. Hình bên là sơ đồ cấu tạo thiết bị nối trục thủy lực. Thiết bị nối trục thủy lực khác với bộ giảm tốc thủy lực là không có bộ phận dẫn hướng và kích thước của bơm và tuốcbin bằng nhau.
KHOA CƠ KHÍ – ĐểNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL
TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10
Thiết bị nối trục thủy lực và bộ giảm tốc thủy lực dùng trên tàu thủy có khả năng hoàn thành các nhiệm vụ sau đây:
- Ly hợp trục động với trục chân vịt.
- Điều chỉnh phụ tải và số vòng quay của trục công tác, nếu kết cấu thích đáng thì có thể hoàn thành nhiệm vụ quay ngược chiều trục bị động.
- Cải thiện thay đổi tính năng kéo của tàu.
- Lúc phụ tải của chân vịt thay đổi có thể không ảnh hưởng đến tính ổn định công tác của động cơ; khi chân vịt quá tải có khả năng bảo vệ động cơ.
- Có tác dụng giảm xung và giảm nhẹ ảnh hưởng chấn động của các thiết bị xung quanh đối với động cơ.
- Cho tồn tại độ lệch tâm của trục, tiện cho việc lắp ghép.
- Có tác dụng làm giảm bớt tiếng ồn của trang trí.
- Thuận tiện cho việc điều khiển từ xa.
- Thiết bị truyền động quay ngược chiều có thể giảm bớt kích thước kết cấu của trang trí, ví dụ như bỏ tuốcbin quay ngược chiều trong trang trí động lực thì không những trang trí đơn giản mà hiệu suất lại cao.
Do những đặc điểm vừa phân tích ở trên, thiết bị truyền động thủy lực dùng trên một số loại tàu rất thích hợp như tàu phá băng, tàu kéo... Những loại tàu này lúc làm việc phạm vi sức kéo thay đổi rất lớn, cần cải thiệm tính năng thao tác, tính năng kéo và tính tự động điều chỉnh.
Những năm gần đây, động cơ cao tốc được phát triển mạnh, thiết bị giảm tốc được dùng ngày càng nhiều. Với lý do đề phòng truyền động bánh răng hay phát sinh sự cố và sử dụng nhiều dộng cơ liên hợp, thiết bị truyền động thủy lực lại được sử dụng rất rộng rãi.
2.4.2. Cấu tạo của bộ nối trục thủy lực và giảm tốc thủy lực 1– Thiết bị nối trục thủy lực
Thiết bị nối trục thủy lực được phân thành 2 loại: loại tiêu chuẩn và loại đặc biệt.
Thiết bị nối trục thủy lực tiêu chuẩn bố trí 2 bánh cánh quạt đối xứng trong cùng một vỏ. Cánh quạt thẳng phân bố theo hình quạt.
Khi thiết bị được nạp đầy công chất (nước hay dầu), chỉ cần trục động quay, chất lỏng sĩ lưu động vòng liên tục tạo thành một quá trình chuyể biến năng lượng. Năng lượng ở trục động thông qua chất môi giới truyền cho nửa tuabin khiến tuabin quay cùng với bơm và thiết bị nối trục ở trạng thái làm việc.
KHOA CƠ KHÍ – ĐểNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL
TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10
Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 45
Thiết bị nối trục thủy lực khi làm việc do sự lưu động của chất lỏng tạo nên tổn thất thủy lực. Tổn thất đó biến thành nhiệt và làm tăng nhiệt độ của chất lỏng, vì vậy chất lỏng trong thiết bị phải luôn được làm mát.
Dùng hiệu suất truyền động ε để biểu thị công suất tổn thất khi qua thiết bị:
% 100 .
1 2
N
= N ε
(2–6)
Trong đó:
N1_Công suất trục động N2_Công suất trục bị động
Theo định luật Niutơn thứ hai, trong thiết bị nối trục thủy lực không có bộ phận dẫn hướng (bỏ qua sức cản không khí đối với vỏ và coi như sức cản gối trục không lớn), do đó mômen xoắn trên trục động và trục bị động bằng nhau tức là: M1 = M2.. Do đó tacó:
(2–7)
Cụng thức trờn chỉ rừ lỳc thiết bị nối trục thủy lực làm việc, số vũng quay của trục động và trục bị động không bằng nhau, và thường dùng khái niệm "độ trượt" s để dặc trưng cho sự khác nhau đó:
% ) 1 (
1 2
n s = − n
(2–8) Đối với thiết bị nối trục thủy lực tiêu chuẩn: s = 2 ÷ 3 %.
Khi ngừng cấp chất lỏng, trong không gian công tác chất lỏng không ngừng theo lỗ 7 đi ra ngoài, và sau một thời gian ngắn (từ 8 ÷ 10 giây) thiết bị ngừng quay.
Một vài thiết bị nối trục thủy lực đặc biệt trong ruột thiết bị còn có một vòng chắn. Khi đậy kín toàn bộ, chất lỏng tiến hành lưu động hai lần tại hai mép cánh quạt. Trong trường hợp này bộ nối trục không hoàn toàn phân ly, mômen xoắn bằng 1/6 lúc bình thường.
Nếu đem vòng chắn đó đặt tại một vị trí trung gian bất kỳ thì có thể thay đổi độ trượt của thiết bị, đạt trị số yêu cầu và thay đổi được cả phụ tải và vòng quay của thiết bị nối trục.
Vòng đỡ của tấm chắn lắp trên cần đẩy C và di động nhò vòng trượt phía phải. Tấm chắn nằm trên trục bị động, do đó có thể đề phòng chấn động do mômen xoắn của động cơ gây ra. Thiết bị làm kính trục có dạng hình rắn uốn khúc.
1 2 1 1
2 2 1 2
. .
n n n M
n M N
N = =
ε =