V A vận tốc tiến của chân vịt bằng vận tốc dịng tại vị trí xa trước chân vịt.
4.8THIẾT KẾ CHÂN VịT TÀU THỦY CÁNH CỐ ĐịNH
Thiết kế chân vịt cánh cốđịnh tiến hành theo hai cách.
Cách thứ nhất, hình 4.20, chân vịt được thiết kế cho tàu làm việc trong điều kiện lý tưởng: vỏ tàu khơng nhám, sức cản tàu nhỏ nhất trong chếđộ khai thác, mơi trường nước lý tưởng. Trong khai thác chân vịt tàu phải làm việc ở chếđộ thực “nặng” hơn so với ngày đầu. Quá trình này đi từ “nhẹ” đến “nặng”.
Cách thứ hai, hình 4.21, khi thiết kế máy đẩy giữ lại một lượng dự trữ lực đẩy đề phịng những trường hợp tàu phải làm việc trong những điều kiện nặng hơn thơng thường. Để làm theo hướng này cần xác định đầy đủ các yếu tố mơi trường ảnh hưởng đến sức cản vỏ tàu và tàu nĩi chung trong các điều kiện làm việc. Sức cản ngồi giá trịđã tính cho thân tàu trong điều kiện lý tưởng đưa vào đường cong sức cản ngay trong giai đoạn thiết kế máy đẩy. Kết quả thống kê cho biết, sức cản gán thêm theo dạng này phải đạt 20 ÷ 30%R. Như vậy, khi thiết kế chân vịt cánh cố định, chân vịt này phải làm việc trong những điều kiện “nặng” hơn nhiều so với điều kiện thực mà nĩ phải chịu trong những chuyến thửđầu tiên.
Quan hệ giữa máy chính - vỏ tàu- chân vịt
Trong hệ tọa độ tần suất quay n và cơng suất máy P, độ lớn các đường cơng suất phụ thuộc vào giá trị momen quay tại chếđộđang làm việc của máy. Mặt khác để quay được trong nước với tần suất n, chân vịt cần momen quay Q tính theo cơng thức:
Hình 4.20. Thiết kế theo các
điều kiện lý tưởng Hình 4.21. Thiết kế chân vịt theo
máy diesel
Q = KQ. ρn2D5 (4.96)
Cơng suất máy chính P, hàm của Q, KQ H/D, vào hệ số tốc độ tiến J = Vp/(nD) và các yếu tố khác. Với trường hợp J = const, khi H/D tăng P tăng. Với chân vịt cĩ tỉ lệ bước xoắn khơng đổi H/D = const, tại vận tốc tiến J0 = 0, P đạt giá trị lớn nhất, sau đĩ khi J tăng (H.5.42), hệ số momen quay giảm dần đến 0.
Hình 4.22. Máy chính phụ thuộc vào H/D và J chân vịt.
Cơng suất cần thiết để chân vịt quay được trong nước:
2 5 5 3 60 716 2 11 93 . . . . .( ) . , , Q Q K n D K D P= ρ n = ρ n (4.97)
Đồ thị tại hình 5.43 đường I - đường đặc tính ngồi, hay là cơng suất được phép sử dụng của máy chính. Thơng thường trên các máy diesel đường đặc tính ngồi cao hơn đường cơng suất vẽ cho chế độ Q = const = momen định mức. Đường II là hạn chế dưới của tần suất quay, mỗi máy chỉ cĩ thể làm việc ổn định ở tần suất quay cao hơn n tối thiểu. Đường III - đường đặc tính giới hạn dưới của máy. Đường IV - đường hãm làm nhiệm vụđiều khiển khơng cho phép máy quá tải tần suất quay.
Trong điều kiện tiêu chuẩn, tàu đạt vận tốc Vp nhất định, hệ số tiến J đạt giá trị tiêu chuẩn, chân vịt cĩ đường kính D và bước khơng đổi H/D = const địi hỏi được cấp cơng suất P định mức ở tần suất quay định mức n, điểm làm việc của hệ thống máy - chân vịt - vỏ tàu là A. Tại đây cơng suất máy đạt 100% định mức, tại
100% n định mức. Khi tàu làm việc trong những điều kiện thuận lợi hơn dự tính, ví dụ chạy xuơi dịng nước, tàu chở nhẹ vv..., chân vịt chỉđịi hỏi cơng suất nhỏ hơn cơng suất định mức của máy để đưa tàu vào hoạt động bình thường. Điểm làm việc tốt nhất của trường hợp này là C. Theo chế độ nặng tải, điểm làm việc giới hạn của trường hợp này là B, nằm trên đường momen quay định mức song tại n nhỏ hơn giá trịđịnh mức.
Chân vịt theo chếđộ chạy tự do
Theo chếđộ chạy tự do chân vịt làm việc tại momen quay ở chếđộ định mức, vịng quay máy định mức, tạo lực đẩy lớn nhất, thắng sức cản vỏ tàu, đưa tàu tiến với vận tốc nhanh nhất. Trong phạm vi tốc độ tàu từ 0 đến tốc độ khai thác cơng suất mà máy chính cĩ thể cấp cho chân vịt đọc trên đường đặc tính ngồi của máy. Sau khi đạt các giá trịđịnh mức cơng suất máy phục tùng đường điều khiển, theo đĩ vịng quay khơng vượt quá giới hạn cho phép, chân vịt làm việc theo chế độ n = const, trong khi cơng suất được cấp nhỏ hơn cơng suất định mức.
Hình 4.23 Quan hệ làm việc giữa máy - chân vịt.
Chân vịt thiết kế theo chếđộ kéo
Tàu làm nhiệm vụ kéo hoặc đẩy địi hỏi sức kéo trên mĩc lớn khi kéo (đẩy) thường ở tốc độ kéo khá nhỏ. Tàu kéo trên sơng thường khai thác ở phạm vi VT = 7 ÷ 8 km/h, tàu kéo chạy biển thường kéo ở
vận tốc 5 ÷ 7 HL/h, tàu kéo lưới trong nghề cá thường kéo lưới cùng cá tại vận tốc 3 ÷ 5 HL/h. Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo nhằm tạo ra sức đẩy lớn nhất mà chân vịt cĩ thể phát huy tại VT cho trước. Trong giai đọan vận tốc tàu nhỏ hơn VT, máy chính làm việc theo chếđộ momen quay Q định mức, chân vịt tạo lực đẩy lớn nhất.
Các chân vịt thường gặp
Các hình nêu tiếp giới thiệu bằng ảnh và hình các kiểu chân vịt gặp trong thực tế.
a)
d) c)
e) f)
g)
h)