Hiệu suất đẩy

2 Thiết bị đẩy

2.7.2 Hiệu suất đẩy

Hiệu suất đẩy là thước đo sử dụng cơng suất cung cấp cho chân vịt để thắng sức cản của tàu. Hiệu suất này đối với tàu biển nĩi chung giới hạn trong khoảng 0,60 ÷ 0,75; đối với tàu ven biển từ 0,50 ÷ 0,60. Tàu với máy xoay chiều, cĩ thể đo cơng suất từng xi lanh bằng cơng suất chỉ thị PI, vậy hiệu suất đẩy chung trong trường hợp này là tỷ số PE/PI.

Với tua bin, hiệu suất đẩy chung là tỷ số PE/PI.

Các hiệu suất cơ khí, tổn thất ở hộp giảm tốc, ở trục truyền động hồn tồn thay đổi giữa tàu này với tàu khác, phụ thuộc kiểu máy, các bố trí đường trục. Nĩi chung, khĩ xác định hiệu quả lực thủy động của tổ hợp tàu – chân vịt đối với hiệu suất đẩy chung.

Cơng suất truyền cho trục chân vịt để chuyển thành cơng suất đẩy theo yêu cầu, gọi là cơng suất cung cấp phải lớn hơn cơng suất đẩy vì tổn hao chân vịt khi làm việc.

Tỷ số giữa cơng suất đẩy với cơng suất cung cấp của chân vịt tự do (chân vịt làm việc trong mơi trường khơng giới hạn, trong mọi hướng, trong dịng khơng rối) gọi là hiệu suất chân vịt tự do:

DT T p P P   (3.101)

Hiệu suất chân vịt phụ thuộc vào đặc tính hình học của chân vịt, điều kiện làm việc cũng như chất lượng gia cơng chế tạo và lắp ráp.

Chân vịt làm việc sau đuơi tàu, làm việc trong dịng theo, chịu ảnh hưởng hình dáng phần đuơi tàu, trường tốc độ khơng đều, vì vậy ảnh hưởng đến hiệu suất chân vịt so với chân vịt tự do. Tỷ số giữa cơng suất đẩy với cơng suất cung cấp cho chân vịt làm việc sau đuơi tàu, được gọi là hiệu suất chân vịt sau tàu, ký hiệup.

DT T p P P   (3.102)

Tỷ số giữa hiệu suất chân vịt sau tàu với hiệu suất chân vịt tự do, được gọi là hiệu suất quay, ký hiệur. p p r     (3.103)

Các mơ hình thí nghiệm phân tích cho thấy, giá trị trung bình của hiệu suất quayr = 1,02 đối với tàu 1 chân vịt và bằng 0,985 đối với tàu 2 chân vịt.

Từ đĩ, hiệu suất chân vịt làm việc sau đuơi tàu:

p=pr (3.104)

Tỷ số giữa cơng suất hữu hiệu với cơng suất đẩy gọi là hiệu suất vỏ, ký hiệuv:

TE E v P P   (3.105)

Cơng suất cung cấp cho chân vịt nhỏ hơn cơng suất máy truyền qua trục với tổn hao trên đường trục do ma sát tại các ổ đỡ. Gọi tỷ số giữa cơng suất cung cấp với cơng suất máy truyền cho trục là hiệu suất đường trụct:

SD D t P P   (3.106)

Hiệu suất đường trục là thước đo tổn hao năng lượng tại các gối đỡ trục, tổn hao này thường khơng quá (2 ÷ 4)%, do vậyt= 0,96 ÷ 0,98.

Đối với máy thấp tốc, truyền động trực tiếp ra trục chân vịt, cơng suất trên trục bằng cơng suất tại bộ ly hợp máy, cơng suất đĩ là cơng suất hãm PB. Cơng suất hãm của động cơ cao tốc, truyền cho trục qua bộ giảm tốc bị suy giảm do tổn thất tại bộ giảm tốc. Tỷ số giữa cơng suất hãm với cơng suất trên trục chân vịt, gọi là hiệu suất giảm tốc, ký hiệuhs:

BD D hs P P   (3.107)

Hiệu suất giảm tốc phụ thuộc kiểu giảm tốc, ví dụ:

 Bộ giảm tốc cơ khí: hs= 0,96 ÷ 0,98

 Bộ giảm tốc cơ khí – thủy lực – điện từ: hs= 0,93 ÷ 0,96

 Bộ giảm tốc thủy lực hoặc điện từ: hs= 0,97 ÷ 0,98

Tác động qua lại giữa vỏ tàu và chân vịt cĩ ảnh hưởng lớn đến hoạt động của hệ động lực trên tàu. Khi xác định cơng suất máy chính cho chân vịt hoạt động cần thiết tính đến mọi tổn thất nảy sinh do hậu quả của tác động đĩ và các nguyên cớ khác xuất phát từ mơi trường và hệ thống tàu.

Cơng suất máy chính được truyền đến trục chân vịt qua hộp số, đường trục cùng các ổ đỡ trên đĩ. Cơng suất máy chính thơng thường được ghi trong lý lịch máy là cơng suất định mức, đo tại bệ thử máy, trong những điều kiện mơi trường tiêu chuẩn. Khi làm việc trong buồng máy tàu, điều kiện mơi trường để máy làm việc đổi thay với mức độ ít hoặc nhiều, so với điều kiện tiêu chuẩn. Thơng thường cĩ thể quan sát được, nhiệt độ buồng máy cao, độ ẩm tương đối đo đưộc trong buồng máy tàu trong vùng nhiệt đới thường lớn hơn nhiều so với điều kiện tiêu chuẩn. Trong những điều kiện như vậy cơng suất cịn lại của máy, đo tại đầu bích đầu máy cũng phải bị đổi thay so với những gì ghi trong lý lịch. Sự thay đổi này cĩ thể coi là bị ảnh hưởng của mơi trường. Nếu cơng suất đo tại phanh thử (gọi là brake) trong điều kiện tiêu chuẩn và ghi vào lý lịch là BHP (viết tắt từ Brake Horsepower), cơng suất thực tế khi tính đến tổn thất do mơi trường cĩ thể là:

PE=.BHP (3.108)

trong đĩđĩng vai trị hệ số mơi trường.

Cơng thức cuối này luơn là đề tài bàn cãi trong khi thiết kế. Theo ý kiến của rất đơng chuyên gia, khơng nên đưa khái niệm “hệ số mơi trường” vào thiết kế vì rằng đây đã là cách làm quen của những người thiết kết tàu tại châu Âu, Mỹ, là những nơi sản xuất ra máy thủy và máy ấy được dùng ngay cho tàu trên đất của họ, trong những điều kiện mơi trường khơng cách xa lắm điều kiện thử. Tuy nhiên thực tế đo đạc máy thủy nhập từ các nước xứ lạnh về miền nhiệt đới, và từ thực tế sử dụng các máy này trên các lọai tàu, cĩ thể thấy rằng, luơn cĩ tổn thất cơng suất do mơi trường gây ra với máy thủy. Hệ số mơi trường phụ thuộc vào nhiệt độ mơi trường làm việc, độ ẩm tương đối và cĩ thể thấynằm trong phạm vi bảng 3.5 sau:

Bảng 3.5. Hệ số mơi trường

Nhiệt độ, () 20 25 30 35 40 45

Hệ số  1,0 0,98 0,96 0,94 0,92 0,89

Cơng suất dẫn đến đầu trục chân vịt, qua hộp số, đường trục cùng các ổ đỡ tính bằng cơng thức:

PD=hstPE. (3.109)

Cơng thức trên chứa hai hiệu suất,hs - hiệu suất hộp số, t- hiệu suất đường trục. Giá trị tham khảo của hai hệ số này như sau.

t = 0,95 áp dụng cho đường trục dài, = 0,97 cho đường trục ngắn;

hs= 0,950,97 với hộp số thủy lực; = 0,970,98 với hộp số điện từ.

Trong tài liệu này cơng suất dẫn đến trục chân vịt ký hiệu DHP hoặc PD tính theo cơng thức:

DHP =.hstBHP (3.110)

Cơng suất cần thiết để tạo ra lực đẩy T, thắng sức cản tàu R, đưa tàu đi với vận tốc V, tính trong hệ kỹ thuật sẽ là:

EPS = R V*

75 (3.111)

với R đo bằng (kG), V bằng (m/s).

Tỷ lệ giữa EPS và DHP mang tên gọi hiệu suất động lực.

DL= EPS

DHP (3.112)

Cơng suất mà lực đẩy của chân vịt T, thực hiện trong đơn vị thời gian, làm cho tàu chạy và chân vịt di chuyển với vận tốc Vp, tính theo cơng thức quen thuộc:

THP = T Vp*

75 (3.113)

gọi là cơng suất đẩy, ký hiệu bằng THP hoặc PT. Tỷ lệ giữa EPS và THP cĩ tên gọi đặc biệt “ hiệu suất vỏ tàu”:

V= EPS

THP = R V

T Vp

*

* (3.114)

Nếu thay Vp = V(1-w) và Te = T(1 - t) vào biểu thức cuối sẽ nhận được cơng thức sau đây: V t w    1 1 (3.115)

“Hiệu suất vỏ tàu” cĩ thể mang giá trị lớn hơn 1, tùy thuộc vào t và w. Trung bình hiệu suất này nằm trong khoảng 0,98 1,20.

Hiệu suất chân vịt làm việc sau tàu, như chúng ta đã biết từ các phần trước, tính bằng tỷ lệ giữa THP và DHP:

P* = THP

DHP (3.116)

Tại đây chúng ta cĩ thể viết lại biểu thức tính hiệu suất động lực như sau.

DL= EPS DHP EPS THP THP DHP V P  *  * * (3.117)

Hiệu suất động lực dạng đầy đủ sẽ là:

DL= EPS

DHPV *P*r (3.118)

Thành phần hiệu suất rgọi là hiệu suất xốy, nằm trong phạm vi 0,95 1,05. Cơng thức tính hiệu suất đặc trưng này theo Holtrop cĩ dạng:

Tàu một chân vịt.

r= 0,9922-0,05908.( AE/A0) + 0,07424.(CP- 0,0225.LCB) (3.119) Tầu hai chân vịt.