ĐI SÂU NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG CHÂN VỊT MŨI TÀU B170 Chương 5
Giới thiệu chung về hệ thống chân vịt mũi 5.1. Tổng quan về hệ thống chân vịt mũi.
5.1.1. Chức năng,yêu cầu của hệ thống chân vịt mũi.
Hệ thống chân vịt mũi trên tàu có chức năng đẩy mũi tàu sang phải hay sang trái nhằm hỗ trợ tàu trong q trình điều động, quay trở, tăng tính cơ động của tàu. Hệ thống chân vịt mũi rất quan trọng để khai thác tàu một cách an toàn, kinh tế, hiệu quả.
Hệ thống chân vịt mũi thường hoạt động trong q trình điều động,nên địi hỏi tính chính xác, ổn định, đặc biệt là hệ thống điều khiển. Hệ thống chân vịt mũi ln phải có ít nhất hai trạm điều khiển để có thể thực hiện chuyển đổi vị trí điều khiển khi cần thiết.
5.1.2. Phân loại hệ thống chân vịt mũi.
a) b)
Hình 5.1
Thơng thương căn cứ vào cấu trúc của chân vịt người ta phân hệ thống chân vịt mũi làm hai loại:
a. Hệ thống chân vịt mũi có bước cố định: (hình a)
Bước chân vịt ở đây là cố định, vì vậy để đảo chiều quay và thay đổi tốc độ của chân vịt thì ta phải tác động lên động cơ lai.Sử dụng phổ biến động cơ dị bộ rotor lịng sóc, động cơ dị bộ rotor dây quấn
Vì động cơ có cơng suất tương đối lớn nên thiết bị biều khiển cồng kềnh,mất an toàn.
b. Hệ thống chân vịt mũi biến bước: (hình b)
Động cơ lai chân vịt quay với tốc độ và chiều quay không đổi, động cơ lai có thể là động cơ diesel, hoặc động cơ dị bộ rotor lồng sóc,dây quấn ln quay với tốc độ khơng đổi.Việc
54
điều khiển được điều khiển thông qua điều khiển bước chân vịt.Bước chân vịt được thay đổi từ 0-100% phải và từ 0-100% trái
Vì yêu cầu phải có nhiều vị trí điều khiển nên bắt buộc phải có hệ thống chỉ báo bước chân vịt.
Quy trình hoạt động của hệ thống này như sau: - Cấp nguồn cho hệ thống
- Khởi động động cơ lai chân vịt.Mạch khởi động phải đảm bảo các yêu cầu sau: Chỉ cho phép khởi động cơ khi bước chân vịt bằng “zero” nhằm đảm bảo an toàn và tránh quá tải.Mạch kiểm soát nguồn cung cấp thường được kiểm soát qua khối quản lí nguồn PMS.Do động cơ lớn nên thường sử dụng mạch khởi động gián tiếp.
- Điều chỉnh bước chân vịt thay đổi từ 0-100% trái hoặc phải tuỳ theo yêu cầu và đòi hỏi mức độ quay mũi tàu.
5.1.3. Cấu trúc hệ thống chân vịt mũi biến bước.
Kết cấu chung của hệ thống chân vịt biến bước được thể hiện thông qua sơ đồ sau :
Hình 5.2
Trong đó :
(1): Các trạm điều khiển từ xa. (2): Trạm diều khiển trung tâm. (3): Bộ điều tốc.
(4): Trạm điều khiển tại chỗ. (5): Cảm biến bước chân vịt. (6): Động cơ sơ cấp.
(7): Cảm biến tốc độ động cơ lai. (8): Ly hợp chân vịt.
(9): Trục chân vịt.
55
(11): Chân vịt.
Việc điều khiển có thể được thực hiện thơng qua các trạm điều khiển từ xa (1) hay trạm điều khiển trung tâm (2) đặt tại buồng điều khiển trung tâm thông qua các tay điều khiển hay các thiết bị điều khiển tương ứng. Các tín hiệu điều khiển từ các trạm điều khiển từ xa cũng được đưa về trạm điều khiển trung tâm. Tín hiệu từ trạm điều khiển trung tâm được khuyếch đại lên đủ lớn với các tín hiệu tương ứng điều khiển bước chân vịt thông qua cơ cấu dịch bước (10), tốc độ động cơ sơ cấp thơng qua bộ điều tốc (3) và điều khiển đóng mở ly hợp (8) chân vịt. Trạm điều khiển trung tâm nhận các tín hiệu phản hồi tốc độ động cơ (7) và bước chân vịt (5) phục vụ điều khiển.
Việc điều khiển bước chân vịt, tốc độ động cơ lai chân vịt và ly hợp cũng có thể được điều khiển trực tiếp ở các trạm điều khiển trực tiếp đặt tại buồng máy và tại hầm chân vịt.
Tại các trạm điều khiển đều được lắp đặt cơ cấu hiển thị bước chân vịt và hiển thị tốc độ động cơ lai phục vụ điều khiển.
Hệ thống điều khiển chân vịt.
a.Đặc điểm của chân vịt biến bước :
Hình 5.3
- Cánh chân vịt có khả năng quay quanh trục vng góc với trục quay của chân vịt. - Trong trục truyền động quay chân vịt gồm cả cơ cấu điều khiển dịch bước chân vịt có thể là các trục chuyển động quay, chuyển động tịnh tiến hoặc là cơ cấu dầu thuỷ lực điều khiển dịch bước chân vịt.
56
b.Cơ cấu điều khiển dịch bước chân vịt:
Các cơ cấu dịch bước chân vịt thường được sử dụng:
Hình 5.4
a) Cơ cấu dịch bước kiểu bánh răng ăn khớp ( hình a)
Khi trục điều khiển quay, nhờ sự ăn khớp giữa 2 bánh răng làm thay đổi vị trí của cánh chân vịt.
b) Cơ cấu dịch bước kiểu trục vít ( hình b)
Khi trục điều khiển chuyển động quay trong trục chân vịt làm quay trục vít vơ tận làm cho cánh chân vịt được thay đổi vị trí.
c) Cơ cấu dịch bước kiểu khối trượt ( hình c)
Khi trục điều khiển chuyển động tịnh tiến trong trục chân vịt tác động vào khối trượt điều khiển dịch bước chân vịt
d) Cơ cấu dịch bước kiểu tay biên ( hình d)
Trục điều khiển chuyển động tịnh tiến trong trục chân vịt thông qua cơ cấu tay biên biến đổi chuyển động tịnh tiến của trục thành chuyển động quay cánh chân vịt.
c. Trạm điều khiển từ xa
Các trạm điều khiển từ xa được lắp đặt trên buồng lái và các vị trí thuận tiện cho việc điều khiển.
Các trạm điều khiển từ xa thường được bố trí các thiết bị điều khiển và chỉ báo trạng thái hoạt động của hệ thống. Khi có nhiều trạm điều khiển từ xa thì hệ thống có thiết bị chuyển đổi vị trí điều khiển giữa chúng. Lệnh điều khiển ở các trạm điều khiển từ xa là tương đương và được đưa về trạm điều khiển trung tâm.
57
được bố trí vừa đủ các thiết bị điều khiển điều khiển và chỉ báo.
d. Trạm điều khiển trung tâm
Trạm điều khiển trung tâm thường được đặt ở buồng máy. Là trạm điều khiển chính của hệ thống, khuyếch đại các tín hiệu điều khiển cũng như các tín hiệu điều khiển từ các trạm điều khiển từ xa đưa tới các thiết bị thực hiện tương ứng.
Trạm điều khiển trung tâm có đầy đủ các thông tin về trạng thái hoạt động của hệ thống và các thiết bị chỉnh định, thay đổi các thông số điều khiển. Cho phép điều khiển và chuyển đổi giữa các vị trí điều khiển cũng như quyết định trạng thái điều khiển của các trạm điều khiển từ xa
Tuỳ vào mức độ hiện đại của từng tàu mà trạm điều khiển trung tâm có thể được lắp đặt hệ thống giám sát cũng như các hệ thống hỗ trợ điều khiển theo chương trình.
Tại trạm điều khiển trung tâm cho phép người vận hành thực hiện tất cả các chức năng điều khiển của hệ thống hoặc phối hợp điều khiển với các trạm điều khiển từ xa nhằm tối ưu mục đích điều khiển.
e. Trạm điều khiển tại chỗ
Trạm điều khiển tại chỗ được lắp đặt ngay ở buồng máy chính điều khiển máy chính và hầm chân vịt điều khiển chân vịt.
Các trạm điều khiển tại chỗ có thể được điều khiển bởi tín hiệu điều khiển từ trạm điều khiển trung tâm và có cũng có thể hoạt động độc lập trong trạng thái sự cố của hệ thống khi đó thao tác điều khiển thường là trực tiếp trên các thiết bị cơ khí như tác động trực tiếp vào các van hay các cần điều khiển cơ khí.
Các trạm điều khiển thường chỉ thực hiện các chức năng điều khiển riêng biệt với từng với từng thiết bị cụ thể mà khơng điều khiển được tồn bộ hệ thống.
f. Các thiết bị chỉ báo trong hệ thống
Các thiết bị chỉ báo chính trong hệ có thể hoạt động độc lập với hệ thống điều khiển và chỉ đưa các thông số về hệ thống phục vụ điều khiển và hiển thị.
Các thiết bị chỉ báo bước chân vịt và tốc độ động cơ biến đổi trực tiếp các tín hiệu từ các cảm biến bước chân vịt, máy phát tốc của động cơ và hiển thị trên các vị trí điều khiển.
Các chỉ báo về trạng thái hoạt động của hệ thống thường được hiển thị trên các trạm điều khiển. Các tín hiệu của cảm biến tương ứng với từng thông số của hệ thống được biến đổi và đưa về hệ thống điều khiển và được hiển thị khi được yêu cầu trên hệ thống điều khiển.
5.1.4. Hệ thống phản hồi,chỉ báo bước chân vịt bước chân vịt.
Bước chân vịt được hiểu là độ mở của cánh chân vịt so với trạng thái trung tính,tức là khơng gây ra lực đẩy làm tàu chuyển động.
58
lượng tương đối được hiểu là khi bước đạt đên giá trị này thì cơng suất của động cơ quay chân vịt đạt giá trị định mức.Thường để tránh q tải cho động cơ thì tại vị trí này phải có ngắt cuối về điện và bằng cơ khí.
Để điều khiển bước chân vịt được an tồn và có hiệu quả thi tại mọi thời điểm ta phải biết được giá trị bước tức thời . Để phục vụ cho điều này thì hệ thống có hệ thống chỉ báo bước chân vịt.Việc xác định bước thông qua đồng hồ chỉ báo bước.
Khi bước dịch chuyển thì sẽ có sự thay đổi vị trí của của phần tử cơ khí trên trục.Vì vậy thơng qua việc sử dụng cảm biến ta có thể xác định được bước chân vịt.
Trong hệ thống chỉ báo bước đầy đủ thì nó có thêm ba mạch điều chỉnh là mạch điều chỉnh “zero”,mạch điều chỉnh 100% phải và mạch điều chỉnh 100% trái.
Hệ thống chỉ báo bước hoạt động độc lập bên cạnh hệ thống dịch bước và hệ thống điều khiển động cơ lai chân vịt.
Các hệ thống chỉ báo bước hiện nay chủ yếu sử dụng xenxin làm việc ở chế độ chỉ báo hoặc dùng biến trở.
5.1.5. Hệ thống điều khiển bước chân vịt. a. Khái niệm chung: a. Khái niệm chung:
- Các hệ thống điều khiển bước chân vịt phổ biến hiện nay là điện thuỷ lực,trên các đội
tàu Việt Nam chủ yếu là của Ba Lan ,Nhật Bản,Tây Âu.
- Sơ đồ tổng thể có dạng:
Hình 5.5
Đóng nguồn cấp và khởi động động cơ lai bơm thuỷ lực với lưu lượng không đổi.Bơm sẽ quay với tốc độ không đổi n và dầu thuỷ lực sẽ được hút từ két đưa đến khối van điện từ. Trong trường hợp mà khơng có tín hiệu điều khiển thì dầu được hồi về két.
Trong trường hợp có tín hiệu điều khiển phải (trái) van điện từ có điện cấp dầu điều khiển cơ cấu dịch bước tương ứng.
59
b. Các chế độ hoạt động:
Có hai chế độ hoạt động cơ bản là chế độ điều khiển đơn giản và chế độ điều khiển lặp.
- Chế độ đơn giản:
Khi có tác động của người điều khiển thì van có điện va bước dịch chuyển.Khi khơng tác động nữa thì van mất điện va bước dừng ở đó.Để biết được giá trị bước ta nhìn vào đồng hồ chỉ báo bước.
Hình 5.6
A1,A2: Hai tiếp điểm đóng kín lại khi chuyển sang chế độ điều khiển đơn giản. B1,B2: Mạch gồm những khoá khống chế như ngắt cuối…
- Khi tay điều khiển ở vị trí 0 : v.s = 0 v.p = 0 - Khi tay điều khiển ở vị trí s (phải) : v.s = 1 v.p = 0 -Khi tay điều khiển ở vị trí p (trái) : v.s = 0 v.p = 1 - Chế độ lặp:
Ở chế độ này,khi tay điều khiển đạt giá trị bao nhiêu thì bước dịch chuyển bấy nhiêu % và dừng lại ở đó.
60
Hình 5.7
Hàm điều khiển có dạng như sau: y = A1. Vr(VR1) – A2. Vr(VR2).
- Khi bẻ tay điều khiển sang trái (10%) khi đó sẽ xuất hiện tín hiệu tương ứng y > 0, làm cho cuộn a có điện.Khi đó bước được dịch chuyển sang trái và y giảm dần. Đến khi y=0 thì a mát điện,bước dừng lại ở vị trí tương ứng.
- Trường hợp điều khiển ngược lại diễn ra tương tự. - Hệ thống có một số đặc điểm như sau :
Do có vùng khơng nhạy,mạch khuếch đại,sai số của khâu truyền cơ khí nên chắc chắn gây ra sai số điều khiển nhất định
Các hệ số A1,A2 có thể điều chỉnh được.
Các biến trở VR1,VR2 là loại chuyên dụng có tuổi thọ cao, độ tiếp xúc tốt,trong nhiều trường hợp nó được đặt trong két dầu cách điện.Các mạch khuếch đại hiện nay phổ biến dùng các linh kiện điện tử rời,các mạch khuếch đại thuật toán,sử dụng các kênh analog…
5.1.6. Đánh giá về ưu nhược điểm của hệ thống chân vịt mũi biến bước.
Ưu điểm :
- Động cơ lai chân vịt khơng cần địi hỏi q cao về khả năng thay đổi tốc độ cũng như thay đổi về chiều quay. Nếu là động cơ điện thì chỉ cần sử dụng động cơ lồng sóc cũng đáp ứng đủ các yêu cầu điều khiển.
- Hệ thống chân vịt biến bước có thể sử dụng tất cả các loại động cơ làm động cơ sơ cấp lai chân vịt mà không cần các động cơ yêu cầu cao về chất lượng thay đổi tốc độ cũng như thay đổi chiều quay. Có thể sử dụng các loại động cơ diesel trung và cao tốc để làm
61
giảm trọng lượng thiết bị hay cũng có thể sử dụng các động cơ điện rotor lồng sóc lai chân vịt làm tăng độ tin cậy của hệ thống.
- Việc điều khiển tốc độ và chiều chuyển động của tàu thông qua điều khiển bước chân vịt là nhẹ nhàng và cơ động hơn so với thay đổi tốc độ cũng như chiều quay của động cơ lai, làm giảm thời gian quá độ trong điều khiển, nâng cao tính cơ động và tính an tồn trong điều động cũng như trong các chế độ hành trình. Có thể sử dụng các hệ thống tự động hoá và điều khiển hiện đại trong hệ thống chân vịt biến bước.
- Với sự kết hợp điều khiển giữa điều khiển tốc độ động cơ lai và bước chân vịt thì hệ thống cho phép sử dụng tối đa công suất động cơ trong giới hạn kinh tế nhất.
- Với việc điều khiển bước chân vịt ở vị trí “0” khi khởi động, tải trên trục động cơ khi khởi động được giảm xuống giá trị nhỏ nhất. Làm giảm thời gian khởi động động cơ và cải thiện tốt quá trình khởi động cho động cơ.
Với các ưu điểm vượt trội trên so với hệ thống chân vịt có bước cố định thì hệ thống chân vịt biến bước ngày càng được sử dụng phổ biến đặc biệt trên các tàu cơng trình, các tàu quân sự, các tàu nghiên cứu, thăm dò cũng như trên các tàu vận tải.
Nhược điểm của hệ thống :
- Hệ thống chân vịt biến bước có cấu tạo phức tạp, hệ thống điều khiển với nhiều chức năng điều khiển đặc biệt khi sử dụng các hệ thống điều khiển hiện đại yêu cầu người khai thác, vận hành, sửa chữa phải có trình độ chun mơn nhất định.
- Hệ thống chân vịt biến bước thường có giá thành cao hơn so với hệ thống chân vịt có bước cố định.
5.2. Giới thiệu chung về hệ thống chân vịt mũi tàu B170. 5.2.1. Các thông số kĩ thuật của chân vịt : 5.2.1. Các thông số kĩ thuật của chân vịt :
Chân vịt mũi của tàu B170 là loại chân vịt biến bước với số cánh chân vịt là Z=3 và đường kính chân vịt Ds = 1160mm. Chất liệu bên ngồi của trục chân vịt là thép cácbon, cịn chất liệu của trục và cánh chân vịt làm bằng hợp kim đồng - thiếc.
Động cơ lai chân vịt là động cơ dị bộ rotor lồng sóc xoay chiều 3 pha có cơng suất là N = 750KW và có tốc độ quay là n1= 1187rpm. Khi động cơ lai chân vịt quay sẽ làm chân vịt quay với tốc độ n2= 408rpm.
Các thông số kĩ thuật của hệ thống thuỷ lực :
- Công suất của động cơ lai bơm thủy lực : Ne = 4,8KW.