CHƯƠNG 2 PHƯƠNG THỨC VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG
2.1. PHƯƠNG THỨC TRUYỀN ĐỘNG VÀ PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 1. Công dụng của thiết bị truyền động
Thiết bị truyền chuyển động từ động cơ chính đến chong chóng thường gọi là thiết bị truyền động. Thiết bị truyền động chính trong hệ thống động lực tàu thủy bao gồm: hệ trục, thiết bị nối – tách trục (hay ly hợp) và bộ giảm tốc (hay hộp số).
Công dụng của thiết bị truyền động là:
– Truyền chuyển động quay hay công suất từ động cơ chính đến chong chóng.
– Làm thay đổi được mômen quay của chong chóng do đó làm cho việc thiết kế chong chong được dễ dàng và đạt được hiệu suất cao hơn, đồng thời làm cho hệ động lực phù hợp hơn với một số chế độ khai thác của tàu.
– Nhờ thiết bị truyền động mà động cơ chính không chịu ảnh hưởng trực tiếp của chong chóng, do đó có thể chọn động cơ chính có tính kinh tế và độ tin cậy cao. Và do vòng quay của động cơ không bị hạn chế nên có thể chọn động cơ có các chỉ tiêu trọng lượng và kích thước mong muốn.
– Sử dụng thiết bị truyền động không những khống chế được vòng quay và chiều quay của trục chong chóng mà còn tạo khả năng tự động điều chỉnh đặc tính quan hệ giữa động cơ chính và chong chóng.
– Sử dụng thiết bị truyền động có thể thay đổi được đặc tính đàn hồi của hệ trục, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp và vận hành an toàn.
2.1.2. Phân loại phương thức truyền động
Trang trí động lực tàu thủy dùng nhiều loại động cơ chính khác nhau, đặc tính đẩy của tàu cũng khác nhau nên phương thức truyền động cũng khác nhau. Phương thức truyền động thường phân thành 3 loại chính sau:
1– Truyền động trực tiếp
Truyền động trực tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng bằng số vòng quay của động cơ chính.
Loại phương thức truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất lớn và vừa, vòng quay của chong chóng trong khoảng 85 ÷ 300 rpm (vòng/phút). Trong vài trường hợp đặc biệt vòng quay của chong chóng có thể cao hơn các trị số nêu trên; chẳng hạn như:
một số tàu khách chạy trong luồng lạch cạn và một số tàu quân sự.
▪ Truyền động trực tiếp có ưu điểm:
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
– Hiệu suất truyền động cao, vì ngoài tổn thất trên đường trục ra không còn tổn thất nào khác.
– Suất tiêu hao nhiên liệu của các loại động cơ sử dụng trong truyền động trực tiếp thấp (130 ÷ 150 g/hp.h) và thấp hơn loại động cơ có số vòng quay cao từ 6 ÷ 25%.
– Hiệu suất chong chóng cao, do được thiết kế với số vòng quay phù hợp.
– Hệ động lực đơn giản, thiết bị chắc chắn, làm việc tin cậy, bảo quản dễ dàng, ít ồn và gây chấn động, tuổi thọ cao...
▪ Nhược điểm của truyền động trực tiếp:
– Trọng lượng và kích thước của động cơ chính lớn. Đối với tàu có yêu cầu lượng chiếm nước nhỏ và công suất lớn thì dạng truyền động này không phù hợp.
– Tính cơ động (đảo chiều quay của chong chóng) kém linh hoạt hơn do phải sử dụng động cơ tự đảo chiều.
– Ít phù hợp với loại tàu có nhiều chế độ khai thác (chế độ tải)...
2– Truyền động gián tiếp
Truyền động gián tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng khác với số vòng quay của động cơ chính.
Sự khác nhau nói trên có thể tuân theo một tỷ lệ nhất định hoặc không theo một tỷ lệ nào cả. Và do vậy, trên đường trục đối với dạng phương thức truyền động này thường có thêm một số thiết bị trung gian đặc biệt để truyền công suất, như: thiết bị nối trục hay bộ giảm tốc...
Truyền động gián tiếp được chia ra làm 2 loại:
– Truyền động gián tiếp có bộ ly hợp; bao gồm các loại sau: ly hợp thủy lực, ly hợp ma sát cơ giới, ly hợp khí động, ly hợp điện từ.
– Truyền động gián tiếp có bộ giảm tốc (hộp số); bao gồm: bộ giảm tốc thủy lực, bộ giảm tốc bánh răng...
Truyền động gián tiếp có một số đặc điểm:
– Khi dùng bộ ly hợp thì bất cứ lúc nào cũng có thể ly và hợp trục động cơ với trục chong chóng. Nếu bộ ly hợp là dạng đảo chiểu được thì động cơ chính được sử dụng là loại không tự đảo chiều, kết cấu của động cơ chính đỡ phức tạp và vận hành thuận tiện hơn. Bộ ly hợp đàn tính hay thủy lực có khả năng làm giảm nhẹ xung lực, dao động xoắn, và do đó có khả năng bảo vệ động cơ và hệ trục làm việc an toàn. Trong những năm gần đây bộ ly hợp đàn tính và thủy lực được dùng nhiều trên các tàu lai dắt hoặc tàu chạy vùng băng giá.
– Dùng truyền động gián tiếp có thể khắc phục được toàn bộ những nhược điểm của phương thức truyền động trực tiếp. Đó là việc sử dụng được động cơ cao tốc (với kích thước và
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: 27
trọng lượng nhỏ) làm giảm được đáng kể kích thước và trọng lượng của hệ động lực; bên cạnh đó có thể kết hợp với bộ giảm tốc nhiều cấp tỷ số truyền để thu được nhiều chế độ vòng quay của chong chóng.
– Một ưu điểm nổi bật của dạng phương thức truyền động gián tiếp đó là có thể làm tăng hiệu suất của trang trí động lực khi tải ngoài thay đổi. Trong trường hợp thiếu động cơ công suất lớn, có thể dùng nhiều động cơ để quay một chong chóng. Khi đó, khả năng dự trữ công suất cho hệ động lực sẽ cao hơn. Khi chong chóng làm việc ở chế độ tải bộ phận thì chỉ cần vận hành một động cơ và động cơ đó vẫn làm việc ở đường đặc tính ngoài, nâng cao được hiệu suất của hệ động lực. Hoặc trong những trường hợp đặc biệt cũng có thể dùng một động cơ thông qua bộ giảm tốc để quay nhiều chong chóng. Loại truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất nhỏ và vừa.
– So với dạng phương thức truyền động trực tiếp, truyền động gián tiếp có hiệu suất thấp hơn vì có thêm các thiết bị trung gian, độ tin cậy giảm, hệ thống phức tạp hơn.
3– Truyền động đặc biệt
Truyền động đặc biệt bao gồm 2 dạng chủ yếu sau: truyền động điện và truyền động chong chóng biến bước.
3–1 Truyền động điện
Đặc điểm của loại truyền động này là giữa động cơ và chong chóng không có sự liên hệ cơ giới. Động cơ lai máy phát điện, cung cấp điện cho động cơ điện lai chong chóng. Do năng lượng truyền từ động cơ đến chong chóng được chuyển hóa 2 lần nên hiệu suất của dạng phương thức truyền động này thấp hơn hai phương thức trên.
Điện truyền động có những đặc điểm đặc biệt sau:
– Không cần có hệ trục dài và bố trí nhiều gối trục trung gian, động cơ có thể bố trí ở bất cứ vị trí nào thích hợp trong buồng máy. Tính linh hoạt và năng lực dự trữ lớn.
– Khi cần thay đổi chiều quay của chong chóng, chỉ cần thay đổi chiều quay của động cơ điện; như vậy sẽ thao tác nhanh chóng và tiện cho việc điều khiển từ xa.
– Động cơ chính (diesel lai máy phát) không bị ảnh hưởng bởi vòng quay và chiều quay của chong chóng nên có thể dùng động cơ cao tốc quay một chiều, và do đó trọng lượng của trang trí động lực giảm xuống theo hướng có lợi.
– Trong sử dụng sẽ khai thác một cách có hiệu quả động cơ chính, vì cùng một lúc động cơ chính có thể cung cấp năng lượng điện cho hệ động lực lẫn các phụ tải điện khác trên tàu.
Đồng thời, việc sử dụng nhiên liệu nặng sẽ đem lại hiệu quả tích cực trong trường hợp này.
– Nhược điểm của dạng phương thức truyền động này là trang trí động lực phức tạp, hiệu suất thấp, giá thành đầu tư cao, yêu cầu kỹ thuật cao khi vận hành, do đó chỉ dùng trong
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
những tàu đặc biệt như tàu phá băng, tàu quân sự, tàu lai dắt đặc biệt, tàu yêu cầu tính cơ động cao. Dạng truyền động này có tiếng ồn khá lớn nên phải dùng các biện pháp giảm chấn, giảm âm thích hợp để khắc phục.
3–2 Truyền động chong chóng biến bước
Loại truyền động này có thể sử dụng phương thức truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp.
Đặc điểm của dạng truyền động này là:
– Chiều quay của chong chóng không đổi nhưng tàu vẫn thực hiện được hành trình tiến hoặc lùi.
– Thay đổi bước của chong chóng sẽ đạt được những yêu cầu mong muốn trong bất kỳ tốc độ hành trình nào, nâng cao được tính kinh tế của trang trí, phát huy được đầy đủ công suất của động cơ; đồng thời động cơ làm việc ổn định kể cả khi chong chóng có tốc độ quay chậm.
– Tăng cường tính cơ động của tàu và thuận tiện cho việc điều khiển từ xa.
Tuy nhiên, vì phải có thiết bị điều khiển đặc biệt trong hệ trục và cánh chong chóng khiến việc chế tạo, lắp ráp gặp nhiều khó khăn, thiết bị làm kín đòi hỏi độ tin cậy lớn và rất phức tạp. Những năm gần đây truyền động chong chóng biến bước được dùng khá nhiều trên các đội tàu đánh cá, tàu container.
2.1.3. Lựa chọn phương thức truyền động
1– Phù hợp với công dụng và khu vực hoạt động của tàu
Với cùng một loại thiết bị truyền động thì có thể lắp cho các tàu có công dụng và khu vực hoạt động khác nhau; nhưng mỗi một phương thức truyền động thì chỉ phù hợp với một loại tàu nhất định. Ví dụ như: tàu chạy ở các vùng có băng giá, nhiều rong rêu thường chọn động cơ có tốc độ thấp và có thiết bị nối trục thủy lực để đảm bảo cho động cơ được an toàn khi chong chóng bị sự cố; hoặc tàu phá băng cần có mômen xoắn lớn nên chọn truyền động điện là phù hợp và ưu việt nhất; các tàu hàng khô chạy biển thì dùng phương thức truyền động trực tiếp hay truyền động giảm tốc nhằm nâng cao hiệu suất kinh tế của trang trí.
2– Đạt được tính kinh tế của các loại truyền động
Khi chọn phương thức truyền động thì phải xét đến chỉ tiêu kinh tế. Để đạt được hiệu suất cao nhất thì nên chọn phương thức truyền động trực tiếp; các dạng truyền động còn lại có hiệu suất nhỏ hơn, tuy nhiên nó lại được hiệu quả kinh tế – kỹ thuật trong những trường hợp nếu sử dụng phương thức truyền động trực tiếp không đạt yêu cầu.
Nói tóm lại, việc đạt được tính kinh tế cao trong lựa chọn phương thức truyền động nào chỉ thực sự thích hợp khi đã đạt được yếu tố kỹ thuật trong lựa chọn phương thức truyền động đó.
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: 29
3– Phù hợp với sự phát triển của động cơ chính
Những năm gần đây nhiều loại động cơ mới được dùng trên tàu thủy (như động cơ cao tốc, piston tự do, tuabin khí, các động cơ diesel được cường hóa với việc tự động hóa và hỗ trợ điều khiển của các thiết bị điện tử...) do đó phương thức truyền động cũng có những yêu cầu thích ứng. Các thiết bị truyền động không ngừng được cải tiến và phát triển theo sự phát triển của trang trí động lực. Sự phát triển của trang trí động lực là hướng vào tốc độ, năng lực hoạt động, độ tin cậy, giảm trọng lượng và kích thước, do đó phương thức truyền động cũng phải hướng theo xu thế này. Điều này được thể hiện rừ trong thiết kế và kết cấu của cỏc thiết bị truyền động.
Từ sự phân tích trên, có thể đưa ra một số cách chọn phương thức truyền động như sau:
– Nếu động cơ có số vòng quay thấp (hoặc thấp tốc), cỡ lớn được thiết kế lắp đặt trên tàu có trọng tải lớn thì nên chọn phương thức truyền động trực tiếp.
– Với động cơ có số vòng quay lớn (hoặc cao tốc), yêu cầu tính cơ động cao thì có thể dùng phương thức truyền động giảm tốc, ly hợp giảm tốc truyền động gián tiếp.
– Những năm gần đây việc sử dụng động cơ quay một chiều và tua–bin khí trở nên rộng rãi, do đó phương thức truyền động giảm tốc, điện truyền động và chong chóng biến bước có nhiều hướng phát triển và ứng dụng hơn.
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
2.2. LY HỢP MA SÁT