CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA LIÊN HỢP MÁY - VỎ - CHÂN VỊT TÀU THỦY
2.3 Ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến quá trình làm việc của vỏ tàu
2.3.1 Phương pháp và kết quả nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến đường đặc tính vỏ tàu.
Tương tự như đối với chân vịt, hai yếu tố sử dụng ảnh hưởng đến quá trình làm việc vỏ tàu cũng như tình trạng kỹ thuật bề mặt vỏ tàu và điều kiện hàng hải trong đó quan trọng nhất là quá trình ăn mòn và bám bẩn bề mặt vỏ tàu. Sự thay đổi tình trạng kỹ thuật của bề mặt vỏ tàu thể hiện ở sự gia tăng độ nhám của bề mặt vỏ tàu do quá trình ăn mòn, quá trình bám bẩn do hàu, hà, rong rêu… là quá trình rất phức tạp và phụ thụôc nhiều yếu tố như chất lượng lớp sơn phủ, điều kiện khí hậu vùng biển, mức độ khai thác, nhất là thời gian tàu nằm tại bến, do đó mặc dù được nghiên cứu từ rất lâu nhưng kết quả về vấn đề này vẫn còn rất hạn chế. Trong thực tế, ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến quá trình làm việc của vỏ tàu được xác định bằng cách thử nghiệm kéo các tàu thực để xác định sức cản thực tế, do đó kết quả nhận được sẽ rất khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào điều kiện thí nghiệm. Ví dụ như theo các nhà nghiên cứu người Anh thì sức cản tăng trung bình khoảng 0,25% trong một ngày đêm ở vùng nước có nhiệt độ trung bình và 0,5% ở vùng biển xích đạo. Trong khi đó các nhà khoa học Ý thì cho rằng sau 6 tháng hoạt động thì vận tốc tàu sẽ giảm khoảng 1,5 g 2hl/h, các nhà khoa học Mỹ thì lại cho rằng sau một năm khai thác thì vận tốc tàu mới giảm khoảng 1,5 g 2hl/h, còn nhà khoa học Đức M.Ragg cho rằng sau một ngày đêm hoạt động thì sức cản vỏ tàu tăng lên khoảng 0,5% và khi độ nhám của vỏ tàu tăng lên khoảng 2mm thì vận tốc tàu sẽ giảm xuống khoảng 3%. Trong khi xác định công suất khai thác thực tế trên tàu Sông Đáy và
Hải Phòng, GS Trần Hữu Nghị cũng đã kết luận là để giữ cho tốc độ quay động cơ không đổi chi phí công suất trước khi lên đà phải lớn hơn hàng trăm mã lực chi phí công suất sau xuống đà và tốc độ quay càng lớn thì độ tăng công suất động cơ càng lớn. Ví dụ hình 17 là kết quả thực nghiệm xác định ảnh hưởng của các yếu tố sự dụng đến đường đặc tính vỏ tàu cụ thể theo thời gian khai thác.
Hình 17: Ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến đường sức cản tàu
2.3.2 Đánh giá sơ bộ ảnh hưởng của độ nhám bề mặt đến sức cản vỏ tàu
Về lý thuyết sự thay đổi tình trạng kỹ thuật của bề mặt vỏ tàu sẽ làm tăng các mấp mô độ nhám bề mặt vỏ tàu nên sẽ làm tăng thành phần sức cản ma sát. Do đó dựa trên cơ sở lý thuyết về lớp biên có thể đánh giá được sơ bộ ảnh hưởng độ nhám bề mặt vỏ tàu đến sức cản môi trường đối với chuyển động của tàu. Cụ thể như sau:
- Sức cản của các độ nhám cục bộ có thể xác định theo biểu thức:
W
= 2
V2
C Ro o r
Trong thực tế dòng chất lỏng chạy quanh bề mặt vỏ thường ở chế độ chảy rối với quy luật phân bố tốc độ theo phương phap tuyến có thể xác định theo công thức:
8 , 10
1
ữứ ỗ ử è
= ổ
ữứ ỗ ử è
= ổ
d d
V y V y
V o
n o
trong đó:
Co: Hệ số sức cản độ nhám cục bộ
Ω: Diện tích mặt cắt ngang của các độ nhám cục bộ
V: Vận tốc dòng chảy trong lớp biên tại khoảng cách y so với bề mặt vỏ tàu Vo: Vận tốc dòng chảy tới chính bằng vận tốc tàu
d : Chiều dày lớp biên chảy rối, xác định theo biểu thức:
L L x e
855 , 0
145 , 0
221 ,
0 ÷
ứ ỗ ử è ổ
= Â d
Nếu lấy phân tích chiều cao của các độ nhám h ta có biểu thức xác định giá trị trung bình của vận tốc như sau:
h n n
h n dy V y h V V
2
0 2 2 2 2
1
2 ÷
ứ ỗ ử è ổ
= +
ữứ ỗ ử è
= ũổd d
trong đó n là số thực nghiệm xác định thoe biểu thức:
8 , 10
= 1 n
Kết quả ta có biểu thức xác định sức cản của các độ nhám cục bộ như sau:
185 , 0 158 , 0 027 , 2 0
11 ,
2 1 ÷
ứ ỗ ử è
ữ ổ ứ ỗ ử è Â ổ W
= L
h x
e L C V
Ro o r
Trong đó:
v e=VL
 : Biểu thức của số Reynolde L: Chiều dài thiết kế của tàu
x: Khoảng cách từ mấp mô đang xét đến đường vuông góc mũi tàu h: Chiều cao của các mấp mô
Kết hợp hai biểu thức = W
2 V2
C Ro o r
và biểu thức
185 , 0 158 , 0 027 , 0 2
11 ,
2 1 ÷
ứ ỗ ử è
ữ ổ ứ ỗ ử è Â ổ W
= L
h x
e L C V
Ro o r ta có biểu thức xác định hệ số sức cản của các
mấp mô trên bề mặt vỏ tàu phụ thuộc vào vận tốc và diện tích của bề mặt vỏ tàu dưới nước S như sau:
185 , 0 158 , 0 027 ,
11 0
,
1 ÷
ứ ỗ ử è
ữ ổ ứ ỗ ử è Â ổ
= W
L h x
e L Co S xo
Từ biểu thức trên ta có thể rút ra được các kết luận như sau:
- Các bám bẩn ở mút mũi tàu, tức là có khoảng cách x nhỏ nhất thì sẽ gây ra sức cản có hệ số cản là lớn nhất.
- Độ nhám tương đối L
h càng lớn thì hệ số sức cản càng lớn.
- Ảnh hưởng của việc tăng độ nhám bề mặt vỏ tàu trong quá trình khai thác đến hệ số sức cản tàu có chiều dài nhỏ sẽ lớn hơn so với tàu có chiều dài lớn.
Tương tự đối với chân vịt, khi nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến sức cản vỏ tàu có thể rút ra một số kết luận sau:
- Về bản chất, các yếu tố sử dụng ảnh hưởng đến quá trình làm việc vỏ tàu bao gồm tình trạng kỹ thuật bề mặt vỏ tàu và các điều kiện hàng hải vùng tàu chạy trong đó quan trọng nhất là ảnh hưởng của quá trình ăn mòn và bám bẩn bề mặt vỏ tàu.
- Phương pháp nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đến phần vỏ tàu là tổ chức khảo nghiệm quá trình làm việc của chân vịt ở điều kiện sản xuất thực tế. Do điều kiện thực nghiệm phức tạp, cùng với quá trình ăn mòn và bám bẩn bề mặt của vỏ tàu là một quá trình ngẫu nhiên và phụ thuộc rất nhiều vào yếu tố khách quan nên phương pháp và các kết quả nghiên cứu về vấn đề này cũng còn rất hạn chế. Các số liệu thực nghiệm đã được công bố hiện nay chỉ mang tính chất gần đúng, không mang tính hệ thống và thường chỉ phù hợp với một số tàu đã được nghiên cứu.
CHƯƠNG 3 ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO VÀ KHAI THÁC KỸ