A. CHÂNV ỊT BIẾN BƯỚC
3.2.2Tính năng truyền động của chânv ịt biến bước.
Truyền động chân vịt biến bước cĩ thể là loại truyền động trực tiếp hoặc cĩ thể là truyền động gián tiếp. Đặc điểm của truyền động là:
- Thay đổi bước chân vịt đểđạt những yêu cầu mong muốn trong bất kỳ tốc độ hay hành trình nào của tàu, nâng cao được tính kinh tế, phát huy đầy đủ cơng suất của động cơ và động cơ làm việc được ổn định khi tàu quay chậm.
- Tăng cường tính cơđộng và thuận tiện cho việc điều khiển từ xa. Truyền động chân vịt định bước cĩ những nhược điểm sau:
- Khi sức cản của tàu khơng đổi (ví dụ: mớn nước, sức giĩ, độ lắc, lực kéo…) chỉ cĩ một đường cong đặc tính của chân vịt. Lúc hành trình thấp hơn tốc độ thiết kế, cơng suất giảm xuống và động cơ khơng phát huy được tồn bộ cơng suất. Khi yếu tố lực cản thay đổi thì đường đặc tính của chân vịt cũng thay đổi, như vậy thì trong bất kì tình hình nào chân vịt cũng khơng phát huy hết tồn bộ cơng súât và hiệu súât cũng giảm đáng kể.
- Để phát huy hết tiềm lực của động cơ các nhà khoa học đã nghiên cứu dùng nhiều động cơ nhiều chân vịt, nhiều động cơ một chân vịt, điện truyền động. Để tàu lùi được, sử dụng khả năng đảo chiều của động cơ và các thiết bịđảo chiều khác. Nhưng nếu dùng loại chân vịt biến bước cĩ khả năng cùng lúc giải quyết được hai vấn đề trên và cĩ lợi rất nhiều về mặt kinh tế và trọng lượng của trang bịđộng lực.
Khi chân vịt xoay cánh tại một số vị trí nhất định của cánh, ta cĩ một bước chân vịt nhất định và bước chân vịt cĩ thể thay đổi từ 0 đến trị số lớn nhất, từ trị số âm đến trị số dương. Khi bước chân vịt thay đổi, lực đẩy và momen quay của chân vịt cũng thay đổi. Do đĩ, ta cĩ thể điều chỉnh bước của chân vịt theo giá trị mong muốn và động cơ cĩ thể phát huy được tồn bộ cơng súât khi vịng quay của cánh chânv ịt hoạt động ở phạm vi thấp.
Đối với tàu kéo nếu dùng chân vịt biến bước, khi bắt đầu kéo hoặc tăng theo số lượng xà lan trong đội hình tàu kéo thì cĩ thể thay đổi bước của chân vịt để tăng lực đẩy, khắc phục lực cản tăng thêm.
Hình 27 biểu thị quan hệ giữa lực đẩy và tốc độ thay đổi dưới các tốc độ hành trình khác nhau. Trong hình 27 ,đường (1) biểu thị cho lực đầy của chân vịt biến bước, đường (2) biểu thị cho lực đẩy của chân vịt định bước được thiết kế theo tình hình kéo, đường (3) biểu thị lực đẩy của chân vịt định bước được thiết kế theo tình hình hành trình tự do, đường (4) biểu thị lực đẩy của chân vịt định bước được thiết kế chiếu cố đến tình hình kéo và hành trình tự do. Hình vẽ cho thấy dưới một tốc độ hành trình nào đĩ, lực đẩy của chân vịt biến bước cĩ thể tăng lên gấp đơi lực đẩy của chân vịt cĩ bước cốđịnh (điểm B)
hình27: Biểu đồ quan hệ giữa lực đẩy và tốc độ
§Lực đẩy của chân vịt biến bước (1)
§Lực đẩy của chân vịt định bước theo tình hình kéo (2)
§Lực đẩy của chân vịt định bước theo tình hình hành trình tự do (3)
§Lực đẩy của ch6an vịt định bước chiếu cố theo tình hình kéo và hành trình tự do (4).
Hình 28 Ưu điểm khi sử dụng chân vịt biến bước
Ngồi ra khi lực cản của tàu thay đổi (tăng xà lan kéo, sĩng giĩ, hành trình trong vùng nước cạn…), nếu dung chân vịt biến bước cũng cĩ khả năng tăng tốc độ của tàu lên. Hình 28 cĩ thể cho ta thấy được lợi thế của nĩ. Nếu đường cong lực cản cĩ thể thay đổi từ
đường (1) đến đường (2) đối với chân vịt định bước, tốc độ lớn nhất của tàu cũng chỉđạt được tại điểm A, nhưng với chân vịt biến bước cĩ thểđiều chỉnh bước của chân vịt đểđạt lực đẩy lớn hơn, và bất cứ tình hình nào cũng cĩ thể phát huy tồn bộ cơng suất (điểm B). Mặc dù tại B tốc độ tàu cũng tương đương điểm A, nhưng lúc này tải trọng tăng và động cơ làm việc ở chếđộ cĩ lợi nhất. Trong những tình hình yếu tố lực cản biến đổi càng lớn thì tính ưu việt của chân vịt biến bước càng thể hiện rõ rệt.
Dùng chân vịt biến bước ngồi ưu điểm là phát huy hết khả năng của động cơ ra nĩ cịn mang lại cho thiết bịđộng lực nhiều ưu điểm khác.
Chúng ta biết hiệu suất của thiết bịđẩy là η = ηeηbηp trong đĩ: ηe – hiệu suất cĩ ích của động cơ
ηb – hiệu suất của trục và thiết bị truyền động ηp – hiệu suất của chân vịt
ηb thường ít biến đổi, do đĩ η chỉ phụ thuộc chủ yếu và hiệu suất của chân vịt và hiệu suất của động cơ. Nếu bắt buộc động cơ làm việc ởđườngđặc tính bộ phận thì hiệu suất ηe rất thấp và hiệu suất ηb cũng thấp. (Trong những trường hợp trực tiếp truyền động) Vì chân vịt định bước đã thiết kế theo một chế độ định mức mà tại đĩ ta cĩ ηp cao nhất; rời khỏi điểm thiết kếđĩ, ηp giảm xuống theo quan hệ là hàm bậc hai của tốc độ. Nếu lực cản tăng, đường cong lực cản thay đổi, ηp giảm xuống. Đối với chân vịt biến bước, đồng thời cĩ thay đổi tồc độ quay và bước của chân vịt để thay đổi ηe và ηbđểđạt được tích số của hai hiệu suất là lớn nhất, tức là ta cĩ ổtng hiệu súât lớn nhất.
Thơng thường do quan hệ giữa dao động xoắn mà khơng cho tốc độ quay của hệ trục làm việc trong vùng cấm, điều đĩ cũng hạn chế việc dung chân vịt định bước khi thay đổi hành trình của tàu. Nếu dùng chân vịt biến bước ta cĩ thể làm cho động cơ khơng vận hành tại khu vực cấm mà vẫn đạt được tốc độ hành trình theo yêu cầu.
Mặt khác, khi tàu lùi dùng chân vịt biến bước cĩ thể tạo lực đẩy ngược chiều mà khơng cần đổi chiều quay của chân vịt.
Với những điều nêu trên cho thấy dùng chân vịt biến bước thực sự cĩ rất nhiều ưu thế: cĩ thể dung loại động cơ quay một chiều (đơn giản hố động cơ) rút ngắn được thời gian đổi chiều, tăng được tính năng thao tác của động cơ và của việc bố trí, thực hiện việc điều khiển từ xa. Do dùng động cơ quay 1 chiều, tuổi thọ của động cơ tăng lên, lượng khơng khí khởi động tiêu thụ ít. Đối với các loại tàu sơng, tàu làm việc tại các cảng luơn thay đổi tốc độ hành trình, dùng chân vịt biến bước càng thích hợp hơn. Các tàu mà lực cần luơn thay đổi (kéo, tàu đánh cá, tàu quét lơi…) sử dụng chân vịt biến bước cũng cĩ nhiều lợi thế.
Ở các loại tàu cĩ lắp động cơ gia tốc, nếu dùng chân vịt biến bước, khi động cơ làm việc ta cĩ thể thay đổi bước của hai chân vịt hai bên, đảm bảo lúc tàu cĩ tốc độ cao, hai động cơ hai bên cĩ thể làm việc ở tốc độ quay và cơng suất thiết kế; mặt khác, động cơ gia tốc là động cơ diesel cao tốc hoặc tuabin khí khơng quay ngược chiều nên dùng chân vịt biến bước cĩ lợi hơn.
Ởđộng cơ nhiều chân vịt, nếu dung chân vịt biến bước, lúc chân vịt nào khơng tham gia hoạt động ta cĩ thể chuyển cánh chân vịt vào vị trí thuận dịng quay đạt một lực cản nhỏ nhất. Đối với động cơ chính vừa lai chân vịt, vừa lai máy phát điện xoay chiều, khi tàu thay đổi tốc độ sử dụng chân vịt biến bước cũng cĩ thể duy trì tốc độ quay của động cơ khơng đổi. Tất nhiên do chân vịt biến bước cĩ cấu tạo phức tạp hơn, phải cĩ thiết bị điều khiển đặc biệt trong hệ trục và cánh chân vịt khiến cho việc chế tạo, lắp ghép gặp nhiều khĩ khăn. Thơng thuờng, hiệu súât của nĩ thấp hơn chân vịt định bước từ 2 đến 3%
3.2.3 Một số biện pháp nâng cao hiệu suất đẩy a. Ứng dụng đuơi vịm và đạo lưu