Xây dựng đồ thị đặc tính tổng hợp

Để tra cứu các các số liệu trong quá trình khai thác hệ động lực và đánh giá các thơng số cơng tác của một động cơ một cách dễ dàng, thuận

tiện, ta cĩ thể tổng quát hố và vẽ gộp các đồ thị đặc tính riêng lẽ trên các hệ trục trước như N-n, N-V, G-V, lên cùng một đồ thị và được gọi là đồ thị đặc tính tổng hợp.

Trong một số trường hợp, để hồn chỉnh trong khi tra cứu các số liệu ở một số đồ thị tổng hợp, người ta cịn vẽ cả đặc tính thể hiện quan hệ suất tiêu hao nhiên liệu với tốc độ quay trên hệ trục N-n hoặc với tỷ lệ xích của ge riêng biệt (xem hình 4-6).

Cu: Đặc tính chân vịt khi thử tàu tại bến. C : Đặc tính chân vịt ở chế độ đầy hàng. Co : Đặc tính chân vịt ở chế độ khơng hàng.

C1 : Đặc tính chân vịt ở chế độ làm việc thuận lợi. C2 : Đặc tính chân vịt ở chế độ làm việc khĩ khăn.

Mn=Const: Đặc tính ngồi động cơ ứng với cơng suất và tốc độ quay định mức.

Mkt = 0,8Mn = Const: Đặc tính ngồi động cơ ứng với cơng suất và tốc tốc độ quay khai thác thực tế.

ge = f(n) : Đặc tính suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ.

Đặc tính vận hành tàu là cơ sở để giúp cho người vận hành khai thác cĩ hiệu quả thiết bị động lực, người vận hành dễ dàng lựa chọn chế độ làm việc hợp lý cho thiết bị động lực. Qua đĩ gĩp phần nâng cao các chỉ tiêu về độ bền, độ tin cậy, tuổi thọ của thiết bị động lực cũng như tăng thời gian và hiệu quả khai thác của con tàu.

3.2.4. Ví dụ cách sử dụng đặc tính vận hành tàu trong quá

trình khai thác

Quá trình khai thác động cơ chính của một con tàu được tiến hành trong những điều kiện khác nhau, đa dạng, muơn hình muơn vẻ, với sự thay đổi tương đối lớn về các chỉ tiêu kinh tế – kỹ thuật, độ tin cậy, an tồn tuổi thọ và một số tính chất khác của động cơ. Sự đánh giá chúng cho chúng ta hiểu một cách bao quát về khái niệm chế độ làm việc của động cơ.

Để đánh giá được chế độ làm việc của động cơ, ngồi việc đo đạc kiểm tra các thơng số cơng tác, chúng ta cần phải biết được các đường đặc tính ở các chế độ cơng tác khác nhau. Thơng qua các đường đặc tính này ta cĩ thể kiểm tra được các thơng số và đánh giá một cách gần chính xác chất lượng làm việc của động cơ. Ngồi ra, nĩ cịn được dùng để đánh giá tính kinh tế – kỹ thuật, an tồn tin cậy trong quá trình làm việc của động cơ.

Tuy nhiên, trong thực tế khai thác, điều kiện hoạt động của con tàu luơn luơn thay đổi làm cho các thơng số làm việc của động cơ cũng thay đổi theo. Do vậy tuỳ theo từng điều kiện mà chúng ta cĩ những tác động vào động cơ để đảm bảo sao cho động cơ làm việc an tồn, tin cậy và đạt hiệu quả kinh tế nhất.

Để chọn được các thơng số làm việc hợp lý của hệ động lực trong các điều kiện khai thác khác nhau, người ta cĩ thể sử dụng các đặc tính của hệ động lực. Các đồ thị này biểu thị mối quan hệ giữa cơng suất của động cơ với số vịng quay của nĩ hoặc số vịng quay của chân vịt, vận tốc con tàu, mơmen động cơ, sức cản của vỏ tàu và chân vịt, suất tiêu hao nhiên liệu …

Đặc tính của hệ động lực cĩ trong tay các sĩ quan thợ máy cĩ kinh nghiệm được coi như là một thơng tin nguồn của nhiều tín hiệu trong quá

trình khai thác của con tàu. Các đường đặc tính này khơng chỉ cho phép đánh giá phụ tải của động cơ, chọn các thơng số khai thác kinh tế cho động cơ mà cịn cho ta đánh giá trạng thái vỏ tàu và chân vịt.

3.2.4.1.1. Khi chiều chìm thay đổi

Chiều chìm của tàu thay đổi là do những nguyên nhân sau: -Số lượng hàng chuyên chở trên tàu thay đổi.

-Nguyên vật liệu dự trữ trên tàu gồm: nhiên liệu, dầu nhờn, nước ngọt dùng cho máy mĩc và sinh hoạt.

-Tỉ trọng của nước biển.

Trong thực tế khai thác con tàu để đơn giản trong khi xây dựng dặc tính ta bỏ qua ảnh hưởng của nguyên vật liệu chứa trên tàu và tỉ trọng của nước biển, mà chủ yếu xét đến lượng hàng hĩa chuyên chở trên tàu. Khi lượng hàng hĩa chuyên chở trên tàu thay đổi sẽ làm cho sức cản, mơmen cản thay đổi, kết quả sẽ làm cho các thơng số làm việc của động cơ thay đổi. Do vậy, khi khai thác hệ động lực trong những điều kiện trên, thì ta cần phải xác định lại các thơng số làm việc của động cơ để đảm bảo sao cho động cơ phát huy được hết cơng suất nhưng lại khơng bị quá tải.

Để làm rõ vấn đề ta xét bài tốn cụ thể sau: [5]

Giả sử ban đầu tàu chở chuyên chở một lượng hàng là Q1 ứng với chiều chìm T1 và lượng chiếm nước D1, đặc tính chân vịt là Co. Sau một quá trình nào đĩ tàu lại chở thêm một lượng sản phẩm là Q2 lúc này tổng lượng sản phẩm tàu chuyên chở là Q, Q=Q1+Q2.

Ứng với lượng sản phẩm là Q1 ta cĩ chiều chìm T1 và lượng chiếm nước D1. Do đĩ khi nhận thêm một lượng hàng là Q2 thì ta sẽ tương ứng

xác định được T2 và D2 qua đồ thị “Đường cong lực nổi tàu”, hay cịn gọi là đồ thị T-D.

Mối quan hệ giữa cơng suất, tốc độ tàu khi lượng chiếm nước thay đổi được xác định qua cơng thức thực nghiệm:

N = D C V D2/3 3 (hp) (4.17) [5] Trong đĩ:

D : Lượng chiếm nước V : Tốc độ tàu (hl/h)

CD : Hệ số tính tốn thực nghiệm

+ Khi chiều chìm thay đổi là T₁, lượng chiếm nước D₁: N1 =

D

C V

D₁^2/3 ₁³ (hp)

+ Khi chiều chìm là T2, lượng chiếm nước D2: N₂ = D C V D 3 2 3 / 2 2 (hp)

Nếu vẫn duy trì tốc độ tàu khơng đổi (V₂ = V₁) ta cĩ:

[ ]

[ ]

Qua (4.20) ta thấy, khi lượng sản phẩm chuyên chở tăng thêm (Q₂), nhưng muốn duy trì tốc độ tàu khơng đổi ( V1 = V2) thì yêu cầu cơng suất sinh ra của động cơ phải lớn hơn hay N2 > N1.

Khi đã biết được giá trị N₂ và N₁ ta xác định giá trị n₂ và hệ số đặc trưng cho đường đặc tính chân vịt ứng với T2, D2 sẽ được xác định:

C₂ = _x

n N

2

2 (4.21) [5]

Khi đĩ phương trình của đường đặc tính chân vịt ứng với T2, D2 sẽ được xác định: N_{T2 , D2} = x x n n N 2 2 (4.22) [5]

Cho các giá trị n thay đổi trong phương trình (3.22) ta vẽ được đặc tính chân vịt khi đã nhận thêm lượng sản phẩm Q2.

T2

T1

o

D1 D2 D(T)

Hình 4.7: Đồ thị đường cong lực nổi của tàu Trong đĩ: T là chiều chìm của tàu (m)

D là lượng chiếm nước ứng với chiều chìm tàu (Tấn ) Giả sử lúc này tàu đang chạy với vận tốc V(hl/h), xét trên hệ trục toạ độ N-V của đồ thị đặc tính tổng hợp (hình 4-6). Lúc này điểm phối hợp làm việc tương ứng với đặc tính chân vịt lúc khơng hàng (Co) và lúc đầy hàng (C) là L và M. Xác định cơng suất của động cơ ứng với chế độ đầy hàng. Dĩng qua hệ trục toạ độ N-n, tương ứng điểm phối hợp làm việc với đặc tính chân vịt ở chế độ đầy hàng (C) là M’, dĩng xuống trục n ta xác

Nước mặn Nước ngọt

o T(m)

định được tốc độ quay của động cơ tại thời điểm đĩ. So sánh giá trị cơng suất và tốc độ quay của động cơ tại thời điểm đầy hàng khi ở vận tốc V với cơng suất và tốc độ quay định mức của động cơ. Nếu cơng suất và tốc độ quay tại thời điểm chở đầy hàng chưa vượt quá cơng suất giới hạn theo mơmen ở chế độ khai thác, ta cĩ thể giữ nguyên chế độ khai thác này. Ngược lại, để tránh quá tải về cơ và nhiệt ta phải giảm cơng suất động cơ cho đến khi nào cơng suất và tốc độ quay nằm trong giới hạn cho phép. Tuy nhiên trong trường hợp trên, việc tăng tay ga để duy trì tốc độ tàu, để khai thác động cơ trong vùng kinh tế (Nkt = 0,85÷0,95 Nn

)

4.2.4.2.1. Khi điều kiện sĩng giĩ thay đổi

1Khi động cơ làm việc trong điều kiện sĩng giĩ thay đổi sẽ làm cho tốc độ quay và phụ tải luơn thay đổi về lực và mơmen chân vịt. Sự thay đổi này được gây ra do sự ảnh hưởng của trạng thái mặt biển, hướng và lực của giĩ trên sức cản chuyển động của con tàu, do sự thay đổi đặc tính chân vịt ở những độ chìm khác nhau và sự làm việc với dịng chảy của nước. Mặt khác sự chuyển dịch vị trí của bánh lái khi giữ cho tàu hành trình theo một hướng nhất định cũng gây ra sự thay đổi lực đẩy và mơmen chân vịt.

Trạng thái kỹ thuật của động cơ trong trường hợp này được đặc trưng bởi sự thay đổi phụ tải nhiệt và phụ tải cơ theo thời gian. Do vậy khi khai

thác hệ động lực trong điều kiện sĩng giĩ ta phải xác định lại các thơng số làm việc của động cơ để đảm bảo sao cho động cơ phát huy được hết cơng suất nhưng lại khơng bị quá tải, đảm bảo cơng tác an tồn-tin cậy, trước hết ta phải xét đến ảnh hưởng của sĩng giĩ đến tốc độ tàu.

Giả sử ban đầu tàu đang hành trình trong vùng biển yên giĩ, lặng sĩng với tốc độ tàu là Vo và đặc tính chân vịt tương ứng trên đồ thị đặc tính tổng hợp là C1 (xem hình 4.6). Điểm phối hợp cơng tác là J tương ứng với tốc độ quay của động cơ là nj. Sau đĩ tàu di chuyển tới vùng biển cĩ sĩng giĩ lớn hơn với cấp giĩ là Wºb và hướng của giĩ là a thì tốc độ của tàu sẽ bị giảm đi một đại lượng là DV. Tốc độ của tàu sẽ bị giảm đi một đại lượng và được xác định theo cơng thức:

V₁ = V₀

[

]

Hình 4.5 : Biểu đồ sự phụ thuộc của đại lượng tổn thất tốc độ vào hướng và lực của giĩ.

I, II, III, IV : đại lượng đặc trưng cho gĩc đạt b của tàu DV: Đặc trưng cho sự tổn thất tốc độ phụ thuộc vào cấp giĩ Wºb : Cấp giĩ tương ứng trong từng điều kiện khai thác 0 30o 30o I II III IV V VI I II III IV

Để cĩ thể duy trì được giá trị tốc độ quay động cơ (no= Const) trong điều kiện sĩng giĩ, thì nhất thiết chúng ta phải tăng cơng suất động cơ, vì khi đĩ sức cản đã tăng hơn ban đầu, đường cong sức cản chân vịt cũng đã thay đổi và được xác định qua giao điểm cắt nhau của đặc tính điều khiển tương ứng với tốc độ tàu V đã được xác định qua cơng thức (4.23) là N. Hay điểm N chính là điểm yêu cầu cơng suất động cơ phát ra để duy trì tốc độ quay khơng đổi khi tàu cơng tác trong điều kiện sĩng giĩ. Giá trị cơng suất Nn được xác định qua đồ thị đặc tính tổng hợp (Xem hình 4.6). Khi đĩ hệ số đặc trưng cho đặc tính chân vịt khi tàu làm việc trong điều kiện sĩng giĩ xác định: C_N = _x N N n N (4.24) Và phương trình đặc tính chân vịt: N_n = C_Nnx = _x N N n N nx (hp) (4.25) [5]

Để đảm bảo cho động cơ khơng bị quá tải về mơnem, tốc độ quay và quá tải nhiệt, ta tiến hành xác định các thơng số như cơng suất, tốc độ quay tại thời điểm khai thác để cĩ những biện pháp xử lý hiệu quả. Sau khi đã xây dựng được đặc tính chân vịt trong điều kiện sĩng giĩ thay đổi tương ứng với đồ thị đặc tính tổng hợp là (C2). Lúc này vận tốc tàu giảm đi (V1), (trong điều kiện khai thác bình thường tàu đạt tốc độ Vo). So sánh giá trị cơng suất động cơ tại điểm N tương ứng với vận tốc tàu V1 với cơng suất định mức của động cơ, nếu chưa vượt quá giới hạn theo mơmen ở chế độ khai thác cĩ thể giữ nguyên tay ga. Ngược lại, phải giảm tay ga nhiên liệu rồi so sánh giá trị cơng suất xác định được khi giảm tay ga nhiên liệu

rồi so sánh giá trị cơng suất định mức động cơ cơng tác trong điều kiện sĩng giĩ cần giảm tay ga nhiên liệu để động cơ làm việc an tồn trên biển.

4.2.4.3. Khi lượng dự trữ nhiên liệu trên tàu cĩ hạn.

Giả sử trong nhiên liệu mợt chuyến đánh bắt, khơng may vì mợt lí do nào đĩ con tàu gặp phải những tình huống sau:

- Đường ống nhiên liệu bị vỡ. - Két nhiên liệu bị thủng. - Tàu đi lạc hướng….

Sẽ làm cho lượng nhiên liệu trên tàu khơng đủ để cho máy hoạt động đưa tàu về bến an tồn. Hay nĩi khác do việc thiếu hụt nhiên liệu nên khơng thể đưa tàu về bến an tồn nếu vẫn duy trì các thơng số làm việc của động cơ như trên. Trong trường hợp này ta phải đo đạt lại một cách chính xác lượng nhiên liệu cĩ trên tàu sau đĩ phải thay đổi thơng số làm việc của hệ động lực cho hợp lí với mục đích phải đưa tàu về tới bến an tồn.

Giả định rằng quãng đường cịn lại để đưa tàu về bến là S (hải lí), tổng lượng nhiên liệu sau khi kiểm tra thực tế trên các két chứa cịn B(tấn). Lúc này người vận hành tàu cần phải xác định lại vận tốc tàu đang hoạt động. Đặt giá trị vận tốc vừa xác định được lên đồ thị đặc tính tổng hợp và xác định được điểm phối hợp cơng tác là P (Giả sử tàu hoạt động trong điều kiện thuận lợi với đặc tính chân vịt C1. Người vận hành sẽ xác định được lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ là Gp (kg/h) và lượng nhiên liệu tiêu thụ để động cơ chạy hết quảng đường S:

Bp = Gp.t (tấn) (4.26) [5] => Bp = Gp.

p

V

Trong đĩ t: thời gian cần thiết để tàu về tới bến với vận tốc Vp Thay các giá trị cụ thể vào (4.27) ta sẽ xác định được tổng nhiên liệu cho động cơ khi đang khai thác với tốc độ tàu Vp. So sánh giá trị trọng lượng nhiên liệu mà động cơ sẽ tiêu thụ (Bp) với tổng lượng nhiên liệu cịn lại thực tế trên tàu (B), nếu:

+Bp ≤ 0,95B thì cĩ thể cho tàu chạy bình thường với các giá trị tốc độ tàu và tốc độ quay của máy như cũ.

+Bp > 0,95B thì người vận hành phải thay đổi chế độ làm việc của động cơ cho hợp lí, cụ thể là giảm tốc độ bằng cách giảm tay ga nhiên liệu. Do tốc độ tàu giảm (V1) nên điểm phối hợp làm việc trên đồ thị đặc tính tổng hợp lúc này là Q tương ứng với lượng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ là GQ, GQ < Gp . Xác định lại lượng nhiên liệu tiêu thụ để động cơ chạy hết quảng đường S tương ứng với điểm làm việc Q (theo các cơng thức trên ) và so sánh lại với lượng nhiên liệu cịn lại trên tàu, nếu chưa thoả mãn tiếp tục giảm tốc độ tàu và tiến hành xác định lại.

Chương 5

GIẢI PHÁP HỖ TRỢ CHO VIỆC KHAI THÁC CĨ

HIỆU QUẢ ĐỘNG CƠ CHÍNH

5.1. XÂY DỰNG TAØI LIỆU VẬN HAØNH VAØ TRANG BỊ

THIẾT BỊ ĐO

5.1.1. Tài liệu vận hành

Tài liệu vận hành bao gồm các văn bản, bản vẽ ghi lại tồn bộ những thơng số vận hành, các đặc tính cơng suất, suất tiêu hao nhiên liệu …