ảnh hưởng của thời tiết giông bão đến sự làm việc của động cơ tàu quân sự thể hiện ở việc tăng tải trọng về giá trị tuyệt đối (làm nặng đặc tính chân vịt) lẫn những dao động tải trọng và số vòng quay, làm cho chế độ làm việc của động cơ không ổn định. Sự không ổn định chế độ làm việc và tăng tải trọng được xác định bằng nhiều yếu tố như trạng thái biển, hướng gió, lực gió … Đặc điểm sóng biển, chiều dài và độ cao sóng, lượng giãn nươc của con tàu và dạng tuyến hình của tàu, tương quan chiều dài vỏ tàu và chiều dài sóng, kiểu động cơ và các đặc điểm kết cấu của hệ động lực … đều có ảnh hưởng đến sự làm việc của động cơ.
Để đơn giản hoá có thể hình dung tải trọng động cơ trong các điều kiện giông bão theo đặc tính chân vịt nặng trung bình. Độ dốc của đặc tính chân vịt sẽ được xác định bằng cấp sóng, lực gió, hướng con tàu đối với sóng … Trên hình 3.19 chỉ ra các đặc tính chân vịt của con tàu trong sự phụ thuộc vào cấp sóng. Hệ số tăng công suất động cơ để cho tốc độ đã cho của con tàu có thể ở trong giới hạn 1, 2 đến 2, 2. Sự không ổn định trong chế độ làm việc có thể được hình dung ở dạng đặc tính chân vịt thay đổi theo thời gian phụ thuộc vào vị trí con tàu trên hướng tới hay lui của sóng. Sự không ổn định lớn của chế độ làm việc là đặc trưng cho những con tàu có lượng giãn nước hạn chế và nếu chiều dài con tàu và chiều dài sóng trùng nhau. Sự không ổn định chế độ làm việc của những con tàu có lượng giãn nước lớn được biểu hiện ở mức độ thấp hơn. Các tàu quân sự tốc độ lớn và ca nô khi bơi trong điều kiện
24 4
Ne(%)
n (%)
Hình 3.19. Các đặc tính chân vịt trung bình khi tàu đi trong giông bão với các cấp sóng khác nhau
100 80 60 40 20 020 40 60 80 100 1 3 5 6 2” IV Ne(%) n (%)
Hình 3.20. Đặc tính thay đổi tải trọng của động cơ khi tàu đi trong giông bão 100 80 60 40 20 020 40 60 80 100 1’ 3’ III II I I’ I” H 1 1” A’ A A” 2’ 3” 3
giông bão chịu các tải trọng tăng đột ngột xuất hiện do va đập của sóng vào vỏ tàu.
Trên hình 3.20 giới thiệu biểu
đồ tải trọng động cơ trong các điều kiện giông bão, chỉ ra sự không ổn định của chế độ làm việc, trong đó:
I - Đặc tính chân vịt trung bình đối với điều kiện thực tế giông bão tàu đang hành trình;
I’- Đặc tính chân vịt nhẹ xác định tải trọng động cơ trên hướng lùi của sóng; I’’- Đặc tính chân vịt nặng xác định tải trọng động cơ trên hướng tới của sóng; II- Các đặc tính điều tốc;
III- Đặc tính ngoài của động cơ; IV- Đặc tính hạn chế của động cơ;
A’’-A-A’- Đặc tính bộ phận của động cơ.
Một cách đơn giản hoá có thể hình dung sơ đồ tải trọng động cơ khi sóng gió như sau. Khi con tàu đi vào sóng, sức cản chuyển động tăng lên, lực đẩy và mô men chân vịt tăng, đặc tính trở nên nặng. Khi tàu ra khỏi con sóng, sức cản của vỏ tàu được giảm xuống, đặc tính chân vịt trở nên nhẹ. Khi quá độ từ đặc tính chân vịt nhẹ sang nặng, tải trọng động cơ bị thay đổi lúc đầu theo đặc tính điều tốc còn khi ra tới đặc tính ngoài thì theo đặc tính ngoài. Đối với điểm chế độ định mức 1 đây là đường 1’-1-1’’. Đối với điểm tải trọng bộ phận (điểm A) là đường 2’-A-2’’. Đối với tải trọng giảm bộ phận (điểm 3) là đường 3’-3-3’’. Từ đồ thị thấy rằng, trong các điều kiện giông bão, đòi hỏi phải giảm tải và số vòng quay cho động cơ để chế độ hoạt động không vượt ra ngoài vùng làm việc cho phép (ra ngoài đặc tính hạn chế). Cũng cần thấy rằng, cấp sóng càng lớn thì sự phân cách các đặc tính chân vịt càng lớn. Quá trình làm việc của động cơ chuyển liên tục từ tải trọng này sang tải trọng khác tạo nên sự không ổn định của chế độ làm việc, tăng tổn thất năng lượng cho việc khắc phục các mô men động lượng của sức cản, làm tăng sự quá tải chung của động cơ. Sự mất ổn định của chế độ làm việc phá huỷ chế độ bôi trơn đã thiết lập của các chi tiết riêng biệt và làm tăng sự mài mòn của chúng. Khi tăng tải trọng, tua bin - máy nén tăng áp
của động cơ tăng áp cung cấp không khí chậm hơn, làm cho động cơ làm việc với hệ số dư lượng không khí giảm và do đó ứng suất nhiệt tăng.
Sự có mặt của bộ điều tốc làm giảm vùng dao động số vòng quay động cơ, nhưng khi đó làm tăng vùng dao động tải trọng bởi vì bộ điều tốc có hướng duy trì số vòng quay đã xác lập sẽ làm tăng hay giảm cung cấp nhiên liệu cho chu trình. Điều này dẫn đến tăng cả tải trọng nhiệt lẫn tải trọng cơ khí. ở một số động cơ có kết cấu đặc biệt, có thể có sử dụng các thiết bị để tách bộ điều tốc nhiều chế độ khi tàu hành trình trong các điều kiện giông bão. Trong trường hợp này, sự làm việc của động cơ được thực hiện theo đặc tính bộ phận A’’ -A-A’’. Vùng dao động vòng quay tăng còn vùng dao động tải trọng giảm. Sự làm việc của động cơ không vượt ra khỏi đặc tính hạn chế. Để phòng ngừa khả năng vượt tốc, ví dụ khi chân vịt bị nhô lên khỏi mặt nước (lọt chân vịt), động cơ được trang bị bộ điều tốc giới hạn tác dụng hạn chế cấp nhiên liệu trong trường hợp vòng quay khi đạt tới giá trị giới hạn.
Từ ví dụ đã khảo sát thấy rằng, để loại trừ sự quá tải lâu dài của động cơ, số vòng quay toàn bộ của nó cần phải được giảm và giảm càng nhiều khi cấp sóng và lực gió càng lớn .