Bài giảng khai thác hệ động lực tàu thủy chương 2 các chế độ làm việc ổn định của diesel tàu thủy

CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH
CỦA DIESEL TÀU THỦY

2021

LE VAN VANG

1


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

•
•
•
•
•
•
•

KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
CHẾ ĐỘ HÀNH TRÌNH TOANTẢI
CHẾ ĐỘ HÀNH TRÌNH NHỎ TẢI
CÁC CHẾ ĐỘ THỬ TÀU
CHẾ ĐỘ CHẠY RÀ ĐỘNG CƠ
CHẾ ĐỘ KHAI THÁC KINH TẾ
PHƯƠNG PHÁP ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ
CHÍNH TÀU THỦY

2021

LE VAN VANG

2


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

•
•
❑

❑
❑

2.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ
Chế độ làm việc của động cơ được đặc trưng bởi sự tổng hợp các
chỉ tiêu, các thông số kỹ thuật trong các điều kiện khai thác cụ thể.
Thông thường, thông số nào được chọn làm thông số cơ bản thì tên
gọi và giá trị của nó sẽ xác lập tên gọi chế độ làm việc. Ví dụ:
Chế độ làm việc ổn định của động cơ được đăc trưng bởi các thông
số công tác không thay đổi theo thời gian (thường là mơ men và
vịng quay)
Chế độ làm việc không ổn định là các chế độ mà thông số công tác
của động cơ thay đổi theo thời gian (thông số đặc trưng là mô men)
Chế độ làm việc đặc biệt là các chế độ làm việc khơng bình thường
của động cơ như sự cố, quá tải…

2021

LE VAN VANG

3


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
2.2 CÁC CHẾ ĐỘ HÀNH TRÌNH ỔN ĐỊNH TRÊN BIỂN

• Chế độ hành trình ổn định trên biển là chế độ làm việc
lâu dài nhất đối với động cơ Diesel tàu thủy.
• Việc lựa chọn các thơng số cơng tác (phụ tải, vòng
quay) phải dựa trên tốc độ hành trình của tàu, độ an
tồn tin cậy và tính kinh tế của động cơ.
• Tuỳ thuộc vào điều kiện khai thác, sự dao động giá trị
(𝑃𝑒 ) vào (𝑛) mà lựa chọn cơng suất khai thác phù hợp.
• Cơng suất bảo đảm giữ được tốc độ hành trình cho
trước gọi là cơng suất khai thác.
𝑵𝒌𝒕 ≈ (𝟎, 𝟖𝟓 ÷ 𝟎, 𝟗𝟓) 𝑵đ𝒎
2021

LE VAN VANG

4


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

• Thơng thường các hãng chế tạo động cơ đưa ra các
đồ thị, biểu đồ giới hạn vùng khai thác động cơ. Đây
là cơ sở để người khai thác lựa chọn cơng suất khai
thác hợp lý.
• Việc lựa chọn chế độ khai thác phải đảm bảo cho
động cơ không bị bất cứ hình thức quá tải nào, phụ
tải giữa các xi lanh, các thông số công tác ở các xi
lanh phải có độ đồng đều cho phép.
• Các thơng số của hệ thống phục vụ động cơ phải
tương ứng với những chế độ khai thác bình thường.

2021

LE VAN VANG

5


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
2.1.1 Khi chiều chìm của tàu thay đổi

Chiều chìm của tàu thay đổi có thể do các nguyên nhân
sau đây:
• Số lượng hàng hóa chun chở, đây là yếu tố chủ yếu.
• Lượng dự trữ trên tàu: nhiên liệu, dầu, mỡ, nước...
• Tỷ trọng nước biển
Khi lượng hàng hóa xếp xuống tàu thay đổi làm cho chiều
chìm của tàu thay đổi do vậy sức cản tàu thay đổi (đặc

tính chân vịt thay đổi). Thông số công tác của động cơ
thay đổi.

2021

LE VAN VANG

6


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
• Điểm phối hợp cơng tác giữa động cơ và chân vịt trong trường
hợp này là 𝑩 (đặc tính chân vịt 𝑪𝟐 và đặc tính ngồi 𝑴𝟐 ).
Đánh giá các thông số công tác của động cơ tại điểm B, thông
thường dễ xảy ra quá tải nhiệt cho động cơ.
C2

Ne

C1
B

NB
NA
C

NC

A

n2

MB
n1

MA

vC vB vA
2021

LE VAN VANG

v
7


CHƯƠNG 2

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

2.1.2 Tàu cơng tác trong vùng biển nơng
• Độ nơng sâu của biển khi tàu hành trình đánh giá bằng tỉ số giữa
độ sâu của biển và chiều chìm của tàu. Biển nơng khi 𝑯Τ𝑻 ≤ 𝟏, 𝟓;
trong đó 𝑯 là độ sâu của biển; 𝑻 là chiều chìm của tàu
C1

C2

Ne

B

NB
NA
C

NC

A

n2

MB
n1

MA

vC vB vA

2021

LE VAN VANG

v

8


CHƯƠNG 2

CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
• Tàu đi từ vùng biển sâu sang vùng biểncạn (biển nông), sức cản tàu thay
đổi sẽ làm đặc tính chân vịt thay đổi
Khi đó: 𝑪𝒔â𝒖 < 𝑪𝒄ạ𝒏 do 𝑹𝒔â𝒖 < 𝑹𝒄ạ𝒏
• Để đảm bảo chế độ cơng tác hợp lý cho hệ động lực cần phải xác định
thông số công tác trong trường hợp này.
- Khi tàu hoạt động ở vùngbiển sâu: 𝑁A , 𝑣A , 𝑛2 đặc tính chân vịt 𝐶1
điểm phối hợp cơng tác là điểm 𝑨
- Nếu tàu hoạt động vùng biển nơng đặc tính chân vịt 𝐶2 điểm phối hợp
công tác 𝑩, nếu ta tăng nhiên liệu để duy trì tốc độ tàu 𝑣𝐴 = 𝑣𝐵 = 𝑐𝑜𝑠𝑛𝑡
- Nếu tàu hoạt động vùng biển nơng đặc tính chân vịt 𝐶2 điểm phối hợp
cơng tác là điểm A’ nếu ta duy trì vịng quay khơng đổi nA = nB = cosnt
- Cần phải xác định thơng số cơng tác tại điểm 𝑩: 𝑁B , 𝑣B
•

Đánh giá sự làm việc của hệ động lực khi xác định được các thông số công tác
tại điểm 𝑩 và điểm 𝑨’

2021

LE VAN VANG

9


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
2.1.3 Lượng nhiên liệu dự trữ trên tàu có hạn

Do nguyên nhân nào đó, lượng nhiên liệu trên tàu không đủ để

đưa tàu về cảng nếu giữ nguyên các thơng số cơng tác khi tàu
đang hành trình. Để đưa tàu về cảng an tồn cần phải thực
hiện như sau:
• Đo đạc xác định lại lượng nhiên liệu thực tế cịn lại trên tàu
• Xác định lại thơng số cơng tác hợp lý trong điều kiện này.
vA

A

C
NA,nA,vA,GA

2021

B
NC,nC,vC,GC

LE VAN VANG

10


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
G

C1
MA
A

GA

nA
GB
B
nB

vB vA

v

• Giả sử qng đường cịn lại là 𝐒; lượng nhiên liệu cịn lại thực
tế trên tàulà 𝐁
-Thơng số công tác của động cơ tại 𝐀: NA , vA , nA , GA
-Thông số công tác của động cơ tại C: NC , vC , nC , GC
2021

LE VAN VANG

11


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
• Lượng nhiên liệu tiêu thụ nếu tàu tiếp tục chạy với tốc độ 𝒗𝑨
𝑩𝑨 = 𝑮𝑨 . 𝒕 = 𝑮𝒂 . 𝑺𝑨𝑪 Τ𝒗𝑨 trong đó 𝑮𝑨 = 𝑵𝑨 . 𝒈𝒆
• Lượng nhiên liệu tiêu thụ nếu giảm tốc độ tàu xuống 𝒗𝑪
𝑩𝑪 = 𝑮𝑪 . 𝒕 = 𝑮𝑪 . 𝑺𝑪𝑩 Τ𝒗𝑪 trong đó 𝑮𝑪 = 𝑵𝑪 . 𝒈𝒆
- Nếu 𝑩𝑪 ≤ 𝟎, 𝟗𝟓𝑩, cho tàu hoạt động bình thường theo chế độ
đã chọn.

- Nếu 𝑩𝑪 > 𝟎, 𝟗𝟓𝑩 ta phải thay đổi chế độ công tác, giảm tốc độ
tàu đến 𝑣𝐶′ với 𝐺𝐶′ , 𝑛𝐶′ cho đến khi đạt được 𝑩′𝑪 ≤ 𝟎, 𝟗𝟓𝑩.
• Để xác định tiêu thụ nhiên liệu 𝐺𝐴 , 𝐺𝐶 𝑘𝑔/ℎ có thể sử dụng bằng
phương pháp tính tốn hoặc tra đồ thị.
𝑮𝑨
𝒗𝑨
=
𝑮𝑪
𝒗𝑪

𝟑

𝒗𝑪
֜𝑮𝑪 = 𝑮𝑨 .
𝒗𝑨

𝟑

ቮ
𝒗𝑨 > 𝒗𝑪

2021

LE VAN VANG

12


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

2.1.4 Khi máy phát điện đồng trục làm việc
• Để tận dụng khả năng phát ra công suất của động cơ chính trong
các điều kiện khai thác khác nhau trên một số tàu được lắp đặt
máy phát đồng trục do máy chính lai (Shaft Generator).
• Máy phát đồng trục nhằm cung cấp điện năng cho tàu trong các
điều kiện khai thác ổn định.

2021

LE VAN VANG

13


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
Để đưa máy phát đồng trục vào làm việc phải thỏa mãn hai điều kiện
cơ bản:
• Vịng quay ổn định ở giá trị nhất định (thông thường theo thiết kế)
• Cơng suất của máy chính phải đủ lớn để cung cấp cho máy phát (có
lượng dư cơng suất ∆𝑁).
Ne

C1

C2
B

NA
ΔN

NB

A
NS

nA
2021

LE VAN VANG

n
14


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

2.1.5 Động cơ làm việc trong điều kiện sóng gió
• Khi động cơ làm việc trong điều kiện sóng gió, vịng quay
và phụ tải ln thay đổi (vì nó có sự thay đổi lực đẩy và
mơ men quay của chân vịt). Sự thay đổi này gây ra do
trạng thái mặt biển, hướng và lực của gió...
• Động cơ chính làm việc trong trường hợp này ln có sự
thay đổi phụ tải nhiệt và cơ theo thời gian.
• Khi cơng tác trong điều kiện sóng gió động cơ dễ xảy ra
q tải mơ men, q tải vịng quay, q tải nhiệt. Để đảm
bảo an tồn cơng tác cho động cơ thông thường phải
giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình.
2021

LE VAN VANG

15


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

• Tốc độ tàu cơng tác trong điều kiện sóng gió giảm
một lượng ∆𝑣 phụ thuộc vào cấp gió WoB và
hướng gió .
• Phương pháp xác định thơng số công tác như sau:
- Giả sử đang công tác tại 𝑨 𝐶1 , 𝑀𝐾𝑇 khi điều kiện
khai thác thay đổi là sóng gió lên điểm phối hợp
cơng tác giữa động cơ và chân vịt là 𝑩 𝐶2 , 𝑀′𝐾𝑇 .
- Xác định điểm công tác B và đánh giá sự làm việc
của động cơ.

2021

LE VAN VANG

16


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY
C2

Ne

C1
B

NB
NA
C

NC

A

n2

MB
n1

MA

vC vB vA

v

C1: đặc tính chân vịt khi tàu chạy ngược sóng gió
C2: đặc tính chân vịt khi tàu chạy yên sóng gió
2021

LE VAN VANG

17

CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

Bài tập-thảo luận tuần4
I. CÁ NHÂN TỪNG SINH VIÊN
1. Khi tàu hoạt động trong các điều kiện khai thác khác
nhau, người khai thác cần quan tâm đến những vấn đề
gì, cho ví dụ.
2. Bài tập
A ship on an outward uses 30 000 litres of fuel oil and
travel at 15 knots. Due to a leak in the tanks only 20 000
litres of fuel oil is available for the return voyage.
Calculate the speed the ship must travel to arrive with
3800 litres remaining in the tank.
2021

LE VAN VANG

18


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

II. BÀI THEO NHĨM (nhóm thảo luận online, nhóm
trưởng gửi báo cáo )
Khi tàu đang hoạt động trong các điều kiện khác thác khác
nhau, những thông số của động cơ chính cần quan tâm:

• Nhóm 1: Khi tàu chạy khơng chở hàng
• Nhóm 2: Khi tàu chạy chở đầy hàng
• Nhóm 3: Khi tàu chạy trong vùng biển nơng
• Nhóm 4: Khi tàu chạy xi sóng gió
• Nhóm 5: Khi tàu chạy ngược sóng gió
• Nhóm 6: Khi tàu chạy có máy phát đồng trục làm việc.
2021

LE VAN VANG

19


CHƯƠNG 2
CÁC CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC ỔN ĐỊNH CỦA DIESEL TÀU THỦY

THANK YOU !

2021

LE VAN VANG

20