Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính và chân vịt kèm theo cho tàu cá cỡ nhỏ, chương 5 docx

Chương 5:
Đặc tính của động cơ Điêsel tàu
thủy
 Đặc tính công suất
Đặc tính công suất là đặc tính biểu thị sự thay đổi các thông
số làm việc của động cơ theo hàm tốc độ quay hoặc tốc độ tàu, gọi
là đặc tính công suất hay đặc tính tốc độ .
Đặc tính
công suất chia làm 2 loại: Đặc tính ngoài và đặc tính
chân vịt .
Đặc tính ngoài (Đặc tính công suất khi dw = const).
Là đặc tính tốc độ biểu thị công suất cực đại của động cơ
theo một vị trí của tay thước nhiên liệu ứng với từng chế độ tốc độ.
Khi chuyển chế độ làm việc của động cơ theo đặc tính ngoài thì
các ch
ỉ tiêu kinh tế năng lượng, các phụ tải cơ và nhiệt cũng thay
đổi khi thay đổi phụ tải b
ên ngoài .
Do công su
ất cực đại của động cơ phụ thuộc vào việc điều
chỉnh lượng nhiên liệu cực đại cung cấp cho mỗi chu trình, nên đặc
tính ngoài của động cơ phụ thộc vào việc điêu chỉnh đó .
5
4
3
2
1
d
c
b
a

3KC
MOM
max
Ne
Ne
Ne
min
3KC
n
MOM max
n
n
n
n
0
N
e
Hình 2.4 - Đặc tính công suất khai thác được chia ra:
0 – 1: đặc tính giới hạn: là đặc tính công suất giới hạn (Ngh) , độ
bền động cơ .
0 – 2: đặc tính lớn nhất: là đặc tính công suất thể hiện (Nmax) khả
năng phát ra công suất lớn nhất ở v
òng quay định mức hoặc vòng
quay l
ớn nhất .
0 – 3: đặc tính ngoài hay đặc tính định mức. (Nn) là đặc tính thể
hiện khả năng phát ra công suất lớn nhất ổn định, kinh tế nhất ứng
với vòng quay định mức .
0 – 4: đặc tính khai thác: (NKT) là đặc tính công suất được sử
dụng rộng rãi nhất trong quá trình khai thác động cơ .Đặc tính khai

thác có giá trị nhỏ hơn đặc tính định mức: Thông thường: N
KT
=
(0,85 ÷ 0,95) N
n
0 – 5: đặc tính phụ tải:Nbf là đặc tính công suất khi động cơ phát
ra của động cơ nhỏ hơn công suất khai thác:N
bf
≤ (0,85 ÷ 0,9) N
n
.
Đặc tính bộ phận thường sử dụng khi tàu công tác trong nhừn điều
kiện khai thác khó khăn.
 Đặc tính chân vịt:
Đặc tính biểu thị mối quan hệ giữa các thông số làm việc của
động cơ với tốc độ quay hoặc tốc độ tàu khi lượng nhi
ên liệu cung
cấp cho mỗi chu trình thay đổi gọi là đặc tính chân vịt. Hay sự phụ
thuộc các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ vào tốc độ quay của
nó khi động cơ lai chân vịt được gọi là đặc tính chân vịt .
Chân vịt tiếp nhận công suất, mô men do động cơ sản ra trừ
đi một phần tổn thất năng lượng khi truyền từ động cơ đến chân vịt
.
Để xây dựng được đặc tính chân vịt, ta phải giả định rằng
lượng nhi
ên liệu phun vào động cơ trong mỗi chu trình thay đổi
(dw ≠ const) và toàn bộ công suất phát ra của động cơ truyền hết
cho chân vịt. Khi đó sự biến đổi mômen, công suất phụ thuộc tốc
độ quay được xác định theo biểu thức sau:
N

e
= C.n
x
M
e
= C’
.
n
x-1
*
C,C’: H
ằng số phụ thuộc vào hệ động lực và kết cấu, hình
dáng tàu
Kết quả thực nghiệm cho thấy thì đối với những tàu công tác
độc lập có giá trị x = 3 do đó mà * trở thành:
N
e
= C.n
3
M
e
= C.n
2
Từ phương trình trên cho thấy với một con tàu cụ thể ở một
điều kiện khai thác nhất định (C = const) th
ì công suất có quan hệ
bậc ba với tốc độ quay của nó .
Trong thực tế khai thác điều kiện hàng hải luôn thay đổi như
khi tàu hoạt động trong điều kiện sóng gió thay đổi thì hằng số C
cũng thay đổi theo điều kiện khai thác. Kết quả là ta sẽ có họ các

đường đặc tính chân vịt .
0
N
e
n
N

=

C

.

n
x
Hình 2.5 - Biểu diễn mối quan hệ giữa công suất với tốc
độ quay khi lượng nhi
ên liệu cung cấp cho mỗi chu trình thay
d
ổi .
Người ta thường lấy tốc độ quay làm biến số, đôi khi sự thay
đổi của các chỉ tiêu được xây dựng phụ thuộc v
ào công suất. Trong
trường hợp n
ày ý nghĩa của đặc tính chân vịt không thay đổi, chỉ
có dạng đường cong thay đổi mà thôi, sự thay đổi các chỉ tiêu của
động cơ khi làm việc với chân vịt li
ên quan mật tiết với sự thay đổi
của tốc độ quay. Tạo cơ sở cho việc phân tích các chế độ làm việc
khi phối hợp hệ thống chân vịt – vỏ tàu với đặc tính ngoài của

động cơ. Chính v
ì vậy, người ta xây dựng các chỉ tiêu của động cơ
phụ thuộc vào tốc độ quay n .
Như vậy ở một điều kiện chạy tàu riêng biệt trạng thái của
chân vịt, trạng thái của vỏ tàu tương ứng với đặc tính chân vịt của
mình và cả của động cơ nữa.
Mô men và công suất được chân vịt tiếp nhận, phụ thuộc
trước ti
ên vào các thông số hình học, thủy động học của chân vịt.
Đối với chân vịt định bước các thông số h
ình học giữ nguyên
không thay đổi .
Hệ số trượt và bước trượt tương đối của chân vịt λ
p
có liên
quan đến số lượng của các thông số thủy động học .
Hệ số trượt của chân vịt được xác định bổi tỷ số tốc độ trượt
(H.n
cv
– V
P)
với tốc độ dọc trục của chân vịt trong môi trường rắn
Hn
s
.:
S = (H.n
cv
– V
p)
/H.n

cv
.
Trong đó:
N
cv
: Tốc độ quay của chân vịt ,v/s.
V
p
: Tốc độ tiến của chân vịt trong nước tự do, m/s.
Bước trượt tương đối của chân vịt sau một v
òng quay h
p
=
V
p
/n
cv
thường được biểu diễn bằng đại lượng không thứ nguyên
c
ủa bước trượt tương đối:
λ
p
=
Dn
V
CV
P
.
D: Đường kính chân vịt .
Hệ số trượt và bước trượt tương đối có mối quan hệ như sau:

υ = 1
-
DHDnH
DV
P
cv
p
/
1

.


Từ đây: λ
p
= )1(


D
H
Khi hệ số trượt ν= 0 thì λ
p
=
D
H
, chân vịt sau một vòng đi
được một đoạn đường bằng bước h
ình học. Trong trường hợp này
l
ực đẩy chân vịt bằng 0 .

Hệ số trượt là điều kiện làm việc cần thiết của chân vịt,
không có hệ số trượt, lực đẩy cũng sẽ không có .
Lực đẩy và mô men của chân vịt liên quan mật thiết với các
thông số thủy động học λ
p
và v và những đường cong tác dụng của
chân vịt. Chúng được thể hiện bằng những hệ số lực đẩy K
1
, hệ số
mômen K
2
không có thứ nguyên và hiệu suất có ích của chân vịt và
bước trượt tương đối
Những hệ số không thứ nguyên K
1
, K
2
được đưa vào công
thức như hệ số tỷ lệ của lực đẩy và mômen chân vịt .
P = K
1
.

.n
cv
2
.D
4
M = K
2

.

. n
cv
2
.D
5
Ở đây

: Mật độ của nước, kg.s
2
/m
4
.
Hi
ệu suất có ích của chân vịt trong nước không giới hạn phụ
thuôc vào tỷ số
2
1
K
K
.
P

=
2
1
K
K
.



2
P
p
K
10K

0,2
0,4
0,6
0,8
0
0,2
0,4
0,6
0,8
K
K
2
1
,

1
2
d
c
a
b
p

p

Hình 2.6 - Đặc tính thủy động của chân vịt
Ở điểm “a”, là chế độ làm việc thử tàu hoặc tàu làm việc
trong vùng bão tố λ
p
= 0; v = 100%, các giá trị K
1
, K
2
đạt đến giá
trị lớn nhất, còn hiệu suất chân vịt
p

= 0. Ở điểm “b” có được chế
độ l
àm việc định mức của chân vịt (hay chế độ kinh tế). Ở đó hệ số
trượt và bước trượt tương đối đạt đến những giá trị đảm bảo cho
hiệu suất chân vịt lớn nhất, còn hệ số K
1
và K
2
có giá trị nhỏ hơn
giá trị cực đại của chúng .
Ở điểm “c” chân vịt bắt đầu quay trong nước chân vịt l
àm
vi
ệc với hệ số trượt v = 0 và bước trượt tương đối λ
p
=

D
H
bằng với
bước của lực đẩy bằng 0, chân vịt lúc
này bắt đầu quay trong nước
mômen và lực đẩy chưa đủ lớn để đẩy tàu. Hệ số lực đẩy K
1
= 0 và
l
ực đẩy chân vịt P= 0, nhưng K
2
≠ 0. Mô men đưa vào chủ yếu để
khắc phục sức cản định hình của cánh chân vịt .
Ở điểm “d” hệ số trượt (v<0), bước trượt tương đối λ
p
, tỷ số
bước
D
H
, hệ số mô men K
2
và mô men bằng 0 .
Bắt đầu từ điểm “d” chân vịt làm việc trong dòng chảy ở chế
độ tuabin thủy lực đẩy âm , h
ãm sự chuyển động của con tàu .
Trên đoạn “cd” chân vịt bị “tê liệt “, nó không phải là thiết bị
đẩy v
à cũng không phải là tuabin .
Chính vì nh
ững đặc tính nêu trên nên khi kết cấu của chân vịt

thay đổi sẽ làm cho đặc tính của chân vịt thay đổi hoặc khi thong
số hình học không thứ nguyên
D
H
thay đổi cũng làm cho đặc tính
chân vịt thay đổi .
Phân tích điều kiện l
àm việc của chân vịt trên các vùng có hệ
số trượt âm có ý nghĩa khi xem xét các chế độ không ổn định của
động cơ .
Để xem xét sự phụ thuộc của mômen v
à công suất tiêu hao
c
ủa chân vịt và tốc độ quay của động cơ, cần thấy rằng, khi thay
đổi trạng thái kỹ thuật của vỏ v
à chân vịt thì bước trượt tương đối
và hệ số trượt ở các chế độ ổn định phụ thuộc rất ít vào tốc độ quay
.
T
ốc độ dọc trục tương đối của chân vịt với nước (tốc độ của
con tàu V được điều chỉnh trên đại lượng
của hệ số dòng theo

=
1 -
V
V
P
) thay đổi tỷ lệ thuận với tốc độ quay khi λ
p

=
Dn
V
s
P
.
= const (v
= const) và đại lượng K
1
, K
2
không đổi đối với những giá trị khác
nhau của tốc độ quay n .
Do đó khi V
/n
cv
và λ
p
cũng được xác định. Lực đẩy và mô
men quay t
ỷ lệ bậc 2 với tốc độ tàu, công suất có quan hệ bậc 3 với
tốc độ tàu .