Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính và chân vịt kèm theo cho tàu cá cỡ nhỏ, chương 7 pps

Chương 7:
Sự phối hợp làm việc giữa máy –
v
ỏ - chân vịt định bước
Chân vịt định bước được sử dụng rộng rãi trên các tàu cá cỡ
nhỏ vì tính ưu việt của nó và phương thức truyền động trên các tàu
cá hi
ện nay thường là gián tiếp (lai chân vịt hoặc thông qua các
h
ộp số, ly hợp) với mục đích nhận được tốc độ quay sau bộ truyền
phù hợp với tốc độ quay yêu cầu của chân vịt. Vì tổn thất trên hệ
trục và bộ truyền không lớn, nên công suất do động cơ phát ra gần
bằng công suất yêu cầu của trục chân vịt .
Trong quá trình khai thác, do các điều kiện chạy tàu thay đổi,
nên các thông số làm việc của động cơ cũng thay đổi theo. Trong
những trường hợp như vậy, việc xác định các thông số làm việc
hợp lý của động cơ là rất quan trọng, nó sẽ đảm bảo an toàn, tin
c
ậy cho hệ động lực và con tàu .
Chúng ta thường sử dụng công suất phát ra của động cơ nhỏ
hơn công suất định mức v
à một phần công suất dùng để dự trữ
khắc phục khi phụ tải tăng đột ngột nhằm tránh quá tải cho động
cơ .
Do đó điểm phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt thường
là điểm K. Điểm K được gọi là điểm khai thác hợp lý. Giá trị công
suất phát ra tại điểm K thường nằm trong khoảng sau:
N
K
= (0,85÷0,95). N
n

Và hệ số e = (0,85÷0,95) được gọi là hệ số giảm công suất.
Còn mômen và tốc độ quay tại K xác định theo công thức:
N
K
= n
K
3
. e
M
K
= M
K
3
.
2
e
Như vậy trong một điều kiện khai thác của tàu (C = Const),
ta có th
ể thay đổi điểm phối hợp làm việc của động cơ và chân vịt
bằng cách thay đổi tay ga để có được tốc độ tàu phù hợp với điều
kiện khai thác .
Tuy nhiên trong thực tế khai thác, không phải lúc nào chúng
ta c
ũng có thể sử dụng công suất tại điểm K. Chẳng hạn: Khi động
cơ đ
ã cũ, khi một vài xylanh bị hỏng hóc, khi điều động tàu ra vào
c
ảng, vỏ tàu và chân vịt sau một thời gian làm việc dưới tác dụng
của môi trường ngoài ăn mòn, bám bẩn cũng như các lực uốn,
xoắn lên vỏ tàu làm chúng thay đổi tình trạng kỹ thuật .

Các nguyên nhân làm thay đổi t
ình trạng kỹ thuật chân vịt
gồm có:
Vỏ tàu bị chân vịt hà bám
Cánh chân v
ịt bị biến dạng
Cánh chân vịt bị hà rỉ hay ăn mòn .
Vỏ tàu có thể bị uấn xoắn làm thay đổi biến dạng phần chìm
dưới nước .
Trong trường hợp n
ày chúng ta phải thay đổi tay ga động cơ
để có được công suất hợp lý .
Như đ
ã trình bày ở chương I hệ động lực tàu cá ở nước ta áp
dụng truyền động gián tiếp qua hộp số cơ khí để tạo ra tốc độ quay
phù hợp với tốc độ quay yêu cầu của chân vịt. Đặc điểm của
phương pháp truyền động gián tiếp l
à tốc độ quay sau bộ truyền
nhỏ hơn tốc độ quay của động cơ tùy thuộc vào tỷ số truyền của
hộp số .
Sự phối hợp làm việc giữa động cơ chính thân tàu và chân vịt
khi áp dụng truyền động gián tiếp (ở tàu cá cỡ nhỏ) được thể hiện
trên (hình 2.9)
10
MB
MC
MA
B1
9
8

7
0
Me
n
n
C
nB
nA
3
2
1
A2
A1
C
B
A
Hình 2.9 - Đồ thị phối hợp làm việc giữa động cơ chính và
chân vịt định bước khi truyền động cơ khí gián tiếp – xây dựng
theo mômen
A
B
C
A
1
A2
1
2
3
n
A

nB
nC
n
NP
0
7
8
9
4
5
6
B1
N
A
NB
NC
Ne
dm
=
=
=
Hình 2.10 - Đồ thị phối hợp làm việc giữa động cơ chính
và chân vịt định bước khi truyền động cơ khí gián tiếp – xây
d
ựng theo công suất
Đặc tính chân vịt theo chế độ tính toán, ứng với cấp số tiến 1
của hộp số
2. Đặc tính chân vịt ở chế độ kéo I, tương ứng với cấp số tiến
2 của hộp số
3. Đặc tính chân vịt ở chế độ kéo II, tương ứng với cấp số

tiến 3 của hộp số
4. Đặc tính giới hạn
theo mômen xoắn, tính theo tốc độ quay
chân vịt, tương ứng với cấp số tiến 1 của hộp số
5. Đặc tính giới hạn theo mômen xoắn, tương ứng với tốc độ
quay của chân vịt, tương ứng với cấp số tiến 2 của hộp số
6. Đặc tính giới hạn theo mômen xoắn, tính theo tốc độ quay
chân vịt, tương ứng với cấp số tiến 3 của hộp số
7. Đặc tính điều tốc theo chế độ tính toán, tương ứng với cấp
số tiến 1 của hộp số
8 Đặc tính điều tốc theo chế độ kéo I, tương ứng với cấp số
tiến 2 của hộp số
9. Đặc tính điều tốc theo chế độ kéo II, tương ứng với cấp số tiến 3 của
hộp số
10. Đặc tính mômen theo công suất định mức .
Đồ thị được xây dựng với nhóm đặc tính động cơ theo tốc độ
quay chân vịt .Tổ hợp động cơ chân vịt truyền động gián tiếp với
tỷ số truyền I =
1
2
n
n
. Trong trường hợp xem xét ở (hình 2.9), hộp số
cơ khí có 3 cấp số tiến: Cấp số tiến 1 d
ùng cho chế độ tàu chạy
hàng hải tự do, cấp số tiến 2 dùng cho chế độ kéo I và cấp số tiến 3
dùng cho chế độ kéo II tương ứng với các đặc tính chân vịt 1, 2 và
3 .
C
0

K
N
I
H
N
n
n
n
h
0
a
=
c
o
n
s
t
KT
n
Hình 2.11 – Sự phối hợp làm việc giũa máy và chân vịt
khi điều kiện khai thác không thay đổi nhưng đặc tính l
àm việc
của động cơ thay đổi
Giả thiết tàu hoạt động trong vùng không sóng gió, nước
chảy ổn định tàu chạy thẳng, ta có được đặc tính chân vịt không
thay đổi C
0
. Động cơ làm việc với đặc tính ngoài (h
a
= const) ứng

với lượng cấp nhiên liệu cho mỗi chu trình không thay đổi (g
ct
=
const hay v
ị trí tay ga định mức (h
an)
). Điểm phối hợp làm việc sẽ
là điểm cắt nhau của đặc tính
chân vịt (C
0
) với đường đặc tính
ngoài (M
n
, h
n
) tại N (hình 2.10). Tại đây mômen sinh ra của động
cơ cân bằng với mômen cản tr
ên trục chân vịt, lực đẩy cân bằng
với lực cản, và giá trị công suất tại điểm phối hợp làm việc N
n
và
tương ứng với nó là tốc độ quay định mức (n
n
) .
Sự phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt khi điều kiện khai
thác không thay đổi nhưng đặc tính l
àm việc động cơ thay đổi.
Trên hình.2.9 ở chế độ tính toán, giao điểm của đặc tính chân
vịt 1 với đặc tính chân vịt 1 với đặc tính giới hạn theo mômen 4,
tương ứng với cấp số tiến 1 của hộp số cho ta điểm l

àm việc A. Tại
điểm l
àm việc này ta có:
N
A=
N
1edm
; n
A =
n
2 =
i
1
n
1dm
; M
a
= M
2
=
e
M
i
1
1
.
1
.
Ở chế độ kéo I, đặc tính chân vịt tương ứng là đường 2.
Đường đặc tính n

ày dốc hơn đường đặc tính 1 và nếu không thay
đổi tỷ số truyền của hộp số theo hướng tăng mổmen xoắn th
ì liên
h
ợp tàu sẽ bị nặng thủy động, động cơ sẽ bị quá tải. Để cho động
cơ không bị quá tải về mômen th
ì điểm làm việc sẽ phải là điểm
A
1
. Lúc này động cơ không phát huy được công suất định mức và
t
ốc độ quay nhỏ hơn giá trị định mức. Rõ ràng chân vịt đòi hỏi
mômen xoắn lớn hơn giá trị của chế độ tính toán 9 vì sức cản vỏ
tàu lớn). Để cho dộng cơ phát huy hết công suất và đáp ứng được
yêu cầu về mômen xoắn của chân vịt, người ta cho liên hợp tàu
làm vi
ệc theo cấp số tiến 2 của hộp số. Lúc này điểm làm việc của
liên hợp sẽ là điểm B và có các thông số làm việc là:
N
e
= N
B
= N
A
= N
1edm
; M
C
=
3

1
i
M
<M
B
>M
A
I
3
=
dm
e
n
n
1
<i
2
=
dm
B
n
n
1
< i
1
=
dm
A
n
n

1
Đối với mỗi chế độ kéo của tàu ta có thể tìm được một tỷ số
truyền thích hợp, ở đó công suất động cơ đạt giá trị định mức,
mômen trên trục ra của hộp số đáp ứng được yêu cầu của chân vịt .
Trong thực tế hộp số cơ khí có số lượng tỷ số truyền hạn chế,
thông thường có từ 2÷5 cấp tỷ số truyền. Mỗi hộp số nhất thiết
phải có một cấp số truyền khi lùi (thông thường là cấp số truyền
cho giá trị tốc độ quay nhỏ nhất) để điều khiển tàu chạy lùi khi
điều động .
Chính vì vậy trong quá trình tính toán phải kể đến tổn thất bộ
truyền, giảm tốc Khi đó công suất truyền đến chân vịt sẽ được
tính:
N
D
=
mtthse
N


Trong đó:
th

= (0,97÷ 0,98): Hiệu suất của thiết bị ly hợp .

gt

= (0.94 ÷0,96): Hiệu suất của bộ giảm tốc .
Sự phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt trong thực tế khai
thác:
Th

ực tế khai thác hệ động lực tàu thủy cho thấy điều kiện
khai thác thay đổi rất đa
dạng. Các quá trình thay đổi xảy ra đồng
thời liên tục và gián tiếp, do vậy trong quá trình khai thác chúng ta
ph
ải có những tác động nhất định đến động cơ với mục đích bảo
đảm cho động cơ làm việc an o
àn, tin cậy đạt hiệu quả kinh tế cao .
+ Khi điều kiện khó khăn hơn: Điểm l
àm việc sẽ thay đổi từ
K sang K
1
.
+ Khi điều kiện làm việc thuận lợi hơn: Điểm làm việc sẽ
thay đổi từ K sang K
2
(Hình …)
C
C
C
K
K
K
h
N
n
0
K
1
0

2
1
1
2
e
Hình 2.12 - Sự phối hợp làm việc giữa máy và chân vịt
khi động cơ trang bị bộ đ
iều tốc nhiều chế độ
Thông thường trên các động cơ thủy đều được trang bị bộ
điều tốc nhiều chế độ .Do vậy khi điều kiện khai thác thay đổi tuy
rằng người ta đặt tay ga động cơ ở một vị trí nhất định nhưng do
phụ tải bên ngoài luôn thay đổi (khi tàu đi trong vùng sóng gió
nước chảy mạnh…) làm cho điểm làm việc của động cơ thay đổi
.Trong những trường hợp đó bộ điều tốc sẽ có những tác động nhất
định vào cơ cấu điều chỉnh lượng cấp nhi
ên liệu của các bơm cao
áp (tức thời tăng hoặc giảm lượng cấp theo đặc tính điều chỉnh của
bộ điều tốc) để cân bằng sự làm việc của động cơ với phụ tải ngoài
.
Vì vậy, để tăng khả năng làm việc của tàu, trong hệ động lực
người ta trang bị bộ giảm tốc nhiều cấp nhằm sử dụng hết công
suất của động cơ, khai thác hết công suất của động cơ, tăng tính an
toàn tin cậy và kéo dài tuổi thọ động cơ .
Mặt khác theo kinh nghiệm khai thác động cơ Diesel tàu thủy
của các đội tàu ta thấy một cách tổng quát rằng: Điều kiện khai
thác thực tế của tàu khác xa với điều kiện tiêu chuẩn cho nên các
thông s
ố khai thác cụ thể cũng thay đổi. Chính vì thế trong quá
trình khai thác cần có đủ những tài liệu cần thiết để giúp cho việc
xác định chế độ l

àm việc hợp lý. Tài liệu đó chính là đặc tính vận
hành tàu, được xây dựng trên cơ sở các thông số l
àm việc của động
cơ chính
– thân tàu và chân vịt. Đặc tính vận hành tàu có thể xây
dựng theo phương pháp tính toán lý thuyết và theo kết quả thực
nghiệm .
Việc xây dựng đặc tính vận hành tàu theo lý thuyết dựa vào
các thông s
ố cơ bản của chân vịt, của máy chính, đường cong sức
cản của tàu hoặc công suất kéo phụ thuộc vào tốc độ tàu, các hệ số
ảnh hưởng của thân t
àu .
Tuy nhiên vi
ệc xây dựng đặc tính vận hành theo lý thuyết
không thể áp dụng cho tàu cá cỡ nhỏ, vì tàu được đóng mới không
qua thiết kế vả lại việc tính toán và chọn các hệ thường mắc phải
những sai số lớn. Nên khi đưa đồ thị vận hành áp dụng vào thực tế
để khai thác thường là không phù hợp, sai số quá lớn, nói chung là
không th
ể áp dụng được .
Để giải quyết vấn đề tr
ên một cách thích hợp thì người ta đưa
ra biện pháp xây dựng đặc tính vận hành theo thực tế thông qua
thực nghiệm. Điều kiện để xây dựng đặc tính vận hành trong
trường hợp này là coi máy – vỏ - chân vịt còn mới .Tàu hoạt động
trong điều kiện biển
êm tàu chạy thẳng .