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

i

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Họ và tên SV: Vũ Đức Chỉnh

Lớp: 45TT2.

Ngành: Đóng Tàu

Mã ngành:

Khóa 45

Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính và chân vịt kèm theo
cho tàu cá cỡ nhỏ”.
Số trang:… ..Số chương:…03.......Số tài liệu tham khảo:……
Hiệnvật:….Không……………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
……
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
…………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………

………………………………………………………………………………………
Kếtluận:………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………….
Nha trang, ngày …tháng…năm 2007
CÁN BỘ HƯỚNG DẪN
Th.S NGUYỄN ĐÌNH LONG




ii

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP
Họ và tên SV: Vũ Đức Chỉnh

Lớp: 45TT2.

Ngành: Đóng Tàu

Mã ngành:

Khóa 45

Tên đề tài: “Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính và chân vịt kèm theo
cho tàu cá cỡ nhỏ”.
Số trang:… ..Số chương:…03.......Số tài liệu tham khảo:……
Hiệnvật:….Không……………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ PHẢN BIỆN

………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………
Điểm phản biện:……………………………………………………………
Nha trang, ngày …tháng…năm2007
CÁN BỘ PHẢN BIỆN
(Ký và ghi rõ họ tên)




iii

LỜI CẢM ƠN
Em xin chân thành cảm ơn nhà trường, khoa cơ khí, khoa kỹ thuật tàu thủy,
các thầy cô trong bộ môn đóng tàu đã tạo điều kiện cho em thực hiện đề tài này.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn thầy Th.S Nguyễn Đình Long người đã trực tiếp
hướng dẫn em từ bước đầu cho đến khi hoàn thành đề tài này.
Em xin chân thành cảm ơn những người bạn của lớp 45TT2 đã hỗ trợ và
động viên em hoàn thành đề tài này.

iv

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................... iii
MỤC LỤC ................................................................................................................. iv
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................1
CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................3
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG ....................................................................................3
1.1.1. Giới thiệu về nghề cá .............................................................................3
1.1.2. Đặc điểm của tàu cá cỡ nhỏ ...................................................................3
1.1.2.1. Đặc điểm hình dáng kích thước .....................................................4
1.1.2.2. Đặc điểm hệ động lực tàu cá ..........................................................5
1.2. TÌNH HÌNH ĐÓNG MỚI VÀ KHAI THÁC ..................................................7
1.2.1. Tình hình đóng mới ................................................................................7
1.2.2. Tình hình khai thác ................................................................................7
1.2.3. Tình hình lựa chọn động cơ chính trang bị cho tàu cá cỡ nhỏ ...............8
1.2.4. Những tồn tại cần giải quyết và mục tiêu nghiên cứu ...........................8
CHƯƠNG II: SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC CỦA TỔ HỢP MÁY – VỎ - CHÂN
VỊT ..............................................................................................................................9
2.1. CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT .........................................................9
2.1.1. Chỉ tiêu kinh tế- năng lượng của động cơ ..............................................9
2.1.2. Chỉ tiêu so sánh ......................................................................................9
2.1.3. Chỉ tiêu phụ tải cơ ................................................................................10
2.1.4. Chỉ tiêu phụ tải nhiệt ............................................................................10
2.2. ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY ................11
2.2.1 Đặc tính của động cơ Điêsel tàu thủy ...................................................11
2.2.2. Chế độ làm việc của động cơ Diêsel tàu thủy ......................................19
2.3. SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC GIỮA ĐỘNG CƠ – THÂN TÀU VÀ
CHÂN VỊT ............................................................................................................21
2.3.1. Điều kiện phối hợp giữa máy chính – thân tàu và chân vịt .................21

v

2.3.2 Sự phối hợp làm việc giữa máy – vỏ - chân vịt định bước ...................25
2.4.Hiệu suất làm việc của tổ hợp tàu ...................................................................32
CHƯƠNG 3: SỬ DỤNG HỢP LÝ TỔ HỢP MÁY CHÍNH VÀ CHÂN VỊT
KÈM THEO CHO .....................................................................................................36
TÀU CÁ CỠ NHỎ ....................................................................................................36
3.1.Cơ sở lý thuyết ................................................................................................36
3.2. Áp dụng với tàu cụ thể ...................................................................................38
3.2.1. Tính sức cản vỏ tàu ..............................................................................39
3.2.2. Xác định các thông số của chân vịt ......................................................42
3.2.3. Xác định vận tốc tàu.............................................................................44
KẾT LUẬN VÀ Ý KIẾN ĐỀ XUẤT .......................................................................54
TÀI LIỆU THAM KHẢO .........................................................................................55




1

LỜI NÓI ĐẦU
Nước ta có trên 3200 Km bờ biển tiềm năng của biển rất dồi dào với trên
2000 loài cá, trong đó có 130 loài có giá trị kinh tế. Nghề cá ở nước ta đã có từ rất
lâu nhưng vẫn còn ở trình độ sản xuất thấp, trên 70% tàu cá ở Việt Nam là tàu cá cỡ
nhỏ, trong đó lao động bình quân tăng 22.500 người/năm, nhưng năng suất khai
thác không cao. Cụ thể là theo kết quả điều tra của Viện nghiên cứu Hải sản năm

2002 thì trữ lượng cá biển Việt Nam khoảng 3,1 triệu tấn trong khi đó khả năng
đánh bắt chỉ được 1,4 triệu tấn .
Ngành khai thác thủy sản ở nước với số lượng tàu thuyền lớn nhưng chủ yếu
là tàu vỏ gỗ được đóng dựa vào kinh nghiệm dân gian chứ không qua thiết kế. Thiết
bị động lực trang bị cho tàu cá cũng được chọn theo kinh nghiệm và “ áng chừng “.
Đa phần ngư dân lựa chọn máy chính cùng với chân vịt theo kinh nghiệm trong khi
đó họ không được đào tạo bài bản để sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính chân vịt cho
tàu của mình, trong quá trình sử dụng thì tổ hợp vỏ tàu – máy chính – chân vịt phải
có sự phù hợp nhất định về các thông số vận hành mới mang lại hiệu quả khai thác
cao cho nên đứng trên phương diện kỹ thuật thì tồn tại nhiều vấn đề bất hợp lý cần
giải quyết đó là làm sao để sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính chân vịt kèm theo này
phù hợp với con tàu, với vai trò là người cán bộ kỹ thuật thì đây chính là nhiệm vụ
thiết yếu phải giải quyết và đó cũng chính là nội dung của đề tài mà tôi được Nhà
Trường giao cho thực hiện với tên gọi: “Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máy
chính và chân vịt kèm theo cho tàu cá cỡ nhỏ”.
Đề tài này có ý nghĩa rất lớn trong thực tế vì nó giúp cho người ngư dân vận
hành có hiệu quả nhất thiết bị khai thác hiện có của mình cụ thể là không phải tìm
kiếm chân vịt để thay thế mà sử dụng ngay chân vit kèm theo máy chính mà họ đã
dùng để lắp đặt cho tàu của mình với điều kiện phải tuân thủ các nguyên tắc vận
hành.




2

Sau 3 tháng thực hiện với sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Nguyễn Đình
Long cùng với sư giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật tàu thủy các bạn
sinh viên cũng như các cơ sở đóng tàu ở Nha Trang và bà con ngư dân, cùng với sự
nỗ lực của bản thân đến nay tôi dã hoàn thành đề tài này.

Trong luận văn này không thể tránh khỏi nhiều sai sót rất mong các thầy cô
các bạn sinh viên và người đọc nhiệt tình xây dựng ý kiến để cho đề tài được hoàn
thiện và thực sự đi vào thực tế đời sống.
Nha Trang, tháng 8 năm 2007
Sinh viên thực hiện
Vũ Đức Chỉnh




3

CHƯƠNG I: ĐẶT VẤN ĐỀ
1.1. KHÁI QUÁT CHUNG
1.1.1. Giới thiệu về nghề cá
Xét trên bình diện chung của cả nước, sự phát triển của ngành thuỷ sản đã
mang lại nhiều lợi ích thiết thực trên nhiều phương diện. Ðóng góp của ngành thủy
sản trong tổng thu nhập quốc nội hằng năm đều tăng lên, từ 1,7% năm 1985 lên
khoảng 4% năm 2004. Ngành thủy sản cũng đã tạo ra việc làm cho hơn 1 triệu
người.
Nghề khai thác cá biển ở Việt Nam là nghề cá nhân dân. Sự phát triển của
nghề cá mang tính chất tự phát và trong suốt một thời gian dài chúng ta đã không
kiểm soát được sự phát triển này. Trong khi đó trình độ văn hóa của ngư dân còn
thấp, với 68% chưa tốt nghiệp tiểu học, hơn 20% tốt nghiệp tiểu học, gần 10% có
trình độ trung học cơ sở và 0,65% có bằng tốt nghiệp ở trường dạy nghề hoặc đại
học, nhiều ngư dân còn lúng túng và đạt hiệu quả kinh tế thấp khi khai thác ở những
ngư trường xa bờ; việc tiếp thu các kiến thức và kỹ thuật khai thác hiện đại gặp
nhiều khó khăn.
1.1.2. Đặc điểm của tàu cá cỡ nhỏ
Tàu cá là tàu thủy được dùng để khai thác, nuôi trồng chế biến và vận

chuyển các loại thủy hải sản.
Tàu đánh cá ở nước ta rất phong phú và đa dạng. Đa số tàu đánh cá cỡ nhỏ
hiện nay được đóng bằng gỗ và lắp máy do Nhật Bản sản xuất. Được sử dụng phổ
biến và ưa chuộng nhất là máy của hãng YANMAR. Vì chiều dài hạn chế nên
không gian buồng máy hẹp vì vậy hệ trục tàu ngắn, bạc lót trục chân vịt sử dụng
phổ biến là bạc gỗ và bạc cao su, bôi trơn bằng nước biển. Chân vịt là loại định
bước và được làm bằng đồng thau có số cánh từ (3÷4) cánh. Trục chân vịt được làm
bằng thép không gỉ, bố trí trên các gối đỡ trượt và được bảo vệ bởi ống bao trục làm
bằng đồng thau Tàu cá cỡ nhỏ thường sử dụng 1 chân vịt.




4

1.1.2.1. Đặc điểm hình dáng kích thước
Tàu đánh cá cỡ nhỏ được đóng bằng gỗ, tàu có 1 boong chính từ giữa thân
tàu về mũi, bên dưới là các khoang cá, mặt cắt ngang hình chữ U, về phía mũi có
dạng chữ V. Buồng máy được bố trí phía đuôi, bên trên là cabin. Tàu có thể đánh
bắt theo một nghề nhất định hoặc khai thác kiêm nghề. Hiện nay đa phần là tàu
đánh bắt kiêm nghề với nghề chính có hiệu quả cao. Các nghề đánh bắt phổ biến:
lưới kéo, lưới rê, lưới vây, mành, pha xúc và câu.
Việc đóng tàu của ngư dân chủ yếu dựa vào kinh nghiệm dân gian mà không
theo thiết kế. Tàu đánh cá cỡ nhỏ có hình dạng mũi tàu nhô cao dần, bụng bầu.
Tùy theo loại nghề khai thác khác nhau mà hình dáng tàu khác nhau như:
9 Tàu lưới kéo thì tỷ số L/B lớn, tàu thuôn dài.
9 Tàu lưới vây thì tỷ số L/B nhỏ có hình dáng ngắn và bầu.
9 Tàu lưới rê do yêu cầu về diện tích boong thao tác rộng nên yêu cầu về chiều
rộng B phải lớn.
Phần lớn các tàu có độ dốc về phía lái, độ nghiêng từ (3÷5) độ so với đường

cơ bản. Mục đích tạo ra độ nghiêng này là đảm bảo cho chân vịt của tàu khi làm
việc không nhô lên khỏi mặt nước, tàu không bị chúi mũi và giảm được sức cản
cũng như nâng cao được hiệu suất làm việc của tổ hợp máy – vỏ - chân vịt.
Tàu đánh cá cỡ nhỏ có loại có ky chính hoặc không có ky chính như tàu ở
khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai. Ky chính là cây gỗ hoàn chỉnh với mặt cắt
ngang hình chữ nhật, kích thước tùy thuộc vào chiều dài tàu. Ky chính được kéo dài
từ mũi tàu đến độn trục hay đến trục lái của tàu. Chẳng hạn như ở vùng biển Quy
Nhơn tỉnh Bình Định cùng một địa phương nhưng ky chính có chiếc được kéo dài
đến độn trục, còn từ độn trục được kẹp thêm tấm kim loại làm giá đỡ cho trục lái.
Tùy theo kích thước và đặc điểm nghề nghiệp của mỗi con tàu mà số lượng
và kích thước của các khoang có khác nhau. Các khoang của tàu cá cỡ nhỏ không
thuộc loại khoang kín nước. Khoang máy chính được bố trí ở phía sau đuôi tàu. Do
tàu ngắn, khoang lưới, khoang cá được bố trí từ trước cabin về phía mũi, cabin
thường được bố trí ở phía sau đuôi tàu và trên khoang máy, với mục đích tiết kiệm




5

không gian và tăng diện tích boong thao tác, tạo điều kiện làm việc và sinh hoạt
thuận lợi.
•

Hình dáng mũi tàu:

Đối với tàu đánh cá cỡ nhỏ phần lớn sống mũi nghiêng về phía trước một
cách thích ứng, để đảm bảo khả năng rẽ sóng và đè sóng của tàu trong quá trình di
chuyển. Mặt cắt ngang của tàu phía mũi có dạng chữ V. Điều này có lợi cho việc
chống lắc dọc và cắt sóng, có thể tránh được hiện tượng va đập, tăng lực nổi dự trữ

và hạn chế được hiện tượng lắc dọc. Boong mũi cao nhằm tránh được hiện tượng
phủ sóng ở mũi tàu va tăng được diện tích khoang mũi. Thân tàu hình ống, mặt cắt
ngang hình chữ U.
•

Hình dáng đuôi tàu:

Hình dáng vòm đuôi có ảnh hưởng rất lớn đến việc bố trí chân vịt đảm bảo
khả năng làm việc, cần tránh không khí xâm nhập khi chân vịt làm việc, đồng thời
cung cấp đủ nước cho chân vịt hoạt động. Do đó vòm đuôi được nâng cao thỏa
đáng, đảm bảo không gian cho việc bố trí bánh lái và chân vịt. Mặt cắt ngang đuôi
tàu có hình dáng chữ U, nó có ưu điểm là đảm bảo lực nổi dự trữ ở đuôi tàu. Để
tránh hiện tượng sóng vỗ đuôi tàu thì ván đuôi có một độ nghiêng nhất định về phía
sau.
Qua các vấn đề trên ta nhận thấy:
9

Tàu đánh cá cỡ nhỏ là tàu có kích thước LTK <20 m.

9

Tàu được đóng bằng gỗ.

9

Tàu đánh cá cỡ nhỏ chủ yếu thuộc khối tư nhân.

9

Được đóng mới theo kinh nghiệm dân gian không theo thiết kế.

1.1.2.2. Đặc điểm hệ động lực tàu cá
Tàu cá là thành viên trong khối tàu thủy. Do đó nó có những đặc điểm chung
của tàu thủy và đặc điểm riêng của nó, việc lựa chọn động cơ chính trang bị trên tàu
cá cỡ nhỏ của ngư dân hiện nay chủ yếu dựa vào cảm tính mà không dựa trên cơ sở
tính toán. Mặt khác, máy chính trang bị cho tàu rất phong phú về chủng loại công




6

suất và đa phần là máy cũ không có catalo nên không có đầy đủ tài liệu vận hành.
Người sử dụng máy không được đào tạo một cách có hệ thống.
•

Đặc điểm động cơ chính:

Động cơ chính trang bị trên tàu cá cỡ nhỏ thường có công suất nhỏ, đôi khi
có thể lên đến 500 mã lực, tốc độ quay cao, do các hãng nước ngoài chế tạo. Các
động cơ này có cấu tạo nhỏ gọn và đơn giản hơn so với động cơ có công suất lớn.
Có thể điểm qua một số mặt như sau:
+ Các động cơ cỡ nhỏ này đều là những động cơ 4 kỳ tác dụng đơn, không
tăng áp hoặc tăng áp. Số xy lanh từ (1 ÷ 6) và công suất xy lanh từ (8 ÷ 80) Ml. Các
động cơ này có tốc độ quay định mức từ (900 ÷ 3600) v/ph, phần lớn chúng là
những động cơ cao tốc sử dụng hộp số cơ khí 2 cấp truyền (một cấp tiến và một cấp
lùi), ly hợp ma sát đĩa đơn (đơn hoặc kép).
•

Đặc điểm hệ trục chân vịt:

Hệ trục chân vịt sử dụng trên tàu cá cỡ nhỏ ở nước ta rất đơn giản do buồng
máy được bố trí ở phía đuôi tàu nên hệ trục ngắn chỉ gồm hệ trục chân vịt và khớp nối.
Theo kết quả điều tra cho thấy các chủng loại động cơ thủy ngoại nhập cỡ
nhỏ sử dụng ở nước ta chủ yếu là các họ động cơ của Nhật Bản và phần lớn là các
họ động cơ của các hãng YANMAR sản xuất, chúng thường có hệ trục kèm theo.
Các hệ trục này gồm có: chân vịt, trục chân vịt, ống bao trục, ổ đỡ trục chân vịt
khớp nối và cụm kín nước, hệ trục chân vịt thường ngắn nên không sử dụng trục
trung gian.
Khớp nối dùng để nối trục chân vịt với trục ra của hộp số động cơ thường là
khớp nối các đăng.
Trên tàu ngoài động cơ chính có thể trang bị thêm máy phát điện, đôi khi có
bơm thủy lực phục vụ máy khai thác. Bố trí chung buồng máy trên tàu cá cỡ nhỏ ở
nước ta rất đơn giản.
•

Đặc điểm thiết bị đẩy:

Hiện tại chân vịt chiếm ưu thế trong việc sử dụng làm thiết bị đẩy tàu. Trên các
tàu cỡ nhỏ, đòi hỏi tính động cơ cao, người ta sử dụng thiết bị đẩy kiểu chân vịt. Đối




7

với tàu cá cỡ nhỏ, chân vịt làm bằng hợp kim đồng, kiểu bước xoắn cố định, số cánh từ
(3 ÷ 4), đường kính đạt đến 1,2 m. Đối với tàu cá được trang bị một chân vịt, chân vịt
quay phải (thuận chiều kim đồng hồ) hoặc quay trái (ngược chiều kim đồng hồ).
1.2. TÌNH HÌNH ĐÓNG MỚI VÀ KHAI THÁC

1.2.1. Tình hình đóng mới
Ở nước ta, có khoảng trên 80% số lượng tàu cá là tàu cá cỡ nhỏ. Việc đóng
mới hiện nay tương đối phát triển, các cơ sở đóng tàu trải khắp trên các tỉnh ven
biển nước ta nhưng đa phần tàu được đóng mới là tàu cá cỡ nhỏ và được đóng dựa
trên kinh nghiệm dân gian chứ không được thiết kế bài bản. Cụ thể là số lượng tàu
thuyền đánh cá tăng liên tục. Theo số liệu của Bộ Thủy sản, năm 1981 cả nước mới
chỉ có 29.584 tàu gắn máy thì đến cuối năm 2004 chúng ta đã có 85.430 chiếc tàu
gắn máy. Hằng năm, số lượng tàu thuyền tăng lên liên tục với tốc độ bình quân
2.929 chiếc/năm.
Cùng với sự gia tăng số lượng tàu thuyền khai thác, tổng công suất máy tàu
cũng không ngừng tăng lên. Tổng công suất tàu thuyền gắn máy năm 1981 ghi nhận
được là 453.871 CV thì đến năm 2004 con số này đã là 4.721.701 CV, với mức tăng
bình quân 164.579 CV/năm
1.2.2. Tình hình khai thác
Trữ lượng hải sản biển Việt Nam dao động trong khoảng (3,1 ÷ 4,2) triệu
tấn, với khả năng khai thác (1,4 ÷ 1,6) triệu tấn; khoảng 0,058 triệu tấn tôm biển và
0,123 triệu tấn mực.
Nhưng do trình độ khai thác còn thấp cho nên khi phát triển nghề cá xa bờ,
họ gặp phải các khó khăn như:
Chưa nắm chắc được ngư trường của vùng biển xa bờ.
Quy mô tàu cá còn nhỏ, khả năng chịu sóng gió kém.
Chưa nắm chắc kỹ thuật khai thác ở vùng biển xa bờ.
Dẫn đến tình trạng hiệu quả kinh tế của các tàu khai thác xa bờ đạt thấp.
Hiện có khoảng 31,5% các tàu đóng trong chương trình khai thác xa bờ bị lỗ và nợ
đọng vốn vay của ngân hàng.




8

1.2.3. Tình hình lựa chọn động cơ chính trang bị cho tàu cá cỡ nhỏ
Về nguyên tắc việc lựa chọn động cơ chính nói riêng và thiết bị động lực nói
chung trang bị cho tàu đều qua tính toán thiết kế căn cứ vào kích thước tàu đặc điểm
yêu cầu của từng nghề khai thác. Tuy nhiên vì tàu đóng mới không qua thiết kế nên
việc chọn máy và các trang thiết bị khác cũng không qua tính toán.
Thực tế cho thấy động cơ và chân vịt được chọn theo kiểu “áng chừng“hay
theo kinh nghiệm mà không dựa trên cơ sở tính toán cũng như đặc điểm chế độ làm
việc của tàu theo nghề khai thác.
1.2.4. Những tồn tại cần giải quyết và mục tiêu nghiên cứu
Tàu cá nước ta là loại tàu cỡ nhỏ, được đóng bằng gỗ theo kinh nghiệm
truyền thống trong điều kiện đơn chiếc, không trải qua giai đoạn thiết kế. Do đó
động cơ chính và chân vịt cũng được chọn theo kinh nghiệm. Chính vì vậy, sự phù
hợp giữa các thành phần của tổ hợp Động cơ chính – thân tàu – Chân vịt rất khó đạt
được và do hồ sơ phần máy của tàu không được thiết lập, dụng cụ đo lường kiểm tra
không được trang bị đầy đủ nên việc xác định các chỉ tiêu và thông số công tác cũng
như lựa chọn chế độ làm việc của động cơ là rất khó khăn.
Hơn nữa, do trình độ của người ngư dân còn thấp. Người ta thường điều
khiển cho động cơ làm việc theo yêu cầu về tốc độ tàu và điều kiện khí xả không có
màu đen, trong khi đó đặc tính nhả khói đen nằm trên đường đặc tính ngoài công
suất định mức cho nên động cơ chính thường xuyên làm việc trong tình trạng quá
tải.
Làm thế nào để khai thác đạt hiệu quả cao tổ hợp máy chính – chân vịt cùng
với tàu trong trường hợp này là vấn đề cần quan tâm.
Mục tiêu của đề tài là giải quyết về mặt kỹ thuật để khai thác có hiệu quả cao
tổ hợp máy chính và chân vịt được chọn theo kinh nghiệm cho tàu (đảm bảo máy
chính làm việc ở chế độ đầy tải, chân vịt làm việc có hiệu suất cao).

9

CHƯƠNG II: SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC CỦA TỔ
HỢP MÁY – VỎ - CHÂN VỊT
Chế độ làm việc của động cơ được xem xét trên cơ sở phân tích đặc tính của
nó dựa trên 4 chỉ tiêu cơ bản.
2.1. CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KỸ THUẬT
Chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ là các thông số kỹ thuật của động cơ và
giá trị này là giá trị được đặt ra để hướng tới hiệu suất làm việc cao của động cơ.
2.1.1. Chỉ tiêu kinh tế- năng lượng của động cơ
Nhóm chỉ tiêu kinh tế - năng lượng của động cơ bao gồm:
- Áp suất chỉ thị trung bình
- Áp suất có ích trung bình
- Mômen chỉ thị
- Công suất chỉ thị
- Hiệu suất chỉ thị
- Hiệu suất có ích
- Chi phí nhiên liệu riêng
2.1.2. Chỉ tiêu so sánh
- Các chỉ tiêu so sánh dùng để so sánh các động cơ khác nhau từ góc độ kết
cấu, sử dụng và hiệu quả sử dụng năng lượng, các thông số dưới đây có thể xếp vào
nhóm chỉ tiêu so sánh:
- Tốc độ quay của động cơ
- Vận tốc trung bình của pittông
- Áp suất chỉ thị và áp suất có ích trung bình
- Hiệu suất
- Suất tiêu hao nhiên liệu.
- Các chỉ tiêu đánh giá cường độ làm việc của động cơ: ứng suất nhiệt, ứng
suất cơ …

10

- Các chỉ tiêu sử dụng có liên quan đến độ tin cậy, độ ồn, mức độ tự động
hóa, tuổi thọ của động cơ, …
2.1.3. Chỉ tiêu phụ tải cơ
Phụ tải cơ của động cơ được đặc trưng bởi ứng suất, biến dạng và ứng suất
riêng xuất hiện trong các bệ máy và các cơ cấu chuyển động cũng như các khâu liên
kết dưới tác dụng của phụ tải. Khả năng làm việc của các chi tiết, các thiết bị dẫn
động, các ổ đỡ điều kiện bôi trơn, sự mài mòn và khả năng xuất hiện sự mỏi của vật
liệu,… đều phụ thuộc vào phụ tải cơ của động cơ.
Trong thực tế người ta không trực tiếp đo các đại lượng như ứng suất, biến
dạng và áp suất riêng mà người ta đi thiết lập những chỉ tiêu gián tiếp phản ánh
tương đối chính xác phụ tải cơ của động cơ.
2.1.4. Chỉ tiêu phụ tải nhiệt
Trong quá trình làm việc của động cơ xuất hiện các ứng suất nhiệt và sự biến
dạng của các chi tiết làm cho dầu bôi trơn ở các bề mặt trượt dễ đóng cáu bẩn gây
nên độ mài mòn lớn nguyên nhân là do các chi tiết như xilanh, pittông, các xupáp
luôn luôn tiếp xúc trực tiếp với khí cháy. Chúng không những chịu tác dụng của
phụ tải cơ mà còn chịu tác dụng của phụ tải nhiệt.
Trạng thái nhiệt của động cơ trong quá trình khai thác được đánh giá theo
nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất chỉ thị trung bình và vị trí cơ cấu
điều khiển sự cung cấp nhiên liệu. Nếu các thông số này nằm trong giới hạn xác
định thì động cơ hoạt động bình thường.
Thực tế khai thác cho thấy do điều kiện hàng hải và tình trạng kỹ thuật động
cơ thay đổi nên luôn có sự sai lệch giữa các thông số khai thác với các thông số tiêu
chuẩn. Do đó việc lựa chọn phụ tải tối ưu cho thiết bị khi tàu làm việc trong điều

kiện sóng to gió lớn, sức cản vỏ tàu tăng lên, nhiệt độ của thành vách xy lanh là rất
khó khăn.
Trong thực tế thì người ngư dân thường lắp máy có chân vịt kèm theo hoặc
chọn máy và chân vịt áng chừng tức là chưa biết được là mọi yếu tố vận hành ở đây
có phù hợp hay không. Vì vậy, vấn đề cần quan tâm ở đây chính là tổ hợp máy - vỏ
- chân vịt có phù hợp hay không tức là sự chênh lệch với tính toán lý thuyết ở mức




11

độ như thế nào. Để giải quyết tốt thực tế này cần bắt đầu nghiên cứu từ bài toán
thiết kế thiết bị năng lượng tàu.
2.2. ĐẶC TÍNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY
Để đánh giá sự phối hợp làm việc của tổ hợp máy – vỏ - chân vịt một cách
xác thực, ngoài việc đi xác định các thông số làm việc của chúng ta cần phải nghiên
cứu các đường đặc tính ở các chế độ làm việc khác nhau. Thông qua các đường đặc
tính này ta có thể kiểm tra được các thông số và tốc độ tàu tương đối chính xác hay
nói đúng hơn là: Sự thay đổi tốc độ của tàu khi làm việc trong những điều kiện khác
nhau đồng nghĩa với sự thay đổi có tính quy luật của các thông số của động cơ, có
thể biểu diễn bằng bảng hoặc dạng đồ thị và đó chính là các đặc tính của động cơ.
2.2.1 Đặc tính của động cơ Điêsel tàu thủy
Đặc tính của động cơ là khái niệm dùng để chỉ sự phụ thuộc giữa các chỉ
tiêu, thông số công tác của động cơ vào một thông số nào đó, được biểu diễn ở dạng
đại số hay đồ thị. Do vậy, có thể kết luận đặc tính là hàm số biểu thị mối quan hệ
giữa các chỉ tiêu, thông số công tác với một thông số nào đó. Những đường biểu
diễn mối quan hệ của một vài thông số của động cơ với các thông số khác có ảnh
hưởng tới công suất phát ra của nó.
Chế độ làm việc của động cơ được xác lập bởi nhiều thông số chính nên đặc

tính của động cơ là sự tổng hợp của nhiều chế độ.
• Đặc tính tốc độ
Là đặc tính biểu thị sự tập hợp những chế độ tốc độ mà thông số chính là tốc
độ quay của động cơ.




12

Ne

1

Nen

6

3
4
5

2

8
7

0

nmin

nn

n

Hình 2.1- Đặc tính tốc độ của động cơ Điesel
1-

Đăc tính ngoài công suất cực đại;

2-

Đặc tính ngoài công suất định mức;

3-

Đặc tính vận hành;

4-

Đặc tính giới hạn phụ tải theo phụ tải cơ;

5-

Đặc tính giới hạn theo phụ tải nhiệt;

6-

Đặc tính chân vịt;

7-

Đặc tính công suất nhỏ nhất;

8-

Đặc tính điều tốc;

− Đặc tính tốc độ được chia ra:
+ Đặc tính ngoài biểu thị sự phụ thuộc của các thông số năng lượng, kinh tế
và vận hành vào tốc độ quay của trục tại vị trí không đổi của cơ cấu điều chỉnh
lượng cấp nhiên liệu cho động cơ.
+ Đặc tính chân vịt biểu thị sự phụ thuộc của các thông số năng lượng, kinh
tế và vận hành vào tốc độ quay khi động cơ làm việc với chân vịt. Khi động cơ làm
việc theo đặc tính chân vịt, nếu chuyển từ chế độ này sang chế độ khác thì lượng
nhiên liệu cung cấp cho chu trình sẽ thay đổi kéo theo sự thay đổi của tốc độ động
cơ.




13

+ Đặc tính giới hạn phụ tải biểu thị mối quan hệ của các chỉ tiêu cơ bản của
động cơ với tốc độ quay của nó trong điều kiện giữ nguyên phụ tải cơ và phụ tải
nhiệt.
+ Đặc tính phụ tải biểu thị sự tập hợp những chế độ phụ tải ở tốc độ quay
không đổi. Thông số chính của đặc tính này là phụ tải của động cơ.
Đặc tính tổng hợp còn được gọi là đặc tính nhiều chỉ tiêu, biểu thị sự phụ
thuộc của 2 hay nhiều thông số vào một thông số chính và được xây dựng trên cùng

một hệ trục tọa độ, các thông số khác được biểu diễn bằng các đường cùng giá trị.
Đặc tính này cho phép xác định giá trị của nhiều thông số cùng một lúc.
Các đường đặc tính ấy hoàn toàn có thể thu được trên bệ thử, trên tàu khi chạy
thử nghiệm, khi giao nhận động cơ chúng đều được ghi nhận vào trong lý lịch máy.
Đây là những tài liệu chủ yếu nêu nên sự thay đổi các thông số kinh tế kỹ thuật của
động cơ khi làm việc. Mặt khác, nó còn cho phép ta đánh giá khả năng hiệu chỉnh của
động cơ và khả năng làm việc của các hệ thống phục vụ động cơ. So sánh các số liệu
có trong lý lịch với những số liệu thu được trong quá trình khai thác động cơ sẽ dễ
dàng lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của động cơ và đánh giá tương đối chính xác
tình trạng kỹ thuật của các bộ phận cũng như các chi tiết của hệ thống.
Ngoài các đặc tính nêu trên, trong thực tế ta còn gặp các đặc tính điều chỉnh
nêu lên sự phụ thuộc của những thông số riêng biệt của động cơ vào góc phun sớm
của nhiên liệu, vào pha phân phối khí, vào áp suất phun, vào áp suất tăng áp, vào sự
bố trí vòi phun cho buồng đốt, ...
•

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




14

động cơ theo đặc tính ngoài thì các chỉ tiêu kinh tế năng lượng, các phụ tải cơ và
nhiệt cũng thay đổi khi thay đổi phụ tải bên ngoài.
Do công suất 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.

Ne
Ne
Ne
Ne

1
max

MOM

3

n

min

2

d

3KC

4

0

c

a
b

5

n n n n
3KC

MOM

max

Hình 2.2 - 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 vòng quay định mức hoặc vòng quay lớn 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 tốc độ 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, NKT = (0,85 ÷ 0,95) Nn.
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, Nbf ≤ (0,85 ÷ 0,9) Nn . Đặc tính bộ phận thường sử dụng
khi tàu công tác trong nhừn điều kiện khai thác khó khăn.

15

• 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 nhiên 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 nhiên 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:
Ne = C.nx
Me = C’.nx-1
C,C’- Hằng 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:
Ne = C.n3
Me = C.n2
Từ phương trình trên cho thấy với một con tàu cụ thể ở một điều kiện khai
thác nhất định (C = const) thì 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.

16

Ne

N

=

C

.n

x

0

n

Hình 2.3 - Biểu diễn mối quan hệ giữa công suất với tốc độ quay khi
lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình thay dổi.
Người ta thường lấy tốc độ quay làm biến số, đôi khi sự thay đổi của các chỉ
tiêu được xây dựng phụ thuộc vào công suất. Trong trường hợp này 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 liên 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 vì 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 tiên vào các
thông số hình học, thủy động học của chân vịt. Đối với chân vịt định bước các
thông số hình học giữ nguyên không thay đổi.




17

Hệ số trượt và bước trượt tương đối của chân vịt λp 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.ncv – VP) với
tốc độ dọc trục của chân vịt trong môi trường rắn Hns.:
S = (H.ncv – Vp)/H.ncv.
Trong đó:
Ncv: Tốc độ quay của chân vịt, v/s.
Vp: Tốc độ tiến của chân vịt trong nước tự do, m/s.
Bước trượt tương đối của chân vịt sau một vòng quay hp = Vp/ncv thường
được biểu diễn bằng đại lượng không thứ nguyên của bước trượt tương đối:
λp =

VP
nCV .D

D: Đường kính chân vịt.
Hệ số trượt và bước trượt tương đối có mối quan hệ như sau:
υ = 1Từ đây: λp =

V p .D

H .ncv .D

= 1−

λP
H /D

H
(1 − ν )
D

Khi hệ số trượt ν = 0 thì λp =

H
, chân vịt sau một vòng đi được một đoạn
D

đường bằng bước hình học. Trong trường hợp này lực 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 λp và v và những đường cong tác dụng của chân vịt. Chúng được thể hiện
bằng những hệ số lực đẩy K1, hệ số mômen K2 không có thứ nguyên và hiệu suất có
ích của chân vịt và bước trượt tương đối.
Những hệ số không thứ nguyên K1, K2 được đưa vào công thức như hệ số tỷ
lệ của lực đẩy và mômen chân vịt.
P = K1. ρ .ncv2.D4

18

M = K2. ρ . ncv2.D5
Ở đây ρ : Mật độ của nước, kg.s2/m4.
Hiệu suất có ích của chân vịt trong nước không giới hạn phụ thuộc vào tỷ số
K1
K λ
. ηP = 1 . P
K2
K 2 2π

K 1 , 10K 2

ηp

0,8

ηp

0,6
0,4

K2
K1

0,2

0

a

0,2

0,4

b
0,6

0,8

c

d

λp

Hình 2.4- 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
λp = 0; v = 100%, các giá trị K1, K2 đạt đến giá trị lớn nhất, còn hiệu suất chân vịt
η p = 0. Ở điểm “b” có được chế độ làm 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 K1 và K2 có giá trị nhỏ hơn giá trị cực đại của
chúng.
Ở điểm “c” chân vịt bắt đầu quay trong nước chân vịt làm việc với hệ số
trượt v = 0 và bước trượt tương đối λp =

H
bằng với bước của lực đẩy bằng 0, chân

D

vịt lúc này bắt đầu quay trong nước mômen và lực đẩy chưa đủ lớn để đẩy tàu. Hệ
số lực đẩy K1 = 0 và lực đẩy chân vịt P= 0, nhưng K2 ≠ 0. Mômen đưa vào chủ yếu
để khắc phục sức cản định hình của cánh chân vịt.




19

Ở điểm “d” hệ số trượt (v<0), bước trượt tương đối λp, tỷ số bước

H
, hệ số
D

mômen K2 và mômen bằng 0.
Bắt đầu từ điểm “d” chân vịt làm việc trong dòng chảy ở chế độ tuabin thủy
lực đẩy âm, hãm sự chuyển động của con tàu.
Trên đoạn “cd” chân vịt bị “tê liệt “, nó không phải là thiết bị đẩy và cũng
không phải là tuabin.
Chính vì những 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 thông số hình học không thứ nguyên

H
D

thay đổi cũng làm cho đặc tính chân vịt thay đổi.
Phân tích điều kiện làm 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 và công suất tiêu hao của chân vịt và
tốc độ quay của động cơ, cần thấy rằng, khi thay đổi trạng thái kỹ thuật của vỏ và
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.
Tốc 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 ϖ = 1 tốc độ quay khi λp=

VP
) thay đổi tỷ lệ thuận với
V

VP
= const (v = const) và đại lượng K1, K2 không đổi đối với
n s .D

những giá trị khác nhau của tốc độ quay n.
Do đó khi V/ncv và λp cũng được xác định. Lực đẩy và mô men quay tỷ lệ bậc
2 với tốc độ tàu, công suất có quan hệ bậc 3 với tốc độ tàu.
2.2.2. Chế độ làm việc của động cơ Diêsel tàu thủy
Việc khai thác Diêsel tàu thủy được tiến hành trong những điều kiện khác
nhau, muôn hình muôn vẻ cùng với sự thay đổi các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của
động cơ cũng như các hệ thống động lực tương đối lớn. Chế độ làm việc của động
cơ được đặc trưng bằng các chỉ tiêu thông số kinh tế kỹ thuật trong các điều kiện




20

khai thác cụ thể. Thông số nào được chọn làm thông số cơ bản thì tên gọi và giá trị
của nó sẽ xác định tên gọi của chế độ làm việc.
Khi tàu hoạt động, động cơ chính làm việc trong những điều kiện khác nhau
cùng với sự thay đổi của các chỉ tiêu và thông số công tác của động cơ cũng như
của thiết bị động lực tàu cá.
Người ta căn cứ vào điều kiện làm việc và công dụng của động cơ để đánh
giá khả năng phát ra công suất của động cơ. Sự đánh giá đó dựa theo giá trị tổng
hợp của các chỉ tiêu các thông số biến động của động cơ qua đó thể hiện khái quát
chế độ làm việc của động cơ.
Chế độ làm việc của động cơ chính là thành phần chính của động cơ - thân
tàu - chân vịt phụ thuộc vào kiểu loại và điều kiện làm việc của tàu, đặc điểm kết
cấu thân tàu, kiểu động cơ chính và phương pháp truyền công suất đến chân vịt.
Theo sự ổn định của các thông số công tác của động cơ người ta chia các chế
độ làm việc của động cơ ra thành các chế độ ổn định và không ổn định. Các chế độ
ổn định được đặc trưng bởi tính bất biến của phụ tải, tốc độ quay của động cơ và
trạng thái nhiệt của các chi tiết. Các chế độ làm việc ổn định của động cơ chính có
thể có ở các hành trình tàu không đổi khi chạy tiến và chạy lùi ở mức phụ tải nhỏ,
trung bình và toàn phần, ở các chế độ quá tải, ở tốc độ quay ổn định thấp nhất của
động cơ. Chế độ làm việc không ổn định được đặc trưng bằng sự không ổn định của
các thông số công tác. Các chế độ làm việc không ổn định của các động cơ gặp phải
khi khởi động hoặc dừng động cơ, khi tàu khởi hành tăng tốc, đổi chiều, quay
vòng,…
Trong các trường hợp này người vận hành cần đặc biệt theo dõi sự làm việc
của động cơ nhằm đề phòng sự cố xảy ra.
Ngoài các chế độ khai thác cơ bản thì còn có các chế độ làm việc không
thuận lợi như khi thay đổi các thông số môi trường xung quanh như như khi gặp
sóng to gió lớn, khi qua vùng nước cạn, khi thân tàu bị rong rêu hà bám, khi tàu ở
các chế độ sự cố, bị nghiêng ngang nghiêng dọc, khi sử dụng loại nhiên liệu và dầu
bôi trơn không đúng tiêu chuẩn.