KHAI THÁC HỆ ĐỘNG LỰC DIEZEL TÀU THỦY

trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Phần I: Khai thác công suất
Chơng I: Đặc tính công tác của diesel tàu thủy
Sự phối hợp công tác với chân vịt

Đ 1.1. Khái niệm về chế độ làm việc và đặc tính của động cơ
1.1.1. Khái niệm chung:

Chế độ làm việc của động cơ đợc đặc trng bằng sự tổng hợp các chỉ tiêu,
thông số kỹ thuật trong các điều kiện cụ thể lúc khai thác. Thông thờng thông số
nào đợc chọn làm thông số cơ bản thì tên gọi và giá trị của nó sẽ xác tên gọi của
chế độ làm việc.
Ví dụ: Chế độ tốc độ đặc trng cho sự làm việc của động cơ với giá trị số vòng quay
cho trớc, còn ở chế độ phụ tải đặc trng cho sự làm việc của động cơ với giá trị phụ
tải (Pe hoặc Me) cho trớc.
Khi giá trị vòng quay hoặc phụ tải đợc xác định cụ thể thì sẽ có tên gọi chính
xác chẳng hạn nh: Khi Pe = 0 gọi là độ làm việc không tải,
Khi n = nmin gọi là chế độ làm việc với vòng quay tối thiểu ổn định.
Ngoài ra với động cơ tàu thủy còn có một số chế độ khai thác đặc biệt trong trờng
hợp sự cố.
1.1.2. Đặc tính của động cơ diesel tàu thủy:

Sự chuyển chế độ làm việc của động cơ trong những điều kiện đã đợc xác định ta
thu đợc sự thay đổi có tính quy luật của các thông số động cơ phụ thuộc vào thông
số chính mà có thể biểu diễn bằng bảng số, đồ thị hoặc hàm số gọi là đặc tính động
cơ. Đặc tính động cơ dùng để đánh giá tính kinh tế, kỹ thuật, an toàn tin cậy trong
quá trình công tác của động cơ.
Phân loại: Đặc tính động cơ diesel tàu thủy đợc chia làm 3 loại chính sau:
- Đặc tính công suất (còn gọi là đặc tính tốc độ): Biểu thị sự tập hợp những chế
độ tốc độ mà thông số chính là vòng quay động cơ.

- Đặc tính phụ tải: Biểu thị sự tập hợp những chế độ phụ tải với thông số chính
là phụ tải động cơ.
- Đặc tính tổng hợp: Biểu thị sự tập hợp tổng hợp các chế độ (tốc độ và phụ tải)
với tốc độ quay của động cơ.
Đặc tính tốc độ còn đợc chia thành: Đặc tính ngoài, đặc tính chân vịt và đặc tính
giới hạn.

Đ 1.2. Đặc tính và các chỉ tiêu công tác của diesel tàu thủy:
1.2.1. Đặc tính công suất:

- Đặc tính biểu thị sự thay đổi các thông số công tác của động cơ theo hàm tốc
độ quay hoặc tốc độ tàu gọi là đặc tính công suất hay còn gọi là đặc tính tốc
độ.
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

4


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Ne = f(n)
Ne = f(v)
Trong đó: Ne là công suất có ích của động cơ, n là tốc độ động cơ, và v là tốc độ
tàu.
- Hàm biểu diễn:

- Đặc tính công suất chia thành: Đặc tính ngoài và đặc tính chân vịt.
1. Đặc tính ngoài.

- Đờng đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa các chỉ tiêu công tác của động cơ
với số vòng quay của nó khi lợng cung cấp nhiên liệu cho mỗi chu trình là
không thay đổi (dw = const) gọi là đặc tính ngoài.
- Hàm biểu diễn:

Ne = f(n)
Me = f(n), với dw = const

- Xây dựng đặc tính ngoài:
Giả định: Lợng nhiên liệu phun vào động cơ trong mỗi chu trình không đổi
(dw=const) và hiệu suất chung của động cơ không đổi trong phạm vi toàn bộ chế độ
tốc độ quay (o = const) ta có:
Ne =

G.QH . 0
[ml]
632,3

(1)

Trong đó:
- QH : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu sử dụng [Kcal/ kg]
- G : Lợng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ
G = 60.n.z.dw [kg/h]
- n: tốc độ quay động cơ [v/phút]
- z: Hệ số kì, động cơ 2 kì z = 1, động cơ 4 kì z = 1/2
Thay vào (1) ta có:

Ne =

60.z.QH . 0
.n.dw
632,3

(2)

Với một động cơ cụ thể: z, QH không đổi, với giả thiết o = const,
Ta có thể đặt:
C1 = 60.z.QH. o / 632,3
Khi đó:
Ne = C1.n.dw
(2)
Từ (2) ta thấy: Khi duy trì lợng cung cấp nhiên liệu cho mỗi chu trình không
thay đổi (dw = const) thì công suất phát ra của động cơ tỷ lệ bậc nhất với tốc độ
quay của nó. Do đó đồ thị đặc tính ngoài sẽ có dạng đờng thẳng bậc nhất có dạng
nh hình vẽ sau.
Ne

Ne2
Hình 1.5. Biểu diễn mối quan hệ giữa công suất với
vòng quay khi dw=const.
0A1: Đặc tính ngoài khi dw1=const.
0A2: Đặc tính ngoài khi dw2=const.
Ne1
i: Góc kẹp giữa Ne và n, biểu thị lợng phun nhiên liệu
hay mức độ thay đổi Pe, MeKhai
khi dwthác
thay đổi.
HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

i
0

dw2= const

A2
dw1= const

A1

5
n1

n


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Ta thấy rằng khi dw không đổi thì mômen quay có ích và áp suất có ích bình
quân cũng không đổi, thật vậy:
Ta có:
Ne = Me.n / 716,2
Hay:
Me =716,2.Ne/ n
Thay Ne từ (2) ta có:
Me = 716,2.C1.dw
hay
Me = C2.dw với C2 = 716,2.C1
Tơng tự:
Ne = Pe.S.F.n.i.z/ 4500

hay
Pe = 4500.Ne/ S.F.i.z.n
Thay Ne từ (2) ta có:
Pe = (4500/S.F.i.z).C1.dw
hay
Pe = C3.dw với C3 = (4500/S.F.i.z).C1
Khi dw không đổi thì Me và Pe cũng không đổi hay đồ thị của chúng là những đờng
thẳng song song với trục hoành (0n) nh hình vẽ sau:
Me, Pe
Hình 1.6. Biểu diễn mối quan hệ giữa Me và Pe với vòng
quay khi dw=const.
I: Me, Pe đạt giá trị nhỏ nhất khi dw = dwmin
II: Me, Pe đạt giá trị định mức khi dw = dwn (lợng cung
cấp nhiên liệu đạt giá trị định mức)
III: Me, Pe đạt giá trị lớn nhất khi dw = dwmax (lợng cung
cấp nhiên liệu đạt giá trị lớn nhất)

dw= dwmax

I

dw= dwn

II

dw= dwmin

III

Trong thực tế vì hiệu suất động cơ giảm dần theo chiều tăng tốc độ quay nên

0
đờng đặc tính ngoài là đờng cong, và trong khai thác chúng
đợc chia thànhncác đờng
cơ bản sau:
Ne

Ne
Đờng lí thuyết
Đờng thực tế

Nmax
Nn
NKT

1
2
3
4
5

Hình 1.7.Đặc tính công suất trong khai thác đợc chia thành.
1: Đặc tính giới hạn- là đặc tính công suất giới hạn độ bền của động cơ (Ngh)
2: Đặc tính lớn nhất- là đặc tính thể hiện khả năng phát ra công suất lớn nhất của
0độngnmin
nn quay
nmax lớnn nhất.
0 nmin
nk nn nmax n
cơ (Nmax) ở vòng
3: Đặc tính ngoài (đặc tính định mức)- là đặc tính thể hiện khả năng phát ra công

suất lớn nhất ổn định, kinh tế nhất của động cơ (Nn) ở vòng quay định mức.
4: Đặc tính khai thác- là đặc tính công suất đợc sử dụng rộng rãi nhất trong quá
trình khai thác động cơ (NKT). Thông thờng: NKT =(0,85 ~ 0,95) Nn
5: Đặc tính phụ tải (bộ phận) (Nbf) là đặc tính công suất khi động cơ phát ra công
suất nhỏ hơn công suất
khaithác
thác, thờng
sử dụng trong
kiện manơ...
Khai
HĐL diesel
tàuđiều
thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

6


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

2. Đặc tính chân vịt.

a) Đặc tính chân vịt với động cơ lai chân vịt định bớc:
- Đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa các thông số công tác của động cơ lai
chân vịt với tốc độ quay hoặc tốc độ tàu khi lợng nhiên liệu cung cấp cho chu
trình là thay đổi gọi là đặc tính chân vịt.
Ne = C.nx
(4)
Me = C.nx-1
x là số mũ phụ thuộc vào kết cấu vỏ tàu và trang trí hệ động lực. Với

một con tàu cụ thể x = const. x=2,5 ~3,2 (x = 2,5 với tàu cao tốc nh
tàu lớt, tàu khách, ... x = 3,2 đối tàu hàng).
C, C: là hằng số phụ thuộc tuyến hình vỏ tàu, chân vịt cũng nh tình
trạng của chúng và điều kiện khai thác.

- Hàm biểu diễn:
Trong đó:

- Đặc tính chân vịt đợc xây dựng bằng phơng pháp thực nghiệm:
Để xây dựng đợc đặc tính chân vịt ta phải giả định rằng lợng nhiên liệu cung
cấp cho mỗi chu trình là thay đổi và toàn bộ công suất động cơ phát ra đợc truyền
hết cho chân vịt. Bằng thực nghiệm cho thấy rằng với đa số tàu hàng công tác độc
lập (nh tàu biển, tàu sông, tàu không lai kéo ...) có x = 3 nên (4) đợc viết lại là:
Ne = C.n3
(4)
2
Me = C.n
Với một con tàu cụ thể trong một điều kiện khai thác nhất định thì C =const.
Nói cách khác trong đặc tính chân vịt quan hệ công suất vòng quay là quan hệ bậc
ba.
Trong thực tế khai thác, điều kiện khai thác luôn thay đổi ví dụ nh khi tàu
khai thác trong điều kiện sóng gió, vùng có dòng chảy, vùng biển cạn ... Do đó hệ
số C thay đổi theo điều kiện khai thác kết quả cho ta một họ các đờng đặc tính chân
vịt
Hình 1.8. Biểu diễn mối quan hệ giữa Ne với n khi
dw=var trong các điều kiện khai thác khác nhau.
CU: Đặc tính chân vịt thử tàu tại bến (V = 0)
C0: Đặc tính chân vịt trong điều kiện khai thác bình thờng
C: Đặc tính chân vịt khi tàu chạy ballast.

Ne

CU

C0

C

b) Với động cơ lai chân vịt biến bớc:

0

nmin

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

n

7


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Trong thực tế công suất và mô men chân vịt tiếp nhận đợc phụ thuộc trớc tiên
vào các thông số hình học, thủy động học của chân vịt. Khác với chân vịt định bớc
ở chân vịt biến bớc khi làm việc ta có thể thay đổi đợc thông số hình học bớc chân
vịt H (hay thông số không thứ nguyên tỷ số bớc H/D). Việc thay đổi tỷ số bớc H/D
làm cho đặc tính chân vịt thay đổi.
Hình 1.9. Biểu diễn mối quan hệ giữa Ne với n khi

động cơ lai chân vịt biến bớc.
H/Dn: Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bớc định mức
(Chế độ khai thác kinh tế)
H/Dmax: Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bớc lớn nhất
(Chế độ khai thác khó khăn)
H/Dmin: Đặc tính chân vịt ứng với tỷ số bớc nhỏ nhất
(Chế độ khai thác thuận lợi)

Ne

1.2.2. Đặc tính phụ tải.

H/Dmax

H/Dn

H/Dmin

0

nmin

n

- Sự phụ thuộc của các chỉ tiêu cơ bản của động cơ vào phụ tải (N e, Me, hay Pe)
khi số vòng quay không thay đổi (n = const) gọi là đặc tính phụ tải.
- Khi n = const ta có tổn hao cơ giới
Nm = A.n là hằng số, với A = Nmn/nn
Công suất có ích
Ne = f(Pe) là hàm bậc nhất

Công suất chỉ thị
Ni = Ne + Nm cũng là hàm bậc nhất
Đặc tính phụ tải thờng sử dụng cho các loại Ne
động cơ diesel lai máy phát điện, lai bơm, máy nén... 100%
hoặc các động cơ chính trong hệ động lực truyền
Ni
m
động điện lai chân vịt. Trong thực tế khai thác, đặc
tính phụ tải của động cơ thờng dùng ở vòng quay
Ne
định mức (nn) bởi bộ điều tốc thay đổi lợng cung cấp
nhiên liệu phù hợp với phụ tải bên ngoài. Tuy nhiên
giá trị vòng quay khai thác cũng thay đổi chút ít so
Nm
với giá trị định mức.
0
100% P
e
Hình 1.10. Đặc tính phụ tải

Đ 1.3. Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt
1.3.1. Truyền động giữa động cơ và chân vịt

1. Truyền động trực tiếp:
Thờng áp dụng cho HĐL động cơ công suất lớn chậm tốc của các hãng Sulzer,
Man, B&WBuồng máy thờng đặt ở phía cuối tàu, đờng trục ngắn
tổn thất
truyền động không đáng kể, ta có:
ns = ne
Ns = Ne.tr.p

Ms = Me.tr.p
Trong đó:

tr = 0,96 ~ 0,99 : Hiệu suất truyền động
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

8


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

p = 0,65 ~ 0,70 : Hiệu suất chân vịt, p max khi ns = 90 ~ 120 RPM
2. Truyền động gián tiếp:
Thờng áp dụng cho động cơ trung tốc lai chân vịt nh động cơ hãng SemtPielstick, hay hãng Mitsubishi với loại này trên đờng trục thờng có li hợp, hộp
giảm tốc hoặc hộp số. Đặc điểm nổi bật của phơng pháp truyền động này là tốc độ
chân vịt ns bị thay đổi phụ thuộc vào tỷ số truyền,
ns = i.n
Ns = Ne.tr.p.lh.gt.
Ms = (1/i).Me.tr.p.lh.gt.
Trong đó:

lh = 0,97 ~ 0,98 : Hiệu suất bộ li hợp
gt = 0,94 ~ 0,96 : Hiệu suất hộp giảm tốc

1.3.2. Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt định bớc.

Ngày nay truyền động trực tiếp lai chân vịt định bớc đợc sử dụng rộng rãi bởi
tính u việt của nó là đơn giản trong chế tạo, hiệu suất truyền động cao và ta có thể
xem: ns = n và Ns = Ne

a) Xét trờng hợp điều kiện khai thác không thay đổi .
Giả sử tàu công tác trong vùng biển yên sóng gió tơng ứng với đờng đặc tính
chân vịt không thay đổi C0. Động cơ đang làm việc với đờng đặc tính ngoài (Mn =
const) ứng với lợng cấp nhiên liệu định mức (dwn = const).
Điểm phối hợp công tác sẽ là giao điểm N
của đờng đặc tính chân vịt (C0) và đờng đặc tính
ngoài (Mn , hn). Tại đây mômen do động cơ sinh
ra cân bằng với mômen cản trên đế chân vịt, lực Ne
C0
đẩy cân bằng với lực cản, và tại N công suất
N
động cơ là công suất định mức Nn và vòng quay Nn
định mức nn. Tuy nhiên trong thực tế khai thác NKT
Mn=const
K
không phải lúc nào ta cũng đạt đợc công suất tại
điểm N. Chẳng hạn: khi động cơ đã cũ, khi một
I
vài xylanh bị sự cố, tuabin tăng áp bị hỏng hay
khi tàu khai thác trong luồng lạch hẹp, cạn thì ta
H
phải thay đổi tay ga để tìm một điểm khai thác
có công suất hợp lý mà vẫn an toàn cho động cơ.
Hình 1.11. Sự phối hợp công tác giữa động cơ & chân
Một lí do nữa mà ta thờng sử
0 khai
n thác khôngnthay
nnđổi.n
vịt khi điều kiện
KT

dụng công suất phát ra của động cơ C0: Đặc tính chân vịt ứngminvới điều kiện khai
thác yên
nhỏ hơn công suất định mức nhằm sóng gió.
dành một phần giữ trữ để khắc phục Mn= const: Đặc tính ngoài ứng với tay ga định mức.
K, I, H: Các điểm khai thác tơng ứng với các vị trí
khi phụ tải tăng đột ngột do sóng gió N,
tay ga khác nhau.
hoặc nhằn tăng cao tuổi thọ động cơ.
Do đó điểm phối hợp công tác giữa
động cơ & chân vịt thờng là điểm K
và
ta
có:

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

9


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

NK = e.Nn
nK = nn .3

NK
= nn .3 e
Nn

n

M K = M n . K
nn

2


= M n .3 e 2


Hệ số giảm công suất e thờng lấy e =(0,85 ~ 0,95).
Vậy khi điều kiện khai thác không thay đổi nếu ta thay đổi tay ga nhiên liệu
thì điểm phối hợp công tác sẽ thay đổi nhng luôn nằm trên đờng đặc tính chân vịt.
b) Xét trờng hợp điều kiện khai thác thay đổi.
Giả sử sức cản con tàu thay đổi do sóng gió hay tải trọng hàng hóa ... thay
đổi tơng ứng với các đặc tính chân vịt C U, C1, C0, C2, C. Động cơ đang làm việc ở
đặc tính khai thác MKT = 0,9.Mn với giả thiết động cơ không có bộ điều tốc thì điểm
phối hợp công tác tơng ứng sẽ là KU, K1, K0, K2, K.
Hình 1.12. Sự phối hợp công tác giữa động cơ & chân vịt
khi điều kiện khai thác thay đổ giữ nguyên tay ga.
MK = const: Đặc tính động cơ ứng với tay ga khai thác.
CU; Đ ặc tính buộc tàu tại bến.
C1; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện ngợc sóng gió.
C0; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện yên sóng gió.
C2; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện xuôi sóng gió.
C; Đ ặc tính chân vịt ứng với điều kiện balát.
K0 ... : Các điểm công tác tơng ứng với các điều kiện khai
thác.

Ne

CU

C0

C1
K0

NKT

K1

MK =const

0

n

K2

C2 C

K

KU

n

n

min điểm phối KT

Ta thấy khi điều kiện khai thác khó khăn hơn chẳng hạn
hợp công
tác chuyển từ K0 về K1. Tại K1 công suất động cơ đã giảm một lợng N = N0 - N1
dùng để khắc phục sức cản vỏ tàu. Ta có:

N1 = N K .

n1 01
.
nK 0K

Trong đó: 01, 0K là hiệu suất động cơ tại điểm K 1 và K0. Nếu ta xem chúng
là hằng số không đổi trong suốt dải vòng quay công tác thì:
N1 = N K .

n1
nK

Vậy khi điều kiện khai thác thay đổi nếu ta giữ nguyên tay ga thì điểm phối
hợp công tác sẽ thay đổi trên đờng đặc tính động cơ MK = const. Song phải chú ý tới
điều kiện khai thác vì trong điều kiện tăng sức cản lớn có thể gây quá tải công suất
còn quá nhẹ tải sẽ quá tải về vòng quay. Do vậy cần khai thác động cơ ở tay ga hợp
lý.
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

10


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

c) Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt trong thực tế khai thác.
Trong thực tế động cơ chính tàu thủy đợc trang bị bộ điều tốc nhằm duy trì
vòng quay ở giá trị đặt nhất định, dù phụ tải tác động lên chân vịt thay đổi, bằng
việc tăng giảm nhiên liệu phù hợp tơng ứng với tải bên ngoài.
Ne

C1

Ne

C0
h1 =const

K1
K0

C2

C0

h0 =const

K0

h0 =const

K2

Ur

h2 =const

Ur

Hình 1.12. Phối hợp công tác giữa động cơ & chân vịt khi động cơ trang bị BĐT nhiều chế độ.
a) Khi ĐKKT
sẽ tăng
0 nkhó khăn hơn
n ĐT
n chân
n vịt thay đổi từ C 0 ->0 C1.nBĐT
n lợng
n2 nhiên
n liệu và
min giá trị n .0
điểm khai thác min
thay đổi từ K1 0 ->0 K1 để duy trì vòng quay xung quanh
0
b) Khi ĐKKT thuận lợi hơn ĐT chân vịt thay đổi từ C 0 -> C2. BĐT sẽ giảm lợng nhiên liệu và
điểm khai thác thay đổi từ K0 -> K2 để duy trì vòng quay xung quanh giá trị n0.

Đ 1.4.Khả năng mở rộng phạm vi công tác của diesel tàu thủy
1.4.1. Phạm vi công tác của động cơ lai chân vịt định bớc.
Hình 1.13. Phạm vi công tác của HĐL diesel lai chân vịt
định bớc.
CU: Đặc tính chân vịt khi thử tàu tại bến.
hmax: Đặc tính công suất lớn nhất của động cơ.
hn: Đặc tính công suất định mức.
hKT: Đặc tính công suất khai thác.

nmax: Giới hạn vòng quay lớn nhất của động cơ.
nn: Vòng quay định mức của động cơ.
nmin: Giới hạn vòng quay tối thiểu ổn định của động cơ.

Ne

hmax
hn

CU
3

1

2

hKT

hmin

- Vùng 1: Giới hạn bởi nmin, CU, hKT, nn, và hmin.
Tơng ứng với trờng hợp động cơ hoạt động ở chế
độ nhỏ tải nh: khi
khởi
0 nmin
nn nmax n
động, hay manơ trong luồng lạch hẹp, hoặc khi động cơ đã
cũ.
- Vùng 2: Giới hạn bởi CU, hn, nn, hKT. Đây chính là vùng thể hiện khả năng phát ra
công suất tối u của động cơ, hiệu quả kinh tế tốt nhất. Thờng chỉ khai thác động cơ

trong vùng (2) khi động cơ còn mới, khai thác trong điều kiện thuận lợi.
- Vùng 3: Giới hạn bởi CU, hmax, nmax, hn. Thể hiện khả năng phát ra công suất lớn
nhất của động cơ. Vùng này chỉ áp dụng trong quá trình thử tàu xuất xởng, sau sửa
chữa lớn, hoặc khi tàu chạy trong bão, tàu giẫy cạn ... nhng phải chú ý quá tải động
cơ.
1.4.2. Khả năng mở rộng phạm vi công tác của động cơ.
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

11


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

a) Dùng nhiều động cơ lai một chân vịt:
Ne%
No.1 M/E

Giảm tốc

C0
D

1,0
0,75

No.2 M/E

Mn=const

C

0,5
0,25

Li hợp

B
A

Hình 1.14. Sơ đồ HĐL hai động cơ lai một chân Hình 1.15. Đồ thị đặc tính HĐL bốn động cơ
0 nhau
nmin lai một chân vịt
1,0 n %
vịt
giống
n
OA: Đặc tính động cơ khi khai thác một máy.
OB: Đặc tính động cơ khi khai thác hai máy.
OC: Đặc tính động cơ khi khai thác ba máy.
OD: Đặc tính động cơ khi khai thác bốn máy.

Trong thực tế với một số loại tàu việc yêu cầu công suất ở các chế độ khai thác
riêng biệt là khác nhau. Chẳng hạn nh tàu quân sự khi tàu tác chiến thì yêu cầu
công suất lớn nhng khi tàu di chuyển bình thờng thì không yêu cầu công suất lớn.
Hay tàu khách thì khi hành trình trên đại dơng cần tốc độ cao công suất lớn nhng
khi manơ trong luồng thì chỉ cần cung cấp một phần công suất vừa đủ. Với hệ động
lực nhiều động cơ lai một chân vịt cho phép khắc phục hiện tợng d thừa công suất
khi tàu chạy nhỏ tải bằng việc cho ngừng hoạt động một hay một số động cơ
- Ưu điểm:

1) Tùy theo yêu cầu công suất mà khai thác các động cơ một cách hợp lí, nên
động cơ luôn khai thác ở đặc tính ngoài, đạt đợc chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật.
2) Trong trờng hợp không yêu cầu công suất tối đa thì có thể bảo dỡng, sửa chữa
các động cơ dự trữ.
3) Phạm vi công tác đợc mở rộng.
- Nhợc điểm:
1) Khó khăn trong khai thác vận hành,.
2) Hệ thống động lực phức tạp, cồng kềnh.
3) Giá thành chế tạo cao.
Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu nhỏ, yêu cầu tốc độ cao nh tàu quân sự, tàu đánh
cá hay một số tàu khách.
b) Động cơ lai chân vịt thông qua hộp số.

Li hợp

No.1 M/E

C1

NS
NB
Hộp số

NA
NB

B

C0
A

MS2=(1/i2).Mn
B

MS1=(1/i1).Mn

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo
0 n

12

min

nB nB nA nS


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Hình 1.16. Sơ đồ HĐL động cơ lai chân vịt
thông qua hộp giảm tốc gồn 2 cấp tiến và 1
cấp lùi

Hình 1.17. Sự phối hợp công tác giữa động cơ và
chân vịt khi có hộp giảm tốc
C0: Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk bình
thờng.
C1: Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk khó
khăn.

Khi tàu khai thác trong điều kiện bình thờng C0 động cơ công tác ở đặc tính
ngoài Mn. Với tỷ số truyền là i 1 ta có mômen chân vịt M S1=(1/i1).Mn, điểm phối hợp
công tác là A. Do điều kiện khai thác khó khăn hơn nên đặc tính chân vịt thay đổi
sang C1. Nếu ta vẫn giữ nguyên tay ga thì điểm phối hợp công tác sẽ là B. Tại B
công suất, vòng quay bị giảm và động cơ khai thác trong điều kiện nặng nề hơn dễ
gây quá tải về nhiệt.
Trong trờng hợp này nếu ta thay đổi số truyền từ i 1 -> i2 (với i2< i1) khi đó
mômen trên đế chân vịt là M S2=(1/i2).Mn, và MS2 >MS1. Điểm công tác B có công
suất và vòng quay động cơ lớn hơn ở điểm B. Hay nói cách khác chế độ khai thác
động cơ đã đợc cải thiện tốt hơn so với điểm B.
- Ưu điểm:
1) Nâng cao khả năng công tác của động cơ, tăng công suất khai thác. Động cơ
luôn khai thác ở đặc tính ngoài, đạt đợc chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật, tăng tuổi
thọ.
2) Có thể đảo chiều tàu mà không cần đảo chiều quay động cơ.
3) Phạm vi công tác đợc mở rộng.
- Nhợc điểm:
1) Khó khăn trong khai thác vận hành.
2) Hệ thống động lực phức tạp, hiệu suất truyền động nhỏ.
3) Giá thành chế tạo cao.
Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu nhỏ.
c) Dùng truyền động điện lai chân vịt.
Động cơ diesel lai máy phát điện rồi truyền năng lợng điện cho động cơ điện
lai chân vịt.
C1

NS

No.1 M/E

Gen

Motor

C

C0
A

100%

d

NB

B

Mn=const

Hình 1.18. Sơ đồ HĐL truyền động điện
0

nmin

nB

100% nS

Hình 1.19. Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt trong HĐL
truyền động điện

C0: Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk bình thờng.
Khai thác
tàu
thủy
13
C1: ĐặcHĐL
tính diesel
chân vịt khi
khai
thác trong đk khó khăn.
Tài liệu
dành cho sinh viên tham khảo
d: Đặc tính công suất động cơ điện.


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Khi điều kiện khai thác thay đổi từ C 0 sang C1 nhờ có đặc tính của động cơ điện
có dạng nh (d) nên điểm công tác ban đầu ở A không về B nh với HĐL động cơ lai
trực tiếp chân vịt ờa sẽ về C (trong HĐL truyền động điện) nên đã cải thiện đợc quá
trình công tác của động cơ, công suất và vòng quay tăng lên.
- Ưu điểm:
1) Có khả năng thay đổi mômen truyền động của động cơ cho chân vịt. Khai
thác hết công suất động cơ.
2) Có thể thay đổi tốc độ, đảo chiều tàu mà không cần tác động lên tốc độ quay
quay của động cơ.
3) Phạm vi công tác đợc mở rộng.
- Nhợc điểm:
1) Khả năng quá tải của động cơ điện kém, độ tin cậy không cao.
2) Hiệu suất truyền động nhỏ.

3) Giá thành chế tạo cao.
Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu nhỏ, tàu chuyên dụng nh tàu công trình ...
d) Sử dụng chân vịt biến bớc:
Chân vịt biến bớc cho phép tận dụng tối u công suất phát ra của động cơ
trong các điều kiện khai thác khác nhau thông qua việc thay đổi bớc chân vịt.
Giả sử tàu đang chạy trong vùng biển yên sóng gió, tỷ số bớc đặt ở (H/D)1=1,0
thì đặc tính chân vịt tơng ứng là C0. Động cơ công tác ở đặc tính ngoài M n. Ta có
điểm phối hợp công tác là A.
Khi tàu chuyển sang vùng biển có sóng gió nếu vẫn giữ nguyên tỷ số bớc thì
đặc tính chân vịt là C1.. Nếu vẫn duy trì tay ga nhiên liệu thì điểm phối hợp công tác
sẽ là B. Tại B động cơ dễ bị quá tải nhiệt. Để khắc phục ta giảm tỷ số bớc về
(H/D)2=0,8, tơng ứng đặc tính chân vịt sẽ dịch chuyển về C 0. Điểm phối hợp công tác
sẽ dịch về A. Nh vậy mặc dù trong điều kiện khai thác khó khăn nhng động cơ vẫn
phát huy hết công suất mà không bị quá tải.
C1

NS
NA
NB

No.1 M/E

C0
A

B

Mn=const

Hình 1.18. Sơ đồ HĐL lai chân vịt

biến bớc
0

- Ưu điểm:

nmin

nB

nA nS

Hình 1.19. Sự phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt biến bớc
C0: Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk bình thờng với (H/D)=1,0.
Hay trong đk khai thác khó khăn nhng tỷ số bớc đặt ở (H/D)=0,8.
C1: Đặc tính chân vịt khi khai thác trong đk khó khăn vẫn với (H/D)=1,0.
Khai
thác: HĐL
diesel
thủy
14
M
=const
Đặc tính
ngoàitàu
của động
cơ.
n liệu dành cho sinh viên tham khảo
Tài

trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

1) Bằng việc thay đổi tỷ số bớc (H/D) ta có thể duy trì đợc điểm phối hợp công
tác định mức. Khai thác hết công suất động cơ.
2) Có thể thay đổi tốc độ, đảo chiều tàu mà không cần thay đổi chiều quay của
động cơ.
3) Phạm vi công tác đợc mở rộng.
Nhợc điểm:
Khi chọn tỷ số bớc và vòng quay không hợp lí sẽ làm giảm hiệu suất.
Hiệu suất chân vịt P chỉ đạt giá trị cực đại khi tỷ số bớc ở giá trị định mức.
Hệ thống điều khiển bớc phức tạp, độ tin cậy không cao, giá thành chế tạo
cao.
4) ứng với một tỷ số bớc quay (H/D) có một dải tốc độ tàu tơng ứng sẽ gây hiện tợng xâm thực mãnh liệt cho chân vịt.
Thông thờng chỉ áp dụng cho tàu khách, tàu cá, nh tàu công trình ... loại tàu yêu
cầu khả năng điều động, quay trở tốt.
Chơng Ii: phơng pháp xây dựng đồ thị Đặc tính của động cơ
diesel lai chân Vịt
1)
2)
3)

Đ 2.1. Xây dựng đồ thị đặc tính công tác của HĐL động cơ lai chân vịt
định bớc.
2.1.1. xây dựng đặc tính công suất theo phơng pháp thí nghiệm:

Theo kết quả thí nghiệm thực nghiệm của Sikova (Ba Lan) trên mô hình và
nhiều loại tàu khác nhau, đã rút ra kết luận: Quan hệ giữa công suất với vòng quay
của động cơ lai chân vịt trong một điều kiện khai thác nhất định đợc thể hiện dới
phơng trình:
Ne = C.nx

(6)
Trong đó: - x: là hệ số đặc trng cho mỗi con tàu và HĐL.
- C: là hệ số đặc trng cho trạng thái khai thác.
Lấy logarit cơ số 10 hai vế phơng trình trên ta có:
lg Ne = x.lg n +lg C
(7)
Từ phơng trình trên ta thấy trong hệ trục lg Ne
logarit công suất phát ra của động cơ quan hệ 1500
tuyến tính bậc nhất với vòng quay của nó ứng với
mỗi điều kiện khai thác khác nhau và đợc thể hiện
bằng đồ thị.
1000
Hình 2.1. Quan hệ công suất vói vòng quay ở các điều
kiện khai thác khác nhau
Đờng 1: Trờng hợp thử tàu tại bến.
Đờng 2: Tàu chở đầy hàng
Đờng 3: Tàu chạy ballast

500

1
2
3

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

100

200

30015
lg

n


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Để xác định đợc các hệ số x và C với một con tàu
nhất định, trong một điều kiện khai thác cụ thể ta phải thí
nghiệm để lấy đợc 2 cặp thông số sau: (N1, n1, V1) (N2, n2,
V2). Thay các gia strị vào (7) ta có hệ phơng trình:
lg N1 = x.lg n1 +lg C
lg N2 = x.lg n2 +lg C
(7)
N1
N2
x=
n
lg 1
n2
lg

Hay ta có:

C=

(8)

N1 N 2
= x
n1x
n2

(9)

Mặt khác hệ số C với một con tàu cụ thể phụ thuộc vào điều kiện khai thác,
còn với một chân vịt cụ thể thì nó phụ thuộc vào tốc độ quay (n) và vận tốc tàu (V)
qua biểu thức:
10-6.C
C = CU - a.V
(10)
Trong đó: CU: Hệ số khi thử tàu tại bến.
10
a: Hệ số góc phụ thuộc vào số vòng
8
quay của chân vịt a = f(n).
6
n= 275 v/p

Hình 2.2. Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ số C với vận tốc
của tàu trong các điều kiện khai thác.

Thực tế thí nghiệm trên các tàu ngời ta thấy
mối quan hệ giữa hệ số a và số vòng quay là đờng
thẳng trong hệ toạ độ logarit.
Ta có phơng trình biểu diễn mối quan hệ
giữa a và số vòng quay n.
lg a = -z.lg n + b

(11)
hay: a = b/ nz
(11)
Trong đó: - b: Hệ số đặc trng cho mỗi con tàu, b
không đổi với mỗi con tàu cụ thể.
- z: Hệ số mũ đợc tính:
a2
a1
z=
n
lg 1
n2

4

n= 250 v/p

2

n= 200 v/p

lg Ne
0
2

4

6

n= 225 v/p

8

10

12

V

8
7
6
5

4

lg

100

200 300 400

lg n

Hình 2.3. Biểu diễn mối quan
hệ giữa hệ số a với vòng quay
trên hệ trục logarit

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

16


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

a1, a2 là các hệ số góc ứng với các giá trị vòng quay n 1, n2. Từ phơng trình
(10) ta rút ra đợc:

a1 =

Cu C
C C
a
V
; a2 = u
lg 2 = lg 1
V1
V2
a1
V2
V1
V2
z=
n
lg 1
n2
lg

Do đó :

(12)

Thay giá trị Z, a1, a2 vào phơng trình (11) ta xác định đợc hệ số b:
b =a1 .n 1z = a2 .n2z
(13)
Thay các giá trị tính đợc vào (6) ta có:
hay

b

N = CU z .V .n x
n


N
b
N = Ux z .V .n x
nU n


(14)

Từ phơng trình (14) ta suy ra đợc vận tốc tàu:
V =

NU N e
b.n x z

với n = nU

(15)

Các bớc tiến hành xây dựng đồ thị đặc tính.
1. Tính số mũ x:
N1
N2
x=
n
lg 1
n2
lg

2. Tính hệ số C trong các điều kiện khác nhau :
Tàu chở đầy hàng trong ĐK yên sóng gió:
Khi buộc tàu tại bến:
Tàu chạy xuôi sóng gió:
Tàu chạy ngợc sóng gió:

C0 =

N1 N 2
= x
n1x
n2

CU =

NU
nUx

CX =

NX
n Xx

C ng =

N ng
nngx

3. Tính hệ số a:

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

17


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

a1 =

Cu C
V1

4. Tính số mũ z:
V1
V2
z=

n
lg 1
n2
lg

5. Tính hệ số b:
b = a1.n1z
6. Lập bảng kết quả:
Điều kiện
khai thác

Buộc tàu

Yên sóng
gió

Phơng pháp tính

Đ.vị

n = Chọn

RPM

ge = cho trớc
NU = CU.nx
GU = NU.ge.10-3
Ne0 = C0.nx
G0 = Ne0.ge.10-3
Nu Ne0

b.n x z
NeX = CX.nx
GX = NeX.ge.10-3
V0 =

Xuôi sóng
gió

N u N eX
b.n x z
NeNg = CNg.nx
GNg = NeNg.ge.10-3
VX =

Ngợc sóng
gió

VNg =

N u N eNg
b.n x z

Thông số

n1

n2

n3

n4

n5

...

nn

g/BHP.h
BHP
kg/ h
BHP
kg/ h
knots
BHP
kg/ h
knots
BHP
kg/ h
knots

7. Xây dựng đồ thị đặc tính chân vịt và đặc tính ngoài trên Ne - n:
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

18


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Dựa vào kết quả ở bảng trên ta vẽ
đợc các đờng đặc tính chân vịt tơng ứng
với các điều kiện khai thác khác nhau.
Đặc tính ngoài Mn= const là đờng
thẳng đi qua gốc toạ độ và điểm N(Nn; nn)

Ne

CNg C
0

CU

N

Nn

CX

Mn=const

8. Xây dựng đồ thị đặc tính chân vịt trên Ne - V: Ne
Đồ thị đợc xây dựng dựa vào kết quả ở
bảng trên. Riêng đồ thị đặc tính C u sẽ trùng với
trục tung vì luông có V= 0.

CNg

CU

C0
nn
CX

n

9. Xây dựng đồ thị đặc tính chân vịt và đặc tính ngoài trên hệ toạ độ ghép N e-Vn và
Ne - V. Xác định điểm phối hợp công tác của HĐL:
Mn= const

CNg

CU

C0

MK= const

CU

Nn

A

CX

Ne

C0
A

0,8.Nn
B

CNg

Mn= const

CX

B
MK= const
nn= const

Việc xây dựng đặc tính chân vịt, đặc tính ngoài tơng tự nh ở phần 7) và 8).
n

nn

V

Đặc tính khai thác của động cơ (hKT) ứng với MK = 0,85.Mn đợc xây dựng
bằng cách: Trên trục tung lấy NK = 0.85.Nn, dóng thẳng sang đờng nn= const ta đợc
điểm cắt N. Đặc tính MK là đờng thẳng 0A.
Để vẽ đặc tính ngoài Mn trên hệ trục toạ độ N -V ta sử dụng phơng pháp
chuyển đồ thị. Giả sử Mn cắt C0 tại A dóng đối xứng trục tung ta đợc A. Mn cắt
CU tại B tơng tự dóng sang ta đợc B. BA chính là đặc tính ngoài Mn= const trên hệ
trục toạ độ N -V. Làm tơng tự ta sẽ dựng đợc đờng đặc tính MK= const trên hệ trục
N -V.

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

19


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Phơng pháp dựng đờng đặc tính n = const trên hệ trục N -V cũng làm bằng
phơng pháp tơng tự.
10. Xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu:
Lợng tiêu hao nhiên liệu trong một giờ G (kg/ h) đợc tính:
Gnl = 10-3.ge.Ne
(kg/ h)
Trong đó: ge: Suất tiêu hao nhiên liệu (cho trớc trong bảng) (g/ml.h)
Ne: Công suất tơng ứng với giá trị vòng quay đã chọn và điều kiện khai
thác cho trớc (tính đợc trong bảng). (ml)
Dựa vào các giá trị tính đợc trong bảng để dựng các đờng đặc tính tiêu hao
nhiên liệu ứng với các điều kiện khai thác khác nhau:
CNg

Mn= const

CU

C0

CU

CNg

Nn

A

CX

G

A

0,8.Nn

MK= const

B

C0

Mn= const

CX

B
MK= const
nn= const

10. Xây dựng đồ
n thị đặc
nn tính tiêu hao nhiên liệu:

V
Để thuận lợi tra cứu trong quá trình khai thác HĐL và đánh giá các thông số
công tác của động cơ một cách dễ dàng, thuận tiện ta có thể tổng quát hoá và vẽ
gộp các đồ thị đặc tính riêng lẻ trên hệ trục toạ độ ghép nh sau:
Mn= const

CNg

CU

C0

CX

Ne

CU

Nn

A

B

C0
A

0,8.Nn

MK= const

CNg

Mn= const

CX

B
MK= const
nn= const

n

nn

CX
Mn= const

V

ge =f(n)
Khai thác HĐL
diesel tàu thủy
C0 Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo
CNg

CU

ge

G

CX
Mn= const

Cng C0

20


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Đ 2.2. Xây dựng đồ thị đặc tính công tác của HĐL động cơ lai chân vịt
biến bớc.
2.2.1. xây dựng đồ thị đặc tính công suất:

Cũng nh kết quả thí nghiệm của HĐL động cơ lai chân vịt định bớc, ở đây ta
cũng có mối quan hệ công suất với vòng quay nh phơng trình (6) đã biết:
Ne= C.nx
ở đây hệ số C ngoài sự ảnh hởng do điều kiện khai thác còn bị ảnh hởng của
tỷ số bớc quay (H/D), trong khi đó số mũ x không bị ảnh hởng bởi tỷ số H/D.
Trong hệ tọa độ logarit với các giá trị khác nhau của tỷ số bớc quay (H/D),
chung ta biểu thị phơng trình (7) bằng các đờng thẳng song song trên hình (2.9).
Nếu chọn C1 là hệ số đặc trng cho chân vịt ứng với tỷ số bớc quay (H/D)1, thì
phơng trình (6) có thể biểu thị nh sau:
Ne= C1(C/C1).nlgx Ne
(17)
1500
Để xác định đợc số mũ x và hệ số C1
ta cần thí nghiệm để lấy đợc các thông số.

H
/D = 1,1
Ví dụ ở tỷ số bớc quay tốt nhất (H/D)1 ta có
H
các cắp thông số: N1, n1, V1 và N1, n1,
1000
/D = 1,0
V1 khi đó các hệ số trên sẽ đợc tính:
H

Qua thực nghiệm trên các loại tàu
khác nhau ngời ta khẳng định đợc rằng hệ
số (C/C1) có quan hệ với tỷ số bớc quay của
chân vịt (H/D) qua phơng trình sau:
lg

C
H
= m. + K
C1
D

/D = 0,8011

800

N'
lg 1
N'
N"

N "1
x=
và C1 = x1 = x1
n'
n'1
n"1
lg 1
n"1

600

H

/D = 0,501

500
400

H

/D = 0,1188

300
200

(18)

Trong đó: m, K là các hệ số tính toán
thực nghiệm, nó đặc trng cho loại chân vịt.
60 80 100

150 200 lgn
Phơng trình (18) biểuthị trên hệ trục
logarít là đờng thẳng trên hình (2.10).
Hình 2.9. Biểu diễn mối quan hệ công suất

với vòng quay khi tỷ số bớc quay khác nhau
trên hệ trục logarit
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
21
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Khi thí nghiệm ở tỷ số (H/D) 1 không
C
đổi và cùng một điều kiện khai thác (C= C1) Lg( /C1)
ta có:
2,0
C1
H
= m + K = 0
C1
D 1
H
K = m
D 1

1,0

lg

0,5

(19)

0,3
0,2

Khi thí nghiệm ở tỷ số (H/D) 2 không
H
0,5 0,7 0,9 1 1,1 lg( /D)
đổi và cùng một điều kiện khai thác (C= C2)
Hình 2.10. Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ
ta có:

số C/C1 với tỷ số bớc quay (H/D) trên hệ trục
logarit
C= C1 khi tỷ số H/D =1

C
H
lg 2 = m + K
C1
D 2

Thay K từ (19) vào ta có: lg

C2
C

H
H
H
= m + K lg 2 = m m
C1
C1
D 2
D 2
D 1
lg

Hay:

m=

C2
C1

(20)

H H
D D
2 1

Khi tiến hành thí nghiệm với các loại tàu khác nhau cho thấy quan hệ giữa
tốc độ tàu với tốc độ quay của chân vịt qua phơng trình sau:
V= a + b.n
(21)
Trong đó: a: là hệ số đặc trng cho điều kiện khai thác của tàu
a = 0 khi điều kiện khai thác bình thờng (yên sóng gió)

a < 0 khi điều kiện khai thác khó khăn (ngợc sóng gió)
a > 0 khi điều kiện khai thác thuận lợi (xuôi sóng gió)
b: hệ số góc phụ thuộc vào tỷ số bớc quay (H/D)
Khi thí nghiệm ở tỷ số bớc quay (H/D)1 = const trong cùng một điều kiện
khai thác thì phơng trình (21) có thể đợc viết:
V= a + b1.(b/b1).n V
(22)
Và hệ số góc tơng ứng sẽ đợc tính:
H
14
/D = 1,1
a = V1 b1.n1= V1 12
b1.n1
(23)
1,0
Suy ra:

V 'V "
b1 = 1 1
n1 'n1"

10

(24)

8
6

0,8011
0,591

0,488
0,283

Mặt khác kết quả thí nghiệm cho thấy tỷ số
4 (b/b 1) và (H/D) có quan hệ thỏa
mãn phơng trình sau:
2
80

100

120

140

160 180 200

n

Khai thác HĐL diesel tàu
thủy
Hình
2.11. Biểu thị quan hệ vận tốc 22
Tài liệu dành cho sinh viên tham
khảo
tàu với
số vòng quay khi bớc quay
(H/D) thay đổi.

trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

b
H
= d
b1
D

Hay:

lg

z

(25)

b
H
= lg d + z. lg
b1
D

(25)

Từ phơng trình (25) ta thấy mối
quan hệ (b/b1) với (H/D) trên hệ tọa độ
logarít là quan hệ bậc nhất nh minh họa
hình (2.12)
Để xác định đợc hệ số d và hệ số mũ
z trong phơng trình (25) ta cần thí nghiệm ở

hai tỷ số bớc.
Khi thí nghiệm ở tỷ số bớc (H/D) = (H/D)1 hay hệ số b = b1 ta có:
Z

b1
1
H
= d . d =
b1
( H / D ) 1Z
D 1

(26)

Khi thí nghiệm ở tỷ số bớc (H/D) = (H/D)2 hay hệ số b = b2 ta có:

( H / D) 2
b
b2
H
= d . thay d ở (26) vào ta có: 2 =
b1 ( H / D ) 1Z
b1
D 2
Z

Z

b2
b1

Hay: lg b2 = z lg H lg H z =



b1
lg( H / D ) 2 lg( H / D ) 1
D 1
D 2
lg

(27)

Để xác định đợc b2 khi thí nghiệm với (H/D) = (H/D) 2 ta cần lấy đợc các
thông số: N2, n2, V2. Từ phơng trình (21) ta tính đợc b2:
b2 =

V2 a
n2

(28)

b/ b1
1,2

1,0
Trong đó a đợc xác định qua phơng
trình (23) và (24). Thay giá trị của b 1 và b2
0,7
0,6
vào (27) ta xác định đợc số mũ z. Cuối

0,5
cùng thay tất cả các hệ số tính toán vào
0,4
công thức (17) và (21) ta sẽ xác định đợc
0,3
công suất tốc độ tàu theo tỷ số bớc (H/D)
thay đổi và vẽ đợc đồ thị đặc tính.
0,5 0,7 0,9 1 1,1 lg(H/ )
D
Tóm lại: để xây dựng đợc đồ thị đặc Hình 2.10. Biểu diễn mối quan hệ giữa hệ
số
tính công suất HĐL động cơ lai chân vịt
C/C1 với tỷ số bớc quay (H/D) trên hệ trục
biến bớc, trong quá trình thí nghiệm cần lấy
logarit
C= C1 khi tỷ số H/D =1
đợc các thông số sau:
ứng với tỷ số bớc (H/D)1 có: N1, n1, V1 và N1, n1, V1
ứng với tỷ số bớc (H/D)2 có: N2, n2, V2

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

23


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Ngoài ra cần có công suất và vòng quay định mức của động cơ để xây dựng
đặc tính ngoài của động cơ.

Các bớc tiến hành xây dựng đồ thị đặc tính.
1. Tính số mũ x:
N1 '
N2"
x=
n'
lg 1
n2 "
lg

2. Tính hệ số C trong các điều kiện khác nhau :
C0 =

N1 ' N 2 "
=
n'1x n"2x

3. Tính hệ số m:
C2
C1
m=
[ ( H / D ) 2 ( H / D)1 ]
lg

4. Tính số mũ k:

k = -m.(H/D)1

5. Tính hệ số b1:

b1 =

6. Tính hệ số a:

a = V1 b1 .n1

7. Tính hệ số b2:

b2 =

8. Tính hệ số z:

b2
b1
z=
[ lg( H / D ) 2 lg( H / D ) 1 ]

9. Tính hệ số d:

V1 'V1"
n1 'n1"
V2 n
n2
lg

d=

1
Z

H

D 1

10. Thay các giá trị khác nhau của (H/D) vào các công thức trên và chọn các tốc
độ tàu nhất định ta sẽ xác định đợc công suất, tốc độ quay lập theo bảng 2.4 sau:
H/D
C/C1
b/b1
V= V1

n
N
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

24


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

V= V2
V= Vn

n
N
n
N

11. Vẽ đồ thị đặc tính công suất

với các giá trị tính toán trong
bảng 2.9 trên hình 2.13

Ne
(ml)

H/D=1,1 1,0 0,898 0,8011

V=13,5

1500

0,693

V=12,6
1000

0,591
M=Mn

500

V=11,65

0,488

V=10,3

Hình 2.13. Đồ thị đặc tính công suất
của HĐL động cơ lai chân vịt biến bớc

0,283

V=7,5

2.2.2. xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao
nhiên
50
100liệu:

150

n (v/ph)

200

Tơng tự nh với HĐL động cơ lai chân vịt định bớc, khi biết đợc đồ thị đặc
tính công suất thì ta có thể dựa vào số liệu với từng đờng vận tốc không đổi
(V=const) tơng ứng với mỗi tỷ số bớc (H/D) để xác định lợng tiêu hao nhiên liệu
qua công thức:
Gn = 10-3.Nen.gen (kg/h)
Hoặc ở các điều kiện khai thác: G = 10-3.Ne.ge (kg/h)
Kết quả tính toán đợc lập bảng và xây dựng đặc tính trên hệ trục G-n hoặc
G/Gn% -n.
G/Gn%

100
90

H/D=1,1 1,0 0,898

0,8011

80

0,693

70
ge=const

60

0,591

50
40

Hình 2.14. Đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên
liệu của HĐL động cơ lai chân vịt biến bớc

0,488

30
20

0,283

10

2.2.3. xây dựng đồ thị đặc tính tổng hợp:
0

80

100

120

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

140

160

180

200

n (v/ph)

25


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Đồ thị đặc tính tổng hợp thể hiện các quan hệ công suất động cơ, tốc độ quay,
tốc độ tàu và tỷ số bớc quay cùng đợc thể hiện trên cùng hệ trục tổng hợp (hệ trục
ghép) với các diều kiện khai thác khác nhau.
Thông số đầu vào:
- Công suất và vòng quay định mức:

Nn , nn
- ở tỷ số bớc (H/D)1 và tàu chở 50% tải ta có:
N1 , n1, V1
và
N1, n1, V1
- ở tỷ số bớc (H/D)2 và tàu chở 100% tải ta có:
N2 , n2,
V2
-Ngoài ra cần có đồ thị thể hiện riêng biệt các mối quan hệ giữa công suất với vòng
quay, tốc độ tàu với vòng quay khi (H/D) thay đổi cúng nh mối quan hệ của tỷ số
(C/C1) và (b/b1). Và thực hiện các bớc tính toán nh sau:
Bớc 1. Xây dựng đồ thị đặc tính công tác của động cơ với chân vịt ứng với tỷ số bớc
quay (H/D)1= const. Phần tính toán và dựng đồ thị giống nh ở chân vịt định bớc,
dựng đồ thị ở góc phần t thứ nhất. Xem hình 2.15.
Bớc 2. Xây dựng đặc tính công suất khi tỷ số bớc (H/D) thay đổi. Theo công thức
(17) ta có:
C
C
N = C1 .n x N = N1 = f ( N1 )
C1
C1

(29)

Đồ thị đợc xây dựng ở góc phần t thứ 2 của đồ thị tổng hợp 2.15
H/ D = var
N
H/ D = (H/ D)
2 dựng đặc tính
Bớc 3. Xây

quan hệ tốc độ tàu1 khi (H/D) thay đổi. 1Từ công 1thức (21)
0,725
0,6V= 0,5
D = 0,4
ta có:
a +H/b.n
hay V= a + b1(b/ b1).n KU K2 K1
(30)
Thay 0,825
b1 =

V1 a
n

V = a + (V1 a )

vào (30) ta có:

b
b1

(30)

Hay 0,925
V = f(v1)H/D = var
K
A
A2 góc phần t thứ 3 của đồ thị tổng hợp
A2 xây dựng trên
1 hình 2.15

Đồ thị1,05đợc
190
1,15
n = 180
Bớc 4. Xây dựng đồ thị đặc tính tổng hợp của động cơ diesel. Đây chính
là đồ thị
1,25
đặc tính tổng hợp của động cơ diesel đợc xây dựng trong các phòng thí nghiệm
hoặc khi thử máy khi xuất xởng. Đồ thị đợc xây dựng ở góc phần t thứ 4 170
trên hình
2.15.
V1

N
1500

1000

500
6
H/ D = 0,4

Mn=const

A4

ge=const

100

8

125

10

150

12

175

14

0,5

A3

0,7
0,825

16
Khai thác HĐL200
diesel
tàu thủy
Tài A
liệu
dành cho sinh viên tham khảo
4
1,25

4

n

0,6

V

H/ D = var

26

A3
1,15

1,05 0,925

3


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

Hình 2.15. Đồ thị đặc tính tổng hợp của HĐL động cơ lai chân vịt biến bớc,
với Nn=1500ml, nn= 200v/ph.
K1: Đặc tính chân vịt khi tàu chở 50% tải trọng hàng hóa.
K2: Đặc tính chân vịt khi tàu chở 100% tải trọng hàng hóa.
KU: Đặc tính chân vịt khi thuwr tàu tại bến.
K: Đặc tính chân vịt khi tàu chạy ballast, xuôi sóng gió.

Đ 2.3. Xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu bằng thí nghiệm
đơn giản.
2.3.1. Các điều kiện cần thiết khi tiến hành thí nghiệm:

ở một số tàu không đầy đủ thiết bị đo và không có sẵn đồ thị công suất nên
không thể xây dựng đặc tính tiêu hao nhiên liệu ở mục 2.1.2 và 2.2.2 không thể thực
hiện đợc. Để khắc phục, chúng ta có thể tiến hành thí nghiệm với các thiết bị sẵn có
trên tàu để xây dựng đồ thị đặc tính tiêu hao nhiên liệu, nh: đồng hồ đo vòng quay,
tốc độ kế, lu lợng kế hoặc sử dụng thớc đo trên ống thủy gắn trên két nhiên liệu.
Để các kết quả thí nghiệm chính xác cần phải chú ý các điều kiện sau:
- Chiều chìm của tàu (mũi và lái)
- Lợng chiếm nớc của tàu
- Cờng lực của gió
- Góc dạt của tàu
- Chiều sâu của vùng biển
- Nhiệt độ, độ ẩm, áp suất khí quyển
Riêng với động cơ cần chú ý thêm:
- Bình dầu thí nghiệm phải đủ để động cơ chạy toàn tải trong khoảng 2 - 3,5
phút
Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

27


trờng đh hàng hải - Khoa máy tàu biển

- Khi thí nghiệm tránh để động cơ bị quá tải
- Không thay đổi tỷ số truyền động hay bớc chân vịt (với chân vịt BB)
- Với một giá trị vòng quay cần lấy thông số đo nhiều lần (3 lần)

2.3.2. phơng pháp tiến hành thí nghiệm và xây dựng đồ thị:

2

8

9
6

7

5

3

4

1
Hình 2.16. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu với bình dầu thí nghiệm
1. Động cơ chính
2. Két trực nhật
3. Két dầu thí nghiệm
4. Van 3 ngả
5. Fin lọc thô
6. Bơm cấp
7. Fin lọc tinh
8. Bơm cao áp
9. Van duy trì áp suất

Bớc 1) Chạy máy và điều chỉnh các thông số công tác của động cơ về chế độ làm

việc ổn định trong giới hạn cho phép của lí lịch máy.
Bớc 2) Tiến hành đo lợng tiêu hao nhiên liệu ứng với các dải vòng quay khác nhau
của động cơ.
- Điều chỉnh n1=(0,35 0,42)nn chờ cho các thông số động cơ ổn định,
chuyển sang chạy với nhiên liệu trong bình thí nghiệm và tiến hành đo lợng tiêu thụ trong thời gian (t). ở 3 lần đo ta có các giá trị: V 1, V1, V1.
Chú ý giữ nhiệt độ bình dầu không đổi khi thí nghiệm.
- Tơng tự ở vòng quay n2= (0,5 0,6)nn đo đợc: V2, V2, V2.
- Làm tơng tự cho các dải vòng quay: n 3= (0,7 0,8)nn ; n4= (0,85
0,9)nn n5 = nn .
Bớc 3) áp dụng công thức sau để tính lợng nhiên liệu tiêu thụ trong 1 giờ
Gi =

Trong đó:

Vi . .3600
(kg/h)
t

(31)

Vi (dm3): dung tích lợng dầu tiêu thụ ở lần thí nghiệm thứ i:

(kg/ dm3): Tỷ trọng nhiên liệu
t (sec): Thời gian tiến hành thí nghiệm.
Bớc 4) Lập bảng kết quả.
TT lần
đo

Tốc độ quay
(v/ ph)

1
2

n1= 0,35.nn

Tốc độ tàu
(hlí/ h)

Vi
V1
V1

Tiêu hao nhiên liệu (kg/ h)
Gi
GTB
G1
G1 + G1+ G1
G
=
1
G1

Khai thác HĐL diesel tàu thủy
Tài liệu dành cho sinh viên tham khảo

Điều kiện
khai thác

28