Nghiên cứu sự thay đổi các thông số công tác của động cơ mitsubishi 6UEC37LA trên tàu apollo pacific khi thay đổi bước chân vịt

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

35

NGHIÊN CỨU SỰ THAY ĐỔI CÁC THÔNG SỐ CÔNG TÁC CỦA
ĐỘNG CƠ MITSUBISHI 6UEC37LA TRÊN TÀU APOLLO
PACIFIC KHI THAY ĐỔI BƯỚC CHÂN VỊT
RESEARCH CHANGING MATCH OF MITSUBISHI 6UEC37LA ENGINE AND
CONTROLLABLE PITCH PROPELLER OF APOLLO PACIFIC PLG TANKER
Lê Văn Vang1, Đặng Nguyên Đăng2
Trường Đại học Giao thông vận tải TP. Hồ Chí Minh
2
Công ty CP Vận tải Nhật Việt

1

Tóm tắt: Bài báo giới thiệu sự phối hợp làm việc của động cơ chính tàu Apollo Pacific lai chân vịt
biến bước và nghiên cứu sự thay đổi các thông số làm việc của động cơ chính khi thay đổi bước chân
vịt khi tàu hành trình. Qua đó, giúp người vận hành trên tàu có cơ sở khai thác hệ động lực của tàu an
toàn và hiệu quả.
Từ khóa: Máy chính, hệ động lực, chân vịt biến bước, điểm phối hợp làm việc.
Abstract: This article introduces the operating match of main engine and controllable pitch
propeller and reseaches changing the operating parameters of the engine when changing pitch of the
propeller. Thereby, this helps marine engineer officers operate ship’s propulsion plant safely and
efficiently.
Keywords: Main engine, ship’s propulsion plant, controllable pitch propeller, operating matching
point.

1. Giới thiệu
Việc khai thác có hiệu quả hệ động lực
tàu thủy là một trong các vấn đề quan trọng

hàng đầu trong khai thác tàu biển. Đối với mỗi
hệ động lực khác nhau cần phải có những giải
pháp khác nhau thích ứng với từng chế độ làm
việc của động cơ để đảm bảo tính an toàn và
hiệu quả cao trong mọi điều kiện khai thác.
Hiện nay, do tính ưu việt mà chân vịt biến
bước được sử dụng rộng rãi trên các đội tàu
biển Việt Nam cũng như trên thế giới.
Nhằm giúp người vận hành có cơ sở trong
việc khai thác hệ động lực lai chân vịt biến
bước với thiết bị điều khiển hệ động lực hiện
đại nói chung và tàu Apollo Pacific nói riêng,
nhóm tác giả đã nghiên cứu sự thay đổi các
thông số công tác của động cơ Mitsubishi
6UEC37LA lắp trên tàu Apollo Pacific khi
thay đổi bước chân vịt để phân tích, xây dựng
đồ thị về sự thay đổi các thông số làm việc của
động cơ diesel. Qua đó, giúp người khai thác
vận hành có cơ sở khoa học để khai thác hệ
động lực của tàu tránh động cơ làm việc quá
tải, lựa chọn vùng làm việc tối ưu, có khả năng
phát huy hết công suất của động cơ, sử dụng
nhiên liệu có hiệu quả và giảm thiểu độc tố khí
thải gây ô nhiễm môi trường.
2. Xác định thông số kỹ thuật của động
cơ Mitsubishi 6UEC37LA

Động cơ 6UEC37LA là động cơ thấp tốc,
tác dụng đơn, hai kỳ quét thẳng và có pa tanh
bàn trượt của hãng Mitsubishi, động cơ được

tăng áp bằng tuabin khí xả có các thông số cơ
bản như sau:
- Hãng sản xuất: Mitsubishi;
- Loại động cơ: 6UEC37LA;
- Số xi lanh: 6;
- Đường kính xi lanh: 370 mm;
- Hành trình piston: 880 mm;
- Vòng quay lớn nhất: 210 vòng/phút;
- Công suất lớn nhất: 3.800 PS;
- Tốc độ dịch chuyển của piston: 6,16
m/s;
- Công suất: 3.300 PS tại 194 vòng/phút;
- Áp suất cháy cực đại: 130 kG/cm2;
- Áp suất có ích bình quân: 14,34 kG/cm2;
- Giới hạn quá tải: 10%;
- Suất tiêu hao nhiên liệu: 127 g/PS.h;
- Suất tiêu hao nhiên liệu ở 85% công suất
là: 125,5 g/PS.h;
- Suất tiêu hao dầu bôi trơn xi lanh: 0,8
g/PS.h;
- Suất tiêu hao dầu bôi trơn hệ thống: 0,05
– 0,1 g/PS.h;
- Thứ tự nổ của động cơ: 1-6-2-4-3-5;


36

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016

- Chiều quay: cùng chiều kim đồng hồ

(nhìn từ phía bánh đà);
- Khả năng đảo chiều: không áp dụng;
- Trọng lượng: 75.000 kg.
2.1. Xác định công suất có ích
Công suất có ích của động cơ Diesel 𝑁𝑒
được xác định bằng cách đo trực tiếp hoặc tính
theo công thức:
0,785.Pe .D2 .S.n.i
[mã lực]
Ne 
0, 45.m
Trong đó:
Pe : Áp suất có ích bình quân (kG⁄cm2 ) và
được xác định bằng cách đo đạc hoặc tính
toán theo công thức sau:
Q
Pe  H .ρ k .ηn .ηi .ηm .i
α.L0
D: đường kính xilanh (mét);
S: Hành trình piston (mét);
n: Vòng quay của động cơ (vòng/phút);
i: Số xilanh của động cơ;
m: Hệ số kỳ của động cơ;
QH : Nhiệt trị thấp của nhiên liệu;
α: Hệ số dư lượng không khí;
ηn : Hệ số nạp;
ηm : Hiệu suất cơ giới;
ηi : Hiệu suất chỉ thị.
2.2. Xác định mô men có ích của động

2.4. Sự phối hợp giữa động cơ Diesel
với chân vịt biến bước
Đối với hệ động lực tàu thủy trang bị máy
chính lai chân vịt biến bước, người vận hành
có thể thay đổi điểm phối hợp công tác của
động cơ diesel và chân vịt biến bước trong
cùng điều kiện khai thác bằng hai cách:
- Thay đổi vòng quay của động cơ n
(vòng/phút);
- Thay đổi bước chân vịt (tỉ số H/D).
Đồng thời có thể thay đổi hành trình của
tàu từ tiến sang lùi mà không cần thay đổi
chiều quay của chân vịt. Tàu có thể hành trình
với tốc độ nhỏ hay dừng nhưng động cơ vẫn
làm việc ở vòng quay ổn định. Điều này không
thể thực hiện được ở chân vịt định bước.
Tốc độ tiến
Bước lùi
Tốc độ lùi

Bước tiến

Hình 1. Khả năng điều động của chân vịt biến bước.

Với động cơ diesel lai chân vịt định bước,
tốc độ quay nhỏ nhất của động cơ khi tàu hành
trình bị giới hạn bởi vòng quay ổn định nhỏ
nhất. Do vậy động cơ diesel và chân vịt định
bước làm việc không ổn định ở vòng quay
thấp và được thể hiện ở sơ đồ bên dưới.

cơ
Tại một vòng quay n của động cơ ta xác
định được mô men của động cơ và được xác
định qua công thức sau:
1
QH
Me =
. Vs .
.ρ .η .η .η .i
π. Z
α. L0 k n i m
2.3. Xác định hiệu suất của động cơ
Hiệu suất chỉ thị của động cơ được xác
định:
632,3
ηi 
g i .Q H
Trong đó g i là suất tiêu hao nhiên liệu chỉ
thị của động cơ và được xác định qua công
thức:
ηn .Ps
g i  318, 4.
α.L0 .Ts .Pi

Chiều quay lùi

Tốc độ tiến
Chiều quay tiến

Tốc độ lùi

Vùng làm việc không ổn
định của động cơ

Hình 2. Khả năng điều động tàu của chân vịt định
bước.

3. Hệ thống chân vịt biến bước của tàu
Apollo Pacific
3.1. Kết cấu chân vịt biến bước
Hệ thống chân vịt biến bước của tàu
Apollo Pacific do hãng Kamome thiết kế, chế
tạo và có các thông số kỹ thuật như sau:
- Loại chân vịt: CPC-90B/110F;
- Đường kính chân vịt: 3.400 (mm);
- Số cánh chân vịt: 4;


37

TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ GIAO THÔNG VẬN TẢI, SỐ 21-11/2016

- Bước chân vịt lớn nhất ở chiều tiến:
4.484 (mm);
- Bước chân vịt lớn nhất ở chiều lùi: 3.843
(mm);
- Góc xoay lớn nhất theo chiều tiến: 30,90;
- Góc xoay lớn nhất theo chiều lùi: 27,20;
- Đường kính trục chân vịt: 310 (mm).

Chân vịt biến
bước

Khớp nối mềm
Tiến

Lùi

Đến phòng điều khiển

35K

150 K

Báo động 2.5K
PS2
70K

4
PS1

1

2

PS1

7

5.0K

T1
W2
Nước làm
mát

4.5K

DR

5

P3

3

M
90 phút/lít

12
P2

8

9

10

11

13

14

W1
T2

M

Max. 2000 mm

6

P4

90 phút/lít

P1

15

Két dầu thủy lực
300 lít

Mức dầu

Hình 4. Mô hình hệ thống điều khiển chân vịt biến
bước.

Hình 3. Sơ đồ chân vịt biến bước.
1. Nắp chụp
4. Cánh chân vịt
7. Trục chân vịt

2. Củ chân vịt
5. Chốt
8. Mặt bích

3. Bu lông
6. Cần đẩy
9. Xilanh

10. Piston lực

11. Cán chỉ thị

12. Bảng chỉ thị

13. Hộp phân phối dầu
16. Ống dầu

14. Vành làm kín 15. Trục trung gian

3.2. Hệ thống điều khiển chân vịt biến
bước
Hệ thống điều khiển bước chân vịt biến
bước là bộ điều khiển loại CPC – 53/115F.
Đây là hệ thống điều khiển điện- thủy lực. Hệ
thống có hai bơm thủy lực được động cơ điện

lai, trong đó có một bơm dự phòng để cung
cấp dầu cho hệ thống có các thông số cơ bản
như sau:
- Lưu lượng dầu thủy lực: 90 lít/phút;
- Áp suất lớn nhất: 175 kG/cm2;
- Áp suất làm việc của hệ thống: 70
kG/cm2;
- Công suất: 15 kW;
- Tốc độ quay của động cơ điện lai bơm:
1170 vòng/phút;
- Loại bơm thủy lực: Bơm bánh răng;

100
95
90
Công suất động cơ (%)

16

4. Phân tích các thông số động cơ
6UEC37LA khi thay đổi bước chân vịt
4.1. Vùng làm việc của động cơ
6UEC37LA

85
80
75
B

70

A

C

65
60
55
50
70

75

80

85
90
95
Tốc độ động cơ (%)

100

104

108

Hình 5. Vùng làm việc của động cơ 6UEC37LA

- Vùng A: Vùng làm việc liên tục lâu dài
của động cơ.

- Vùng B: Chỉ cho phép động cơ làm việc
trong vùng này không quá một giờ cho mỗi
mười hai giờ làm việc liên tục. Công suất và
vòng quay của động cơ được giám sát.
- Vùng C: Động cơ chỉ làm việc trong các
trường hợp thử tàu.
4.2. Các thông số của động cơ
6UEC37LA khi thay đổi bước chân vịt


38

Journal of Transportation Science and Technology, Vol 21, Nov 2016

Từ những kết quả tính toán và thực
nghiệm thực tế trên tàu Apollo Pacific hành
trình đầy tải chuyến Dung Quất – Sài Gòn,
thực nghiệm tại các vòng quay của động cơ
khác nhau khi thay đổi bước chân vịt thu được
kết quả như sau:
Tốc độ
170
máy chính [v/p]
Góc xoay
cánh CV
θ=0
θ = 12
θ = 14
θ = 16
θ = 17

θ = 18

180
[v/p]

190
[v/p]

200
[v/p]

202
[v/p]

Tốc độ tàu [hải lý/giờ]
0,0
7,0
8,7
9,0
10,5
11,1

0,0
7,8
9,2
10,5
11,1
11,8

0,0

8,3
9,7
11,0
11,8
12,5

0,0
8,7
10,2
10,7
12,4

0,0
8,8
10,3
12,2
12,5
12,7

12,2

Điều kiện làm việc:
- Hành trình: DQ - SG
- Tàu đầy tải: 5,0 mét

3000

Công suất của động cơ (PS)

4000

h
HL/
13.0
h
/
HL
12.5
h
HL /
12.0
o

17 o
θ= =16
θ

o

2000

θ=

18

10.0

h
HL/

o

4

1
θ=

H
8.0

L/h

o

1000

2
θ=1

NXB Giáo dục, Hà Nội.
[2]. PGS.TS. MTr Lương Công Nhớ (2014), Khai thác
hệ động lực tàu thủy, Nhà xuất bản Hàng hải.
[3]. Lê Văn Vang, Trần Hồng Thanh, Giải pháp khai
thác hệ động lực tàu thủy khi hành trình ở tốc độ
thấp; Tạp chí Khoa học công nghệ Giao thông vận
tải. Trường đại học Giao thông vận tải thành phố
Hồ Chí Minh-8/2015.
[4]. John B. Woodward (1988) Low speed Marine
Diesel, Robert E. Krieger Publishing Company
[5]. Operation Manual of Kamome Controllable Pitch

Propeller.
[6]. Instruction Book for Mitsubishi 6UEC37LA.

Ngày nhận bài: 25/9/2016
Ngày chuyển phản biện: 29/9/2016
Ngày hoàn thành sửa bài: 20/10/2016
Ngày chấp nhận đăng: 27/10/2016

Vòng quay chân vịt (vòng/phút)
0
160 170

5. Kết luận
Sự thay đổi thông số làm việc thu được
phù hợp với đặc tính mẫu của tàu khi thử
đường dài (sea trial). Đồng thời các đồ thị đã
xây dựng được có thể làm tài liệu sử dụng để
xác định điểm phối hợp làm việc giữa động cơ
và chân vịt cũng như vùng làm việc ổn định
của động cơ chính khi thay đổi bước chân vịt
ở các tốc độ khai thác tàu khác nhau.
Trên cơ sở kết quả của bài báo, người vận
hành khai thác có thể sử dụng làm cơ sở để
đánh giá sự phối hợp làm việc của động cơ
diesel lai chân vịt biến bước của tàu. Từ đó có
thể điều chỉnh, lựa chọn chế độ làm việc của
động cơ phù hợp với điều kiện khai thác để hệ
động lực diesel tàu thủy làm việc với hiệu quả
cao nhất
Tài liệu tham khảo

[1]. Lê Viết Lượng (2000), Lý thuyết động cơ Diesel,

180

190

200

210

220

Hình 6. Các thông số của động cơ khi thay đổi vòng
quay ứng với bước chân vịt thay đổi từ 120 đến 18.0