Chương 3: Phương pháp sử dụng Đặc tính trong quá trình khai thác hệ động lực tàu thủy pps

Việc lựa chọn chính xác cặp thông số n – H/D của chân vịt cho phép đạt đ ợc hiệu suất chung của HĐL cao và khai thác hết công suất động cơ.. Đ ờng hiệu suất của chân vịt đạt giá trị lớn

Ch Ương Iii:

trong quá trình khai thác

hệ động lực tàu thủy

@ 3.1 Ph ơng pháp sử dụng đặc tính của HĐL động cơ lai chân vịt biến b ớc.

.1.1 Ph ơng pháp gần đúng xác định thông số công tác của động cơ lai chân vịt biến b ớc

Với HĐL động cơ lai CVBB việc thay đổi tốc độ và chiều chạy tàu ngoài việc thay đổi tốc

độ và chiều quay động cơ còn có thể thông qua việc thay đổi b ớc chân vịt (H/D)

Việc lựa chọn chính xác cặp thông số (n – H/D) của chân vịt cho phép đạt đ ợc hiệu suất chung của HĐL cao và khai thác hết công suất động cơ Hiệu suất chung của HĐL đ ợc tính:

HĐL =  0  P  tđ

Trong đó: 0: Hiệu suất chung của động cơ

P: Hiệu suất chân vịt



tđ : Hiệu suất truyền động Tuỳ theo các thiết bị lắp đặt trên hệ trục (Nh bộ li

hợp, hộp giảm tốc, các gối đỡ đ ờng trục) mà ta có : 

tđ = 

lh.

gt.

tr Nếu xem 

tđ = const trong quá trình khai thác thì: 

0 

P

Trong đó: Q

H: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

V

P: Tốc độ tiến thực của chân vịt

g

e: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích

N

S: Công suất trên đế chân vịt

T: Lực đẩy chân vịt

S

P H e HDL

N

V T Q

g 75

.

3, 632





Trong thực tế việc xác định T, VP,NS gặp nhiều khó khăn nên có thể dựa vào hai đ ờng cong hiệu suất chân vịt và động cơ

N

S

0 nmin nS

H/D min

H/D max

H/D n

V S = const

P max

Hình 3.1 Biểu diễn đ ờng hiệu suất lớn

nhất của chân vịt.

P max

: Đ ờng hiệu suất chân vịt lớn nhất

Đ ờng hiệu suất của chân vịt đạt giá trị

lớn nhất khi công suất phát ra của động

cơ là nhỏ nhất trên cùng một tốc độ tàu

N

P

max

= f( H /

D , n) Khi N=N

min V=const

g e = const

Ne

Nn

0 nmin nn n

0maxmax

M n = const

Hình 3.2 Biểu diễn đ ờng hiệu suất lớn nhất

của động cơ.

0 max

: Đ ờng hiệu suất chân vịt lớn nhất.

Đ ờng hiệu suất lớn nhất của động cơ là đ ờng nối các điểm trên đ ờng suất tiêu hao nhiên liệu có ích không đổi nh ng có công suất phát ra là nhỏ nhất

N

0

en / n

n

2 ).n 2

3.1.2 Ph Ương pháp đơn giản xác định đƯờng cong (h/d - n)

Bằng cách sử dụng các thiết bị đo ta đo được công suất trên trục chân vịt theo các dãi vòng quay động cơ hoặc chân vịt ở các tỷ số bước khác nhau Qua đó chọn được giá trị công suất

và vòng quay cho ta cho ta giá trị vận tốc tàu là lớn nhất

Hay nói cách khác: tại một giá trị vận tốc tàu không đổi ta có thể chọn được một giá trị công suất nhỏ nhất (NS)min Khi đó hệ số mômen (KM) sẽ đạt giá trị tối ưu (KM =KMT.u) và

được tính:

Trong đó:NS : Công suất đo được trên trục chân vịt (ml)

n: Vòng quay trục chân vịt (v/p)

D: đường kính chân vịt (m)

r: độ nhớt động lực học của nước biển r =104,5 (KG.s2/m3)

Hoặc theo công thức thực nghiệm: KMT.u = 0,07.(S0/ S)

Công thức trên đúng khi: 0,26 Ê dP/D Ê 0,31

0max max



HĐL max

Hình 3.3 Biểu diễn cách xác định đ ờng

hiệu suất lớn nhất của HĐL lai chân vịt

biến b ớc.



P

max

: Đ ờng hiệu suất lớn nhất của chân

vịt.



0

max : Đ ờng hiệu suất lớn nhất của động

cơ.



HĐL

max

: Đ ờng hiệu suất chung lớn nhất

của HĐL.

Đ ờng hiệu suất chung lớn nhất của HĐL

là trung bình nhân của 

P max

và 

0 max

.



HĐL

max

= 

P max

.

0 max

Sai số của ph ơng pháp này từ 1-3%

NS

0max n min n S

(H/D) max

(H/D) min

xác định đ ờng hiệu suất lớn nhất của HĐL lai chân vịt biến b ớc

bằng ph ơng pháp đồ thị

Khi điều kiện khai thác thay đổi thì đ ờng 

0 max

sẽ bị dịch chuyển Nếu điều kiện khai thác khó khăn hơn thì 

0 max

sẽ dịch sang phải và ng ợc lại

Do vậy trong quá trình khai thác ta phải thay đổi tỷ số (H/D) và tay ga nhiên liệu để sao cho điểm phối hợp công tác luôn nằm trên đ ờng cong (H

/

D - n) tối u

Trong đó:dS : Đường kính may-ơ chân vịt.

S0 : Diện tích thực của cánh chân vịt

S: Diện tích hình chiếu của chân vịt

Khi đó đường cong hiệu suất chân vịt sẽ được xác định theo hàm sau:

Từ hàm trên cho tr ớc các giá trị vòng

quay ta tính đ ợc công suất t ơng ứng Các

cặp giá trị (N - n) cho phép ta xây dựng đ

ờng hiệu suất lớn nhất của chân vịt

Kết hợp với đ ờng cong hiệu suất lớn nhất

của động cơ:

N

0 max

=(N

en / n

n 2

).n 2

ta sẽ xây dựng đ ợc đ ờng cong hiệu suất

chung lớn nhất của HĐL

Ph ơng pháp đơn giản xác định đ ờng cong (H/D – n) tối u

Pmax

0max

HĐLmax

NS

0 nmin nS

(H/D)max

(H/D)min

Hình 3.4 Minh họa cách xác định đ ờng cong hiệu suất chung lớn nhất của HĐL.

3 5

24000

.

N MTu



N 2 /N 1 = [ D 2 /D 1 ] 2/3

Hay: N2 = [ D2/D1 ] 2/3 N1

@ 3.2 Xác định thông số công tác hợp lí của HĐL trong các điều kiện khai thác.

3.2.1 Khi chiều chìm của tàu thay đổi.

Chiều chìm của tàu có thể thay đổi bởi những lí do sau:

- L ợng hàng hóa chuyên chở trên tàu thay đổi

- Nguyên nhiên liệu, dầu nhờn dữ trữ trên tàu thay đổi (Không đáng kể)

- Tỷ trọng vùng n ớc tàu đang hành trình thay đổi (Không đáng kể)

Giả sử ban đầu tàu chở một l ợng hàng Q

1 ứng với chiều chìm T

1 và l ợng chiếm n ớc D

1,

Đặc tính chân vịt là C

1 Sau đó tàu nhận thêm l ợng hàng Q Lúc này tàu chở l ợng hàng

Q

2 = Q

2 tăng lên, t ơng ứng làm tăng sức cản, mômen cản kết quả làm các thông số động cơ thay đổi

Và ta có khi tàu chở l ợng hàng Q

(ml)

Còn khi l ợng hàng chuyên chở là Q

2 thì: (ml)

Nếu vẫn duy trì tốc độ tàu không đổi ở cả 2 tr ờng hợp V

1= V

D

C

V D N

3 1 3 / 2 1 1



D

C V D N

3 3 / 2 2

.



T(m)

T2

T1

N ớc ngọt

0 D1 D2 D(t)

N ớc mặn

Qua đồ thị “Đ ờng cong lực lực nổi” ở bên ta xác định đ ợc D

2 khi biết T

2 Dựa vào công thức thực nghiệm:

(ml)

Trong đó: D: L ợng chiếm n ớc của tàu (tấn) V: Tốc độ tàu (hl/h)

CD: Hệ số thực nghiệm

D C

V D N

3 3 /

2



Nhờ biết được N2 và V2 ta xác định được điểm công tác B trong trường hợp tàu chở lượng hàng Q2 với giả sử vẫn chạy với tốc độ V2=V1

Qua B sẽ xác định được đường đặc tính vòng quay động cơ không đổi n2 Ta sẽ xác định

được hệ số C2 của đường đặc tính chân vịt trong trường hợp tàu chở lượng hàng Q2

3.2.2 Khi điều kiện sóng gió thay đổi.

Giả sử tàu đang hành trình trong vùng biển yên sóng gió tương ứng với đặc tính chân vịt C0 Vận tốc tàu là V0 ở vòng quay n0 điểm phối hợp công tác là A

Sau đó tàu chạy vào vùng có sóng với cấp gió W0B, hướng gió j thì tốc độ tàu bị giảm đi một lượng là V (xác định qua đồ thị thực nghiệm 3.6.) mặc dù vẫn duy trì tốc độ quay n0 Khi đó tốc độ tàu trong điều kiện sóng gió sẽ được xác định:

V1 = V0 [1- ∆V/100] (hl/h) (38)

Giả sử muốn duy trì vòng quay động cơ thì phải tăng tay ga vì khi đó sức cản tăng lên,

đường đặc tính chân vịt dịch về phía bên trái có độ dốc lớn hơn Nhờ tính được tốc độ V1

và vòng quay động cơ đã biết trước n1= n0= const ta xác định được điểm công tác B

B chính là điểm yêu cầu công suất động cơ phát ra để duy trì tốc độ quay không thay đổi khi tàu công tác trong điều kiện sóng gió

trong đó: x = log

n1 ( N

1 / C

1 )

Biết đ ợc hệ số C

2 và số mũ x ta gán các giá trị n

2 tùy ý thuộc dãi vòng quay khai thác ta sẽ tính đ ợc các giá trị công suất N

2 t ơng ứng Hay nói cách khác ta đã xác định đ ợc đ ờng cong

đặc tính chân vịt C

2

Có đ ợc đồ thị đặc tính ta sẽ xác định điểm phối hợp công tác hợp lí của HĐL mà ở đó công suất, vòng quay động cơ không v ợt quá giá trị định mức Động cơ không bị quá tải về ứng suất cơ và ứng suất nhiệt

x

n

N C

2

2

NS

N2

N1

0 V1=V1 VS

n1

n2

C2 C1 B

A

Hình 3.5 Biểu diễn cách xác định đặc tính

chân vịt khi tàu nhận thêm hàng hóa.

C

1 : Đặc tính chân vịt khi tàu chở l ợng hàng

Q

1

C

2 : Đặc tính chân vịt khi tàu chở l ợng hàng

Q

2

IV

II II

III

III

V %

30

20

10

0 2 4 6 W0B

I

II

III

IV

Hình 3.6 Biểu diễn sự phụ thuộc

của đại l ợng tổn thất tốc độ vào h ớng

và lực gió.

Hình 3.7 Biểu diễn cách xác định đặc tính chân vịt trong điều kiện khai thác sóng gió.

C

0 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT yên sóng gió C

1 : Đặc tính chân vịt ở ĐKKT có sóng gió.

NS

NA

0 V0 VS

n0=const

C0

A

Theo kinh nghiệm khai thác khi tàu khai thác trong điều kiện sóng gió thì động cơ dễ

bị quá tải về mômen và quá tải nhiệt Tr ờng hợp tàu cỡ nhỏ chạy ballast thì còn có hiện t ợng quá tải vòng quay do hiện t ợng chân vịt nhô lên khỏi mặt n ớc Để hạn chế

và duy trì khai thác động cơ ta phải giảm tay ga nhiên liệu để đảm bảo an toàn - tin cậy.

C1

n1=

V1

Ta tính được lượng nhiên liệu cần tiêu thụ cho quãng đường S còn lại là:

BA = GA.t =GA.(S /VA) (tấn) (40)

So sánh BA với lượng nhiên liệu còn lại trên tàu B nếu:

- BA Ê 0,95.B thì tàu vẫn có thể tiếp tục công tác tại điểm A

- BA> 0,95.B thì phải giảm tay ga về điểm công tác A’ có VA’ < VA Sau đó tiếp tục xác định lại BA’ và so sánh với B cho đến khi thỏa mãn BA’ Ê 0,95.B

Chú ý: Việc giảm tay ga đến một lúc nào đó không những không làm giảm chi phí nhiên liệu cho chuyến hành trình mà lại có xu hướng ngược lại

A’

Hình 3.7 Biểu diễn cách xác định

l ợng tiêu thụ nhiên liệu.

A: Điểm công tác khi ch a phát

hiện thiếu nhiên liệu.

A’: Điểm công tác sau khi đã tính

toán để đ a tàu về bến an toàn.

G (kg/h)

0 VA

VS

C0

A

MA =const

M A’ =const

g e = const

3.2.3 Khi l ợng nhiên liệu trên tàu có hạn.

Giả sử trong chuyến hành trình từ cảng A tới cảng B chẳng may vì lí do nào đó chẳng hạn: Đ ờng ống nhiên liệu vỡ, két thủng, tàu đổi tuyến hoặc lạc h ớng sẽ dẫn tới l ợng nhiên liệu trên tàu không đủ để đ a tàu về bến an toàn Trong tr ờng hợp này ta phải xác định chính xác l ợng nhiện liệu còn lại trên tàu, sau đó phải xác định lại điểm công tác

để với l ợng nhiên liệu còn lại tàu vẫn về bến an toàn

Giả sử quãng đ ờng còn lại là S hải lí L ợng nhiên liệu thực tế còn lại trên tàu là B tấn Điểm công tác là A tàu chạy với vận tốc V

A Trên đồ thị G - V ta xác định đ ợc l ợng nhiên liệu tiêu thụ là G

A(kg/h)

GA’

VA’

@ 3.3 Phân tích trạng thái công tác của động cơ trên đồ thị công.

3.3.1 Phân tích trên đồ thị công chỉ thị.

Với động cơ diesel tàu thủy trung và chậm tốc cho phép ng ời khai thác vẽ đ ợc đồ thị công chỉ thị của từng xy lanh bằng thiết bị chuyên dụng Indicator thông qua các biệt xả thông với buồng đốt

Với động cơ 2 kì đồ thị vẽ đ ợc có dạng sau:

P

Hình 3.8 Đồ thị công chỉ thị và

cách xác định P

i

P i : áp suất chỉ thị bình quân

(KG/cm 2

).

L

g :Chiều dài đồ thị công (cm).

Lg

y9

y6

y1

y2

y3

y4

8

y10

y5

Pi

3.3.2 Phân tích trên đồ thị công khai triển.

Đồ thị công khai triển cũng đ ợc vẽ bằng thiết bị Indicator Với động cơ 2 kì có dạng sau:

PC Quá trình giãn nở

Quá trình nén

Quá trình cháy

Điểm cháy

Đ ờng áp suất môi tr ờng

Hình 3.9 Đồ thị công khai

triển

i

P

C : áp suất nén (KG/cm 2

).

P

max : áp suất cháy cực đại (KG/

cm 2

).

P max

Qua đồ thị công khai triển ta có thể đánh giá đ ợc chất l ợng công tác của từng xy lanh và cả động cơ qua các thông số:

-áp suất cháy cực đại P

max

- áp suất nén P

C.

- Thời điểm bắt đầu cháy của nhiên liệu.

Ta đem so sánh các giá trị xác định đ ợc với đồ thị chuẩn khi xuất x ởng trong lí lịch, và

so sánh vói nhau để rút ra kết luận về tình trạng công tác của động cơ

Kết luận:

Hình 1: Hệ thống truyền động tới thiết bị đo bị rung, đồ thị vẽ được thiếu chính xác

Hình 2: Sợi dây truyền động bị ngắn nên làm mất một phần đồ thị ở điểm chết trên

Hình 3: Sợi dây truyền động bị ngắn nên làm mất một phần đồ thị ở điểm chết dới

Hình 4: Lò xo quá yếu, đỉnh piston của indicator va vào đỉnh của xi lanh

Hình 5: áp suất nén PC bình thường, áp suất cực đại PZ thấp hơn bình thường, điểm bắt đầu cháy muộn lí do có thể vì điểm bắt đầu phun nhiên liệu muộn hoặc do vòi phun không tốt

Hình 6: áp suất nén PC bình thường, áp suất cực đại PZ cao hơn bình thường lí do có thể vì nhiên liệu phun vào quá sớm

Hình 7: áp suất nén PC và áp suất cực đại PZ thấp hơn bình thường có thể vì những lí do sau:

áp suất khí quét thấp, hoặc do xéc măng khí bị rò lọt, xu páp xả bị rò hoặc đỉnh piston bị cháy

Một số dạng đồ thị th ờng gặp và kết luận phân tích:

7

Hình 3.9 Minh họa một số kết quả thu đ ợc khi vẽ đồ thị công

từ động cơ

P

0 : Đ ờng áp suất môi tr ờng.

Đ ờng nét đứt minh họa đồ thị chuẩn khi động cơ làm việc bình th ờng

Đ ờng nét liền minh họa đồ thị công ở trạng thái làm việc hiện tại.

3.3.3 Phân tích qua thí nghiệm thử khói.

Khi không thể đo đ ợc đồ thị công chỉ thị hoặc đồ thị công khai triển (nh ở động cơ nhỏ, cao tốc) Bên cạnh ph ơng pháp đánh giá gián tiếp các thông số công tác của động cơ, ta có thể dùng thiết bị thí nghiệm đơn giản để phân tích khí xả động cơ Thiết bị bao gồm: một ống thủy tinh hình trụ một đầu đ ợc lắp vào biệt xả của động cơ, trong ống nghiệm ta đặt một miếng giấy thử cách miếng ống khoảng 4cm Giấy thử là loại màu trắng, xốp dễ bắt bụi Sau đó mở biệt xả từ 10 – 15 lần, lấp giấy nghiệm ra và kiểm tra rút ra kết luận

4cm

Kết luận:

Nếu giấy nghiệm không hặc bẩn ít bẩn xylanh động cơ làm việc tốt

Giấy thử có một lớp dầu mỏng: Xéc măng của xy lanh đó bắt đầu kém, hoặc gẫy

Giấy thử có phủ một lớp dầu đen sẫm Quá trình cháy trong xy lanh đó không tốt

Giấy thử không biến màu, nh ng khí xả có màu trắng đục (màu sữa) có thể bị rò n ớc vào xylanh Cần phải kiểm tra và tìm biện pháp khắc phục nếu rò n ớc mát

Trong tr ờng hợp không có ống nghiệm thì ta có thể dùng giấy nghiệm đặt ở vị trí nh trên

và phân tích các thông số công tác của từng xy lanh