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

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.

NHẬN XÉT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

Họ và tên SV: Vũ Đức Chỉnh Lớp: 45TT2 Khóa 45 Ngành: Đóng Tàu Mã ngành:

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

PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ĐỀ TÀI TỐT NGHIỆP

Họ và tên SV: Vũ Đức Chỉnh Lớp: 45TT2 Khóa 45 Ngành: Đóng Tàu Mã ngành:

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)

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 tiếphướng 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 vàđộng viên em hoàn thành đề tài này

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

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

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 rấtlâu nhưng vẫn còn ở trình độ sản xuất thấp, trên 70% tàu cá ở Việt Nam là tàu cá cỡnhỏ, trong đó lao động bình quân tăng 22.500 người/năm, nhưng năng suất khaithác 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 năngđánh 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 chotàu 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 tháccao cho nên đứng trên phương diện kỹ thuật thì tồn tại nhiều vấn đề bất hợp lý cầngiải quyết đó là làm sao để sử dụng hợp lý tổ hợp máy chính chân vịt kèm theo nàyphù hợp với con tàu, với vai trò là người cán bộ kỹ thuật thì đây chính là nhiệm vụthiết yếu phải giải quyết và đó cũng chính là nội dung của đề tài mà tôi được NhàTrường giao cho thực hiện với tên gọi: “Nghiên cứu sử dụng hợp lý tổ hợp máychính 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 vậnhành có hiệu quả nhất thiết bị khai thác hiện có của mình cụ thể là không phải tìmkiếm chân vịt để thay thế mà sử dụng ngay chân vit kèm theo máy chính mà họ đãdùng để lắp đặt cho tàu của mình với điều kiện phải tuân thủ các nguyên tắc vậnhành

Sau 3 tháng thực hiện với sự hướng dẫn tận tình của thầy Th.S Nguyễn ĐìnhLong cùng với sư giúp đỡ của các thầy cô giáo trong khoa Kỹ thuật tàu thủy các bạnsinh 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 côcác bạn sinh viên và người đọc nhiệt tình xây dựng ý kiến để cho đề tài được hoànthiện và thực sự đi vào thực tế đời sống

Nha Trang, tháng 8 năm 2007Sinh viên thực hiện

Vũ Đức Chỉnh

Nghề khai thác cá biển ở Việt Nam là nghề cá nhân dân Sự phát triển củanghề cá mang tính chất tự phát và trong suốt một thời gian dài chúng ta đã khôngkiểm soát được sự phát triển này Trong khi đó trình độ văn hóa của ngư dân cònthấp, với 68% chưa tốt nghiệp tiểu học, hơn 20% tốt nghiệp tiểu học, gần 10% cótrình độ trung học cơ sở và 0,65% có bằng tốt nghiệp ở trường dạy nghề hoặc đạihọc, nhiều ngư dân còn lúng túng và đạt hiệu quả kinh tế thấp khi khai thác ở nhữngngư trường xa bờ; việc tiếp thu các kiến thức và kỹ thuật khai thác hiện đại gặpnhiều 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 chuyểncác loại thủy hải sản

Tàu đánh cá ở nước ta rất phong phú và đa dạng Đa số tàu đánh cá cỡ nhỏhiện nay được đóng bằng gỗ và lắp máy do Nhật Bản sản xuất Được sử dụng phổbiến và ưa chuộng nhất là máy của hãng YANMAR Vì chiều dài hạn chế nênkhông gian buồng máy hẹp vì vậy hệ trục tàu ngắn, bạc lót trục chân vịt sử dụngphổ biến là bạc gỗ và bạc cao su, bôi trơn bằng nước biển Chân vịt là loại địnhbước và được làm bằng đồng thau có số cánh từ (3÷4) cánh Trục chân vịt được làmbằng 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

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 thântàu về mũi, bên dưới là các khoang cá, mặt cắt ngang hình chữ U, về phía mũi códạng chữ V Buồng máy được bố trí phía đuôi, bên trên là cabin Tàu có thể đánhbắt theo một nghề nhất định hoặc khai thác kiêm nghề Hiện nay đa phần là tàuđánh 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 khôngtheo 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:

 Tàu lưới kéo thì tỷ số L/B lớn, tàu thuôn dài

 Tàu lưới vây thì tỷ số L/B nhỏ có hình dáng ngắn và bầu

 Tàu lưới rê do yêu cầu về diện tích boong thao tác rộng nên yêu cầu về chiềurộng 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 làmviệc không nhô lên khỏi mặt nước, tàu không bị chúi mũi và giảm được sức cảncũng 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 ởkhu vực Bà Rịa – Vũng Tàu, Đồng Nai Ky chính là cây gỗ hoàn chỉnh với mặt cắtngang 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 QuyNhơn tỉnh Bình Định cùng một địa phương nhưng ky chính có chiếc được kéo dàiđến 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 khôngthuộc loại khoang kín nước Khoang máy chính được bố trí ở phía sau đuôi tàu Dotàu ngắn, khoang lưới, khoang cá được bố trí từ trước cabin về phía mũi, cabinthường được bố trí ở phía sau đuôi tàu và trên khoang máy, với mục đích tiết kiệm

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

Đối với tàu đánh cá cỡ nhỏ phần lớn sống mũi nghiêng về phía trước mộtcách thích ứng, để đảm bảo khả năng rẽ sóng và đè sóng của tàu trong quá trình dichuyển Mặt cắt ngang của tàu phía mũi có dạng chữ V Điều này có lợi cho việcchống 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 tượngphủ sóng ở mũi tàu va tăng được diện tích khoang mũi Thân tàu hình ống, mặt cắtngang hình chữ U

Hình dáng vòm đuôi có ảnh hưởng rất lớn đến việc bố trí chân vịt đảm bảokhả năng làm việc, cần tránh không khí xâm nhập khi chân vịt làm việc, đồng thờicung cấp đủ nước cho chân vịt hoạt động Do đó vòm đuôi được nâng cao thỏađáng, đảm bảo không gian cho việc bố trí bánh lái và chân vịt Mặt cắt ngang đuôitàu có hình dáng chữ U, nó có ưu điểm là đảm bảo lực nổi dự trữ ở đuôi tàu Đểtránh hiện tượng sóng vỗ đuôi tàu thì ván đuôi có một độ nghiêng nhất định về phíasau

Qua các vấn đề trên ta nhận thấy:

 Tàu đánh cá cỡ nhỏ là tàu có kích thước LTK

<20 m

nhân

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 chungcủa 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 sởtính toán Mặt khác, máy chính trang bị cho tàu rất phong phú về chủng loại côngsuất 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 Cácđộng 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, khôngtăng áp hoặc tăng áp Số xy lanh từ (1 ÷ 6) và công suất xy lanh từ (8 ÷ 80) Ml Cácđộng cơ này có tốc độ quay định mức từ (900 ÷ 3600) v/ph, phần lớn chúng lànhững động cơ cao tốc sử dụng hộp số cơ khí 2 cấp truyền (một cấp tiến và một cấplùi), ly hợp ma sát đĩa đơn (đơn hoặc kép)

Khớp nối dùng để nối trục chân vịt với trục ra của hộp số động cơ thường làkhớp nối các đăng

Trên tàu ngoài động cơ chính có thể trang bị thêm máy phát điện, đôi khi cóbơm thủy lực phục vụ máy khai thác Bố trí chung buồng máy trên tàu cá cỡ nhỏ ởnước 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 cáctàu cỡ nhỏ, đòi hỏi tính động cơ cao, người ta sử dụng thiết bị đẩy kiểu chân vịt Đốivới 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 vịtquay 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 đóngmới hiện nay tương đối phát triển, các cơ sở đóng tàu trải khắp trên các tỉnh venbiển nước ta nhưng đa phần tàu được đóng mới là tàu cá cỡ nhỏ và được đóng dựatrên kinh nghiệm dân gian chứ không được thiết kế bài bản Cụ thể là số lượng tàuthuyền đánh cá tăng liên tục Theo số liệu của Bộ Thủy sản, năm 1981 cả nước mớichỉ có 29.584 tàu gắn máy thì đến cuối năm 2004 chúng ta đã có 85.430 chiếc tàugắn máy Hằng năm, số lượng tàu thuyền tăng lên liên tục với tốc độ bình quân2.929 chiếc/năm

Cùng với sự gia tăng số lượng tàu thuyền khai thác, tổng công suất máy tàucũng không ngừng tăng lên Tổng công suất tàu thuyền gắn máy năm 1981 ghi nhậnđược là 453.871 CV thì đến năm 2004 con số này đã là 4.721.701 CV, với mức tăngbình 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) triệutấn, với khả năng khai thác (1,4 ÷ 1,6) triệu tấn; khoảng 0,058 triệu tấn tôm biển và0,123 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 nợđọng vốn vay của ngân hàng.

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 nóichung trang bị cho tàu đều qua tính toán thiết kế căn cứ vào kích thước tàu đặc điểmyêu cầu của từng nghề khai thác Tuy nhiên vì tàu đóng mới không qua thiết kế nênviệc 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“haytheo kinh nghiệm mà không dựa trên cơ sở tính toán cũng như đặc điểm chế độ làmviệc 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 nghiệmtruyền thống trong điều kiện đơn chiếc, không trải qua giai đoạn thiết kế Do đóđộng cơ chính và chân vịt cũng được chọn theo kinh nghiệm Chính vì vậy, sự phùhợp giữa các thành phần của tổ hợp Động cơ chính – thân tàu – Chân vịt rất khó đạtđược và do hồ sơ phần máy của tàu không được thiết lập, dụng cụ đo lường kiểm trakhông được trang bị đầy đủ nên việc xác định các chỉ tiêu và thông số công tác cũngnhư 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 điềukhiển cho động cơ làm việc theo yêu cầu về tốc độ tàu và điều kiện khí xả không cómàu đen, trong khi đó đặc tính nhả khói đen nằm trên đường đặc tính ngoài côngsuất định mức cho nên động cơ chính thường xuyên làm việc trong tình trạng quátải

Làm thế nào để khai thác đạt hiệu quả cao tổ hợp máy chính – chân vịt cùngvới 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 máychính làm việc ở chế độ đầy tải, chân vịt làm việc có hiệu suất cao)

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 vàgiá 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:

- 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, ứngsuất cơ …

- Các chỉ tiêu sử dụng có liên quan đến độ tin cậy, độ ồn, mức độ tự độnghóa, 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 suấtriêng xuất hiện trong các bệ máy và các cơ cấu chuyển động cũng như các khâu liênkết dưới tác dụng của phụ tải Khả năng làm việc của các chi tiết, các thiết bị dẫnđộng, các ổ đỡ điều kiện bôi trơn, sự mài mòn và khả năng xuất hiện sự mỏi của vậtliệu,… 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, biếndạng và áp suất riêng mà người ta đi thiết lập những chỉ tiêu gián tiếp phản ánhtương 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 biếndạng của các chi tiết làm cho dầu bôi trơn ở các bề mặt trượt dễ đóng cáu bẩn gâynên độ mài mòn lớn nguyên nhân là do các chi tiết như xilanh, pittông, các xupápluôn luôn tiếp xúc trực tiếp với khí cháy Chúng không những chịu tác dụng của phụtải cơ mà còn chịu tác dụng của phụ tải nhiệt

Trạng thái nhiệt của động cơ trong quá trình khai thác được đánh giá theonhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí xả, áp suất chỉ thị trung bình và vị trí cơ cấuđiều khiển sự cung cấp nhiên liệu Nếu các thông số này nằm trong giới hạn xácđịnh 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 tiêuchuẩn Do đó việc lựa chọn phụ tải tối ưu cho thiết bị khi tàu làm việc trong điềukiện sóng to gió lớn, sức cản vỏ tàu tăng lên, nhiệt độ của thành vách xy lanh là rấtkhó khăn

Trong thực tế thì người ngư dân thường lắp máy có chân vịt kèm theo hoặcchọn 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

độ như thế nào Để giải quyết tốt thực tế này cần bắt đầu nghiên cứu từ bài toánthiết 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 cáchxác thực, ngoài việc đi xác định các thông số làm việc của chúng ta cần phải nghiêncứu các đường đặc tính ở các chế độ làm việc khác nhau Thông qua các đường đặctính này ta có thể kiểm tra được các thông số và tốc độ tàu tương đối chính xác haynói đúng hơn là: Sự thay đổi tốc độ của tàu khi làm việc trong những điều kiện khácnhau đồng nghĩa với sự thay đổi có tính quy luật của các thông số của động cơ, cóthể 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 chỉtiêu, thông số công tác của động cơ vào một thông số nào đó, được biểu diễn ở dạngđại số hay đồ thị Do vậy, có thể kết luận đặc tính là hàm số biểu thị mối quan hệgiữa các chỉ tiêu, thông số công tác với một thông số nào đó Những đường biểudiễn mối quan hệ của một vài thông số của động cơ với các thông số khác có ảnhhưởng tới công suất phát ra của nó

Chế độ làm việc của động cơ được xác lập bởi nhiều thông số chính nên đặctính 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

n n nnmin

Ne n

2 3 4 5 6

7 8

0

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 chỉnhlượng 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 làmviệc theo đặc tính chân vịt, nếu chuyển từ chế độ này sang chế độ khác thì lượngnhiên liệu cung cấp cho chu trình sẽ thay đổi kéo theo sự thay đổi của tốc độ độngcơ

+ Đặc tính giới hạn phụ tải biểu thị mối quan hệ của các chỉ tiêu cơ bản củađộng cơ với tốc độ quay của nó trong điều kiện giữ nguyên phụ tải cơ và phụ tảinhiệt.

+ Đặc tính phụ tải biểu thị sự tập hợp những chế độ phụ tải ở tốc độ quaykhông 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 phụthuộc của 2 hay nhiều thông số vào một thông số chính và được xây dựng trên cùngmột 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 chạythử 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 củađộng cơ khi làm việc Mặt khác, nó còn cho phép ta đánh giá khả năng hiệu chỉnh củađộng 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 dễdàng lựa chọn chế độ làm việc hợp lý của động cơ và đánh giá tương đối chính xáctình 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 chỉnhnêu lên sự phụ thuộc của những thông số riêng biệt của động cơ vào góc phun sớmcủa 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 củađộng cơ theo hàm tốc độ quay hoặc tốc độ tàu, gọi là đặc tính công suất hay đặc tínhtốc 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 củatay thước nhiên liệu ứng với từng chế độ tốc độ Khi chuyển chế độ làm việc của

động cơ theo đặc tính ngoài thì các chỉ tiêu kinh tế năng lượng, các phụ tải cơ vànhiệt 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 nhiênliệu cực đại cung cấp cho mỗi chu trình, nên đặc tính ngoài của động cơ phụ thộcvào việc điêu chỉnh đó

5 4

3 2 1

d

a

3KC MOM

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 racông 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 nhấttrong quá trình khai thác động cơ Đặc tính khai thác có giá trị nhỏ hơn đặc tínhđịnh 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 nhỏhơn công suất khai thác, Nbf ≤ (0,85 ÷ 0,9) Nn Đặc tính bộ phận thường sử dụngkhi tàu công tác trong nhừn điều kiện khai thác khó khăn

 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 đổigọi là đặc tính chân vịt Hay sự phụ thuộc các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơvào 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 tổnthất 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 liệuphun vào động cơ trong mỗi chu trình thay đổi (dw ≠ const) và toàn bộ công suấtphát ra của động cơ truyền hết cho chân vịt Khi đó sự biến đổi mômen, công suấtphụ 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 giátrị x = 3 do đó mà trở thành:

Như vậy ở một điều kiện chạy tàu riêng biệt trạng thái của chân vịt, trạngthái 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 cácthông số hình học, thủy động học của chân vịt Đối với chân vịt định bước cácthông số hình học giữ nguyên không thay đổi

Hệ số trượt và bước trượt tương đối của chân vịt λp có liên quan đến số lượngcủa các thông số thủy động học.

Hệ số trượt của chân vịt được xác định bổi tỷ số tốc độ trượt (H.ncv – VP) vớitốc 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 thườngđược biểu diễn bằng đại lượng không thứ nguyên của bước trượt tương đối:

Khi hệ số trượt ν = 0 thì λp = H D , chân vịt sau một vòng đi được một đoạnđường 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 thủyđộng học λp và v và những đường cong tác dụng của chân vịt Chúng được thể hiệnbằng những hệ số lực đẩy K1, hệ số mômen K2 không có thứ nguyên và hiệu suất cóích 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. ncv2.D4

M = K2. ncv2.D5

Ở đây  : Mật độ của nước, kg.s2/m4

Hiệu suất có ích của chân vịt trong nước không giới hạn phụ thuộc vào tỷ số

P

p

0,20,40,60,8

KK

2 1,



1 2

dc

p

p



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 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 hiệusuất chân vịt lớn nhất, còn hệ số K1 và K2 có giá trị nhỏ hơn giá trị cực đại củachúng

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 =

Ở điểm “d” hệ số trượt (v<0), bước trượt tương đối λp, tỷ số bước H D , hệ sốmômen K2 và mômen bằng 0.

Bắt đầu từ điểm “d” chân vịt làm việc trong dòng chảy ở chế độ tuabin thủylực 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 cũngkhông phải là tuabin

Chính vì những đặc tính nêu trên nên khi kết cấu của chân vịt thay đổi sẽ làmcho đặc tính của chân vịt thay đổi hoặc khi thông số hình học không thứ nguyên

D

H

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 vàtốc độ quay của động cơ, cần thấy rằng, khi thay đổi trạng thái kỹ thuật của vỏ vàchân vịt thì bước trượt tương đối và hệ số trượt ở các chế độ ổn định phụ thuộc rất ítvào 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  = 1 -

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 khácnhau, muôn hình muôn vẻ cùng với sự thay đổi các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật củađộng 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 kiệnkhai thác cụ thể Thông số nào được chọn làm thông số cơ bản thì tên gọi và giá trịcủa 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 nhaucùng với sự thay đổi của các chỉ tiêu và thông số công tác của động cơ cũng nhưcủa thiết bị động lực tàu cá

Người ta căn cứ vào điều kiện làm việc và công dụng của động cơ để đánhgiá khả năng phát ra công suất của động cơ Sự đánh giá đó dựa theo giá trị tổnghợp của các chỉ tiêu các thông số biến động của động cơ qua đó thể hiện khái quátchế độ làm việc của động cơ

Chế độ làm việc của động cơ chính là thành phần chính của động cơ - thântàu - chân vịt phụ thuộc vào kiểu loại và điều kiện làm việc của tàu, đặc điểm kếtcấu 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 vàtrạng thái nhiệt của các chi tiết Các chế độ làm việc ổn định của động cơ chính cóthể 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 củađộng cơ Chế độ làm việc không ổn định được đặc trưng bằng sự không ổn định củacác thông số công tác Các chế độ làm việc không ổn định của các động cơ gặp phảikhi khởi động hoặc dừng động cơ, khi tàu khởi hành tăng tốc, đổi chiều, quay vòng,

Việc phân tích sự làm việc của động cơ ở những chế độ đó, lựa chọn phụ tải

và tốc độ quay phù hợp, đánh giá tổng hợp trạng thái làm việc của động cơ có ýnghĩa rất lớn trong quá trình khai thác

Ngoài ra, khái niệm chế độ làm việc của động cơ chính tàu thủy như chế độtoàn tải, chế độ nhỏ tải, chế độ không tải đôi khi đồng nghĩa với chế độ làm việc củatàu

Các thông số cơ bản đặc trưng cho sự làm việc của động cơ gồm có: mômen,công suất, tốc độ quay, chi phí nhiên liệu riêng và chi phí nhiên liệu giờ, hiệu suấtchỉ thị, cơ giới và có ích, áp suất chỉ thị và có ích trung bình, áp suất cháy cực đại,

áp suất cuối quá trình nén, áp suất trung bình theo thời gian, nhiệt độ khí xả

2.3 SỰ PHỐI HỢP LÀM VIỆC GIỮA ĐỘNG CƠ – THÂN TÀU VÀ CHÂN VỊT

2.3.1 Điều kiện phối hợp giữa máy chính – thân tàu và chân vịt

Ta biết công suất của động cơ chính được xác định phụ thuộc vào tốc độ tàu,sức cản thân tàu khi chuyển động trong nước ở tốc độ đã cho Để nâng cao hiệu quảkinh tế của tàu, trước tiên khi thiết kế phải đảm bảo sự phù hợp giữa các thành phầncủa tổ hợp tàu, trong quá trình khai thác phải xác định được chế độ làm việc, đánhgiá nó và lựa chọn được chế độ làm việc hợp lý của tổ hợp tàu

Đặc tính của các thành phần của liên hợp tàu như sau:

Sức cản của tàu khi chuyển động trong nước với tốc độ V bao gồm các thànhphần:

Rpl:Sức cản phần lồi, kG

Rkk:Sức cản không khí đối vớiphần nhô trên mặt nước, kG

Sức cản của tàu là một hàm số của tốc độ R= f(V)

Từ đây ta thấy rằng nếu tốc độ của tàu tăng lên thì sức cản của tàu sẽ tăngnhanh hơn

Mối quan hệ giữa sức cản và tốc độ tàu chính là đặc tính của thân tàu

Để tàu chuyển động với tốc độ V không thay đổi thì chân phải tạo ra lực đẩy

Trên đó biểu diễn sự phụ thuộc trên các đại lượng: hệ số lực đẩy K1, hệ sốmômen K2, hiệu suất của chân vịt trong nước tự do p và bước trượt tương đối λp

Lực đẩy và mômen của chân vịt được tính theo biểu thức:

Công suất của chân vịt trong nước tự do dược tính theo công thức:

NP = 2 K2.n3.D5

Từ đó có thể tính được công suất thông qua đặc tính của tổ hợp thân tàu –chân vịt Từ đặc tính của thân tàu (hình 2.5) tại tốc độ chạy tàu V sẽ có được sứccản R và ta tính được công suất kéo

NR = R.V

Công suất của chân vịt trong nước tự do còn được tính theo công thức:

3 5

V P N



.



Trong đó

 p- Hiệu suất của chân vịt làm việc trong nước tự do;

V P- Tốc độ tiến của chân vịt

Ta có công suất đẩy của chân vịt tại đầu mút trục chân vịt (sau đuôi tàu)

ND =

R K P

 : Hệ số ảnh hưởng của thân tàu;

r: Hiệu suất xoáy

Từ đây ta có thể viết là:

ND =

P R K R

N N

D n K

D n K

có thể viết được Ne = C.n3 và đây chính là dạng của đặc tính chân vịt của tổ hợp tàu

Trong thực tế K2 thay đổi theo tốc độ quay của động cơ và tốc độ tàu nênngười ta biểu diễn đặc tính chân vịt của tổ hợp tàu ở dạng Ne = C.nx

Trong điều kiện khai thác động cơ có thể làm việc quá tải nên khi thiết kếngười ta sử dụng hệ số dự trữ công suất Kdt để lựa chọn động cơ nhằm tránh quá tải

Ne = Neycdc.Kdt

Trong đó:

Kdt - Hệ số dự trữ công suất

Công suất yêu cầu của động cơ theo tốc độ quay biểu diễn trên (hình 2.6) Đó

là đặc tính chân vịt của tổ hợp thân tàu chân vịt

Từ hình 2.6 ta kẻ thêm đường đặc tính ngoài của động cơ thì ta sẽ có đượcđiểm phối hợp làm việc giữa tổ hợp động cơ chính – thân tàu – chân vịt Hay điểm

K xác định chế độ làm việc của tổ hợp tàu (động cơ chính – thân tàu – chân vịt)

Việc nghiên cứu sự làm việc của máy – vỏ - chân vịt (khi sử dụng chân vịt

định bước cũng như chân vịt biến bước) trong các điều kiện khác thường có ý nghĩa

lớn trong việc lựa chọn chế độ hợp lý trong từng trường hợp cụ thể

K Ne˜Cn 3Ne

n

N e (h a =h KT )

Hình 2.6 - Sự phối hợp làm việc giữa chân vịt – máy – vỏ động cơ khi tốc

độ quay không đổi

2.3.2 Sự phối hợp làm việc giữa máy – vỏ - chân vịt định bước

Chân vịt định bước được sử dụng rộng rãi trên các tàu cá cỡ nhỏ vì tính ưuviệt của nó và phương thức truyền động trên các tàu cá hiện nay thường là gián tiếp(lai chân vịt hoặc thông qua các hộp số, ly hợp) với mục đích nhận được tốc độquay sau bộ truyền phù hợp với tốc độ quay yêu cầu của chân vịt Vì tổn thất trên hệtrục và bộ truyền không lớn, nên công suất do động cơ phát ra gần bằng công suấtyêu cầu của trục chân vịt

Trong quá trình khai thác, do các điều kiện chạy tàu thay đổi, nên các thông

số làm việc của động cơ cũng thay đổi theo Trong những trường hợp như vậy, việcxác định các thông số làm việc hợp lý của động cơ là rất quan trọng, nó sẽ đảm bảo

an toàn, tin cậy cho hệ động lực và con tàu

Chúng ta thường sử dụng công suất phát ra của động cơ nhỏ hơn công suấtđịnh mức và một phần công suất dùng để dự trữ khắc phục khi phụ tải tăng đột ngộtnhằm tránh quá tải cho động cơ