Đề cương ôn tập khai thác hệ đông lực có đáp án 1

ω: tốc độ góc của hệ trục v: tốc độ tàu m: khối lượng tàu và lượng nước chuyển động theo tàu T: lực đẩy tàu R: Lực cản Qua phương trình ta thấy, muốn thay đổi tốc độ tàu ta phải thay đổi

Khai thác

Câu 11: Trình bày diễn biến quá trình công tác của hệ động lực khi tăng tốc độ tàu, thể hiện trên đồ thị đặc tính M-ω.ω.

Để tăng vận tốc tàu, động cơ phải sinh ra thêm một lượng công suất thông qua việc tăng lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ Khi đó, lực đẩy phụ sinh ra sẽ thắng sức cản ban đầu và tạo cho tàu tốc độ mới lớn hơn Các lực tác dụng lên con tàu, động cơ trong quá trình này phải thỏa mãn phương trình chuyển động của tàu:

) ( ) , (

) , ( ) , ( dt

v R V T dt

dv m

v M h

M d

















Trong đó: I: Mômen quán tính của khối lượng thân tàu và lượng nước chuyển động

theo thân tàu

M(ω, hG): Mômen quay động cơ ω

M(ω, v): Mômen cản trên đế chân vịt

ω: tốc độ góc của hệ trục v: tốc độ tàu

m: khối lượng tàu và lượng nước chuyển động theo tàu T: lực đẩy tàu

R: Lực cản Qua phương trình ta thấy, muốn thay đổi tốc độ tàu ta phải thay đổi lực đẩy T, thay đổi Mômen sinh ra của động cơ M(ω,hG) thông qua việc thay đổi lượng cấp nhiên liệu vào động cơ hay thay đổi tay ga hG

Xét động cơ không trang bị BĐT:

Giả sử cần tăng tốc độ tàu từ V1->V2, hay nói cách khác là thay đổi điểm phối hợp công tác giữa động cơ và chân vịt từ điểm 1->điểm 2

Quá trình tăng vận tốc tàu có thể chia thành 2 giai đoạn sau:

M(v2,

)

M(ha 1, )

0 

1 b 

c 2



M

a b c 2

M(C0, )

1

M(ha 2, )

M(v1, )

d

Mha1,ha2: Đặc tính ngoài của động cơ

M(v1, ω): đặc tính đẳng tốc của động cơ tại V1

M(C0, ω): đặc tính chân vịt ở điều kiện khai thác C0

GĐ1: Tốc độ tàu chưa thay đổi đỏng kể.

-Tăng tốc độ quay của động cơ, chõn vịt và cỏc chi tiết chuyển động liờn quan từ tốc độ gúc ω1-> ω b=0.95(ωc- ω1)

-Mụmen chõn vịt thay đổi theo đường cong 1-d

-Mụmen động cơ thay đổi theo đường cong 1-a-b

GĐ2: Vận tốc tàu tăng dần từ V1->V2.

Mụmen động cơ: b->c->2

Mụmen chõn vịt:d->c->2

Từ điểm c, Mụmen động cơ và Mụmen chõn vịt bằng nhau

Điểm 2 là điểm cụng tỏc ổn định của HĐL, trong đú:

- Mụmen sinh ra của động cơ cõn bằng với Mụmen cản trờn đế chõn vịt

- Lực đẩy tàu cõn bằng với lực cản tàu

- Tàu chạy với vận tốc V2 ứng với tay ga ha2

Với loại động cơ khụng trang bị bđt như thế này thỡ việc thay đổi tay ga từ từ hay đột biến nhay bậc ảnh hưởng lớn tới tỡnh trạng khai thỏc động cơ tốt/xấu, vỡ nú dẫn đến sự thay đổi lớn & nhanh hay nhỏ & từ từ của ứng suất cơ và ứng suất nhiệt

Theo kinh nghiệm khai thỏc thỡ khi thay đổi tay ga động cơ trong khoảng lớn thỡ động cơ

sẽ cú giai đoạn làm việc trong trạng thỏi nặng nề, cỏc thụng số thay đổi nhiều Do đú trong quỏ trỡnh tăng tốc độ tàu ta cú thể tăng tay ga theo kiểu nhảy bậc với hệ số nhảy bậc

là k=2,3

Xột động cơ khụng trang bị BĐT:

Đặt giả thiết: kộo tay ga nhanh chúng từ ha1->ha2

3 giai đoạn:

GĐ1: vận tốc tàu thay đổi khụng đỏng kể.

Dưới tỏc dụng điều chỉnh của bđt, lượng nhiờn liệu tăng nhanh, đưa động cơ làm việc ở đặc tớnh ngoài max (1-a)

Ur

1 : Đặc tính điều chỉnh ở tốc độ V

1 Ur

2 : Đặc tính điều chỉnh ở tốc độ V

2 h

max : Đặc tính giới hạn.

M(C

0,

) b’

M(ha 1,

)

0 

1 b 

c 2 

M b c d

a

1

M(ha 2,

)

M(v1,

)

M(h

max,

)

2 2

M(v2,

)

Mômen động cơ tăng từ 1-a-b Mômen chân vịt tăng 1-b’.

GĐ2:

Mômen động cơ tăng chậm b-c và Mômen chân vịt tiếp tục tăng b’-c Từ điểm c, Mômen động cơ và Mômen chân vịt cân bằng và động cơ làm việc trên đặc tính ngoài max

GĐ3:

Tại d: bđt giảm lượng nhiên liệu từ hmax tới ha2 theo đặc tính điều chỉnh của bđt, Mômen động cơ và Mômen chân vịt bằng nhau và cùng giảm dần Tàu đạt vận tốc V2

Nhận xét: Tăng tay ga đột ngột và trong khoảng lớn -> có khoảng thời gian động cơ làm

việc ở đặc tính hmax -> nặng nề

Nếu tăng tay ga từ từ liên tục trong 1 khoảng lớn thì Mômen của động cơ và chân vịt không kịp bằng nhau, động cơ sinh thừa công suất so với công suất cần tiêu thụ

-> tăng tay ga từ từ, từng bậc nhỏ -> Mômen động cơ và Mômen chân vịt nhanh chóng cân bằng nhau -> động cơ làm việc an toàn, tin cậy, kinh tế hơn (k làm việc trên hmax)

Câu 12: Trình bày diễn biến quá trình công tác của hệ động lực khi giảm tốc độ tàu.

Khi giảm tay ga nhiên liệu vào động cơ, lực đẩy tàu T giảm, tàu giảm dần tốc độ do lực cản

Với động cơ không có bđt.

GĐ1: tốc độ tàu hầu như không đổi Mômen động cơ giảm MA

->a->b Mômen chân vịt giảm MA

->b’(do lực cản)

GĐ2: tốc độ tàu giảm dần Mômen chân vịt và Mômen động cơ giảm dần và bằng nhau thạu c, sau đó tiếp tục cùng giảm tới B Tại B tàu chạy ở V2 tưng ứng với tay ga ở

ha2 ở cùng điều kiện khai thác C0 Nhận xét: Ưs cơ, nhiệt giảm đột ngột -> động cơ bị “gì”, nhiệt độ

BĐ giảm đột ngột->dễ chết máy

Với động cơ có bđt.

Giảm tay ga nhanh từ ha1->ha2 (khoảng rộng), do tác động của bđt, động cơ bị cắt nhiên liệu vận tốc góc trên trục động cơ giảm từ ωa-> ωb nhưng vận tốc tàu hầu như không đổi Mômen chân vịt giảm 1->b’, Mômen động cơ giảm ->0

Do Mômen cản trên đế chân vịt làm vận tốc góc trục động cơ giảm xuống, tới ωd, gặp đường đặc tính điều chỉnh của bđt, bđt đưa động cơ làm việc trở lại với nhiên liệu

Nhận xét: giảm tay ga đột ngột -> có 1 giai đoạn động cơ bị cắt nhiên liệu, sau đó mới khởi động lại -> không tin cậy, bị ứng suất nhiệt, cơ Giảm tay ga theo từng bậc nhỏ

Câu 13 Trình bày phương pháp hãm động cơ Diesel lai chân vịt bằng gió nén.

 Các yếu tố ảnh hưởng đến công hãm:

-Hãm HĐL = gió nén thường được sử dụng trong quá trình manơ, mục đích là rút ngắn thời gian đảo chiều quay của động cơ -> đảm bảo động cơ hoạt động theo chiều quay mới nhanh nhất và an toàn nhất

* Sau khi ngừng cấp nhiên liệu vào động cơ và thay đổi cam phân phối khí và cam nhiên liệu -> bắt đầu quá trình hãm

Van gió khởi động: 1: bắt đầu mở; 2: kết thúc

- Ở những động cơ Diesel lai chân vịt trực tiếp, việc hãm được thực hiện = cấp gió nén qua xupáp khởi động

- Để việc điều động tàu nhanh chóng và kinh tế -> việc hãm cần thực hiện ngay sau khi giá trị của Mômen quay trên chân vịt = Mômen cản – Mômen quán tính

b’

M(v

2, )

M(h

a 2, )

0 

2 d b a 

1 

2

M(ha 1, )

Ur 2

Ur 1 1

d I M

M s  c   Tức là khoảng 3->7s sau khi ngừng cấp nhiên liệu vào động cơ và số vòng quay

động cơ đã giảm xuống khoảng 0.5->0.7 nn

- để thực hiện hãm:

- gió nén từ đĩa chia gió điều khiển, vào trong khoang điều khiển của xupap khởi

động ở KÌ NÉN với giá trị góc cấp khí khác nhau phụ thuộc đặc điểm kết cấu của

từng động cơ, khoảng 65-1000 góc quay trục khuỷu so với ĐCT

- Tính chịu nén của không khí trong xylanh ở kì nén có tác dụng hãm động cơ khi

piston đi lên gần ĐCT Nếu do sự tăng áp trong xylanh khi piston lên gần ĐCT

làm xupap khởi động bị đóng lại và khi piston qua ĐCT thì không khí ở kì giãn

nở sẽ làm tăng sự quay của động cơ -> việc hãm động cơ đạt hiệu quả kém (thực

chất việc giãn nở này tương đương việc nén có ích ở kì nén) Sau khi hãm, động

cơ sẽ dừng hằn và chiều quay đã chuyển sang chiều mới

- Việc hãm động cơ phụ thuộc và các yếu tố:

+ Áp suất không khí nén đưa và động cơ

+ Giá trị của vòng quay động cơ khi hãm

(+kết cấu của van gió khởi động)

- Các quá trình diễn ra khi hãm:

A: piston đi lên đóng cửa xả, kết thúc quá trình quét, bắt đầu nén

B: gió khởi động (hãm) được cấp

C: xupap khởi động đóng

D: nhảy van an toàn, xả bớt 1 lượng khí nén ra ngoài

E: giãn nở khí trong xylanh

A’: cửa xả mở

Công hãm: Lh= F1- F2 có thể <0, =0, >0

§CD A B §CT §CD

C

D E

P

F

2

J

A’

F

2’

F

1’

Câu 14 Diễn biến quá trình thay đổi chiều chuyển động của tàu trên đồ thị đặc tính.

<Thay đổi chiều chuyển động ở đây là: điều động tàu:

Dừng -> thay đổi chiều chuyển động của động cơ -> khởi động theo chiều mới.

Tàu thay đổi chiều chuyển động và tốc độ chuyển động>

Quá trình điều động tàu là quá trình HĐL công tác trong trạng thái không ổn định, đặc

trưng bằng sự không cân bằng giữa năng lượng nhập và năng lượng thoát:

Sự không cân bằng giữa:

- Mômen động cơ sinh ra do lực khí cháy với Mômen cần thiết trên đế chân vịt

- Lực đẩy chân vịt và lực cản với vỏ tàu

- Mômen quay của turbine và Mômen quay của máy nén

- Lực tác dụng lên phần tử cảm ứng và các phần tử trong HT điều chỉnh

- Năng lượng cấp ở phía trong thành vách xylanh và năng lượng do nước làm mát mang ra

Chế độ điều động tàu là chế độ mà động cơ phải thay đổi số vòng quay liên tục, thạm chí thay đổi cả chiều quay với đông cơ lai chân vịt định bước trực tiếp Quá trình thay đổi chiều quay là quá trình phức tạp gồm: dừng, đảo chiều, khởi động động cơ theo chiều quay mới

Quá trình đảo chiều quay động cơ bắt đầu từ việc dừng cấp nhiên liệu vào động cơ, tàu vẫn chuyển động trên hành trình của mình (tiến), khi đó chân vịt quay tự do và sau 1 thời gian ngắn, nó làm việc như turbine và lai ngược lại động cơ -> động cơ vẫn quay theo chiều bắt đầu (tiến) chân vịt và hệ trục tiếp tục quay theo chiều bắt đầu cho tới khi có tác động của Mômen hãm lên động cơ và hệ trục (độ lớn của Mômen hãm phụ thuộc và tốc

độ của tàu)

Khi tác dụng hãm đã có hiệu quả -> chân vịt bắt đầu quay theo chiều ngược lại trong khi tàu vẫn còn tiến theo quán tính Do chân vịt quay theo chiều ngược lại -> tàu được hãm Tới khi tàu dừng lại, tại thời điểm tàu dừng, tải trọng của hệ động lực tương ứng với đặc tính buộc tàu (v=0) Sau đó tàu bắt đầu tăng tốc độ theo chiều ngược lại cho tới khi xác lập chế độ công tác mới cho chuyển chuyển động lùi (khi Vlùi= const)

Quá trình điều động tàu chia thành 4 giai đoạn (động cơ lai trực tiếp chân vịt định bước)

GĐ1: sau khi cắt nhiên liệu (a-ω.b).

- Mômen quay của động cơ giảm -> Mômen âm và giá trị bằng tổn thất cơ giới Ma’

- Vận tốc tàu thay đổi không đáng kể, chân vịt vẫn quay theo chiều tiến -> Mômen quay của chân vịt giảm theo đường cong a-b, trong đó đoạn a-b’ Mômen có giá trị (+), đoạn b’-b có giá trị (-), lúc đó chân vịt làm việc như turbine

- Trong giai đoạn này công hãm động cơ chủ yếu do tổn thất cơ giới (ma sát, tổn thất ở các đường trục)

- Do sự giảm vòng quay của chân vịt mà sự chênh lệch Mômen chân vịt (a-b’-b) và Mômen quay của động cơ (a’-b) sẽ giảm dần và tại b thì Mômen chân vịt = Mômen quay động cơ, tức là = Mômen lực ms nhưng ngược chiều

- Trong giai đoạn này lực đẩy tàu của chân vịt < lực cản -> tác dụng giảm vận tốc tàu

GĐ2: hãm tự do (do lực cản trên vỏ tàu)

- Mômen chân vịt giảm theo đường cong Mômen ma sát của động cơ và hệ trục

- Nếu không có gió hãm -> tàu chuyển động theo quán tính và dừng hẳn lại (do lực cản vỏ tàu) (Mômen chân vịt và Mômen động cơ giảm theo b-c-0 -> lâu)

- Để giảm nhanh tốc độ tàu, tại c: tạo lực đẩy “âm” lớn, thông qua việc đưa khí hãm vào xylanh

GĐ3: hãm bằng gió nén (bắt đầu từ điểm c tới khi vận tốc tàu =0)

- Trong giai đoạn này Mômen chân vịt theo đường cong c-d-e giá trị lớn nhất của Mômen chân vịt trong giai đoạn này là tại d

- Để việc hãm có hiệu quả -> gió hãm phải tạo được Mômen quay trên trục động cơ

có giá trị > Mômen chân vịt max

- Đường cong thể hiện Mômen quay của động cơ c-c’-e’ phải nằm dưới đường cong c-d-e

- Ngoài việc sử dụng gió hãm có thể dùng: phanh cơ khí trên hệ trục chân vịt

GĐ4: đảo chiều chân vịt + cấp nhiên liệu và động cơ tăng vòng quay -ω.> tàu dừng và chuyển sang hướng ngược lại cho -ω.> đạt trạng hoạt động ổn định ở dk công tác mới (chạy lùi)

TH1: động cơ có bđt.

- Mômen chân vịt: e-q-f-g-a’’

- Mômen động cơ: e’-e’’-f’’-f’-f-g-a’’

- Đoạn f’-f-g: đặc tính ngoài của động cơ

- e’’-f: sự thay đổi Mômen động cơ

- o-a’’: biểu thị đặc tính chân vịt khi điều kiện công tác ổn định theo chiều quay lùi Nhận xét: với động cơ trang bị bđt:

+tại vòng quay nhỏ: động cơ đã làm việc tại đặc tính cực đại -> ứng suất nhiệt và ưs

cơ cục bộ>

KP: giảm lượng nhiên liệu khi động cơ tăng tốc theo chiều quay mới nhưng có thể dẫn tới khó nổ khi khởi động Do đó có thể dùng thiết bị định lượng nhiên liệu khởi động

TH2: không có bđt.

Điều khiển động cơ trực tiếp bằng tay: sau khi khởi động, Mômen động cơ sẽ thay đổi theo đặc tính bộ phận f’’-q-a’’, khi đó dk công tác của động cơ sẽ nhẹ nhàng hơn so với trường hợp có bđt

a’

b’

b c

c’

d e

e” e’

g f

f’

f”

- M

n

- n

M

Mn

V= 0

0,8Vn

V=V

n

0

nn

UrT

UrL

C

0

CL

h

aL

haT

Cõu 15 Nờu định nghĩa và phương phỏp xõy dựng đặc tớnh ngoài của động cơ Diesel tàu thủy (đặc tớnh cụng suất khi lượng nhiờn liệu cung cấp cho 1 chu trỡnh khụng đổi)

Đặc tính ngoài

- Đờng đặc tính biểu diễn mối quan hệ giữa các chỉ tiêu, thông số 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 cấp vào động cơ trong mỗi chu trình là không đổi (dw=const)

và hiệu suất chung của động cơ không đổi trong phạm vi toàn bộ chế độ tốc độ quay ho=const, ta có: Ne = C1.n.dw (*)

(C 1 =(60.z.Q H ho)/632,3) (Ne =(G.Q H ho)/632.3=(60.n.z.dw Q h )/632,3)

Từ (*) 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 bậc nhất có hình là đờng thẳng ứng với mỗi dw sẽ

là 1 đờng đặc tính ngoài Ne-n

Ta thấy rằng khi dw không thay đổi thì Mômen quay có ích (Me) và áp suất có ích bình quân (Pe) cũng không đổi (không phụ thuộc n)

Thật vậy:

Ne=Me.n/716,2 -> Me=Ne.716,2/n=716,2.C1.dw=C2.dw

Ne=Pe.S.F.n.i.z/4500 -> Pe=C3.dw

Do đó ứng với mỗi giá trị dw, đồ thị Me, Pe là một đờng thẳng song song với trục hoành (0 n)

Trong thực tế, vì hiệu suất động cơ giảm dần theo chiều tăng tốc độ quay nên đờng đặc tính ngoài là đờng cong

và trong khai thác chúng đợc chia thành các đờng cơ bản sau:

N e N max N n N KT

0 n

min n

k n

n n

max n

1 2 3 4 5

Ne (ml)

0 nmin nn nmax n (v/ph)

Đườngưlíưthuyết

Đườngưthựcưtế

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

động cơ (Nmax) ở vòng quay lớn nhất

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 khai thác, thờng sử dụng trong điều kiện manơ

Cõu 16 Nờu định nghĩa và trỡnh bày phương phỏp xõy dựng đặc tớnh chõn vịt (đặc tớnh cụng suất khi lượng nhiờn liệu cung cấp cho một chu trỡnh thay đổi nhưng toàn

bộ cụng suất do động cơ sinh ra được truyền hết cho chõn vịt).

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

Hàm biểu diễn: Ne = C.nx

Trong đó:

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: là hằng số phụ thuộc tuyến hình vỏ tàu, chân vịt cũng nh tình trạng của chúng và

điều kiện khai thác

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 Lấy logarit cơ số 10 hai vế phơng trình trên:

lg Ne = x.lg n +lg C

Để xác định đợc các hệ số x và C với một con tàu nhất định, trong một điều kiện khai thác

cụ thể lấy đợc 2 cặp thông số sau: (N1, n1, V1), (N2,n2,V2)

Thay các giá trị trên ->

lg N1 = x.lg n1 +lg C

lg N2 = x.lg n2 +lg C

Mặt khác hệ số C với một con tàu cụ thể phụ thuộc vào điều kiện khai thác, còn với 1 chân vịt cụ thể thì C phụ thuộc vào tốc độ quay n và vận tốc tàu V qua biểu thức:

C = C – a.V (*)

2

1

2

1

lg

lg

n

n

N

N

x 

x

x n

N n

N

C

2

2 1

1



