Giáo trình Hệ thống động lực – ngành máy tàu thủy

5): Re – hệ số Reynolds. – Theo Prandtl – Schlichting: lg(Re).455,0=fξ (1–36) Thực tế ảnh hưởng của hình dáng vỏ tàu đến sức cản ma sát được tính bằng hệ số điều chỉnh af như sau: Ω= 2 .. 2vaR fff ρξ (1–37) Với B L = 8,2 ÷ 5,6 thì af nằm trong khoảng 1,04 ÷ 1,08 (L – chiều dài tàu, B – chiều rộng tàu). Trang:16 Ngoài ra, cần phải kể đến ảnh hưởng của độ nhám của vỏ (độ lồi lõm do công nghệ, độ lượn sóng của tôn bao, rong rêu, hà, rỉ bám vào vỏ) đến sức cản ma sát của tàu. Tất cả ảnh hưởng này được đặc trưng bằng hệ số điều chỉnh af. Sức cản phụ Rd, được xác định theo công thức: Ω= 2 . 2vR dd ρξ (1–38) Trong đó: ξd – hệ số sức cản phụ. Sức cản phụ bao gồm các thành phần sức cản sau: – Sức cản không khí Ra. Nếu tính một cách chính xác, Ra được tính theo công thức: a aa aa F vR . 2 .. 2ρξ= (1–39) Trong đó: ξa – hệ số sức cản không khí, là kết quả nghiên cứu mô hình trong ống dòng; ρa – khối lượng riêng của không khí, ρa = 0,125 [kg.s2/m4]; Fa – diện tích hình chiếu phần trên mặt nước của tàu lên diện tích sườn giữa, [m2]; va – vận tốc tương đối của gió, được tính theo công thức: assa wvwvv αcos,..222 ++= (1–40) Với: vs – vận tốc của tàu, [m/s]; w – vận tốc của gió, [m/s]; αa – góc tác dụng của gió so với trục giữa của tàu, (αa=0 nếu gió thổi ngược). – Sức cản của những phần lồi, những phần lồi của tàu như: ki hông, ki đứng, các giá đỡ trục chong chóng, phần lồi trục chong chóng..., có ảnh hưởng tới sức cản của tàu. Nếu so với sức cản toàn bộ tàu, sức cản của các phần lồi thường nằm trong khoảng: ( ) R310.3,02,0 −÷=Δξ (1–41) và cao nhất R310.5,0 −=Δξ (1–42) – Sức cản khác, khi tính sức cản còn phải kể đến các điều kiện khai thác của tàu ảnh hưởng tới sức cản của tàu: chiều sâu luồng lạch, điều kiện sóng gió thiên nhiên,... Như vậy có thể xác định sức cản toàn bộ của tàu theo công thức: Trang:17 Ω+++= . 2 .).( 2vR dfpw ρξξξξ (1–43) 2– Tính sức cản của tàu bằng phương pháp Papmiel Có nhiều phương pháp tính sức cản tàu, mỗi phương pháp đều có điều kiện áp dụng riêng phù hợp với loại tàu nhất định. Dưới đây nêu ra phương pháp tính sức cản thông dụng và đơn giản nhất, đó là tính theo phương pháp Papmiel. Phạm vi sử dụng của phương pháp: δ = 0,35 ÷ 0,8 114 ÷= B L ; 5,35,1 ÷= T B ; Fr < 0,9 (δ – hệ số béo thể tích; L – chiều dài tàu; B – chiều rộng tàu; T – chiều chìm tàu) Papmiel đã dựa trên cơ sở thí nghiệm mô hình và thử các loại tàu thực, đề ra phương pháp tính công suất kéo của tàu: ⎟⎟⎠ ⎞ ⎜⎜⎝ ⎛== p s p s C vf C vx L VN 33 0 ... φλ (1–44) Trong đó: V – thể tích chiếm nước, [m3]; L – chiều dài tàu ở đường nước thiết kế, [m]; vs – vận tốc tàu, [knots]; λ – hệ số tính toán được xác định theo công thức: 100 3,07,0 L÷=λ (1–45) L ≥ 100 m, thì λ = 10 x – hệ số phụ thuộc vào số lượng đường trục chong chóng, cho trong bảng 1–2. Bảng 1–2: Hệ số xét đến số lượng đường trục Số lượng đường trục chong chóng Z Hệ số x Z = 1 x = 1,000 Z = 2 x = 1,050 Z = 3 x = 1,067 Z = 4 x = 1,100 Φ – hệ số thon của tàu, được xác định: Trang:18 δφ L B10= (1–46) B – chiều rộng tàu; δ – hệ số béo thể tích . Cp – hệ số Papmiel Hệ số Cp được xác định theo đồ thị Papmiel, phụ thuộc vào thông số vs', được tính như sau: L vv ss φ=' (1–47) Sau khi xác định được N0, sức cản tàu được tính theo công thức: ][,75 0 kG v NR = (1–48) Trong đó: v – vận tốc tàu, [m/s] 3– Công thức Hải quân Trong tính toán sơ bộ, người ta thường áp dụng công thức Hải quân để tính công suất kéo (hoặc công suất có ích) của tàu. Công thức Hải quân có dạng: 0 3 2 3 0 . C DvN s= (1–49) hoặc: e s C DvN 3 2 3 0 .= (1–50) Trong đó: C0 – hệ số Hải quân cho công suất kéo; Ce – hệ số Hải quân cho công suất có ích; vs – vận tốc tàu, [knots]. Công thức (1–49) và (1–50) có thể cho kết quả chính xác nếu chọn tàu mẫu có hình dạng giống nhau và cùng trị số Fr, nhưng thực tế khó đạt được yêu cầu trên. 1.5.3. Tốc độ tàu Từ mục 1.5.2. cho thấy sức cản là hàm của tốc độ tàu, R = f(vs). Trên cơ sở tính toán, tiến hành xây dựng đồ thị sức cản cho tàu với từng tốc độ tàu khác nhau. Với động cơ chính đã cho, dựa trên công suất định mức của động cơ chính, xác định công suất truyền đến chong chóng (hay công suất sử dụng). Công suất truyền đến chong chóng Trang:19 luôn nhỏ hơn công suất của động cơ vì có sự tổn hao công suất trên đường trục; đại lượng này được xác định như sau: NekN spp ..η= (1–51) với: 321 .. spspspsp ηηηη = (1–52) Trong đó: k – hệ số dự trữ công suất của động cơ chính1; ηsp – hiệu suất của đường trục; ηsp1 – hiệu suất của gối trục; ηsp2 – hiệu suất của hộp số, hộp giảm tốc; ηsp3 – hiệu suất của thiết bị nối trục, khớp nối. – Đối với gối trục lực đẩy, hiệu suất vào khoảng ηsp1 = 0,97. – Đối với hộp số, hiệu suất vào khoảng ηsp2 = 0,96 – 0,98. – Đối với khớp nối trục thủy lực hay điện từ, hiệu suất vào khoảng ηsp3 = 0,94 – 0,95. Công suất truyền đến chong chóng cũng có thể xác định bằng công thức: 2,716 . pp p nM N = (1–53) Trong đó: Mp – mômen xoắn truyền đến chong chóng, [kG.m]; np – số vòng quay của chong chóng, [v/p]. Đối với truyền động điện thì công suất truyền đến chong chóng được tính: 11.. spep NeN ηη= (1–54) Trong đó: ηe1 – hiệu suất chung đối với truyền động điện – Khi dòng điện thay đổi: ηe1 = 0,86 ÷ 0,90. 1 Dự trữ công suất của động cơ chính Thứ nhất, việc sử dụng không hết công suất trung bình lúc khai thác hoặc phải để một lượng công suất dành cho dự trữ là đó là vì phải đảm bảo tốc độ tàu trong trường hợp vở tàu biến dạng, bị hà bám và han rỉ làm sức cản tăng lên. Thứ hai, việc quy chuẩn trong quy trình khai thác công suất động cơ là khuynh hướng bảo đảm an toàn sự làm việc của động cơ diesel tàu thủy trong thời gian có thể lớn hơn hạn định sửa chữa. Thứ ba, công suất dự trữ là cần thiết cho động cơ và an toàn của phương tiện trong trường hợp sóng gió lớn, gặp bão hoặc tàu chạy toàn tốc lúc ngược sóng,... Trang:20 – Khi dòng điện ổn định: ηe1 = 0,88 ÷ 0,93. Khi làm việc, chong chóng sẽ sinh ra một lực đẩy là P. Toàn bộ lực đẩy này bao gồm lực đẩy có ích để đẩy tàu chuyển động Pe và phần khắc phục lực hút của tàu Pt. tPPPPP ete +=+= (1–55) Trong đó: P – lực đẩy của chong chóng; Pe – lực đẩy có ích hay lực chuyển động tàu Pt – lực hút; t – hệ số hút. Như vậy: ( )PtPe −= 1 (1–56) hay: t PP e−= 1 (1–57) Theo Keldvil, trị số trung bình của hệ số hút đối với tàu kéo có 1 hoặc 2 chong chóng xác định theo công thức sau: ψ1Ct = (1–58) Trong đó: C1 = 0,5 ÷ 0,7, khi có bánh lái và trục lái thoát nước tốt sau chong chóng; C1 = 0,7 ÷ 0,9, khi có bánh lái và trục lái hình chữ nhật. ψ – hệ số dòng theo, đối với tàu một chong chóng ψ = 0,5.δ ÷ 0,1, đối với tàu hai chong chóng ψ = 0,5.δ ÷ 0,16. Theo Papmiel: D VzCB 3 ...165,0=ψ (1–59) Trong đó: CB – hệ số béo thể tích của tàu; V – thể tích chiếm nước của vỏ tàu, [m3]; D – đường kính chong chóng, [m]; z – số chong chóng, (tàu 1 đường trục z = 1; tàu 2 đường trục z = 2). Công suất kéo cần thiết đối với tàu một chong chóng: ][, 75 . hpvPN eR = (1–60) Quan hệ giữa công suất kéo và công suất đẩy của chong chóng như sau: Trang:21 η.pR NN = (1–61) Trong đó: η – hiệu suất công tác của chong chóng, ψηη − −= 1 1. tp (1–62) Từ đó có thể tính: η.75 .vPN ep = (1–63) Kết quả là: v N P pe η..75= (1–64) Kết quả từ (1–64) có thể xây dựng được đồ thị lực đẩy có ích theo vận tốc của tàu Pe = f(v). Khi tàu chuyển động và cân bằng, toàn bộ lực đẩy có ích sẽ cân bằng với lực cản của tàu, tức là: RPe = (1–65) Do đó giao điểm của hai đồ thị sức cản và lực đẩy có ích sẽ cho ta tốc độ tàu sơ bộ cần xác định. Khi tính toán công suất của tàu kéo, chúng ta cần phải xét thêm sức cản ở móc kéo Z khi tính công suất kéo. KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 25 A4 (210 x 297) mm CHƯƠNG 2 PHƯƠNG THỨC VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG 2.1. PHƯƠNG THỨC TRUYỀN ĐỘNG VÀ PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 2.1.1. Công dụng của thiết bị truyền động Thiết bị truyền chuyển động từ động cơ chính đến chong chóng thường gọi là thiết bị truyền động. Thiết bị truyền động chính trong hệ thống động lực tàu thủy bao gồm: hệ trục, thiết bị nối – tách trục (hay ly hợp) và bộ giảm tốc (hay hộp số). Công dụng của thiết bị truyền động là: – Truyền chuyển động quay hay công suất từ động cơ chính đến chong chóng. – Làm thay đổi được mômen quay của chong chóng do đó làm cho việc thiết kế chong chong được dễ dàng và đạt được hiệu suất cao hơn, đồng thời làm cho hệ động lực phù hợp hơn với một số chế độ khai thác của tàu. – Nhờ thiết bị truyền động mà động cơ chính không chịu ảnh hưởng trực tiếp của chong chóng, do đó có thể chọn động cơ chính có tính kinh tế và độ tin cậy cao. Và do vòng quay của động cơ không bị hạn chế nên có thể chọn động cơ có các chỉ tiêu trọng lượng và kích thước mong muốn. – Sử dụng thiết bị truyền động không những khống chế được vòng quay và chiều quay của trục chong chóng mà còn tạo khả năng tự động điều chỉnh đặc tính quan hệ giữa động cơ chính và chong chóng. – Sử dụng thiết bị truyền động có thể thay đổi được đặc tính đàn hồi của hệ trục, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp và vận hành an toàn. 2.1.2. Phân loại phương thức truyền động Trang trí động lực tàu thủy dùng nhiều loại động cơ chính khác nhau, đặc tính đẩy của tàu cũng khác nhau nên phương thức truyền động cũng khác nhau. Phương thức truyền động thường phân thành 3 loại chính sau: 1– Truyền động trực tiếp Truyền động trực tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng bằng số vòng quay của động cơ chính. Loại phương thức truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất lớn và vừa, vòng quay của chong chóng trong khoảng 85 ÷ 300 rpm (vòng/phút). Trong vài trường hợp đặc biệt vòng quay của chong chóng có thể cao hơn các trị số nêu trên; chẳng hạn như: một số tàu khách chạy trong luồng lạch cạn và một số tàu quân sự. ▪ Truyền động trực tiếp có ưu điểm: KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 26 A4 (210 x 297) mm – Hiệu suất truyền động cao, vì ngoài tổn thất trên đường trục ra không còn tổn thất nào khác. – Suất tiêu hao nhiên liệu của các loại động cơ sử dụng trong truyền động trực tiếp thấp (130 ÷ 150 g/hp.h) và thấp hơn loại động cơ có số vòng quay cao từ 6 ÷ 25%. – Hiệu suất chong chóng cao, do được thiết kế với số vòng quay phù hợp. – Hệ động lực đơn giản, thiết bị chắc chắn, làm việc tin cậy, bảo quản dễ dàng, ít ồn và gây chấn động, tuổi thọ cao... ▪ Nhược điểm của truyền động trực tiếp: – Trọng lượng và kích thước của động cơ chính lớn. Đối với tàu có yêu cầu lượng chiếm nước nhỏ và công suất lớn thì dạng truyền động này không phù hợp. – Tính cơ động (đảo chiều quay của chong chóng) kém linh hoạt hơn do phải sử dụng động cơ tự đảo chiều. – Ít phù hợp với loại tàu có nhiều chế độ khai thác (chế độ tải)... 2– Truyền động gián tiếp Truyền động gián tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng khác với số vòng quay của động cơ chính. Sự khác nhau nói trên có thể tuân theo một tỷ lệ nhất định hoặc không theo một tỷ lệ nào cả. Và do vậy, trên đường trục đối với dạng phương thức truyền động này thường có thêm một số thiết bị trung gian đặc biệt để truyền công suất, như: thiết bị nối trục hay bộ giảm tốc... Truyền động gián tiếp được chia ra làm 2 loại: – Truyền động gián tiếp có bộ ly hợp; bao gồm các loại sau: ly hợp thủy lực, ly hợp ma sát cơ giới, ly hợp khí động, ly hợp điện từ. – Truyền động gián tiếp có bộ giảm tốc (hộp số); bao gồm: bộ giảm tốc thủy lực, bộ giảm tốc bánh răng... Truyền động gián tiếp có một số đặc điểm: – Khi dùng bộ ly hợp thì bất cứ lúc nào cũng có thể ly và hợp trục động cơ với trục chong chóng. Nếu bộ ly hợp là dạng đảo chiểu được thì động cơ chính được sử dụng là loại không tự đảo chiều, kết cấu của động cơ chính đỡ phức tạp và vận hành thuận tiện hơn. Bộ ly hợp đàn tính hay thủy lực có khả năng làm giảm nhẹ xung lực, dao động xoắn, và do đó có khả năng bảo vệ động cơ và hệ trục làm việc an toàn. Trong những năm gần đây bộ ly hợp đàn tính và thủy lực được dùng nhiều trên các tàu lai dắt hoặc tàu chạy vùng băng giá. – Dùng truyền động gián tiếp có thể khắc phục được toàn bộ những nhược điểm của phương thức truyền động trực tiếp. Đó là việc sử dụng được động cơ cao tốc (với kích thước và KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 27 A4 (210 x 297) mm trọng lượng nhỏ) làm giảm được đáng kể kích thước và trọng lượng của hệ động lực; bên cạnh đó có thể kết hợp với bộ giảm tốc nhiều cấp tỷ số truyền để thu được nhiều chế độ vòng quay của chong chóng. – Một ưu điểm nổi bật của dạng phương thức truyền động gián tiếp đó là có thể làm tăng hiệu suất của trang trí động lực khi tải ngoài thay đổi. Trong trường hợp thiếu động cơ công suất lớn, có thể dùng nhiều động cơ để quay một chong chóng. Khi đó, khả năng dự trữ công suất cho hệ động lực sẽ cao hơn. Khi chong chóng làm việc ở chế độ tải bộ phận thì chỉ cần vận hành một động cơ và động cơ đó vẫn làm việc ở đường đặc tính ngoài, nâng cao được hiệu suất của hệ động lực. Hoặc trong những trường hợp đặc biệt cũng có thể dùng một động cơ thông qua bộ giảm tốc để quay nhiều chong chóng. Loại truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất nhỏ và vừa. – So với dạng phương thức truyền động trực tiếp, truyền động gián tiếp có hiệu suất thấp hơn vì có thêm các thiết bị trung gian, độ tin cậy giảm, hệ thống phức tạp hơn. 3– Truyền động đặc biệt Truyền động đặc biệt bao gồm 2 dạng chủ yếu sau: truyền động điện và truyền động chong chóng biến bước. 3–1 Truyền động điện Đặc điểm của loại truyền động này là giữa động cơ và chong chóng không có sự liên hệ cơ giới. Động cơ lai máy phát điện, cung cấp điện cho động cơ điện lai chong chóng. Do năng lượng truyền từ động cơ đến chong chóng được chuyển hóa 2 lần nên hiệu suất của dạng phương thức truyền động này thấp hơn hai phương thức trên. Điện truyền động có những đặc điểm đặc biệt sau: – Không cần có hệ trục dài và bố trí nhiều gối trục trung gian, động cơ có thể bố trí ở bất cứ vị trí nào thích hợp trong buồng máy. Tính linh hoạt và năng lực dự trữ lớn. – Khi cần thay đổi chiều quay của chong chóng, chỉ cần thay đổi chiều quay của động cơ điện; như vậy sẽ thao tác nhanh chóng và tiện cho việc điều khiển từ xa. – Động cơ chính (diesel lai máy phát) không bị ảnh hưởng bởi vòng quay và chiều quay của chong chóng nên có thể dùng động cơ cao tốc quay một chiều, và do đó trọng lượng của trang trí động lực giảm xuống theo hướng có lợi. – Trong sử dụng sẽ khai thác một cách có hiệu quả động cơ chính, vì cùng một lúc động cơ chính có thể cung cấp năng lượng điện cho hệ động lực lẫn các phụ tải điện khác trên tàu. Đồng thời, việc sử dụng nhiên liệu nặng sẽ đem lại hiệu quả tích cực trong trường hợp này. – Nhược điểm của dạng phương thức truyền động này là trang trí động lực phức tạp, hiệu suất thấp, giá thành đầu tư cao, yêu cầu kỹ thuật cao khi vận hành, do đó chỉ dùng trong KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 28 A4 (210 x 297) mm những tàu đặc biệt như tàu phá băng, tàu quân sự, tàu lai dắt đặc biệt, tàu yêu cầu tính cơ động cao. Dạng truyền động này có tiếng ồn khá lớn nên phải dùng các biện pháp giảm chấn, giảm âm thích hợp để khắc phục. 3–2 Truyền động chong chóng biến bước Loại truyền động này có thể sử dụng phương thức truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp. Đặc điểm của dạng truyền động này là: – Chiều quay của chong chóng không đổi nhưng tàu vẫn thực hiện được hành trình tiến hoặc lùi. – Thay đổi bước của chong chóng sẽ đạt được những yêu cầu mong muốn trong bất kỳ tốc độ hành trình nào, nâng cao được tính kinh tế của trang trí, phát huy được đầy đủ công suất của động cơ; đồng thời động cơ làm việc ổn định kể cả khi chong chóng có tốc độ quay chậm. – Tăng cường tính cơ động của tàu và thuận tiện cho việc điều khiển từ xa. Tuy nhiên, vì phải có thiết bị điều khiển đặc biệt trong hệ trục và cánh chong chóng khiến việc chế tạo, lắp ráp gặp nhiều khó khăn, thiết bị làm kín đòi hỏi độ tin cậy lớn và rất phức tạp. Những năm gần đây truyền động chong chóng biến bước được dùng khá nhiều trên các đội tàu đánh cá, tàu container. 2.1.3. Lựa chọn phương thức truyền động 1– Phù hợp với công dụng và khu vực hoạt động của tàu Với cùng một loại thiết bị truyền động thì có thể lắp cho các tàu có công dụng và khu vực hoạt động khác nhau; nhưng mỗi một phương thức truyền động thì chỉ phù hợp với một loại tàu nhất định. Ví dụ như: tàu chạy ở các vùng có băng giá, nhiều rong rêu thường chọn động cơ có tốc độ thấp và có thiết bị nối trục thủy lực để đảm bảo cho động cơ được an toàn khi chong chóng bị sự cố; hoặc tàu phá băng cần có mômen xoắn lớn nên chọn truyền động điện là phù hợp và ưu việt nhất; các tàu hàng khô chạy biển thì dùng phương thức truyền động trực tiếp hay truyền động giảm tốc nhằm nâng cao hiệu suất kinh tế của trang trí. 2– Đạt được tính kinh tế của các loại truyền động Khi chọn phương thức truyền động thì phải xét đến chỉ tiêu kinh tế. Để đạt được hiệu suất cao nhất thì nên chọn phương thức truyền động trực tiếp; các dạng truyền động còn lại có hiệu suất nhỏ hơn, tuy nhiên nó lại được hiệu quả kinh tế – kỹ thuật trong những trường hợp nếu sử dụng phương thức truyền động trực tiếp không đạt yêu cầu. Nói tóm lại, việc đạt được tính kinh tế cao trong lựa chọn phương thức truyền động nào chỉ thực sự thích hợp khi đã đạt được yếu tố kỹ thuật trong lựa chọn phương thức truyền động đó. KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 29 A4 (210 x 297) mm 3– Phù hợp với sự phát triển của động cơ chính Những năm gần đây nhiều loại động cơ mới được dùng trên tàu thủy (như động cơ cao tốc, piston tự do, tuabin khí, các động cơ diesel được cường hóa với việc tự động hóa và hỗ trợ điều khiển của các thiết bị điện tử...) do đó phương thức truyền động cũng có những yêu cầu thích ứng. Các thiết bị truyền động không ngừng được cải tiến và phát triển theo sự phát triển của trang trí động lực. Sự phát triển của trang trí động lực là hướng vào tốc độ, năng lực hoạt động, độ tin cậy, giảm trọng lượng và kích thước, do đó phương thức truyền động cũng phải hướng theo xu thế này. Điều này được thể hiện rõ trong thiết kế và kết cấu của các thiết bị truyền động. Từ sự phân tích trên, có thể đưa ra một số cách chọn phương thức truyền động như sau: – Nếu động cơ có số vòng quay thấp (hoặc thấp tốc), cỡ lớn được thiết kế lắp đặt trên tàu có trọng tải lớn thì nên chọn phương thức truyền động trực tiếp. – Với động cơ có số vòng quay lớn (hoặc cao tốc), yêu cầu tính cơ động cao thì có thể dùng phương thức truyền động giảm tốc, ly hợp giảm tốc truyền động gián tiếp. – Những năm gần đây việc sử dụng động cơ quay một chiều và tua–bin khí trở nên rộng rãi, do đó phương thức truyền động giảm tốc, điện truyền động và chong chóng biến bước có nhiều hướng phát triển và ứng dụng hơn. KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 30 A4 (210 x 297) mm 2.2. LY HỢP MA SÁT 2.2.1. Khái quát Bộ ly hợp ma sát là thiết bị truyền động được dùng rộng rãi trên các loại tàu có công suất vừa và nhỏ, vì loại tàu này yêu cầu các thiết bị động lực có trọng lượng và kích thước nhỏ, gọn. Ly hợp ma sát có thể thoả mãn được yêu cầu đó. Một số đặc điểm chính của truyền động ly hợp ma sát: – Ở trạng thái làm việc ổn định không xảy ra sự trượt tương đối của các bề mặt ma sát, do vậy hiệu suất truyền động cao. – Thời gian ly hợp ngắn. Với những thiết bị truyền động công suất vừa và nhỏ, thời gian tiếp hợp hoàn toàn không quá 0,2 ÷ 0,3 giây. – Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ. – Ly hợp ma sát thao tác bằng phương pháp cơ giới khi làm việc không tiêu hao năng lượng. Do những đặc điểm trên, ly hợp ma sát là thiết bị duy nhất dùng trên các tàu yêu cầu có tính cơ động cao, kích thước nhỏ. Thông thường, bộ ly hợp ma sát được thiết kế với bộ giảm tốc có chung thân vỏ. Căn cứ vào hình dáng bề mặt ma sát, bộ ly hợp ma sát trên tàu thủy chia thành bốn loại: – Bộ ly hợp ma sát đĩa, mặt ma sát là hai đĩa phẳng. – Bộ ly hợp ma sát hình chóp nón, mặt ma sát là hình chóp nón. – Bộ ly hợp hình trống, mặt ma sát là hình trụ tròn. – Bộ ly hợp hình răng vòng, mặt ma sát là những vòng răng đồng tâm, mặt hình chóp. Sự khác nhau giữa ly hợp ma sát đĩa với các loại khác đó là: ly hợp ma sát đĩa có thể có nhiều cặp đĩa ma sát, còn các loại khác chỉ có một cặp ma sát. Trường hợp ly hợp ma sát hình chóp tròn có hai cặp ma sát là trường hợp ngoại lệ. Bởi vậy, khi áp lực và hệ số ma sát như nhau, cùng truyền động một mômen xoắn như nhau, thì bộ ly hợp ma sát đĩa có kích thước nhỏ hơn. Bộ ly hợp ma sát kiểu răng vòng có bề mặt ma sát lớn, do đó thiết bị rất gọn nhẹ và có thể đặt ngay trong hộp giảm tốc. Quá trình làm việc của bộ ly hợp ma sát có thể chia làm ba giai đoạn: Giai đoạn tiếp hợp, giai đoạn ổn định và giai đoạn ngừng tiếp hợp. Giai đoạn tiếp hợp, trục bị động ở trong tình trạng vận hành không ổn định, tốc độ tăng dần đến tốc độ của trục chủ động trong thời gian 1 ÷ 2 giây. Giai đoạn ổn định, sau khi đã vận hành ổn định, bộ ly hợp ma sát được coi như một thể thống nhất truyền mômen và cân bằng với lực cản bên ngoài. KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 C2/HĐL–TBG18.02.10 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: anhvietkdt@vnn.vn Page: 31 A4 (210 x 297) mm Giai đoạn ngừng tiếp hợp, trong giai đoạn này trục bị động cũng ở trong trạng thái không ổn định, tốc độ giảm dần đến lúc dừng hẳn. Khi trang trí động lực làm việc ở các phụ tải khác nhau, các giai đoạn trên xảy ra cũng khác nhau. Nếu chế độ công tác của bộ ly hợp ma sát luôn thay đổi, thường xuyên ly hợp với thời gian ngắn thì giai đoạn thứ nhất có tác dụng chủ yếu, lúc này phụ tải động lực của bộ ly hợp ma sát rất quan trọng. Nếu số lần ly hợp ít và thời gian dài thì phụ tải động lực của bộ ly hợp không quan trọng lắm. Trong thực tế, bộ ly hợp có chế độ công tác ổn định, thường làm việc dài ở giai đoạn thứ hai. Khi bộ ly hợp ở trạng thái tiếp hợp, trục bị động được gia tốc dần và đạt đến tốc độ của trục động. Trên bề mặt ma sát, trị số lực đẩy Q tăng dần từ 0 đến lớn nhất. Sau khi kết thúc giai đoạn thứ nhất, tốc độ hai trục bằng nhau và cân bằng với lực bên ngoài. Trong toàn bộ thời gian của giai đoạn thứ nhất, số vòng quay của trục bị động nhỏ hơn số vòng quay của trục chủ động vì giữa 2 đĩa ma sát có hiện tượng trượt tương đối. Công tiêu hao trên trục bị động bằng năng lượng gia tốc của bộ phận bị động cộng với công tổn thất giữa các đĩa ma sát và nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ma sát tiếp xúc. Để có tổn thất tiếp hợp nhỏ nhất, mômen xoắn M1 của trục chủ động truyền cho trục bị động phải lớn hơn mômen xoắn M2 trên trục bị động. Nếu M1 lớn hơn M2 quá nhiều thì thiết bị quá cồng kềnh và các yếu tố có lợi (trọng lượng nhỏ, lực xung kích giảm) sẽ bị hạn chế. Trong trường hợp này, nếu mômen tác động đột biến lên trục chủ động sẽ xảy ra hiện tượng xung kích bất lợi cho thiết bị. Nhưng nếu M1 quá nhỏ, thời gian tiếp hợp kéo dài, tổn thất sẽ tăng lên. Vì vậy, phải căn cứ vào đặc điểm của thiết bị truyền động mà chọn mômen truyền động cho thích hợp. Bộ ly hợp không được quá cồng kềnh và thời gian tiếp hợp không được quá nhanh, nếu điều kiện này không thoả mãn, mômen xoắn sinh ra từ lúc tiếp hợ