Phương pháp sử dụng đặc tính trong quá trình khai thác hệ động lực tàu thủy

Chương II PHƯƠNG PHÁP SỬ DỤNG ĐẶC TÍNH TRONG QUÁ TRÌNH KHAI THÁC HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 2-1- Phương pháp sử dụng đặc tính của HĐL động cơ lai chân vịt biến bước. 2.1.1. Phương pháp gần đúng xác định thông số công tác của động cơ lai chân vịt biến bước. 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 cũng có thể thông qua việc thay đổi bước chân vịt (H/D). Việc lựa chọn chính xác cặp thông số (n – H/D) của chân vịt cho phép đạt được hiệu suất chung của HĐL cao và khai thác hết công suất động cơ. Hiệu suất chung của HĐL được tính: hHĐL= h0.hP.htđ Trong đó: h0: Hiệu suất chung của động cơ. hP: Hiệu suất chân vịt. htđ: Hiệu suất truyền động. Tuỳ theo các thiết bị lắp đặt trên hệ trục (Như bộ li hợp, hộp giảm tốc, các gối đỡ đường trục) mà ta có : htđ = hlh.hgt.htr Nếu xem htđ = const trong quá trình khai thác thì: hHĐL= h0.hP Hay: (32) Trong đó: QH: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu. VP: Tốc độ tiến thực của chân vịt. ge: Suất tiêu hao nhiên liệu có ích. NS: Công suất trên đế chân vịt. T: Lực đẩy chân vịt NS 0 nmin nS H/Dmin H/Dmax H/Dn VS = const hPmax Hình 2.1. Biểu diễn đường hiệu suất lớn nhất của chân vịt. hPmax: Đường hiệu suất chân vịt lớn nhất. Đường 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. NhPmax = f(H/D, n) Khi N=Nmin V=const Trong thực tế việc xác định T, VP, NS gặp nhiều khó khăn nên có thể dựa vào hai đường cong hiệu suất chân vịt và động cơ. ge = const Ne Nn 0 nmin nn n h0max Mn = const Hình 2.2. Biểu diễn đường hiệu suất lớn nhất của động cơ. h0max: Đường hiệu suất chân vịt lớn nhất. Đường hiệu suất lớn nhất của động cơ là đường nối các điểm trên đường suất tiêu hao nhiên liệu có ích không đổi nhưng có công suất phát ra là nhỏ nhất. Nh0max=(Nen/ nn2).n2 hPmax h0max hHĐLmax Hình 2.3. Biểu diễn cách xác định đường hiệu suất lớn nhất của HĐL lai chân vịt biến bước. hPmax: Đường hiệu suất lớn nhất của chân vịt. h0max: Đường hiệu suất lớn nhất của động cơ. hHĐLmax: Đường hiệu suất chung lớn nhất của HĐL. Đường hiệu suất chung lớn nhất của HĐL là trung bình nhân của hPmax và h0max. hHĐL max = hPmax.h0max Sai số của phương pháp này từ 1-3%. NS 0 nmin nS (H/D)max (H/D)min XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG HIỆU SUẤT LỚN NHẤT CỦA HĐL LAI CHÂN VỊT BIẾN BƯỚC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỒ THỊ Khi điều kiện khai thác thay đổi thì đường h0max sẽ bị dịch chuyển. Nếu điều kiện khai thác khó khăn hơn thì h0max sẽ dịch sang phải và ngược 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 đường cong (H/D - n) tối ưu. T(m) T2 T1 Nước ngọt 0 D1 D2 D(t) Nước mặn Qua đồ thị “Đường cong lực lực nổi” ở bên ta xác định được D2 khi biết T2. Dựa vào công thức thực nghiệm: (ml) Trong đó: D: Lượng chiếm nước của tàu (tấn) V: Tốc độ tàu (hl/h) CD: Hệ số thực nghiệm 2.2. Xác định thông số công tác hợp lí của HĐL trong các điều kiện khai thác. 2.2.1. Khi chiều chìm của tàu thay đổi. Chiều chìm của tàu có thể thay đổi bởi những lí do sau: - Lượng 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 nước tàu đang hành trình thay đổi. (Không đáng kể) Giả sử ban đầu tàu chở một lượng hàng Q1 ứng với chiều chìm T1 và lượng chiếm nước D1, Đặc tính chân vịt là C1. Sau đó tàu nhận thêm lượng hàng DQ. Lúc này tàu chở lượng hàng Q2 = Q1 + DQ sẽ làm cho chiều chìm tàu T2 tăng lên, tương ứng làm tăng sức cản, mômen cản kết quả làm các thông số động cơ thay đổi. Và ta có khi tàu chở lượng hàng Q1 thì: (ml) Còn khi lượng hàng chuyên chở là Q2 thì: (ml) Nếu vẫn duy trì tốc độ tàu không đổi ở cả 2 trường hợp V1= V2 ta có: N2/N1 = [ D2/D1 ] 2/3 Hay: N2 = [ D2/D1 ] 2/3 . N1 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. trong đó: x = logn1 ( N1/ C1 ) Biết được hệ số C2 và số mũ x ta gán các giá trị n2 tùy ý thuộc dãi vòng quay khai thác ta sẽ tính được các giá trị công suất N2 tương ứng. Hay nói cách khác ta đã xác định được đường cong đặc tính chân vịt C2. Có được 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 vượt quá giá trị định mức. Động cơ không bị quá tải về ứng suất cơ và ứng suất nhiệt. NS N2 N1 0 V1=V1 VS n1 n2 C2 C1 B A Hình 2.5. Biểu diễn cách xác định đặc tính chân vịt khi tàu nhận thêm hàng hóa. C1: Đặc tính chân vịt khi tàu chở lượng hàng Q1. C2: Đặc tính chân vịt khi tàu chở lượng hàng Q2. 2.2.2. Khi điều kiện sóng gió thay đổi. Giả sử tàu đang hành trình trong vùng biển yên sóng, yên 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 DV (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. I IV II II III III DV % 30 20 10 0 2 4 6 W0B I II III IV Hình 2.6. Biểu diễn sự phụ thuộc của đại lượng tổn thất tốc độ vào hướng và lực gió. Hình 2.7. Biểu diễn cách xác định đặc tính chân vịt trong điều kiện khai thác sóng gió. C0: Đặc tính chân vịt ở ĐKKT yên sóng gió. C1: 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. Trường hợp tàu cỡ nhỏ chạy ballast thì còn có hiện tượng quá tải vòng quay do hiện tượng chân vịt nhô lên khỏi mặt nước. 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 NB B n1= V1 A’ Hình 2.7. Biểu diễn cách xác định lượng tiêu thụ nhiên liệu. A: Điểm công tác khi chưa phát hiện thiếu nhiên liệu. A’: Điểm công tác sau khi đã tính toán để đưa tàu về bến an toàn. G (kg/h) GA 0 VA VS C0 A MA =const MA’ =const ge= const 2.2.3. Khi lượng 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: Đường ống nhiên liệu vỡ, két thủng, tàu đổi tuyến hoặc lạc hướng ... sẽ dẫn tới lượng nhiên liệu trên tàu không đủ để đưa tàu về bến an toàn. Trong trường hợp này ta phải xác định chính xác lượng nhiện liệu còn lại trên tàu, sau đó phải xác định lại điểm công tác để với lượng nhiên liệu còn lại tàu vẫn về bến an toàn. Giả sử quãng đường còn lại là S hải lí. Lượng nhiên liệu thực tế còn lại trên tàu là B tấn. Điểm công tác là A tàu chạy với vận tốc VA. Trên đồ thị G - V ta xác định được lượng nhiên liệu tiêu thụ là GA(kg/h). GA’ VA’ 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 £ 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’ £ 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. 2.3. Phân tích trạng thái công tác của động cơ trên đồ thị công. 2.3.1. Phân tích trên đồ thị công chỉ thị. Với động cơ diesel tàu thủy trung và chậm tốc cho phép người khai thác vẽ được 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 được có dạng sau: P Hình 2.8. Đồ thị công chỉ thị và cách xác định Pi Pi: áp suất chỉ thị bình quân (KG/cm2). Lg:Chiều dài đồ thị công (cm). Lg ĐCT ĐCD y9 y6 y1 y2 y3 y4 y7 y8 y10 y5 Pi 2.3.2. PHÂN TÍCH TRÊN ĐỒ THỊ CÔNG KHAI TRIỂN. Đồ thị công khai triển cũng được 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 Đường áp suất môi trường Hình 2.9. Đồ thị công khai triểni PC: áp suất nén (KG/cm2). Pmax: áp suất cháy cực đại (KG/cm2). Pmax Qua đồ thị công khai triển ta có thể đánh giá được chất lượng công tác của từng xy lanh và cả động cơ qua các thông số: - Áp suất cháy cực đại Pmax - Áp suất nén PC. - Thời điểm bắt đầu cháy của nhiên liệu. Ta đem so sánh các giá trị xác định được với đồ thị chuẩn khi xuất xưởng trong lí lịch, và so sánh vói nhau để rút ra kết luận về tình trạng công tác của động cơ. MỘT SỐ DẠNG ĐỒ THỊ THƯỜNG GẶP VÀ KẾT LUẬN PHÂN TÍCH: 1 2 3 Hình 2.9. Minh họa một số kết quả thu được khi vẽ đồ thị công từ động cơ P0: Đường áp suất môi trường. Đường nét đứt minh họa đồ thị chuẩn khi động cơ làm việc bình thường. Đường nét liền minh họa đồ thị công ở trạng thái làm việc hiện tại. Kết luận: Hình 1: 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 2: 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 3: 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. 2.3.3. PHÂN TÍCH QUA THÍ NGHIỆM THỬ KHÓI. Khi không thể đo được đồ thị công chỉ thị hoặc đồ thị công khai triển (như ở động cơ nhỏ, cao tốc). Bên cạnh phương 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 được 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 bẩn hoặc ít bẩn là 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, nhưng khí xả có màu trắng đục (màu sữa) có thể bị rò nước vào xylanh. Cần phải kiểm tra và tìm biện pháp khắc phục nếu rò nước mát. Trong trường hợp không có ống nghiệm thì ta có thể dùng giấy nghiệm đặt ở vị trí như trên và phân tích các thông số công tác của từng xy lanh.