Tài liệu May lai va dong luc chan vit

Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy PHẦN IV: HỆ ĐỘNG LỰC ĐẨY VÀ MÁY LÁI 1. Sức cản con tàu Công suất yêu cầu để dịch chuyển tàu trong môi trường nước phụ thuộc vào hiệu quả lực đẩy và vào sức cản toàn bộ con tàu. Sức cản là hàm số phức của lượng giãn nước, hình dáng tàu và tốc độ. Các thành phần khác nhau của sức cản có thể chia ra các loại sau a. Sức cản ma sát Ma sát giữa nước và vỏ tàu là nguyên nhân của loại sức cản này. Nước trong vùng biên chuyển động do tốc độ tàu, được kéo theo bởi ma sát giữa các phân tử. Lớp biên này càng dầy khi sức cản càng lớn khi vỏ tàu bẩn. Sức cản ma sát nhỏ nhất sau khi tàu được đóng mới và bàn giao. Trong vòng đời của tàu, độ nhám của vỏ tàu thường tăng lên, do lớp sơn bao phủ lên các lớp sơn cũ hơn, bị hư hỏng, bị ăn mòn… Điều này làm giảm mạnh tốc độ và hiệu suất. Vết dòng theo Tàu LNG có dạng mũi quả lê hoàn hảo. b. Sức cản áp suất (hình dáng) Động lượng xung lượng của con tàu đẩy nước dạt ra hai phía theo lườn tàu và kết quả áp suất của nước tăng lên. Sự tăng áp suất này cũng sẽ diễn ra ở phía http://biosys.com.vn 91 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy đuôi. Do tính dính ướt của chất lỏng có độ nhớt nên xuất hiện lớp biên của nước cạnh tàu. Áp suất sẽ giảm xuống ở ngoại vi lớp biên. Nếu chất lỏng không có độ nhớt và hình dáng vỏ tàu đối xứng, sẽ không xảy ra chênh lệch áp suất giữa phần phía trước và phía sau vỏ tàu; kết quả, không có tổn thất nào xảy ra và không tồn tại sức cản. Nhưng khi vỏ tàu chuyển động trong nước, do có tổn thất áp suất nên xuất hiện độ chênh áp và dẫn tới hình thành sức cản áp suất. c. Sức cản sóng Đây là kết quả của hệ thống sóng dọc thân tàu mà nguyên nhân cơ bản là do chênh lệch áp suất. Ở một số tàu, việc sử dụng mũi hình quả lê có thể giảm nhiều sức cản tạo sóng. Mũi quả lê tạo nên hệ thống sóng của riêng nó vốn được thiết kế để có tác động loại trừ với hệ thống sóng của con tàu. Hai hệ thống sóng đó sẽ triệt tiêu lẫn nhau. d. Sức cản phụ do sóng. Loại sức cản này gây ra bởi sự bổ nhào, nghiêng và lắc của tàu. e. Sức cản không khí Sức cản này phụ thuộc vào phần thẳng đứng nằm trên mớn nước của tàu; nó sẽ thay đổi tùy theo sự khác nhau của chiều chìm. Các thành phần sức cản nói trong mục d. và e. thay đổi, phụ thuộc vào hướng sóng và hướng gió tác động vào tàu. Tàu không có mũi quả lê. Tàu container có mũi quả lê Tàu hút bùn không mũi quả lê. http://biosys.com.vn 92 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Lưu ý: Về phương diện sức cản ma sát, loại sơn tàu mới nhất, vốn được gọi là sơn không dính, gốc silicon, thuộc loại không cho chất bẩn dính bám vào sơn, có tác dụng giữ cho sức cản ma sát không đổi trong suốt vòng đời của sơn. Sơn này cũng có thể dùng cho chân vịt, làm nhẵn các bề mặt vỏ và chân vịt về phương diện duy trì hiệu quả vỏ tàu không đổi. Tốc độ không sụt giảm qua theo thời gian và tiêu hao nhiên liệu cho động cơ duy trì không đổi. Tuy nhiên đó sẽ là một hệ thống đắt tiền, chỉ bõ dùng cho tàu lớn, loại mập bề ngang. Khi xem xét tàu dầu, tàu chở hàng rời lớn và tàu container thì thấy rất rõ là mũi quả lê tránh làm tăng áp suất gần mũi tàu. Dòng chảy cải thiện của phần dưới nước của thân tàu làm giảm hệ thống sóng quanh tàu. Hiện có hệ thống sóng lớn bao quanh phần tàu hút bùn, tàu dịch vụ. Nếu lưu lượng dòng nước (hoặc khí) cao hơn, áp suất sẽ nhỏ tương đối hơn so với áp suất ở các phần khác trong nước nơi có tốc độ nhỏ hơn. Vậy nên về phương diện sóng, nước vùng hõm sóng có tốc độ của nước cao hơn ở đỉnh sóng. Xem thêm định lý Benuly. 2. Chân vịt Hệ thống động lực đẩy Ghi chú: 1- Động cơ; 2- Trục động cơ và khớp nối mềm; 3- Hộp giảm tốc; với HT này, giảm tốc (ví dụ từ 1000 vg/p) xuống vòng quay phù hợp chân vịt (ví dụ 200 vg/ph) cho tỉ số truyền là 5:1. 4- Máy phát điện đồng trục; máy này cung cấp điện năng cho tàu khi động cơ hoạt động 5-Ống bao trục có ổ đỡ; http://biosys.com.vn 6-trục chân vịt; 93 7- Chân vịt. Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy 2.1 Chân vịt Để duy trì tàu có một tốc độ không đổi nào đó, lực cần phải tác dụng lên tàu. Độ lớn của lực này phụ thuộc vào sức cản của tàu tương xứng với tốc độ này. Nếu tàu chuyển động trong nước tại tốc độ không đổi lực tác động lên tàu bằng với sức cản của tàu. Lực làm chuyển động tàu có thể lấy từ nguồn ngoài như dây kéo hoặc gió, nhưng thường lực này được tạo nên bởi chính nguồn năng lượng trên tàu (động cơ). Hệ thống động lực đẩy thường bao gồm động cơ hoặc turbine, bộ giảm tốc nếu có, trục chân vịt và chân vịt. Hiệu suất của chân vịt đóng một vai trò quan trọng trong quá trình thiết kế của động lực đẩy, do hiệu suất của nó và tiêu thụ nhiên liệu trên tàu có mối liên hệ trực tiếp. Hiệu suất phụ thuộc vào trường dòng chảy của chân vịt, nó sẽ phụ thuộc vào: -dạng phần thân tàu phần dưới nước. -công suất cung cấp cho chân vịt -số cánh chân vịt -số vòng quay / phút -đường kính lớn nhất có thể -diện tích mặt cánh và độ nhẵn mặt cánh -tốc độ tàu. Đối với tốc độ tàu cho trước và công suất cho trước, nếu đường kính chân vịt tăng lên thì vòng quay giảm xuống; điều này thường làm tăng hiệu suất và do vậy làm giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Một cách ngắn gọn có thể nói, đường kính chân vịt sẽ càng lớn càng tốt để lượng lớn dòng theo gây ra bởi thân tàu được sử dụng. Việc lựa chọn để có hiệu suất cao qua chân vịt đường kính lớn và số vòng quay trong một phút nhỏ dễ thực hiện nhưng yêu cầu đầu tư lớn và tất nhiên cũng không phải là vô hạn vì phụ thuộc vào chiều chìm, động lực lai. Bước chân vịt là khoảng cách theo phương song song với trục chân vịt mà một điểm trên bề mặt chân vịt di chuyển được trong một vòng quay (‘rpm’) ở môi trường giả định là chất rắn tương tự như cái mở nút chai di chuyển khi xoáy vào nút chai. Khi quay trong chất lỏng, chân vịt sẽ có một độ trượt (nhỏ). Số vòng quay và số cánh có ảnh hưởng đến dao động trên tàu và tần số cộng hưởng của tàu. Hầu hết tàu nhỏ sử dụng một chân vịt dùng chân vịt 4 cánh, trong khi loại chân vịt 5 cánh dùng phổ biến hơn ở tàu lớn nơi công suất yêu cầu lớn (khoảng 20 000 kW). http://biosys.com.vn 94 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Tuy nhiên, ngày nay, ngày càng nhiều phiên bản 5 cánh được dùng trên tàu, thậm chí ngay cả khi công suất yêu cầu nhỏ hơn để giảm dao động. Chân vịt 3 cánh được dùng trên tàu hai chân vịt và trên tàu có số vòng quay cao, công suất máy nhỏ (khoảng 700 rpm, 600 kW). Hình dưới: Chân vịt định bước tàu dầu 30000 tấn đang được đánh bóng giảm độ nhám, giảm ma sát quay, giảm suất tiêu hao nhiên liệu. 2.1.1 Hình dạng cánh chân vịt. Hình vẽ bên: cánh chân vịt loại cố định phía trên cùng của chân vịt quay theo chiều phải được nhìn từ trên xuống 1-Cánh chân vịt (mặt cắt ngang) 2-Trục chân vịt 3-Phía hút 4-Phía áp lực http://biosys.com.vn 95 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy 5- rìa cạnh trước 6- rìa cạnh đuôi. Mọi chân vịt đều được thiết kế độc lập, dựa theo yêu cầu riêng đối với chân vịt đó. Kết quả là có sự khác nhau rất lớn về hình dạng các cánh. Các lưu ý đối với từng dạng cánh áp dụng cho cả chân vịt định bước lẫn chân vịt biến bước. Loại chân vịt 1 cánh: Gần như không có sử dụng Loại chân vịt 2 cánh: Được sử dụng khi có các yêu cầu hạn chế về tiếng ồn và dao động trên tàu. Loại chân vịt 3 cánh: Được sử dụng khi vòng quay cao và do đó, đường kính nhỏ. Bề mặt cánh lớn làm giảm một chút hiệu suất nhưng thuận lợi cho khả năng dừng tàu và tạo lực động lực có đảo chiều. Loại chân vịt 4 cánh: Được dùng ở loại ống bao phun Loại 5 cánh: Cũng được dùng ở loại ống bao phun nếu mức tiếng ồn và dao động phải hạn chế cho nhỏ nhất. 2.1.2 Mặt hút và mặt áp lực của chân vịt. Tốc độ tới của nước do chuyển vận của tàu trong môi trường nước. Nếu tàu có tốc độ bằng không, giá trị Ve này = 0. Tốc độ tới có thể tính được bằng cách lấy tốc độ tàu trừ đi tốc độ dòng theo (lằn tàu). Tốc độ quay của chân vịt và tốc độ tới tạo nên tốc độ V. Tốc độ V này vào chân vịt theo góc nghiêng nào đó: α = 90 -100 tại tốc độ hoạt động Tốc độ của nước tới tạo nên vùng thấp áp ở phía trước cánh (phía hút) và vùng cao áp ở phía sau của cánh (phía áp lực). Cánh chân vịt hoạt động tương tự cánh máy bay. Các chân vịt thường được nhìn từ phía sau, do đó phía áp suất cũng còn được gọi là ‘mặt’ đạp và phía hút được gọi là ‘lưng’ cánh. Ve = tốc độ tới = tốc độ tàu – tốc độ dòng theo. U = tốc độ vòng của chân vịt http://biosys.com.vn Các lực trên cánh phía trên của chân vịt khi chân vịt quay và tàu chuyển dịch 96 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy ω*r = tốc độ góc * bán kính chân vịt V = tốc độ tác dụng A = độ nâng W = độ kéo P = Lực tác động S = Lực đẩy T = mô men trục. 2.1.3 Xâm thực Như mô tả ở phần trên, áp suất chân vịt của chân vịt quay không chỉ là do áp suất nước ở phía áp lực mà cũng còn là áp suất thấp ở phía kia của chân vịt. Các chân vịt quay nhanh có thể tạo nên áp suất thấp tới mức thấp làm hình thành bọt hơi nước trên phía hút của chân vịt. Các bọt khí này bị xẹp lại khi áp suất tăng và chúng tiếp diễn liên tục như vậy trên chỗ đó. Khi điều này xảy ra ở vị trí bề mặt cánh, nó sẽ làm hư bề mặt phía hút của cánh. Điều này được gọi là xâm thực. Xâm thực mạnh gây ra: -tăng độ nhám bề mặt -giảm lực đẩy -mòn cánh -dao động làm uốn cánh -gây ồn trên tàu -yêu cầu chi phí cao để sửa sang. Xâm thực gây hư cánh chân vịt biến bước do mất chốt. Xâm thực làm hư bánh lái. http://biosys.com.vn 97 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Chân vịt làm việc tốt thường cho thấy mức xâm thực rất nhẹ tại rìa cánh, nơi vô hại. 2.1.4 Ảnh hưởng của chiều quay chân vịt tới khả năng điều động tàu Chân vịt có thể được phân ra loại chân vịt chiều phải và chân vịt chiều trái. Tàu lắp chân vịt định bước thường dùng loại chiều phải. Chân vịt chiều phải có thể được nhận dạng theo cách sau. Đứng phía sau chân vịt, nhìn bề mặt chân vịt và dùng cả hai tay nắm vào cánh trên cùng. Nếu phía tay phải của cánh dịch ra phía xa, nó là chân vịt chiều phải. Nếu tàu chạy tới, chân vịt chiều phải quay theo chiều kim đồng hồ. Khi chân vịt quay, tàu có khuynh hướng lượn sang một phía dầu cho bánh lái tàu nằm vị trí chính giữa và không có lực phụ tác dụng lên tàu. Hiệu ứng này được gọi là hiệu ứng chân vịt hoặc là hiệu ứng vòng (xem thêm phần ma-nơ.) Các chân vịt có các cánh điều chỉnh được (chân vịt điều chỉnh được bướcviết tắt là CP) thường thuộc loại chân vịt trái. Khi chân vịt ở chế độ chạy lùi, nó sẽ quay theo chiều ngược kim đồng hồ, ảnh hưởng của chân vịt tương tự như chân vịt chiều phải chạy lùi cũng quay theo chiều ngược kim đồng hồ. Chạy tới chúng có hiệu ứng tương tự như chân vịt quay chiều trái. Điều này được làm để không làm hoa tiêu nhầm lẫn. Khi chạy lùi, hiệu suất chân vịt có thể giảm xuống dưới 50% so với khi chạy tiến tùy thuộc vào loại cánh và loại chân vịt. Chân vịt Chiều quay Chiều chuyển động Hiệu ứng chân vịt trực tiếp Đuôi tàu Mũi tàu Hiệu ứng chân vịt gián tiếp Đuôi tàu Mũi tàu Chiều phải Phải Tiến Sang phải Trái Chiều phải trái lùi Trái Sang phải trái Sang phải Chiều trái Phải Lùi Sang phải Trái Sang phải trái Chiều trái trái Tiến Trái Sang phải Hiệu ứng vòng lượn của các chân vịt. 2.1.5 Các thiết kế chân vịt đề xuất để lựa chọn. http://biosys.com.vn 98 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Ngoại trừ dạng cánh và số lượng cánh ra, nhiều thiết kế để lựa chọn đã được thử nghiệm và kiểm tra. Các chân vịt có tấm rìa chắn đã được phát kiến khoảng năm 1850, nhưng chỉ gần đây mới được phát minh lại. Các tấm chắn được gắn vào rìa cánh. Các tấm chắn tránh không cho nước chảy quá nhanh từ khu vực áp cao tới khu vực hút của chân vịt tạo ra xoáy cuộn. Các tấm chắn tăng hiệu suất qua việc giảm tổn thất năng lượng. Thủy động lực học được cải thiện của dòng nước lưu động tạo bởi chân vịt có tấm chắn cũng tham gia giảm dao động và tiếng ồn của chân vịt. Sự phát triển khác là chân vịt chống quay ngược. Hệ thống này gồm hai chân vịt (hai tầng) đặt cái này sau cái kia được lai bởi các trục đồng tâm (trục trong và trục ngoài) có chiều quay ngược nhau. Hai chân vịt có số cánh và đường kính khác nhau. Nguyên tắc của hệ thống này là nước thường được chân vịt quay tròn tạo ra tổn thất năng lượng. Sự quay bổ sung của chân vịt thứ hai theo hướng ngược lại giảm tổn thất năng lượng này. Chân vịt hỗn hợp này có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu tới 15%. Lý do không phát triển của loại này là vì hình thể rất dễ bị thương tổn của nó. Chân vịt có tấm chắn Chân vịt hai tầng 2.2 Chân vịt định bước Các cánh chân vịt có bước cố định luôn định vị tại chỗ do đó muốn thay đổi chiều tiến hay lùi tàu phải thay đổi chiều quay chân vịt. Điều này đạt được nhờ sử dụng bộ ly hợp đảo chiều hoăc động cơ đảo chiều được. Sử dụng ly hợp đảo chiều, và do đó chân vịt bước cố định chỉ kinh tế với những tàu có công suất nhỏ hơn 1250 kW. Tất nhiên với những tàu có động cơ đảo chiều trực tiếp sử dụng chân vịt bước cố định thì gần như không giới hạn khả năng công suất. Lắp ráp chân vịt định bước http://biosys.com.vn Hình dưới cho thấy chân vịt định bước quay chiều phải của tàu container (GT 80942) dùng động cơ đảo chiều. Chân vịt nặng 95 tấn, có 6 cánh và đường kính chân vịt 8.95 mét. 99 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Đường kính của chân vịt định bước thay đổi trong khoảng từ 25 cm tới 12 mét. Việc lựa chọn chân vịt định bước hay chân vịt biến bước (CPP) phụ thuộc vào nhu cầu dành cho máy phát đồng trục và nhu cầu cải thiện chất lượng ma nơ điều động. Ưu điểm của chân vịt định bước so với chân vịt biến bước là: -chúng ít bị tổn thương dẫn tới hư hỏng hơn chân vịt biến bước. -chân vịt không quay khi cập cầu vậy nên ít nguy hiểm cho các xuồng phục vụ làm dây và ít có nguy cơ bị cuốn dây vào chân vịt. -giá thành thấp hơn. Nhược điểm của chân vịt định bước - ở tình trạng thời tiết thay đổi, chân vịt có khả năng gây vượt tốc làm hại cho hệ động lực đẩy. -Chân vịt định bước có khoảng vòng quay giới hạn dành cho việc ma nơ điều động và như vậy hạn chế khoảng công suất điều động. http://biosys.com.vn 100 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy 2.3 Chân vịt biến bước (chân vịt có bước điều chỉnh được) 1- Cánh chân vịt (tốc độ di dịch cánh 31.4 m/s) 3- Bộ kính dầu / kín nước 5- Trục chân vịt, tốc độ 240 vg/ph 7-Trục trung gian (nối với trục động cơ) 9-Bơm dầu nhờn được truyền động cơ giới 11-Mô tơ tác động, khớp với bộ điều khiển 2- May ơ (ổ) chân vịt 4- Phần khung giá đỡ ống bao 6-Ống bao trục chân vịt 8-Hộp số giảm tốc (1:2.5) 10-Trục vòng đai Các cánh của loại chân vịt này có thể quay quanh trục tâm cánh, nhờ vậy mà thay đổi được bước chân vịt. Bên trong các chân vịt này rất phức tạp. Cơ cấu điều chỉnh bước chân vịt nằm ở ổ may ơ của chân vịt. Nó được truyền động từ buồng máy và được điều khiển từ xa từ buồng lái nhờ xi lanh thủy lực. Đặc tính bất ngờ nhất của chân vịt biến bước là nó chỉ quay một chiều nên việc trang bị ly hợp đảo chiều hay động cơ đảo chiều được trở nên không cần thiết. Không như chân vịt định bước, chân vịt biến bước là phần tích hợp của hệ thống động lực đẩy. Điều này cho nó khả năng là công suất và lực đẩy cần thiết có thể được điều khiển bởi sự thay đổi đơn giản vị trí các cánh. Hình vẽ bên dưới cho thấy mặt cắt ngang cánh chân vịt và lực tác động vào phần cơ cấu của cánh chân vịt đang quay. Các lực tác động phía bên trái của mặt cắt khi tàu chuyển động “tiến”. Tất cả các véc tơ chỉ ra phía sau thì tàu đang chuyển động ra phía trước. Hiện giờ các cánh đã quay về phía vị trí zero. Điều này nghĩa là lực đẩy trục, phía trên và phía dưới là bằng về độ lớn nhưng chiều ngược nhau. Lực đẩy sẽ là bằng zero, nhưng chân vịt vẫn còn hấp thu một lượng lớn năng lượng làm cuộn rối dòng theo. Để tàu lùi, các cánh được quay tiếp đi, tạo ra lực đẩy lùi lại. http://biosys.com.vn 101 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Bản vẽ cánh chân vịt đơn giản và mặt cắt ngang của nó. Hình vẽ cho thấy hoạt động của chân vịt biến bước, cánh phía trên là cánh trong hình vẽ. Các dự phòng về an toàn 1. Vị trí các cánh có thể điều chỉnh bằng tay được mà không gây tổn thất lực đẩy. 2. Nếu hệ thống thủy lực mất chức năng, các cánh có thể được khóa lại định vị chiều tiến của tàu. Ưu điểm của chân vịt biến bước: -nó có thể đẩy tàu tại mọi tốc độ thậm chí ở cả tốc độ thấp nhất mà không cần dừng máy. -Nó có thể thay đổi chiều nhanh từ tiến sang lùi và ngược lại -hiệu suất được cải thiện đối với tàu yêu cầu thay đổi công suất như tàu kéo, tàu cá. -nó cho phép dễ dàng kết hợp với máy phát đồng trục -nó cho phép dừng tàu với khả năng cao nhất của động cơ. -trong trường hợp hư hỏng chân vịt, có thể thay các cánh khi tàu trôi nổi trên biển tùy thuộc lại tàu và khả năng điều chỉnh mớn mũi lái. Máy phát đồng trục có thể cung cấp điện năng trên tàu khi động cơ chính còn hoạt động. Với chân vịt biến bước, tần số máy phát sẽ được duy trì không đổi http://biosys.com.vn 102 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy do vòng quay động cơ không đổi. Động cơ lai máy phát đồng trục qua một hộp số giảm tốc Khi máy phát đồng trục được trang bị, nó cũng có thể được hoạt động như một mô tơ điện cung cấp thêm công suất lấy từ mạng điện cho động cơ lai chân vịt, trong trường hợp máy chính gặp vấn đề cần lực đẩy khẩn cấp hỗ trợ. Việc phân cấp tàu không yêu cầu hệ thống này và/hoặc là tốc độ max mà nó phải đạt được. Hệ thống thỉnh thoảng được sử dụng trên tàu thủy nhỏ. Máy phát đồng trục có thể tạo ra điện năng ngay cả khi đang điều động cho một lợi thế lớn về tính kinh tế. Nhược điểm chính của chân vịt biến bước Các thành phần thủy lực và nhiều bộ phận làm kín của chân vịt biến bước rất dễ bị tổn thương. Các bộ làm kín hư có thể gây ra ô nhiễm dầu. 2.4 Ống đạo lưu Mục đích của ống đạo lưu là tăng lực đẩy. Sự tăng này là do yếu tố chân vịt đẩy nước thành dòng qua ống đạo lưu. Lưu động nước này có tốc độ trong ống cao hơn nước bên ngoài và tạo ra chênh áp suất gây nên lực đẩy phụ. Hiệu suất của ống đạo lưu phụt đạt cực đại khi nước có thể lưu động thông suốt. Đây là lý do tại sao phần đầu của ống luôn luôn để mở càng thoáng càng tốt so với phần thân phía sau. Không chỉ tăng lực đẩy, ống đạo lưu cũng còn làm giảm tiếng ồn và mức dao động. Chân vịt biến bước nằm trong ống đạo lưu cố định Hai chân vịt lái trong ống đạo lưu loại xoay 3600 Chân vịt định bước trong ống đạo lưu lái Hơn nữa, dòng nước vào trở nên đồng nhất hơn trong ống đạo lưu, làm giảm độ chênh áp lực cục bộ vốn liên quan tới xâm thực và dao động. Tổ hợp chân vịt ở ống đạo lưu phun thường được gọi là chân vịt ống dẫn. Về mặt nguyên lý, ống đạo lưu có thể được sử dụng ở tất cả các loại tàu trừ loại http://biosys.com.vn 103 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy tàu cao tốc như phà cao tốc nơi chúng không có hiệu ứng tăng lực đẩy. Nếu như sức cản ma sát (tạo bởi ống đạo lưu) trở nên lớn hơn sự gia tăng lên của lực đẩy, ống đạo lưu trở nên không còn hiệu quả. Hiện nay, ống đạo lưu thường được dùng cho tàu nội địa, tàu hút bùn, tàu kéo, tàu dịch vụ và tàu cá. Ưu điểm và khuyết điểm của chân vịt định bước và biến bước tương tự đối với chân vịt dùng ống đạo lưu và chân vịt không dùng ống đạo lưu. Đối với các tàu có mớn nước nông nhưng có thể được cung cấp lực đẩy tương tự loại mớn nước sâu bằng cách dùng hệ thống chân vịt-đạo lưu đường kính nhỏ hơn. Đạo lưu ống phun được dùng làm -hệ thống chân vịt và đạo lưu cố định -chân vịt-lái-đạo lưu: toàn bộ hệ thống kể cả chân vịt có thể quay theo trục thẳng đứng 3600 -ống đạo lưu lái: chân vịt cố định, ống đạo lưu có thể quay như bánh lái (350 và cực đại 400) Lực nâng tạo bởi chênh áp trong ngoài đạo lưu ống phun Một loại đặc biệt của đạo lưu ống phun cố định là ống đạo lưu treo hoặc tên là đạo lưu Schneeknuth chỉ áp dụng cho tàu có thân hoàn hảo không tạo tốc độ dòng theo ở nửa trên của vòng chân vịt. Ống đạo lưu này được đặt phía trước của phần trên chân vịt so với khung đỡ ống bao trục tạo thành hai nửa có góc lệch so đường đáy và đường tâm. Đạo lưu này làm việc không làm xoáy nước và đưa nước tới nửa của vòng chân vịt nơi tốc độ nước vào thấp. Dẫu rằng loại này có kích thước khiêm tốn, nó chỉ làm tăng lực đẩy nếu tốc độ tàu cao hơn 12-18 hải lý/giờ. 2.5 Các chân vịt lái Đặc tính chính của các chân vịt lái là khả năng của chúng quay như bánh lái, nếu không có trở ngại, có thể đạt 3600. Chân vịt lái cũng được gọi là ‘bộ đẩy toàn phương’ hoặc ‘bộ truyền động Z’. Để đạt sự tự do quay này, hộp số phần dưới nước thẳng góc được lai bởi trục truyền động thẳng đứng. Trục thẳng đứng này được định tâm theo cán bánh lái. Cơ cấu lai qua bánh răng gắn vào phần đỉnh của cán bánh lái. Điều này tạo ra khả năng quay không giới hạn của hệ thống chân vịt lái. Hiện nay, chân vịt lái có thể áp dụng với công suất đạt 7500 kW. Có một số dạng tổ hợp chân vịt lái, chủ yếu là: http://biosys.com.vn 104 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy 1. Cơ cấu cố định lắp trong hộp có thể được trang bị hệ thống điều chỉnh độ sâu. Khi tàu chạy không, chân vịt có thể được hạ thấp để có lực đẩy tốt nhất mà không cần bơm ballast. 2. Các cơ cấu trên boong. Các cụm lại bởi động cơ diesel được đặt trên boong; chân vịt lái được gắn vào phần phía sau của bộ phận lai. Loại hệ thống này cũng có thể có hệ thống điều chỉnh độ sâu. 3. Cơ cấu có thể thu ngắn hoặc bung ra được. Nó có thể được thu gọn toàn bộ vào trong tàu và chỉ hạ thấp khi tàu đi trên biển. Khi ở vị trí trên cùng, các chân vịt là thành phần của bộ đẩy ống dẫn và còn được gọi là ‘bộ đẩy có thể thu gọn lại’. Không sử dụng cho mục đích đẩy chính của tàu. 4. Chân vịt mũi hoặc chân vịt lái và cũng còn được gọi là bộ đẩy ống dẫn. Chúng dùng chân vịt ngang và hộp số nằm dưới nước thẳng đứng. Những thiết bị này được sử dụng để định vị tàu theo lực đẩy ngang mạn phải và mạn trái. Khi tốc độ tàu trên 6 hải lý/ giờ, tác dụng đẩy này được bỏ qua. Loại 1 và 2 có chức năng làm động lực chính, trong khi loại 3 là cơ cấu đẩy phụ. Loại 4 dành cho ma nơ điều động tốc độ thấp. Ưu điểm quan trọng nhất của chân vịt lái là khả năng cung cấp lực đẩy tối ưu ở từng vị trí lái của nó. Không dùng bộ đẩy ống dẫn, tất cả chân vịt lái có thể lái tàu 3600, do đó cho tàu khả năng ma nơ điều động tốt nhất. Ngày nay, thiết bị điện tử hiện Tàu lai dắt trang bị hai hệ thống chân vịt-đạo lưu xoay 3600 đại dành cho hành hải vệ tinh có thể sử dụng cặp chân vịt lái dùng cho hệ thống định vị động lực ( hệ thống DP). Hệ thống này có thể giữ tàu ở vị trí xác định trước không bị ảnh hưởng gì bởi tác động của dòng chảy, sóng và gió. Bộ đẩy thu gọn và giãn dài được thường sử dụng cho mục đích này. Khi tàu đến vị trí của nó, bộ lực đẩy xoay vòng được hạ xuống và tàu chuyển sang chế độ DP. Ưu điểm khác của chân vịt lái là buồng máy hợp nhất (do không có nhu cầu trục chân vịt dài); điều này tạo khả năng giảm chi phí lắp đặt khi so sánh với chân vịt truyền thống. http://biosys.com.vn 105 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Các hệ thống chân vịt lái thường được sử dụng trên tàu khách, tàu rải cáp, cần cẩu nổi, tàu dịch vụ, xà lan tự hành. Cần điều khiển trên bảng điều khiển được gọi là ‘hệ thống cần điều khiển một người’, cho phép điều khiển toàn bộ hệ thống đẩy và lái tàu. Hệ thống chân vịt lái và hình ảnh tàu dịch vụ đang sử dụng hệ thống này kết hợp với chân vịt mũi để tối ưu ma nơ điều động tàu. http://biosys.com.vn 106 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Đặc tính ma nơ tốt của tàu trang bị chân vịt lái điện. Vòng tròn quay trở của tàu trang bị chân vịt lái điện so sánh với tàu dùng hệ thống lái và chân vịt riêng rẽ. Bảng điều khiển 1-Cần điều khiển 2-Dẫn đường tự động 3-Hiển thị la bàn chỉ thị. Ảnh vệ tinh của phà biển cho thấy khả năng dùng chân vịt mũi ma nơ điều động tàu. http://biosys.com.vn 107 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Cần cẩu nổi “Saipem 7000” trong khi đang thử hệ thống định vị vệ tinh DP. 2.6 Chân vịt lái điện Truyền động qua chân vịt lái Truyền động trực tiếp Truyền động điện CV cũ Bố trí truyền động chân vịt lái điện cung cấp bởi năng lượng từ máy phát http://biosys.com.vn 108 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy Sự khác nhau giữa chân vịt lái và chân vịt lái điện là chân vịt lái điện có động cơ đẩy đặt phía ngoài vỏ tàu. Động cơ điện có thể điều chỉnh vòng quay được đặt trong cụm gắn vào đáy của tàu. Mỗi cụm có chân vịt gắn vào nó được lại bởi động cơ điện bố trí chính bên trong cụm đó. Có hai loại chính: cụm cố định có bánh lái và cụm quay 3600 không bánh lái. Cả hai loại có thể dùng hoặc là đẩy hoặc là kéo. Chân vịt khi đó được bố trí riêng ở phía trước cụm hay phía sau cụm tương ứng. Chân vịt lái điện không yêu cầu hộp số, ly hợp, trục chân vịt và bánh lái. Tàu khách trang bị 2 chân vịt lái điện có thể xoay 3600 Máy phát điện có thể được đặt bất cứ nơi nào trên tàu nơi có không gian vừa đủ chứ không nhất thiết như tàu có truyền động cơ khí là nơi động cơ nối với chân vịt qua trục chân vịt dài cùng các chi tiết khác. Điều này tạo thành hệ thống tổ hợp cho hệ thống đẩy này làm đơn giản hóa thiết kế và cấu trúc của tàu hơn so với hệ thống đẩy truyền thống. Mặc dầu hệ thống được phát triển với dự định ban đầu là dành cho tàu phá băng, hiện nay có áp dụng cho cả tàu dịch vụ, tàu khách, tàu dầu, phà biển và tàu có hệ thống DP. Ưu điểm của nó là: 1. Nó có khả năng tách ly nguồn công suất và hệ thống đẩy 2. Nó có thể tổ hợp hợp công suất cấp của các máy phụ và hệ thống đẩy. http://biosys.com.vn 109 Dịch từ tiếng Anh: Nguyễn Văn Sơn Động lực tàu thủy 3. Dao động và tiếng ồn nhỏ 4. Khả năng ma nơ điều động tốt 5. Giá nhiên liệu thấp hơn. Ghi chú: 1- Bộ chân vịt 3- Cụm lái thủy lực có vành răng 5- Đáy tàu 7- Ổ đỡ (hướng kính và chặn) 2- Ổ đỡ và bộ kín trục (labirinth) 4- Vòng góp truyền dữ liệu và công suất 6- Động cơ điện 2.7 Trục chân vịt Ống bao trục chân vịt bao gồm các ổ đỡ trục chân vịt quay trong đó. Thường có hai ổ đỡ, cái nằm phía sau đuôi dài hơn. Cạnh ổ đỡ đuôi này là hệ thống kín tránh không cho nước xâm nhập vào ống bao trục và dầu bên trong. Phía trước của ống bao trục được hàn vào vách sau của tàu, phần sau của ống hàn vào đuôi hoặc là cầu đỡ chân vịt. Sau khi hàn, các đầu ống bao được gia công tại chỗ theo độ thẳng tâm của trục máy chính. Hệ thống làm kín phải có khả năng chịu đựng các điều kiện khắc nghiệt như: -tốc độ vòng tới 5 m/s -áp suất nước tới 3 bar -độ dịch chuyển dọc trục và hướng kính xấp xỉ 1 mm -dao động của tàu -7000 h làm việc trong 1 năm với thời hạn 5 năm http://biosys.com.vn 110