ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 12

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

Thêm vào BST

Báo xấu

306
lượt xem 65
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Các tính chất chung và sự phân loại các thiết bị đẩy tàu 12.1. Khái niệm cơ bản về thiết bị đẩy tàu Trọng lượng của tàu khi đứng yên sẽ bằng tổng hợp các lực áp suất theo hướng thẳng đứng từ dưới lên tác dụng lên vỏ bao tàu. Hợp lực đó gọi là lực nổi tĩnh. Khi tàu chuyển động, hợp lực này sẽ nghiêng đi so với phương thẳng đứng và khi đó trên mặt nước sẽ xuất hiện các lực tiếp tuyến. ...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 12

PhÇn 2 thiÕt bÞ ®Èy tµu thuû Ch¬ng 12 C¸c tÝnh chÊt chung vµ sù ph©n lo¹i c¸c thiÕt bÞ ®Èy tµu 12.1. Kh¸i niÖm c¬ b¶n vÒ thiÕt bÞ ®Èy tµu Träng lîng cña tµu khi ®øng yªn sÏ b»ng tæng hîp c¸c lùc ¸p suÊt theo híng th¼ng ®øng tõ díi lªn t¸c dông lªn vá bao tµu. Hîp lùc ®ã gäi lµ lùc næi tÜnh. Khi tµu chuyÓn ®éng, hîp lùc nµy sÏ nghiªng ®i so víi ph¬ng th¼ng ®øng vµ khi ®ã trªn mÆt níc sÏ xuÊt hiÖn c¸c lùc tiÕp tuyÕn. H×nh chiÕu cña hîp lùc ¸p suÊt lªn trôc th¼ng ®øng gäi lµ lùc næi, cßn h×nh chiÕu cña nã lªn trôc n»m ngang vµ hîp lùc tiÕp tuyÕn gäi lµ lùc c¶n chuyÓn ®éng cña tµu R (Xem H12.1) gV R D H×nh 12.1. S¬ ®å lùc t¸c dông lªn tµu ®ang chuyÓn ®éng ChuyÓn ®éng th¼ng ®Òu cña tµu lµ do t¸c dông cña lùc kÐo TE, vÒ mÆt trÞ sè nã b»ng lùc c¶n vµ ngîc chiÒu víi lùc c¶n. Khi tµu chuyÓn ®éng víi tèc ®é v, nã sÏ thùc hiÖn mét c«ng, mµ trong mét ®¬n vÞ thêi gian sÏ b»ng c«ng suÊt cã Ých hoÆc c«ng suÊt kÐo PE = TE.v Lùc kÐo cã thÓ sinh ra bëi nguån n¨ng lîng ®Æt trªn tµu vµ trong trêng hîp nµy nguån n¨ng lîng ®ã ®îc gäi lµ ®éng c¬ (diezel, tuècbin) hoÆc n»m bªn ngoµi tµu. VÝ dô nguån n¨ng lîng bªn ngoµi lµ giã ®Ó t¹o nªn c¸c lùc kÐo trªn c¸c tµu buåm. C¸c tµu ®îc l¾p ®éng c¬ lµ c¸c tµu tù hµnh. Nã lu«n lu«n ®îc l¾p ®Æt c¸c thiÕt bÞ ®Ó biÕn c«ng suÊt cña ®éng c¬ sang n¨ng lîng chuyÓn ®éng th¼ng cña tµu. ThiÕt bÞ t¹o ra lùc kÐo TE ®îc gäi lµ thiÕt bÞ ®Èy tµu. NÕu PD lµ c«ng suÊt truyÒn ®Õn thiÕt bÞ ®Èy, th× hiÖu suÊt cña nã ®îc x¸c ®Þnh b»ng tØ sè hD = PE/PD vµ ®îc gäi lµ hiÖu suÊt ®Èy. C«ng suÊt PD lu«n lu«n nhá h¬n c«ng suÊt trªn trôc ®éng c¬ PS. Nh vËy c«ng suÊt trªn trôc cña ®éng c¬ cã liªn quan víi c«ng suÊt PD theo quan hÖ: PD = PS.hn Trong ®ã: hn = hS.hP hS: hiÖu suÊt cña ®êng trôc hP: hiÖu suÊt cña bé truyÒn ®éng (bé gi¶m tèc, bé t¶i ®iÖn vµ...) 85
12.2. C¸c kiÓu thiÕt bÞ ®Èy vµ tÝnh chÊt cña chóng TÊt c¶ c¸c thiÕt bÞ ®Èy tµu ®Òu t¹o nªn lùc ®Èy nhê ph¶n lùc cña c¸c khèi chÊt láng hoÆc khÝ ®îc lÊy tõ m«i trêng bao quanh vµ ®Èy vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu, nghÜa lµ theo nguyªn lý ph¶n lùc. ChÊt láng hoÆc khÝ ®îc ®Èy ra nhê c¸c bé phËn lµm viÖc (c¸nh, m¸ng, guång). C¸c bé phËn nµy tiÕp nhËn c¸c ph¶n lùc cña khèi m«i chÊt ®Èy ra vµ biÕn chóng thµnh lùc, mµ h×nh chiÕu cña nã lªn ph¬ng chuyÓn ®éng gäi lµ lùc ®Èy cña thiÕt bÞ ®Èy. Lùc ®Èy th«ng qua gèi trôc chÆn truyÒn vµo th©n tµu. C¸c lo¹i thiÕt bÞ ®Èy mµ lùc ®Èy trùc tiÕp sinh ra trªn c¸c c¬ cÊu c¸nh nh: chong chãng, guång vµ ch©n vÞt. C¸c lùc trªn c¸c c¸nh cã thÓ sinh ra bëi lùc c¶n vµ lùc n©ng khi chóng chuyÓn ®éng trong chÊt láng. Lùc ®Èy ®îc t¹o nªn bëi lùc n©ng ph¸t sinh trªn c¸c c¸nh cña thiÕt bÞ ®Èy. Ph¶n lùc cña m«i chÊt kh«ng chØ c¸c bé phËn cña thiÕt bÞ ®Èy tiÕp nhËn, mµ cã thÓ ngay c¶ c¸c bé phËn cè ®Þnh (èng, ®¹o lu, kªnh) còng tiÕp nhËn. ThiÕt bÞ ®Èy, mµ phÇn lín ph¶n lùc cña dßng ch¶y ®îc bé phËn cè ®Þnh tiÕp nhËn, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt níc. C¸c thiÕt bÞ ®Èy kh«ng cã c¬ cÊu c¸nh vµ viÖc t¨ng tèc m«i chÊt ë trong chóng nhê n¨ng lîng cña khÝ nÐn, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt khÝ. Guång lµ thiÕt bÞ ®Èy ®Çu tiªn ®· ®îc sö dông réng r·i trªn c¸c tµu cã l¾p ®éng c¬ truyÒn ®éng. Guång lµ mét h×nh trô quay, mµ trªn ®êng sinh cña nã cã ®Æt 6 ¸ 12 c¸nh guång. Trôc guång n»m ngang vµ vu«ng gãc víi ph¬ng chuyÓn ®éng. C¸c guång ®Òu ®Æt ë hai bªn m¹n tµu hoÆc ë phÇn ®u«i tµu. Chóng cã thÓ cã c¸nh cè ®Þnh hoÆc di ®éng. S¬ ®å cña guång cã c¸nh cè ®Þnh ®îc tr×nh bµy trªn (Xem H12.2). chiÒu chuyÓn ®éng D e 1 R 0 01 T W R 2 R r W n H×nh 12.2. S¬ ®å guång cã H×nh 12.3. S¬ ®å guång cã c¸nh cè ®Þnh c¸nh quay Khi c¸nh lµm viÖc dßng níc bao lªn c¸c c¸nh, tèc ®é cña dßng lµ tæng h×nh häc cña tèc ®é Wr sinh ra do c¸nh quay vµ tèc ®é tÞnh tiÕn v cña tµu. Nh vËy c¸c lùc thuû ®éng sinh ra trªn c¸c c¸nh guång gÇn vu«ng gãc víi chóng ®îc truyÒn vµo trôc guång vµ th©n tµu. ThËt vËy, nÕu ®Æt vµo trôc guång hai lùc ngîc chiÒu R1 vµ R2, vÒ trÞ sè b»ng lùc R sinh ra trªn c¸nh, ta nhËn ®îc mét ngÉu lùc R vµ R2, mµ m«men xo¾n cña ®éng c¬ ph¶i th¾ng l¹i m«men cña chóng. ChiÕu R1 lªn híng chuyÓn ®éng ®îc lùc ®Èy T. Sù lµm viÖc cña guång c¸nh cè ®Þnh kÌm theo nhiÒu tæn thÊt n¨ng lîng ®¸ng kÓ khi níc vµo vµ tho¸t khái c¸nh. Nh÷ng tæn thÊt nµy cã thÓ gi¶m bít b»ng c¸ch cho c¸nh quay (Xem H12.3). VÒ mÆt kÕt cÊu guång c¸nh quay rÊt phøc t¹p, khèi lîng cña nã t¬ng ®èi lín, nhng hiÖu suÊt ®Èy cao h¬n, hiÖu suÊt ®Èy ®¹t 0,5 ¸ 0,6. T¸c dông 86
cña guång gi¶m ®ét ngét khi tµu chßng chµnh vµ chiÒu ch×m thay ®æi, viÖc truyÒn ®éng chóng so víi c¸c ®éng c¬ hiÖn ®¹i kh¸ phøc t¹p, v× vËy chóng chØ ®îc sö dông trªn c¸c tµu s«ng luång l¹ch c¹n. HiÖn nay ngêi ta kh«ng ®ãng nh÷ng con tµu míi l¾p guång. ThiÕt bÞ ®Èy ®îc sö dông réng r·i nhÊt lµ chong chãng, nã h¬n h¼n guång do hiÖu suÊt lín, kÕt cÊu ®¬n gi¶n vµ ®é tin cËy cao trong khai th¸c. Chong chãng gåm tõ 3 ¸ 7 c¸nh, ®Æt c¸ch nhau cïng mét gãc trªn mÆt vËt quay, ®îc gäi lµ cñ chong chãng (Xem H12.4) v V w A T P 2 2 T 0 0 R 2 R a dT 2P 2 R R 0 0 T 0 0 V R R 2 VE T P dF 2 r 2 W H×nh 12.4. C¸c chong chãng víi sè c¸nh kh¸c nhau W Trôc quay cña chong chãng trïng víi híng chuyÓn H×nh 12.5. S¬ ®å lµm ®éng cña tµu hoÆc nghiªng mét gãc thêng kh«ng lín. viÖc cña chong chãng C¸c c¸nh chong chãng cong c¶ hai chiÒu víi ®é dang bÐ. H×nh 12.5 lµ s¬ ®å lµm viÖc cña chong chãng, gÇn ®óng ®îc m« t¶ b»ng nh÷ng tam gi¸c tèc ®é vµ lùc t¸c dông lªn tiÕt diÖn c¸nh, ®îc c¾t b»ng mÆt trô ®ång trôc víi chong chãng. Dßng bao phÇn tö c¸nh ®îc x¸c ®Þnh b»ng tèc ®é vE, bao gåm tèc ®é tÞnh tiÕn v cña tµu vµ tèc ®é quay Wr quanh trôc chong chãng. PhÇn tö cña c¸nh chong chãng cã thÓ coi lµ mét pr«phin chuyÓn ®éng trong dßng ch¶y víi tèc ®é vE theo gãc tíi a. Trong trêng hîp nµy trªn phÇn tö sÏ xuÊt hiÖn lùc n©ng vµ lùc c¶n. H×nh chiÕu hîp lùc cña c¸c lùc nµy lªn híng chuyÓn ®éng lµ lùc ®Èy dT cña phÇn tö ®· cho, cßn h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng quay dF ngîc chiÒu víi tèc ®é Wr t¹o thµnh m«men ®èi víi trôc quay mµ ®éng c¬ ph¶i th¾ng nã. Chong chãng thêng ®Æt ë phÇn ®u«i tµu. ChØ trªn mét vµi kiÓu tµu (phµ, tµu ph¸ b¨ng) ngoµi chong chãng ë ®u«i cßn cã thªm chong chãng ë mòi. Ngêi ta thêng bè trÝ mét chong chãng ë mÆt ph¼ng ®èi xøng, hoÆc hai chong chãng ë hai m¹n ®èi xøng nhau. Ýt khi ngêi ta dïng ba ®Õn bèn chong chãng trªn c¸c tµu ch¹y nhanh träng lîng lín. Chong chãng ®îc l¾p trªn trôc n»m ngang hoÆc nghiªng. Trªn c¸c tµu mét chong chãng gèi ®u«i ®îc ®Æt trong lç luån trôc, khi bè trÝ trôc ë bªn m¹n gèi nµy ph¶i tùa lªn gi¸ ch÷ nh©n. Trong nh÷ng trêng hîp khi chong chãng ph¶i ®Æt c¸ch xa ®¸y tµu mét kho¶ng lín, vÝ dô trªn c¸c tµu c¸nh ngÇm, hoÆc khi cÇn ph¶i quay trôc chong chãng ®Ó ®¶m b¶o tÝnh ¨n l¸i th× viÖc dÉn ®éng nã ph¶i ®îc thùc hiÖn b»ng c¸ch truyÒn ®éng c«ng suÊt kiÓu gãc - cét ®Þnh gãc. VÒ nguyªn t¾c trªn mçi trôc chØ l¾p mét chong chãng. Song ®Ó n©ng cao hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ thèng ®Èy, ngêi ta sö dông c¸c chong chãng ®ång trôc quay ngîc chiÒu nhau. Trong trêng hîp nµy cÇn ph¶i dïng hÖ gåm hai trôc chong chãng ®ång t©m - trôc lång ngoµi vµ trong, mçi trôc quay mét chong chãng riªng. NÕu bè trÝ hai chong chãng, nªn tr¸nh trêng hîp chóng quay cïng chiÒu. 87
§Ó n©ng cao hiÖu suÊt cña c¸c chong chãng ngêi ta cßn sö dông thªm c¸c thiÕt bÞ híng dßng nh ®¹o lu vµ c¸c c¸nh. §¹o lu lµ mét c¸nh h×nh vßng bao lÊy chong chãng vµ c¸c c¸nh dÉn híng dßng ch¶y (Xem H12.6). ChiÒu chuyÓn ®éng D ni ai d yH DD dP H i D DR D D DE p/2 D dP H dT H dX H dR H D H×nh 12.6. Chong chãng trong ®¹o lu §èi víi c¸c chong chãng cã bíc kh«ng ®æi th× viÖc ®¶m b¶o chiÒu ch¹y cña tµu cÇn ph¶i ®¶o chiÒu quay cña chong chãng. ViÖc ch¹y ®¶o chiÒu hoµn toµn ®¬n gi¶n khi sö dông chong chãng biÕn bíc, v× c¸nh cña chóng cã thÓ quay quanh trôc híng b¸n kÝnh t¬ng øng ®Ó cã thÓ thay ®æi ®îc trÞ sè vµ dÊu cña lùc ®Èy khi vÉn gi÷ nguyªn chiÒu quay cña chong chãng Ch©n vÞt Voit - Schneider, viÕt t¾t lµ (V.S) còng cho phÐp thay ®æi dÊu vµ trÞ sè cña lùc ®Èy khi chiÒu quay cña trôc vÉn kh«ng ®æi. Ch©n vÞt sÏ lµm thay ®æi ®îc vÐc t¬ lùc ®Èy khi quay trong mÆt ph¼ng n»m ngang giíi h¹n tõ 0 ¸ 3600. ThiÕt bÞ ®Èy nµy ®îc sö dông vµo n¨m 1930, cã th©n h×nh trèng, mµ mÆt díi cña nã ®Æt ngang tÇm víi ®¸y tµu. Trªn chu vi cña trèng theo c¸c gãc b»ng nhau ®Æt 4 ¸ 8 c¸nh thß xuèng phÝa díi ®Ó võa quay víi trèng võa quay quanh trôc b¶n th©n. D¹ng pr«phin c¸nh cã thÓ lµ h×nh thang hoÆc nöa elip. d H2 D H1 S L D1 D2 H×nh 12.7. a . S¬ ®å lµm viÖc cña ch©n vÞt 88
a a np wR N v0 wR a T R 0 P P w R T a wR np chiÒu chuyÓn ®éng H×nh 12. 7. b. S¬ ®å lµm viÖc cña ch©n vÞt Trong mét vßng quay cña trèng c¸c c¸nh sÏ thùc hiÖn trän vÑn mét dao ®éng, biªn ®é vµ pha dao ®éng ®îc x¸c ®Þnh b»ng c¬ cÊu vi sai ®Æc biÖt ®Æt trong trèng cña ch©n vÞt. øng víi mäi lóc c¸c ®êng vu«ng gãc víi d©y cung cña c¸nh ®Òu c¾t nhau t¹i mét ®iÓm, ®îc gäi lµ t©m ®iÒu khiÓn (Xem H12.8). Tæng tèc ®é cña dßng ch¶y tíi c¸nh sÏ t¹o víi d©y cung cña c¸nh gãc ak. Nh vËy trªn c¸nh sÏ xuÊt hiÖn lùc thuû ®éng R, c¸c h×nh chiÕu cña nã lªn híng chuyÓn ®éng vµ tiÕp tuyÕn víi vßng trßn sÏ t¹o ra lùc ®Èy vµ m«men mµ hÖ thèng n¨ng lîng ph¶i th¾ng l¹i nã. KÕt cÊu cña bé dÉn ®éng ch©n vÞt cho phÐp x¸c ®Þnh ®îc t©m ®iÒu khiÓn N t¹i mét ®iÓm bÊt kú trªn vßng trßn. ChuyÓn vÞ cña ®iÓm N sÏ lµm thay ®æi lùc ®Èy, ph¬ng cña lùc ®Èy vu«ng gãc víi ®o¹n 0N, cßn trÞ sè tØ lÖ víi chiÒu dµi cña ®o¹n ®ã. ni, p0 N N N 0 0 0 0 1 N 2 3 ni, P0 H×nh 12.9. ThiÕt bÞ phôt níc H×nh 12. 8. C¸c vÞ trÝ t©m ®iÒu khiÓn c¸nh ch©n vÞt Nh vËy, ch©n vÞt kh«ng nh÷ng thùc hiÖn ®îc chøc n¨ng cña thiÕt bÞ ®Èy mµ cßn ®ãng vai trß thiÕt bÞ l¸i, nhê chóng cã thÓ ®¶m b¶o ®îc viÖc quay tµu t¹i chç, dÞch tµu 89
sang ngang. Ch©n vÞt kÐm chong chãng vÒ mÆt hiÖu suÊt, nã cã khèi lîng lín vµ kÕt cÊu phøc t¹p, nhng l¹i cã tÝnh chÊt ®iÒu ®éng cao nªn vÉn ®îc ¸p dông ë mét sè kiÓu tµu. Nh÷ng thiÕt bÞ ®Èy gåm c¸c èng dÉn hoÆc c¸c kªnh, mµ b¬m ®Æt trong lßng chóng ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt níc (Xem H12.9). B¬m sÏ hót níc qua lç tiÕp nhËn vµ x¶ nã qua ®êng èng. Dßng níc x¶ cã thÓ x¶ trong níc, vµo kh«ng khÝ hoÆc võa níc võa kh«ng khÝ ®èi víi thiÕt bÞ phôt níc kiÓu b¸n ch×m. Víi tèc ®é chuyÓn ®éng chËm vµ trung b×nh th× hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt níc kÐm chong chãng, v× vËy chóng chØ ®îc ¸p dông trªn c¸c tµu ch¹y trong luång c¹n vµ vïng níc nhiÔm bÈn. §Æc ®iÓm næi bËt cña thiÕt bÞ phôt níc lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng ®¶m b¶o viÖc ch¹y ®¶o chiÒu cña tµu b»ng c¸ch ®æi híng quay vµnh c¸nh b¬m. V× vËy thiÕt bÞ phôt níc thêng ®îc l¾p c¸c thiÕt bÞ ®Ó ®æi híng dßng níc x¶, còng nh c¸c b¸nh l¸i ®Æc biÖt vµ c¸c tÊm che ®Ó ®¶m b¶o viÖc ®¶o chiÒu. ë nh÷ng tèc ®é chuyÓn ®éng lín th× hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt níc gÇn b»ng hiÖu suÊt cña chong chãng, v× vËy trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ngêi ta ®· ¸p dông chóng trªn c¸c tµu c¸nh ngÇm vµ taï ®Öm khÝ. §Ó t¨ng ¸p trªn ®o¹n èng x¶ c¸c thiÕt bÞ phôt níc cã thÓ dïng b¬m híng t©m hoÆc ly t©m, còng nh b»ng n¨ng lîng cña khÝ nÐn. C¸c thiÕt bÞ ®Èy trùc tiÕp biÕn n¨ng lîng d·n në chÊt khÝ sang t¨ng ¸p cho níc, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt khÝ. S¬ ®å cña c¸c thiÕt bÞ nµy rÊt kh¸c nhau. Chóng cã thÓ chia ra hai nhãm chÝnh - th¼ng dßng vµ m¹ch ®éng. n + wx V b) a) H×nh 12.10. ThiÕt bÞ phôt khÝ a. Th¼ng dßng _ b. M¹ch ®éng ThiÕt bÞ phôt th¼ng dßng gåm mét èng víi mÆt c¾t biÕn ®æi, mµ níc vµ khÝ cã ¸p suÊt ®i qua ®ã. Nh vËy hçn hîp hai pha ®· xuÊt hiÖn sÏ ®îc t¨ng tèc do sù gi·n në thÓ tÝch chÊt khÝ vµ x¶ vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu (Xem H12.10.a). TÝnh chÊt cña thiÕt bÞ phôt khÝ th¼ng dßng lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng t¹o ra lùc kÐo khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu b»ng kh«ng. ThiÕt bÞ phôt m¹ch ®éng (Xem H12.10.b) vÉn t¹o ra lùc kÐo ngay c¶ khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu b»ng kh«ng, nhê c¸c van ®ãng më chu kú kªnh tiÕp níc. HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt m¹ch ®éng thÊp h¬n hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt th¼ng dßng. Nãi tãm l¹i, thiÕt bÞ phôt khÝ hoµn toµn kÐm vÒ mÆt hiÖu suÊt so víi lo¹i cã c¸nh cho nªn kh«ng ®îc ¸p dông réng r·i. 90