ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 21

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:4

Thêm vào BST

Báo xấu

141
lượt xem 25
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

phương pháp nâng cao hiệu suất của chong chóng 21.1. Lượng tiêu thụ năng lượng của thiết bị đẩy và các phương pháp giảm nó. Thiết bị đẩy biến năng lượng cơ học truyền vào nó thành năng lượng chuyển động tịnh tiến có liên quan đến các tổn thất khi biến năng lượng cũng như khi có sự tương tác giữa thiết bị đẩy với thân tàu. Vì vậy hiệu suất đẩy về nguyên tắc không vượt quá 80%; còn đối với các thiết bị đẩy nặng tải có thể chiếm 50%; từ 20 á 50% năng lượng truyền...

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 21

Ch¬ng 21 ph¬ng ph¸p n©ng cao hiÖu suÊt cña chong chãng 21.1. Lîng tiªu thô n¨ng lîng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph¬ng ph¸p gi¶m nã. ThiÕt bÞ ®Èy biÕn n¨ng lîng c¬ häc truyÒn vµo nã thµnh n¨ng lîng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cã liªn quan ®Õn c¸c tæn thÊt khi biÕn n¨ng lîng còng nh khi cã sù t¬ng t¸c gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu. V× vËy hiÖu suÊt ®Èy vÒ nguyªn t¾c kh«ng vît qu¸ 80%; cßn ®èi víi c¸c thiÕt bÞ ®Èy nÆng t¶i cã thÓ chiÕm 50%; tõ 20 ¸ 50% n¨ng lîng truyÒn vµo thiÕt bÞ ®Èy ®Òu bÞ bá phÝ. Nh ®· thÊy tõ lý thuyÕt thiÕt bÞ ®Èy lý tëng vµ chong chãng nguån tæn thÊt chÝnh khi thiÕt bÞ ®Èy lý tëng ®éc lËp lµm viÖc lµ nh÷ng tæn thÊt ®Ó t¹o ra tèc ®é c¶m øng (tæn thÊt c¶m øng), mµ trÞ sè cña chóng phô thuéc vµo hÖ sè t¶i träng vµ sù ph©n bè tèc ®é c¶m øng trªn ®Üa thiÕt bÞ ®Èy; còng nh c¸c tæn thÊt pr«phin sinh ra do ¶nh hëng cña chÊt láng nhít ®èi víi dßng bao c¸nh vµ cñ. HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy (Xem H21.1) ®ãng vai trß chñ yÕu ®èi víi trÞ sè tæn thÊt. Khi hÖ sè t¶i träng rÊt bÐ th× c¸c tæn thÊt c¶m øng rÊt thÊp vµ nguån tæn thÊt chÝnh lµ tæn thÊt pr«phin. Khi hÖ sè t¶i träng lín, vai trß chÝnh lµ tæn thÊt ®Ó t¹o ra tèc ®é c¶m øng híng tµu. §êng cong tæng tæn thÊt cã ®iÓm cùc tiÓu ®¹t ®îc khi thiÕt bÞ ®Èy cã t¶i träng tèi u, mµ trong trêng hîp nµy hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt. Tõ lý thuyÕt thiÕt bÞ ®Èy vµ chong chãng ta thÊy r»ng ®Ó t¹o ra lùc ®Èy (lùc kÐo) chØ cÇn tèc ®é c¶m øng híng trôc do ®ã tæn thÊt ®Ó t¹o ra nã lµ tæn thÊt kh«ng thÓ tr¸nh. TÊt c¶ c¸c nguån tæn thÊt cßn l¹i ®Òu lµ nh÷ng tiªu phÝ cña nguån n¨ng lîng truyÒn vµo chong chãng. Tríc hÕt tæn thÊt híng trôc cã thÓ gi¶m xuèng b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè t¶i träng cña thiÕt bÞ ®Èy. §Ó H×nh 21.1. C¸c tæn thÊt phô gi¶m tæn thÊt c¶m øng ngêi ta cè thiÕt kÕ nh÷ng thuéc vµo hÖ sè t¶i tÝnh theo chong chãng cã ®êng kÝnh tèi u. lùc ®Èy. HiÖu suÊt lµm viÖc còng cã thÓ t¨ng lªn b»ng c¸ch bè trÝ chong chãng trong nh÷ng thiÕt bÞ ®Æc biÖt - ®¹o lu, mµ hiÖn nay ®îc sö dông réng r·i trªn c¸c tµu. Lîng tæn thÊt do xo¾n dßng ch¶y cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ b»ng c¸ch cã thÓ sö dông mét cÆp chong chãng ®ång trôc quay ngîc chiÒu nhau. HiÖn nay ngêi ta ¸p dông phÇn ®u«i ®Æc biÖt kh«ng ®èi xøng ®Ó ®ång thêi gi¶m ®îc tæn thÊt do xo¾n dßng. §Ó gi¶m tæn thÊt pr«phin cÇn ph¶i hÕt søc chó ý ®Õn viÖc chän pr«phin cña c¸nh vµ chÊt lîng gia c«ng bÒ mÆt c¸nh chong chãng. Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu ph¶i lu ý tíi viÖc thiÕt kÕ, bè trÝ c¶ hÖ thèng nh»m n©ng cao hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu. 1 1-t hH = (21.1.1) iQ 1 - WT 165
§iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè hót t vµ tËn dông hÕt møc n¨ng lîng cña dßng theo. Tríc hÕt viÖc ®ã vÉn ®¹t ®îc b»ng c¸ch thiÕt kÕ tin cËy phÇn ®u«i; chän d¹ng c¸c sên ®u«i vµ lÆp ghÐp hîp lý hÖ thiÕt bÞ ®Èy – b¸nh l¸i – th©n tµu, mµ tríc tiªn lµ chän khe hë gi÷a chong chãng víi th©n tµu, còng nh víi b¸nh l¸i. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ngêi ta ¸p dông c¸c thiÕt bÞ híng dßng ®Æc biÖt kiÓu c¸nh ph¼ng l¾p trªn th©n tµu phÝa tríc chong chãng vµ cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ trªn c¸c tµu l¾p hai chong chãng. YÕu tè kh¸c cã t¸c dông tèt tíi hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu lµ ®Æt c¸c chong chãng cña tµu hai trôc gÇn mÆt ph¼ng ®èi xøng vµ ¸p dông s¬ ®å c¸c chong chãng phñ lÉn nhau ®Ó cã thÓ lîi dông hÕt møc n¨ng lîng cña dßng theo. 21.2. ViÖc ¸p dông chong chãng cã ®êng kÝnh t¨ng thªm khi vßng quay gi¶m xuèng. Khi thiÕt kÕ chong chãng viÖc lùa chän vßng quay hîp lý cña chong chãng ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng tµu l¾p ®éng c¬ ®èt trong, thêng gÆp mèi quan hÖ phøc t¹p gi÷a c«ng suÊt ®éng c¬ vµ vßng quay cña nã, v× nã cho phÐp truyÒn trùc tiÕp c«ng suÊt vµo chong chãng. Trong nhiÒu trêng hîp huynh híng ®ã dÉn ®Õn chong chãng cã hÖ sè t¶i träng lín, hiÖu suÊt lµm viÖc vµ hiÖu suÊt ®Èy t¬ng øng thÊp. Trong nh÷ng trêng hîp nµy cã thÓ t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc b»ng c¸ch t¨ng ®êng kÝnh chong chãng, ®ång thêi gi¶m vßng quay cña nã ®Ó cã thÓ n©ng cao hiÖu qu¶ cña thiÕt bÞ ®Èy b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè t¶i träng. Tuy nhiªn l¹i gÆp ph¶i vÊn ®Ò b¶o vÖ chong chãng cã ®êng kÝnh lín ®Ó kh«ng khÝ kh«ng thÓ lät vµo c¸nh, ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng tµu cã chiÒu ch×m h¹n chÕ vµ khi tµu ch¹y ë chÕ ®é d»n. §Ó phßng tr¸nh hiÖn tîng ®ã ngêi ta ph¶i chÕ t¹o nh÷ng vßm ®u«i cã h×nh d¸ng ®Æc biÖt, mét trong c¸c ph¬ng ph¸p ®ã (Xem H21.2). ë ®©y chong chãng n»m trong hÇm mµ khi chong chãng lµm viÖc toµn bé thÓ tÝch cña hÇm ngËp ®Çy níc, mµ dßng níc ch¶y vµo sÏ ch¶y tõ díi ®¸y lªn, nªn tr¸nh ®îc kh«ng khÝ tõ mÆt tho¸ng lät vµo hÇm. Gi¶i ph¸p kÕt cÊu ®ã lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc phøc t¹p lµ v× khi t¨ng ®êng kÝnh chong H×nh 21.2. S¬ ®å vßm ®u«i cña tµu. chãng vµ thay ®æi h×nh d¸ng phÇn ®u«i lùc c¶n cña tµu vµ c¸c ®Æc tÝnh t¬ng t¸c cña th©n tµu víi hÖ thiÕt bÞ ®Èy – b¸nh l¸i thay ®æi. Chong chãng ®îc thiÕt kÕ theo lùc ®Èy ®· biÕt, nh ®· tr×nh bµy, tho¶ m·n: D n = const 4 T (21.2.1) Tõ ®ã ta thÊy r»ng khi lùc ®Èy ®· biÕt T sù thay ®æi vßng quay khi thay ®æi ®êng kÝnh kh«ng thÓ tuú tiÖn vµ ph¶i x¸c ®Þnh theo c«ng thøc n/n0 = 1/(D/D0)2. ë ®©y D0 vµ n0 lµ ®êng kÝnh vµ vßng quay ban ®Çu. ViÖc tho¶ m·n ®iÒu kiÖn nµy sÏ ®¶m b¶o cã hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt. Nh c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh tµu tù ch¹y b»ng viÖc l¾p c¸c chong chãng cã ®êng kÝnh kh¸c nhau cho biÕt, lîng t¨ng hiÖu suÊt ®Èy kh«ng tu©n theo lîng t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng, mµ tõ tõ gi¶m xuèng vµ ®¹t ®Õn giíi h¹n khi D/D0 nµo ®ã phô thuéc vµo tÝnh chÊt thay ®æi cña hÖ sè t¬ng t¸c (hÖ sè hót liªn tôc t¨ng, hÖ sè 166
dßng theo cã chiÒu híng æn ®Þnh). Do t¨ng lùc c¶n cña tµu v× h×nh d¹ng phÇn ®u«i thay ®æi nªn viÖc t¨ng hiÖu suÊt ®Èy chØ cã thÓ x¶y ra tíi mét giíi h¹n nµo ®ã. HiÖu qu¶ ¸p dông chong chãng vßng quay thÊp phô thuéc vµo trÞ sè ban ®Çu cña hÖ sè t¶i träng CTAo. ChØ cã thÓ ®¹t ®îc lîng gi¶m c«ng suÊt râ rÖt trong trêng hîp khi CTAo > 3,0 (Xem H21.3). C¸c thÝ nghiÖm cho thÊy r»ng chong chãng tèi u khi xÐt ®Õn sù t¬ng t¸c khi D/T » 0,70 ¸ 0,75 vµ hÖ sè t¶i träng CTA » 1,5 ¸ 2,0. Do gi¶m vßng quay cña chong chãng m«men xo¾n t¨ng lªn nªn cÇn ph¶i t¨ng ®êng kÝnh cña chong chãng vµ thay ®æi kÕt cÊu cña èng bao trôc vµ sèng ®u«i; khèi H×nh 21.3. Lîng tiÕt lîng chong chãng vµ trôc t¨ng lªn, còng nh t¨ng thªm kiÖm c«ng suÊt khi thay chÊn ®éng phÇn ®u«i th©n tµu. TÊt c¶ ®Òu cÇn cã sù gia ®æi ®êng kÝnh chong c«ng kÕt cÊu cÈn thËn vµ lµnh nghÒ trong qu¸ tr×nh thiÕt chãng kÕ vµ chÕ t¹o chong chãng. 21.3. ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n. Nh c¸c ®ît nghiªn cøu ®· nªu, c¸c tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy 12 ¸ 18% (cã xÐt c¶ ¶nh hëng ®é nhít cña chÊt láng). Cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ lîng tæn thÊt ®ã b»ng c¸ch ¸p dông mét cÆp c¸c chong chãng ®ång trôc tr¸i chiÒu nhau (Xem H21.4). Mçi chong chãng cña cÆp n»m riªng H×nh 21.4. C¸c chong mét trôc sao cho trôc chong chãng sau lång qua trôc ®Æc cña chong chãng tríc. Nhê bé ®iÒu khiÓn ®Æc biÕt chãng ®ång trôc quay m«men xo¾n cña ®éng c¬ ®îc truyÒn sao cho c¸c chong ngîc chiÒu nhau. chãng quay ngîc chiÒu nhau (mét quay ph¶i, mét quay tr¸i). Lùc ®Èy cña c¶ hÖ sÏ b»ng tæng lùc ®Èy cña tõng chong chãng. So víi chong chãng ®¬n chiÕc c¸c chong chãng ®ång trôc ®· lµm gi¶m ®¸ng kÓ ®é xo¾n cña dßng ch¶y. C«ng suÊt cÇn thiÕt gi¶m xuèng 7% hoÆc t¨ng tèc ®é cña tµu lªn 0,5 h¶i lý. Ph¬ng ph¸p kh¸c lµ dùa vµo viÖc ®Æt ®»ng sau chong chãng mét chong chãng ®èi dßng quay tù do víi ®êng kÝnh lín h¬n ®êng kÝnh cña chong chãng chÝnh (Xem H21.5). Chong chãng ®èi dßng ph¶i thiÕt kÕ sao cho nã n»m trong dßng ch¶y cña chong chãng lµm viÖc nh mét tuèc bin v× chong chãng ®èi dßng quay theo t¸c dông cña dßng ch¶y vµo nã, cßn c¸c phÇn c¸nh n»m H×nh 21.5. Chong chãng phÝa ngoµi dßng ch¶y cña chong chãng t¹o lªn lùc ®Èy ®èi dßng quay tù do. bæ xung (Xem H21.5). Khi chong chãng ®èi dßng lµm viÖc ë chÕ ®« tuèc bin c¸c tèc ®é c¶m øng tiÕp tuyÕn híng vÒ phÝa ngîc chiÒu víi c¸c tèc ®é chÝnh cña chong chãng. §Ó lîi dông hÕt n¨ng lîng cña dßng theo trªn nh÷ng tµu hai chong chãng cã thÓ ¸p dông c¸c chong chãng chång dßng (Xem H21.6). C¸c chong chãng ®ã ®Æt lÖch nhau. ViÖc ¸p dông chong chãng chång dßng cho phÐp tiÕt kiÖm ®îc c«ng suÊt tíi H×nh 21.6. S¬ ®å chong chãng chång dßng. 167
13 ¸ 15% trªn c¸c tµu cì lín theo ph¬ng ¸n bè trÝ hai trôc vµ tíi 7% trªn c¸c tµu nhanh. Ngoµi ra viÖc ®Æt c¸c trôc gÇn nhau cã thÓ chÕ t¹o hÖ tuèc bin hai trôc vµo thµnh mét tæ, tõ ®ã cho phÐp t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ lªn 4 ¸ 5% gi¶m träng lîng cña hÖ c¬ khÝ xuèng 10 ¸ 15%. S¬ ®å bè trÝ c¸c chong chãng kiÓu nµy cã nhîc ®iÓm lµ c¸c chong chãng lµm viÖc trong dßng rÊt kh«ng ®ång nhÊt, nÕn cã thÓ t¨ng c¸c lùc chu kú vµ g©y nguy hiÓm x©m thùc cho chong chãng sau. 168