Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 5

Chia sẻ: Do Van Nga Te | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:15

Thêm vào BST

Báo xấu

236
lượt xem 52
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Đường đặc tính chân vịt của động cơ Diesel là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất đòi hỏi của chân vịt và số vòng quay tương ứng của nó. Trong thực tế có thể xác định công suất yêu cầu của chân vịt theo công thức:   Trong đó hệ số C được xác định theo biểu thức: NP – công suất đầu trục chân vịt (ml). M – momen quay của chân vịt (KG m). D - đường kính của chân vịt (m) n - số vòng quay chân vịt (v/s)....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt, chương 5

1 Chương 5: Đường đặc tính chân vịt Đường đặc tính chân vịt của động cơ Diesel là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất đòi hỏi của chân vịt và số vòng quay tương ứng của nó. Trong thực tế có thể xác định công suất yêu cầu của chân vịt theo công thức:   3 3 N P   K QD n  (kw) (2-15) 2nM (2  5) C n n 3 5 hoặc: N  D (ml) (2-16) KQ P 11,936
2 C  2 K 5 Trong đó hệ số C được xác định (2-17) theo biểu thức: QD NP – công suất đầu trục chân vịt (ml). M – momen quay của chân vịt (KG m). D - đường kính của chân vịt (m) n - số vòng quay chân vịt (v/s). Đường đặc tính chân vịt của động cơ xác định theo biểu thức (2-16) chính là đường đặc tính đặc trưng cho quá trình làm việc của chân vịt trong liên hợp tàu, thể hiện đồng thời quá trình tiêu thụ năng lượng của các bộ phận trong liên hợp tàu. Tuy nhiên từ biểu thức (2-16) nhận thấy được đường đặc tính chân vịt của động cơ có dạng đường bậc ba với hệ số tỷ lệ C được xác định theo công thức (2-17). Khi đó, sự sai khác giữa đường đặc tính chân vịt thực tế so với đường cong bậc ba cũng như sự thay đổi của nó ở các điều kiện khai thác là do sự thay đổi của hệ số C. Như vậy, để xác định được đường đặc tính chân vịt của động cơ cần xác định được giá trị của hệ số C, tức là cần phải xác định được giá trị hệ số momen KQ. Về nguyên tắc, đường đặc tính chân vịt ở chế độ định mức được xác định ở điều kiện sử dụng ứng với trường hợp bề mặt chân vịt sạch không bị biến dạng. Tuy nhiên trong điều kiện khai thác thực tế do ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng nên
3 đường đặc tính chân vịt của động cơ sẽ bị thay đổi so với chế độ làm việc định mức và có thể sẽ gây ra các ảnh hưởng không tốt đến quá trình làm việc của liên hợp tàu. 2.2.2.2. Phương pháp xác định đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt Như đã nêu ở phần (2.2.2.1), đường đặc tính hoạt động chân vịt thể hiện quá trình làm việc của chân vịt làm việc độc lập, thì quá trình làm việc của chân vịt trong mối quan hệ năng lượng với các bộ phận trong liên hợp tàu lại được thể hiện theo đường công suất của chân vịt NP = f(n), hay gọi đơn giản là đường đặc tính chân vịt, tức là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất đòi hỏi NP(ml) với tốc độ quay của chân vịt n (s-1). Như vậy, để có thể đánh giá quá trình làm việc của chân vịt nói riêng và liên hợp tàu nói chung cần đặt vấn đề xây dựng đường đặc tính công suất chân vịt nói trên trong điều kiện khai thác thực tế. Hiện nay để xác định được đường đặc tính công suất chân vịt trong điều kiện thực tế thì xác định theo công thức (2-16) nêu
20 trên.Và đường đặc tính hoạt động của chân vịt được xác định chỉ bằng một cách duy nhất là thử nghiệm các mô hình chân vịt trong bể thử, ở các chế độ làm việc có giá trị J khác nhau, tương ứng với sự phối hợp các giá trị tốc độ tịnh tiến VP và tốc độ quay n của chân vịt mô hình. Do đó, đường đặc tính hoạt động chân vịt thực tế nói trên cũng chỉ được xác định bằng cách duy nhất là tổ chức khảo nghiệm của toàn bộ liên hợp tàu trong điều kiện khai thác thực tế. Như vậy, nếu có đầy đủ số liệu về công suất động cơ N, tốc độ tàu V và tốc độ quay của chân vịt n, có thể xây dựng đựờng đặc tính chân vịt nói riêng và đồ thị vận hành nói chung ở cùng điều kiện đó. Tuy nhiên phương pháp xác định đường đặc tính chân vịt như thế không đơn giản, vì nếu thử nghiệm mô hình trong bể thử nơi có thể chủ động thay đổi tốc độ tịnh tiến và tốc độ quay nhằm tạo ra các chế độ làm việc ứng với giá trị các hệ số tiến chân vịt J tính theo công thức đã cho,thì để xác định đường đặc tính chân vịt trong các điều kiện khai thác thực tế khác nhau, cần tổ chức khảo nghiệm ở nhiều điều kiện mới có thể phối hợp tốc độ tàu với tốc độ quay chân vịt, nhằm tạo ra các chế độ làm việc khác nhau của liên hợp tàu, tương ứng với giá trị hệ số tiến J đã cho trước. Rõ ràng đáp ứng được các yêu cầu nói trên trong điều kiện chạy tàu thực tế không đơn giản, thậm chí không thể thực hiện được, nhất là trong điều kiện kỹ thuật còn hạn chế của nước ta hiện nay. Vì lẽ đó mặc dù phương pháp truyền thống vẫn cho phép xác định đường đặc tính hoạt động
21 chân vịt thực tế nhưng chủ yếu thực hiện trong bể thử mô hình tàu hoặc trong ống khí động mà chưa được áp dụng rộng rãi, do đó cần tìm kiếm phương pháp mới, đơn giản và thuận lợi hơn. Vấn đề đặt ra ở đây là cần phải có các giải pháp khắc phục những khó khăn gặp phải trong việc tổ chức thực nghiệm xác định đường đặc tính thực tế chân vịt như đã được trình bày ở trên đây, nhất là việc phối hợp tốc độ chạy tàu với tốc độ quay chân vịt để đạt được giá trị hệ số tiến J đã cho (2-13). Về mặt toán học nhận thấy, do hệ số tiến được xác định từ cặp giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n nên có thể chủ động tính trực tiếp quan hệ giữa giá trị hệ số momen KQ từ công thức (2-12) theo cặp các giá trị tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n khác nhau và biểu diễn giá trị KQ đã tính dưới dạng các đường KQ = const trong hệ toạ độ (V,n), tạm gọi đường đặc tính hoạt động chi tiết . Như vậy, mặc dù vẫn được suy ra từ đường đặc tính hoạt động nhưng
22 việc xây dựng đường đặc tính chi tiết chân vịt, nhất là đối với chân vịt thực tế lại đơn giản hơn nhiều và quan trọng nhất là có thể thực hiện trong điều kiện chạy tàu vì không cần khảo nghiệm ở nhiều chế độ làm việc mới đạt được giá trị hệ số tiến chế độ làm việc mới đạt được giá trị hệ số tiến chân vịt J đã cho, đồng thời các đại lượng cần thiết như công suất động cơ N, tốc độ tàu V, tốc độ quay chân vịt n đều có thể xác định ở điều kiện chạy tàu thực tế nhờ thiết bị đo. Mặt khác cũng từ công thức (2-13) có thể nhận thấy mối quan hệ toán học giữa hệ số tiến J của chân vịt với giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n có thể biểu diễn theo công thức : V = (JD)n (m/s) (2-18) Biểu thức trên chứng tỏ ở chế độ làm việc của liên hợp đang xét, với giá trị hệ số tiến J chân vịt và tương ứng là giá trị hệ số momen của chân vịt KQ không đổi, mối quan hệ giữa tốc độ chạy tàu và số vòng quay chân vịt dưới dạng các đường KQ = const trong hệ toạ độ (V,n) là chùm đường thẳng đi qua gốc toạ độ O, với hệ số góc k xác định theo biểu thức: K = tg= J D = V/n (2-19) Trong đó (V,n) là cặp giá trị tốc độ tàu và tốc độ quay chân vịt ở chế độ làm việc đang xét. Hình 2.7 là mối quan hệ và cách tính chuyển đường đặc tính hoạt động truyền thống KQ = f(J) sang đường đặc tính hoạt động chi tiết tương ứng của chân vịt dưới dạng các đường KQ= f(V,n).
23 Hình 2.7: Đường đặc tính hoạt động và đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt
24 Xây dựng được đường đặc tính chi tiết thay cho đường đặc tính hoạt động chân vịt truyền thống trong việc tính giá trị hệ số momen ở điều kiện khai thác thực tế, không chỉ làm cho thực nghiệm đơn giản và khả thi hơn nhiều mà còn giảm khối lượng đáng kể công việc và tăng độ chính xác nhiều lần vì lúc này chỉ cần tổ chức khảo nghiệm ở mỗi một chế độ làm việc là có thể xác định được đường đặc tính hoạt động chân vịt chi tiết ở điều kiện thực tế đang xét. Điều quan trọng hơn là khả năng hoàn toàn tổ chức thực nghiệm trong thực tế vì các đại lượng nói ở đây có thể xác định một cách dễ dàng ngay trong quá trình sử dụng và khai thác liên hợp. Tuy nhiên, khó khăn lớn nhất là việc xác định giá trị công suất động cơ đang lắp trên tàu tuy vẫn có thể thực hiện được nhờ thiết bị đo công suất cầm tay nhưng cũng không đơn giản, do đó cần phải có giải pháp khả thi và cụ thể hơn về vấn đề xác định công suất thực tế của động cơ. Nhận thấy, đường đặc tính hoạt động của các chân vịt mô hình thử nghiệm ở trạng thái sạch thường đã được tổng hợp lại trên các đồ thị chung để dùng trong tính toán, thiết kế chân vịt tàu thuỷ, do đó về nguyên tắc có thể lợi dụng kết quả nhận được từ các đồ thị tổng hợp như thế để xây dựng đường đặc tính hoạt động chân vịt sạch và chân vịt bẩn một cách đơn giản và chính xác mà không cần tổ chức khảo nghiệm quá trình hoạt động liên hợp ở các chế độ làm việc khác nhau. Ví dụ về đồ thị dạng tổng hợp như thế là đồ thị thiết kế chân vịt của nhà
25 khoa học người Nga Papmen được xây dựng dựa trên cơ sở các số liệu thực nghiệm của đường đặc tính hoạt động KT-J,KQ-J, nhận được từ kết quả thử nghiệm kéo các mô hình chân vịt nhóm B-Wageninggen ở Liên Xô cũ. Chính từ nhận xét trên chúng tôi nảy sinh ý tưởng xây dựng và so sánh hai hệ thống các đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt ở trạng thái sạch ban đầu và ở trạng thái bẩn thực tế đối với một số tàu cụ thể nhằm mục đích tìm kiếm mối quan hệ toán học giữa hai hệ thống đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt bẩn đơn giản và thuận lợi hơn từ đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch và bẩn đều là những đường thẳng đồng quy tại gốc toạ độ. Với cách đặt vấn đề như thế, tôi đã tiến hành thống kê trên một số tàu cụ thể chạy thử tàu trong điều kiện khai thác thực tế khác nhau để xác định những số liệu cần thiết gồm công suất động cơ N, tốc độ chạy tàu V và số vòng quay chân vịt
26 ở từng chế độ làm việc đang xét. Các đại lượng này thường được xác định bằng thiết bị đo chuyên dụng cầm tay hoặc có trên máy. Kết quả thực nghiệm cho thấy, hai hệ thống đường đặc tính chi tiết của chân vịt sạch và chân vịt bẩn không chỉ là chùm các đường thẳng đi qua gốc của hệ toạ độ (V,n) mà còn nằm trùng khít lên nhau. Điều lưu ý sự trùng nhau nói trên không có nghĩa là giá trị hệ số momen KQ của chân vịt không đổi khi chuyển từ bề mặt sạch sang bề mặt thực tế mà có nghĩa là tại cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n của liên hợp tàu trong điều kiện thực tế, chân vịt thực của tàu nhận giá trị KQ bằng giá trị KQ của chân vịt sạch. Nhưng xác định tại giá trị hệ số tiến chân vịt đang xét tương ứng cặp giá trị tốc độ tàu V và tốc độ quay chân vịt n của liên hợp tàu ở điều kiện thực tế. Nói cách khác, trong điều kiện thực tế, do động cơ trên tàu đã cũ, cùng với chân vịt và vỏ tàu đã bẩn nên cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n của liên hợp tàu sẽ thay đổi so với khi thiết kế, đã làm cho giá trị hệ số KQ của chân vịt thực tế trong liên hợp tàu thay đổi so với chân vịt sạch tương ứng, tuy nhiên có thể tìm được giá trị này trên đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt sạch tương ứng, từ cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n trong liên hợp tàu trong điều kiện thực tế. Có thể giải thích thêm đặc điểm nói trên ở (hình 2.8).
27 Hình 2.8 :Xác định giá trị hệ số KQ của chân vịt thực tế theo đường đặc tính chân vịt sạch tương ứng.
28 Giả sử ban đầu liên hợp tàu đang xét hoạt động ở chế độ định mức khi thiết kế, với giá trị hệ số momen KQH được xác định theo đường đặc tính hoạt động của chi tiết chân vịt sạch, tương ứng với cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n ở chế độ định mức của chân vịt (VH,nH). Còn ở các chế độ làm việc thực tế khác với chế độ làm việc định mức nói trên đây, do ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng nên tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt bị thay đổi đến cặp giá trị mới (V1,n1), tương ứng với giá trị hệ số tiến Jt biểu diễn của chân vịt nằm trong liên hợp tàu. Khi đó, giá trị momen KQ của chân vịt bẩn thay đổi đến giá trị mới KQt có giá trị đúng bằng giá trị xác định theo đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt mô hình hay chân vịt sạch tương ứng, ở cùng một giá trị hệ số tiến J của chân vịt đã trình bày. Như vậy, muốn giữ nguyên giá trị tốc độ tàu định mức VH thì buộc phải tăng giá trị số vòng quay chân vịt từ n1 đến giá trị n2 tương ứng với giá trị hệ số momen KQt của chân vịt bẩn trong điều kiện khai thác thực tế đang xét. Còn nếu giữ nguyên số vòng quay chân vịt như ở chế độ định mức nH thì tốc độ tàu sẽ giảm xuống đến giá trị V2 so với tốc độ tàu ở chế độ định mức VH. Chính nhờ đặc điểm rất quan trọng này mà việc tổ chức thực nghiệm xác định đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt nói chung và giá trị hệ số momen KQ nói riêng trở nên đơn giản hơn nhiều, vì lúc này không cần xác định công suất động cơ mà chỉ cần xác
29 định cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n là hoàn toàn có thể xác định được giá trị hệ số momen KQ của chân vịt thực tế. Tiến hành tương tự cho hệ số lực đẩy chân vịt KT cũng nhận được kết quả tương tự như hệ số momen KQ, cụ thể như sau: - Đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt biểu diễn dưới dạng các đường KT= f(V,n) thể hiện mối quan hệ giữa giá trị lực đẩy KT với cặp giá trị vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n trong hệ toạ độ (V,n) cũng là các đường thẳng đồng quy tại gốc toạ độ O. - Đường đặc tính hoạt động chi tiết dưới dạng các đường KT= f(V,n) của các chân vịt sạch, xác định từ đồ thị tổng hợp các đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt trong điều kiện bẩn tương ứng, trong đó giá trị hệ số lực đẩy KT thực tế sẽ được xác định từ số liệu chạy thử tàu ở điều kiện đang xét theo công thức tổng quát:
30 P 75p NP K T  2  4 (2-20) n 4 DV D 2 P n
31 Kết quả nghiên cứu phương pháp xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt KT, KQ = f(J) dưới dạng đường đặc tính hoạt động chi tiết KT, KQ = f(V,n) có vai trò và ý nghĩa khoa học quan trọng cho phép xây dựng đường đặc tính chân vịt và đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác thực tế, cơ sở giải quyết những bài toán quan trọng hiện vẫn còn tồn tại trong thực tế khai thác liên hợp tàu.