intTypePromotion=1
ADSENSE

Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống khí nén thay thế hệ thống điện-điện tử để điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy

Chia sẻ: Quenchua5 Quenchua5 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

44
lượt xem
0
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống khí nén thay thế hệ thống điện - điện tử để điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy. Hệ thống khí nén thay thế cho hệ thống điện - điện tử phải đảm bảo đầy đủ tính năng điều khiển, chỉ báo bước chân vịt như hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng điện - điện tử. Hệ thống khí nén thay thế đã khắc phục được những nhược điểm của các hệ thống điện - điện tử đang được áp dụng hiện nay trên tàu thủy.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống khí nén thay thế hệ thống điện-điện tử để điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy

  1. JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG KHÍ NÉN THAY THẾ HỆ THỐNG ĐIỆN-ĐIỆN TỬ ĐỂ ĐIỀU KHIỂN TỪ XA BƯỚC CHÂN VỊT TÀU THỦY RESEARCH ON CALCULATION TO DESIGN THE PNEUMATIC SYSTEM TO REPLY ELECTRIC-ELECTROLIC SYSTEM FOR REMOTE CONTROL OF SHIP’S PROPELLER PITCH PHẠM HỮU TÂN*, VŨ ANH TUẤN Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam *Email liên hệ: phamhuutan@vimaru.edu.vn 1. Đặt vấn đề Tóm tắt Bài báo nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống khí Tàu thủy trang bị chân vịt biến bước làm tăng tính nén thay thế hệ thống điện - điện tử để điều khiển cơ động của tàu thủy. Để thay đổi chiều chuyển động từ xa bước chân vịt tàu thủy. Hệ thống khí nén hay tốc độ chuyển động của tàu thủy thì chỉ cần thay thay thế cho hệ thống điện - điện tử phải đảm bảo đổi bước chân vịt theo chiều tiến hay lùi mà không cần đầy đủ tính năng điều khiển, chỉ báo bước chân thay đổi chiều quay hay tốc độ quay của máy chính. vịt như hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt Chính vì vậy mà máy chính của tàu thủy ít phải làm bằng điện - điện tử. Hệ thống khí nén thay thế đã việc ở chế độ khởi động, sẽ giảm được mài mòn các khắc phục được những nhược điểm của các hệ chi tiết, tăng tuổi thọ máy chính của tàu thủy. Thậm thống điện - điện tử đang được áp dụng hiện nay chí trong quá trình thay đổi tốc độ tàu thì máy chính trên tàu thủy. Nhược điểm của các hệ thống điều vẫn được duy trì ở một tốc độ quay định mức nên có khiển từ xa bước chân vịt bằng điện - điện tử là hoạt động kém chính xác trong các môi trường có thể phát huy tốt công suất của máy chính. nhiệt độ, độ ẩm cao, môi trường rung lắc mạnh Tàu thủy trang bị chân vịt biến bước đều được trên tàu thủy. Hệ thống khí nén có ưu điểm là hoạt điều khiển từ xa bước chân vịt từ buồng lái và buồng động an toàn, tin cậy, độ bền cao với giá thành máy của tàu. Điều này giúp thuyền viên chủ động hơn lắp đặt hệ thống thấp. Hệ thống có thể hoạt động trong quá trình điều động tàu. Hệ thống điều khiển từ được trong mọi điều kiện môi trường, thời tiết, xa bước chân vịt trên tàu thủy hiện nay đều là hệ thống khí hậu khắc nghiệt trên tàu thủy. điều khiển bằng điện - điện tử. Hệ thống này có nhược Từ khóa: Chân vịt biến bước, điều khiển từ xa, điểm là làm việc kém ổn định trong môi trường nhiệt Khí nén, bước chân vịt. Abstract độ, độ ẩm cao và điều kiện sóng gió của tàu thủy. Điều The paper goes to research on calculation to design này đang gây khó khăn cho người vận hành, khai thác the pneumatic system to reply electric-electrolic trên tàu thủy. Hệ thống phức tạp đòi hỏi thuyền viên system for remote control of ship’s propeller pitch. phải có trình độ về điện - điện tử. The pneumatic system that replaces the electric- Hiện nay các hệ thống khí nén đang được áp dụng electronic system must ensure full control feature and nhiều để điều khiển từ xa máy chính, nhưng chưa áp pitch propeller indicator as the remote control dụng để điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy. Hệ system of propeller pitch by using electric-electrolic thống điều khiển từ xa tốc độ máy chính hoạt động system. The alternative pneumatic system has overcome the disadvantages of electric-electronic theo nguyên lý tương tự hệ thống điều khiển từ xa systems being applied on ships. The disadvantage of bước chân vịt. Tay điều khiển tốc độ đặt trong buồng the remote control system of propeller pitch by using máy khi thay đổi sẽ làm cho áp suất khí nén tác động electric-electrolic system is that the operation is less vào bộ điều tốc thay đổi, tín hiệu vào bộ điều tốc thay accurate in environments with high temperature, đổi, bộ điều tốc sẽ điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi. humidity, strong vibration environment on ships. The Với điều khiển từ xa bước chân vịt thì tay điều khiển pneumatic system has the advantages of being safe, bước chân vịt thay đổi sẽ có tín hiệu tới mở van điều reliable and durable, with low installation cost. The khiển cấp dầu vào xilanh phụ, piston của xilanh phụ system can operate in all environmental conditions dịch chuyển mở van phân phối dầu vào xilanh dịch and bad weather on ship. bước. Hệ thống thủy lực khi này cũng làm nhiệm vụ Keywords: Variable pitch propeller, remote điều khiển bước chân vịt. Như vậy tín hiệu điều khiển control, pneumatic power, propeller pitch. từ xa bước chân vịt cũng chỉ là điều khiển mở van 10
  2. JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) phân phối dầu vào xilanh dịch bước và cũng chỉ là Nguyên lý điều khiển bước chân vịt như sau: Khi thay đổi tín hiệu vào cho hệ thống thủy lực điều khiển có tín hiệu điều khiển từ buồng lái hay trong buồng bước chân vịt. Theo các tác giả được biết thì cũng máy, tín hiệu sẽ đưa đến một trong hai phía của van chưa có công trình khoa học nào đề cấp tới vấn đề này. điều khiển bằng điện (loại van phân phối 4/3). Giả Chính vì vậy mà việc nghiên cứu tính toán thiết kế thiết tín hiệu điều khiển tăng bước chân vịt theo chiều một hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy tiến, khi này cuộn hút bên trái có điện đẩy van điều bằng khí nén thay thế cho các hệ thống điều khiển khiển sang làm việc ở vị trí bên trái. Dầu điều khiển bằng điện - điện tử là cần thiết. Các hệ thống này dùng được cấp tới khoang bên trái của xilanh phụ, còn dầu cho điều khiển từ xa tốc độ máy chính đã chứng minh ở khoang bên phải của xilanh phụ sẽ được hồi về thấp được tính ưu việt của nó như làm việc ổn định, tin cậy, áp. Piston của xilanh phụ được đẩy sang phải, cần an toàn với độ bền cao. Hệ thống làm việc được cả ACB sẽ xoay quanh điểm B sang phải đẩy van phân trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm rất cao, cả trong phối sang làm việc ở vị trí bên trái. Dầu thủy lực từ điều kiện rung lắc lớn của tàu thủy. Trước tiên bài báo đi giới thiệu qua nguyên lý điều khiển chân vịt biến một trong hai bơm thủy lực có áp lực cao sẽ được cấp bước tàu thủy. tới khoang bên phải của xilanh dịch bước, còn dầu ở khoang bên trái của xilanh dịch bước sẽ được hồi về 2. Nguyên lý điều khiển chân vịt biến bước thấp áp. Piston của xilanh dịch bước dịch sang trái và tàu thủy cần ACB xoay quanh điểm C. Khi bước chân vịt thay Chân vịt biến bước tàu thủy là loại chân vịt có thể đổi đúng theo yêu cầu điều khiển thì cụm phản hồi đưa thay đổi được bước của nó như Hình 1b. Để thay đổi tín hiệu tới bộ điều khiển để xử lý và cuộn hút của van được bước chân vịt thì trong thân chân vịt có bố trí cơ điều khiển mất điện, van trở về vị trí giữa, các đường cấu thay đổi bước chân vịt. Cơ cấu này được nối với dầu vào xilanh phụ được khóa lại. Khi này cần ACB piston của xilanh dịch bước bởi một trục nhỏ (trục lại xoay quanh điểm A đẩy van phân phối về làm việc dịch bước) đặt trong thân của trục chân vịt. Trong trục ở vị trí giữa, khóa các đường dầu tới xilanh dịch bước, này có bố trí các đường dẫn dầu tới hai khoang của xilanh dịch bước bố trí ở phía đầu của thân chân vịt. piston của xilanh dịch bước dừng lại ở vị trí mới và Trục dịch bước nhô ra tại phía đầu tự do của trục bánh bước chân vịt mới được xác lập. răng bị động đặt trong hộp giảm tốc máy chính. Tại Quá trình điều khiển bước chân vịt theo chiều lùi đây bố trí van phân phối dầu thủy lực như Hình 1c. được thực hiện tương tự như điều khiển bước chân vịt Bước chân vịt thay đổi được nhờ một hệ thống thủy theo chiều tiến nhưng trình tự thực hiện thì ngược lại. lực điều khiển bước chân vịt như Hình 1a. Tay điều khiển bước Tay điều khiển bước trên buồng lái trong buồng điều khiển Két dầu trọng lực Xilanh lực Cánh chân vịt Két dầu bôi trơn trục B chân vịt Hộp Củ chân vịt chắn rác Bệ đỡ chặn C Van điều khiển Van điều khiển dầu dịch bước Van phân phối Cơ cấu Cần điều khiển van điều xoay cánh khiển dầu dịch bước Cụm phản hồi Piston của xilanh ống bao Bệ đỡ Phớt dịch bước Bộ làm kín trục chân trung Xilanh phụ điều khiển Van giảm áp A làm kín trục chân vịt vịt gian cổ trục Rơ le áp suất Xilanh phụ a) Thủy lực điều khiển Áp kế Càng điều b) Càng điều Chốt khiển van khiển van A-A A Van điều khiển Chốt B-B dầu dịch bước Các rãnh dầu Van một chiều Bầu làm mát Thanh nối tới ống phân ống phân B B phối dầu xilanh phụ phối dầu Bơm thủy lực số 1 Bơm thủy lực số 2 ống dầu thủy Phanh lực cho điều M M hãm Các đường Van an toàn khiển bước A dầu vào xilanh Phin lọc chân vịt Cần điều ống dầu thủy lực cho điều dịch bước Hộp khởi động khiển van khiển bước chân vịt Hộp khởi động c) Hình 1. Hệ thống điều khiển bước chân vịt bằng điện - thủy lực [2] a) Hệ thống điều khiển bước chân vịt bằng điện - thủy lực. b) Chân vịt biến bước tàu thủy. c) Van phân phối dầu vào xilanh dịch bước. 11
  3. TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST 3. Thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bước thay đổi như sau: Thay xilanh phụ loại thủy lực tác chân vịt bằng khí nén động hai phía bằng xilanh khí nén tác động một phía Các phần tử khí nén được sử dụng để thiết kế hệ như Hình 2a và bỏ hệ thống dầu thủy lực điều khiển. thống điều khiển từ xa bước chân vịt đã được sử dụng Như vậy hệ thống thủy lực điều khiển bước chân vịt rất nhiều trên tàu thủy trong các hệ thống điều khiển từ chỉ còn giữ lại hệ thống thủy lực chính. Thay cụm xa tốc độ máy chính. Qua kiểm nghiệm thực tế đối với phản hồi và chỉ báo bằng điện thành cụm chỉ báo bằng hệ thống điều khiển từ xa tốc độ máy chính thì các phần khí nén kiểu van điều chỉnh áp lực khí nén như Hình tử này hoạt động rất ổn định, chính xác và tin cậy. Các 2b. Cụm phản hồi bây giờ chỉ có chức năng chỉ báo phần tử này có thể hoạt động ổn định trong cả môi bước chân vịt, còn chức năng phản hồi bây giờ do trường khắc nghiệt trên tàu thủy như môi trường có xilanh phụ khí nén đảm nhiệm. Cụm điều khiển từ xa nhiệt độ và độ ẩm cao, thậm chí cả trong môi trường bằng điện trong buồng máy hay trên buồng lái thay nước, môi trường rung lắc mạnh của tàu thủy. bằng cụm điều khiển từ xa bằng khí nén như Hình 2c. Để thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bước Cụm này bao gồm một van điều khiển áp suất khí nén chân vịt bằng khí nén thay cho điều khiển từ xa bằng như Hình 2b, một cần điều khiển mà bên dưới có bố điện - điện tử như hình 1a thì hệ thống phải có những trí cam thay đổi lực tỳ vào van điều khiển để thay đổi Cần điều khiển từ xa Cam điều khiển bước chân vịt van điều khiển AS N AH D TE R EA EA TE AH R N Vít điều chỉnh cam AS D Ty điều chỉnh 0 Gioăng làm kín 0 0 50 500 Van điều 50 505 5 0 0 0 101 10 1000 10 000 1 0 Cán piston Phanh hãm khiển khí Nấm van Lò xo phản hồi nén Phớt làm kín Đường khí nén ra Đường khí nén vào Lò xo Khoang xả Piston Khí điều khiển từ 2-7kG/cm2 Khí điều khiển từ 2-7kG/cm2 Thân xilanh Khí nén phản hồi từ 2-7kG/cm2 Gioăng làm kín Khí nén phản hồi từ 2-7kG/cm2 Nguồn khí nén 30kG/cm2 Nguồn khí nén 30kG/cm2 Bàn điều Piston khiển chân vịt biến Oring bước Lò xo điều chỉnh Đế đỡ lò xo Lỗ xả khí a) b) c) Hình 2. Các phần tử cụm điều khiển từ xa bước chân vịt bằng khí nén a) Xilanh phụ khí nén tác động một phía [3]; b) Van điều khiển khí nén [3]; c) Cụm điều khiển từ xa bằng khí nén. Chốt Xilanh phụ khí Càng điều Xilanh phụ khí khiển van nén điều khiển nén điều khiển Giới hạn Cần điều bước chân khiển van vịt theo Giới hạn Khí nén điều khiển chiều lùi bước chân vịt từ 1-10kG/cm2 theo chiều lùi Vách hộp số Nguồn khí nén ống dầu thủy lực cho điều 30kG/cm2 2 khiển bước chân vịt Khí nén chỉ báo bước từ 0,5-7kG/cm Thiết bị chỉ báo bước chân vịt bằng khí nén a) b) Hình 3. Cách bố trí xilanh phụ khí nén điều khiển bước chân vịt và bố trí cụm chỉ báo bước chân vịt bằng khí nén a) Cách bố trí cụm chỉ báo bước chân vịt bằng khí nén và các vít giới hạn bước chân vịt theo chiều tiến và lùi; b) Cách kết nối xilanh phụ khí nén với van phân phối dầu vào xilanh dịch bước. 12
  4. JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) áp suất cửa ra của van. Trên cụm điều khiển còn có ty của van điều khiển nhiều hơn, van điều khiển sẽ đồng hồ chỉ báo bước chân vịt kiểu áp kế khí nén. điều chỉnh tăng áp suất khí điều khiển cấp tới khoang Sơ đồ hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng bên trái của xilanh phụ, nén lò xo của khoang bên phải khí nén được thiết kế như trên Hình 4. Trong đó phần xilanh phụ lại. Piston của xilanh phụ dịch chuyển sang hệ thống thủy lực điều khiển bước chân vịt vẫn giữ phải điều khiển van phân phối làm việc ở vị trí bên nguyên, chỉ thay đổi phần điều khiển từ xa bằng khí trái của van. Dầu thủy lực từ bơm sẽ được cấp tới nén thay cho điện - điện tử. khoang bên phải của xilanh dịch bước đẩy piston của Nguyên lý hoạt động của hệ thống như sau: Khi xilanh dịch bước dịch chuyển sang trái để tăng bước chưa điều khiển thì tay điều khiển ở buồng lái hoặc chân vịt theo chiều tiến. Khi lực do áp suất khí nén tác buồng máy được đặt ở vị trí “STOP”, mở nguồn khí động lên bên trái piston của xilanh phụ khí nén cân nén cấp tới hệ thống điều khiển. Khởi động một trong bằng với lực do sức căng lò xo tác động lên bên phải hai bơm thủy lực số 1 hoặc số 2. Khi chưa có tín hiệu piston của xilanh phụ thì piston của xilanh phụ dừng điều khiển thì van phân phối dầu vào xilanh dịch bước lại. Van phân phối bị kéo về vị trí giữa, khóa đường ở vị trí giữa, khóa dầu cấp tới xilanh dịch bước, còn dầu vào xilanh dịch bước. Khi này piston của xilanh dầu từ bơm thủy lực sẽ đi tắt qua van phân phối về dịch bước sẽ dừng lại xác lập một bước chân vịt mới thấp áp. theo chiều tiến. Khi piston của xilanh phụ dịch chuyển Khi điều khiển bước chân vịt trong buồng máy van thì cam gắn tại vị trí điểm A cũng xoay làm lực tỳ lên chuyển đổi vị trí điều khiển được chuyển sang vị trí ty của cụm chỉ báo cũng tăng lên, áp suất khí nén đưa điều khiển tại buồng máy. Nếu điều khiển bước chân tới đồng hồ chỉ báo bước cũng tăng lên thể hiện bước vịt theo chiều tiến thì tay điều khiển bước chân vịt chân vịt tăng theo chiều tiến. được đẩy sang chiều tiến “AHEAD”. Khi này cam Đối với các hệ thống, thiết bị trên tàu thủy khi điều khiển gắn ở phía dưới của tay điều khiển sẽ tỳ lên muốn hoán cải phải tuân thủ theo tiêu chuẩn của Cụm điều khiển Cụm điều khiển bước Mạch khí nén điều khiển bước trên buồng lái trong buồng điều khiển Mạch thủy lực dịch bước chân vịt AS AS AS AS D TE D TE D TE D TE EA R EA R EA R EA R AH 0 N AH 0 50 N AH 0 N AH 0 50 N 50 50 50 50 50 50 0 10 0 0 10 0 Xilanh lực 10 10 10 10 10 10 0 0 0 0 B Khí điều khiển từ 1-10kG/cm2 Nguồn khí nén 30kG/cm2 C Van phân phối Van chuyển đổi A vị trí điều khiển Xilanh phụ Khí nén chỉ báo bước 0,5-7kG/cm2 Van một Bầu làm Bơm thủy chiều Bơm thủy mát lực số 1 lực số 2 Van an toàn M M Phin lọc Hình 4. Hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng khí nén 13
  5. TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST SOLAS 74 của IMO và của QCVN 64: 2015/BGTVT- Lực để xoay cần điều khiển van phân phối Fx được Quy chuẩn Quốc gia về sản phẩm công nghiệp dùng xác định theo công thức sau: cho tàu biển. Các hệ thống khí nén trước khi được lắp M xoay M ms (3) Fx   đặt lên tàu thủy phải được thử thỏa mãn độ an toàn R R của hệ thống, các tính năng điều khiển và các điều Từ Hình 5b và theo tài liệu [4, 5, 6] thì sức căng lò kiện môi trường trên tàu thủy. Khi kết quả thử nghiệm xo ban đầu (F0lx) khi lò xo đẩy piston của xilanh phụ đáp ứng được các tính năng trên và có chứng nhận của sang trái ứng với bước chân vịt ở vị trí lùi tối đa được đăng kiểm thì mới được phép lắp đặt lên tàu thủy. Để xác định theo công thức: thiết kế được thành công hệ thống khí nén thay thế cho F0lx=C0.x0 (4) hệ thống điện - điện tử điều khiển từ xa bước chân vịt Lực lò xo ban đầu phải lớn hơn lực xoay cần điều thì áp suất khí điều khiển tối thiểu pmin, áp suất khí nén khiển van phân phối dầu vào xilanh dịch bước. Như điều khiển cực đại tối đa pmax và kích thước xilanh phụ vậy để lò xo có thể đẩy dứt khoát piston của xilanh trong hệ thống khí nén phải được tính toán thiết kế dịch bước ta có thể lấy F0lx= 4 Fx [6]. một cách hoàn chỉnh. Các thiết bị khác như van điều Từ đó: chỉnh áp lực khí nén và áp kế khí nén để chỉ báo bước M ms chân vịt sẽ lựa chọn theo các thông số pmin và pmax. C0  4 R.x0 (5) 4. Thiết lập các công thức tính toán thiết kế hệ thống khí nén điều khiển từ xa bước chân vịt Áp suất khí nén ban đầu pmin tạo ra lực cân bằng với lực lò xo ban đầu tức là Fmin= F0lx , từ đây ta có Hình 5 giới thiệu sơ đồ để tính toán thiết kế hệ thể xác định được áp suất khí nén điều khiển ban đầu thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng khí nén. pmin là: Hình 5a là sơ đồ tính toán mô men xoay cần điều khiển van phân phối dầu vào xilanh dịch bước. M ms pmin  16 (6) Hình 5b là sơ đồ tính toán thiết kế xilanh khí nén. R. D12 Từ sơ đồ Hình 5a và theo tài liệu [4, 5, 6], mômen Lực lò xo khi bị nén tối đa Flxmax tương đương với ma sát của cụm cần điều khiển và van cấp dầu vào vị trí piston của xilanh dịch bước bị đẩy sang phải tối xilanh dịch bước được xác định theo công thức sau: đa. Vị trí này là vị trí mà bước chân vịt tiến tối đa ứng  ..R12 với khoảng dịch chuyển tối đa Smax của piston dịch M ms  2.0,153. .d1 .L21 . h12 bước chân vịt. (1)  ..R12  Sm a .xR  (7) 2.0,153. .d1 .L . 2 3 Flx m a x C . 0 x  0  h12  R1   d 22 .L5  .  . 2 2.h2 Áp suất khí nén điều khiển cực đại cấp vào xilanh d2 phụ khí nén pmax được xác định như sau: Hay: 4  S .R  pmax  C0 .  x 0  max  (8)  d .R d  2 3  D12  R1  M ms   .. 0,306(L21  L23 ) 1 2  L5 . 1 2 (2)   h1 4h2  A2 Van phân phối dầu vào Ổ đỡ cần điều Flx xilanh dịch bước khiển van pmin D1 D2 Stop Fx d1 p1 d2 b x Full Full d Oring làm kín Lxl astern ahea L5 L1 L2 L3 L4 L3 L2 L1 a) b) Hình 5. Sơ đồ tính toán thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy bằng khí nén a) Sơ đồ tính toán mômen xoay cần điều khiển van phân phối dầu vào xilanh dịch bước; b) Sơ đồ tính toán thiết kế xilanh khí nén. 14
  6. JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) Chiều dài tổng của lò xo được xác định theo công trí tiếp xúc (m); thức sau [6]: L5 - là chiều dài bề mặt tiếp xúc của ổ đỡ trục cần điều khiển (m);  S .R   d  Llx   x0  max  1  lx  (9)  - tốc độ góc xoay trục điều khiển van phân phối  R1  t lx  (rad/s); Trong đó: Mxoay - Mômen xoay cần điều khiển van phân phối d1 - đường kính cổ trục van phân phối dầu vào dầu vào xilanh dịch bước (Nm); xilanh dịch bước (m); R - Cánh tay đòn tính từ tâm trục điều khiển van d2 - đường kính trục cần điều khiển tại vị trí ổ đỡ (m); phân phối đến ví trí kết nối với xilanh phụ khí nén; h1 - khe hở giữa trục và vỏ van phân phối dầu (m); R1 - Cánh tay đòn tính từ tâm van phân phối đến h2 - khe hở giữa trục và vỏ ổ đỡ cần điều khiển (m); tâm trục điều khiển van phân phối; Smax là hành trình cực đại của piston trong xilanh  - độ nhớt động lực học của dầu thủy lực (Pa.s, dịch bước chân vịt (m); N.s/m2); dlx - đường kính dây lò xo (m); L1, L3 - chiều dài cổ trục của van phân phối tại vị tlx - bước lò xo. Bảng 1. Các thông số kết cấu hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng khí nén d1 d2 R R1 L1 L3 L5 x0 h1 h2 Smax (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 0,1 0,03 0,3 0,3 0,03 0,02 0,04 0,05 0,1.10-3 0,15.10-3 0,24 Bảng 2. Các thông số tính toán thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng khí nén Mms C0 pmin pmax Llx D1 D2 b Lxl Lcán (Nm) (N/m) (N/m2) (N/m2) (m) (m) (m) (m) (m) (m) 135 36000 1,6.105 8,0.105 0,3 0,12 0,01 0,04 0,28 0,38 Engine power (kW) MCR (maximum continuous rating) 5500 A 14.5Knots 5000 4750 B 4500 14.0Knots 1- Đường đặc tính thay đổi bước chân vịt 1- Đường đặc tính điều chỉnh khi H/D =0,9 0 =1. max khi H/D =0,9 Vị trí ĐK Pđk max 13.5Knots 2- Đường đặc tính điều chỉnh khi H/D=0,85 Pcb bước H/D 4000 Engine load limit 2- Đường đặc tính thay đổi bước chân vịt kG/cm2 H/D kG/cm2 0.9 1 khi H/D=0,85 13.0Knots 0.8 H/Dmax=0.9 H/D=0.85 3500 A 2 B’ A 8.0 Full Ahead 5.0 B 7.2 B’ B 3000 12.0Knots 6.4 D Haft 4.0 D 1 EA 0.7 EA 2 11.0Knots 5.6 AH AH 2500 4.8 3.0 Stop RN 0.6 10.0Knots TE 4.0 RN AS TE 5 2000 H/D=0.85 H/D=0.85 3.2 0. 9.0Knots H/Dmax=0.9 AS 2.0 Haft H/Dmax=0.9 F’ 2.4 F H/D E F 1.6 H/D E 1.0 Full Astern H/D 1500 F’ 4 Vị trí ĐK Vị trí ĐK ASTERN AHEAD 0. Full Haft Stop Haft Full 0.9 0.7 0.5 0.2 0 0.2 0.5 0.7 0.9 1000 Synchronous (Hmax) (Hmax) speed H/Dmax=0.9 H/D=0.85 120 130 140 150160 170 180 190 200 Propeller speed (RPM) a) b) c) Hình 6. Đặc tính động cơ lai chân vịt biến bước và các đặc tính điều khiển bước a) Đặc tính động cơ lai chân vịt biến bước của tàu có công suất máy chính 5000 kW [1]; b) Đặc tính điều khiển bước chân vịt bằng khí nén [2,3]; c) Đặc tính chỉ báo bước chân vịt bằng khí nén [2,3]. 15
  7. TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) JMST Engine power (kW) MCR (maximum continuous rating) 5500 5000 14.5Knots 4750 B 4500 14.0Knots 2- Đường đặc tính thay đổi bước chân vịt 0 =1. 2- Đường đặc tính điều chỉnh khi H/D =0,7 SC khi H/D =0,7 Vị trí ĐK 13.5Knots Pđk Pcb bước SC H/D 4000Engine load limit 1- Đường đặc tính điều chỉnh khi H/D =0,85 1- Đường đặc tính thay đổi bước chân vịt kG/cm2 H/D KT kG/cm2 0.9 13.0Knots 0.8 khi H/D =0,85 H/DKT=0.85 1 KT 3500 H/DSC=0.7 8.0 B’ Full Ahead 5.0 2 C’ B 3250 C C 12.0Knots 7.2 C’ C 3000 D 0.7 6.4 D Haft 4.0 EA 2 EA 1 2500 11.0Knots 5.6 AH AH 4.8 3.0 0.6 N H/DSC=0.7 Stop H/DSC=0.7 10.0Knots R 5 TE 4.0 RN 2000 0. AS 3.2 H/DKT=0.85 TE H/DKT=0.85 9.0Knots H AS 2.0 Haft H’ 2.4 1500 H/D G H 1.6 H/D G 1.0 Full Astern H/D 4 H’ 0. Synchronous Vị trí ĐK Full Haft Stop Haft Full Vị trí ĐK ASTERN 0.85 0.7 0.5 0.2 0 0.2 0.5 0.7 0.85 AHEAD 1000 (HKT) (HKT) 120 130 140 150160 170 180 190 200 speed H/DSC=0.7 H/DKT=0.85 Propeller speed (RPM) a) b) c) Hình 7. Đặc tính động cơ lai chân vịt biến bước và các đặc tính điều khiển bước khi cần giảm công suất khai thác của máy chính a) Đặc tính động cơ lai chân vịt biến bước khi giảm công suất máy chính [1] b) Sơ đồ điều chỉnh lại đặc tính điều khiển bước chân vịt bằng khí nén [2,3]; c) Sơ đồ điều chỉnh lại đặc tính chỉ báo bước chân vịt bằng khí nén [2,3]. 4. Kết quả tính toán tác của máy chính lai chân vịt Hình 6a, điểm công tác hợp lý trong khai thác của máy chính là điểm B trên đồ Xét cụ thể cho một nhóm tàu có công suất định thị [1]. Điểm B có thông số công tác của động cơ là: mức của máy chính là 5.000kW, vòng quay định NeKT = 4.750kW, vòng quay chân vịt ncv = 185v/p, tốc mức của chân vịt là 185v/p. Các thông số kết cấu độ tàu đạt vtàu = 14,25 knots, với tỷ số H/D = 0,85. của cụm điều khiển van phân phối dầu vào xilanh Việc hiệu chỉnh đặc tính điều khiển từ xa bước dịch bước được cho trong Bảng 1. chân vịt được thực hiện như sau: Trước tiên bước chân Đối với hệ thống khí nén điều khiển từ xa bước vịt theo chiều tiến và lùi phải được cố định bởi các vít chân vịt thì việc tính toán thiết kế các thiết bị quan giới hạn bước chân vịt như Hình 3a. Khởi động bơm trọng nhất là tính toán thiết kế xilanh khí nén, áp suất thủy lực điều khiển bước chân vịt và chuyển van khí điều khiển tối thiểu pmin và áp suất khí điều khiển chuyển đổi sang điều khiển tại buồng lái hoặc buồng tối đa pmax. Các thiết bị khác như van điều chỉnh áp máy. Sau đó căn cứ vào sơ đồ đặc tính điều khiển Hình lực, áp kế chỉ báo bước sẽ được chọn theo áp suất pmin 6b, tay điều khiển được đẩy về vị trí “FULL và pmax. Các thiết bị sau khi đã được tính chọn sẽ order ASTERN”. Nới các vít hãm cam điều khiển dưới tay của các hãng cung cấp thiết bị có có uy tín trên thế điều khiển, hiệu chỉnh phía bên phải của cam cho tỳ giới để cung cấp các thiết bị khí nén. vào van điều khiển khí nén sao cho piston của xilanh Trên cơ sở các công thức trên, tác giả đã sử dụng phụ được đẩy về vị trí lùi hết của bước chân vịt, tức là phần mềm Visual basic để tính toán các thông số thiết cần nối với cán piston của xilanh phụ khí nén tỳ vào kế hệ thống khí nén điều khiển từ xa bước chân vịt. đầu vít giới hạn bước theo chiều lùi. Tiếp tục đẩy tay Kết quả tính toán được thể hiện trong Bảng 2. điều khiển từ xa bước chân vịt về vị trí hết tiến “FULL 6. Hiệu chỉnh bước chân vịt tàu thủy AHEAD”, hiệu chỉnh phía bên trái của cam cho tỳ vào Ta xét cho nhóm tàu có công suất máy chính như van điều khiển sao cho piston của xilanh phụ khí nén tính toán ở trên. Từ Bảng 2 ta xác định được các thông được đẩy về vị trí hết tiến của bước chân vịt, tức là số áp suất pmin và pmax tương ứng với bước chân vịt cần nối với cán piston của xilanh phụ khí nén tỳ vào cực đại (Hmax) theo chiều tiến và lùi. Các đường đặc đầu vít giới hạn bước theo chiều tiến. Sau đó đưa tay tính điều khiển và chỉ báo bước chân vịt là các đường điều khiển từ xa về vị trí “stop” là vị trí bước chân vịt (1) trên Hình 6b, c. bằng “0”. Đường đặc tính điều khiển trong trường hợp Tuy nhiên với bước chân vịt giãn hết cỡ (Hmax) theo này sẽ làm việc theo đường (2) trên Hình 6b. cả hai chiều này thì máy chính sẽ bị quá tải công suất. Chỉnh định chỉ báo bước chân vịt được thực hiện Trong thực tế thì bước chân vịt (H < Hmax) để tránh cho như sau: Van chuyển đổi vị trí điều khiển được chuyển máy chính làm việc bị quá tải. Từ đồ thị đặc tính công được đẩy sang vị trí “FULL ASTERN”. Nới các vít 16
  8. JMST TẠP CHÍ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI Số - 62 (04/2020) JOURNAL OF MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY (ISSN: 1859-316X) hãm cam điều khiển dưới tay điều khiển, hiệu chỉnh TÀI LIỆU THAM KHẢO phía bên trái của cam cho tỳ vào van điều khiển khí nén [1] Lương Công Nhớ, Đặng Văn Tuấn. “Khai thác sao cho kim chỉ báo bước chỉ về vị trí “FULL ASTERN” hệ động lực tàu thủy”, NXB Giao thông vận tải, thì dừng lại. Tay điều khiển tiếp tục được đẩy sang vị Hà Nội 1995. trí “FULL AHEAD”, hiệu chỉnh phía bên phải của cam [2] TS. Phạm Hữu Tân “Máy phụ tàu thủy tập 2”, cho tỳ vào van điều khiển sao cho kim chỉ báo bước NXB Giao thông vận tải, Hà Nội 2012. chân vịt dịch chuyển đến vị trí “FULL AHEAD” thì [3] TS. Phạm Hữu Tân “Máy phụ tàu thủy tập 1, NXB dừng lại. Sau tay điều khiển được đưa về vị trí “stop” Giao thông vận tải, Hà Nội 2012. và kim chỉ báo bước chân vịt chỉ “0” là được. Khóa chặt [4] Vương Thành Tiên “Cơ kỹ thuật”. NXB Đại học tất cả các vít hãm của cam điều khiển và cam chỉ báo Nông Lâm TP. Hồ Chí Minh, TP. Hồ Chí Minh bước chân vịt. Đặc tính chỉ báo bước chân vịt bây giờ 2013. làm việc theo đường (2) trên đồ thị Hình 6c. [5] PGS.TS. Trần Doãn Ý “Ma sát - Mài mòn - Bôi Khi máy chính bị suy giảm công suất, bước chân trơn”, NXB Xây dựng, Hà Nội 2005. vịt trong trường hợp này cần phải được điều chỉnh [6] TCVN 2020-77TCVN 2030-77. giảm để máy chính hoạt động an toàn. Quá trình hiệu chỉnh bước chân vịt cũng được tiến hành theo các bước trên. Quá trình hiệu chỉnh bước chân vịt được Ngày nhận bài: 19/02/2020 thể hiện như trên Hình 7. Ngày nhận bản sửa: 27/02/2020 7. Kết luận Ngày duyệt đăng: 10/03/2020 Hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy bằng khí nén đã được tính toán thiết kế một cách hoàn chỉnh và đã tính toán cho một nhóm tàu cụ thể. Các thiết bị sử dụng trong hệ thống đã được kiểm nghiệm thông qua các hệ thống điều khiển từ xa tốc độ máy chính nên đã chứng tỏ được khả năng hoạt động ổn định và tin cậy của hệ thống. Hệ thống đã khắc phục được những nhược điểm của hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng điện - điện tử là có thể làm việc được trong môi trường có nhiệt độ và độ ẩm cao, môi trường có rung động mạnh và các môi trường hoạt động khắc nghiệt khác của tàu thủy. Hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt bằng khí nén có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ với độ bền cao. Hệ thống bảo dưỡng đơn giản vì các phần tử trong hệ thống đều là các phần tử khí nén có vật liệu chế tạo với độ bền cao. Điều này đã được kiểm nghiệm thông qua các hệ thống điều khiển từ xa tốc độ máy chính. Nếu hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy bằng khí nén được chế tạo và được thử nghiệm đầy đủ các thông số kỹ thuật của hệ thống và tính năng về môi trường, khi được đăng kiểm chấp nhận thì hệ thống có thể được áp dụng lên tàu thủy thì sẽ tăng cường nội địa hóa được các trạng thiết bị cho ngành đóng tàu. Bài báo là sản phẩm công bố kết quả nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu khoa học cấp Trường năm học 2019-2020: “Nghiên cứu tính toán thiết kế hệ thống điều khiển từ xa bước chân vịt tàu thủy bằng khí nén”. 17
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2