NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG CỦA
Ổ ĐỠ ỐNG BAO TRỤC CHÂN VỊT
1. KHÁI QUÁT
Ổ đỡ ống bao trục chân vịt là một bộ phận quan trọng trong hệ thống truyền
động của tàu thủy. Ổ đỡ có nhiệm vụ đỡ và định tâm trục chân vịt, giúp trục
quay ổn định, đồng thời truyền tải trọng từ hệ trục đến kết cấu thân tàu.
Ổ đỡ thường được bố trí bên trong ống bao trục chân vịt (stern tube), tại
khu vực phía đuôi tàu. Trong quá trình khai thác, ổ đỡ phải chịu tải trọng
hướng kính, lực do trọng lượng hệ trục, lực thủy động từ chân vịt và các tải
trọng dao động phát sinh khi tàu hoạt động.
Hệ thống ổ đỡ phải bảo đảm:
Trục chân vịt quay ổn định.
Giảm ma sát và mài mòn.
Hạn chế rung động.
Duy trì độ đồng tâm của hệ trục.
Truyền tải trọng an toàn đến thân tàu.
Làm việc tin cậy trong thời gian dài.
2. CẤU TẠO CƠ BẢN
Một hệ thống ổ đỡ ống bao trục chân vịt thường gồm:
1. Ống bao trục.
2. Bạc đỡ.
3. Trục chân vịt.
4. Vỏ ổ đỡ hoặc thân ổ.
5. Hệ thống bôi trơn hoặc làm mát.
6. Phớt kín nước/dầu.
7. Các thiết bị đo nhiệt độ và tình trạng ổ đỡ.
Sơ đồ nguyên lý
Động cơ chính → Hệ trục → Trục chân vịt → Chân vịt
Tại khu vực đuôi tàu:
Trục chân vịt → Bạc đỡ → Ống bao trục → Kết cấu thân tàu
Ổ đỡ tạo ra bề mặt đỡ cho trục và duy trì vị trí của trục trong ống bao.
3. CHỨC NĂNG CỦA Ổ ĐỠ
3.1. Đỡ trục chân vịt
Trục chân vịt có khối lượng lớn và có thể có chiều dài đáng kể. Nếu không có
ổ đỡ, trục sẽ bị võng và không thể quay ổn định.
Ổ đỡ phân bố tải trọng của trục lên kết cấu thân tàu.
3.2. Duy trì vị trí của trục
Trong quá trình quay, trục phải được duy trì trong phạm vi vị trí cho phép.
Ổ đỡ giúp hạn chế:
Chuyển vị hướng kính.
Dao động của trục.
Độ võng quá mức.
3.3. Giảm ma sát
Khi trục quay, giữa trục và bạc đỡ tồn tại chuyển động tương đối.
Bề mặt ổ đỡ được thiết kế để giảm ma sát và hạn chế mài mòn.
3.4. Giảm rung động
Ổ đỡ có độ cứng và đặc tính giảm chấn nhất định, góp phần hạn chế rung
động của hệ trục.
Ổ đỡ bị mòn hoặc làm việc không đúng điều kiện có thể làm tăng rung động
của hệ thống đẩy.
4. NGUYÊN TẮC HOẠT ĐỘNG
Nguyên tắc làm việc của ổ đỡ phụ thuộc vào loại ổ và hệ thống bôi trơn.
Khi động cơ truyền mômen đến hệ trục, trục chân vịt quay trong bạc đỡ.
Trong điều kiện bôi trơn thích hợp, giữa bề mặt trục và bạc đỡ hình thành một
lớp chất bôi trơn.
Lớp này có tác dụng:
Giảm tiếp xúc trực tiếp giữa hai bề mặt.
Giảm hệ số ma sát.
Giảm nhiệt sinh ra do ma sát.
Hạn chế mài mòn.
Hỗ trợ tải trọng của trục.
Đối với ổ đỡ thủy động, khi trục quay, chuyển động của trục kéo chất bôi trơn
vào khe hở giữa trục và bạc. Áp suất trong lớp màng bôi trơn được hình thành
và tạo khả năng nâng đỡ trục.
5. NGUYÊN LÝ BÔI TRƠN
5.1. Bôi trơn bằng dầu
Một số hệ thống ống bao sử dụng dầu làm môi chất bôi trơn.
Dầu có nhiệm vụ:
Bôi trơn bề mặt ổ.
Làm mát.
Giảm ma sát.
Hỗ trợ bảo vệ bề mặt kim loại.
Hệ thống thường có:
Két dầu.
Bơm dầu.
Đường cấp dầu.
Đường hồi dầu.
Bộ lọc.
Thiết bị kiểm tra nhiệt độ và áp suất.
5.2. Bôi trơn bằng nước
Một số hệ thống ổ đỡ sử dụng nước làm môi chất bôi trơn.
Trong hệ thống này, nước có thể vừa thực hiện chức năng bôi trơn vừa làm
mát.
Vật liệu bạc đỡ phải phù hợp với môi trường nước và điều kiện làm việc của
hệ thống.
6. CÁC CHẾ ĐỘ BÔI TRƠN
6.1. Bôi trơn biên
Hai bề mặt vẫn có mức độ tiếp xúc đáng kể.
Ma sát và mài mòn tương đối lớn.
Chế độ này thường xuất hiện khi:
Tốc độ quay thấp.
Khởi động.
Dừng máy.
Lớp bôi trơn chưa hình thành đầy đủ.
6.2. Bôi trơn hỗn hợp
Một phần tải được truyền qua màng bôi trơn và một phần qua tiếp xúc giữa
các bề mặt.
6.3. Bôi trơn thủy động
Khi trục đạt tốc độ phù hợp, màng chất lỏng có thể hình thành giữa trục và
bạc.
Khi đó, hai bề mặt được tách biệt đáng kể bởi lớp chất lỏng.
Đây là trạng thái làm việc mong muốn đối với nhiều loại ổ đỡ thủy động.
7. QUÁ TRÌNH HÌNH THÀNH MÀNG BÔI TRƠN
Giả sử trục nằm hơi lệch so với tâm bạc.
Khi trục bắt đầu quay, chất bôi trơn bị kéo vào vùng khe hẹp.
Do hình dạng khe hở và chuyển động của trục, áp suất trong lớp chất lỏng
tăng lên.
Áp suất này tạo lực nâng giúp đỡ trục.
Có thể mô tả đơn giản:
Chuyển động quay → kéo chất bôi trơn → hình thành áp suất → tạo
màng bôi trơn → đỡ trục
Độ dày màng bôi trơn phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
Tốc độ quay.
Độ nhớt chất bôi trơn.
Tải trọng.
Khe hở ổ.
Nhiệt độ.
Điều kiện bề mặt.
8. TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN Ổ ĐỠ
Ổ đỡ ống bao trục chân vịt có thể chịu nhiều loại tải.
8.1. Tải trọng do trọng lượng hệ trục
Trọng lượng của trục chân vịt và các bộ phận liên quan tạo tải hướng kính lên
các ổ đỡ.
8.2. Tải trọng từ chân vịt
Trong quá trình hoạt động, chân vịt tạo lực đẩy và các lực thủy động.
Các lực này có thể gây tải động lên hệ trục và ổ đỡ.
8.3. Tải trọng do rung động
Dao động của hệ trục có thể làm thay đổi tải trọng tác dụng lên ổ theo thời
gian.
9. ẢNH HƯỞNG CỦA KHE HỞ Ổ ĐỠ
Khe hở giữa trục và bạc đỡ là một thông số quan trọng.
Khe hở quá nhỏ
Có thể gây:
Tăng ma sát.
Tăng nhiệt độ.
Giảm khả năng hình thành màng bôi trơn.
Tăng nguy cơ bó kẹt.
Khe hở quá lớn
Có thể gây:
Tăng chuyển vị trục.
Tăng rung động.
Giảm khả năng định tâm.
Tăng tải động.
Mài mòn không đều.
Vì vậy, khe hở phải được kiểm soát theo thiết kế và yêu cầu của nhà chế tạo.
10. VẬT LIỆU BẠC ĐỠ
Vật liệu bạc đỡ phải có khả năng chịu tải, chống mài mòn và phù hợp với môi
trường làm việc.
Một số vật liệu có thể được sử dụng gồm:
Hợp kim kim loại.
Vật liệu composite.
Cao su kỹ thuật.
Vật liệu polymer.
Vật liệu chịu nước chuyên dụng.
Việc lựa chọn vật liệu phụ thuộc vào:
Loại hệ thống bôi trơn.
Tốc độ quay.
Tải trọng.