›
›

Giáo trình Hệ thống động lực – Ngành máy tàu thủy

pdf 44 trang ngocly 30
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Hệ thống động lực – Ngành máy tàu thủy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfgiao_trinh_he_thong_dong_luc_nganh_may_tau_thuy.pdf

Nội dung text: Giáo trình Hệ thống động lực – Ngành máy tàu thủy

  1. Giáo trình hệ thống động lực – ngành máy tàu thủy
  2. CHƯƠNG 1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN VÀ CƠ SỞ THIẾT KẾ 1.1. KHÁI NIỆM CƠ BẢN Hệ thống động lực là một hệ thống thiết bị bao gồm thiết bị đẩy tàu, thiết bị động lực phụ bảo đảm năng lực hoạt động của tàu và thiết bị đảm bảo đời sống, sinh hoạt của thuyền viên. Tổng hợp các thiết bị trên có thể phân chia thành các hệ thống sau: 1.1.1. Hệ thiết bị đẩy tàu Hệ thiết bị đẩy tàu là một hệ thống các thiết bị có nhiệm vụ bảo đảm tốc độ, phương hướng cho tàu hoạt động, bao gồm các bộ phận sau: Động cơ chính: Nhiệm vụ của động cơ chính là tạo nên lực để đẩy tàu. Động cơ chính có thể là động cơ hơi nước, tua bin hơi, tua bin khí, diesel, động cơ piston tự do, máy phát điện và động cơ điện. Thiết bị đẩy: Thường dùng các loại thiết bị đẩy như guồng quay, chong chóng, chân vịt, thiết bị đẩy kiểu phụt Trong các loại thiết bị đẩy, chong chóng là loại thiết bị đẩy được dùng phổ biến nhất. Thiết bị truyền động: Thiết bị truyền động có nhiệm vụ tiếp nhận công suất từ động cơ chính truyền cho thiết bị đẩy để tạo nên lực đẩy tàu. Thiết bị truyền động thường bao gồm: hệ trục tàu thủy, bộ giảm tốc, các thiết bị nối trục, các thiết bị chuyên môn truyền dẫn điện và các thiết bị phục vụ cho thiết bị truyền động. Nồi hơi chính: Nồi hơi chính có nhiệm vụ cung cấp hơi nước làm công chất cho máy hơi, tua bin hơi và các máy móc phụ. Thiết bị tải công chất: Nhiệm vụ của thiết bị tải công chất là tải hơi nước, khí cháy đến động cơ chính, động cơ phụ, bao gồm các hệ thống ống hơi, ống khí cháy 1.1.2. Thiết bị phụ Thiết bị phụ có nhiệm vụ cung cấp công chất cho tàu lúc hành trình, tác nghiệp, sinh hoạt và dự trữ, bao gồm các bộ phận sau: Tổ máy phát điện: Có nhiệm vụ cung cấp điện cho toàn tàu, nếu hệ động lực của tàu là điện truyền động thì phải có hệ thống máy phát và động cơ điện riêng. Hệ thống khí cao áp: Nhiệm vụ của hệ thống khí cao áp là cung cấp không khí cao áp cho tàu dùng để khởi động động cơ, dùng trong công tác sửa chữa, tự động hoá Hệ thống bao gồm máy nén khí, bình chứa không khí cao áp, đường ống dẫn không khí và các loại van giảm áp Hệ thống nước cao áp: Dùng trong sinh hoạt, vệ sinh (và bao gồm cả hệ thống chữa cháy bằng nước cao áp). Trang:1
  3. Nồi hơi phụ: Nồi hơi phụ có nhiệm vụ cung cấp hơi nước có áp suất thích hợp cho các hệ thống hâm, sấy, sưởi ấm, nước dùng trong sinh hoạt hàng ngày. Hơi nước của nồi hơi phụ không dùng làm công chất cho động cơ chính. 1.1.3. Thiết bị đảm bảo an toàn trên tàu Thiết bị đảm bảo an toàn có nhiệm vụ phòng chống những sự cố xảy ra trên tàu, đảm bảo cho tàu hoạt động được an toàn. Bao gồm những hệ thống thiết bị sau: – Hệ thống rút nước, xả nước bẩn, hệ thống dằn tàu và cân bằng tàu. – Phòng cháy và các sự cố khác, bao gồm: hệ thống không khí lạnh; hệ thống hơi xả; hệ thống phun sương; hệ thống nước phòng cháy; hơi phòng cháy; phòng cháy bằng hóa học, hệ thống khí trơ – Thiết bị phòng ngộ độc cá nhân và tập thể. – Thiết bị sửa chữa đột xuất gồm sửa chữa trên tàu, phần dưới nước các phụ tùng và vật liệu thay thế. 1.1.4. Thiết bị sinh hoạt Là những thiết bị đảm bảo đời sống cho thuyền viên và hành khách trên tàu, bao gồm: hệ thống thông gió, sưởi ấm, vệ sinh, làm mát, làm lạnh và điều hòa không khí 1.1.5. Thiết bị tàu Thiết bị tàu bè bao gồm thiết bị neo, lái, thiết bị chằng buộc bốc dỡ hàng, thiết bị cứu sinh và các thiết bị quân dụng đặc biệt. Nếu xét về tính chất và nhiệm vụ của các thiết bị thì thiết bị cơ giới trên tàu thủy được phân chia thành bảy loại lớn sau: – Cơ giới động lực ( cung cấp công cho tàu) bao gồm động cơ chính, động cơ phụ, nồi hơi máy phát điện, động cơ điện. – Cơ giới công tác bao gồm thiết bị đẩy tàu, bơm, máy nén. – Thiết bị truyền động giữa cơ giới động lực và cơ giới công tác bao gồm hệ trục, hộp số, các khớp nối, các loại dây điện, đường ống – Thiết bị dự trữ dầu nhờn, dầu nhiên liệu, không khí và nước bao gồm các bầu lọc, bộ phận phân ly và các thiết bị lắng, lọc khác. – Thiết bị tải công chất bao gồm đường ống và các loại van. – Thiết bị trao đổi nhiệt bao gồm các bộ phận hâm nóng, làm mát Trang:2
  4. 1.2. CÁC CHỈ TIÊU ĐÁNH GIÁ HỆ ĐỘNG LỰC 1.2.1. Chỉ tiêu kỹ thuật 1– Chỉ tiêu công suất Đây là một trong những chỉ tiêu cơ bản và quan trọng của hệ động lực, tính theo công suất định mức của động cơ chính. Chỉ tiêu công suất bao gồm: 1–1 Chỉ tiêu công suất tuyệt đối Được biểu thị bằng công suất của động cơ chính Ne, [hp hoặc kW]. 1–2 Chỉ tiêu công suất tương đối Được biểu thị bằng độ bão hòa công suất Ne α = , [hp /ton] (1–1) a D Trong đó: Ne – công suất định mức của động cơ chính, [hp]; D – lượng chiếm nước của tàu, [tons]. Chỉ tiêu tương đối biểu thị công suất cần thiết cho một tấn lượng chiếm nước của tàu. Ngoài hai loại chỉ tiêu trên, đôi khi chỉ tiêu công suất còn được đánh giá bằng nghịch đảo của hệ số hải quân: 1 Ne = 2 (1–2) C D 3 .v3 Hoặc là: Ne α = ∑ (1–3) M D Trong đó: ΣNe – tổng công suất của các máy chính, [hp hoặc kW]. Bảng dưới đây thống kê một trị số của các chỉ tiêu công suất trên như sau: Bảng 1–1: Bảng thống kê các chỉ tiêu công suất Dạng tàu αM 1/C Tàu dầu, tàu hàng 0,1 ÷ 0,4 1/270 ÷ 1/370 Tàu hàng tổng hợp 0,3 ÷ 0,9 1/180 ÷ 1/300 Tàu container tốc độ cao 1,0 ÷ 1,5 1/220 ÷ 1/320 Tàu khách biển lớn 0,8 ÷ 1,5 1/180 ÷ 1/260 Tàu cánh ngầm 20 ÷ 60 Trang:3
  5. 2– Chỉ tiêu kích thước 2–1 Chỉ tiêu kích thước tuyệt đối Biểu thị các kích thước của buồng máy: chiều dài buồng máy LER, [m]; diện tich mặt sàn 2 3 buồng máy FER, [m ]; thể tích buồng máy VER, [m ]. 2–2 Chỉ tiêu kích thước tương đối Biểu thị thông qua đại lượng độ bão hòa kích thước buồng máy L e = ER , [m / m] (1–4) M L Trong đó: L – khoảng cách giữa 2 đường vuông góc lái và mũi của tàu, [m]. Ngoài ra, chỉ tiêu tương đối còn được thể hiện thông qua các độ bão hòa sau: Ne KL = , [hp / m] (1–5.1) LER Ne 2 K F = , [hp / m ] (1–5.2) FER Ne 3 KV = , [hp / m ] (1–5.3) VER Các đại lượng độ bão hòa kể trên thể hiện khả năng tận dụng không gian buồng máy trong bố trí thiết bị và khả năng tạo công suất của hệ động lực. 3– Chỉ tiêu trọng lượng Trên tàu, trọng lượng của những phần bắt buộc phải lắp đặt càng nhỏ càng tốt, đặc biệt là trọng lượng của trang trí động lực. Để đánh giá, người ta đưa ra các chỉ tiêu như sau: 3–1 Chỉ tiêu trọng lượng tuyệt đối – GHT – Trọng lượng toàn bộ của hệ động lực khi chưa kể đến lượng dầu, nước trong máy chính và lượng dự trữ (còn gọi là trọng lượng khô của hệ động lực). – G'HT – Trọng lượng của hệ động lực khi chuẩn bị khởi động, ' GHT =GHT + M (1–6) Trong đó: M – trọng lượng công chất dùng cho việc khởi động. Với hệ động lực tuabin hơi: ' GHT =()1,15 ÷1,25 GHT (1–7) Với hệ động lực diesel: ' GHT =()1,08 ÷1,10 GHT (1–8) Trang:4
  6. – G"HT – Trọng lượng hệ động lực trước khi khởi động, có kể đến trọng lượng dự trữ: '' ' GHT =GHT + M dt (1–9) 3–2 Chỉ tiêu trọng lượng tương đối G" g = HT , [%] (1–10) ht D G" g = HT , [hp /ton] (1–11) CV Ne G g = HT , [hp /ton] (1–12) M Ne Trong đó: Ne – công suất định mức của động cơ chính, [hp]; D – lượng chiếm nước của tàu, [tons]. 1.2.2. Chỉ tiêu kinh tế 1– Chỉ tiêu tuyệt đối Chỉ tiêu kinh tế tuyệt đối được đánh giá bằng các đại lượng dưới đây: – Tổng chi phí nhiệt cho hệ thống: QHT [kCal/h] – Tổng chi phí nhiên liệu cho hệ thống: BHT [tons/h] 2– Chỉ tiêu tương đối – Chi phí nhiệt tương đối: Q q = HT , [kCal / hp.h] (1–13) e Ne – Chi phí nhiên liệu tương đối: B g = HT , [kg / hp.h] (1–14) e Ne Đôi khi chỉ tiêu kinh tế được đánh giá theo công suất của thiết bị đẩy NP, khi đó có các chỉ tiêu sau: QHT q p = , [kCal / hp.h] (1–15) N p BHT g p = , [kg / hp.h] (1–16 ) N p Trang:5
  7. 1.3. PHÂN LOẠI TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC. YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 1.3.1. Phân loại trang trí động lực Việc phân loại trang trí động lực tàu thủy thường căn cứ vào động cơ chính và phương thức truyền động. Trang trí động lực tàu thủy trải qua quá trình phát triển cho tới hiện nay gồm các loại hình: – Trang trí động lực tua–bin hơi truyền động hộp số; – Trang trí động lực tua–bin hơi truyền động điện; – Trang trí động lực máy hơi nước trực tiếp truyền động; – Trang trí động lực diesel trực tiếp truyền động; – Trang trí động lực diesel truyền động hộp số; – Trang trí động lực diesel truyền động điện; – Trang trí động lực hỗn hợp (máy hơi và tua–bin hơi hỗn hợp, máy hơi và diesel hỗn hợp, tua–bin khí hỗn hợp); – Trang trí động lực tua–bin hơi cao áp truyền động hộp số; – Trang trí động lực tua–bin khí truyền động hộp số; – Trang trí động lực piston tự do – tua–bin khí; – Trang trí động lực nguyên tử. 1.3.2. Yêu cầu đối với trang trí động lực tàu thủy Trang trí động lực là một trong những bộ phận quan trọng cấu thành hệ thống năng lượng của tàu thủy, đặc điểm và yêu cầu của trang trí động lực quyết định đặc trưng của toàn bộ con tàu. Các yêu cầu đối với trang trí động lực tàu thủy hiện đại: – Sự chuyển hóa giữa các dạng năng lượng (nhiệt năng, cơ năng, hóa năng) phải đạt được tính kinh tế cao; – Thiết bị đơn giản; – Làm việc tin cậy; – Kích thước và trọng lượng nhỏ; – Giá thành rẻ, chi phí khấu hao thấp; – Chí phí vận chuyển thấp; – Tuổi thọ hù hợp (thời gian làm việc liên tục giữa 2 lần sửa chữa lớn) Thông thường để đạt được toàn bộ các yêu cầu trên là rất khó và không thực hiện được, bởi vì một số các yêu cầu trên là mâu thuẫn lẫn nhau. Do vậy, tùy thuộc vào mục đích thiết kế mà đạt được một số yêu cầu nhất định. Những yêu cầu trên thường được xem xét dựa trên các căn cứ dưới đây. Trang:6
  8. 1– Căn cứ theo đặc tính chong chóng và vỏ tàu 1–1 Yêu cầu về công suất Để xác định công suất của trang trí động lực hay công suất của động cơ chính, trước tiên phải xem xét đến sức cản của toàn tàu. Tàu hành trình trên biển, sức cản của tàu có quan hệ với hình dáng vỏ tàu, độ nhám bề mặt của vỏ, các phần nhô và phần ngâm nước của tàu, tốc độ tương đối của tàu so với dòng nước, tình hình ổn định của tàu, tình hình sóng gió trên mặt biển Như vậy, khi xác định được giá trị của sức cản R (kG) và tốc độ tương đối của tàu v (m/s) thì công suất kéo có ích của trang trí động lực sẽ được tính như sau: R.v N = , [hp] (1–17) R 75 Chú ý: Công thức (1–17) chỉ đúng trong trường hợp nước tĩnh và gió không quá cấp 3. Công suất cần thiết cung cấp cho chong chóng được xác định: N N = R , [hp] (1–18) p η Trong đó: η – hiệu suất của chong chóng. Cũng có thể xác định công suất của chong chóng theo công thức Hải quân: 2 v3.D 3 N p = , [hp] (1–19) Cw Trong đó: D – lượng chiếm nước của tàu, [tons]; Cw – hệ số Hải quân được xác định theo tàu mẫu. Công suất cần thiết (lý thuyết) của động cơ chính được xác định: N p Nep = , [hp] (1–20) ηsp Trong đó: ηsp – hiệu suất của đường trục. Công suất dùng cho lựa chọn động cơ chính được xác định: N p Ne =kNep =k , [hp] (1–21) ηsp Đối với tàu thủy, công suất và tốc độ thường có quan hệ như sau: n N p = A.v Trang:7
  9. n Nep = B.v (1–22) Khi tốc độ của tàu ổn định, lực đẩy của chong chóng sinh ra sẽ cân bằng với sức cản của tàu; thông thường n = 3. Nếu tốc độ tàu thấp thì n 3. Còn A, B là hệ số tỷ lệ phụ thuộc vào các thông số của chong chóng, tốc độ và phần ngâm nước của tàu, Trong thực tế, mỗi động cơ và mỗi chong chóng đều có các đường biểu diễn mối quan hệ giữa công suất và vòng quay riêng (còn gọi là các đường đặc tính). Khi thiết kế phải căn cứ vào điểm phối hợp giữa chong chóng và động cơ mà tại đó động cơ đạt được hiệu suất cao nhất. Ngoài điểm đó ra động cơ đều làm việc ở chế độ không đủ tải, mômen xoắn và áp suất có ích trung bình của động cơ không đạt trị số cao nhất. Động cơ có thể quá tải trong quá trình khai thác, mức độ quá tải của động cơ thường đạt trị số 110%Ne. Nếu trị số quá tải lớn hơn nữa, vòng quay của động cơ sẽ tăng lên (khoảng 5%), mômen xoắn trên trục sẽ tăng lên khá rõ rệt. Do đó, nếu tăng vòng quay của động cơ sẽ làm cho mômen xoắn của động cơ vượt quá xa trị số cho phép, ứng suất nhiệt và nhất là ứng suất cơ giới tăng lên rất lớn. Công suất của động cơ chính được lựa chọn phụ thuộc vào loại tàu, công dụng và lượng chiếm nước của tàu. Đặc trưng cho vấn đề này thường dùng công suất tương đối để biểu thị. Gọi α là công suất tương đối: N α = e , [hp / t ] (1–23) D disp Trong đó: D – Lượng chiếm nước của tàu, [tons] 1–2 Yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế của tàu Công dụng của tàu khác nhau thì yêu cầu về trang trí động lực cũng khác nhau. Có loại tàu chỉ yêu cầu trang trí động lực ổn định ở một phụ tải nhất định, nhưng cũng có loại tàu đòi hỏi trang trí động lực phải thay đổi ở các chế độ phụ tải khác nhau. Điều này phản ánh đó là yêu cầu về chỉ tiêu kinh tế các loại trang trí động lực có khác nhau. Trong thiết kế trang trí động lực đòi hỏi phải đạt được chỉ tiêu kinh tế ở chế độ thiết kế, ngoài ra ở các chế độ tải khác chỉ tiêu kinh tế cũng đòi hỏi đạt được một cách tương đối. Đặc trưng cho các chỉ tiêu kinh tế của trang trí động lực chính là suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ chính và suất tiêu hao nhiệt lượng cho toàn bộ hệ thống năng lượng. Với những hệ động lực chỉ có một động cơ chính, đặc tính hiệu suất của động cơ quyết định đặc tính kinh tế của trang trí động lực. Yêu cầu một động cơ mà hiệu suất không biến đổi theo phụ tải là không thể có, đặc biệt là khi phụ tải thấp hiệu suất giảm xuống rất nhanh. Để khắc phục điều này, thông thường trong thiết kế phải sử dụng các phương án sau: – Dùng nhiều động cơ để quay một chong chóng. – Dùng nhiều động cơ quay nhiều chong chóng. – Dùng chong chóng biến bước hoặc phương thức truyền động điện. Trang:8
  10. 2– Căn cứ vào năng lực làm việc độc lập (hoặc căn cứ vào trọng lượng và kích thước tàu) N ăng lực làm việc độc lập của tàu hay khả năng hoàn thành nhiệm vụ công tác của tàu được thể hiện ở tính kinh tế, trọng lượng và kích thước của tàu. Mỗi loại tàu khác nhau đều có nhiệm vụ và tính năng riêng. Tuy nhiên, các tính năng của tàu phải được dựa trên lượng chiếm nước nhất định của nó. 2–1 Yêu cầu đối với trọng lượng L ượng chiếm nước của tàu có thể chia ra làm 4 thành phần chính: trọng lượng vỏ tàu, trọng lượng trang trí động lực, trọng lượng của các thành phần dự trữ và trọng lượng của hàng hóa, hành khách. Khi đó với một lượng chiếm nước nhất định, một trọng lượng thành phần nào đó tăng lên thì các thành phần khác bắt buộc phải giảm xuống. Do vậy, trọng lượng của trang trí động lực có ảnh hưởng trực tiếp đến tính năng nhiệm vụ của tàu. Tàu có lượng chiếm nước như nhau, nhưng tốc độ hành trình khác nhau, công suất khác nhau thì trọng lượng của trang trí động lực sẽ khác nhau. Để đặc trưng cho trọng lượng của trang trí động lực người ta đưa ra khái niệm trọng lượng tương đối K1. Đây chính là tỷ số giữa trọng lượng trang trí động lực với lượng chiếm nước của tàu. W K = (1–24) 1 D Trong đó: W – trọng lượng của trang trí động lực, [tons]; D – lượng chiếm nước của tàu, [tons]. −3 W = g1 N e10 , [tons] (1–25) Trong đó: g1 – trọng lượng riêng của trang trí động lực, [kg/hp]. Có thể xác định: N .g .10−3 K = e 1 = α.g .10−3 (1–26) 1 D 1 Biểu diễn dưới dạng tính theo %: α K = .g .100 = 0,1.α.g , [%] (1–27) 1 1000 1 1 Qua thống kê cho thấy tàu có công suất tương đối α lớn thì trọng lượng tương đối của trang trí động lực K1 cũng lớn, khi đó trọng lượng hàng và dự trữ sẽ giảm xuống. 2–2 Yêu cầu đối với kích thước của buồng máy Trang:9
  11. Phần lớn máy móc trên tàu được tập trung trong buồng máy. Vì vậy kích thước buồng máy phải thích hợp cho việc lắp đặt các thiết bị đó và thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sử dụng và sửa chữa ngay tại buồng máy; đồng thời còn phải xét đến điều kiện lao động và đảm bảo an toàn cho thợ máy khi làm việc. Nếu chỉ dựa trên những yêu cầu đó thì kích thước buồng máy càng rộng càng tốt. Nhưng khi đó thì kích thước khoang hàng sẽ giảm xuống, không gian dùng vào việc bố trí các chức năng khác sẽ nhỏ đi, và tính năng làm việc của tàu có thể bị ảnh hưởng. Để biểu thị vấn đề này người ta dùng đại lượng độ bão hòa buồng máy. Có hai loại độ bão hòa: độ bão hòa thể tích và độ bão hòa diện tích. – Độ bão hòa thể tích là công suất của trang trí động lực trên một đơn vị thể tích buồng máy. – Độ bão hòa diện tích là công suất của trang trí động lực trên một đơn vị diện tích buồng máy. Độ bão hòa buồng máy (mật độ bố trí thiết bị, máy móc) càng cao thì điều kiện làm việc, sửa chữa càng không có lợi. 2–3 Yêu cầu đối với lượng dự trữ Lượng dự trữ của tàu là do bản thân tàu mang đi để tiếp tục hành trình trong một thời gian nhất định, đây chính là năng lực hoạt động độc lập của tàu. Đối với trang trí động lực, lượng dự trữ chính là nhiên liệu, dầu bôi trơn, nước ngọt làm mát. Nhiên liệu dự trữ càng nhiều thì năng lực hoạt động độc lập càng lớn. Nhưng trọng lượng nhiên liệu lại là một trong những thành phần trọng lượng của tàu, và do vậy lượng nhiên liệu tăng thì các thành phần trọng lượng khác sẽ giảm xuống. L ượng nhiên liệu dự trữ của tàu được xác định sơ bộ như sau: G = Ne geτ , [kg] (1–28) Trong đó: G – lượng nhiên liệu dữ trữ, [kg]; Ne – công suất của trang trí động lực, [hp]; ge – suất tiêu hao nhiên liệu của trang trí động lực, [kg/hp.h]; τ – thời gian thực hiện hành trình độc lập của tàu, [h]. N ếu dùng số phần trăm của lượng chiếm nước để biểu thị lượng dự trữ nhiên liệu, có: G /1000 N .g .τ K = .100 = 0,1. e e = 0,1.α.g .τ (1–29) 2 D D e T ừ (1–29) nhận thấy muốn tốc độ hành trình không thay đổi (α), năng lực độc lập của tàu không thay đổi (τ) mà giảm bớt được lượng dự trữ nhiên liệu (G) thì chỉ có cách là giảm suất tiêu hao nhiên liệu của trang trí động lực. Hoặc là để dự trữ được một lượng nhiên liệu nhất định, tốc độ hành trình không đổi và nâng cao năng lực hành trình thì cũng chỉ có cách là giảm bớt suất tiêu hao nhiên liệu (ge). Trang:10
  12. 3– Căn cứ theo tình hình mặt biển Do tính chất an toàn của tàu, khi tàu hành trình phải chú ý đến những yêu cầu sau: – Ở trạng thái tàu lắc dọc, lắc ngang các thiết bị vẫn phải làm việc được bình thường, do đó yêu cầu các thiết bị này phải được lắp ghép thật chặt với vỏ tàu. – Hệ thống bôi trơn phải được thiết kế sao cho khi tàu lắc vẫn đảm bảo đưa được dầu đến bôi trơn những nơi cần thiết. – Các két dầu nhờn và nhiên liệu phải được bố trí và thiết kế sao cho vẫn đảm bảo làm việc được bình thường trong khi tàu nghiêng, lắc. – Tất cả các thiết bị phải hoạt động và điều chỉnh được dễ dàng ở mọi trạng thái của tàu. – Động cơ chính phải có thiết bị an toàn (bộ điều tốc giới hạn vòng quay lớn nhất) trong trường hợp quá tải về vòng quay. – Các thiết bị có số vòng quay cao phải được lắp theo phương dọc tàu đề phòng mômen quay lớn. – Động cơ chính phải được lựa chọn sao cho có đủ công suất dự trữ để khắc phục sức cản trong lúc cần thiết. Ngoài ra còn một số yêu cầu khác cho các trang trí động lực riêng biệt. 4– Căn cứ vào yêu cầu sử dụng Trang trí động lực tàu có một số yêu cầu về sử dụng như sau: – Thời gian khởi động ngắn và nhanh. – Phải phát huy được toàn bộ công suất trong một thời gian ngắn. – Các thiết bị cơ giới phải làm việc an toàn trong bất cứ điều kiện nào được đưa ra trong điều kiện thiết kế. – Các thiết bị phải có tính cơ động cao, thao tác thuận tiện, đạt được tính tin cậy cần thiết. – Đối với động cơ chính, sau khi đảo chiều quay phải phát huy được đủ công suất trong thời gian ngắn và làm việc ổn định. – Trang trí động lực phải ít gây tiếng ồn và chấn động đối với vỏ tảu và đảm bảo được chức năng làm việc của tàu. 5– Căn cứ vào yêu cầu của Quy phạm và Công ước Thiết kế trang trí động lực phải được cơ quan có thẩm quyền xét duyệt (Đăng kiểm) trên cơ sở các điều luật quy định đối với thiết kế, đóng mới tàu thủy và phương tiện nổi. Do đó tất cả các vấn đề thiết kế trang trí động lực đều phải thỏa mãn các điều luật trong các quy phạm về Thiết kế và Giám sát đóng mới, công ước về An toàn sinh mạng và trang thiết bị trên biển, công ước về Phòng ngừa ô nhiễm môi trường biển. Trang:11
  13. 1.4. LỰA CHỌN TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC VÀ ĐỘNG CƠ CHÍNH 1.4.1. Loại hình trang trí động lực Thiết kế tàu dân dụng hay quân dụng, việc chọn trang trí động lực là một vấn đề phức tạp và quan trọng. Khi lựa chọn hình thức trang trí động lực phải đồng thời giải quyết hai vấn đề, đó là: quyết định kiểu loại máy chính và phương thức truyền động. Việc quyết định số lượng chong chóng có liên quan mật thiết đến các vấn đề trên, điều này ảnh hưởng đến thực chất và hình thức trang trí động lực tàu thủy (ở đây phải xét đến đặc tính kỹ thuật của động cơ và phương thức truyền động). Việc lựa chọn trang trí động lực phải căn cứ vào nhiệm vụ thư thiết kế (những yêu cầu thiết kế chủ yếu). Căn cứ vào nhiệm vụ thư, tiến hành xét các điều kiện cụ thể như: công dụng, nhiệm vụ của tàu (đối với tàu dân dụng) hay khả năng tác chiến (đối với tàu quân dụng); vùng hoạt động; tính năng và tốc độ; công suất hệ động lực; phân khoang và kích thước buồng máy; độ tin cậy; tính kinh tế; các chỉ tiêu đánh giá và thiết kế; luật áp dụng và các yêu cầu khác. 1.4.2. Động cơ chính Một trong những điều kiện quan trọng nhất và cũng là điều kiện có tính chất quyết định là vấn đề nhiên liệu và khả năng cung cấp động cơ (hay khả năng đặt mua động cơ). Trong phát triển trang trí động lực, động cơ diesel đang được sử dụng rộng rãi, chủ yếu là vì các lý do sau: – Thứ nhất, động cơ diesel tăng áp và bộ giảm tốc được dùng một cách rộng rãi, thích hợp cho việc sử dụng động cơ có công suất lớn với kích thước và trọng lượng nhỏ; mức độ tự động hóa cao; dễ dàng cho phối hợp và lắp đặt. – Thứ hai, diesel sử dụng nhiên liệu nặng một cách có hiệu quả, đảm bảo cho chi phí vận tải giảm xuống một cách thích đáng. – Thứ ba, do tiến bộ của khoa học và công nghệ, động cơ diesel ngày càng được cải tiến và hiện đại, giảm đáng kể suất tiêu hao nhiên liệu kết quả đã nâng cao được hiệu suất của hệ thống động lực. Điều đó làm cho động cơ diesel phù hợp hơn với trang trí động lực của các tàu hiện tại. Về kỹ thuật và công nghệ chế tạo máy hơi nước, các kiểu máy hơi cũ được thay thế dần bằng kiểu máy hơi có thông số hơi nước cao, nâng cao tính kinh tế. Tuy nhiên, việc sử dụng các loại hình trang trí động lực hơi nước là rất hạn chế chủ yếu là do hiệu suất thấp, mức độ tự động hóa và hiện đại hóa, khả năng đáp ứng đối với hệ thống động lực hiện đại Chính vì vậy, loại hình hệ thống động lực hơi nước chỉ áp dụng trong những trường hợp đặc biệt. Ngoài ra việc sử dụng động cơ phản lực, tuabin khí trong trang trí động lực đã tăng một cách đáng kể, song phạm vi áp dụng chưa được rộng rãi. Tóm lại, khi thiết kế trang trí động lực, tốt nhất là tiến hành so sánh các phương án, tìm ưu khuyết điểm của từng phương án, sau đó chọn lấy phương án tối ưu nhất, phù hợp với điều kiện thực tế sử dụng. Trang:12
  14. Trang:13
  15. 1.5. HỆ THIẾT BỊ ĐẨY. TÍNH TOÁN CÔNG SUẤT VÀ TỐC ĐỘ 1.5.1. Đặc điểm của hệ thiết bị đẩy tàu Hệ thiết bị đẩy tàu là một hệ thống các thiết bị có nhiệm vụ bảo đảm tốc độ, phương hướng cho tàu hoạt động, bao gồm các bộ phận sau: – Động cơ chính: Nhiệm vụ của động cơ chính là tạo nên lực đẩy tàu. Thông thường dùng động cơ hơi nước, tuabin khí, diesel, động cơ piston tự do, máy phát điện và động cơ điện để làm động cơ chính. – Thiết bị đẩy: Bao gồm các loại thiết bị đẩy như guồng quay, chân vịt, chong chóng, thiết bị phụt ; trong đó chong chóng là thiết bị được sử dụng rộng rãi nhất. – Thiết bị truyền động: Nhiệm vụ là tiếp nhận công suất từ động cơ chính truyền cho thiết bị đẩy để tạo nên lực đẩy tàu. Thiết bị truyền động bao gồm hệ trục tàu thủy, bộ giảm tốc, các thiết bị nối trục, các thiết bị chuyên môn truyền dẫn điện và các thiết bị phục vụ cho thiết bị truyền động. – Nồi hơi chính: Nhiệm vụ của nồi hơi chính là cung cấp hơi nước làm công chất cho máy hơi, tuabin hơi và các máy móc khác. – Thiết bị tải công chất: Nhiệm vụ là tải hơi nước, khí cháy đến động cơ chính, động cơ phụ. Thiết bị này bao gồm các hệ thống ống hơi, ống khí cháy 1.5.2. Sức cản và công suất đẩy 1– Sức cản của tàu và các thành phần sức cản Khi tàu chuyển động, sức cản của tàu có thể được phân tích theo công thức sau: R = RW + Rp + R f + Rd (1–30) Trong đó: R – sức cản toàn bộ của tàu; RW – thành phần sức cản sóng; Rp – thành phần sức cản hình dáng; Rf – thành phần sức cản ma sát; Rd – thành phần sức cản phụ. Sức cản sóng RW, được xác định theo công thức: ρv2 R = ξ . Ω , [kG] (1–31) w w 2 Trong đó: ξW – hệ số sức cản sóng; ρ – mật độ chất lỏng, [kg/m3]; v – vận tốc tàu, [m/s]; Trang:14
  16. Ω – diện tích mặt ướt của tàu, [m3]. Hệ số sức cản sóng ξW được tra theo đồ thị, phụ thuộc vào trị số Frut của từng loại tàu. Trong đồ thị, những vùng lồi lõm là kết quả của sự trùng hợp bất lợi và có lợi của hai hệ sóng mũi và sóng lái. Khi thiết kế nên tránh những vùng lồi của đồ thị vì khi nằm trong vùng này, sức cản sóng sẽ tăng rất nhanh. Sức cản hình dáng Rp, được xác định theo công thức: ρv2 R = ξ . Ω (1–32) p p 2 Trong đó: ξp – hệ số sức cản hình dáng. ξp có thể tính theo công thức: S S ξ p = 0,09. (1–33) Ω 2LR Với: S – diện tích sườn giữa, [m2]; LR – chiều dài vuốt nhọn phần đuôi, [m]. Sức cản ma sát Rf, được xác định theo công thức: ρv2 R = ξ . Ω (1–34) f f 2 Trong đó: ξf – hệ số sức cản hình dáng. ξf có thể tính theo công thức gần đúng hoặc tính theo bảng. – Theo Schocnherr, ξf được tính: 2 0,242.ξ f = lg(Re.ξ f ) (1–35) Trong (1–35): Re – hệ số Reynolds. – Theo Prandtl – Schlichting: ξ f = 0,455.lg(Re) (1–36) Thực tế ảnh hưởng của hình dáng vỏ tàu đến sức cản ma sát được tính bằng hệ số điều chỉnh af như sau: ρv2 R = a .ξ . Ω (1–37) f f f 2 L Với = 8,2 ÷ 5,6 thì af nằm trong khoảng 1,04 ÷ 1,08 (L – chiều dài tàu, B – chiều B rộng tàu). Trang:15
  17. Ngoài ra, cần phải kể đến ảnh hưởng của độ nhám của vỏ (độ lồi lõm do công nghệ, độ lượn sóng của tôn bao, rong rêu, hà, rỉ bám vào vỏ) đến sức cản ma sát của tàu. Tất cả ảnh hưởng này được đặc trưng bằng hệ số điều chỉnh af. Sức cản phụ Rd, được xác định theo công thức: ρv2 R = ξ . Ω (1–38) d d 2 Trong đó: ξd – hệ số sức cản phụ. Sức cản phụ bao gồm các thành phần sức cản sau: – Sức cản không khí Ra. Nếu tính một cách chính xác, Ra được tính theo công thức: ρ .v2 R = ξ . a a .F (1–39) a a 2 a Trong đó: ξa – hệ số sức cản không khí, là kết quả nghiên cứu mô hình trong ống dòng; 2 4 ρa – khối lượng riêng của không khí, ρa = 0,125 [kg.s /m ]; Fa – diện tích hình chiếu phần trên mặt nước của tàu lên diện tích sườn giữa, [m2]; va – vận tốc tương đối của gió, được tính theo công thức: 2 2 va = vs + w + 2.vs .w,cosα a (1–40) Với: vs – vận tốc của tàu, [m/s]; w – vận tốc của gió, [m/s]; αa – góc tác dụng của gió so với trục giữa của tàu, (αa=0 nếu gió thổi ngược). – Sức cản của những phần lồi, những phần lồi của tàu như: ki hông, ki đứng, các giá đỡ trục chong chóng, phần lồi trục chong chóng , có ảnh hưởng tới sức cản của tàu. Nếu so với sức cản toàn bộ tàu, sức cản của các phần lồi thường nằm trong khoảng: Δξ = ()0,2 ÷ 0,3 .10−3 R (1–41) và cao nhất Δξ = 0,5.10−3 R (1–42) – Sức cản khác, khi tính sức cản còn phải kể đến các điều kiện khai thác của tàu ảnh hưởng tới sức cản của tàu: chiều sâu luồng lạch, điều kiện sóng gió thiên nhiên, Như vậy có thể xác định sức cản toàn bộ của tàu theo công thức: Trang:16
  18. ρ.v2 R = (ξ + ξ + ξ + ξ ). .Ω (1–43) w p f d 2 2– Tính sức cản của tàu bằng phương pháp Papmiel Có nhiều phương pháp tính sức cản tàu, mỗi phương pháp đều có điều kiện áp dụng riêng phù hợp với loại tàu nhất định. Dưới đây nêu ra phương pháp tính sức cản thông dụng và đơn giản nhất, đó là tính theo phương pháp Papmiel. Phạm vi sử dụng của phương pháp: δ = 0,35 ÷ 0,8 L B = 4 ÷ 11 ; = 1,5 ÷ 3,5 ; Fr < 0,9 B T (δ – hệ số béo thể tích; L – chiều dài tàu; B – chiều rộng tàu; T – chiều chìm tàu) Papmiel đã dựa trên cơ sở thí nghiệm mô hình và thử các loại tàu thực, đề ra phương pháp tính công suất kéo của tàu: V x v3 ⎛ v3 ⎞ N = . . φ. s = f ⎜ s ⎟ (1–44) 0 ⎜ ⎟ L λ C p ⎝ C p ⎠ Trong đó: V – thể tích chiếm nước, [m3]; L – chiều dài tàu ở đường nước thiết kế, [m]; vs – vận tốc tàu, [knots]; λ – hệ số tính toán được xác định theo công thức: L λ = 0,7÷0,3 (1–45) 100 L ≥ 100 m, thì λ = 10 x – hệ số phụ thuộc vào số lượng đường trục chong chóng, cho trong bảng 1–2. Bảng 1–2: Hệ số xét đến số lượng đường trục Số lượng đường trục chong chóng Z Hệ số x Z = 1 x = 1,000 Z = 2 x = 1,050 Z = 3 x = 1,067 Z = 4 x = 1,100 Φ – hệ số thon của tàu, được xác định: Trang:17
  19. B φ = 10 δ (1–46) L B – chiều rộng tàu; δ – hệ số béo thể tích . Cp – hệ số Papmiel Hệ số Cp được xác định theo đồ thị Papmiel, phụ thuộc vào thông số vs', được tính như sau: φ v' = v (1–47) s s L Sau khi xác định được N0, sức cản tàu được tính theo công thức: N R = 75 0 , [kG] (1–48) v Trong đó: v – vận tốc tàu, [m/s] 3– Công thức Hải quân Trong tính toán sơ bộ, người ta thường áp dụng công thức Hải quân để tính công suất kéo (hoặc công suất có ích) của tàu. Công thức Hải quân có dạng: 2 3 3 vs .D N0 = (1–49) C0 hoặc: 2 3 3 vs .D N0 = (1–50) Ce Trong đó: C0 – hệ số Hải quân cho công suất kéo; Ce – hệ số Hải quân cho công suất có ích; vs – vận tốc tàu, [knots]. Công thức (1–49) và (1–50) có thể cho kết quả chính xác nếu chọn tàu mẫu có hình dạng giống nhau và cùng trị số Fr, nhưng thực tế khó đạt được yêu cầu trên. 1.5.3. Tốc độ tàu Từ mục 1.5.2. cho thấy sức cản là hàm của tốc độ tàu, R = f(vs). Trên cơ sở tính toán, tiến hành xây dựng đồ thị sức cản cho tàu với từng tốc độ tàu khác nhau. Với động cơ chính đã cho, dựa trên công suất định mức của động cơ chính, xác định công suất truyền đến chong chóng (hay công suất sử dụng). Công suất truyền đến chong chóng Trang:18
  20. luôn nhỏ hơn công suất của động cơ vì có sự tổn hao công suất trên đường trục; đại lượng này được xác định như sau: N p = k.ηsp .Ne (1–51) với: ηsp = ηsp1.ηsp2.ηsp3 (1–52) Trong đó: k – hệ số dự trữ công suất của động cơ chính1; ηsp – hiệu suất của đường trục; ηsp1 – hiệu suất của gối trục; ηsp2 – hiệu suất của hộp số, hộp giảm tốc; ηsp3 – hiệu suất của thiết bị nối trục, khớp nối. – Đối với gối trục lực đẩy, hiệu suất vào khoảng ηsp1 = 0,97. – Đối với hộp số, hiệu suất vào khoảng ηsp2 = 0,96 – 0,98. – Đối với khớp nối trục thủy lực hay điện từ, hiệu suất vào khoảng ηsp3 = 0,94 – 0,95. Công suất truyền đến chong chóng cũng có thể xác định bằng công thức: M .n N = p p (1–53) p 716,2 Trong đó: Mp – mômen xoắn truyền đến chong chóng, [kG.m]; np – số vòng quay của chong chóng, [v/p]. Đối với truyền động điện thì công suất truyền đến chong chóng được tính: N p = Ne.ηe1.ηsp1 (1–54) Trong đó: ηe1 – hiệu suất chung đối với truyền động điện – Khi dòng điện thay đổi: ηe1 = 0,86 ÷ 0,90. 1 Dự trữ công suất của động cơ chính Thứ nhất, việc sử dụng không hết công suất trung bình lúc khai thác hoặc phải để một lượng công suất dành cho dự trữ là đó là vì phải đảm bảo tốc độ tàu trong trường hợp vở tàu biến dạng, bị hà bám và han rỉ làm sức cản tăng lên. Thứ hai, việc quy chuẩn trong quy trình khai thác công suất động cơ là khuynh hướng bảo đảm an toàn sự làm việc của động cơ diesel tàu thủy trong thời gian có thể lớn hơn hạn định sửa chữa. Thứ ba, công suất dự trữ là cần thiết cho động cơ và an toàn của phương tiện trong trường hợp sóng gió lớn, gặp bão hoặc tàu chạy toàn tốc lúc ngược sóng, Trang:19
  21. – Khi dòng điện ổn định: ηe1 = 0,88 ÷ 0,93. Khi làm việc, chong chóng sẽ sinh ra một lực đẩy là P. Toàn bộ lực đẩy này bao gồm lực đẩy có ích để đẩy tàu chuyển động Pe và phần khắc phục lực hút của tàu Pt. P = Pe + Pt = Pe + tP (1–55) Trong đó: P – lực đẩy của chong chóng; Pe – lực đẩy có ích hay lực chuyển động tàu Pt – lực hút; t – hệ số hút. Như vậy: Pe = ()1− t P (1–56) hay: P P = e (1–57) 1− t Theo Keldvil, trị số trung bình của hệ số hút đối với tàu kéo có 1 hoặc 2 chong chóng xác định theo công thức sau: t = C1ψ (1–58) Trong đó: C1 = 0,5 ÷ 0,7, khi có bánh lái và trục lái thoát nước tốt sau chong chóng; C1 = 0,7 ÷ 0,9, khi có bánh lái và trục lái hình chữ nhật. ψ – hệ số dòng theo, đối với tàu một chong chóng ψ = 0,5.δ ÷ 0,1, đối với tàu hai chong chóng ψ = 0,5.δ ÷ 0,16. Theo Papmiel: 3 V ψ = 0,165.C .z. (1–59) B D Trong đó: CB – hệ số béo thể tích của tàu; V – thể tích chiếm nước của vỏ tàu, [m3]; D – đường kính chong chóng, [m]; z – số chong chóng, (tàu 1 đường trục z = 1; tàu 2 đường trục z = 2). Công suất kéo cần thiết đối với tàu một chong chóng: P .v N = e , [hp] (1–60) R 75 Quan hệ giữa công suất kéo và công suất đẩy của chong chóng như sau: Trang:20
  22. N R = N p .η (1–61) Trong đó: η – hiệu suất công tác của chong chóng, 1−t η = η . (1–62) p 1−ψ Từ đó có thể tính: P .v N = e (1–63) p 75.η Kết quả là: 75.N .η P = p (1–64) e v Kết quả từ (1–64) có thể xây dựng được đồ thị lực đẩy có ích theo vận tốc của tàu Pe = f(v). Khi tàu chuyển động và cân bằng, toàn bộ lực đẩy có ích sẽ cân bằng với lực cản của tàu, tức là: Pe = R (1–65) Do đó giao điểm của hai đồ thị sức cản và lực đẩy có ích sẽ cho ta tốc độ tàu sơ bộ cần xác định. Khi tính toán công suất của tàu kéo, chúng ta cần phải xét thêm sức cản ở móc kéo Z khi tính công suất kéo. Trang:21
  23. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 CHƯƠNG 2 PHƯƠNG THỨC VÀ THIẾT BỊ TRUYỀN ĐỘNG 2.1. PHƯƠNG THỨC TRUYỀN ĐỘNG VÀ PHƯƠNG PHÁP LỰA CHỌN 2.1.1. Công dụng của thiết bị truyền động Thiết bị truyền chuyển động từ động cơ chính đến chong chóng thường gọi là thiết bị truyền động. Thiết bị truyền động chính trong hệ thống động lực tàu thủy bao gồm: hệ trục, thiết bị nối – tách trục (hay ly hợp) và bộ giảm tốc (hay hộp số). Công dụng của thiết bị truyền động là: – Truyền chuyển động quay hay công suất từ động cơ chính đến chong chóng. – Làm thay đổi được mômen quay của chong chóng do đó làm cho việc thiết kế chong chong được dễ dàng và đạt được hiệu suất cao hơn, đồng thời làm cho hệ động lực phù hợp hơn với một số chế độ khai thác của tàu. – Nhờ thiết bị truyền động mà động cơ chính không chịu ảnh hưởng trực tiếp của chong chóng, do đó có thể chọn động cơ chính có tính kinh tế và độ tin cậy cao. Và do vòng quay của động cơ không bị hạn chế nên có thể chọn động cơ có các chỉ tiêu trọng lượng và kích thước mong muốn. – Sử dụng thiết bị truyền động không những khống chế được vòng quay và chiều quay của trục chong chóng mà còn tạo khả năng tự động điều chỉnh đặc tính quan hệ giữa động cơ chính và chong chóng. – Sử dụng thiết bị truyền động có thể thay đổi được đặc tính đàn hồi của hệ trục, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp và vận hành an toàn. 2.1.2. Phân loại phương thức truyền động Trang trí động lực tàu thủy dùng nhiều loại động cơ chính khác nhau, đặc tính đẩy của tàu cũng khác nhau nên phương thức truyền động cũng khác nhau. Phương thức truyền động thường phân thành 3 loại chính sau: 1– Truyền động trực tiếp Truyền động trực tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng bằng số vòng quay của động cơ chính. Loại phương thức truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất lớn và vừa, vòng quay của chong chóng trong khoảng 85 ÷ 300 rpm (vòng/phút). Trong vài trường hợp đặc biệt vòng quay của chong chóng có thể cao hơn các trị số nêu trên; chẳng hạn như: một số tàu khách chạy trong luồng lạch cạn và một số tàu quân sự. ▪ Truyền động trực tiếp có ưu điểm: Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 25 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  24. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 – Hiệu suất truyền động cao, vì ngoài tổn thất trên đường trục ra không còn tổn thất nào khác. – Suất tiêu hao nhiên liệu của các loại động cơ sử dụng trong truyền động trực tiếp thấp (130 ÷ 150 g/hp.h) và thấp hơn loại động cơ có số vòng quay cao từ 6 ÷ 25%. – Hiệu suất chong chóng cao, do được thiết kế với số vòng quay phù hợp. – Hệ động lực đơn giản, thiết bị chắc chắn, làm việc tin cậy, bảo quản dễ dàng, ít ồn và gây chấn động, tuổi thọ cao ▪ Nhược điểm của truyền động trực tiếp: – Trọng lượng và kích thước của động cơ chính lớn. Đối với tàu có yêu cầu lượng chiếm nước nhỏ và công suất lớn thì dạng truyền động này không phù hợp. – Tính cơ động (đảo chiều quay của chong chóng) kém linh hoạt hơn do phải sử dụng động cơ tự đảo chiều. – Ít phù hợp với loại tàu có nhiều chế độ khai thác (chế độ tải) 2– Truyền động gián tiếp Truyền động gián tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng khác với số vòng quay của động cơ chính. Sự khác nhau nói trên có thể tuân theo một tỷ lệ nhất định hoặc không theo một tỷ lệ nào cả. Và do vậy, trên đường trục đối với dạng phương thức truyền động này thường có thêm một số thiết bị trung gian đặc biệt để truyền công suất, như: thiết bị nối trục hay bộ giảm tốc Truyền động gián tiếp được chia ra làm 2 loại: – Truyền động gián tiếp có bộ ly hợp; bao gồm các loại sau: ly hợp thủy lực, ly hợp ma sát cơ giới, ly hợp khí động, ly hợp điện từ. – Truyền động gián tiếp có bộ giảm tốc (hộp số); bao gồm: bộ giảm tốc thủy lực, bộ giảm tốc bánh răng Truyền động gián tiếp có một số đặc điểm: – Khi dùng bộ ly hợp thì bất cứ lúc nào cũng có thể ly và hợp trục động cơ với trục chong chóng. Nếu bộ ly hợp là dạng đảo chiểu được thì động cơ chính được sử dụng là loại không tự đảo chiều, kết cấu của động cơ chính đỡ phức tạp và vận hành thuận tiện hơn. Bộ ly hợp đàn tính hay thủy lực có khả năng làm giảm nhẹ xung lực, dao động xoắn, và do đó có khả năng bảo vệ động cơ và hệ trục làm việc an toàn. Trong những năm gần đây bộ ly hợp đàn tính và thủy lực được dùng nhiều trên các tàu lai dắt hoặc tàu chạy vùng băng giá. – Dùng truyền động gián tiếp có thể khắc phục được toàn bộ những nhược điểm của phương thức truyền động trực tiếp. Đó là việc sử dụng được động cơ cao tốc (với kích thước và Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 26 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  25. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 trọng lượng nhỏ) làm giảm được đáng kể kích thước và trọng lượng của hệ động lực; bên cạnh đó có thể kết hợp với bộ giảm tốc nhiều cấp tỷ số truyền để thu được nhiều chế độ vòng quay của chong chóng. – Một ưu điểm nổi bật của dạng phương thức truyền động gián tiếp đó là có thể làm tăng hiệu suất của trang trí động lực khi tải ngoài thay đổi. Trong trường hợp thiếu động cơ công suất lớn, có thể dùng nhiều động cơ để quay một chong chóng. Khi đó, khả năng dự trữ công suất cho hệ động lực sẽ cao hơn. Khi chong chóng làm việc ở chế độ tải bộ phận thì chỉ cần vận hành một động cơ và động cơ đó vẫn làm việc ở đường đặc tính ngoài, nâng cao được hiệu suất của hệ động lực. Hoặc trong những trường hợp đặc biệt cũng có thể dùng một động cơ thông qua bộ giảm tốc để quay nhiều chong chóng. Loại truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất nhỏ và vừa. – So với dạng phương thức truyền động trực tiếp, truyền động gián tiếp có hiệu suất thấp hơn vì có thêm các thiết bị trung gian, độ tin cậy giảm, hệ thống phức tạp hơn. 3– Truyền động đặc biệt Truyền động đặc biệt bao gồm 2 dạng chủ yếu sau: truyền động điện và truyền động chong chóng biến bước. 3–1 Truyền động điện Đặc điểm của loại truyền động này là giữa động cơ và chong chóng không có sự liên hệ cơ giới. Động cơ lai máy phát điện, cung cấp điện cho động cơ điện lai chong chóng. Do năng lượng truyền từ động cơ đến chong chóng được chuyển hóa 2 lần nên hiệu suất của dạng phương thức truyền động này thấp hơn hai phương thức trên. Điện truyền động có những đặc điểm đặc biệt sau: – Không cần có hệ trục dài và bố trí nhiều gối trục trung gian, động cơ có thể bố trí ở bất cứ vị trí nào thích hợp trong buồng máy. Tính linh hoạt và năng lực dự trữ lớn. – Khi cần thay đổi chiều quay của chong chóng, chỉ cần thay đổi chiều quay của động cơ điện; như vậy sẽ thao tác nhanh chóng và tiện cho việc điều khiển từ xa. – Động cơ chính (diesel lai máy phát) không bị ảnh hưởng bởi vòng quay và chiều quay của chong chóng nên có thể dùng động cơ cao tốc quay một chiều, và do đó trọng lượng của trang trí động lực giảm xuống theo hướng có lợi. – Trong sử dụng sẽ khai thác một cách có hiệu quả động cơ chính, vì cùng một lúc động cơ chính có thể cung cấp năng lượng điện cho hệ động lực lẫn các phụ tải điện khác trên tàu. Đồng thời, việc sử dụng nhiên liệu nặng sẽ đem lại hiệu quả tích cực trong trường hợp này. – Nhược điểm của dạng phương thức truyền động này là trang trí động lực phức tạp, hiệu suất thấp, giá thành đầu tư cao, yêu cầu kỹ thuật cao khi vận hành, do đó chỉ dùng trong Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 27 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  26. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 những tàu đặc biệt như tàu phá băng, tàu quân sự, tàu lai dắt đặc biệt, tàu yêu cầu tính cơ động cao. Dạng truyền động này có tiếng ồn khá lớn nên phải dùng các biện pháp giảm chấn, giảm âm thích hợp để khắc phục. 3–2 Truyền động chong chóng biến bước Loại truyền động này có thể sử dụng phương thức truyền động trực tiếp hoặc gián tiếp. Đặc điểm của dạng truyền động này là: – Chiều quay của chong chóng không đổi nhưng tàu vẫn thực hiện được hành trình tiến hoặc lùi. – Thay đổi bước của chong chóng sẽ đạt được những yêu cầu mong muốn trong bất kỳ tốc độ hành trình nào, nâng cao được tính kinh tế của trang trí, phát huy được đầy đủ công suất của động cơ; đồng thời động cơ làm việc ổn định kể cả khi chong chóng có tốc độ quay chậm. – Tăng cường tính cơ động của tàu và thuận tiện cho việc điều khiển từ xa. Tuy nhiên, vì phải có thiết bị điều khiển đặc biệt trong hệ trục và cánh chong chóng khiến việc chế tạo, lắp ráp gặp nhiều khó khăn, thiết bị làm kín đòi hỏi độ tin cậy lớn và rất phức tạp. Những năm gần đây truyền động chong chóng biến bước được dùng khá nhiều trên các đội tàu đánh cá, tàu container. 2.1.3. Lựa chọn phương thức truyền động 1– Phù hợp với công dụng và khu vực hoạt động của tàu Với cùng một loại thiết bị truyền động thì có thể lắp cho các tàu có công dụng và khu vực hoạt động khác nhau; nhưng mỗi một phương thức truyền động thì chỉ phù hợp với một loại tàu nhất định. Ví dụ như: tàu chạy ở các vùng có băng giá, nhiều rong rêu thường chọn động cơ có tốc độ thấp và có thiết bị nối trục thủy lực để đảm bảo cho động cơ được an toàn khi chong chóng bị sự cố; hoặc tàu phá băng cần có mômen xoắn lớn nên chọn truyền động điện là phù hợp và ưu việt nhất; các tàu hàng khô chạy biển thì dùng phương thức truyền động trực tiếp hay truyền động giảm tốc nhằm nâng cao hiệu suất kinh tế của trang trí. 2– Đạt được tính kinh tế của các loại truyền động Khi chọn phương thức truyền động thì phải xét đến chỉ tiêu kinh tế. Để đạt được hiệu suất cao nhất thì nên chọn phương thức truyền động trực tiếp; các dạng truyền động còn lại có hiệu suất nhỏ hơn, tuy nhiên nó lại được hiệu quả kinh tế – kỹ thuật trong những trường hợp nếu sử dụng phương thức truyền động trực tiếp không đạt yêu cầu. Nói tóm lại, việc đạt được tính kinh tế cao trong lựa chọn phương thức truyền động nào chỉ thực sự thích hợp khi đã đạt được yếu tố kỹ thuật trong lựa chọn phương thức truyền động đó. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 28 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  27. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 3– Phù hợp với sự phát triển của động cơ chính Những năm gần đây nhiều loại động cơ mới được dùng trên tàu thủy (như động cơ cao tốc, piston tự do, tuabin khí, các động cơ diesel được cường hóa với việc tự động hóa và hỗ trợ điều khiển của các thiết bị điện tử ) do đó phương thức truyền động cũng có những yêu cầu thích ứng. Các thiết bị truyền động không ngừng được cải tiến và phát triển theo sự phát triển của trang trí động lực. Sự phát triển của trang trí động lực là hướng vào tốc độ, năng lực hoạt động, độ tin cậy, giảm trọng lượng và kích thước, do đó phương thức truyền động cũng phải hướng theo xu thế này. Điều này được thể hiện rõ trong thiết kế và kết cấu của các thiết bị truyền động. Từ sự phân tích trên, có thể đưa ra một số cách chọn phương thức truyền động như sau: – Nếu động cơ có số vòng quay thấp (hoặc thấp tốc), cỡ lớn được thiết kế lắp đặt trên tàu có trọng tải lớn thì nên chọn phương thức truyền động trực tiếp. – Với động cơ có số vòng quay lớn (hoặc cao tốc), yêu cầu tính cơ động cao thì có thể dùng phương thức truyền động giảm tốc, ly hợp giảm tốc truyền động gián tiếp. – Những năm gần đây việc sử dụng động cơ quay một chiều và tua–bin khí trở nên rộng rãi, do đó phương thức truyền động giảm tốc, điện truyền động và chong chóng biến bước có nhiều hướng phát triển và ứng dụng hơn. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 29 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  28. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 2.2. LY HỢP MA SÁT 2.2.1. Khái quát Bộ ly hợp ma sát là thiết bị truyền động được dùng rộng rãi trên các loại tàu có công suất vừa và nhỏ, vì loại tàu này yêu cầu các thiết bị động lực có trọng lượng và kích thước nhỏ, gọn. Ly hợp ma sát có thể thoả mãn được yêu cầu đó. Một số đặc điểm chính của truyền động ly hợp ma sát: – Ở trạng thái làm việc ổn định không xảy ra sự trượt tương đối của các bề mặt ma sát, do vậy hiệu suất truyền động cao. – Thời gian ly hợp ngắn. Với những thiết bị truyền động công suất vừa và nhỏ, thời gian tiếp hợp hoàn toàn không quá 0,2 ÷ 0,3 giây. – Kết cấu đơn giản, gọn nhẹ. – Ly hợp ma sát thao tác bằng phương pháp cơ giới khi làm việc không tiêu hao năng lượng. Do những đặc điểm trên, ly hợp ma sát là thiết bị duy nhất dùng trên các tàu yêu cầu có tính cơ động cao, kích thước nhỏ. Thông thường, bộ ly hợp ma sát được thiết kế với bộ giảm tốc có chung thân vỏ. Căn cứ vào hình dáng bề mặt ma sát, bộ ly hợp ma sát trên tàu thủy chia thành bốn loại: – Bộ ly hợp ma sát đĩa, mặt ma sát là hai đĩa phẳng. – Bộ ly hợp ma sát hình chóp nón, mặt ma sát là hình chóp nón. – Bộ ly hợp hình trống, mặt ma sát là hình trụ tròn. – Bộ ly hợp hình răng vòng, mặt ma sát là những vòng răng đồng tâm, mặt hình chóp. Sự khác nhau giữa ly hợp ma sát đĩa với các loại khác đó là: ly hợp ma sát đĩa có thể có nhiều cặp đĩa ma sát, còn các loại khác chỉ có một cặp ma sát. Trường hợp ly hợp ma sát hình chóp tròn có hai cặp ma sát là trường hợp ngoại lệ. Bởi vậy, khi áp lực và hệ số ma sát như nhau, cùng truyền động một mômen xoắn như nhau, thì bộ ly hợp ma sát đĩa có kích thước nhỏ hơn. Bộ ly hợp ma sát kiểu răng vòng có bề mặt ma sát lớn, do đó thiết bị rất gọn nhẹ và có thể đặt ngay trong hộp giảm tốc. Quá trình làm việc của bộ ly hợp ma sát có thể chia làm ba giai đoạn: Giai đoạn tiếp hợp, giai đoạn ổn định và giai đoạn ngừng tiếp hợp. Giai đoạn tiếp hợp, trục bị động ở trong tình trạng vận hành không ổn định, tốc độ tăng dần đến tốc độ của trục chủ động trong thời gian 1 ÷ 2 giây. Giai đoạn ổn định, sau khi đã vận hành ổn định, bộ ly hợp ma sát được coi như một thể thống nhất truyền mômen và cân bằng với lực cản bên ngoài. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 30 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  29. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Giai đoạn ngừng tiếp hợp, trong giai đoạn này trục bị động cũng ở trong trạng thái không ổn định, tốc độ giảm dần đến lúc dừng hẳn. Khi trang trí động lực làm việc ở các phụ tải khác nhau, các giai đoạn trên xảy ra cũng khác nhau. Nếu chế độ công tác của bộ ly hợp ma sát luôn thay đổi, thường xuyên ly hợp với thời gian ngắn thì giai đoạn thứ nhất có tác dụng chủ yếu, lúc này phụ tải động lực của bộ ly hợp ma sát rất quan trọng. Nếu số lần ly hợp ít và thời gian dài thì phụ tải động lực của bộ ly hợp không quan trọng lắm. Trong thực tế, bộ ly hợp có chế độ công tác ổn định, thường làm việc dài ở giai đoạn thứ hai. Khi bộ ly hợp ở trạng thái tiếp hợp, trục bị động được gia tốc dần và đạt đến tốc độ của trục động. Trên bề mặt ma sát, trị số lực đẩy Q tăng dần từ 0 đến lớn nhất. Sau khi kết thúc giai đoạn thứ nhất, tốc độ hai trục bằng nhau và cân bằng với lực bên ngoài. Trong toàn bộ thời gian của giai đoạn thứ nhất, số vòng quay của trục bị động nhỏ hơn số vòng quay của trục chủ động vì giữa 2 đĩa ma sát có hiện tượng trượt tương đối. Công tiêu hao trên trục bị động bằng năng lượng gia tốc của bộ phận bị động cộng với công tổn thất giữa các đĩa ma sát và nhiệt lượng tỏa ra trong quá trình ma sát tiếp xúc. Để có tổn thất tiếp hợp nhỏ nhất, mômen xoắn M1 của trục chủ động truyền cho trục bị động phải lớn hơn mômen xoắn M2 trên trục bị động. Nếu M1 lớn hơn M2 quá nhiều thì thiết bị quá cồng kềnh và các yếu tố có lợi (trọng lượng nhỏ, lực xung kích giảm) sẽ bị hạn chế. Trong trường hợp này, nếu mômen tác động đột biến lên trục chủ động sẽ xảy ra hiện tượng xung kích bất lợi cho thiết bị. Nhưng nếu M1 quá nhỏ, thời gian tiếp hợp kéo dài, tổn thất sẽ tăng lên. Vì vậy, phải căn cứ vào đặc điểm của thiết bị truyền động mà chọn mômen truyền động cho thích hợp. Bộ ly hợp không được quá cồng kềnh và thời gian tiếp hợp không được quá nhanh, nếu điều kiện này không thoả mãn, mômen xoắn sinh ra từ lúc tiếp hợp hệ thống đàn tính giữa động cơ đến chong chóng sẽ phát sinh biến dạng xoắn. Nếu tiếp hợp quá nhanh, tại thời điểm tiếp hợp, hệ thống có hiện tượng dao động xoắn dạng tắt dần và trong tình huống nào đó dao động sẽ gây sự cố nguy hiểm. Sau khi phần bị động của ly hợp được gia tốc xong, hiện tượng xoắn uốn của hệ thống mất đi. Dao động của hệ thống có dạng dao động tắt dần. Một cơ cấu hợp lý nhất là lúc tiếp hợp, lực ép giữa hai đĩa làm ma sát tăng dần đều khiến cho sự tiếp hợp êm và ổn định, đồng thời sau khi đã tiếp hợp hoàn toàn mới tăng dần tải trọng bên ngoài lên. Đặc tính biến đổi mômen xoắn lúc tiếp hợp được quyết định bởi kết cấu của cơ cấu tiếp hợp, mômen quán tính, thời gian tiếp hợp và những yếu tố phụ như: ma sát động giữa các đĩa ma sát, tốc độ tương đối và áp lực. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 31 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  30. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Trong một số hệ thống thường xuyên yêu cầu tiếp hợp, khối lượng cơ cấu lớn, trong quá trình tiếp hợp có xảy ra hiện tượng trượt. Công tiêu hao khi trượt một phần biến thành nhiệt và một phần mài mòn các bề mặt ma sát. 2.2.2. Vật liệu chế tạo ly hợp ma sát Vật liệu chế tạo dùng cho các bề mặt ma sát của ly hợp phải đạt được các yêu cầu sau: – Có tính chịu mòn cao; – Hệ số ma sát lớn và không biến đổi khi nhiệt độ thay đổi; – Tính năng chống kết dính cao (lúc phụ tải cao, các mặt ma sát không được kết dính vào nhau); – Có độ bền cao, chịu được lực cắt; – Tính năng chịu nhiệt, biến dạng nhiệt ít; – Dẫn nhiệt tốt và tỏa nhiệt nhanh; Trên thực tế rất khó tìm chọn được loại vật liệu đạt được các yêu cầu trên. Vì vậy vật liệu dùng cho ly hợp ma sát thường xuất phát từ những đặc tính chủ yếu. Khi chế tạo bộ ly hợp ma sát, thường sử dụng các loại vật liệu tổng hợp sau (kể cả ma sát khô và ma sát ướt): gang đúc với gang đúc; thép với đồng thanh, đồng thau, gang đúc, thép, gỗ mềm, amian, da Dùng gang đúc có tính chịu mòn cao, xu hướng dính kết ít nhưng bề mặt tiếp xúc phải được bôi trơn tốt trừ trường hợp truyền mômen không lớn mới dùng mặt ma sát khô. Dùng thép với thép, bề mặt tiếp xúc rất tốt nhưng yêu cầu độ bóng cao. Ví dụ như bộ ly hợp nhiều đĩa cao tốc, độ bóng bề mặt phải đạt cấp 7 – 9, chỉ trong các trường hợp không quan trọng mới dùng cấp 4 – 6, mặt ma sát dùng dầu bôi trơn. Gỗ có hệ số ma sát cao, thường chế tạo thành từng thanh rời lắp vào rãnh đĩa ma sát được chế tạo đặc biệt. Dùng gỗ thường được phối tiếp với mặt thép hoặc gang và có hệ số ma sát bằng nhau. Dùng gỗ có ít chất nhựa và dầu để tránh hiện tượng cháy khi làm việc. Khi tốc độ trượt tương đối lớn, hiện tượng phát nhiệt lớn, hệ số ma sát giảm. Để tránh các hiện tượng trên, ta thường đem gỗ thấm hóa (NH4)3PO4 dưới áp suất cao. Một nhược điểm nữa của gỗ là các vòng tuổi của gỗ có độ cứng khác nhau, do đó hạn chế sử dụng gỗ trong bộ ly hợp ma sát. Vật liệu amian được ép thành tấm có cốt kim loại gia cường dùng làm vòng đệm trong bộ ly hợp ma sát khô. Cũng có trường hợp dùng da làm vòng đệm, nhưng dùng rất hạn chế vì da không chịu được nhiệt, dễ cháy. Vải cao su ép được dùng khá rộng rãi, thường chế tạo thành từng tấm có chiều dầy từ 0,5 – 70 mm. Đặc điểm của vải cao su ép: khi làm việc ở nhiệt độ 120 – 150oC thì bắt đầu bị phá hủy, các mặt ma sát không còn bằng phẳng làm cho nhiệt độ càng tăng nhanh. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 32 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  31. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Những vật liệu như chất dẻo ép, chất dẻo dạng sợi với amian, amian tấm ép, gỗ mềm với sứ kim loại cũng được dùng khá nhiều trong bộ ly hợp ma sát. Vật liệu chế tạo mặt ma sát trong bộ ly hợp phụ thuộc các yếu tố sau: điều kiện làm việc, khả năng phát sinh hư hỏng, hệ số ma sát dưới các tốc độ tương đối, áp suất, nhiệt độ, tính giảm nhiệt, Các yếu tố nêu trên không thể phản ánh một cách đầy đủ có ảnh hưởng như thế nào đối với hệ số ma sát của hai bề mặt tiếp xúc khi làm việc. Do đó những giá trị của hệ số ma sát được nêu lên cũng chỉ thích hợp cho những tình hình cụ thể. Theo nhiều số liệu cho thấy, áp suất tăng, hệ số ma sát giảm xuống; tốc độ trượt tăng, hệ số ma sát tăng. Khi làm việc trong dầu bôi trơn hệ số ma sát ổn định hơn. Độ bóng bề mặt ảnh hưởng rất lớn đến hệ số ma sát. Độ cứng của vật liệu cũng có ảnh hưởng, nếu một mặt cứng và một mặt mềm thì mặt mềm sẽ bị mòn nhanh, hoặc nếu hai mặt cứng như nhau thì mặt nào thô hơn sẽ bị mài mòn nhanh hơn. Bảng 2.1: Hệ số ma sát của một số cặp ma sát Cặp ma sát và điều kiện bôi trơn Hệ số ma sát Thép với thép, làm việc trong dầu 0 ÷ 0,004 Thép với thép hoặc gang đúc, bôi trơn bình thường 0,1 Áp suất cũng là một thông số có quan hệ đến hệ số ma sát. Số liệu thống kê cho trong bảng 2.2 tuy chưa nhiều, nhưng đó là những số liệu đáng tin cậy, sử dụng tốt để thống kê tính toán. Khi sử dụng các số liệu cần chú ý: nếu có nhiều đĩa ma sát, đĩa làm bằng thép, áp suất cho phép giảm xuống 3%. Trong những trường hợp đặc biệt, nếu thấy cần thiết cho phép tăng 10%. Nếu số lần ly hợp nhiều (trên 10 lần trong một giờ) áp suất đó cũng cho phép giảm xuống 1÷2%, nhưng không được nhỏ hơn 40% số liệu cơ bản cho trong bảng. Bảng 2.2: Hệ số ma sát của chất dẻo, cao su Hệ số ma sát với thép Áp suất 10 kG/cm2, tốc độ trượt 0,4 m/s Vật liệu Bôi trơn Bôi trơn Ma sát khô bằng nước bằng dầu Chất dẻo ép 0,33 – – Đai hãm bằng amian lưới đồng 0,3 0,13 0,11 với nhựa dẻo Vải cao su ép tầng 0,35 0,07 0,02 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 33 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  32. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Hệ số ma sát của gỗ với gang đúc hoặc thép khi áp suất 0,5 ÷ 10 kG/cm2, tốc độ trượt 1÷30% được cho trong bảng 2.3. Bảng 2.3: Hệ số ma sát của gỗ với gang đúc hoặc thép Gỗ Kim loại Bôi trơn bằng dầu Bôi trơn bằng nước Ma sát khô Gang 0,29 ÷ 0,34 0,30 ÷ 0,37 0,35 ÷ 0,4 Thép 0,4 ÷ 0,51 0,54 0,60 ÷ 0,65 Trong quá trình làm việc, tốc độ tiếp tuyến cũng ảnh hưởng đến áp suất. Thường dùng đến hệ số điều chỉnh C để xét ảnh hưởng đó. Số lần ly hợp quá nhiều (50÷100 lần trong một giờ), số lượng tấm ma sát ảnh hưởng rõ rệt đến áp suất. Trường hợp này được điều chỉnh bằng 2 hệ số K1 . Sau khi xét đến các yếu tố trên, áp suất đơn vị q (kG/cm ) được xác định như sau: q = q0 .C.K1 (2-1) Trong đó: q – áp suất đơn vị thống kê, [kG/cm2]; C – hệ số điều chỉnh tốc độ tiếp tuyến; K1 – hệ số điều chỉnh do số lần ly hợp. Bảng 2.4: Hệ số điều chỉnh số lần ly hợp K1 Số bánh chủ động 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Hệ số K1 1 0,97 0,94 0,91 0,88 0,85 0,82 0,79 0,76 Bảng 2.5: Áp suất đơn vị q0 của vật liệu q0 Vật liệu [kG/cm2] Thép với thép, bôi trơn bằng dầu 6÷8 Thép với gang trong bộ ly hợp ma sát đĩa tròn 2,5÷3 Thép với gang trong bộ ly hợp ma sát hình chóp 4 Bảng2.6: Hệ số điều chỉnh tốc độ tiếp tuyến C Tốc độ tiếp tuyến, [m/s] Hệ số hiệu chỉnh C 2,5 1 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 34 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  33. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 3,0 0,94 4,0 0,86 5,0 0,80 6,0 0,75 8,0 0,68 10,0 0,63 13,0 0,59 15,0 0,55 2.2.3. Bộ ly hợp ma sát nhiều đĩa 1– Sơ đồ nguyên lý Phần trục dẫn, gắn vỏ bộ ly hợp 1; phía trong của 1 có gắn các đĩa ma sát 2. Phần trục bị dẫn, có gắn các đĩa ma sát 3 trên phần thân của ly hợp. Trên phần thân của ly hợp trên trục bị dẫn có khoét rãnh dầu thủy lực 7 và gắn các thiết bị: vỏ bộ ly hợp 9 (xy-lanh thủy lực), piston thủy lực 5, lò xo 4, thiết bị làm kín dầu thủy lực 6. Trên trục bị dẫn 8 còn gắn đĩa chặn (vành chặn) 10. Các đĩa 2 và 3, trên bề mặt đều được phủ lớp hợp chất tăng khả năng ma sát ở cả hai phía mặt đĩa. Hình 2-1 mô tả sơ đồ nguyên lý của bộ ly hợp ma sát nhiều đĩa; với các thành phần sau: 1. Vỏ bộ ly hợp gắn trên trục dẫn. 2. Các đĩa ma sát gắn trên phần trục dẫn. 3. Các đĩa ma sát gắn trên phần trục bị dẫn. 4. Lò xo. 5. Piston thủy lực. 6. Thiết bị làm kín dầu thủy lực, 7. Rãnh cấp dầu thủy lực. 8. Trục bị dẫn. 9. Vỏ bộ ly hợp (xy-lanh thủy lực) gắn trên phần trục bị dẫn. 10. Đĩa chặn. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 35 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  34. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 1 2 3 4 56 10 9 8 7 Hình 2-1 Sơ đồ nguyên lý bộ ly hợp ma sát nhiều đĩa 2– Nguyên lý làm việc – Hợp trục: Cấp dầu áp lực cao vào khoang bên phải piston 5 qua lỗ cấp 7, dưới tác dụng của dầu có áp suất cao, piston 5 di chuyển sang bên trái ép các mặt đĩa 3 và 2 với nhau. Mômen từ trục dẫn được truyền sang trục bị dẫn thông qua lực ma sát trên các bề mặt đĩa. – Tách trục: Ngừng cấp dầu vào khoang bên phải piston 5 làm áp suất trong khoang này giảm xuống, lò xo 4 đẩy piston 5 dịch chuyển về bên phải. Dưới tác dụng của lực đàn hồi, các đĩa 3 và 2 rời xa nhau, tách trục dẫn và bị dẫn. 3– Đặc điểm – Có khả năng truyền được mômen lớn đạt tới khoảng 10.000 kGm. – Hiệu suất truyền động rất cao (tổn thất không đáng kể). – Trọng lượng và kích thước nhỏ (đặc biệt theo phương hướng kính). Trọng lượng vào khoảng 0,1 ÷ 0,2 kg/kGm. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 36 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  35. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 – Độ mài mòn nhỏ, làm việc được ở nhiệt độ cao. Trong một số trường hợp cho phép làm việc tới 600 ÷ 7000 C. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 37 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  36. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 2.3 TRUYỀN ĐỘNG CƠ NĂNG 2.3.1. Truyền động bánh răng Đọc các giáo trình nguyên lý máy và chi tiết máy. 2.3.2. Truyền động hành tinh 1– Khái quát về truyền động bánh răng hành tinh Trong truyền động hành tinh (Hình 2-2), bánh răng hành tinh (2) đồng thời tham gia hai chuyển động: chuyển động quanh trục và chuyển động tương đối với bánh răng trung tâm (1) (bánh răng mặt trời) và trục bánh răng (3) (vòng răng ngoại tiếp); bánh răng (3) cố định khi thiết bị truyền động làm việc. Giá hành tinh (H) của trung tâm hành tinh đóng vai trò trục bị động. Loại truyền động này trong chi tiết máy được gọi là truyền động vi sai. 3 2 H 1 Hình 2-2 Sơ đồ truyền động hành tinh 2– Tỷ số truyền Tỷ số truyền động giữa một bánh răng bất kỳ trong hệ hành tinh với giá hành tinh được xác định theo công thức sau: n H iKH = 1− iKn (2-2) Và giữa giá hành tinh đối với bất kỳ một bánh nào: n 1 1 iHK = n = H (2-3) iKH 1− iKn Trong đó: Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 38 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  37. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 n i KH – tỷ số truyền động giữa bánh răng bất kỳ K với giá hành tinh H lúc bánh răng trung tâm n cố định. H i Kn – tỷ số truyền động giữa bánh răng nhóm n lúc giá hành tinh H cố định (tức là tỷ số truyền động giữa trục chủ động K với bánh bị động n). H H Khi xác định tỷ số truyền động i Kn cần lưu ý: Nếu K và n quay khác chiều nhau thì i Kn H 0. H n Công thức (2-3) cho thấy: nếu i Kn tiếp cận 1 thì i KH tiếp cận tới cực đại. Vì vậy thiết bị truyền động đạt được tỷ số truyền cao (truyền động cao tốc). Muốn có kích thước của bánh răng nhỏ mà có cùng số lượng bánh răng, quan hệ giữa các răng như nhau thì truyền động hành tinh đơn giản và có tỷ số truyền lớn hơn nhiều so với truyền động bánh răng thông thường. Hiện nay kiểu truyền động bánh răng hành tinh được dùng rất rộng rãi với ưu điểm là kích thước nhỏ, hiệu suất cao. Sơ đồ trong hình 2-2 là phương án động lực được dùng nhiều nhất. Trong sơ đồ, bánh 3 răng (1) là bánh chủ động, giá hành tinh H là trục bị động, hệ có tỷ số truyền i iH = 3,5÷7,5. Muốn có tỷ số truyền cao hơn, có thể ghép nối tiếp mấy phương án lại, sẽ được phương án truyền động nhiều cấp (hình 2-3). Hình 2-3 Sơ đồ ghép nối truyền động hành tinh 3– Hiệu suất truyền động Trước đây, có thời gian đã dùng những phương án truyền động bánh răng hành tinh như hình 2-4; trong đó giá hành tinh H được sử dụng làm trục chủ động, bánh răng (1) làm bánh bị động, các phương án này có tỷ số truyền rất lớn nhưng hiệu suất rất thấp. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 39 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  38. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Hiệu suất truyền động của thiết bị truyền động hành tinh biến đổi rất lớn khi hình thức kết cấu và tỷ số truyền khác nhau, và được xác định như sau: n n H ηKH = 1− (1− iKH )ψ (2-4) Trong đó: n η KH – hiệu suất truyền động từ bánh chủ động K đến giá hành tinh H, khi bánh n cố định; n i KH – tỷ số truyền động giữa giá hành tinh chủ động đến bánh bị động K khi bánh n cố định. Hiệu suất truyền động khi giá hành tinh H chủ động và bánh K bị động xác định như sau: n 1 ηKH = n H (2-5) ()1+[1− iKH ]ψ Hình 2-4 Truyền động hành tinh với giá hành tinh H chủ động Phân tích các công thức (2-2), (2-3), (2-4), (2-5), nếu dùng phương án trong hình 2-2 lúc tỷ số truyền động tăng, hiệu suất truyền động giảm xuống không nhiều (tính từ bánh chủ động). Nhưng dùng phương án trong hình 2-4 thì khi tỷ số truyền động tăng lên, hiệu suất truyền động giảm xuống rất nhanh. Ngoài ra chất lượng lắp ráp và mức độ chính xác khi chế tạo cũng ảnh hưởng khá lớn đến hiệu suất truyền động. Trong phương án nếu dùng giá hành tinh làm trục chủ động, hiệu suất sẽ rất thấp vì sự khác nhau giữa lực tác động lên cấp cao và cấp thấp của bánh răng. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 40 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  39. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Khi chọn phương án động học của truyền động hành tinh, trước hết là căn cứ vào công dụng của trang trí động lực để chọn một phương án có kết cấu tối ưu và có hiệu suất cao. Trong một vài trường hợp yêu cầu tỷ số truyền cao, thời gian làm việc ngắn, công suất truyền rất nhỏ thì hiệu suất truyền động là thứ yếu và yêu cầu về kích thước là chính. Trong trường hợp này dùng phương án trong hình 2-4 là tốt nhất. Bảng2.7: Hệ số tổn thất ΨH của truyền động Hình Phương thức bôi Phương án truyền động thức gối Hệ số tổn thất ΨH trơn trục chìm vào dầu 0,04 Ổ bi bôi trơn phân bố đều 0,05 chìm vào dầu 0,05 Bạc lót bôi trơn phân bố đều 0,06 chìm vào dầu 0,02 Ổ bi bôi trơn phân bố đều 0,03 chìm vào dầu 0,035 Bạc lót bôi trơn phân bố đều 0,04 Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 41 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  40. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 4– Một số sơ đồ bộ truyền thường sử dụng Kiểu I Kiểu II Hình 2-5 Sơ đồ bộ truyền động hành tinh 1 cấp Hình 2-5 Sơ đồ bộ truyền động hành tinh 2 cấp Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 42 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  41. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 2.4. Phương thức và thiết bị truyền động thủy lực 2.4.1. Nguyên lý làm việc và ứng dụng Thiết bị truyền động thủy lực là thiết bị nối trục thủy lực và giảm tốc thủy lực. Thiết bị gồm có một bơm và một tuốcbin nước tạo thành một liên động cơ (hình dưới). Trục (1) của bơm ly tâm (2) do động cơ quay, lúc động cơ làm việc bơm ly tâm hút nước từ trong thùng (8) đi vào bơm theo ống dẫn (3), đi vào vòi phun, nước được gia tốc trong vòi phun và phun vào tuốcbin với tốc độ khá cao; tuốcbin (4) quay trục (5) nối liền với chân vịt tàu hay một máy nào đó. Nước từ trong tuốcbin xả vào thùng (6) nối liền với thùng (8) bởi đường ống (7), do đó nước được tuần hoàn liên tục. Thực tế phương án trên chỉ được dùng trong các loại máy thủy lực. Trong các lĩnh vực khác, phương án trên ít được dùng vì tổn thất khá lớn ở các đường ống và vòi phun. Mặt khác kích thước thiết bị lại rất lớn, dùng làm thiết bị trên tàu thủy rất không có lợi. Thiết bị truyền động thủy lực trên tàu thủy đặt trong cùng một vỏ chung. Do kết cấu khác nhau nên có thể chia ra làm hai loại: thiết bị nối trục thủy lực và bộ giảm tốc thủy bộ lực. Bộ giảm tốc thủy lực khi tham gia công tác, số vòng quay của trục động cơ và trục bị động có quan hệ tỷ lệ biến tốc nhất định; mômen quay trên trục đông cơ cũng tăng lên theo tỷ lệ, do đó có lúc còn gọi là thiết bị mômen xoắn biến đổi thủy lực. Thiết bị nối trục thủy lực có đặc điểm là mômen xoắn trên trục động và trục bị động không thay đổi khi công tác, có tác dụng như một loại ly hợp đàn tính và có hiệu suất cao hơn bộ giảm tốc thủy lực. Hình bên là sơ đồ cấu tạo thiết bị nối trục thủy lực. Thiết bị nối trục thủy lực khác với bộ giảm tốc thủy lực là không có bộ phận dẫn hướng và kích thước của bơm và tuốcbin bằng nhau. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 43 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  42. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Thiết bị nối trục thủy lực và bộ giảm tốc thủy lực dùng trên tàu thủy có khả năng hoàn thành các nhiệm vụ sau đây: - Ly hợp trục động với trục chân vịt. - Điều chỉnh phụ tải và số vòng quay của trục công tác, nếu kết cấu thích đáng thì có thể hoàn thành nhiệm vụ quay ngược chiều trục bị động. - Cải thiện thay đổi tính năng kéo của tàu. - Lúc phụ tải của chân vịt thay đổi có thể không ảnh hưởng đến tính ổn định công tác của động cơ; khi chân vịt quá tải có khả năng bảo vệ động cơ. - Có tác dụng giảm xung và giảm nhẹ ảnh hưởng chấn động của các thiết bị xung quanh đối với động cơ. - Cho tồn tại độ lệch tâm của trục, tiện cho việc lắp ghép. - Có tác dụng làm giảm bớt tiếng ồn của trang trí. - Thuận tiện cho việc điều khiển từ xa. - Thiết bị truyền động quay ngược chiều có thể giảm bớt kích thước kết cấu của trang trí, ví dụ như bỏ tuốcbin quay ngược chiều trong trang trí động lực thì không những trang trí đơn giản mà hiệu suất lại cao. Do những đặc điểm vừa phân tích ở trên, thiết bị truyền động thủy lực dùng trên một số loại tàu rất thích hợp như tàu phá băng, tàu kéo Những loại tàu này lúc làm việc phạm vi sức kéo thay đổi rất lớn, cần cải thiệm tính năng thao tác, tính năng kéo và tính tự động điều chỉnh. Những năm gần đây, động cơ cao tốc được phát triển mạnh, thiết bị giảm tốc được dùng ngày càng nhiều. Với lý do đề phòng truyền động bánh răng hay phát sinh sự cố và sử dụng nhiều dộng cơ liên hợp, thiết bị truyền động thủy lực lại được sử dụng rất rộng rãi. 2.4.2. Cấu tạo của bộ nối trục thủy lực và giảm tốc thủy lực 1– Thiết bị nối trục thủy lực Thiết bị nối trục thủy lực được phân thành 2 loại: loại tiêu chuẩn và loại đặc biệt. Thiết bị nối trục thủy lực tiêu chuẩn bố trí 2 bánh cánh quạt đối xứng trong cùng một vỏ. Cánh quạt thẳng phân bố theo hình quạt. Khi thiết bị được nạp đầy công chất (nước hay dầu), chỉ cần trục động quay, chất lỏng sĩ lưu động vòng liên tục tạo thành một quá trình chuyể biến năng lượng. Năng lượng ở trục động thông qua chất môi giới truyền cho nửa tuabin khiến tuabin quay cùng với bơm và thiết bị nối trục ở trạng thái làm việc. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 44 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  43. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Thiết bị nối trục thủy lực khi làm việc do sự lưu động của chất lỏng tạo nên tổn thất thủy lực. Tổn thất đó biến thành nhiệt và làm tăng nhiệt độ của chất lỏng, vì vậy chất lỏng trong thiết bị phải luôn được làm mát. Dùng hiệu suất truyền động ε để biểu thị công suất tổn thất khi qua thiết bị: N ε = 2 .100% N 1 (2–6) Trong đó: N1_Công suất trục động N2_Công suất trục bị động Theo định luật Niutơn thứ hai, trong thiết bị nối trục thủy lực không có bộ phận dẫn hướng (bỏ qua sức cản không khí đối với vỏ và coi như sức cản gối trục không lớn), do đó mômen xoắn trên trục động và trục bị động bằng nhau tức là: M1 = M2 Do đó tacó: (2–7) N M .n n ε = 2 = 2 2 = 2 N1 M 1.n1 n1 Công thức trên chỉ rõ lúc thiết bị nối trục thủy lực làm việc, số vòng quay của trục động và trục bị động không bằng nhau, và thường dùng khái niệm "độ trượt" s để dặc trưng cho sự khác nhau đó: n s = (1 − 2 ) % n 1 (2–8) Đối với thiết bị nối trục thủy lực tiêu chuẩn: s = 2 ÷ 3 %. Khi ngừng cấp chất lỏng, trong không gian công tác chất lỏng không ngừng theo lỗ 7 đi ra ngoài, và sau một thời gian ngắn (từ 8 ÷ 10 giây) thiết bị ngừng quay. Một vài thiết bị nối trục thủy lực đặc biệt trong ruột thiết bị còn có một vòng chắn. Khi đậy kín toàn bộ, chất lỏng tiến hành lưu động hai lần tại hai mép cánh quạt. Trong trường hợp này bộ nối trục không hoàn toàn phân ly, mômen xoắn bằng 1/6 lúc bình thường. Nếu đem vòng chắn đó đặt tại một vị trí trung gian bất kỳ thì có thể thay đổi độ trượt của thiết bị, đạt trị số yêu cầu và thay đổi được cả phụ tải và vòng quay của thiết bị nối trục. Vòng đỡ của tấm chắn lắp trên cần đẩy C và di động nhò vòng trượt phía phải. Tấm chắn nằm trên trục bị động, do đó có thể đề phòng chấn động do mômen xoắn của động cơ gây ra. Thiết bị làm kính trục có dạng hình rắn uốn khúc. Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 45 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm
  44. TẬP BÀI GIẢNG HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU NGÀNH MÁY TÀU THỦY – MÃ 18.02.10 BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL C2/HĐL–TBG18.02.10 Trên đây mới đề cập đến thiết bị nối trục lồng đơn. Loại thiết bị này khi truyền động công suất lớn, kích thước rất lớn gây khó khăn cho việc bố trí hệ trục trong buồng máy. Để giảm bớt kích thước của thiết bị nối trục thủy lực, đôi khi thiết kế cánh quạt của bánh chủ động có dạng cong hướng phía trước. Loại cánh quạt này nếu cùng kích thước với loại cánh thẳng thì mômen quay của nó lớn hơn nhiều, tính kinh tế lại tốt nhưng khuyết điểm là không quay ngược chiều như cánh thẳng. Loại cánh thẳng quay chiều nào thì đường đặc tính cũng như nhau. Còn loại cánh cong hướng phía trước, lúc quay ngược chiều truyền lực rất kém, công suất giảm. 2– Bộ biến tốc thủy lực Bộ biến tốc thủy lực được dùng khá sớm trên các tàu có tốc độ cao, gồm 2 loại: loại quay một chiều và loại quay hai chiều. Trên tàu thủy dùng bộ biến tốc thủy lực quay hai chiều có thể giảm được kích thước của thiết bị và đạt được đặc tính kéo cần thiết. Bộ biến tốc thủy lực quay hai chiều gồm các bộ phận chính sau: bơm do trục động cơ, giữa bơm và tuabin có bộ dẫn hướng thay đổi được vị trí, bộ phận dẫn hướng có lòng quay thuận và lòng quay ngược. Khi muốn trục bị động quay theo chiều nào đó thì dùng cơ cấu đổi hướng đặt bộ phận dẫn hướng theo vị trí yêu cầu. Bộ biến tốc này hiệu suất truyền động không cao, vì lúc thiết kế xét đến cả hai chiều quay thì hiệu suất sẽ rất thấp. Nếu chiếu cố chiều thuận thì lúc quay ngược lại hiệu suất lại quá thấp. Muốn nâng cao hiệu suất truyền động phải dùng loại kết cấu hai lồng. 3– Thiết bị làm kín Trong thiết bị truyền động thủy lực, một chi tiết quan trọng là thiết bị làm kín trục để đề phòng chất lỏng theo khe hở giữa trục và vỏ chảy ra ngoài. Thiết bị làm kín đơn giản nhất là bộ cản. So với các bộ phận làm kín trong các loại bơm, bộ cản là loại thiết bị làm kín đơn giản nhất nhưng công suất tiêu hao rất lớn, lúc vận hành phải lưu ý chăm sóc, do đó ít được dùng trong các bộ biến tốc thủy lực. Trong thiết bị truyền động thủy lực, thiết bị làm kín kiểu màng ngăn được dùng rộng rãi. Tấm ngăn có thể làm bằng kim loại hay bằng cao su nhưng phải lắp lò xo căng. Trong một vài kết cấu không dùng tấm ngăn, nhưng vẫn lắp lò xo để đảm bảo vòng lực đẩy tiếp xúc tốt với vòng ép. Những năm gần đây, thiết bị làm kín thường dùng kết cấu vòng xoắn ruột gà bằng đồng thay thế cho kiểu màng ngăn. Thiết bị làm kín kiểu màng ngăn thường dùng khi công chất là dầu. Nếu công chất là nước vẫn có thể dùng được, nhưng một trong hai vòng đẩy hoặc vòng ép phải dùng gỗ gai - ắc, có lúc cả hai vòng đều dùng đồng vàng để chế tạo.Bộ làm kín kiểu này tương đối đơn giản nhưng yêu cầu vị trí lắp ghép tương đối dài, hơn nữa không thể tránh khỏi rò rỉ nước ra ngoài, do đó chỉ dùng phía trong của bánh công tác Biên soạn: Nguyễn Anh Việt Page: 46 Tel: (031)3856552 Mobile: 0913.041539 E–mail: [email protected] A4 (210 x 297) mm