Giáo trình Trang bị động lực (Phần 2)

Nội dung text: Giáo trình Trang bị động lực (Phần 2)

1. Trang bị động lực trang 13 1. Sự làm việc đồng thời giữa máy chính – chân vịt định bước khi truyền động cơ khí trực tiếp. Khi truyền trực tiếp công suất từ máy chính đến chân vịt định bước, các chế độ làm việc của động cơ được xác định bởi đặc tính chân vịt. 2. Sự làm việc đồng thời giữa máy chính – chân vịt định bước khi truyền động cơ khí gián tiếp. Khi sức cản vỏ tàu tăng lên, chẳng hạn như tàu đánh cá lưới kéo làm việc ở chế độ kéo lưới hoặc tàu chạy ngược gió, ngược nước, để động cơ không bị quá tải mômen thì động cơ phải làm việc theo đặc tính bộ phận theo điều kiện không quá tải mômen, do đó khả năng kéo của tàu giảm. 3. Sự làm việc đồng thời giữa máy chính - chân vịt biến bước. Khác với chân vịt định bước, chân vịt biến bước có đặc tính chân vịt thay đổi trong phạm vi rộng tuỳ theo giá trị bước xoắn điều chỉnh. Miền các chế độ làm việc có thể của tổ hợp máy chính – chân vịt biến bước được giới hạn bởi đặc tính chân vịt buộc tàu, khi bước chân vịt có giá trị cực đại, đặc tính ngoài cực đại của động cơ, đặc tính điều tốc ở số vòng quay cực đại, đặc tính chân vịt khi bước xoắn bằng không và đặc tính số vòng quay vận hành thấp nhất ổn định. 1.3 Cơ sở xác định công suất và chọn máy chính tàu thuỷ. 1.3.1. Xác định công suất: Công suất máy chính được xác định phụ thuộc vào tốc độ tàu, sức cản thân tàu, kiểu truyền động và chân vịt. 1. Sức cản của nước (RN): xét về nguyên nhân của hiện tượng dòng chảy xung quanh vỏ tàu thì sức cản của nước có thể gồm các thành phần sau đây: RN=RS+RP+Rf+RD Ở đây: RN : sức cản nước RS : sức cản của sóng(phụ thuộc vào cấp gió, độ sâu, ) RP : sức cản hình dáng, phụ thuộc vào hình dáng, độ phình Rf : sức cản masat (phụ thuộc vào độ nhẵn bề mặt vỏ tàu, ) Trần Văn Luận
2. Trang bị động lực trang 14 RD : sức cản dư, phụ thuộc vào cấu trúc phụ ngoài. - Có thể viết công suất tính sức cản dưới dạng hệ số cản như sau: ρv 2 ρv 2 ρv 2 ρv 2 ξ S Ω + ξ P Ω + ξ f Ω + ξ d Ω RN= 2 2 2 2 Ở đây: ξ S ,ξ P ,ξ f ,ξ d là các hệ số cản sóng, hình dáng, masat và hệ số cản dư, ρ khối lượng riêng của nước kgs2/m4 v vận tốc của tàu m/s Ω : diện tích mặt ướt m2 2. Sức cản không khí: (Rk) Ngoài sức cản của nước, khi chuyển động vỏ tàu còn chịu sức cản của không khí. ρ (v 2 ± v 2 ) R = C k k F KG k 2 Ở đây: Rk: sức cản không khí C: hệ số phụ thuộc vào hình dáng phần vỏ trên mặt nước 2 4 pk: khối lượng riêng không khí (0,122 kgs /m ) F: hình chiếu của phần vỏ trên lên mặt phẳng vuông góc với hướng chuyển động của tàu (m2) vk: hình chiếu của véc tơ tốc độ gió lên trên mặt phẳng kính của tàu (dấu +: trường hợp ngược gió; dấu -: chạy xuôi gió). 3. Công suất máy chính: Sức cản toàn phần: R = RN+Rk - Công suất kéo là công suất cần thiết để thắng sức cản vỏ tàu R ở một vận tốc nào đó. NR= Rv/75 (ml) Ở đây: R tính bằng KG v tính bằng m/s NR tính bằng mã lực - Công suất cần truyền đến cho chân vịt NP sẽ lớn hơn công suất kéo Trần Văn Luận
3. Trang bị động lực trang 15 N R N P = η P - Công suất cần thiết của động cơ Ne: sẽ lớn hơn công suất truyền đến chân vịt do có tổn thất và kể đến % công suất dự trữ Kdt N R N e = K dt η Pηtη gη k Ở đây: ηP, ηt, ηg, ηk: hiệu suất chân vịt; hiệu suất hệ trục; hiệu suất giảm tốc; hiệu suất khớp nối. 1.3.2. Chọn động cơ chính a. Chỉ tiêu công suất (đảm bảo tốc độ tàu cho trước) dựa vào công suất có ích Ne tính ở trên để làm chỉ tiêu chọn công suất. b. Chỉ tiêu tính cơ động: Đánh giá tính cơ động của động cơ là dựa vào thời gian để thay đổi chế độ làm việc. Tính cơ động phụ thuộc vào kiểu loại động cơ chính, kiểu loại truyền động và chân vịt, phụ thuộc vào kiểu loại tàu và lượng chiếm nước. Các chỉ tiêu tính cơ động động cơ gồm: Thời gian chuẩn bị đưa vào khởi động, độ lâu khởi động và đạt đến công suất định mức, khả năng làm việc quá tải của động cơ. Số vòng quay thấp nhất ổn định của trục động cơ, vùng số vòng quay làm việc và vùng cấm số vòng quay. Thời gian dừng và đảo chiều, số lần khởi động và đảo chiều của động cơ trong 1 giờ. Công suất sản sinh ra khi động cơ làm việc ở hành trình lùi. Thời gian chuyển từ chế độ này sang chế độ khác. c. Chỉ tiêu về khối lượng và kích thước Chỉ tiêu này rất có ý nghĩa vì ảnh hưởng đến lượng chiếm nước, các kích thước chính của tàu, d. Chỉ tiêu độ tin cậy: Phải làm việc an toàn, tin cậy trong các điều kiện tàu nghiêng ngang, nghiêng dọc, rung động, lắc, Trần Văn Luận
4. Trang bị động lực trang 16 e. Chỉ tiêu về mức phát ô nhiễm môi trường Đảm bảo điều kiện khí hậu trong buồng máy: độ tinh khiết của không khí trong buồng máy, tiếng ồn và rung động, f. Chỉ tiêu về hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu: đánh giá hiệu quả sử dụng nhiệt. g. Kiểu loại động cơ: Động cơ hai kỳ, hoặc 4 kỳ, Loại động cơ tăng áp hoặc không, Số xilanh 1.4. Hệ trục tàu 1.4.1. Công dụng, điều kiện làm việc, yêu cầu của hệ trục. 1. Công dụng và điều kiện làm việc: Hệ trục dùng để truyền công suất và mômen xoắn từ động cơ chính đến chân vịt và nhận lực đẩy của chân vịt, truyền qua gối đỡ chặn đến kết cấu thân tàu. Hệ trục tàu chịu tác dụng mômen xoắn từ máy chính. Chịu lực đẩy của chân vịt, chịu mômen cản của chân vịt khi tàu làm việc trong điều kiện sóng gió. Ngoài ra hệ trục còn chịu tác dụng của trọng lượng bản thân và các phụ tải xuất hiện do lắp ráp, do biến dạng dư của vỏ tàu, do lực quán tính ngang xuất hiện khi tàu lắc. Làm việc trong môi trường tác dụng ăn mòn của nước biển. 2. Yêu cầu của hệ trục tàu. Do điều kiện làm việc khắc nghiệt của hệ trục, nên hệ trục tàu có những yêu cầu sau: - Bền và tin cậy trong môi trường dưới nước. - Được thiết kế đảm bảo dao động xoắn, dao động ngang và dao động dọc. - Đường tâm thẳng được duy trì suốt tuổi thọ của tàu, chịu tác động như hạ thuỷ, lên triền đà ụ, xếp dỡ hàng, biển động , mòn gối trục, dao động của tàu và trang thiết bị. 1.4.2. Phân loại hệ trục: Trần Văn Luận
5. Trang bị động lực trang 17 1.Theo số lượng: tàu có một hệ trục, tàu có hai hệ trục, ba hệ trục, Thông thường các loại tàu vận tải đơn thuần thì dùng một hệ trục, các tàu chuyên dùng như tàu kéo, tàu công trình, tàu chiến, thì số lượng hệ trục có thể lớn hơn hai. 2. Theo cấu tạo chân vịt: hệ trục chân vịt có bước cánh cố định và loại hệ trục có bước cánh thay đổi (chân vịt biến buớc). Chân vịt biến bước là chân vịt có cánh xoay quanh tâm để tạo bước cánh thay đổi do cơ cấu thay đỏi bước cánh điều khiển. 3. Theo phương pháp làm mát - bôi trơn trục chân vịt Làm mát bằng nước hoặc bằng dầu nhờn Trục chân vịt làm mát và bôi trơn bằng nước thì bạc đỡ trục chân vịt được chế tạo bằng vật liệu phi kim loại: gỗ gai ắc, cao su, Đối với trục làm mát và bôi trơn bằng dầu nhờn thì bạc đỡ tráng babít và có thêm kết cấu đặc biệt làm kín ổ đỡ ống bao. 4. Theo chiều dài hệ trục: Tàu có hệ trục ngắn l 30d. Chiều dài hệ trục phụ thuộc vào đặc điểm truyền động và vị trí bố trí buồng máy. 5. Theo chiều quay: chân vịt quay phải hoặc quay trái nếu nhìn từ đuôi về mũi. 1.4.3. Đặc điểm kết cấu hệ trục: Kết cấu chung hệ trục: Trần Văn Luận
6. Trang bị động lực trang 18 Hình 1.4.1 Kết cấu chung hệ trục 1 Trục chân vịt: là đoạn trục cuối cùng mang chân vịt, đây là đoạn trục làm việc nặng nề nhất . 4 1 2 5 6 3 7 8 98 369 638 685 317 231 67 4755 Hình1.4.2 Kết cấu trục chân vịt 1.Đầu ren lắp đai ốc chân vịt, 2. Then chân vịt, 3.Phần côn trục lắp chân vịt, .4 Áo bao trục, 5. Trục chân vịt, 6.Then khớp nối, 7 Phần trục côn lắp khớp nối, 8. Đầu ren lắp đai ốc khớp nối. 2. Ống bao trục và bạc lót trục chân vịt. Trần Văn Luận
7. Trang bị động lực trang 19 a) Ống bao trục. Trục chân vịt được gá trên hai gối đỡ và nằm trong ống bao trục. Ống bao trục có nhiệm vụ bảo vệ trục và gối đỡ, giúp giữ ổn định trục chân vịt, tăng độ cứng vững nhờ liên kết chắc chắn với vỏ tàu. Hình 1.4.3 Ống bao trục chân vịt 1. Ống bao trục chân vịt, 2. Trục chân vịt. b) Bạc lót trục chân vịt. Bạc lót trục chân vịt được bố trí bên trong ống bao trục và là loại bạc trượt. Các bạc lót làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, việc theo dỏi gặp nhiều khó khăn, ở bạc lót phía lái dễ bị bẩn do rác rưởi và thường chịu những phụ tải bổ sung do chân vịt gây ra .Vật liêu chế tạo bạc lót gối đỡ trục chân vịt phụ thuộc vào môi chất làm mát và bôi trơn Hình 1.4.4 Kết cấu bạc lót 1. Cốt thép, 2 Hợp kim đồng, 3 Cao su. 3. Trục trung gian: Là trục hoặc các đoạn trục nối từ trục đẩy đến trục chân vịt. Nhiệm vụ chính là truyền mô men xoắn đến chân vịt. Nói chung trục trung gian chịu tải do momen xoắn, trọng lượng bản thân, lực đẩy và tải bổ sung do biến dạng cục bộ. Điều kiện làm việc của trục trung gian nhẹ nhất so với các đoạn trục khác. 4. Trục đẩy: là trục có nhiệm vụ chặn lực đẩy chân vịt thông qua vành chặn lực đẩy kết cấu liền với trục. Trần Văn Luận
8. Trang bị động lực trang 20 Một đầu nối với trục trung gian còn đầu kia nối với bích bộ truyền động hoặc đầu trục máy chính. Trục đẩy được lắp trực tiếp vào ổ đỡ chặn, có các bạc đỡ để chặn lực đẩy. 5.Ổ đỡ trung gian: là các ổ đỡ của các trục trung gian, có thể là ổ trượt hoặc ổ lăn( cho các tàu nhỏ) Hình 1.4.5 Kết cấu gối đỡ trượt bôi trơn bằng dầu cưỡng bức 1. Bạc lót; 2. Dụng cụ đo độ lún của trục; 3. Bích nén cụm kín; 4. Trục trung gian; 5. Ông dẫn dầu ra; 6. Ông dẫn dầu vào; 7. Ống xả dầu; 8. Thân gối đỡ 6. Ổ đỡ chặn chính: làm nhiệm vụ chính là chuyển lực đẩy chân vịt thông qua vành trục đẩy đến vỏ tàu, để bảo vệ máy chính. Hình 1.4.6 Kết cấu gối đỡ chặn 1. Trục chặn(trục đẩy); 2. Vai chặn; 3. Bạc chặn; 4. Bạc lót; 5. Thân gối đỡ; 6. Chốt chặn trên vỏ; 7. Chốt chặn trên bạc chặn; 8. Ống nước làm mát; 9. Ống chỉ mức dầu. Trần Văn Luận
9. Trang bị động lực trang 21 7. Phanh hệ trục: làm nhiệm vụ phanh, hãm hệ trục khi xảy ra sự cố hoặc cần giảm quán tính quay của hệ trục. Trường hợp tàu có nhiều hệ trục, phanh còn có nhiệm vụ hãm trục không làm việc, để không bị xoay trong khi trục khác làm việc 8. Chân vịt 7 5 12 1 19 26 32 39 45 0 2 7 R 0 4 6 0 R 3 5 R 0 8 4 52 R 0 3 0 4 R R 7 5 5 8 R 0 2 59 3 R 3 12 0 4 2 R 2 0 6 1 R 1/12 230 190 130 125 175 280 36 72 7 120 25 145 210 190 Hình1.4.7. Kết cấu chân vịt 1. Cánh chân vịt, 2. Củ chân vịt, 3. Củ chân vịt Chân vịt là một thiết bị đẩy tàu, nó nhận mômen từ động cơ qua trục chân vịt đồng thời tạo ra lực đẩy truyền lại cho trục và vỏ tàu để đẩy tàu. Chân vịt làm việc trong môi trường nước biển và nằm độc lập bên ngoài thân tàu nên luôn chịu sự tác động của môi trường biển. 1.5. Các phương pháp định tâm máy chính - hệ truc tàu. Để lắp ráp hệ trục - máy chính xuống tàu phải thực hiện các công việc sau: Công tác chuẩn bị, căng tim hệ trục, lắp ráp hệ trục, định tâm hệ trục, lắp ráp máy chính , định tâm máy chính. 1.5.1. Các phương pháp căng tim hệ trục: 1.5.1.1 Công tác chuẩn bị Chất lượng căng tim, lắp ráp và định tâm hệ trục - máy chính có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của tàu. Để đảm bảo yêu cầu trên trước khi căng tim con tàu phải ở mức độ thi công sau: - Mọi công việc hàn vỏ và boong cơ bản đã xong. - Các khoang đuôi, khoang bên cạnh và các két nước trong vùng hệ trục và buồng máy đã được thử kín nước. - Vỏ tàu phải ở vị trí cân bằng. Cho phép nghiêng dọc so với đường cơ bản ±3mm, và nghiêng ngang ±2mm. - Tất cả các thanh chằng, dàn dáo, đồ gá tại đuôi tàu phải được tháo bỏ. Trần Văn Luận
10. Trang bị động lực trang 22 Ngoài ra toàn bộ thiết bị dụng cụ để căng tim phải chuẩn bị đầy đủ. Các dấu chuẩn đã được xác định xong. 1.5.1.2 Các phương pháp căng tim. Sau khi chuẩn bị đầy đủ các điều kiện trên mới tiến hành căng tim để xác định đường tâm lý thuyết. Trên cơ sỡ đường tấm lý thuyết được xác định mới tiến hành vạch dấu, doa các lỗ ống bao, vách ngang, đồng thời xác định chiều cao bệ đỡ máy một cách chính xác. Có 3 phương pháp căng tim: Căng tìm bằng ánh sáng, bằng quang học và phương pháp căng dây. Sau đây ta lần lượt tìm hiểu các phương pháp đó. 1. Phương pháp căng tìm bằng ánh sáng. a) Điểm chuẩn. Trong phương pháp này hay các phương pháp căng tim khác đều phải có hai điểm chuẩn được xác định theo toạ độ đường tâm lý thuyết cho trong bản vẽ thiết kế, một điểm ở phía đuôi tàu và một điểm ở vách phía mũi buồng máy tàu, các điểm chuẩn A và B trên hình 1.5.2. Điểm chuẩn A phía đuôi tàu, thường là điểm ở mặt đuôi của ống bao, sống đuôi. Còn điểm chuẩn B phía mũi tàu thường là điểm nằm trên vách phía mũi của buồng máy. Hai điểm chuẩn này phải được xác định trước khi tiến hành căng tim. b) Đích ngắm. Có nhiều loại đích ngắm khác nhau. Trong phần này xin giới thiệu hai loại đích ngắm. - Đích ngắm cố định. Chỉ là một tấm kim loai dày 2÷3mm có khoang lổ d = 0,75mm hình 1.5.1a ). Tấm kim loại được xê dịch bằng tay cho đến khi người quan sát từ điểm chuẩn A ở phía đuôi tàu nhìn rỏ ánh sáng phát ra từ điểm chuẩn B. Sau đó cố định tấm kim loại vào tấm gổ ở vách ngang để vạch dấu gia công lổ trục. Trần Văn Luận
11. Trang bị động lực trang 23 Hình 1.5.1 Đích ngắm dùng để căng tim bằng ánh sáng. a) Đích ngắm cố định: 1. Tấm kim loại, 2. Lỗ d = 0,75mm, 3. Tấm gỗ. b) Đích ngắm điều chỉnh: 5 Tấm gỗ đứng, 6.Vít điều chỉnh, 7. Tấm gỗ ngang. - Đích ngắm điều chỉnh. Đích ngắm điều chỉnh ( hình 1.5.1b) bao gồm hai tấm gỗ 5 và hai tấm nằm ngang 7 dịch chuyển ngang và lên xuống trong ngàm 4 nhờ các bulông 6.Khi căng tim loại đích ngắm này được gắn ngay vào vị trí chuẩn ở A , B và các vách ngang. Sau đó điều chỉnh các tấm gỗ để có lỗ nhỏ với tiết điện S = 0,6mm2 , cho người quan sát từ điểm A phía lái nhìn rõ ánh sáng phát ra từ điểm B trong buồng máy. c) Quy trình căng tim bằng ánh sáng. Việc căng tim được tiến hành sau khi công tác chuẩn bị đã được hoàn tất. Tất cả các vị trí trục sẽ đi qua đã được tiến hành khoét lỗ tạm thời và bịt bằng gỗ chỉ để chừa lỗ có đường kính 20mm . Hình 1.5.2 Căng tim hệ trục bằng ánh sáng. 1. Bóng đèn, 2. Ống nhòm kèm đích ngắm tại A, 3. Đích ngắm tại các điểm trung gian. Các bước tiến hành công việc căng tim ( hình 1.5.2 ) như sau: - Căn cứ vào toạ độ cho trên bản vẽ thiết kế tuyến hình, đo chính xác vị trí chuẩn A và B. Sau đó dùng dây căng từ A đến B để xác định sơ bộ các điểm tâm trục trung gian ở các vách ngang. - Tại điểm A phía lái điều chỉnh lỗ đích ngắm đúng vào vị trí điểm chuẩn A và gắn ống nhòm 2 vào để quan sát. Tại điểm B trong buồng máy, cũng điều chỉnh sao cho lỗ đích ngắm đúng vị trí điểm B theo toạ độ bản vẽ. Tại các vị trí trung gian giữa A và B , căn cứ vào vị trí điểm tâm sơ bộ gắn các đích ngắm trung gian 3. Trần Văn Luận
12. Trang bị động lực trang 24 - Giữa hai điểm A và B chỉ có một đường thẳng tia sáng đi qua .Đường thẳng nối hai điểm A và B chính là tâm hệ trục. - Trước đích ngắm B dùng bóng đèn 500W hướng cho tia sáng rọi vào đích ngắm chuẩn tại B và tại A phía buồng lái luôn quan sát. Lần lượt điều chỉnh các đích ngắm 3 ở các vị trí trung gian để tia sáng đi qua tất cả các lỗ của đích ngắm và người quan sát tại điểm A thấy rỏ ánh sáng từ điểm B. Như vậy có nghĩa tia sáng đã nối hai điểm A và B thành một đường thẳng. Các lỗ đích ngắm 3 lúc này chính là tâm của trục vì nằm trên đường tia sáng, tức là đường tâm hệ trục. - Lấy các lỗ đích ngắm trung gian 3 làm tâm, dùng compa vạch một vòng tròn có bán kính đúng bằng đường kính trục và một vòng tròn có đường kính lớn hơn, đồng thời vạch dấu tâm chữ thập hai vòng tròn. Vòng tròn thứ nhất sẽ được gia công lắp ráp trục. Vòng tròn thứ hai dùng để kiểm tra. Vạch các dấu trên xong thì công việc căng tim hoàn tất. 2. Phương pháp căng tim bằng quang học. Căng tim bằng quang học dựa trên nguyên lý: Dùng ống ngắm có hệ thấu kính phóng đại để có thể quan sát đích ngắm từ xa và điều chỉnh cho tâm ngắm trùng với tâm ống ngắm dưới dạng vòng có dấu chữ thập. Căng tim bằng quang học là phương pháp hiện đại dùng khi đóng tàu theo phương pháp tổng đoạn. 1. Dụng cụ căng tim. Dụng cụ căng tim bao gồm: ống ngắm và đích ngắm. a) Ống ngắm. Hình 1.5.3 Thiết bị ống ngắm. Trần Văn Luận