1 Chương 7: Đặc tính phụ t ả i Đặc tính phụ tải là đặc tính biểu thị sự thay đổi suất tiêu hao nhiên li ệu có í ch và các chỉ tiêu khác theo giá trị công suất, momen hay áp su ất có ích trung bình P e khi động cơ làm việc ở các chế độ có số vòng quay không đổi khác nhau n = cons t . Đối với động cơ Diesel, nếu giữ số vòng quay không đổi thì khi mu ốn thay đổi t ả i cần thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và đảm bảo góc phun sớm thích hợp nhất đối v ới từng chế độ số vòng quay, khi đó các giá trị phụ tải của động cơ như công suất có ích N e , mômen có ích M e và áp suất có ích trung bình Pe ở chế độ số vòng quay không đổi tăng theo t ỷ lệ giống nhau và xác định phụ tải của động cơ. Qua đường đặc tính phụ tải có thể xác định được các thông số kinh t ế của động cơ như suất tiêu hao nhiên liệu có ích g e , lượng tiêu hao nhiên li ệu giờ G đối vớ i từng chế độ số vòng quay, su ất tiêu hao nhiên liệu ít nhất g min , lượng nhiên liệu g i ớ i hạn cung c ấp cho mỗi chu trình, từ đó có thể xác định được chế độ khai thác hợp lí theo công suất số vòng quay ở điều kiện khai thác th ực tế và sự thay đổi các t hông số công tác động cơ từ chế độ không tải P e = 0 cho đến chế độ tải định mức P e = P eH . Trong thực tế các động cơ Diesel thường làm việc theo đặc tính phụ tải nên trong quá trình khai thác đặc tính phụ tải th ường dừng ở vòng quay định mức n H = const. Trường hợp n H = const và bộ chế tốc độ giữ mức độ không đều trong 2 khoảng (3 – 5)% số vòng quay định mức thì khi đó đặc tính ph ụ tải gọi đường đặc tính đ i ều chỉnh. Kinh nghiệm khai thác nh ận thấy khi làm việc ở chế độ phụ tải thì số vòng quay động c ơ bao giờ cũng phải thay đổi từ (2 – 3)% số vòng quay định m ức để phù hợp với sự tăng giảm của phụ tải. Khi đó việc điều chỉnh số vòng quay trở lại ổn định được thực hiện nhờ bộ điều chế tốc tác động lên thanh răng bơm cao áp để cung c ấp lượng nhiên liệu phù hợp phụ tải. Các chế độ tải đặc trưng nh ất cho quá trình làm việc của động cơ Diesel là chế độ không tải P e = 0, chế độ toàn tải P e = 100% và chế độ phụ tải kinh tế nhất g e = g emin . 3 2.4. PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU TRONG ĐIỀU KIỆN THỰC TẾ. Từ trình bày trình bày trên đây, có thể đề xuất phương pháp xây d ựng đồ t h ị vận hành tàu trong điều kiện khai thác th ực tế dựa trên cơ sở đường đặc tính hoạ t động chi tiết của chân v ịt theo trình tự như sau : 1) Xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân v ịt sạch : - Lựa chọn đồ thị thiết kế chân vịt tổng hợp các đường đặc tính hoạt động phù hợp với chân vịt đang tính để xác định mối quan h ệ giữa các h t ông số K T ,K Q =f(J). Ví dụ trên (hình 2-9) là cách thức xác định mối quan h ệ K T ,K Q = f(J) theo đồ thị thiết kế chân vịt của Papmen. - Các số liệu xác định từ mối quan hệ đồ thị K T ,K Q = f(J) đã được trình bày trong phần trên, tính và xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết chân v ịt K T ,K Q =f(V,n) là các đường th ẳng qua gốc toạ độ dưới dạng các đường K T ,K Q =cons t trong h ệ toạ độ (V,n). Ví dụ ở (bảng 2) là bảng tính và xây dựng đường đặc tí nh hoạt động chi tiết của chân vịt sạch theo đồ thị thiết kế chân vịt của Papmen. 4 Hình 2-11: Xác định mối quan hệ K T , K Q =f(J) theo đồ thị Papmen 30 Bảng 2: Bảng tính xây dựng đường đặc tính hoạt động chi ti ết chân vịt sạch G i á t r ị h ệ số mome n G i á t r ị h ệ số tiến J t h e o T ố c đ ộ quay chân vịt n ( v / s ) T ố c đ ộ chân vịt V P = ( n D ) T ố c đ ộ t àu V P V t  1   K Q1 J 1 n 1 1 n 2 1 … V p 11 V p 21 … V t 11 V t 21 … K Q2 J 2 n 1 2 n 2 2 V p 12 V p 22 V t 12 V t 22 … . … . … . K Qn J n n 1 n n 2 n … V p 1n V p 2n … V t 1n V t 2n … Do đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch và b ẩn trùng nhau nên từ cặp giá trị vận tốc tàu V và tốc độ quay chân vịt n ở điều ki ện khai thác thực t ế, có thể tính giá trị các hệ số K T , K Q của chân v ịt bẩn trong các chế độ tải trọng khác nhau dựa theo đường đặc tính hoạt động chi tiết K T , K Q = f(V,n) của chân v ịt sạch tương ứng đã xây dựng được trong phần t rên. 2) Xây dựng đường đặc tính chân vịt ở điều kiện khai thác th ực t ế : Đường đặc tính chân vịt của động cơ N P = f(n), tức là đồ thị biểu diễn mố i quan hệ giữa công suất đòi hỏi N P (ml) v ới tốc độ quay n (s -1 ) của chân vịt được xác định theo công t hức : 31 N P = C n 3 ( 2 - Vớ i C = 2  K Q D 5 (2- 22 ) Trong đó K Q là hệ số momen của chân vịt, xác định theo công t hức : 32 M 11,936 N P Trong đó : K Q      n 2 D 5  n 3 D 5 (2-23) M - momen quay chân vịt (KG.m) n - tốc độ quay chân vịt (v / s) D - đường kính chân vịt (m)  - khối lượng riêng của nước biển.(  = 104,5 KG.s 2 / m 4 ). 3) Xây dựng đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác th ực t ế : Xây dựng một hệ toạ độ tổng hợp gồm bốn phần khác nhau, trong đó phần phía trên bên trái là công suất - tốc độ quay (N,n), phần phía trên bên phải là hệ t oạ độ công suất - tốc độ (N,V), phần phía dưới bên trái là hệ toạ độ lực - tốc độ quay (P,n) và phần phía dưới bên phải là hệ toạ độ lực - tốc độ (P,V) (hình 2-10). 1. Xây dựng trong hệ toạ độ công suất - tốc độ quay (N,n) các đường đặc tí nh chân vịt N = f(n)(đường 1”) ở các chế độ khai thác khác nhau theo công t hức(2-21), thường tính cho ba chế độ tải trọng là 100% tải, 110% tải, 85% t ả i . 2. Xác định giá trị công suất yêu cầu của chân vịt từ công th ức (2-23) theo g i á trị hệ số momen K Q tương ứng với tốc độ quay chân vịt n trong liên hợp tàu ở các chế độ tải khác nhau, c ơ sở để xây dựng đường đặc tính công suất thực tế thể h i ện mối quan hệ giữa công suất và tốc độ quay của động cơ 33 trong liên hợp đang xé t (đường 3). 3. Trong hệ toạ độ (N,n), xác định mối quan hệ N = f(n) ở các giá trị V = cons t hoặc N = f(V) ở các giá trị n = cons t . 4. Trong hệ toạ độ (N,V), xây dựng đường đặc tính công suất chân v ịt (đường1). Trong hệ toạ độ (P,V), xây dựng đường đặc tính lực đẩy (đường 1’) t heo tốc độ quay không đổi n = const. Để xây dựng được đường này cần tính theo bảng tính xây dựng đồ thị vận hành tàu theo đường đặc tính chi tiết chân vịt (bảng 3), có thể trình bày thứ tự xây dựng bảng này như sau : - Từ cặp giá trị vận tốc tàu và tốc độ quay chân vịt ở điều ki ện khai thác li ên hợp đang xét, xác định theo đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch 34  n N K Q = f(V,n) K T = f(V,n), xác định giá trị hệ số momen K Q và h ệ số lực đẩy K T của chân vịt bẩn ở điều kiện khai thác thực tế đang xé t . - Từ giá trị hệ số lực đẩy K T của chân vịt đã được xác định, tính công suấ t thực tế của động cơ N e , lực đẩy chân vịt P và s ức cản tàu R ở điều kiện làm v i ệc đang xét, phụ thuộc vào v ận tốc tàu V theo các công thức đã b i ế t: P = K T  n 2 D 4 (2-24)  2 4 N e   K T n D V P 75 P (2.25) 2   5 hoặc  K q D . 3 e 75   (2.26) 5. Từ mối quan hệ giữa các đại lượng công suất N, vận t ốc tàu V và tốc độ quay chân vịt n, dựng trên hệ toạ độ công suất - vận tốc, đường công suất kéo có í ch EPS = f(V) ở các chế độ tải trọng khác nhau (đường 2), tương ứng với đường đặc tính chân vịt 1”. 6. Trong hệ toạ độ (P,V), xây dựng đường đặc tính lực kéo ( đường 3’) t heo tốc độ quay n bằng phương pháp chiếu từ đường đặc tính công suất động cơ (đường 3). 7. Từ các kết quả tính lực đẩy chân vịt P và sức cản tàu R tính ở trên, xây dựng trên hệ toạ độ lực - vận tốc ở phần dưới của đồ thị vận hành tàu đường cong sức cản vỏ R = f(V) ( đường 2’) ở các chế độ tải trọng khác nhau 35 Hình 2.12: Đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác th ực t ế. 1,1’ - Đường đặc tính công suất chân vịt và lực đẩy theo tốc độ quay n = cons t 2,2’ – Đường công suất kéo EPS = f(V) và đường cong sức c ản R = f (V). 3,3’ - Đường đặc tính công suất động cơ và lực kéo theo tốc độ quay n. 1” - Đường đặc tính chân vịt của động cơ. Quá trình tính đồ thị vận hành tàu thực tế theo đường đặc tính ho ạt động ch i tiết chân vịt được trình bày dưới bảng 3 : [...]... hành tàu thực tế theo đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt TT Các đại lượng và Đơn vị Giá trị các đại lượng cần công tính nm n max … 1 Tốc độthức chân quay v/ in vịt n tốc chạy tàu p 2 Vận hl/ V trị hệ số h 3 Giá momen K trị hệ 4 GiáQ=f(Vsố lực đẩy KT=f(V 5 n 2 Vt D4n.D.J1 = 6 hl/ h 7 K P = (5))KT G 8 2 K q 5 D 3 ml N e  75  n Vt = n.D.J1 6 hl/ h 7 K P = (5)KT G 8 2 K q 5 D 3 ml N e  75 ... đẩy KT=f(V 5 n 2 Vt D4n.D.J1 = 6 hl/ h 7 K P = (5))KT G 8 2 K q 5 D 3 ml N e  75  n Vt = n.D.J1 6 hl/ h 7 K P = (5)KT G 8 2 K q 5 D 3 ml N e  75  n … Vt = n.D.Jn 6 hl/ h 7 K P = (5)KT G 8 2 K q 5 D 3 m N e  75  n l . bình Pe ở chế độ số vòng quay không đổi tăng theo t ỷ lệ giống nhau và xác định phụ tải của động cơ. Qua đường đặc tính phụ tải có thể xác định được các thông số kinh t ế của động cơ như suất. hoạt động chi tiết của chân vịt sạch và b ẩn trùng nhau nên từ cặp giá trị vận tốc tàu V và tốc độ quay chân vịt n ở điều ki ện khai thác thực t ế, có thể tính giá trị các hệ số K T , K Q của chân. suất - tốc độ quay (N,n), phần phía trên bên phải là hệ t oạ độ công suất - tốc độ (N,V), phần phía dưới bên trái là hệ toạ độ lực - tốc độ quay (P,n) và phần phía dưới bên phải là hệ toạ độ lực