Đề tài Nghiên cứu phương pháp xác định thực nghiệm sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu và số vòng quay chân vịt

kỳ và bốn kỳ, tăng áp bằng cơ giới. III. Động cơ hai kỳ tăng áp bằng tuabin khí xả. 2. Đặc tính phụ tải Đặc tính phụ tải là đặc tính biểu thị sự thay đổi suất tiêu hao nhiên liệu có ích và các chỉ tiêu khác theo giá trị công suất, momen hay áp suất có ích trung bình Pe khi động cơ làm việc ở các chế độ có số vòng quay không đổi khác nhau n = const. Đối với động cơ Diesel, nếu giữ số vòng quay không đổi thì khi muốn thay đổi tải cần thay đổi lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình và đảm bảo góc phun sớm thích hợp nhất đối với từng chế độ số vòng quay, khi đó các giá trị phụ tải của động cơ như công suất có ích Ne, mômen có ích Me và áp suất có ích trung bình Pe ở chế độ số vòng quay không đổi tăng theo tỷ 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 tế của động cơ như suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, lượng tiêu hao nhiên liệu giờ G đối với từng chế độ số vòng quay, suất tiêu hao nhiên liệu ít nhất gmin, lượng nhiên liệu giới hạn cung cấp 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 thực tế và sự thay đổi các thông số công tác động cơ từ chế độ không tải Pe = 0 cho đến chế độ tải định mức Pe = PeH. 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 thường dừng ở vòng quay định mức nH = const. Trường hợp nH = const và bộ chế tốc độ giữ mức độ không đều trong khoảng (3 – 5)% số vòng quay định mức thì khi đó đặc tính phụ tải gọi đường đặc tính điều chỉnh. Kinh nghiệm khai thác nhận thấy khi làm việc ở chế độ phụ tải thì số vòng quay động cơ bao giờ cũng phải thay đổi từ (2 – 3)% số vòng quay định mức 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 cấp lượng nhiên liệu phù hợp phụ tải. Các chế độ tải đặc trưng nhất cho quá trình làm việc của động cơ Diesel là chế độ không tải Pe = 0, chế độ toàn tải Pe = 100% và chế độ phụ tải kinh tế nhất ge = gemin. 29 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 dựng đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác thực tế dựa trên cơ sở đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt theo trình tự như sau: 1) Xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt 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 hệ giữa các thông số KT,KQ=f(J). Ví dụ trên (hình 2-9) là cách thức xác định mối quan hệ KT,KQ = f(J) theo đồ thị thiết kế chân vịt của Papmen. - Các số liệu xác định từ mối quan hệ đồ thị KT,KQ = f(J) đã được trình bày trong phần trên, tính và xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt KT,KQ=f(V,n) là các đường thẳng qua gốc toạ độ dưới dạng các đường KT,KQ=const trong hệ toạ độ (V,n). Ví dụ ở (bảng 2) là bảng tính và xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch theo đồ thị thiết kế chân vịt của Papmen. Hình 2-11: Xác định mối quan hệ KT, KQ=f(J) theo đồ thị Papmen 30 Bảng 2: Bảng tính xây dựng đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt sạch Giá trị hệ số momen KQ(hoặc KT) Giá trị hệ số tiến J theo KQ(hoặc KT) Tốc độ quay chân vịt n(v/s) Tốc độ chân vịt VP=(nD)J (m/s) Tốc độ tàu   1 V V P t (m/s) KQ1 J1 n11 n21 … nn1 Vp11 Vp21 … Vpn1 Vt11 Vt21 … Vtn1 KQ2 J2 n12 n22 … nn2 Vp12 Vp22 … Vpn2 Vt12 Vt22 … Vtn2 …. …. …. KQn Jn n1n n2n … nnn Vp1n Vp2n … Vpnn Vt1n Vt2n … Vtnn Do đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch và bẩn trùng nhau nên từ cặp giá trị vận tốc tàu V và tốc độ quay chân vịt n ở điều kiện khai thác thực tế, có thể tính giá trị các hệ số KT, KQ của chân vịt bẩn trong các chế độ tải trọng khác nhau dựa theo đường đặc tính hoạt động chi tiết KT, KQ = f(V,n) của chân vịt sạch tương ứng đã xây dựng được trong phần trên. 2) Xây dựng đường đặc tính chân vịt ở điều kiện khai thác thực tế: Đường đặc tính chân vịt của động cơ NP = f(n), tức là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa công suất đòi hỏi NP (ml) với tốc độ quay n (s-1) của chân vịt được xác định theo công thức: NP = Cn3 (2-21) Với C = 2KQD5 (2-22) Trong đó KQ là hệ số momen của chân vịt, xác định theo công thức: 31 Dn N Dn K P Q M 5352 936,11   (2-23) Trong đó: 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.s2/m4). 3) Xây dựng đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác thực tế: 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 toạ 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 tính chân vịt N = f(n)(đường 1”) ở các chế độ khai thác khác nhau theo công thức(2-21), thường tính cho ba chế độ tải trọng là 100% tải, 110% tải, 85% tải. 2. Xác định giá trị công suất yêu cầu của chân vịt từ công thức (2-23) theo giá trị hệ số momen KQ tương ứng với tốc độ quay chân vịt n trong liên hợp tàu ở các chế độ tải khác nhau, cơ sở để xây dựng đường đặc tính công suất thực tế thể hiện mối quan hệ giữa công suất và tốc độ quay của động cơ trong liên hợp đang xét (đường 3). 3. Trong hệ toạ độ (N,n), xác định mối quan hệ N = f(n) ở các giá trị V = const hoặc N = f(V) ở các giá trị n = const. 4. Trong hệ toạ độ (N,V), xây dựng đường đặc tính công suất chân vịt (đường1). Trong hệ toạ độ (P,V), xây dựng đường đặc tính lực đẩy (đường 1’) theo 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 kiện khai thác liên hợp đang xét, xác định theo đường đặc tính hoạt động chi tiết của chân vịt sạch 32 KQ = f(V,n) KT = f(V,n), xác định giá trị hệ số momen KQ và hệ số lực đẩy KT của chân vịt bẩn ở điều kiện khai thác thực tế đang xét. - Từ giá trị hệ số lực đẩy KT của chân vịt đã được xác định, tính công suất thực tế của động cơ Ne, lực đẩy chân vịt P và sức cản tàu R ở điều kiện làm việc đang xét, phụ thuộc vào vận tốc tàu V theo các công thức đã biết: P = KT n2D4 (2-24)   P PT e VDnK N 75 42  (2.25) hoặc n DK N q e 3 5 . 75 2    (2.26) 5. Từ mối quan hệ giữa các đại lượng công suất N, vận tốc tàu V và tốc độ quay chân vịt n, dựng trên hệ toạ độ công suất - vận tốc, đường công suất kéo có ích 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’) theo 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 33 1,1’ - Đường đặc tính công suất chân vịt và lực đẩy theo tốc độ quay n = const 2,2’ – Đường công suất kéo EPS = f(V) và đường cong sức cản 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 hoạt động chi tiết chân vịt được trình bày dưới bảng 3: Hình 2.12: Đồ thị vận hành tàu trong điều kiện khai thác thực tế. 34 Bảng 3: Bảng tính đồ thị vận hành tàu thực tế theo đường đặc tính hoạt động chi tiết chân vịt. Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin … nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/p 2 Vận tốc chạy tàu V hl/h 3 Giá trị hệ số momen KQ=f(V,n) 4 Giá trị hệ số lực đẩy KT=f(V,n) 5 n2D4 6 Vt = n.D.J1 hl/h 7 P = (5))KT KG 8 n DK N q e 3 5 . 75 2    ml 6 Vt = n.D.J1 hl/h 7 P = (5)KT KG 8 n DK N q e 3 5 . 75 2    ml … 6 Vt = n.D.Jn hl/h 7 P = (5)KT KG 8 n DK N q e 3 5 . 75 2    ml 2.5 PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN TÀU THUỶ DỰA VÀO CẶP THÔNG SỐ VẬN TỐC TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT. Như chúng ta đã biết, đồ thị vận hành là đồ thị tổng hợp của ba đường đặc tính: đường đặc tính động cơ Ne = f(n); đường đặc tính vỏ tàu R = f(V); đường đặc tính chân vịt NP = Cn3. Như vậy, nếu chúng biết được một trong ba đường đó ta có thể suy ra hai đường cong lại. Đường cong sức cản tàu thuỷ thực tế được xây dựng dựa trên đồ thị vận hành tàu xây dựng trong điều kiện khai thác thực tế dựa vào cặp thông số vận tốc tàu V và số vòng quay chân vịt n khi đã biết đường đặc tính chân vịt. Sau đây là sơ đồ biểu diễn trình tự xây dựng đồ thị vận hành tàu và đường cong sức cản. 35 Nhập số liệu chân vịt Z, H/D,,D Đường đặc tính hoạt động của chân vịt Xác định mối quan hệ giữa các thông số KT,KQ=f(J= nD V P ) Xây dựng đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KT,KQ= f(V,n) Tính giá trị hệ số KT,KQ của chân vịt thực tế theo chân vịt sạch Tính giá trị hệ số C = 2KQD5 Dựng đường đặc tính chân vịt N = Cn3 trong hệ toạ độ (N – n) Xác định mối quan hệ N = f(n) ở các giá trị V = const hoặc N = f(V) ở các giá trị n = const. Xác định giá trị công suất thực tế của động cơ trong liên hợp tàu   75 42 VDnK N P T e  Dựng đường đặc tính công suất thực tế của động cơ Xây dựng đồ thị vận hành tàu Nhập cặp giá trị (V,n) ở điều kiện khai thác thực tế. Xác định đường cong sức cản từ đồ thị vận hành tàu. 36 CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN DỰA VÀO CẶP GIÁ TRỊ VẬN TỐC TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT CHO MỘT SỐ TÀU Các tàu thực nghiệm dưới đây là các tàu gỗ đánh cá xa bờ đóng theo kinh nghiệm dân gian thuộc vùng biển Phú Yên và Khánh Hoà. Các tàu đã hoạt động trên biển Việt Nam từ năm 2003 đến tháng 01 năm 2007. Các thông số cần thiết về tàu được tính giới thiệu ngay trước phần tính toán. Để đo vòng quay động cơ thường sử dụng thiết bị điện tử cầm tay loại CDT 2000 (Mỹ sản xuất), có độ chính xác 0.02%. Vận tốc tàu đo bằng định vị vệ tinh loại Furuno 320 (Nhật sản xuất), có độ chính xác 0.01%. 3.1. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU PY – 93024 - TS. 3.1.1. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU: 3.1.1.1 LOẠI TÀU VÀ CÔNG DỤNG: Tàu PY – 93024 - TS là loại tàu đánh cá vỏ gỗ, làm nghề câu khơi, máy chính mã hiệu ISZU có công suất 160 CV do Nhật Bản sản xuất. Tàu có một chân vịt, một boong chính, boong phía mũi và boong lái; cabin nhỏ, gọn được bố trí ở phía đuôi (bên trên buồng máy). 3.1.1.2 VÙNG HOẠT ĐỘNG: Tàu PY -93024 – TS được tính hoạt động trong vùng hạn chế III, trong vùng biển hở cách xa nơi trú ẩn dưới 20 hải lý và trong điều kiện sóng gió cấp 4. 3.1.1.3 NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN: - Chiều dài lớn nhất Lmax = 15.10m - Chiều dài thiết kế Ltk = 14.06m . - Chiều rộng lớn nhất Bmax = 4.40m 37 - Chiều rộng thiết kế Btk = 4.03m - Chiều cao mạn D = 2.10m - Chiều chìm trung bình d = 1.62m - Lượng chiếm nước W = 63.45 Tấn - Công suất máy chính Ne = 160CV - Hệ số thể tích chiếm nước  = 0.682 - Hệ số dòng theo  = 0.282 - Hệ số dòng hút t = 0.262 3.1.1.4 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHÂN VỊT: - Loại chân vịt : B- Wageningen - Đường kính chân vịt D : 1150 (mm) - Số cánh Z : 3 (cánh) - Góc nghiêng của cánh : 150 - Tỷ số mặt đĩa  : 0.5 - Tỷ số bước xoắn H/D = : 0.6 3.1.1.5 CÁC THÔNG SỐ VỀ MÁY: - Loại máy : ISUZU - Công suất định mức Ne : 160 CV - Số vòng quay định mức n : 2000 v/ph. - Hệ thống làm mát : trực tiếp - Hệ thống khởi động : điện. 3.1.1.6 CÁC THÔNG TIN TRƯỚC THỬ TÀU: Sau đây là các thông tin trước khi thử tàu PY – 93024 – TS đã qua sử dụng (từ ngày 10/12/2003 đến 25/3/2007), để kiểm tra cặp thông số số vòng quay chân vịt n và tốc độ tàu V. - Ngày kiểm tra tàu: 25/3/2007. - Nơi kiểm tra tàu: Phường 6 – T.p Tuy Hoà - Tỉnh Phú Yên. - Độ sâu, rộng nơi kiểm tra tàu: 10,5 m, hơn 350m nước - Độ ẩm không khí: 80%. - Nhiệt độ môi trường lúc kiểm tra: 310c. 38 - Vận tốc gió: cấp 2 (theo dự báo khí tượng thuỷ văn địa phương) - Vận tốc dòng chảy bằng 0 (lúc nước yên tĩnh) - Độ mặn 44 000 3.1.1.7 CÁC THÔNG TIN THU ĐƯỢC SAU KHI KIỂM TRA TÀU: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Chế độ ncv v/ph 330 442 520 548 100% tải (D = 54.325 tấn) V hl/h 3.82 5.11 6.02 6.34 110% tải (D = 58.445 tấn) V hl/h 3.61 4.84 5.69 6 85% tải (D = 50.345 tấn) V hl/h 3.94 5.28 6.22 6.55 3.1.2 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN TÀU PY-93024-TS: Như đã trình bày ở trên, sau đây có thể tóm tắt các bước tính để xác định sức cản tàu thuỷ thông qua đồ thị vận hành tàu xây dựng dựa vào cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n. 1. Xây dựng đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KQ, KT = f(V,n). 2. Xây dựng đồ thị đường đặc tính chi tiêt chân vịt của động cơ cho ba chế độ tải, trong đó KQ = f(V,n) tra theo đồ thị đường đặc tính chi tiêt chân vịt vừa xây dựng. 3. Tính xây dựng đồ thị vận hành tàu ở ba chế độ tải khác nhau. 4. Tính xây dựng đường đặc tính công suất động cơ. 5. Thể hiện các đường đặc tính vừa tính được lên đồ thị vận hành tàu, từ đó xác định sức cản tàu trên đồ thị. 6. Tính sức cản theo phương pháp khác. 7. So sánh các cách tính sức cản theo các phương pháp khác nhau 39 KQ J n(v/ph) Vt (hl/h) NP(ml) 0.005 0.6 360 5.77 19.017 0.005 0.6 420 6.73 30.199 0.005 0.6 480 7.69 45.078 0.005 0.6 540 8.65 64.183 0.005 0.6 600 9.61 88.043 0.005 0.6 660 10.57 117.185 0.005 0.6 720 11.53 152.137 0.010 0.48 360 4.61 38.034 0.010 0.48 420 5.38 60.397 0.010 0.48 480 6.16 90.156 0.010 0.48 540 6.92 128.366 0.010 0.48 600 7.69 176.085 0.010 0.48 660 8.45 234.369 0.010 0.48 720 9.22 304.275 0.015 0.34 360 3.27 57.052 0.015 0.34 420 3.82 90.596 0.015 0.34 480 4.36 135.233 0.015 0.34 540 4.90 192.549 0.015 0.34 600 5.45 264.128 0.015 0.34 660 5.99 351.554 0.015 0.34 720 6.53 456.412 0.020 0.15 360 1.45 76.069 0.020 0.15 420 1.69 120.794 0.020 0.15 480 1.92 180.311 0.020 0.15 540 2.16 256.732 0.020 0.15 600 2.41 352.170 0.020 0.15 660 2.65 468.738 0.020 0.15 720 2.88 608.550 Bảng tính đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KQ=f(V,n) tàu PY-93024-TS 40 Bảng tính đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KT = f(V,n) tàu PY – 93024 - TS KT J n(v/s) Vt (hl/h) P(KG) 0.05 0.55 360 5.29 328.988 0.05 0.55 420 6.17 447.789 0.05 0.55 480 7.05 584.868 0.05 0.55 540 7.92 740.223 0.05 0.55 600 8.82 913.856 0.05 0.55 660 9.69 1105.765 0.05 0.55 720 10.57 1315.952 0.10 0.44 360 4.23 657.976 0.10 0.44 420 4.93 895.579 0.10 0.44 480 5.64 1169.735 0.10 0.44 540 6.34 1480.446 0.10 0.44 600 7.05 1827.712 0.10 0.44 660 7.76 2211.531 0.10 0.44 720 8.45 2631.905 0.15 0.30 360 2.88 986.964 0.15 0.30 420 3.37 1343.368 0.15 0.30 480 3.84 1154.603 0.15 0.30 540 4.33 2220.670 0.15 0.30 600 4.81 2741.567 0.15 0.30 660 5.29 3317.296 0.15 0.30 720 5.77 394.857 0.20 0.15 360 1.45 1315.952 0.20 0.15 420 1.69 1791.157 0.20 0.15 480 1.92 2339.471 0.20 0.15 540 2.16 2960.893 0.02 0.15 600 2.41 3655.423 0.02 0.15 660 2.65 4423.062 0.02 0.15 720 2.88 5263.809 41 Hình 3.1: Đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KQ = f(V,n) tàu PY – 93024 – TS. Hình 3.2: Đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KT = f(V,n) tàu PY – 93024 – TS. 42 Dưới đây là kết quả tính đường đặc tính chân vịt của động cơ của tàu PY – 93024 – TS trong ba trường hợp tải là 85% tải, 100% tải, 110% tải đã qua thời gian sử dụng theo phương pháp thực nghiệm: * Trường hợp tải 100%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 330 442 520 548 Tốc độ quay chân vịt n v/s 5.5 7.37 8.67 9.13 Tốc độ tàu hl/h 3.82 5.11 6.02 6.34 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.0116 0.0116 0.0116 0.0116 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.2043 0.2043 0.2043 0.2043 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 33.99 81.78 133.15 155.48 * Trường hợp tải 110%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 330 442 520 548 Tốc độ quay chân vịt n v/s 5.5 7.37 8.67 9.13 Tốc độ tàu hl/h 3.61 4.84 5.69 6.0 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.0124 0.0124 0.0124 0.0124 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.2183 0.2183 0.2183 0.2183 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 36.32 87.34 142.27 166.14 43 * Trường hợp tải 85%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 330 442 520 548 Tốc độ quay chân vịt n v/s 5.5 7.37 8.67 9.13 Tốc độ tàu hl/h 3.94 5.28 6.22 6.55 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.0111 0.0111 0.0111 0.0111 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.1955 0.1955 0.1955 0.1955 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 32.53 78.26 127.41 148.78 Đường 1: Chế độ 100% tải; Đường 2: Chế độ 110% tải; Đường 3: Chế độ 85% tải. Hình 3.3: Đường đặc tính chân vịt của động cơ NP = f(n) tàu PY – 93024 – TS 44 Bảng tính xây dựng đồ thi vận hành tàu PY - 93024 – TS trong điều kiện khai thác thực tế * Trường hợp 100% tải: Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 330 442 520 548 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 3.82 5.11 6.02 6.34 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.0116 0.0116 0.0116 0.0116 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.1022 0.1022 0.1022 0.1022 5 n2D4 5528.83 9918.584 13728.14 15246.36 6 Vt = n.D.J1 hl/h 4.91 6.58 7.74 8.16 7 P = (5)KT1 KG 282.33 506.84 701.51 779.29 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 31.42 75.50 122.94 143.89 * Trường hợp 110% tải: Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 330 442 520 548 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 3.61 4.84 5.69 6.0 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.0124 0.0124 0.0124 0.0124 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.1103 0.1103 0.1103 0.1103 5 n2D4 5528.83 9918.584 13728.14 15246.36 6 Vt = n.D.J1 hl/h 4.3 5.76 6.77 7.14 7 P = (5)KT1 KG 304.92 547.01 757.11 840.84 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 33.59 80.71 131.42 153.81 45 *Trường hợp 85% tải: Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 330 442 520 548 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 3.94 5.28 6.22 6.55 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.0111 0.0111 0.0111 0.0111 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.0962 0.0962 0.0962 0.0962 5 n2D4 5528.83 9918.584 13728.14 15246.36 6 Vt = n.D.J1 hl/h 5.53 7.4 8.71 9.18 7 P = (5)KT1 KG 265.94 477.09 660.33 733.35 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 30.07 72.25 117.64 137.69 Kết quả tính đường đặc tính công suất động cơ của tàu PY – 93024 – TS: Các thông số của tàu PY – 93024 – TS : Lmax= 15,1m; Ltk= 14,06 m;Bmax= 4,4 m ;Btk = 4,03 m; Dcv = 1,15 m; công suất định mức động cơ Ne = 160 CV; số vòng quay định mức n = 2000 v/ph. ncv(v/ph) Vt(hl/h) KQ NP=(KQn3D5)/11,936 Nđc=NP/hsdt 330 3.82 0.0116 39.99 42.54 442 5.11 0.0116 81.78 87.00 520 6.02 0.0116 133.15 141.65 548 6.34 0.0116 155.48 165.40 Dưới đây là đồ thị vận hành tàu PY – 93024 – TS trong điều kiện khai thác thực tế, biểu diễn tất cả các kết quả tính ở trên và mối quan hệ năng lượng giữa các đường đặc tính chân vịt, đường đặc tính công suất động cơ từ đó xác định đường cong sức cản tàu qua thực tế khai thác. 46 1,1’ - Đường đặc tính công suất chân vịt và lực đẩy theo tốc độ quay n = const. 2,2’ - Đường công suất kéo EPS = f(V) và đường cong sức cản R = f(V). 3,3’ - Đường đặc tính công suất động cơ và lực kéo theo tốc độ quay n. 1’’ - Đường đặc tính công suất chân vịt N = f(n). Hình 3.4: Đồ thị vận hành tàu PY – 93024 – TS trong điều kiện khai thác thực tế 47 Từ đồ thị vận hành tàu PY – 93024 – TS, ta thấy điểm A ứng với chế độ làm việc tối đa của động cơ là giao của đường đặc tính công suất chân vịt và đường đặc tính động cơ. Như vậy tàu có thể hoạt động ở chế độ nặng tải ứng với số vòng quay548 v/ph có thể đạt với vận tốc 6,4 hl/h, công suất cần thiết là 160,2 (ml), sức cản tàu lúc này là 887 KG.Điểm A’ là giao đường đặc tính lực léo theo tốc độ quay n và đường cong sức cản R = f(V) ứng với chế độ sức cản vỏ tàu lớn nhất. Dựa vào đồ thị ta thấy sự làm viêc của liên hợp Máy - Vỏ - Chân vịt của tàu sau một thời gian khai thác vẫn còn đảm bảo tính phù hợp. 3.1.3. XÁC ĐỊNH SỨC CẢN LÝ THUYẾT CỦA TÀU PY – 93024 - TS THEO CÔNG THỨC LENINGRAD: Kết quả tính sức cản theo công thức của Viện Thiết kế Leningrad cho tàu PY – 93024 – TS lý thuyết: Đại lượng Đơn vị Tốc độ tàu tính toán Tốc độ tàu hl/h 4 5 6 7 8 9 Tốc độ tàu m/s 2.06 2.575 3.086 3.601 4.115 4.63 100% tải 108.83 209.84 374.43 627.85 1000.03 1525.53 110% tải 114.97 225.3 406.95 688.63 1104.27 1693.1 Sức cản R 85% tải KG 106.25 203.42 360.99 602.84 957.22 1456.81 3.1.4. XÁC ĐỊNH SỨC CẢN LÝ THUYẾT TÀU PY – 93024 – TS THEO PHƯƠNG PHÁP THỰC NGHIỆM: Do sức cản tàu thực tế không xác định được bằng các công thức gần đúng hiện tại như công thức của Viện TK Leningrad, nên để đánh giá sức cản tàu thực tế vừa tính được cũng như so sánh kết quả tính sức cản bằng các cách khác nhau ta phải tiến hành tính sức cản trong điều kiện thiết kế bằng phương pháp thực nghiệm. 48 Dưới đây là kết quả tính đường đặc tính chân vịt của động cơ của tàu PY – 93024 – TS trong ba trường hợp tải là 85% tải, 100% tải, 110% tải khi tàu hoàn toàn mới theo phương pháp thực nghiệm: * Trường hợp tải 100%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 363 484 572 603 Tốc độ quay chân vịt n v/s 6.05 8.06 9.53 10.05 Tốc độ tàu hl/h 5.12 6.82 8.06 8.5 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.0098 0.0098 0.0098 0.0098 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.1726 0.1726 0.1726 0.1726 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 38.22 90.71 149.39 160.27 * Trường hợp tải 110%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 363 484 572 603 Tốc độ quay chân vịt n v/s 6.05 8.06 9.53 10.05 Tốc độ tàu hl/h 4.82 6.43 7.59 8 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.012 0.012 0.012 0.012 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.2113 0.2113 0.2113 0.2113 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 46.79 111.05 182.89 144.49 49 * Trường hợp tải 85%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 363 484 572 603 Tốc độ quay chân vịt n v/s 6.05 8.06 9.53 10.05 Tốc độ tàu hl/h 5.67 7.02 8.29 8.75 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.0085 0.0085 0.0085 0.0085 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.1497 0.1497 0.1497 0.1497 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 33.15 78.68 129.57 151.96 Đường 1:Chế độ 100% tải; Đường 2: Chế độ 110% tải; Đường 3: Chế độ 85% tải Hình 3.5: Đường đặc tính chân vịt động cơ NP = f(n) tàu PY – 93024 – TS 50 Bảng tính xây dựng đồ thi vận hành tàu PY-93024 – TS trong điều kiện thiết kế bằng phương pháp thực nghiệm. * Trường hợp 100% tải: Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 363 484 572 603 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 363 484 572 603 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) - 0.0098 0.0098 0.0098 0.0098 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) - 0.0856 0.0856 0.0856 0.0856 5 n2D4 - 6689.88 11893.12 16611.05 18460.3 6 Vt = n.D.J1 hl/h 6.08 8.11 9.58 10.1 7 P = (5)KT1 KG 286.33 509.03 710.96 790.11 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 35.33 83.91 138.24 161.96 * Trường hợp 110% tải: Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 363 484 572 603 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 4.82 6.48 7.59 8 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.012 0.012 0.012 0.012 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.105 0.105 0.105 0.105 5 n2D4 6689.88 11893.12 16611.05 18460.3 6 Vt = n.D.J1 hl/h 5.81 7.75 9.15 9.65 7 P = (5)KT1 KG 351.22 624.39 872.8 969.67 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 43.26 102.55 169.28 198.32 51 *Trường hợp 85% tải: Giá trị các đại lượng cần tính TT Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 363 484 572 603 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 5.67 7.02 8.29 8.75 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.0085 0.0085 0.0085 0.0085 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.074 0.074 0.074 0.074 5 n2D4 6689.88 11893.12 16611.05 18460.3 6 Vt = n.D.J1 hl/h 6.48 8.65 10.22 10.77 7 P = (5)KT1 KG 247.52 440.05 614.61 683.05 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 30.65 72.64 119.9 140.47 Kết quả tính đường đặc tính công suất động cơ của tàu PY – 93024 – TS: ncv(v/ph) Vt(hl/h) KQ NP=(KQn3D5)/11,936 Nđc=NP/hsdt 363 5.12 0.0098 38.22 40.66 484 6.82 0.0098 90.71 96.5 572 8.06 0.0098 149.39 158.92 603 8.5 0.0089 160.27 170.5 Dưới đây là kết quả biểu diễn hai đồ thị vận hành tàu PY – 93024 – TS theo phương pháp thực nghiệm ở hai dạng khác nhau là lý thuyết và khai thác thực tế. 52 1,1’ - Đường đặc tính công suất chân vịt và đường lực đẩy theo tốc độ quay n 2 - Đường công suất kéo EPS = f(V) thực tế khai thác và EPS’ = f(V) lý thuyết 2’ - Đường cong sức cản thực tế khai thác R = f(V) và R’ = f(V) lý thuyết. 3,3’ - Đường đặc tính động cơ và lực kéo theo tốc độ quay n thực tế. 3*,3’* Đường đặc tính động cơ và lực kéo theo tốc độ quay n lý thuyết. 1” - Đường đặc tính công chân vịt của động cơ thực tế khai thác N =f(V) và lý thuyết N’ = f(V). Hình 3.6: Đồ thị vận hành tàu PY – 93024 – TS trong điều kiện thiết kế và thực tế tính theo phương pháp thực nghiệm. 53 Sau đây là đồ thị biểu diễn các cách tính sức cản khác nhau ở chế độ 100%tải Phân tích kết quả tính toán được trình bày ở chương 4. Hính 3.7: Đồ thị đường cong xác định theo các phương pháp khác nhau R1 = f(V) - Đường cong sức cản thực tế khai thác tính theo phương pháp thực nghiệm. R2 = f(V) -Đường cong sức cản lý thuyết tính theo phương pháp thực nghiệm. R3 = f(V) - Đường cong sức cản lý thuyết tính theo công thức Viện TK Leningrad. 54 3.2 XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH TÀU KH – 90327-TS Sau đây là kết quả tính xây dựng đồ thị vận hành tàu lý thuyết KH- 90327 – TS theo phương pháp thực nghiệm, chọn để tính là một tàu mới, hoàn toàn sạch, có thể ví dụ cho phương pháp kiểm chứng sức cản cho việc thiết kế, đóng mới tàu. 3.2.1. NHỮNG THÔNG SỐ CƠ BẢN VỀ TÀU: 3.2.1.1. LOẠI TÀU VÀ CÔNG DỤNG: Tàu KH – 90327 –TS là loại tàu đánh cá vỏ gỗ, làm nghề lưới trủ, tàu có 01 máy chính mã hiệu MITSUBISHI 6D20 có công suất 120 CV do Nhật Bản sản xuất. Tàu có một chân vịt, một boong chính, boong phía mũi và boong lái. 3.2.1.2. VÙNG HOẠT ĐỘNG: Tàu KH – 90327 – TS được tính hoạt động trong vùng hạn chế III, trong vùng biển hở cách nơi cư trú ẩn dưới 20 hải lí và điều kiện sóng gió cấp 4. 3.2.1.3. THÔNG SỐ VỀ TÀU: - Chiều dài lớn nhất Lmax = 13.90m - Chiều dài thiết kế Ltk = 12.17m . - Chiều rộng lớn nhất Bmax = 4.15m - Chiều rộng thiết kế Btk = 3.92m - Chiều cao mạn D = 1.5m - Chiều chìm trung bình d = 1.13m - Lượng chiếm nước W = 38.23 Tấn - Công suất máy chính Ne = 120CV - Hệ số thể tích chiếm nước  = 0.684 - Hệ số dòng theo  = 0.286 - Hệ số dòng hút t = 0.266 3.2.1.4 CÁC THÔNG SỐ VỀ CHÂN VỊT: - Loại chân vịt : B - Wageningen - Đường kính chân vịt D : 1000 (mm) - Số cánh Z : 3 (cánh) - Góc nghiêng của cánh : 150 - Tỷ số mặt đĩa  : 0.5 55 - Tỷ số bước xoắn H/D = : 0.6 3.2.1.5. CÁC THÔNG SỐ VỀ MÁY: - Loại máy : MITSUBISHI 6D20 - Công suất định mức Ne : 120 CV - Số vòng quay định mức n : 1440 v/ph. - Tỷ số truyền chân vịt : 3,2 - Hệ thống làm mát : trực tiếp - Hệ thống khởi động : điện. 3.2.1.6 CÁC THÔNG TIN TRƯỚC THỬ TÀU: - Ngày kiểm tra tàu: 20/4/2007. - Nơi kiểm tra tàu: Xí nghiệp đóng tàu Thống Nhất – Nha Trang - Khánh Hoà. - Độ sâu, rộng nơi kiểm tra tàu: 9,5 m, hơn 300m nước - Độ ẩm không khí: 80%. - Nhiệt độ mối trường lúc kiêm tra: 320c. - Vận tốc gió: cấp 2 (theo dự báo khí tượng thuỷ văn địa phương) - Vận tốc dòng chảy bằng 0 (lúc nước yên tĩnh) - Độ mặn 46 000 3.2.1.7 CÁC THÔNG TIN THU ĐƯỢC SAU KHI THỬ TÀU: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Chế độ ncv v/ph 340 368 450 562 100% tải (D = 35.9 tấn) V hl/h 4.41 4.47 5.84 7.6 110% tải (D = 38.025 tấn) V hl/h 4.24 4.58 5.61 7.3 85% tải (D = 34.255 tấn) V hl/h 4.52 4.90 6.0 7.8 3.1.2 CÁC KẾT QUẢ TÍNH TOÁN CHO TÀU KH – 90327 –TS . 56 KQ J n(v/ph) VP (hl/h) Vt (hl/h) NP(ml) 0.005 0.6 360 3.6 5.04 9.455 0.005 0.6 420 4.2 5.88 15.014 0.005 0.6 480 4.8 6.72 22.412 0.005 0.6 540 5.4 7.56 31.910 0.005 0.6 600 6.0 8.40 43.773 0.005 0.6 660 6.6 9.24 58.261 0.005 0.6 720 7.2 10.08 75.639 0.010 0.48 360 2.88 4.03 19.91 0.010 0.48 420 3.36 4.71 30.028 0.010 0.48 480 3.8 5.38 44.823 0.010 0.48 540 4.3 6.05 63.821 0.010 0.48 600 4.8 6.72 87.545 0.010 0.48 660 5.3 7.39 116.523 0.010 0.48 720 5.8 8.07 151.278 0.015 0.34 360 2.04 2.86 28.365 0.015 0.34 420 2.38 3.33 45.042 0.015 0.34 480 2.7 3.81 67.235 0.015 0.34 540 3.1 4.29 95.731 0.015 0.34 600 3.4 4.76 131.318 0.015 0.34 660 3.7 5.24 174.784 0.015 0.34 720 4.1 5.71 226.918 0.020 0.15 360 0.9 1.26 37.82 0.020 0.15 420 1.05 1.46 60.056 0.020 0.15 480 1.2 1.68 89.646 0.020 0.15 540 1.4 1.89 127.646 0.020 0.15 600 1.5 2.10 175.091 0.020 0.15 660 1.7 2.31 233.046 0.020 0.15 720 1.8 2.52 302.557 Bảng tính đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KQ=f(V,n) tàu KH-90327-TS 57 KT J n(v/ph) VP (hl/h) Vt (hl/h) P(KG) 0.05 0.55 360 3.3 4.622 188.1 0.05 0.55 420 3.85 5.392 256.025 0.05 0.55 480 4.4 6.16 334.40 0.05 0.55 540 4.9 6.93 423.23 0.05 0.55 600 5.5 7.71 522.50 0.05 0.55 660 6.1 8.47 632.23 0.05 0.55 720 6.6 9.24 752.40 0.10 0.44 360 2.64 3.697 376.2 0.10 0.44 420 3.08 4.314 512.05 0.10 0.44 480 3.5 4.93 668.80 0.10 0.44 540 3.9 5.55 846.45 0.10 0.44 600 4.4 6.16 1045.00 0.10 0.44 660 4.8 6.78 1264.45 0.10 0.44 720 5.3 7.40 1504.80 0.15 0.30 360 1.8 2.521 564.13 0.15 0.30 420 2.1 2.941 768.075 0.15 0.30 480 2.4 3.36 1003.20 0.15 0.30 540 2.7 3.78 1269.68 0.15 0.30 600 3.0 4.20 1567.50 0.15 0.30 660 3.3 4.62 1896.68 0.15 0.30 720 3.6 5.04 2257.20 0.20 0.15 360 0.9 1.261 752.4 0.20 0.15 420 1.05 1.471 1024.1 0.20 0.15 480 1.2 1.68 1337.60 0.20 0.15 540 1.4 1.89 1692.90 0.02 0.15 600 1.4 2.10 2090.00 0.02 0.15 660 1.7 2.31 2528.90 0.02 0.15 720 1.8 2.54 3009.60 Bảng tính đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KT=f(V,n) tàu KH-90327-TS 58 Hình 3.8:Đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KQ = f(V,n) tàu KH – 90327-TS Hình 3.9:Đường đặc tính chi tiết chân vịt sạch KT = f(V,n) tàu KH – 90327-TS 59 Dưới đây là kết quả tính xây dựng đường đặc tính chân vịt của động cơ tàu KH – 90327 – TS trong ba trường hợp tải là 85% tải, 100% tải, 110% tải: * Trường hợp tải 100%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 340 368 450 586 Tốc độ quay chân vịt n v/s 5.67 6.13 7.50 9.77 Tốc độ tàu hl/h 4.41 4.47 5.84 7.6 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.007 0.007 0.007 0.007 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.1197 0.1197 0.1197 0.1197 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 21.82 27.57 50.5 111.63 * Trường hợp tải 110%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 340 368 450 586 Tốc độ quay chân vịt n v/s 5.67 6.13 7.50 9.77 Tốc độ tàu hl/h 4.42 4.58 5.61 7.3 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.008 0.008 0.008 0.008 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.1356 0.1356 0.1356 0.1356 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 24.72 31.29 57.21 126.46 60 * Trường hợp tải 85%: Đại lượng Đơn vị nmin nS nH nmax Tốc độ quay chân vịt n v/ph 340 368 450 562 Tốc độ quay chân vịt n v/s 5.67 6.13 7.50 9.77 Tốc độ tàu hl/h 4.52 4.9 6.0 7.8 Hệ số momen KQ (tra đồ thị đặc tính chi tiết chân vịt sạch) - 0.0062 0.0062 0.0062 0.0062 Hệ số 936,11 .. 5DK QC   - 0.1092 0.1092 0.1092 0.1092 Công suất yêu cầu của chân vịt NP = C.n3 ml 19.91 25.15 46.07 101.84 Đường 1: chế độ 100% tải; đường 2: chế độ 110% tải; đường 3: chế độ 85% tải. Hình 3.10: Đường đặc tính chân vịt của động cơ NP = f(n) tàu KH-90327-TS. 61 Bảng tính xây dựng đồ thi vận hành tàu KH-90327 – TS trong điều kiện thiết kế * Trường hợp 100% tải: Giá trị các đại lượng cần tính T T Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 340 368 450 562 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 4.41 4.77 5.84 7.6 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.007 0.007 0.007 0.007 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.09 0.09 0.09 0.09 5 n2D4 3355.66 3931.06 5879.13 9968.12 6 Vt = n.D.J1 hl/h 4.95 5.36 6.55 8.53 7 P = (5)KT1 KG 302.01 353.8 529.03 897.12 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 22.06 27.97 51.15 112.95 * Trường hợp 110% tải: Giá trị các đại lượng cần tính T T Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 340 368 450 562 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 4.42 4.58 5.61 7.3 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) 0.008 0.008 0.008 0.008 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) 0.096 0.096 0.096 0.096 5 n2D4 3355.66 3931.06 5879.13 9968.12 6 Vt = n.D.J1 hl/h 4.62 5 6.12 7.97 7 P = (5)KT1 KG 322.14 377.38 564.3 956.93 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 23.7 30.05 54.95 121.34 62 *Trường hợp 85% tải: Giá trị các đại lượng cần tính T T Các đại lượng và công thức tính Đơn vị nmin nS nH nmax 1 Tốc độ quay chân vịt n v/ph 340 368 450 562 2 Tốc độ chạy tàu V hl/h 4.52 4.9 6 7.8 3 Giá trị h/s mômen KQ1=f(V,n) - 0.0062 0.0062 0.0062 0.0062 4 Giá trị h/s lực đẩy KT1=f(V,n) - 0.083 0.083 0.083 0.083 5 n2D4 - 3355.66 3931.06 5879.13 9968.12 6 Vt = n.D.J1 hl/h 5.5 5.95 7.28 9.48 7 P = (5)KT1 KG 278.52 326.28 487.88 827.35 9 n DK N q e 3 5 1 . 75 2    ml 18.39 23.29 42.58 94.04 Kết quả tính đường đặc tính công suất động cơ của tàu KH – 90327 – TS: Lmax = 13.90 m; Ltk = 12.17 m; Bmax = 4.15 m; Btk = 3.92 m;Dcv = 1m. ncv(v/ph) Vt(hl/h) KQ NP=(KQn3D5)/11,936 Nđc=NP/hsdt 340 4.41 0.007 20.74 22.06 368 4.77 0.007 26.29 27.97 450 5.84 0.007 48.08 51.15 586 7.6 0.007 106.17 112.95 Dưới đây là đồ thi vận hành tàu KH – 90327 – TS trong điều kiện thiết kế tính theo phương pháp thực nghiệm và kết hợp đường cong sức cản tính theo phương pháp Leningrad. 63 1,1’ - Đường đặc tính công suất chân vịt và lực đẩy theo tốc độ quay n = const. 2 - Đường công suất kéo EPS = f(V) 2’,2” - Đường cong sức cản R = f(V) trong điều kiện thiết kế tính theo thực nghiệm và Leningrad. 3,3’ - Đường đặc tính công suất động cơ và lực kéo theo tốc độ quay n. 1’’ - Đường đặc tính công suất chân vịt N = f(n). Hình 3.11: Đồ thị vận hành tàu KH – 90327 – TS trong điều kiện thiết kế tính theo phương pháp thực nghiệm. 64 Từ đồ thị vận hành tàu KH – 90327 – TS, ta thấy điểm A ứng với chế độ thiêt kế tải là giao điểm của đường đặc tính công suất chân vịt, đường công suất keo EPS = f(V) ứng với chế độ 100% tải và đường đặc tính công suất động cơ. Điểm A’ là giao đường đặc tính lực léo theo tốc độ quay n và đường cong sức cản R = f(V) ứng với chế độ sức cản vỏ tàu lớn nhất. Dựa vào đồ thị ta thấy sự làm viêc của liên hợp Máy - Vỏ - Chân vịt là phù hợp. Dựa vào đồ thị vận hành tàu KH – 90327 – TS ta thấy thiết kế ở chế độ hành trình tự do tàu có thể đạt vận tốc 8,5 hl/h ở chế độ tải trọng định mức với tốc độ quay của chân vịt là 586 v/ph, ứng với sức cản vỏ tàu là 919,75 KG, công suất đòi hỏi là 112,9 ml. 3.2.3. SO SÁNH CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH SỨC CẢN CHO TÀU KH – 90327 - TS: Kết quả tính sức cản theo công thức của Viện Thiết kế Leningrad cho tàu KH – 90327 - TS: Đại lượng Đơn vị Tốc độ tàu tính toán Tốc độ tàu hl/h 3 6 7 8 9 10 Tốc độ tàu m/s 1.543 3.086 3.601 4.115 4.63 5.144 100% tải 39.79 294.25 445.44 646.55 916.98 1288.71 110% tải 42.11 305.09 467.39 688.74 996.7 1419.27 Sức cản R 85% tải KG 37.5 283.73 435.33 629.41 879.59 1216.4 Kết quả tính sức cản theo phương pháp thực nghiệm: Đại lượng Đơn vị Tốc độ tàu tính toán Tốc độ tàu hl/h 3 6 7 8 9 10 Tốc độ tàu m/s 1.543 3.086 3.601 4.115 4.63 5.144 100% tải 137.05 454.44 610.67 789.39 1069.38 1635.03 110% tải 157.2 546.66 731.35 964.79 1408.83 2028.33 Sức cản R 85% tải KG 117.55 397.61 538.76 718.2 970.53 1401.67 65 Vậy từ bảng so sánh kết quả tính sức cản theo hai phương pháp thực nghiệm dựa vào cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n và phương pháp tính theo công thức của Viện Thiết kế Leningrad ta nhận thấy, hai phương pháp tính sức cản khác nhau cho kết quả tính sức cản khác nhau. Cụ thể phương pháp tính sức cản theo thực nghiệm cho kết quả lớn hơn phương pháp tính sức cản theo công thức Leningrad ở cùng một tốc độ tàu. Phân tích kết quả sự khác nhau này sẽ được trình bày rõ hơn ở phần 4.1 của chương 4. Hính 3.5: Đồ thị biểu diễn đường cong sức cản tính theo các phương pháp khác nhau cho tàu KH – 90327 – TS. 2’.R =f(V) - Đường cong sức cản trong điều kiện thiết tính theo phương pháp thực nghiệm. 2”.R=f(V) - Đường cong sức cản trong điều kiện thiết kế tính theo công thức Viện TK Leningrad. 66 CHƯƠNG 4: PHÂN TÍCH CÁC KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 4.1. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ: 4.1.1 XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG CONG SỨC CẢN THÔNG QUA CẶP THÔNG SỐ TỐC ĐỘ TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT. Dưới đây là những phân tích kết quả tính toán được ở chương 3 về sức cản theo phương pháp tính sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n. Bảng (4-1) so sánh sức cản tàu PY – 93024 – TS ở chế độ định mức theo phương pháp thực nghiệm tính trong điều kiện thiết kế và điều kiện khai thác. 4(hl/h) 5(hl/h) 6(hl/h) 7(hl/h) 7.5(hl/h) Tính theo R(KG) % R(KG) % R(KG) % R(KG) % R(KG) % LT thực nghiệm 289.1 100 405.92 100 556.02 100 747.37 100 862.34 100 TT thực nghiệm 326.42 112.9 466.74 114.9 571.07 102.7 883.44 118.2 899.93 104.4 Dựa vào kết quả tính tỷ lệ phần trăm về sức cản ở chế độ định mức (bảng 4- 1), tính theo phương pháp thực nghiệm trong điều kiện thiết kế và điều kiện khai thác thực tế ta thấy: sức cản tàu PY – 93024 – TS sau 3 năm khai thác (trong đó lên đà 5 lần theo định kỳ bảo dưỡng làm sạch vỏ tàu, tu dưỡng nhỏ) tăng lên khoảng (3 – 13) % so với sức cản tính theo thiết kế. Điều này cũng phù hợp với các nhà khoa học Anh và Đức đã đưa ra những con số thống kế về sự ảnh hưởng các yếu tố sử dụng tàu sau một thời gian sử dụng, họ cho rằng: ở vùng nước xích đạo sức cản tàu tăng 0,5% trong một ngày đêm, chúng ta có thể nhân tỷ lệ này cho 6 tháng thì sức cản tăng khoảng 18%. Điều này phù hợp với con tàu được khảo sát ở trên sau 3 năm khai thác, trong đó khoảng 6 tháng lên đà một lần để làm sạch vỏ tàu, bảo dưỡng máy móc. 67 Bảng (4-2) so sánh sức cản tàu PY – 93024 – TS ở chế độ định mức theo phương pháp thực nghiệm và công thức Viện TK Leningrad trong điều kiện thiết kế. 4(hl/h) 5(hl/h) 6(hl/h) 7(hl/h) 7.5(hl/h) Tính theo R(KG) % R(KG) % R(KG) % R(KG) % R(KG) % LT thực nghiệm 289.1 100 405.92 100 556.02 100 747.37 100 862.34 100 LT Leningrad 108.83 37.65 209.84 51.69 374.43 67.34 627.85 83.89 797.04 92.43 Bảng (4-3) so sánh sức cản tàu KH – 90327 – TS ở chế độ định mức theo phương pháp tính thực nghiệm và công thức Viện TK Leningrad trong điều kiện thiết kế. 4(hl/h) 5(hl/h) 6(hl/h) 7(hl/h) 7.5(hl/h) Tính theo R(KG) % R(KG) % R(KG) % R(KG) % R(KG) % LT thực nghiệm 211.92 100 318.6 100 456.09 100 539.93 100 692.61 100 LT Leningrad 94.08 44.39 180.48 56.65 320.77 70.33 536.29 99.33 680 98.18 Từ hai bảng (4-2), (4-3) so sách tỷ lệ phần trăm sức cản trong điều kiện thiết kế tính theo phương pháp thực nghiệm và công thức tính sức cản gần đúng Leningrad ta nhận thấy: sức cản tính theo công thức Leningrad luôn nhỏ hơn so với cách tính sức cản theo phương pháp thực nghiệm dao động trong khoảng 50%, và sự dao động này tăng không đều ở mỗi tốc độ tàu khác nhau. Phương pháp thực nghiệm xác định sức cản thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n, là cặp thông số đo ngẫu nhiên, các yếu tố ảnh hưởng sức cản tàu như yếu tố đường hình tàu, yếu tố thuỷ động học… đều hàm ẩn bên trong cặp thông số này. Còn các công thức tính sức cản gần đúng khác như công thức Leningrad có chứa các thông số thay đổi khi tính sức cản ở các chế độ khác nhau như: trọng tải của tàu W (tấn), hệ số béo  thay đổi theo mớn nước tàu. 68 Trong công thức tính chứa nhiều thông số thay đổi, khó xác định chính xác như vậy tỷ lệ sai số lớn là điều không tránh khỏi. Trong cùng một điều kiện tính toán sức cản như trong khai thác thực tế hoặc trong thiết kế, có thể đặt câu hỏi sức cản tàu thay đổi như thế nào qua mỗi chế độ tải khác nhau? Bảng (4-4) tính so sánh sức cản tàu PY – 90327 – TS ở ba chế độ tải trong điều kiện thiết kế bằng tính phương pháp thực nghiệm: Đại lượng Đơn vị Tốc độ tàu tính toán Tốc độ tàu hl/h 4 5 6 7 8 9 Tốc độ tàu m/s Chế độ 2.06 2.575 3.086 3.601 4.115 4.63 R KG 289.48 405.32 556.82 747.53 1001.92 1435.67 R % 100%tải 100 100 100 100 100 100 R KG 337.18 475.23 668.24 934.71 1387.21 2305.75 +R % 110% tải 16.47 17.24 20 25 38.4 60.1 R KG 267.06 370.27 500.35 664.46 859.29 1164.69 -R % 85%tải 7.7 8.6 10.1 11.1 14.2 18.8 Bảng (4-5) tính so sánh sức cản tàu PY – 90327 – TS ở ba chế độ tải trong điều kiện khai thác thực tế tính bằng phương pháp thực nghiệm: Đại lượng Đơn vị Tốc độ tàu tính toán Tốc độ tàu hl/h 4 5 6 7 8 9 Tốc độ tàu m/s Chế độ 2.06 2.575 3.086 3.601 4.115 4.63 R KG 326.59 466.59 653.07 883.4 1241.46 2039.25 R % 100%tải 100 100 100 100 100 100 R KG 389.17 563.47 785.8 1100.68 1690.79 3123.2 +R % 110% tải 19.1 20.7 20.3 24.5 36.2 53.1 R KG 296.94 416.65 571.75 774.96 1057.95 1585.27 -R % 85%tải 9.07 10.7 12.4 12.3 14.7 22.2 69 Bảng (4-6) tính so sánh sức cản các chế độ tải của KH – 90327 – TS trong điều kiện thiết kế tính bằng phương pháp thực nghiệm: Đại lượng Đơn vị Tốc độ tàu tính toán Tốc độ tàu hl/h 4 5 6 7 8 9 Tốc độ tàu m/s Chế độ 2.06 2.575 3.086 3.601 4.115 4.63 R KG 212.07 318.02 454.44 610.67 789.39 1069.38 R % 100%tải 100 100 100 100 100 100 R KG 247.21 379.48 546.66 731.35 964.79 1408.83 +R % 110% tải 16.5 19.3 20.2 19.8 22.2 31.7 R KG 182.47 273.71 397.61 538.76 718.2 970.53 -R % 85%tải 13.9 13.9 12.5 11.8 9.1 9.2 Từ các bảng tính (4-4), (4-5), (4-6) tính so sánh sức cản ở các chế độ khác nhau trong cùng một điều kiện tính toán ta nhận thấy: sức cản trong cùng một chế độ tăng dần khi tăng tốc độ tàu, tăng càng nhanh khi một tốc độ tàu, ở chế độ 110% tải đại diện cho chế độ quá tải thì sức cản tăng rất lớn từ (16-50)% sức cản định mức, còn ở chế độ 85% tải sức cản giảm chậm từ (9-14)% sức cản định mức. Điều này chứng tỏ muốn tăng được một hl/h cho tàu là rất khó vì tốc độ tàu tăng nhanh đòi hỏi phải trang bị động cơ tàu lớn, khi trang bị động cơ tàu có công suất lớn đồng nghĩa với việc giảm sức chở của tàu. 4.1.2. MỘT SỐ NHẬN XÉT VỀ PHƯƠNG PHÁP XÁC ĐỊNH SỨC CẢN THÔNG QUA CẶP THÔNG SỐ TỐC ĐỘ TÀU VÀ SỐ VÒNG QUAY CHÂN VỊT. Dựa vào kết quả tính toán sức cản cho tàu KH – 90327 – TS bằng hai phương pháp khác nhau, phương pháp thực nghiệm dựa cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n và phương pháp tính theo công thức của Viện Thiết kế Leningrad ta nhận thấy : 70 - Các phương pháp tính sức cản khác nhau cho cùng một tốc độ tàu là khác nhau. - Giữa hai phương pháp tính thì phương pháp tính sức cản theo thực nghiệm có giá trị lớn hơn so với cách tính theo công thức của Leningrad ở cùng một tốc độ tàu tính toán. Do đó khi tính toán sức cản theo công thức của Viện Thiết kế Leningrad đề nghị nhân với hệ số 1,5 với kết quả vừa tính được để bù vào lượng sai số - Như vậy vấn đề đưa ra cần phải chọn công thức tính toán sức cản phù hợp mẫu tàu thiết kế để sai số giữa các phương pháp và thực tế không lớn, có như vậy mới đánh giá đúng giá trị sức cản tàu thuỷ khi thiết kế cũng như trong khai thác thực tế. Qua cách xác định sức cản tàu bằng phương pháp thực nghiệm thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n cho hai tàu PY – 93024 – TS và tàu KH – 90327 – TS ta thấy: - Để đánh giá sự phù hợp của liên hợp tàu thông qua đồ thị vận hành tàu, mà con đường đi xây dựng đồ thị lâu nay ta hay làm là đi từ đường cong sức cản vỏ tàu R = f(V) từ đó dựa vào tốc độ tàu và công suất động cơ để xác định hai đường đặc tính còn lại là đường đặc tính công suất ngoài của động cơ và đường đặc tính chân vịt, đó chỉ dùng trong thiết kế để xây dựng đồ thị vận hành tàu ở chế độ hàng hải tự do. Còn trong thực tế tàu đang khai thác thì phương pháp này là bế tắc vì chưa thể đánh giá được sức cản tàu thực tế qua sử dụng. - Phương pháp tính sức cản tàu tính theo phương pháp thực nghiệm có thể đánh giá được sức cản bề mặt vỏ tàu sau một thời gian khai thác. - Thông qua đồ thị vận hành tàu xây dựng bằng phương pháp thực nghiệm có thể đánh giá được sự phù hợp của liên hợp tàu sau một thời gian khai thác. - Như vậy phương pháp xác định sức cản thực nghiệm thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n bằng cách xây dựng đồ thị vận 71 hành tàu thực tế, phương pháp này nó tiện lợi không chỉ trong thiết kế mà còn cả trong khai thác tàu thực tế. 4.2 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN: Như vậy phương pháp xác định chình xác sức cản tàu thông qua cặp thông số tốc độ tàu V và số vòng quay chân vịt n là cần thiết đã phần nào giải quyết bài toán tính sức cản thực tế qua sử dụng mà các công thức gần đúng hiện nay chưa giải quyết được. Việc xác định sức cản tàu thực tế thực chất là đi xây dựng đồ thị vận hành tàu. Do đó cần thiết phải xây dựng đồ thị vận hành tàu trên từng con tàu cụ thể nhằm tạo điều kiện thuận lợi cho đội ngũ sỹ quan sử dụng máy tàu cũng như chủ tàu chủ động trong việc tổ chức khai thác hợp lí liên hợp máy - vỏ - chân vịt. Để đơn giản trong quá trình tính toán, tường minh phương pháp tính nên trong quá trình tính sức cản tàu đã không đề cập đến đại lượng sức cản của lưới. Kết quả luận văn cơ bản giải quyết được mục tiêu đề ra của đề tài. Tuy nhiên do thời gian có hạn tôi không thể kiểm tra kết quả tính của phương pháp trên nhiều tàu, cũng như nhiều yếu tố khách quan khác không thể tránh những sai sót trong quá trình khảo sát, thực nghiệm và tính toán có thể không chính xác như mong muốn. Xin đề nghị được sự giúp đỡ góp ý của các nhà khoa học để đề tài được ứng dụng trong thực tế. 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Trương Sỹ Cáp (1987), “Lực cản tàu thủy”, Nhà xuất bản Giao Thông Vận Tải, Hà Nội. 2. Trần Công Nghị (2004), “Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy tàu”, Nhà xuất bản Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh. 3. Nguyễn Đăng Cường (2000), “Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy”, Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật, Thành phố Hồ Chí Minh. 4. Nguyễn Thị Hiệp Đoàn, “Lý thuyết tàu”, Trường đại học Hàng Hải, Hải Phòng. 5. TS. Trần Gia Thái, luận án tiến sĩ “Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố sử dụng đạt hiệu quả khai thác của liên hợp máy - vỏ - chân vịt tàu tàu thuỷ”. 6. TS. Trần Gia Thái, “Bài giảng lý thuyết tàu thuỷ”, Đại học Nha Trang. 7. Nguyễn Đức Ân, Hồ Quang Long, Dương Đình Nguyên, “Sổ tay kỹ thuật đóng tàu”, tập (1,2), nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật. 8. Nguyễn Đình Long (1994), “Trang bị động lực”, Trường Đại học Thủy Sản, Nha Trang. 9. Nguyễn Xuân Mai & Võ Duy Bông (1993), “Giáo trình hướng dẫn thiết kế chân vịt tàu thủy”, Nhà xuất bản Nông Nghiệp, Hà Nội. 10. Trần công Nghị (2003), “Thiết kế tàu thủy”, Nhà xuất bản Đại học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh . 11. Gs,TS. I.E.IĐELTRIC (1986),”Sách tra về sức cản thuỷ lực”, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 12. Thạc sĩ Trần Văn Thanh (2005), Luận văn Thạc Sĩ “Nghiên cứu sử dụng hợp lý động cơ HINO EF 750 làm máy chính trên tàu cá vỏ gỗ nghề lưới kéo đơn thuộc tỉnh Bến Tre”. 13. Đặng Văn Duyệt (2006), Luận văn tốt nghiệp “Xây dựng công thức tính sức cản tàu cá Việt Nam bằng phương pháp phân tích hồi quy theo số liệu thực nghiệm của FAO”. 14. Tạp chí khoa học – Công nghệ Thuỷ Sản số 03-04/2006. 73 15. Pgs,TS. Nguyễn Quang Minh, “Bài toán xác định sức cản trong thiết kế tàu đánh cá và phương pháp tổ chức thực nghiệm”, Tạp chí KHCN Thuỷ Sản. 16. “Vì Trường Sa thân yêu - Trường Sa vì cả nước”, Tp.Hồ Chí Minh – tháng 12/2005. 17. Dương Văn Thăng (2006), Luận văn tốt nghiệp “Thử đánh giá tính phù hợp trong trang bị động lực cho tổ hợp tàu đánh cá lưới kéo đôi ở khu vực Bà Rịa – Vũng Tàu”. 18. Bùi Ngọc Huyện (2006), Luận văn tốt nghiệp “Thiết kế trang bị động lực tàu đánh cá lưới kê, vỏ gỗ, hoạt động xa bờ khu vực Khánh Hoà”.