Đề tài Phân tích các phương án bố trí truyền động về ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng

Đề tài PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRUYỀN ĐỘNG VỀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG LỜI NÓI ĐẦU Nếu kết cấu thân tàu được coi là cơ thể thì trang bị động lực được xem như là trái tim của cả con tàu. Nhờ các trang thiết bị động lực, con tàu mới có thể vận hành, đưa vào hoạt động đem lại hiệu quả kinh tế kỹ thuật mong muốn. Trang bị động lực là môn học không thể thiếu đối với ngành tàu. Nó giúp mỗi sinh viên nắm bắt được các phương án bố trí, lắp đặt các thiết bị năng lượng tàu một cách hợp lý nhằm đảm bảo cho con tàu hoạt động an toàn, ổn định . . . đem lại hiệu quả mong muốn. Trong đó, việc bố trí, lắp đặt hệ truyền động của tàu sao cho đạt hiệu quả cao nhất cũng là một vấn đề cần chú ý khi lắp đặt, bố trí TBNL. Được sự hướng dẫn của Thầy Nguyễn Đình Long và sự cố gắng, nỗ lực của bản thân. Hôm nay, tôi xin trình bày chuyên đề: PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ TRUYỀN ĐỘNG VỀ ƯU NHƯỢC ĐIỂM VÀ PHẠM VI ỨNG DỤNG. Mỗi loại tàu khác nhau, hoạt động trong phạm vi khác nhau yêu cầu về sử dụng năng lượng khác nhau. Tùy thuộc vào hình thức sử dụng năng lượng cũng như yêu cầu về tính cơ động cũng như hiệu quả truyền động mà trên các tàu có các cách bố trí hệ truyền động khác nhau. Việc bố trí hệ truyền động hợp lý không chỉ đảm bảo các tính năng hàng hải của tàu mà còn đem lại hiệu quả về kinh tế - kỹ thuật, thuận tiện trong công tác chăm sóc, bảo quản . . . Trong quá trình học tập, nghiên cứu, tôi đã biết được các phương án bố trí truyền động như sau: GGGĐC GGGĐC L HLHĐC GĐĐCĐ HSG MPMP THLĐ GĐTHĐCGT BTL GĐĐCĐ GĐBTTLL GĐĐCĐ BB KNTL GĐBTL ĐCTL TH THĐCGTTL BB BTTLT THTHĐCGT GĐTBĐDGX H HS KNM GĐHSĐC GĐTHĐCGTĐC DDĐMPC CVĐB CVBB ĐCĐCC DDĐCC ĐCĐCC ĐCC ĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC ĐCĐCC GG1 222 11 14 13 1112 1111 1110 99 9 3 44 4 G55 66 6 77 7 88 8 ĐCĐCTL ĐCBTL ĐCBTTLL ĐKKNTL ĐCLHĐC ĐBBTTLT ĐCTHĐCGTTL ĐCHSĐC ĐCTHĐCGTĐC ĐCTBĐDGX ĐKKNM GĐC TT THĐCGT ĐCĐCĐ BBBTL ĐTTHĐCGT ĐCĐCĐ HHHSG ĐDĐCĐ ĐCĐMPC Đ MP ĐCTHLĐ ĐCHS ĐCC: Động cơ diesle chính GĐC: Gối đỡ chặn CVĐB: Chân vịt định bước KNM: Khớp nối mềm (đàn hồi) CVBB: Chân vịt biến bước LHĐC: Ly hợp đảo chiều THĐCGT: Tổ hợp động cơ diesle – Hộp giảm tốc. HS: Hộp số HSG: Hộp số góc TBĐDGX: Thiết bị đẩy, duỗi, gập xoay được THĐCGTĐC: Tổ hợp động cơ diesle – hộp số đảo chiều HSĐC: Hộp số đảo chiều THĐCGTTL: Tổ hợp động cơ diesel – giảm tốc thủy lực BTTLT: Biến tốc thủy lực tiến KNTL: Khớp nối thủy lực BTTLL: Biến tốc thủy lực lùi BTL: Bơm thủy lực ĐCTL: Động cơ thủy lực (thể tích) THLĐ: Tổ hợp lái đẩy ĐCMPC: Động cơ – máy phát điện chính MP: Máy phát ĐCĐ: Động cơ điện lai chân vịt Hình Phương án truyền động 1 Truyền động trực tiếp đến chân vịt có bước xoắn không đổi (cố định) bằng khớp nối cứng (động cơ có tốc độ quay thấp, đảo chiều) 2 Truyền động trực tiếp đến chân vịt có bước xoắn cố định bằng khớp nối đàn hồi (mềm)(Động cơ có tốc độ quay thấp, đảo chiều) 3 Truyền động trực tiếp đến chân vịt biến bước bằng khớp nối cứng (động cơ có tốc độ quay thấp, không đảo chiều 4 Truyền động trực tiếp với ly hợp đảo chiều (động cơ có tốc độ quay thấp, không đảo chiều) 5 Truyền động gián tiếp qua hộp số thẳng (động có có tốc độ quay trung bình và cao, đảo chiều) 6 Truyền động gián tiếp qua hộp số góc nhằm thay đổi góc truyền 7 Truyền động gián tiếp tách công suất 8 Truyền động gián tiếp qua thiết bị đẩy xoay, gập, duỗi được 9 Truyền động gián tiếp qua hộp số đảo chiều (động cơ có tốc độ quay trung bình và cao, không đảo chiều) 10 Truyền động thủy lực bới biến tốc thủy lực và khớp nối thủy lực 11 Truyền động thủy lực thể tích với bơm cấp có lưu lượng thay đổi và động cơ thủy lực lưu lượng không đổi. 12 Truyền động thủy lực thể tích với tổ hợp lái, đẩy 13 Truyền động điện với dòng một chiều và xoay chiều kiểu tách công suất 14 Truyền động phối hợp với động cơ diesel chính và động cơ điện tăng tốc. Mỗi phương án truyền động có mỗi ưu nhược điểm và phạm vi sử dụng cho từng loại cụ thể riêng. Phương án 1. Sử dụng phương án truyền động cơ khí trực tiếp với chân vịt định bước. Việc sử dụng hệ truyền động cơ khí trực tiếp nên hệ truyền động có một số ưu điểm sau: Hiệu suất truyền động cao. Không sử dụng hộp giảm tốc nên truyền động không bị phí tổn năng lượng do ma sát của hộp giảm tốc, mômen được truyền trực tiếp từ động cơ đến chân vịt nên đem lại hiệu suất truyền động cao. Suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ thấp. Bộ truyền có hiệu suất cao, tổn thất năng lượng ít làm cho hiệu quả sử dụng năng lượng cao. Hiệu suất chân vịt cao khi tàu hoạt động ở chế độ khai thác định mức. Việc sử dụng hệ truyền động cơ khí trực tiếp nên tốc độ quay chân vịt bằng tốc độ quay của động cơ. Khi thiết kế bộ truyền, người thiết kế đã tính chọn động cơ có tốc độ quay gần bằng với tốc độ quay tối ưu của chân vịt nên chân vịt đạt hiệu suất cao khi khai thác ở chế độ định mức. Hệ động lực đơn giản, làm việc chắc chắn, tin cậy, tuổi thọ cao, làm việc ít chấn động. Hệ động lực đơn giản ở chỗ không sử dụng hộp giảm tốc, giảm bớt sự cồng kềnh choáng chỗ của hộp số. Càng ít các chi tiết làm việc nên hệ trục làm việc chắc chắn, tin cậy, giảm chấn động. Bên cạnh một số ưu điểm trên, vì là bộ truyền trực tiếp, số lượng chi tiết làm việc không nhiều nên yêu cầu động cơ và các chi tiết có kích thước và khối lượng. Tính cơ động kém linh hoạt. Ít phù hợp với tàu có nhiều chế độ khai thác. Hệ truyền động sử dụng gối đỡ chặn giảm áp lực dọc trục cho trục động cơ. Gối đỡ chặn nhận lực đẩy từ chân vịt truyền lên các kết cấu thân tàu làm tàu chuyển động. Từ các ưu nhược điểm trên, hệ truyền động này được sử dụng trên các tàu lớn Phương án 2: Đây cũng là phương án bố trí truyền động trực tiếp như phương án 1. Điểm khác biệt là sử dụng thêm khớp nối mềm. Ngoài các ưu nhược điểm nêu ở phương án 1. Ở phương án này, khớp nối mềm có tác dụng khắc phục hiện tượng lắp trục không chính xác. Vì 1 số nguyên nhân mà đường tâm của 2 trục không trùng nhau. Khớp nối mềm cho phép 2 trục có với nhau 1 góc tương đối. Như vậy, động cơ có thể làm việc bình thường khi tâm 2 trục không trùng nhau. Ngoài ra, khớp nối đàn hồi nối từ trục động cơ ra trục trung gian có tác dụng chống rung cho trục trung gian, giúp trục quay êm, không nhạy cảm với độ ẩm và bụi, không cần sự chăm sóc đặc biệt. Phương án này cũng được sử dụng trên các tàu cỡ lớn. Phương án 3: Cũng như 2 phương án trên, phương án này sử dụng phương thức truyền động trực tiếp. Điểm khác nhau cơ bản là sử dụng chân vịt biến bước. Ưu điểm của hệ truyền động này là khả năng xoay mặt chân vịt đổi chiều chuyển động của tàu, có thể khởi động động cơ ở chế độ không tải khi xoay vị trí cánh chân vịt hợp lý nhằm giảm sức cản, tăng tuổi thọ động cơ. Tăng tính cơ động của tàu và thuận tiện cho điều khiển từ xa. Nhược điểm cơ bản là hiệu suất của chân vịt biến bước không cao, cơ cấu xay cánh phức tạp, không tin cậy, tổn thất lớn trên hệ trục. Để tăng sự tin cậy cho hệ truyền động, người ta sử dụng động cơ đảo chiều quay được phòng khi cơ cấu xoay cánh chân vịt không hoạt động. Phương án này được sử dụng trên các tàu thường xuyên thay đổi chế độ làm việc như tàu kéo, tàu đánh cá lưới rê và các tàu container. Phương án 4 Là dạng truyền động gián tiếp sử dụng động cơ quay 1 chiều, chân vịt định bước và ly hợp đảo chiều. Ưu điểm của phương pháp này là sử dụng động cơ quay 1 chiều nên kết cấu động cơ đỡ phức tạp hơn và dễ vận hành hơn sơ với động cơ đảo chiều quay. Việc sử dụng ly hợp đảo chiều có khả năng làm giảm nhẹ xung lực, dao động xoắn, do đó có khả năng bảo vệ động cơ và hệ trục an toàn. Ly hợp đảo chiều có thể đóng mở bằng tay, thủy lực, khí nén. Với kích thước nhỏ gọn, nhưng làm việc hiệu quả, tin cậy, loại truyền động này được sử dụng trên các tàu yêu cầu khả năng cơ động cao như tàu kéo tàu đánh cá. Phương án 5 Dạng truyền động gián tiếp sử dụng tổ hợp động cơ diesel – hộp giảm tốc để thay đổi tốc độ quay của động cơ. Nhược điểm chính của dạng truyền động này là sử dụng hộp số bánh răng nên kích thước lớn và giá thành cao đối với các động cơ công suất lớn, tỉ số truyền bị hạn chế, hệ trục dài, hiệu suất của bộ truyền thấp hơn so với truyền động trực tiếp do tổn thất trên bộ truyền. Là dạng truyền động gián tiếp, có thể khắc phục được các nhược điểm của hệ truyền trực tiếp. Đó là có thể sử dụng động cơ cao tốc (có kích thước và trọng lượng nhỏ), giảm đáng kể kích thước và trọng lượng của hệ truyền động; bên cạnh đó có thể kết hợp với bộ giảm tốc nhiều cấp tỉ số truyền để thu được nhiều chế độ vòng quay của chân vịt. Một ưu điểm nổi bậc của dạng truyền động gián tiếp này là có thể làm tăng hiệu suất khi tải ngoài thay đổi. Đây là dạng truyền động được sử dụng trên các tàu vừa và nhỏ. Phương án 6 Sử dụng hộp số góc là đặc điểm chú ý nhất của hệ truyền động gián tiếp này. Việc bố trí nhiều trang thiết bị phía mũi làm tàu mất cân bằng. Để tạo sự cân bằng, người ta bố trí máy chính về phía đuôi và sử dụng hộp số góc đổi phương truyền động. Ưu điểm của phương án này là tạo đối trọng khắc phục hiện tượng chúi mũi. Nhược điểm của phương án này là khó khăn trong việc chế tạo hộp số góc, chiếm thể tích rất lớn do hệ trục bố trí gấp khúc, hệ trục nhiều chi tiết, khó khăn trong việc bảo dưỡng kiểm tra. Loại truyền động này ít được sử dụng, chỉ sử dụng trên 1 số tàu chuyên dùng, các loại tàu hàng, tàu cá, tàu khách không sử dụng loại truyền động này. Phương án 7 Phương án truyền động gián tiếp thông qua tổ hợp động cơ diesel – hộp giảm tốc ra 2 chân vịt. Ưu điểm của phương án này là tách công suất truyền ra 2 chân vịt phục vụ cho nhu cầu cơ động, quay trở của tàu, hiệu suất truyền động cao. Nhược điểm của hệ truyền động là tốn kém chi phí chế tạo, lắp đặt, bảo dưỡng cho 2 hệ trục thay vì 1 như các bộ truyền trên. Loại truyền động này thường sử dụng cho tàu yêu cầu tính quay trở tốt như tàu kéo; các loại tàu có mặt đuôi lớn, cần bố trí nhiều chân vịt như phà; các tàu cỡ nhỏ cũng sử dụng phương án truyền động này do việc bố trí 2 trục chân vịt, đường kính chân vịt nhỏ lại, chìm hoàn toàn vào trong môi trường nước. Phương án 8 Truyền động từ động cơ đến thiết bị đẩy duỗi gập xoay được. Ưu điểm của dạng truyền động này là hệ trục đơn giản, nhỏ gọn, thiết bị đẩy linh hoạt, co duỗi được, động cơ không cần đảo chiều quay. Thiết bị đẩy có chức năng đẩy tàu, thay đổi tốc độ, thay đổi hướng chuyển động và có thể co lên khi không cần sử dụng. Sử dụng trên các tàu nhỏ cần tính cơ động cao (tàu cao tốc, ca nô . . . ) Phương án 9 Cũng như phương án 5, hệ truyền động gián tiếp từ động cơ chính qua hộp số đến chân vịt. Chỉ khác phương án 5 ở chỗ sử dụng hộp số đảo chiều. Vì vậy động cơ chính không cần đảo chiều quay. Do đó, kích thước và khối lượng của động cơ giảm. Phương án 10 Sử dụng tổ hợp động cơ diesel giảm tốc thủy lực. Sử dụng bộ biến tốc thủy lực làm giảm tốc độ quay và có tác dụng đổi chiều quay cho trục chân vịt. Thiết bị nối trục thủy lực và bộ giảm tốc thủy lực có khả năng hoàn thành các nhiệm vụ sau: Ly hợp trục động với chân vịt Điều chỉnh phụ tài và số vòng quay với 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 chấn động và giảm nhẹ ảnh hưởng chấn động của các thiết bị xung quanh đối với động cơ. Có tác dụng giảm tiếng ồn Thuận tiện cho việc điều khiển từ xa Vì các đặc điểm trên, dạng truyền động này rất phù hợp cho tàu kéo, tàu phá băng. Phương án 11 Sử dụng động cơ thủy lực làm trung gian truyền động từ động cơ diesel chính đến chân vịt. Ưu điểm của hệ truyền động là kích thước nhỏ gọn, dễ bố trí, động cơ thủy lực làm việc êm, hiệu quả, hệ trục ngắn; tránh quá tải của động cơ; tránh quá tải cho động cơ; thuận tiện cho điều khiển từ xa và tự động hóa Truyền động thông qua động cơ thủy lực nên vị trí đặt động cơ chính không cần phải khắc khe. Có thể bố trí ở vị trí thuận tiện cho các thao tác vận hành, sửa chữa. Được sử dụng truyền động cho các tàu vừa và nhỏ. Phương án 12 Hệ truyền động sử dụng động cơ thủy lực làm trung gian cấp năng lượng cho thiết bị lái đẩy. Ưu điểm của hệ truyền động này là gọn nhẹ, hệ trục ngắn gọn. Sử dụng thiết bị lái đẩy nên không cần hệ thống bánh lái, cơ động cao, chất lượng động cơ tốt, không gây ồn, rung động. Nhược điểm cơ bản là hiệu suất thấp. Hệ truyền động này được sử dụng trên các tàu cần tính cơ động cao như tàu kéo, tàu cá. Phương án 13 Phương án truyền động này có ưu điểm là không cần hệ trục dài. Tính cơ động cao, dễ dàng trong việc tự động hóa; tính linh hoạt và khả năng dự trữ lớn. Hai động cơ điện có thể đặt gần chân vịt. Nếu là truyền động điện 1 chiều thì có khả năng thay đổi tỉ số truyền vô cấp. Nhược điểm của hệ truyền động là phức tạp, hiệu suất thấp, giá thành cao, yêu cầu về trang bị kỹ thuật và giá thành cao. Nếu là đồng cơ điện xoay chiều thì khó thay đổi tỉ số truyền và chất lượng động cơ thấp. Được trang bị trên các tàu cần tính cơ động cao như tàu cá, tàu kéo, tàu phá băng. . . Phương án 14 Hệ truyền động sử dụng động cơ diesel và động cơ điện tăng tốc. Ưu điểm của phương án này là sử dụng thêm động có điện, tăng tốc cho hoạt động quay của chân vịt. Nhược điểm của hệ truyền là tính phức tạp của hệ thống. Hệ thống cồng kềnh, chiếm diện tích. Các tàu thường phải làm việc với tải nặng và cần cơ động cao như tàu kéo, tàu phá băng , tàu cá . . . sử dụng hệ truyền động này.