165
Ch ơng 21
ph ơng pháp nâng cao hiệu suất của chong chóng

21.1. LKợng tiêu thụ năng lKợng của thiết bị đẩy và các
phKơng pháp giảm nó.

Thiết bị đẩy biến năng l ợng cơ học truyền vào nó thành năng l ợng chuyển động
tịnh tiến có liên quan đến các tổn thất khi biến năng l ợng cũng nh khi có sự t ơng
tác giữa thiết bị đẩy với thân tàu. Vì vậy hiệu suất đẩy về nguyên tắc không v ợt quá
80%; còn đối với các thiết bị đẩy nặng tải có thể chiếm 50%; từ 20 á 50% năng l ợng
truyền vào thiết bị đẩy đều bị bỏ phí.
Nh đã thấy từ lý thuyết thiết bị đẩy lý t ởng và chong chóng nguồn tổn thất chính
khi thiết bị đẩy lý t ởng độc lập làm việc là những tổn thất để tạo ra tốc độ cảm ứng
(tổn thất cảm ứng), mà trị số của chúng phụ thuộc vào hệ số tải trọng và sự phân bố tốc
độ cảm ứng trên đĩa thiết bị đẩy; cũng nh các tổn thất prôphin sinh ra do ảnh h ởng
của chất lỏng nhớt đối với dòng bao cánh và củ.
Hệ số tải trọng của chong chóng theo lực đẩy (Xem H21.1) đóng vai trò chủ yếu
đối với trị số tổn thất. Khi hệ số tải trọng rất bé thì các tổn thất cảm ứng rất thấp và
nguồn tổn thất chính là tổn thất prôphin. Khi hệ số tải trọng lớn, vai trò chính là tổn
thất để tạo ra tốc độ cảm ứng h ớng tàu. Đ ờng cong tổng tổn thất có điểm cực tiểu đạt
đ ợc khi thiết bị đẩy có tải trọng tối u, mà trong tr ờng hợp này hiệu suất làm việc
lớn nhất.
Từ lý thuyết thiết bị đẩy và chong chóng ta thấy
rằng để tạo ra lực đẩy (lực kéo) chỉ cần tốc độ cảm
ứng h ớng trục do đó tổn thất để tạo ra nó là tổn
thất không thể tránh. Tất cả các nguồn tổn thất còn
lại đều là những tiêu phí của nguồn năng l ợng

thuộc vào hệ số tải tính theo
lực đẩy.
166
Điều này có thể thực hiện bằng cách giảm hệ số hút t và tận dụng hết mức năng
l ợng của dòng theo. Tr ớc hết việc đó vẫn đạt đ ợc bằng cách thiết kế tin cậy phần
đuôi; chọn dạng các s ờn đuôi và lặp ghép hợp lý hệ thiết bị đẩy bánh lái thân
tàu, mà tr ớc tiên là chọn khe hở giữa chong chóng với thân tàu, cũng nh với bánh lái.
Trong những năm gần đây ng ời ta áp dụng các thiết bị h ớng dòng đặc biệt kiểu cánh
phẳng lắp trên thân tàu phía tr ớc chong chóng và có hiệu quả nhất là trên các tàu lắp
hai chong chóng.
Yếu tố khác có tác dụng tốt tới hiệu suất ảnh h ởng của thân tàu là đặt các chong
chóng của tàu hai trục gần mặt phẳng đối xứng và áp dụng sơ đồ các chong chóng phủ
lẫn nhau để có thể lợi dụng hết mức năng l ợng của dòng theo.

21.2. Việc áp dụng chong chóng có đKờng kính tăng thêm
khi vòng quay giảm xuống.

Khi thiết kế chong chóng việc lựa chọn vòng quay hợp lý của chong chóng đặc biệt
đối với những tàu lắp động cơ đốt trong, th ờng gặp mối quan hệ phức tạp giữa công
suất động cơ và vòng quay của nó, vì nó cho phép truyền trực tiếp công suất vào chong
chóng. Trong nhiều tr ờng hợp huynh h ớng đó dẫn đến chong chóng có hệ số tải
trọng lớn, hiệu suất làm việc và hiệu suất đẩy t ơng ứng thấp. Trong những tr ờng hợp
này có thể tăng hiệu suất làm việc bằng cách tăng đ ờng kính chong chóng, đồng thời
giảm vòng quay của nó để có thể nâng cao hiệu quả của thiết bị đẩy bằng cách giảm hệ
số tải trọng.
Tuy nhiên lại gặp phải vấn đề bảo vệ chong chóng có đ ờng kính lớn để không khí
không thể lọt vào cánh, đặc biệt đối với những tàu có chiều chìm hạn chế và khi tàu
chạy ở chế độ dằn. Để phòng tránh hiện t ợng đó ng ời ta phải chế tạo những vòm
đuôi có hình dáng đặc biệt, một trong các ph ơng pháp đó (Xem H21.2). ở đây chong
chóng nằm trong hầm mà khi chong

làm việc của chong chóng, mà từ từ giảm xuống và đạt đến giới hạn khi D/D
0
nào đó
phụ thuộc vào tính chất thay đổi của hệ số t ơng tác (hệ số hút liên tục tăng, hệ số

Hình 21.2.
Sơ đồ vòm đuôi của tàu.

167
dòng theo có chiều h ớng ổn định). Do tăng lực cản của tàu vì hình dạng phần đuôi
thay đổi nên việc tăng hiệu suất đẩy chỉ có thể xảy ra tới một giới hạn nào đó.
Hiệu quả áp dụng chong chóng vòng quay thấp phụ thuộc vào trị số ban đầu của hệ
số tải trọng C
TAo
. Chỉ có thể đạt đ ợc l ợng giảm công
suất rõ rệt trong tr ờng hợp khi C
TAo
> 3,0 (Xem H21.3).
Các thí nghiệm cho thấy rằng chong chóng tối u khi
xét đến sự t ơng tác khi D/T ằ 0,70 á 0,75 và hệ số tải
trọng C
TA
ằ 1,5 á 2,0.
Do giảm vòng quay của chong chóng mômen xoắn
tăng lên nên cần phải tăng đ ờng kính của chong chóng
và thay đổi kết cấu của ống bao trục và sống đuôi; khối
l ợng chong chóng và trục tăng lên, cũng nh tăng thêm
chấn động phần đuôi thân tàu. Tất cả đều cần có sự gia
công kết cấu cẩn thận và lành nghề trong quá trình thiết
kế và chế tạo chong chóng.

chong chóng chồng dòng (Xem H21.6). Các chong
chóng đó đặt lệch nhau. Việc áp dụng chong chóng
chồng dòng cho phép tiết kiệm đ ợc công suất tới

Hình 21.3.
L ợng tiết
kiệm công suất khi thay
đổi đ ờng kính chong
chóng

Hình 21.4.
Các chong
chóng đồng trục quay
ng ợc chiều nhau.

Hình 21.5.
Chong chóng
đối dòng quay tự do.

Hình 21.6.
Sơ đồ chong chóng
chồng dòng.

168
13 á 15% trên các tàu cỡ lớn theo ph ơng án bố trí hai trục và tới 7% trên các tàu
nhanh.
Ngoài ra việc đặt các trục gần nhau có thể chế tạo hệ tuốc bin hai trục vào thành
một tổ, từ đó cho phép tăng hiệu suất làm việc của hệ lên 4 á 5% giảm trọng l ợng của
hệ cơ khí xuống 10 á 15%.
Sơ đồ bố trí các chong chóng kiểu này có nh ợc điểm là các chong chóng làm việc