Chân vịt (Propeller) là gì ? Tìm hiểu sơ lược về chân vịt tàu thủy ?

Chân vịt (Propel er) là gì ? Tìm hiểu sơ lược về chân vịt tàu thủy ?
1. Khái niệm chân vịt ( Propel er)
Chân vịt là một loại thiết bị đẩy phổ biến nhất, dùng trong tàu biển (tàu vận
chuyển hàng hóa, tàu vận chuyển hành khách, tàu chiến), ngư lôi, có hình
giống như cánh quạt máy bay, chong chóng hay cánh quạt điện, dùng để biến
năng lượng của động cơ tàu biển... thành công có ích để tàu di chuyển. Chân
vịt chuyển động trong nước giống như một chiếc đinh ốc quay trong một vật.
Chân vịt thường gổm từ 2 đến 6 cánh gắn vào bầu chân vịt (boss). Các cánh
của chân vịt hoạt động tạo nên lực đẩy theo các nguyên lý vật lý và lập thành
một góc nhất định với mặt phẳng quay. Các thông số chính của chân vịt bao
gồm: đường kính, bước chân vịt (pitch - là khoảng cách mặt chân vịt tiến
được sau một vòng quay), tỷ lệ giữa diện tích cánh và diện tích đĩa chân vịt..
Chân vịt có nhiều loại: biến bước (control able-pitch propel er), chân vịt đồng
trục, chân vịt bước cố định.. Nguyên liệu làm chân vịt thường là đồng thỏi,
đồng thanh, chất dẻo, thép hàn, thép hợp kim... phù hợp với thiết kế của tàu.
Chân vịt có thể có trọng lượng lên đến hàng chục tấn.
2. Phân loại và kết cấu chân vịt :
Chân vịt có cấu tạo như chiếc quạt máy có tác dụng đẩy tàu bằng cách sử
dụng năng lượng được truyền từ động cơ chính của tàu. Năng lượng chuyển
đổi thành chuyển động xoay của cánh quạt tạo áp lực vào nước, kết quả làm
cho tàu dịch chuyển và tiến về phía trước.
Tàu vận hành theo nguyên lý Bernouli và định luật III Newton. Một số áp lực
khác được tạo từ phía trước và phía sau cánh quạt, làm tăng tốc độ dòng
nước phía sau bao gồm chuyển động xoay trục khuỷu của động cơ chính,
trục trung gian, ổ đỡ trục, trục đuôi có ống bao và cuối cùng là cánh quạt.
2.1. Chất liệu và cấu tạo của chân vịt :
Chân vịt được làm từ vật liệu chống ăn mòn nên có thể hoạt động trực tiếp
trong nước, vốn là dung dịch ăn mòn cao. Nguyên liệu dùng cho thiết kế chân
vịt là hợp kim nhôm và thép không gỉ. Một số thành phần phổ biến khác là
hợp kim của niken, đồng và nhôm, giúp giảm trọng lượng đến 10-15% và đột
bền cao hơn. Chân vịt được gia công bằng phương pháp hàn, hoặc dập
khuôn. Cánh quạt được rèn có độ bền cao và tốt hơn so với hàn. Chân vịt tàu
biển xoay trong nước theo hiệu ứng chong chóng.
2.2. Các loại chân vịt :
Chân vịt được phân loại dựa trên một số yếu tố cơ bản, một số loại được trình bày dưới đây:
- Phân loại dựa vào số lượng cánh quạt
Chân vịt có thể thay đổi từ ba, bốn, thậm chí là năm cánh. Tuy nhiên, hầu hết
ngày nay mọi người sử dụng loại ba đến bốn cánh.
Loại 1: Chân vịt ba canh:
Loại ba cánh có những đặc điểm sau
– Chi phí chế tạo rẻ hơn các loại khác
– Thường được làm bằng hợp kim nhôm
– Có được hiệu suất cao
– Tăng tốc tốt hơn các loại khác
– Ít hiệu quả khi sử lý tốc độ chậm
Loại 2: Chân vịt bốn cánh
Loại bốn cánh có những đặc điểm sau
– Chi phí chế tạo cao hơn loại ba cánh
– Thường làm từ hợp kim thép chống gỉ
– Mạnh hơn và độ bền cao hơn
– Xử lý tốc độ chậm tốt và tăng tốc
– Kiểm soát năng lượng khi biển động
– Cung cấp giải pháp tiết kiệm năng lượng cao hơn so với các loại khác
Loại 3: Chân vịt năm cánh
Loại năm cánh có những đặc điểm sau
– Chi phí chế tạo cao nhất
– Rung động nhỏ nhất trong mọi trường hợp
– Kiểm soát năng lượng tốt khi biển động
- Phân loại bằng góc xoay lá cánh quạt
Góc xoay của lá cánh quạt có thể định nghĩa như dung tích nước nó chuyển
qua trong mỗi vòng quay 360 độ. Phân loại bước chân vịt như sau.
Loại 1: Chân vịt định bước
Chân vịt định bước có góc nghiên cánh chân vịt cố định giống như cánh quạt
và không thay đổi được trong suốt quá trình hoạt động. Bước chân vịt cố định
mạnh mẽ và đáng tin cậy mà không cần kết hợp hệ thống cơ khí hay thủy lực
nào như là chân vịt biến bước (CPP). Quá trình sản xuất lắp ráp và vận hành
tốn ít chi phí hơn chân vịt biến bước (CPP) nhưng khả năng cơ động thì không tốt bằng.
Loại 2: Chân vịt biến bước
Loại chân vịt biến bước có thể thay đổi bước bằng cách xoay cánh quạt theo
trục thẳng đứng bằng hệ thống cơ khí và thủy lực. Điều đó giúp cho việc lái
động cơ đẩy không đổi mà vẫn tích hợp cơ chế đổi chiều cho bước có thể
phù hợp với điều kiện vận hành theo yêu cầu. Khả năng cơ động được cải
thiện và hiệu quả của động cơ cũng được tăng cường. Hạn chế bao gồm khả
năng ô nhiễm dầu ống thủy lực dùng trong việc kiểm soát bước có thể rỏ rỉ ra
ngoài. Đó là một hệ thống phức tạp và đắt đỏ trong cả khâu lắp ráp và vận
hành. Tuy nhiên, chân vịt biến bước có thể bị tắc ở một công đoạn và làm
giảm khả năng cơ động của máy.
3. Chân vịt tàu thủy :
Tàu thủy có 3 bộ phận chính là máy, vỏ, chân vịt. Trong đó, chân vịt là bộ
phận quan trọng, tạo lực đẩy tàu chuyển động, kết hợp cùng rất nhiều những
bộ phận khác tạo nên hệ thống chuyển động của các con tàu. Chân vịt ảnh
hưởng trực tiếp đến khả năng di chuyển cũng như tạo nên áp lực cho các
con tàu. Chân vịt là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lượng
được tạo ra và truyền từ máy chính. Sự chuyển động tới của tàu dựa trên
nguyên tắc Bernoul i và định luật 3 Newton: sự chênh lệch áp suất giữa mặt
trước và mặt sau của cánh chân vịt khi nó quay tạo ra lực đẩy.
Do chân vịt ảnh hưởng lởn đến hoạt động tàu, nhất là về tốc độ nên vấn đề
tự động học thiết kế và chế tạo chính xác chân vịt có ý nghĩa quan trọng.
Những thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến lực đẩy gồm: đường kính chân
vịt, độ nghiêng của cánh, tỷ số mặt đĩa (tổng diện tích mặt đạp/diện tích hình
tròn có đường kính bằng đường kính chân vịt); tốc độ dòng chảy tại vị trí đặt
chân vịt, số cánh, số vòng quay, profin cánh chân vịt…Chân vịt là bộ phận
này có cánh to, có thể tự do chuyển động trong nước. Những con tàu thông
thường, chân vịt chỉ lắp một cái ở đuôi tàu, cũng có tàu vì để đảm bảo an
toàn nên lắp 2 cái để đề phòng một chân vịt hỏng. Chân vịt thường được làm
từ vật liệu chống ăn mòn nên có thể hoạt động trực tiếp trong nước, vốn là
dung dịch ăn mòn, trong khoảng thời gian rất dài, có thể lên tới 10 năm. Vật
liệu làm chân vịt là hợp kim nhôm, hợp kim đồng và thép không dù, với thành
phần phổ biến là niken, đồng và nhôm, giúp giảm trọng lượng đến 10-15%
trong khi độ bền cao hơn. Chân vịt được tạo ra bằng phương pháp hàn, hoặc
dập khuôn. Cánh quạt được rèn có độ bền cao và tốt hơn so với hàn. Chân
vịt tàu biển xoay trong nước theo hiệu ứng chong chóng. Chân vịt có thể có
từ ba, bốn, thậm chí là năm cánh. Tuy nhiên, hầu hết ngày nay mọi người sử
dụng loại ba đến bốn cánh. Hiện nay có nhiều kiểu hệ thống chân vịt, hệ
thống chân vịt đẩy kết hợp lái hiện đại cải tiến so với hệ thống đẩy kiểm chân
vịt/bánh lái truyền thống. Ngoài ra, còn có một loại chân vịt có thể thay đổi
góc độ. Người ta dùng nó để làm thay đổi tốc độ của tàu. Với những con tàu
cực lớn, cánh quạt của chân vịt rất to, thậm chí giữa hai cánh quạt có thể chui
lọt một chiếc xe tải. Ảnh hưởng trực tiếp đến khả năng di chuyển cũng như
tạo nên áp lực cho các con tàu vận chuyển đường biển, chân vịt được thiết
kế tinh tế kết hợp cùng rất nhiều những bộ phận khác để tạo nên hệ thống
chuyển động cho các con tàu.
4. Nguyên lý hoạt động của chân vịt tàu thủy :
Chân vịt là là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lượng được tạo
ra và truyền từ máy chính. Sự chuyển động tới của tàu vận tải nội địa dựa
trên nguyên tắc Bernoul i và định luật 3 Newton: sự chênh lệch áp suất giữa
mặt trước và mặt sau của cánh chân vịt khi nó quay tạo ra lực đẩy. Những
thông số có ảnh hưởng trực tiếp đến lực đẩy gồm: đường kính chân vịt, độ
nghiêng của cánh, tỷ số mặt đĩa (tổng diện tích mặt đạp/diện tích hình tròn có
đường kính bằng đường kính chân vịt); tốc độ dòng chảy tại vị trí đặt chân vịt,
số cánh, số vòng quay, profin cánh chân vịt…
Trên tàu biển hiện đại ngày nay có nhiều kiểu hệ thống chân vịt, hệ thống
chân vịt đẩy kết hợp lái hiện đại cải tiến so với hệ thống đẩy kiểu chân
vịt/bánh lái truyền thống. Trong số đó có loại Chân vịt bầu xoay (Azimuth
thruster/Azimuth propulsion system). Đây là một loại thiết bị đẩy tàu trong đó
chân vịt được đặt trên một quả bầu có thể xoay theo mọi hướng trong mặt
phẳng nằm ngang, khiến cho tàu không cần có bánh lái. Bởi vậy tính quay trở
của tàu tốt hơn tàu có chân vịt cố định và hệ bánh lái.
Hiện nay có hai phương án truyền động của chân vịt bầu xoay, tùy theo vị trí của động cơ:
- Truyền động cơ giới, trong đó động cơ nằm bên trong tàu nối với quả bầu
bằng hệ thống bánh răng. Động cơ có thể thuộc loại diesel hay diesel-điện.
Tùy theo cách bố trí trục mà chân vịt bầu xoay truyền động cơ giới có thể
phân thành hai loại: truyền động chữ L (L-drive) và tryền động chữ Z (Z-drive).
Thiết bị đẩy truyền động chữ L có một trục vào thẳng đứng và một trục ra
nằm ngang và một hộp bánh răng vuông góc. Còn thiết bị đẩy truyền động
chữ Z có một trục vào nằm ngang, một trục thẳng đứng và một trục ra nằm
ngang và hai hộp bánh răng vuông góc.
- Truyền động điện, trong đó một động cơ điện nằm ngay trong quả bầu được
nối trực tiếp với chân vịt không cần bánh răng. Điện trên tàu do máy phát
diesel hay turbin khí cung cấp.
Chân vịt bầu xoay có tên là ABB Azipod được F.W.Pleuger và F.Busmann
(Hãng mang tên Pleuger Unterwasserpumpen GmbH) sáng chế vào năm
1955 và do Tập đoàn ABB sản xuất và là sản phẩm đầu tiên ứng dụng công
nghệ này.Chân vịt bầu xoay kết hợp với hệ thống lái tạo ra hệ thống đẩy
được gọi là hệ thống đẩy Apizod. Trong các hệ thống đẩy truyền thống, động
cơ được nối với trục chân vịt và chân vịt phía sau tàu và có một bánh lái đặt
sau chân vịt. Nhưng trong hệ thống đẩy Azipod, hệ thống đẩy và hệ thống lái
được kết hợp lại thành một. Hệ thống bao gồm một chân vịt được truyền
động bởi một động cơ điện, chân vịt này đặt trên bầu có thể xoay 360 độ.
Document Outline

• Chân vịt (Propeller) là gì ? Tìm hiểu sơ lược về c
  • 1. Khái niệm chân vịt ( Propeller)
  • 2. Phân loại và kết cấu chân vịt :
    • 2.1. Chất liệu và cấu tạo của chân vịt :
    • 2.2. Các loại chân vịt :
  • 3. Chân vịt tàu thủy :
  • 4. Nguyên lý hoạt động của chân vịt tàu thủy :