Thông tin kết quả nhiệm vụ KH&CN

Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm chân vịt hai bước nhằm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu cho tàu cá đánh bắt xa bờ của Hải Phòng (26/08/2024)

Hệ thống chân vịt trang bị cho tàu thủy nói chung và đội tàu cá đánh bắt xa bờ nói riêng của Việt Nam cũng như trên toàn thế giới thường sử dụng hai loại đó là: chân vịt có bước cố định và chân vịt biến bước. Chân vịt bước cố định không thay đổi được bước, có giá thành, quy trình bảo dưỡng, vận hành phù hợp và có thể chủ động chế tạo trong nước. Chân vịt biến bước có thể thay đổi được bước theo chế độ tải trọng, tuy nhiên giá thành cao, quy trình bảo dưỡng và vận hành phức tạp đòi hỏi đội ngũ chuyên môn cao, trong nước chưa chủ động chế tạo được.

Với mục tiêu nâng cao hiệu quả khai thác của đội tàu cá đánh bắt xa bờ, nhằm giảm tiêu hao nhiên liệu đồng thời giảm phát thải gây ô nhiễm môi trường, tăng tính linh hoạt trong điều động tàu giúp nâng cao an toàn hàng hải và hiệu quả kinh tế. Đồng thời nhằm chủ động trong thiết kế, công nghệ chế tạo vàchủ động trong quá trình lắp ráp, khai thác, bảo trì, sửa chữa chân vịt tàu thủy của tàu cá đánh bắt xa bờ. Năm 2018, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam được Ủy bân nhân dân thành phố Hải Phòng phê duyệt triển khai nhiệm vụ KH&CN cấp thành phố: “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thử nghiệm chân vịt hai bước nhằm giảm lượng tiêu hao nhiên liệu cho tàu cá đánh bắt xa bờ của Hải Phòng”, PGS.TS Phạm Kỳ Quang làm chủ nhiệm. Triển khai đề tài, nhóm nghiên cứu tiến hành nghiên cứu tổng quan, tính toán thiết kế và mô phỏng số chân vịt hai bước, chế tạo hệ thống chân vịt hai bước, nghiên cứu thực nghiệm chân vịt hai bước.

Cấu tạo của hệ trục chân vịt tàu cá.

Kết quả nghiên cứu cho thấy, nội dung tổng quan đã tìm hiểu, phân tích, đánh giá hệ thống đẩy trang bị cho đội tàu cá đánh bắt xa bờ của thành phố Hải Phòng. Đồng thời phân tích đánh giá các kết quả nghiên cứu trong và ngoài nước về các biện pháp nâng cao hiệu suất chân vịt trên cơ sở đó chỉ ra: Đặc điểm tuyến hình, hệ thống động lực, đặc điểm của các chế độ khai thác của tàu cá, từ đó phân tích đánh giá những nhược điểm còn tồn tại trong hệ thống đẩy; Những thành tựu mà các nhà khoa học trên thế giới đã đạt được trong quá trình nghiên cứu, tính toán, thiết kế, chế tạo chân vịt và các giải pháp nâng cao hiệu suất chân vịt; Những vấn đề tồn tại, hạn chế chưa được giải quyết hoặc chưa được xét đến trong các nghiên cứu nâng cao hiệu suất chân vịt đã được công bố, từ đó đưa ra ý tưởng thiết kế hệ thống chân vịt hai bước nhằm tiết kiệm nhiên liệu và nâng cao tính năng điều động của tàu cá trong quá trình khai thác.

Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu, phân tích ưu nhược điểm của một số biện pháp nâng cao hiệu suất chân vịt cho tàu cá đánh bắt xa bờ đã được thế giới đã và đang triển khai. Thực hiện tính toán thiết kế, mô phỏng số và xây dựng hồ sơ kỹ thuật của chân vịt hai bước: Sử dụng phương pháp tính toán thiết kế theo mẫu đã tính toán, thiết kế và hoàn thành hồ sơ thiết kế kỹ thuật cánh chân vịt hệ thống chân vịt hai bước; Sử dụng phương pháp tính toán lý thuyết kết hợp với mô phỏng số đã xác định được tỷ số bước cánh cần thiết ở chế độ hoạt động thứ hai. Từ tỷ số bước cần thiết này nhóm tác giả đã tính toán thiết kế và hoàn thiện hồ sơ thiết kế kỹ thuật của hệ thống điều khiển bước chân vịt hai bước. Bằng phương pháp số tiến hành nghiên cứu các yếu tố ảnh hưởng đến đặc tính thuỷ động lực học của chân vịt và tính toán mô phỏng xây dựng đường đặc tính của chân vịt hai bước và chân vịt có bước cố định. Từ kết quả tính toán mô phỏng nhóm tác giả đã chứng minh hệ thống chân vịt mới vừa tính toán thiết kế có hiệu suất cao hơn chân vịt có bước cố định khi hoạt động ở hai chế độ là chế độ chạy không tải và chế độ kéo lưới. Sau khi tính toán thiết kế các chi tiết của hệ thống chân vịt hai bước nhóm tác giả tiến hành xây dựng mô hình 3D lắp ghép các chi tiết của hệ thống và tiến hành hiệu chỉnh một số thông số chưa phù hợp, sử dụng phần mềm Solidworks và phần mềm Inventor để xây dựng mô hình 3D của các chi tiết và mô hình lắp ghép của hệ thống chân vịt hai bước. Từ đó đề xuất phương án nâng cao hiệu suất phù hợp cho đội tàu cá đánh bắt xa bờ của Việt Nam bằng việc sử dụng chân vịt hai bước.

Dựa vào bộ hồ sơ thiết kế kỹ thuật chân vịt hai bước, nhóm tác giả đã xây dựng quy trình công nghệ gia công các chi tiết của hệ thống chân vịt hai bước. Sau đó dựa vào quy trình tiến hành gia công và lắp ráp hệ thống chân vịt hai bước gồm có 73 chi tiết. Nhóm tác giả cũng đưa ra được quy trình nghiên cứu thực nghiệm, chân vịt hai bước gồm có các bước như sau:

- Bước 1:Vận hành và đo đạc mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ với hệ thống chân vịt cũ các kết quả đo về mức tiêu hao nhiên liệu.

- Bước 2:Tháo hệ thống bánh lái và hệ trục chân vịt cũ.

- Bước 3:Lắp ráp hệ thống chân vịt hai bước và hệ thống bánh lái.

- Bước 4:Vận hành chạy thử hệ thống chân vịt mới để kiểm tra độ ổn định của hệ thống chân vịt mới và kiểm tra hệ thống điều khiển bước.

- Bước 5:Vận hành và đo đạc mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ với hệ thống chân vịt hai bước ở hai chế độ hoạt động là chế độ chạy tự do và chế độ kéo lưới. Kết quả đo mức tiêu hao nhiên liệu với hệ thống chân vịt hai bước. 

Dựa trên quy trình này nhóm tác giả đã nghiên cứu thực nghiệm hệ thống chân vịt hai bước và hệ thống chân vịt cố định trên tàu thực có số đăng ký HP-90577-TS hoạt động trên vùng biển xa bờ của Việt Nam nhằm đánh giá hiệu quả của hệ thống chân vịt mới với hệ thống chân vịt cũ. Sau khi chế tạo được cánh chân vịt, bầu chân vịt, đĩa xoay và một số chi tiết khác của hệ trục chân vịt hai bước để nghiên cứu thực nghiệm được hiệu quả của loại chân vịt này so với chân vịt cố định. Nhóm nghiên cứu tiến hành lắp ráp thay thế hệ trục chân vịt này cho hệ trục chân vịt cố định ban đầu. Quy trình lắp ráp thay thế hệ thống chân vịt hai bước gồm hai giai đoạn, giai đoạn một là tháo hệ trục chân vịt cũ (giai đoạn này gồm có các bước: Tháo hệ thống bánh lái; Tháo chân vịt cố định ra khỏi trục; Tháo mặt bích nối giữa trục chân vịt và động cơ; Tháo hệ trục cũ chân vịt). Giai đoạn 2 là lắp ráp thay thế hệ thống chân vịt hai bước (gồm một số buớc như sau: Lắp hệ trục chân vịt hai bước; Lắp ráp cụm thân bầu, cánh, đĩa xoay, bích thân bầu chân vịt và trục chân vịt; Lắp ráp hệ thống điều khiển bước chân vịt; Lắp hệ thống bánh lái chân vịt).

Hệ thống chân vịt hai bước sau khi lắp ráp hoàn thiện.

Nhóm tác giả lựa chọn phương án thực nghiệm trên tàu thực cho hai chuyến đi, thời gian của chuyến đi biển là 15 ngày. Một chuyến sử dụng chân vịt theo thiết kế ban đầu, một chuyến đi sử dụng chân vịt hai bước. Các thông số thu được trong quá trình thực nghiệm là số vòng quay của chân vịt, công suất của động cơ, vận tốc tiến của tàu, lượng tiêu hao nhiên liệu, trong mỗi giai đoạn khai thác và trong cả chuyến đi. Từ những dữ liệu này nhóm tác giả tiến hành phân tích và đánh giá hiệu quả của chân vịt hai bước và chân vịt có bước cố định. Kết quả nghiên cứu cho thấy hiệu quả cao hơn của chân vịt hai bước so với chân vịt có bước cố định trên cùng chuyến đi biển, cụ thể như sau: Hệ thống chân vịt hai bước có lượng nhiên liệu tiêu hao giảm so với chân vịt có bước cố định trung bình là 6,0%;Đã triển khai tính toán thiết kế, mô phỏng thuỷ động lực học và chế tạo hệ thống chân vịt hai bước cho tàu cá công suất 155 CV. Sản phẩm chế tạo được nhóm tác giả tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên tàu thực nhằm minh chứng hiệu quả chân vịt hai bước so với chân vịt có bước cố định. Bằng phương pháp số cho kết quả hiệu suất hai giai đoạn tăng trung bình là 8%. Trong chế độ chạy tự do sử dụng chân vịt hai bước tốc độ tàu có thể đạt tới 11 Knot.

Hiệu quả kinh tế cho thấy, chân vịt hai bước có khối lượng nặng hơn chân vịt có bước cố định khoảng 5%, nếu bỏ qua kinh phí bản quyền, áp dụng chế tạo hàng loạt theo dải công suất thì giá thành sản phẩm cũng cao hơn chân vịt có bước cố định khoảng 5%. 

Có thể tìm đọc toàn văn Báo cáo kết quả nghiên cứu của Đề tài tại Trung tâm Thông tin, Thống kê KH&CN Hải Phòng./.