Kết quả đo thực nghiệm và biện pháp kỹ thuật triệt tiêu điện áp trục chân vịt tàu thủy

TS. Vương Đức Phúc TS. Đào Minh Quân Trường Đại học Hàng hải Việt Nam Người phản biện: TS. Đinh Anh Tuấn PGS. TS. Trần Anh Dũng

Tóm tắt: Ở bài báo “Nghiên cứu hệ thống nối đất trục chân vịt tàu thủy” [1], tác giả đã đưa ra hai kết luận về sự phụ của điện áp xuất hiện trên trục chân vịt. Thứ nhất là điện áp trục phụ thuộc tỷ lệ thuận với tốc độ vòng tua chân vịt ở giá trị vòng tua thấp, tuy nhiên sự phụ thuộc này là không đối xứng. Thứ hai là khi vòng tua tăng lên, giá trị điện áp này lại có xu hướng giảm theo cả chiều tiến cũng như chiều lùi. Trong bài báo, tác giả sẽ phân tích sâu hơn về giá trị điện áp trục thông qua các kết quả thực nghiệm và đưa ra biện pháp kỹ thuật nhằm triệt tiêu nó.

Từ khóa: Hệ thống nối đất trục chân vịt, lý do xói mòn tia lửa, ảnh hưởng của xói mòn tia lửa.

Abstract: In the previous paper named “A study on propeller shaft earthing system” [1], authors showed two results relating generated voltage on propeller shaft. The first, it is proportional to speed of propeller shaft at low values; however it is not equal between forward and reverse direction. The second is that it decreases when speed of propeller shaft is larger than fixed RPM at both directions. This paper will analyze more in details about this voltage through practical results and technical methods for nullifying it.

 Keywords: Propeller shaft earthing system, reasons for spark erosion, effects of spark erosion.

1. Giới thiệu

Điện áp trục chân vịt được sinh ra do rất nhiều nguyên nhân và phân tích nó là rất phức tạp. Tác hại của vấn đề này là nghiêm trọng và ảnh hưởng kinh tế lớn đối với các công ty khai thác và quản lý tàu. Hiểu rõ về nó và tìm ra biện pháp kỹ thuật để triệt tiêu giá trị điện áp này là một trong những vấn đề mà các công ty, nhà khoa học trên thế giới hết sức quan tâm. Các phần dưới đây sẽ làm sáng tỏ các nguyên nhân thông qua các kết quả đo thực nghiệm cũng các biện pháp triệt tiêu, phòng ngừa trong mọi trường hợp khi khai thác tàu.

2. Kết quả thực nghiệm

2.1. Sự phụ thuộc của điện áp theo tốc độ vòng quay

Ngoài hai kết luận liên quan đến sự phụ thuộc này [1], trong quá trình thực tế đo đạc tác giả còn nhận thấy:

- Giá trị đo được không ổn định khi tại một giá trị vòng tua: Tàu SAE YUDAL khi đi theo hướng 225⁰ giá trị này dao động từ 237mV đến 255mV trong khoảng thời gian khoảng 2 phút. Cũng như vậy, tàu SAE NURI là 330mV đến 380mV (Hình 2.2a và 2.3a).

- Ngoài việc phụ thuộc chính vào vòng tua, điện áp trục còn phụ thuộc vào kích thước, vật liệu chế tạo trục. Tàu SAE NURI có trục to và dài hơn nên điện áp nhận (lớn nhất khoảng 380mV) được cũng lớn hơn so với tàu SAE YUDAL (lớn nhất khoảng 270mV).

- Tại thời điểm đầu khi máy được chạy, giá trị điện áp trục đo được cao hơn. Khi máy chạy trong thời gian lâu giá trị này giảm về giá trị cố định, lý do là bởi lúc mới chạy điện trở tiếp xúc giữa trục chân vịt và vỏ tàu là lớn.

- Trong chế độ điều động giá trị điện áp trục chân vịt thay đổi rất lớn. Hình 2.1 là điện áp trục được đo trên tàu SAE NURI khi tàu đang ở chế độ điều động (máy chính được khởi động với các tốc độ khác nhau trong thời gian ngắn). Ứng với khoảng máy chính chạy thời gian càng ngắn, tốc độ chưa cao thì điện áp nhận được càng thấp và ngược lại.

Hình 2.1: Điện áp trục khi máy chính trong chế độ điều động

 2.2. Sự phụ thuộc của điện áp theo hướng tàu

Khi tàu chạy với các hướng đi khác nhau, giá trị điện áp trục nhận được cũng khác nhau. Trong quá trình tiến hành thực nghiệm, giá trị vòng tua được cố định và chỉ thay đổi hướng đi của tàu. Với tàu SAE YUDAL kết quả được thể hiện trên Hình 2.2.

Hình 2.2: Mối quan hệ giữa điện áp trục theo hướng tàu của tàu SAE YUDAL

 

Hình 2.2a thể hiện giá trị điện áp trục đo tại hướng tàu 225⁰ sau đó tính giá trị trung bình, nhận được 246mV khi vòng tua máy chính cố định tại 220 vòng/phút. Tương tự cách làm như vậy, ta nhận được điện áp trục tại các hướng khác nhau (Hình 2.2b). Giá trị điện áp lớn nhất là khoảng 315mV tại hướng đi 315⁰. Khi ngắn mạch điện áp này, dòng điện nhận được vào khoảng 180mA. Từ đó, công suất điện áp trục tính được theo:

P = U x I = 0.315 x 0.18 = 0.0567W

Tương tự, khi đo điện áp trục với tàu SAE NURI, kết quả được thể hiện trên Hình 2.3.

Hình 2.3: Mối quan hệ giữa điện áp trục theo hướng tàu của tàu SAE NURI

Hình 2.3a thể hiện giá trị điện áp trục đo tại hướng tàu 225⁰, sau đó tính giá trị trung bình, nhận được 360mV khi vòng tua máy chính cố định tại 150 vòng/phút. Tương tự cách làm như vậy, ta nhận được điện áp trục tại các hướng khác nhau (Hình 2.3b). Có sự thay đổi lớn khi hướng tàu thay đổi, giá trị bé nhất nhận được khi hướng tàu trong khoảng 90⁰ (275mV) và giá trị lớn nhất khi hướng tàu 290⁰ (370mV). Cũng tại giá trị lớn nhất này khi ngắn mạch điện áp trên thì dòng điện nhận được là 200mA, như vậy công suất nguồn của điện áp trục của tàu SAE NURI vào khoảng:

 P = 0.37 x0.2 = 0.074W

Thông qua đo thực nghiệm ta thấy, công suất của điện áp trục tuy không lớn nhưng nếu không triệt tiêu nó thì dòng điện khoảng 200mA là đủ gây ra các tia lửa điện tại các điểm tiếp xúc. Điều này gây ra các ảnh hưởng nghiêm trọng như các vòng bi bị ăn mòn nhanh chóng, các tia lửa điện gây cháy nổ cũng như rất nhiều các hệ lụy khác. Do đó, cần có biện pháp kỹ thuật triệt tiêu và giám sát giá trị điện áp này.  

3. Biện pháp kỹ thuật để triệt tiêu điện áp trục

Như phần 2 đã trình bày, nguồn điện áp này có công suất rất nhỏ (khoảng 0,0567W đến 0,074W). Vì vậy, nên có thể triệt tiêu nó bằng hệ thống nối đất, tức là chúng ta cần nối ngắn mạch điện áp này với vỏ tàu [2-5].

Cách thực hiện chi tiết được thể hiện tại Hình 3.1. Hệ thống gồm một vành trượt thường được chế tạo bằng hợp kim từ bạc (chống bị mài mòn) được gắn vòng quanh trục. Hệ thống cơ khí để cố định giá đỡ chổi than mà thông thường người ta hay sử dụng loại đôi nhằm tăng độ tin cậy làm việc cho hệ thống. Cuối cùng là chổi than thường cũng được làm từ bạc có diện tích tiếp xúc phải đảm bảo lớn hơn 312,5mm²/1 chổi than. Trên Hình 3.1b, giá đỡ chổi than và chổi than 1-1 được đưa tới thiết bị đo và giám sát còn giá đỡ chổi than và chổi than 1-2 sẽ được nối thẳng tới vỏ tàu.

Ở trạng thái làm việc bình thường, hệ thống được gọi là tốt nếu điện trở tiếp xúc nhỏ hơn 0,001Ω. Khi máy chính làm việc thì điện áp trục đo được không được quá 25mV [6].

Hình 3.1: Hệ thống nối đất điện áp trục

 4. Kết luận

Các nguyên nhân gây ra và ảnh hưởng tới điện áp trục chân vịt đã được phân tích một cách chi tiết dựa vào các số liệu đo đạc thực tế. Tác giả phân tích giải pháp để triêt tiêu giá trị điện áp này và các thông số kỹ thuật đảm bảo sự hoạt động tốt của hệ thống. Hiện nay, để phân tích và chỉ rõ tất cả các yếu tố ảnh hưởng tới điện áp trục là vô cùng phức tạp và hầu như chưa có nghiên cứu sâu nào về vấn đề này. Hi vọng bài báo sẽ đặt nền móng cho các nghiên cứu sâu hơn nhằm có những giải pháp đơn giản với giá thành hạ để ứng dụng vào thực tiễn. Thiết nghĩ đây là vấn đề quan trọng nên đề nghị Cục Đăng kiểm Việt Nam bổ sung các quy định chi tiết [7] khi đăng kiểm cho các tàu biển đóng mới cũng như sửa chữa.

Tài liệu tham khảo

[1]. Vương Đức Phúc, Đào Minh Quân (2015), Nghiên cứu hệ thống nồi đất trục chân vịt tàu thủy, Tạp chí GTVT, số 4.

[2]. http://www.cathelco.com/shaft-earthing-systems-_108_2_65.html.

[3]. http://www.altheris.com/propeller-shaft-earthing-overview.htm.

[4]. http://www.jowa.se/page/products/miscellaneous-systems/pes---propeller-shaft-earthing-system.

[5]. http://zenithms.com/.

[6]. http://www.iccp-mgps.com/shaft/shaft01.html.

[7]. Đăng kiểm Việt Nam, Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép.