CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC VÀ CHÂN VỊT TÀU CÁ 1. Tổng quan về hệ thống động lực và chân vịt tàu cá 1. Giới thiệu chung về đội tàu cá đánh bắt xa bờ tại Việt Nam Theo số liệu thống kê của trang Thông tin điện tử Tổng cục Thống kê số lượng tàu đánh bắt, khai thác thuỷ hải sản của nước ta tăng liên tục trong giai đoạn từ năm 1990 đến năm 2017 với tốc độ bình quân 2929 chiếc/năm. Cùng với sự gia tăng số lượng tàu thuyền khai thác, tổng công suất máy tàu cũng không ngừng tăng lên với mức tăng trung bình khoảng 164579 CV/năm.
Tính đến năm 2017, tổng số tàu cá trên toàn quốc là 110.950 tàu, trong đó tàu khai thác có 108.619 chiếc chiếm 97,89%, tàu dịch vụ hậu cần 2. Số lượng tàu cá khai thác xa bờ công suất lớn hơn 90 CV từ 21.000 chiếc năm 2011 đã tăng lên 34.625 tàu cá có công suất lớn hơn 400CV. Đặc biệt là các tàu vỏ thép có công suất trên 800CV đã được ngư dân đầu tư đóng mới, trang bị đầy đủ về các thiết bị an toàn và từng bước hiện đại hóa các trang thiết bị khai thác. Số lượng tàu cá đánh bắt xa bờ có công suất lớn hơn 90 CV của Việt Nam giai đoạn 2013 - 2018 đồ thị Hình 1.
Biểu đồ số lượng tàu cá công suất lớn hơn 90 CV giai đoạn 2013 - 2018 1 Mặc dù tổng sản lượng hải sản khai thác tăng liên tục từ 419470 tấn năm 1981 lên 7.768500 tấn năm 2018 với tốc độ trung bình 46431 tấn/năm, nhưng năng suất trung bình, tấn/CV/năm, lại giảm và đặc biệt là giảm liên tục từ năm 1985 đến nay. Nếu năng suất đánh bắt năm 1985 là 1,11 tấn/CV/năm thì đến năm 2003 giá trị này chỉ còn khoảng 0,35 tấn/CV/năm với tốc độ giảm trung bình 0,04 tấn/CV/năm. Sự giảm năng suất đánh bắt liên tục trong một thời gian dài do nhiều nguyên nhân mà nguyên nhân cơ bản nhất là phương tiện khai thác còn lạc hậu hiệu suất khai thác thấp, ít có khả năng tiếp cận được với ngư trường xa bờ và chưa khống chế được số lượng tàu thuyền khai thác. Do đó hiện đại hoá, đội tàu cá đánh bắt xa bờ để tăng khả năng khai thác các ngư trường xa bờ, cải thiện kỹ thuật khai thác và quản lý nghề cá trở thành vấn đề mang tính thời sự đối với sự phát triển của ngành khai thác và chế biến thuỷ sản ở nước ta [3].
Đặc điểm hệ thống động lực Hệ thống động lực của tàu cá đánh bắt xa bờ của Việt Nam khá phong phú về chủng loại công suất dưới đây là một số đặc điểm nổi bật của hệ thống động lực tàu cá đánh bắt xa bờ của nước ta [4-7]. Đặc điểm động cơ chính Động cơ chính trang bị trên tàu cá hoạt động trên vùng biển Việt Nam nói chung có công suất nhỏ, dưới 800 mã lực, số vòng quay lớn và do nước ngoài chế tạo. Các động cơ này có cấu tạo nhỏ gọn và đơn giản hơn so với động cơ có công suất lớn và có một số đặc điểm chính như sau [4, 5]: − Là động cơ 4 kỳ tác động đơn, có thể trang bị hệ thống tăng áp hoặc không tăng áp; − Số xy lanh từ 1 - 6 xylanh và công suất mỗi xy lanh từ 8 - 80 CV; − Số vòng quay định mức nằm trong khoảng 900 - 3600 v/ph; − Phần lớn là những động cơ cao tốc sử dụng hộp số thuỷ lực 2 cấp có một cấp tiến và một cấp lùi, ly hợp ma sát là đĩa đơn hoặc kép. Đặc điểm hệ trục chân vịt Hệ trục chân vịt sử dụng trên tàu cá ở nước ta rất đơn giản, do buồng máy được bố trí ở phía đuôi tàu nên nếu hệ trục ngắn thì chỉ gồm hệ trục chân vịt và khớp nối, nếu hệ trục dài thì có thêm một số đoạn trục trung gian.
Theo kết quả khảo sát cho thấy hầu hết các động cơ trang bị cho tàu cá được nhập từ nước ngoài phần lớn là các động cơ của Nhật bản do hãng YANMAR sản xuất, chúng thường có hệ trục kèm theo. Cấu tạo của hệ trục chân vịt trên các loại tàu này Hình 1.2 thông thường gồm [8]: − Chân vịt, trục chân vịt; − Bích nối, bạc trục; 2 Hình 1. Sơ đồ bố trí chung hệ thống động lực tàu cá. − Gối đỡ, trục trung gian; − Hộp số, và máy chính.
Đối với những tàu có chiều dài nhỏ, hệ trục chân vịt ngắn thông thường không có trục trung gian. Khớp nối dùng để nối trục chân vịt với trục ra của hộp số động cơ thường là khớp các đăng. Trên tàu ngoài động cơ chính có thể trang bị thêm máy phát điện, bơm thủy lực phục vụ máy khai thác. Bố trí chung buồng máy trên tàu cá cỡ nhỏ ở nước ta rất đơn giản.
Kết cấu của hệ trục chân vịt và vị trí bố trí buồng máy trên tàu cá hoạt động ở vùng biển Việt Nam gồm các phần tử chính bắt đầu từ mặt bích hộp số Hình 1. − Bích nối vào hộp số: Có nhiệm vụ kết nối trục chân vịt vào hộp số, truyền lực từ hộp số đến hệ trục chân vịt; − Trục trung gian: Đối với tàu có chiều dài lớn, máy chính nằm cách xa đuôi tàu, hệ trục chân vịt phải có thêm trục trung gian để kết nối trục của động cơ và trục chân vịt. Tùy chiều dài của trục trung gian mà trên trục có thể có thêm gối đỡ trục; Hình 1. Cấu tạo của hệ trục chân vịt tàu cá 3 − Trục chân vịt: Là trục nối với chân vịt phía đuôi tàu; − Bạc trục chân vịt: Là phần tử quan trọng trong hệ trục nó nằm trên vỏ tàu, làm nhiệm vụ giảm ma sát cho trục chân vịt đồng thời ngăn cản nước biển rò lọt vào tàu; − Chân vịt: Là thiết bị biến đổi mô men quay của máy truyền dẫn qua hệ trục thành lực đẩy giúp tàu di chuyển về phía trước.
Các thông số quan trọng nhất của chân vịt là số cánh, bước cánh, góc nghiêng của cánh, góc xoắn cánh và đường kính cánh. Đặc điểm thiết bị đẩy Thiết bị đẩy chủ yếu trên các tàu hoạt động tại vùng biển nước ta hiện nay hầu hết là chân vịt có bước cố định Hình 1.4 có một số đặc điểm nổi bật sau đây [9, 10]: Hình 1. Chân vịt trang bị trên tàu cá hoạt động xa bờ tại Việt Nam. − Là chân vịt có bước cố định; − Làm bằng hợp kim đồng; − Số cánh từ 3 - 4 cánh; − Đường kính chân vịt có thể đạt đến 1,2 m.
Hầu hết các tàu cá hoạt động trên vùng biển của nước ta chủ yếu trang bị một chân vịt, chiều quay có thể là chiều quay trái hoặc chiều quay phải. Đặc điểm hoạt động Không giống với các loại tàu chở hàng khác, tàu cá đánh bắt xa bờ có nhiều chế độ hoạt động phức tạp như sau [10, 11]: − Chế độ chạy tự do không tải chạy từ cảng cá đến ngư trường đánh bắt, tìm luồng cá đặc điểm của chế độ này là vận tốc lớn khoảng 7-12 hảilý/h. Sức cản trong giai đoạn này chủ yếu là sức cản do dòng chảy tác động lên vỏ tàu; − Chế độ chạy có tải từ ngư trường về cảng, ở chế độ này vận tốc khai thác của tàu vào khoảng 7-12 hảilý/h. Tàu chạy với vận tốc khai thác lớn về cảng để đảm bảo chất lượng hải sản tốt nhất, trong chế độ này sức cản chủ yếu là sức cản do dòng 4 chảy tác động lên vỏ tàu.
So với chế độ chạy tự do từ cảng ra ngư trường đánh bắt sức cản trong trường hợp này lớn hơn một chút do mớn nước của tàu trong chế độ khai thác này lớn hơn dẫn đến diện tích tiếp xúc của vỏ tàu với chất lỏng lớn hơn làm tăng sức cản do dòng chảy gây ra phụ thuộc vào vận tốc chuyển động của tàu đã được đồ thị hoá trong tài liệu [10]. − Chế độ kéo lưới đánh bắt hải sản, ở chế độ này vận tốc khai thác của tàu nhỏ khoảng 3 - 6 hải lý/h, sức cản tác động lên tàu lúc này gồm có sức cản do dòng chảy tác động lên vỏ tàu và sức cản lưới kéo. Sức cản do lưới kéo ở chế độ khai thác này lơn hơn nhiều so với sức cản do dòng chảy tác động lên vỏ tàu, đường cong sức cản lưới là hàm bậc hai của vận tốc kéo lưới, và các thông số của lưới kéo như đường kính sợi lưới, chiều dài, chiều cao của lưới đồ thị sức cản lưới cũng đã được đồ thị hoá trong tài liệu [10]. Đường cong sức cản tàu trong trường hợp này là tổng hợp của hai đường cong trên và cũng được biểu diễn dưới dạng đồ thị để tiện tra cứu và tính toán [10].
− Chế độ cuối cùng là chế độ chạy tránh trú bão, ở chế độ hoạt động này vận tốc khai thác yêu cầu lớn nhất có thể để có thể cập vào điểm tránh trú bão an toàn. Sức cản tác động lên tàu trong trường hợp này khá phức tạp bao gồm sức cản do dòng chảy tác động lên vỏ tàu, sức cản do gió tác động lên phần thượng tầng, sức cản do sóng tác động. Thời gian các chế độ khai thác của tàu trong một chuyến đi Stt Chế độ chạy % Tỷ lệ chuyến đi Thời gian (h) 1 Kéo lưới 48% 173 2 Tự do 40% 144 3 Chế độ khác 2% 7 4 Dừng máy 10% 36 5 Tổng thời gian 100% 360 Theo thống kê thời gian của một chuyến đi biển khai thác hải sản với tàu lưới kéo có công suất máy trong dải 150 - 300 CV vào khoảng 15 ngày tương đương với 360 giờ với hai chế độ khai thác chủ yếu là chế độ kéo lưới và chế độ chạy tự do, thời gian hoạt động cho từng chế độ khai thác thống kê cho một chuyến đi của tàu Bảng 1. Từ bảng trên ta thấy rằng hai chế độ khai thác chủ yếu của tàu cá là chế độ chạy tự do ra ngư trường và chế độ kéo lưới khai thác hải sản hai chế độ này chiếm 88% thời gian mỗi chuyến đi các chế độ còn lại 12% thời gian là các chế độ khác.
Như vậy để nâng cao hiệu suất hệ thống đẩy cho tàu cá đánh bắt xa bờ thì phải tập trung cải thiện hiệu suất của hệ thống ở hai chế độ là chế độ chạy tự do và chế độ kéo lưới.