Giáo trình mô đun Máy điện hàng hải 2 - Ngành/nghề: Điều khiển tàu biển
CỤC HÀNG HẢI VIỆT NAM
TRƯỜNG CAO ĐẲNG HÀNG HẢI I
GIÁO TRÌNH
MÔ ĐUN: MÁY ĐIỆN HÀNG HẢI 2
NGÀNH/NGHỀ: ĐIỀU KHIỂN TÀU BIỂN
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
Hải Phòng - 2017
1
LỜI GIỚI THIỆU
Cùng với sự phát triển của các ngành kinh tế khác, ngành Hàng hải là lĩnh
vực được ứng dụng những thành tựu khoa học từ rất sớm phục vụ cho hàng hải an
toàn, khai thác tàu đạt hiệu quả cao với tính kinh tế cao nhất. Để làm được điều đó
đòi hỏi người trực tiếp điều khiển tàu phải được trang bị đầy đủ về kiến thức, trình
độ chuyên môn, kinh nghiệm thực tế và các trang thiết bị phụ trợ cho hàng hải
được trang bị đầy đủ trên tàu.
Nhóm biên soạnchúng tôi đã biên soạn ra giáo trình “MÁY ĐIỆN HÀNG
HẢI 2” để phục vụ cho Dạy và Học trong nhà trường, nội dung giáo trình gồm có
các trang thiết bị sau:
- La bàn con quay;
- Máy đo sâu hồi âm;
- Máy đo tốc độ;
- Hải đồ điện tử;
- Hệ thống báo động trực ca buồng lái.
Giáo trình “MÁY ĐIỆN HÀNG HẢI 2” là giáo trình dành cho giảng dạy
học sinh, sinh viên ngành Điều khiển tàu biển trong nhà trường, nhằm mục đích
trang bị cho học sinh, sinh viên những kiến thức cơ bản cần thiết phục vụ cho công
việc sau khi ra trường, đồng thời cũng là tài liệu tham khảo cho những độc giả
quan tâm đến lĩnh vực hàng hải. Giáo trình đã được cập nhật bổ xung các trang
thiết bị mới đáp ứng yêu cầu của Công ước STCW 78/95 sửa đổi 2010 về trang
thiết bị hàng hải trên tàu.
Dù đã hết sức cố gắng nhưng không thể tránh khỏi những thiếu sót, chúng
tôi rất mong sự đóng góp ý kiến của đồng nghiệp và bạn đọc cho lần tái bản sau
hoàn thiện hơn.
Hải phòng, ngày 25 thán 09 năm 2017
Tham gia biên soạn
1. Chủ biên: Đỗ Văn Quyết
2. Mai Thế Hải
3. Trần Xuân Tá
3
MỤC LỤC
Trang
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN.......................................................................................................2
LỜI GIỚI THIỆU.....................................................................................................................3
MỤC LỤC..................................................................................................................................4
Bảng danh mục ký hiệu, từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành..............................................9
BÀI 1: LÝ THUYẾT CON QUAY........................................................................................11
1. Khái quát chung..................................................................................................................11
1.1. Khái niệm con quay tự do, các hệ tọa độ khảo sát con quay ..........................................11
1.1.1. Khái niệm con quay tự do ...............................................................................................11
1.1.2. Các hệ tọa độ khảo sát con quay ....................................................................................12
1.2. Các phương pháp treo con quay .....................................................................................14
1.2.2. Treo bằng chất lỏng kết hợp với cuộn dây nâng điện từ ................................................15
1.2.3. Treo bằng chất lỏng có gối đệm thủy ngân.....................................................................16
2. Mô men động lượng con quay............................................................................................17
2.1.2. Mô men động lượng của con quay (H) ...........................................................................18
2.2. Các phương pháp tăng momen động lượng ....................................................................18
2.2.1. Phương pháp tăng momen quán tính (J) ........................................................................18
2.2.2. Phương pháp tăng vận tốc góc của con quay................................................................19
3. Những tính chất cơ bản của con quay...............................................................................19
3.1. Tính định hướng...............................................................................................................19
3.2. Tính tiến động...................................................................................................................20
3.3. Tính bền vững ...................................................................................................................22
BÀI 2: LÝ THUYẾT LA BÀN CON QUAY........................................................................23
1. Chuyển động của con quay 2 bậc tự do ............................................................................23
1.1. Thí nghiệm Fuco 1............................................................................................................23
1.2. Thí nghiệm FuCo 2...........................................................................................................23
2. Phương pháp biến con quay thành la bàn con quay........................................................24
2.1. Phương pháp biến con quay thành la bàn con quay.......................................................24
2.1.1. Phương pháp dùng hai bình thủy ngân thông nhau (Con lắc thuỷ lực) .........................24
2.1.2. Phương pháp hạ thấp trọng tâm (con lắc vật rắn) .........................................................26
2.2. Dập dao động không tắt của la bàn con quay .................................................................28
4
2.2.2 Dập dao động không tắt đối với la bàn con quay hạ thấp trọng tâm.............................29
3. La bàn con quay điện từ trường........................................................................................29
3.1. Đặc điểm cấu tạo.............................................................................................................29
3.2. Nguyên lý hoạt động .........................................................................................................31
4. La bàn vệ tinh......................................................................................................................32
4.1. Đặc điểm cấu tạo...............................................................................................................32
4.2. Nguyên lý làm việc............................................................................................................34
1. Các loại sai số của la bàn con quay ...................................................................................36
1.1. Sai số vĩ độ (δφ) .................................................................................................................36
1.2. Sai số tốc độ (v)...............................................................................................................36
1.3. Sai số quán tính(j)..........................................................................................................39
1.4. Sai số lắc (j ) ...................................................................................................................40
2. Khử sai số của la bàn con quay..........................................................................................40
2.1.1. Quy trình thực hiện trên giản đồ.....................................................................................40
2.1.2. Luyện tập.........................................................................................................................42
2.2. Sử dụng thiết bị khử .........................................................................................................45
2.2.2. Luyện tập.........................................................................................................................46
1.1. Quy trình chung khai thác sử dụng .................................................................................49
1.2. Bảo quản bảo dưỡng.........................................................................................................50
1.2.1. Bảo quản thường xuyên và định kỳ.................................................................................50
1.2.2. Kiểm tra dung dịch.........................................................................................................50
1.2.3. Kiểm tra các bộ phận la bàn...........................................................................................50
2. Khai thác sử dụng một số loại la bàn con quay................................................................51
2.1. Khai thác sử dụng la bàn con quay TOKYOKEIKI ES11A............................................51
2.1.1. Bảng điều khiển la bàn ...................................................................................................51
2.1.2. Quy trình khai thác sử dụng............................................................................................52
2.2. Khai thác sử dụng la bàn con quay SPERY MARK 37...................................................54
2.2.1. Các khối của la bàn ........................................................................................................54
5
2.2.2. Quy trình khai thác sử dụng............................................................................................55
2.3. Khai thác sử dụng la bàn con quay CMZ900..................................................................57
2.3.1. Bảng điều khiển la bàn ...................................................................................................58
2.3.2. Quy trình khai thác sử dụng của la bàn..........................................................................61
2.3.3. Các chế độ, chức năng khác ...........................................................................................65
1. Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu................................................................................77
1.1. Cấu tạo và vị trí lắp đặt trên tàu.......................................................................................77
1.2. Nguyên lý hoạt động của máy đo sâu...............................................................................78
1.2.1. Sơ đồ khối và chức năng các khối...................................................................................78
1.2.2. Nguyên lý hoạt động .......................................................................................................79
2. Các phương pháp chỉ thỉ độ sâu ........................................................................................79
2.1. Phương pháp chỉ thị độ sâu bằng bút ghi........................................................................79
2.1.1. Sơ đồ khối........................................................................................................................80
2.1.2. Nguyên lý hoạt động .......................................................................................................80
2.2. Phương pháp chỉ thị độ sâu bằng kỹ thuật số .................................................................81
2.2.1. Sơ đồ khối máy đo sâu chỉ thị kỹ thuật số.......................................................................81
2.2.2. Nguyên lý làm việc..........................................................................................................81
3. Độ chính xác của máy đo sâu.............................................................................................82
3.1. Sai số do ảnh hưởng của môi trường bên ngoài ............................................................82
3.1.1. Sai số do vận tốc sóng truyền ........................................................................................82
3.1.2. Sai số do đáy biển nghiêng .............................................................................................82
3.1.3. Sai số đo tàu lắc.............................................................................................................83
3.2. Sai số khi hiệu chỉnh giá trị mớn nước vào độ sâu đo được..............................................84
3.3. Các sai số khác ..................................................................................................................84
3.3.1. Sai số do tốc độ quay của động cơ lệch tiêu chuẩn........................................................84
3.3.2. Sai số vạch không............................................................................................................84
4. Quy trình chung khai thác sử dụng máy đo sâu ..............................................................85
4.1. Quy trình chung khai thác sử dụng máy đo sâu .............................................................85
4.2. Kiểm tra, bảo quản, bảo dưỡng........................................................................................86
5. Khai thác sử dụng một số loại máy đo sâu ...........................................................................86
5.1. Khai thác sử dụng máy đo sâu FURUNO 860 Mark II ....................................................86
5.1.1. Những thông số cơ bản ...................................................................................................86
5.1.2. Chức năng các núm nút trên mặt máy ............................................................................87
6
5.1.3. Quy trình khai thác sử dụngmáy đo sâu FURUNO 860 Mark II....................................88
5.2. Khai thác sử dụng máy đo sâu JFE 570S ........................................................................89
5.2.1. Những thông số cơ bản ...................................................................................................89
5.2.2. Chức năng các núm nút trên mặt máy ...........................................................................90
5.2.3. Quy trình khai thác sử dụngmáy đo sâu JFE 570S.........................................................91
5.3. Khai thác sử dụng máyđo sâu kỹ thuật số FURUNO FE – 700 .......................................92
5.3.1. Các thông số cơ bản........................................................................................................92
5.3.2. Chức năng các núm nút .................................................................................................92
5.3.3. Quy trình khai thác sử dụngmáy đo sâu FURUNO FE – 700 ........................................93
1. Khái quát và phân loại máy đo tốc độ...............................................................................95
1.1. Khái quát chung về máy đo tốc độ....................................................................................95
1.2. Phân loại máy đo tốc độ ....................................................................................................96
2. Máy đo tốc độ cảm ứng từ..................................................................................................96
2.1. Nguyên lý hoạt động của máy đo tốc độ cảm ứng từ ......................................................96
2.1.1. Cấu tạo bộ phận nhạy cảm ............................................................................................97
2.1.2. Nguyên lý hoạt động .......................................................................................................98
2.2. Ưu nhược điểm của máy đo tốc độ cảm ứng từ .................................................................99
2.2.1. Ưu điểm...........................................................................................................................99
2.2.2. Nhược điểm....................................................................................................................99
3. Máy đo tốc độ DOPPLER...................................................................................................100
3.1. Nguyên lý hoạt động máy đo tốc độ Doppler.................................................................100
3.1.1. Hiệu ứng Doppler ........................................................................................................100
3.1.2. Nguyên lý hoạt động máy đo tốc độ Doppler ...............................................................100
3.2. Ưu nhược điểm của tốc độ kế DOPPLER........................................................................103
3.2.1. Ưu điểm........................................................................................................................103
3.2.2. Nhược điểm..................................................................................................................103
4.Khai thác sử dụng một số loại máy đo tốc độ..................................................................105
4.1. Khai thác sử dụng máy đo tốc độ FURUNO DS-80......................................................105
4.1.1. Chức năng các núm nút ................................................................................................105
4.1.2. Quy trình khai thác sử dụng..........................................................................................106
4.1.3. Kiểm tra kỹ thuật và bảo dưỡng....................................................................................108
4.2. Khai thác sử dụng máy đo tốc độ DOPPLER JLN – 203 .............................................109
4.2.1. Chức năng các núm nút ................................................................................................109
7
4.2.2. Quy trình khai thác sử dụng tốc độ kế doppler JLN 203..............................................110
4.2.3. Kiểm tra kỹ thuật và bảo dưỡng....................................................................................111
4.3.1. Chức năng các núm nút ................................................................................................112
4.3.2. Quy trình khai thác sử dụng máy đo tốc độ EML-500..................................................113
4.3.3. Khai thác các chế độ khác ............................................................................................114
4.3.4. Kiểm tra kỹ thuật và bảo dưỡng .................................................................................116
1. Hải đồ điện tử - ECDIS ....................................................................................................118
1.1. Khái quát, phân loại hải đồ điện tử................................................................................118
1.1.1. Khái quát hải đồ điện tử ...............................................................................................118
1.1.2. Phân loại hải đồ điện tử................................................................................................119
1.2. Quy trình khai thác sử dụng ECDIS..............................................................................123
2.1. Cấu trúc hệ thống ...........................................................................................................126
2.1.1. Mục đích và chức năng của hệ thống BNWAS .............................................................126
2.1.2. Cấu trúc của hệ thống BNAWS....................................................................................126
2.2. Quy trình khai thác và sử dụng BNAWS - SBW 11 A ......................................................128
2.2.1. Thông số kỹ thuật..........................................................................................................128
2.2.2. Chức năng các núm nút ................................................................................................129
2.2.3. Quy trình khai thác và sử dụng.....................................................................................129
2.2.4. Một số hình ảnh của hệ thống BNAWS khác ................................................................130
2.2.5. Những lưu ý với hệ thống BNAWS................................................................................131
TÀI LIỆU THAM KHẢO....................................................................................................133
8
Bảng danh mục ký hiệu, từ viết tắt, thuật ngữ chuyên ngành
Từ viết tắt, thuật ngữ
chuyên ngành
Giải thích
IMO
International maritime organization: Tổ chức Hàng hải
Quốc tế
SOLAS
Safety of life at sea convention: Công ước an toàn sinh
mạng con người trên biển
GPS
Global positioning system: Hệ thống định vị toàn cầu
DGPS
ECDIS
Differential GPS: Vi phân GPS
Electronic Chart Display and Information System: Hệ
thống thông tin và hiển thị hải đồ điện tử
ECS
Electronic Chart System:Hệ thống hải đồ điện tử
Electronic Navigational Charts: Hải đồ vector
Raster Navigational Charts: Hải đồ Raster
ENC
RNC
BNWAS
Bridge Navigational Watch Alarm Systems: Hệ thống báo
động trực ca hàng hải buồng lái
9
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN MÁY ĐIỆN HÀNG HẢI 2
Tên mô đun: Máy điện hàng hải 2
Mã mô đun: MĐ 33
Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:
Vị trí: Được bố trí trong năm học thứ hai.
Tính chất: Mô đun chuyên ngành bắt buộc, thực hành khai thác thiết bị.
Ý nghĩa và vai trò: Mô đun máy điện hàng hải 2 có ý nghĩa quan trọng trong
việc cung cấp kiến thức về các thiết bị như la bàn con quay, máy đo sâu, tốc độ kế,
hải đồ điện tử, hệ thống báo động trực ca buồng lái, hình thành các kỹ năng khai
thác vận hành, bảo quản và bảo dưỡng các thiết bị hàng hải.
Mục tiêu mô đun:
Sau khi học xong học phần, người học có khả năng:
- Trình bày được nguyên lý hoạt động, sai số, quy trình sử dụng, bảo quản
và bảo dưỡng của la bàn con quay, máy đo sâu, tốc độ kế, hải đồ điện tử, hệ thống
báo động trực ca buồng lái;
- Khai thác, vận hành, bảo quản và bảo dưỡng được la bàn con quay, máy đo
sâu, tốc độ kế, hải đồ điện tử, hệ thống báo động trực ca buồng lái;
- Rèn luyện ý thức cẩn thận, chu đáo trong việc khai thác vận hành, bảo
quản và bảo dưỡng các thiết bị hàng hải.
Nội dung mô đun:
10
BÀI 1: LÝ THUYẾT CON QUAY
Mã bài:MĐ.6840110.33.01
Giới thiệu:
Bộ phận quan trọng chính trong la bàn con quay còn được gọi là bộ phận
nhạy cảm của la bàn con quay đó chính là con quay. Dựa vào các tính chất đặc
biệt của con quay khi nó quay với vận tốc góc >10000 vòng/phút người ta đã ứng
dụng nó làm bộ phận nhạy cảm chỉ hướng của la bàn con quay. Bài học này sẽ đề
cập đến khái niệm về con quay,khái niệm về mô men động ,các tính chất cơ bản
của con quay.
Mục tiêu:
- Trình bày được khái niệm về con quay, khái niệm về mô men động lượng
và các phương pháp tăng mô men động lượng; các tính chất cơ bản của con quay;
- Phân loại được các loại con quay và các phương pháp treo con quay, tăng
được mô men động lượng con quay, thực hiện được việc đưa nhanh trục chính con
quay về mặt phẳng kinh tuyến.
- Rèn luyện tính chính xác, cẩn thận, nhanh chóng trong việc sử dụng la bàn
con quay trên tàu biển.
Nội dung chính:
1. Khái quát chung
1.1. Khái niệm con quay tự do, các hệ tọa độ khảo sát con quay
1.1.1. Khái niệm con quay tự do
Con quay là vật thể rắn quay với tốc độ cao xung quanh một trục nào đó gọi
là trục chính con quay (trục quay riêng có vận tốc góc lớn - trục ox). Ngoài ra trục
chính con quay còn chuyển động xung quanh 2 trục vuông góc với nó (oy, 0z) với
vận tốc góc nhỏ (trục đó gọi là trục phụ con quay).
Con quay tự do là vật rắn có thể quay tròn được treo lơ lửng và trục quay
của nó có thể tự do quay bất kỳ hướng nào. Tâm treo của con quay là điểm duy
nhất trong con quay không tham gia vào một chuyển động nào khi trục chính con
quay thay đổi hướng.
11
Trọng tâm của con quay là một điểm từ đó sự phân bố và khối lượng và kích
thước là đều nhau. Con quay kỹ thuật là con quay cân bằng có tâm treo trùng với
trọng tâm (thể hiện hình vẽ là đĩa tròn đều) đồng nhất, đối xứng nhau qua tâm hình
học về cả khối lượng và kích thước.
Hình 1.1. Con quay
Con quay kỹ thuật: Là con quay có tâm hình học trùng tâm khối lượng trùng
trục chính con quay.
Con quay lệch tâm vật nặng là trọng tâm con quay không trùng với trục quay
của con quay.
Con quay tự do: Không chịu bất kỳ một lực tác động nào từ bên ngoài.
Con quay một bậc tự do: Bản thân con quay chỉ tham gia chuyển động
quanh trục chính mà không tham gia chuyển động quay quanh các trục phụ khác
(còn gọi là con quay có hai chiều bị hạn chế).
Con quay hai bậc tự do: Là con quay chuyển động quanh trục chính và còn
tham gia chuyển động quay quanh một trục phụ nữa (hay còn gọi là con quay có
một bậc bị hạn chế).
Con quay ba bậc tự do (con quay tự do): Là con quay tham gia chuyển động
quay cả 3 trục (trục chính và hai phụ).
1.1.2. Các hệ tọa độ khảo sát con quay
a. Hệ tọa độ OXYZ
Hệ tọa này gắn liền với con quay:
Góc tọa độ O trùng với tâm của con quay.
12
Trục chính con quay trùng với trục OX và quay với vận tốc góc lớn hơn
chục ngàn vòng /phút.
Trục Y và trục Z vuông góc với trục X nằm trong mặt phẳng quĩ đạo chuyển
động của con quay cũng có tham gia chuyển động với vận tốc góc nhỏ
(nhỏ hơn rất nhiều lần so với trục chính <<).
X
o
Y
Z
Hình 1.2. Hệ toạ độ con quay OXYZ
b. Hệ tọa độ chân trời 0X0Y0Z0
Hệ toạ độ chân trời có trục OZ0 trùng với đường dây rọi (chiều hướng tới
thiên đế của người quan sát). Trục OX0và OY0 nằm trong mặt phẳng chân trời
người quan sát. Gốc toạ độ tại một điểm vị trí người quan sát trên trái đất và được
biễu diễn trong thiên cầu.
x
b
x0
0
a
y
z
y0
z0
Hình 1.3. Thiên cầu – Hệ toạ độ chân trời
13
c. Hệ toạ độ 0X1Y1Z1
Là hệ toạ độ chuyển động tự do trong không gian, có trục O.X1 trùng với
trục O.X. Trục 0.X1 và trục Z1 nằm trong mặt phẳng quĩ đạo chuyển động.
X X1
o
Y1
Y
Z1
Z
Hình 1. 4. Hệ toạ độ OX1Y1Z1
Hệ toạ độ 0.X1.Y1.Z1 cho phép ta xác định góc quay, chiều quay của con quay
trong không gian.
1.2. Các phương pháp treo con quay
Để con quay được treo lơ lửng, trục quay của nó có thể tự do quay bất kỳ
hướng nào, có nhiều phương pháp treo để ảnh hưởng những tác động vào con quay
càng ít càng tốt: phương pháp treo các đăng, treo điện từ và tĩnh điện, treo thuỷ
tĩnh... Nhưng phổ biến vẫn là treo các đăng, treo thuỷ tĩnh kết hợp với cuộn dây
nâng điện từ và treo bằng chất lỏng có gối đệm thủy ngân.
1.2.1. Treo các đăng
2
S
Y
3
V
Hình1.5. Vòng các đăng
14
Ro to (1) quay quanh trục XX', có bạc đỡ SS’ vòng các đăng (2) đỡ con
quay bởi bạc đỡ SS'; Vòng các đăng (3) đỡ vòng (2) bởi bạc đỡ HH'; Vòng các
đăng (4) đỡ vòng (3) bởi bạc đỡ VV'; Khung vòng đỡ không phải là một phần của
con quay mà chỉ là một bộ phận nâng đỡ các bạc đỡ để có ma sát nhỏ nhất xấp xỉ
bằng 0.
Roto của con quay quay với tốc độ rất lớn, khi thay đổi vị trí khung đỡ ngoài
thì trục chính con quay XX' không thay đổi (tính định hướng) ta tạm gọi khung đỡ
trục VV' là trục chuyển động xoay.
HH': Là trục chuyển động nghiêng;
SS': Là trục chuyển động nghiêng.
Phương pháp treo này ứng dụng đối với la bàn một con quay.
1.2.2. Treo bằng chất lỏng kết hợp với cuộn dây nâng điện từ
C
D
3
1
4
2
A
B
Hình1.6. Treo con quay bằng chất lỏng kết hợp nâng điện từ
Phương pháp treo như sau: Roto con quay sẽ đặt trong vật nổi kín nước vòng tròn
trong đặc trưng cho quả cầu quay (1), hoàn toàn ngâm trong dung dịch (2) có tác
dụng nâng đỡ vật kín nước và có thể dẫn điện, vòng tròn ngoài (3) đặc trưng cho
quả cầu theo. Trong quả cầu quay (1) còn có các cuộn dây (4) tác dụng sinh từ
trường nâng đỡ và giữ quả cầu quay (1) tại vị trí nhất định (tâm hình học của quả
cầu theo (3) trùng với tâm hình học của quả cầu quay).
15
Quả cầu quay (1) chìm lơ lửng trong dụng dịch đặc biệt (2) và từ trường sinh ra
bởi cuộn dây (4) (hai cuộn dây nằm ở đỉnh và ở đáy quả cầu quay), tâm quả cầu
quay luôn ổn định trùng với tâm hình học của quả cầu theo (3). Duy trì được điều
đó phải giữ ổn định dung dịch nâng cụ thể là ổn định nhiệt độ, tỉ trọng dung dịch
đúng theo yêu cầu.
Đây là phương pháp treo có độ chính xác cao. Ở phương pháp này người ta sử
dụng quạt gió để làm mát cho la bàn.
1.2.3. Treo bằng chất lỏng có gối đệm thủy ngân
Hình 1.7. Treo bằng chất lỏng có gối đệm thủy ngân
Ở phương pháp treo này người ta thay thế cuộn dây nâng trong quả cầu bằng
một khối lượng thủy ngân đổ ở dưới đáy quả cầu theo của la bàn. Đặc điểm của
thủy ngân là dẫn điện tốt, tỷ trọng lớn, là kim loại ở thể lỏng do đó không tan trong
dung dịch, có độ kết dính thấp, phân tử thủy ngân liên kết với nhau chặt chẽ cho
nên rất lưu động khi chậu la bàn nghiêng thì thủy ngân luôn luôn nằm ở đáy quả
cầu theo.
16
Khi la bàn hoạt động thì quả cầu quay nóng lên làm cho nhiệt độ dung dịch
tăng, sức nâng quả cầu giảm. Do vậy, quả cầu quay chìm xuống ngồi trên gối đệm
thủy ngân. Thủy ngân nóng lên giãn nở thể tích tạo ra lực nâng và khống chế
không cho quả cầu quay chìm xuống. Tuy nhiên ma sát giữa đáy quả cầu và thủy
ngân là không đáng kể. Do đó không chạm đáy quả cầu theo vì vậy mà tính định
hướng của quả cầu quay không bị ảnh hưởng trong không gian.Phương pháp này
người ta sử dụng quạt gió để làm mát cho chậu la bàn.
2. Mô men động lượng con quay
2.1. Khái niệm mômen động lượng
2.1.1. Mô men quán tính của vật rắn quay (J)
Mô men quán tính của vật rắn quay là đại lượng vô hướng đặc trưng cho khối
lượng của nó và vị trí tương ứng với trục quay: J = M.r2.
M: Khối lượng của vật rắn quay
r: Bán kính quán tính ( khoảng cách đến trục quay mà tại đó tập trung toàn bộ khối
lượng của vật).
R
ω
r
O
Hình 1.8. Mô men quán tính của vật rắn quay
Bánh xe tròn đồng nhất mô men quán tính là:
1
J M.R2
(1.1)
2
Trong đó:
R: Bán kính ngoài của bánh xe tròn ;
17
R
r
r: Bán kính quán tính (
)
2
2.1.2. Mô men động lượng của con quay (H)
Mô men động lượng của con quay (H) là đại lượng véc tơ có hướng trùng với
véc tơ vận tốc góc () (chiều tiến của H xác định dựa vào theo qui tắc vặn nút chai).
Độ lớn của mô men động lượng (H) là tích số mô men quán tính (J) và vận tốc góc :
H = J. .
Véc tơ mô men động lượng (H) luôn trùng với trục OX của con quay khi trục
X của con quay di chuyển trong không gian thì (H) cũng biến đổi theo và ngược lại.
Vì thế người ta coi H gắn với trục chính con quay (J và càng lớn thì H càng lớn tính
định hướng của con quay tốt).
H
X
o
Y
Z
Hình 1.9. Mô men động lượng con quay
Nhận xét:
H luôn trùng với trục OX của con quay;
J và càng lớn thì H càng lớn vì vậy tính định hướng của con quay tốt.
2.2. Các phương pháp tăng momen động lượng
Ta có: H = J. vì vậy để tăng H thì có thể tăng J hoặc tăng .
2.2.1. Phương pháp tăng momen quán tính (J)
Ta có: J = M.R2
Vì vậy để tăng J ta phải tăng M hoặc R tuy nhiên nếu tăng M, R quá lớn thì con
quay sẽ cồng kềnh, công suất tiêu thụ của động cơ con quay lớn làm cho phương
pháp này bị hạn chế. Ngoài việc tăng bán kính của con quay người ta còn tăng bán
18
kính quán tính của con quay r bằng cách chế tạo con quay như một đĩa dẹt có khối
lượng tập chung ở vành đĩa.
2.2.2. Phương pháp tăng vận tốc góc của con quay
Ta có:
= 2..n (n: vận tốc góc con quay tính bằng vòng/phút)
Do con quay là động cơ điện nên
60 f .
1 s
n
p
(1.2)
(1.3)
120. f .
1 s
p
Để tăng H thì tăng dẫn tới tăng f, giảm p
Trong đó:
f là tần số dòng điện;
p là số cặp cực;
s là hệ số trượt của động cơ.
Người ta thường lấy f = (300-500)hz và p giảm xuống là 2.
Đây là phương pháp có nhiều ưu điểm được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các loại
la bàn con quay.
3. Những tính chất cơ bản của con quay
3.1. Tính định hướng
Tính chất cơ bản này đặc trưng cho sự không đổi hướng trong không gian
của trục chính con quay đã đặt vận tốc góc lớn (vận tốc góc lớn hơn chục ngàn
vòng/phút).
Khi con quay đã đạt vận tốc góc định mức, trục chính của nó giữ nguyên
hướng cho dù khung giá đỡ (vòng các đăng) có nghiêng hay xoay ngang.
Nếu tổng mô men tất cả các ngoại lực tác dụng lên con quay bằng không thì
trục chính con quay giữ nguyên hướng trong không gian.
19
Đối với con quay tự do tổng các ngoại lực tác dụng lên điểm treo 0 bằng L=
0. Khi động năng của con quay lớn có khuynh hướng giữ mặt phẳng xích đạo của
con quay không đổi hay trục chính của con quay cố định trong không gian
c
W
b
H
a
d
Hình 1.10. Tính định hướng của con quay
Chất điểm a, b, c, d ở trên con quay, quay với vận tốc lớn ổn định trong quĩ
đạo của nó.
Ứng dụng:Để sử dụng con quay định hướng tự do ở vĩ độ cao.
3.2. Tính tiến động
Ta thấy rằng thay đổi chiều hướng khung giá đỡ ngoài không làm thay đổi
hướng của trục con quay. Muốn thay đổi hướng của trục con quay ta tác động một
lực F trục chính con quay.
Nếu con quay quay chậm (không đạt tốc độ) thì trục quay nghiêng theo
chiều lực tác dụng F.
Nếu con quay quay nhanh (đạt vận tốc góc ) đảm bảo tính bền vững của
con quay thì trục chính của con quay sẽ chuyển động trong mặt phẳng nằm ngang
vuông góc với lực F tác dụng.
Hiện tượng trục chính quay chuyển động vuông góc với lực
dụng) gọi là hiện tượng tiến động.
F (ngoại lực tác
20
Tải về để xem bản đầy đủ
162 trang
24401
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình mô đun Máy điện hàng hải 2 - Ngành/nghề: Điều khiển tàu biển", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- giao_trinh_mo_dun_may_dien_hang_hai_2_nganhnghe_dieu_khien_t.docx
