TÍNH TOÁN ÁP SUẤT THEO CHIỀU CAO LÀM VIỆC CỦA TÚI KHÍ TRONG QUÁ TRỈNH HẠ THỦY TÀÙ WORKING HEIGHT PRESSURE CALCULATION OF AIRBAGS IN SHIP LAUNCHING TS.. Nguyễn Đức Quý Ngành cơ khí viện k
Trang 1TÍNH TOÁN ÁP SUẤT THEO CHIỀU CAO LÀM VIỆC CỦA TÚI
KHÍ TRONG QUÁ TRỈNH HẠ THỦY TÀÙ WORKING HEIGHT PRESSURE CALCULATION OF AIRBAGS
IN SHIP LAUNCHING
TS Nguyễn Đức Quý
Ngành cơ khí viện kỹ thuật kinh tế biến trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu,
Em ail:quyvtu@yahoo.com
Tóm tắt: Việc xác định áp suất túi khí khi bị biên dạng đóng vai trò quan trọng trong tính toán quá trình
hạ thủy tàu trên tủi khí Mục đích đảm bảo an toàn cho túi khí tránh no vỡ tại các vị trí lực tác dụng lên tủi khí là lớn nhất Tính toán dựa trên giả thuyết khí không nén được, trong quá trình làm việc của tủi khí, hình dáng tủi bị biến dạng nhưng lóp vỏ tủi chưa bị kẻo giãn dài do áp suất Tác giả đưa ra công thức tính áp suất tủi khí sau khi bị biến dạng phụ thuộc vào áp suất ban đầu và chiều cao làm việc tương đoi của tủi khí Cồng thức đưa ra làm cơ sở cho tính toán biến dạng tủi khí khi hạ thủy, đặc biệt khi tàu bắt đầu quay quanh mũi tàu Trong quá trình nằm trên túi khí độ dốc tàu tăng thêm gây ra gia tăng tôc
độ chuyến động khi hạ thủy Ket quả trình bày là cơ sở cho các hướng nghiên cứu tiếp theo trong lĩnh vực tính toán hạ thủy bằng túi khỉ, đặc biệt là lựa chọn thông số tủi khí chuấn bị hạ thủy.
Từ khóa: Ap suất tủi khí, Hạ thủy tàu trên túi khí, Các thông sổ tủi khí.
Abstract Airbag pressure determining as deformed shape plays an important role in ship launching calculations The purpose o f ensuring the safety o f the airbag is to avoid explosion at the airbag position where under the maximum force Calculations based on the theory o f uncompressed air, during the operation o f the airbag, the shape o f the bags are deformed while the bag shell has not been stretched
by pressures The author provides a formula for calculating the airbag pressure after deformation depending on the initial pressure and the relative working height o f the air bag The formula is given as the basis fo r calculating the airbag deformation during launching, especially when the vessel begins to orbit the bow When vessels are lying on the airbag, the increased slope o f the boat causes an increase
in speed o f launched movement The presented results are the basis fo r further research in the field o f ship launching airbag calculations, particularly in selection o f air bag parameters in the preparation phase.
Keywords: Airbag pressure, Ship launching airbag, Airbag parameters.
P h ư ơ n g ph áp tín h toán đáp ử n g lự c và
áp su ất tú i kh í theo độ cao làm việc.
• Đặc điểm làm việc của túi khí khi
làm việc
K h i tú i k h í ở trạ n g th á i tự d o , tú i k h í ch ỉ
c h ịu tá c đ ộ n g c ủ a trọ n g lư ợ n g b ả n th â n , á p lự c
tro n g tú i k h í lớ n s ự b iế n d ạ n g tú i k h í do trọ n g
lư ợ n g b ả n th â n là r ấ t n h ỏ K h i h ạ th ủ y tú i k h í
n ằ m trê n m ặ t p h a n g n g h iê n g c h ịu tá c d ụ n g c ủ a
trọ n g lư ợ n g tà u v à p h ả n lự c n ề n c ủ a triề n tàu
D ư ớ i tá c d ụ n g c ủ a c á c lự c tr ê n tú i k h í b ị b iế n
d ạ n g v ề h ìn h d á n g d ẫ n đ ế n th ể tíc h c h ứ a k h í
b ị g iả m , d ẫ n đ ế n áp lự c k h í tro n g tú i sẽ tă n g
c h o đ ế n k h i ló p v ỏ c ủ a tú i k h í b ị g iã n n ở đ ế n
m ứ c p h á h ủ y g â y ra tú i b ị n ổ
K h i b ị b iế n d ạ n g c h u y ể n đ ộ n g lă n k h ô n g trư ợ t c ủ a tú i trê n triề n b ị th a y đ ổ i, d ẫ n đ ế n
c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tà u k ê trê n tú i k h í c ũ n g th a y
đ ổ i
S ự b iế n d ạ n g th e o c h iề u d à i tú i có th ể
k h á c n h a u , d ẫ n đ ế n m a sá t lă n d ọ c th e o c h iề u
d à i tú i k h á c n h a u tạ o n ê n m ô m e n q u a y g â y
c h o tú i b ị q u a y tro n g m ặ t p h a n g n g h iê n g , g â y
v a c h ạ m c á c tú i, có k h i là m th a y đ ổ i h ư ớ n g
c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tàu
C á c tú i liề n k ề n h a u c h ịu áp lự c k h á c
n h a u sẽ b iế n d ạ n g k h á c n h a u d ẫ n đ ế n c h ú n g
c h u y ể n đ ộ n g v ớ i tố c đ ộ k h á c n h a u C ó k h i tú i
p h ía s a u c h ạ y n h a n h h ơ n tú i p h ía trư ớ c d ẫ n tớ i
c h ú n g b ị c h è n ép lê n n h a u D o v ậ y v iệ c tín h
to á n k h o ả n g c á c h g iữ a c h ú n g là rấ t c ầ n th iế t tro n g q u á trìn h b ố trí c á c tú i k h í
Trang 2Hình 1 Túi khí chưa biến dạng
D o b iế n d ạ n g k h á c n h a u c h ú n g có th ể
là m th a y đ ổ i đ ộ d ố c c ủ a tà u tro n g q u á trìn h
c h u y ể n đ ộ n g , d ẫ n đ ế n th a y đ ổ i tố c đ ộ tr u ợ t c ủ a
tà u , g â y n g u y h iể m c h o tàu T à u có th ể c h u y ể n
đ ộ n g v ớ i v ậ n tố c q u á n h a n h k h i đ ộ đ ố c tă n g ,
h o ặ c tà u có th ể b ị d ừ n g lạ i k h i đ ộ d ố c g iả m
K h i b ị b iế n d ạ n g n h iề u , áp s u ấ t tro n g tú i
k h í tă n g có th ể g â y n ổ tú i k h í D o v ậ y k h i b ố
trí c á c tú i k h í c ầ n x á c đ ịn h cá c tú i là m v iệ c
n ặ n g n ề n h ấ t đ ể có b iệ n p h á p tă n g c ư ờ n g đ ả m
b ả o a n to à n tro n g q u á trìn h h ạ th ủ y
C á c ả n h h ư ở n g c ủ a b iế n d ạ n g tú i k h í ả n h
h ư ở n g rấ t lớ n đ ế n q u á trìn h h ạ th ủ y D o v ậ y ta
c ầ n q u a n tâ m k h ả n ă n g là m v iệ c c ủ a cá c tú i
k h í ở c á c v ấ n đ ề sa u :
o S ự b iế n d ạ n g c ủ a tú i k h í
o S ự th a y đ ổ i áp lự c tú i k h í
o Đ iề u k iệ n là m v iệ c a n to à n c ủ a tú i k h í
• Diện tích làm việc của túi khí.
B iế n d ạ n g c ủ a tú i k h í sẽ p h ụ th u ộ c rấ t
n h iề u v á o áp s u ấ t tro n g tú i k h í Á p s u ấ t lớ n
h ĩn h d á n g tú i k h í b iế n d ạ n g ít, áp s u ấ t n h ỏ h ìn h
d á n g tú i k h í b iế n d ạ n g n h iề u Ả n h h ư ở n g c ủ a
b iế n d ạ n g tú i k h í đ ế n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tà u
g iố n g n h ư ả n h h ư ở n g c ủ a c h iế c lố p ô tô h o ặ c
x e m á y đ ế n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a p h ư ơ n g tiệ n K h i
áp s u ấ t lố p lớ n , lố p c ă n g trò n , m a sá t lă n c ủ a
lố p n h ỏ d ẫ n đ ế n p h ư ơ n g tiệ n tiê u h a o n h iê n
liệ u ít, c ô n g s u ấ t n h ỏ K h i lố p m ề m lố p b ị b iế n
d ạ n g , m a sá t lă n lớ n , p h ư ơ n g tiệ n tiê u h a o
n h iề u n h iê n liệ u , c ô n g s u ấ t lớ n
X é t m ộ t đ ơ n v ị c h iề u d à i tú i k h í th ể tíc h c h ấ t
k h í n ằ m tro n g tú i k h í L à V o
T ro n g q u á trìn h b iế n d ạ n g g iả th iế t c á c tú i k h í
k h ô n g b ị k é o d ã n , k h i ấ y c h u v i m ặ t c ắ t n g a n g
đ ư ợ c b ả o to àn
K h i c h ư a b iế n d ạ n g m ặ t c ắ t n g a n g c ủ a tú i k h í
là đ ư ờ n g tr ò n có đ ư ờ n g k ín h D K h i ấ y th ể tíc h
Hình 2 Túi khí biến dạng
Đ ố i v ớ i tà u k ê trê n c á c tú i k h í, k h i áp
s u ấ t lớ n tú i k h í c ă n g trò n b iế n d ạ n g ít, k h i ấy
đ ư ờ n g k ín h tú i c à n g lớ n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a các
tú i k h í c à n g c h ậ m so v ớ i tố c đ ộ tiế n c ủ a tàu
N g ư ợ c lạ i k h i đ ư ờ n g k ín h tú i k h í n h ỏ , c h u y ể n
đ ộ n g c ủ a c á c tú i k h í n h a n h so v ớ i tố c đ ộ tiế n
c ủ a tàu
D ư ớ i tá c đ ộ n g c ủ a trọ n g lư ợ n g tà u các
tú i k h í b ị b iế n d ạ n g Đ ộ b iế n d ạ n g c ủ a tú i k h í
p h ụ th u ộ c v à o số lư ợ n g tú i k h í k ê d ư ớ i c o n tà u
v à áp s u ấ t b ê n tro n g tú i k h í
H ìn h d ạ n g b iế n d ạ n g c ủ a các tú i k h í p h ụ
th u ộ c v à o c á c k iể u tiế p sú c v à c ư ờ n g đ ộ lự c
tá c d ụ n g lê n tú i k h í T ro n g q u á trìn h là m v iệ c
tu i k h í có c á c th ể tiế p sú c ở c á c d ạ n g sa u :
o K h i tiế p sú c đ ư ờ n g ,
o K h i tiế p sú c m ặ t
T h ô n g số đ ặ c trư n g c h o b iế n d ạ n g là độ biến dạng theo đường kính h v à chiều cao làm việc của túi khí là H
Hình 3 Chiều cao làm việc của túi khí h- Độ biến dạng, H- Chiều cao làm việc, D -
Đường kính tú
c ủ a m ộ t p h â n tố c h ấ t k h í có th ể tíc h Vo v ớ i áp
s u ấ t Po T ro n g đ ó Vo đ ư ợ c tín h n h ư sa u :
Chu vi m ặt cắt ngang
c= n D
Trang 3Sau khi biến dạng theo hướng kính m ột đoạn là h ta giả
th iá rằng thể tích sau khi biến dạng bằng thế lích của hai
nửa hình t ò n có đường kính là d-2h và hình chữ nhật có
m ột cạnh là d-2h v à m ột cạnh là y ( xem hình 3) Khi ấy
chu vi tiá d ộ i sau khi biến dạng là:
C = n H + 2 y
C hu vi íiấ d iộ i ữưóc v à sau h iấ i dạng là bằng n hau V ậy
ta c ó :
^ nD = n H + 2 y
T ừ đ ây ta có đoạn tiếp súc y là :
2y = n D — n H
2 y = n { D - H )
Chiều dài tiếp súc của túi khí ở m ột phân tố chiều dài túi
khí là:
n(D - H)
Gọi dA là diện tích tiếp súc m ột đon vị chiều dài túi khí
là
dA =
tt(D - H)
N h â n (l) tử số và m ẫu số với D và đật k = ^
T a có công thức diện tích tiếp súc của tứi khí trên m ột đon
vị chiều dài là:
dA = 0 5 7T D ( 1 — k ) ;(2 )
• Sụ tiiaỵ đổi tíiể tích của tói khí khi làm việc
Sự thay đổi áp s u ầ của túi khí khi làm việc liên
quan chặt chẽ đến thể tích khối khí của m ột đơn vị chiều
dài sau khi biến dạng.:
Thể tích của m ột đon vị chiều dài túi khí có chiều
cao làm việc là H ttính theo công thúc:
Tí „
V = - H 2 + y H
Thay tri số chiều dài t i s s u e của túi khí y của (1 )
vào công thúc t ố i ta có thể tích phân tố chiều dài túi khí
sau khi biến dạng có độ cao làm việc H là :
TC n (D — H )
V = - H 2 + ^ ~ - - H
N h â n v à tử v à m ẫ u công thức trên v ó i/) 2 tacó
D 2 n , n ( D - H)
Thay v ữ — ^ - v à — = k cuối cùng ta có
V = V 0Ợc2 + 2 ( k - k 2 = 2
V = v0(2 k 2)
V ( 2 k - k 2) ' (3)
• Áp suất của túi khí khi túi khí làm việc.
Dưới tác động của trọng lực tàu, túi khí bị biên dạng, trong
quá trình biến dạng nhiệt độ trong túi khí xem như không
thay đ ổ i D o vậy có thể áp dụng phưong trình đang nhiệt cho khối khí nằm trong túi khí là p v = h ằ n g s ố
T ac ó
P 0 v 0 = p v
Ở đây Vo, Po - là thể tích v à ^3 suất túi Iđtí ở trạng thái ban đàu
V, P - l à thể tích túi khí ởtrạngửiái saukhibịbiếndạngcó chiều cao làm việc H
T ừ đó ta có ắp suất làm việc của túi khí sau khi bị biến dạng
■ - W o
V
T ừ (3) thay trị số — ta c ó :
Thay (3 ) vào tacó :
p = p ° ' ( 2 k — li2) ; (4 )
C ăn cứ vào (4) ta thấy khi độ biến dạng k càng lón thì áp suất p càng lón dẫn tói các túi bị dãn v à có nguy co- bị no Tuy nhiên ở m ỗ i túi khí đều bố trí các van an toàn đảm bảo ảp suất bên trong túi khí là cố đinh Trừ khi độ biến dạng là đột ngột, các van không kịp x ả hoặc bị sự cố dãn đến túi bị vỡ, đó là điều có thể xảy ra trên thực tế
• Phản lụt của túi khí tác dụng lên tàu.
D uói tác dụng của ngoại lực túi khí bị biến dạng
có độ cao làm việc H dãn đến tăng diện tích tiếp súc bề
m ặt v à áp lục bên trong túi khí cũng tăng lên Khi ấy dF
là lực tác đụng của túi khí lên tàu trên m ột đon vị chiều dài túi khí như sau:
d F = p dA
0 5 n D(1 — k)
= p °■ (2 k fc2) (5)
D làđ u ò n g k ín h tú ik h í,H là chiều cao làm việc củatúik h í(h ìn h 3 )
Khi chiều dài tiếp súc là 1 thì phản lực Rcủa túi khí lên tàu là
R = l d F
Tài Bệu tham khảo
[1] , Trần Sỹ Phiệt, V ũ D uy Quang Thủy khí động lực kỹ thuật N hà xuất bản đại học v à ừung học chuyên nghiệp 1979
[2] T rần C ô n g N g h i2001, ícL ýthuyátàu thủy”, Tập l,tâp 2 ,tâp 3 ,T n àm g < M h ọ c Giao thông vận tải Tp
H ồ Œ M inh
