Thuyết minh chân vịt tàu thủy

Đây là bài mẫu đồ án tính toán và thiết kế chân vịt tàu thủy. Tài liệu đầy đủ các quy trình tính toán và lựa chọn phương án thiết kế chân vịt theo kích thước của tàu thủy. Các bạn nào quan tâm hãy nhắn email mình sẽ gửi file CAD vẽ chân vịt.

Page 1

Nhận xét của giáo viên hướng dẫn

Page 2

MỤC LỤC

Trang

A G IỚI THIỆU CHUNG VỀ CHÂN VỊT TÀU THỦY & PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 1

B T ÍNH TOÁN SỨC CẢN TÀU 4

I Các thông số cơ bản của tàu 4

II Tính toán sức cản bằng phương pháp Taylor 5

C T ÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÂN VỊT 7

I Tính chọn máy cho tàu dựa vào đồ thị Taylor 7

1 Tính chọn các thông số mở đầu 7

2 Tính toán chọn máy dựa vào đồ thị Taylor 8

II Tính toán chân vịt 9

III Kiểm tra tính sủi bọt theo Burill 11

IV Kiểm tra độ bền cánh chân vịt 13

V Các thông số hình học chủ yếu của chân vịt 14

1 Các thông số hình học chủ yếu 14

2 Tính chọn then 15

3 Chiều dày cánh 16

4 Xây dựng tam giác đúc 17

5 Khối lượng chân vịt 18

6 Moment quán tính 18

VI Xây dựng đường đặc tính vận hành của chân vịt 19

1 Đường làm việc cho chế độ M=const 19

2 Đường làm việc cho chế độ n=const 20

Page 3

DANH MỤC BẢNG

Trang

Bảng 1: Tính toán sức cản tàu 6

Bảng 2: Bảng tính sơ bộ chọn máy 8

Bảng 3: Tính dựa đồ thị Taylor 10

Bảng 4: Thống kê các hệ số 14

Bảng 5: Bảng tính đường bao cánh chân vịt 16

Bảng 6: Toạ độ của Profin ở từng bán kính tính theo profin tiêu chuẩn của chân vịt seri B – Wageningen 17

Bảng 7: Kết quả tra đồ thị 19

Bảng 8: Kết quả đường làm việc ở chế độ M=const 20

Bảng 9: Tính các hệ số 20

Bảng 10: Tính đường làm việc ở chế độ n=const 21

DANH MỤC HÌNH Trang Hình 1: Đồ thị sức cản 6

Hình 2: Đồ thị chọn máy 9

Hình 3: Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Te) 22

Hình 4: Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Pe) 22

II Trong thiết kế chân vịt có hai phương pháp đặc trưng để thiết kế:

❖ Phương pháp 1:

Thiết kế dựa trên những đồ thị rút ra những kết quả thí nghiệm trên hàng loạt mô hình chân vịt Trong đó có một số thiết kế thay đổi như tỉ số bước, tiết diện cánh và các dạng tiết diện chân vịt thoả mãn với các đặc tính của seri nào

đó, có thể nhanh chóng thiết kế và vẽ theo yêu cầu khai thác của tàu

❖ Phương pháp 2:

Được sử dụng trong trường hợp chân vịt làm việc nặng nề, phải chịu sủi bọt hoặc làm việc trong không gian phẳng lặng, phải áp dụng lý thuyết xoáy để thiết kế

Từ đặc tính của mỗi phương pháp cùng với các thông số và điều kiện thiết kế chân vịt của tàu hàng Ta nên sử dụng phương pháp 1 Đấy là phương pháp thiết kế chân vịt theo phương pháp đồ thị dựa theo mô hình chân vịt seri-

B Wageningen (Ha Lan) thường đuợc sử dụng để tính toán thiết kế cho tàu hàng trung thực

A Tính toán sức cản tàu:

I Các thông số cơ bản của tàu:

II Tính toán sức cản bằng phương pháp Taylor:

Phạm vi áp dụng của phương pháp Taylor:

CP = 0,48 - 0,80 ; v/ L = 0,3-2,0 ; B/d = 2,25 – 3,0 và 3,75

/(10.9803,

Page 7

C Tính toán thiết kế chân vịt:

I Tính chọn máy cho tàu dựa vào đồ thị Taylor:

- Từ đường công sức cản R= f(v) , xác định sức cản ứng với tốc độ đã cho, tính lực đẩy cần thiết của chân vịt theo công thức sau:

75

o N R

,01

64,26389

71,7.64,2638975

- Tốc độ tịnh tiến của chân vịt:

2,10)32,01.(

15)1.( − = − =

=v w

- Tính hiệu suất thân tàu:

14118,

132,01

224,011

n k

Page 8

2.Tính toán chọn máy dựa vào đồ thị Taylor:

- Công suất đẩy:

HP

(T: lực đẩy chân vịt, funt, 1funt = 0,4536 Kg) (Vp: tốc độ tịnh tiến chân vịt, hl/h)

- Công suất phải giảm xuống do tỉ trọng nước biển lớn hơn nước ngọt,

đồ thị xây dựng trong nước ngọt

Công suất đẩy cho nước mặn

003 , 469 1025

1000 728 , 480 1025

1000

Chọn chân vịt Wageningen B.4.55 trong tính toán sơ bộ

STT Đại lượng cần xác định Đơn vị Giá trị tính hoặc xác định

   

728,4803

,327

4536,0.2,10.27,340073

,327

T

v T N

Page 9

Trong đó:

- b: hệ số ảnh hưởng đuôi tàu

b = 0,92 ÷ 0,95 : tàu một chân vịt

b = 0,96 : tàu hai chân vịt

- h :hiệu suất hộp số, nếu có Để ý tổn thất khi tăng hoặc giảm vòng quay, sơ bộ có thể nhận giá trị theo bảng sau:

Page 10

Dựa vào đồ thị ta chon được máy: C280-12

Công suất định mức: 3700Kw, 4962 BHP

Số vòng quay đầu ra: 200 vòng/phút

II Tính toán chân vịt:

Ta đi thiết kế chân vịt khi tàu hoạt động với vận tốc thiết kế :

V= 15 HL/h Sức cản lúc này R = 26389,64 kG

- Công suất truyền đến trục chân vịt:

Kg BHP

C

P D = mt.t = 0,91.0,97.4962= 4379,96trong đó:

+ hệ số môi trường ở 24o Clà C mt =0, 91

+ hệ số đường trục t = 0,97

- Tần suất chân vịt tàu vận tải nên nhận khoảng 98% đến 99% tần suất định mức, nên tần suất tính toán sẽ là: N = 0,98 200 = 196 vòng / phút

- Vòng quay chân vịt trong một giây: n= N/60 = 196/60= 3,27 v/s

- Áp suất tác dụng lên tâm trục chân vịt:

P0 = Pa + γ Hs = 10330 + 1025.4,2625 = 14699,0625 (KG/m2)

Trong đó:

Áp suất khí quyển tại mặt thoáng: Pa = 10330 kG/m2 Chiều chìm tới trục chân vịt: Hs = 4,2625 m Trọng lượng riêng của nước biển: γ = 1025 KG/m³

P0 = Pa + γ Hs = 10330 + 1025.4,2625 = 14699,0625 (KG/m2) Tính chọn thông số hình học chân vịt:

Bảng 3: Tính dựa đồ thị Taylor

Thiết kế chân vịt theo chế độ quay tự do

2 va = vs.(1 w) − Hl/h 10,2

P T

1100.1

,25962

1,2596264

,26389100

R

R Te Te

Kết luận : Máy đã chọn là hoàn toàn hợp lý vì sai số giữa R và T e nhỏ hơn 3% nằm trong giới hạn cho phép và ứng với các thông số hình học của chân vịt thuộc nhóm B4.55 như sau:

Bước xoắn: P = 2,405 m

.7,0.2

2 2

2 2

2406,15070

.5,

0 02,7

7 ,

Áp suất khí quyển tại mặt thoáng: P a = 10330 kG/m 2

Áp suất hơi bão hoà: P d = 240 kG/m 2 Chiều chìm tới trục chân vịt: H s = 4,2625 m Khối lượng riêng của nước biển:  = 101,78 kGs 2 /m 4

P 0 = P a + γ H s = 10330 + 1025 4,2625 = 15070,6 (KG/m 2 )

- Căn cứ vào đồ thị Burill cho ta hệ số thực:

2 0,7

/

0,170,5

C

T A V

3,33456

5,0

2 2

7 , 0

)(398,54

7,3 55,0)

65,0.229,0067,1(4 229,0067,

2 2

m

D A

A D

H A

Diện tích thực tế A C > A Cmin tính theo tiêu chuẩn Burrill cho phép kết luận,

chân vịt với tỉ lệ mặt đĩa A e = 0,55 trong trường hợp này có khả năng tránh

sủi bọt

Page 13

IV Kiểm tra độ bền cánh chân vịt:

Chân vịt làm bằng đồng thau có ứng suất cho phép  = 600-700kG/cm2

Áp dụng phương pháp Romson tiến hành kiểm tra độ bền cánh tại hai bán kính r = 0,2R và r = 0,6R Theo phương pháp này ứng suất trong cánh gồm ứng suất do mômen uốn  1 gây ra và  2 cho lực ly tâm :

Chiều dày cánh tại r: e (m)

Vòng quay chân vịt trong một phút N = 196 v/ph

Hiệu suất chân vịt :  p = 0,535

Hệ số tiến của chân vịt : J=V P /(n.D)= 0,434 Đường kính chân vịt : D = 3,7 m

Các hệ số A, C đặc trưng cho điểm đặc lực ly tâm (đọc đồ thị hình 5.11 sách Lý Thuyết Tàu- Trần Công Nghị phần Sức Cản Tàu Và Thiết Bị Đẩy trang

220, XB 2009)

Page 15

- Chiều dày tại phần hạ bậc: ∆ = 0,9 𝑒0 = 144 𝑚𝑚

- Chiều dày cánh ở đỉnh: ed = 0,0035D = 12,95 mm

- Chiều dày giả định tại tâm củ: e0 = (0,04 - 0,05)D = 160 mm

- Bán kính lượn cánh với củ:

phía nhỏ R1 = 0,03D = 111 mm phía lớn R2 = 0,035D = 129,5 mm

2 Tính chọn then:

Theo quy phạm đóng tàu ở phần III chương 7– QCVN 2010, ta có:

Đường kính trục chân vịt:

mm K

T N

H K d

s

160 600

560

8 , 205

4962

26 , 1 100

160

560

100

=

Chọn ds = 335 mm Trong đó:

K2 =1,26 theo bảng 3/6.3 chương 7 phần III – QCVN 2010 (trục

có rảnh then để lắp chân vịt)

ds: Dường kính yêu cầu của trục chân vịt

Ts = 600 N/mm2- giới hạn bền kéo danh nghĩa của trục chân vịt

H = Ne = 4962 BHP công suất trục lớn nhất của động cơ

N = 196 vg/ph - Vòng quay lớn nhất của trục trung gian Then: Chiều dài then: lt = 0,25.lh = 0,25.900 = 225 mm Chọn lt = 225 mm

Bề rộng then: bt = 0,25.ds =0,25.255= 83,75 mm

Bảng 5: Bảng tính đường bao cánh chân vịt

Khoảng cách từ chiều dày 𝑡maxtới mép dẫn : b2

0.2 845.5425 1.662 521.7 0.617 295.93988 0.350 150.22 0.0406 0.3 957.4675 1.882 586.928 0.613 335.11363 0.350 132.83 0.0359 0.4 1042.9375 2.050 626.805 0.601 365.02813 0.350 115.44 0.0312 0.5 1094.83 2.152 641.57 0.586 388.66465 0.355 98.05 0.0265 0.6 1112.63625 2.187 624.189 0.561 432.8155 0.389 80.66 0.0218 0.7 1090.76 2.144 571.558 0.524 482.11592 0.442 63.27 0.0171 0.8 1002.2375 1.970 464.036 0.463 479.06953 0.478 45.88 0.0124 0.9 804.8425 1.582 282.5 0.351 402.42125 0.500 28.49 0.0077

Page 17

Bảng 6: Toạ độ của Profin ở từng bán kính tính theo profin tiêu chuẩn

của chân vịt seri B – Wageningen

4 Xây dựng tam giác đúc:

Việc xây dựng tam giác đúc sau khi thiết kế chân vịt, nhằm mục đích giúp

người thiết kế khuôn đúc đúc chính xác chân vịt đúng như chân vịt đã thiết kế

R tg

m r = (10o) = (10o).1850=326,2

- Các thông số tam giác đúc:

mm m

0.2 45.066 27.34004 16.37398 8.18699 2.32841 0.67599 3.45506 8.86298 20.20459 30.49466 39.3576 60.088 0.3 33.672405 16.20526 7.70414 2.25811 0.066415 1.72679 6.11018 14.41206 21.983365 29.4883 49.8777 0.4 20.60604 7.15728 1.7316 0.34632 3.05916 9.00432 14.43 20.6638 39.8268

Mặt H út

Mặt Đẩy

2 =   =  =

Với: 1 = 490 2 = 430

5 Khối lượng chân vịt:

Theo Kofiepski khối lượng chân vịt tính theo công thức sau:

) ( 3056

59 , 0

41 , 0 10 2 2 , 6 10 4

2 6

, 0 4

6 , 0 3

D

e D

d D

b D

• b0,6R = 1 , 1126 m : Chiều rộng cánh chân vịt tại r =0,6R

• e0,6R = 0 , 080 m : Chiều dày cánh chân vịt tại r = 0,6R

• lh = 0,9 m : Chiều dài củ chân vịt

• dh =0,6 m : Đường kính củ chân vịt

6 Moment quán tính:

Momen quán tính chân vịt được tính theo CT thực nghiệm sau:

14975

548 ,

C2 : hệ số ảnh hưởng mặt cầu Chân vịt loại Wageningen C2 = 1

C3 : hệ số ảnh hưởng của đường bao cánh Chân vịt Wageningen C3= 1

C4 : hệ số ảnh hưởng chiều dày cánh ở đỉnh

0727 , 0 089 , 0 5

, 166

95 , 12 5 , 166 15 , 0 089 , 0

15 , 0

Page 19

III Xây dựng đường đặc tính vận hành của chân vịt:

1 Đường làm việc cho chế độ M=const:

Page 20

Bảng 8: Kết quả đường làm việc ở chế độ M=const

Đường làm việc cho chế độ n=const:

Thông thường thực hiện phép tính cho một loạt giá trị của n từ 0,6; 0,7 giá trị tần suất định mức đến giá trị lớn nhất n=1,03.nđm Được tính như bảng sau:

11.936

n D

C = 

- 127812 150319 175325 202960 233357

Page 21

3 4

Bảng 10: Tính đường làm việc ở chế độ n=const

Đường đặc tính cho chế độ n=const

N=210 v/ph

TE=C2.KT kG 37428,8074 34434,5028 29943,0459 23954,4367 18714,4 13474,37 PE=C4.KQ PS 5448,88477 5012,97399 4359,10782 3487,28625 2724,442 1961,599

N=220 v/ph Vs=C1.J HL/h 0 3,78898703 7,57797406 11,3669611 15,15595 18,94494 TE=C2.KT kG 41078,3283 37792,0621 32862,6627 26290,1301 20539,16 14788,2 PE=C4.KQ PS 6264,9525 5763,7563 5011,962 4009,5696 3132,476 2255,383

Page 22

Ta lập được đồ thị thể hiện đặc tính vận hành của chân vịt:

Hình 3: Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Te)

Hình 4: Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Pe)

Page 23

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sổ tay thiết kế tàu thủy (tập I) – của nhiều tác giả

2 Lý thuyết tàu (tập II) : Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy – Trần Công Nghị; Trường đại học giao thông vận tải TP.HCM

3 Lý thuyết tàu thủy (tập 2) – PGS.TS.Nguyễn Đức Ân, KS.Nguyễn Bân

SVTH: Lê Hoàng Vinh