THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 1 Lớp: MTT51 – ĐH1 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐÓNG TÀU THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU BÁCH HOÁ TRỌNG TẢI 5000T Họ tên: Chu Văn Khoa Lớp: MTT51 – ĐH1 MSV: 39254 GVHD: Hoàng Trung Thực HẢI PHÒNG - 2014 THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU MỤC LỤC Trang Đề bài PHẦN 1 TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU 1.1. Lựa chọn phương pháp tính 1.1.1. Phương pháp lựa chọn để tính toán 1.1.2. Giới hạn của phương pháp 1.1.3. Kết luận 1.2. Tính sức cản và công suất kéo PHẦN 2 TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG 2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng 2.2. Tính toán hệ số dòng theo và hệ số lực hút 2.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng 2.3.1. Chọn động cơ chính 2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng 2.3.3. Chọn sơ bộ vận tốc tàu 2.3.4. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng 2.4. Chọn số cánh chong chóng 2.5. Tính các yếu tố cơ bản của chong chóng 2.5.1. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền 2.5.2. Tính toán chong chóng và tốc độ tiến của tàu 2.5.3. Kiểm tra tỷ số đĩa theo điều kiện không xảy ra xâm thực 2.6. Xây dựng bản vẽ chong chóng 2.6.1. Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng 2.6.2. Xây dựng profin cánh 2.6.3. Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh 2.6.4. Xây dựng củ chong chóng Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 2 Lớp: MTT51 – ĐH1 THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐÓNG TÀU THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU Đề bài: Thiết kế bánh lái tàu bách hoá trọng tải 5000T, tốc độ 12,5hl/h. chạy tuyến ĐNÁ. Cho kích thước chủ yếu của tàu như sau: L × B × D × d = 97.0 × 17,0 × 9,0 × 7,0 (m) C B × C M × C WP = 0,69 × 0,97 × 0,805 GIỚI THIỆU CHUNG Loai tàu: Tàu chở dầu Vùng hoạt động: Tuyến ĐNA Chiều dài: L = 97 (m) Chiều rộng: B = 17 (m) Chiều chìm: d = 7 (m) Hệ số béo thể tích: C B = 0,69 Hệ số béo sườn giữa: C M = 0,97 Hệ số béo đường nước: C WP = 0,805 Trọng tải: DWP = 5000T Công suất máy : P s Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 3 Lớp: MTT51 – ĐH1 THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU PHẦN 1: TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU 1. Tính sức cản của tàu 1.1. Lựa chọn phương pháp tính Trong hàng loạt các vấn đề dặt ra cho người đóng tàu thuỷ khi thiết kế một con tàu mới cần đảm bảo hình dạng vỏ tàu và trang trí đông lực sẽ hiệu quả nhất về mặt động lực học trong phạm vi yêu cầu thiết kế. Lần thử tàu cuối cùng sẽ tiến hành ở tộc độ yêu cầu, với công suất nhỏ nhất phải đạt được sự phù hợp tốt nhất giữa sức cản và hiệu suất đẩy cao. Một nhân tố khác ảnh hưởng đến thiết kế thuộc phương diện động lực học của con tàu là cần đảm bảo không chỉ đặc tính vùng nước yên tĩnh tốt mà còn cả điều kiện hoạt động bình thường trên biển, con tàu phải chuyển động bình thường, các mặt boong bị ướt và tổn thất tốc độ ít trong điều kiện thời tiết xấu. Đặc tính nước yên tĩnh là điều kiện quan trọng nhất. Nứơc tĩnh là vùng nước mà không có sang, không có gió, không có dòng chảy. Sức cản của một con tàu ở tốc độ cho trước chính là lực cần thiết để kéo con tàu với tốc độ đó trong vùng nước yên tĩnh. Giả sử không có giao thoa từ tàu kéo, nếu vỏ tàu không có các phần phụ, sức kéo này được gọi là sức cản vỏ tàu trần. Công suất cần được để thắng sức cản này gọi là công suất có ích hay công suất kéo(EPS): EPS= R.v (W) Sức cản tổng được tạo thành bởi một số các thành phần khác nhau do các nguyên nhân khác nhau và tác động lẫn nhau theo quy luật rất phức tạp. Để giải quyết vấn đề này đơn giản hơn, thông thường người ta coi sức cản tổng được tạo thành bởi 4 thành phần chính: - Sức cản ma sát do chuyển động của vỏ tàu qua chất lỏng nhớt. - Sức cản tạo sóng, do năng lượng được tàu cung cấp liên tục cho hệ sóng được tạo ra trên mặt nước. - Sức cản xoáy, do năng lượng mà các xoáy từ vỏ tàu hay các phần phụ mang đi. Hiện tượng xoáy cục bộ sẽ xảy ra sau các phần phụ như củ chân vịt, trục, các thanh đỡ trục, từ các khung đuôi và các bánh lái nếu các phần này không được tạo dáng động học phù hợp và không thẳng hàng với dòng chảy. Cũng tương tự như vậy, nếu đuôi sau của tàu dài quá, nước có thể không theo kịp mặt cong và sẽ tách ra khỏi vỏ tàu, sẽ làm tăng các xoáy và sức cản phân tách. - Sức cản không khí sinh ra ở phần thân tàu trên mặt nước và kiến trúc thượng tầng do chuyển động của tàu trong không khí. Sức cản tạo sóng và sức cản xoáy thường lấy tên chung là sức cản dư. Ngoài ra còn 1 số sức cản: sức cản hình dáng, sức cản phần nhô… Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 4 Lớp: MTT51 – ĐH1 THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU Sức cản tàu có thể tính theo nhiều phương pháp khác nhau,độ chính xác cũng khác nhau và khả năng thực tế thực hiện của từng phương pháp cũng khác nhau.Có thể xác định sức cản của tàu theo những phương pháp khác sau: 1. Xác định sức cản bằng phương pháp phân tích 2. Xác định sức cản trên cơ sở khảo sát mô hình 3. Xác định sức cản nhờ các công thức gần đúng 4. Xác định sức cản trên cơ sở phân tích các kết quả thử trên đoạn đường đo đạc. Có rất nhiều phương pháp tính gần đúng sức cản tàu thủy dựa vào kết quả khảo sát mô hình và kết quả đo ở các tàu thực. Các phương pháp được biết nhiều nhất : - Papmiel,Ayre, Lapa-Keller, Kabaczynski,Holtrop-Mennen cho tàu vận tải 1 hoặc 2 chong chóng. - Doust và Oertsmersen – tàu đánh cá. - Kafali và Henschke – tàu vận tải cỡ nhỏ… - Serri 60 – tàu hàng, tàu dầu, tàu chế biến hải sản… ⇒ Phương pháp lựa chọn để tính toán: phương pháp Serri 60 - Giới hạn áp dụng của phương pháp Serri 60 để tính sức cản của tàu: C B = 0,6 ÷ 0,8 B/d = 2 ÷ 5 L/B = 6 ÷ 8,5 L/ 3 ∇ = 5 ÷ 7,5 ( ∇ là thể tích chiếm nước của tàu) - Kiểm tra điều kiện áp dụng: L/B = 97,0/17,0 = 5,705 (1-1) B/d = 17/7 = 2,42 (1-2) B C = 0,69 (1-3) ⇒ Tàu thoả mãn các điều kiện áp dụng của phương pháp Serri 60 Vậy ta có thể áp dụng phương pháp Serri 60 để tính sức cản cho tàu. 1.2. Tính sức cản tàu - Hệ số lực cản dư xác định theo công thức: C R = C Ro × k l × k B/d × a B/d Trong đó: C Ro = f (C B, F r ) – Tra trên đồ thị 6.9 theo C B = 0,69 Fr = v/ gL (g = 9,81 m/s 2 - gia tốc trọng trường)=0,200 k B/d và a B/d là hệ số tính đến ảnh hưởng của tỷ số B/d - Tra trên đồ thị 6.8 và 6.10 theo B/d = 2,42 k l là hệ số ảnh hưởng của chiều dài tương đối l = L/ 3 ∇ Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 5 Lớp: MTT51 – ĐH1 THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU ∇ là thể tích chiếm nước của tàu: ∇ = C B × L × B × d = 0,69 × 97 × 17 × 7 = 7964,67 ( 3 m ) l = L/ 3 ∇ = 4,86 (m) k l tra đồ thị 6.11 theo l = 4,86 R e = vL/ ν Trong đó: R e: số Reynold ν : hệ số nhớt động học của chất lỏng, lấy ν = 1,056.10 -6 m 2 /s C Fo .10 3 =[ 0,455/(lgR e ) 2,58 ] × 10 3 C A . 10 3 - hệ số kể đến độ nhám (bảng 1.2) C AP . 10 3 – hệ số kể đến phần nhô (bảng 1.3) Lực cản: R = 2 1 ρ .C × 10 3 . v 2 . Ω Trong đó: ρ =104 KG.s 2 /m 4 = 1,04 KN.s 2 /m 4 Ω là diện thích mặt ướt của tàu Ω = (1,01 ÷ 1,03) Ω 0 Ω 0 = L.d.[2 + 1,37.(C B – 0,274). d B ]= 97× 7 ×[2 + 1,37 ×(0,69 – 0,274)×2,42]= 2294,5 m 2 Ω = 2340m 2 P E = R × v (P E là công suất kéo của tàu) Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 6 Lớp: MTT51 – ĐH1 - 7 - BẢNG TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO TÀU THEO SERRY 60 TT Đại lượng tính toán Đơn vị Vận tốc giả thiết 1 Vận tốc giả thiết: v s hl/g 10 11 12 13 14 2 Vận tốc giả thiết: v = 0,514 v s m/s 5,14 5,654 6,168 6,682 7,196 3 v 2 (m/s) 2 26,42 31,97 38,044 44,649 51,782 4 Fr = v/ gL - 0,17 0,18 0,2 0,22 0,23 5 C Ro = f (C B, F r ) – Đồ thị 6.9 - 0,56 0,69 0,81 1,05 1,38 6 k l - Đồ thị 6.11 - 1,44 1,43 1,42 1,30 1,29 7 k B/d - Đồ thị 6.8 - 1,18 1,12 1,13 1,14 1,15 8 a B/d – Đồ thị 6.10 - 0,911 0,912 0,913 0,914 0,915 9 C R = C Ro × k l × k B/d × a B/d - 0,808 1,01 1,17 1,43 1,187 10 R e = vL/ ν - 472,1.10 6 10 6 566,6.10 6 613,8.10 6 661,1.10 6 11 C Fo .10 3 =[ 0,455/(lgR e ) 2,58 ] × 10 3 - 1,73 1,71 1,69 1,67 1,61 12 C A . 10 3 - hệ số kể đến độ nhám (bảng 1.2) - 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39 13 C AP . 10 3 – hệ số kể đến phần nhô (bảng 1.3) - 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 14 C × 10 3 = [9] + [11] + [12] + [13] - 3,115 3,19 3,35 3,59 3,97 15 R = 2 1 ρ .[14].[3]. Ω kN 100,14 124,09 155,08 195,04 250,14 16 P E = [15].[2] KW 514,7 701,6 956,5 1303,3 1800,0 ĐỒ THỊ CÔNG SUẤT KÉO VÀ LỰC CẢN - 8 - 10 11 12 13 14 15 16 50 100 150 200 250 300 350 400 400 800 1200 1600 2000 2400 2800 3200 V (hl/h) PE (kW) R (kN) 3600 4000 450 500 R=f(v) PE=f(v) Như vậy, từ bảng tính sức cản và công suất kéo cùng với đồ thị ta nội suy được: Lực cản: R = 175 (kN) - 9 - Công suất kéo: P E = 1130 (kW) PHẦN 2: TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG 2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng +Vật liệu thường dùng làm chong chóng là: đồng thau ( KHB s C-1) đối với chong chóng có bước tiến cố định hoặc biến bước. + Thép - Cacbon thường được dùng đối với chong chóng có bước cố định kết cấu hàn. Vậy ta chọn vật liệu chế tạo chong chóng là đồng thau KHB s C-1. 2.2. Tính toán hệ số dòng theo và hệ số lực hút ∗ Hệ số dòng theo T ω : T ω = 0,165. C β . Zp D 3 ∇ – T ω ∆ Trong đó: C B :hệ số béo thể tích. C B = 0,69 Z P : số lượng chong chóng. x = 1 ∇ : thể tích chiếm nước của tàu ∇ = C B × L × B × d = 0,69 × 97 × 17 × 7 = 7964,67 (m 3 ) D : đường kính chong chóng. • Đối với tàu 1 chong chóng ta chọn: D = (0,5 ÷ 0,6).d Vậy ta chọn: D = 0,5.d = 0,5.7 = 3,5 (m) T ω ∆ : tổn thất dòng theo. T ω ∆ = 0,1.C B .(F r - 0,2) Trong đó: Fr = v/ gL : chuẩn đồng dạng động học Froude. • v: vận tốc tàu. v = 0,514.v S = 0,514.12,5 = 6,425 (m/s) Fr = 6,425/ 9,81.97 = 0,20 Thay số vào biểu thức ta được: T ω ∆ = 0,1.0,69.(0,20 – 0,2) = 0 T ω = 0,165.0,69. 3 7964,67 3,5 = 0,272 ∗ Hệ số hút t : t = 0,7. T ω = 0,190 ∗ Xác định lực đẩy chong chóng T: T = T E /(1 – t) T E : Lực đẩy cần thiết của chong chóng T E = R/Z P = 175 (kN) => T = 175/(1 – 0,190) = 216,1 (kN) - 10 - [...]... 4.10 4    Trong đó: G: Trọng lượng của chong chóng (kg) γ: Trọng lượng riêng của vật liệu làm chong chóng; Với chong chóng bằng đồng ta có γ = 8600 (kg/cm3) D: Đường kính của chong chóng : D = 3,88 m Z: Số cánh của chong chóng: Z = 4 dH: Đường kính của củ chong chóng: dH = 0,65 (m) lH : Chiều dài củ chong chóng : lH = 0,6 (m) b0,6: là chiều dày lớn nhất của cánh chong chóng tại bán kính r = 0,6R... ζ = 1,3 ÷ 1,6 - hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng kC = f(Z;P/D;J) = 0,17 – hệ số, tra đồ thị P0 = ( Pa + γhs ) , kN/m2 Pa = 101,304 - áp suất khí quyển, kN/m2 γ = 10 - trọng lượng riêng của nước, kN/m2 hs = T − 0,55 D - khoảng cách từ tâm trục chong chóng đến đường nước thiết kế, m n – vòng quay chong chóng, rps D – đường kính chong chóng, m T=d=7m  AE  A0 =>     = 0,232  ... ta chọn: n= (80 ÷ 300) - Vòng quay làm việc của chong chóng: n =0,85.nđm = 0,85.280 = 238 (vg/ph) = 3,96(vg/s) 2.3.3 Chọn sơ bộ đường kính chong chóng Đường kính sơ bộ của chong chóng tính theo công thức: D n = 11,8 4 T ⇒ D = 11,8 4 T n Trong đó: D – Đường kính chong chóng, m T – Lực đẩy chong chóng, kN T= TE R = = 216.1 kN 1− t 1− t n – Vòng quay chong chóng, chọn n = 150 (rpm) ⇒D= 11,8 4 216,1 = 3,... Bảng xác định các thông số của củ chong chóng Stt 1 3 Giá trị Đường kính trung bình trục chong chóng: N db= 100 3 e + 0.25.D n Chiều dầy lớn nhất của cánh tại trục chong chóng: e0=0.045 × D 4 Chiều dài củ chong chóng: lk 5 Độ côn củ chọn:kk=1/15 chong chóng - 17 - Lấy tròn Đơn vị 210 210 mm 175 175 mm 336÷ 690 Thông số 600 mm 1/15 1/15 6 Đường kính trung bình củ chong chóng: d0=0,167.D 648 650 mm 7 Đường... đó: Z: số cánh chong chóng, Z = 4 D: đường kính chong chóng, D = 3,7 (m) δ max : chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối r= r = 0, 6 , δ max = 0,08 R T: lực đẩy của chong chóng, T = 216,1 kN m: hệ số kể đến trạng thái tải trọng, m = 1,15 [σ ] : ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu, [σ ] = 6.104 kPa dH = dH = 0,167 – tỷ số giữa đường kính trung bình của chong chóng với đường...     = 0,232   min  AE  AE = 0,4 >  ÷ =0,232 A0  A0 min Do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chốngxâm thực - Tỷ số đĩa - 15 - PHẦN III XÂY DỰNG BẢN VẼ CHONG CHÓNG 3.1 Tính toán củ chong chóng Đường kính củ của chong chóng có bước cố định d0 = (0,167-0,220) D d0 = 0,167.D= 0,167.3,88 = 0,648 (m) Đường kính trục chong chóng có thể xác định như sau: N db=100 3 e + 0.25.D n Ne công suất trên... n vòng quay của chong chóng n = 150 (vg/p) D là đường kính chong chóng D = 3,88 (m) 1388 Vậy : db = 100 a + 0, 25.3,88 =0,210(m) 150 Chiều dày lớn nhất của cánh tại trục chong chóng: e0=0,045.D = 0,045.3,88 =0,175 (m) Chiều dài củ lk =(1,6÷3,3) db = 336 ÷ 693 (mm) chọn chiều dài củ để mút cánh không chạm sàn khi đặt úp chong chóng xuống sàn chọn: lk = 600 (mm) - 16 - Độ côn củ chong chóng chọn:kk=1/15... đồ thị Ps= f(N) Dựa vào đồ thị chọn được động cơ cần thiết Vậy chọn được máy :6LU40 có P=2059kW N = 300 rpm Chọn vòng quay chong chóng n = 150 rpm Đường kính chong chóng D = 3,789 m Vậy cần chọn hộp giảm tốc có tỉ số truyền i P = Tỉ số bước: P/D= 0,700 - 13 - N 300 = =2 n 150 Hiệu suất làm việc của chong chóng : η D = 0,68 2.5.3 Tính toán chong chóng đảm bảo khai thác hết công suất của động cơ và đạt... thức: MP = MT = KT ρ n 2 D 5 GP 2.Z K Q ρ n 2 D5 GT 2.Z Theo kết quả phần 2 ta có: KT = K1 = 0,164 KT λP ' 0,164 0,57 Ta có: K Q = = = 0,029 ηP 2π 0,52 2.3,14 Trong đó: λP ' = 0,52 : Hệ số chong chóng η p = 0,57 : Hiệu suất chong chóng ρ = 104 :Mật độ riêng của nước biển n = 7 (v/s) : Vòng quay chong chóng D = 1,63 (m) : Đường kính chong chóng Tra bảng với bán kính tương đối của củ r = 0,3 ta có:... cánh chong chóng MP = G’ = d e 1 b   γ m D3  m ÷ 6, 2 + 2.104  0, 71 − 0 ÷  4 10 4 D  D  D   Với: d0: Đường kính trung bình của củ chong chóng d0= 0,65 (m) D : Đường kính chong chóng, D = 3,88 (m) e0,6: Chiều dày lớn nhất của cánh tại tiết diện 0,6 R e0,6 = 0,0481 (m) l0 : Chiều dài củ chong chóng l0 = 0,6 (m) b0,6: Chiều rộng profin cánh tại tiết diện 0,6R b0,6= 0,5322 (m) γ m : Trọng . THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 1 Lớp: MTT51 – ĐH1 BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐÓNG TÀU THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU THIẾT KẾ CHONG CHÓNG. củ chong chóng Sinh viên: Chu Văn Khoa Trang: 2 Lớp: MTT51 – ĐH1 THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA ĐÓNG TÀU THIẾT KẾ MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU Đề bài: Thiết kế bánh lái tàu. Kabaczynski,Holtrop-Mennen cho tàu vận tải 1 hoặc 2 chong chóng. - Doust và Oertsmersen – tàu đánh cá. - Kafali và Henschke – tàu vận tải cỡ nhỏ… - Serri 60 – tàu hàng, tàu dầu, tàu chế biến hải sản… ⇒