- 1 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG LỜI NĨI ĐẦU Cùng với sự phát triển của các thành tựu Khoa Học Kỹ Thuật, Ngành đóng tàu hiện nay cũng đang có những bước tiến nhảy vọt với bằng chứng là hiện nay con người có thể đóng được các con tàu với tải trọng hàng trăm nghìn tấn, những con tàu chạy với tốc rất cao, những con tàu ngầm… Thế nhưng đó chưa phải đã là một bản hoàn thiện của Ngành công nghiệp đóng tàu mà có thể xem nó như là những bước khởi đầu mạnh mẽ cho nền công nghiệm chinh phục đại dương này. Một trong những điều đó phải kể đến chính làsự phát triển của Chân Vòt Biến Bước. Chân vòt biến bước xuất hiện cùng thời gian với sự xuất hiện của loại chân vòt thông dụng hiện nay nhưng do cơ cấu của nó vào thời điểm đó quá cồng kềnh, sử dụng lại phức tạp đòi hỏi trình độ khoa học cao nên chưa được ứng dụng rộng rãi. Tuy nhiên các nhà khoa học không thể không nhìn nhận những ưu thế tuyệt vời của chân vòt biến bước mà bỏ qua hay không nghiên cứu nó nên ngày nay chân vòt biến bước đã phần nào được đưa vào ứng dụng trong ngành đóng tàu, hiện nay Chân vòt biến bước được sử dụng chủ yếu trên các tàu kỹ thuật cao như tàu quân sự, tàu quét ngư lôi trên các loại tàu cá, tàu kéo, tàu phá băng… Đối với các loại chân vòt thông dụng để đảo chiều quay không có cách nào hơn ngoài việc phải dùng hộp số, hay động cơ điện để đảo chiều, còn dùng chân vòt biến bước thì có thể giải quyết vấn đề này một cách triệt để và hoàn thiện hơn. Phương pháp thay đổi chiều nhờ chân vòt biến bước có các ưu điểm làtiết kiệm được thời gian cần để thay đổi tải ở các chế độ khác nhau, sử dụng được hết công suất của máy mà không cần phải đổi chiều quay của động cơ hay của trục chân vòt. Khi được giao cho đề tài này, tôi đã cố gắng để hoàn thành tối đa trong phạm vi hiểu biết và khả năng có thể của tôi, tuy nhiên chắc chắn đề tài này sẽ còn nhiều thiếu sót cần được bổ sung do nguồn nhận thức còn hạn chế về chân vòt biến bước nên kính mong được sự đóng góp của các thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn chỉnh hơn. Xin được chân thành cám ơn thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Nguyễn Văn Nhận đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo để giúp tôi hoàn thành cuốn luận văn tốt nghiệp này. TP. Hồ Chí Minh ngày 7/6/2005 Sinh viên thực hiện Nguyễn Sơn Tước Lớp 42DLTT – CƠ SỞ II PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 2 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐẨY 1.1 Khái niệm chung về thiết bị đẩy Để tàu có thể chạy đều trên một đường thẳng với tốc độ v, phải đặt nó vào lực đẩy T N , bằng về trị số ngược chiều về tác dụng với lực cản nước và không khí. Có lực đẩy TN do công suất máy thông qua một thiết bị đẩy. Tàu kéo, tàu đánh cá hay những loại tàu đặc biệt khác, lực đẩy T N phải bằng, không những lực căn bản của thân tàu, còn có lực kéo ở móc kéo Z. Nếu chúng ta ký hiệu N d , công suất chung cung cấp qua trục đến thiết bị đẩy thì bây giờ tỉ số giữa công suất kéo và công suất cung cấp sẽ là: dd o o N R N N 75 J x == , chúng ta gọi là hiệu suất đẩy 1.2 Các loại thiết bị đẩy tàu. Thiết bị đẩy tàu là hệ thống cấu trúc cơ khí tạo ra lực đẩy làm cho tàu chuyển động tịnh tiến và nó cũng chuyển động cùng với con tàu. Có rất nhiều loại thiết bị đẩy với nhiều nguyên lý hoạt động cũng như nhiều dạng cấu trúc khác nhau. Lấy ví dụ như mái chèo. Đó là một dạng thiết bị đẩy rất đơn giản đã được biết đến và được cải tiến từ nghìn đời nay. Loại thiết bị đẩy từ (nam châm) thủy động học thì lại rất phức tạp và hoạt động trên cơ sở lợi dụng những hiện tượng mớI được tìm ra không lâu. Ngoài ra còn có một loại thiết bị đẩy là buồm được sử dụng từ rất lâu đời lợi dụng sức gió để làm tàu chuyển động. Tuy nhiên trong giới hạn của đề tài đang thực hiện thì ta chỉ nghiên cứu về các dạng thiết bị đẩy rất thông dụng hiện nay đó là những thiết bị làm việc trong nước, nguyên tắc làm việc của nó là phụt đẩy khối lượng nước nó ngoạm được từ xung quanh vỏ tàu ra phía ngược lại với chuyển động của tàu tạo thành lực đẩy tàu và làm cho tàu chuyển động. Trong nhóm thiết bị đẩy thủy lực này thì loại phổ biến nhất bao gồm: Chân vịt, guồng, thiết bị đẩy Cycloidal, thiết bị đẩy phản lực nước. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 3 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG 1.2.1 Chân vịt Chân vịt có nhiều loại, loại có bước cố định, loại có bước thay đổi (xoay được), hệ thống chân vịt đạo lưu, chân vịt sủi bọt hoàn toàn, chân vịt dạng hai cấp (2 chiếc) quay cùng chiều hoặc ngược chiều, loại chân vịt hoặc chân vịt đạo lưu xoay một góc nhất định hoặc 360 o và có thể thay thế hoàn toàn bánh lái. Hình 1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động của cánh chân vịt được biểu diển trên hình 1. Ở đây ta thấy tổng hợp lực dP phát sinh trên phần tử cánh dưới tác dụng của dòng nước có vận tốc tổng hợp là V gồm vận tốc tịnh tiến V p và vận tốc quay ω r . Sự phát triển về hình dạng và kết cấu cùng với những thiết bị đi kèm theo chân vịt là muôn hình muôn vẻ nhằm mục đích nâng cao hiệu suất đẩy, đem lại hiệu quả kinh tế trong chế tạo và dễ sử dụng với tính năng nâng cao của hệ thống. 1.2.2 Thiết bị đẩy V-S (Cycloidal) Dạng thiết bị đẩy này cũng được sử dụng nhiều trên các tàu kéo manơ, tàu khách và tàu phà nhờ tính năng manơ rất tốt. Sử dụng thiết bị đẩy này phương tiện không cần bánh lái. Trên hình 2 cho thấy tàu kéo được lắp V-S dưới đáy tàu nguyên lý hoạt động cũng như tính manơ nhờ thiết bị đẩy V-S được thể hiện ở hình 3 a và b PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 4 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG Hình 2: Bố trí thiết bị đẩy V-S trên tàu kéo Hình 3: a) Nguyên lý hoạt động của V-S b) Phương pháp manơ dùng V-S 1.2.3 Thiết bị đẩy guồng nước Là một trong một số dạng thiết bị đẩy đầu tiên dùng trong tàu thủy. tuy nó nặng nề, chiếm nhiều chỗ nhưng người ta vẫn còn ứng dụng nhờ ưu điểm của nó là dùng cho mớn nước cạn, chạy êm và hơn nữa nó còn mang ý nghĩa và hình ảnh truyền thống của tàu khách du lịch. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 5 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG Hình 4: cách bố trí guồng trên tàu và mô hình của guồng. Hình 5: Kết cấu mô hình guồng dùng cho tàu khách. 1.2.4 Thiết bị đẩy phản lực nước Thiết bị đẩy phản lực nước là thiết bị đẩy ngày càng được dùng trong việc chế tạo các tàu chạy trên nước cạn và tàu chở khách, quân sự vớI tốc độ rất cao, hiện tạI là cao hơn so với những tàu lắp chân vịt. Để phục vụ cho việc quay trở người ta lắp đặt một hệ thống phía sau ống phụt của nước để thay đổi hướng dòng nước, tạo ra phản lực có nhiều hướng khác nhau để manơ tàu. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 6 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG 1.3 Hình học chân vịt 1.3.1 Đường xoắn ốc và mặt xoắn ốc. Quỹ tích của một điểm quay với tốc độ góc không đổi xung quanh trục và cách trục đó một khoảng cách r, đồng thời chuyển động tịnh tiến song song với trục này là được xoắn ốc. Các đặc trưng của đường xoắn ốc là bước xoắn (trong chân vịt thường gọi là bước) và gọc bước xoắn. Bước xoắn của đường xoắn ốc là quãng đường mà điểm tịnh tiến dọc theo hướng trục sau khi thực hiện đúng một vòng quay, ký hiệu bước xoắn là H. hình.6 Khi khai triển đường xoắn ốc có buớc không đổi lên mặt phẳng, chúng ta có đường thẳng nghiêng với đường cơ bản một góc φ gọi là góc bước. Góc bước có thể xác định r H tg p j 2 = Tam giác mà một cạnh góc vuông bằng 2πr cạnh kia là H thì tam giác này là tam giác bước, cạnh đốI diện góc vuông là đường khai triển của đường xoắn ốc. ĐốI vớI đường xoắn ốc có bước thay đổi, hình khai triển của nó là một đường cong. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 7 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG Hình. 7 Tại một điểm E trên đường cong đó, ta có thể xác định được bước xoắn cục bộ và góc bước xoắn cục bộ tại điểm đó, bằng cách vẽ tam giác vuông EMK, trong đó EM tiếp tuyến tại E; EK // AB và bằng AB. MK = H’ (bước xoắn cục bộ tại điểm E); φ’ – Góc bước xoắn tại điểm E. Mặt xoắn ốc thu được khi có một đoạn ab quay xung quanh một trục với vận tốc góc nhất định và đồng thời tịnh tiến song song với lại trục đó. Đoạn ab được gọi là đừơng sinh của mặt xoắn ốc. Đường sinh của mặt xoắn ốc có thể là một đoạn thẳng vuông góc với trục hoặc nghiêng với trục một góc, hoặc có thể là một đoạn của một đuờng cong bất kỳ. Bước xoắn của mặt xoắn ốc được xác định giống như bước xoắn của một trong những đường xoắn ốc tạo thành mặt xoắn ốc. Mặt xoắn ốc có thể có bước không đổi, nếu bước xoắn của tất cả các đuờng xoắn ốc tạo thành mặt xoắn ốc không đổi và giống nhau. Bước xoắn biến đổi theo chiều bán kính nếu bước của tất cả các đuờng xoắn ốc không đổI nhưng khác nhau đối với những đường xoắn ốc khác nhau. hình.8 PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 8 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG Bước xoắn biến đổi theo trục – bán kính, nếu bước xoắn của tất cả các đường xoắn ốc thay đổI và khác nhau cho từng đường a. Bước xoắn không đổI b. Bước xoắn thay đổi theo chiều trục c. Bước xoắn thay đổi theo bán knh d. Bước xoắn thay đổi theo chiều trục – bán kính Hình. 9 : Hình khai triển đường xoắn ốc nằm trên các mặt xoắn ốc 1.3.2 Hình học cánh chân vịt Cánh chân vịt có thể coi như một hình khốI tạo nên bởI hai mặt xoắn ốc giao nhau. Giao tuyến của hai mặt xoắn ốc này tạo nên hình cánh. Mặt cánh quay về hướng chuyển động của chân vịt gọi là mặt hút, mặt ngược lạI gọI là mặt đẩy. Mặt đẩy của cánh chân vịt thường nằm trên mặt xoắn ốc có bước xoắn không đổi và đường sinh là một đoạn thẳng. Mép cánh hướng về chiều quay của chân vịt gọi là mép dẫn, mép kia gọi là mép theo. Điểm cách trục xa nhất trên đường chu vi cánh gọI là đỉnh cánh, còn mặt cắt bởI mặt trụ như trên gọI là profil của cánh ở bán kính r đã cho. Bước xoắn của mặt xoắn ốc mà cánh chong chóng nằm trên nó gọi là bước của chong chóng ký hiệu H. Chiều dày của profil cánh là chiều dày lớn nhất của cánh ở bán kính đã cho ký hiệu là e. Có hai cách xác định chiều quay của chân vịt: Cách thứ nhất: Bằng cách nhìn bằng mắt hay sờ bằng tay, căn cứ vào chiều dày mép cánh, mép dày của cánh (mép dẫn) ở về phía nàothì chiều quay của chân vịt sẽ quay về phía ấy. Cách thứ hai: Căn cứ vào vết xoắn của cánh trên mayơ. PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 9 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG Nhìn thẳng vào đầu nhỏ moyơ và quan sát chiều xoắn của chân cánh trên moyeu. Nếu vết xoắn theo phía nào thì chân vịt quay theo chiều ấy. Hình.10 a) Theo chiều quay cánh b) Theo chiều vết xoắn 1.3.3 Kích thước và đặc tính hình học chủ yếu của chân vịt. D - đường kính chân vịt (m) R - bán kính chong chóng (m) r - bán kính đến một mặt cắt bất kỳ (m) Z - Số cánh chân vịt H - Bước (m) S - diện tích hình tròn ngoạI tiếp chân vịt (m 2 ) 4 2 D S p = S p - diện tích hình chiếu vuông góc các cạnh (m 2 ) Hình 11 S o - diễn tích mặt duỗI (m 2 ) S r - Diện tích mặt trảI (m 2 ) S o » S r d - Đường kính lõi (m) r – Bánh kính lõi (Moyeu) b - Chiều rộng cánh (m) PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com - 10 - Nguyễn Sơn Tước - CK42-DLTTSG Z D d o S S b o D m ).484,053,0( - = )1(2 D d Z S S b o D s - = b m - Chiều rộng lớn nhất của cánh (m) b s - Chiều rộng trung bình của cánh (m) )( rRZ S b o s - = e - chiều dày cánh e o - chiều dày tưởng tượng của cánh ở tâm trục chân vịt (m) e d - chiều dày của cánh ở đỉnh (m) m - độ nghiêng của cánh ở đỉnh (m) m’ - độ uốn của cánh ở đỉnh (m) hình 12 Tỷ số kích thước H/D - Tỷ số bước S o /S - Tỷ số mặt đĩa S p /S - Tỉ số mặt chiếu d/D - Tỷ số đường kính lõi b/D - Tỷ số chiều rộng cánh b m /D - Tỷ số chiều rộng lớn nhất của cánh e/D - Tỷ số chiều dày cánh e/b s - Tỷ số chiều dày cánh PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com [...]... i ca hiu sỳõt c gii Vo nhng nm 1980, trong mt s cỏc cụng trỡnh nghiờn cu v vn khai thỏc ng c Diesel thy in hỡnh nh l nh mc nhiờn liu cho i tu Vit Nam, Chn vựng khai thỏc cụng sut hp lý cho ng c tu thy mua t nc ngoi GS Trn Hu Ngh cng tin hnh xỏc nh nh hng ca iu kin mụi trng n s thay i giỏ tr cỏc thụng s ng c cỏc iu kin khai thỏc khỏc nhau d trờn c s phõn tớch, ỏnh giỏ v la chn cỏc cụng thc tớnh gn... l cụng sut v sut tiờu hao nhiờn liu sau cac khon thi gian khai thỏc nht nh v a ra kt lun v nh hng ca nhỏm b mt v tu v cỏnh chõn vt n quỏ trỡnh lm vic ca liờn hp V - Cỏnh Chõn vt Vớ d trờn c s phõn tớch s liu khai thỏc thc t, giỏo s Taylor (M) ó kt lun l a s tu cú chõn vt nhỏm thỡ mt khong 10% cụng sut so vi tu cú chõn vt búng hoc theo s liu khai thỏc cỏc tu vựng Bin en thỡ khong 1 n 1,5 nm sau khi... hot ng thỡ vn tc tu s gim khong 1,5 g 2hl/h, cỏc nh khoa hc M thỡ li cho rng sau mt nm khai thỏc thỡ vn tc tu mi gim khong 1,5 g 2hl/h, cũn nh khoa hc c M.Ragg cho rng sau mt ngy ờm hot ng thỡ sc cn v tu tng lờn khong 0,5% v khi nhỏm ca v tu tng lờn khong 2mm thỡ vn tc tu s gim xung khong 3% Trong khi xỏc nh cụng sut khai thỏc thc t trờn tu Sụng ỏy v Nguyn Sn Tc - PDF created with pdfFactory Pro trial... www.pdffactory.com CK42-DLTTSG - 30 - CHNG 3 C IM CU TO V KHAI THC K THUT CHN VT BIN BC A CHN VT BIN BC 3.1 Gii thiu chung v chõn vt bin bc Chõn vt bin bc l chõn vt cú bc thay i do cỏnh chõn vt cú th xoay quanh trc ca nú, do ú lm thay i chiu p nc v hỳt nc ca tu, vỡ vy m tớnh c ng ca tu c ci thin hn so vi chõn vt nh bc Ngoi kh nng thớch hp vi mi iu kin khai thỏc, chõn vt bin bc cú th cho phộp lựi tu v chy... www.pdffactory.com CK42-DLTTSG - 21 - - Tớnh nghim nhit ng c - S dng cỏc bng thng kờ thc kim - Tớnh theo cụng thc gn ỳng Phng phỏp nghim nhit da trờn c s tớnh nghim nhit ca cỏc ng c iu kin mụi trng thit k v mụi trng khai thỏc thc t xỏc nh giỏ tr thụng sụ thc t do ú cn phi lc chn chớnh xỏc mt thụng s thc nghim Bng thng kờ thc nghim hoc cỏc thụng s gn ỳng c xõy dng da trờn c s tng kt cỏc s liu khi tin hnh thc nghim... thc phự hp nht vi ng c cn tớnh Theo kt qu tớnh toỏn vi nhiu ng c trang b trờn cỏc tu nc ta hin nay, phự hp vi ngh ca GS TS Trn Hu Ngh khi nghiờn cu v vn ny thỡ cụng thc xỏc nh cụng sut ng c iu kin khai thỏc thc t i vi cỏc ng c tng ỏp cho kt qu tng i chớnh xỏc nht l cụng thc ca Vin Nghiờn Cu (SNHIDI) ca Nga: ổ P - Pb N e = N eo ỗ ỗP -P ố o bo 0 ,1 ử ổ 273 + t o ử ữ ỗ ữ ữ ứ ố 273 + t ứ 0 , 35 Theo... ỗ ỗP -P bo ố o ửổ 273 + t ử ữỗ ữố 293 ữ ứ ứ trong ú: Po, P: p sỳõt iu kin mụi trng tiờu chun v mụi trng thc t Pbo, P b: p sut hi bóo ho khụng khớ m iu kin mụi trng tiờu chun thc t v iu kin mụi trng khai thỏc thc t to, t: Nhit iu kin mụi trng tiờu chun v mụi trng thc t Nguyn Sn Tc - PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com CK42-DLTTSG - 22 - b nh hng ca trng thỏi k thut n... thỏi k thut ca ng c chớnh l trng thỏi k thut ca cỏc h thng nh h thng tng ỏp, h thng nhiờn liu, mc bỏm bn c cu trao i khớ, mi mũn cỏc chi tit nhúm piston xylanh v cỏc chi tit khỏc ca ng c Theo thi gian khai thỏc, trng thỏi k thut ca ng c ngy cng b xu dn i do s mi mũn, s bỏm bn, vỡ th cỏc h thng khụng th m bo c yờu cu k thut nh lỳc mi lp t hay xut xng v iu ny s nh hng rt xu n s lm vic ca ng c Do ú nhiu... thng ỏnh giỏ nh hng ca trng thỏi k thut n s thay i cụng sut v sut tiờu hao nhiờn liu thụng qua thi gian lm vic thc t ng c nhng do trng thỏi k thut ng c cũn ph thuc vo rt nhiu yu t khỏc nh c im quỏ trỡnh khai thỏc, trỡnh s dng ca i ng cỏn b k thut nờn thi gian lm vic cha l i lng thi gian c trng y v chớnh xỏc nht m ch phn ỏnh phn no nh hng ca trng thỏi k thut n quỏ trỡnh lm vic ca ng c Trong thc t hin... h s gim cụng sut kN v h s tng sut tiờu hao nhiờn liu kz c th nh sau: Neo = kN.Ne geo = kg.ge Trong ú: Neo, Ne: Cụng sut ng c iu kin thit k v iu kin thc t geo,ge: Sut tiờu hao nhiờn liu cú ớch iu kin khai thỏc tiờu chun v thc t kN, kg: Cỏc h s tớnh n nh hng ca trng thỏi k thut n s thay i cụng sut v sut tiờu hao nhiờn liu cú ớch ca ng c, xỏc nh theo bng sau: Nguyn Sn Tc - PDF created with pdfFactory . làsự phát triển của Chân Vòt Biến Bước. Chân vòt biến bước xuất hiện cùng thời gian với sự xuất hiện của loại chân vòt thông dụng hiện nay nhưng do cơ cấu của nó vào thời điểm đó quá cồng. Tỷ số độ nghiêng của cánh m’/D Tỷ số độ uốn của cánh. 1.3.4 Đặc tính thủy động lực chân vịt. Chân vịt hoạt động trong nước, phía sau thân tàu vì vậy giữa chân vịt và thân tàu đều có tác động. đẩy và hiệu suất chân vịt Chân vịt quay sẽ tạo ra lực đẩy đẩy tàu về phía trước,nhờ đó con tàu mớI thằng được lực cản và đi với tốc độ nhất định. Lực này gọi là lực đẩy chân vịt. Chân vịt