Đang tải... (xem toàn văn)
Đề tài : Thiết kế đạo lưu định hướng xoay cho tàu kéo cảng lắp máy có công suất 2x1000cv. CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA TÀU: Loại tàu Tàu kéo cảng Chiều dài tàu L = 32 m Chiều rộng tàu B = 8.8 m Chiều chìm tàu T = 3.4 m Chiều cao mạn H = 4.4 m Hệ số béo thể tích = 0.495 Hệ số béo sườn giữa = 0.78 Hệ số béo đường nước = 0.74 Tàu lắp máy có công suất Ps = 2 x 1000 cv
Bộ giáo dục và đào tạo bộ giao thông vận tải TR-ờNG ĐạI HọC hàng hải khoa đóng tàu thiết kế môn học thiết bị tàu thủy thuyết minh thiết kế đạo l-u định h-ớng xoay Chuyên ngành: Vỏ tàu thủy Lớp: VTT Ng-ời thực hiện: Ng-ời h-ớng dẫn: Ng-ời phụ đạo: hải phòng - năm 2006 - 2 - Các thông số cơ bản của tàu: Loại tàu Tàu kéo cảng Chiều dài tàu L = 32 m Chiều rộng tàu B = 8.8 m Chiều chìm tàu T = 3.4 m Chiều cao mạn H = 4.4 m Hệ số béo thể tích = 0.495 Hệ số béo s-ờn giữa = 0.78 Hệ số béo đ-ờng n-ớc = 0.74 Tàu lắp máy có công suất P s = 2 x 1000 cv Yêu cầu: Thiết kế đạo l-u định h-ớng xoay cho tàu có thông số trên. - 3 - 3000 1400 §NTK 500 200 3400 Khung gi¸ l¸i - 4 - Phần I Xác định các đặc tr-ng hình học của hệ đạo l-u cánh giữ h-ớng 1. Phân tích lựa chọn dạng đạo l-u - cánh giữ h-ớng: Ta tính lực cản của tàu, xác định vận tốc kéo và sơ bộ xác định đ-ờng kính chong chóng nh- sau: Lực cản tàu kéo tính bằng ph-ơng pháp oortsmerssena: Lực cản toàn phần của tàu gồm lực cản sóng và lực cản ma sát: R = R W + R f = ( C 1 f 1 + C 2 f 2 + C 3 f 3 + C 4 f 4 )D + ( C F + C F )v 2 S Trong đó : C i , i =1,2,3,4 đ-ợc tính bằng công thức 3 11, 2 10,9, 2 8, 7, 2 6,5, 2 4,3, 2 2,1,0, 10} { iiii i D i D iiicbicbiii d T B d T B dd d B L d B L dddldlddC Bảng 3. Bảng tra các giá trị d i,0 d i,11 (Tra bảng 8.9 STKTĐT-T1) i 1 2 3 4 d i,0 79.32134 6714.884 -908.44371 3012.14549 d i,1 -0.09287 19.83 2.52704 2.71437 d i,2 -0.00209 2.66997 -0.35794 0.25521 d i,3 -246.459 -19662.02 755.1866 -9198.8084 d i,4 187.1366 14099.904 -48.93952 6886.60416 d i,5 -1.42893 137.33613 -9.86873 -159.92694 d i,6 0.11898 -13.36938 -0.77652 16.2362 d i,7 0.15727 -4.49852 3.7902 -0.82014 d i,8 -0.00064 0.021 -0.01879 0.00225 d i,9 -2.52862 216.44923 -9.24399 236.3797 d i,10 0.50619 -35.07602 1.28571 -44.1782 d i,11 1.62851 -128.7254 250.6491 207.2558 - 5 - B L D . 2 1 145.45 : là góc vào n-ớc tại đ-ờng n-ớc thiết kế. TKppD LLL . 2 1 32, (m) f 3 = e .sin Fr -2 f 4 = e .cos Fr -2 2 . Frm 2 . Frm 2 Fr 9 m 1 ef 2 mFr 2 ef m = 0,14347 -2,1976 = 0.3897 D Lg v Fr . +) C F : Hệ số lực cản ma sát của tấm phẳng ITTC- 1957 2 2Relog 075.0 F C vL Re : Hệ số nhớt động học của n-ớc (Bảng 8-2 STKTĐT-T1) Tại t 0 = 20 0 C = 1,01.10 -6 ( m 2 s -1 ) +) Diện tích mặt -ớt của tàu : S = 210 (m 2 ) +) Hệ số lực cản phụ C F : . Độ nhám vỏ tàu C F = 0,00035 . Lực cản do tính ăn lái của tàu C F = 0,00004 . Lực cản phần nhô C F = 0,00004 . Lực cản của gió C F = 0,00008 C F = 0.0005 +) l cb = 0.662 +) 15.788 (m) : Là khoảng cách từ tâm nổi đến trụ đứng mũi. +) B/T = 2.588 +) L D /B = 3.636 +) = 0.63 +) = 102 (kGs 2 /m 4 ) Khối l-ợng riêng của n-ớc sông. Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện d-ới bảng sau: %100. L CBL 2 1 D D CB - 6 - Bảng tính lực cản của tàu kéo. STT Đại l-ợng tính Đ.vị 1 Tốc độ giả thiết Hl/h 3.00 3.50 4.00 4.50 5.00 2 Tốc độ giả thiết m/s 1.55 1.80 2.06 2.32 2.58 3 0.087 0.102 0.116 0.131 0.145 4 48950495 57108911 65267327 73425743 81584158 5 D = k .L.B.T kG 252600 252600 252600 252600 252600 6 f 1 0.00338 0.01530 0.04076 0.07978 0.12898 7 f 2 0 0 0 0 0 8 f 3 0 0 0 0 0 9 f 4 0 0 0 0 0 10 C 1 0.002 0.002 0.002 0.002 0.002 11 C 2 0.267 0.267 0.267 0.267 0.267 12 C 3 -0.160 -0.160 -0.160 -0.160 -0.160 13 C 4 -0.011 -0.011 -0.011 -0.011 -0.011 14 C F 0.02145 0.02142 0.02140 0.02138 0.02137 15 C i f i 0.00001 0.00003 0.00008 0.00016 0.00026 16 C F 0.00051 0.00051 0.00051 0.00051 0.00051 17 25565.0 34796.9 45449.0 57521.3 71014.0 18 R W =D C i f i kG 1.75 7.92 21.08 41.27 66.72 19 R f kG 561.37 763.19 995.83 1259.25 1553.44 20 R K kG 563.12 771.11 1016.91 1300.52 1620.16 21 R K N 5518.59 7556.87 9965.75 12745.12 15877.61 Vận tốc giả thiết D L.g v Fr vL Re Sv 2 1 2 Chọn máy của hãng MAN có các thông số cơ bản sau: +) Số máy Zp = 2 +) Vòng quay của động cơ: n = 120 (v/p) = 2.0 (v/s) +) Công suất mỗi động cơ: P S = 1000 (cv) = 735.5 (kW) *) Sơ bộ chọn các thông số của chong chóng: +) Chọn số cánh chong chóng z = 4 +) Tỷ số đĩa A E /A 0 = 0,55 +) Đ-ờng bao cánh: Seri B Error! Not a valid link. Với tàu kéo có tốc độ 5hl/g ta chọn dạng profin đạo l-u 5 và dạng profin cánh giữ h-ớng là NASA 0012. 2. Đ-ờng kính trong nhỏ nhất của đạo l-u: D H = D B +2 =2.295, (m) - 7 - trong đó: D B -đ-ờng kính chong chóng. D B =2.27, (m) =(0.005ữ0.01)D B =(0.0113ữ0.0227), (m) trong mọi tr-ờng hợp 15, (mm), nên ta chọn =0.014, (m) Diện tích làm việc của đạo l-u: 4 2 H H D F 4.135, (m 2 ) 3. Hệ số loe cửa vào của đạo l-u: H =1.21 Đ-ờng kính cửa vào của đạo l-u: HHH DD ' 2.524, (m) 4. Hệ số loe cửa ra của đạo l-u: H =1.12 Đ-ờng kính cửa ra của đạo l-u: HHH DD '' 2.432, (m) 5. Chiều dài của đạo l-u: HHH Dll . 1.836, (m) trong đó: 8.0 H l -chiều dài t-ơng đối của đạo l-u. 6.Vị trí đặt trục đạo l-u: H lxx . 0.734, (m) trong đó: 4.0 x -vị trí đặt trục t-ơng đối. 7. Kích th-ớc cánh giữ h-ớng: 7.1. Chiều cao cánh giữ h-ớng: '' Hc Dh 2.432, (m) 7.2. Chiều rộng cánh giữ h-ớng: Hcc lbb . 1.1, (m) trong đó: 6.0 c b -chiều rộng t-ơng đối của cánh giữ h-ớng. - 8 - 7.3. Chiều dày lớn nhất của profin cánh giữ h-ớng: ccc btt . max 0.132, (m) trong đó: 12.0 c t -chiều dày t-ơng đối của profin cánh giữ h-ớng. 7.4. Hoành độ chiều dày lớn nhất của cánh giữ h-ớng: c bxx . 0.33, (m) trong đó: 3.0x -hoành độ t-ơng đối. 7.5. Độ dang của cánh giữ h-ớng: c c c b h 2.2 7.6. Diện tích của cánh giữ h-ớng: ccc bhF . 2.679, (m 2 ) 7.7. Bắp chuối thoát n-ớc: Chiều dày lớn nhất của bắp chuối thoát n-ớc: max =(1.1ữ1.4)d 0 =(0.44ữ0.56), (m) chọn max =0.5, (m) trong đó: d 0 -đ-ờng kính trung bình của củ chong chóng. d 0 =(0.167ữ0.22)D B =(0.379ữ0.499), (m) chọn d 0 =0.4, (m) 8. Khoảng cách từ mặt phằng đĩa đến mép tr-ớc của cánh giữ h-ớng: Gần đúng ta tính: a c =e+l mũ +0.5l củ = 0.716, (m) trong đó: e=0.05ữ0.06, (m) chọn e= 0.055, (m)-khoảng cách từ mũ chong chóng đến mép tr-ớc cánh giữ h-ớng. l củ =0.25D B = 0.567, (m)-chiều dài củ chong chóng. l mũ =2l củ /3= 0.378, (m)-chiều dài mũ chong chóng. - 9 - 9. X©y dùng profin cña ®¹o l-u vµ c¸nh gi÷ h-íng: B¶ng tung ®é profin cña ®¹o l-u: x i , (mm) 0 92 184 367 551 734 918 1101 1285 1469 1652 1836 D i , (mm) 2524 2421 2363 2306 2295 2295 2306 2329 2352 2375 2386 2432 t i , (mm) 0 103 156 184 172 161 133 115 87 57 39 0 B¶ng tung ®é profin cña c¸nh gi÷ h-íng: x i ,(mm) 0 14 28 55 83 110 165 220 275 330 441 551 661 771 881 991 1046 1101 y i ,(mm) 0 21 29 39 46 52 59 63 65 66 64 58 50 40 29 16 9 0 - 10 - Phần II Xác định lực và mômen thủy động trên hệ đạo l-u-cánh giữ h-ớng vàtrục đạo l-u 2.1. Khi tàu chạy tiến: 2.1.1. Xác định vận tốc dòng chảy đến đạo l-u: V e =0.515V s (1-w)=2.215, (m/s) trong đó: V s =5, (hl/g)-là tốc độ tiến của tàu. w=c.w 0 =0.14 -là giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt chong chóng có kể đến ảnh h-ởng của đạo l-u. c=0.8-là hệ số kể đến ảnh h-ởng của đạo l-u. w 0 =/3+0.01=0.175-là giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt chong chóng không kể đến ảnh h-ởng của đạo l-u, tính theo công thức của Keldvil. 2.1.2. Xác định hệ số tải của chong chóng và hệ số tốc độ kích thích chiều trục: Hệ số tải của chong chóng: H K B t1 7.7 trong đó: 4 . 2 1 2 2 H e K K D V T 10.3 -là hệ số tải của hệ chong chóng-đạo l-u. t ZR T K 1 10963.2, (KG)-là lực đẩy của hệ chong chóng-đạo l-u. R= 1620, (KG)-là sức cản của bản thân tàu kéo. Z=(8ữ12)Ps, (KG)-là sức căng trên dây cáp kéo, chọn Z=8000, (KG) t=k.w 0 =0.12-là hệ số hút của chong chóng. k=0.7-là hệ số cho đạo l-u có dạng cánh thủy động. =104.5, (kg.s 2 /m 4 )-là mật độ chất lỏng. t H =-0.34-là hệ số hút của đạo l-u, tra từ đồ thị 1.27/49 sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1 ứng với K =10.3 và H =1.21 Hệ số tốc độ kích thích chiều trục: [...]... Mối nối đạo l-u-trục đạo l-u 4.1 Mối nối giữa đạo l-u và trục đạo l-u: a) Chọn dạng mối nối Ta chọn dạng mối nối giữa đạo l-u với trục đạo l-u là mối nối côn b) Tính chọn then Mối nối giữa đạo l-u và trục đạo l-u dạng côn th-ờng dùng từ 1 đến 3 then có nhiệm vụ truyền mô men xoắn từ trục đạo l-u đến đạo l-u đinh h-ớng xoay Đai ốc có nhiệm vụ cố định vị trí của mối ghép của đạo l-u với trục đạo l-u... Phần III Kết cấu đạo l-u-Cánh giữ h-ớng và trục đạo l-u: 486 450 450 450 45 3.1 Vật liệu chế tạo: 1.Vật liệu chế tạo đạo l-u-cánh giữ h-ớng: Chọn thép chế tạo đạo l-u và cánh giữ h-ớng là thép CT42, có giới hạn chảy là ch=240, (MPa) 2.Vật liệu chế tạo trục đạo l-u: Chọn thép chế tạo trục đạo l-u là thép CT45, giới hạn chảy là ch=340, (MPa) 3.2 Kết cấu đạo l-u-cánh giữ h-ớng: 3.2.1 Kết cấu đạo l-u:... đến quán tính 2.1 Khi tàu chạy lùi: 2.1.1 Xác định vận tốc dòng chảy đến đạo l-u: Vel=0.515Vsl.l =1.98, (m/s) trong đó: Vsl=0.7Vs=3.5, (hl/g)-là tốc độ lùi của tàu l=1.1-là hệ số ảnh h-ởng của thân tàu 2.1.2 Xác định hệ số tải của chong chóng và hệ số tốc độ kích thích chiều trục: Hệ số tải của chong chóng: B trong đó: K K 1 tH 8.1 TK 11 -là hệ số tải của hệ chong chóng -đạo l-u 2 1 2 D H Ve... đẩy của hệ chong chóng -đạo l-u 1 t R=r0.D= 72.9, (KG)-là sức cản của bản thân tàu kéo, tính theo ph-ơng pháp tính sức cản d- của Neumann r0=0.15-là sức cản d- đơn vị của tàu, tra từ đồ thị 8-7/462 sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy tập 1, ứng với Fr=0.1 D=485.8, (tấn)-là l-ợng chiếm n-ớc của tàu Z=(8ữ12)Ps, (KG)-là sức căng trên dây cáp kéo, chọn Z=8000, (KG) - 15 - t=k.w0=0.01-là hệ số hút của chong chóng... - t=k.w0=0.01-là hệ số hút của chong chóng k=0.7-là hệ số cho đạo l-u có dạng cánh thủy động =104.5, (kg.s2/m4)-là mật độ chất lỏng tH=-0.35-là hệ số hút của đạo l-u, tra từ đồ thị 1.27/49 sổ tay thiết bị tàu thủy tập 1 ứng với K=11 và H=1.21 Hệ số tốc độ kích thích chiều trục: a 1 ( 1 B 1) 2 1 2.1.3 Xác định lực và mômen thủy động trên đạo l-u: 1 C xHl Vel2 S H , (KG) 2 1 Lực dạt: PyHl C yHl... (KNm) i 0 * Kết luận: D0=14, (cm) D1=14, (cm) D2=18, (cm) Mc=100, (KNm) Rc=0.285, (m) 3.3.3 Kiểm tra bền trục đạo l-u: Sơ đồ bố trí trục nh- hình vẽ: l3 =0.1, (m); l1 =0.2, (m) Để đảm bảo độ bền cho trục ta kiểm tra bền cho một số tiết diện nguy hiểm sau: - Tiết diện (I-I) là tiết diện ở gót ki lái - Tiết diện (II-II) là tiết diện ở ổ trên trục đạo l-u - Tiết diện (III-III) là tiết diện ở nơi lắp vành... ứng suất lớn nhất ở giữa đạo l-u tại mặt cắt ngang: 1' 14k1 k 4 Dn P T Dn n 5.1, (MPa) 2 l x - ứng suất lớn nhất ở giữa đạo l-u tại mặt cắt dọc: 1' trong đó: số P k1 T Dn n k 3 2k 5 0.3 1' -4.5, (MPa) Sn l Dn=2524, (mm)-là đ-ờng kính ngoài của đạo l-u x=450, (mm)-là khoảng cách giữa các x-ơng gia c-ờng lấy trị nhỏ hơn T=3.4(MPa)-áp lực của n-ớc, có trị số bằng chiều chìm tàu. .. gia c-ờng tròn L=32, (m)-là chiều dài tàu -Chiều dày tôn mặt trong không nhỏ hơn 0.87t=7, (mm) Ta chọn: Chiều dày tôn mặt trong =8, (mm) Chiều dày tôn mặt ngoài =8, (mm) Chiều dày tôn tại mặt phẳng đĩa chong chóng - ứng suất lớn nhất ở hai đầu đạo l-u tại mặt cắt ngang: 1 14k1 k 2 =8, (mm) Dn P T Dn n 38.15, (MPa) 2 l x - ứng suất lớn nhất ở hai đầu đạo l-u tại mặt cắt dọc: 1 0.5k1 k 3... cánh giữ h-ớng và trục của đạo l-u: a Góc tấn của dòng chảy tới cánh giữ h-ớng: =p-c trong đó: c 57.3C yH Dep l H 2 2 DH H VSl -là góc nghiêng của dòng chảy sau đạo l-u so với ph-ơng trục chong chóng Dep, lH, DH tính bằng (m) V Sl ' H 1 2 B 1 1 =2.43, (m/s)-là vận tốc t-ơng đối của dòng H 2 H n-ớc chảy ra từ đạo l-u khi tàu tiến H =1+0.6(H-1)=1.13-là hệ số loe khi tàu chạy lùi b Tốc độ dòng... dụng lên cánh giữ h-ớng: 360 trong đó: T=3.4, (N/cm2)-là áp lực n-ớc tác dụng lên cánh, có giá trị bằng chiều chìm tàu thiết 405 P a 0 k S T n C 1.5 5.3, (mm) F p kế Pn=42015.8, (N)-áp lực thủy động tác dụng lên cánh khi bẻ lái FP=26787.8, (cm2)-diện tích cánh giữ h-ớng []=0.5ch=120, (MPa)-ứng suất cho phép của vật liệu làm cánh ngang ngang 1.5-giá trị kể thêm do mòn gỉ ac=36, (cm)-là . dòng theo tại vị trí đặt chong chóng không kể đến ảnh h-ởng của đạo l-u, tính theo công thức của Keldvil. 2.1.2. Xác định hệ số tải của chong chóng và hệ số tốc độ kích thích chiều trục: Hệ