thiết kế chong chóng tàu bách hoá trọng tải 5000t

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 -
2.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
2.3.1. Chọn sơ bộ công suất của động cơ
0,85.
E
S
P
P
k
=
Trong đó:
k = 0,5
÷
0,7 – Hệ số
P
E
= 1130 (kW) – Công suất kéo của tàu
1130
1899,2
0,85.0,7
S
P⇒ = =
(kW)
Vậy ta chọn sơ bộ máy theo bảng sau :
Mác động cơ Công suất
Kw
Vòng quay

v/p
Đường kính XL
D(mm)
Hành trình piston S(mm)
S35 1912 280
2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng
•
Đối với động cơ có công suất nhỏ ( N
e
cỡ vài trăm cv) ta chọn: n>500 vg/p
•
Đối với động cơ công suất trung bình ( N
e
từ 1000
÷
3000 cv) ta chọn: n= (300
÷
500) vg/ph.
•
Đối với động cơ có cụng suất lớn ( N
e
>3000 cv) ta chọn: n= (80
÷
300)
- Vòng quay làm việc của chong chóng:
n =0,85.n
đm
= 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:

4
4
11,8.
11,8
T
D n T D
n
= ⇒ =
Trong đó:
D – Đường kính chong chóng, m
T – Lực đẩy chong chóng, kN
216.1
1 1
E
T R
T
t t
= = =
− −
kN
n – Vòng quay chong chóng,chọn n = 150 (rpm)
4
11,8. 216,1
3,69
150
D⇒ = =
(m)
Chọn D
sb
= 3,7 m

- 11 -
Kiểm tra điều kiện D
sb
= (0,5
÷
0,6)d
Xét d = 7 m
⇒
D
sb
/d = 3,7/7 =0,52( thỏa mãn)
2.4. Chọn số cánh chong chóng
k
NT
=
4
.
T
n
v
A
ρ

k
DT
=
T
Dv
A
ρ

.
v
A
: vận tốc tiến của chong chóng, m/s
v
A
= v.(1 -
T
ω
) = 6,425.(1 – 0,272) = 4,68 m/s
ρ
= 104 KG.s
2
/m
4
= 1,04 KN.s
2
/m
4
T: lực đẩy chong chóng, T = 338,9kN
=> k
NT
=
4
4,68 1,04
.
216,1
2,5
= 0,78
k

DT
=
1,04
4,68.3,7.
216,1
= 1,21
Do k
NT
< 1 và k
DT
< 2 nên chọn Z = 4
2.5. Tính các yếu tố cơ bản của chong chóng
2.5.1. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền
≥
0
A
A
E
min
0
)(
A
A
E
= 0,24.(1,08 -
H
d
)
3/2
max









δ
D
Z
[ ]
3
10
σ
mT
Trong đó:
Z: số cánh chong chóng, Z = 4
D: đường kính chong chóng, D = 3,7 (m)
max
δ
: chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối
0,6
r
r
R
= =
,
axm
δ

= 0,08
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
= 6.10
4
kPa
D
d
d
H
H
=
= 0,167 – tỷ số giữa đường kính trung bình của chong chóng với đường kính của nó
Thay số:
- 12 -
0
A
A
E
= 0,24.(1,08 – 0,167).
2/3
4
3,7.0,08
 
 ÷

 
3
4
10.1,15.216,1
6.10
= 0,431
Chọn
0
A
A
E
= 0,55
2.5.2. Tính toán các yếu tố cơ bản của chong chóng và lựa chọn động cơ chính
Stt Đại lượng tính toán Đơn vị Các giá trị tính toán
1 Vòng quay làm việc giả thiết, N rpm 140 145 150 155 160
2 n = N/60 rps 2,33 2,42 2,5 2,58 2,67
3 T
E
= R = f(v
s
) kN 175 175 175 175 175
4 T = T
E
/(1 – t) kN 216,1 216,1 216,1 216,1 216,1
5
4
A
NT
v
k

T
n
ρ
=
- 0,529 0,509 0,493 0,478 0,470
6 J
0
= f(k
NT
) - 0,48 0,475 0,470 0,46 0,455
7 J = a.J
0
- 0,504 0,499 0,494 0,483 0,478
8
A
opt
v
D
nJ
=
m 3,985 3,875 3,789 3,756 3,667
9
2 4
T
opt
T
k
n D
ρ
=

- 0,161 0,160 0,159 0,153 0,152
10
( , )
T
P
f k J
D
=
- 0,740 0,730 0,700 0,685 0,670
11
0
( , )
T
f k J
η
=
- 0,575 0,581 0,590 0,585 0,571
12
0
1 1
1
D
Q T
t
i
η η
ω
−
=
−

- 0,669 0,676 0,686 0,680 0,663
13
.
s
D
D
R v
P
η
=
kW
1680,68
1663,2
8
1639,0
3 1653,49 1695,89
14
D
S
S G E
P
P
k
η η
=
kW
2017,62
1996,7
3
1967,6

2 1984,99 2035,88
Dựa vào bảng tính ta xây dựng được đồ thị P
s
= 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
150
300
==
n
N
i
P
=2
Tỉ số bước: P/D= 0,700
- 13 -
Hiệu suất làm việc của chong chóng :
68,0=
D
η
2.5.3. Tính toán chong chóng đảm bảo khai thác hết công suất của động cơ và đạt được
tốc độ tối đa
Do lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu nên ta đi tính vận tốc tối đa của
tàu.
Stt Đại lượng tính toán Đơn
vị

Các giá trị tính toán
1 Vận tốc giả thiết, v
s
knot 10 11 12 13 14
2
)1(514,0
. TSA
wvv −=
m/s 3,742 4,116 4,49 4,864 5,239
3
( )
SE
vfRT ==
kN
100,14 124,09 155,08 195,04 250,14
4
t
T
T
E
−
=
1
kN
123,630
153,20
3 191,454 240,791
308,81
9
5

4
.
T
n
v
k
A
NT
ρ
=
- 0,71 0,74 0,78 0,81 0,84
6
( )
NT
kfJ =
0
-
0,458 0,463 0,469 0,478 0,489
7
0
.JaJ =
0,481 0,486 0,492 0,502 0,513
8
Jn
v
D
A
opt
.
=

m
3,112 3,388 3,650 3,876 4,085
9
42
opt
T
Dn
T
k
ρ
=
- 0,171 0,173 0,174 0,175 0,176
10
( )
Jkf
D
P
T
,=
- 0,68 0,69 0,71 0,72 0,73
11
( )
Jkf
T
,
0
=
η
- 0,56 0,575 0,59 0,6 0,585
12

0
.
1
1
.
1
ηη
TQ
D
w
t
i
−
−
=
- 0,638 0,655 0,67 0,68 0,668
13
D
D
Rv
P
η
=
kW
1569,592 2084,03 2777,516 3812,827 5242,52
14
EGS
D
S
k

P
P
ηη
=
kW
1884,26 2501,84 3334,35 4577,22 6293,54
Dựa vào bảng tính, ta xây dựng đồ thị : P
s
= f(v
S
), D
opt
= f(v
S
),
)(
0 S
vf=
η
, P/D = f(v
S
)
Dựa vào đồ thị ta xác định được các thông số tối ưu của chong chóng.
Tại η
D
max = 0,67 ta tra ngược lại được
Tại P
s
= 4577.22 kW ta tra được v
s max

=13 knot, D =D
opt
=3,88 m
Tra đồ thị hình 1 ứng với vận tốc v
s
=13 knot=13.0,514=6,682 m/s
Suy ra
T
E
= R=195 kW
T=T
E
/(1-t)=240,7 kN
V
A
=0,5144.v.(1-w
T
)= 4,864 m/s
- 14 -
J=v
A
/(nD) =0,501
K
T
=T/(ρ.n
2
.D
4
)= 0,164
Tra đồ thị thiết kế chong chóng ứng với (A

E
/A
0
) =0,55 với Z=4
Ta có hiệu suất của chong chóng trong nước tự do : η
0
=0,584
Tỉ số bước hình học P/D =0,72
Kết luận:
Các đặt trưng hình học của chong chóng
D =3,88 m
P/D =0,72
Z=4
A
E
/A
o
=0,55
Các đặc tưng thủy động học của chong chóng
J=0,501
K
T
=0,164
η
0
=0,584
Số vòng quay của chong chóng n=150 rpm
Tốc độ tàu v
S
= 13 knot

2.5.3.Kiểm tra tỷ số đĩa theo điều kiện không xảy ra xâm thực
Theo Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo công thức sau:
( )
2
0
min
0
275,1 nD
P
k
A
A
c
E
ζ
=








Trong đó:
6,13,1 ÷=
ζ
- hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng
k
C

= f(Z;P/D;J) = 0,17 – hệ số, tra đồ thị
( )
sa
hPP
γ
+=
0
, kN/m
2
304,101=
a
P
- áp suất khí quyển, kN/m
2
10=
γ
- trọng lượng riêng của nước, kN/m
2
DTh
s
55,0−=
- 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 = 7 m
=>
232,0
min
0
=









A
A
E
- Tỷ số đĩa
0
E
A
A
= 0,4 >
0
min
E
A
A
 
 ÷
 
=0,232
Do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chốngxâm thực
- 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 d
0
= (0,167-0,220) D
d
0
= 0,167.D= 0,167.3,88 = 0,648 (m)
Đường kính trục chong chóng có thể xác định như sau:
d
b
=100
D
n
N
e
.25.0.
3
+

N
e
công suất trên bích ra của động cơ hoặc hộp số
N
e
=
2059
2
s
P
i
=

=1029(kW)=1388(cv)
n vòng quay của chong chóng n = 150 (vg/p)
D là đường kính chong chóng D = 3,88 (m)
Vậy :
1388
100 0,25.3,88
150
a
b
d = +
=0,210(m)
Chiều dày lớn nhất của cánh tại trục chong chóng:
e
0
=0,045.D = 0,045.3,88 =0,175 (m)
Chiều dài củ l
k
=(1,6÷3,3) d
b
= 336 ÷ 693 (mm)
chọn chiều dài củ để mút cánh không chạm sàn khi đặt úp chong chóng xuống sàn chọn:
l
k
= 600 (mm)
- 16 -
Độ côn củ chong chóng chọn:k
k
=1/15
Đường kính trung bình củ chong chóng: d
0

=0,167.D = 0,167.3,88 = 648 (mm)
Đường kính đầu của củ: d
1
=d
0
-l
k
/30 = 648 – 600/30 = 628 (mm)
Đường kính cuối của củ : d
2
=d
0
+l
k
/30 = 648 + 600/30 = 668 (mm)
Đường kính đầu của trục chong chóng:d
3
=d
b
-l
k
/15 = 210- 600/15=170(mm)
3.2 Tính chọn then và kiểm tra bền cho then
Chiều dài then : l
t
=(0.8
÷
0.9).l
k
= 480 ÷ 540

Chọn l
t
= 510 mm
Chiều rộng then :b
t
= (0.25
÷
0.3)d
b
= 52.5 ÷ 63 (mm). Chọn b
t
= 55 mm
Chiều cao then :h
t
=(0.5
÷
0,6)b
t
= 27,5 ÷ 33 chọn h
t
=30 mm
Độ sâu của then trên củ: t
2
= 0,4.b
t
= 22 (mm)
Kiểm tra độ bền của then:
Theo ứng suất dập :
[ ]
d

t
d
ltd
T
σσ
≤=

.2
2

Theo ứng suất cắt :
[ ]
c
t
t
c
bld
T
ττ
≤=

.2
Với: T= 9,55.10
6
.
n
Ne
= 55,5.10
6
(Nmm)

Ne= 1029 (kW)
n= 150 (vòng/phút) là số vòng quay của chong chóng

[ ]
d
σ
= 50 (N/mm
2
) là ứng suất dập cho phép của vật liệu hợp kim đồng chế tạo nên chong
chóng
[τ
c
]= 50 (N/mm
2
) là ứng suất cắt cho phép của vật liệu hợp kim đồng chế tạo nên chong chóng
d= 210 (mm) là đường kính trục chong chóng
Thay lại :
:
[ ]
501,47 =≤=
dd
σσ
:
[ ]
509,18 =≤=
cc
ττ

Vậy then đủ bền
Chiều dày của gioăng kín nước r=(0,05÷0,1).l

k
= (0,05÷0,1).600= (30÷60)
chọn r = 40 (mm)
Bảng xác định các thông số của củ chong chóng
Stt
Thông số Giá trị
Lấy
tròn
Đơn
vị
1
Đường kính trung bình trục chong
chóng:
d
b
= 100
D
n
N
e
.25.0.
3
+
210 210 mm
3
Chiều dầy lớn nhất của cánh tại trục
chong chóng: e
0
=0.045
×

D
175 175 mm
4 Chiều dài củ chong chóng:l
k
336÷ 690 600 mm
5
Độ côn củ chong chóng
chọn:k
k
=1/15
1/15 1/15
- 17 -
6
Đường kính trung bình củ chong
chóng: d
0
=0,167.D
648 650 mm
7 Đường kính đầu của củ: d
1
=d
0
-l
k
/30 628 630 mm
8
Đường kính cuối của củ :
d
2
=d

0
+l
k
/30
668 670 mm
9
Đường kính đầu của trục chong
chóng:
d
3
=d
b
-l
k
/15
170 170 mm
11 Chiều dài then : l
t
=(0.8
÷
0.9).l
k
480
÷
540 510 mm
12 Chiều rộng then :b
t
=(0.25
÷
0.3)d

b
52,5 ÷ 63 55 mm
13 Chiều cao then :h
t
=(0.5
÷
0,6)b
t
27,5 ÷ 33 30 mm
14
Chiều dày của gioăng kín nước r
r=(0,05÷0,1).l
k
30 ÷ 60 40 mm
15 Chiều rộng gioăng kín nước 150 150 mm

Bảng tính mũ thoát nước
stt Thông số Giá trị
Lấy
tròn
Đơn
vị
2 Chiều dài mũ thoát nước:0,14.D 543 545
mm
3 Đường kính lượn vòng là: 0,1.d
0
64,8 70 mm
4
Chiều dài lỗ khoét giảm trọng lượng
là

l
0
=(0,3
÷
0,45)l
k
180 ÷240 200 mm
5
Đường kính trung bình củ lỗ khoét:
d’
0
= d
0
-2.e
k
(e
k
=0,9 e
0
)
332 335 mm
6
Bán kính tiếp tuyến giữa mặt đạp và
mặt củ:
r
1
= 0,04.D
155 155 mm
7
Bán kính tiếp tuyến giữa mặt hút và

mặt củ:
r
2
=0,03.D
116,4 120 mm
8
Đường kính bu lông phía sau củ
chong chóng
d’
b
= 0,06.d
b
12,6 13 mm
- 18 -
3.3- Tính trọng lượng chong chóng
Theo Kopeeski
G =
2
6,0
4
6,0
3
4
59,0.71,0.10.22,6
10.4
HH
H
dl
D
e

D
d
D
b
D
Z
γγ
+












−+








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/cm
3
)
D: Đường kính của chong chóng : D = 3,88 m
Z: Số cánh của chong chóng: Z = 4
d
H
: Đường kính của củ chong chóng: d
H
= 0,65 (m)
l
H
: Chiều dài củ chong chóng : l
H
= 0,6 (m)
b
0,6
: là chiều dày lớn nhất của cánh chong chóng tại bán kính r = 0,6R
b
0,6
=
z
D
D
d
p
).484,053,0(
−

θ
= = 0,692 m
e
0,6
: là chiều dày lớn nhất của tiết diện cánh tại bán kính r = 0,6R;
e
0,6
= e
0
- 0,6(e
0
– e
m
)
e
0
chiều dày cánh giả định tại củ chong chóng
e
0
= (0,04÷ 0,055).D
p
= 0,15
e
m
chiều dầy đỉnh cánh chong chóng

( )
)(011,0
1000
5008,0

m
DD
e
pp
m
=
⋅−⋅
=
=> e = 0,0665
Thay số vào ta có:G = 3010 (kg)
3.2 Tính toán và xây dựng hình bao duỗi phẳng cánh chong chóng
Để tính toán hình bao duỗi phẳng của dạng cánh dao cần phải xác định chiều rộng lớn
nhất của hình bao duỗi phẳng tại bán kính tương đối r/R = 0,6
b
max
=
o
E
A
A
z
D
.
.187,2
= 1,16 (m )
Khoảng cách từ trục cánh tới mép đạp X
1
và khoảng cách từ trục cánh tới mép
thoát X
2

được xác định theo phần trăm của b
max
X
0
là khoảng cách từ trục cánh đến đường chiều dầy lớn nhất được xác định theo phần
trăm chiều rộng toàn bộ (X
1
+X
2
)
Bảng giá trị tung độ hình bao duỗi phẳng
Xác định toạ độ x
1
, x
2
tại các bán kính tương đối:
x
1
: Là khoảng cách từ đường chiều dày lớn nhất đến mép đạp.
x
2
: Là khoảng cách từ đường chiều dày lớn nhất đến mép thoát.
x
o
: Là khoảng cách từ đường tâm cánh đến đường chiều dày lớn nhất.
b: Là chiều rộng profin cánh.
b
1
: Là khoảng cách từ đường tâm cánh tới mép đạp.
e

max
: Là chiều dày lớn nhất tại các tiết diện.

Φ
đ
: Là đường kính lượn mép đạp.

Φ
T
: Là đường kính lượn mép thoát.
b
m
: Là chiều rộng lớn nhất của chong chóng.
- 19 -
Các giá trị tính toán theo bảng sau (theo %)
r / R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00
46,89 52,75 56,34 57,66 56,1 51,37 41,71 25,39 -
29,11 33,3 37,4 40,74 43,9 46,66 48,37 46,95 20,14
75,99 86,05 93,74 98,4 100 98,03 90,08 72,34 -
35,00 35,00 35,1 35,5 38,9 44,3 48,6 50,00 -
0,363 0,361 0,355 0,347 0,340 0,335 0,333 0,264 0,26
0,073 0,076 0,088 0,104 0,126 0,157 0,200 0,264 0,31
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00
x
1
401,5 450,6 482,1 493,1 480,0 440,0 355,8 217,0 -
x
2
249,8 285,2 319,3 349,1 376,0 399,6 414,0 402,3 172,4
b 651,2 735,8 801,4 842,1 856,0 839,6 769,8 619,3 -

b
1
227,9 257,5 280,5 294,7 333,0 371,9 368,7 309,7 -
e
max
146,2 129,3 112,4 95,5 78,6 61,7 44,8 27,9 11,0
t
φ
53,1 46,7 39,9 33,1 26,7 20,7 14,9 7,4 2,7
đ
φ
10,7 9,8 9,9 9,9 9,9 9,7 9,0 7,4 3,4
x
o
173,6 148,1 201,6 198,4 147 68,1 -12,9 -92,7 -
3.3 Xây dựng prôphin cánh
Để xây dựng được prôphin cánh ta cần phải xác định các thông số sau đây:
3.3.1 Chiều dày lớn nhất của prôphin cánh e tại các bán kính tương đối
- 20 -
e = e
0
- r
p
.(e
0
–e
R
)
Trong đó:
- e

0
là chiều dày giả định của cánh e
0
= ē.D = 0,045.3,88.1000 = 174,6 (mm)
- Chiều dày e
R
được tính theo công thức sau e
R
= a.D.(50 – D) mm
a= 0,06 đối với chong chóng làm bằng hợp kim đồng
D là đường kính chong chóng , D= 1,6 (m)
e
R
= 0,06.3,88.(50-3,88) = 10,74(mm)
- r
p
bán kính tương đối r
p
= (0,2 ÷ 1)
Bảng tính toán e
r
p
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95
e 141,8
3 125,44 109,06 92,67 76,28 59,90 43,51 27,13 18,93
3.3.2 Xác định đường d
BX
và r
BX

Mép đạp của prôphin được lượn tròn với đường kính d
BX
. Mép theo của prôphin được
lượn tròn với bán kính r
BX
. Giá trị của d
BX
và r
BX
được xác định thông qua tỉ số d
BX
/e và
r
BX
/e
Bảng tính toán d
BX
và r
BX
R
p
0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 0,95
d
bx
/e 0,4 0,344 0,301 0,27 0,22 0,187 0,192 0,18 0,177
r
bx
/e 0,136 0,125 0,122 0,12 0,13 0,142 0,16 0,17 0,19
d
bx

23,85 18,15 13,82 10,54 7,08 4,73 3,54 2,09 1,44
r
bx
8,11 6,59 5,6 4,68 4,183 3,59 2,91 1,97 1,55
3.3.3 Tính toán tung độ tại mặt đạp và mặt hút
Tung độ mặt hút và mặt đạp được tính bằng phần trăm (%) chiều dày lớn nhất e, được chỉ
ra ở các hoành độ tuyệt đối (0,2÷1)b
1
và (0,2÷1)b
2
Và biến đổi giảm từ đường chiều dày lớn nhất về phía mép vào nước (mép đạp) và mép
thoát nước (mép theo)
Bảng tính toán tung độ mặt hút
Tu
ng
độ
m
ặt
Chiều dày lớn nhất tới mép thoát Chiều dày lớn nhất tới mép đạp
r
/
R
1
0
0
8
0
6
0
4

0
2
0
2
0
4
0
6
0
8
0
1
0
0
0,2 - 31,8 43,3 51,8 57,5 58,8 56,4 51,9 44,4 -
- 21 -
hú
t
0,3 - 26,9 37,8 45,8 51,1 51,9 49,6 45,3 38,3 -
0,4 - 21,9 32,3 39,8 44,6 45,1 42,9 38,7 32,4 -
0,5 - 16,9 26,7 33,7 37,7 38,4 36,1 32,2 26,5 -
0,6 - 13 21,7 27,6 31,3 31,7 29,5 25,6 20,5 -
0,7 - 10 17 21,6 24,6 24,8 22,6 19 14,5 -
0,8 - 7,6 12,6 15,9 18 18 15,9 12,8 9 -
0,9 - 5,3 8,2 10,2 11,4 11,4 10,2 8,2 5,3 -
0,95 - - - - - - - - - -
Bảng tính toán tung độ mặt đạp
Tu
ng
độ

m
ặt
hú
t
Chiều dày lớn nhất tới mép thoát Chiều dày lớn nhất tới mép đạp
r
/
R
1
0
0
8
0
6
0
4
0
2
0
2
0
4
0
6
0
8
0
1
0
0

0,2 17,9 10,9 6,5 3,3 0,9 0,3 1,7 3,5 3,5 23,9
0,3 13,4 6,4 3,1 0,9 - - 0,7 2,4 5,7 19,7
0,4 8,2 2,8 0,7 - - - - 1,2 3,6 15,9
0,5 3,5 0,7 - - - - - 0,3 1,7 11,9
0,6 1,6 - - - - - - - 0,3 7,9
0,7 - - - - - - - - - 4,1
0,8 - - - - - - - - - 1,4
0,9 - - - - - - - - - -
0,95 - - - - - - - - - -

3.6 Xây dựng tam giác đúc
Để xác kích thước của tam giác đúc, trên hình chiếu pháp của cánh người ta vạch ra trên
nó một bán kính xác định, trên mặt khóa (mép khuôn ) và tính theo công thức sau đây :
R
Ф
= R+ (50÷60) = 3300 + 60 = 875 (mm)
Trên hình chiếu pháp từ điểm O người ta kẻ những tia giới hạn dưới góc bao cánh α
1
và
α
2
như thế nào đó để đảm bảo ở điều kiện tự nhiên , khe hở nhỏ nhất giữa các đường bao
cánh và các tia đó không nhỏ hơn 50 mm . Với α
1
= 32
0
và α
2
= 18,8
0

,khi đó chiều dài và
chiều cao tương ứng của tam giác đúc bằng
l
Ф
=
.
2
Z
R
φ
Π
=
2 .875
1374
4
Π
=
(mm)
h
Ф
=
=
Z
H
733.5
183,38
4
=
(mm)
Tại đường tâm cánh chia chiều dài tam giác đúc thành hai đoạn có chiều dài tương ứng là

l
Ф1
=
φ
αα
α
l.
21
1
+
= 0,63.1374 = 865,5 (mm)
l
Ф2
=
2
1 2
.l
ϕ
α
α α
+
= 0,37.1374 = 1951 (mm)
- 22 -
Củ chong chóng được vẽ quy ước nét đứt có vị trí đường kính trung bình củ d
0
cách
giao của đường tâm cánh với cạnh huyền của tam giác đúc một khoảng m
Ф
= R
Ф

.tgγ. Với
γ là góc nghiêng cánh, để so sánh cao độ của mặt sau của củ chong chóng ở mặt đạp của
cánh với độ cao sàn khi đặt tam giác đúc.
m
Ф
= 875.tg10
0
= 154 (mm)
R
Ф
.tgχ
Ф
H/Z



2П R
Ф
/Z
Tính toán độ bền chong chóng được tiến hành khi cho phép các giả thiết sau:
+ Cánh của thiết bị đẩy được thay thế bởi một dầm công son thẳng được kiểm tra chịu
uốn từ ngoại lực tác dụng.
+ Một trong những trục quán tính chính trung tâm của profin song song với dây cung
của nó.
3.7.1 .Tính ngoại lực:
Momen uốn được tác dụng của lực thủy động dọc trục (lực đẩy) và lực thủy động tiếp
tuyến ở mặt cắt có bán kính tương đối r
p
=0,3 của cánh chong chong khi quay tương ứng
với bán kính củ được xác định theo công thức:

2 5
. . .
.
2.
T
P P
K n D
M G
Z
ρ
=

2 5
. . .
.
2.
Q
T T
K n D
M G
Z
ρ
=
Theo kết quả phần 2 ta có:
T
K
=
1
K

= 0,164
Ta có:
Q
K
=
T
P
K
η
.
'
2
P
λ
π
=
0,164 0,57
.
0,52 2.3,14
= 0,029
Trong đó:
'
P
λ
= 0,52 : Hệ số chong chóng

p
η
= 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:
P
G
= 0,4 và
T
G
= 1,1
Thay số vào ta có:
- 23 -
M
P
=
2 5
0,164.104.5 .3,88
.0,4
2.4
= 1892 (N/m
2
)
M
T
=
2 5
0,029.104.5 .3,88
.1,1
2.4

= 920 (N/m
2
)
Lực ly tâm của khối lượng cánh:
2 2
4. . . '.
G G
P n G r
π
=
Trong đó:

'G
: Khối lượng cánh chong chóng.
G’ =
3 4
0
4
1
. 6,2 2.10 0,71
10 .4
m
m
b d
e
D
D D D
γ
 
   

+ −
 ÷  ÷
 
   
 

Với:
d
0
: Đường kính trung bình của củ chong chóng
d
0
= 0,65 (m)
D : Đường kính chong chóng, D = 3,88 (m)
e
0,6
: Chiều dày lớn nhất của cánh tại tiết diện 0,6 R
e
0,6
= 0,0481 (m)
l
0
: Chiều dài củ chong chóng
l
0
= 0,6 (m)
b
0,6
: Chiều rộng profin cánh tại tiết diện 0,6R
b

0,6
= 0,5322 (m)

m
γ
: Trọng lượng riêng của vật liệu làm chong chong với hợp kim Đồng

m
γ
= 8230 (kg/m
3
)
Vậy: G' =168 (kg)

G
r
= 0,47R = 0,578 (m) :Giá trị gần đúng của bán kính trọng tâm cánh.
Suy ra:
G
P
=
2 2
4.3,14 .5 .141.0,578
= 80354 (N)
Mô men uốn do lực ly tâm của cách tác dụng là:
0,7. . .
G G G r
M P r tg
γ
=

r
γ
:Góc nghiêng của cánh:
r
γ
=
15
o
Vậy:
0,7.80354.0,578. 15
o
G
M tg
=
= 8711 (N.m)
Mô men uốn toàn phần trên mặt cánh thiết kế khai triển tính theo công thức:
( ) os .sin
P G T
M M M c M
ξ
ϕ ϕ
= + +

( )sin . os
P G T
M M M M c
η
ϕ ϕ
= + −

Trong đó:
/ 0,728
ar arctg 37,7
. .0,3
o
p
H D
ctg
r
ϕ
π π
= = =
Thay số vào ta có:
(1792 8711). os37,7 612.sin 37,7
o o
M c
ξ
= + +
= 8684 (N.m)
- 24 -
(1792 8711).sin 37,7 612. os37,7
o o
M c
η
= + −
= 5939 (N.m)
3.7.2 Tính toán ứng suất phát sinh trên cánh:
Ứng suất lớn nhất ở biên mặt cắt cánh từ lực thủy động là:
W
M

ξ
ξ
ξ
σ
=
(kG/cm
2
)
Trong đó:
2
W . .e b
ξ
ξ
=
:Mômen chống uốn của mặt cát cánh đối với trục
ξ

ξ
= 0,085 :Đối với điểm C của profin cánh máy bay.
e = 0,079 (m): chiều dày profin cánh tại
P
r
= 0,3
b = 0,458 (m) chiều rộng profin tại
P
r
= 0,3
Ta có:
2
0,085.0,079 .0,458W

ξ
=
= 2,43.10
-4
Thay số:
4
8684
2,43.10
ξ
σ
−
=
= 35,74.10
6
(N/m
2
) = 357,4 (kG/cm
2
)
Ứng suất tại điểm lực ly tâm tác dụng là:
G
G
P
F
σ
=
(Kg/cm
2
)

1
. .F g e b=
(
2
m
) : diện tích mặt cắt cánh khi khai triển trên mặt phẳng.
Với:
1
g
= 0,72
Ta có F = 0,72.0,079.0,458 = 0,026 (m
2
)
Vậy ta có:
80354
0,026
G
σ
=
= 3,09.10
6
(N/m
2
) = 30,9 (kG/cm
2
)
Vậy tổng giá trị ứng suất kéo và nén là:
G
ξ
σ σ σ

= +
= 357,4 + 30,9 = 388,3 (kG/cm
2
)
Kiểm tra độ bền chong chóng bởi công thức:
[ ]
σ σ
≤
Trong đó:

[ ]
σ
: giới hạn bền vật liệu chế tạo chong chóng.
Với hợp kim Đồng:
[ ]
σ
= 500 đến 600 ( kG/cm
2
)
Ta thấy
σ
<
[ ]
σ

Vậy chong chóng thỏa mãn điều kiện bền.
- 25 -