Thiết kế đạo lưu định hướng xoay cho tàu kéo cảng lắp máy có công suất 2x1000cv (bản vẽ chuẩn nhất)
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (802.71 KB, 45 trang )
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:
- 11 -
)11(
2
1
B
a
1
2.1.3. Xác định lực và mômen thủy động trên đạo l-u:
Lực cản:
HexHxH
SVCP
2
1
2
, (KG)
Lực dạt:
HeyHyH
SVCP
2
1
2
, (KG)
Lực pháp tuyến:
HenHnH
SVCP
2
1
2
, (KG)
Lực tiếp tuyến:
HetHtH
SVCP
2
1
2
, (KG)
Mômen xoắn thủy động:
HHemHH
lSVCM
2
1
2
, (KG)
trong đó: C
xH
, C
yH
, C
mH
t-ơng ứng là hệ số lực cản, hệ số lực dạt và hệ số
mômen xoắn thủy động tác dụng lên đạo l-u.
C
nH
=C
xH
.sin
p
+C
yH
.cos
p
-là hệ số lực pháp tuyến.
C
tH
=C
xH
.cos
p
-C
yH
.sin
p
-là hệ số lực tiếp tuyến.
S
H
=k
s
..D
ep
.l
H
=12.54, (m
2
)-là diện tích bề mặt sử dụng có hiệu quả
của đạo l-u.
k
s
=0.9-là hệ số hiệu chỉnh biểu thị % quan hệ bề mặt sử dụng thực tế
của đạo l-u với bề mặt của nó.
3
'''
HHH
ep
DDD
D
=2.42, (m)-là đ-ờng kính tính toán trung bình của
đạo l-u.
Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện qua bảng sau:
ST
T
Đại l-ợng tính
Đơn
vị
Kết quả tính theo
p
, ()
5
10
15
20
25
30
35
1
C
xH
-
-0.85
-0.72
-0.49
-0.16
0.31
1.00
1.80
2
C
yH
-
0.40
0.80
1.23
1.70
2.38
2.83
3.10
3
C
mH
-
0.068
0.134
0.193
0.244
0.237
0.198
0.149
4
C
nH
=C
xH
.sin
p
+C
yH
.cos
p
-
0.32
0.66
1.06
1.54
2.29
2.95
3.57
5
P
nH
=0.5..C
nH
.V
e
2
.S
H
kg
1042.7
2130.4
3411.1
4958.8
7354.2
9484.7
11480.6
- 12 -
6
M
H
=0.5..C
mH
.V
e
2
.S
H
.l
H
kgm
401.2
790.6
1138.7
1439.6
1398.3
1168.2
879.1
2.1.4. Lực và mômen thủy động trên 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:
22
.
3.57
SHH
Hep
yHc
VD
lD
C
-là góc nghiêng của dòng chảy sau đạo l-u so
với ph-ơng trục chong chóng.
D
ep
, l
H
, D
H
tính bằng (m)
1
2
1
2
1
H
B
S
V
=2.42, (m/s)-là vận tốc t-ơng đối của dòng n-ớc
chảy ra từ đạo l-u khi tàu tiến.
b. Tốc độ dòng chảy tới cánh giữ h-ớng:
sec
VVV .
= 5.36, (m/s)
c. Lực và mômen thủy động tác dụng lên cánh giữ h-ớng:
Lực cản:
ccxcxc
FVCP
2
1
2
, (KG)
Lực dạt:
ccycyc
FVCP
2
1
2
, (KG)
Lực pháp tuyến:
ccncnc
FVCP
2
1
2
, (KG)
Lực tiếp tuyến:
cctctc
FVCP
2
1
2
, (KG)
Mômen xoắn thủy động: M
c
=P
nc
(x
pc
+a
c
), (KGm)
trong đó: C
xc
, C
yc
, C
mc
t-ơng ứng là hệ số lực cản, hệ số lực dạt và hệ số mômen
xoắn thủy động tác dụng lên cánh, tra từ đồ thị phụ thuộc .
C
nc
=C
xc
.sin+C
yc
.cos-là hệ số lực pháp tuyến.
C
tc
=C
xc
.cos-C
yc
.sin-là hệ số lực tiếp tuyến.
F
c
= 2.679, (m
2
)-là diện tích cánh giữ h-ớng.
nc
mc
dc
C
C
C
-là hệ số tâm áp.
x
pc
=C
dc
.b
c
, (m)-là hoành độ tâm áp.
Vì cánh giữ h-ớng có độ dang
c
=2.26 nên ta tính chuyển từ
0
=6 nh- sau:
C
x
=C
x0
+C
1
.C
y
2
=
0
+C
2
.C
y
- 13 -
0
1
111
c
C
0.09
0
2
113.57
c
C
5.22
C
y
=C
y0
; C
m
=C
m0
0
5 10 15
20
25 30 35
1
2
p
CmCy
2
1
p
353025
20
15105
0
Cx
2
1
p
353025
20
151050
§å thÞ tra hÖ sè Cxc,Cyc, Cmc
- 14 -
0
Cy
Cx
0
Cx
0
0
0.01
0.00
0.01
4
0.3
0.018
5.57
0.03
8
0.61
0.037
11.18
0.07
12
0.91
0.059
16.75
0.13
16
1.2
0.098
22.26
0.23
20
1.43
0.14
27.46
0.33
24
1.12
0.32
29.85
0.43
30
0.9
0.4
34.70
0.47
Các đồ thị tra đ-ợc thể hiện qua hình vẽ.
Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện qua bảng sau:
STT
Đại l-ợng tính
Đơn
vị
Kết quả tính theo
p
, ()
5
10
15
20
25
30
35
1
C
yH
-
0.40
0.80
1.23
1.70
2.38
2.83
3.10
2
độ
2.94
5.87
9.03
12.48
17.47
20.77
22.75
3
=
p
-
c
độ
2.06
4.13
5.97
7.52
7.53
9.23
12.25
4
C
xc
-
0.016
0.023
0.032
0.042
0.042
0.056
0.079
5
C
yc
-
0.153
0.309
0.453
0.576
0.576
0.707
0.917
6
C
mc
-
0.039
0.077
0.112
0.141
0.141
0.173
0.230
7
C
nc
=C
xc
.sin+C
yc
.cos
-
0.153
0.310
0.454
0.577
0.577
0.707
0.913
8
-
0.254
0.249
0.247
0.245
0.245
0.245
0.252
9
x
pc
=C
dc
.b
c
m
0.280
0.274
0.272
0.269
0.269
0.270
0.277
10
x
pc
+a
c
m
0.996
0.990
0.988
0.985
0.985
0.986
0.994
11
P
nc
=0.5..C
nc
.V
c
2
.F
c
kg
616.9
1245.5
1824.4
2317.5
2317.4
2841.1
3669.4
12
M
c
=P
nc
.(x
pc
+a
c
)
kgm
614.4
1232.7
1802.2
2283.7
2283.7
2800.4
3645.8
yH
sHH
Hep
c
C
vD
lD
22
.
3.57
nc
mc
dc
C
C
C
- 15 -
2.1.5. Lực và mômen thủy động tác dụng lên hệ đạo l-u-cánh giữ h-ớng:
Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện qua bảng sau:
STT
Đại l-ợng tính
Đơn vị
Kết quả tính theo
p
, ()
5
10
15
20
25
30
35
1
P
nH
kg
1042.7
2130.4
3411.1
4958.8
7354.2
9484.7
11480.6
2
M
H
kgm
401.2
790.6
1138.7
1439.6
1398.3
1168.2
879.1
3
P
nc
kg
616.9
1245.5
1824.4
2317.5
2317.4
2841.1
3669.4
4
M
c
kgm
614.4
1232.7
1802.2
2283.7
2283.7
2800.4
3645.8
5
P
n
=P
nH
+P
nc
kg
1659.6
3375.9
5235.5
7276.2
9671.6
12325.8
15150.0
6
kgm
213.2
442.1
663.5
844.1
885.3
1632.1
2766.7
7
kgm
255.8
530.6
796.2
1012.9
1062.4
1958.6
3320.0
trong đó: k
0
=1.2-là hệ số kể đến quán tính.
2.1. Khi tàu chạy lùi:
2.1.1. Xác định vận tốc dòng chảy đến đạo l-u:
V
el
=0.515V
sl
.
l
=1.98, (m/s)
trong đó: V
sl
=0.7V
s
=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:
H
K
B
t1
8.1
trong đó:
4
.
2
1
2
2
H
e
K
K
D
V
T
11 -là hệ số tải của hệ chong chóng-đạo l-u.
t
ZR
T
K
1
9338.2, (KG)-là lực đẩy của hệ chong chóng-đạo l-u.
R=r
0
.D= 72.9, (KG)-là sức cản của bản thân tàu kéo, tính theo
ph-ơng pháp tính sức cản d- của Neumann.
r
0
=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)
Hc
MMM
'
'
0
.
MkM
- 16 -
t=k.w
0
=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.s
2
/m
4
)-là mật độ chất lỏng.
t
H
=-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:
)11(
2
1
B
a
1
2.1.3. Xác định lực và mômen thủy động trên đạo l-u:
Lực cản:
HelxHlxHl
SVCP
2
1
2
, (KG)
Lực dạt:
HelyHlyHl
SVCP
2
1
2
, (KG)
Lực pháp tuyến:
HelnHlnHl
SVCP
2
1
2
, (KG)
Lực tiếp tuyến:
HeltHltHl
SVCP
2
1
2
, (KG)
Mômen xoắn thủy động:
HHelmHlHl
lSVCM
2
1
2
, (KG)
trong đó: C
xHl
, C
yHl
, C
mHl
t-ơng ứng là hệ số lực cản, hệ số lực dạt và hệ số
mômen xoắn thủy động tác dụng lên đạo l-u khi tàu lùi.
C
nHl
=C
xHl
.sin
p
+C
yHl
.cos
p
-là hệ số lực pháp tuyến.
C
tHl
=C
xHl
.cos
p
-C
yHl
.sin
p
-là hệ số lực tiếp tuyến.
S
H
=k
s
..D
ep
.l
H
=12.5, (m
2
)-là diện tích bề mặt sử dụng có hiệu quả của
đạo l-u.
k
s
=0.9-là hệ số hiệu chỉnh biểu thị % quan hệ bề mặt sử dụng thực tế
của đạo l-u với bề mặt của nó.
3
'''
HHH
ep
DDD
D
=2.42, (m)-là đ-ờng kính tính toán trung bình của
đạo l-u.
- 17 -
Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện qua bảng sau:
ST
T
Đại l-ợng tính
Đơn
vị
Kết quả tính theo
p
, ()
5
10
15
20
25
30
35
1
C
xHl
-
-0.50
-0.35
-0.04
0.46
0.89
1.30
1.67
2
C
yHl
-
0.48
1.12
1.64
2.10
2.31
2.40
2.36
3
C
mHl
-
-0.073
-0.148
-0.210
-0.230
-0.237
-0.234
-0.230
4
C
nHl
=C
xHl
.sin
p
+C
yHl
.cos
p
-
0.43
1.04
1.57
2.13
2.47
2.73
2.89
5
P
nHl
=0.5..C
nHl
.V
el
2
.S
H
kg
1120
2685
4055
5490
6364
7030
7449
6
M
Hl
=0.5..C
mHl
.V
el
2
.S
H
.l
H
kgm
-430.7
-873.2
-1239.0
-1357.0
-1398.3
-1380.6
-1357.0
2.1.4. Lực và mômen thủy động trên 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:
22
.
3.57
SlHH
Hep
yHc
VD
lD
C
-là góc nghiêng của dòng chảy sau đạo l-u so
với ph-ơng trục chong chóng.
D
ep
, l
H
, D
H
tính bằng (m)
1
2
1
2
1
'
H
B
H
H
Sl
V
=2.43, (m/s)-là vận tốc t-ơng đối của dòng
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 chảy tới cánh giữ h-ớng:
slelcl
VVV .
=4.81, (m/s)
c. Lực và mômen thủy động tác dụng lên cánh giữ h-ớng:
Lực cản:
cclxclxcl
FVCP
2
1
2
, (KG)
Lực dạt:
cclyclycl
FVCP
2
1
2
, (KG)
Lực pháp tuyến:
cclnclncl
FVCP
2
1
2
, (KG)
- 18 -
Lực tiếp tuyến:
ccltcltcl
FVCP
2
1
2
, (KG)
Mômen xoắn thủy động: M
c
=P
nc
(x
pc
+a
c
), (KGm)
trong đó: C
xcl
, C
ycl
, C
mcl
t-ơng ứng là hệ số lực cản, hệ số lực dạt và hệ số
mômen xoắn thủy động tác dụng lên cánh, tra từ đồ thị theo .
C
ncl
=C
xcl
.sin+C
ycl
.cos-là hệ số lực pháp tuyến.
C
tcl
=C
xcl
.cos-C
ycl
.sin-là hệ số lực tiếp tuyến.
F
c
=2.679, (m
2
)-là diện tích cánh giữ h-ớng.
ncl
mcl
dcl
C
C
C
-là hệ số tâm áp.
x
pc
=C
dcl
.b
c
, (m)-là hoành độ tâm áp.
Vì cánh giữ h-ớng có độ dang
c
=2.26 nên ta tính chuyển từ
0
=6 nh- sau:
C
x
=C
x0
+C
1
.C
y
2
=
0
+C
2
.C
y
0
1
111
c
C
0.09
0
2
113.57
c
C
5.22
C
y
=C
y0
; C
m
=C
m0
0
Cy
Cx
0
Cx
0
0
0.01
0.00
0.01
4
0.3
0.018
5.57
0.03
8
0.61
0.037
11.18
0.07
12
0.91
0.059
16.75
0.13
16
1.2
0.098
22.26
0.23
20
1.43
0.14
27.46
0.33
24
1.12
0.32
29.85
0.43
30
0.9
0.4
34.70
0.47
Các đồ thị tra đ-ợc thể hiện qua hình vẽ.
- 19 -
Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện qua bảng sau:
STT
Đại l-ợng tính
Đơn
vị
Kết quả tính theo
p
, ()
5
10
15
20
25
30
35
1
C
yHl
-
0.48
1.12
1.64
2.10
2.31
2.40
2.36
2
yHl
slHH
Hep
c
C
VD
lD
22
.
3.57
độ
3.52
8.22
12.03
15.41
16.95
17.61
17.32
3
=
p
-
c
độ
1.48
1.78
2.97
4.59
8.05
12.39
17.68
4
C
xcl
-
0.014
0.015
0.019
0.025
0.046
0.080
0.146
5
C
ycl
-
0.110
0.132
0.221
0.345
0.618
0.927
1.344
6
C
mcl
-
0.028
0.033
0.056
0.086
0.151
0.232
0.331
7
C
ncl
=C
xcl
.sin+C
ycl
.cos
-
0.110
0.132
0.222
0.346
0.618
0.923
1.325
8
ncl
mcl
dcl
C
C
C
-
0.254
0.249
0.253
0.249
0.244
0.251
0.250
9
x
pc
=C
dc
.b
c
m
0.280
0.275
0.278
0.274
0.269
0.277
0.275
10
x
pc
+a
c
m
0.996
0.991
0.994
0.990
0.985
0.993
0.991
11
P
ncl
=0.5..C
ncl
.V
cl
2
.F
c
kg
357.0
428.5
717.4
1119.3
2001.0
2985.5
4287.3
12
M
cl
=P
ncl
.(x
pc
+a
c
)
kgm
355.4
424.4
713.3
1108.0
1971.1
2964.7
4249.8
2.1.5. Lực và mômen thủy động tác dụng lên hệ đạo l-u-cánh giữ h-ớng:
Quá trình tính toán đ-ợc thể hiện qua bảng sau:
STT
Đại l-ợng tính
Đơn
vị
Kết quả tính theo
p
, ()
5
10
15
20
25
30
35
1
P
nHl
kg
1119.8
2685.4
4055.1
5490.1
6363.6
7030.4
7449.4
2
M
Hl
kgm
-430.7
-873.2
-1239.0
-1357.0
-1398.3
-1380.6
-1357.0
3
P
ncl
kg
357.0
428.5
717.4
1119.3
2001.0
2985.5
4287.3
4
M
cl
kgm
355.4
424.4
713.3
1108.0
1971.1
2964.7
4249.8
5
P
nl
=P
nHl
+P
ncl
kg
1476.8
3113.9
4772.5
6609.4
8364.7
10015.9
11736.7
6
Hlcll
MMM
'
kgm
786.2
1297.6
1952.3
2465.1
3369.4
4345.4
5606.8
7
'
0 ll
MkM
kgm
943.4
1557.2
2342.8
2958.1
4043.3
5214.4
6728.2
trong đó: k
0
=1.2-là hệ số kể đến quán tính.
- 20 -
0
5
10 15
20 25
30 35
5000
10000
15000
Pn(KG)
Ms(KGm)
p(°)
Pn
Pnl
Msl
Ms
§å thÞ Pn vµ M
- 21 -
Phần III
Kết cấu đạo l-u-Cánh giữ h-ớng và trục đạo l-u:
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:
* Chiều dày tôn vỏ:
- Chiều dày tôn vỏ tính theo áp lực thủy tĩnh và áp lực thủy động tác
dụng lên đạo l-u khi bẻ lái một góc
p
:
5.164.1
cv
H
c
t
P
D
a
7.6, (mm)
trong đó: a
c
=0.45, (m)-là khoảng cách giữa các x-ơng gia c-ờng lấy trị số
nhỏ hơn.
D
H
=2.295, (m)-là đ-ờng kính trong nhỏ nhất của đạo l-u.
P
cv
=67390.3, (N)-là lực đẩy của chong chóng.
[]=0.5x
ch
=120, (MPa)-là ứng suất cho phép của vật liệu làm
đạo l-u.
450 450 450
486
45
- 22 -
- Chiều dày tối thiểu của tôn bao:
240
37
40
min
L
L
x
4.6, (mm)
trong đó: x=0.45, (m)-là khoảng cách giữa các x-ơng gia c-ờng tròn.
L=32, (m)-là chiều dài tàu.
-Chiều dày tôn mặt trong không nhỏ hơn 0.87
t
=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 =8, (mm)
- ứng suất lớn nhất ở hai đầu đạo l-u tại mặt cắt ngang:
l
P
DT
x
D
kk
n
n
n
.14
2
211
38.15, (MPa)
- ứng suất lớn nhất ở hai đầu đạo l-u tại mặt cắt dọc:
l
P
DT
S
D
kk
n
n
n
n
.5.0
311
-23.4, (MPa)
- ứng suất lớn nhất ở giữa đạo l-u tại mặt cắt ngang:
l
P
DT
x
D
kk
n
n
n
.14
2
41
'
1
5.1, (MPa)
- ứng suất lớn nhất ở giữa đạo l-u tại mặt cắt dọc:
'
153
1
'
1
3.02.
kk
l
P
DT
S
k
n
n
n
-4.5, (MPa)
trong đó: D
n
=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
số nhỏ hơn.
T=3.4(MPa)-áp lực của n-ớc, có trị số bằng chiều chìm tàu.
P
n
=112510, (N)-lực pháp tuyến thủy động tác dụng lên đạo l-u.
l=1.836, (m)-là chiều dài của đạo l-u.
S
n
=8, (mm)-là chiều dày tôn bao ngoài của đạo l-u.
Các hệ số k
1
,k
2
,k
3
,k
4
,k
5
,k
6
xác định nh- sau:
C
n
A
xS
k
.
1
1
0.168
- 23 -
6
1
21 kk
k
k
0.128
k
2
=2.45, tra bảng theo m.
k
k
k
2
1
3
2.48
k
4
=-0.329, k
5
=0.778, k
6
=0.94, tra bảng theo m.
n
nn
D
S
x
D
m 273.1
0.773
Ta thấy các ứng suất tính toán ở trên đều đảm bảo nhỏ hơn []=120,
(MPa).
* X-ơng gia c-ờng:
- X-ơng gia c-ờng dọc: chiều dày =11, (mm). Các x-ơng gia c-ờng dọc
đặt tạo với nhau góc 45, khoảng cách giữa các x-ơng đo theo bề mặt tôn bao là:
x=0.901, (m)
- X-ơng gia c-ờng ngang: chiều dày =11, (mm).Các x-ơng gia c-ờng đặt
cách nhau một khoảng x=0.45, (m).
* Dải tôn mép vào, mép thoát của đạo l-u, lập là:
- Chọn dải tôn mép vào có đ-ờng kính =50, (mm).
- Chọn dải tôn mép thoát có kích th-ớc txb=12x100, (mm).
- Chiều rộng tôn lập là không nhỏ hơn 8 lần chiều dày tôn mặt trong của
đạo l-u: 64, (mm). Chọn chiều rộng lập là bằng 80, (mm).
- Chiều dày tôn lập là không nhỏ hơn chiều dày x-ơng gia c-ờng cộng
thêm 2 milimet: 13, (mm). Chọn chiều dày lập là bằng 14, (mm).
- 24 -
3.2.2. Kết cấu cánh giữ h-ớng:
* Tôn bao:
- Chiều dày tính theo áp lực tác dụng lên cánh giữ
h-ớng:
5.1
0
C
p
n
S
a
F
P
Tk
5.3, (mm)
trong đó: T=3.4, (N/cm
2
)-là áp lực n-ớc tác dụng lên
cánh, có giá trị bằng chiều chìm tàu thiết
kế.
P
n
=42015.8, (N)-áp lực thủy động tác dụng lên
cánh khi bẻ lái.
F
P
=26787.8, (cm
2
)-diện tích cánh giữ h-ớng.
[]=0.5
ch
=120, (MPa)-ứng suất cho phép của vật liệu làm
cánh.
1.5-giá trị kể thêm do mòn gỉ.
a
c
=36, (cm)-là khoảng cách giữa các x-ơng gia c-ờng đứng hoặc
ngang lấy giá trị nhỏ hơn.
b
c
=40.5, (cm)-là khoảng cách giữa các x-ơng gia c-ờng đứng hoặc
ngang lấy giá trị lớn hơn.
k
s
=0.518-là hệ số phụ thuộc tỉ số
c
c
a
b
.
- Trong mọi tr-ờng hợp chiều dày tôn bao cánh không nhỏ hơn:
240
37
40
min
L
L
a
c
4.6, (mm)
trong đó: a
c
=0.36, (m)
L=32, (m)
Ta chọn chiều dày tôn bao cánh giữ h-ớng:
0
=6, (mm).
- Tôn mặt trên và mặt d-ới có chiều dày không nhỏ hơn 1.2
0
=7.2, (mm)
Ta chọn chiều dày tôn mặt trên và mặt d-ới: =8, (mm).
* X-ơng gia c-ờng:
- Chiều dày tôn gia c-ờng không nhỏ hơn 0.8
0
=4.8, (mm).
Chọn chiều dày tôn gia c-ờng bằng 6, (mm).
- Khoảng cách x-ơng gia c-ờng ngang: b
c
=405, (mm).
- Khoảng cách x-ơng gia c-ờng dọc: a
c
=360, (mm).
405
360
- 25 -
- Chiều rộng tôn lập là không nhỏ hơn 8 lần chiều dày tôn bao cánh giữ
h-ớng: 48, (mm). Chọn chiều rộng lập là bằng 60, (mm).
- Chiều dày tôn lập là không nhỏ hơn chiều dày x-ơng gia c-ờng cộng
thêm 2 milimet: 8, (mm). Chọn chiều dày lập là bằng 8, (mm).
3.3. Kết cấu trục đạo l-u:
3.3.1. Tính sơ bộ đ-ờng kính trục đạo l-u:
1. D-ới tác dụng của P
n
, M
.
Trục đạo l-u coi nh- một dầm siêu tĩnh có các thông số sau:
[]=0.4
ch
=1141.6, (kg/cm
2
) a=1.4, (m)
P
n
=15150, (kg) b=1.6,(m)
M
=6728, (kgm) l
1
=3, (m)
l
3
=0.2, (m) l
2
=0.5, (m)
Viết ph-ơng trình góc quay cho gối (1) với ẩn số là mômen M
1
:
0
633
12
2
'
1
1
1
'
1
EI
abP
EI
lM
EI
lM
n
- Mômen tại gối (1):
21
'
1
2
1
2 ll
ab
b
a
P
M
n
7953.7, (kgm)
- Mômen tại nhịp:
1
l
ab
PM
n
11312, (kgm)
- Phản lực tại các đế:
1
M'
l
ll
a
b
1
2
3
R'
1 n
P
1
R'
2
R'
