Đồ án thiết kế Động lực học tàu thủy: Thiết kế chong chóng tàu hàng rời, trọng tải 12000t, vận tốc VS = 13 KNOT, hoạt động vùng biển không hạn chế

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
BỘ MÔN LÝ THUYẾT THIẾT KẾ - KHOA ĐÓNG TÀU
THIẾT KẾ MÔN HỌC
ĐỘNG LỰC HỌC TÀU THỦY
THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU HÀNG RỜI, TRỌNG TẢI 12000t,
VẬN TỐC V
S
= 13 KNOT, HOẠT ĐỘNG VÙNG BIỂN KHÔNG HẠN
CHẾ CÓ CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU SAU:
L x B x d = 143 x 20,1 x 7,2
C
B
x C
M
x C
WL
= 0,82 x 0,99 x 0,89
x
B
/L = 1,5%
Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN VĂN VÕ
Người thực hiện : PHẠM VĂN CHUNG
Mã SV : 39354
Nhóm : N03
HẢI PHÒNG, NĂM 2013
MỤC LỤC
Tài liệu tham khảo:
• Tính toán tính di động của tàu có lượng chiếm nước (Nguyễn Văn Võ ) – 1.
• Bài giảng Động lực học tàu thủy 1–Trường Đại học Hàng Hải–Khoa Đóng Tàu – 2.
1

• Sổ tay Kỹ thuật Đóng tàu tập 1( Nhà Xuất Bản Khoa học –Kỹ thuật) – 3.
GIỚI THIỆU CHUNG:
Loại tàu: tàu hàng rời
Vùng hoạt động: vùng biển không hạn chế
Chiều dài tàu: L = 143 m
Chiều rộng : B = 20,1 m
Chiều chìm : d = 7,2 m
Hệ số béo thể tích: C
B
= 0,82
Hệ số béo sườn giữa: C
M
= 0,99
Hệ số béo đường nước: C
W
= 0,89
Trọng tải : DWT = 12 000tấn
Vận tốc : v
s
= 13 knot
Hình dạng mũi: mũi quả lê
PHẦN 1: TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO
1.1.Lựa chọn phương pháp tính
- Lựa chọn phương pháp:Seri tàu có hệ béo lớn của Viện Đóng Tàu Tokyo.
- Giới hạn của phương pháp:
2
C
B
=0,8÷0,875
=

B
L
5,8÷8,3
=
d
B
2,2÷3,5
=
L
x
B
1,5÷4,4 %
Hình dáng mũi:chữ V, mũi thẳng, mũi quả lê với đường nước nhọn, kiểu cái búa.
Hình dáng đuôi:chữ U, chữ V, đuôi kiểu xì gà
- Thông số tàu thiết kế:
C
B
= 0,82
=
B
L
143
7,114
20,1
=
=
d
B
20,1
7,2

=
2,792
=
L
x
B
1,5%
Như vậy, tàu thiết kế thỏa mãn các giới hạn của phương pháp Seri tàu có hệ béo lớn
của Viện Đóng Tàu Tokyo.Do đó lựa chọn phương pháp trên để tính lực cản của tàu.
1.2.Tính lực cản và công suất kéo
- Nội dung phương pháp:
Lực cản tổng cộng tác dụng lên thân tàu:
2
1
. . .
2
R C v S
ρ
=
trong đó:
ρ
- khối lượng riêng của nước,
ρ
=1,025 T/m
3
- vận tốc tàu, m/s
S- diện tích mặt ướt của tàu, m
2
. [2 1,37( 0,274) ]
B

B
S L d C
d
= + −
F
C
- hệ số lực cản, xác định theo công thức:
3
F R A AP
C C C C C
= + + +
với :
F
C
- hệ số lực cản ma sát, xác định theo công thức ITTC 1957
2
0,075
(lg Re 2)
F
C
=
−
R
C
- hệ số lực cản dư, xác định như sau:
/
( , / ). ( / ). .
B
R R B B d x K
C C C L B k B d k k

=
Các hệ số:
( , / )
R B
C C L B
tra đồ thị 1.36.
/
( / )
B d
k B d
: hệ số điều chỉnh sự sai khác giữa
/B d
của tàu tính toán và tàu
tiêu chuẩn, tra đồ thị 1.44[1].
B
x
k
: hệ số điều chỉnh sự sai khác giữa hoành độ tâm nổi tương đối
B
x
tính
toán với tàu tiêu chuẩn, tra đồ thị 1.45[1].
K
k
: hệ số tính cho hình dạng hình chiếu sườn đuôi khác với dạng chữ U, tra
đồ thị 1.47[1].
A
C
- hệ số ảnh hưởng của nhám,
A

C
= 0,1.10
-3
AP
C
- hệ số ảnh hưởng của phần nhô,
AP
C
= 0,05.10
-3
Bảng 1.1:Tính lực cản
4
Ứng với giá trị vận tốc của tàu là 13 knot ta được :
Lực cản của tàu R = 325,14kN
Công suất kéo của tàu P
E
= 2175,57kW
5
PHẦN II : TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG
2.1.Chọn vật liệu
- Vật liệu chế tạo là Đồng thau mangan đúc- Cấp 1.Ký hiệu:HBsC 1
- Đặc trưng cơ tính của vật liệu được thể hiện ở bảng sau:
Bảng 2.1:Đặc tính cơ tính của Đồng thau mangan đúc
Cấp vật liệu
Giới hạn bền chảy
(
σ
c
– N/mm
2

)
Giới hạn bền kéo
(
σ
k
– N/mm
2
)
Độ dãn dài
(
δ
– %)
HBsC 1 ≥ 175 ≥ 460 ≥ 20
Bảng 2.2:Thành phần hóa học của Đồng HBsC 1
Cu Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb
52 ÷ 62 % 0,5 ÷3% 0,5 ÷4% 35 ÷40 % 0,5÷2,5 % ≤1% ≤1,5 % ≤0,5%
2.2.Tính toán các hệ số tương hỗ
2.2.1. Hệ số dòng theo
- Theo Taylor, đối với tàu một chong chóng :
Hệ số dòng theo :
0,5. 0.05
T B
w C
= −
= 0,5.0,82-0,05= 0,36
Trong đó :
B
C
- hệ số béo thể tích,
B

C
=0,82
6
2.2.2. Hệ số hút
Hệ số hút :
.
T
t k w
=
= 0,9.0,365 = 0,324
trong đó :
k
- hệ số ảnh hưởng của hình dạng bánh lái, đối với bánh lái dạng tấm đơn
giản : k=0,9÷1,05, chọn k=0,9.
2.2.3. Hiệu suất ảnh hưởng của thân tàu.
Hiệu suất ảnh hưởng của thân tàu được tính theo công thức 6.36[2]:
H
Q T
1 1 t
.
i 1 w
η
−
= =
−
1,09
Trong đó:
+ 1/i
Q
cho tàu 1 chong chóng được tính gần đúng theo công thức:

1/i
Q
= 1 + 0,125(w
T
–0,1) = 1+0,125(0,36-0,1)=1,032
+ w
T
= 0,36 – hệ số dòng theo
+ t = 0,324 – hệ số hút
2.3. Chọn số cánh Z
- Để lựa chọn số cánh chong chóng (Z), ta dựa vào hệ số lực đẩy theo theo đường kính
DT
K
tính theo 2.1.4[1]
. .
ρ
=
DT A
K v D
T
- Nếu K
DT
2 thì chọn Z= 3, ngược lạinếu K
DT
<2thì chọn Z= 4
Ta có:
v
A
– vận tốc tiến của chong chóng,
.(1 )

= −
A S T
v v w
= 4,276 m/s
v
S
– vận tốc tiến của tàu(knot), v
S
= 13knot;
w
T
– hệ số dòng theo, w
T
= 0,36
D – đường kính sơ bộ chong chóng, D = 4 m
T – lực đẩy của chong chóng,
480,976kN
(1 )
= =
−
P
R
T
Z t
Zp – số cánh chong chóng, ZP = 1; t – hệ số hút, t = 0,324
ρ −
khối lượng riêngcủa nước,
ρ
= 1,025 tấn/m
3

=>Hệ số lực đẩy theo đường kính: K
DT
= 1,09 <2nên chọn số cánh chong chóng Z= 4
2.4. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền
- Để đảm bảo độ bền cho cánh chong chóng thì tỷ số đĩa được chọn không nhỏ hơn giá
trịtính theo 2.1.5[1]:
7
'
max
0 0
min
. .
0,375
100
.
 
 
≥ =
 ÷
 ÷
 
 
E E
A A
C Z mT
A A
D e
Trong đó:
C – hệ số kể đến loại vật liệu, đối với đồng thau - C = 0,06
Z – số cánh chong chóng, Z = 4

D – đường kính chong chóng sơ bộ, D = 4 m
max
max
e
e (0,08 0,10)
b
= = ÷
- tỷ số giữa chiều dày profile lớn lớn nhất của cánh
max
e
với chiều rộng profile của cánh, chọn
max
e 0,08
=
m – hệ số quá tải, đối với tàu hàng m = 1,15
T – lực đẩy của chong chóng, T = 480,976 kN
'
2/3
3
0
min
0,06.4 1,15.480,976
0,375 0,66
5.0,08 100
 
 
→ = =
 ÷
 ÷
 

 
E
A
A
Vậy chọn tỷ số đĩa cho chong chóng là
0
0,70
=
E
A
A
2.5. Tính toán chóng để lựa chọn động cơ
Tính toán chọn động cơ theo seri: B – 4 – 70(Z = 4,
0
0,70
=
E
A
A
)
Bảng 2.1: Tính toán các yếu tố cơ bản của chong chóng và lựa chọn động cơ
8
Dựa vào bảng tính ta xây dựng được đồ thị P
s
=f(N),D
OPT
= f(N), P/D = f(N),
( )
η = f N
D

Dựa vào đồ thị ta chọn được động cơ cần thiết:
Ta chọn máy có kí hiệu: MAN B&W 6S35MC
Công suất: P
s
= 4200 kW,
Vòng quay động cơ: n
H
= 170 r/min,
Các Thông số cơ bản của chong chóng:
Số cánh: Z = 4,
Tỷ số đĩa: A
E
/A
0
= 0,70,
Đường kính chong chóng: D = 3,81 m,
Bước tương đối: J = 0,396 ,
Tỷ số bước: P/D = 0,923,
Hiệu suất của chong chóng: η
D
= 0,467,
2.6.Kiểm tra xâm thực chong chóng
- Theo Schoenherr, để đảm bảo không xảy ra giai đoạn xâm thực thứ nhất thì tỷ số đĩa
không được nhỏ hơn giá trị tính theo 3.5.1[1]:
2
0 0
min
1,275. . ( . )
C
E

K
A
n D
A p
ξ
 
=
 ÷
 
= 1,275.1,6.
0,61
151,28
.(2,83.3,59)
2
= 0,66
trong đó:
9
ξ
- hệ số thực nghiệm phụ thuộc trọng tải,
ξ
= (1,3 ÷1,6).Đối với chong
chóng nặng tải,
ξ
= 1,6(để tránh tổn thất ở mút cánh)
( , / , )
C C
K K Z P D J
=
- hệ số đặc trưng xâm thực, tra đồ thị(hình 3.3[1]),
C

K
=0,42
0
p
- áp suất thủy tĩnh tại độ ngập sâu trục chong chóng, kN/m
2
0 0
. .
ρ ρ
= + −
A S
P P g h
= 101,340+10.5,226 – 2,32 = 150,065 kN/m
2
với :
.g
ρ
=10 kN/m
3
đối với nước biển
S
h
- độ ngập sâu của trục chong chóng, m
0,55.
= −
S
h d D
=7,2-0,55.3,81=5,105 m
2
0

2,32kPa 2,32kN / m
ρ
= =
n - số vòng quay chong chóng, n = 2,83 r/s
D - đường kính chong chóng, D = 3,81 m
- Tỷ số đĩa
0
E
A
A
= 0,7>
0
min
E
A
A
 
 ÷
 
=0,66 , do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chống xâm
thực.
2.7.Xây dựng bản vẽ chong chóng
2.7.1.Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng:
- Chiều rộng lớn nhất của cánh b
max
:
max
0
2,187.
.

E
AD
b
Z A
=
=
2,187.3,81
.0,7
4
= 1,458 m
- Từ đó ta có bảng hoành độ để xác định hình bao duỗi phẳng theo Seri B theo % của
bmax như sau:
Bảng 2.2:Hoành độ của hình bao duỗi phẳng
Bảng hoành độ của hình bao duỗi phẳng
10
r/R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Chiều
rộng
cánh
tính
theo %
chiều
rộng ở
bán
kính
0,6R
Từ trục
đến mép
đạp
46,89 52,75 56,34 57,66 56,1 51,37 41,71 25,39 -

Từ trục
đến mép
thoát
29,11 33,3 37,4 40,74 43,9 46,66 48,37 46,95 20,14
Chiều
rộng toàn
bộ
75,99 86,05 93,74 98,4 100 98,03 90,08 72,34 -
Khoảng cách từ
đường chiều dày
lớn nhất đên mép
đạp theo % chiều
rộng cánh
35 35 35,1 35,5 38,9 44,3 48,6 50 -
Chiều dày lớn nhất
tính theo %D
3,66 3,24 2,82 2,40 1,98 1,56 1,14 0,72 0,3
Bảng 2.3:Hoành độ hình bao duỗi phẳng (tính theo mm)
Bảng hoành độ của hình bao duỗi phẳng
r/R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1
Chiều
rộng
cánh
Từ trục
đến mép
đạp
962,93 1083,271156,991184,101152,071054,93856,55 521,41 -
Từ trục
đến mép
thoát

597,80 683,85 768,04 836,63 901,53 958,21 993,32 964,16
413,5
9
Chiều
rộng toàn
bộ
1560,53 1767,121925,042020,742053,592013,141849,881485,57 -
Khoảng cách từ
đường chiều dày
lớn nhất đên mép
đạp theo % chiều
rộng cánh
546,18 546,18 618,49 675,69 717,36 798,85 891,82 899,04
742,7
8
Chiều dày lớn
nhất tính theo %D
138,44 123,44 107,44 91,44 75,43 59,43 43,43 27,43 10,94
- Từ bảng trên, ta xây dựng được hình bao duỗi phẳng của chong chóng.
11
2.7.2.Xây dựng profin cánh:
2.7.2.1. Xác định chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện:
Bảng 2.8: Chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện
r
r
R
=
max
e
0,2 138,44

0,3 123,44
0,4 107,44
0,5 91,44
0,6 75,43
0,7 59,43
0,8 43,43
0,9 27,43
2.7.2.2.Bảng tung độ profin cánh :
Bảng 2.4: Bảng tung độ profin cánh theo Seri B
Từ điểm có chiều dày lớn nhất
tới mép thoát (% e
max
)
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp
(% e
max
)
Tun
g
độ
mặt
hút
r/
R
100
%
80
%
60
%

40
%
20
%
20
%
40
%
60
%
80% 90% 95
%
100
%
0,
2
-
53,5
5
72,6
5
86,9
96,4
5
98,6 94,5 87 74,4 64,35
56,9
5
-
0,
3

-
50,9
5
71,6 86,8 96,8 98,4 94 85,8 72,5 62,65 54,9 -
0,
4
- 47,7
70,2
5
86,5
5
97 98,2
93,2
5
84,3 70,4 60,15 52,2 -
0,
5
- 43,4 68,4 86,1
96,9
5
98,1 92,4 82,3 67,7 56,8 48,6 -
0,
6
- 40,2
67,1
5
85,4 96,8 98,1
91,2
5
79,3

5
63,6 52,2
43,3
5
-
0,
7
- 39,4 66,9 84,9
96,6
5
97,6 88,8 74,9 57 44,2 35 -
0,
8
-
40,9
5
67,8 85,3 96,7 97 85,3 68,7 48,25 34,55
24,4
5
-
0,
9
-
45,1
5
70 87 97 97 87 70 45,15 30,1 22 -
Từ điểm có chiều dày lớn nhất
tới mép thoát (% e
max
)

Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp
(% e
max
)
Tun
g
độ
mặt
đạp
r/
R
100
%
80
%
60
%
40
%
20
%
20
%
40
%
60
%
80% 90% 95
%
100

%
0,
2
30 18,2 10,9 5,45 1,55 0,45 2,3 5,9
13,4
5
20,3 26,2 40
0,
3
25,35 12,2 5,8 1,7 - 0,05 1,3 4,6
10,8
5
16,5
5
22,2 37,55
0, 17,85 6,2 1,5 - - - 0,3 2,65 7,8 12,5 17,9 34,5
12
4
0,
5
9,07 1,75 - - - - - 0,7 4,3 8,45 13,3 30,40
0,
6
5,1 - - - - - - - 0,8 4,45 8,4 24,5
0,
7
- - - - - - - - - 0,4 2,45 16,05
0,
8
- - - - - - - - - - - 7,4

0,
9
- - - - - - - - - - - -
-Từ bảng trên, ta xây dựng bảng tung độ profin cánh như sau:
Bảng 2.5: Tung độ profin cánh:
Từ điểm có chiều dày lớn nhất
tơi mép thoát (% emax)
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp
(%emax)
Tung
độ
mặt
hút
r/
R
100% 80%
60
%
40
%
20%
20
%
40%
60
%
80% 90% 95% 100%
0.2 - 75 101 121 134 137 132 121 104 90 79 -
0.3 - 63 88 107 119 121 116 106 89 77 68 -
0.4 - 51 75 93 104 106 100 91 76 65 56 -

0.5 - 40 63 79 89 90 84 75 62 52 44 -
0.6 - 30 51 64 73 74 69 60 48 39 33 -
0.7 - 23 40 50 57 58 53 45 34 26 21 -
0.8 - 18 29 37 42 42 37 30 21 15 11 -
0.9 - 12 19 24 27 27 24 19 12 8 6 -
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tơi
mép thoát (% emax)
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp
(%emax)
Tung
độ
mặt
đạp
r/
R
100% 80%
60
%
40
%
20%
20
%
40%
60
%
80% 90% 95% 100%
0.2 42 25 15 8 2 1 3 8 19 28 37 56
0.3 31 15 7 2 - 0 2 6 13 20 27 46
0.4 19 7 2 - - - 0 3 8 13 19 37

0.5 8 2 - - - - - 1 4 8 12 28
0.6 4 - - - - - - - 1 3 6 18
0.7 - - - - - - - - - 0 1 10
0.8 - - - - - - - - - - - 3
0.9 - - - - - - - - - - - -
-Từ bảng trên, ta tiến hành xây dựng bản vẽ hình bao duỗi phẳng và các profin tại các r/R
tương ứng.
2.6.3.Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
-Chọn góc nghiêng cánh bằn
γ
=15
o
-Cách xây dựng hình chiếu pháp và hình chiều cạnh:
Từ điểm O trên đường trục ở hình bao duỗi phẳng hình bao duỗi phẳng, theo hướng
về phía mép theo ta đặt một đoạn thẳng OH= P/2π = 560 mm, H gọi là điểm cực .Tại H kẻ
13
những tia đi qua điểm giao nhau giữa trục thẳng đứng với các bứn kính đường tròn r
i
khác
nhau.
Tại mút profin, tiến hành kẻ các đường thẳng tiếp tuyến song song và vuông góc với
tia HA, kết quả nhận được những đoạn cắt l
1
, l
2
, h
1
,h
2
.

Sau đó trên hình chiếu pháp, từ tâm O
1
kẻ các cung tròn bán kính ri và đặt theo cung
này các đoạn thẳng l
1
về bên phải và l
2
về bên trái .Cuối cùng ta nhận được điểm B và B’
nằm trên đường bao hình chiếu pháp của cánh.
Để xây dựng hình chiếu cạnh, từ điểm B và B’ theo phương song song với trục
chong chóng kẻ các đường thẳng nằm ngang và trên đó đặt các giá trị bằng h
1
về phía bên
phải và h
2
về phía bên trái tính từ điểm giao của đường vuông góc từ điểm A
2
ở bán kính r
i

trên đường chiều dày lớn nhất tại mặt đạp đến các đường nằm ngang nói trên.Cuối cùng ta
nhận được 2 điểm C và C’ nằm trên đường bao hình chiếu cạnh.
h
2
l
2
B'
B
l
1

l
2
A
2
A
2
C'
C
h
2
h
1
P/2
π= 690
mm
l
1
h
2
Hình 2.2: Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
-Với các bước xây dựng trên, ta tiến hành xác định các giá trị l
1
, l
2
, h
1
, h
2
Bảng 2.6:Các giá trị l
1

, l
2
, h
1
, h
2
:
r/R 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1
l
1
349 522 644 712 728 688 568 352 0
l
2
276 370 451 518 577 628 662 652 282
h
1
601 577 520 458 384 305 217 117 0
h
2
329 319 309 297 281 267 246 215 83
-Từ các giá trị trên, ta xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh theo các bước đã nêu.
2.7.4.Xây dựng củ chong chóng
2.7.4.1.Xác định đường kính trục chong chóng
-Đường kính
trục chong chóng :
1,12. .
B P C
d d k D
= +
= 373,8 mm, chọn

B
d
= 380 mm
trong đó :
P
d
- đường kính trục trung gian, xác định theo công thức :
14
3
92. (1 )
S
P
m
P
d k
n
= +
= 299,75 mm, chọn
P
d
= 300 mm
với :
.( 1)k q a
= −
= 0,28
q=0,4 đối với động cơ 4 kỳ
a = 2 đối với động cơ 6 xylanh (nội suy )
S
P
- công suất của động cơ,

S
P
=4200 kW
m
n
- số vòng quay định mức của trục chong chóng ,
m
n
=170 rpm
C
k
= 10- đối với ống bao trục là hợp kim đồng.
D – đường kính chong chóng, D = 6,26m
- Độ côn trục:
k
=1/12
-Chiều dài côn trục:
(90 95)%.
k H
l l
= ÷
= (0,99÷1,045)m, chọn
k
l
=1,1 m =1100 mm
2.7.4.2.Xác định kích thước củ chong chóng
-Chiều dài củ
Nguyên tắc được lựa chọn chỉ cần đủ để gốc cánh hoàn toàn nằm trong củ.Đồng thời
để thuận tiện sủa chữa, người ta khuyên chiều dài củ l
H

không nhỏ hơn (2÷3)%. Từ lý do
đó, chọn l
H
= 1,1 m = 1100 mm
-Độ côn củ chong chóng: k
H
=1/15÷1/20, chọn k
H
=1/15
-Đường kính trung bình của củ chong chóng:
0,167.
H
d D
=
= 0,636, chọn
H
d
= 0,65 m= 650 mm
-Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công cạo rà :
0
(0,25 0,3)
k
l l
= ÷
= (0,250÷0,300) m, chọn
0
l
= 0,300m = 300mm
-Chiều sâu rãnh khoét chọn theo khả năng công nghệ : 15 mm
2.7.4.3.Chọn và kiểm tra bền then

-Chiều dài then:
(0,9 0,95)
t k
l l
= ÷
= (1,08÷1,14)m, chọn
t
l
=1,1 m =1100 mm
Then được chọn theo tiêu chuẩn TCVN 2261 – 77: d = 380 mm
+Chiều rộng then: b= 80mm
+Chiều cao then: h = 40mm
+Chiều sâu rãnh then trên trục: t
1
= 25 mm
+Chiều sâu rãnh then trên lỗ :t
2
= 16mm
15
-Kiểm tra bền cho then ( điều kiện va đập mạnh)
Ứng suất dập cho phép : [
δ
] = 70Mpa
Ứng suất cắt cho phép :[
τ
] = 40 Mpa
Mômen xoắn phát sinh trên trục:
6
9,55.10 .
D

P
T
N
=
= 231.10
6
trong đó:
D
P
=0,98.
S
P
= 4116 kW và N= 170 rpm – công suất đẩy và vòng
quay định mức của động cơ.
Ứng suất dập phát sinh:
1
2.
. .( )
d
B t
T
d l h t
σ
=
−
= 56,34 Mpa < [
δ
] = 70Mpa
Ứng suất cắt phát sinh:
2.

. .
c
t
T
d l b
τ
=
= 16,90 Mpa < [
τ
] = 40 Mpa
→Như vậy, then đã chọn đảm bảo bền.
2.7.4.4.Chọn mũ thoát nước:
-Chiều dài mũ thoát nước:
0
(0,14 0,17).l D
= ÷
= (0,53÷0,64)m, chọn
0
l
= 0,6 m
-Bán kính cầu ở cuối mũ:
0
(0,05 0,1).r D
= ÷
= (0,190÷0,381) m, chọn
0
r
= 0,3 m
trong đó :
D

- đường kính chong chóng,
D
= 3,81 m
2.7.4.5.Tính khối lượng chong chóng:
-Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính theo công thức:
0,6 0,6
3 4 2
4
. . .( ). 6,2 2.10 0,71 . 0,59. . .
4.10
H
H
b e
d
Z
G D l d
D D D
γ γ
 
 
= + − +
 
 ÷
 
 
trong đó :
Z - Số cánh chong chóng, Z = 4
γ
- Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng,
γ

= 8600kG/m
3
D – Đường kính chong chóng , D = 3,81 m
H
d
- Đường kính củ chong chóng,
H
d
= 0,65 m
l
H
– Chiều dài củ chong chóng, l
H
= 1,1 m
e
0,6
- Chiều dày cánh tại vị trí r=0,6R,e
0,6
= 0,075 m
b
0,6
– Chiều rộng cánh tại vị trí r=0,6R, b
0,6
= 1,458 m
16
→Khối lượng chong chóng : G = 6359kg 6,4 T
2.7.5.Xây dựng tam giác đúc:
-Bán kính đặt tam giác đúc:
(50 60)R R
φ

= + ÷
= (3180÷3190 )mm, chọn
R
φ
=1960 mm
-Chiều dài tam giác đúc:
1 2
l l l
φ φ φ
= +
= 3079 mm
Với:
1
1
1 2
2. .
.
R
l
Z
φ
φ
π
ϕ
ϕ ϕ
=
+
=1268 mm
2
2

1 2
2. .
.
R
l
Z
φ
φ
π
ϕ
ϕ ϕ
=
+
= 1811 mm
1
ϕ
= 35
o
,
2
ϕ
=50
o
được xác định từ hình vẽ.
-Chiều cao tam giác đúc:
P
h
Z
φ
=

= 879 mm
Với:
P – Bước của chong chóng, P = 3,516 m = 3516 mm
Z – Số cánh chong chóng, Z = 4
-Vị trí đường trung bình của củ chong chóng cách cạnh huyền của tam giác đúc một đoạn:
.
R
R
m m
R
φ
φ
=
=523 mm
với :
R
φ
- Bán kính đặt tam giác đúc,
R
φ
= 1960 mm
R- Bán kính chong chóng, R = 1905 mm
R
m
- Khoảng cách đo từ mút cánh đến đường tâm giả định, được xác định
trên hình chiếu cạnh,
R
m
=509 mm
17

2.8.Kiểm tra bền chong chóng:
2.8.1 Chiều dày cánh:
- Theo quy chuẩn 2010 (TCVN 2010 phần 3 chương 7) thì chiều dày cánh tại bán
kính 0,25R và 0,6R đối với chong chóng cố định và tại bán kính 0,35R và 0,6R đối với
chong chóng biến bước không nhỏ hơn trị số xác định theo công thức sau.
1
2
K H
t = SW
K ZNl
(cm)
Trong đó:
t - Chiều dày cánh trừ góc lượn của chân cánh,cm
H - Công suất liên tục lớn nhất của máy chính, kW
Z - Số cánh chong chóng
N - Số vòng quay liên tục lớn nhất chia cho 100
l - Chiều rộng cánh tại bán kính đang xét
Bảng 2.7:Kiểm tra bền theo QCVN:
STT Công thức tính toán Đơn vị
Trị số
0,25R 0,6R
1 H = P
S
kW 4200 4200
2 N = N
P
/100 rpm/100 1.700 1.700
3 l - chiều rộng cánh cm 118.400 145.800
4 k
1

- tra bảng 1.620 0.281
5 k
2
- tra bảng 0.386 0.113
6 k
3
- tra bảng 0.239 0.022
7 Bước tại bán kính đang xét P' m 3.517 3.517
8 Bước tại bán kính 0,7R m 3.517 3.517
9
1 2 3
2
1
30,3 D P'
K = k +k
P D
P'
1+k
D
 
 ÷
 
 
 ÷
 
12.137 3.885
10 k
4
- tra bảng 1.920 1.240
11 k

5
- tra bảng 1.710 1.090
12 E - độ nghiêng cánh cm 50.80 50.80
13 t
0
cm 17.15 17.15
14 K - hệ số phụ thuộc vào vật liệu 1.150 1.150
15
2 2
2 4 5
0
E D N
K = K - k +k
t 1000
 
 ÷
 
0.870 0.950
16 0.810 0.810
18
0,095 0,677
S
S
D
S
d
= +
17 S 0.810 0.810
18
1

2
1,3 0,22 1
0,95
e
a
D P
C
P D Z
 
 
= − + −
 
 ÷
 
 
0.330 0.330
19
2
1,19
1,1 0,2 1
0,95
e
a
D P
C
P D Z
 
= − + −
 ÷
 

0.199 0.199
20
3
0,122 0,0236
P
C
D
= +
0.136 0.136
21
0,625 0,04 4 0,527
B
S
B B
w C
D d
 
 
 
= + + −
 
 ÷
 
 
 
0.373 0.373
22
7,32 1,56 0,04 4
B
S

B B
w C w
D d
 
 
 
∆ = − + −
 
 ÷
 
 
 
0.328 0.328
23
1
1
w
A
w C
∆
=
+
0.466 0.466
24
2
2
w
A
w C
∆

=
+
0.573 0.573
25
( ) ( )
( ) ( )
1 2
3
3 2 1
1
1
C C w
A
C C C w
+ +
=
+ +
6.629 6.629
26 A
4
3.520 1.260
27
2 3 4 1
3 1
'
1 1,724
'
P
A A A A
D

W
P
A A
D
+
= +
+
2.800 2.800
28
1
2
K
H
t = SW
K ZNl
cm 12.847 6.267
29 Chiều dày cánh thực tế cm 13.090 7.540
Kết luận : Chong chóng đủ bền
19
2.7.2 Tính bán kính góc lượn:
Theo quy phạm thì bán kính góc lượn giữa chân cánh và củ chong chong không nhỏ hơn trị
số Ro xác định theo công thức sau :
( ) ( )
B 0 1
0 1
e-r t -t
R = t +
e
Trong đó:
R

0
– bán kính yêu cầu góc lượn,cm
t
1
– chiều dày qui định cánh tại 0,25R, t
1
= 13,09 cm
t
0
– chiều dày giả định cánh tại đường tâm của trục, t
0
= 171,5 cm
r
B
– tỉ số bước của chong chóng,
0,167
H
B H
r
r d
R
= = =
e = 0,25 (Hệ số vói chong chóng có bước cố định)
Do đó: R
0
= 14.43 cm
Bán kính góc lượn thực tế giữa mặt đạp chân cánh và củ là R = 15 cm
Bán kính góc lượn phía mặt hút giữa cánh và củ là R = 20,3 cm
Vậy chong chóng thoả mãn điểu kiện bền theo qui phạm
2.9.Tính toán và xây dựng đồ thị vận hành của chong chóng:

2.9.1.Tính toán các đặc trưng không thứ nguyên của chong chóng làm việc sau thân tàu
- Tính toán lực đẩy chong chóng có để ý đến dòng theo và lực hút(chong chong làm
việc sau thân tàu) là:
2 4
B TB
T K . .n .D
= ρ
- Công suất để quay chong chóng và hệ trục là:
2 4
QB
D
B P
2 .K . .n .D
P
.
π ρ
=
η η
Trong đó:
K
TB
, K
QB
– hệ số lực đẩy và mô men chong chóng tính toán có để ý đến sự tác
động tương hỗ giữa thân tàu và chong chong, nó là hàm của mỗi bước tương đối J
v
của
chong chóng
Hệ số hút t
0

ở chế độ buộc có thể được xác định theo giá trị tốc độ trượt tính toán s
p

và hệ số t
t
0
= s
p
.t
Trong đó:
t – hệ số hút ở chế độ tính toán, xác định ở phần trước, t = 0.324
s
p
– giá trị tốc độ trượt tính toán
Việc tính toán K
TB
và K
QB
được chỉ ra ở bảng sau:
Bảng 2.7 :Các đại lượng không thứ nguyên của chong chóng làm việc sau thân tàu
20
TT
Đại lượng tính toán
Giá trị tính toán
1
J ( các giá trị tự cho)
0.2
0.3 0.4 0.5 0.6 0.7
2
K

T
(J;P/D)-tra đồ thị
0.54
0.32 0.28 0.23 0.19 0.14
3 η
0
(J;P/D)-tra đồ thị
0.23
0.33 0.43 0.53 0.60 0.66
4
0
.
2 .
T
Q
k J
k
π η
=
0.076 0.046 0.041 0.035 0.030 0.023
5
1
/
J
s
P D
= −
0.783 0.675 0.567 0.458 0.350 0.242
6 t = t
0

/s
p
0.236 0.274 0.326 0.404 0.529 0.766
7 K
TB
= (1-t).K
T
0.270 0.229 0.189 0.137 0.090 0.033
8 w
T
0.360 0.360 0.360 0.360 0.360 0.360
9
i
Q
=[1+0,125(w
T
-0,1)]
-1
0.969 0.969 0.969 0.969 0.969 0.969
10 K
QB
=i
Q
.K
Q
0.049 0.044 0.040 0.033 0.029 0.023
11
(1 )
V
T

J
J
w
=
−
0.313 0.469 0.625 0.781 0.938 1.094
Chú ý :
-Các giá trị J trên được lấy trong khoảng (0 ÷0,9 )P/D = (0÷0,83)
-Giá trị J
P
được xác định theo vận tốc chong chóng đã xác định từ phần 2.5
2.9.2.Tính toán các đặc trưng của chong chóng sau thân tàu
Tính toán các đặc trưng của chong chóng:
Giả thiết vòng quay của chong chóng với các giá trị như sau:
n = 140 ; 150 ; 160 ; 170; 180 rpm
Bảng 1: n = 140 rpm = 2,33 rps
21
Bảng 2: n = 150 rpm = 2,5 rps
Bảng 3: n = 160 rpm = 2,67 rps
Bảng 4: n = 170 rpm = 2,83 rps
22
Bảng 5: n = 180 rpm = 3 rps
2.9.3.Tính toán đường đặc tính ngoài động cơ
Đặc tính hạn chế ngoài của động cơ chính thường có trong các tài liệu kỹ thuật đi
kèm với các nhà máy chế tạo hoặc trong các phụ lục của các sổ tay. Để tính gần đúng đặc
tính của động cơ chính, ta có thể sử dụng các quan hệ gần đúng sau :
-Đối với động cơ đốt trong có tua-bin khí tăng áp
2
.
S SP

H
n
P P
n
 
=
 ÷
 
trong đó:
SP
P
-công suất động cơ,
SP
P
=
S
P
= 4200kW
- vòng quay của động cơ, = 140; 150; 160; 170; 180 rpm
H
n
-vòng quay định mức của động cơ,
H
n
=170 rpm
Bảng 2.9: Công suất động cơ theo vòng quay:
Vòng quay giả thiết của chong chóng
rpm 140 150 160 170 180
2
S H

H
n
P ( ) .P
n
=
kW 2848.4 3314.7 3720.6 4200 4697,2
-Từ các bảng trên, ta tiến hành xây dựng đường cong đặc tính vận hành của tàu bao gồm:
( )
S
R f v
=
,
( , )
E S
T f n v
=
,
( , )
S S
P f n v
=
,
( )
S
P f n
=
,
S ct
P
23

24