Đồ án thiết kế hệ động lực chính
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (956.68 KB, 46 trang )
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Chương 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ ĐỘNG LỰC.
1.1/ Khảo sát các đặt tính kỹ thuật cần thiết của tàu mẫu.
1.1.1 Chọn tàu mẫu.
a/ Phân tích các đặc tính của tàu mẫu.
-
Chế độ chạy tự do: Tàu ở trạng thái 1 xuất bến với 0% hàng và 100% dự trữ. Chế
độ hoạt động ở trạng thái này thì tàu chạy với vận tốc tự do, sức cản của tàu là lớn
-
•
•
•
•
nhất, chân vịt chạy ở chế độ tự do.
Chế độ chạy nặng tải:
+ Ở chế độ này chân vịt phải làm việc ở điều kiện nặng tải, sức cản tác dụng lên
thân tàu lớn, cộng thêm sức cản của lưới khai thác(đối với trạng thái 5)
+ Các trạng thái mà tàu phải chạy ở chế độ nặng tải:
Trạng thái 2 tàu có 100% lượng hàng, 10% dữ trữ và nhiên liệu
Trạng thái 3 tàu 20% hàng ,10% dữ trữ và nhiên liệu, lưới ướt
Trạng thái 4 tàu thu 1 mẻ 0,5 tấn cá, 25% dữ trữ và nhiên liệu, lưới ướt
Trạng thái 5 tàu đang thu lưới hướng ngang tàu, 25% dữ trữ và nhiên liệu.
b/ Chọn tàu mẫu.
Trên cơ sở phân tích các đặc tính làm việc của tàu mẫu, em đưa ra phương án thiết
kế cho đề tài em được giao là mô hình được tham khảo từ tàu mẫu. Tàu mẫu được
tham khảo trong đề tài của em là tàu cá, mang số hiệu TC001-ĐNA do công ty thiết
kế tàu thủy “ Tân Tiến Phong “ thiết kế, lưu trữ ở cục khai thác và bảo vệ nguồn lợi
thủy sản Đà Nẵng.
Bảng 1.1: So sánh tàu tham khảo và tàu thiết kế
STT
Thông số
Tàu mẫu
Tàu thiết kế
So sánh
2
4
6
7
8
10
11
N (CV)
Lpp (m)
Btk (m)
D (m)
d (m)
Cb
Lượng chiếm nước
(T)
840
19,5
6,5
2,95
2,32
0,7
211
800
17.5
5.8
2.6
2
0.69
143.6
4%
10%
11%
12%
14%
1%
30%
SVTH: Lê Anh Nam
1
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
14
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Vùng hoạt động
Cấp I
Cấp I
Cùng
Như vậy, theo phân tích em chọn tàu mẫu có các thông số như bản nêu trên.
1.1.2/ Phân tích bố trí hệ động lực của tàu mẫu.
Tàu mẫu chọn phương án bố trí hệ động lực phía đuôi tàu.
a/ Ưu điểm:
-Đảm bảo tính liên tục khi tàu bố trí các khoang để hầm cá , hầm đá ,phụ tùng thiết bị
....không là gián đoạn sức chở
- Bố trí hệ trục ngắn làm giảm tổn hao hiệu suất nâng cao công suất có ích
-Tàu phục vụ mục đích đánh cá nên sẽ làm tăng khả năng khai thác của tàu trong các
trường hợp kéo thả lưới, thu lưới và thu gom cá..
- Nâng cao lợi ích kinh tế giảm giá thành của hệ trục.
b/ Nhược điểm:
- Ổn định dọc của con tàu kém do hệ trục và máy nằm về phía đuôi tàu là mất cân bằng
dọc của tàu
- Tầm nhìn quan sát của thuyền trường giảm vì có phát sinh khoảng cách từ lầu lái ở phái
đuôi tới mũi tàu
- Tàu đóng bằng vỏ gỗ nên kết cấu có độ bền thấp nên phải gia cường mạnh về phía đuôi
tàu để đảm bảo sức bền cho con tàu hoạt động
-Khả năng sinh tồn của tàu sẽ giảm nếu trường hợp tàu 1máy chính và 1 hệ trục khi đó
nếu có sư cố mà ko khắc phục được tàu sẽ khó vượt qua và đây là hạn chế lớn nhất trong
quá trình khai thác của tàu mẫu cần khắc phục.
1.2/ Phân tích phương án bố trí hệ động lực.
1.2.1/ Các phương án bố trí hệ động lực.
Có 3 phương án bố trí hệ động lực: bố trí phía mũi, lái và đuôi.
- Phương án 1: Bố trí phía lái.
Ưu điểm: Hệ trục ngắn, thuận tiện trong gia công lắp ráp và tận dụng được dung
tích các khoang chứa. Vì vậy thường được bố trí cho các tàu chở hàng rời đồng nhất
như: chở dầu, than, quặng, container…
SVTH: Lê Anh Nam
2
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Nhược điểm: Diện tích buồng máy chật hẹp, khó bố trí các trang thiết bị, cân bằng
dọc khó hơn và hiện tượng dao động cộng hưởng dễ xảy ra giữa máy chính và chân
vịt, khó quan sát điều khiển tàu nếu cabin máy lái nằm ngay trên buồng máy.
- Phương án 2: Bố trí phía mũi.
Ưu điểm: Quan sát điều khiển tàu dễ hơn, cho nên được áp dụng cho các tàu lai dắt,
tàu đẩy hoặc tàu đánh cá có boong thao tác phía đuôi tàu.
Nhược điểm: Hệ trục dài hoặc rất dài dẫn đến gia công, lắp ráp phức tạp hơn. Hệ
trục phải đi qua nhiều khoang hàng và vách ngăn choán dung tích khoang hàng, khó
bố trí và kiểm tra trong quá trình vận hành. Cân bằng dọc của tàu khó hơn.
- Phương án 3: Bố trí ở giữa.
Ưu điểm: Buồng máy ở giừa thì dung hòa được các nhược điểm nêu trên, việc cân
bằng tàu dễ dàng hơn. Thường áp dụng cho tàu chở hàng khô hỗn hợp.
Nhược điểm: Hệ trục vẫn phải đi qua các khoang hàng, choán chỗ, phân chia
khoang khó hơn, bóc xếp hàng phiền phức hơn.
b/ Lựa chọn phương án bố trí buồng máy cho tàu thiết kế.
Vậy theo yêu cầu của tàu thiết kế, cũng như phạm vi áp dụng của từng phương
pháp bố trí hệ động lực. Em chọn phương án 1 là bố trí hệ động lực nằm về phía lái
tàu.
1.2.2/ Phân khoang.
a) Xác định khoảng sườn.
Khoảng cách sườn được tính theo Quy phạm, như sau:
- Khoảng cách của các sườn ngang (s) được tính theo công thức sau đây:
a ≥ L + 20 = 375 (mm).
Với: L = 17,5 (m), chọn a = 400 (mm).
- Khoảng cách giữa các dầm dọc được tính theo điều 5.2.2 của Quy phạm:
S = 550 +2.L = 550+2.17,5 = 585 (mm).
Chọn s = 600 (mm).
b) Tiến hành phân khoang.
Trên cơ sở khoảng cách sườn đã tính toán, chia chiều dài tàu thành khoảng sườn thực,
với khoảng cách sườn tại các khu vực như sau:
-
Chiều dài khoang đuôi: Lđ = 2,8 (m) ( từ sườn 0 đến sườn 7 ).
SVTH: Lê Anh Nam
3
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
-
-
-
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Chiều dài khoang máy: Lmc = 4,8 (m) ( từ sườn 7 đến sườn 19 ).
Chiều dài khoang mũi: 5%L < Lm < 5%L+3,05 (m).
Với L=17,5 (m), chọn chiều dài khoang mũi: Lm = 1,2 (m)
Như vậy, chiều dài của khoang cá và khoang đá, sẽ còn:
Lcd=Ltk-Lm-Lmc-Lđ=17,5-1,2-2,8-4,8=8,8(m).
Chiều dài khoang cá: bố trí 2 khoang cá.
+ Khoang cá: 3,6(m) mỗi khoang.
Khoang cá 1 ( từ sườn 19 đến sườn 28 )
Khoang cá 2 ( từ sườn 32 đến sườn 41 )
+ Khoang đá: 1,6(m). ( từ sườn 28 đến sườn 32 ).
Khoang mũi: 1,2(m) ( từ sườn 41 đến sườn 44 ).
1.3/ Bố trí sơ bộ hệ động lực chính.
Phát thảo sơ bộ vị trí đặt máy – hệ trục:
-
Sơ đồ phân khoang:
-
Bố trí sơ bộ buồng máy:
SVTH: Lê Anh Nam
4
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
1350
1100
815
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
210
383
1710
160
1990
1165
6500
100
120
3437
1100
1895
497
SVTH: Lê Anh Nam
704
461
303
5
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Chương 2: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ ĐỘNG LỰC CHÍNH.
2.1/ Tính lực cản
2.1.1/ Lựa chọn phương pháp tính.
Phương pháp lựa chọn: Oortsmersena.
Phạm vi áp dụng: sử dụng cho tàu cá và tàu chạy nhanh.
Nội dung phương pháp:
-
Sức cản tàu cá khi chạy kéo lưới được tính theo phương pháp Oortsmerssen:
[CT8- 61; tr463; 4]
Trong đó:
+ Chiều dài tính toán:
+ Hệ số
. Do
nên
được tính theo:
với:
lcb :Tâm nổi thân tàu với tàu CB > 0.65 tính theo công thức bề thử Wagerningen :
•
Với : là góc vào nước:
•
Hệ số di,0…di,11:
SVTH: Lê Anh Nam
6
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
I
1
2
3
4
di,0
di,1
di,2
di,3
di,4
di,5
di,6
79,32134
-0,09287
-0,00209
-246,459
187,1366
-1,42893
0,11898
6714,884
19,83
2,66997
-19662
14099,9
137,3361
-13,3694
-908,444
2,52704
-0,35794
755,1866
-48,9395
-9,86873
-0,77652
3012,15
2,71437
0,25521
-9198,81
6886,6
-159,927
16,2362
di,7
di,8
di,9
di,10
di,11
0,15727
-0,00064
-2,52862
0,50619
1,62851
-4,49852
0,021
216,4492
-35,076
-128,725
3,7902
-0,01879
-9,24399
1,28571
250,6491
-0,82014
0,00225
236,38
-44,1782
207,256
•
Sau khi tính ta có bảng hệ số Ci;i=1,2,3,4:
+
: được tính theo công thức sau:
•
•
•
•
• Với: Hệ số
SVTH: Lê Anh Nam
7
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
• Số Froude của tàu:
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
[CT8- 30; tr450; 4]
Gia tốc trọng trường
+ Hệ số sức cản ma sát tính theo ITTC-57:
với: Số Reynol:Re = v.LD/
Độ nhớt động học của nước biển tại 21,11oC: m2/s-1)
+
: Hệ số sức cản ma sát bổ sung
•
cho tàu vỏ gỗ
•
cho bánh lái
trong đó:
cho ky đứng
cho không khí
+ : mật độ nước biển tại 70oF ,
+ Diện tích mặt
ướt tàu được tính theo :
Cho dải vận tốc kéo lưới của tàu
công suất kéo theo các bước sau:
B1: Cho dải vận tốc kéo lưới
B2: Tính
.
.
B3: Tính số Froude
B4: Tính
ta thực hiện tính sức cản tàu khi kéo lưới và
.
.
SVTH: Lê Anh Nam
8
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
B5,…,B8: Tính giá trị
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
.
B9,…B12: Tính giá trị
( bảng 4 - 3).
B13: Tính tổng
.
B14: Tính số Reynol:Re = v.LD/
Tính hệ số sức cản ma sát
.
B16: Tính hệ số sức cản ma sát bổ sung
.
B17: Tính tổng hệ số sức cản ma sát
.
B18: Tính sức cản sóng của tàu
B19: Tính sức cản ma sát của tàu
.
B20: Tính sức cản toàn tàu khi kéo lưới
sức cản ma sát của tàu.
với RW; Rf là sức cản song và
B21: Tính công suất kéo lưới
.
2.1.2/ Tiến hành tính toán.
Vận tốc kéo yêu cầu : Vk = 6 (hl/h). Với Ld = 17,5 (m).
T
T
1
2
3
4
5
6
Đại lượng
tính
Vận tốc
tàu (hl/h)
Vận tốc
tàu (m/s)
Số Froude
(-)
Fr-2
f1
f2
SVTH: Lê Anh Nam
Ký hiệu
Giá trị tính
Vs
6
7
8
9
10
V
3.084
3.598
4.112
4.626
5.14
Fr
Fr-2
f1
f2
0.235
18.05
0.58
0.01
0.275
13.26
0.67
0.03
0.314
10.15
0.74
0.06
0.353
8.02
0.79
0.11
0.392
6.50
0.82
0.17
9
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
7
8
9
10
11
12
f3
f4
C1
C2
C3
C4
f3
f4
C1
C2
C3
C4
13
14
15
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
0.0024
0.01
-0.00492
0.40
-0.19
0.16
0.0064
0.0114
0.0160
0.03
0.06
0.11
-0.00492 -0.00492 -0.00492
0.40
0.40
0.40
-0.19
-0.19
-0.19
0.16
0.16
0.16
0.0196
0.17
-0.00492
0.40
-0.19
0.16
55054575
0.00228
0.0109
6423033
8
0.00222
0.0301
7340610
0
0.00218
0.0570
8258186
3
0.00214
0.0888
9175762
5
0.00211
0.00037
0.00037
0.00037
0.00037
0.00037
0.0009
Số Renol
Cf
Re
Cf
16
17
Cf +
Cf +
0.00265
0.00259 0.00255 0.00251 0.00248
Lực cản
18
sóng (KG)
Rw
129.95
1571.48 4322.96 8184.50 12744.41
Lực cản
19
ma sát
(KG)
Rf
176.52
235.53
302.44
377.14
459.53
Lực cản
20 tổng cộng
(KG)
RT
306.47
1807.00 4625.40 8561.64 13203.94
Lực cản
21 tổng cộng
(KG)
RT
30.65
180.70
462.54
856.16
1320.39
Lực cản
22 tổng cộng
18070.0 46253.9 85616.3 132039.4
(KN)
Rt
3064.66
3
8
6
1
CS kéo
23 lưới (CV)
EHP
12.60
86.69
253.60
528.08
904.91
Để tính sức cản tàu khi kéo lưới, cũng như công suất kéo cho dải vận tốc kéo lưới của tàu
vs (hl/h).
Bảng tính 2.1: Bảng tính sức cản và công suất máy.
* Giải thích số liệu tính toán:
Theo như bảng số liệu tính toán trên ta có thể thấy:
SVTH: Lê Anh Nam
10
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Khi tàu kéo lưới ở vận tốc kéo thiết kế là Vk, thì máy chính sẽ trích 1 phần nhỏ công suất
của máy để duy trì vận tốc kéo của tàu ( chống lại sức cản vỏ tàu ), phần công suất còn lại
của máy sẽ được chuyển thành lực để kéo lưới.
Để trực quan cho những giải thích trên ta có thể xem đồ thị sức cản và công suất kéo của
tàu theo vận tốc kéo của tàu ở đồ thị ........
Hình 2. 1. Đồ thị lực cản và công suất kéo tàu.
2.1.3/ Tính chọn máy.
-
Dựa vào phương án mà đề tài được đưa ra cùng số liệu kết quả của quá trình tính
toán sức cản. Phương án được chọn, là chọn máy của hãng YUCHAI với số hiệu là
-
YC6T400C.
Đặc tính cơ bản của máy:
+ Công suất máy phù hợp với điều kiện của tàu được thiết kế (400-440 CV ).
+ Kích thước của máy phù hợp với buồng máy nhỏ của tàu cá.
+ Số vòng quay và tỷ số truyền của hộp số:
+ Các thông số cụ thể của máy YC6T400C:
Bảng 2.2. Catalog động cơ YC6T400C.
Tên động cơ
Thế hệ động cơ
Số - đường kính - hành trình của
xilanh
Tổng dung tích xilanh
Công suất liên tục/tốc độ
Công suất tối đa
Kiểu phun nhiên liệu
Phương thức khởi động
Trọng lượng
Hệ thống làm mát
YC6T400C
Động cơ 4 kỳ, kiểu đứng, 6 xylanh – thẳng hàng, làm
mát bằng nước
6x145x165
16,35L
294kW(400HP)/1500rpm
323kW(440HP)/1548rpm
Phun trực tiếp
Khởi động điện hoặc khí
1960kG
Làm mát bằng nước
Bảng 2.3. Thông số hộp số sử dụng cho động cơ YC6T400C.
SVTH: Lê Anh Nam
11
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Tên gọi
KMH61A
Hộp số thủy lực
78kG
3.43
428
Kiểu hộp số
Trọng lượng
Tỉ số truyền
Tốc độ quay của trục chân vịt
Chiều quay hộp số
SVTH: Lê Anh Nam
Cùng chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ
12
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
2.2) Thiết kế chân vịt.
Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo
2.2.1/ Thông số ban đầu.
Bảng 2.5. Thông số thiết kế ban đầu
STT
1
2
3
4
5
Thông số
Chiều dài tàu
Chiều rộng tàu
Chiều cao mạn
Chiều chìm tàu
Hệ số béo thể tích
Kí hiệu
L
B
T
d
CB()
Trị số
17,5
5,8
2,6
2
0,69
6
Hệ số béo sườn giữa
0,92
7
8
9
10
11
12
13
14
Hệ số béo đường nước
Hệ số béo lăng trụ
Lượng chiếm nước
Công suất máy chính
Số vòng quay máy chính
Tỉ số truyền của hộp số
Vận tốc sơ bộ của tàu
Bố trí buồng máy
CM()
CW(
)
CP(φ)
Ne
N
i
vsb
Phía đuôi
0,94
0,76
143,6
800
1500
3.43
6
Đơn vị
(m)
(m)
(m)
(m)
(tấn)
(CV)
(v/p)
(Hl/h)
2.2.2/ Thiết kế sơ bộ chân vịt.
a/ Chọn sơ bộ và tính toán các thông số của chân vịt.
- Số lượng chân vịt:
Zp=2.
- Series chân vịt:
chân vịt nhóm B-Wageningen.
- Số cánh chân vịt:
4.
- Profil cánh:
dạng profil cánh máy bay.
- Vật liệu chế tạo:
đồng thau.
- Đồ thị sử dụng:
Taylor.
b/ Tính toán các thông số của chân vịt:
SVTH: Lê Anh Nam
13
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Số vòng quay và tốc độ tịnh tiến chân vịt.
- Sử dụng hộp số thủy lực với hiệu suất ηhs = (0,95-0,97). Chọn ηhs =0,95.
- Ta lấy số vòng quay của hộp số là số vòng quay của trục ra của máy chính.
- Số vòng quay đầu ra của hộp số: Nhs= nm/ihs = 1500/3,43 = 437 (v/ph).
( lấy số vòng quay đầu vào hộp số bằng với số vòng quay do máy tạo ra)
- Như ta đã biết, thì tần suất quay của chân vịt bằng 0.98 – 0.99 tần suất quay định mức do
máy truyền đến, vậy ta có số vòng quay trục chân vịt:
Ncv = Nhs.0,98 = 437.0,98 = 428 (v/ph).
- Ta có tốc độ tịnh tiến chân vịt: va = v.(1-w) = 6.(1-0,2) = 4,8 (Hl/h).
Tính toán hệ số lực hút và hệ số dòng theo.
- Áp dụng công thức Keldvil đối với tàu kéo 2 trục chân vịt để tính hệ số dòng theo:
Ta có:
- Áp dụng công thức Heckscher đối với tàu cá lưới kéo ta có:
Hệ số lực hút:
Công suất dẫn đến trục chân vịt:
- Phát thảo sơ bộ bộ truyền từ máy chính đến chân vịt:
1. Máy chính
2. Khớp nối
3. Hộp số 4. Máy phát điện
5. Trục trung gian 6. Trục chân vịt 7. Chân vịt
Hình 2.2: Hệ động lực chính.
SVTH: Lê Anh Nam
14
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
- Tính toán công suất dẫn đến trục chân vịt:
+ Công thức tính: PD = ηB.ηS. ηhs.PE.
Trong đó:
ηB = 0,97 : hiệu suất gối đỡ.
ηS = 0,95 : hiệu suất đường trục
ηhs = 0,96 : hiệu suất hộp số thủy lực.
PE = 400: công suất của máy.
(CV)
+ Tính toán: PD = 0,97.0,95.0,96.400 = 353,856 (CV).
+ Chuyển đổi sang đơn vị HP:
Tính sơ bộ lực đẩy chân vịt:
Lực đẩy của chân vịt T (KG) trong giai đoạn thiết kế ban đầu tính theo công thức kinh
nghiệm, dựa vào công suất máy chính PD (CV) cung cấp cho chân vịt và điều kiện khai
thác của tàu.
T = (8,5 ÷ 12).PD = 9. 353,856= 3184,704 (kG).
Tính sơ bộ đường kính chân vịt:
Đường kính sơ bộ của chân vịt được xác định theo công thức kinh nghiệm:
Trong đó: PD = 353,856 (CV) : Công suất dẫn động đến chân vịt.
(v/s) :Số vòng quay chân vịt trong 1 giây.
⇒
(m).
Chọn sơ bộ tỷ số mặt đĩa chân vịt:
Tỷ số diện tích mặt đĩa chọn theo điều kiện xâm thực chân vịt của bể thử Wagningen:
Trong đó:
- Z = 4 : số cánh chân vịt.
- D = 2,1 (m) : đường kính chân vịt.
- T = 3184,704 (KG) : lực đẩy của chân vịt.
SVTH: Lê Anh Nam
15
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
- K = 0,15 : tàu 2 chân vịt.
-
d= 2 (m): chiều chìm thiết kế
- Độ cao tâm trục chân vịt (h) so với đường cơ sở:
= 1,23 (m)
- Độ sâu trục chân vịt so với mặt nước:
Hs = d – h = 2– 1,23= 0,77 (m)
- Áp suất tĩnh (p0) tính đến điểm trong lòng chất lỏng, ngang trên tâm trục chân vịt,
cách mặt thoáng Hs (m) theo công thức trong cơ học chất lỏng:
p0 = pa + γ.Hs = 10330 + 1025.0,77 = 11114(KG/m2).
+ Pa = 10330(KG/m2) : áp suất khí quyển.
+ γ = 1025 (kG/m3) : trọng lượng riêng nước biển.
+ Áp suất hơi bão hòa ở 250C: pd = 335,5(KG/m2)
⇒
ae =
Lấy tỷ lệ diện tích mặt đĩa thấp nhất ae = 0,4.
Từ các đồ thị chuẩn của Wageningen ta chọn chân vịt nhóm B4, tỉ lệ diện tích mặt đĩa
0,4. Tiến hành tính toán, dùng đồ thị Taylor để tính.
Với giả thiết vận tốc từ 6 ÷ 10 (HL/h), dựa vào đồ thị Bp-δ ( đồ thị bể thử Taylor ) của
chân vịt seri B 4.40 ta tiến hành tính lực đẩy có ích Te:
Bảng 2.6 Kết quả tính toán sơ bộ chân vịt
Đại lượng
tính
Vs
Va=Vs.(1-w)
Bp
δopt ( đồ thị )
δ=0,95.δopt
D
SVTH: Lê Anh Nam
Đơn vị
hl/h
hl/h
m
6
5
160
435
413
1.41
16
7
6
109
375
356
1.42
Kết quả tính
8
6
78
325
309
1.41
9
7
58
300
285
1.46
10
8
45
285
271
1.54
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
H/D ( đồ thị )
ηp ( đồ thị)
T
Te = T(1-t)
Te ( 2 CV )
KG
KG
KG
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
0.58
0.38
4079.65
2947.55
5895.09
0.56
0.43
3956.95
2858.90
5717.80
0.60
0.47
3784.41
2734.24
5468.48
0.56
0.51
3650.21
2637.28
5274.56
0.51
0.53
3414.02
2466.63
4933.26
Hình 2.2: Đồ thị xác định vận tốc tự do của tàu.
Thông qua biểu đồ trên ta xác định được vận tốc tự do của tàu là: Vtd = 8,2 (hl/h).
Tương ứng với vận tốc tự do trên, ta cũng xác định được các giá trị tương ứng khác tại đó,
như sau:
Bảng 2.7 Kết quả tính toán chân vịt khi hoạt động ở vận tốc tự do
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
Ký hiệu
Vs
Va=Vs.(1-w)
Bp
δopt ( đồ thị )
δ=0,95.δopt
D
H/D ( đồ thị )
ηp ( đồ thị)
9
T
10
Te = T(1-t)
11
Te ( 2 CV )
Kết quả
8.2
6.56
73.14
340
323
1.51
0.51
0.48
3770.6
7
2724.3
1
5448.6
1
Đơn vị
hl/h
hl/h
m
KG
KG
KG
c/ Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill.
SVTH: Lê Anh Nam
17
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Hệ số mặt đĩa đã chọn chỉ phù hợp cho giả thuyết ban đầu khi chưa đủ đặc trưng
hình học của chân vịt. Như vậy, để tránh sủi bọt và khỏi bị xâm thực nhất thiết phải kiểm
tra chân vịt theo tiêu chuẩn tránh sủi bọt.
- Vận tốc các điểm trên cánh tính tại 0,7R:
=
.
.
- Số sủi bọt trung bình:
=
SVTH: Lê Anh Nam
.
18
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Với:
Hs = 0,77 (m).
γ = 1025 (KG/m3).
Pd = 335,5(KG/m2).
- Dựa vào đồ thị Burrill có thể đọc giá trị hệ số lực tương ứng:
= 0,14 = f(σ0,7)
- Diện tích tối thiểu mặt chiếu chân vịt:
= 0,642(m2).
=
Trong khi đó, diện tích thật của mặt chiếu chân vịt là:
=
= 0,679 (m2).
Với:
H/D = 0,51 .
Ae/A= 0,4.
D = 1,51 (m).
Kết luận: Vậy chân vịt đã thiết kế đảm bảo tính sủi bọt khi hoạt động.
-
c/ Xây dựng củ chân vịt.
Đường kính chân vịt: D = 1,508 (m).
Đường kính củ chân vịt: dh = 0,16.D = 0,241 (m).
Đường kính đầu củ: d1 = 0,18.D = 0,271 (m).
Đường kính phía nhỏ: d2 = 0,13.D = 0,196 (m).
Chiều dài củ: lh = 0,25.D = 0,377 (m).
Chiều dài mủ củ: l2 = dh = 0,241 (m).
Độ côn trong: k = 1/15.
Bán kính góc lượn cánh ( đầu nhỏ củ ): R1 = 0,03.D = 0,045 (m).
SVTH: Lê Anh Nam
19
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
- Bán kính góc lượn cánh ( đầu lớn củ ): R2 = 0,035.D = 0,053 (m).
Bảng 2.8 Đường bao cánh chân vịt nhóm B.4, tính bằng % so với br0,6.
r/R
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1
b
76,8
85,96
93,62
98,38
100
98,08
90,00
72,35
-
b1
46,9
52,64
56,32
57,60
56,08
51,40
41,65
25,35
-
b2
35,0
35,0
35,0
35,5
38,9
44,3
47,9
50,0
-
tmax/D
0,0406
0,0359
0,312
0,0265
0,0218
0,0171
0,0124
0,0077
0,0030
d/ Tính toán khối lượng chân vịt.
Theo Kopeetki, khối lượng chân vịt tàu được tính theo công thức sau:
Trong đó:
γ = 8425 (kG/m3) : khối lượng riêng đồng thau.
D = 1,51 (m) : đường kính chân vịt.
Z = 4 : số cánh chân vịt.
b0,6R =
= 0,412(m) : chiều rộng cánh tại tiết diện r = 0,6R.
dp = 0,17.D = 0,256 (m) : đường kính trung bình củ chân vịt.
e0,6R = 0,0218.D = 0,0328 (m):chiều dày lớn nhất của tiết diện cánh tại r = 0,6R
lp = (0,2 ÷ 0,27).D = 0,25.D = 0,38 (m) chiều dài củ chân vịt.
SVTH: Lê Anh Nam
20
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
= 313,88(kG).
SVTH: Lê Anh Nam
21
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Chương 3: THIẾT KẾ HỆ TRỤC.
3.1. Lựa chọn kết cấu và xác định kích thước cơ bản của hệ trục.
Tàu thiết kế có 2 chân vịt nên có 2 hệ trục trên tàu. Vị trí buồng máy được bố trí ở đuôi
tàu nên hệ trục thường ngắn nên chỉ có trục chân vịt, không có trục trung gian và trục đẩy.
3.1.1. Chọn vật liệu chế tạo trục.
Theo quy phạm thì vật liệu để chế tọa các chi tiết của hệ trục như trục chân vịt, khớp nối
trục, bulông trục… phải là thép rèn không rỉ, hoặc là thanh thép cán không rỉ.
Vật liệu chế tạo trục phải có giới hạn bền kéo danh nghĩa nằm trong khoảng 400(MPa)
đến 800(MPa). Ta chọn thép có kí hiệu SF50 làm vật liệu chế tạo hệ trục:
Bảng 3 – 1 Bảng chọn vật liệu làm trục
Cấp thép
KSF50
Giới hạn bền kéo(MPa)
Giới hạn chảy(MPa)
Thép rèn cácbon và thanh cán
3.1.2. Tính đường kính trục chân vịt.
Do trục chân vịt được chế tọa từ thép rèn không gỉ nên đường kính trục chân vịt được
tính theo:
•
•
•
(mm)
Trong đó:
N = 294/400 (kw/CV)
: Công suất liên tục lớn nhất của động cơ
n = 429 (v/ph)
: Tốc độ quay của trục chân vịt
k3 = 1,16
: hệ số vật liệu.
⇒
SVTH: Lê Anh Nam
= 97,8 (mm)
22
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
⇒ Lấy đường kính trục chân vịt: dv = 120 (mm).
3.2. Tính chọn các phần tử của hệ trục.
3.2.1. Phần côn trục chân vịt.
Phần côn phía lái của trục chân vịt để lắp chân vịt có thể lấy độ côn 1:10; 1:12; 1:15. Ta
lấy độ côn của trục chân vịt bằng 1:15. Kết cấu phần côn trục chân vịt như hình 3 – 1.
Hình 3.1 Kết cấu phần côn trục chân vịt
Tỉ lệ kết cấu phần côn trục lắp chân vịt có thể lấy theo:
+ Chiều dài phần côn trục Lk so với đường kính của phần côn trục Dk:
SVTH: Lê Anh Nam
23
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
Chọn
+ Kích thước phần ren và then của côn trục:
Với Dk =100(mm)
Đường kính đoạn ren đai ốc chân vịt: dr = M60x2=75 (mm).
Chiều dài đoạn ren đai ốc chân vịt: Lr = 55(mm).
Chiều dài then:
chọn Lt = 250(mm)
Chiều rộng then:
Chọn b = 28 (mm).
H = 16 (mm).
Chiều sâu rảnh then trên trục chân vịt: t1 = 8(mm).
Chiều sâu rảnh then trên củ chân vịt: t2 = 8,2(mm).
3.2.2. Đai ốc hãm chân vịt.
Đai ốc hãm chân vịt có nhiệm vụ hãm chân vịt trên phần ren của đầu côn trục sao cho
trong mọi bất cứ tình huống nào chân vịt cũng không được lỏng ra hoặc tuột khỏi trục.
Chiều ren đai đai ốc hãm chân vịt phải trái với chiều quay của chân vịt tức là chiều ren
của đai ốc hãm chân vịt phải quay trái vì chân vịt quay phải.
Phần đai ốc hãm chân vịt gồm hai phần: đai ốc hãm và nắp xuôi dòng (kín nước)
Hình 3.2 Đai ốc hãm chân vịt
SVTH: Lê Anh Nam
24
Đồ án thiết kế hệ động lực tàu
GVHD: Nguyễn Tiến Thừa
3.2.3. Bích nối trục.
Bích nối trục giữa trục chân vịt với trục của hộp số có thể chế tạo rời hoặc liền với trục
chân vịt. Bích rời có thể có lỗ mayo hình côn hoặc hình trụ tùy theo trục. Chiều dày của
bích nối tại vòng chia không được nhỏ hơn đường kính bulông bích nối.
Tuỳ thuộc vào cách lắp ráp, trục chong chóng sẽ có các dạng kết cấu khác nhau. Nếu
chong chóng được lắp từ ngoài vào, thì tất cả các kích thước trên đoạn trục này đều phải
nhỏ hơn kích thước của cổ trục, và do đó phần đầu trục phía lắp với trục trung gian không
được làm bích nối liền.
Còn khi chong chóng được lắp từ trong ra, phía đầu trục này có thể có làm bích liền.
Theo như phân tích trên phương án đưa ra là:
Chọn bích đúc liền với trục.
Hình 3 – 3 Kết cấu bích nối trục
+ Vật liệu làm bulông bích nối trục: chọn thép có ứng suất bền kéo danh nghĩa:
.
+ Số bulông bích nối trục: chọn n = 8(chiếc).
+ Bích nối giữa trục hộp số và trục chân vịt.
+ Ta chọn đường kính của trục chân vịt để tính toán bích nối trục: Dk = 100 (mm).
Kích thước của bích nối trục, ta có:
+ Bán kính R ở chân mặt bích không được nhỏ hơn 0,08d(mm) với d = 100(mm) là đường
kính trục.
SVTH: Lê Anh Nam
25
