THIẾT kế CHONG CHÓNG tàu CHỞ HÀNG KHÔ tàu hàng 13500t

-1-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA CƠ KHÍ
THIẾT KẾ MÔN HỌC
ĐỀ TÀI
Sinh viên
MSV
Lớp

:
:
:
:
:

LÝ THUYẾT TÀU
THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU CHỞ HÀNG KHÔ
Ngô Anh Tân
39327
MTT51- ĐH2
NỘI DUNG THIẾT KẾ

1. Loại tàu
2. Chiều dài tàu
3. Chiều rộng của tàu
4. Chiều chìm tàu
5. Chiều cao mạn tàu
6. Hệ số béo thể tích

7. Lắp máy
8. Tàu 1 chong chóng.
9. Vùng hoạt động
10. Hệ số béo sườn giữa
11.Hệ số béo đường nước thiết kế

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

Đề bài
Tàu hàng 13500T
L
=
136
B
=
23
d
=
8,4
D
=

10,8
CB
=
0,73
4000
(kW)

(m)
(m)
(m)
(m)

vùng biển Đông Âu - Nhật Bản - Hải Phòng
CM
=
0.98
Cwp
=
0.85

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-2-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

PHẦN I : TÍNH SỨC CẢN
1.1. Các thông số thiết kế của tàu :
− Loại tàu
− Vùng hoạt động
− Chiều dài tàu
− Chiều rộng của tàu
− Chiều chìm tàu
− Chiều cao mạn tàu
− Hệ số béo thể tích
− Hệ số béo sườn giữa
− Hệ số béo đường nước thiết kế
− Lắp máy

:
:
:
:
:
:
:
:
:
:

tàu Hàng khô 13500T
vùng Đông Âu - Nhật Bản - Hải Phòng
L
=
136
(m)

B
=
23
(m)
d
=
8,4
(m)
D
=
10,8 (m)
CB
=
0,73
CM
=
0.98
Cwp
=
0.85
4000 (kW) = 5438.49(cv)

1.2. Giới hạn áp dụng của phương pháp Seri 60 để tính sức cản tàu.
B
L
B
d
- = 6 ÷ 8,5.
= 2 ÷ 5.
C B = 0,6 ÷ 0,8.

C = 0,612 ÷ 0,815
p

3

- l=

L
= 5 ÷ 7,5
∇

1.3. Kiểm tra điều kiện áp dụng.
L
B
B
d
C B = 0,73
= 6,0
= 2,7
Cp = 0,74
∇ = CB x L x B x d = 0,73 x 136 x 23 x 8,4= 19180,896 (m3)
L
3
∇
=> l =
= 5,08
=> Tàu thoả mãn các điều kiện áp dụng của phương pháp Seri 60.
Vậy ta có thể áp dụng phương pháp Seri 60 để tính sức cản cho tàu.
1.4.Tính sức cản tàu.
5438.49

.85
100

_ Công suất máy chính của tàu :
PD =
= 4622,717 (cv)
_ Công suất kéo của tàu :
PE = 0,6PD = 0,6. 4622,717 = 2773,63 (cv)
_ Vận tốc giả thiết của tàu tính theo hải lý/giờ được cho là:
Vs = { 13 ; 14 ; 15 ;16 ;17 }

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-3-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

_ Bảng kết quả tính :
Đ
ại
lư
ợ
n
g
tí
n

h
to
á
n
V
ậ
n
tố
c
gi
ả
th
iế
t
vs
V
ậ
n
tố
c
gi
ả
th
iế
t
v
v2

Vận tốc giả
thiết

1 1 1 1 1
3 4 5 6 7

6
.
6
8
7
8

7
.
2
0
2
2

7
.
7
1
6
7

8
.
2
3
1

1

8
.
7
4
5
6

4
4
.
7
2

5
1
.
8
7

5
9
.
5
4

6
7
.

7
5

7
6
.
4
8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-4-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
6 2 6 1 4
4 0 9 2 7
Fr
=
v/
(g
L
)1/
2

0
.

1
8
3
2

0
.
1
9
7
3

0
.
2
1
1
4

0
.
2
2
5
5

0
.
2
3

9
6

0
.
0
0
0
0
6
6

0
.
0
0
0
0
9
2

0
.
0
0
0
1
0
1

0
.
0
0
0
1
3
2

0
.
0
0
0
0
7
2

1
.
0
1
2

C
Ro

=
C
Ro

(
C
B,
Fr
)
kB
/d

=
kB
/d(
B
/d
,F
r)

kL

1
.
0
1
1

1
.
0
1
2

1
.
0
1
2

1
.
0
1
2
5

0
.
9
2
7

0
.
9
3
2

0
.
9
2

3

0
.
9
3
3

0
.
9
3
7
5

6
.
1
8
7
E
0
5

8
.
6
7
9
E

0
5

9
.
4
3
5
E
0
5

0
.
0
0
0
1
2
5

0
.
0
0
0
0
6
8

/B

C
R

=
C
Ro.
kL
/B.
kB
/d

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-5-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
8
5
8
0
5
4
5
0

7
.
3

9
2
4
0
5
8
7
0
0
.
2

9
9
0
0
6
2
8
9
3
.
1

1
0

5
6
0
6
7
0
8
6

1
1
2
2
0
7
1
2
7
9

0
.
0
0
1
5
8

0
.

0
0
1
5
6

0
.
0
0
1
5
5

0
.
0
0
1
5
4

0
.
0
0
1
5
3

0
.
0
0
0
4

0
.
0
0
0
4

0
.
0
0
0
4

0
.
0
0
0
4

0
.

0
0
0
4

P

0
.
0
0
0
1

0
.
0
0
0
1

0
.
0
0
0
1

0
.

0
0
0
1

0
.
0
0
0
1

C
=
C
F+

0
.
0
0

0
.
0
0

0
.
0

0

0
.
0
0

0
.
0
0

R
e
=
vL
/υ
CF
=
0,
4
5
5/
(l
o
g
R
e)
2,5
8

CA

CA

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-6-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
C
R

+
C
A

+
C

2
2
2 1 2 1
1 5 1 6 2
4 6 5 8 1

AP

R
=
0,
5.
C.
v2
.ρ
.
Ω

P
E
=
R.
v

2
0
8
.
4
4

2
4
2
.
9

0

2
7
8
.
0
8

3
1
9
.
0
4

3
4
8
.
8
7

1
3
9
4
.
0
1

1
7
4
9
.
4
4

2
1
4
5
.
8
6

2
6
2
6
.
0
3

3
0
5
1
.

0
4

_ Công thức tổng quát tính sức cản :
R= 0,5.C.ρ.Ω.v
Trong đó
+ Mật độ nước ρ
Nước biển ρ =1,025 (t/m3)
+ Vận tốc tàu v(m/s)
+ Diện tích mặt ướt: Ω (m2)
Đối với tàu vận tải có hệ số béo lớn (CB > 0,65)
Ω = L.d.(2+1,37.(CB - 0,274).(B/d) = 4238,92
+ Hệ số lực cản : C = CF + CR + CA + CAP
CF =

0,455

( log Re ) 2,58

- CF : Hệ số lực cản ma sát, tính theo công thức:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-7-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

Re =

v.L
υ

:chuẩn đồng dạng Raynols đặc trưng cho chất lỏng có tính nhớt.
υ = 1,056.10 −6
(m/s2) :hệ số nhớt.
- CA : Hệ số lực cản do nhám bề mặt.
÷ 0,3
CA =0,4
với tàu có chiều dài L=136 (m) .Chọn CA = 0,4.10-3
- CAP : Hệ số lực cản của các phần nhô.
Với tàu một chong chóng,chiều dài 136 (m).Chọn CAP = 0,1.10-3
- CR :Hệ số lực cản dư với tàu có mũi quả lê được tính như sau :
CR = CR=CRo.kL/B.kB/d
Trong đó :
CRo = f(CB,Fr) tìm được theo đồ thị phụ thuộc của CR và lo vào CB.
kB/d tìm được từ đồ thị phụ thuộc của kB/d vào B/d.
kL/B tìm được từ đồ thị phụ thuộc của kL/B vào L/B
v
g .L
Fr =
: chuẩn đồng dạng Froude đặc trưng cho chất lỏng có trọng lực
và lực quán tính.
L = 136 (m) ; g =9,8 (m/s2)
B
d
2,7
CB = 0,73 ; d = 8,4 (m)

PE = R.v

_ Công suất kéo được xác định bằng công thức :
(cv)
-Từ đồ thị công suất và sức cản,với vận tốc hoạt động của tàu là VS = 16,293 hl/giờ,ta có
= 2773 (cv)
R =330,88 (kN)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-8-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

PHẦN II : THIẾT KẾ CHONG CHÓNG
2.1. Vật liệu chế tạo
QCVN 2010-Phần 7A về vật liệu –Chương 7 : Đồng và hợp kim đồng. – 7.2 :Hợp kim
đồng đúc (Đồng thau- Mangan – Cấp 1) : HBsC1
_Thành phần hóa học :
100.Cu (%)
100 −
100 + A
+Thành phần kẽm tương đương (%)=
Trong đó A=Sn+5Al-0,5Mn-0,1Fe-2,3Ni(%)
Cu (52 ÷ 62)% Al (0, 5 ÷ 3, 0)% Mn(0,5 ÷ 4, 0)%
+Thành phần hóa học (%) của HBsC1:

,
,
,
Zn(35 ÷ 40)% Fe(0,5 ÷ 2,5)% Ni ≤ 1, 0% Sn ≤ 1,5% Pb ≤ 0, 5%
,
,
,
,
_Giới hạn độ bền
≥ 175( N / mm 2 )
+Giới hạn chảy:
≥ 460( N / mm 2 )
+Giới hạn bền kéo:
≥ 20
+Độ giãn dài(%):
2.2. Tính toán hệ số dòng theo,hệ số lực hút
(Đối với tàu vận tải biển một chong chóng, theo Taylor)
WT = 0,5.CB − 0, 05
Hệ số dòng theo
:
= 0,5.0,73-0,05= 0,315
t = kT w T
Hệ số lực hút
:
= 0,6.0,315 = 0,18
kT = (0,5 ÷ 0, 7) = 0, 6
Với
2.3. Chọn sơ bộ đường kính của chong chóng
2.3.1. Chọn động cơ chính
_ Công suất máy chính PS= 4000 (KW) = 5438.49 (cv)

_ Từ catalog máy năm 2005
Chọn động cơ MITSUBISH kí hiệu 8UEC33LSII công suất máy là 4531 (kw)
số vòng quay n = 215 (vg/ph)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


-9-

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
Đây là động cơ thấp tốc thì chọn phương án truyền động trực tiếp.
suy ra (v/s).
2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng
_ Từ catalog máy năm 2005
Ta chọn vòng quay n= 215 (v/ph) tương ứng với Ps= 4000 (kW)

2.3.3. Chọn sơ bộ vận tốc tàu
_ Từ đồ thị lực cản và công suất kéo ta có
Với công suất kéo của tàu PE = 2773 (cv) có vận tốc sơ bộ VS = 16,293 (knot).
2.3.4. Chọn sơ bộ đường kính
_ Dựa vào công thức :
D. n = 13. 4

D = 13. 4
Trong đó:

PS

vS

PS
vS .n 2

D : đường kính chong chóng, m
PS : công suất động cơ chính, kW
n : vòng quay chong chóng, rpm
vS : vận tốc tàu, knot
134

2773
= 3,2(m)
16,293.215 2

D=
D 3,2 = 0,38
=
.d 8,4

Kiểm tra điều kiện :
Với chiều chìm tàu d = 8,4 (m)
2.4 .Chọn số cánh chong chóng

_ Hệ số lực đẩy chong chóng theo vòng quay:

k

NT

=

v

ρ
n T
A 4

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 10 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

K DT = V A D
Trong đó :

VA

ρ
T
: Vận tốc tịnh tiến của chong chóng

(m/s)

n

: Vòng quay chong chóng (rpm)
T
: Lực đẩy của chong chóng (kN)
TE = R = 330,88 (kN)
T
R
330,88
T= E =
=
= 403,512( kN )
1 − t 1 − t 1 − 0,18
R
: Lực cản của tàu tại vận tốc sơ bộ (kN)
D
: Đường kính chong chóng (m)
VA = VS =16,293.0,514 = 8,38 (m/s)
n
: Số vòng quay của chong chóng n = 3,583
ρ
: Mật độ chất lỏng ρ = 1,025 T/m3

k

NT

=

v

(vòng/giây)

8,38
1,025
ρ
4
= 0,994
=
3,583 403,512
n T
A 4

vậy

K DT = V A D

ρ 8,38.3,2. 1,025 = 1,35
=
403,512
T

KNT <1 và KDT < 2
=> Chọn số cánh chong chóng z=4
2.5. Tính các yếu tố cơ bản của chong chóng
2.5.1 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền

Ae  Ae 
≥  =
A0  A0  min
0,24 (1,08-)
Trong đó :

Z
D
δ
r=

T
m

 Z 


D

 δ max 

2/3
3

10mT
[σ ]

: Số cánh chong chóng
: Đường kính chong chóng (m)
: Chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối
r
= 0,6;δ max = 0,08
R

: Lực đẩy của chong chóng (kN)

: Hệ số kể đến trạng thái tải trọng m = 1,15,
: ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu= 6. kPa

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 11 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

d
=

H

.D

= 0,167
: Tỷ số giữa đường kính trung binh của chong chong

với đường kính cua nó

4 

Ae  Ae 



≥   =
3,2.0,08 

A0  A0  min
0,24 (1,08 -0,167)

A
A

e

2/3
3

10.1,15.403,512
= 0,583
6.10 4

= 0,55

0

-Chọn

2.5.2 Tính toán chong chóng và tốc độ tiến của tàu
Stt

Đại lượng tính

1

2
3
4

Vận tốc giả thiết vs
VA = 0,5144.Vs(1 - wT)
TE=R=f(vS)
T=TE/(1-t)

5
6
7
8

k

NT

=

v

ρ
n T
A 4

JO=f(kNT)
J=a.JO

D

opt

=V A
nJ

Đơn
vị
knot
m/s
kN
kN

13
4.58
208.44
257.02

14
4.93
242.90
299.51

15
5.29
278.08
342.89

16
5.64

319.04
393.39

17
5.99
348.78
430.06

-

0.608

0.630

0.653

0.673

0.699

-

0.37
0.389

0.39
0.410

0.4
0.420

0.405
0.425

0.43
0.452

m

3.291

3.362

3.512

3.700

3.703

Các giá trị tính toán

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 12 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

9

k

T
4
ρn Dopt

-

0.167

0.178

0.171

0.159

0.174

10

P
= f (kT , J )
D

-

0.68

0.77

0.75

0.72

0.78

11

η 0 = f (kT , J )

-

0.5

0.52

0.54

0.55

0.555

-

0.607

0.631

0.655

0.667

0.674

Kw

343.520

384.916

424.343

477.996

517.845

Kw

404.141

452.842

499.227

562.348

609.230

12

13

14

T

ηD =

=

2

1 1− t
η0
iQ 1 − wT

PD =

P

S

=

R vs

ηD

P

D

η Sη G k E

_ Xây dựng đồ thị: PS=f(vS), Dopt=f(vS), η0=f(vS), P/D=f(vS)
Dựa vào đồ thị ta xác định được các thông số tối ưu của chong chóng.

_ Tại
Suy ra

Ps = 4000 kW
R = 330,88 kN
TE = R=3308,8 kW
T = TE/(1-t) = 4079,9
VA = 0,5144.Vs(1 - wT) = 5,74 (m/s)
J = vA/(nD) = 0,5

KT = T/(ρ.n2.D4) = 0,162
Tra đồ thị thiết kế chong chóng ứng với (AE/A0) = 0,55 với Z = 4
Ta có hiệu suất của chong chóng trong nước tự do : η0 = 0,555
Tỉ số bước hình học P/D =0,78
_ Kết luận:
Các đặt trưng hình học của chong chóng
D = 3,2 m
P/D = 0,78
Z=4
AE/Ao = 0,55

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 13 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
Các đặc tưng thủy động học của chong chóng
J=0,5
KT=0,161
η0=0,555
Số vòng quay của chong chóng n = 215 rpm
2.5.3. Kiểm tra tỉ số đĩa theo điều kiện không xảy ra xâm thực
_ Theo Schoenherr, để đảm bảo không xảy ra giai đoạn xâm thực thứ nhất thì tỷ số đĩa không
được nhỏ hơn giá trị sau:
 AE 
KC
( n.D ) 2

÷ = 1, 275.ξ .
p0
 A0  min

0,42
(3,583 .3,2) 2 = 0,5456
167,74

= 1,275.1,3
Trong đó:

ξ
+

ξ
: hệ số thực nghiệm phụ thuộc trọng tải,

= (1,3 ÷1,6).

ξ
Đối với chong chóng nặng tải, = 1,3
K C K C = K C ( Z , P / D, J )
KC
+
=
- hệ số đặc trưng xâm thực, tra đồ thị,
=0,42
p0
+ : áp suất thủy tĩnh tại độ ngập sâu trục chong chóng (kN/m2)
p0 = 101,340 + ρ .g .hS
= 101,340+10.6,64 = 167,74 kN/m2
ρ .g
với :
=10 kN/m3 đối với nước biển
hS
hs = d − 0,55D =
: độ ngập sâu của trục chong chóng, m
8,4 - 0,55.3,2 = 6,64 m

+ n : số vòng quay chong chóng n = 3,583 rps
+ D : đường kính chong chóng D = 3,2 m
 AE 

÷
 A0  min

AE
A0
_ Tỷ số đĩa
thực.

= 0,55 >

=0,5456 do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chống xâm

2. 6. Xây dựng bản vẽ chong chóng
2.6.1. Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng
Chiều rộng lớn nhất của cánh bmax

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 14 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

b

max

=

2,187 D
z

A
A

E
0

=

2,187 .3,2
0,55 = 0,96(m)
4

Ta có bảng tọa độ để xác định hình bao duỗi thẳng theo Seri B tính theo % của bmax như sau:
Bảng 2.6.1: Bảng hoành độ của hình bao duỗi thẳng.

Bảng 2.6.2:Bảng trị số hoành độ của hình bao duỗi thẳng.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327

- 15 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

Từ bảng trên ta xây dựng được hình bao duỗi thẳng của chong chóng.
2.6.2. Xây dựng profin cánh
2.6.2.1. Xác định chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện
_ Chiều dày tại mút: eR, mm
eR = aD(50 − D) = 0,06.3,2(50 − 3,2) = 8,9856 (mm)
Trong đó:
a = 0,06 : đối với chong chóng làm từ hợp kim đồng
D : đường kính chong chóng
D = 3,2 (m)
_ Chiều dày giả định tại đường tâm trục: e0, mm
e0 = 0,045D=0,045.3200 = 144 mm – Cho chong chóng 4 cánh.
_ Chiều dày lớn nhất của profin tại các bán kính:
−

e = e0 − r . ( e0 − eR )

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 16 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
−

r=

r
R

trong đó:

Bảng 2.6.3 : Xác định chiều dày max của các profin tại các tiết diện.

2.6.2.2. Bảng tung độ profin cánh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 17 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

Bảng 2.6.4 : Bảng tung độ profin cánh.

2.6.3. Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
_ Chọn góc nghiêng cánh bằng 10o
_ 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/2= 604 mm, H gọi là điểm cực .Tại H kẻ
những tia đi qua điểm giao nhau giữa trục thẳng đứng với các bứn kính đường tròn ri 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 a1, a2, b1,b2 .
Sau đó trên hình chiếu pháp, từ tâm O1 kẻ các cung tròn bán kính ri và đặt theo cung này
các đoạn thẳng a1 về bên phải và a2 về bên trái .Cuối cùng ta nhận được điểm B và B’ nằm trên
đường bao hình chiếu pháp của cánh.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 18 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

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 b1về phía bên phải và b2 về
phía bên trái tính từ điểm giao của đường vuông góc từ điểm A2 ở bán kính ri 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.

C'

A2

h2

l1

l2

l2

l1

A2

B'

h2

h1

C

h2

B
P/2π= 690 mm

Hình 2.1: Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
_ Từ hình bao duỗi phẳng ta xác định được các giá trị a1, a2, b1, b2 như sau:

_ Nêu cách xây dựng hình chiếu pháp và hình bao duỗi phẳng
2.6.4. Xây dựng củ chong chóng
2.6.4.1. Xác định đường kính trục chong chóng
d B = 1,12 d p + k C D

_ Đường kính trục chong chóng:
Chọn dB = 450 mm.
Với dp là đường kính trục trung gian được tính theo công thức sau:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 19 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

d

= 923 (1 + k )
p

p
n

s

= 923 (1 + 0,46)

m

4000
= 1082

3,583

Chọn dp = 590 mm.

Trong đó: k = q(a-1) = 0,4.(2,15-1) = 0,46
q = 0,4 cho động cơ 4 kỳ
a = 2,15 cho động cơ 4 xilanh
PS : công suất trên bích ra của động cơ
PS =4000 kW.
nm vòng quay định mức của trục chong chóng nm = 3,583 rps
kC = 10 – trục có ống bao là hợp kim đồng
D : đường kính chong chóng D = 3,2 m.

d

B

= 1,12 d p + k C D = 1,12.1082 + 10.3,2 = 1243,84

Chọn =1000
_ Độ côn trục: k = 1/15
_ Chiều dài củ chong chóng lH lớn hơn (2%÷3% )bmax = 19,2 ÷ 28,8 mm
=> = 979,2 ÷ 988,8 mm
Chọn lH = 980 mm.
_ Chiều dài phần côn trục lK = (90÷95)%lH = 864 ÷ 912 mm.
Chọn lK = 880 mm.
2.6.4.2. Xác định kích thước củ chong chóng
_ Chiều dài củ lH lấy lớn hơn 2% ÷ 3% chiều rộng lớn nhất của hình chiếu cạnh
Chọn lH = 980 mm
_ Độ côn của củ chong chóng kH = 1/15 ÷ 1/20.

Chọn kH = 1/15
_ Đường kính trung bình củ:
dH = 0,18D – chong chóng 4 cánh
dH = 0,18.3,2 = 0,576 m
Chọn dH = 0,576 m.
_ Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công cạo rà: l0 = (0,25÷0,3)lK =220 ÷ 264 mm
Chọn l0 = 240 mm.
_ Chiều sâu rãnh khoét chọn hợp lý theo khả năng công nghệ.
Chọn 10 mm.
2.6.4.3. Chọn then
_ Chiều dài then lt=(0,9÷0,95)lk=(0,9÷0,95).880=792 ÷ 836 (mm) Chọn lt=800 (mm)
_ Chiều rộng then bt=(0,25÷0,3).dB=(0,25÷0,3).1000 =250 ÷300 (mm)
Chọn bt=250 (mm)
_ Chiều cao then ht=(0,5÷0,6).bt=(0,5÷0,6). 250=125 ÷ 150(mm)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 20 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
Chọn ht=130 (mm)
_ Chiều sâu rãnh then trên trục chong chóng : t1 = 56 (mm)
_ Chiều sâu rãnh then trên củ chong chóng : t2 = 40,5 (mm)
_ Kiểm tra bền:
δ d ≤ [δ ] d

Tc ≤ [Tc ]
Trong đó:
Ứng suất dập cho phép: [δd]=80 (N/mm)
Ứng suất cắt cho phép : [τc]=50 (N/mm)

Ứng suất dập tính toán :

δd =

2T
d B bt lt

Ứng suất cắt tính toán :

Tc =

2T
d B ht lt

Ta có mô men xoắn trên trục chong chóng là :

PD
nm
T = 7162
PD : Công suất truyền đến chong chóng
PD=ηsPs=0,97. 4000 = 3880 (kW)

3880
215
Thay vào T = 7162

[δd] =

2.30,425.10 6
1000.800 .250

= 30425 (N.m) = 30,425.106 (N.mm)

=0,3 (N/mm2) < [δd] =80 (N/mm2)

2.30,425.106
1000.800 .130

[τd] =
=0,585 (N/mm2) < [τd] =50 (N/mm2)
Vậy then đã chọn đủ bền

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 21 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

2.6.4.4. Chọn mũ thoát nước
_ Chiều dài mũ thoát nước : l0 =(0,14 ÷ 0.17)D = 0,448 ÷ 0,544 m
_ Bán kính cầu ở cuối mũ: r0= (0,05 ÷0,1)D = 0,16 ÷ 0,32 m

Trong đó: D : đường kính chong chóng, m
D = 3,2 m

Chọn l0 = 0,3 m
Chọn r0 = 0,2 m

2.6.4.5. Tính khối lượng chong chóng
Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính như sau:
b 
Z
d e 

G=
γ D 3  0,6 ÷6, 2 + 2.10 4  0, 71 − H ÷ 0,6  + 0,59γ lH d H2
4
4.10
D D

 D 
Trong đó:

Z : Số cánh chong chóng, Z = 4;
γ : trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng, γ = 8,5.103 (kG/m3)
D : đường kính chong chóng, D = 3,2 (m)
dH : đường kính của củ chong chóng, dH = 0,576 (m)
lH : chiều dài của củ chong chóng, lH = 0,98 (m)
e0,6 – chiều dày cánh tại 0,6R, e0,6 = 0,063 (m)
b0,6 – chiều rộng cánh tại 0,6R, b0,6 = 1,4 (m)
Vậy G=4249 (kG)=4,249 (tấn)
2.6.5. Xây dựng tam giác đúc

_ Để xác định kích thước của tam giác đúc, trên hình chiếu pháp của cánh ta vạch trên nó một
bán kính xác định tính theo công thức sau :
_ Bán kính đặt tam giác đúc:
Rϕ =R + (50 ÷ 60) = 2100 ÷ 2110mm . chọn Rϕ = 2100 mm
Trên hình chiếu pháp từ điểm O ta kẻ những tia dưới góc bao cánh f1 và f2 ở bán kính nào đó.
Để đảm bảo làm việc lâu dài ở điều kiện ngoài trời, khe hở nhỏ nhất giữa đường bao cánh và
bán kính đặt tam giác đúc không nhỏ hơn 50mm. Khi đó chiều dài và chiều cao của tam giác đúc
tương ứng bằng :
-Chiều dài của tam giác đúc:
lϕ= lϕ1 + lϕ2 = 1912+1395 = 3307 mm
2π Rφ
ϕ1
2.3,14.2100 37
lφ1 =
.
=
.
= 1912mm
z ϕ1 + ϕ 2
4
37 + 27
Với
2π Rφ ϕ 2
2.3,14.2100 27
lφ 2 =
.
=
.
= 1395mm
z ϕ1 + ϕ 2

4
27 + 37
φ1, φ2 xác định từ hình vẽ từ r3 = 0,3R ta có φ1 = 37 , φ2 = 27
P 3793
hφ = =
= 950
Z
4
- Chiều cao tam giác đúc:

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 22 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
- Vị trí đường trung bình của củ chong chóng cách cạnh huyền của tam giác đúc một đoạn:

mφ =

Rφ
R

.mR =

2100
.240 = 240mm

2100

trong đó: mR là khoảng cách từ mút đến đường tâm giả định của cánh
2.7. Kiểm tra bền chong chóng theo quy phạm
Tham khảo chương 7 phần 3 QCVN 21: 2010/BGTVT
2.7.1. Kiểm tra chiều dày cánh.
Chiều dày cánh chân vịt tại bán kính 0,25R và 0,6R đối với chân vịt định bước không được nhỏ
hơn trị số tính theo công thức dưới đây:
t=

K1 H
SW
K 2 ZNI
;

trong đó:
t : Chiều dày cánh(trừ góc lượn của chân cánh) ,cm ;
H : Công suất liên tục của máy chính
H = 4531 kW ;
Z : Số cánh
Z =4 ;
N : Số vòng quay lớn nhất liên tục lớn nhất chia cho 100 (vòng/phút/100)
I – Chiều rộng của cánh tại bán kính đang xét, cm ;
I = 99,9 cm - tại 0,25R
I = 123,3 cm - tại 0,6R
K1 – Hệ số tính theo công thức sau đây tại bán kính đang xét :
30,3
P'
 D
K1 =

k
+ k3 ÷
2  2 P
D
 P' 
1 + k1  ÷
D
K1 = 12,522 tại 0,25R
K1 = 3,877 tại 0,6R
trong đó :
D – Đường kính chân vịt, m ;
D = 4,1 m ;
k1,k2,k3 – Hệ số lấy theo bảng 3/7.1;
Vị trí bán kính
k1
0,25R
1,62
0,6R
0,281

k2
0,386
0,113

N = 215/100 ;

k3
0,239
0,022

P’ – Bước tại bán kính đang xét, m;
P’ = 1,452 m - tại 0,25R

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 23 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
P’ = 3,484 m - tại 0,6R
P – Bước tại bán kính 0,7R(R là bán kính chân vịt), m;
P = 3,739 m;
K2– Được tính theo công thức sau:

 E
 D2 N 2
K 2 = K −  k 4 + k5 ÷
 t0
 1000
K2 = 0,841 tại 0,25R
K2 = 0,951 tại 0,6R
trong đó:
k4;k5 – Các hệ số tra theo bảng 3/7.1;
Vị trí bán kính
k4
0,25R
1,92

0,6R
1,24

k5
1,74
1,09

E - Độ nghiêng tại đầu mút cánh (đo từ đường chuẩn mặt bên và lấy giá trị dương đối với
độ nghiêng theo chiều ngược), cm;
E = 36,152 cm
t0 – Chiều dày giả định của cánh tại đường tâm của trục chân vịt(t0 có thể nhận được nhờ
kéo dài từng đường mép nối chiều dày đỉnh cánh với chiều dày cánh ở 0,25R, tại hình
chiếu của tiết diện cánh dọc theo đường chiều dày cánh lớn nhất), cm;
t0 = 13 cm
K – Hệ số tra theo Bảng 3/7.1;
K = 1,30;
S – Hệ số liên quan đến tăng ứng suất do thời tiết. Nếu S> 1 thì S lấy bằng 1;
Nếu S< 0,8 thì
giá gị của S lấy bằng 0,8.
D 
 10, 71 
S = 0, 095  s ÷+ 0, 677 = 0, 095 
÷+ 0, 677 = 0, 79
 7, 65 
 ds 

< 0,8 nên S = 0,8;

trong đó:
Ds– Chiều cao mạn để tính sức bền của tàu;

Ds= 10,71 m
ds– Chiều chìm chở hàng ;
ds = 7,65 m;
W – Hệ số liên quan đến ứng suất đổi dấu, được lấy bằng giá trị tính theo công thức dưới đây
hoặc 2,8 lấy giá trị lớn hơn.

 A A + A4 A1P '/ D 
W = 1 + 0, 724  1 2
÷
 A3 + A4 P '/ D 
W = 0,302 tại 0,25R, W< 2,8 nên lấy W = 2,8

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 24 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU
W = 0,302 tại 0,6R, W < 2,8 nên lấy W = 2,8

trong đó:
A1 =

∆ω
0,571
=
= 1,391

ω + C1 0,186 + 0, 224

A2 =

∆ω
0, 571
=
= 2,179
ω + C2 0,186 + 0, 0759

A3 =

( C1 + 1) ( C2 + ω )
C3 ( C3 + 1) ( C1 + ω )

=

( 0,329 + 1) ( 0,199 + 0,186 )
0,136. ( 0,136 + 1) ( 0,329 + 0,186 )

= 6,145

3,52 − Tai 0, 25R
A4 = 
1, 26 − Tai 0, 6 R
C1 =

2ae 

D P 

4,1
 3, 793 
2.0,55 

 1,3 −

1,3 −
÷+ 0, 22  − 1 = 0,329
÷+ 0, 22  − 1 =
0,95P  D 
Z 
0,95.3, 793  4,1 
4 



C2 =

D  P 1,19ae
4,1
 3, 793 1,19.0,55


1,1 −
+ 0, 2 ÷− 1 =
1,1
−
+ 0, 2 ÷− 1 = 0,199



0,95 P  D
Z
0,95.3, 793 
4,1
4



C3 = 0,122

P
+ 0, 0236 = 0,122.0,925 + 0, 0236 = 0,136
D

ae – Tỉ số diện tích khai triển của chân vịt;
ae = 0,55
ω – Nước kèm trung bình định mức ở đĩa chân vịt;
Δω – Giá trị cực đại của dao động nước kèm ở đĩa
Đại lượng
0,25R
Chiều dày cần thiết (cm)
21,15
Chiều dày tính toán (cm)
15,66
Kết luận
Thỏa mãn

0,6R
9,301
8,88

Thỏa mãn

2.7.2. Bán kính góc lượn giữa chân của cánh và củ chân vịt:
Bán kính góc lượn giữa chân của cánh và củ chân vịt không được nhỏ hơn giá trị R0 tính theo
công thức sau tại mặt đạp ở phần cánh có chiều dày lớn nhất:
( e − rB ) ( t0 − tr ) = 20, 094 + ( 0, 25 − 1, 060 ) ( 13 − 21,15 ) = 43,1
R0 = tr +
e
0, 25
trong đó:
R0 – Bán kính yêu cầu của góc lượn, cm;
tr – Chiều dày yêu cầu của cánh ở bán kính 0,25R;

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327


- 25 -

ĐỒ ÁN MÔN HỌC LÝ THUYẾT TÀU

tr= 21,15 cm
t0 – Như trên;
t0 = 13 cm
rB– Tỷ số bước của chân vịt;
rB = 0,925
e – 0,25;
chân vịt tại bán kính 0,7R. Giá trị của ω và Δω phải được tính theo công thức sau đây,

trừ trường hợp tàu nhiều chân vịt hoặc tàu được Đăng kiểm xem xét riêng.

 19, 4
 19, 4



B
 B
∆ω = 7,32 1,56 − 0, 04  + 4 ÷
− CB  ω = 7,32 1,56 − 0, 04 
+ 4÷
− 0, 77  .0,302 = 0,517
D
 ds
 4,1
 7, 65




 19, 4
 19, 4




B
 B
ω = 0, 625 0, 04  + 4 ÷

+ CB  − 0,527 = 0, 625 0, 04 
+ 4÷
+ 0, 77  − 0,527 = 0,302
D
 ds
 4,1
 7, 65




B – Chiều rộng tàu, m;
B = 19,4 m
CB– Hệ số béo thể tích
của tàu;
CB = 0,77

2.8

Tính toán và xây dựng đồ thị vận hành của chong chóng
2.8.1. Tính toán các đặc trưng không thứ nguyên của chong chóng làm việc sau thân tàu

2.8.2. Tính toán các đặc trưng của chong chóng sau thân tàu

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGÔ ANH TÂN
MSV : 39327