BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HCM Viện Cơ Khí Đề tài Thiết kế chân vịt cho tàu vận tải đi biển GVHD SVTH Lớp MSSV Hồ Chí Minh, Ngày 22 Tháng 12 Năm 2021 MỤC LỤC Chương 1 Sức cản vỏ tàu và tính sức cản Chọn đề tài 3 Kiểm tra tàu thỏa mãn phương pháp Taylor 3 Tính sức cản vỏ tàu Lập Bảng Tính 4 Tra đồ thị 5 Tính RrD cho BT = 2,25 6 Tính RrD cho BT = 3,75 8 Tính RrD từ nội suy 10 Tính các hệ số Rr , Rf và EPS 12 Vẽ đồ thị sức cản của tàu 17 Chương 2 Tính chọn máy T.
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM Viện Cơ Khí Đề tài Thiết kế chân vịt cho tàu vận tải biển GVHD: SVTH: Lớp: MSSV: Hồ Chí Minh, Ngày 22 Tháng 12 Năm 2021 MỤC LỤC Chương 1: Sức cản vỏ tàu tính sức cản 1.1 Chọn đề tài 1.2 Kiểm tra tàu thỏa mãn phương pháp Taylor 1.3 Tính sức cản vỏ tàu a b c d e f g Lập Bảng Tính Tra đồ thị Tính Rr/D cho B/T = 2,25 Tính Rr/D cho B/T = 3,75 Tính Rr/D từ nội suy 10 Tính hệ số Rr , Rf EPS Vẽ đồ thị sức cản tàu 17 12 Chương 2: Tính chọn máy Tính chọn thơng số ban đầu 18 Tính chọn máy dựa vào đồ thị Taylor 18 Chương 3: Thiết kế chân vịt Thực tính tốn 22 Lập đường làm việc chân vịt 32 Chương Tính Sức Cản Của Tàu Hàng 1.1 Chọn đề tài - Loại tàu : Tàu vận tải - Tên : TAN CANG PIONEER - Chiều dài tàu Loa: 118,02 m - Chiều daì hai trụ Lpp : 110 m - Chiều rộng B : 19,4 m - Chiều chìm d : 7,3 m - Chiều cao mạn D : 9,45 m - Lượng chiếm nước Δ : 9954 - Vận tốc v : 16,5 HL/h - Hệ số béo thể tích CB : 0,6100007759 - Hệ số béo lăng trụ CP : 0,622557332 1.2 Kiểm tra tàu thảo mãn phương pháp Taylor - Tỷ lệ B/T= 19,4/7,3 = 2,657534247 nằm khoảng B/d: 2,25 – 3,75 - Δ/(0,01L)^3 = 6055,232253 nhỏ 8,5.10^3 - Hệ số Froude : Fn = v^2/g.Lpp = 0,2559318746 nằm khoảng 0,1785 – 0.2678 - CP = 0,622557332 nẳm khoảng ( 0,4 – 0,8 ) Tàu thoả mãn tất yêu cầu phương pháp Taylor T T 1.3 Tính sức cản tàu a Lập tính Ký hiệu Đơn vị cơng thức Kết Fn V m/s 0.2083 0.2231 0.2380 0.2529 0.267 7.260 7.62 8.260 8.8 9.31 V S 18.1 HL/h 14.10 15.05 16.05 17.1 Rr/ cho B/T = 2,25 - 0.495 0.64 0.830 1.1 1.66 Rr/ cho B/T = 3,75 - 0.68 0.85 1.05 1.242 1.94 0.9854 Rr/ từ nội suy R r - kG 0.6250 0.7884 1.8578 1.2003 18492.5 6221.2 7847.73 9808.67 11947.7 41 86 R f R=R r kG 28822 32746.3 39065.4 45154.9 55660.1 85 84 12 06 91 PS 4118.2 f EPS = Rv/75 22601 24898.6 29256.7 33207.1 37167.6 20 +R kG 4247.4 6354 7815.91 10196.3 b Tra đồ thị c Tính Rr/D cho B/T = 2,25 d Tính Rr/D cho B/T = 3,75 10 33 Theo hướng dẫn phần tài liệu, với tàu vận tải biển thông dụng, chọn chân vịt cánh nhóm B-Wagenigen Tỉ số diện tích mặt đĩa chọn theo khuyến cáo chuyên gia bể thử Wagenigen ≥ +K Lực đẩy chân vịt T (kG), giai đoạn thiết kế ban đầu tính theo công thức kinh nghiệm, dựa vào công suất máy (PS) điều kiện khai thác tàu: T = (8,5 = (8,5 11567,25 = 8193,47 kG Hệ số 8,512 phụ thuộc vào kiểu chân vịt, tần suất quay chân vịt, kiểu tàu… Trong trường hợp xét, lực kéo tính tốn T, tính tròn 82.000 kG D = = = 6,45 m Áp suất tính p tính đến điểm lòng chất lỏng, ngang tâm trục chân vịt, cách mặt thoáng ( m ) theo công thức học chất lỏng = + γHs = 10330 Áp suất bão hòa Pd chọn từ bảng tài liệu tham khảo, trường hợp = 240 kG/ Từ tính giới hạn thấp : = = + 0,2 =0,54369 Từ đồ thị chuẩn Wageningen chọn chân vịt nhóm B4, tỉ lệ diện tích mặt đĩa 0,55 Các phép tính thực đờ thị Bp.δ tính theo bảng: 34 Dựa vào đồ thị Taylor Lần thử Lần thử Lần thử Đơn vị - - - HL/h 16 12.5 10.75 = Vs(1-w) HL/h 19.12 14.94 12.85 = - 24.36 45.14 18.35 = () - 183 257 171 179.19 251.64 167.44 m 2.88 3.17 1.81 - 0.82 0.62 0.87 0.603 0.508 0.633 kG 53126.79 57279.24 82982.16 kG 59342,62 63980.91 92691.07 Ký hiệu & công thức = (0,94 ÷ 0,96) D= =( T= 35 36 Kết luận Vì (10.75) so sánh với R (16) / R(16) = 1,3 % tỏa mãn ( nằm khoảng 1% - 3% Với đường kính chân vịt D=1.81 m chúng ta tìm vận tốc tàu khai thác = 10.75 ( HL/h ) có lực đẩy = 92691.07 kG 37 Kiểm tra sủi bọt theo tiêu chuẩn Burril: - Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burril: để tránh sủi bọt khả xâm thực thiết phải kiểm tra chân vịt theo tiêu chuẩn tránh sủi bọt : = = = - Bình phương vận tốc điểm cánh 0,7R = + = 802 = = 0,592 - Theo thiết kế diện tích mặt chiếu Ac mang giá trị: Ac = ** = 0,55* = 1.56 m2 - Tính diện tích nhỏ cho cánh chân vịt theo công thức: () Amin = = = 7,21 m2 - Diện tích cánh thực tế Ac > Amin tính theo tiêu chuẩn burrill cho phép kết luận: chân vịt với tỉ lệ mặt đĩa aE = 0,55 trường hợp có khả tránh sủi bọt 38 Độ bền chân vịt Kiểm tra độ bền theo QCVN Công thức tính ứng suất moment uốn gây ra: + Ứng suất kéo: = + Ứng suất nén: = - Công thức tính ứng suất lực ly tâm gây ra: + Ứng suất kéo: = + Ứng suất nén: = - Trong o Công suất dẫn đến trục chân vịt: o Vòng quay chân vịt phút: o Hiệu suất chân vịt : o Hệ số tiến chân vịt: o Đường kính chân vịt: o Số cánh chân vịt: o Chiều rộng cánh r: o Chiều dày cánh r: (PS) N = 362,11 (v/ph) J=/ (n.D) = 0,93 D = 1,81 ( m ) z=4 b = 41,4 (cm) c = 7,35 (cm) - Các hệ số CA, CB, X miêu tả đặc trưng phân bố lức đẩy, lực vòng cánh ( đọc đồ thị 5.10 sách Lý Thuyết Tàu – Trần Công Nghị phần Sức Cẩn Tàu Thiết Bị Đẩy trang 220, XB 2009 ) - Các hệ số A, C đặc trưng cho điểm đặc lực ly tâm ( đọc đờ thị hình 5.11 sách Lý Thuyết Tàu – Trần Công Nghị phần Sức Cẩn Tàu Thiết Bị Đẩy trang 220, XB 2009 ) - Các hệ số đọc từ đồ thị áp dụng cho chân vịt thống kê bảng sau: Hệ số 0,2R 7,64 48 C A b(m) e(m) 0,66 0,41 0,88 14,8 0,08 Bảng thống kê hệ số X 0,08 0,67 1,113 Tại bán kính r = 0,2R giá trị ứng suất tính theo công thức trình bày: 39 o Ứng suất kéo 468 o Kết tính cho thấy, ứng suất kéo nén cánh chân vịt tính nằm khoảng giới hạn vật liệu Vậy cánh chân vịt đảm bảo độ bền Các thơng số hình học chủ yếu chân vịt: Bảng 3.3: Bảng đường bao cánh chân vịt b 0,2 0.414 0,255 0,145 0,0735 0,3 0.468 0,287 0,164 0,0650 0,4 0.510 0,306 0,178 0,0565 0,5 0.535 0,313 0,190 0,0478 0,6 0.544 0,305 0,212 0,0394 0,7 0.533 0,280 0,235 0,0309 0,8 0.490 0,227 0,234 0,0224 0,9 0.394 0,138 0,197 0,0140 1,0 – – – 5,43 Tọa độ profil cánh chân vịt: Bảng chuyển đổi sang chân vịt thiết kế 40 r/R Từ điểm dày đến mép thoát, % 100 80 60 40 20 Từ điểm dày đến mép dẫn, % 20 40 60 80 90 95 100 Mặt hút 0,2 – 39,21 53,40 66,08 70,90 72,50 69,46 63,94 54,68 47,30 41,86 – 0,3 – 33,11 46,54 56,42 62,60 63,96 61,1 55,80 47,12 40,72 35,68 – 0,4 – 26,95 39,70 48,90 54,80 55,50 52,70 47,63 42,04 36,36 32,18 – 0,5 – 20,74 32,7 41,15 46,34 46,90 44,17 39,34 34,65 29,95 26,24 – 0,6 – 15,84 26,46 33,65 38,14 38,65 35,95 31,26 27,74 23,70 20,57 – 0,7 – 12,17 20,67 26,23 29,86 30,16 27,44 23,14 20,92 17,55 14,99 – 0,8 – 9,17 15,19 19,11 21,66 21,73 19,11 15,39 14,25 11,70 9,71 – 0,9 – 6,32 9,80 12,18 13,58 13,58 12,18 9,8 7,98 6,19 4,90 – 0,33 1,70 4,34 9,88 14,92 19,26 29,4 0,03 0,84 2,99 7,05 10,76 14,43 24,41 0,17 1,50 4,40 7,06 10,11 19,50 0.33 2,05 4,04 6,36 14,53 0,31 1,75 3,31 9,65 0,12 0,76 4,96 Mặt đáy 0,2 22,05 13,38 8,01 4,01 0,3 16,50 7,93 3,77 1,10 0,4 10,08 3,50 0,85 0,5 4,33 0,84 0,6 2,01 0,7 0,8 1,14 1,66 - Góc nghiêng cánh : 10o 41 - Vật liệu chế tạo chân vịt : đồng thau - Khối lượng riêng đồng thau γ = 8,6 T/m3 - Đường kính chân vịt D = 1.81 m - Tỷ số bước xoắn H/D = 0,87 - Số cánh chân vịt z=4 - Tỷ số mặt đĩa θ = 0,55 - Đường kính trung bình củ: dh = (0,16 - 0,18)D = 290mm - Đường kính đầu củ: d1 = (0,18 - 0,204)D = 326 mm - Đường kính phía nhỏ: d2 = (0,13 - 0,14)D = 235 mm - Chiều dài củ: lh = (0,2 - 0,27)D = 362 mm - Độ côn trong: - Chiều dài lỗ khoét giảm trọng lượng: l’h = (0,3 – 0,45).lh = 109 mm - Chiều dày cánh ở đỉnh: ed = 0,0035D = 6.334 mm - Chiều dày giả định tâm củ: e0 = (0,04 - 0,05)D = 72.4 mm - Bán kính lượn cánh với củ: phía nhỏ R1 = 0,03D = 54.3 mm phía lớn R2 = 0,035D = 63.35 mm * Tính chọn then - Theo quy phạm đóng tàu ở phần III chương 7– QCVN 2010, ta có: mm Chọn ds = 397mm Trong đó: o K2 =1,26 theo bảng 3/6.3 chương phần III – QCVN 2010 (trục có rảnh then để lắp chân vịt) o ds: đường kín yêu cầu trục chân vịt o Ts =600 N/mm2- giới hạn bền kéo danh nghĩa trục chân vịt 42 K �d � 1 � i � �d � o di: Đường kính ngồi trục rỗng o do: Đường kính trục rỗng Lấy di ≤ 0,4 da Theo quy phạm ở bảng 6.2.2-1 ta chọn K = o H = Ne = 13250 PS công suất trục lớn động o N = 362 vg/ph - Vòng quay lớn trục trung gian - Then: Chiều dài then: lt = 0,25.lh = 0,25.362 = 90.5 mm Chọn lt = 90 mm - Bề rộng then: bt = 0,25.ds =0,25.397= 99.25 mm Chọn bt = 100 mm - Chiều cao then: ht = (0,4 ÷ 0,5).bt = 40 ÷ 50 mm Chọn ht = 45 mm Tam giác đúc: Bán kính khn đúc: Rφ= 1,1R = 1,1.(1810/2) = 995.5 mm Tỉ số P/z = 0,72.D/z = 0,72.1810/4 = 325.8 mm Khoảng cách từ mút cánh đến đường chuẩn: mr = tg(10o).R = 159.6 mm Các thông số tam giác đúc 893.5mm Trong đó: φ1 = 44o II ; φ2 = LẬP CÁC ĐƯỜNG LÀM VIỆC CỦA CHÂN VỊT TÀU Lập đường làm việc cho chế độ moment không đổi M = const 43 Bảng lập đường làm việc cho chế độ momen không đổi M = const T T Ký hiệu công thức J= Đơn vị - Kết KT KQ = - 0,4 0,556 Te = kG N= 0,1 0,38 0,11 0.47 0,2 0,3 0,4 0,338 0,23 0.044 0,311 0,36 0.036 0,282 0,48 0.033 44567 4556 v/ph 133 144 45573 46989 4707 146 155 164 n = N/60 Vs = v/s Hl/h 2.239 5017 2.311 5236 2.398 5377 2.567 5614 2.717 5888 PT = PS 5711 5928 6184 6502 6909 10 PE = PS 5888 5998 6167 6611 6873 Đường làm việc cho chế độ n=c 44 Ký hiệu Kết N (v/p) 166 186 206 226 n (v/s) 2,37 3,11 3,32 3,59 C1 = 21,189 25,763 28,191 30,653 C2 = n2D4(1 – t) 146512 189847 2349811 289541 C3 = 147689 213752 291337 392221 C4 = 153723 236781 336649 441205 Ký hiệu Đơn vị J cho trước - 45 Vs Te Pe HL/h kG PS Vs Te Pe HL/h kG PS Vs Te Pe HL/h kG PS Vs Te HL/h kG Pe PS Kết 0,2 0,1 N = 166 v/phút 2,21 4,58 65233 62414 58997 9531 8853 8276 N = 186 v/phút 2,34 4,98 85134 73143 68369 13876 12845 12009 N = 206 v/phút 2,55 5,48 101162 96267 90583 16332 12794 13697 N = 226 v/phút 2,9 6,11 12560 116987 110172 29561 27221 25992 0,3 0,4 6,82 54127 7333 9,11 49627 6633 7,51 63134 10100 10,17 57229 9131 8,39 83154 11278 11,3 76992 10502 8.94 101669 11,97 92393 22782 20026 46 47 ... Trong o Công suất dẫn đến trục chân vịt: o Vòng quay chân vịt phút: o Hiệu suất chân vịt : o Hệ số tiến chân vịt: o Đường kính chân vịt: o Số cánh chân vịt: o Chiều rộng cánh r: o... Xác đi? ?nh đường kính chân vịt lớn nhất: Dmax = 0,75.d = 0,75.7,3 = 5,475 - Xác đi? ?nh nhiệt độ nước biển vùng tàu hoạt động: t= 25°C - Đường kính chân vịt lớn : - Xác đi? ?nh độ chìm trục chân. .. liệu chế tạo chân vịt : đồng thau - Khối lượng riêng đồng thau γ = 8,6 T/m3 - Đường kính chân vịt D = 1.81 m - Tỷ số bước xoắn H/D = 0,87 - Số cánh chân vịt z=4 - Tỷ số mặt đi? ?a θ = 0,55