TÍNH lực cản THÂN tàu và ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG

PHẦN I: TÍNH LỰC CẢN THÂN TÀU VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG 1.1. Tính lực cản thân tàu 1.1.1. Chọn phương pháp tính + Tính vận tốc sơ bộ theo công thức Hải Quân: EPS=12500.0,5=6250 kW C : hệ số Hải Quân được xác định theo công thức Schokker C=0,95.L + 197 = 337.47 =CB.L.B.T=0,62.147.8723.55.8.51=18373.5 m3  v = 14.8 knots =7.613 m/s

các thông số chủ yếu của tàu : + Chiều dài vuông góc: L PP = 147.87 (m) + Chiều rộng tàu: B = 23.55 (m) + Chiều chìm tàu: d = 8.51 (m) + Hệ số béo thể tích: C B = 0,62 + Hệ số béo sườn giữa: C M = 0,975 + Hệ số béo đường nước: C WL = 0,75 + x B /L = -1 % + Công suất P S =12500(kW) + Dạng sườn mũi :mũi quả lê PHẦN I: TÍNH LỰC CẢN THÂN TÀU VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG 1.1. Tính lực cản thân tàu 1.1.1. Chọn phương pháp tính + Tính vận tốc sơ bộ theo công thức Hải Quân: 2/3 3 3 2/3 . EPS. EPS v C v C ∇ = ⇒ = ∇ EPS=12500.0,5=6250 kW C : hệ số Hải Quân được xác định theo công thức Schokker C=0,95.L + 197 = 337.47 ∇=C B .L.B.T=0,62.147.8723.55.8.51=18373.5 m 3  v = 14.8 knots =7.613 m/s Bảng 1.1:Phạm vi áp dụng của phương pháp Tàu thiết kế sườn mũi chữ V, lựa chọn phương pháp Guldhammer-Harvald tính sức cản cho tàu. 1.1.2.Công thức xác định sức cản theo phương pháp Guldhammer-Harvald Tàu có vận tốc v = 14.8 Knots = 7.613 m/s  Tính sức cản và công suất kéo của tàu : Lực cản tàu thủy được tính theo công thức R = R F + R R /kN Trong đó: R F : Lực cản ma sát /kN R R : Lực cản dư /kN *)Tính hệ số lực cản ma sát: Lực cản ma sát được tính theo công thức 2 1 2 F F R C v S ρ = /kN Trong đó: ρ = 1,025 ,t/m3: Khối lượng riêng của nước biển ở 20C v : Tốc độ tàu, m/s 3 /L ∇ Thông số Giá trị Giới hạn 5.6 4,5 ÷ 7,5 L/B 6,27 5,5 ÷ 8,5 B/T 2,767 2,1 ÷ 3,5 x B /L -1% -2,5 ÷ 3,5 (%) C B 0,62 0,6 ÷ 0,8 v = 0,514 v S = 7.613m/s S: Diện tích mặt ướt của vỏ tàu /m 2 Vì tàu có hệ số béo thể tích δ = 0,7 nên ta áp dụng công thức V.A Cemeki để tính diện tích mặt ướt của tàu: S=LT[2+1,37(C B – 0,247)] S=147,87.8,51[2+1,37(0,62-0,247)=4296,257 Do có phần diện tích bổ sung do phần nhô: S = 4%S Vậy khi đó S = 4468,1m 2 C F : Hệ số lực cản ma sát C F = C F0 Với: C F0 : Hệ số lực cản ma sát của bản phẳng tương đương Ta áp dụng công thức ITTC 1957 để tính C F0 ( ) 0 2 0,075 lg Re 2 F C = − trong đó: Re - hệ số Reynold tính theo công thức Re vL ν = Với υ = 1,056.10 m/s ( nước biển ở 20C) L - chiều dài tàu: L = 147.87 m v - tốc độ tàu, m/s * ) Tính lực cản dư Với các lượng hiệu chỉnh như sau: * Hiệu chỉnh theo B/T Với B/T=2,12 ≠ 2,5 thì cần hiệu chỉnh hệ số lực cản dư theo công thức: 3 10 0,12 2,5 R B C T   ∆ = −  ÷   * Hiệu chỉnh cho hoành độ tâm nổi khác LCB tiêu chuẩn: Ta có công thức tính LCB tiêu chuẩn ( LCB ) như sau: 0,01 0,042 0,01 s LCB Fr= − ± (LCB=x/L) Chỉ hiệu chỉnh với W 0,6 v L > và lượng hiệu chỉnh như sau: 3 W 10 0,6 R v C a L   ∆ = −  ÷  ÷   Với C = 0,71 nên nội suy ta được a = 0,84 * Hiệu chỉnh mũi chữ V: Do tàu có C = 0,71> 0,6 nên ta không cần hiệu chỉnh * Hiệu chỉnh cho các phần nhô ra của thân tàu: 3÷5% C Lấy 4% R R C C ∆ = * Hiệu chỉnh do bề mặt nhám, ta hiệu chỉnh vào hệ số ma sát với độ tăng bổ sung bằng: 3 10 0,4 F C ∆ = 1.1.3. Kết quả xác định sức cản tàu Căn cứ vào kết quả tính toán,ta xây dựng được đồ thị R=f(v) và P E =f(v) cho tra cứu tính toán. Bảng 1.1.3. Kết quả tính sức cản tàu thủy Căn cứ vào kết quả tính toán,ta xây dựng được đồ thị R=f(v) và P E =f(v) cho tra cứu tính toán. Từ đồ thị lực cản và vận tốc của tàu,ta thấy ứng với công suất PE=6250kW thì: R = 836,9kG; v S = 14,8 knot 1.1.4. Đồ thị sức cản R = f(v) và công suất kéo EPS = f(v) Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và EPS xây dựng đồ thị R = f(v) và EPS = f(v) cho tra cứu tính toán. Đồ thị được trình bày dưới đây: Hình 1.1.3: Đồ thị lực cản và công suất kéo 1.2. Tính đường kính chong chóng 1.2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 2010 (Bảng 7A/7.2) Chọn vật liệu làm chong chóng là hợp kim đồng. + Loại: Đồng thau - mangan đúc cấp 1 + Cấp: HBsC1 + Thành phần hóa học: Cu 52÷62% , Al 0,5÷3% , Mn 0,5÷4,0% , Zn 35÷40% Fe 0,5÷2,5% , Ni ≤ 1% , Sn ≤ 1,5% , Pb ≤ 0,5% + Giới hạn chảy: [ ] 175 ≥ C σ N/ mm 2 + Giới hạn bền kéo: [ ] 446 K σ ≥ N/ mm 2 . 1.2.2.Tính hệ số dòng theo W t và hệ số hút t Công thức Taylor cho tàu có1 chong chóng : - Hệ số dòng theo tính theo công thức: w T = 0,5C B – 0,05 = 0,5.0,62– 0,05 = 0,26 Trong đó C B = 0,62 : Hệ số béo thể tích tàu. - Hệ số hút tính theo công thức: t = k T w T = 0,8.0,26 = 0,208 Trong đó: k T - Hệ số phụ thuộc vào hình dáng bánh lái. Với bánh lái dạng thoát nước k T = 0,7 ÷ 0,9 Chọn k T = 0,8 1.2.3.Chọn sơ bộ đường kính chong chóng. 1.2.3.1.Chọn động cơ chính: - Từ công suất đã cho P S = 12500 kW, lựa chọn động cơ chính như sau: Hãng : MAN BW Mác : 9L58/64 Công suất: P S = 12500 kW Vòng quay : N = 428 rpm 1.2.3.2.Chon sơ bộ vòng quay của chong chóng - Động cơ là động cơ thấp tốc (N = 428 rpm) do đó chọn phương án truyền động trực tiếp. - Từ bảng 9.2 “ Giới hạn thay đổi vòng quay hợp lý của chong chóng ” Chọn vòng quay sơ bộ của chong chóng :n =300 rpm . 1.2.3.3.Chọn sơ bộ đường kính - Đường kính sơ bộ của chong chóng tính theo công thức: 4 4 2 . 13. 13. . S S S S P P D n D v v n = → = = 4,04 m Chon D = 4 m trong đó : D - đường kính chong chóng, m S P - công suất động cơ chính, kW S v - vận tốc tàu, knots n - số vòng quay của chong chóng, rpm PHẦN II : LỰA CHỌN THIẾT BỊ LÁI 2.1.Lựa chọn thiết bị lái : - Thiết bị lái của tàu là bánh lái. - Bánh lái có hình chữ nhật có profin là NACA0012 - Bánh lái được đặt trực tiếp sau chong chóng. - Số lượng bánh lái : 1 2.2.Xác định các đặc trưng hình học của bánh lái 2.2.1.Dạng profin bánh lái Chọn profin thoát nước loại NACA0012 2.2.2.Diện tích bánh lái Là diện tích mặt cắt đối xứng dọc của bánh lái 2.2.2.1.Tính diện tích bánh lái Diện tích bánh lái tính theo công thức : A R= µ LT/100=22,65÷33,9m (2.1) Trong đó µ = 1,8 ÷ 2,7 là hệ số diện tích bánh lái cho tàu đi biển 1 bánh lái. L = 147,87 m, là chiều dài giữa 2 trụ của tàu T = 8,51 m, là chiều chìm trung bình của tàu ở trạng thái toàn tải Ta chọn diện tích bánh lái A R = 24 m 2 2.2.2.2. Diện tích tối thiểu bánh lái. Trong mọi trường hợp thì : A R ≥ A min A min = (0,75+ )= 17,9 m 2 (2.2) Trong đó : p = 1 vì bánh lái đặt trực tiếp sau chong chóng q = 1 đối với tàu hàng L = 147,87 ; T =8,51 lần lượt là chiều dài và chiều chìm tàu Vậy diện tích bánh lái : A R = 24 m đã chọn là thỏa mãn 2.2.3.Chiều cao bánh lái - Chiều cao banh lái là khoảng cách giữa điểm cao nhất và thấp nhất của bánh lái đo theo phương thẳng đứng. Dựa vào điều kiện bố trí trong khung giá lái mà ta chọn Chiều cao bánh lái Dựa vào điều kiện t R ≥ 0,25h R ( Tàu biển) t R + h R ≤ d → h R ≤ 1,25 d = 6,808 m Chọn h R = 6 m 2.2.4.Chiều rộng bánh lái - Chiều rộng bánh lái : b R b R = A R : h R =4 (m) (2.3) Vậy chọn chiều rộng bánh lái là b R = 4(m) 2.2.5.Xây dựng bản vẽ khung giá lái Bản vẽ xây dựng sẽ xác định chính xác toàn bộ kích thước, hình dạng hình học và vị trí tương đối của hệ chong chóng - bánh lái trong vùng đuôi tàu. Yêu cầu : - Đảm bảo khe hở cần thiết giữa chong chong và vỏ tàu - Đảm bảo cho luồng nước đi vào chong chóng dễ dàng - Đảm bảo khe hở cần thiết giữa bánh lái và các bộ phận khác Mặt dưới của bánh lái làm song song với mặt dưới sống đuôi tàu có dốc 1 : 8. Mặt dưới bánh lái làm cao hơn sống chính đuôi tàu một đoạn 200 mm.Mặt trên bánh lái làm ngang. Khe hở giữa mặt trên bánh lái với vỏ tàu chọn bằng 80 mm.Cạnh trước bánh lái về mũi tàu làm nghiêng về phía mũi.Cạnh sau bánh lái về đuôi tàu làm nghiêng góc 19 về phía đuôi.Khe hở giữa cạnh trước bánh lái và mép sau trụ lái chọn bằng 25 mm 2.2.6.Độ dang của hệ bánh lái - trụ lái, của bánh lái - Độ dang bánh lái Λ R P R h b = = 1,5 2.2.7. Profin bánh lái Dạng của profin bánh lái là Nasa 0012 Nên t = ax b m t =0,12 t max : chiều dày lớn nhất profin, t max =0,12.b R =0,12.4=0,48 (m) chiều dày lớn nhất profin bánh lái là t max = 0,48(m) Ta có tung độ profin bánh lái 2.2.8.Hoành độ chiều dày lớn nhất của prophin bánh lái . R x x b = = 1,2 m trong đó: 30.0=x - hoành độ chiều dày tương đối của profin 2.2.9.Xác định vị trí tối ưu đặt trục lái Ta có momen xoắn thuỷ động lấy đối với mép trước bánh lái * 2 1 . . . . . 2 M R R R M C v A b σ ρ = Mặt khác ta có: * 2 1 . . . . . 2 N R R R M C v A x σ ρ =  . . M R N R C b C x = hay ( / ). R M N R x C C b = Mà: .sin .cos. N x R y R C C C α α = + Cx,Cy ,α R ,CM xác định thông qua bánh lái chuẩn có độ dang Λ 0 =6 2 1 2 . . o o o o o o x x y y y M M R R y C C C C C C C C C C α α = + = = = + với 1 2 1 1 1 ( ) 0,159 57,3 1 1 ( ) 9,124 o o C C π π = − = ∧ ∧ = − = ∧ ∧ Trong đó: , , , o o o o x y p M C C C α là các hệ số của bánh lái dạng chuẩn α p0 C x0 C Y0 C X C Y α P C M 0 0.01 0 0.01 0 0 0 4 0.018 0.3 0.038 0.3 7.868 0.075 8 0.037 0.61 0.121 0.61 15.86 0.15 12 0.059 0.91 0.245 0.91 23.73 0.225 16 0.098 1.2 0.422 1.2 31.47 0.3 20 0.14 1.43 0.6 1.43 38.44 0.36 24 0.32 1.12 0.602 1.12 38.44 0.36 30 0.4 0.9 0.582 0.9 41.6 0.355 Từ các số liệu có được ta vẽ đồ thị , , ( ) x y M p C C C α từ đó ta lấy được các giá trị cần xác định: α p C x C y C y cosα P C x sinα P C N =(4)+(5) C M [...]... bị đẩy x đến mép trước của bánh lái và đường kính của chong chóng D x = 0,4 (m) → → vkt χ x D = 0,1 Tra bảng ta có k =1,25 =0,46 → =1,689 →vcp= 0,515.(1- 0,182).1,689.14,8 = 10,5(m/s) 3.1.2 Lực và momen tác dụng nên bánh lái Tính toán thực hiện trong bảng sau: Qua tính toán ở trên ta thấy giá trị momen lớn nhất và lực thủy động lớn nhất tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến: PNmax = 41998 kG tại... đủ bền 5.4 Trục lái với vỏ tàu 5.4.1 Ổ đỡ gót ki lái - Đường kính của chốt không kể lớp bọc đã được tính ở phần kết cấu D0= dch = 24 (cm) Chiều dài đoạn hình trụ của chốt không nhỏ hơn đường kính chốt nhưng cũng không lớn hơn 1,3 đường kính chốt để thuận tiện cho công nghệ - Chọn chiều dài đoạn hình trụ là : l = 30 cm - Chiều dài đoạn côn của chốt chọn : lc = 29 cm -Đường kính nhỏ nhất của chốt: K=... = 250 3.2.Xét tàu chạy lùi 3.2.1.Xác định vận tốc dòng nước chảy đến bánh lái vCRl = 0,515v1.ζ Trong đó : +v1=( 0,7÷0,75).vS (hl/g)_Tốc độ chạy lùi của tàu +vS = 14,8 knot- tốc độ chạy tiến của tàu ζ = ( 1,05÷1,1)- hệ số kể đến ảnh hưởng của thân tàu đến bánh lái VCRl = 0,515.0,7.14,8.1,05 = 5,602 (m/s) 3.2.2 Lực và momen tác dụng nên bánh lái Tính toán thực hiện trong bảng sau Qua tính toán ở trên... 14,8 (hl/g)_Tốc độ chạy tiến của tàu +wR = 0,8w0 _Giá trị trung bình của hệ số dòng theo tại vị trí đặt bánh lái w0_Giá trị trung bình hệ số dòng theo tại vị trí đặt chong chóng ∇ − ∆ω D 3 w0 =0,165.CBZ \ D =4 (m) _Đường kính chong chóng \CB = 0,62_Hệ số béo thể tích \z = 1_Số lượng bánh lái ∇ \ _Lượng chiếm nước thể tích tàu ∇ \ ∆ω = CB.k.L.B.T = 18373 (m3) phụ thuộc vào số Fr v g L Do số Fr = =0,388≥... K= 1 d ch − d c = ⇒ dc = 7 lc 19,857 (cm) Chọn dC= 20 cm - Tính chọn ren : (TCVN_6259-2A-25.1.7) - Đường kính đoạn ren của chốt =0.65*dch= 18,85 (cm) - Chọn dg = 19 cm - Chiều cao đoạn ren hn≥ 0,6.dg = 11,4 chọn hn = 12 cm - Đường kính ngoài đoạn ren dn≥ (dC.1,2 và 1,5.dg ) Chọn dn =30 cm - Chiều dày ống lót chốt lấy bằng 5% đường kính chốt và bằng 17,5 mm,vật liệu làm ống lót chốt là thép không gỉ... lái - Áp lực thủy động PN - Mômen thủy động Ms gây xoắn trục - Lực tác dụng lên đầu secto lái PC = MC/ RC với RC là bán kính secto lái - Trọng lượng bánh lái Gm và trọng lượng bản thân của trục lái - Coi bánh lái và trụ lái như 1 dầm tựa tự trên các gối tựa tự do Bánh lái có độ cứng EI1, trục lái có độ cứng EI2 Đặt EI1/EI2 = k E : Môdun đàn hồi cuả vật liệu Chọn k =2 Mô hình hoá sơ đồ bánh lái và trục... mối nối 5.3.1 .Đường kính bulông Đường kính bulông phải không nhỏ hơn giá trị tính theo công thức sau: 5,54 M u2 + Mσ 2 n(σ ch + 4400)rC = dB ≥ 3,96 ( cm) Trong đó : Mσ= 5984 ( kG.m) Mu= 3880,307 (kG.m) Để thiên về an toàn ta lấy Mu bằng mômen uốn tại gối 1 M 1'2 + M 1''2 = Mu = 3880,307 (kG.m) n= 6 ( bulông) rc = 31,5 cm: khoảng cách trung bình của cá bulông đến tâm mặt bích Chọn đường kính bulông bằng:... rộng bánh lái  R . =12500(kW) + Dạng sườn mũi :mũi quả lê PHẦN I: TÍNH LỰC CẢN THÂN TÀU VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG 1.1. Tính lực cản thân tàu 1.1.1. Chọn phương pháp tính + Tính vận tốc sơ bộ theo công thức Hải Quân: 2/3. m/s  Tính sức cản và công suất kéo của tàu : Lực cản tàu thủy được tính theo công thức R = R F + R R /kN Trong đó: R F : Lực cản ma sát /kN R R : Lực cản dư /kN * )Tính hệ số lực cản ma sát: Lực. hình học và vị trí tương đối của hệ chong chóng - bánh lái trong vùng đuôi tàu. Yêu cầu : - Đảm bảo khe hở cần thiết giữa chong chong và vỏ tàu - Đảm bảo cho luồng nước đi vào chong chóng dễ