thiết kế chong chóng tàu hàng khô

MỤC LỤC PHẦN TÊN PHẦN, MỤC MỤC LỤC 1 GIỚI THIỆU CHUNG 2 PHẦN I TÍNH TOÁN LỰC CẢN VÀ CONG SUẤT KÉO 3 1.1 LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP TÍNH 3 1.2 TÍNH TOÁN LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO 3 PHẦN II TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG 6 2.1 CHỌN VẬT LIỆU 6 2.2 TÍNH TOÁN HỆ SỐ LỰC HÚT, HỆ SỐ DÒNG THEO 6 2.3 CHỌN SƠ BỘ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG 6 2.4 CHỌN SỐ CÁNH CHONG CHÓNG 7 2.5 TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA CHONG CHÓNG 7 2.6 XÂY DỰNG BẢN VẼ CHONG CHÓNG 10 2.7 KIỂM TRA BỀN THEO QUY PHẠM 16 2.8 TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH 19 1 GIỚI THIỆU CHUNG Loại tàu : tàu hàng bách hóa trọng Vùng hoạt động : hoạt động vùng biển không hạn chế Chiều dài tàu : L = 140 m Chiều rộng tàu : B = 20,5 m Chiều chìm tàu : T = 8,68 m Hệ số béo thể tích : B C = 0,77 Hệ số béo sườn giữa : M C = 0,985 Hệ số béo đường nước : WL C = 0,82 Trọng tải : DWT = 15000 tấn Vận tốc : S v = 15 knots Dạng mũi : mũi quả lê %1−= L x B 2 PHẦN I: TÍNH TOÁN LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO 1.1. Lựa chọn phương pháp - Chọn phương pháp Guldhammer- Harvald - Giới hạn phương pháp: + Phạm vi vận tốc: 5,15,0 ÷= W L v + 8,05,0 ÷= P C + 50,2= T B (có hiệu chỉnh) + 44,015,0 ÷=Fr + 0,80,4 3 ÷== V L l - Ta có các thông số của tàu: 686,0 35,478 15 == W L v ( v - tính bằng hải lý/h, w L - tính bằng ft) 36,2 68,8 5,20 == T B 208,0 140.81,9 716,7 === gL v Fr 782,0 985,0 77,0 === M B P C C C 230,5 .68,8.5,20.140.77,0 140 3 3 === V L l Trong đó: m L L w 83,145 96,0 140 96,0 === hay ftL w 35,478= - Vậy phương pháp Guldhammer – Harvald thỏa mãn tàu thiết kế 1.2. Tính toán lực cản và công suất kéo - Lực cản tàu thủy được tính theo công thức: kNRRR RF += Trong đó: F R - lực cản ma sát, kN R R - lực cản dư, kN 1.2.1. Tính lực cản ma sát - Lực cản ma sát được tính theo công thức: SvCR FF 2 2 1 ρ = kN Trong đó: ρ - khối lượng riêng của nước biển ở 20C, 3 /025,1 mt= ρ v - tốc độ tàu, m/s smvv S /716,715.5144,05144,0 === S - diện tích mặt ướt của vỏ tàu, [m 2 ] Vì tàu có hệ số béo thể tích: 65,077,0 >= B C nên ta áp dụng công thức V.A Cemeki để tính diện tích mặt ướt của tàu: 3 )(784,4486 68,8 5,20 )247,077,0(37,1268,8.140)247,0(37,12 2 m T B CLTS B =       −+=       −+= Do có phần diện tích bổ sung do phần nhô: SS phânnhô %4= Vậy khi đó: 2 255,4666 mS = F C - hệ số lực cản ma sát, 0 FF CC = Với 0 F C - hệ số lực cản ma sát của bản phẳng tương đương Ta áp dụng công thức ITTC 1957 để tính 0 F C : 2 )2Re(log 075,0 0 − = F C Trong đó: Re - hệ số Reynold tính theo công thức: ν vL =Re Với: ν - độ nhớt động học của nước, sm /10.056,1 26− = ν L - chiều dài tàu, mL 140= v - vận tốc của tàu, smv /716,7= 1.2.2. Tính lực cản dư - Với các lượng hiệu chỉnh như sau: + Hiệu chỉnh theo B/T: Vì 50,2≠ T B nên hệ số lực cản dư được hiệu chỉnh theo công thức:       −=∆ 5,212,010 3 T B C R + Hiệu chỉnh cho hoành độ tâm nổi khác LCB tiêu chuẩn: Ta có công thức tính LCB tiêu chuẩn ( ) s LCB như sau: 01,0042,001,0 ±−= FrLCB s )/( LxLCB B = Chỉ hiệu chỉnh với 6,0> W L v và lượng hiệu chỉnh như sau:         −=∆ 6,010 3 w R L v aC Với 782,0= P C nên nội suy ta được 99,2=a + Hiệu chỉnh mũi quả lê: Do tàu có 782,0= P C nên ta không cần hiệu chỉnh + Hiệu chỉnh cho các phần nhô ra của thân tàu: R C%53÷ Lấy RR CC %4=∆ - Hiệu chỉnh do bề mặt nhám, ta hiệu chỉnh vào hệ số ma sát với độ tăng bổ sung bằng: 4,010 3 =∆ F C Việc tính toán thể hiện qua bảng sau: 4 Bảng 1.1. Tính toán lực cản và công suất kéo - Từ bảng tính toán ta vẽ được đồ thị lực cản và công suất kéo của tàu: Hình 1.1 5 PHẦN II: THIẾT KẾ CHONG CHÓNG 2.1. Chọn vật liệu chế tạo - Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép QCVN 21:2010/BGTVT (Bảng 7A/7.2) chọn vật liệu làm chong chóng là hợp kim đồng . + Loại: Đồng thau mangan đúc cấp 1. + Cấp: HB S C-1 + 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: [ ] 2 175 / C N mm σ ≥ + Giới hạn bền kéo: [ ] 2 460 / K N mm σ ≥ N/ mm 2 . 2.2. Tính toán hệ số hút t và hệ số dòng theo w T - Các hệ số tương hỗ giữa chong chóng và vỏ tàu được tính theo công thức Taylor: + Hệ số dòng theo tính toán: 335,005,077,0.5,005,0.5,0 =−=−= BT Cw + Hệ số hút: 268,0335,0.8,0. === TT wkt 9,07,0 ÷= T k cho bánh lái dạng thoát nước. Chọn 8,0= T k 2.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng: 2.3.1. Chọn sơ bộ công suất của động cơ - Ta có knotsv s 15= , tra đồ thị lực cản ta có kWP E 62,4708= - Khi đó: kW k P P E s 6,9232 6,0.85,0 62,4708 85,0 === Với k = 0,6 – hệ số 2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng - Từ bảng 9.2 “ Giới hạn thay đổi vòng quay hợp lý của chong chóng” trang 103 -Sách Thiết bị đẩy tàu thủy - Ta chọn vòng quay chong chóng rpmn 130= 2.3.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng - Ta có công thức: m n T DTnD 561,5 130 663,8338,11 8,11 8,11 4 4 4 ===⇒= Trong đó: D - đường kính chong chóng, m T - lực đẩy chong chóng, kN, kNR 241,610= kN t R t T T E 663,833 268,01 241,610 11 = − = − = − = n - vòng quay chong chóng, rpm, rpmn 130= 6 2.4. Chọn số cánh chong chóng Z - Ta có hệ số lực đẩy theo vòng quay tính theo công thức 653,0 663,833 025,1 . 167,2 131,5 4 4 === T n v k A NT ρ Trong đó: A v - vận tốc tiến của chong chóng, m/s smwvv TA /131,5)335,01.(716,7)1( =−=−= , với smv /716,7= n - vòng quay chong chóng, rps, rpsn 167,260/130 == T - lực đẩy của chong chóng )(663,833 1 kN t T T E = − = - Ta lại có hệ số lực đẩy theo đường kính được tính theo công thức: 000,1 663,833 025,1 561,5.131,5 === T Dvk ADT ρ Trong đó: A v - vận tốc tiến của chong chóng, m/s smwvv TA /131,5)335,01.(716,7)1( =−=−= , với smv /716,7= D - đường kính chong chóng, )(561,5 mD = T - lực đẩy của chong chóng )(663,833 1 kN t T T E = − = Vì 1< NT K và 2< DT K nên ta chọn số cánh chong chóng là 4=Z Vậy chọn số cánh chong chóng 4=Z 2.5. Tính các yếu tố cơ bản của chong chóng 2.5.1. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền - Chọn theo điều kiện bền thì: [ ] 3 3/2 max min 00 10 .).08,1.(24,0 σδ Tm D z d A A A A H EE         −=         ≥ Trong đó: 4=Z - số cánh chong chóng D - đường kính chong chóng, mD 561,5= max δ : chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối, 6,0== R r r ; 08,0 max = δ T - lực đẩy của chong chóng, kNT 663,833= m - hệ số kể đến trạng thái tải trọng, 15,1=m 7 [ ] σ : ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu, [ ] kPa 4 10.6= σ 167,0== D d d H H , tỷ số giữa đường kính trung bình của củ chong chóng với đường kính của nó Khi đó: 514,0 10.6 941,837.15,1.10 . 08,0.568,5 4 ).167,008,1.(24,0 3 4 3/2 min 0 =       −=         A A E - Vậy chọn tỷ số đĩa chong chóng 55,0 0 = A A E 2.5.2. Tính toán các yếu tố cơ bản của chong chóng và lựa chọn động cơ chính Dựa vào bảng tính ta xây dựng được đồ thị S P = f(N) Dựa vào đồ thị ta chọn được máy có các thông số như sau: Tên máy 6RT-flex50 8 Hãng sản xuất WARTSILA SULZER && && Công suất định mức: kWP S 9720= Vòng quay định mức: rpmN H 124= 2.5.3 Tính toán chong chóng đảm bảo khai thác hết công suất của động cơ và đạt được tốc độ tối đa: Do lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu nên ta đi tính vận tốc khai thác thực của tàu: Giả thiết vận tốc tàu: (14 16) S v knots= ÷ và tính toán với vòng quay chong chóng 124 2,067n rpm rps= = Quá trình tính toán thể hiện qua bảng sau: Tiến hành vẽ đồ thị : 0 ( ), ( ), ( ), / ( ) S S opt S S S P f v D f v f v P D f v η = = = = Với công suất máy chính kWP S 9720= , từ đồ thị ta có vận tốc tàu và các thông số của chong chóng như sau : 9 0 15,12 ; 5,628 ; 0,528; / 0,787 S opt v knot D m P D η = = = = 2.5.4 Kiểm tra tỷ số đĩa theo điều kiện không xảy ra xâm thực: Theo Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo công thức sau: ( ) 2 0 0 min 1,275. . . c E k A n D A P ξ   =  ÷   Trong đó: 1,3 1,6 ξ = ÷ - hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng,.Chọn 1,6 ξ = với trường hợp nặng tải ( ; / ; ) C k f Z P D J= - hệ số tra đồ thị Với 4; / 0,787; 0,445Z P D J= = = ta tra đồ thị được 0,262 C k = 2 0 ( ), / a s P P h kN m γ = + Với: 2 101,340 / a P kN m= - áp suất khí quyển 3 10 /kN m γ = - trọng lượng riêng của nước 0,55 8,68 0,55.5,628 5,585 s h T D m= − = − = 2,067n rps= 5,628D m= Khi đó : ( ) ( ) 2 2 0 0 min 0,262 1,275. . . 1,275.1,6 2,067.5,628 0,460 101,34 10.5,585 c E k A n D A P ξ   = = =  ÷ +   0 min 0,460 0,55 E A A   = <  ÷   Vậy điều kiện tỷ số đĩa để không xảy ra xâm thực được thỏa mãn. 2.6 Xây dựng bản vẽ chong chóng 2.6.1 Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng : Tính chiều rộng lớn nhất của cánh b ax 0 2,187. 2,187.5,628 . .0,55 1,692 1692 4 E m AD b m mm z A = = = = Ta có bảng tọa độ để xác định hình bao duỗi thẳng theo Seri B tính theo % của b như sau : 10 [...]... lượng chong chóng Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính như sau : G= b  Z d  γ D 3 ( 0,6 ) 6, 2 + 2.104  0, 71 − H 4 4.10 D  D   e0,6  + 0,59.γ lH d H 2 ÷ D   Trong đó: Z = 4 - số cánh chong chóng γ = 8600 kG / m3 - trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng D = 5, 628 m - đường kính chong chóng d H = 0,94 m - đường kínhcủa củ chong chóng lH = 1, 23 m - chiều dài củ chong. .. chóng 2.8.1 Tính toán các đặc trưng không thứ nguyên của chong chóng làm việc sau thân tàu Các thông số chủ yếu như sau: AE / A0 = 0,55 P / D = 0, 787 wT = 0,335 t = 0, 268 Jp Z =4 0, 445 = 0, 435 P/D 0, 787 t0 = 0, 268.0, 435 = 0,117 sP = 1 − = 1− Ta có bảng tính toán như sau: 2.8.2 Tính toán các đặc trưng của chong chóng sau thân tàu Giả thiết vòng quay của chong chóng với các giá trị như sau: n =... chong chóng có bước cố định, e = 0, 25 Do đó: R 0 = 26,5 cm Bán kính góc lượn thực tế giữa chân cánh và củ là: R 0 = 17 cm rB - tỉ số bước của chong chóng, rB = Do đó ta chọn bán kính góc lượn phía mặt đạp giữa cánh và củ là: R= 27 cm Bán kính góc lượn phía mặt hút giữa cánh và củ là: R= 29 cm Vậy chong chóng thoả mãn điểu kiện bền theo qui phạm 2.8 Tính toán và xây dựng đồ thị vận hành của chong chóng. .. dựng củ chong chóng : 2.6.4.1 Xác định đường kính trục chong chóng - Đường kính trục chong chóng : d B = 1,12d P + kC D Với d là đường kính trục trung gian được tính theo công thức sau : d P = 92 3 PS ( 1+ k ) nm Trong đó: k = q (a − 1) với q = 0, 4 và a = 2, 00 khi động cơ 4 kỳ và 6 xilanh k = 0, 4(2 − 1) = 0, 4 PS = 9720 kW - công suất máy nm = 124 rpm - vòng quay định mức của trục chong chóng Khi... diện tích khai triển của chong chóng, a0 = 0,55 w - là nước kèm trung bình định mức ở đĩa chong chóng     B  B w = 0, 625 0, 04  + 4 ÷ + CB  − 0,527 D  dS     ∆w là giá trị cực đại của dao động nước kèm và xác định theo công thức sau:     B  B ∆w = 7,32 1,56 − 0, 04  + 4 ÷ − CB  w D  dS     B - chiều rộng tàu, B = 20,5 m CB - là hệ số béo thể tích của tàu, CB = 0, 77 Do đó:... là: t = 11, 473 mm Mà: Chiều dày cánh thực tế tại bán kính 0,25R là: t = 24,5 mm Chiều dày cánh thực tế tại bán kính 0,6R là: t = 14, 2 mm Kết luận: Chong chóng đủ bền 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 R0 xác định theo công thức sau : R 0 = t1 + ( e-rB ) ( t 0 -t1 ) e Trong đó: R0 - bán kính yêu cầu góc lượn, cm t1 -... toán: δ d = Ứng suất cắt tính toán: Tc = 2T d B lt t 2 2T d B bt lt Ta có mô men xoắn trên trục chong chóng là: T = 7162 PD nm PD - công suất truyền đến chong chóng PD = η s PS = 0,97.9720 = 9428, 4 kW Thay vào : T = 7162 9428, 4 = 62451, 442 Nm = 62451442 Nmm 124 Với t2 (độ ngập của then trên củ chong chóng) t2 = 0, 4ht = 0, 4.80 = 32 mm δd = 2.62451442 = 6, 486( N / mm 2 ) < [ δ ] d = 80( N / mm... trung bình của củ chong chóng cánh cạnh huyền của tam giác đúc một đoạn: mφ = Rφ R mR Trong đó: mR là khoảng cách từ mút cánh đến đường tâm cánh mR = R.tan10 = 2814.tan10 = 496 mm Do đó: mφ = 2870 496 = 506 mm 2814 2.7 Kiểm tra bền chong chóng theo quy phạm: 2.7.1 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... trục: k = 1/15 - Chiều dài phần côn trục lk = (90 ÷ 95)%lH = (1107 ÷ 1168,5) mm Chọn lk = 1120 mm 2.6.3.2 Xác định kích thước củ chong chóng - Chiều dài củ: lH lấy lớn hơn 2% ÷ 3% chiều rộng lớn nhất của hình chiếu cạnh Do đó chọn lH = 1230 mm - Độ côn của củ chong chong chóng, chọn k H = 1/15 - Đường kính trung bình củ: d H = 0,167 D = 0,167.5628 = 939,876 mm Chọn d H = 940 mm - Chiều dài lỗ khoét... 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 t= K1 H SW cm K 2 ZNl Trong đó: t - chiều dày cánh trừ góc lượn của chân cánh, cm H - công suất liên tục lớn nhất của máy chính, H = 9720 kW Z - số cánh chong chóng, Z = 4 N - số vòng quay liên tục lớn nhất chia cho 100, N = 1, 24 v / p l - chiều . của tàu: Hình 1.1 5 PHẦN II: THIẾT KẾ CHONG CHÓNG 2.1. Chọn vật liệu chế tạo - Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép QCVN 21:2010/BGTVT (Bảng 7A/7.2) chọn vật liệu làm chong chóng. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng - Từ bảng 9.2 “ Giới hạn thay đổi vòng quay hợp lý của chong chóng trang 103 -Sách Thiết bị đẩy tàu thủy - Ta chọn vòng quay chong chóng rpmn 130= 2.3.3 số cánh chong chóng D - đường kính chong chóng, mD 561,5= max δ : chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối, 6,0== R r r ; 08,0 max = δ T - lực đẩy của chong chóng,