thuyết minh bản thiết kế chong chóng tàu hàng bách hóa dai 76 m

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 2.3 CHỌN SƠ BỘ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG 2.4 CHỌN SỐ CÁNH CHONG CHÓNG 2.5 TÍNH TOÁN CÁC YẾU TỐ CƠ BẢN CỦA CHONG CHÓNG 2.6 XÂY DỰNG BẢN VẼ CHONG CHÓNG 2.7 KIỂM TRA BỀN THEO QUY PHẠM 2.8 TÍNH TOÁN VÀ XÂY DỰNG ĐỒ THỊ VẬN HÀNH 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 = 73,9 m Chiều rộng tàu : B = 12,2 m Chiều chìm tàu : T = 4,8 m Hệ số béo thể tích : B C = 0,69 Hệ số béo sườn giữa : M C = 0,981 Hệ số béo đường nước : WL C = 0,82 Vận tốc : S v = 13,9 knots Dạng mũi : mũi quả lê 0,5% B x L = 2 PHẦN I: 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: W v L = 0,5÷1,5 C = 0,5 ÷ 0,8 B T =2,5( có hiệu chỉnh) Fr = 0,15 ÷ 0,44 3 4,0 8,0 L = ÷ ∇ - Ta có các thông số của tàu W 13,9 0,87 252,556 v L = = ( v - tính bằng hải lý/h,L tính bằng ft) B T = 8,4 2,12 = 2,54 Fr = gL v = 9,73.81,9 151,7 =0,266 C p = B M C C = 981,0 69,0 = 0,703 3 3 73,9 2986,03 L = ∇ = 5,13 Trong đó: L = 0,96 L = 73,9 0,96 = 76,979 ,m hay L = 252,566 ,ft - Vậy tàu thoả mãn giới hạn của phương pháp Guldhammer – Harvald 1.2. Tính toán lực cản và công suất kéo 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 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/m 3 : Khối lượng riêng của nước biển ở 20C v: Tốc độ tàu ,m/s 3 v = 0,5147v S = 0,5147.13,9 = 7,151 ,m/s S: Diện tích mặt ướt của vỏ tàu ,m 2 Vì tàu có hệ số béo thể tích C B = 0,69 > 0,65 nên ta áp dụng công thức V.A Cemeki để tính diện tích mặt ướt của tàu: S = LT 2 1,37( 0,274) B B C T   + −     ,m 2 S= 73,9.4,8       −+ 8,4 2,12 )274,069,0(37,12 = 1256,62 ,m 2 Do có phần diện tích bổ sung do phần nhô: S = 4%S Vậy khi đó S = 1306,88 ,m 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 - Tính lực cản dư Với các lượng hiệu chỉnh như sau: * Hiệu chỉnh theo B/T Với B/T=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 = 0,703 nên nội suy ta được a = 0,753 * 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∆ = Việc tính toán thể hiện qua bảng sau 4 Với 3 L l = ∇ 5 PHẦN II: THIẾT KẾ CHONG CHÓNG 2.1.Chọn vật liệu Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259-2003 (Bảng 7A/7.3), 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: [ ] 175≥ C σ N/ mm 2 - Giới hạn bền kéo: [ ] 460 K 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: W T = 0,5.C - 0,05 = 0,5.0,69 - 0,05 = 0,295 Hệ số hút: t = k T .W T = 0,8.0,295 = 0,236 K t = 0,7 ÷ 0,9 cho bánh lái dạng thoát nước. Chọn k T = 0,8 2.3.Chọn sơ bộ đường kính chong chóng 2.3.1 Chọn sơ bộ công suất của động cơ Ta có 1238,8 2429,02 0,85 0,85.0,6 E s P P k = = = ,kW Trong đó : k = (0,5 – 0,7) chọn k = 0,6 P E – công suất kéo của tàu, kW Ta có v = 13,9 knot tra đồ thị lực cản ta có P = 1238,8 , kW 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 n = 200 ,rpm 2.3.3 Chọn sơ bộ đường kính chong chóng: Ta có công thức: 4 4 4 11,8 11,8. 227,04 11,8 3,24 200 T D n T D n = ⇒ = = = ,m Trong đó: D là đường kính chong chóng, m T là lực đẩy chong chóng , kN 173,46 227,04 1 1 1 0,236 E T R T t t = = = = − − − , kN n là vòng quay chong chóng ,rpm ; n = 200 , rpm 2.4.Chọn số cánh chong chóng Z Ta có 6 A 4 4 v ρ 5,04 1,025 K = . . 0,716 T 227,04 3,33 NT n = = Trong đó: v A : Vận tốc tiến của chong chóng [m/s], v = v(1-w) với v = 7,151 m/s nên v = 7,151.(1-0,295) = 5,04 , m/s n: Vòng quay chong chóng , rps : n = 200/60 = 3,33 ,rps T: Lực đẩy của chong chóng, T= 227,04 ,kN Ta lại có A ρ 1,025 K = v .D. 5,04.3,24. 1,097 T 227,04 DT = = Trong đó: v A : Vận tốc tiến của chong chóng [m/s], v = v(1-w) với v = 7,151 m/s nên v = 7,151.(1-0,295) = 5,04 , m/s D: Đường kính chong chóng ,m: D = 3,24 ,m T: Lực đẩy của chong chóng, T=227,04 ,kN Vì K < 1 và K DT < 2 nên ta chọn số cánh chong chóng là: Z = 4 Vậy 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 Chọn theo điều kiện bền thì: ( ) [ ] 2/3 E E 3 min 0 0 ax A A 10. . ( ) = 0,24 1,08 A A H m z mT d D δ σ   ≥ −  ÷   Trong đó: Z = 4: Số cánh chong chóng D: Đường kính sơ bộ chong chóng , m : D = 3,24 ,m δ max - Chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối 0,6 r r R = = , δmax = 0,08 T: Lực đẩy của chong chóng: T = 204,53 ,kN m: Hệ số kêt đến trạng thái tải trọng: m = 1,15 [ σ ] ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu, [ σ ] = 6.10 , kPa 0,167 H H d d D = = - tỷ số giữa đường kính trung bình của củ chong chóng với đường kính của nó Khi đó : ( ) 2/3 E 3 min 4 0 A 4 10.1,15.227,04 ( ) = 0,24 1,08 0,167 0,444 A 3,24.0,08 6.10   − =  ÷   Vậy chọn tỷ số đĩa chong chóng E 0 A = 0,55 A 7 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 opt P = f(N) D = f(N)      Dựa vào đồ thị ta chọn được máy có các thông số như sau: Tên máy 12V28/32A Series Hãng sản xuất MAN B&W Công suất định mức: P S = 2940 (kW) Vòng quay định mức: N H = 201 (rpm) 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: Quá trình tính toán thể hiện qua bảng sau: STT Đại lượng tính Đ/vị Giá trị 8 1 v S Knot 14 2 V A =0,5144v s (1-w T ) m/s 5,077 3 T B =R=f(v s ) kN 179,771 4 1 E T T t = − kN 235,302 5 4 A NT v k T n ρ = - 0,713 6 J 0 =f(k NT ) - 0,456 7 J=a.J 0 - 0.479 8 A opt v D nJ = m 3,165 9 2 4 T opt T k n D ρ = - 0,204 10 ( , ) T P f k J D = - 0,847 11 0 ( , ) T f k J η = - 0,474 12 0 1 1 . 1 w D Q T t i η η − = − - 0,526 13 . D D R v P η = kW 2461,159 14 . . D s s G B P P k η η = kW 2954,573 15 P DC kW 2940 16 .100 S DC DC P P P P − ∆ = % 0,5 Với công suất máy chính P = 2940 kW, ta có vận tốc tàu và các thông số của chong chóng như sau : V = 14 knots , D = 3,165 m, 0 η = 0,474 , P/D = 0,847 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 đươch 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 = ÷ là hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng Chọn 1,6 ξ = , với trường hợp nặng tải K = f (z;P/D;J), Với z=4, P/D = 0,847, J = 0,479 ta tra đồ thị được: K= 0,28 P = (P + γ .h ) = 131,94 ,kN/m Với P = 101,340 ,kN/m, γ = 10 ,kN/m, h = T- 0,55 D= 4,8-0,55.3,165 = 3,06 ,m 9 n = 3,35 ,rps D = 3,165 , m Khi đó : ( ) ( ) 2 2 0 0 min 0,28 1,275. . . 1,275.1,6 3,35.3,165 131,94 c E k A n D A P ξ   = =  ÷   0 min 0,49 E A A   =  ÷   < 0,55 Vậy điều kiện xâm thực được thỏa mãn 2.6 Xây dụng 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. 2,187.3,165 . .0,55 0,952 4 E m AD b z A = = = ,m = 952 ,mm 10 [...]... chong chóng Đường kính chong chóng Tỉ số bước Bước của chong chóng Tỉ số đĩa Số cánh Góc nghiêng cánh Vật liệu: Hợp kim đồng thau nh m - niken đúc Chiều rộng cánh m m m kW rpm = 3,35 rps D P/D P AE/AO Z γ = = = = = = 3,165 0,847 2,681 0.550 4 10 m l0,25R l0,6R t0,25R t0,6R t0 Rott d0 = = = = = = = 77,1 95,18 14,5 8,2 19 16 0.53 cm cm cm cm cm cm m Chiều dày cánh Chiều dày giả định của cánh tại t m trục... củ chong chóng cánh cạnh huyền của tam giác đúc m t đoạn: m = R∅.tg10=1640.tg10 = 289, 176 mm 2.7 Ki m tra bền chong chóng theo quy ph m: 17 Ki m tra bền theo QCVN 21: 2010/BGTVT 2.7.1 Kích thước chủ yếu của tàu Chiều dài L Chiều rộng B Chiều ch m dS Hệ số béo thể tích CB 2.7.2 Thông số của m y chính Công suất PS Vòng quay chong chóng NP = = = = = = 73,9 12,2 4,8 0.69 2940 201 2.7.3 Thông số của chong. .. (0,25÷0,3).d = 80 ÷ 96 mm Chọn b = 90 mm Chiều cao then: h = (0,5 ÷ 0,6) b = 45 ÷ 54 mm Chọn h = 50 mm * Ki m tra bền: Điều kiện bền : δ d ≤ [δ ] d 15 Tc ≤ [Tc ] Trong đó Ứng suất dập cho phép: [ δ ] d = 80 (N/mm) Ứng suất cắt cho phép : [Tc ] = 40 (N/mm) Ứng suất dập tính toán δ d = 2T d B lt t 2 Ứng suất cắt tính toán Tc = 2T d B bt lt Ta có m men xoắn trên trục chong chóng là : T = 7162 PD nm PD: Công suất... suất truyền đến chong chóng PD = η s PS = 0,97.2940 = 2851,8 ,kW Thay vào T = 7162 2851,8 = 34346,54 ,N .m = 34346540 ,N.mm 124 Với - t2 (độ ngập của then trên củ chong chóng) t2 = 0,4.ht = 0,4.50 = 20 ,mm 2.34346540 δd = = 12, 63( N / mm 2 ) < [ δ ] d = 80( N / mm 2 ) 320.850.20 2.34346540 Tc = = 2,806 ( N / mm 2 ) < [ Tc ] = 40( N / mm 2 ) 320.90.850 Vậy then đó chọn đủ bền 2.6.3.4 Chọn m thoát nước...  + 0,59.γ l.d H     Trong đó: - Số cánh chong chóng Z = 4 - Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng: γ = 8600 kG /m3 - Đường kính chong chóng D = 3,165 m - Đường kính của củ chong chóng: d = 0,53 m - Chiều dài củ chong chóng: l = 0,75 m - Chiều dài cánh tại 0,6 R: 16 e0,6= 82 mm = 0,082 m - Chiều rộng cánh tại 0,6R : b0,6 = 0,952 m Thay số ta được: G= - 4 0,952  0,53  0, 082   2... 180 ; 201; 210 ( rpm) Bảng 1: n = 120 rpm = 2 rps 21 Bảng 2: n = 150 ,rpm = 2,5 ,rps Bảng 3: n = 180 rpm = 3 rps 22 Bảng 4: n = 201 rpm = 3,35 rps Bảng 5: n = 210 rpm = 3,5 rps 23 Từ các giá trị tính ở bảng trên ta đi xây dựng đồ thị vận hành.Tiến hành vẽ đồ thị Xác định công suất định m c của động cơ được thể hiện như bảng sau:  n  PS =  ÷.Pdm  ndm  Với P = 2940 kW và n = 201 rpm STT Đơn vị Giá... (kg) Vậy khối lượng chong chóng là G = 3401 kg 2.6.4 Xây dựng tam giác đúc - Bán kính đặt tam giác đúc R = R + 50÷60 = 1632 ÷ 1642 (mm) Chọn R = 1640 mm Chiều dài của tam giác đúc lφ = lφ 1 + lφ 2 = 1230 + 916 = 2146,mm ϕ1 43 = 2π 1640 = 1230 ,mm 360 360 ϕ 32 lφ 2 = 2π Rϕ 2 = 2π 1640 = 916,mm 360 360 ϕ1 , ϕ 2 xác định từ hình vẽ: ϕ1 = 430 , ϕ 2 = 320 Với lφ 1 = 2π Rϕ Chiều cao tam giác đúc: hφ = P... trục, t0 = 19 (cm) rB: Tỉ số bước của chong chóng, rB = rH = d H = 0,167 R e = 0,25 (Hệ số vói chong chóng có bước cố định) Do đó: R0 = 15,613 (cm) Do đó ta chọn bán kính góc lượn phía m t đạp giữa cánh và củ là R = 16 cm Bán kính góc lượn phía m t hút giữa cánh và củ là R = 18 cm Vậy chong chóng thoả m n điểu kiện bền theo qui ph m 2.8 Tính toán và xây dựng đồ thị vận hành của chong chóng Tính toán... 70 ,mm 201 k = 10, ống bao trục là hợp kim đồng Do đó : d = 1,12 d + k.D = 1,12.251,70 + 10.3,165 = 313,55 , mm Chọn d = 320 , mm * Độ côn trục : k = 1/15 2.6.3.2 Xác định kích thước củ chong chóng : * Chiều dài củ : l lấy lớn hơn 2%÷3% chiều rộng lớn nhất của hình chiếu cạnh Do đó chọn l = 750 mm * Độ côn của củ chong chong chóng : Chọn k = 1/15 * Đường kính củ : d = 0,167 D = 0,167.3165= 528,55 mm.Chọn... 528,55 mm.Chọn d = 530 mm * Chiều dài lỗ khoét của củ l = (0,25 ÷ 0,3) l Với l = (90%÷ 95%) l =675 ÷ 713 Chọn l = 680 mm l = (0,25 ÷ 0,3).680 = 170 ÷ 204 Chọn l = 180 mm Trong đó : l - chiều dài phần côn trục của củ * Chiều sâu rãnh khoét: Chọn t = 10 mm 2.6.3.3 Chọn then * Ta chọn số lượng then là 1 then * Chiều then l = (0,9÷0,95)l = (0,90÷0,95).680 = 612÷646 (mm) Do đó chọn l = 620 mm Chiều rộng then: . II: THIẾT KẾ CHONG CHÓNG 2.1.Chọn vật liệu Theo quy ph m phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259-2003 (Bảng 7A/7.3), chọn vật liệu l m chong chóng là hợp kim đồng - Loại: Đồng thau mangan. cánh chong chóng Z = 4 - Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng: γ = 8600 kG /m 3 - Đường kính chong chóng D = 3,165 m - Đường kính của củ chong chóng: d = 0,53 m - Chiều dài củ chong. = 289, 176 mm 2.7 Ki m tra bền chong chóng theo quy ph m: 17 Ki m tra bền theo QCVN 21: 2010/BGTVT 2.7.1. Kích thước chủ yếu của tàu Chiều dài L = 73,9 m Chiều rộng B = 12,2 m Chiều ch m d S =