THIẾT kế CHONG CHÓNG tàu CHỞ HÀNG KHÔ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI KHOA CƠ KHÍ THIẾT KẾ MÔN HỌC: LÝ THUYẾT TÀU ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU CHỞ HÀNG KHÔ Sinh viên : Ngô thị Diệu Linh Lớp : MTT51- ĐH 2 NỘI DUNG THIẾT KẾ Đề bài 1. Loại tàu: tàu Hàng 2. Chiều dài tàu : L = 51,0 (m) 3. Chiều rộng của tàu : B = 8,25 (m) 4. Chiều chìm tàu : d = 3,5 (m) 5. Chiều cao mạn tàu : D = 4,35 (m) 6. Hệ số béo thể tích : C B = 0,70 7. Lắp máy : 500 (cv) 8. Tàu 1 chong chóng. 9. Vùng hoạt động : vùng biển Hải Phòng -Singapore 10. Hệ số béo sườn giữa : C M = 0.978 11.Hệ số béo đường nước thiết kế : C wp = 0.882 1 PHẦN I .TÍNH SỨC CẢN 1.1. Các thông số thiết kế của tàu : - Loại tàu : tàu Hàng khô - Vùng hoạt động : vùng Hải Phong -Singapore. - Chiều dài tàu : L = 51 (m) - Chiều rộng của tàu : B = 8,25 (m) - Chiều chìm tàu : d = 3,5 (m) - Chiều cao mạn : D = 4,35 (m) - Hệ số béo thể tích : C B = 0,70 - Lắp máy : 500 (cv) - Hệ số béo sườn giữa : C M = 0,98 - Hệ số béo đường nước thiết kế : C wp = 0,882 1.2. Giới hạn áp dụng của phương pháp Seri 60 để tính sức cản tàu. - B L = 6 ÷ 8,5. - d B = 2 ÷ 5. - B C = 0,6 ÷ 0,8. - C p = 0,612 ÷ 0,815 - l= 5,75 3 ÷= ∇ L 1.3.Kiểm tra điều kiện áp dụng - B L = 6,2 - d B = 2,4 - B C = 0,70 - ∇ = C B .L.B.d = 0,7.51.8,25.3,5= 87,465 (m 3 ) l= 3 ∇ L = 5,049 ⇒ Tàu thoả mãn các điều kiện áp dụng của phương pháp Seri 60. 2 Vậy ta có thể áp dụng phương pháp Seri 60 để tính sức cản cho tàu. 1.4.Tính sức cản tàu -Công suất máy chính của tàu : P D = 85. 100 500 = 425 (cv) -Công suất kéo của tàu : P E =0,6P D =0,6.425 = 255 (cv) -Vận tốc giả thiết của tàu tính theo hải lý/giờ được cho là: Vs = { 8 ; 9 ; 10 ;11 ;12 } -Bảng kết quả tính: STT Đại lượng tính toán Đơn vị Vận tốc giả thiết 1 Vận tốc giả thiết v s hl/giờ 8 9 10 11 12 2 Vận tốc giả thiết v m/s 4.1176 4.6323 5.147 5.6617 6.1764 3 v 2 m 2 /s 2 16.95463 21.4582 26.4916 32.0548 38.1479 4 Fr = v/(gL) 1/2 - 0.184088 0.2071 0.23011 0.25312 0.27613 5 C Ro =C Ro (C B ,Fr) - 0.000731 0.00093 0.00144 0.00174 0.004 6 l=L/∇ 1/3 - 5 5 5 5 5 7 l o =l o (C B ) - 5.75 5.75 5.75 5.75 5.75 8 a l =a l (l,Fr) - 1.462 1.35 1.29 1.288 1.32 9 a lo =a lo (l o ,Fr) - 1.135 1.13 1.125 1.105 1.06 10 k l =a l /a lo - 1.288106 1.19469 1.14667 1.16561 1.24528 11 k B/d =k B/d (B/d,Fr) - 0.995 0.995 0.994 0.993 0.993 12 a B/d =a B/d (B/d,Fr) - 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78 13 C R =C Ro .k l .k B/d .a B/d - 0.000731 0.00087 0.00128 0.00158 0.00386 14 Re=vL/υ - 1.99E+08 2.2E+08 2.5E+08 2.7E+08 3E+08 15 C F =0,455/(logRe) 2,58 - 0.001936 0.00191 0.00188 0.00186 0.00183 16 C A - 0.00035 0.00035 0.00035 0.00035 0.00035 17 C AP - 0.00015 0.00015 0.00016 0.00015 0.00015 18 C=C F +C R +C A +C AP - 0.003167 0.00327 0.00366 0.00393 0.00619 19 R=0,5.C.v 2 .ρ.Ω kG 16.70467 21.835 30.1993 39.196 73.4865 20 PE=R.v cv 68.78314 101.146 155.436 221.916 453.882 3 -Công thức tổng quát tính sức cản R= 0,5.C.ρ.Ω.v Trong đó -Mật độ nước ρ Nước ngọt ρ =1 (t/m 3 ) Nước biển ρ =1,025 (t/m 3 ) -Vận tốc tàu v(m/s) -Diện tích mặt ướt: Ω (m 2 ) Đối với tàu vận tải có hệ số béo lớn (CB > 0,65) Ω = ( )       −+ d B CdL B .274,0.37,12 =607,023 (m² - Hệ số lực cản : C = C F + C R + C A + C AP CF :Hệ số lực cản ma sát,tính theo công thức: ( ) 58,2 log 455,0 e F R C = υ Lv R e . = :chuẩn đồng dạng Raynols đặc trưng cho chất lỏng có tính nhớt. 6 10.056,1 − = υ (m/s 2 ) :hệ số nhớt. C A : Hệ số lực cản do nhám bề mặt. C A =0,4 3,0 ÷ với tàu có chiều dài L=51 (m) .Chọn C A = 0,35.10 -3 C AP : Hệ số lực cản của các phần nhô. Với tàu một chong chóng,chiều dài 51 (m).Chọn C AP = 0,15.10 -3 C R :Hệ số lực cản dư tính theo Seri 60. -Với tàu có mũi với sườn dạng chữ U,V hoặc trung gian giữa U và V,hệ số sức cản dư được tính như sau : C R = C Ro .k l .k B/d .a B/d Trong đó : - C Ro = f(C B ,Fr) tìm được theo đồ thị phụ thuộc của C R và l o vào C B . - k B/d và a B/d tìm được từ đồ thị phụ thuộc của a B/d và k B/d vào B/d. - ( ) lo l l a a lfk == -a l ,a lo tìm được từ đồ thị phụ thuộc của a l ,a lo vào l và Fr. - Hệ số ảnh hưởng của chiều dài tương đối l= 3 ∇ L = 5,049 4 -l o =f(C B ) tìm được từ đồ thị phụ thuộc của C R và l o vào C B . -Fr = Lg v . : chuẩn đồng dạng Froude đặc trưng cho chất lỏng có trọng lực và lực quán tính. - L = 51 (m) ;g =9,81 (m/s 2 ) d B 2,4 C B = 0,70 ; d = 3,5 (m) - Công suất kéo được xác định bằng công thức : vRN o . = (cv) -Từ đồ thị công suất và sức cản,với vận tốc hoạt động của tàu là V S = 11,459 hl/giờ,ta có = 255 (cv) R =85,4396 (kG) PHẦN II: THIẾT KẾ CHONG CHÓNG 5 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 : +Thành phần kẽm tương đương (%)= 100. (%) 100 100 Cu A − + Trong đó A=Sn+5Al-0,5Mn-0,1Fe-2,3Ni(%) +Thành phần hóa học (%) của HBsC1: (52 62)%Cu ÷ , (0,5 3,0)%Al ÷ , (0,5 4,0)%Mn ÷ , (35 40)%Zn ÷ , (0,5 2,5)%Fe ÷ , 1,0%Ni ≤ , 1,5%Sn ≤ , 0,5%Pb ≤ _Giới hạn độ bền +Giới hạn chảy: 2 175( / )N mm≥ +Giới hạn bền kéo: 2 460( / )N mm≥ +Độ giãn dài(%): 20 ≥ 2.2. Tính toán hệ số dòng theo,hệ số lực hút (Đối với tàu vận tải biển một chong chóng, theo Taylor) Hệ số dòng theo: W 0,5. 0,05 T B C= − = 0,5.0,7-0,05= 0,3 Hệ số lực hút: w T T t k = = 0,6.0,3= 0,18 Với (0,5 0,7) 0,6 T k = ÷ = 2.3. Chọn sơ bộ đường kính của chong chóng 2.3.1. Chọn động cơ chính -Công suất máy chính P S =500 (cv) =368 (KW) Từ catalog máy năm 2005 Chọn động cơ ABC kí hiệu 600XS-600-045 công suất máy là 398 (kw) , số vòng quay n=600 (vg/ph) Đây là động cơ trung tốc thì chọn phương án truyền động gián tiếp qua hộp số Tỉ số truyền hộp số : 5,2 240 600 = -Có số vòng quay định mức n= 250 (vg/ph) 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= 250 (v/ph) tương ứng với P s = 368 (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 P E =255 (cv) có vận tốc sơ bộ V S =11,459 (knot). 2.3.4. Chọn sơ bộ đường kính 6 Dựa vào công thức : 4 . 13. S S P D n v = 4 2 13. . S S P D v n = Trong đó: D-đường kính chong chóng, m P S -công suất động cơ chính, kW n-vòng quay chong chóng, rpm v S- vận tốc tàu, knot D = )(998,1 240.459,11 368 13 4 2 m = Kiểm tra điều kiện : = d D . 6,057,0 5,3 998,1 ≈= Với chiều chìm tàu d = 3,5 (m) 2.4 .Chọn số cánh chong chóng . Hệ số lực đẩy chong chóng theo vòng quay: 4 T n v k A NT ρ = T DVK ADT ρ = V A - Vận tốc tịnh tiến của chóng chóng,m/s n - Vòng quay chong chóng .rps T - Lực đẩy của chong chóng .kN T E =R=85,4396 (kN) ( ) kN t R t T T E 195,104 18,01 4396,85 11 = − = − = − = R – Lực cản của tàu tại vận tốc sơ bộ,Kn D – Đường kính chong chóng,m V A = V S =11,459.0,514=5,889( m/s) n : Số vòng quay của chong chóng n=4 (vòng/giây) ρ: Mật độ chất lỏng ρ = 1,025 T/m 3 vậy == 4 T n v k A NT ρ 93,0 195,104 025,1 0,4 889,5 4 = == T DVK ADT ρ 17,1 195,104 025,1 .998,1.889,5 = K NT <1 và K DT < 2 7 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 =         ≥ min 00 A A A A ee 0,24(1,08- ) [ ] 3 3/2 max 10 σ δ mT D Z         Trong đó : Z – Số cánh chong chóng D – Đường kính chong chóng ,m δ :chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối 08,0:6,0 max === δ R r r T – Lực đẩy của chong chóng,kN m – Hệ số kể đến trạng thái tải trọng, m= 1,15, - ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu, = 6. kPa = 167,0 . = D d H -Tỷ số giữa đường kính trung binh của chong chong với đường kính cua nó =         ≥ min 00 A A A A ee 0,24 (1,08 -0,167) 5,0 10.6 195,104.15,1.10 08,0.998,1 4 3 4 3/2 =       -Chọn 55,0 0 = A A e 8 2.5.2 Tính toán chong chóng và tốc độ tiến của tàu Stt Đại lượng tính Đơn vị Các giá trị tính toán 1 Vận tốc giả thiết v s rpm 8 9 10 11 12 2 Vòng quay giả thiết chong chóng . rps 4.1152 4.6296 5.144 5.6584 6.1728 3 T E =R=f(v S ) kN 16.7047 21.835 30.1993 39.196 73.4865 4 T=T E /(1-t) 20.3715 26.6281 36.8284 47.8 89.6177 5 4 T n v k A NT ρ = - 0.97451 1.02532 1.05052 1.08265 1.00933 6 J O =f(k NT ) - 0.58 0.613 0.637 0.653 0.6001 7 J=a.J O - 0.609 0.64365 0.66885 0.68565 0.63011 8 nJ V D A opt = m 1.68933 1.79818 1.9227 2.06315 2.44912 9 42 opt T Dn T k ρ = - 0.15252 0.1553 0.16432 0.16086 0.15188 10 ),( Jkf D P T = - 0.84 0.863 0.871 0.901 0.851 11 ),( 0 Jkf T = η 0.659 0.675 0.6785 0.6825 0.66375 12 0 1 11 ηη w T Q D t i − − = - 0.79127 0.81048 0.81468 0.81949 0.79697 13 D s D v P R η = Kw 168.89 242.467 370.687 526.128 1106.48 14 k P P E GS D S ηη = Kw 198.694 285.255 436.102 618.975 1301.75 9 0Xây dựng đồ thị: P S =f(v S ), D opt =f(v S ), η 0 =f(v S ), P/D=f(v S ) Dựa vào đồ thị ta xác định được các thông số tối ưu của chong chóng. Tại P s =368 kw Suy ra R=73,487 kN T E = R=734,87 kW T=T E /(1-t)=896,18 V A =0,514.v=5,889m/s J=v A /(nD) =0,63 K T =T/(ρ.n 2 .D 4 )= 0,1518 Tra đồ thị thiết kế chong chóng ứng với (A E /A 0 ) =0,55 với Z=4 Ta có hiệu suất của chong chóng trong nước tự do : η 0 =0.66375 Tỉ số bước hình học P/D =0.851 Kết luận: Các đặt trưng hình học của chong chóng D =2,45 m P/D =0.851 Z=4 A E /A o =0,55 Các đặc tưng thủy động học của chong chóng J=0,63 K T =0,1518 η 0 =0,66375 Số vòng quay của chong chóng n=240rpm 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: 2 0 0 min 1,275. . ( . ) C E K A n D A p ξ   =  ÷   = 1,275.1,6 437,0)998,1.0,4( 35,125 42,0 2 = trong đó: ξ - hệ số thực nghiệm phụ thuộc trọng tải, ξ = (1,3 ÷1,6).Đối với chong chóng nặng tải, ξ = 1,6 C K = ( , / , ) C C K K Z P D J= - hệ số đặc trưng xâm thực, tra đồ thị, C K =0,42 0 p - áp suất thủy tĩnh tại độ ngập sâu trục chong chóng, kN/m 2 0 101,340 . . S p g h ρ = + = 101,340+10.2,401= 125,35 kN/m 2 với : .g ρ =10 kN/m 3 đối với nước biển S h - độ ngập sâu của trục chong chóng, m =−= Dd h s 55,0 3,5-0,55.1,998=2,401 m 10 [...]... đó: D – đường kính chong chóng, m D = 1,998m 2.6.3.5 Tính khối lượng chong chóng Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính như sau: b  Z d e   2 G= γ D 3  0,6 ÷6, 2 + 2.104  0, 71 − H ÷ 0,6  + 0,59γ lH d H 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 = 1,998... đường kính chong chóng, m D = 1,998m 2.6.3.5 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 + 2.104  0, 71 − H ÷ 0,6  + 0,59.γ lH d 2 H = 4221, 44 4.104 D D   D   trong đó: Z – Số cánh chong chóng; Z = 4; γ – trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng, kG/m 3; γ = 8,5.103kG/m3 D – đường kính chong chóng, ... 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 Giả thiết 4 ÷ 5 giá trị vòng quay của động cơ n = (0,6 ÷ 1,05)nH (nH vòng...n- số vòng quay chong chóng, n=4,0 rps D - đường kính chong chóng, D = 1,998m  AE  AE - Tỷ số đĩa = 0,55 >  ÷ =0,437 do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chống xâm thực A0  A0 min 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 2,187 D AE 2,187.1,998 = 0,55 = 0,6(m)... trục chong chóng : t1 =31 (mm) -Chiều sâu rãnh then trên củ chong chóng : t2 = 19,5 (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 : 16 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 : T = 7162 PD nm PD: Công suất truyền đến chong chóng. .. thẳng của chong chóng 2.6.2 Xây dựng profin cánh: 2.6.2 Xác định chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện - Chiều dày tại mút:eR, mm eR = aD(50 − D) = 0,06.1,998(50 − 1,998) = 5,754(mm) Trong đó: a = 0,06- đối với chong chóng làm từ hợp kim đồng D – đường kính chong chóng, m D = 1,998 - Chiều dày giả định tại đường tâm trục:e0, mm e0 = 0,045D=0,045.1998 = 89,91 mm – Cho chong chóng 4 cánh... công suất trên bích ra của động cơ PS =368 kW nm – vòng quay định mức của trục chong chóng, rps nm = 4 rps kC – hệ số kC = 10 – trục có ống bao là hợp kim đồng D – đường kính chong chóng, m 15 368 = 471,16 4 D = 1,998 m d B = 1,12 d p + k C D = 1,12.470 + 10.1,998 = 546,38 Chọn =500 -Độ côn trục: k = 1/15 - Chiều dài củ chong chóng lH lớn hơn (2%÷3% )bmax = 12÷18 mm = 612÷618 mm Chọn lH = 610mm - Chiều... dài phần côn trục lK = (90÷95)%lH = 549÷579,5 mm Chọn lK = 550 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 Chọn lH = 610mm - 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 = 0,18.1,998 = 0,36m Chọn dH = 0,36 m - Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công... 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 - Đường kính trục chong chóng: d B = 1,12 d p + k C D B Chọn d = 450 mm Với dp là đường kính trục trung gian được tính theo công thức sau: d p = 923 (1 + k ) p n s = 923 (1 + 0,46) m p... trung bình của củ chong chóng cách cạnh huyền của tam giác đúc một đoạn: R 2100 mφ = φ mR = 240 = 240mm R 2100 trong đó:mR là khoảng cách từ mút đến đường tâm giả định của cánh lφ 2 = 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 . HÀNG HẢI KHOA CƠ KHÍ THIẾT KẾ MÔN HỌC: LÝ THUYẾT TÀU ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU CHỞ HÀNG KHÔ Sinh viên : Ngô thị Diệu Linh Lớp : MTT51- ĐH 2 NỘI DUNG THIẾT KẾ Đề bài 1. Loại tàu: tàu Hàng. thông số thiết kế của tàu : - Loại tàu : tàu Hàng khô - Vùng hoạt động : vùng Hải Phong -Singapore. - Chiều dài tàu : L = 51 (m) - Chiều rộng của tàu : B = 8,25 (m) - Chiều chìm tàu : d =. Hệ số lực đẩy chong chóng theo vòng quay: 4 T n v k A NT ρ = T DVK ADT ρ = V A - Vận tốc tịnh tiến của chóng chóng,m/s n - Vòng quay chong chóng .rps T - Lực đẩy của chong chóng .kN T E =R=85,4396