Chän sè lîng chong chãng : 2 Chän c¸c yÕu tè h×nh häc cña chong chãng : + Chän chiÒu quay chong chãng : Quay ph¶i. + Chän ®êng bao c¸nh: Sªri B cña bÓ thö Wageningen (d¹ng lìi dao kh«ng ®èi xøng) + Chän d¹ng pr«fin c¸nh : d¹ng ph¼ng låi. + Chän gãc nghiªng cña c¸nh chong chãng : Chong chãng cã gãc nghiªng phï hîp víi h×nh d¸ng vµ kÝch thíc ®u«i tµu, chong chãng cµng s¸t ®u«i tµu cµng tèt ®Ó gi¶m chÊn ®éng vµ t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc. Gãc nghiªng cña chong chãng n»m trong kho¶ng (100 150). Kh«ng cã tuyÕn h×nh tµu ta chän gãc nghiªng c¸nh chong chãng lµ : = 15o + Chän ®é c«n cña cñ chong chãng vµ ®é c«n cña lç khoÐt trong cñ chong chãng : k = 1:15
Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuỷ §Ị bµi : ThiÕt kÕ chong chãng tµu hµng cã thông số : * Chiều dài thiết kế : L = 160 m * ChiÒu réng thiÕt kÕ : B = 20 m * ChiỊu ch×m thiÕt kÕ : T = 10 m * HƯ sè bÐo thĨ tÝch : = 0.57 * HƯ sè bÐo sên gi÷a : = 0.96 * Hoành độ tâm : X c = - 0.01 * VËn tèc thiÕt kÕ : vs = 19 hải lý/giờ * Vùng hoạt động : Biển không hạn chế * Loại tàu : Tàu hàng khô Phần I : Tính toán xây dựng đờng cong lực cản công st kÐo cđa tµu : R = f(vs), PE = f(vs) Chọn phơng pháp tính: - Sử dụng phơng pháp tính lực cản d hiệp hội nghiên cứu đóng tàu Nhật Bản để tính lực cản công suất kéo tàu - Công thức tính : CR = CR() kl/b kB/T - Phạm vi áp dụng : = 0.5 0.65 L/B = 4.8 Sinh viên : Lê Thị Hồng Thuỷ Lớp: VTT.43.ĐH2 Thiết kế môn học : Động lực học tµu thủ B/T = xC = - 0.025 + 0.028 Hình dáng sờn mũi : chữ V, mũi lê Dùng cho tàu vận tải biển, tàu contenner, tàu đánh cá, sà lan chạybiển - Tàu thiết kế phù hợp với phơng pháp hiệp hội đóng tàu Nhật Bản : = 0.57 L/B = B/T = xC = - 0.01 Hình dáng sờn mũi chữ V Vùng hoạt động : Biển không hạn chế 2.Tính toán lực cản công suất kéo tàu: Công thức tính : R = C v2 PE = v.R Trong ®ã : = 1025 kg/m3 v : vËn tốc tàu, m/s Diện tích mặt ớt tµu C = CR + CFo + CA + CAP : hệ số cản toàn phần a TÝnh hƯ sè c¶n d : Víi : CR = CR().kL/B.kB/T CR.103f (( Tra đồ thị VII.2 ) kL CR (L B) ( Tra ®å thÞ VII.4 ) B CR (L B 5.64) kB CR(BT) ( Tra đồ thị VII.6 ) T CR (BT 3.5) b Tính hệ số ma sát phẳng : CFo = (lg Re 2)2 0.075 - Tra bảng 8.1/ STKTĐT -Tập I c Tính hệ số cản độ nhám vỏ bao CA hệ số cản phần nhô CAP Lấy CA.103 = 0.2, CAP.103 = 0.15 d TÝnh diƯn tÝch mỈt : = L.T.[ 2+ 1.37( - 0.274 ).B/T ] + phần nhô = 4497.664 + 4% 4497.664 = 4677.57 m2 Kết tính toán đợc thể thông qua bảng tính sau: (Bảng 1) Sinh viên : Lê ThÞ Hång Thủ Lớp: VTT.43.ĐH2 Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuỷ Phần II : tính toán chong chóng I - Chọn loại thiết bị đẩy : chong chóng - Chọn số lợng chong chóng : - Chọn yếu tố h×nh häc cđa chong chãng : + Chän chiỊu quay chong chãng : Quay ph¶i + Chọn đờng bao cánh: Sêri B bể thử Wageningen (dạng lỡi dao không đối xứng) + Chọn dạng prôfin cánh : dạng phẳng lồi + Chọn góc nghiêng cánh chong chóng : Chong chóng có góc nghiêng phù hợp với hình dáng kích thớc đuôi tàu, chong chóng sát đuôi tàu tốt để giảm chấn động tăng hiệu suất làm việc Góc nghiêng chong chóng nằm khoảng (100 - 150) Không có tuyến hình tàu ta chọn góc nghiêng cánh chong chóng : = 15o + Chọn độ côn củ chong chóng độ côn lỗ khoét củ chong chãng : k = 1:15 II Chän vËt liÖu chÕ tạo chong chóng : Theo quy phạm phân cấp ®ãng tµu biĨn vá thÐp TCVN 6259- 2003, chän vËt liệu làm chong chóng : - Loại : Đồng thau nhôm - niken đúc cấp - CÊp : AlBC - Giíi h¹n ch¶y : C 245 N/ mm2 - Giíi h¹n bỊn kÐo : K 590 N/ mm2 III Chän sè c¸nh chong chãng : Sè c¸nh chong chãng phơ thc vµo hƯ sè lùc hót KDT : K DT v A D T Trong ®ã : KDT - HƯ sè lùc hót chong chãng Sinh viªn : Lê Thị Hồng Thuỷ Lớp: VTT.43.ĐH2 Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuỷ - khối lợng riêng nớc biển, .025 KNs2/m4 2.vA - VËn tèc tÞnh tiÕn cđa chong chóng, đợc tính nh sau : A = ( – wT ) = 8.71 (m/s) Víi : = 19 h¶i lý/ h = 9.8 m/s : tốc độ tàu wT = 0.1135 : hệ số dòng theo chong chóng T - Lùc ®Èy chong chãng : T TE = 304.456 KN 1 t Víi : TE- Lùc kÐo chong chãng tÝnh theo c«ng thøc : TE R = 524 = 262 KN ZP Víi : ZP = : lµ sè trôc chong chãng R = 524 KN : lùc c¶n cđa chong chãng øng víi vËn tèc tàu 19 (hải lý/ giờ) D - Đờng kính sơ chong chóng Để tính đờng kính D : ta phải tính toán yếu tố : a Tính công suất sơ vòng quay sơ chong chóng : *) Công suất động : Công suất động đợc tÝnh nh sau : PS PE = 5728.4 (Cv) Trong : - Từ đồ thị (Đồ thị 1) ứng với S = 19 (hải lý/giờ) tra đợc công st kÐo cđa tµu lµ PE = 5121.6 (KW) = 5121.6 / 0.735 = 6874.03 (Cv) - lµ hiƯu st ®êng trơc cđa chong chãng Chän = 0.6 VËy : Sơ chọn động có công suất 6000 Cv *) Vòng quay sơ chong chóng : Với công suất PS = 6000 (Cv) ta tra bảng đợc số vòng quay hợp lý chong chóng : nm = 120 (v/phót.) VËy n = nm/ 60 = 2.0 (/s) b Chän s¬ đờng kính chong chóng: Đờng kính sơ chong chóng đợc xác định theo tích số tối u đờng kính vòng quay : D nm 11.8 4 T Trong ®ã: D - §êng kÝnh chong chãng, m nm- Vßng quay chong chãng, vg/ph T - Lùc ®Èy chong chãng, KN VËy : D = 11.8 4 304.456 = 4.5 m 120 VËy chän s¬ đờng kính chong chóng : D = 4.5 m Do ®ã : K DT vA D T = 2.27 > VËy ta chọn số cánh chong chóng : Z = IV Chän tØ sè ®Üa cđa chong chãng : Chọn tỉ số đĩa sơ chong chóng theo điều kiện bền : Sinh viên : Lê Thị Hồng Thủ Líp: VTT.43.ĐH2 Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuû ' C'.Z m' T AE = 0.375 2 / = 0.41 AO D. max 10 Trong đó: C : hệ số phụ thuộc vào vật liệu, đồng thau C= 0.055 Z = số cánh chong chóng D = 4.5 m đờng kính chong chóng max : Chiều dày tơng đối cđa profin tiÕt diƯn c¸nh, max = (0.05 0.1) Chän max= 0.06 m’ : lµ hƯ sè phơ thc vµo kiĨu tµu, m’ = 1.15 víi tµu hàng thông thờng T = 300345 N : lực đẩy chong chóng Nh : Chọn tỉ số đĩa chong chóng : = 0.5 V Tính toán hệ số dòng theo WT hệ số hút t : Theo Taylor với tàu vận tải biển hai chong chóng : - Hệ số dòng theo tÝnh theo c«ng thøc : wT = 0.55 – 0.2 = 0.1135 Trong :là hệ số béo thể tích tàu - Hệ số hút tính theo công thức : t = 0.7 wT + 0.06 = 0.13945 VI Tính chọn động : Đây toán cho trớc tốc độ tàu, tính ®êng kÝnh tèi u vµ tû sè bíc cđa chong chóng để chọn đợc động có công suất nhỏ nhÊt LËp b¶ng tÝnh nh sau : B¶ng 2.1 VËy chọn động nhÃn hiệu 12M551AK (Đức) có : - Công suất định mức : x 8000 Cv - Vòng quay định mức : n = 125 vg/ph Ta chọn vòng quay chong chóng 120 vg/ph + §êng kÝnh tèi u cđa chong chãng lµ : Dopt = 4.9 m + HiÖu suÊt chong chãng : D = 0.68 + TØ sè bíc cđa chong chãng : P/ D = 1.015 VII.1: KiĨm tra tØ sè ®Üa cđa chong chãng theo ®iỊu kiện xâm thực : Sinh viên : Lê Thị Hồng Thủ Líp: VTT.43.§H2 Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuỷ AE '' 130.1 K C 2.(n.D) = 0.282 < 0.5 A0 P1 Trong ®ã : 1- hƯ sè, phơ thuộc vào trọng tải chong chóng.Coi chong chóng thiết kế có trọng tải trung bình = 1.3 Chän 1 = 1.5 n - vßng quay cña chong chãng : n = 120 vg/ ph = 2.0 vg/s D - §êng kÝnh chong chãng : D = 4.9 m P1 - ¸p st thủ tÜnh tut ®èi : P1 = Po – Pd = 10330 + hB – Pd = 13607.75 (kG/m2) hB - Độ ngập sâu trục chong chóng, hB = 0.7D = 3.43 m 1025 ( kG/m3), Pd = 238 ( kG/m2) KC- Tra ®å thÞ Kc f P D , Z, J , Víi J = 0.89; P/D = 1.015; Z = Ta đợc : KC = 0.205 Nh : Chong chóng chọn thoả mÃn điều kiện xâm thực VII.2: Xây dựng vẽ chong chóng : Các thông sè cđa chong chãng: - §êng kÝnh chong chãng : D = 4.9 m - Sè c¸nh chong chóng : Z = cánh - Vòng quay chong chãng : n = 120 vg/ph - TØ sè ®Üa : AE = 0.5 Ao - TØ sè bíc : P/D = 1.015 - Tốc độ tàu : v = 19 hải lý/h - Công suất động c¬ : P =2 x 8000 Cv - VËt liệu chế tạo chong chóng : Đồng thau- nhôm niken đúc - Góc nghiêng cánh chong chóng = 15o Xây dựng đờng chiều dày lớn profin tiết diện cánh hình chiếu cạnh: - Chiều dày tiết diện cánh đờng trục : eo = 0.05D = 245 mm - Chiều dày đỉnh cánh : ed = 0.003D = 14.7 mm 3.Xây dựng bảng tính hình bao duỗi thẳng: ( Bảng ) Xây dựng củ chong chóng: - Độ côn củ : k = 1:15 - Đờng kính trung bình cñ : = 0.167D = 0.8183 m = 818.3 mm Chän = 820 mm - ChiỊu dµi cđ : lC = (1.6 3.3)do = 1312 2706 mm Chän : lC = 1500 mm - Đờng kính trớc sau cñ : Ta cã k t s t 870mm .l 15 c s 770mm do t s Trong ®ã : t - §êng kÝnh tríc cđa cđ s - §êng kÝnh sau cđa cđ - §êng kÝnh trơc chong chãng : + §êng kÝnh lín cđa trơc chong chãng : dB = d1 100 3 PS n 0.25D = 406.705 mm Sinh viên : Lê Thị Hồng Thủ Líp: VTT.43.§H2 Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuỷ Trong đó: PS - Công suất động cơ, PS = 8000 Cv n - Sè vßng quay cđa chong chãng, n = 120 vg/phót D - §êng kÝnh chong chãng, D = 4.9 m Chän : dB = 420 mm + §êng kÝnh nhá trơc chong chãng : d2 = d1- k.lc = 299.333 mm Chän : d2 = 320 mm - Xác định chiều dài lỗ khoét giảm trọng lợng cñ : lc’ = ( 0.3 0.37) lc = (450 555) (mm) Chän : l’c = 500 mm - X¸c định chiều dài mũ thoát nớc : l’ = ( 0.14 0.17)D = (686 833 ) (mm) Chän : l’ = 700 mm - Xác định bán kính góc lợn : + Bán kính tiếp tuyến mặt đạp vµ cđ chong chãng : R1 = 0.04D = 196 mm + Bán kính tiếp tuyến mặt hút củ chong chãng : R2 = 0.03D = 147 mm * Ơ đỉnh cánh : Rđ = 0.015D = 0.0795 m =73.5 mm Chän : R® = 80 mm * MÐp dÉn : đờng kính không nhỏ mm điều kiện công nghệ sức bền cục * Mép theo : mép nhọn để tránh tợng cộng hởng âm - Khoảng cách từ mặt phẳng đĩa đến mút cánh chong chóng : mR = R tg R = 656.5 mm - Chän bu l«ng : Theo TCVN 6259 - 76 : chän bu l«ng M 30 VIII Chän then vµ nghiƯm bỊn then: Chän then : - Số lợng then : 01 loại then - ChiỊu dµi then : lt = ( 0.9 0.95 )lC = 1350 1425 mm Chän : lt = 1400 mm - ChiÒu réng then : bt = ( 0.25 0.3 )dB = 105 126 mm Chän : bt = 120 mm - ChiÒu cao then : ht =(0.5 bt = 60 72 mm Chän : ht = 65 mm NghiƯm bỊn then : + ¦ng suÊt dËp cho phÐp : [d] = 50 Pa + Ưng suất cắt cho phép : [C] = 20 30Pa a ¦ng st dËp cđa then tÝnh theo c«ng thøc : d = 2.T = 8.41 N/mm2 < [d] ld d.t Trong đó: T - mô men xoắn truyền qua mèi ghÐp then : T = 7162 PD = 57889.76 Nm nm Víi : PD - C«ng st trun ®Õn chong chãng, PD = PS.S = 7840 Cv nm - vßng quay cđa chong chãng, nm = 120 vg/ ph t2 = 0.4 ht - Độ ngập sâu then củ chong chóng, t2 = 25.6 mm dB - ®êng kÝnh trơc chong chãng, dB = 420 mm Sinh viªn : Lª Thị Hồng Thuỷ Lớp: VTT.43.ĐH2 Thiết kế môn học : Động lực học tàu thuỷ ld - chiều dài chÞu dËp cđa then, l = lt – bt = 1280 mm b.Ưng suất cắt then tính theo công thøc : C = 2.T = 1.64 N/ mm2 < [C] d bt lt Vậy : Then đà chọn thoả mÃn điều kiện bền dập điều kiện bền cắt IX Tính tam giác đúc: Tam giác đúc dùng công nghệ đúc chong chóng tam giác bớc chong chóng bán kính :1.1R 1.2R R= (1.1 1.2).R = ( 2695 2940 ) mm Chän R= 2800 mm Ta có thông số sau : mR = R.tg = 656.5 mm m = R R mR = 750.3 mm P = 1657.8 mm z l = 2R 1 = 3372 mm z 1 2 l = 2R 2 = 2492.33 mm z 1 2 1 = 46o 2 = 34o 1, 2 : Là góc tạo đờng tâm cánh với tia qua đờng bao hình chiếu pháp bán kính 0.3R qua tâm Z - Là số cánh chong chóng, Z = cánh mR- độ lệch đỉnh cánh hình chiếu cạnh X Kiểm tra sức bền chong chóng: Xác định khối lợng mô men quán tính chong chóng : a Xác định khèi lỵng cđa chong chãng : Khèi lỵng chong chóng đợc xác định theo công thức : G γ.D 6.2 2.10 Z.b 0.71 rk e 0.59 γ.do2 lc 4702.31 (Kg ) 4.10 D Trong ®ã: = 8350 Kg/m3 - khối lợng riêng vật liệu làm chong chóng G - khèi lỵng chong chãng b = 1812 mm - chiều rộng cánh tiết diện r = 0.6R e = 106.82 mm- chiỊu dµy lớn propin tiết diện cánh r = 0.6R D = 4.9 m - ®êng kÝnh chong chãng rk = do/D = 0.167 (b¸n kÝnh tơng đối gốc cánh) = 818.3 mm - đờng kính trung bình củ chong chóng l C = 1350 mm - chiỊu dµi cđ chong chãng Z = - sè c¸nh chong chóng Vậy khối lợng chong chóng là: G = 4702.31 (Kg) b Xác định mô men quán tính chong chóng : Mô men quán tính chong chóng đợc xác định theo công thức thực nghiệm : I GD2 =2877.2 (kg.m2s2) 4g Sinh viên : Lê Thị Hồng Thuỷ Líp: VTT.43.§H2 ThiÕt kÕ môn học : Động lực học tàu thuỷ Trong đó: G - trọng lợng chong chóng, G = 4702.31 kg D - đờng kính chong chãng, D = 4.9 m g - lµ gia tèc träng trêng, g = 9.8 m/s2 KiĨm tra bỊn cđa chong chãng theo quy ph¹m phân cấp đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259- 2003 Chong chóng thiết kế phải thoả mÃn yêu cầu kết cấu độ bền nh sau : a Chiều dày cánh : * Theo điều 7.2.1 phần chơng chiều dày cánh chong chóng bán kính 0.25R 0.6R phải không nhỏ trị số trị số tính theo công thức : t K1 H S.W K Z N l Trong ®ã : ` t - ChiỊu dày cánh trừ góc lợn, (cm) ` H- Công suất liên tục lớn máy chính, H = 5884 KW ` Z - Sè c¸nh chong chãng, Z = ` N- Số vòng quay liên tục lớn chia cho 100, N = 1.2 ` l- ChiÒu réng cánh bán kính xét, (cm) K1 30.3 D P k2 k3 ` K1- HÖ sè tÝnh theo c«ng thøc : P2 P D k1 D Với : k1, k2, k3 Là hƯ sè tra b¶ng 3/7.1 P’ - Bớc bán kính xét, (m) P - Bớc bán kính 0.7R,(m) E D2 N ` K2- HÖ sè đợc tính theo công thức : K2 K k4 k5 t0 1000 Với : k4, k5- Hệ số xác định theo bảng 3/7.1 E - Độ nghiêng đầu mút cánh, E = 65.65 cm to- Chiều dày giả định cánh đờng tâm trục chong chóng,to=24.5 cm K - HƯ sè lÊy theo b¶ng 3/7.2, K = 1.3 S -Hệ số liên quan đến tăng ứng suất thời tiết đợc tính theo công thức 0.8