THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU HÀNG CÓ CÁC THÔNG SỐ Chiều dài thiết kế : L = 149.9 m. Chiều rộng thiết kế : B = 17.5 m. Chiều chìm thiết kế : T = 9.4 m. Hệ số béo thể tích : d = 0.8 Hệ số béo sườn giữa : b = 0.98 Hoành độ tâm nổi : c = 0.006 Vận tốc thiết kế : vs = 11.5 hải lýgiờ Vùng hoạt động : Biển hạn chế cấp I. Loại tàu : Tàu hàng rời.
THIếT Kế MÔN HọC Thiết kế chong chóng tàu hàng có các thông số * Chiều dài thiết kế : L = 149.9 m. * Chiều rộng thiết kế : B = 17.5 m. * Chiều chìm thiết kế : T = 9.4 m. * Hệ số béo thể tích : = 0.8 * Hệ số béo sờn giữa : = 0.98 * Hoành độ tâm nổi : X c = 0.006 * Vận tốc thiết kế : v s = 11.5 hải lý/giờ * Vùng hoạt động : Biển hạn chế cấp I. * Loại tàu : Tàu hàng rời. Phần I : Tính toán và xây dựng đờng cong lực cản và công suất kéo của tàu : R = f(v s ), P E = f(v s ) 1. Chọn phơng pháp tính: - Sử dụng phơng pháp tính lực cản d Serri 60 để tính lực cản và công suất kéo của tàu. - Phạm vi áp dụng : = 0.6 ữ 0.8 L/B = 5.5 ữ 8.5 B/T = 2.13 ữ 3.92 Trang - 1- - Tàu thiết kế có đặc điểm : = 0.8 L/B = 8.57 B/T = 1.86 C x = 0.006 Hình dáng sờn mũi là chữ V Vùng hoạt động : Biển hạn chế cấp I 2.Tính toán lực cản và công suất kéo của tàu: + Công thức tính : R = C. . v 2 . / 2. P E = v.R Trong đó : = 1025 (kg/m 3 ) v : vận tốc tàu( m/s) : Diện tích mặt ớt của tàu. C = C R + C Fo + C A + C AP : hệ số cản toàn phần. C R : Lực cản d C Fo : Hệ số lực cản ma sát của tấm phẳng nhẵn tơng đơng C A : Hệ số lực cản do đọ nhám C AP : Hệ số lực cản do phần nhô 2.1Tính hệ số cản d : C R 10 3 = C R ().k xC .k .k B/T .a B/T Với : C R .10 3 = f () ( Tra đồ thị VII.12 ) k xC ( Tra đồ thị VII.15 ) k = 0 a a ( Tra đồ thị VII.13 ) 54.5 3 === LBT V L ; 0 xác định trên đồ thị VII-12 từ T B R TKR T B T B a T B C T B C ak ì=ì )( )( ( Tra đồ thị VII.14 ) 2.2. Tính hệ số ma sát của tấm phẳng : C Fo = 2 )2Re(lg 075.0 2.3. Tính hệ số cản do độ nhám vỏ bao C A và hệ số cản phần nhô C AP Lấy C A .10 3 = 0.2 , C AP .10 3 = 0.1 2.4. Tính diện tích mặt ớt : Trang - 2- = + phần nhô =1.05 ì L.T.[ 2+ 1.37( - 0.274 ). T B ] = 1.05 ì 149.9 ì 9.4 ì [ 2+1.37 ì (0.8-0.274) ì 1.86 = 4944 m 2 . phần nhô =(1.5 ữ 7)% : Chọn phần nhô =5% Kết quả tính toán đợc thể hiện thông qua bảng tính 1 Phần II : tính toán thiết bị đẩy 1 Chọn loại thiết bị đẩy : chong chóng. 2 Chọn số lợng chong chóng : z p =1 3 Chọn chiều quay chong chóng : Quay phải. 4 Chọn vật liệu chế tạo chong chóng : - Loại : Đồng thau Chọn dạng prôfin cánh : dạng phẳng lồi. Chọn góc nghiêng của cánh chong chóng là : = 10 o Chọn độ côn của củ chong chóng và độ côn của lỗ khoét trong củ chong chóng : k = 1:15 5 Chọn số cánh chong chóng : Số cánh chong chóng phụ thuộc vào hệ số lực hút K DT : K NT = 4 T n v A Trong đó : K NT - Hệ số lực hút chong chóng. - khối lợng riêng của nớc biển, = 1025 Kg/m 3 v A - Vận tốc tịnh tiến của chong chóng, đợc tính nh sau : A = . ( 1 w T ) =5.916 ì (1-0.35)= 3.845 (m/s) Với : = 11.5 hải lý/ h = 5.916 m/s : là tốc độ của tàu. w T =0.35 : là hệ số dòng theo của chong chóng. T - Lực đẩy chong chóng : Trang - 3- t T T E = 1 = 245.01 4.247 =327.68 ( KN) Với : T E - Lực kéo chong chóng tính theo công thức : P E Z R T = = 1 4.247 =247.4 KN. Với : Z P = 1 : là số trục chong chóng. R = 247.4 KN : lực cản của chong chóng ứng với vận tốc của tàu là 11.5 (hải lý/ giờ). áp dụng công thức Taylor cho tàu 1 chong chóng có hệ số hút t=K T W T =0.7 ì 0.35=0.245 -K T Hệ số phụ thuộc hình dáng bánh lái : K T =0.5-0.7 đối với bánh lái tấm. Chọn K T =0.7 -W T :Hệ số dòng theo tính toán W T = 0.5-0.05=0.5 ì 0.8-0.05= 0.35 6. Tính công suất sơ bộ và vòng quay sơ bộ của chong chóng : + Công suất của động cơ : Công suất của động cơ đợc tính nh sau : E S P P = = 6.0 1463 =2438(KW) Trong đó : - Từ đồ thị (Đồ thị 1) ứng với S = 11.5 (hải lý/giờ) tra đợc công suất kéo của tàu là P E = 1463 (KW) - là hiệu suất đờng trục của chong chóng. Chọn = 0.6 Vậy : Sơ bộ chọn động cơ có công suất là 2500 KW3399 Cv. Vòng quay sơ bộ của chong chóng : Với công suất P S = 2500(Cv) ta tra bảng đợc số vòng quay hợp lý của chong chóng là : n m = 180 (v/phút) Vậy n = n m / 60 = 3(/s) Do đó : K NT = 4 4 327680 1025 3 845.3 = T n v A =0.525<1 Vậy ta chọn số cánh chong chóng là : Z = 4 7. Chọn sơ bộ đờng kính chong chóng Đờng kính sơ bộ của chong chóng đợc xác định theo tích số tối u giữa đờng kính và vòng quay của nó : 180 68.327 8.118.11 4 4 ì== m n T D = 3.74(m) Trong đó: D - Đờng kính chong chóng, m. n m - Vòng quay chong chóng, vg/ph. T - Lực đẩy chong chóng, KN. Vậy chọn sơ bộ đờng kính chong chóng là : D = 3.8 m 8. Chọn tỉ số đĩa của chong chóng Chọn tỉ số đĩa sơ bộ của chong chóng theo điều kiện bền : Trang - 4- min ' O E A A = 3 5 '. 3/2 max 10 . . . '. 375.0 Tm D ZC ì Trong đó: C : là hệ số phụ thuộc vào vật liệu, đồng thau C= 0.055 Z = 4 là số cánh chong chóng. D =4 m là đờng kính chong chóng. max : Chiều dày tơng đối của profin tiết diện cánh, max = (0.08 ữ 0.1) Chọn max = 0.085 m : là hệ số phụ thuộc vào kiểu tàu, m = 1.15 với tàu hàng thông thờng. T = 327680 N : là lực đẩy của chong chóng. min ' O E A A = 3 5 3 2 10 32768015.1 085.08.3 4055.0 375.0 ì ì ì ì ì = 0.452 Nh vậy : Chọn tỉ số đĩa của chong chóng là : 0 A A E = 0.55 9. Tính chọn động cơ : Đây là bài toán cho trớc tốc độ tàu, tính đờng kính tối u và tỷ số bớc của chong chóng để chọn đợc động cơ có công suất nhỏ nhất. Lập bảng tính nh sau : Bảng 2 Vậy chọn động cơ nhãn hiệu L32/40- serries AMG18EL-typeVBS 640 - Công suất định mức : 3500kW 4762 Cv - Vòng quay định mức : n = 200 vg/ph. Ta chọn vòng quay của chong chóng là 180 vg/ph + Đờng kính tối u của chong chóng là : D opt = 3.84 m. + Hiệu suất chong chóng : D = 0.525 + Tỉ số bớc của chong chóng : P/ D = 0.65 10. Kiểm tra tỉ số đĩa của chong chóng theo điều kiện xâm thực : 2 1 1 min '' 0 ) ( 130 Dn P K A A C E = Trong đó : 1 - hệ số, phụ thuộc vào trọng tải của chong chóng.Coi chong chóng thiết kế có trọng tải trung bình thì 1 = 1.3 ữ 1.6 . Chọn 1 = 1.5 n - vòng quay của chong chóng : n = 180 vg/ ph = 3 vg/s D - Đờng kính chong chóng : D = 3.84 m. P 1 - áp suất thuỷ tĩnh tuyệt đối : P 1 = P o P d = 10330 + . h B P d = 10330+1025 ì 2.688-238=12847.2 (kg/m 2 ) h B - Độ ngập sâu của trục chong chóng, h B = 0.7D = 0.7 ì 3.84=2.688 m. = 1025 ( kg/m 3 ), P d = 238 ( kg/m 2 ) áp suất thuỷ tĩnh K C - Tra đồ thị ( ) JZ D P fK c ,,= , Với J = 0.334; P/D = 0.65; Z = 4 Ta đợc : K C = 0.215 Trang - 5- 2 1 1 min '' 0 ) ( 130 Dn P K A A C E = = 2 )84.33( 2.12847 215.05.1.130 ìì ìì =0.433<0.55 Nh vậy : Chong chóng chọn thoả mãn điều kiện xâm thực. Phần iii :Xây dựng bản vẽ chong chóng 1. Các thông số của chong chóng: - Đờng kính chong chóng : D = 3.84 m - Số cánh chong chóng : Z = 4 cánh. - Vòng quay chong chóng : n =180vg/ph - Tỉ số đĩa : o E A A = 0.55 - Tỉ số bớc : P/D = 0.65 - Tốc độ tàu : v = 11.5 hải lý/h - Công suất động cơ : P =4762 Cv - Vật liệu chế tạo chong chóng : Đồng thau - Góc nghiêng cánh chong chóng : = 10 o 2. Xây dựng đờng chiều dày lớn nhất của profin tiết diện cánh trên hình chiếu cạnh: - Chiều dày tiết diện cánh tại đờng tâm trục : e o = 0.045D = 0.045 ì 3840 = 173mm. - Chiều dày tại đỉnh cánh : e R = 0.08(50-D)D = 0.08(50-3.84)3.84=14.2 mm 3.Xây dựng bảng tính hình bao duỗi thẳng: ( Bảng 1 ) Sử dụng đồ thị chong chóng của Nga có các thông số : 4. Xây dựng củ chong chóng: - Độ côn của củ : k = 1:15 - Đờng kính trung bình của củ : d o = 0.167D = 0.167 ì 3.84= 0.642 m = 641 mm. - Chiều dài củ :theo công thức thực nghiệm chiều dài củ phảI thoả mãn cánh chìm hoàn toàn trong củ , khi đặt chong chóng để sửa cánh chong chóng không chạm đất l C = (1.3 ữ 3.3)d o = 833 ữ 22116 mm. Chọn : l C = 920 mm. - Đờng kính trớc và sau của củ : Ta có mm mm d l k s t o st c st 610 672 2 15 1 . = = = + = = Trong đó : t - Đờng kính trớc của củ. s - Đờng kính sau của củ. - Đờng kính trục chong chóng : + Đờng kính lớn của trục chong chóng : d B = D n P d S 25.0100 3 1 +ì= = 84.325.0 180 4762 100 3 ì+ì =299 (mm) +Đờng kính sau trục chong chóng: d 1 = d 1 - kl c = 299-920/15=238 (mm) Trong đó: P S - Công suất động cơ, P S = 4762 Cv Trang - 6- n - Số vòng quay của chong chóng, n = 180 vg/phút D - Đờng kính chong chóng, D = 3.84 m Chọn : d B = 299 mm. - Xác định chiều dài lỗ khoét giảm trọng lợng trong củ : l c = ( 0.3 ữ 0.4) l c = (276 ữ 368) (mm) Chọn : l c =360 mm. Chiều sâu lỗ khoét chọn bằng 45 mm đảm bảo chiều dày của củ sau khi khoét không nhỏ hơn chiều dày tại gốc cánh + Bán kính tiếp tuyến giữa mặt đạp và củ chong chóng : R 1 = 0.04D = 153.6 mm Chọn R 1 =154mm + Bán kính tiếp tuyến giữa mặt hút và củ chong chóng : R 2 = 0.03D = 115.2 mm Chọn R 2 =115mm - Khoảng cách từ mặt phẳng đĩa đến mút của cánh chong chóng : m R = R. tg R = 1920 tg10 o =338.5 mm. -Chọn bu lông : Theo TCVN 6259 - 2003 : Đờng kính bu lông d B = 0.06d B =0.06 ì 299=18(mm) chọn bu lông M18 5. Chọn then và nghiệm bền then 5.1. Chọn then : - Số lợng then : 01 loại then bằng - Chiều dài then : l t = ( 0.9 ữ 0.95 )l C = 828 ữ 874 mm. Chọn : l t = 870 mm - Chiều rộng then :b t = ( 0.25 ữ 0.3 )d B = 59.4 ữ 71.3 mm. Chọn : b t = 70 mm - Chiều cao then: h t =(0.5 ữ 0.6) b t = 30 ữ 36 mm Chọn : h t = 30 mm 5.2. Nghiệm bền then : + ứng suất dập cho phép : [ d ] = 400 N/mm 2 ứng suất dập của then tính theo công thức : d = 2 .2 tdl T d = 12299510 362810002 ìì ì =39.7 (N/mm 2 )< [ d ] Trong đó: T - mô men xoắn truyền qua mối ghép then : T = 7162. m D n P =7162 180 4619 ì =36281Nm. Với : P D - Công suất truyền đến chong chóng, P D = P S . S = 4762 ì 0.97=4619 n m - vòng quay của chong chóng, n m = 180vg/ ph. t 2 = 0.4 ì h t - Độ ngập sâu then trên củ chong chóng, t 2 = 12 mm. d B - đờng kính trục chong chóng, d B = 299 mm. l d - chiều dài chịu dập của then, l d = 870-360 = 510 (mm). Vậy : Then đã chọn thoả mãn điều kiện bền. Trang - 7- 6. Tính tam giác đúc: Tam giác đúc dùng trong công nghệ đúc chong chóng là tam giác bớc của chong chóng tại bán kính :1.1R và 1.2R. R = (1.1 ữ 1.2).R = ( 2112 ữ 2304 ) mm Chọn R =2200 mm Ta có các thông số sau : m R = R.tg = 338.5 mm. m = R m R R . = 5.338 1920 2200 ì =388 mm. z P = 4 384065.0 ì = 624 mm. l 1 = 21 1 2 + ì z R = 1443mm l 2 = 21 2 2 + ì z R = 2011 mm 1 = 33 o 2 = 46 o 1 , 2 : Là góc tạo bởi đờng tâm cánh với tia đi qua đờng bao hình chiếu pháp tại bán kính 0.3R và đi qua tâm 0. Z - Là số cánh chong chóng, Z = 4 cánh. m R - độ lệch của đỉnh cánh trên hình chiếu cạnh. Phần IV. Kiểm tra sức bền chong chóng Theo quy phạm phân cấp à đóng tàu biển vỏ thép TCVN-6259,10-20003 1. Xác định khối lợng và mô men quán tính của chong chóng : 1.1 Xác định khối lợng của chong chóng : Khối lợng chong chóng đợc xác định theo công thức : ( ) )( . Kg c 2 o 0.6 k 4 4 0.6 2 .ld0.59 D e r0.712.106.2 4.10 .Z.bD G ì+ += Trong đó: = 8600 Kg/m 3 - khối lợng riêng của vật liệu làm chong chóng. b = 1155.8 mm =1.156m- chiều rộng cánh tại tiết diện r = 0.6R e = 780 mm=0.78m- chiều dày lớn nhất của propin tiết diện cánh tại r = 0.6R D = 3.84 m - đờng kính chong chóng. Trang - 8- d o = 641 mm=0.641m - đờng kính trung bình của củ chong chóng r k = d o /D = 0.167 (bán kính tơng đối tại gốc cánh) l C = 920 mm=0.92m - chiều dài củ chong chóng. Z = 4 - số cánh chong chóng. Vậy khối lợng chong chóng là: G =5319 (Kg) 1.2 Xác định mô men quán tính của chong chóng : Mô men quán tính của chong chóng đợc xác định theo công thức thực nghiệm : g GD I 4 2 = =1998.8 (kg.m 2 s 2 ) Trong đó: G - là trọng lợng của chong chóng, G = 5319 kg D - là đờng kính chong chóng, D =3.84m. g - là gia tốc trọng trờng, g = 9.8 m/s 2 2. Kiểm tra bền của chong chóng theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259- 3. 2003. Chong chóng thiết kế phải thoả mãn các yêu cầu về kết cấu và độ bền nh sau : 2.1 Chiều dày cánh : * Theo điều 7.2.1 phần 3 chơng 7 thì chiều dày cánh chong chóng tại bán kính 0.25R và 0.6R phải không nhỏ hơn trị số trị số tính theo công thức : WS lNZ H K K t 2 1 ìì = Trong đó : ` t - Chiều dày cánh trừ góc lợn, (cm) ` H- Công suất liên tục lớn nhất của máy chính, H = 3500 KW ` Z - Số cánh chong chóng, Z = 4 ` N- Số vòng quay liên tục lớn nhất chia cho 100, N = 1.8 ` l- Chiều rộng cánh tại bán kính đang xét, (cm) ` K 1 - Hệ số tính theo công thức : + + = D P k P D k D P k K 1 3.30 32 2 1 1 Với : k 1 , k 2 , k 3 Là các hệ số tra bảng 3/7.1 P - Bớc tại bán kính đang xét, (m). P - Bớc tại bán kính 0.7R,(m) ` K 2 - Hệ số đợc tính theo công thức : 1000 . 22 5 0 42 ND k t E kKK += Với : k 4 , k 5 - Hệ số xác định theo bảng 3/7.1 E - Độ nghiêng đầu mút cánh, E = 33.8 cm t o - Chiều dày giả định của cánh tại đờng tâm trục chong chóng,t o =17.3 cm K - Hệ số lấy theo bảng 3/7.2, K = 1.3 S -Hệ số liên quan đến tăng ứng suất thời tiết đợc tính theo công thức và 0.8<S <1: Trang - 9- 677.0095.0 +ì= S S d D S =0.793 . Chọn : S = 0.8 ` W - Hệ số liên quan đến ứng suất đổi dấu: + + += D P AA D P AAA 43 1432 A 1.724 1 w Với: 1 1 Cw w A + = , 2 2 Cw w A + = , ( )( ) ( )( ) wCCC wCC A ++ ++ = 123 21 3 1 1 122.0 .2 3.1 95.0 1 + = z a D P P D C e = 0.435 12.019.11.1 95.0 2 += z a D P P D C e = 0.217 0236.0122.0 3 += D P C = 0.103, w- Nớc kèm trung bình định mức ở đĩa chong chóng đợc xác định theo công thức : 527.0404.0625.0 + +ì= b S C d B D B w = 0.265 Với : B Chiều rộng tàu, B = 17.5 m C b Hệ số béo thể tích của tàu, C b = 0.8 w Giá trị cực đại của dao động nớc kèm ở đĩa chong chóng tại 0.7R đợc tính theo công thức : wC d B D B w b S += 404.056.132.7 = 0.568 Chiều dày tại tiết diện 0.25R và 0.6R đợc tính trong bảng sau : Đại lợng tính Đơn vị Tiết diện khảo sát 0.25R 0.6R H KW 3500 3500 Z 4 4 N v/ph/100 1.8 1.8 l cm 95 115.6 D m 3.84 3.84 k 1 1.62 0.281 k 2 0.386 0.113 k 3 0.239 0.022 k 4 1.92 1.24 k 5 1.71 1.09 P 2.496 2.496 P ' 2.496 2.496 Trang - 10- [...]... lợn giữa cánh và củ thoả mãn yêu cầu của điều kiện bền 3.Kết luận : Chóng chóng thiết kế thoả mãn yêu cầu về kết cấu và độ bền đều Trang - 11- Phần V Tính toán và xây dựng đồ thị đặc tính vận hành 1.Tính toán các đặc tính di động của chong chóng : Đồ thị 3 2.Tính các đặc tính di động của tàu : Đồ thị 4 3.Tính toán và xây dung đồ thị vận hành của tàu: Đồ thị 5 Trang - 12- ... yêu cầu của cánh tại 0.25R, tr = 8.15 cm rB Là tỉ số củ của chong chóng, đợc xác định bằng tỉ số đờng kính củ chong chóng đo ở mặt phẳng vuông góc với tâm chia cho đờng kính chong chóng : rB = 0.167 to Chiều dày giả định của cánh tại đờng tâm trục, to = 17.3 cm e = 0.25 với chân vịt thông thờng Thay số ta đợc : Ro = 11.2 cm * Theo thiết kế : Bán kính góc lợn giữa cánh và củ ở mặt đạp và mặt hút lần... 33.85 24.5 1.3 1.13 0.8 0.811 1.179 7.887 1.260 2.270 2.06 Theo thiết kế ta có : * Tại tiết diện 0.25R: t =13.4 cm > 8.15 cm * Tại tiết diện 0.6R : t = 7.8 cm > 2.06 cm Vậy : Chong chóng đủ bền theo điều 7.2.1 TCVN 6259 - 3: 1997 - Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2.2 Bán kínhgóc lợn : * Bán kính góc lợn giữa chân cánh và củ chong chóng không đựơc nhỏ hơn trị số R o, tính theo công thức : ( . THIếT Kế MÔN HọC Thiết kế chong chóng tàu hàng có các thông số * Chiều dài thiết kế : L = 149.9 m. * Chiều rộng thiết kế : B = 17.5 m. * Chiều chìm thiết kế : T = 9.4 m. *. Nh vậy : Chong chóng chọn thoả mãn điều kiện xâm thực. Phần iii :Xây dựng bản vẽ chong chóng 1. Các thông số của chong chóng: - Đờng kính chong chóng : D = 3.84 m - Số cánh chong chóng : Z. chóng, m. n m - Vòng quay chong chóng, vg/ph. T - Lực đẩy chong chóng, KN. Vậy chọn sơ bộ đờng kính chong chóng là : D = 3.8 m 8. Chọn tỉ số đĩa của chong chóng Chọn tỉ số đĩa sơ bộ của chong