Đang tải... (xem toàn văn)
Thiết kế môn học Động lực học tàu thủy với đề tài Thiết kế chong chóng tàu hàng rời, trọng tải 12000t, vận tốc VS = 13 KNOT, hoạt động vùng biển không hạn chế trình bày nội dung gồm 2 phần: phần 1 tính lực cản và công suất kéo, phần 2 tính toán chong chóng.
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI BỘ MÔN LÝ THUYẾT THIẾT KẾ - KHOA ĐÓNG TÀU THIẾT KẾ MÔN HỌC ĐỘNG LỰC HỌC TÀU THỦY THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU HÀNG RỜI, TRỌNG TẢI 12000t, VẬN TỐC V S = 13 KNOT, HOẠT ĐỘNG VÙNG BIỂN KHÔNG HẠN CHẾ CÓ CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU SAU: L x B x d = 143 x 20,1 x 7,2 C B x C M x C WL = 0,82 x 0,99 x 0,89 x B /L = 1,5% Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN VĂN VÕ Người thực hiện : PHẠM VĂN CHUNG Mã SV : 39354 Nhóm : N03 HẢI PHÒNG, NĂM 2013 MỤC LỤC Tài liệu tham khảo: • Tính toán tính di động của tàu có lượng chiếm nước (Nguyễn Văn Võ ) – 1. • Bài giảng Động lực học tàu thủy 1–Trường Đại học Hàng Hải–Khoa Đóng Tàu – 2. 1 • Sổ tay Kỹ thuật Đóng tàu tập 1( Nhà Xuất Bản Khoa học –Kỹ thuật) – 3. GIỚI THIỆU CHUNG: Loại tàu: tàu hàng rời Vùng hoạt động: vùng biển không hạn chế Chiều dài tàu: L = 143 m Chiều rộng : B = 20,1 m Chiều chìm : d = 7,2 m Hệ số béo thể tích: C B = 0,82 Hệ số béo sườn giữa: C M = 0,99 Hệ số béo đường nước: C W = 0,89 Trọng tải : DWT = 12 000tấn Vận tốc : v s = 13 knot Hình dạng mũi: mũi quả lê PHẦN 1: TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO 1.1.Lựa chọn phương pháp tính - Lựa chọn phương pháp:Seri tàu có hệ béo lớn của Viện Đóng Tàu Tokyo. - Giới hạn của phương pháp: 2 C B =0,8÷0,875 = B L 5,8÷8,3 = d B 2,2÷3,5 = L x B 1,5÷4,4 % Hình dáng mũi:chữ V, mũi thẳng, mũi quả lê với đường nước nhọn, kiểu cái búa. Hình dáng đuôi:chữ U, chữ V, đuôi kiểu xì gà - Thông số tàu thiết kế: C B = 0,82 = B L 143 7,114 20,1 = = d B 20,1 7,2 = 2,792 = L x B 1,5% Như vậy, tàu thiết kế thỏa mãn các giới hạn của phương pháp Seri tàu có hệ béo lớn của Viện Đóng Tàu Tokyo.Do đó lựa chọn phương pháp trên để tính lực cản của tàu. 1.2.Tính lực cản và công suất kéo - Nội dung phương pháp: Lực cản tổng cộng tác dụng lên thân tàu: 2 1 . . . 2 R C v S ρ = trong đó: ρ - khối lượng riêng của nước, ρ =1,025 T/m 3 - vận tốc tàu, m/s S- diện tích mặt ướt của tàu, m 2 . [2 1,37( 0,274) ] B B S L d C d = + − F C - hệ số lực cản, xác định theo công thức: 3 F R A AP C C C C C = + + + với : F C - hệ số lực cản ma sát, xác định theo công thức ITTC 1957 2 0,075 (lg Re 2) F C = − R C - hệ số lực cản dư, xác định như sau: / ( , / ). ( / ). . B R R B B d x K C C C L B k B d k k = Các hệ số: ( , / ) R B C C L B tra đồ thị 1.36. / ( / ) B d k B d : hệ số điều chỉnh sự sai khác giữa /B d của tàu tính toán và tàu tiêu chuẩn, tra đồ thị 1.44[1]. B x k : hệ số điều chỉnh sự sai khác giữa hoành độ tâm nổi tương đối B x tính toán với tàu tiêu chuẩn, tra đồ thị 1.45[1]. K k : hệ số tính cho hình dạng hình chiếu sườn đuôi khác với dạng chữ U, tra đồ thị 1.47[1]. A C - hệ số ảnh hưởng của nhám, A C = 0,1.10 -3 AP C - hệ số ảnh hưởng của phần nhô, AP C = 0,05.10 -3 Bảng 1.1:Tính lực cản 4 Ứng với giá trị vận tốc của tàu là 13 knot ta được : Lực cản của tàu R = 325,14kN Công suất kéo của tàu P E = 2175,57kW 5 PHẦN II : TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG 2.1.Chọn vật liệu - Vật liệu chế tạo là Đồng thau mangan đúc- Cấp 1.Ký hiệu:HBsC 1 - Đặc trưng cơ tính của vật liệu được thể hiện ở bảng sau: Bảng 2.1:Đặc tính cơ tính của Đồng thau mangan đúc Cấp vật liệu Giới hạn bền chảy ( σ c – N/mm 2 ) Giới hạn bền kéo ( σ k – N/mm 2 ) Độ dãn dài ( δ – %) HBsC 1 ≥ 175 ≥ 460 ≥ 20 Bảng 2.2:Thành phần hóa học của Đồng HBsC 1 Cu Al Mn Zn Fe Ni Sn Pb 52 ÷ 62 % 0,5 ÷3% 0,5 ÷4% 35 ÷40 % 0,5÷2,5 % ≤1% ≤1,5 % ≤0,5% 2.2.Tính toán các hệ số tương hỗ 2.2.1. Hệ số dòng theo - Theo Taylor, đối với tàu một chong chóng : Hệ số dòng theo : 0,5. 0.05 T B w C = − = 0,5.0,82-0,05= 0,36 Trong đó : B C - hệ số béo thể tích, B C =0,82 6 2.2.2. Hệ số hút Hệ số hút : . T t k w = = 0,9.0,365 = 0,324 trong đó : k - hệ số ảnh hưởng của hình dạng bánh lái, đối với bánh lái dạng tấm đơn giản : k=0,9÷1,05, chọn k=0,9. 2.2.3. Hiệu suất ảnh hưởng của thân tàu. Hiệu suất ảnh hưởng của thân tàu được tính theo công thức 6.36[2]: H Q T 1 1 t . i 1 w η − = = − 1,09 Trong đó: + 1/i Q cho tàu 1 chong chóng được tính gần đúng theo công thức: 1/i Q = 1 + 0,125(w T –0,1) = 1+0,125(0,36-0,1)=1,032 + w T = 0,36 – hệ số dòng theo + t = 0,324 – hệ số hút 2.3. Chọn số cánh Z - Để lựa chọn số cánh chong chóng (Z), ta dựa vào hệ số lực đẩy theo theo đường kính DT K tính theo 2.1.4[1] . . ρ = DT A K v D T - Nếu K DT 2 thì chọn Z= 3, ngược lạinếu K DT <2thì chọn Z= 4 Ta có: v A – vận tốc tiến của chong chóng, .(1 ) = − A S T v v w = 4,276 m/s v S – vận tốc tiến của tàu(knot), v S = 13knot; w T – hệ số dòng theo, w T = 0,36 D – đường kính sơ bộ chong chóng, D = 4 m T – lực đẩy của chong chóng, 480,976kN (1 ) = = − P R T Z t Zp – số cánh chong chóng, ZP = 1; t – hệ số hút, t = 0,324 ρ − khối lượng riêngcủa nước, ρ = 1,025 tấn/m 3 =>Hệ số lực đẩy theo đường kính: K DT = 1,09 <2nên chọn số cánh chong chóng Z= 4 2.4. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền - Để đảm bảo độ bền cho cánh chong chóng thì tỷ số đĩa được chọn không nhỏ hơn giá trịtính theo 2.1.5[1]: 7 ' max 0 0 min . . 0,375 100 . ≥ = ÷ ÷ E E A A C Z mT A A D e Trong đó: C – hệ số kể đến loại vật liệu, đối với đồng thau - C = 0,06 Z – số cánh chong chóng, Z = 4 D – đường kính chong chóng sơ bộ, D = 4 m max max e e (0,08 0,10) b = = ÷ - tỷ số giữa chiều dày profile lớn lớn nhất của cánh max e với chiều rộng profile của cánh, chọn max e 0,08 = m – hệ số quá tải, đối với tàu hàng m = 1,15 T – lực đẩy của chong chóng, T = 480,976 kN ' 2/3 3 0 min 0,06.4 1,15.480,976 0,375 0,66 5.0,08 100 → = = ÷ ÷ E A A Vậy chọn tỷ số đĩa cho chong chóng là 0 0,70 = E A A 2.5. Tính toán chóng để lựa chọn động cơ Tính toán chọn động cơ theo seri: B – 4 – 70(Z = 4, 0 0,70 = E A A ) Bảng 2.1: Tính toán các yếu tố cơ bản của chong chóng và lựa chọn động cơ 8 Dựa vào bảng tính ta xây dựng được đồ thị P s =f(N),D OPT = f(N), P/D = f(N), ( ) η = f N D Dựa vào đồ thị ta chọn được động cơ cần thiết: Ta chọn máy có kí hiệu: MAN B&W 6S35MC Công suất: P s = 4200 kW, Vòng quay động cơ: n H = 170 r/min, Các Thông số cơ bản của chong chóng: Số cánh: Z = 4, Tỷ số đĩa: A E /A 0 = 0,70, Đường kính chong chóng: D = 3,81 m, Bước tương đối: J = 0,396 , Tỷ số bước: P/D = 0,923, Hiệu suất của chong chóng: η D = 0,467, 2.6.Kiểm tra xâm thực chong chóng - Theo Schoenherr, để đảm bảo không xảy ra giai đoạn xâm thực thứ nhất thì tỷ số đĩa không được nhỏ hơn giá trị tính theo 3.5.1[1]: 2 0 0 min 1,275. . ( . ) C E K A n D A p ξ = ÷ = 1,275.1,6. 0,61 151,28 .(2,83.3,59) 2 = 0,66 trong đó: 9 ξ - hệ số thực nghiệm phụ thuộc trọng tải, ξ = (1,3 ÷1,6).Đối với chong chóng nặng tải, ξ = 1,6(để tránh tổn thất ở mút cánh) ( , / , ) C C K K Z P D J = - hệ số đặc trưng xâm thực, tra đồ thị(hình 3.3[1]), C K =0,42 0 p - áp suất thủy tĩnh tại độ ngập sâu trục chong chóng, kN/m 2 0 0 . . ρ ρ = + − A S P P g h = 101,340+10.5,226 – 2,32 = 150,065 kN/m 2 với : .g ρ =10 kN/m 3 đối với nước biển S h - độ ngập sâu của trục chong chóng, m 0,55. = − S h d D =7,2-0,55.3,81=5,105 m 2 0 2,32kPa 2,32kN / m ρ = = n - số vòng quay chong chóng, n = 2,83 r/s D - đường kính chong chóng, D = 3,81 m - Tỷ số đĩa 0 E A A = 0,7> 0 min E A A ÷ =0,66 , do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chống xâm thực. 2.7.Xây dựng bản vẽ chong chóng 2.7.1.Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng: - Chiều rộng lớn nhất của cánh b max : max 0 2,187. . E AD b Z A = = 2,187.3,81 .0,7 4 = 1,458 m - Từ đó ta có bảng hoành độ để xác định hình bao duỗi phẳng theo Seri B theo % của bmax như sau: Bảng 2.2:Hoành độ của hình bao duỗi phẳng Bảng hoành độ của hình bao duỗi phẳng 10 [...]... γ = 8600kG/m3 D – Đường kính chong chóng , D = 3,81 m d H - Đường kính củ chong chóng, d H = 0,65 m lH – Chiều dài củ chong chóng, lH = 1,1 m e0,6- Chiều dày cánh tại vị trí r=0,6R,e0,6 = 0,075 m b0,6 – Chiều rộng cánh tại vị trí r=0,6R, b0,6 = 1,458 m 16 →Khối lượng chong chóng : G = 6359kg 2.7.5.Xây dựng tam giác đúc: -Bán kính đặt tam giác đúc: 6,4 T Rφ = R + (50 ÷ 60) = (3180÷3190 )mm, chọn Rφ =1 960... bước của chong chóng, e = 0,25 (Hệ số vói chong chóng có bước cố định) Do đó: R0 = 14.43 cm Bán kính góc lượn thực tế giữa mặt đạp chân cánh và củ là R = 15 cm Bán kính góc lượn phía mặt hút giữa cánh và củ là R = 20,3 cm Vậy chong chóng thoả mãn điểu kiện bền theo qui phạm 2.9.Tính toán và xây dựng đồ thị vận hành của chong chóng: 2.9.1.Tính toán các đặc trưng không thứ nguyên của chong chóng làm... việc sau thân tàu - Tính toán lực đẩy chong chóng có để ý đến dòng theo và lực hút (chong chong làm việc sau thân tàu) là: TB = K TB ρ n 2 D4 - Công suất để quay chong chóng và hệ trục là: PD = 2π.K QB ρ.n 2 D 4 ηB ηP Trong đó: KTB, KQB – hệ số lực đẩy và mô men chong chóng tính toán có để ý đến sự tác động tương hỗ giữa thân tàu và chong chong, nó là hàm của mỗi bước tương đối J v của chong chóng Hệ số... giác đúc: lφ = lφ 1 + lφ 2 = 3079 mm Với: lφ 1 = lφ 2 = 2.π Rφ Z 2.π Rφ Z ϕ 1 = 35 , ϕ 2 =5 0 o o ϕ1 ϕ 1 + ϕ 2 =1 268 mm ϕ2 ϕ 1 + ϕ 2 = 1811 mm được xác định từ hình vẽ -Chiều cao tam giác đúc: hφ = P Z = 879 mm Với: P – Bước của chong chóng, P = 3,516 m = 3516 mm Z – Số cánh chong chóng, Z = 4 -Vị trí đường trung bình của củ chong chóng cách cạnh huyền của tam giác đúc một đoạn: mφ = Rφ R mR =5 23 mm với... 8 t = t0/sp KTB= (1-t).KT wT 9 iQ=[1+0,125(wT-0,1)]-1 10 KQB=iQ.KQ 11 JV = J (1 − wT ) Chú ý : -Các giá trị J trên được lấy trong khoảng (0 ÷0,9 )P/D = (0÷0,83) -Giá trị JP được xác định theo vận tốc chong chóng đã xác định từ phần 2.5 2.9.2.Tính toán các đặc trưng của chong chóng sau thân tàu Tính toán các đặc trưng của chong chóng: Giả thiết vòng quay của chong chóng với các giá trị như sau: n = 140... củ chong chóng 2.7.4.1.Xác định đường kính trục chong chóng trục chong chóng : -Đường kính d B = 1,12.d P + kC D = 373,8 mm, chọn d B = 380 mm trong đó : d P - đường kính trục trung gian, xác định theo công thức : 14 d P = 92 3 PS (1 + k ) nm = 299,75 mm, chọn d P = 300 mm với : k = q.(a − 1) = 0,28 q=0,4 đối với động cơ 4 kỳ a = 2 đối với động cơ 6 xylanh (nội suy ) PS - công suất của động cơ, PS =4 200... r0 = (0,05 ÷ 0,1).D = (0,190÷0,381) m, chọn r0 = 0,3 m D D trong đó : - đường kính chong chóng, = 3,81 m 2.7.4.5.Tính khối lượng chong chóng: -Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính theo công thức: G= b d e Z γ D3 ( 0,6 ) 6,2 + 2.104 0,71 − H ÷ 0,6 + 0,59.γ l.d H 2 D D D 4.104 trong đó : Z - Số cánh chong chóng, Z = 4 γ - Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng, ... luận : Chong chóng đủ bền 19 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 Ro 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 – chiều dày qui định cánh tại 0,25R, t1 = 13, 09 cm t0 – chiều dày giả định cánh tại đường tâm của trục, t0 = 171,5 cm rB = rH = d H = 0,167 R... tiện sủa chữa, người ta khuyên chiều dài củ lH không nhỏ hơn (2÷3)% Từ lý do đó, chọn lH = 1,1 m = 1100 mm -Độ côn củ chong chóng: kH=1/15÷1/20, chọn kH=1/15 -Đường kính trung bình của củ chong chóng: d H = 0,167.D = 0,636, chọn d H = 0,65 m= 650 mm -Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công cạo rà : l0 = (0,25 ÷ 0,3)lk = (0,250÷0,300) m, chọn l0 = 0,300m = 300mm -Chiều sâu rãnh khoét chọn theo khả năng... vòng quay định mức của trục chong chóng , nm =1 70 rpm kC = 10- đối với ống bao trục là hợp kim đồng D – đường kính chong chóng, D = 6,26m - Độ côn trục: k =1 /12 l = (90 ÷ 95)%.l l H = (0,99÷1,045)m, chọn k =1 ,1 m =1 100 mm -Chiều dài côn trục: k 2.7.4.2.Xác định kích thước củ chong chóng -Chiều dài củ Nguyên tắc được lựa chọn chỉ cần đủ để gốc cánh hoàn toàn nằm trong củ.Đồng thời để thuận tiện sủa . 2,32kN / m ρ = = n - số vòng quay chong chóng, n = 2,83 r/s D - đường kính chong chóng, D = 3,81 m - Tỷ số đĩa 0 E A A = 0,7> 0 min E A A ÷ =0,66 , do đó chong chóng đảm bảo điều kiện. củ chong chóng 2.7.4.1.Xác định đường kính trục chong chóng -Đường kính trục chong chóng : 1,12. . B P C d d k D = + = 373,8 mm, chọn B d = 380 mm trong đó : P d - đường kính trục trung gian,. trong đó : Z - Số cánh chong chóng, Z = 4 γ - Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng, γ = 8600kG/m 3 D – Đường kính chong chóng , D = 3,81 m H d - Đường kính củ chong chóng, H d =