Đồ án thiết kế Động lực học tàu thủy: Thiết kế chong chóng tàu hàng rời, trọng tải 12000t, vận tốc VS = 13 KNOT, hoạt động vùng biển không hạn chế

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 TẢITRƯỜNG 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,

CHẾ CÓ CÁC KÍCH THƯỚC CHỦ YẾU SAU:

L x B x d = 143 x 20,1 x 7,2

CB x CM x CWL = 0,82 x 0,99 x 0,89

Giáo viên hướng dẫn : NGUYỄN VĂN VÕ

Người thực hiện : PHẠM VĂN CHUNG

HẢI PHÒNG, NĂM 2013

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

GIỚI THIỆU CHUNG: 2

PHẦN 1: TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO 3

1.1.Lựa chọn phương pháp tính 3

1.2.Tính lực cản và công suất kéo 3

PHẦN II : TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG 6

2.1.Chọn vật liệu 6

2.2.Tính toán các hệ số tương hỗ 6

2.2.1 Hệ số dòng theo 6

2.2.2 Hệ số hút 6

2.2.3 Hiệu suất ảnh hưởng của thân tàu 6

2.3 Chọn số cánh Z 6

2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền 7

2.5 Tính toán chóng để lựa chọn động cơ 8

2.6.Kiểm tra xâm thực chong chóng 8

2.7.Xây dựng bản vẽ chong chóng 9

2.7.1.Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng: 9

2.7.2.Xây dựng profin cánh: 10

2.6.3.Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh 12

2.7.4.Xây dựng củ chong chóng 13

2.7.5.Xây dựng tam giác đúc: 15

2.8.Kiểm tra bền chong chóng: 16

2.9.Tính toán và xây dựng đồ thị vận hành của chong chóng: 18

2.9.1.Tính toán các đặc trưng không thứ nguyên của chong chóng làm việc sau thân tàu 18

2.9.2.Tính toán các đặc trưng của chong chóng sau thân tàu 19

2.9.3.Tính toán đường đặc tính ngoài động cơ 20

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

 Sổ tay Kỹ thuật Đóng tàu tập 1( Nhà Xuất Bản Khoa học –Kỹ thuật) – 3

GIỚI THIỆU CHUNG:

Vùng hoạt động: vùng biển không hạn chế

Hình dạng mũi: mũi quả lê

PHẦN 1: TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO1.1.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:

C B=0,8÷0,875

L

B= 5,8÷8,3 B

d= 2,2÷3,5

x B

L= 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:

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

F

C 



PHẦN II : TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG2.1.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

(c – N/mm2)

Giới hạn bền kéo(k – N/mm2)

Độ dãn dài( – %)

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

1 1 t

+ 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 K DT

tính theo 2.1.4[1]

v A– vận tốc tiến của chong chóng,v A v S.(1 w T)= 4,276 m/s

vS – vận tốc tiến của tàu(knot), vS = 13knot;

wT – hệ số dòng theo, wT = 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

khối lượng riêngcủa nước, = 1,025 tấn/m3

=>Hệ số lực đẩy theo đường kính: KDT = 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]:

max

.0,375

100

e với chiều rộng profile của cánh, chọn emax 0,08

m – hệ số quá tải, đối với tàu hàng m = 1,15

T – lực đẩy của chong chóng, T = 480,976 kN

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

TT Đại lượng tính toán Đơn vị

Dựa vào đồ thị ta chọn được động cơ cần thiết:

Ta chọn máy có kí hiệu: MAN B&W 6S35MC

Công suất: Ps = 4200 kW,Vòng quay động cơ: nH = 170 r/min,Các Thông số cơ bản của chong chóng:

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]:

 - hệ số thực nghiệm phụ thuộc trọng tải,  = (1,3 ÷1,6).Đối với chong chóngnặng tải,  = 1,6(để tránh tổn thất ở mút cánh)

2.7.1.Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng:

- Chiều rộng lớn nhất của cánh bmax :

Bảng 2.2:Hoành độ của hình bao duỗi phẳng

Bảng hoành độ của hình bao duỗi phẳng

đạp

46,89 52,75 56,34 57,66 56,1 51,37 41,71 25,39

-Từ trụcđến mép

thoát

29,11 33,3 37,4 40,74 43,9 46,66 48,37 46,95 20,14

Chiềurộng toàn

bộ

75,99 86,05 93,74 98,4 100 98,03 90,08 72,34

Bảng 2.3:Hoành độ hình bao duỗi phẳng (tính theo mm)

Bảng hoành độ của hình bao duỗi phẳng

2.7.2.1 Xác định chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện:

Bảng 2.8: Chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện

r r R

2.7.2.2.Bảng tung độ profin cánh :

Bảng 2.4: Bảng tung độ profin cánh theo Seri B

Từ điểm có chiều dày lớn nhất

tới mép thoát (% emax)

Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp

-53,55

70,25

86,5

93,2

5 84,3 70,4 60,15 52,2 0,

96,9

5 98,1 92,4 82,3 67,7 56,8 48,6 0,

67,1

5 85,4 96,8 98,1

91,25

-Từ điểm có chiều dày lớn nhất

tới mép thoát (% emax)

Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp

16,5

5 22,2 37,550,

-Cách xây dựng hình chiếu pháp và hình chiều cạnh:

Từ điểm O trên đường trục ở hình bao duỗi phẳng hình bao duỗi phẳng, theo hướng

về phía mép theo ta đặt một đoạn thẳng OH= P/2= 560 mm, H gọi là điểm cực Tại H kẻ những tia đi qua điểm giao nhau giữa trục thẳng đứng với các bứn kính đường tròn r ikhác nhau

Tại mút profin, tiến hành kẻ các đường thẳng tiếp tuyến song song và vuông góc với

tia HA, kết quả nhận được những đoạn cắt l1, l2, h1,h2

Sau đó trên hình chiếu pháp, từ tâm O1 kẻ các cung tròn bán kính ri và đặt theo cung

này các đoạn thẳng l1 về bên phải và l2 về bên trái Cuối cùng ta nhận được điểm B và B’ nằm trên đường bao hình chiếu pháp của cánh

Để xây dựng hình chiếu cạnh, từ điểm B và B’ theo phương song song với trục chong

chóng kẻ các đường thẳng nằm ngang và trên đó đặt các giá trị bằng h1về phía bên phải và

h2 về phía bên trái tính từ điểm giao của đường vuông góc từ điểm A2 ở bán kính r i trên

đường chiều dày lớn nhất tại mặt đạp đến các đường nằm ngang nói trên.Cuối cùng ta nhận được 2 điểm C và C’ nằm trên đường bao hình chiếu cạnh.

h 2 l2

B'

B

l 1

.( 1)

k q a = 0,28

q=0,4 đối với động cơ 4 kỳ

a = 2 đối với động cơ 6 xylanh (nội suy )

Nguyên tắc được lựa chọn chỉ cần đủ để gốc cánh hoàn toàn nằm trong củ.Đồng thời

để thuận tiện sủa chữa, người ta khuyên chiều dài củ l H không nhỏ hơn (2÷3)% Từ lý do

0 (0, 25 0,3) k

l   l = (0,250÷0,300) m, chọn l0= 0,300m = 300mm-Chiều sâu rãnh khoét chọn theo khả năng công nghệ : 15 mm

2.7.4.3.Chọn và kiểm tra bền then

-Chiều dài then:l t (0,9 0,95) l k= (1,08÷1,14)m, chọn l t=1,1 m =1100 mm

Then được chọn theo tiêu chuẩn TCVN 2261 – 77: d = 380 mm

+Chiều rộng then: b= 80mm +Chiều cao then: h = 40mm +Chiều sâu rãnh then trên trục: t1 = 25 mm

+Chiều sâu rãnh then trên lỗ :t2= 16mm

-Kiểm tra bền cho then ( điều kiện va đập mạnh)

Ứng suất dập cho phép : [] = 70Mpa

Ứng suất cắt cho phép :[] = 40 Mpa

Mômen xoắn phát sinh trên trục:

2

c t

-Bán kính cầu ở cuối mũ:r0 (0,05 0,1). D= (0,190÷0,381) m, chọn r0= 0,3 m

trong đó :D- đường kính chong chóng, D= 3,81 m

2.7.4.5.Tính khối lượng chong chóng:

-Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính theo công thức:

l H – Chiều dài củ chong chóng, l H = 1,1 m

e 0,6 - Chiều dày cánh tại vị trí r=0,6R,e 0,6 = 0,075 m

b 0,6 – Chiều rộng cánh tại vị trí r=0,6R, b 0,6 = 1,458 m

→Khối lượng chong chóng : G = 6359kg 6,4 T

2.7.5.Xây dựng tam giác đúc:

-Bán kính đặt tam giác đúc:

(50 60)

R  R  = (3180÷3190 )mm, chọn R=1960 mm-Chiều dài tam giác đúc:

l l l = 3079 mmVới:

1 1

2

R l

2

R l

 

= 879 mmVới:

P – Bước của chong chóng, P = 3,516 m = 3516 mm

1 2

Trong đó:

t - Chiều dày cánh trừ góc lượn của chân cánh,cm

H - Công suất liên tục lớn nhất của máy chính, kW

Z - Số cánh chong chóng

N - Số vòng quay liên tục lớn nhất chia cho 100

l - Chiều rộng cánh tại bán kính đang xét

Bảng 2.7:Kiểm tra bền theo QCVN:

1+kD

a

D P C

C C w A

Kết luận : Chong chóng đủ bền

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 :

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 – tỉ số bước của chong chóng, 0,167

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:

D

B P

2 K n DP

Hệ số hút t0 ở chế độ buộc có thể được xác định theo giá trị tốc độ trượt tính toán sp

và hệ số t

t0 = sp.tTrong đó:

t – hệ số hút ở chế độ tính toán, xác định ở phần trước, t = 0.324

sp – giá trị tốc độ trượt tính toánViệc tính toán KTB và KQB được chỉ ra ở bảng sau:

Bảng 2.7 :Các đại lượng không thứ nguyên của chong chóng làm việc sau thân tàu

k J k

w



Chú ý :

-Các giá trị J trên được lấy trong khoảng (0 ÷0,9 )P/D = (0÷0,83)

-Giá trị J P 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:

STT Đại lượng tính toán Đơn vị

STT Đại lượng tính toán Đơn vị

2.9.3.Tính toán đường đặc tính ngoài động cơ

Đặc tính hạn chế ngoài của động cơ chính thường có trong các tài liệu kỹ thuật đi kèm với các nhà máy chế tạo hoặc trong các phụ lục của các sổ tay Để tính gần đúng đặc tính của động cơ chính, ta có thể sử dụng các quan hệ gần đúng sau :

-Đối với động cơ đốt trong có tua-bin khí tăng áp

2

P -công suất động cơ, P SP=P S= 4200kW

n- vòng quay của động cơ, n = 140; 150; 160; 170; 180 rpm

H

n -vòng quay định mức của động cơ, n H=170 rpm

Bảng 2.9: Công suất động cơ theo vòng quay: