đồ án chân vịt

đồ án thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

Mục Lục

Lời nói đầu 4

CHƯƠNG 1: 5

GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ 5

CHƯƠNG 2: 6

TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY 6

CÁC KÍ HIỆU 6

Các thông số tàu 10

I Phương pháp tính sức cản vỏ tàu 10

1 Phương pháp Taylor (1910-1943) 10

2 Tính toán chọn máy tàu dựa vào đồ thị Taylor 11

3 Thết kế chân vịt theo đồ thị taylor 15

4 Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill 17

5 Kiểm tra độ bền cánh chân vịt 18

II Bản vẽ chân vịt 19

1 Các thông số 19

2 Xác định kích thước hình học của chân vịt 19

3 Tính chọn then 20

4 Tọa độ khai triển của cánh 20

5 Đặc trưng hình học cánh chân vịt 20

6 Xây dựng tam giác đúc 23

7 Trọng lượng chân vịt 24

III Đường đặc tính của chân vịt 24

1 Đường làm việc ở chế độ M = const 24

2 Đường làm việc ở chế độ n=const 26

Trang 2

Danh mục bảng

Hình 1 Đồ thị sức cản tàu theo Taylor Trang 10 Hình 2 Đồ thị sự phụ thuộc của công suất vào vận tốc Trang 10 Hình 3 Đồ thị chọn máy Trang 13 Hình 4 Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Te) Trang 28 Hình 5 Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Pe) Trang 29

Danh mục hình

Bảng 1: Bảng tính sức cản theo Taylor Trang 12 Bảng 2: Tính sơ bộ chọn máy Trang 13 Bảng 3 Các thông số chính Trang 14 Bảng 4: Tính chọn thông số hình học chân vịt Trang 16 Bảng 5: Đường bao cánh chân vịt nhóm B.4 Trang 21 Bảng 6: Tọa độ tương đối prôfin Trang 22 Bảng 7 : Kết quả đường làm việc ở chế độ M = const Trang 25 Bảng 8: Tính các hệ số Trang 26 Bảng 9: Kết quả đường làm việc ở chế độ n = const Trang 27

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

- -

Trang 4

Lời nói đầu

Lý thuyết tàu 2 là một trong những bộ môn cơ quan trọng của ngành thiết kế thân tàu thủy, qua

đó giúp chúng em hiểu them về tàu thủy và các đặc trưng liên quan như lực nổi, ổn định, lực cản… Trong đó đồ án thiết bị đẩy là một đồ án quang trọng nhằm cũng cố vững chắc kiến thức

về tàu thủy, cũng như những kiến thức về thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy Ngoài ra, việc làm đồ án còn góp phần giúp sinh viên tự tôi rèn trong môi trường làm việc khoa học và có trách nhiệm cao

để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao

Với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của giảng viên bộ môn “lý thuyết tàu 2” bên cạnh đó sự chia sẽ kiến thức của các bạn học trong những giờ làm việc nhóm cũng hết sức quý báu, vì thế

em đã hoàn thành tốt đồ án này trong thời gian cho phép Vậy em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới giảng viên cũng như tất cả các bạn đã giúp em trong thời gian vừa qua !

Đồ án đã hoàn thành song do yếu tố thời gian, kiến thức và các yếu tố khác nên chắc chắn không thể không có sai sót và nhầm lẫn trong quá trình làm bài, vì vậy mong thầy chia sẽ và góp ý để

em tự hoàn thiện bản thân mình hơn nữa

SVTH Ngô Thái Sơn

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ

Thiết bi đẩy tàu thủy(chân vịt tàu thủy) là một bộ phận quan trọng trong tổ hợp cùng với động

cơ chính có nhiệm vụ duy trì sự hoạt động của con tàu (tạo ra phản lực giúp con tàu chuyển động

về phía trước hoặc sau)

Chân vịt là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lượng được tạo ra và truyền từ máy chính của tàu Sự chuyển động tới của tàu dựa trên nguyên tắc Bernoulli : Sự chênh lệch áp suất giữa mặt trước và mặt sau của cánh chân vịt khi nó quay, tạo nên lực đẩy dọc trục

Chân vịt tàu biển được làm từ vật liệu không bị ăn mòn vì nó hoạt động trong môi trường nước biển Vật liệu phổ biến làm nên chân vịt là hợp kim của nickel, nhôm và đồng, hợp kim này bền hơn và nhẹ hơn các loại vật liệu khác 10-15% Quy trình để làm chân vịt là hàn các cánh chân vịt vào một ống trục (thường đối với những chân vịt lớn ) , hoặc đúc nguyên chiếc Chân vịt đúc tất nhiên chắc chắn và chịu lực tốt hơn chân vịt hàn, tuy nhiên giá thành sản xuất cao hơn Chân vịt có thể có 3, 4 thậm chí 5 cánh.Tuy nhiên phần lớn người ta sử dụng 3 hoặc 4 cánh Chân vịt tàu thủy được thiết kế theo 2 phương pháp đặc trưng

 Phương pháp 1:

Thiết kế dựa trên những đồ thị rút ra những kết quả thí nghiệm trên hàng loạt mô hình chân vịt Trong đó có một số thiết kế thay đổi như tỉ số bước, tiết diện cánh và các dạng tiết diện chân vịt thoả mãn với các đặc tính của seri nào đó, có thể nhanh chóng thiết kế và vẽ theo yêu cầu khai thác của tàu

 n: Số vòng quay trong một giây.

 PD:Công suất truyền đến chân

vịt.

 Pa: Áp suất khí quyển đo trên mặt biển

 P0: Áp suất tĩnh.

 𝜂: Hiệu suất nói chung.

 𝜎: Ứng suất nói chung.

 TE: Lực đẩy hữu hiệu chân vịt.

 ht: Chiều cao then.

 M: Mômen quay chân vịt.

- Kiểm tra giá trị B/d = 25/7,8 =3,21 (2,25 < B/d< 3,75)

- Kiểm tra giá tri Cp (φ)

- CP = ∆/(γ.L.B.d)= 27392/1,025x156x25x7,8 = 0,878

- Kiểm tra giá trị ∆/(L/100)3= 27392/(156/100)3= 7215

Ta thấy tất cả các giá trị trên đều “thỏa mãn” và ta áp dụng phương pháp Taylor để tính gần đúng sức cản trên toàn bộ tàu

 Các thông số cần thiết cho tính toán :

- Diện tích mặt ướt tàu vận tải:

S tính theo công thức Muragin:

S = Ld.[1.36+1.33CB.(B/d)]

=156 x 7,8 x [1,36 + 1,33 x 0,878 x 25/7,8) ] = 6209 m2

- Số Froude: Fn=v/√(g.L)= 16x 0,514/√(9,81 x 156) = 0,21

Trong đó : g = 9,81 (m/s2 )

1417157854.35

1517848858.88

1619220208.04

1720591557.20

1821962906.35

Hình 1 Đồ thị sức cản tàu theo Taylor

Hình 2 Đồ thị sự phụ thuộc của công suất vào vận tốc

0 20000 40000 60000 80000 100000

2 Tính toán chọn máy tàu dựa vào đồ thị Taylor

- Đường kính lớn nhất của chân vịt :

𝐷max= 0,7.d = 0,7.7,8 = 5.46 m

- Xác định độ chìm trục chân vịt:

HS = d –(Dmax/2) – 0,04.Dmax – 0,2 =7,8 – (5,46/2) – 0,04.5,46 - 0,2=4,652 m

- Số cánh chân vịt: Z = 4

- Nhiệt độ làm việc của chân vịt : to = 25oC

- Tỉ lệ mặt đĩa theo seri B : θ = 0,55

- Hiệu suất trục chân vịt: ηt= 0,97

c) Tính chọn máy dựa vào đồ thị Taylor

- Công suất đẩy tàu: N’T = T.vP /327,3 = 163911.9,776/327,3 = 4896 HP Công suất phải giảm xuống do tỷ trọng nước biển lớn hơn nước ngọt, đồ thị xây dựng trong nước ngọt

- NT = N’T (1000/1025) = 4777 HP =3562 KW

- Thực hiện theo trình tự bảng sau: Chọn chân vịt Wageningen B.4.55 trong tính toán

sơ bộ

- b: Hệ số ảnh hưởng bởi đuôi tàu

b= 0,92÷0,95 đối với tàu một chân vịt Chọn 0,95

- ɳh: hiệu suất hộp số, nếu có Có thể chọn theo bảng sau:

- ɳt : hiệu suất trục chân vịt 0.95÷0.97 Chọn 0.97

Hình 3 Đồ thị chọn máy

Dựa vào đồ thi ̣ta chọn được máy có:

- Kết quả tính toán trên hình vẽ những điểm nằm trên đường cong Ne = f(n) thỏa mãn các mã lực có hiệu của máy để đảm bảo tàu chạy với vận tốc 16Hl/h

- Theo catalog Marine Engines chọn máy có thông số sau:

+ Model: 6L58/64 công suất định mức P = 8340 (kW) = 11184 (BHP)

+ Số vòng quay đầu ra : Ndr= 220 (vòng/phút)

9 Hiệu suất thân tàu ηk =(1-t)/(1-w) 1,2

12

Điều chỉnh Công suất

3 Thết kế chân vịt theo đồ thị taylor

+ Hệ số môi trường ở 250C: Cmt= 0.9

+ Hiệu suất trục chân vịt: t = 0,97

+ Công suất máy BHP = 11184 ML

+ Hiệu suất hộp số: h  0,98

- Ta chọn kiểu truyền động trực tiếp từ máy đến chân vịt nên vòng quay của chân vịt bằng vòng quay của máy và tần suất quay của chân vịt nhận khoảng 98% - 99% tần suất định mức chọn tần suất chân vịt 98% tần suất định mức

+ N =0,98.220= 215,6(vòng/phút) + Vòng quay chân vịt trong một giây:

n=N/60= 215,6/60= 3.593(v/s)

+ Áp suất tác dụng lên tâm trục chân vịt:

P0 = Pa + γ Hs = 10330 + 1025.4,652 =15098.3 (KG/m2) Trong đó:

- Pa = 1,033 kG/cm2 là áp suất khí quyển tính trên mặt thoáng

- Áp suất hơi bão hòa chọn: Pd = 240 (KG/m2)

- Các đặc tính hình học của chân vịt vừa được chọn

+ Đường kính chân vịt: D = 5.18 m + Bước xoắn: H = 2.9526 m

+ Tỷ lệ bước: H/D = 0,57

4 Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill

a) Các thông số có được từ những phần tính trên:

- Kiểm tra sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill

- Hệ số mặt đĩa đã chọn chỉ phù hợp cho giả thiết ban đầu khi chưa đủ đặc trưng hình học chân vịt Để tránh sủi bọt và khỏi bị xâm thực nhất thiết phải kiểm tra chân vịt theo tiêu chuẩn tránh sủi bọt

- Bình phương vận tốc các điểm trên cánh tính tại 0.7R:

+ Pa = 1,033 kG/cm2 là áp suất khí quyển tính trên mặt thoáng

+ Áp suất hơi bão hòa chọn: Pd = 240 (KG/m2)

+ Mật độ nước biển ở nhiệt độ trung bình 25ᵒC : ρ = 101,662 kGs2/m4

- Căn cứ vào đồ thị Burrill cho ta hệ số lực đẩy tương ứng:

5 Kiểm tra độ bền cánh chân vịt

- Chân vịt làm bằng đồng thau

- Sức bền cách chân vịt được kiểm tra theo công thức Romson

- Áp dụng phương pháp Romson tiến hành kiểm tra độ bền cánh tại hai bán kính r=0.2R và r=0.6R Theo phương pháp này ứng suất trong cánh gồm ứng suất do momen uốn σB gây ra và σC do lực ly tâm

Tên vật liệu Giới hạn

chảy Giới hạn bền Độ kéo dài Ứng suất cho phép

- Bán kính lượn cánh với củ phía nhỏ : R1  0,035.D  181,3 (mm)

- Bán kính lượn cánh với củ phía lớn: R2  0,04D  207,2 (mm)

- Chiều dày tại phần hạ bậc: D = 0,9e0 =209,7mm

- Độ côn trong 1:12

- Chiều dày cánh ở đỉnh: ed = 0,0035D = 18,13 mm

- Chiều dày giả định tại tâm củ: e0 = (0,04 - 0,05)D =(207,2 ÷ 259) = 233 mm

3 Tính chọn then

- Theo quy phạm ở phần III chương 7 – QCVN 2010

Đường kính trục chân vịt: Đường kính trục chân vịt làm bằng thép cacbon rèn hoặc thép hợp kim thấp rèn không được nhỏ hơn trị số theo công thức sau

di: Đường kính trong của trục rỗng (mm)

da: Đường kính ngoài của trục rỗng (mm)

Lấy d i≤ 0,4 da Theo điều 6.2.2-1 ta có thể chọn K=1

+ H=Ne= 11184 (HP) công suất trục lớn nhất của động cơ

+ N= 215,6 v/p – vòng quay lớn nhất trục trung gian

Bảng 5: Đường bao cánh chân vịt nhóm B.4

Bảng 6: Tọa độ tương đối prôfin

MẶT HÚT 0,2 - 112.04 152.57 182.49 202.55 207.06 198.45 182.70 156.24 135.14 119.60 - 0,3 - 96.81 136.04 164.92 182.97 186.96 178.60 163.02 137.75 119.04 104.31 - 0,4 - 76.32 112.40 138.48 155.20 157.12 149.20 134.88 119.04 102.96 91.12 - 0,5 - 60.76 95.76 120.54 135.73 137.34 129.36 115.22 101.50 87.71 76.86 - 0,6 - 44.22 73.87 93.94 106.48 107.91 100.38 87.29 77.44 66.17 57.42 -

MẶT ĐẨY 0,2 63.00 38.22 22.89 11.45 3.26 0.95 4.83 12.39 28.25 42.63 55.02 84.00

6 Xây dựng tam giác đúc

- Tam giác đúc là tam giác vuông được xây dựng trên cơ sở đường kính D, bước xoắn chân vịt

+Chiều cao tăng them z0 để đạt được cường độ bền tại phần dưới của khuôn:

Với đường kính chân vịt lớn hơn 3,500 (mm) ta chọn z0 = 150 (mm)

+ Các thông số của tam giác đúc:

7 Trọng lượng chân vịt

- Trọng lượng chân vịt nhóm B-Wageningen tính theo công thức sau:

C1=1 – Hệ số ảnh hưởng của chân vịt (loại Wageningen)

C2=1 – Hệ số ảnh hưởng của mặt cầu

C3=1 – Hệ số ảnh hưởng chiều dày cánh ở đỉnh

C4 – Hệ số ảnh hưởng chiều dày cánh ở đỉnh

III Đường đặc tính của chân vịt

1 Đường làm việc ở chế độ M = const

- Các thông số đã xác định:

+ Đường kính chân vịt: D = 5,18 m + Tỷ lệ bước: H/D = 0,57

+ Công suất truyền đến trục chân vịt: PD = 9568 HP + Số vòng quay chân vịt: N = 215,6 v/ph

+ Khối lượng riêng của nước biển ρ = 101.662 kGs2/m4 + Hệ số dòng theo: w = 0,389

+ Hệ số lực hút: t = 0,272

+ Momen quay :

M=(716,2 PD/N) = 31784 (kG.m)

+ Hệ số phụ trợ : M/D.(1-t)= 4467

ɳdt = 0,97

ɳhs = 0,98

- Tra đồ thị 4.24 đồ thị KT–J - 𝜂𝑝 và đồ thị KQ -J – 𝜂𝑝 sách Lý Thuyết Tàu- Trần Công

Nghị phần Sức Cản Tàu Và Thiết Bị Đẩy trang 140, XB 2009

Bảng 7 : Kết quả đường làm việc ở chế độ M = const

10 PE= PT/ɳdtɳhs HP 5405 5614 6061 6588 7173 8150

2 Đường làm việc ở chế độ n=const

- Thực hiện phép tính cho loạt giá trị của n từ 0.6- 0.7 giá trị tần suất định

Bảng 9: Kết quả đường làm việc ở chế độ n = const

Hình 4 Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Te)

Hình 5 Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Pe)

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Sổ tay thiết kế tàu thủy – Trần Công Nghị

2 Lý thuyết tàu (tập II) : Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy – Trần Công Nghị;

Trường đại học giao thông vận tải TP.HCM

3 Lý thuyết tàu thủy (tập 2) – PGS.TS.Nguyễn Đức Ân, KS.Nguyễn Bân

4 Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thủy – Nguyễn Đăng Cường

Kết thúc