Thiết kế bánh lái tàu chở container 1118 TEU, trọng tải 13839 tấn, lắp máy công suất ps=12500 kw

Ta chọn vận tốc sơ bộ của tàu là v=18knot Do tàu đã cho có mũi quả lê vì vậy ta chọn phương pháp tính lực cản của tàu là phương pháp HOLTROP-MENNEN.. Thông số tàu tính toán Giới hạn của

THIẾT BỊ HỆ THỐNG TÀU THỦY

ĐỀ 10:Thiết kế bánh lái tàu chở container 1118 TEU, trọng tải 13839 tấn, lắp máy

công suất Ps=12500 kw, hoạt động vùng biển quốc tế có các kích thước chủ yếu sau:

PHẦN I:TÍNH TOÁN LỰC CẢN VÀ ĐƯỜNG KÍNH CHONG CHÓNG I_Tính toán lực cản:

Từ các thông số kích thước chủ yếu của tàu đã cho ta chọn tàu chở container ANNE SIBUM (1000TEU), số IMO: 9396696, bàn giao ngày 24/8/2007 làm tàu mẫu.Tàu ANNE SIBUM có các thông số kích thước chủ yếu sau

L=142,35 (m) CB=0,624 L/B=5,8

V =18,5 knot B=23,5(m) CWl=0,75 B/T=2,4

D=1 D= 11,75 (m) CM=0,975 D/T=1,32

DW=13030 (T) T=8 (m) CP=0,64 L/D=10,55

Mặt khác theo công thức Hải Quân (CT 2.44 STKTĐT T1) khi biết trước công suất máy ta có thể tính sơ bộ vận tốc của tàu như sau

+PD= PS η B η P = 12500.0,97.0,97= 11761,25 (kw) : Là công suất kéo của tàu.

+ η B _ Hiệu suất đường trục Chọn η B =0,97

+ η P _ Hiệu suất hộp số Chọn η P =0,97

+CE=0,95.L+197 = 337 :Hệ số Hải Quân

+Δ=CB.ρ.L.B.T=0,62.1,025.147,87.23,55.8,51= 18832,85(T)_Khối lượng của tàu

Từ vận tốc theo tàu mẫu bằng 18,5 knot Và vận tốc tính sơ bộ bằng 17,76 knot

Ta chọn vận tốc sơ bộ của tàu là v=18knot

Do tàu đã cho có mũi quả lê vì vậy ta chọn phương pháp tính lực cản của tàu là phương pháp HOLTROP-MENNEN

Điều kiện áp dụng phương pháp:

Thông số tàu tính toán Giới hạn của phương pháp

C C C

v

Fr

g L

Các thông số của tàu đều thỏa mãn các yêu cầu của phương pháp

Vậy lựa chọn phương pháp tính toán là phương pháp Holtrop-mennen

 Lực cản toàn bộ của tàu được tính theo công thức sau:

9, 27.147,871,056.10

vL

   = 1298.106_Hệ số raynold ϑ=1,056.10-6 m2/s_Hệ số nhớt động học của chất lỏng+S_Diện tích mặt ướt của thân tàu được tính theo công thức sau

 Tính 1+k

Trong đó

+C13=1+0,003Csterm=1,03_Hệ số phụ thuộc vào hình dáng đuôi tàu

Sườn đuôi có dạng chữ V : Csterm = -10

Sườn đuôi có dạng bình thường : Csterm = 0

Sườn đuôi có dạng chữ U và đuôi Hooc : Csterm = +10

 Chọn Csterm=10 với sườn đuôi chữ U

+ xB = -1% L = -1,4787 m : Hoành độ tương đối của tâm nổi

+ LR=L(1-CP+0,06CPxB/(4Cp-1))=50,17 (m)_Chiều dài bóp đuôi

.d= 1,750 m : đường kính hầm trục mũi (Đo trên tuyến hình)

Hệ số CBTOnằm trong khoảng (0,003-0,012) :Với mũi quả lê,nên chọn giá trị bé hơn => Chọn CBTO = 0,005

APP i

k S k

S

 



B T C

 

= 1 AT : Diện tích ngâm nước của đuôi : AT = 0



  = 0,0182 h = (0,4 ÷ 0,6)T = (3,4÷5,1 ) m.Chọn h = 3,8 m

+ ABT = 11,17 (m2)

1.5_lực cản do phần đuôi nước R TR

Ta có : RTR =0,5v2ATC6=0

Do diện tích ngâm nước của đuôi AT=0

1.6_Lực cản hiệu chỉnh giữa mô hình và tàu thực R A :

Ta có :RA=0,5ρν2SCA= 0,5.1,025.9,2522.4283,663.0,0004335 = 81,794 kNXét trong trường hợp tàu chạy l tưởng

 Công suất kéo của tàu là: PE=R.v=528,38.9,27 = 4898,1 kw

Làm tương tự với các giá trị vận tốc lân cận ta lập được bảng lực cản và công suất kéo của tàu tương ứng với các giá trị vận tốc

Bảng 1_Tính toán lực cản và công suất kéo của tàu

2.3: Tính toán sơ bộ đường kính chong chóng

Ta có đường kính sơ bộ của chong chóng tính theo công thức sau:

4

8,

nm = 127 (v/ph)

+ T : Lực đẩy của chong chóng (kN)

528,38

626(1 ) (1 0,156)

+ Công suất kéo của tàu PE = 4898,1 (kN)

4898,1

77750,63

PHẦN II: LỰA CHỌN THIẾT BỊ LÁI

- Lựa chọn thiết bị lái là bánh lái

- Bánh lái dạng hình chữ nhật

- Profin của bánh lái NaSa 0012

- Số lượng bánh lái : 01

PHẦN III: THÔNG SỐ KỸ THUẬT CƠ BẢN CỦA BÁNH LÁI

3.1 Diện tích bánh lái

 Diện tích bánh lái xác định theo công thức thống kê

F P  .L d 0,0175.147,87.8,51 = 22,02 (m2)

Trong đó

+  : Hệ số diện tích (Tra sổ tay thiết bị tàu thủy T1)

Do không có số liệu thống kê tàu mẫu (tàu container) thì μ có thể được tính theo công thức G.V.Sôbôlep

+ p = 1 :Đối với bánh lái đặt ngay sau chong chóng

+q = 1 : Đối với các loại tàu khác (trừ tàu kéo)

+ L =147,87 (m) Chiều dài tàu

+ T = 8,51 (m) Chiều chìm tàu

 Vậy chọn diện tích bánh lái F P= 22,02 (m2)

3.2 Chiều cao bánh lái

Chiều cao bánh lái được xác định dựa vào khung giá lái

Ta có kích thước khung giá lái theo Bể thử Hà Lan

3.3 Chiều rộng bánh lái

 Chiều rộng của bánh lái

22,02

3,386,5

P P P

F b h

m

 Chọn chiều rộng của bánh lái bP = 3,4 m

Vậy diện tích của bánh lái FP = 3,4.6,5 = 22,1 (m2)

 Độ dang của bánh lái λ

6,51,91 2

Vậy bánh lái hoạt động sau thân tàu không bị dung lắc

3.4 Profin của bánh lái

 Dạng profin của bánh lái là NaSa 0012

 Ta có

tmax = t bP = 0,12.3,4 = 0,408 (m)

Trong đó

+ tmax : Chiều dày lớn nhất của profin bánh lái

+ t = 12 %: Chiều dày tương đối của profin bánh lái

/100.100

+ y,x,t : tọa độ tương đối và chiều dày tương đối của profin

 Tọa độ của profin bánh lái được xác định theo bảng sau

Bảng 3.4 : Trị số profin của bánh lái

y(mm)

3.5 Vị trí đặt trục tối ưu

- Khoảng cách từ mép trước bánh lái đến tâm trục lái là

min max2

Với xP = (CM/CN).bcp

+ bcp= 3,4 (m) : chiều rộng trung bình của bánh lái

+ CM : Hệ số momen xoắn thủy động

+ αp = αp0 + C2.Cy0 : Góc bẻ lái của bánh lái

(Tra theo sổ tay kĩ thuật tàu thủy tập 1, mục 3.3.2/tr117)

Bảng 3.5 a: Các định trị số Cx, Cy, CM, theo bánh lái có độ dang chuẩn

Từ đồ thị ta tính được các trị số của Cx, Cy, CM tại các góc p0 =

(00,50,100,150,200,250,300) Ta thu được kết quả trong bảng sau

Bảng 3.5 b Vị trí đặt trục tối ưu

lượng

Đơnvị

a h F

R

VÀ MOMEN THỦY ĐỘNG TÁC DỤNG LÊN TRỤC LÁI

4.1 Xác định lực thủy động tác dụng lên bánh lái

Lực FR tác dụng lên bánh lái khi tàu chạy tiến và tàu chạy lùi được dung làm cơ sởxác định các chi tiết của bánh lái và được xác định theo công thức sau :

FR = 132.K1.K2.K3.A.V2 (N)

Trong đó :

+ A = 22,1 (m2) : Diện tích bánh lái

+ V : Tốc độ của tàu (knots)

- Đối với tàu chạy tiến : V= 18 knots

- Đối với tàu chạy lùi : Va=0,5.V=9 knots

+ K1 : Hệ số phụ thuộc vào hình dạng bánh lái,tính theo công thức :

h : Chiều cao trung bình của bánh lái, h = 6,5 (m)

At : Tổng diện tích bánh lái A (m2) cộng với diện tích trụ lái hoặc giá lái,nếu có,nằm trong phạm vi chiều cao trung bình h của bánh lái

Lấy At= A = 22,1 m2

+ K2 : Hệ số phụ thuộc vào kiểu profin của bánh lái,tra bảng 2A/25.1

Vì dạng profin bánh lái của tàu thiết kế có dạng phẳng do đó

K2 = 1,1 khi tàu chạy tiến

K2 = 0,9 Khi tàu chạy tiến

+ K3= 1,15 : Bánh lái nằm trong dòng chảy sau chân vịt

Vậy ta được kết quả sau

+ Khi tàu chạy tiến FR = 132.1,303.1,1.1,15.22,1.182 = 1557,92 (kN)

+ Khi tàu chạy lùi FR = 132.1,303.0,9.1,15.22,1.92 = 318,66 (kN)

4.2 Mômen thủy động tác dụng lên trục lái

Mô men xoắn TR lên trục lái của bánh lái kiểu B và C khi tàu chạy tiến và chạy lùi xác định theo công thức sau

TR=FR.r (kN.m)

Trong đó:

+ FR Lực thủy động tác dụng lên tấm bánh lái

Khi tàu chạy tiến FR = 1557,92 (kN)

Khi tàu chạy lùi FR = 318,66 (kN)

+ r khoảng cách từ tâm đặt lực FR đến đường tâm của trục lái,được tính theo quy phạm

r = b( -e)⍺-e)

- Khi tàu chạy tiến r = 3,4.(0,33-0,25) = 0,272 m

Khi tàu chạy tiến trị số r không được nhỏ hơn trị số rmin xác định theo công thức sau : rmin =0,1b = 0,1.3,4 = 0,34 m

Do đó lấy r khi tàu chạy tiến bằng với rmin = 0,34 m

- Khi tàu chạy lùi r = 3,4.(0,66-0,25) =1,394 m

Trong đó

- b = 3,4 (m), chiều rộng trung bình của bánh lái

- : dược lấy như sau ⍺-e)

= 0,33 Khi tàu chạy tiến⍺-e) = 0,66 Khi tàu chạy lùi⍺-e)

- e : Hệ số cân bằng của bánh lái được tính theo công thức sau

e =

f

A

A = 0,25 Af Phần diện tích mặt bánh lái nằm ở trước đường tâm trục bánh lái

Af = 5,525 m2 A Diện tích cả bánh lái , A = 22,1 m2Vậy giá trị của TR như sau

+ Khi tàu chạy tiến TR= FR.r = 1557,92.0,34 = 529,692 (kN.m)

+ Khi tàu chạy lùi TR = FR.r = 318,66.1,394 = 444,212 (kN.m)

4.2 Đường kính trục lái

Đường kính phần trên của trục lái du yêu cầu để truyền được mô mem xoắn phải xác định sao cho ứng suất xoắn không được lớn hơn 68/Ks(N/mm2)

Đường kính phần trên của trục lái được tính theo công thức sau:

du = 4,2.3√ TRKS (mm)`

Trong đó : TR= 529,692 ( kNm)

KS : hệ số vật liệu trục lái theo 25.1.1-2

Đường kính d1 của phần dưới trục lái tính theo công thức sau

2 6

1

413

- M : mô men uốn tại tiết diện đang xét của phần dưới trục lái (tại gốithứ 2 – tại ky lái )

k =

0,75

235

0,954250

Đường kính d1 của phần dưới trục lái chịu tổng hợp cả mô men uốn và mô men xoắn phải được xác định sao cho ứng suất ở trục lái không lớn hơn

PHẦN V: KẾT CẤU CỦA BÁNH LÁI

5.1 Lựa chọn vật liệu chế tạo bánh lái

- Vật liệu chế tạo bánh lái : Thép GR 250 tiêu chuẩn BS4449

5.2 Khoảng cách giữa các cơ cấu gia cường

- Khoảng cách các cơ cấu gia cường ngang tính theo công thức sau :

a0 =0,2 (100L ) +0,4 = 0,695 (m)

Chọn : Khoảng cách giữa các cơ cấu gia cường ngang a = 700 mm

Khoảng cách giữa các cơ cấu gia cường đứng b = 750 mm

5.2 Chiều dày tôn

 Chiều dày tôn bao bánh lái

+ kp1 =

0,75

(235) (235)

0,955( ) 250

Khoảng cách giữa các cơ cấu gia cường đứng bc = 750 mm

 Vậy chọn chiều dày tôn bao bánh lái  = 17 mm0

 Chiều dày tôn mặt trên và mặt dưới bánh lái

Chọn chiều dày xương gia cường đứng 12mm

Chiều dày xương gia cường ngang 12 mm

 Chiều dày tấm tôn lập là

- Chiều dày tấm tôn lập là

 0 17mm

Chọn chiều dày của tấm tôn lập là  = 13mm

- Chiều rộng tấm tôn lập là

b1 ≥ (8 ÷ 10)0 = (136 ÷ 170)mmChọn chiều rộng của tấm lập là b1 = 150 mm

5.4 Lựa chọn các chi tiết và cụm chi tiết cho bánh lái

 Gân đuôi bánh lái

Lựa chọn dạng gân đuôi của bánh lái có dạng hình thang (như hình vẽ sau)

1

4

1 : Gân đuôi bánh lái 3 : Tôn vỏ bao bánh lái

2 : Xương lập là 4 : Xương gia cường ngang

 Nút thử áp lực

Tại tấm tôn mặt trên và mặt dưới của bánh lái người ta khoét lỗ để thông nước khi thử áp lực Lỗ khoét đó có tiện ren Sau khi thử áp lực xong, lỗ được bịt kín bằng vít đồng và hàn lên trên một tấm ốp có đường kính bằng hai lần đường kính lỗ khoét

Hình vẽ minh họa

 Lỗ công ngệ

Quy cách : Ống luồn dây trong công nghệ lắp ráp được đặt tại trọng tâm bánh lái

và được hàn kín với tôn bao bánh lái

 Lựa chọn mối liên kết giữa xương gia cường với tôn vỏ bao

-Tôn bao bánh lái được hàn theo phương pháp hàn điểm

-Tôn mạn bánh lái được khai triển sao cho số mối nối là ít nhất Các xương gia cường đứng và ngang được hàn trước tạo thành bộ khung của bánh lái Sau đó tôn mạn phải được hàn vào khung bằng mối hàn chữ T liên tục Tiếp theo, các tấm tônnắp và tôn đáy bánh lái được hàn vào khung và tôn mạn phải Trên các mép xươnggia cường đứng và ngang hàn các lập là quy cách 150x13 (mm) trên tôn mạn trái cắt các lỗ khoét phân bố đều trên các dải tôn

Mối hàn xung quanh lỗ khoét sẽ liên kết tôn mạn trái vào khung

-Hình vẽ minh họa

+ Loại đường hàn F1, bước hàn p = 300 mm

+ Quy cách lỗ khoét trên tấm lập là 75x40 mm

(với tôn bao δ0= 17mm є (7÷18) mm )

a p a p a p a

b

3 4

1 : Xương gia cường 3 : Tôn bao

Vậy ta có :

+ Bulông trong mối nối gồm có 4 bulông thô và 2 bulông tinh

- Nhóm 1 bulông cách xa tâm là nhóm bulông ghép không khe hở

- Nhóm 2 bulông gần tâm là nhóm bulông ghép có khe hở