Tính toán áp suất theo chiều cao làm việc của túi khí trong quá trình hạ thủy tàu

TÍNH TOÁN ÁP SUẤT THEO CHIỀU CAO LÀM VIỆC CỦA TÚI KHÍ TRONG QUÁ TRỈNH HẠ THỦY TÀÙ WORKING HEIGHT PRESSURE CALCULATION OF AIRBAGS IN SHIP LAUNCHING TS Nguyễn Đức Quý Ngành khí viện kỹ thuật kinh tế biến trường Đại học Bà Rịa Vũng Tàu, Em ail:quyvtu@yahoo.com Tóm tắt: Việc xác định áp suất túi khí bị biên dạng đóng vai trò quan trọng tính toán trình hạ thủy tàu tủi khí Mục đích đảm bảo an toàn cho túi khí tránh no vỡ vị trí lực tác dụng lên tủi khí lớn Tính toán dựa giả thuyết khí không nén được, trình làm việc tủi khí, hình dáng tủi bị biến dạng lóp vỏ tủi chưa bị kẻo giãn dài áp suất Tác giả đưa công thức tính áp suất tủi khí sau bị biến dạng phụ thuộc vào áp suất ban đầu chiều cao làm việc tương đoi tủi khí Cồng thức đưa làm sở cho tính toán biến dạng tủi khí hạ thủy, đặc biệt tàu bắt đầu quay quanh mũi tàu Trong trình nằm túi khí độ dốc tàu tăng thêm gây gia tăng tôc độ chuyến động hạ thủy Ket trình bày sở cho hướng nghiên cứu lĩnh vực tính toán hạ thủy túi khỉ, đặc biệt lựa chọn thông số tủi khí chuấn bị hạ thủy Từ khóa: Ap suất tủi khí, Hạ thủy tàu túi khí, Các thông sổ tủi khí Abstract Airbag pressure determining as deformed shape plays an important role in ship launching calculations The purpose o f ensuring the safety o f the airbag is to avoid explosion at the airbag position where under the maximum force Calculations based on the theory o f uncompressed air, during the operation o f the airbag, the shape o f the bags are deformed while the bag shell has not been stretched by pressures The author provides a formula for calculating the airbag pressure after deformation depending on the initial pressure and the relative working height o f the air bag The formula is given as the basis for calculating the airbag deformation during launching, especially when the vessel begins to orbit the bow When vessels are lying on the airbag, the increased slope o f the boat causes an increase in speed o f launched movement The presented results are the basis for further research in the field o f ship launching airbag calculations, particularly in selection o f air bag parameters in the preparation phase Keywords: Airbag pressure, Ship launching airbag, Airbag parameters P hư ơng pháp tính toán đáp ng lực áp suất tú i khí theo độ cao làm việc • Đặc điểm làm việc túi khí làm việc K h i tú i k h í trạ n g th i tự do, tú i k h í c h ịu tá c đ ộ n g c ủ a trọ n g lư ợ n g b ả n th â n , áp lự c tro n g tú i k h í lớ n b iế n d n g tú i k h í trọ n g lư ợ n g b ả n th â n rấ t n h ỏ K h i h th ủ y tú i k h í n ằ m trê n m ặ t p h a n g n g h iê n g c h ịu tá c d ụ n g c ủ a trọ n g lư ợ n g tà u v p h ả n lự c n ề n c ủ a triề n tàu D i tác d ụ n g c ủ a cá c lự c trê n tú i k h í b ị b iế n d n g v ề h ìn h d n g d ẫ n đ ế n th ể tíc h c h ứ a k h í b ị g iảm , d ẫ n đ ế n áp lự c k h í tro n g tú i tă n g c h o đ ế n k h i ló p v ỏ c ủ a tú i k h í b ị g iã n n đ ế n m ứ c p h h ủ y g â y tú i b ị nổ K h i b ị b iế n d n g c h u y ể n đ ộ n g lă n k h ô n g trư ợ t c ủ a tú i trê n triề n b ị th a y đ ổ i, d ẫ n đ ế n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tà u k ê trê n tú i k h í c ũ n g th a y đổi S ự b iế n d n g th e o c h iề u d ài tú i có th ể k h c n h a u , d ẫ n đ ế n m a sá t lăn d ọ c th e o c h iề u d ài tú i k h c n h a u tạo n ê n m ô m e n q u a y g â y ch o tú i b ị q u a y tro n g m ặ t p h a n g n g h iê n g , g â y v a c h m cá c tú i, có k h i làm th a y đ ổ i h n g c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tàu C c tú i liề n k ề n h a u c h ịu áp lự c k h c n h a u b iế n d n g k h c n h a u d ẫ n đ ế n c h ú n g c h u y ể n đ ộ n g v i tố c đ ộ k h c n h a u C ó k h i tú i p h ía sa u c h y n h a n h h n tú i p h ía trư c d ẫn tớ i c h ú n g b ị c h è n ép lên n h au D o v ậ y v iệ c tín h to n k h o ả n g c c h g iữ a c h ú n g rấ t c ầ n th iế t tro n g q u trìn h b ố trí cá c tú i k h í Hình Túi khí chưa biến dạng D o b iế n d n g k h c n h a u c h ú n g có th ể m th a y đ ổ i đ ộ d ố c c ủ a tà u tro n g q u trìn h c h u y ể n đ ộ n g , d ẫ n đ ế n th a y đ ổ i tố c đ ộ tru ợ t c ủ a tàu , g â y n g u y h iể m ch o tàu T u có th ể c h u y ể n đ ộ n g v i v ậ n tố c q u n h a n h k h i đ ộ đ ố c tăn g , h o ặ c tà u có th ể b ị d n g lại k h i đ ộ d ố c g iảm K h i b ị b iế n d n g n h iề u , áp su ấ t tro n g tú i k h í tă n g có th ể g â y n ổ tú i k h í D o v ậ y k h i b ố trí cá c tú i k h í c ầ n x ác đ ịn h tú i m v iệ c n ặ n g n ề n h ấ t đ ể có b iệ n p h p tă n g c n g đ ả m b ả o an to n tro n g q u trìn h h th ủ y C ác ả n h h n g c ủ a b iế n d n g tú i k h í ả n h h n g rấ t lớ n đ ế n q u trìn h h th ủ y D o v ậ y ta c ầ n q u a n tâ m k h ả n ă n g m v iệ c c ủ a tú i k h í cá c v ấ n đ ề sau : o S ự b iế n d n g c ủ a tú i k h í o S ự th a y đ ổ i áp lự c tú i k h í o Đ iề u k iệ n m v iệ c an to n c ủ a tú i khí • Diện tích làm việc túi khí B iế n d n g c ủ a tú i k h í p h ụ th u ộ c rấ t n h iề u v o áp su ấ t tro n g túi k h í Á p su ấ t lớ n h ĩn h d n g tú i k h í b iế n d n g ít, áp su ấ t n h ỏ h ìn h d n g tú i k h í b iế n d ạn g n h iều Ả n h h n g c ủ a b iế n d n g tú i k h í đ ế n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tà u g iố n g n h ả n h h n g c ủ a c h iế c lố p ô tô h o ặ c x e m y đ ế n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a p h n g tiện K h i áp su ấ t lố p lớ n , lốp c ă n g trò n , m a sát lă n c ủ a lố p n h ỏ d ẫ n đ ế n p h n g tiệ n tiê u h a o n h iê n liệ u ít, c ô n g su ấ t nhỏ K h i lố p m ề m lố p b ị b iế n d ạn g , m a sát lă n lớ n , p h n g tiệ n tiê u h a o n h iề u n h iê n liệu , c ô n g su ấ t lớn X é t m ộ t đ n v ị c h iề u d ài tú i k h í th ể tíc h c h ấ t k h í n ằ m tro n g tú i k h í L V o T ro n g q u trìn h b iế n d n g g iả th iế t cá c tú i k h í k h ô n g b ị k é o d ãn , k h i ấ y c h u v i m ặ t c ắ t n g a n g đ ợ c b ả o to àn K h i c h a b iế n d n g m ặ t cắt n g a n g c ủ a tú i k h í đ n g trò n có đ n g k ín h D K h i ấ y th ể tíc h Hình Túi khí biến dạng Đ ố i v i tà u k ê trê n c c túi k h í, k h i áp su ấ t lớ n tú i k h í c ă n g trò n b iế n d n g ít, k h i đ n g k ín h tú i c n g lớ n c h u y ể n đ ộ n g c ủ a tú i k h í c n g c h ậ m so v i tố c độ tiế n c ủ a tàu N g ợ c lại k h i đ n g k ín h tú i k h í n h ỏ , c h u y ể n đ ộ n g c ủ a cá c tú i k h í n h a n h so v i tố c đ ộ tiến c ủ a tàu D i tá c đ ộ n g c ủ a trọ n g lư ợ n g tà u tú i k h í b ị b iế n d ạn g Đ ộ b iế n d n g c ủ a tú i k h í p h ụ th u ộ c v o số lư ợ n g tú i k h í k ê d i c o n tà u v áp su ấ t b ê n tro n g tú i khí H ìn h d n g b iế n d n g c ủ a tú i k h í p h ụ th u ộ c v o cá c k iể u tiế p súc v c n g đ ộ lự c tá c d ụ n g lê n tú i k h í T ro n g q u trìn h m v iệc tu i k h í có cá c th ể tiế p súc cá c d n g sa u : o K h i tiế p sú c đ n g , o K h i tiế p sú c m ặ t T h ô n g số đ ặ c trư n g ch o b iế n d n g độ biến dạng theo đường kính h v chiều cao làm việc túi khí H Hình Chiều cao làm việc túi khí h- Độ biến dạng, H- Chiều cao làm việc, D Đường kính tú c ủ a m ộ t p h â n tố c h ấ t k h í có th ể tíc h Vo v i áp su ấ t Po T ro n g đ ó Vo đ ợ c tín h n h sa u : Chu vi mặt cắt ngang c = n D Sau biến dạng theo hướng kính m ột đoạn h ta giả th iá thể tích sau biến dạng lích hai nửa hình t ò n có đường kính d-2h hình chữ nhật có m ột cạnh d-2h v m ột cạnh y ( xem hình 3) Khi chu vi tiá d ộ i sau biến dạng là: C = n H + y Chu vi íiấ diội ữưóc sau h iấ i dạng V ậy tacó : ^ nD = n.H + y T ta có đoạn tiếp súc y : thay đ ổ i D o áp dụng phưong trình nhiệt cho khối khí nằm túi khí p v = h ằ n g số T acó P v = p v Ở Vo, Po - thể tích v ^3 suất túi Iđtí trạng thái ban đàu V, P - l thể tích túi khí ởtrạngửiái saukhibịbiếndạngcó chiều cao làm việc H Từ ta có ắp suất làm việc túi khí sau bị biến dạng 2y = n.D —n.H 2y = n { D - H ) Chiều dài tiếp súc túi khí m ột phân tố chiều dài túi khí là: n(D - ,x J y = ^ Y ~ k = ^ T a có công thức diện tích tiếp súc tứi khí m ột đon vị chiều dài là: dA = 7T D ( — k ) ;(2 ) Sụ tiiaỵ đổi tíiể tích tói khí làm việc • Sự thay đổi áp su ầ túi khí làm việc liên quan chặt chẽ đến thể tích khối khí m ột đơn vị chiều dài sau biến dạng.: Thể tích m ột đon vị chiều dài túi khí có chiều cao làm việc H ttính theo công thúc: Tí „ V = - H 2+y.H , A , Thay tri số chiều dài t i s s u e túi khí y (1 ) vào công thúc t ố i ta tích phân tố chiều dài túi khí sau biến dạng có độ cao làm việc H : TC n (D — H ) V = -4 H + ^ ~ -2 - H N h â n v àtử v àm ẫu công thức v ó i/)2 tacó D2 n , V T (3) thay trị số — tacó : H) Gọi dA diện tích tiếp súc m ột đon vị chiều dài túi khí tt(D - H) dA = (1 ) N h â n (l) tử số m ẫu số với D đật ■ - W o n(D -H ) = t^ h + ^ H^ Thay v ữ — ^ - v —= k cuối ta có Thay (3 ) vào tacó : p = p ° ' ( k — li2) V = ( k - k 2= v0(2 k 2) Vo (3) V ( k - k 2) ' • Áp suất túi khí túi khí làm việc Dưới tác động trọng lực tàu, túi khí bị biên dạng, trình biến dạng nhiệt độ túi khí xem không (4 ) Căn vào (4) ta thấy độ biến dạng k lón áp suất p lón dẫn tói túi bị dãn có nguy co-bị no Tuy nhiên m ỗ i túi khí bố trí van an toàn đảm bảo ảp suất bên túi khí cố đinh Trừ độ biến dạng đột ngột, van không kịp xả bị cố dãn đến túi bị vỡ, điều xảy thực tế • Phản lụt túi khí tác dụng lên tàu D uói tác dụng ngoại lực túi khí bị biến dạng có độ cao làm việc H dãn đến tăng diện tích tiếp súc bề m ặt áp lục bên túi khí tăng lên Khi dF lực tác đụng túi khí lên tàu m ột đon vị chiều dài túi khí sau: dF = p dA n D(1 —k) = p °■ (2 k fc2) (5) k=HZD D làđuòngkínhtúikhí,H chiều cao làm việc củatúikhí(hình3) Khi chiều dài tiếp súc 1thì phản lực R túi khí lên tàu R = l.dF v V = V 0Ợc2 + ; Tài Bệu tham khảo [1] , Trần Sỹ Phiệt, V ũ D uy Quang Thủy khí động lực kỹ thuật N hà xuất đại học ừung học chuyên nghiệp 1979 [2] T rầnC ôngN ghi2001, ícL ýthuyátàu thủy”, Tập l,tâp2,tâp3,T nàm g< M học Giao thông vận tải Tp H Œ M inh ... trư n g ch o b iế n d n g độ biến dạng theo đường kính h v chiều cao làm việc túi khí H Hình Chiều cao làm việc túi khí h- Độ biến dạng, H- Chiều cao làm việc, D Đường kính tú c ủ a m ộ t p h... k 2) ' • Áp suất túi khí túi khí làm việc Dưới tác động trọng lực tàu, túi khí bị biên dạng, trình biến dạng nhiệt độ túi khí xem không (4 ) Căn vào (4) ta thấy độ biến dạng k lón áp suất p lón... lên tàu m ột đon vị chiều dài túi khí sau: dF = p dA n D(1 —k) = p °■ (2 k fc2) (5) k=HZD D làđuòngkínhtúikhí,H chiều cao làm việc củatúikhí(hình3) Khi chiều dài tiếp súc 1thì phản lực R túi khí