HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU CSB TT-400 BẰNG LÝ THUYẾT VÀ THỰC NGHIỆM Nguyễn Hà Hiệp1, Lƣơng Đình Thi1, Hà Văn Đức1, Phạm Văn Hạ2 Khoa Động lực, Học viện Kỹ thuật Quân sự, 236 Hoàng Quốc Việt, Cầu Giấy, TP Hà Nội Viện Kỹ thuật Hải Quân/QCHQ, TP Hải Phòng TĨM TẮT: Bài báo trình bày kết xác định sức cản kéo công suất kéo tàu CSB TT400 sử dụng phương pháp Holtrop Mennen phần mềm FreeShip Các giá trị tính toán lý thuyết so sánh với giá trị thử nghiệm mơ hình tàu để đánh giá độ tin cậy mơ hình tính tốn Trên sở khuyến cáo sử dụng mơ hình để xác định cơng suất hệ động lực cần hoán cải thay máy chính, để đánh giá hiệu làm việc tổ hợp “thân tàu-động cơchân vịt” Từ khóa: hệ động lực tàu thủy, thân tàu, động cơ, chân vịt, tàu CSB TT-400 ĐẶT VẤN ĐỀ Tàu Cảnh sát biển Việt Nam ký hiệu CSB TT400 có chức năng, nhiệm vụ tuần tra bảo vệ chủ quyền an ninh trật tự vùng biển Việt Nam; kiểm soát ngăn chặn loại tàu thuyền vi phạm quy định nhà nước Hải quan, đánh bắt hải sản, khai thác tài nguyên bảo vệ môi trường hải phận Việt Nam; hỗ trợ tìm kiếm cấp cứu tàu thuyền biển; chiến tranh, tàu trang bị thêm vũ khí để tham gia chiến đấu Tàu thiết kế phù hợp với tiêu chuẩn Quy phạm đóng tàu cao tốc, tàu lướt tàu chiến loại nhỏ Đăng kiểm DNV (Nauy) năm 2001 Tàu thỏa mãn Quy phạm phân cấp đóng tàu cao tốc Việt Nam năm 1998 Quy phạm phân cấp đóng tàu biển Việt Nam năm 1997 Trong giai đoạn thiết kế tàu thủy việc lựa chọn máy chính, chân vịt để lắp lên tàu với tính thân tàu cho trước quan trọng [5] Bởi việc lựa chọn đắn nâng cao tiêu công suất, khối lượng-kích thước, hiệu làm việc chân vịt Hệ động lực tàu CSB TT-400 thiết kế theo Quy phạm phân cấp đóng tàu biển cao tốc vỏ thép năm 1997 Các thiết bị lượng bố trí hai khoang máy: Khoang máy trước, từ Sn30 đến Sn37, bố trí 02 máy chính; Khoang máy sau, từ Sn37 đến Sn45, bố trí 01 máy Trang 396 Tàu CSB TT-400 lắp 03 máy kiểu 18VP185 hãng Paxman (Anh) sản xuất Động 18VP185 có cơng suất định mức 3744 kW, vòng quay định mức 1907 vòng/phút, động diesel kỳ, hai hàng xylanh bố trí kiểu chữ V, vế xy lanh, làm mát gián tiếp hai vòng nước, bơi trơn dầu nhờn kiểu tuần hồn cưỡng Trên tàu bố trí trục chân vịt (2 trục chân vịt mạn trục chân vịt giữa), dẫn động độc lập từ động chính, qua hộp giảm tốc đảo chiều, truyền mô men quay đến chân vịt cố định bước, đồng thời truyền lực đẩy tàu từ chân vịt đến vỏ tàu qua ổ đỡ chặn đặt hộp giảm tốc Một số tàu CSB TT-400 sau TT-400TP đóng nhà máy TCCNQP đưa vào biên chế Tàu đóng sở thiết kế tàu ТК-400 Liên bang Nga, tốn chọn máy chính, chân vịt nhà thiết kế thực Khi mua thiết kế để đóng tàu, chưa có cơng trình nghiên cứu đánh giá hiệu làm việc hệ động lực (HĐL) chọn điều kiện nước ta Chính vậy, việc xác định công suất kéo tàu CSB TT-400 để từ đánh giá kiểm nghiệm hiệu làm việc tổ hợp "thân tàu - động chân vịt" tàu CSB TT-400 cần thiết, để có biện pháp nâng cao hiệu sử dụng lượng tàu giai đoạn thiết kế, khai thác, kết nghiên cứu sở để hoàn thiện thiết kế HĐL tàu thủy lớp HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM PHƢƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƢỢNG NGHIÊN CỨU Sức cản tổng tạo thành thành phần sau: Kết hợp nghiên cứu lý thuyết, tính tốn, kiểm chứng phần mềm máy tính so sánh với kết thử mơ hình thực - Sức cản ma sát chuyển động vỏ tàu qua chất lỏng nhớt; Với tính tàu CSB TT-400, sở lý thuyết tàu thủy để tính tốn sức cản kéo công suất kéo Đối tượng nghiên cứu tàu CSB TT-400 (Hình 1) Các tính tàu CSB TT- - Sức cản tạo sóng, lượng tàu cung cấp liên tục cho hệ sóng tạo mặt nước; - Sức cản xoáy, lượng mà xoáy từ vỏ tàu hay phần phụ mang đi; - Sức cản khơng khí sinh phần thân tàu mặt nước kiến trúc thượng tầng chuyển động tàu không khí Ngồi số sức cản: sức cản hình dáng, sức cản phần nhơ… 400 trình bày Bảng Hình Hình dạng ngồi tàu CSB TT-400 Bảng Các tính tàu CSB TT400 Tính Mớn nước thiết kế, T Lượng giãn nước, , Chiều dài lớn nhất, LOA Chiều dài đường nước, LWL Chiều rộng lớn nhất, Bmax Chiều rộng đường nước, B Diện tích mặt ướt, S Diện tích đường nước, Aw Hệ số béo dọc tàu, CP Hệ số béo thể tích, CB Hệ số béo sườn giữa, CM Hệ số béo đường nước, CW Hoành độ tâm nổi, LCB Vận tốc lớn Tổng công suất HĐL Thông số 2,50 m 387,4 m3 397,1 54,16m 49,16 m 9,16 m 8,187 m 409,886 m2 312,292 m2 0,733 0,388 0,642 0,766 -4,274 m 32 kn (Hl/h) x 3744 kW CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU THỦY Sức cản tàu tốc độ xác định, cân lực cần thiết để kéo tàu nước tĩnh Công suất cần gọi công suất hiệu dụng (có ích) hay cơng suất kéo (EPS) [1,5]: EPS R.v , kW (1) Trong R - sức cản kéo, kN; v - vận tốc tàu, m/s Có nhiều phương pháp tính gần sức cản tàu thủy dựa vào kết khảo sát mơ hình kết đo tàu thực Các phương pháp phổ biến kể đến là: Holtrop Mennen, Oortmersen, Kafali [1] Đối với tàu CSB TT-400, dựa vào đặc tính tàu, xét thấy tính tốn sức cản theo phương pháp Holtrop Mennen phù hợp so với phương pháp khác Theo phương pháp này, sức cản toàn xác định theo công thức sau, kN [3,4]: RT RFO 1 k1 RAPP RW RB RTB RA (2) Trong đó: RFO (1 k1 ) - sức cản ma sát tương đương, kN; RAPP - sức cản ma sát phần nhô, kN; RW - sức cản sóng, kN; RB - sức cản áp suất bổ sung mũi, kN; RTB - sức cản áp suất bổ sung ngập đuôi kiểu tuần dương hạm, kN; RA sức cản hiệu chỉnh tàu thực mơ hình, kN Trong báo này, tác giả đề cập đến việc sử dụng phương pháp tính sức cản Holtrop Mennen từ phần mềm chuyên dụng, khơng sâu vào phân tích thành phần sức cản XÁC ĐỊNH SỨC CẢN KÉO VÀ CÔNG SUẤT KÉO TÀU CSB TT-400 Tính tốn cơng suất kéo tàu theo phương pháp Holtrop Mennen phần mềm FreeShip Cơ sở lý thuyết tính tốn sức cản kéo công suất kéo phương pháp trình bày mục Trang 397 HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM Khởi động phần mềm, khai báo kích thước tàu, ta tuyến hình thân tàu CSB TT-400 (Hình 2) Hình Tuyến hình thân tàu tàu CSB TT-400 phần mềm FreeShip Khai báo thông số động học tàu để tính tốn sức cản kéo cơng suất kéo Đồ thị biểu diễn mối quan hệ sức cản, công suất vận tốc tàu thể Hình Hình Đường cong sức cản thử mơ hình tàu CSB TT-400 (nước tĩnh) Bảng Giá trị công suất kéo tàu CSB TT-400 theo tính tốn thử nghiệm mơ hình Vân tốc Hình Đồ thị biểu diễn mối quan hệ sức cản, công suất vận tốc tàu Đường cong sức cản thử mơ hình tàu Nhà thiết kế cơng bố thể Hình Dựa vào cơng thức (1) ta tính cơng suất kéo thử nghiệm mơ hình Các giá trị cơng suất kéo theo tính tốn thử nghiệm mơ hình thể Bảng Kết bảng cho thấy, với vận tốc tàu 28 hải lý/giờ, sai số giá trị cơng suất kéo theo tính tốn thử nghiệm mơ hình khơng lớn, chứng tỏ mơ hình tính tốn có độ tin cậy cao Trang 398 kn m/s 16 18 20 22 24 26 28 8,224 9,252 10,28 11,308 12,336 13,364 14,392 Công suất kéo, kW Thử Tính nghiệm tốn 1110 1115 1739 1725 2416 2250 3223 3125 4009 4000 4744 4740 5469 5125 Sai số, % -1 -7 -3 0 -6 KẾT LUẬN Kết luận rút từ nghiên cứu sau: Kết tính tốn sức cản kéo công suất kéo tàu CSB TT-400 phương pháp Holtrop Mennen phần mềm FreeShip so với kết thử nghiệm kéo mơ hình, phạm vi vận tốc tàu từ 16 đến 28 Hl/h tương đối hội tụ, chứng tỏ phương án tính tốn điều kiện xây dựng mơ hình tốn có độ tin cậy cao Mơ hình tính tốn sử dụng để xác định công suất hệ động lực cần hốn cải thay máy tàu, giảm chi phí thử mơ hình thực, để đánh giá hiệu làm việc tổ hợp “thân tàu-động cơ-chân vịt” HỘI NGHỊ KHCN TỒN QUỐC VỀ CƠ KHÍ – ĐỘNG LỰC NĂM 2017 Ngày 14 tháng 10 năm 2017 Trường ĐH Bách Khoa – ĐHQG TP HCM TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Hà Hiệp, Trần Ích Tách Tính tốn, thiết kế bố trí hệ động lực tàu thủy (phần tập) NXB QĐND, Hà Nội – 2016 [2] Thuyết minh kỹ thuật tàu CSB TT-400 [3] Standard method – J Holtrop, “A statistical re-analysis of resistance and propulsion data”, ISP, Vol 31, No 363, November 1984 [4] “Improved” method: J Holtrop, “A statistical resistance prediction method with a speed dependent form factor”, SMSSH’88, Varna, Oct 1988 [5] Голубев Н.В Проектирование энергетических установок морских судов Ленинград "Судостроение" 1980 Trang 399 ... kW CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU THỦY Sức cản tàu tốc độ xác định, cân lực cần thiết để kéo tàu nước tĩnh Công suất cần gọi công suất hiệu dụng (có ích) hay cơng suất kéo (EPS)... chuyển động vỏ tàu qua chất lỏng nhớt; Với tính tàu CSB TT- 400, sở lý thuyết tàu thủy để tính tốn sức cản kéo công suất kéo Đối tượng nghiên cứu tàu CSB TT- 400 (Hình 1) Các tính tàu CSB TT- - Sức... khơng sâu vào phân tích thành phần sức cản XÁC ĐỊNH SỨC CẢN KÉO VÀ CƠNG SUẤT KÉO TÀU CSB TT- 400 Tính tốn cơng suất kéo tàu theo phương pháp Holtrop Mennen phần mềm FreeShip Cơ sở lý thuyết tính