Đồ án thiết kế chân vịt

Để đáp ứng được các yêu cầu phục vụ như trên cho tàu thủy, môn học “Lý thuyết tàu 2” là một trong những môn cơ sở khá quan trọng.. Đồ án này giúp em củng cố được các kiến thức đã được họ

MỤC LỤC

Nhận xét của giảng viên hướng dẫn 3

Lời nói đầu 4

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHÂN VỊT, PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ 1.1 Giới thiệu chung về chân vịt 5

1.2 Các phương pháp thiết kế chân vịt 5

1.2.1 Phương pháp 1 5

1.2.2 Phương pháp 2 5

1.3 Đề tài thiết kế 5

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SỨC CẢN TÀU 2.1 Thông số cơ bản của tàu 6

2.2 Tính toán sức cản tàu bằng phương pháp Taylor 6

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÂN VỊT 3.1 Tính chọn máy tàu dựa vào đồ thị Taylor 8

3.1.1 Tính chọn các thông số mở đầu 8

3.1.2 Tính chọn máy dựa vào đồ thị Taylor 9

3.2 Thiết kế chân vịt theo đồ thị Taylor 12

3.2.1 Thiết kế chân vịt 12

3.2.2 Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill 14

3.2.3 Kiểm tra độ bền cánh chân vịt 15

3.3 Các thông số hình học chủ yếu của chân vịt 17

3.3.1 Các thông số hình học chủ yếu 17

3.4 Xây dựng đường đặc tính vận hành chân vịt 21

3.4.1 Đường làm việc cho chế độ M = const 21

3.4.2 Đường làm việc cho chế độ n = const 22

TÀI LIỆU THAM KHẢO 24

DANH MỤC HÌNH Hình 2.1 Đồ thị sức cản 7

Hình 3.1 Đồ thị chọn máy 11

Hình 3.2 Đồ thị đường đặc tính vận hành của chân vịt (Te) 23

Hình 3.3 Đồ thị đường đặc tính vận hành của chân vịt (Pe) 24

DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Tính toán sức cản theo Taylor 7

Bảng 3.1 Bảng thông số sơ bộ tính chọn máy 10

Bảng 3.2 Bảng tính sơ bộ chọn máy 10

Bảng 3.3 Thiết kế chân vịt theo chế độ chạy tự do 13

Bảng 3.4 Thống kê các hệ số 16

Bảng 3.5 Bảng đường bao cánh chân vịt nhóm B4 19

Bảng 3.6 Bảng tọa độ các profil cánh 19

Bảng 3.7 Bảng kết quả làm việc của chân vịt ở chế độ M = const 21

Bảng 3.8 Bảng tính các hệ số 22

Bảng 3.9 Bảng tính các đặc tính cho chế độ n = const 23

NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN

LỜI NÓI ĐẦU

Tàu thủy là một công trình kiến trúc nổi, có hoặc không có động cơ, hoạt động trên mặt nước Tàu thủy được phát triển từ rất sớm, các bằng chứng lịch sử và khảo

cổ học cho thấy tàu thủy phục vụ cho mục đích vận chuyển hàng hóa thương mại đã phổ biến rộng rãi từ đầu Thiên niên kỷ 1 TCN Ngày nay, tàu thủy đang còn được tiếp tục nghiên cứu, cải tiến nhằm đáp ứng ngày một tốt hơn đòi hỏi về mọi mặt của con người Ngoài ra, tàu thủy còn được phát triển để phục vụ cho quân đội

Để đáp ứng được các yêu cầu phục vụ như trên cho tàu thủy, môn học “Lý thuyết tàu 2” là một trong những môn cơ sở khá quan trọng Môn học này cung cấp cho chúng ta một loạt các kiến thức liên quan đến sức cản tàu; tính lắc, tính ăn lái, tính quay vòng tàu và thiết bị đẩy tàu Trong môn học này, chúng em được làm quen thêm với môn học “ĐAMH thiết kế chân vịt tàu vận tải đi biển” Đồ án này giúp em củng cố được các kiến thức đã được học từ môn “Lý thuyết tàu 2”, làm quen với việc tính toán sức cản tàu thủy; tính chọn máy và thiết kế chân vịt cho tàu thủy

Nhận thức được sự quan trọng của môn học này nên bản thân em đã cố gắng học tập, tìm hiểu, nghiên cứu một cách nghiêm túc dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của các thầy cô giảng dạy trong Khoa Và kết quả là em đã hoàn thành đồ án đúng tiến độ trong thời gian cho phép Do đây là môn học đầu tiên em làm đồ án, tự nhận thấy kiến thức bản thân vẫn còn chưa vững dẫn đến trong bài làm ắt hản sẽ có những sai sót về nội dung cũng như hình thức trình bày, đặc biệt là có một số nội dung bản thân thực sự chưa hiểu lắm (Ví dụ như: tam giác đúc, đồ thị đặc tính vận hành chân vịt,…….) Hy vọng bản thân sẽ nhận được sự góp ý quý báu từ các thầy

cô để em hoàn thiện Đồ án một cách tốt nhất có thể

Và cuối cùng, em xin chân thàn cảm ơn các thầy cô trong khoa và đặc biệt là các thầy giảng dạy và hướng dẫn Đồ án đã giúp đỡ em để em hoàn thành Đồ án một cách tốt nhất

Sinh viên thực hiện

Lê Tuấn Vũ – VT14

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ CHÂN VỊT, PHƯƠNG

PHÁP THIẾT KẾ VÀ ĐỀ TÀI THIẾT KẾ

1.1 Giới thiệu chung về chân vịt

- Chân vịt tàu thủy là một thiết bị đẩy 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

- Nói cách khác, chân vịt có thể giúp con tàu di chuyển theo hướng nhất định bằng cách quay và tạo ra một lực đẩy tàu cần thiết để thắng được

sức cản của nước tác dụng lên thân tàu

- Trong thiết kế chân vịt, chúng ta có 2 phương pháp như sau:

1.2 Các phương pháp thiết kế chân vịt

1.2.2 Phương pháp 2

- Được sử dụng trong trường hợp chân vịt làm việc nặng nề, phải chịu sủi bọt hoặc làm việc trong không gian phẳng lặng, phải áp dụng lý thuyết xoáy để thiết kế

- Từ đặc tính của mỗi phương pháp cùng với các thông số và điều kiện thiết kế chân vịt của tàu hàng Ta nên sử dụng phương pháp 1 Đấy là phương pháp thiết kế chân vịt theo phương pháp đồ thị dựa theo mô hình chân vịt seri-B Wageningen (Hà Lan) thường đuợc sử dụng để tính toán thiết kế cho tàu hàng trung thực

1.3 Đề tài thiết kế

CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN SỨC CẢN TÀU

2.1 Thông số cơ bản của tàu

2.2 Tính toán sức cản tàu bằng phương pháp Taylor

- Phạm vi áp dụng của phương pháp Taylor:

- Hệ số ma sát:  2

10 2 log

075 , 0

8974 ,



/ 6621 ,

 vm/s

Bảng 2.1: Tính toán sức cản theo Taylor

Hình 2.1: Đồ thị sức cản

CHƯƠNG III: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CHÂN VỊT

3.1 Tính chọn máy cho tàu dựa vào đồ thị Taylor

T

Lực đẩy cần thiết của chân vịt:

1 , 14316 2345

, 0 1

1733 , 6 10959

2345 , 0 1 1

- Hệ số ảnh hưởng thân tàu: a  0 92  0 95ta chọn a = 0,92

3.1.2 Tính chọn máy dựa vào đồ thị Taylor

- Công suất đẩy tàu:

HP v

T

3 , 327

98 , 7 1 , 31561 3

, 327

1000 '

Bảng 3.1: Bảng thông số sơ bộ tính chọn máy

Bảng 3.2: Bảng tính sơ bộ chọn máy

Hình 3.1: 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 thỏa mãn các mã lực có hiệu của máy để đảm bảo tàu chạy với vân tốc

3.2 Thiết kế chân vịt theo đồ thị Taylor

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

Bảng 3.3: Thiết kế chân vịt theo chế độ chạy tự do

11101

10959 11101

e

e e T

R T

 Vậy: Máy đã cho là hoàn toàn hợp lý vì sai số giữa R và Te nhỏ hơn 3% nằm trong giới hạn cho phép và ứng với các thông số hình học chân vịt thuộc nhóm B4.55 như sau:

- Đường kính chân vịt: D = 2,53 m

- Bước xoắn: H = 1,62 m

- Tỷ lệ bước: H/D = 0,64

- Tỷ lệ diện tích mặt đĩa:   A e  0 , 55

3.2.2 Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill

2 2

, 4 2 7 , 0

2 2

2 7 ,

▪ Vận tốc tịnh tiến của chân vịt: v p  7 , 98HL/hv p  4 , 11m/s

▪ Tần suất quay của chân vịt: n = 4,9 ( v/s)

▪ Đường kính chân vịt: D = 2,68 m

▪ Số sủi bọt trung bình:

31 , 0 5

,

0 02,77

• Áp suất khí quyển tại mặt thoáng: Pa = 10330 kG/m2

• Áp suất hơi bảo hoà: Pd = 240 kG/m2

• Chiều chìm tới trục chân vịt: Hs = 1,8825 m

• Khối lượng riêng của nước biển:  = 101,6621 kGs2/m4

Po= Pa + γ Hs = 10330 + 1025.1,8825 = 12260 (KG/m2)

- Căn cứ vào đồ thị Burill cho ta hệ số thực:



7 , 0 5 , 0

H A

o

e C



- Diện tích thực tế AC > ACmin tính theo tiêu chuẩn Burrill cho phép kết luận, chân vịt với tỉ lệ mặt đĩa θ= 0,55 trong trường hợp này có khả năng tránh sủi bọt

3.2.3 Kiểm tra độ bền cánh chân vịt

- Chân vịt làm bằng đồng thau có ứng suất cho phép  = 600-700kG/cm2

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 mômen uốn 1 gây ra và 2 cho lực ly tâm :

X P C

p B K

D A K

3 , 101 2

X P C

p B N

D A K

3 , 101 2

- Trong đó công suất dẫn đến trục chân vịt PD = 1766 PS

o Chiều rộng cánh tại r: b = 0,579 (m)

o Chiều dày cánh tại r: e = 10,3 (cm)

o Vòng quay chân vịt trong một phút N = 300 v/ph

o Hiệu suất chân vịt : p= 0,45

o Hệ số tiến của chân vịt : J=VP/(n.D)= 0,33

- Các hệ số A, C đặc trưng cho điểm đặc lực ly tâm (đọc đồ thị hình 5.11 sách Lý Thuyết Tàu- Trần Công Nghị phần Sức Cản Tàu Và Thiết Bị Đẩy trang 220, XB 2009)

- Các hệ số đọc từ đồ thị áp dụng cho chân vịt được thống kê trong bảng sau:

 K  1,K  2,K  614 , 074 kG/cm2

 N  1,N  2,N  614 , 63 kG/cm2

- Tổng ứng suất kiểm tra tại r = 0,2R nhỏ hơn giới hạn cho phép của vật liệu, đảm bảo chân vịt đủ bền

3.3 Các thông số hình học chủ yếu của chân vịt

3.3.1 Các thông số hình học chủ yếu

- Góc nghiêng cánh : 11,53o

- Vật liệu chế tạo chân vịt : đồng thau

- Khối lượng riêng của đồng thau γ = 8,6 T/m3

- Chiều dài lỗ khoét giảm trọng lượng: l’h = (0,3 – 0,45).lh = 231 mm

- Chiều dày cánh ở đỉnh: ed = 0,0035D = 8,86 mm

- Chiều dày giả định tại tâm củ: e0 = (0,04 - 0,05)D = 120 mm

- Bán kính lượn cánh với củ:

phía nhỏ R1 = 0,03D = 76 mm phía lớn R2 = 0,035D = 89 mm

3.3.2 Tính chọn then

o K2 =1,26 theo bảng 3/6.3 chương 7 phần III – QCVN 2010 (trục có rảnh then để lắp chân vịt)

o ds: Dường kính yêu cầu của trục chân vịt

o Ts =600 N/mm2- giới hạn bền kéo danh nghĩa của trục chân vịt

= 1

o H = Ne = 2107 PS công suất trục lớn nhất của động cơ

o N = 300 vg/ph - Vòng quay lớn nhất của trục trung gian

- Then: Chiều dài then: lt = 0,25.lh = 0,25.660 = 165 mm

Bảng 3.5: Bảng đường bao cánh chân vịt nhóm B4

- Trong đó:

o b1: Khoảng cách từ trục tới mép dẫn

o b2: Khoảng cách từ tmax tới mép dẫn

o b : Khoảng cách từ mép dẫn tới mép thoát

3.3.4 Xây dựng tam giác đúc

- Em sẽ hoàn thành sau khi hoàn thiện đồ án

3.3.5 Khối lượng chân vịt

- Theo Kofiepski khối lượng chân vịt tính theo công thức sau:

2 6

, 0 4

6 , 0 3

e D

d D

b D

o b0,6 0 , 762m : Chiều rộng cánh chân vịt tại r =0,6R

o e0,6  0 , 055m : Chiều dày cánh chân vịt tại r = 0,6R

o lh = 0,66 m : Chiều dài củ chân vịt

o dh =0,405 m : Đường kính củ chân vịt

3.3.6 Momen quán tính

- Momen quán tính chân vịt được tính theo CT thực nghiệm sau:

Ip = 2,548GD2 = 4292,4 Với

6 , 1684 5

0 0 4

3 2 1

2        D 

D

e A

A C

C C C

Trong đó:

o C1: Hệ số ảnh hưởng của chân vịt Chân vịt loại Wageningen C1 = 1,025

o C2 : hệ số ảnh hưởng mặt cầu Chân vịt loại Wageningen C2 = 1

o C3 : hệ số ảnh hưởng của đường bao cánh Chân vịt Wageningen C3= 1

o C4 : hệ số ảnh hưởng chiều dày cánh ở đỉnh

072 , 0 089 , 0 120

, 0

0089 , 0 120 , 0 15 , 0 089 , 0 15

3.4 Xây dựng đường đặc tính vận hành của chân vịt

3.4.1 Đường làm việc cho chế độ M = const

Bảng 3.9: Bảng tính đường đặc tính cho chế độ n = const

Hình 3.3: Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (P e )

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Lý thuyết tàu tập II – Trần Công Nghị, Trường Đại học Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh (2009)

2 Lý thuyết tàu thủy tập 2 – PGS.TS Nguyễn Đức Ân, KS Nguyễn Bân, Nhà xuất bản Giao thông vận tải Hà Nội (2005)

3 Sổ tay thiết kế tàu thủy tập 1 – Nhiều tác giả

4 Quy chuẩn kỹ thuật Quốc gia “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép” (QCVN 21:2010/BGTVT)

5 Lý thuyết tàu thủy (Tài liệu học tập dành cho sinh viên ngành kinh tế vận tải) – Vũ Ngọc Bích, NXB Giao thông vận tải – 2008