Giáo trình Thiết kế Tàu kéo ,Tàu đẩy

Ñieàu naøy aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán cheá ñoä coâng taùc cuûa taøu keùo, theo ñoù khi taøu phaûi chaïy vôùi vaän toác lôùn hôn V T chaân vòt chæ coù theå laøm vieäc theo cheá.. ñoä [r]

THIẾT KẾ

TÀU KÉO, TÀU ĐẨY

MUÏC LỤC

Mở đầu

CHƯƠNG 1: TÀU KÉO VÀ TÀU ĐẨY

1 Tàu kéo chạy biển

2 Tàu kéo chạy sông 17

3 Tàu đẩy – kéo tàu đẩy 21

4 Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí 28

CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH

1 Sức cản thiết bị đẩy tàu 36

2 Công suất cần thiết cho tàu kéo 39

3 Đường đặc tính chân vịt tàu kéo 42

4 Xác định lượng chiếm nước kích thước 46 Kích thước lượng chiếm nước 49

CHƯƠNG 3: ĐƯỜNG HÌNH VÀ ĐẶC TRƯNG THỦY TĨNH

1 Hệ số béo hình dáng vỏ tàu 59

2 Đường hình 60

CHƯƠNG 4: KẾT CẤU THIẾT BỊ BOONG

1 Kết cấu tàu 67

2 Thiết bị kéo 73

3 Chống va 84

CHƯƠNG 5: TRANG BỊ ĐỘNG LỰC VAØ MÁY ĐẨY TAØU

1 Trang bị động lực 87

2 Thiết kế chân vịt bước cố định 93

3 Thiết kế chân vịt ống đạo lưu 102

CHƯƠNG

TÀU KÉO VÀ TÀU ĐẨY

Tàu làm nhiệm vụ kéo đẩy xếp chung vào nhóm tàu kéo Có thể phân tàu nhóm thành kiểu tàu theo chức năng: tàu kéo biển, gọi tàu tàu kéo biển, tàu kéo vùng nội địa hay tàu kéo sông tàu làm nhiệm vụ đẩy gọi tàu đẩy

1 Tàu kéo chạy biển

Tàu kéo chạy (đi) biển (ocean going tugboats) đa dạng, làm việc chun mơn khơng hịan tồn giống Trong thực tế tàu nhóm thiết kế cho công việc định mang tên gọi qui ước không trùng Tàu kéo biển chuyên kéo phương tiện biển xa biển gần hiểu tàu viễn dương tàu cận hải, giống cách gọi dùng cho tàu vận tải Tàu kéo kiêm công tác cứu hỏa đuợc dùng phổ biến đội tàu kéo biển Tàu không làm nhiệm vụ kéo mà kiêm nghề gọi tàu đa mục đích Tàu kéo đa mục đích ngày phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng nước chưa mức chuyên môn hóa cao

Trong nhiều trường hợp tàu kéo làm việc cảng biển xếp vào nhóm tàu kéo biển

Tàu kéo đa mục đích hay hiểu theo cách khác, tàu đa dụng phát triển nhiều nước Tàu có khả kéo tàu, giúp tàu lớn quay trở cảng Tàu thường trang bị hệ thống chữa cháy công suất cao làm cho tàu trở thành phương tiện chữa cháy có cố hỏa hoạn biển, cảng Các tàu trang bị phương tiện cứu hộ để tàu nhanh chóng biến thành phương tiện cứu hộ biển

Hình Tàu kéo

Đặc trưng tàu đa dụng sau: Chiều dài tàu từ 29 m đến 45 m

Cơng suất máy từ 1500HP đến 3000HP

Vận tốc tàu thông thường nằm phạm vi 12 – 14 HL/h

Điều cần nêu, sức kéo đơn vị tính cho trường hợp thử bến (polar pull) 13,0 – 13,5 kG/HP

Tàu đa dụng trang bị phương tiện bốc dỡ hàng khoang chứa hàng tàu

Bảng giới thiệu tàu kéo đa dụng đóng nước có cơng nghiệp đóng tàu phát triển

Bảng Tên tàu Nước sản

xuaát

L, m B, m H, m T, m D, T

Bonn

Aventure UK 28,26 7,92 3,96 - -

Icuerr “ 32,31 8,53 3,96 3,05 -

Arzanach UK 41,10 9,60 - - -

Kweetex “ 32,0 8,94 4,31 - 543

Arbil Germany 37,7 9,75 4,30 3,60 -

Keverne “ 37,5 8,53 4,19 3,58 450

Vikingbank Haø lan 30,2 7,50 4,0 3,4 -

Stere Finlandia 55 11,5 5,5 4,51 1278

Nandkim UK 34,15 9,45 4,88 4,03 -

I Plusnin Nga 43,0 10,0 5,5 4,1 -

Britonia UK 43,43 9.6 4.95 - -

Noord Haø lan 43,47 10.05 5.5 4.74 -

Parachaki UK 35,66 9.45 4.57 4.04 -

Tamaran T.B.N 38,1 10.05 4.56 - 718

Atlant Nga 47,55 11 5.79 4.35 1128

Le Corsar UK 40,23 9.45 4.49 - -

El Kaballo “ 38,7 9.75 3.96 - -

KBS Finlandia 55,3 11.52 5.78 - -

Mounir Nhật 45,0 10 5.15 4.39 1054

Khajashio

Maru “ 60,0 11.4 5.3 4.43 1970

Tames Haø lan 47,5 10 5.1 4.5 -

Tais Maru Nhật 50,0 10.4 4.5 -

Helgoland Germany 62,0 12.4 5.9 4.1 -

Pamir Thụy điển

72 12.44 5.2 4.08 2032

Hecules Na uy 56,8 10.55 5.65 4.57 -

Alemdar Germany 52,5 11 5.6 3.9 -

Atlantic “ 58,5 10,25 5,52 3,86 -

Tên tàu L/B L/H B/T H/T Công suất HP

Vận tốc, HL/h Bonn

Aventure

3.57 7.14 - - 2x730 -

Icuerr 3.8 8.15 2.8 1.3 2x745 -

Zaberdast 3.81 7.26 - - 1500 12.7

Cocbern 1500 12.1

Arzanach 1500 13

Kweetex 3.58 7.43 - - 2x785 12.9

Arbil 3.87 8.76 2.71 1.2 1620 12 Keverne 4.4 8.95 2.38 1.17 1650 12.9

Stere 4.78 10 2.55 1.22 1700 13.5

Nandkim 3.61 2.34 1.21 2x900 12

I Plusnin 4.3 7.82 2.44 1.34 1000 13

Britonia 4.52 8.76 - - 2000 14

Noord 4.32 7.9 2.12 1.16 1000 15 Parachaki 3.78 7.8 2.34 1.13 1048 13

Tamaran 3.79 8.35 - - 2x1050 14

Atlant 4.33 8.21 2.53 1.33 2x1100 14.4

Le Corsar 4.26 8.97 - - 2315 14.5

El Kaballo 3.97 9.79 - - 2x1200 13

KBS 4.79 9.56 - - 2520 15

Mounir 4.5 8.75 2.28 1.17 2x1600 15.8

Khajashio Maru

5.26 11.3 2.58 1.13 3200 15.3

Tames 4.75 9.32 2.22 1.14 2x1625 -

Tais Maru 4.8 11.1 2.31 1.11 2x1750 14.5

Helgoland 10.5 1.44 4x970 16.6

Pamir 5.78 13.8 3.4 1.11 2x2100 17.5

Hecules 5.38 10.05 2.22 1.19 4x1100 -

Alemdar 4.77 9.38 2.82 1.44 2x2500 16.5

Atlantic 5.7 10.6 2.66 1.43 2x2500 17

Tàu viễn dương thực tế tàu kéo có khả làm việc vùng biển không hạn chế, thời gian chuyền biển thường dài, có trường hợp đến 15 – 20 ngày đêm Tầm hoạt động tàu viễn dương 15.000 hải lý

Tàu thiết kế để làm việc nặng đại dương kéo tàu, kéo giàn khoan, cơng trình Tàu phải đảm bảo mặt an toàn, đảm bảo ổn định để làm việc điều kiện thời tiết trở nên xấu điều xẩy chuyến Cơng suất máy tàu nhóm khơng 3.000 – 4.000 HP Vận tốc chạy tự tàu có lúc cịn nhanh tàu vận tải kiểu cũ, đạt đến 16 – 17 Hl/h Các tàu trang bị phương tiện cứu sinh, cứu nạn phương tiện chữa cháy đủ mạnh Các tàu kể sau thường coi tàu kéo kiêm cứu hộ, nhiệm vụ cứu hộ có lấn lướt vai trò kéo

Hình giới thiệu tàu kéo kiêm cứu hộ có tên gọi Alice L Moran đóng vào nhửng năm bảy mươi

Tàu kéo cỡ nhỏ

Tàu cỡ nhỏ hoạt động vùng ven biển vừa kéo biển tham gia kéo tuyến pha sông – biển Một tàu kiểu giới thiệu hình Tàu Sadko hình trang bị máy cơng suất 750 HP

Hình Tàu kéo biển Sadko, lắp máy công suất 750 HP

Tàu nhóm thường có mạn khơ lớn, đặc biệt mạn khơ phần mũi lớn mức bình thường Tàu có tính biển tốt, bị nước tràn boong Tính ổn định hướng tàu phải cao tàu kéo cảng

Đặc trưng chung nhóm tàu cỡ nhỏ này: cơng suất máy khoảng 220 – 750 HP, chiều dài tàu khoảng 20 – 30m Sức kéo tang từ 3,5 T đến T Vận tốc tàu không 10 – 11 HL/h

Những tàu đặc trưng cho nhóm cỡ nhỏ giới thiệu bảng

nhất tàu Tỷ lệ chiều dài lầu lái chiều dài tàu thường lớn, 25% Mũi tàu cao hẵn phần lại boong, mạn chắn sóng phía mũi thường cao đủ chống va đập thường xuyên sóng biển, nước phủ

Hình Bố trí tàu kéo biển cỡ nhỏ

Trong phần giới thiệu tàu kéo biển cỡ trung bình trở lên giúp bạn đọc quan sát kỹ bố trí tàu

Tàu kéo cảng

Tàu kéo thuộc nhĩm (harbour tugs) đơng Đặc trưng nhóm tàu này: cơng suất máy đủ mạnh song kích cỡ tàu khơng lớn, chiều cao mạn khơ chỉ đạt giá trị tối thiểu Khả quay trở tàu kéo cảng (gọi tắt tàu kéo hoạt động chủ yếu cảng) cao Tất điều vừa nêu đảm bảo tàu an tồn dễ dàng thao tác khỏang không gian chật chội, luồng lạch hạn hẹp tàu cảng, tàu bến, chướng ngại khó tránh cảng vv…

Hình Tàu kéo cảng kéo tàu

Hình Công việc thường ngày

Hoạt động vùng nước hạn chế, tầm hoạt động gọn khu vực cảng vùng lân câïn trang thiết bị cho tàu phép miễn giảm đến mức tối đa Trên nhiều tàu không trang bị tời kéo, hệ thống nâng hạ xuồng cứu sinh Thay tời kéo tàu nhóm phải có đủ móc kéo, cọc kéo, cọc bích buộc tàu, chằng tàu

Những tàu đóng sử dụng có hiệu giới thiệu tóm tắt sau

xích, - buồng cất giữ áo quần lao động, – buồng máy đẩy, – buồng ăn, – két nhiên liệu, - buồng máy, – buồng nồi phụ, 10 – phịng giải trí, 11 – két nước máy, 12 – két nước ngọt, 13 - kho, 14 – phịng chứa bình chống cháy, 15 – phịng chứa accu

Tàu kéo công suất tàu “Sao Hỏa” song trang bị máy diesel công suất 600HP, chân vịt ống đạo lưu, hoạt động xứ lạnh giới thiệu hình

Hình Tàu kéo cảng mang tên “Sao Hỏa”

Hình 10 Tàu Reid cong suất máy 600 HP

Hình 11 “Sao Thổ” với máy cơng suất 1200 HP

Tàu kéo cỡ lớn nhóm, lắp máy 2520 HP có dạng hình 12 Trong hình: – lầu lái, – forepeak, – thùng xích, – phòng ngủ hai người, – két nước ngọt, – két nước ballast, - buồng đựng bình bọt chữa cháy, – két nhiê liệu, – buồng máy, 10 – kho dây, 11 – kho dụng cụ khí, 12 – afterpeak

Hình 12 Tàu Dingl Bai lắp máy công suất 2520 HP

2 Tàu kéo chạy sông

Tàu kéo chạy sơng chiếm số lượng đáng kể danh sách tàu thủy Có thể nói, tàu kéo sơng với kích cỡ vơ đa dạng, từ tàu nhỏ đến tàu cồng kềnh có mặt tất sông, hồ

Hình 14 Tàu kéo cảng

Đội tàu kéo hoạt động sông vùng biển gần bờ coi gồm ba chủng loại: tàu kéo đơn thuần, tàu đẩy đơn tàu làm hai việc tàu kéo-đẩy Dấu hiệu giúp phân biệt nhóm cấu ghép nối hay gọi cấu liên kết tàu kéo đẩy với phương tiện bị kéo, đẩy phương tiện kéo tàu Cơng suất máy tàu sơng tùy thuộc nhiều vào điều kiện luồng, lạch mà tàu phải làm việc, phụ thuộc vào sức chở đối tượng bị kéo Người ta đóng tàu kéo lắp máy vài mươi sức ngựa song có tàu xuất xưởng với máy xấp xỉ 2000 HP Cần nói rõ hơn, cơng suất máy cho tàu kéo-đẩy không lớn song với tàu đẩy công suất máy đạt đến 9000 HP cho tàu

Tàu kéo đẩy

Tàu nhóm chừng mức giống tàu kéo cảng, kích thước bị hạn chế đến mức tối thiểu theo bố trí thiết bị, bố trí tàu nói chung phải tiến hành không gian hạn hẹp

Hình 16 Tàu đẩy

Tiện lưu ý bạn đọc cách gán đơn vị đo vận tốc cho tàu Tàu biển phải đo đơn vị truyền thống ngành hàng hải “nút”, dịch tiếng Việt “hải lý / giờ”, viết tắt HL/h Một dặm biển, dịch từ tiếng Anh NM (hải lý) dài 1852 m Trong vận tốc tàu chạy sông, loại tàu nào, đo đơn vị km /h, với km = 1000 m

Những tàu khai thác có đặc tính nêu bảng Bảng

Hình 17 Tàu kéo – máy 600HP: – lầu lái (ở vị trí cao), – buồng trực, – buồng công cộng, – forepeak, – thiết bị chuyên dùng, – buồng máy, – két nhiên liệu, – buồng máy lái, – afterpeak

Đặc điểm đầu cần đề cập đến thiết kế tàu đẩy bố trí lầu lái vị trí cao tầm quan sát tàu đẩy phải tốt

3 Tàu đẩy-kéo tàu đẩy

Nhóm tàu (notch tugs) có nhiệm vụ đẩy, kéo tàu phương tiện thủy khác đoạn đường sơng khơng ngắn Nhìn chung nhóm tàu có ngoại hình gần giống nhau, lầu lái chiếm vị trí cao bố trí hẵn phía mũi tàu Hình ảnh tàu đẩy – kéo, hình 18, giới thiệu tiếp ví dụ cho kiểu tàu quan tâm

Tàu nhóm đề cập thường dài, công suất máy đủ lớn Tàu kéo sông châu Âu dài đến 50 – 55 m Máy tàu châu Âu đạt đến 4000 HP tàu công suất mạnh Vận tốc sơng tàu 28 km /h

Tàu đóng USA thường trang bị máy mạnh, đến 9000 HP Người Mỹ muốn tăng công suất máy cho đội tàu họ đến 10.000 15.000 HP/

Những hình giới thiệu với bạn đọc tàu đóng nước có cơng nghiệp đóng tàu phát triển, tài liệu tham khảo Các tàu hoạt động có hiệu sông Danube (Trung Âu), Volga (Nga)

Hình 20 giới thiệu tàu đẩy-kéo RT-601, cơng suất máy 600 HP

Hình 20 Tàu kéo – đẩy RT 601

Hình 21 giới thiệu mẫu tàu đẩy Danube , công suất máy từ 1200 – 1340 HP

Hình 21

Hình 22 Tàu đẩy công suất 4000 HP

Ghi hình 14 có nghĩa: 1 – lầu lái, – thơng gió, – buồng đặt thiết bị chuyên dùng, , 5, – buờng sinh hoạt, 6, – buồng công cộng, – điều hịa, 10 – phịng ăn giải trí, 11 – bếp, 12 – lối đi, 13 – buồng điều khiển , 14 – ống, 15 – buồng máy, 16, 19 – kho, 17 – buồng máy lái, 18 – forepeak, 20 – khoang nước dằn

Hình 23

Hình 24 Phương án tàu đẩy hai thân

Hình 25 Thử nghiệm hệ thống chữa cháy nước

4 Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí

Tàu nhóm đời cơng nghiệp khai thác dầu khí ngồi khơi Tàu có tên gọi supply vessels, cung ứng cho giàn khoan biển Đặc tính chung tàu nhóm này, tính động cao, khả biển tốt, tính ổn định đảm bảo, độ bền kết cấu đảm bảo Tàu nhóm có kích thước thuộc nhóm trung bình, từ 20m trở lên Các tàu dài 80m đang hoạt động có hiệu Hình 26, 27 giới thiệu tàu thuộc nhóm cung ứng đời vào năm tám mươi

Hình 27 Supply vessel

Hình 28 Bố trí chung tàu cung ứng

Hình 31a Thiết kế tàu cung ứng từ năm bảy mươi

Những mẫu tàu tiêu biểu giới thiệu Tàu dài 45m hoạt động biển Đông

LxBxT = 45x11x3,2 (m)

Tàu lắp máy Cat, máy có cơng suất 1500HP@1600rpm Deadweight: 1109T, GT 499

Bollard pull 35 T; vận tốc khai thác 12 Hl/h

Tàu cung ứng dài 59m

LxBxT = 59,25x14,95x4,95 (m) Tàu trang bị máy: 2x2575HP

Dầu: 535T; Nước 360T; Dung dịch khoang/BW: 400T; hàng khô: 187T; Foam: 13T Deadweight: 1400T; GT 1500

Tàu cung ứng dài 80m LxBxT = 80x17,2x7 (m)

CHƯƠNG

XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH

1 SỨC CẢN VAØ THIẾT BỊ ĐẨY TAØU

Sức cản vỏ tàu thân tàu kéo xác định theo phương pháp giành cho tàu cỡ nhỏ, chạy chậm

Sức cản ma sát sức cản cản dư tính cho tàu kéo cỡ nhỏ, L/B = 4,2 – 6,0 CB = 0,52 – 0,58 tham khảo từ đồ thị Kent tùy thuộc số Froude F = v / L ,

đó v tính HL/h, L tính ft, hình

Kết thử mơ hình Leningrad vào năm sáu mươi cho phép xây dựng đồ thị tính sức cản dư tàu, tùy thuộc số Froude Fn=v/ gL , v tính m/s, L tính m, hình

Các tỷ lệ kích thước hệ số dùng đồ thị hình nằm phạm vi: L/B = 3,1 – 4,9; B/T = 2,28 – 3,2; CB = 0,41 – 0,60; CP = 0,56 – 0,68

Một phương pháp tính sức cản tàu kéo có độ tin cậy cao cơng bố tài liệu “Tugboat Design”, SNAME năm 1954, mang tên phương pháp Taggart [6] Các đồ thị từ cơng trình giúp cho cơng việc tính sức cản dư tàu kéo biển tàu kéo cảng

Hệ số sức cản dư tàu kéo tính theo cơng thức: Hình

3 / 2V

v R

C r

rV = ρ

Đồ thị CrV = f(Fn) trình bày cho trường hợp V /(0,1L)3 mang giá trị chuẩn

sau: 7, 9, 11, 13 15 Trong biểu thức V – thể tích phần chìm tàu, tính m3

trong hệ mét, L – chiều dài tàu, tính m hệ mét

Hệ số sức cản ma sát tính theo cơng thức trình bày “Sức cản vỏ tàu” Ngày sử dụng cơng thức ITTC 1957 để tính hệ số sức cản ma sát, lúc phương pháp Taggart đời, trước năm 1954, ITTC 57 chưa xuất Công thức ITTC 57 có dạng:

(log 2)2

075 ,

− =

Rn Cf

Hình Hệ số sức cản dư CrV tàu kéo cho trường hợp V/(0,1L)3 = 15

Ví dụ : tính sức cản dư tàu kéo với đặc tính nêu sau L = 12,83m; B = 3,81m ; d = 1,22m; V/(0,1L)3 = 13,0; C

B = 0,458; CP = 0,595; V = 27,2 m3

Thực phép tính theo bảng Bảng

1 vs , HL/h 10

2 v, m/s 2,57 3,08 3,60 4,11 4,63 5,14 Fn, 0,229 0,275 0,325 0,366 0,412 0,458 103 C

rV 2,0 2,5 4,0 6,5 12,9 (19)

5 Rr, kG 12,5 22,5 49,0 104,0 261,0 474,0 2 CÔNG SUẤT CẦN THIẾT CHO TÀU KÉO

Cơng suất máy tàu kéo cảng làm nhiệm vụ kéo, đẩy tàu vận tải sức chở đến 10.000 tdw tính theo cơng thức ghi tài liệu [1]:

Với tàu kéo phục vụ tàu dầu sức chở 10.000 tdw < D ≤ 63.000 tdw sử dụng cơng thức tính cơng suất cần thiết sau:

2 100 005 , 100 17 , 140 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

= D D

P (HP)

Hai cơng thức nêu trình bày dạng đồ thị hình

Hình Công suất máy cần thiết cho tàu kéo cảng

Đường – tàu dùng chân vịt, – tàu dùng thiết bị đẩy cycloidal Đường rời tính cho tàu hàng, đường liền dùng cho tàu chở dầu

Công suất cần thiết cho tàu chạy tự v tính theo cơng thức “hải qn” mang dạng sau: ⊗ ⊗ = C v A P

trong V – thể tích phần chìm, m3, v – vận tốc tàu, HL/h, A

⊗ - dieän tích mặt cắt

giữa tàu, m2

Hệ số C∇ C⊗ đọc theo bảng dưới, liệu thống kê tàu đóng

Bảng TT Công

suất, HP Thể tích, V m3 A⊗, m

2 Vận tốc v,

HL/h P

v V CV 3 / = P v A C ⊗ ⊗ =

Tàu kéo cảng, máy đẩu cycloidal

1 600 166 11,3 9,5 43 16

2 1200 260 14,6 12,0 59 21

3 1250 260 14,6 12,0 56 20

Taøu kéo cảng, hai chân vịt ∇

= C

1 300 61,6 7,4 10,0 52

2 500 107,2 9,9 10,4 51 22

3 900 189,1 13,8 11,7 58 24

4 1000 210 14,2 11,6 56 22

5 1060 239,0 14,5 12,0 62 24

6 1200 295,0 20,6 12,0 64 29

7 1320 298,0 18,5 12,5 67 27

8 1500 292,0 18,2 12,0 51 21

9 2310 397 21,7 13,6 58 24

10 2400 328,0 20,7 13,1 44 19

11 3300 590,0 34,0 14,3 63 30

Tàu kéo cảng, chân vịt

1 600 180 16,2 10,5 61 31

2 1230 390 25,6 12,3 81 38

Tàu kéo cảng nhỏ, hai chân vịt

1 300 41,6 5,0 9,0 29 12

2 300 33,2 4,3 9,5 30 12

3 300 48,8 4,3 9,2 35 12

4 300 52,6 5,3 10,0 47 18

Tàu kéo cảng cỡ nhỏ, chân vịt

1 330 87,7 8,1 8,7 41 16

2 330 97,5 8,1 10,6 36 29

3 150 32,0 4,4 8,5 41 18

4 150 39,9 4,4 9,2 66 23

5 650 187,0 12,0 11,0 67 25

Tàu kéo biển

1 225 104,5 8,8 10,0 99 39

2 300 179,0 12,7 10,0 106 42

3 400 216,0 13,1 9,8 85 31

4 500 278,0 12,4 10,0 85 35

5 750 353 18,8 11,2 93 35

6 1570 530 - 12,9 89 -

7 1650 438 25,4 12,9 75 33

8 2100 700 - 14 103 -

3 ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT TÀU KÉO

Sức cản vỏ tàu kéo ký hiệu RTK, sức cản toàn gồm sức cản tàu kéo

đoàn tàu kéo ký hiệu RC, sức kéo tang tàu kéo thông lệ ký hiệu

Z, tổng lực kéo hữu hiệu ký hiệu ∑Pe

Theo cách ghi này, hiệu suất kéo tính theo cơng thức: P

v Z

k

75 = η

Chúng ta quan sát diễn biến đường cong nêu cho tàu cụ thể, lắp máy 1340HP Từ đồ thị phân biệt đường điểm đặc trưng sau Điểm A – lực kéo (đẩy) lớn tàu trạng thái thử bến, trường hợp v = Giá trị giới thiệu gọi lực kéo lớn thử bến (polar pull) Điểm B – vận tốc lớn áp dụng cho tàu chạy tự do, không kéo Điểm C – điểm làm việc tàu kéo phải kéo (hoặc đẩy) tàu đoàn tàu

Tàu trang bị chân vịt cánh cố định đạt giá trị Z0, tính cho trường hợp thử

tại bến lớn nhất, sau giá trị giảm dần, đến vfree Z trở nên Chân vịt cho phép

tạo Z0 lớn, giá trị thực tế vfree không lớn, ngược lại chân vịt cánh cố định tạo

Z0 không lớn cho phép vfree lớn Trong thực tế thiết kế chế tạo, tàu kéo

Hình

Với lý này, thiết kế chân vịt tàu kéo thông thường phải giải đường dung hòa Theo cách này, người ta cần thiết kế chân vịt có sức kéo đủ lớn kéo vận tốc tàu chế độ chạy tư phải đạt giá trị mong muốn Sơ đồ thiết kế tàu kéo theo cách dung hòa minh họa tàu kéo trang bị máy 1.200 HP

Để làm rõ câu chuyện cần thiết thiết kế ba chân vịt cho ba chế độ làm việc khác Chân vịt thiên kéo, thiết kế cho chế độ đạt Z0 lớn nhất, chế

độ thử bến Chân vịt thứ hai thiết kế cho chế độ chạy tự để đạt vfree lớn Chân vịt “dung hòa”

Đặc tính ba chân vịt trình bày hình 10 Đường (chân vịt kéo) khơng đạt vận tốc chạy tư ý định, giảm khoảng 15% so với trường hợp tốt Chân vịt ( chạy tự do) phát huy sức kéo thử bến nhỏ 27% so với trường hợp đầu Chân vịt dung hòa cgo phép tạo lực đẩy đủ lớn phạm vi vận tốc v = – HL/h

Trên đồ thị cịn trình bày đường đặc tính dùng cho chân vịt biến bước

Có thể rút nhận xét rằng, tỷ lệ Z0/P chân vịt lớn, tàu có khả

kéo tốt song vận tốc chạy tư bị hạn chế Ngược lại tỷ lệ sức kéo cơng suất máy nhỏ kéo theo vận tốc tàu chạy tư tăng Giá trị tỷ lệ Z0/P

với tàu kéo làm chức khác thay đổi theo cách không giống Từ liệu thu tàu kéo nội địa xây dựng đường biến thiên Z0 phụ thuộc vào cơng suất máy tàu, hình 12

Hình 12

Hình 13

Trong hình 13, hai cụm giành cho chân vịt ống, cụm giành cho chân vịt tư

Hai đồ thị trình bày quan hệ sức kéo Z0 với công suất máy tàu

kéo ghi nhận từ kết thống kê Đồ thị hình 14 trình bày đồ thị: đường – giành cho chân vịt cánh cố định ống đạolưu, đường - theo tổng kết Munro-Smith [4], đường – theo Grieg P [3], đường giành cho chân vịt biến bước

Hình 14 Hình 15

4 , 100 ,

0 = +

P

Z giành cho chân vịt ống , 100 ,

0 = +

P

Z cho trường hợp khác

Công thức hồi qui áp dụng cho đường thẳng đồ thị hình 15 có dạng Z0 =

P/86, theo cách lập Grieg Những công thức tkinh nghiệm dạng tương tự thay đổi phạm vi nhỏ sau đây:

2 93 = +

P

Z theo Grieg

100 , P

Z = theo Munro-Smith

Hệ số nêu quan hệ Z0 mô đun LxBxH sử dụng tiêu xác

định sức kéo tàu kéo thử bến Những liệu thống kê cho phép xác lập quan hệ Z0/LBH với LBH sau, hình 16

Trong đồ thị đường – giành cho tàu kéo cảng, – tàu hoạt động cảng biển, - tàu đường dài, - tàu biển trang bị thiết bị đẩy cycloidal, – tàu kéo tàu đẩy chạy sông, - tàu hoạt động hồ, vịnh, – tàu đa dụng tàu kéo viễn dương

Hình 16

4 XÁC ĐỊNH LƯỢNG CHIẾM NƯỚC VAØ KÍCH THƯỚC CHÍNH

Nhóm 1: trọng lượng vỏ tàu, gồm vỏ thép, sơn, cách nhiệt, trang bị nội thất, trang thiết bị tàu

Nhóm 2: trọng lượng hệ thống tàu

Nhóm 3: trọng lượng buồng máy đường trục chân vịt Nhóm 4: trọng lượng trang thiết bị điện vô tuyến điện Nhóm 5: hàng lỏng

Nhóm 6: trang thiết bị, đoàn thủy thủ, dự trữ lương thực, thực phẩm Nhóm 7: nhiên liệu, bơi trơn, nước

Trọng lượng chi tiết đúc rèn tàu kéo chiếm khoảng đến 7% trọng lượng vỏ thép

Trọng lượng nhóm theo qui ước tài liệu chiếm khoảng – % lượng chiếm nước tàu, tính cho tàu biển, đường dài Tỷ lệ phần trăm 2% tính cho tàu kéo cảng, – 3% cho tàu sông Trọng lượng thuyền viên trang thiết bị theo người nên nhận khoảng 100 kG, mức tiêu thụ lương thực, thực phẩm khoảng 2,5 kg cho ngày đêm

Dự trữ lượng chiếm nước tàu kéo tính theo nguyên tắc chung đề cho lý thuyết thiết kế tàu Với lượng chiếm nước tàu từ 100 đến 1000 T, dự trữ khoảng 2% thiết kế sơ bộ, lượng dự trữ lại 1,5% lập thiết kế kỹ thuật

Những thiết kế tiến hành điều kiện khơng có tàu mẫu, dự trữ lượng chiếm nước gần gấp đôi giá trị vừa nêu

Tỷ lệ lượng chiếm nước tàu không lượng chiếm nước tàu đầy tải khác kiểu tàu Dữ liệu thống kê cho thấy rằng, tỷ lệ áp dụng cho tàu kéo biển 70 – 78%, tàu kéo cảng 77 – 88%, tàu sông 81 – 89% cao

Trọng tâm tàu kéo khác nhiều so với tàu vận tải Tài liệu thống kê từ tàu hoạt động cho phép rút điều cần biết cho người thiết kế Tỷ lệ chiều cao trọng tâm so với chiều cao mạn KG /H không nhỏ 0,70 – 0,90 cho trạng thái

tàu chưa nhận tải Giá trị rút xuống 0,60 – 0,80 tính cho lượng chiếm nước tồn phần

Trọng tâm tàu đầy thường cao giá trị vừa kể khoảng 10 -15%

5 KÍCH THƯỚC CHÍNH VÀ LƯỢNG CHIẾM NƯỚC

Kích thước tàu kéo xác định sở chức năng, công dụng phụ thuộc rõ ràng vào cơng suất máy

Dưới trình bày công thức kinh nghiệm xác định chiều dài tàu kéo L, hàm công suất máy P

Hình 17 giới thiệu quan hệ L = f(P) cho tàu s dụng máy diesel làm máy chính, hoạt động cảng chạy biển Ký hiệu (x) tàu kéo cảng, tàu phục vụ quay trở cảng dùng chân vịt cánh cố định, (•) tàu trang bị thiết bị đẩy cycloidal, (o) giành cho tàu kéo cảng biển

Hình 17

Hình 18

Hình 19

Chiều rộng tàu xác định sở thống kê có dạng sau Hình 20 trình bày quan hệ B = f(P) giành cho tàu kéo cảng, tàu biển Đường – tàu biển đường dài, – tàu kéo cảng, tàu đa dụng, – tàu kéo cảng hai chân vịt, – tàu kéo cảng, chân vịt

Hình 20

Tàu viễn dương có chiều rộng xác định theo quan hệ hình 21

Hình 21

Hình 22

Những cơng thức kinh nghiệm sau trích từ tài liệu chuyên ngành [1], [2], [3], [4] giúp bạn đọc xác định kích thước tàu kéo

Cơng thức tính chiều dài tàu

7 , 13 28 233 ,

0 − +

= P

L , (m), theo Munro-Smith, dùng cho tàu kéo cảng 300

5 ,

40+ −

= P

L , (ft), theo Grieg

Theo tổng kết [1] chiều dài tàu chân vịt cánh cố định đẩy có dạng: 100 022 , 100 36 , 50 , 11 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

= P P

L , (m)

Với tàu thiết bị cycloidal đẩy: 100 003 , 100 80 , 50 , 16 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

= P P

L , (m)

Tàu lắp máy công suất nhỏ, P ≤ 400HP trang bị máy đẩy cycloidal tính chiều dài tàu kéo cảng có chân vịt

Tàu kéo cảng, chân vịt, P ≤ 750 HP, theo [1] có chiều daøi: 100 , 100 45 , , 11 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

= P P

Với tàu trang bị máy P ≥ 750 HP, chạy biển: 100 , 100 45 , 70 , 15 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

= P P

L , (m)

2 100 007 , 100 29 , 75 , 12 ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ +

= P P

L , (m)

Kích thước tàu đẩy nằm phạm vi sau ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = 50 200 16000 P P A

L , (m)

trong A – hệ số, phụ thuộc vào kiểu máy đặt lên tàu, = – 15 với máy nhẹ, máy trung tốc 275 – 350 v/ph, có tăng áp A = 18 – 24, không tăng áp 25 – 28 Chiều rộng tàu

Chiều rộng tàu đẩy nằm phạm vi sau ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − + = 200 50 17000 P P C

B , (m)

Hệ số C mang giá trị tương ứng: máy nhẹ – 5,7; máy trung tốc có tăng áp – 6; không tăng áp –7

Chiều rộng tàu kéo biển, tàu kéo cảng tính theo công thức kinh nghiệm Tàu hai chân vịt: B = 0,235L + 1,67 (m)

Tàu chân vịt: B = 0,268L + 0,66 (m)

Tàu với thiết bị đẩy cycloidal: B = 0,285L + 0,60 (m) Tàu đường dài nên chọn B = 0,27L

Với tàu dài L < 30 m, chân vịt chiều rộng B cần đạt B = 0,27L + 0,3 (m) Chiều rộng tàu đa dụng B = 0,10L + 5,7 (m)

Chiều chìm

Chiều chìm trung bình tàu kéo tính theo cơng thức kinh nghiệm sau, tùy thuộc kiểu tàu chức

Tàu hai chân vịt: T = 0,454B - 0,86 (m)

Tàu kéo cảng, chân vịt: T = 0,530B – 0,8 (m)

Tàu kéo cảng với thiết bị cycloidal: T = 0,326B + 0,13 (m)

T = 0,477B - 0,67 (m) cho tàu viễn dương tàu đa dụng

Chiều chìm tàu đẩy rút từ thực tế có dạng trình bày hình 23

Hình 23

Tỷ lệ kích thước tàu kéo

Tỷ lệ kích thước tàu kéo nên chọn theo kinh nghiệm, dựa vào tài liệu thống kê Tập họp số liệu liên quan tỷ lệ kích thước tàu kéo trình bày bảng chương I thấy rõ quan hệ tỷ lệ kích thước với chiều dài tàu kéo sau Hình 24 trình bày quan hệ L/B, L/H, B/T, H/T phụ thuộc L tàu Ký hiệu (•) giành cho tàu hai chân vịt, (o) – tàu với thiết bị đẩy cycloidal, phần lại tàu kéo cảng

Theo kết thống kê, tỷ lệ L/B tàu biển nằm phạm vi thay đổi rộng 2,5 – 5,5 ; với tàu sông tỷ lệ biến thiên rộng hơn, từ 1,6 đến 7,0

Tỷ lệ L/B tàu kéo cảng nhỏ nhằm tăng tính quay trở rút gọn chiều dài phủ bì tàu Các tàu thường làm vệc vận tốc thấp

Đồ thị hình 25 trình bày chi tiết quan hệ đề cập với chiều dài tàu kéo thuộc nhóm tàu kéo cảng , chân vịt (∅) tàu quay trở tàu lớn cảng (+)

Hình 25

Hình 27

Có thể đưa nhận xét chung, tỷ lệ kích thước tàu kéo thay đổi giải rộng Điều nói lên tính đa dạng tàu L/B tàu sơng thay đổi từ 2,5 đến song có tàu đạt 6,5 – 7,0 cho tỷ lệ L/H tàu vào khoảng 5,7 – 7,4 song có tàu vươn đến 8, chí cịn đến 12

Tỷ lệ L/H tàu sông thay đổi từ 4,7 đến 19,6 tài liệu thống kê

Tỷ lệ B/T ảnh hưởng trực tiếp tính ổn định tàu, tính lắc tính hàng hải Giá trị trung bình tỷ lệ tàu hai chân vịt 2,5 – 3,5 Giá trị trung bình tàu chân vịt vào khoảng 2,4, song với tàu cỡ nhỏ giá trị đạt 3,5 – 3,5

Tàu kéo biển có giá trị B/T ổn định 2,75 Tỷ lệ với tàu viễn dương, tàu đa dụng vào khoảng 2,5

Công thức giải tích tính kích thước

Những cơng thức giải tích giúp xác định kích thước tàu kéo tàu đẩy, bổ sung tài liệu “Lý thuyết thiết kế tàu” có dạng sau

T B

Lmin ≈8 , (m)

Nếu nhận tỷ lệ L/B=(1,4−1,55)3 L, chiều dài tàu có dạng:

8 ,

1 B

Một số công thức tác giả người Nga S.P Arseniev đề xuất, trình bày lại [1] ghi lại tài liệu tham khảo thiết kế tàu kéo

Tàu kéo đường dài: L = aLT.P0,19.T0,29

B = aBTP0,308.T-0,43

Các hệ số aLT = 7,5 tàu trang bị máy trung tốc không tăng áp, có tăng

áp 7,1, với máy cao tốc hệ số 5,7 Tương tự hệ số aBT mang giá trị 1,85;

1,75 1,4 Lượng chiếm nước

Lượng chiếm nước tàu sơ xác định từ đồ thị hình 28

Hình 28

Trên đồ thị đường tàu kéo tàu đẩy chạy sông, 2- tàu sông thuộc phạm vi tương ứng SII, – tàu kéo biển, – tàu hai chân vịt, – tàu đa dụng tàu viễn dương

Hệ số a đọc theo bảng

Tàu kéo cảng, hai chân vịt 1,70.104

Tàu kéo cảng, thiết bị đẩy cycloidal 1,39.104

Tàu biển 1,20.104

Tàu viễn dương 1,06.104

Tàu kéo, đẩy sơng (0,65 – 0,9).104

Giá trị lớn giành cho tàu vùng SI, giá trị sau cho SII

Hình 29

Chương

ĐƯỜNG HÌNH VÀ ĐẶC TRƯNG THỦY TĨNH

1 HỆ SỐ BÉO VÀ HÌNH DÁNG VỎ TÀU

Vận tốc tương đối tàu kéo, đẩy không vượt phạm vi thông dụng sau Tại chế độ chạy tự do, số Froude tàu đạt 0,29 – 0,36 Trong trạng thái kéo phương tiện trống (không hàng) Fn = 0,22 – 0,26 Chế độ nặng tàu kéo Fn = 0,14 – 0,19

Phù hợp với chế độ làm việc đó, hệ số béo thân tàu thay đổi phạm vi tương thích Bảng tổng kết sau nêu liệu thống kê liên quan đến bố hệ số béo tàu, bạn đọc quen “Lý thuyết tàu” “Lý thuyết thiết kế tàu”, CB,

CW, CM, CP

Bảng 3.1

Kiểu tàu CB CW CM CP

Tàu đa dụng 0,46 – 0,58 0,7 – 0,78 0,8 – 0,88 0,52 – 0,66 Tàu ven biển 0,50 – 0,60 0,70 – 0,80 0,84 – 0,90 0,55 – 0,70 Tàu kéo cảng 0,52 – 0,60 0,75 – 0,85 0,84 – 0,94 0,55 –0,72 Tàu đẩy sông 0,55 – 0,65 0,78 – 0,88 0,99 – 0,995 0,55 –0,66 Tàu kéo-đẩy 0,51 –0,0,65 0,77 –0,95 0,89 –0,995 0,56 –0,72 Tàu kéo , SI 0,56 – 0,65 0,73 –0,82 0,70 – 0,90 0,59 –0,68 Tàu kéo, SII 0,45 – 0,65 0,78 – 0,84 0,84 – 0,99 0,55 – 0,66

Các hệ số béo thân tàu tính theo cơng thức trình bày “Lý thuyết thiết kế tàu”

Công thức Alexandre: CB = 1,08 - 1,68.Fn

Hoặc dạng:

L v k CB = 1−

Trong cơng thức, theo thơng lệ v tính HL/h, L tính theo ft Hệ số k thau đổi cho kiểu tàu Tàu biển k = 0,24; tàu vùng SI k = 0,20 – 0,24; tàu kéo cảng với k = 0,17 – 0,23; tàu vùng SII k = 0,17 – 0,20

Hệ số CM thay đổi từ 0,80 – 0,88 tàu kéo biển, 0,84 – 0,94 tàu đường

trường 0,93 – 1,0 cho tàu sông

Theo ý kiến nhiều nhà nghiên cứu, CM tàu kéo nên nằm giới hạn 0,75 –

0,85

Hệ số CP = CB/CM nằm phạm vi xác định, hình

Hình 3.1

Theo ý kiến nhà nghiên cứu hệ số nên hạn chế phạm vi 0,58 – 0,60 Cần nói rõ , hệ số CP ảnh hưởng lớn đến sức cản vỏ tàu, xem phần sức

cản chương trước

2 ĐƯỜNG HÌNH

Các đường hình dùng cho tàu kéo, đẩy trình bày trang Hình 30 giới thiệu đường hình tàu kéo biển, hoạt động vùng không hạn chế, dự tính trang bị máy cơng suất 2000HP

Hình 3.2 – đường hình tàu kéo hoạt động ven biển, trang bị máy cỡ 250HP

Hình 32.3– tàu kéo cảng biển, máy 1200HP

Hình 3.4 – tàu kéo cảng biển, trang bị máy đẩy cycloidal, dùng máy cơng suất 600HP

Hình 3.5– tàu đẩy chạy sơng, cơng suất máy cỡ 4000HP Hình 3.6- tàu kéo-đẩy chạy sông

Hình 3.2

Hình 3.4

Hình 3.6

Hình 3.7

Hình 3.9

Ngày cần giảm bớt công chế tạo, người ta thường dùng đường hình dạng giản đơn thay cho đường hình “vỏ dưa” làm vỏ tàu kéo Cách thay vỏ “giản đơn” hay đường hình gãy khúc vào vị trí “vỏ dưa” tiến hành theo nguyên tắc trình bày “Lý thuyết thiết kế tàu”

Trên tàu kéo, đường hình phần mũi phải ý mức Thông lệ người ta sử dụng đường sườn chữ V cho khu vực Sườn chữ U dùng trường hợp đặc biệt Sườn chữ V có tác dụng giảm nhẹ có cịn giảm hẵn ảnh hưởng va đập sóng vào phần thân phía mũi, sức bền tàu gọi slamming Mũi tàu với sườn V chém sóng tốt hơn, giảm bớt tượng nước tràn boong

Phần lái tàu thiết kế nhằm tăng chiều chìm cho chân vịt tăng tính quay trở tàu mà không làm giảm chiều dài cần thiết Thỉnh thoảng quan sát thấy vịm tunel phía lái tàu kéo cảng biển tàu không bị hạn chế lupồng lạch Vòm tunel giúp cho người thiết kế đủ điều kiện bố trí chân vịt với đường kính tối ưu

Dáng vịm phụ thuộc vào số lượng đường trục chân vịt tàu tàu trục, phần vỏ tàu mang dạng sườn V sườn U Sườn chữ U có lợi giảm độ khơng đồng dịng chảy sau tàu đến vùng làm việc chân vịt Tuy nhiên sườn chữ V có tạo khơng đồng lớn trường hợp vừa nêu có ưu điểm làm giảm sức cản tàu

Tàu chạy sơng, đặc biệt với tàu có mớn nước hạn chế, cần xây dựng kết cấu bán tunel cho chân vịt tàu Hình 35 giới thiệu hai bán tunel tàu hai chân vịt Nguyên tắc chung để xây dựng đường hầm sau

a) Đảm bảo cho dòng chảy từ đáy tàu, mạn tàu tự đến chân vịt Điều quan trọng với tàu làm việc vùng nước cạn là, dòng chảy từ mạn phải đến chân vịt với lượng đầy đủ

b) Dòng chảy không bị rối làm việc vùng

c) Tránh tượng tạo q nhiều bọt khí dịng chảy qua vùng làm việc chân vịt

Mơ hình xây dựng tunel sau trích từ [1], hình 38

; 45 , 33 ,

1 = ÷

L l ; 12 , 10 ,

2 = ÷

L l

;

1 = ÷

T h l ; 20 , 10 ,

1 = ÷

Δ T ; 07 , 05 ,

2 = ÷

Δ

T 12 15 ;

o o ÷ = ε

Hình 3.10

Chiều dài ống trụ tàu kéo chạy biển nhìn chung 0%, với tàu sông giá trị đại lượng chiếm đến 35% chiều dài tàu

Hình 3.11

Hình ảnh tàu kéo bờ giới thiệu hình

Hình 3.12

Chương

KẾT CẤU THIẾT BỊ BOONG

1 KẾT CẤU TÀU Tàu biển

Thơng lệ kết cấu tàu kéo theo hệ thống ngang Khoảng sườn thực tàu không vượt 600 mm

Chiều dày kết cấu thân tàu tính chọn theo phương pháp trình bày sách “Kết cấu thân tàu” Trong thực tế dựa vào nguyên lý học kết cấu tàu để tính độ bền chung, độ bền cục từ xác định kích thước kết cấu dạng tối ưu Cách làm đưa lại kết thích hợp cho trường hợp cụ thể song địi hỏi phải tốn nhiều cơng sức am hiểu đầy đủ nguyên lý làm việc kết cấu tàu Cách làm thứ hai cho phép chọn nhanh kích thước kết cấu tàu theo qui định ghi qui phạm đóng tàu Đăng kiểm Trong điều kiện cụ thể, vỏ tàu kéo, tàu đẩy chạy biển thiết kế theo qui định ghi qui phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép Đăng kiểm Việt nam đưa Tàu kéo, đẩy hoạt động sông, hồ thiết kế theo yêu cầu qui phạm giành cho tàu sông

Hình giới thiệu mặt cắt ngang đặc trưng tàu kéo “Sao hỏa”, dài 23m, lắp hai máy tổng cơng suất 2x300HP

Hình giới thiệu mặt cắt tàu kéo dài L = 20,8m, trang bị máy cơng suất 600HP

Hình 2a

Hình 2b,

Kết cấu tàu sông

Tàu sơng thơng thường có kết cấu theo hệ thống ngang Khoảng sườn tàu không vượt qua giới hạn 600 mm thực tế Kết cấu tàu kéo sông không khác nhiều so với tàu kéo biển

lực bên ngồi theo mơ hình khơng giống tàu kéo phải chịu Ảnh hưởng thường xấu với tàu đẩy kết cấu tàu đẩy, đặc biệt kết cấu cục vùng tiếp xúc tàu đẩy đối tượng bị đẩy phải quan tâm nhiều

Kết cấu tàu đẩy đặc trưng giới thiệu hình

Hình 3a

Mặt cắt ngang đặc trưng tàu kéo-đẩy mang ký hiệu OTA-852 trình bày hình

Không phải điều lạ tàu đẩy người ta phải làm thêm nhiều vách dọc tàu Tàu đẩy cơng suất 800, 1200, 2000HP đóng châu Âu có hai vách dọc khu vực ngồi buồng máy Tàu đẩy lắp máy cơng suất 4000HP có hai vách dọc chạy suốt chiều dài tàu

Kết cấu tàu kéo-đẩy cỡ nhỏ, lắp máy 150HP giới thiệu hình

Hình 4b

Hình Thượng tầng lầu tàu kéo đời

Lầu lái tàu đẩy thường chịu ảnh hưởng rung động thiết bị máy móc va đập gây Những năm gần người ta làm thêm phận giảm chấn cho lầu lái nhằm tạo khơng khí dễ chịu cho người điều khiển Hình giới thiệu bố trí lầu lái giảm chấn tàu đẩy trang bị máy 2500HP Lầu lái với cấu làm quen, nặng 82 T, đặt 20 lò xo thép Sau thử nghiệm độ rung lầu lái giảm đáng kể, độ ồn giảm xuống hạn cho phép, người dùng cảm thấy dễ chịu làm việc lầu

Hình

1 Thiết bị kéo

Hình

Những thiết bị cần thiết bao gồm: 1, 11 - chống va, – lỗ luồn dây kéo, – lỗ luồn dây buộc tàu, – cung đỡ móc, – lươn, – dây kéo, – cột bích, – tời kéo, – thành ngăn bên mạn, 10 – cột bít kéo, 12 – đỡ dây, 13, 15, 18 – cột bit, 14 – cuộn chỉ, 16 – bít mạn, 17 – móc buộc dây, 19 – tời đứng

Hình 11 trình bày thiết bị kéo tàu kéo kiêm cứu nạn viễn dương, cơng suất máy 9600HP Trong sơ đồ hình cịn thấy thêm thiết bị chưa xuất hình Chi tiết – lỗ luồn dây kéo có lăn đứng ngang cho phép nhả dây, – dây kéo, – cung đỡ thứ nhất, – cung đỡ thứ hai, 7, 17 – tời đứng, 15 - tời kéo hai trống, tự động nhả dây

Hình 11 Thiết bị kéo tàu kéo kiêm cứu nạn viễn dương

Dây kéo

Thiết bị kéo tàu quan trọng hàng đầu dây kéo Lực kéo làm đứt dây kéo, tính theo cách thông thường sức bền vật liệu là:

F1 = k.F

Trong F – sức kéo tang (hoặc móc kéo), kN, (kG, T) k – hệ số an toàn cho dây kéo Hệ số k = lực kéo móc kéo < 98,1 kN (10 T) k = lực lớn 294 kN (30 T)

Thơng lệ lực F tính cho trường hợp tàu kéo đồn tàu, nói chung đối tượng bị kéo, vận tốc kéo HL/h Khi tính lực kéo cho tàu hoạt động vùng cận hải tàu sông, lực F nhận lực kéo thử bến Công thức kinh nghiệm cho thấy, lực F, tính kN khơng nên nhận nhỏ giá trị F = 0,133Pe, với

Pe - tổng công suất máy tàu kéo, kW

không 1470 kW (2000HP), 700 m công suất máy lớn ngang ngửa 2200 kW (3000HP)

Cơng thức chung tính chiều dài dây kéo

K R h l w 1000

2 = , (m)

trong công thức hw - chiều cao sóng, tính m, R – sức cản đồn tàu bị

kéo, tính kG, K – hệ số co giãn dây, đọc từ bảng:

R (kG) 25000 20000 15000 10000 5000 2500 K 0,300 0,240 0,180 0,120 0,060 0,032

Từ thống kê thấy rõ trang bị dây kéo tàu hoạt động mang giá trị sau

Bảng Công suất máy, HP

Đường kính dây, mm

Lực đứt dây, T

Chiều dài dây, m

Lực kéo móc, T

Hệ số an tồn 3000 61,5 – 66 122,2 – 140 700 39,0 3,1 – 3,6 2000 57 – 61,5 105 – 122,2 700 26,0 – 4,7

1500 53 – 57 90 – 105,2 600 19,5 4,6 – 5,4

1200 48,5 – 53 75 – 90 600 15,6 4,8 – 5,8

1000 43,5 – 48,5 62,5 – 75,1 500 12,5 – 800 39 – 48,5 50,5 – 62,5 500 10,0 5,1 – 6,3

500 32,5 – 34,5 35,2 – 40 450 6,2 5,7 – 6,5

350 28 – 30 26,4 – 30,6 300 4,2 6,3 – 7,3

200 24 – 26 19 – 22,5 150 2,4 7,9 – 9,4

Dây kéo kim loại phải loại có 144 sợi, độ bền kéo vật liệu không thấp 1400 – 1700 MPa Dây làm từ sợi tổng hợp dùng thay cho sợi kim loại trtên nhiều tàu đại

Khi kéo tàu không tự hành, chở sản phẩm dầu đốt cần sử dụng dây nguồn gốc thực vật sợi tổng hợp, tránh dùng dây kim loại dây sau dễ gây tia lửa va chạm ma sát

Móc kéo

Móc kéo kiểu hở gắn trực tiếp lên giá đỡ Sức kéo móc từ 0,5 T đến giá trị lớn T Móc dạng trang bị tàu kéo cỡ nhỏ chạy sơng làm móc dự trữ tàu biển

Móc kéo tàu biển tàu sơng , miệng kín, thường gắn liền với lị xo giảm chấn Những kiểu móc thường dùng giới thiệu hình 10 Bốn kiểu móc chuẩn hóa dùng tàu kéo sản xuất hàng loạt Trong hình vẽ ký hiệu móc kéo, – chốt quay, – hộp đựng giảm chấn, – chốt quay, – rulô, – mặt cắt cung đỡ móc, – lị xo giảm chấn Thiết bị đóng mở móc kéo gồm 12 - địn bẩy, 13 – khóa chặn, 14 – cóc

Hình 13

Puli hướng dây

Ngồi móc kéo tàu kéo chạy sơng, vùng biển hạn chế nhười ta dùng puli (ròng rọc) hướng dây kéo đến tời kéo Sơ đồ bố trí ròng rọc hướng dây tời tàu kéo trình bày hình 14

Hình 14

Hình 15

Cung đỡ dây kéo, móc kéo

Cung đỡ thường chế tạo dạng cung trịn kết cấu gần giống hình ơ-van, nối cung trịn, hình 17 Mặt cắt ngang kết cấu có dạng hình trịn ơ-van Cơng thức xác định mô đun chống uốn mặt cắt ngang cung theo kinh nghiệm có dạng:

Y U

R l T

Z =132 , (cm3)

trong TU - lực giới hạn đứt dây kéo, kN; l – khoảng cách hai gối tựa cung;

RY - giới hạn chảy vật liệu làm cung, MPa

Hình 15

Hai phương án giữ móc cáp cung trình bày hình 19

Hình 19

Cung đỡ giản đơn làm từ thép góc có nhiệm vụ đỡ móc kéo puli hướng tàu cỡ nhỏ giới thiệu tiếp hình 20

Cơng thức tính mơ đun chống uốn mặt cắt ngang cung đỡ dạng hiểu sau:

3

10 ,

4 −

=

Y U

R l T

Z , (cm3)

Thanh đỡ

Thanh đỡ thường làm từ thép ống tiêu chuẩn, hình 20 Mô đun chống uốn mặt cắt ngang kết cấu tính theo biểu thức:

3

10 ,

3 −

=

Y

R l L d

Z , (cm3)

trong d – đường kính dây kéo, mm; L – chiều dài dây, khơng 300m

Hình 20

Trên số tàu kéo đóng sau người ta thay đổi cấu hình đỡ thành dạng chặn kiêm lỗ luồn cáp, hình 21

Hình 21

Cột bít

Hình 22

Công thức xác định mô đun chống uốn cột bít tàu có dạng:

Y T

R l R Z

95 ,

= , (cm3)

trong công thức cuối này, RT – lực đứt dây buộc l – chiều dài đoạn

son bít

Đồ thị giúp bạn đọc tính nhanh theo cơng thức vừa nêu trình bày hình 23

Tời kéo

Tời kéo giúp nhả dây, thu dây theo chế độ khai thác đảm bảo an toàn cho việc kéo tàu lực kéo tang tời kéo nằm phạm vi 20 – 40 kN

Tời kéo giản đơn bố trí chủ yếu tàu sông Kết cấu tờ đơn giản Những chi tiết tời gồm: – trống, – phân cáp, 3, – phanh, – bệ, – giảm chấn, – trục trung gian, – động cơ, cấu truyền động, 10 – tang cụt quấn dây

Lực kéo lớn áp đặt lên tang tính lực kéo thực chế độ thử tàu bến Z0, vận

tốc tiến

Lực kéo tang kéo cáp không tải (không kéo tàu) tính 1,40 – 1,6 trọng lượng tồn cáp kéo

Hình 22

Tời kéo tự động hóa dùng tàu biển, đảm bảo an tồn cho cơng việc kéo điều kiện thời tiết bình thường biển có sóng to gió lớn Nhờ tời tự động độ căng dây kéo giữ mức cho phép, tránh bị đứt bị hỏng

Lực kéo tang tời tính chọn từ lực kép trung bình móc Vận tốc thu dây tự động hóa, nhiên khơng vượt 18 m/min Tời kéo đảm bảo làm việc bình thường kể dây kéo lệch sang phải, sang trái đến góc 30°, lệch dây theo hướng lên xuống đến 10°

Vận tốc thu dây không tải 25 – 35 m/min

Hình 26 trình bày mơ hình tời kéo đưa sử dụng tư năm bảy mươi

Hình 26 Tời kéo trống (trái) tời hai trống (phải) Kích thước tiêu biểu tời kéo chế tạo sau

Tời tự động

Tời tời

Lực kéo trống , kN 180 400 Đường kính cáp mm 52 65 Vận tốc thu cáp m/s 0,167 0,088 Công suất động cơ, kW 75 53

Điện áp V 220 220

Khối lượng , t 18,3 67,8 Kích thước phủ bì, (m) 3,35x2,97x1,69

Tời điện

Tời tời

Lực kéo trống , kN 150 250 Đường kính cáp mm 47,5 65 Vận tốc thu cáp m/s 0,250 0,225 Công suất động cơ, kW 42 90

Khối lượng , t 20,53 -

Kích thước phủ bì, (m) 3,37x7,04x1,805 -

2 Chống va

Tàu kéo cần có hệ thống chống va đủ để tàu chịu va đập mạnh cập tàu, cập cảng Trang bị tàu kéo hai loại chống va: cố định di động

Hình 27 Chống va tàu

Chống va cố định làm từ kết cấu kim loại, từ vật liệu có độ đàn hồi lớn su, từ gỗ Những kết cấu chống va thường gặp tàu kéo trình bày hình 27 Cần nói thêm kích thước chống va vật liệu làm chống va ngày đợc tiêu chuẩn hóa Chống va tàu kéo bố trí quanh tàu, chống va nối tạo thành chống va dãy song thực tế bố trí chống va thành hai dãy Nhìn chung, với tàu kéo, chiều dài tất dãy chống va dài chu vi mép mạn tàu

Ngày dây chống va mềm làm từ cao su tiêu chuẩn hóa kích thước chế tạo sẵn Một sản phẩm thị trường ưa chuộng có dạng hình 28 Kích thước chuẩn ưa dùng là: b x l = 68 x 105; 120 x 200; 90 x 150 (mm) Tính dẻo chống va đưiợc trình bày hình phía phải

Dây cao su đưa vào kết cấu chống va (còn gọi chạch, lươn) dạng cải biên, nêu hình 29 Kết cấu dạng ngày phổ biến tàu

Baûng

Lượng chiếm nước, T Kiểu chống va

10 – 50 50 –250 250 – 1000 1000 – 5000 Cứng 133x5 159x6 194x8 194x8

194x10

Nửa cứng 150x100 200x150 250x200 250x200

Meàm 90x100 90x100 120x120 180x150

180x170 180x150

Hình 28

Chương

TRANG BỊ ĐỘNG LỰC VAØ MÁY ĐẨY TAØU

1 Trang bị động lực

Yêu cầu với trang bị động lực tàu kéo thường cao nhằm đảm bảo an toàn cho thân tàu kéo tàu hệ thống bị kéo

- Độ tin cậy thiết bị động lực phải cao song vận hành thiết bị phải dễ dàng, thuận lợi

- Hệ thống động lực phải trang bị thiết bị diều khiển từ xa khả tự động hóa phải cao

- Hệ thống động lực thiết bị đẩy tàu (chân vịt tàu) hoạt động nhịp nhàng, phù hợp, đảm bảo tàu có sức kéo cao, tính quay trở tính giữ hướng tốt Thật kết thiết kế dung hòa nhằm làm cho tàu phát huy đủ công suất chế độ kéo, giữ cho chế độ quay trở tốt tính giữ hướng khơng phép xấu

- Bố trí trang thiết bị động lực phải hợp lý, gọn Buồng máy tàu kéo kéo đến 40 – 60% chiều dài tàu tàu kéo đại nhiên cần thiết chọn máy có kích thước phù hợp, không làm cho buồng máy cồng kềnh, lấn át khỏang không gian cần thiết khác tàu kéo Chọn máy thích hợp cho tàu kéo làm việc cụ thể

- Đảm bảo an toàn vệ sinh công tác: tiếng ồn không vượt giới hạn cho phép, độ rung tàu khôngn mức gây hại cho sức khỏe người làm việc tàu

- Tính kinh tế phải cao

Tàu kéo đóng vào năm cuối kỷ XX sử dụng chủ yếy máy diesel trung tốc cao tốc làm động lực Cơng suất máy dùng từ 50 – 100 HP đến 15.000HP Trên số tàu người ta trang bị tua bin khí làm động lực Năm 1961 tàu Khirio Maru Nhật trang bị tua bin khí hãng Sigma cơng suất 2x1000 HP quay chân vịt ben bước

Tàu kéo, làm việc luôn chế độ nặng Từ trạng thái thử bến chế độ buộc tàu (pollard pull) đến chế độ kéo (towing) tàu kéo, đẩy phải làm việc trạng thái nặng tải phải trang bị máy chịu điều kiện

Các máy trung tốc cao tốc trang bị tàu kéo không quay trực tiếp chân vịt tàu Để tăng hiệu suất làm việc chân vịt hệ thống máy – đường trục – chân vịt thiết phải hạ thấp vòng quay trục chân vịt Phương tiện hữu hiệu dùng tàu kéo hộp giảm tốc Hộp giảm tốc dùng tàu đa dạng, hộp giảm tốc cấp, hộp nhiều cấp, hộp giảm tốc khí, hộp thủy lực, hộp giảm tốc điện từ vv… Hiệu suất làm việc kiểu hộp số giới thiệu hình Tại hình trình bày đường đặc tính ngồi động diesel quay trực tiếp trục chân vịt qua truyền cấp, lai chân vịt bước cố định Đường – đường đặc tính máy diesel hộp giảm tốc nhiều cấp, – máy diesel lai chân vịt biến bước Đường – động diesel hydrotransfor, chân vịt bước cố định

Hình

Các đường đặc tính chân vịt đánh dấu sau: a - chế độ buộc tàu, b – tàu kéo kéo đoàn phương tiện nổi, c – chạy tự

Bố trí máy hệ đường trục tàu kéo tiêu biểu giới thiệu hình 2, 3,

Hình giới thiệu buồng máy tàu trang bị hệ thống diesel – điện, công suất máy 2000HP

Hình trình bày buồng máy tàu đẩy trang bị hai máy diesel tổng công suất 4000HP

Hình Bố trí buồng máy tàu kéo chạy biển, công suất 2000HP

Các máy vừa nêu áp dụng cho tàu kéo thông dụng dùng USA nước châu Mỹ, châu Âu

2 Thiết kế chân vịt bước cố định

nhằm thỏa mãn yêu cầu đặt Tuy nhiên tàu với chân vịt thiết kế theo chế độ kéo chạy chậm chế độ chạy tự

Quyết định thiết kế theo chế độ chạy tự theo chế độ kéo thuộc kỹ sư thiết kế tàu Cách thiết kế chân vịt theo chế độ chạy tự thiết kế theo chế độ kéo nhằm tạo lực kéo lớn trình bày “Thiết kế chân vịt tàu thủy”1 Chân

vịt mẫu đưọc dùng thiết chân vịt bước cố định nên chân vịt seri B, Wageningen, Netherlands

Để có tài liệu tham khảo cho bạn đọc thiết kế chân vịt tàu kéo theo chế độ kéo trình bày lại ví dụ nêu tài liệu dẫn

Chân vịt thiết kế theo chế độ kéo

Tàu làm nhiệm vụ kéo đẩy địi hỏi sức kéo móc lớn kéo (đẩy) thường tốc độ kéo nhỏ Tàu kéo sông thường khai thác phạm vi VT = 4,0

÷ 6,0 HL/h, tàu kéo chạy biển thường kéo đối vật vận tốc 5,0 ÷ 7,0 HL/h, tàu kéo lưới nghề cá thường kéo lưới cá vận tốc 3,0 ÷ 5,0 HL/h Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo nhằm tạo sức đẩy lớn mà chân vịt phát huy VT

cho trước Chân vịt dạng khác chân vịt theo chế độ chạy tự chỗ, chạy tàu theo chế độ chạy tự do, vận tốc tàu với chân vịt tàu kéo nhỏ vận tốc tàu với chân vịt chạy tự do, vận tốc kéo, sức kéo chân vịt dạng lớn sức kéo chân vịt theo chế độ chạyï tự Trong giai đọan vận tốc tàu nhỏ VT,

máy làm việc theo chế độ momen định mức, công suất máy phát huy theo đường đặc tính ngồi Chân vịt tiếp thu cơng suất này, quay chân vịt tạo lực đẩy lớn điều kiện , tạo sức kéo lớn móc Khi đạt điểm P rõ đồ thị, máy phải làm việc theo đường điều khiển, gần với n = const, công suất máy giảm dần Điều ảnh hưởng trực tiếp đến chế độ cơng tác tàu kéo, theo tàu phải chạy với vận tốc lớn VT chân vịt làm việc theo chế

độ n = const máy diesel khơng thể làm việc theo chế độ q tải vịng quay , hình

Ví dụ : Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo Chuẩn bị liệu máy tàu, vỏ tàu

- Vận tốc khai thác tàu chế độ kéo,

- Thông tin cần thiết máy : cơng suất định mức BHP, tần suất quay ứng với trường hợp công suất liên tục , lớn máy ,

- Thông tin hệ trục tàu : kiểu hộp số , tỉ số truyền,

- Các hệ số liên quan đến tác động qua lại vỏ tàu chân vịt

- Đường kính chân vịt hạn chế Dmax

Từ liệu thu thập chuẩn bị giá trị KQ = 11 936, 3*5

P

n D const

D

ρ = dùng đò thị Papmiel để tính

Thông số cần giải :

- Thông số hình học chân vịt : ae, H/D, ηp

Các phép tính phần chuẩn bị

- Công suất dẫn đến trục chân vịt sau tính đến ảnh hưởng điều kiện mơi trường, hiệu suất hộp số, hiệu suất đường trục PD = Cmt.ηhs ηdt BHP Trong tài liệu

này hệ số ảnh hưởng môi trường nằm phạm vi Cmt = 1,0 ÷ 0,8

- Tần suất quay chân vịt nước tăng giảm ±2%, theo hướng dẫn chung

- Tốc độ tiến thật chân vịt tính theo cơng thức: Va = VT*(1 - w), tính ( HL/h);

Vp = 0,5144*Va, tính (m/s) - Hệ số Bp Kn

Bp = 602n V P V a D a

K”n = Vp n

Vp PD

.4

Các phép tính thực theo bảng 1: Bảng

Dựa vào đồ thị Taylor Dựa vào đồ thị Papmiel Ký hiệu & công thức Đơn vị Ký hiệu & công thức Đơn

vò

δ = f1( Bp) - J = f1 (K”n) -

D = 305, * *δ V N

a m D = Vp

J n*

m H

D = f2( Bp, δ) -

H

D = f2( K”n, J) - ηp = f3( Bp, δ ) - ηp = f3( K”n, J) -

T = 75

0 515 , P V D p a η

kG T = 75

Trường hợp đường kính chân vịt bị hạn chế sơ đồ tính giản đơn sau Trên đồ thị Taylor thực bước tính :

(1) Tính Bp = 602n V P V a D a

vaø δ = 101 3, n D

Vp

(2) Đọc từ đồ thị giá trị : H/D = f1(Bp, δ) ηp = f2( Bp, δ)

Khi sử dụng đồ thị Papmiel thực hai bước tính: (1) Xác định KQ = 11 936, 3*5

P

n D const

D

ρ = vaø J =

Vp

n D = const (2) Đọc từ đồ thị giá trị : H/D = f1(KQ ,J) ηp = f2( KQ, J)

Ví dụ : Thiết kế chân vịt tàu kéo chạy biển, với vận tốc kéo VT = HL/h

Các thông số vỏ tàu: L = 25m; B = 6,45m; mớn nước phía mũi dm = 2,184m;

mớn nước lái dL = 2,819m; Hệ số đầy khối trụ CP = 0,669 Lượng chiếm nước tàu

D = 225T

Đặc tính máy chính: BHP = 1500 PS; N = 250 v/ph; Truyền động trực tiếp Các hệ số dòng theo lực hút : w = 0,230; t = 0,139

Công suất dẫn đến trục chân vịt PD = 0,9*0,97* BHP = 1309,5 PS

Khi tính đến ảnh hưởng dịng khơng điều hịa sau vịm lái tàu, giảm số vòng quay lý thuyết chân vịt 2%, tần suất quay tính tốn 0,98* 250 = 245 v/ph = 4,083 v/s

Bằng phép thử chọn chân vịt B4 Wageningen với tỉ lệ mặt đĩa 0,55 cho phép tính

Aùp dụng đồ thị Taylor vào tính toán, kết sau Va = VT(1 - w) = 7(1 - 0,23) = 5,39 HL/h;

2 Bp =

39 , 025 , , 1309 39 , 245

2 × = 129,8; Trên đường tối ưu tìm δ = 409;

4 Đường kính chân vịt tính (m) : D = 2,742 245 39 , 409 305 ,

0 × × =

5 Tỉ leä H/D = f1( Bp, δ ) = 0,557;

6 Hiệu suất chân vịt ηp = f2( Bp, δ) = 0,365;

7 Lực đẩy chân vịt T =

39 , 5144 , 365 , , 1309 75 × ×

8 Lực đẩy thực tế : Te = T(1 - t) = 10990 kG

Thiết kế tàu làm việc kéo đẩy, theo chế độ dung hòa

Đồ thị dạng μ-σ-ϕ phù hợp cho toán thiết kế chân vịt làm việc chế độ nặng tải tỏ thuận lợi kiểm tra đặc tính làm việc chân vịt từ J = đến Jmax

Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo dung hòa, đặc biệt thiết kế chân vịt với đường kính hạn chế D = Dmax nên sử dụng đồ thị dạng

Các phép tính bổ trợ phải tiến hành trước tính Momen quay chân vịt :

Q =

n P N

PD × D

=

× 11,936

2 , 716

Các hệ số phụ thuộc vào Q, D, Vp : Q D n ρ

μ = vaø

Q D Vp ρ ϕ=

Từ đồ thị đọc giá trị thông số : σ = f1( μ, ϕ);

H/D = f2( μ, ϕ);

ηp = f3( μ, ϕ);

Và từ tính sức kéo : T = D

Q 2π σ×

Ví dụ: Thiết kế chân vịt theo chế độ dung hòa hai trạng thái, chế độ chạy tự chế độ kéo, cho tàu kéo biển nêu trên, lắp máy công suất nhỏ

Sức cản vỏ tàu đọc theo bảng

Bảng 8: Sức cản vỏ tàu kéo biển V,

(HL/h)

6 10 11 12

R, (kG) 502 715 1250 2060 3110 4405 6110

Đặc tính máy: BHP = 980 PS; N = 375 v/ph; Các hệ số w = 0,152 ; t = 0,10

Vòng quay chân vịt nước nhận 98% vòng quay định mức, 367,5 v/ph = 6,425 v/s

Thiết kế theo chế độ dung hòa tiến hành qua ba bước:

(1) Thiết kế theo chế độ chạy tự theo cách quen thuộc , sử dụng đồ thị Taylor Papmiel tùy ý riêng người dùng Khi xác định chân vịt theo chế độ chạy tự do, dùng cách biết lập đường làm việc chân vịt hệ thống chân vịt-máy chính-vỏ tàu Trong bước đồ thị μ-σ-ϕ thích hợp cho phần việc lập đường đặc tính chân vịt

(2) Thiết kế chân vịt có sức kéo lớn vận tốc kéo VT đựa vào đồ thị

μ-σ-ϕ Xác định đường đặc tính làm việc chân vịt phạm vi lớn VT nên

dùng đồ thị KQ - J bể thử công bố

(3) Chọn chân vịt dung hòa

Một vài qui ước tên gọi cần thỏa thuận giữ người viết tài liệu người đọc sau Chân vịt thiết kế cho chế độ chạy tự khn khổ ví dụ ký hiệu A, chân vịt thiết kế theo chế độ kéo ký hiệu B chân vịt thiết kế theo bước cuối mang ký hiệu C

Chân vịt B4-55 dùng tính tốn Bảng 2: Thiết kế chân vịt A

TT Ký hiệu & Công thức Đơn vị Kết

1 Vs ( cho trước) HL/h 12

2 Vp = 0,5144.Vs.( -w) m/s 5,23

3 K”n = Vp n

Vp PD

.4 - 1,889

4 Jopt, từ đồ thị - 0,48

5 J = 1,05Jopt - 0,504

6 D = Vp J n

m 1,70

7 H/D = f1(K”n, J) - 0,88

8 ηp = f2(K”n, J) - 0,55

9 T =

Vp PD×ηp ×

75 kG 6748

Trong ví dụ này, để rút bớt trình bày dài, cố tình tổ chức để sau lần tính thứ đạt độ xác cần thiết Kết tính chân vịt đọc từ bảng

Đường kính D =1,70m; Tỉ lệ bước H/D = 0,88

Tốc độ tàu theo chế độ chạy tự Vs = 12 HL/H.7

Chân vịt A có đặc tính làm việc sau Trong miền tốc độ nhỏ 12 HL/h, máy tàu có nhiệm vụ cung cấp lượng cho chân vịt làm việc theo chế độ momen quay không đổi song tần suất thấp tần suất định mức, công suất cấp nhỏ định mức Chân vịt tiếp thu lượng cấp làm việc theo đường đặc tính sau

Bảng 3: Đường làm việc chân vịt A

TT Ký hiệu Đơn vị Kết tính

1 Vs HL/h 10

2 Vp =0,514Vs(1-w) m/s 0,870 1,473 2,614 3,486 4,357

3 ϕ - 0,483 0,967 1,451 1,935 2,418

4 μ - 4,55 4,70 4,79 5,02 5,22 5,51

5 σ - 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12

6 n v/s 4,82 4,98 5,05 5,33 5,51 5,84

7 N v/ph 289 299 303 320 331 350

8 Te kG 6766 6655 6544 6433 6322 6200

9 Z0 = Te - R(Vs) kG - - 6244 5933 5172 2890

Thiết kế chân vịt B Momen quay chân vịt Q =

245 54 , 855 ,

716 × = 1667,3 kGm

Đường kính chân vịt , lần thử ban đầu chọn đường kính chân vịt A, D = 1,70m

Tại tốc độ VT = HL/h, hệ số μ, ϕ tính sau:

Q D n ρ

μ = = 6,125.0,945 = 5,776 vaø D

Vp

5 ρ

Từ đồ thị μ-σ-ϕ đọc giá trị sau: H/D = 0,73; ηp = 0,33; σ = 1,33

Sức đẩy chân vịt tính từ kết vừa nhận: T =

D Q × × π

σ = 7949,3 kG, vaø Te = 7154,4 kG

Trong miền V > VT chân vịt làm việc chế độ mà máy bị

hạn chế, tức tần suất quay không vượt tần suất định mức Đường làm việc chân vịt sau

Bảng 4: Đường làm việc chân vịt B, chế độ kéo

TT Ký hiệu Đơn vị Kết

1 Vs HL/h 10 11

2 Vp m/s 3,05 3,48 3,92 4,36 4,79

3 J=Vp

nD - 0,293 0,334 0,376 0,419 0,460

4 KQ, đồ thị - 0,028 0,026 0,024 0,022 0,021

5 ηp ,đồ thị - 0,38 0,42 0,46 0,501 0,54

6 KT=

J KQ×ηp×2π

- 0,228 0,205 0,184 0,165 0,155

7 T=KTρn2D4 kG 7465 6712 6025 5402 5076

8 Te=T(1-t) kG 6718 6040 5422 4862 4567

Thiết kế chân vịt theo chế độ dung hịa

Tại VT chân vịt B có sức đẩy thực tế lớn sức đẩy chân vịt A dùng

chế độ chạy tự Từ tính tốn, sức kéo thực tế móc kéo chân vịt B 6655kG, chân vịt A 5933 kG, độ chênh lệch chúng 12%

Ngược lại, chạy tự chân vịt A đưa tàu với vận tốc lớn 12 HL/h , chân vịt B cố đưa tàu đạt vận tốc tối đa 10,9 HL/H.7

Với trường hợp cụ thể này, yêu cầu đặt cho chân vịt tàu chạy tự đảm bảo cho tàu phát huy tốc độ không thấp 11,40 HL/h, kéo vận tốc VT = HL/h, sức kéo phải lớn 6200 kG

Chọn chân vịt dung hòa dựa vào đồ thị μ - ϕ Tại VT chân vịt làm việc

theo chế độ momen quay không đổi, momen định mức, ϕ= Vp ρ D

Q

5 = const, tần suất quay chân vịt tỉ lệ thuận với μ= n ρ D

Q

3

Hệ số lực tỉ lệ thuận với lực đẩy Để giảm lực đẩy chân vịt B lượng 5-6% nêu đầu đề, cần giảm hệ số lực theo tỉ lệ tương đương Từ đồ thị đọc giá trị H/D, η, σ tọa độ : { ϕ = const; 0.95*σ }, với ϕ = 1,451 σ = 0,95*1,29 = 1,226

Từ H/D = 0,825 ; ηp = 0,35 Từ μ = 5,38 tính :

n = μ/ 0,943 = 5,705 v/s vaø N = 342 v/pH.7

Trong miền V > VT chân vịt làm việc chế độ tần suất quay tần suất

định mức Ngược lại miền V < VT máy theo chân vịt, làm việc theo

chế độ momen quay định mức Đường đặc tính trình bày bảng: Bảng 5: Đường làm việc chân vịt theo chế độ momen định mức

TT Ký hiệu Đơn vị Kết

1 Vs Hl/h

2 Vp =0,514Vs(1-w) m/s 0,870 1,473 2,614

3 Q D Vp ρ

ϕ= - 0,0 0,483 0,967 1,451

4 μ , từ đồ thị - 4,81 5,01 5,18 5,38

5 σ , từ đồ thị - 1,295 1,260 1,249 1,226 n =

Q D3

ρ

μ - 5,10 5,313 5,493 5,705

7 N = 60n - 306 319 330 342

8 Te= π σ

) ( t D

Q − kG 7182 6988 6927 6799

Bảng 6: Đường làm việc chân vịt theo chế độ n = const

2 Vp =0,514Vs(1-w) m/s 3,48 3,92 4,36 4,79 J =

nD

Vp - 0,334 0,376 0,419 0,460

4 KQ 10 , từ đồ thị - 0,328 0,31 0,285 0,27

5 ηp , từ đồ thị - 0,41 0,442 0,48 0,53

6 K

T =

J

KQηp2π - 0,253 0,229 0,208 0,195

7 Te=KTρn2D4(1-t) kG 7426 6748 6151 5746

3 Thiết kế chân vịt ống đạo lưu Hệ thống ống-chân vịt

Một biện pháp nâng cao sức đẩy chân vịt sử dụng hệ thống ống đạo lưu với chân vịt Trong hệ thống chân vịt tàu thủy đặt trọn ống trụ, quay ống với ống tạo lực đẩy thường lớn chân vịt đứng riêng lẻ Mặt cắt ngang ống đạo lưu kết cấu hình vành khuyên Chiều dầy vành khuyên có giá trị khơng đổi có kết cấu khơng đối xứng qua trục dọc Mặt cắt dọc ống cho phép quan sát thành ống dạng frofil cánh máy bay

Bộ phận quan trọng hệ thống chân vịt ống Đây chân vịt bước cố định, chân vịt bước thay đổi Trong trường hợp đặc biệt, ví dụ tàu phóng mìn tàu làm nhiệm vụ đặc biệt quân đội, chân vịt ống phải loại cánh quay ngược chiều Từ kỹ thuật tiếng Anh dùng chân vịt trong hệ thống thường viết ducted propeller, propeller in nozzle Những năm đầu đưa vào ứng dụng chân vịt ống thường gọi “chân vịt ống Kort” để ghi công lao công ty Kort lãnh vực Ban đầu chân vịt ống dùng cho trường hợp làm việc chân vịt nặng, chế độ kéo tàu hay kéo lưới tàu đánh cá Sức kéo chân vịt ống Kort cao sức kéo chân vịt không ống đến 30% chế độ kéo đến 50% cao ủi bãi

Hình Các dạng ống đặc trưng

a- ống tăng tốc; b - ống thuận hai chiều trước sau c - ống tăng tốc với “rãnh thoát Hannan ”; d- ống giảm tốc

Profil mặt cắt dọc ống tăng tốc có mặt lồi quay vào trong, mép dầy nằm hướng tiến thân tàu Miệng hút nằm trước, thường có diện tích lớn diện tích miệng xả nằm sau Diện tích tính tốn thường gọi diện tích mặt cắt ngang ống nằm khu vực tàu, vị trí đặt chân vịt Các đặc trưng hình học ống rõ hình

Hình Chân vịt ống đạo lưu

L - chiều dài ống Trong thực tế thường sử dụng tỷ lệ chiều dài đường kính ống làm chiều dài tương đối ln = L

Dn , số n dùng ống đạo lưu C - độ hở đầu cánh chân vịt mép ống Tỷ lệ C D gọi độ hở tương đối, cn = C

Dn

Cy = Ay/A - tỷ lệ diện tích miệng xả với diện tích mặt cắt ngang ống Các hệ số thường nằm phạm vi:

ln = L

Dn = 0,5 ÷ 0,9 cn = C

Dn = 0,005 ÷ 0,01 tn = 0,11 ÷ 0,14

Cx = 1,15 ÷ 1,50 Cy = 1,0 ÷ 1,15

Mặt cắt ngang ống thông dụng đối xứng qua trục Tuy nhiên để tăng tính cần thiết cho loại tàu, ống sản xuất dạng khơng đối xứng qua trục Có ống dầy thành trên, mỏng dưới, có ống khơng đối xứng phân bố trước sau

Hình trình bày ba dạng ống thường dùng tàu kéo: - dạng giản đơn, chân vịt cánh cụt tương tự chân vịt Kaplan, – ống số van Mannen, chân vịt seri B Wageningen, – ống 19a, Wageningen, chân vịt Kaplan

Hình Hình

Trong chế độ làm việc nặng hiệu suất động lực hệ thống ống-chân vịt cao hiệu suất chân vịt không nằm ống bao Điều giải thích sau Trong thành phần lực đẩy hệ thống, ngồi lực đẩy Tcv chân vịt tạo cịn

có thành phần bổ sung lực đẩy Tn, tác động hướng với Tcv, ống đạo lưu

cản, thông thường lớn khoảng 25 đến 30 lần, lực thành phần từ dL lên trục dọc ống lớn lực thành phần dD trục Tổng hợp hai lực vừa nêu , với ống có kết cấu hợp lý giá trị dTn = ( dL - dD)x mang giá trị dương, có

xu hướng đẩy tàu trước Tổng cộng tất lực thành phần dTn nhận

lực đẩy bổ sung Tn Lực đẩy hệ thống ống-chân vịt xét dạng:

T = Tcv + Tn

Trong thập kỷ qua, sau hệ thống Kort thành công Deutschland, nhà nghiên cứu chân vịt Netherlands đưa hàng loạt mơ hình hệ thống ống-chân vịt làm việc có hiệu Nhiều cơng trình cơng bố rộng rãi, tìm thấy tài liệu tham khảo *)

Các ống thí nghiệm Wageningen mang số hiệu sau

Ống mang số từ đến 11 có tỷ lệ L/Dn = 0,5 ÷ 0,83, tn = 0,125 Chân vịt dùng

trong ống chân vịt nhóm B , bốn cánh Ống số 18 đến 20 làm theo tỷ lệ L/Dn = 0,5,

tn = 0,125, dùng chân vòt K.4-55

Từ ống 19 chuyên gia Netherlands cải biên, thay đổi kích thước hình học đưa chân vịt cánh họ Kaplan vào làm việc Cần nói rõ thêm, cánh họ Kaplan nguyên thủy dùng ngành chế tạo bơm, làm việc với ống 19 cải tiến , tức ống 19A, trở thành cánh chân vịt mà không cần biến đổi nhiều Đặc tính nhóm ống mang tên chung 19A sau Tỷ lệ chiều dài đường kính 0,5, tỷ lệ t/b = 0,125 Profil mặt cắt ống mang dáng dấp profil cánh máy bay, trình bày bảng Chân vịt dùng thí nghiệm ống 19A gồm chân vịt cánh cánh Ka-3.50, Ka-3.65, Ka-4.55 Với chân vịt bốn cánh Ka-4.70 thí nghiệm tiến hành tồn diện, thử điều kiện tiến, lùi, quay trở tiến hành thí nghiệm làm máy đẩy góc phương vị, phục vụ quay tàu

Trong ống 19A tiến hành thí nghiệm chân vịt Kaplan cánh Ka-5.75 chân vịt nhóm B Wageningen B.4.70

Ống số 37 thành công Netherlands công phát triển kiểu chân vịt ống Trong ống 37 tiến hành lắp đặt chân vịt Ka-4.70 làm đủ việc thí nghiệm với ống 19A Ka-4.70

Các ống mang số từ 30 đến 36 lắp chân vịt Kd-5.100

Toạ độ mặt cắt dọc ống 19A giới thiệu bảng 7, toạ độ ống 37 trình bày bảng

ln = L

Dn = 0,5 ; tn = t

b = 0,125; Cx = 1,35 ; Cy = 1,14

L.E

x/L 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 yl/L 0,1825 0,1466 0,1280 0,1087 0,0800 0,0634 0,0387 0,0217 0,0110

yu/L - 0,2072 0,2107 0,2080 Đường thẳng

T.E x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L 0,0048 0 0,0029 0,0082 0,0145 0,0186 0,0236

yu/L Đường thẳng 0,0363

Bảng 8: Ống 37

L.E

x/L 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 yl/L 0,1833 0,1500 0,1310 0,1000 0,0790 0,0611 0,0360 0,0200 0,0100

yu/L 0,1833 0,2130 0,2170 0,2160 Đường thẳng

T.E x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L 0,0040 0 0,0020 0,0110 0,0380 0,0660 0,1242

yu/L Đường thẳng 0,1600 0,1242

Chân vịt họ Kaplan

Chân vịt họ Kaplan xuất xứ từ cánh bơm họ Kaplan, chuyển hóa sang tàu thủy Những chân vịt thử nghiệm, dùng cho ngành tàu mang tên Ka ,

giới thiệu

r R b bmax b b max b b max t D max

0,2 67,15 30,21 36,94 4,00 0,3 76,59 36,17 40,42 3,52 0,4 85,19 41,45 43,74 3,00

0,5 93,01 45,99 47,02 2,45

0,6 100 49,87 50,13 1,90 0,7 105,86 52,93 52,93 1,38 0,8 110,08 55,04 55,04 0,92 0,9 112,66 56,33 56,33 0,61 1,0 122,88 56,44 56,44 0,50

Chiều rộng cánh r/R =0,6 tính theo cơng thức bmax = 969

0 , * * Z A A e

Chiều dầy ảo cánh : t0 = 0,049*D

Toạ độ profil cánh đọc bảng 10 Bảng10

r/R Từ điểm dầy đến mép thoát, % Từ điểm dầy đến mép dẫn, %

100 80 60 40 20 20 40 60 80 90 95 100 MẶT HÚT

0,2 - 38,23 63,65 82,40 95,00 97,92 90,83 77,19 55,00 38,75 27,40 - 0,3 - 39,05 66,63 84,14 95,86 97,63 90,06 75,62 53,02 37,87 27,57 - 0,4 - 40,56 66,94 85,69 96,25 97,22 88,89 73,61 50,00 34,72 25,83 - 0,5 - 41,77 68,59 86,42 96,60 96,77 87,10 70,46 45,84 30,22 22,24 - 0,6 - 43,58 68,26 85,89 96,47 96,47 85,89 68,26 43,58 28,59 20,44 - 0,7 - 45,31 69,24 86,33 96,58 96,58 86,33 69,24 45,31 30,79 22,88 - 0,8 - 48,16 70,84 87,04 96,76 96,76 87,04 70,84 48,16 34,39 26,90 - 0,9 - 51,75 72,94 88,09 97,17 97,17 88,09 72,94 51,75 38,87 31,87 1,0 - 52,00 73,00 88,00 97,00 97,00 88,00 73,00 52,00 39,25 32,31 -

MẶT ĐẨY

0,4 9,17 2,36 0,56 - - - 0,42 1,39 2,92 3,89 4,44 13,47 0,5 6,62 0,68 0,17 - - - 0,17 0,51 1,02 1,36 1,53 7,81

Ngoài ống Netherlands, nước khác có riêng ống Với bạn đọc quen tài liệu Nga sử dụng ống số thử Nga sau làm tài liệu thiết kế

Bảng 11: Ống số ( tài liệu Nga) ln = L

Dn = 0,6; tn = t

b = 0,125; Cx = 1,30 ; Cy = 1,12

L.E

x/L 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,30 yl/L - - 0,050 0,040 0,0315 0,0250 0,0150 0,0075 0,0

yu/L - - 0,0567 0,0792 0,0958 0,1055 0,1192 0,1267 0,1259

T.E x/L - 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L - 0,0030 0,0085 0,0140 0,085 0,0240 0,0270 0,030

yu/L - 0,1167 0,1017 0,0820 0,0625 0,0425 0,0225 0,0133 0,0033

Có mặt ống đạo lưu vùng tàu làm cho dịng chảy khu vực khác với đường dòng bao tàu không trang bị ống đạo lưu Ống đạo lưu chừng mức định nắn đường dòng, làm thay đổi số đặc tính lực thủy động So với dịng chảy qua cánh chân vịt khơng nằm ống, dòng chảy qua cánh chân vịt bị nằm ống có vận tốc tương đối tuyệt đối lớn hạn chế khe hở nhỏ đầu cánh thành ống Vận tốc nhanh nhiều trường hợp tạo lợi cho hệ thống đẩy loại này: lực đẩy hệ thống lớn lực đẩy chân vịt riêng lẻ nhờ nâng cao hiệu suất chân vịt dòng Khe hở bé cịn có tác dụng ngăn phần lớn dòng chảy nước từ mặt đẩy đến mặt hút qua đầu cánh, điều góp phần nâng cao lực đẩy chân vịt

Dùng ống đạo lưu cố định làm cho tính quay trở tàu có so với trường hợp khơng có ống Để khăùc phục tình trạng diện tích bánh lái cho tàu kiểu cần tăng thêm khoảng 20% đến 30% Trường hợp dùng ống đạo lưu quay, vấn đề ăn lái khơng cần thiết đặt thân quay đạo lưu có tác dụng hướng dịng thoát đồng thời tạo lực đẩy ngang tàu trình quay tàu

Hiệu sử dụng hệ thống ống, theo quan niệm nhà nghiên cứu đầu kỷ XX , phụ thuộc vào hệ số tải σT = T/(ρV2A) BP Với hệ số tải nhỏ

σT < 2,5 sử dụng hệ thống ống-chân vịt không đưa lại lợi mặt hiệu suất, có

Bp > 40, hệ thống ống-chân vịt phát huy đầy đủ mạnh Chính ống đạo lưu đời tìm thấy nơi ứng dụng tàu kéo, tàu đẩy, tàu kéo lưới tàu đánh cá, hình Những ghi gốc hình bể thử Wageningen đưa hiểu sau: Twin-screw ships – tàu hai chân vịt, Bulk carriers – tankers – tàu chở hàng rời tàu dầu, Cargo/container ships – tàu hàng khô tàu chở hàng thùng Các loại tàu đề cập “Thiết kế tàu chuyên dùng”, tập I Điều quan tâm, tàu kéo – Tugs nên trang bị ống đạo lưu chân vịt ống hệ số Bp lớn 70

Đường kính chân vịt ống bé khoảng 10% so với chân vịt kiểu, song không nằm ống Những chân vịt lớn, giảm 10% đường kính giảm lượng vật liệu đáng kể Điều quan trọng cần đề cập dùng hệ thống ống-chân vịt tàu là, theo phân bổ lực ghi công thức T = Tcv + Tn, đường trục chân vịt

chỉ trực tiếp hứng chịu lực đẩy Tcv, thành phần lại Tn, truyền thẳng vào thân tàu

Điều giảm áp lực cho hệ trục cho máy chính, đảm bảo an tồn cao cho máy

Đặc tính thủy động lực hệ thống ống-chân vịt

Các đường đặc tính thủy động lực chân vịt ống , đặc tính thủy động lực ống xác lập bể thử , ghi lại dướ dạng đồ thị

Hệ số lực đẩy ống-chân vịt: KT = T

n D

ρ (7.20)

Hệ số lực đẩy riêng ống: KT n = T

n D n

ρ .2 (7.21)

KT = KT cv + KT n (7.22)

Hệ số momen quay: KQ = Q

n D

ρ (7.23)

Heä số vận tốc tiến: J Vp

n D

=

Hình Phạm vi làm việc chân vịt ống

Đường đặc tính KT -ηP -J , KTn-ηP-J KQ -ηP -J trình bày hình

dưới Đường đặc tính xử lý máy tính, viết chúng dạng hàm tỷ lệ P/D J sau

n m

m n m n

T D J

P A K ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =∑∑ = = + + 6

0 ( 1)( 1)

n m m n n m Tn J D P B K ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =∑∑ = = + + 6 ) )( ( n m

m n m n

Q D J

P C K ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ =∑∑ = = + + 6

0 ( 1)( 1)

Các hệ số Ai, Bi, Ci , i = 1, 2, ,3 , 49 đọc từ bảng sách dẫn

Thiết kế chân vịt ống đạo lưu

Các phép tính thực cho chân vịt họ Ka, ống 19A 37 Các hệ số dòng theo w’ hệ số lực hút t’ áp dụng cho chân vịt ống, tính theo cơng thức:

Tàu chân vịt : w’ = 0,7.w;

t’ = t

trong w, t hệ số tương ứng, tính cho trường hợp chân vịt khơng nằm ống

Thông thường hệ số vừa nêu nằm phạm vi sau:

w’ t’

tàu kéo chân vịt 0,15 ÷ 0,20 0,12 ÷ 0,16 tàu kéo hai chân vịt 0,07 ÷0,1 0,10 ÷ 0,12

Để tránh sủi bọt cho cánh, tỷ lệ diện tích mặt đĩa chân vịt cần lớn giá trị tối thiểu sau:

) , ( 245

0 nD p γ H p Dγ

P A A d S a D e − − + × =

trong đó: PD - cơng suất dẫn đến trục chân vịt, (PS),

n - tần suất quay chân vịt, (v/s), D - đường kính chân vịt, (m), pa - áp suất khí quyển, (kG/m2),

HS - chiều sâu đến trục chân vịt, (m),

γ - trọng lượng riêng nước, (kG/m3),

pd - áp suất bão hòa, (kG/m2)

Ví dụ thiết kế : Thiết kế chân vịt ống đạo lưu cho tàu kéo ven bờ, có đặc tính sau Vận tốc kéo VT = HL/h; Máy chính: Máy diesel kiểu 6L350PN với

công suất định mức BHP = 980PS, vịng quay trục N = 375 v/ph; Chiều chìm đến trục chân vịt Hs = 2,20m;

Sức cản vỏ tàu đọc theo bảng 12 Bảng 12

Vận tốc tàu, (HL/h) 6,45 8,07 9,68 11,3 12,9

Sức cản R, (kG) 1372 2301 3637 5703 9279

Công suất kéo tàu EPS, (PS) 60,7 127,4 241,5 442 821 Hệ số dòng theo w’ = 0,15; hệ số lực hút t’= 0,10

Chân vịt chọn thuộc họ Kaplan, cánh, nằm ống 19A

Công suất dẫn đến trục chân vịt PD = 0,86 PB = 843 PS; Vòng quay chân vịt

khi làm việc hệ thống với vỏ tàu, máy giảm 2% , N =0,98.375v/p = 367,5 v/ph, tính tiếp n = 6,125 v/s

Vận tốc tiến chân vịt keùo : Va = VT.(1-w’) = 5,95 HL/h

Vp = 0,5144 Va = 3,06 m/s Hệ số Bp :

2 , 121 95 , 025 , 76 75 843 95 , 5 , 367 = = Bp

Sử dụng hệ số Bp để chọn δopt , đồ thị chân vịt Ka-4.55 Ka-4.70, cho

các phép tính Kết tính đọc theo bảng sau

Baûng 13

Ký hiệu Đơn vị Ka-4.55 Ka-4.70 δopt, đọc từ đồ thị - 350 335

δ = 0,98.δopt - 343 328,3

P/D - 0,89 0,96

D = 0,3048.δ.Va N

m 1,69 1,62

Tỷ lệ mặt đĩa cần thiết nhằm tránh sủi bọt tính theo cơng thức (7.25) Với chân vịt Ka-4.55 D = 1,69m tỷ lệ 0,60, với chân vịt Ka-4.70 đường kính D = 1,62m tỷ lệ AE/A0 = 0,68 Trong trường hợp chọn tỷ lệ mặt đĩa 0,70 gần với 0,68

vừa nêu, chân vịt Ka-4.70 tiếp tục sử dụng tính tốn

Tại vận tốc nhỏ VT = HL/h chân vịt làm việc chế độ momen quay định

mức, Q = const, đặc tính động lực hệ thống ống-chân vịt tính cho hai trường hợp giới hạn Vs = Vs = VT = HL/h sau Trong bảng tính sử dụng

đường đặc tính thủy động lực KT, KTn , KQ cho chân vịt Ka-4.70 Wageningen công

bố

Bảng 14: Đặc tính chân vịt chế độ ủi bãi VT

TT Ký hiệu cơng thức Đơn vị Kết tính

1 Vs, cho trước HL/h

2 Vp = 0,5144.Vs.(1-w) m/s 3,0607 J = Vp

n D Vp

= 922,

- 0,3085

4 KT, đọc từ đồ thị - 0,48 0,325

6 KQ, đọc từ đồ thị - 0,0395 0,0376

7 KT* = KT - 0,3KTn - 0,410 0,292

8

n = Q D KQ ρ

v/s 5,97 6,125

9

TE = (1-t)

D Q K K

Q

T * kG 9474 7096

10 Z0 = TE - R kG 9474 5516

Tại chế độ làm việc với vận tốc khai thác lớn VT = 7HL/h, chân vịt

làm việc theo tình trạng n = const Đường đặc tính chân vịt trường hợp sau

Bảng 15: Đường làm việc chân vịt Vs > VT

Ký hiệu&cơng thức Đon vị Kết tính

Vs, gán liệu HL/h 10 11 12

Vp= 0,5144Vs(1-w) m/s 3,498 3,935 4,372 4,81 5,247 J = 0,1008Vp - 0,352 0,397 0,440 0,485 0,529 KT , đọc từ đồ thị - 0,300 0,280 0,250 0,220 0,196

Ktn , đọc từ đồ thị - 0,096 0,076 0,062 0,051 0,036

KQ , đọc từ đồ thị - 0,035 0,034 0,0323 0,031 0,029

KTn* = KT - 0,3*KTn - 0,271 0,258 0,231 0,205 0,185

Te = KT*ρn2D4(1-t) kG 6586 6270 5614 4982 4496

PT =

75 ) ( t TeVp −

PS 341,4 365,6 363,6 355 349,5

ηP =

π * J K K Q

T - 0,434 0,482 0,500 0,510 0,537

P = PT

P r t hs

η ξ χ η η

PS 914,7 881,7 845,6 809,4 756,8 Kích thước đường bao cánh tọa độ profil tính theo dẫn tác giả nhóm chân vịt Kaplan

r/R B1 B2 Btb B4 tmax

[ mm ]

0.60 278 280 558 279 30.8 0.70 295 295 591 22.4 0.80 307 307 614 14.9 0.90 316 314 630 9.9 1.00 315 315 630 8.1 Giải thích:

B1 : từ trục đến mép thoát B2 : từ trục đến mép dẫn B4 : từ mép dẫn đến điểm tmax

Profil caùc mặt cắt

Đến mép Đến mép dẫn

r/R 100 80 60 40 20 ! 20 40 60 80 90 95 100 M a t h u t

0.2 * 24.8 41.2 53.4 61.6 63.5 58.9 50.0 35.6 25.1 17.8 * 0.3 * 22.3 38.0 48.0 54.7 55.7 51.4 43.1 30.2 21.6 15.7 * 0.4 * 19.7 32.5 41.6 46.8 47.2 43.2 35.8 24.3 16.9 12.6 * 0.5 * 16.6 27.2 34.3 38.3 38.4 34.6 28.0 18.2 12.0 8.8 * 0.6 * 13.4 21.0 26.4 29.7 29.7 26.4 21.0 13.4 8.8 6.3 * 0.7 * 10.1 15.5 19.3 21.6 21.6 19.3 15.5 10.1 6.9 5.1 * 0.8 * 7.2 10.6 13.0 14.4 14.4 13.0 10.6 7.2 5.1 4.0 * 0.9 * 5.1 7.2 8.7 9.6 9.6 8.7 7.2 5.1 3.8 3.1 * 1.0 * 4.2 5.9 7.1 7.9 7.9 7.1 5.9 4.2 3.2 2.6 * M ặ t đ ẩ y

0.2 13.0 4.7 1.1 0.1 0.0 0.1 0.9 2.8 6.8 10.4 13.4 21.6 0.3 7.9 2.6 0.6 0.0 0.0 0.1 0.5 1.6 3.5 4.7 5.9 12.1 0.4 4.5 1.1 0.3 0.0 0.0 0.0 0.2 0.7 1.4 1.9 2.2 6.5 0.5 2.6 0.3 0.1 0.0 0.0 0.0 0.1 0.2 0.4 0.5 0.6 3.1

Kích thước ống đạo lưu số 19A dùng hệ thống ống-chân vịt Chiều dài ống L = 0,5 D =0,81m = 810mm

Khe hở đầu cánh thành ống C = 0,005D = 8mm R+C = 810 + = 818mm

Toạ độ profil mặt cắt dọc ống đọc từ bảng 16 sau Bảng 16

L.E

x/L 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 yl/L 147,8 118,7 103,7 88,0 64,8 51,3 31,3 17,6 8,9

T.E x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L 3,9 0 2,3 6,6 11,7 15,0 19,1

yu/L Đường thẳng ±51,5

Hình 10 Chân vịt Kaplan Ka-4.70

Kết thúc phần bạn đọc xem thêm cách bố trí hệ thống đạo lưu quay tàu kéo biển, hình 11, hình 12 tiếp kết cấu tiêu biểu ống tàu cỡ nhỏ, hình 13

Hình 12 Bố trí ống đạo lưu chân vịt ống sau tàu kéo Kết cấu ống đạo lưu trình bày hình 13

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1 Bogdanov B.V, Sluskji A.V., Shmakov M.G., Vasiliev K.A., Sorkin D K., (1974), ••••••••• ••••, tiếng Nga: Tàu kéo, NXB Đóng tàu, Leningrad

2 Caldwell A (1946), Screw Tug Design, London

3 Grieg P (1960), Modern Harbour Tug Design, The Motor Ship, vol 40

4 Munro-Smith R (1962), Tug Design, The Shipbuilder and Marine Engine Builder, vol 69

5 Osmolovskji A.K., (1948), M•••••• • •••••••• ••••••• , (tiếng Nga: Tàu kéo biển cảng), “Vân tải biển” Leningrad-Moskva