(Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – Phần 2B : Kết cấu thân tàu và trang thiết bị – Tàu dài từ 20 mét đến dưới 90 mét – TCVN 6259 – 2B : 2003 / trang 115 )
A - Trường hợp tàu chạy tiến 1. Lực tác dụng lên đạo lưu
FRH = K1.K2.K3.132.A.V2 = 104967 (N) = 10711 (kG) Trong đó : A = SH = 5.33 (m2) : Diện tích đạo lưu
V = 12 hl/h : Tốc độ của tàu
: Hệ số phụ thuộc hình dạng của đạo lưu
Với : h = Dtb = 2.096 (m) : Đường kính trung bình của đạo lưu At = SH = 5.33 (m2) : Diện tích đạo lưu
K2 = 1.1 : Hệ số phụ thuộc kiểu profin của đạo lưu (profin phẳng)
Bảng 3 5 10 15 20 25 30 35 1 (kG) 1641 3286 4938 6600 8272 9953 11638 2 (kG.m) -588 -1114 -1576 -1989 -2237 -2322 -2166 3 (kG) 698 1450 2206 2908 3418 2959 2891 4 (kG.m) 250 506 766 1016 1221 1129 1070 5 (kG) 2339 4736 7144 9508 11690 12912 14529 6 (kG.m) 338 608 810 973 1017 1194 1096 (kG.m) 439 790 1053 1265 1321 1552 1424 (N.m) 4302 7740 10318 12397 12951 15205 13957 PnH (Bảng 1) MH (Bảng 1) Pnc (Bảng 2) Mc (Bảng 2) Pn =PnH + Pnc
TT Đại lượng tính Đơn vị Góc bẻ lái (độ)
7 M = 1,3 M' H M M M' c K V V Vcl el. Sl. 1 2 0.94 3 K 2 0,82 t h A
K3 = 1 : Hệ số phụ thuộc vị trí của đạo lưu
2. Lực tác dụng lên cánh giữ hướng
FRc = K1.K2.K3 .132.A.V2 = 38818 (N) = 3961 (kG) -A = Fc = 1,21 m2 : Diện tích cánh giữ hướng
: Hệ số phụ thuộc hình dạng của cánh giữ hướng
, vì ≥ 2 nên chỉ cần lấy = 2
-h = 2,018 m (m) : Chiều cao của cánh giữ hướng -At = Fc = 1,21 m2 : Diện tích cánh giữ hướng
-K2 = 1,1 : Hệ số phụ thuộc kiểu profin của cánh giữ hướng (NACA-0015 profin lồi)
-K3 = 1,15 : Hệ số phụ thuộc vị trí của cánh giữ hướng ( cánh giữ hướng nằm trong dòng chảy sau chân vịt )
3. Lực tác dụng lên đạo lưu - cánh giữ hướng
FR = FRH + FRc = 104967 + 38818 = 143785 (N) = 14672 (KG)
4. Mômen xoắn tác dụng lên trục lái của đạo lưu(PHẦN 2B/trang640)
TR = FR.r = 13709 Nm
FR = 143785 N : Lực tác dụng lên đạo lưu - cánh giữ hướng
r = b(α - e ) = 0,105 m : Khoảng cách từ tâm áp lực của hệ đến đường tâm của trục lái. b = 0.953 m : Chiều dài của đạo lưu
α = 0,33 : khi tàu chạy tiến
e = d/ lH = 0,44 : Hệ số cân bằng của đạo lưu
Tuy nhiên khi tàu chạy tiến trị số r phải không nhỏ hơn trị số rmin xác định theo công thức : rmin = 0,1 b = 0.095 m
Vậy lấy : r = 0,095 m
B - Trường hợp tàu chạy lùi 1. Lực tác dụng lên đạo lưu
FRH = K1 . K2 . K3 . 132 . A . V2 = 26242 N = 2678 kG Trong đó : A = SH = 5.33 m2 : Diện tích đạo lưu (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
V = 12 hl/h : Tốc độ của tàu. Tốc độ lùi:Va= 0,5V= 6 hl/h
2. Lực tác dụng lên cánh giữ hướng
FRc = K1 . K2 . K3 . 132 . A . V2 = 9705 (N) = 990 (KG) 1 2 1,33 3 K 2 3.36 t h A
3. Lực tác dụng lên đạo lưu - cánh giữ hướng
FR = FRH + FRc = 26242 + 9705 = 35946 N = 3668 kG
4. Mômen xoắn tác dụng lên trục lái của đạo lưu
TR = FR.r = 7522 Nm r = b(α - e ) = 0,209 m α = 0,66 : khi tàu chạy lùi
Phần IV : TÍNH KẾT CẤU ĐẠO LƯU VAØ CÁNH GIỮ HƯỚNG I. Kết cấu đạo lưu (Sổ tay thiết bị tàu thủy – tập 1 / trang 105)
1. Khoảng cách giữa các xương gia cường
Khoảng cách giữa các xương gia cường theo quy phạm không được lớn hơn 1,2 lần khoảng sườn vùng đuôi tàu và trong mọi trường hợp không vượt quá 600 mm .
Khoảng cách nhỏ nhất giữa các xương gia cường cho đạo lưu theo quy phạm được tính như sau : s = 0,2(L/100) + 0,4 = 0,467 m
Chọn : s = 0,480 m = 480 mm
2. Số tấm gia cường
Số tấm gia cường dọc : N1 = 2RH/x = DH /s = 12 tấm Số tấm gia cường ngang : N2 = lH / s - 1 = 1 tấm
3. Lựa chọn dạng kết cấu
Đạo lưu định hướng xoay có kết cấu dạng cánh tròn thoát nước và được xếp vào loại thiết bị lái cân bằng .
Do DH = 1907 mm > 1000 nên ta chọn kết cấu đạo lưu là kết cấu hàn (gồm các tấm tôn liên kết với nhau tạo thành các khung chịu lực) tròn (ngang) . Trên gân có khoét lỗ giảm trọng lượng , thoát nước và thử áp lực .
Các gân ngang gián đoạn tại gân dọc . Mép mũi và đuôi của đạo lưu được làm bằng thép tròn để tiện lợi trong quá trình công nghệ .
Phần giữa của tôn bao trong , ở vùng chân vịt là một vành trụ tròn bằng thép không rỉ. Chiều rộng của vành không nhỏ hơn chiều rộng lớn nhất của hình chiếu cánh chân vịt lên mặt phẳng đứng đi qua trục chân vịt .
Đường kính đạo lưu DH = 1907 mm > 1000 (mm) nên sử dụng mối nối côn với độ côn của mối nối theo quy phạm là 1:10 . Việc truyền momen xoắn nhờ then và đai ốc . Mayơ của đạo lưu được hàn với các khung xương và tôn vỏ bao, mặt trong của mayơ tương ứng cũng có độ côn bằng 1:10 . Phần vỏ bao đạo lưu tại vị trí đặt trục quay được làm tăng thêm chiều dày để tăng độ cứng .
4. Chiều dày tôn bao trong St
Theo điều 21.1.1.2 (3) / Chương 21 : Trang thiết bị / Qui phạm phân cấp và đóng tàu biển
vỏ thép / Phần 2B : Kết cấu thân tàu và trang thiết bị / Tàu dài từ 20 mét đến dưới 90 mét / trang 638 qui định các cơ cấu hàn của bánh lái như tôn bánh lái , xương bánh lái và cốt
bánh lái phải được chế tạo bằng thép cán dùng cho thân tàu phù hợp với những yêu cầu qui định ở Phần 7A của qui phạm này .
Vậy ta chọn vật liệu chế tạo đạo lưu và cánh giữ hướng là thép cán dùng cho thân tàu , có:
ch
= 235 N/mm2 = 235 MPa
Chiều dày tôn bao trong được xác định từ điều kiện bền khi chịu áp lực xung của chân vịt :
Chọn St = 6 mm Trong đó :
St (mm) : Chiều dày vành giữa tôn bao trong (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
x = 48 (cm) : Khoảng cách nhỏ nhất giữa các gân của đạo lưu DH = 191 (cm) : Đường kính trong của đạo lưu
[] : ứng suất cho phép , lấy bằng (0.350.5) ch của vật liệu vành [] = (0.350.5) x 235 = ( 82 ÷ 118 ) (MPa)
Chọn :
Pcv = 18223 kG : Lực đẩy của chân vịt cv = 2.17 : Hệ số đẩy của chân vịt v = 6.18 (m/s) : Vận tốc lớn nhất của tàu
Vì vành giữa tôn bao trong làm bằng thép thường nên chiều dày St lấy tăng lên 1.5mm. Vậy chiều dày vành giữa tôn bao trong của đạo lưu : St = 8 mm
5. Phần tôn bao còn lại có chiều dày St’
St’ = 0.87St = 6.96 mm
Chọn : St' = 7 mm
6. Chiều dày của xương gia cường t
Chiều dày của xương gia cường t không nhỏ hơn : 1.2 St = 9.6 mm
Chọn : t = 10 mm
7. Chiều dày tôn bao ngoài Sn
Chọn Sn= 5 mm 1.64 cv 5.14( ) t H P x S mm D 118 Mpa 37 40 4.95 240 n L S x mm L
Trong đó : L = 33.6 (m) : Chiều dài tàu
x = 0.48 (m) : Khoảng cách giữa các gân cứng tròn
Tôn bao ngoài được tính như một vỏ trụ có gân gia cường chịu áp lực thủy tĩnh nước ở chiều chìm d của tàu và lực thủy động pháp tuyến Pn .
Ứng suất lớn nhất tại các mặt cắt (STTBTT Tập 1/ Trang 106)
d = 3.36 m : Chiều chìm tàu , đo bằng áp lực tính theo chiều cao cột áp . Cứ 9.8 (N/cm2) » 10 m nuớc
Khi d = 3.36 m » 0.033 N/mm2 = 0,033 MPa
Lực pháp tuyến thuỷ động tác dụng lên đạo lưu PnH coi như phân bố đều trên bề mặt. PnH = 14334 kG = 140478 N [ 1(kG) = 9,8 (N) ; 1 (MPa) = 1 (N/mm2) ]
Ở hai đầu đạo lưu tại mặt cắt ngang :
Ở hai đầu đạo lưu tại mặt cắt dọc :
Ở giữa đạo lưu tại mặt cắt ngang :
Ở giữa đạo lưu tại mặt cắt dọc :
Trong đó : Dn = 2096 mm : Đường kính ngoài của đạo lưu lH = 953 mm : Chiều dài đạo lưu
d = 0,033 MPa : Chiều chìm tàu ( áp suất cột nước ) x = 480 mm : Khoảng cách giữa các gân cứng tròn Sn = 5 (mm) : Chiều dầy tôn bao ngoài
k2, k4, k5, k6 - hệ số được tra ở Bảng 1-31 /STTBTT I / trang 107 theo hệ số m .
k2 = 8.8 ; k4 = 0.177 ; k5 = 1.14 ; k6 = 1.723 k1, k3 - các hệ số được tính theo công thức sau :
1 14 1 2 2n . n 54.06( ) n H D P k k d D MPa x l 2 0.5 1 3 n . n 0.3 1 185.33( ) n n H D P k k d D MPa S l ' 1 14 1 4 2n . n 1.09( ) n H D P k k d D MPa x l ' 1 ' 2 . n 3 2. 5 0.3 1 21.86( ) n n H P k d D k k MPa S l 1.73 n 2 n 0.52 n D S m x D 1 6 0.223 1 2 . k k k k 3 1 0.02 2 k k k
. 1 0.962 1 n c k S x A (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
: Diện tích mặt cắt ngang gân cứng
Sau khi tính được các giá trị ứng suất ta thấy :
Việc chọn chiều dày tôn bao đạo lưu là phù hợp .
8. Bán kính của các xương
Bán kính lượn phần mũi: RH = 0,03Rt = 0,029 m Bán kính lượn phần đuôi: RB = 0,023Rt = 0,022 m
Rt = Rcv + D = 0.953 m : Bán kính trong nhỏ nhất của đạo lưu đặt từ đường tâm quay của chân vịt dọc theo đường tâm quay của đạo lưu.
Trong đó : Rcv = 0.938 m : Bán kính chân vịt
= 0,015 (m) : Khe hở giữa mút cánh chân vịt và mặt trong đạo lưu
II. Kết cấu cánh giữ hướng
1. Khoảng cách giữa các xương gia cường
Khoảng cách giữa các xương gia cường đứng không nên lấy > 1.2 lần khoảng cách các đà ngang ở vùng đuôi tàu. Đối với bánh lái tàu nhỏ, khoảng cách này không lấy > 0.6 (m)
Khoảng cách giữa các xương gia cường ngang được quy định giống như khoảng cách giữa các xương gia cường đứng .
Vậy lấy khoảng cách giữa các xương gia cường : s = 400 mm
2. Số tấm gia cường
Số tấm gia cường ngang : n1 = hc / s - 1 = 4 tấm Số tấm gia cường đứng : n2 = bc / s - 1 = 1 tấm
Vậy ta bố trí tại vị trí prôfin cánh giữ hướng có chiều dày tmax 1 tấm gia cường đứng .
3. Lựa chọn dạng kết cấu
Cánh giữ hướng có kết cấu tương tự như kết cấu bánh lái, là một khối cứng kín có dạng prôfin lưu tuyến có hệ số kéo dài lớn, đặt thẳng đứng trong mặt phẳng đối xứng của đạo lưu.
2 2 2 ( 2 ) 60189.85 4 4 H H c D t D A mm ch ch ch ch 10.5 ; 20.5 ; 1'0.5 ; 2' 0.5
Cánh giữ hướng có kết cấu hàn, được làm cứng bên trong nhờ các xương gia cường ngang, xương gia cường đứng, có tôn bao giống như bánh lái, xương gia cường đứng gián đoạn tại các xương gia cường ngang.
Khi lắp ráp cánh giữ hướng, ta lắp xương gia cường đứng và các xương gia cường ngang, sau đó hàn chúng với tôn bao thông qua các tấm nối trung gian là các xương lặp là.
Thông thường cánh giữ hướng có thể hàn liền vào tôn bao trong của đạo lưu hoặc liên kết với đạo lưu bằng các bu lông đai ốc. Khi đó ở đạo lưu và ở cánh giữ hướng hàn các xương có 8 lỗ bắt bulông. Mối nối bulông được che bằng vỏ hàn kín vào đạo lưu.
Thực tế người ta thường chọn mối ghép bu lông đai ốc để dễ tháo lắp, phục vụ cho công việc sửa chữa chân vịt.
Sau khi gia công xong đạo lưu và cánh giữ hướng thì thử áp lực để đảm bảo kín nước khi khai thác .
4. Chiều dày tôn bao của cánh giữ hướng(STTBTT/trang 94)
Trong đó : Ks = f (bc / ac) - Hệ số phụ thuộc tỉ lệ bc / ac , tỉ lệ giữa hai cạnh trực giao tấm chữ nhật . Các giá trị trung gian lấy theo nội suy bậc nhất .
bc : Giá trị lớn hơn của khoảng cách giữa các xương gia cường ngang ac : Giá trị nhỏ hơn của khoảng cách giữa các xương gia cường ngang bc = 400 mm ; ac = 400 mm ; ac / bc =1.0
Ks = f(1) = 0.554
Pnc = 6368 (kG) = 62405 (N) : Lực thủy động pháp tuyến tác dụng lên cánh giữ hướng
Fc = 1,21 m2 = 1210000 (mm2 ) : diện tích cánh giữ hướng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
118 (N/mm2) : Ứng suất cho phép khi uốn của vật liệu làm tôn vỏ bao cánh giữ hướng
d = 33.6 (m):Chiều chìm tàu,đo bằng áp lực tính theo chiều cao cột áp. 1,5 (mm) : Chiều dày tôn bổ sung tính đến hiện tượng gỉ
Chọn chiều dày tôn bao : So = 8 mm
5. Chiều dày xương gia cường đứng
S1 = (1.11.25) So = ( 8.8 10 ) mm Chọn : S1 = 10 mm Ks = 0.554; 0.576; 0.605; 0.633; 0.655; 0.671; 0.685 khi bc / ac = 1.0 ; 1.1 ; 1.2 ; 1.3 ; 1.4 ; 1.5 ; 1.6 2 0 nc C 1.5 7.44 S P P a S K d mm F 0.5T
6. Chiều dày xương gia cường ngang
Chiều dày xương gia cường ngang lấy bằng chiều dày tấm tôn vỏ bao :
S2 = So = 8 mm
7. Chiều dày tấm tôn mặt trên và dưới
S3 = (1.51.8) So = (12 14 )
Chọn S3 = 13 mm
8. Chiều dày xương lặp
S4 0.8 S0 = 6.4 mm
Chọn : S4 = 7 mm
Tính theo quy phạm
Trong mọi trường hợp, chiều dày tôn của cánh giữ hướng không được nhỏ hơn chiều tôn quy phạm quy định.
Chiều dày xương gia cường đứng : S1 = (1,1 ÷ 1,2) So = (8.8 ÷ 9.6)mm
Chiều dày xương gia cường ngang : S2 ≥ S0 = 8 mm Chiều dày tấm tôn mặt trên và dưới : S3 ≥ 1.25.S0 = 10 mm
Việc chọn chiều dày tôn của cánh giữ hướng như vậy là thỏa qui phạm
9. Giá trị lớn nhất của áp lực thuỷ động
Tôn bao mặt trong của đạo lưu chịu tải trọng nặng nề đó là áp lực thuỷ động khi chân vịt làm việc . Một cách gần đúng ta có thể xác định giá trị lớn nhất của áp lực thuỷ động tính theo công thức :
Trong đó : PB = 18223 kG : Lực đẩy của chân vịt Dcv = 188 cm : Đường kính chân vịt
10. Ứng suất trên tấm tôn bao mặt ngoài của cánh giữ hướng
Dưới tác dụng của áp lực thuỷ động DP trên tấm tôn bao mặt ngoài của cánh giữ hướng xuất hiện ứng suất và được tính theo công thức :
Trong đó : bc = 60 cm : Chiều rộng cánh giữ hướng
St = 0,8 cm : Chiều dày tôn bao của cánh giữ hướng
2 2 4 2.07 kG / cm B cv P P D 2 0.5. . c 4656 kG / cm t b P S
Hình dạng của prôfin cánh giữ hướng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Tung độ prôfin cánh giữ hướng theo prôfin Naca 0015 theo Bảng 11-4 / Sổ tay kỹ thuật đóng tàu thủy – tập 1 / trang 707
x/l (%) 0 1.25 2.5 5 7.5 10 15 20 25 0 2.367 3.268 4.443 5.250 5.853 6.681 7.172 7.421 2.48 x 0 7.5 15 30 45 60 90 120 150 y 0 14 20 27 32 35 40 43 45 x/l (%) 30 40 50 60 70 80 90 95 100 6.00 7.502 7.254 6.618 5.704 4.580 3.279 1.810 1.008 0.158 2.48 x 180 240 300 360 420 480 540 570 600 y 45 44 40 34 27 20 11 6 1 15 15 bán kính lượn cạnh dẫn Tung độ prôfin NACA0015
Profin y y 70 86 90 88 80 68 54 40 22 600
Phần V : TÍNH ĐƯỜNG KÍNH TRỤC LÁI
A - Tải trọng tác dụng
-Lực thủy động Pn gây uốn trục.
-Lực tác dụng của secto lái Pc gây uốn trục.