3.10.1 Thiết kế chân vịt chọn công suất máy cần thiết để đạt tốc độ yêu cầu. Trong bài này ta sẽ tính chọn sơ bộ chân vịt, làm cơ sở để chọn máy chính. Sau đó tiến hành tính chân vịt để sử dụng hết công suất máy.
Tính chọn các thông số ban đầu:
Trên nguyên tắc cơ bản thì chân vịt có đường kính càng lớn, số vòng quay càng nhỏ thì hiệu suất công tác càng cao. Song đường kính chân vịt không thể quá lớn vì bị giới hạn bởi mớn nước tàu ở chế độ nổi và chiều chìm cánh khi tàu bay trên mặt nước, hình dáng đuôi tàu khống chế , hơn nữa nếu chân vịt quá lớn sẽ ảnh hưởng đến không tốt đến tốc độ dòng nước đuôi tàu, khiến hiệu suất thân tàu bị giảm đi không có lợi cho hiêu suất đẩy tàu.
- Trị số đường kính lớn nhất của chân vịt:
Dmax≤ (0,7÷0,8)Tcs. => Chọn Dmax = 1,2 (m).
110
- Hệ số dòng theo [Ψ].
Tính theo công thức Papmeil:
Ψ = 0,165.δ.z. √ = 0,165.0,419.1 √ ,
, = 0,268.
Trong đó:
δ = 0,65 - hệ số béo thể tích của tàu.
V = 100,632 (m3), thể tích chiếm nước của vỏ tàu tại vận tốc đang xét. D = 1,2 (m), đường kính chân vịt.
Z= 1, số chân vịt. - Hệ số hút [t].
Theo Keldvil trị số trung bình đối với hệ số hút đối với tàu kéo có 1 hoặc 2 chân vịt được xác định bằng công thức:
t = C. Ψ = 0,7.0,268 = 0,188. Trong đó:
C = 0,5- 0,7, khi bánh lái và trục lài thoát nước tốt sau chân vịt. C = 0,7- 0,9 , khi có bánh lái và trục lái hình chữ nhật.
=> Chọn C = 0,7.
- Tốc độ tịnh tiến của chân vịt: Vp.
Vp = v.(1- Ψ) = 14,55(1 - 0,268 ) = 10,65 (m/s). Trong đó: V = 14,55 (m/s) , vận tốc tại đỉnh lớn nhất của sức cản. Ψ = 0,268 – hệ số dòng theo. - Lực đẩy chân vịt [T]: T = = , , = 8517,06 (KG). - Số lượng cánh chân vịt.[Z]:
Số lượng cánh chân vịt có ảnh hưởng lớn đến tần số và độ bền của các lực kích thích sinh ra khi chân vịt làm việc. Chân vịt có ít cánh thì dễ chế tạo, nhưng khi làm việc gây ra rung động nhiều. Khi chân vịt làm nhiều cánh thì khó chế tạo hơn,
111
nhưng khi làm việc ít gây rung động hơn đồng thời giảm hiện tượng ăn mòn mặt
cánh. Hiện nay số lượng cánh chân vịt dao động 2÷6 cánh, vậy chọn Z = 4 cánh
thuận lợi cho việc chế tạo và giảm ăn mòn. - Tỷ số mặt đĩa [ ]:
Tỷ số giữa diện tích mặt cánh chiếu thẳng S0 và diện tích đường tròn S có đường kính bằng đường kính của chân vịt D (đường tròn chân vịt) là tỷ số mặt đĩa của chân vịt: = S0/S = 0,35 – 1,2.
Tỷ số này càng tăng thì hiệu suất công tác càng giảm.
Nếu tỷ số mặt đĩa nhỏ, để đảm bảo đủ độ bền ở góc cánh thì mặt cánh phải làm dày thêm, hơn nữa khi tỷ số mặt đĩa nhỏ áp lực bình quân trên một đơn vị diện tích sẽ lớn, dễ sinh bọt khí trên mặt cánh chân vịt, nhưng đảm bảo tính công tác cao. Để đảm bảo đủ độ bền cho cánh chân vịt thì tỷ số mặt đĩa không nhỏ hơn tỷ số tính theo công thức sau:
min = 0,375 ( . ).2/3 .
Trong đó:
C = 0,055, hệ số đặt trưng của chân vịt, chân vịt làm bằng hợp kim đồng mangan.
Z = 4, số cánh chân vịt.
m = 1,15 , hệ số khả năng quá tải của chân vịt.
= 0,08 - 0,1, độ dày tương đối cánh chân vịt ở bán kính tương đối r.
r = (0,6 – 0,7) R. Chợn = 0,08.
Pcv = 8517,06 (KG), lực đẩy chân vịt. => min = 0,647. Ta chọn θ = 0,7.
Hiệu suất thân tàu : ηk = = ,
, = 1,11.
Hiệu suất môi trường:ηmt = 0,9. Hiệu suất hợp số: ηhs = 0,98. Hiệu suất đường trục: ηt = 0,98.
112 Tính công suất máy: Bảng 29.
3.10.2 Tính chọn công suất máy.
Việc chọn máy chính cần phải tìm hiểu về kiểu dáng , cách phân loại sử dụng của từng hãng sản xuất.Vì thế máy tàu được phân làm các nhóm khác nhau:
- Máy tàu làm việc nặng (heavy duty – HD).
Nhóm tàu dùng cho tàu nổi họ Archimedes, làm việc ở chế độ toàn tải, liên tục.Các loại tàu thường sử dụng loại máy này gồm: Tàu kéo, tàu cá, phà chở khách, tàu khách đường dài.
- Máy tàu làm việc ở chế độ vừa phải.(Medium duty – MD).
Nhóm MD dùng cho các tàu họ Archimedes hoặc nữa planning (semi
planning). Làm việc ở chế độ không liên tục. Tàu làm việc ở chế độ này phần lớn là tàu tuần tra, tàu cá, tàu vận tải hậu cần …Máy tàu chỉ làm việc ở chế độ đầy tải không quá bốn giờ mỗi ngày. Thời gian mấy làm việc ở chế độ giảm ít nhất 10% công suất so với toàn tải.
- Máy tàu làm việc ở chế độ nhẹ.
Nhóm LD dùng cho tàu có vận tốc cao và dễ tăng tốc khi khai thác. Những tàu thường sử dụng: Tàu tuần tra các kiểu, tàu cứu hộ cứu nạn, tàu hải quan, tàu cảnh sát và tàu khách chạy nhanh , máy không được sử dụng chế độ toàn tải, chế độ toàn tải chỉ sử dụng khi đặc biệt cần thiết.
- Máy tàu làm việc trong chế độ khai thác ở chế độ rất nhẹ. (special light duty – SLD).
Nhóm tàu SLD chỉ được phép có mặt trên các tàu lướt nhẹ. Nhóm tàu này có thể bao gồm tàu tuần tra nhẹ, vận tốc cao, tàu cứu hộ chạy với vận tốc rất cao song không hoạt độ cao. Vận tốc của phương tiện này ít nhất cũng không dưới 25-30 ( hl).
Việc tính chọn máy chính cần phải xét trường hợp sức cản tàu đạt giá trị lớn nhất tức là lúc tàu chuẩn bị chuyển từ chế độ nổi sang chế độ bay . Vì lúc này máy tàu sẽ làm việc hết công suất để có thể vượt qua được đỉnh sức cản.
113
Bảng 29: Tính chọn công suất yêu cầu máy.
TT Đại lượng cần tính Đơn vị
1 Tốc độ quay giả thuyết n v/s 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 2 Tốc độ qui đổi v/p 480 540 600 660 720 780 840 900 960 1020 3 Tốc độ tịnh tiến của chân vịt [Vp]. m/s 10.65 10.65 10.65 10.65 10.65 10.65 10.65 10.65 10.65 10.65 4 Vận tốc tàu tại Rmax m/s 14.55 14.55 14.55 14.55 14.55 14.55 14.55 14.55 14.55 14.55 5 Mật độ nước [ρ] kg.m-4
.s2 104.5 104.5 104.5 104.5 104.5 104.5 104.5 104.5 104.5 104.5 8 Sức cản tàu [R] kG 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 6915.86 9 Lực đẩy chân vịt [T]. kG. 8517.1 8517.1 8517.1 8517.06 8517.1 8517.06 8517.06 8517.06 8517.06 8517.06 10 Hệ số ảnh hưởng của thân tàu [a] 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 1.05 11 Hiệu suất hợp số [ηhs] 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 12 Hiệu suất thân tàu [ηk] 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 1.11 13 Hiệu suất đường trục [ηt] 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 0.98 14 K'n=Vp/n1/2.(ρ/T)1/4 1.25 1.18 1.12 1.07 1.02 0.98 0.95 0.92 0.89 0.86 15 λp= f(K'n)- tra theo đồ thị 0.78 0.74 0.71 0.68 0.64 0.62 0.6 0.58 0.56 0.54 16 λ'p= a λp = 1,05λp 0.82 0.78 0.75 0.71 0.67 0.65 0.63 0.61 0.59 0.57 17 D=Vp/(n.λ'p) m 1.63 1.52 1.43 1.36 1.32 1.26 1.21 1.17 1.13 1.10 18 K1= T/(ρ.n2.D4). 0.18 0.19 0.20 0.20 0.19 0.19 0.20 0.20 0.19 0.19 19 H/D = f(K1,λ'p) - đồ thị 1.11 1.1 1.08 1.06 0.99 0.99 0.99 0.97 0.94 0.91 20 ηp=f(K1,λ'p).-đồ thị. 0.68 0.67 0.65 0.64 0.64 0.63 0.608 0.603 0.6 0.585 21 Nđ=R.v/(75.ηp.ηk) HP 1777.5 1804.1 1859.6 1888.6 1888.6 1918.6 1988.0 2004.5 2014.5 2066.2 22 Ne=Nđ/(ηhs.ηt.ηmt) HP 1667.4 1692.3 1744.4 1771.6 1771.6 1799.7 1864.9 1880.3 1889.7 1938.2 23 Neycđc=kđt.Ne = 1,1.Ne HP 1834.1 1861.5 1918.8 1948.8 1948.8 1979.7 2051.3 2068.4 2078.7 2132.0 Giá trị
114
KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT
Với những kết quả thu được từ tính toán lí thuyết tôi hi vọng khi tiến hành chế tạo thử nghiệm mô hình thực tế sẽ thu được những kết quả như mong đợi. Trong quá trình tính toán chúng ta vẫn còn gặp một trở ngại lớn đó chính là ta chưa có một phương pháp thiết kế cụ thể cho loại tàu cánh ngầm vì thế cần có sự quan tâm hơn nữa để có thể hoàn chỉnh việc thiết kế cũng như có quy trình chế tạo trong tương lai khi nhắc đến thiết kế tàu cánh ngầm ta không ngần ngại nói rằng: “Đây chỉ là thiết kế tàu mà thôi!”.
Nhân đây tôi cũng xin đề xuất một số ý kiến:
- Việc tìm ra một tuyến cho tàu cánh ngầm vẫn còn là một lời giải chưa có
nhiều kết quả phù hợp vì thế chúng ta cần phải chủ động nghiên cứu thiết kế để tạo ra nhiều seri tàu mẫu “made in Việt Nam”.
- Tiến hành nghiên cứu tìm ra vật liệu mới có thể sử dụng chế tạo tàu cánh
ngầm để có thể giảm được trọng lượng thân tàu.
- Cần có thêm nhiều sự đầu tư của nhà nước và các tổ chức, cá nhân cùng
115
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Đặng Đức Cường. và Đặng Văn Phước. Luận văn thạc sĩ “Nghiên cứu thiết kế
và chế tạo thử nghiệm thuyền cánh ngầm chạy bằng sức người – Human power hydrofoil”, Nha Trang , 2010.
[2] PGS.TS.Trần Gia Thái. Lý thuyết tàu.Thiết kế tàu thủy.Kết cấu thân tàu. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật.
[3] PGS.TS.Trần Công Nghị.Thiết kế tàu cỡ nhỏ chạy nhanh.Thành Phố Hồ Chí Minh, 10/2001.
[4] Quy phạm phân cấp đóng tàu biển vỏ thép, TCVN 6259 – 1A : 2003. [5] PGS.TS Trần Công Nghị.Bố trí tàu thủy.Thành phố Hồ Chí Minh, 2002.