Thiết kế tàu du lịch hoạt động trên tuyến Vũng Tàu – Nha Trang, sức chở 150 khách, Tốc độ 16 HL/giờ

Phaàn VIII: SÖÙC CAÛN VAØ THIEÁT BÒ ÑAÅY TÍNH TOAÙN SÖÙC CAÛN I - TÍNH TOAÙN SÖÙC CAÛN 1.1 Caùc thoâng soá cô baûn Chieàu daøi thieát keá Ltk = 39.5 m Chieàu roäng thieát keá Btk = 5 m Chieàu cao maïn H = 2.64 m Chieàu chìm T = 1.65 m Heä soá beùo theå tích CB = 0.598 Vaän toác khai thaùc V = 16 HL/h = 8.24 m/s 1.2 Tính toaùn söùc caûn cuûa taøu baèng phöông phaùp gaàn ñuùng: Duøng phöông phaùp Papmel: Phaïm vi öùng duïng cuûa phöông phaùp naøy laø: CB = 0.35 ñeán 0.8 L/B = 4 ñeán 11 B/T = 1.5 ñeán 3.5 Fr < 0.9 Ñoái vôùi taøu thieát keá: CB = 0.598 L/B = 7.9 B/T = 3 Fr = 0.42 Vaäy thoâng soá cuûa taøu thieát keá thoõa maõn ñeå söû duïng phöông phaùp treân. Papmel döïa treân cô sôû thí nghieäm moâ hình vaø thöû caùc loaïi taøu thöïc ñeà ra phöông phaùp tính suaát keùo cho taøu sau ñaây: trong ñoù: V = 194.9 m3 L = 39.5 m vs = 16 HL/h x = 1 l = 0.7 + 0.3*L/100 = 0.82 y = 10*CB*B/L = 0.76 Suy ra: N0 = 5.51 trong ñoù: Heä soá Cp ñöôïc xaùc ñònh treân ñoà thò, hình 84 STKTÑT trang 4, phuï thuoäc vaøo v's ñöôïc tính nhö sau: 0.14 vs = 2.2 Tra ñoà thò ta ñöôïc : Cp = 26 Suy ra: N0 = 434 PS Sau khi xaùc ñònh ñöôïc N0, thì söùc caûn cuûa taøu ñöôïc tính baèng coâng thöùc: R = 75*N0/v = 3950 (kG) trong ñoù: v = 8.24 m/s Baûng tính söùc caûn vaø coâng suaát keùo. STT Kyù hieäu Ñôn vò Keát quaû Coâng thöùc 1 Vs Hl/h 14 15 16 17 18 19 2 v m/s 7.21 7.72 8.24 8.75 9.26 9.78 3 Fn 0.37 0.39 0.42 0.44 0.47 0.50 4 v' = 0.14Vs Hl/h 2.0 2.1 2.2 2.4 2.5 2.7 5 Cp, töø ñoà thò 28 27 26 26 26 26 6 N0 = 5.51Vs3/Cp PS 270 344 434 520 618 726 7 R = N0*75/v kG 2808 3343 3950 4459 4999 5570 Hình: söùc caûn vaø coâng suaát keùo. II. Tính choïn caùc thoâng soá môû ñaàu: 1. Soá truïc chaân vòt: Choïn soá truïc chaân vòt cho taøu thieát keá laø 2 truïc. 2. Ñöôøng kính chaân vòt: Treân nguyeân taéc cô baûn thì chaân vòt coù ñöôøng kính caøng lôùn, soá voøng quay caøng nhoûthì hieäu suaát caøng cao. Ñöôøng kính chaân vòt phuï thuoäc vaøo hình daïng voøm ñuoâi, môùn nöôùc. Thoâng thöôøng ñöôøng kính lôùn nhaát cuûa chaân vòt baèng: Dmax =0.7T = 1.16 m 3 .Tính heä soá doøng theo w: Coâng thöùc Papmel: 0.11 trong ñoù: n = 2 : soá chaân vòt treân taøu D = 1.16 m : ñöôøng kính chaân vòt Dw = 0.1(Fn-0.2) = 0.022 : do Fn > 0.2 V = 194.9 m3 : theå tích chieám nöôùc cuûa taøu 4 .Tính heä soá huùt: Coâng thöùc Taylor: t = 0.7w - 0.06 = 0.14 (ñoái vôùi taøu 2 chaân vòt) 5 .Nhieät ñoä vuøng nöôùc taøu hoaït ñoäng: Nhieät ñoä vuøng nöôùc taøu hoaït ñoäng: t = 200C Tra baûng 2, GTHDTKCV, trang 11, ta ñöôïc Pñ = 238 KG/m2 :aùp suaát khí baõo hoøa 6. Ñoä chìm truïc chaân vòt (hs) Nguyeân taéc chung boá trí truïc chaân vòt laø ñaët caøng saâu caøng toát, xong moïi tröôøng hôïp chieàu chìm hs lôùn hôn ñöôøng kính truïc chaân vòt. hs = T -(H/2 + d ) = 1.03 m d = 0.04*D = 0.046 m (d laø khoûang caùch töø muùt döôùi caùnh chaân vòt ñeán ñöôøng chuaån) 7. Tính choïn soá caùnh chaân vòt (Z): 1.16 < 1 Ta choïn Z = 4 trong ñoù: vp: toác ñoä tieán cuûa taøu v = 8.24 m/s :vaän toác cuûa taøu thieát keá r = 104.8 kg.s2/m4 :maät ñoä chaát loûng T =R/(1 - t) = 4578.5 kG: löïc ñaåy cuûa caùnh chaân vòt vp = v(1-w) = 7.33 m/s Choïn soá voøng quay cuûa chaân vòt n = 360 v/p = 6.0 v/s 8. Tính choïn tyû soá ñóa q: * Ñeå ñaûm baûo ñuû ñoä beàn cho caùnh vaø cuû chaân vòt neân choïn tæ soá ñóa khoâng nhoû hôn trò soá tính theo coâng thöùc sau: trong ñoù: C' = 0.055 :vaät lieäu laøm chaân vòt baèng ñoàng thau m' = 1.15 :heä soá khaû naêng quaù taûi cuûa chaân vòt dmax = 0.1 :ñoä daøy töông ñoái cuûa caùnh chaân vòt ôû baùn kính töông ñoái r = (0.6 ¸0.7)R D = 1.16 m: ñöôøng kính chaân vòt T = 4578.5 kG Z = 4 : soá caùnh chaân vòt Vaäy qmin = 0.47 * Ñeå ñaûm baûo traùnh hieän töôïng sinh boït khí treân caùnh chaân vòt thì tyû soá ñóa phaûi ñaûm baûo lôùn hôn giaù trò tính töø coâng thöùc: trong ñoù: n = 6.0 v/s D = 1.16 m x = 1.6 P1 = 10330 + ghs - Pñ = 11144 KG/m2 KC =f(Z,H/D,lp) = 0.125 lp = vp/n.D = 1.06 H/D = 0.84 Vaäy q"min = 0.36 Keáât luaän: Choïn tyû soá ñóa sao cho vöøa ñuû ñoä beàn, vöøa khoâng xaûy ra hieän töôïng xaâm thöïc, ñoàng thôøi phaûi ñaûm baûo hieäu suaát coâng taùc choïn tyûû soá ñóa chaân vòt q = 0.55 9. Goùc nghieâng caùnh: Choïn n = 10 10. Hieäu suaát thaân taøu: 1.0 III .Tính choïn ñoäng cô (Döïa theo ñoà thò Z = 4, q = 0.55 cuûa Papmel) - Hieäu suaát truïc chaân vòt, ta choïn ht = 0.97 - Hieâu suaát cuûa hoäp soá hhs = 0.98 - Heä soá aûnh höôûng thaân taøu a = 1.05 : taøu 1 chaân vòt. Vieäc tính choïn ñoäng cô ñöôïc thöïc hieän theo baûng tính sau: STT Ñaïi löôïng caàn tính Ñ.vò Giaù trò hoaëc xaùc ñònh 1 Soá voøng quay giaû thieát N vg/ph 240 300 360 420 480 540 2 n v/s 4 5 6 7 8 9 3 - 1.42 1.27 1.16 1.08 1.01 0.95 4 ñoà thò - 0.9 0.82 0.75 0.7 0.65 0.61 5 - 0.93 0.84 0.77 0.72 0.67 0.63 6 m 1.22 1.18 1.16 1.15 1.14 1.13 7 - 0.224 0.216 0.214 0.198 0.179 0.169 8 - 0.88 0.86 0.84 0.815 0.8 0.78 9 - 0.65 0.64 0.63 0.62 0.61 0.59 10 PS 688 699 710 721 733 758 11 PS 724 735 747 759 771 797 Qua ñoà thò ta choïn soá voøng quay chaân vòt laø n = 360 v/p Coâng suaát cuûa maùy laø 747 PS, khi chaân vòt coù ñöôøng kính laø 1.16m. Vaäy choïn maùy chính cuûa haõng CAT - Vee 8 (Myõ) coù caùc thoâng soá sau: Ne = 755 PS n = 1200 v/p g = 140 L/h vaø boä truyeàn coù tyû soá truyeàn i = 1:3.3 Tính choïn chaân vòt ñeå söû duïng heát coâng suaát cuûa maùy Coâng suaát truyeàn ñeán truïc chaân vòt: Nd = Ne.hthhs = 718 PS 1 Toác ñoä giaû thieát m/s 8.24 8.26 2 vp =v(1-w) m/s 7.33 7.35 3 R = f(v), ñoà thò KG 3950 3951 4 T = R/(1-t) kG 4578 4580 5 - 1.163 0.600 6 - 0.75 0.375 7 - 0.773 0.394 8 m 1.16 1.15 9 - 0.214 0.220 10 - 0.84 0.85 11 - 0.63 0.62 12 PS 710 724 Qua keát quaû tính ôû baûng treân , ta thaáy ôû toác ñoä v = 8.24 m/s thì chaân vòt caàn coâng suaát ñeå ñaåy taøu laø 710 PS Coâng suaát ñoù sai leänh vôùi coâng suaát maø chaân vòt thu ñöôïc töø maùy taøu naèm trong khoaûng cho pheùp. Vaäy chaân vòt thieát keá coù caùc tham soá chuû yeáu sau: - Ñöôøng kính chaân vòt : D = 1.16 m - Tyû soá böôùc xoaén: H/D = 0.84 - Soá caùnh chaân vòt: Z = 4 - Hieäu suaát coâng taùc: hp = 0.63 - Soá voøng quay chaân vòt n = 360 v/p IV. Kieåm tra beàn theo coâng thöùc Romson: Phöông phaùp Romson ra ñôøi sau khi caùc cô sôû lyù thuyeát doøng xoaùy ñöôïc aùp duïng vaøo lyù thuyeát thieát keá chaân vòt vaø tính ñoä beàn chaân vòt. Phöông phaùp Romson tính ñeán aûnh höôûng coâng suaát maùy chính, taàn suaát quay chaân vòt trong nöôùc, hieäu suaát chaân vòt vaø toác ñoä tieán cuûa chaân vòt trong moi tröôøng thöïc. ÖÙng suaát trong moãi maët caét ñöôïc coi laø toång ñaïi soá öùng suaát do momen uoán gaây neân öùng suaát s1 vaø s2 do löïc li taâm . s = s1 + s2 Coâng thöùc tính öùng suaát s1 do momem uoán gaây ra: ÖÙng suaát keùo: ÖÙng suaát neùn: Coâng thöùc tính öùng suaát s2 do löïc li taâm. ÖÙng suaát keùo: ÖÙng suaát neùn: Trong ñoù: Nd = 710 PS: coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt n = 360 v/p: soá voøng quay chaân vòt z = 4 : soá caùnh chaân vòt hp = 0.63 : hieäu suaát laøm vieäc cuûa chaân vòt lp = 0.77 : heä soá tieán cuûa chaân vòt b: chieàu roäng cuûa chaân vòt taïi r,(m) e: chieàu daøy cuûa chaân vòt taïi r,(cm) D = 1.16 m: ñöôøng kính chaân vòt Caùc heä soá C1, C2, X0 mieâu taû ñaët tröng phaân boá löïc ñaåy, löïc voøng treân caùnh chaân vòt ñoïc treân ñoà thò. Caùc heä soá C3, x2, z0 mieâu taû ñaët tröng cho ñieåm ñaët li taâm, ñoïc treân ñoà thò vaø qK: laø caùc heä soá moâ ñun maët caét Taát caû caùc heä treân ñöôïc ñoïc hai baûng döôùi ñaây: Heä soá Maët caét Ghi chuù 0.2R 0.6R qK 0.096 0.1 Duøng khi keùo qN 0.086 0.8 Duøng khi neùn z0 0.58 0.345 + khi keùo, - khi neùn Heä soá Baùn kính r/R 0.2 0.6 C1 5.9 2.58 C2 57 15.9 C3 0.51 0.87 x0 0.64 0.78 b 0.27 0.35 e 4.72 2.54 qK 0.096 0.1 qN 0.086 0.8 hP 0.48 lP 0.38 X0 0.79 * Kieåm tra ñieàu kieän beàn taïi r = 0.2R - ÖÙng suaát keùo: s1,K = 284.95 kG/cm2 s2,K = 148.1 kG/cm2 - ÖÙng suaát neùn: s1,N = 318.1 kG/cm2 s2,N = 126.3 kG/cm2 Þ sK = 433.05 kG/cm2 sN = 444.4 kG/cm2 Ta coù öùng suaát cho pheùp cuûa ñoàng thau: sC = 600 - 700 kG/cm2 Keát quaû tính treân ñaây cho thaáy, öùng suaát keùo vaø neùn taïi caùc vò trí treân thaáp hôn giaù trò beàn giôùi haïn cuûa vaät lieäu. Vaø nhö vaäy caùnh chaân vòt neâu treân ñaûm baûo ñoä beàn taïi r = 0.2R * Kieåm tra ñieàu kieän beàn taïi r = 0.6R - ÖÙng suaát keùo: s1,K = 244.13 kG/cm2 s2,K = 270.4 kG/cm2 - ÖÙng suaát neùn: s1,N = 40.5 kG/cm2 s2,N = 30.6 kG/cm2 Þ sK = 514.53 kG/cm2 sN = 71.1 kG/cm2 Ta coù öùng suaát cho pheùp cuûa ñoàng thau: sC = 600 - 700 kG/cm2 Keát quaû tính treân ñaây cho thaáy, öùng suaát keùo vaø neùn taïi caùc vò trí treân thaáp hôn giaù trò beàn giôùi haïn cuûa vaät lieäu. Vaø nhö vaäy caùnh chaân vòt neâu treân ñaûm baûo ñoä beàn taïi r = 0.6R V. Tính khoái löôïng vaø momen quaùn tính chaân vòt: Tính khoái löôïng chaân vòt: Khoái löôïng chaân vòt coù theå xaùc ñònh chính xaùc baèng caùch tính rieâng khoái löôïng loõi vaø khoái löôïng caùnh. Trong tính toaùn coù theå xaùc ñònh moät caùch nhanh choùng baèng coâng thöùc thöïc nghieäm. Ñeå tính khoái löôïng caû chaân vòt, duøng coâng thöùc Kopeetski: (kg) Trong ñoù: - g = 8920 kg/m3: khoái löôïng rieâng cuûa ñoàng thau - Z = 4 : soá caùnh cuûa chaân vòt - D = 1.16 m: ñöôøng kính chaân vòt - b0.6 = 0.35 m: chieàu roäng caùnh taïi r = 0.6R -e0.6 = 0.03 m: chieàu daøy lôùn nhaùt cuûa caùnh taïi r = 0.6R - dh = 0.194 m: ñöôøng kính cuû chaân vòt - lh = 0.3 m: chieàu daøi cuû chaân vòt G = 159 (Kg) Momen quaùn tính: Momen quaùn tính cuûa chaân vòt ñöôïc tính theo coâng thöùc thöïc nghieäm, ta coù coâng thöùc sau: = 981 (m4) trong ñoù: 38495 - g = 9.81 m/s2 - AC/A0 = q = 0.55 - g = 8920 Kg/m3 - D = 1.16 m: ñöôøng kính chaân vòt - C1 = 1.025 : heä soá aûnh höôûng cuûa loõi - C2 = 1 : heä soá aûnh höôûng cuûa proâil - C3 = 1 : heä soá aûnh höôûng daïng caùnh - C4 = 0.15(e0 + ed)/e0 - 0.089= 0.073 trong ñoù: e0 = 0.049D = 57.9 mm ed = 0.0035D = 4 mm Xaây döïng baûng veõ chaân vòt: Kích thöôùc hình hoïc cuûa chaân vòt: Ñöôøng kính cuû chaân vòt. dh = 0.167D = 194 mm Ñöôøng kính ñaàu cuû chaân vòt. d1 = (0.18 – 0.204)D. Choïn d1 = 0.19*D = 220 mm Ñöôøng kính phía nhoû. d2 = (0.13 – 0.14)D choïn d2 = 0.135*D = 156 mm Chieàu daøi cuû lh = (0.2 – 0.27)*D Choïn lh = 0.26*D = 300 mm Chieàu daøi muõ ñaàu cuû. l2 » dh = 194 mm Ñoä coân trong. Ð 1:15 – 1:10 Choïn Ð 1:10 Baùn kính löôïn caùnh vôùi cuû. Phía nhoû: R = 0.03D = 34 mm Phía lôùn: R = 0.035D = 40 mm Chieàu daøy muùt caùnh. ed = (0.0035 – 0.004)D Choïn ed = 0.0035D = 4 mm Chieàu daøy giaû ñònh ôû ñöôøng truïc. e0 = 0.049D = 57.9 mm Ñoä nghieâng caùnh. Ñoä nghieâng caùnh ñoái vôùi taøu 1 chaân vòt naèm trong khoaûng 60 – 100. Choïn ñoä nghieâng caùnh cuûa chaân vòt thieát keá laø 100. Ñaëc tröng hình hoïc cuûa caùnh chaân vòt. Toïa ñoä ñöôøng bao caùnh vaø proâfil caùc maët caét caùnh tính theo tieâu chuaån cuûa beå thöû Wageningen. Keát quaû ñöôïc trình baøy theo baûng döôùi ñaây. Baûng 1: Ñöôøng bao caùnh chaân vòt nhoùm B.4 Chuù thích: b1: laø khoaûng caùch töø truïc ñeán meùp daãn b2 : laø khoaûng caùch töø chieàu daøy max ñeán meùp daãn b: laø khoaûng caùch töø meùp daãn ñeán meùp thoaùt b b1/b b1 b2/b b2 tmax/D tmax 0.2 1.662 265.1 0.617 163.6 0.35 92.78 0.0406 47.1 0.3 1.882 300.2 0.613 184 0.35 105.1 0.0359 41.64 0.4 2.05 327 0.601 196.5 0.35 114.4 0.0312 36.19 0.5 2.152 343.2 0.586 201.1 0.355 121.9 0.0265 30.74 0.6 2.187 348.8 0.561 195.7 0.389 135.7 0.0218 25.29 0.7 2.144 342 0.524 179.2 0.442 151.1 0.0171 19.84 0.8 1.97 314.2 0.463 145.5 0.478 150.2 0.0124 14.38 0.9 1.582 252.3 0.351 88.57 0.5 126.2 0.0077 8.932 1 - - - - - 0.003 0.003 3.48 Baûng 2: Toïa ñoä caùc proâfil caùnh. r/R Töø ñieåm daøy nhaát ñeán meùp thoaùt,% Töø ñieåm daøy nhaát ñeán meùp daãn,% 100 80 60 40 20 20 40 60 80 95 100 Maët huùt 0.2  - 26.3 34.2 41 45.4 46.40 44.50 45.01 35.06 29.70  - 0.3  - 22.2 29.8 36.1 40.3 41.02 39.10 35.7 30.2 26.1  - 0.4  - 17.2 25.4 31.3 35 35.5 33.6 31.1 26.9 23.3  - 0.5  - 13.3 21 26.5 29.8 30.2 28.4 25.3 22.3 19.1  - 0.6  - 10.2 17 21.6 24.5 24.8 23.1 20.1 16.1 13.2  - 0.7  - 7.8 13.3 16.8 19.2 19.4 17.6 14.9 11.3 8.8  - 0.8  - 5.9 9.8 12.3 13.9 14.01 12.3 9.9 6.9 5  - 0.9  - 4 6.3 7.8 8.7 8.7 7.8 6.3 4.4 2.9  - Maët ñaåy 0.2 8.572 5.134 2.567 0.707 0.212 1.083 2.779 6.335 9.561 12.34 18.8 0.3 5.08 2.415 0.708 0 0.021 0.541 1.915 4.518 6.891 9.244 15.6 0.4 2.244 0.543 0 0 0 0.109 0.959 2.823 4.524 6.478 12.5 0.5 0.538 0 0 0 0 0 0.215 1.322 2.598 4.088 9.34 0.6 0 0 0 0 0 0 0 0.202 1.125 2.124 6.2 0.7 0 0 0 0 0 0 0 0 0.079 0.486 3.18 0.8 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1.06 Baûng 3: Ñöôøng kính löôïn. r/R tmax dH dr 0.2 47.1 18 - 0.3 41.64 14 - 0.4 36.19 12.6 - 0.5 30.74 9.6 - 0.6 25.29 6.8 - 0.7 19.84 6.4 - 0.8 14.38 1.8 1.8 0.9 8.932 1 1.6 ñænh 3.48 1 Trong ñoù: dH : ñöôøng kính löôïn phía caïnh daãn dr : ñöôøng kính löôïng phía caïnh theo Tính choïn then. Chieàu roäng then: bt = (0.25 – 0.3)db Choïn bt = 0.25.db = 38 mm trong ñoù: = 148 mm Ne = 755 PS: coâng suaát maùy n = 360 v/p: soá voøng quay chaân vòt D = 1.16 m: ñöôøng kính chaân vòt Chieàu cao then: ht = (0.5 – 0.6)bt Choïn ht = 0.5br = 20 mm Chieàu daøi then: lt = 0.9(lh – 7) = 164 mm trong ñoù: lh = 190 mm: chieàu daøi cuû. Xaây ñöïng tam giaùc ñuùc: Vieäc xaây döïng tam giaùc ñuùc sau khi thieát keá xong chaân vòt, nhaèm muïc ñích giuùp ngöôøi thieát keá khuoân ñuùc chính xaùc chaân vòt ñuùng nhö chaân vòt ñaõ thieát keá. Baùn kính khuoân ñuùc: Rf Rf = 1.1 R = 1.1*0.58 = 0.638 m Caùc thoâng soá cô baûn cuûa tam giaùc ñuùc: mr = 0.102 m 0.112 m 0.466 m 0.536 m (vôùi j1 = 420 vaø j2 = 480 ño treân hình veõ) H/z = 243.6 H/D = 0.84