- 1 -
BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA ĐÓNG TÀU
THIẾT KẾ MÔN HỌC
LÝ THUYẾT TÀU
THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU CHỞ DẦU TRỌNG TẢI 14000T
HẢI PHÒNG - 2013
MỤC LỤC
Trang
Đề bài
PHẦN 1
TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG
SUẤT KÉO CỦA TÀU
1.1.
Lựa chọn phương pháp tính
1.1.1. Phương pháp lựa chọn để tính toán
1.1.2. Giới hạn của phương pháp
1.1.3. Kết luận
1.2.
Tính sức cản và công suất kéo
PHẦN 2
TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG
2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng
2.2. Tính toán hệ số dòng theo và hệ số lực hút
2.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
2.3.1. Chọn động cơ chính
2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng
2.3.3. Chọn sơ bộ vận tốc tàu
2.3.4. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
2.4. Chọn số cánh chong chóng

Chiều chìm: d = 8 (m)
Hệ số béo thể tích: C
B
= 0,75
Hệ số béo sườn giữa: C
M
= 0,98
Hệ số béo đường nước: C
WP
= 0,84
Trọng tải: DWP = 14000T
Công suất máy : P
s
= 6600 cv
PHẦN 1: TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU
1.1. Lựa chọn phương pháp tính
1.1.1. Phương pháp lựa chọn để tính toán
Trong hàng loạt các vấn đề dặt ra cho người đóng tàu thuỷ khi thiết kế một con tàu mới
cần đảm bảo hình dạng vỏ tàu và trang trí đông lực sẽ hiệu quả nhất về mặt động lực học
trong phạm vi yêu cầu thiết kế. Lần thử tàu cuối cùng sẽ tiến hành ở tộc độ yêu cầu, với công
suất nhỏ nhất phải đạt được sự phù hợp tốt nhất giữa sức cản và hiệu suất đẩy cao.
Một nhân tố khác ảnh hưởng đến thiết kế thuộc phương diện động lực học của con tàu là
cần đảm bảo không chỉ đặc tính vùng nước yên tĩnh tốt mà còn cả điều kiện hoạt động bình
thường trên biển, con tàu phải chuyển động bình thường, các mặt boong bị ướt và tổn thất tốc
độ ít trong điều kiện thời tiết xấu. Đặc tính nước yên tĩnh là điều kiện quan trọng nhất. Nứơc
tĩnh là vùng nước mà không có sang, không có gió, không có dòng chảy.
Sức cản của một con tàu ở tốc độ cho trước chính là lực cần thiết để kéo con tàu với tốc
độ đó trong vùng nước yên tĩnh. Giả sử không có giao thoa từ tàu kéo, nếu vỏ tàu không có
các phần phụ, sức kéo này được gọi là sức cản vỏ tàu trần. Công suất cần được để thắng sức
cản này gọi là công suất có ích hay công suất kéo(EPS): EPS= R.v (W)

- Kafali và Henschke – tàu vận tải cỡ nhỏ…
- Serri 60 – tàu hàng, tàu dầu, tàu chế biến hải sản…
⇒

Phương pháp lựa chọn để tính toán: phương pháp Serri 60
1.1.2. Giới hạn của phương pháp
- Giới hạn áp dụng của phương pháp Serri 60 để tính sức cản của tàu:
C
B
= 0,6 ÷ 0,8
B/d = 2 ÷ 5
L/B = 6 ÷ 8,5
L/
3
∇
= 5 ÷ 7,5 (
∇
là thể tích chiếm nước của tàu)
- Kiểm tra điều kiện áp dụng:
L/B = 137,4/20,8 = 6,606 (1-1)
B/d = 20,8/8 = 2,6 (1-2)

B
C
= 0,75 (1-3)
1.1.3. Kết luận
Tàu thoả mãn các điều kiện áp dụng của phương pháp Serri 60
- 4 -
Vậy ta có thể áp dụng phương pháp Serri 60 để tính sức cản cho tàu.
1.2. Tính sức cản và công suất kéo

B/d
và a
B/d
là hệ số tính đến ảnh hưởng của tỷ số B/d - Tra trên đồ thị 6.8 và 6.10 theo B/d =
2,6
k
l
là hệ số ảnh hưởng của chiều dài tương đối l = L/
3
∇
∇
là thể tích chiếm nước của tàu:
∇
= C
B
× L × B × d = 0,75 × 137,4 × 20,8 × 8 = 17147,52 (
3
m
)
l = L/
3
∇
= 5,33 (m)
k
l
tra đồ thị 6.11 theo l = 5,33
R
e
= vL/
ν

3
– hệ số kể đến phần nhô (bảng 1.3)
- Lực cản tàu: R =
2
1
ρ
.C × 10
3
.
v
2
.
Ω
Trong đó:
ρ
=104 KG.s
2
/m
4
Ω
là diện thích mặt ướt của tàu
Ω
= (1,01 ÷ 1,03)
Ω
0
Ω
0
= L.d.[2 + 1,37.(C
B
– 0,274).

5 C
Ro
= f (C
B,
F
r
) – Đồ thị 6.9 - 0,67 0,93 1,08 1,3 1,5
6 k
l
-

Đồ thị 6.11 - 1,39 1.36 1,33 1,3 1,27
7 k
B/d
- Đồ thị 6.8 - 1,05 1,07 1,08 1,09 1,1
8 a
B/d
– Đồ thị 6.10 - 0,901 0,901 0.901 0,902 0.903
9 C
R
= C
Ro
× k
l
×

k
B/d
× a
B/d

3
- hệ số kể đến độ
nhám (bảng 1.2)
- 0,39 0,39 0,39 0,39 0,39
13 C
AP
. 10
3
– hệ số kể đến
phần nhô (bảng 1.3)
- 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1
14 C × 10
3
= [9] + [11] + [12]
+ [13]
- 3,003 3,325 3,49 3,734 3,95
15
R =
2
1
ρ
.[14].[3].
Ω
kN 204,7 269,7 332,22 412,23 500,6
16 P
E
= [15].[2] KW 1157,4 1663,5 2219,9 2966,4 3859,6
ĐỒ THỊ CÔNG SUẤT KÉO VÀ LỰC CẢN
- 6 -
10 11 12 13 14 15 16

- 7 -
Trong đó:
P
S
= 6600cv = 4857,6 kW (1cv = 0,736 kW)
k = 0,5 ÷ 0,7 – hệ số
=> P
E
= P
S
.0,85k = 2478 kW
Từ bảng tính sức cản và công suất kéo cùng với đồ thị nội suy được:
Lực cản: R = 360 kN
Vận tốc tàu: v
S
= 13,35 hl/h
PHẦN 2: TÍNH TOÁN CHONG CHÓNG
2.1. Chọn vật liệu chế tạo chong chóng
+Vật liệu thường dùng làm chong chóng là: đồng thau ( KHB
s
C-1) đối với chong chóng có
bước tiến cố định hoặc biến bước.
+ Thép - Cacbon thường được dùng đối với chong chóng có bước cố định kết cấu hàn.
Vậy ta chọn vật liệu chế tạo chong chóng là đồng thau KHB
s
C-1.
2.2. Tính toán hệ số dòng theo và hệ số lực hút
∗
Hệ số dòng theo
ψ

B
× L × B × d = 0,75 × 137,4 × 20,8 × 8 = 17147,52 (m
3
)
D : đường kính chong chóng.

•
Đối với tàu 1 chong chóng ta chọn:
D = (0,5
÷
0,6).d
Vậy ta chọn:
D = 0,5.d = 0,5.8 = 4 (m)

T
w∆
: tổn thất dòng theo.

T
w∆
= 0,1.C
B
.(F
r
- 0,2)
Trong đó:
Fr = v/
gL

: chuẩn đồng dạng động học Froude.

t = 0,7.
T
w
= 0,221
∗
Xác định lực đẩy chong chóng T:
T

= T
E
/(1 – t)
T
E
: Lực đẩy cần thiết của chong chóng
T
E
= R/Z
P
= 360 kN
=> T = 360/(1 – 0,221) = 462,13 kN
2.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
2.3.1. Chọn động cơ chính
Vậy với P
S
=6600 cv = 4857,6 ( kW) ta chọn sơ bộ máy:
Mác động cơ Công suất
Kw
Vòng quay
v/p
Đường kính XL

= 5200 kw
P
E
= P
S
.0,85k = 2652 kW
Từ P
E
tra đồ thị lực cản và công suất kéo ta tìm được vận tốc tàu: v
S
= 13,58 hl/h
2.3.4. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
Đường kính chong chóng tính theo công thức:
D
n
= 13
4
s
S
v
P
=> D = 13
4
2
nv
P
s
S
Trong đó:
D: Đường kính chong chóng, m

Dv
A
ρ
.
v
A
: tốc độ dòng nước chảy đến chong chóng
v
A
= v.(1 -
T
w
) = 6,86.(1 – 0,316) = 4,7 m/s
ρ
= 104 KG.s
2
/m
4
= 1,04 KN.s
2
/m
4
T: lực đẩy chong chóng, T = 462,13 kN
=> k
NT
=
4
13,462
04,1
.

d
)
3/2
max








δ
D
Z
[ ]
3
10
σ
mT
Trong đó:
Z: số cánh chong chóng, Z = 4
D: đường kính chong chóng, D = 4,3 (m)
max
δ
: chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối
08,0,6,0
max
===
δ






3
4
10.6
13,462.15,1.10
= 0,501 < 0,55
- 10 -
Vậy điều kiện bền thoả mãn.
Chọn
0
A
A
E
= 0,55
2.5.2. Tính toán chong chóng và tốc độ tiến của tàu
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Các giá trị tính toán
1 v
s
knot 11 12 13 14 15
2
)1(514,0
. TSA
wvv −=
m/s 3,87 4,22 4,57 4,92 5,27
3
( )

7
0
.JaJ =
0,347 0,357 0,378 0,389 0,399
8
Jn
v
D
A
opt
.
=
m 3,718 3,94 4,03 4,216 4,403
9
42
opt
T
Dn
T
k
ρ
=
- 0,147 0,154 0,173 0,179 0,183
10
( )
Jkf
D
P
T
,=

P
η
=
kW 1354,2 1916,1 2543,1 3374,7 4367,8
14
EGS
D
S
k
P
P
ηη
=
kW 1643,2 2395,8 3179,8 4219,6 5461,4
Tra đồ thị, với v
s
= 13,58 hl/h ta được:
Ps = 3783 kW
D
opt
= 4,138 m
P/D = 0,732
=
D
η
0,6
Vòng quay làm việc của chong chóng: n = 180 (vg/ph)
2.5.3.Kiểm tra tỷ số đĩa theo điều kiện không xảy ra xâm thực
- 11 -
Theo Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo công thức sau:

sa
hPP
γ
+=
0
, kN/m
2
304,101=
a
P
- áp suất khí quyển, kN/m
2
10=
γ
- trọng lượng riêng của nước, kN/m
2
DTh
s
55,0−=
- khoảng cách từ tâm trục chong chóng đến đường nước thiết kế,m
n – vòng quay chong chóng, rps
D – đường kính chong chóng, m
T = d = 8 m
Thay số ta được:
DTh
s
55,0−=
= 8 – 0,55.4,138 = 5,724 (m)
( )
sa

2.6.1. Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng
Chiều rộng lớn nhất của cánh: b
max
b
max
=
0
187,2
A
A
z
D
E
=
501,0.
4
138,4.187,2
= 1,133(m)
Khoảng cách từ trục cánh tới mép đạp X
1
và khoảng cách từ trục cánh tới mép
thoát X
2
được xác định theo phần trăm của b
max
X
0
là khoảng cách từ trục cánh đến đường chiều dày lớn nhất được xác định theo phần trăm
chiều rộng toàn bộ (X
1


Φ
T
: Là đường kính lượn mép thoát.
b
m
: Là chiều rộng lớn nhất của chong chóng.
Ta có bảng tọa độ để xác định hình bao duỗi thẳng theo Seri B tính theo % của b
max
như sau :
Bảng hoành độ của hình bao duỗi thẳng
r/R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1

Chiều
rộng cánh
tính bằng
% chiều
rộng ở
bán kính
0,6R
Từ trục
đến mép
đạp
46,8
9
52,75 56,3
4
57,6
6
56,1 51,3

0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00
x
1
401,5 450,6 482,1 493,1 480,0 440,0 355,8 217,0 -
x
2
249,8 285,2 319,3 349,1 376,0 399,6 414,0 402,3 172,4
b 651,2 735,8 801,4 842,1 856,0 839,6 769,8 619,3 -
b
1
227,9 257,5 280,5 294,7 333,0 371,9 368,7 309,7 -
e
max
146,2 129,3 112,4 95,5 78,6 61,7 44,8 27,9 11,0
t
φ
53,1 46,7 39,9 33,1 26,7 20,7 14,9 7,4 2,7
đ
φ
10,7 9,8 9,9 9,9 9,9 9,7 9,0 7,4 3,4
- 13 -
x
o
173,6 148,1 201,6 198,4 147 68,1 -12,9 -92,7 -
2.6.2. Xây dựng profin cánh
2.6.2.1. Xác định chiều dày lớn nhất của các profin tại các tiết diện
- Chiều dày tại mút cánh:
e
R
= aD(50 – D), mm

mép thoát (%e
max
)
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp
(%e
max
)
Tun r/R 100% 80% 60% 40% 20% 20% 40% 60% 80% 90% 95% 100%
0.2 - 53.3
5
72.6
5
86.9
0
96.4
5
98.6
0
94.5
0
87.0
0
74.4
0
64.3
5
56.9
5
-
0.3 - 50.9

93.2
5
84.3
0
70.4
0
60.1
5
52.2
0
-
- 14 -
g
Độ
Mặt
hút
0.5 - 43.4
0
68.4
0
86.1
0
96.9
5
98.1
0
92.4
0
82.3
0

66.9
0
84.9
0
96.6
5
97.6
0
88.8
0
74.9
0
57.0
0
44.2
0
35.0
0
-
0.8 - 40.9
5
67.8
0
85.3
0
96.7
0
97.0
0
85.3

-
0.9
5
- - - - - - - - - - - -
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới
mép thoát (%e
max
)
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp
(%e
max
)
Tun
g
Độ
Mặt
Đạp
r/R 80% 60% 40% 20% 20% 40% 60% 80% 90% 95% 100
%
0.2 30.0
0
18.2
0
10.9
0
5.45 1.55 0.45 2.30 5.90 13.4
5
20.3
0
26.2

5
0.8 - - - - - - - - - - - 7.40
0.9 - - - - - - - - - - - -
0.9
5
- - - - - - - - - - - -
2.6.3. Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
- Chọn góc nghiêng cánh bằng 10
0
- Từ hình bao duỗi phẳng xác định được các giá trị l
1,
l
2,
h
1,
h
2
như sau:
r / R 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 0,9 1,00
l
1
l
2
h
1
h
2
2.6.4. Xây dựng củ chong chóng
2.6.4.1. Xác định đường kính trục chong chóng
- 15 -

=>
350=
B
d
mm
- Độ côn trục: k = 1/12
- Chiều dài phần côn trục: l
k
= (90 ÷ 95)%l
H
=
2.6.4.2. Xác định kích thước củ chong chóng
- Chiều dài củ l
H
lấy lớn hon 2% ÷ 3% chiều rộng lớn nhất của hình chiếu cạnh l
H
=
- Độ côn củ chong chóng: k
H
= 1/15 ÷ 1/20
Chọn k
H
= 1/15
- Đường kính trung bình củ chong chóng:
Dd
H
167,0=
= 0,69 m
- Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công cạo rà: l
0

= (0,05 ÷ 0,1)D = 0,21 ÷ 0,41 , chọn 0,3m
Trong đó: D – đường kính chong chóng,m
2.6.4.5. Tính khối lượng chong chóng
Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính như sau:
- 16 -
2
6,0
4
6,0
3
4
59,071,010.22,6
10.4
HH
H
dl
D
e
D
d
D
b
D
Z
G
γγ
+




= 0,69 m
l
H
- Chiều dài củ chong chóng, m
6,0
e
- Chiều dài cánh tại 0,6R, m
6,0
b
- Chiều rộng cánh tại 0,6R, m
- 17 -