TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA CƠ KHÍ
THIẾT KẾ MÔN HỌC: LÝ THUYẾT TÀU
ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ CHONG CHÓNG TÀU CHỞ HÀNG KHÔ
Sinh viên : Ngô thị Diệu Linh
Lớp : MTT51- ĐH
2
NỘI DUNG THIẾT KẾ
Đề bài
1. Loại tàu: tàu Hàng
2. Chiều dài tàu : L = 51,0 (m)
3. Chiều rộng của tàu : B = 8,25 (m)
4. Chiều chìm tàu : d = 3,5 (m)
5. Chiều cao mạn tàu : D = 4,35 (m)
6. Hệ số béo thể tích : C
B
= 0,70
7. Lắp máy : 500 (cv)
8. Tàu 1 chong chóng.
9. Vùng hoạt động : vùng biển Hải Phòng -Singapore
10. Hệ số béo sườn giữa : C
M
= 0.978
11.Hệ số béo đường nước thiết kế : C
wp
= 0.882
1
PHẦN I .TÍNH SỨC CẢN
1.1. Các thông số thiết kế của tàu :
- Loại tàu : tàu Hàng khô
- Vùng hoạt động : vùng Hải Phong -Singapore.

= 0,6
÷
0,8.
- C
p
= 0,612
÷
0,815
- l=
5,75
3
÷=
∇
L
1.3.Kiểm tra điều kiện áp dụng
-
B
L
= 6,2
-
d
B
= 2,4
-
B
C
= 0,70
- ∇ = C
B
.L.B.d = 0,7.51.8,25.3,5= 87,465 (m


Vs = { 8 ; 9 ; 10 ;11 ;12 }
-Bảng kết quả tính:
STT Đại lượng tính toán Đơn vị Vận tốc giả thiết
1 Vận tốc giả thiết v
s
hl/giờ 8 9 10 11 12
2 Vận tốc giả thiết v m/s 4.1176 4.6323 5.147 5.6617 6.1764
3 v
2
m
2
/s
2
16.95463 21.4582 26.4916 32.0548 38.1479
4 Fr = v/(gL)
1/2
- 0.184088 0.2071 0.23011 0.25312 0.27613
5 C
Ro
=C
Ro
(C
B
,Fr) - 0.000731 0.00093 0.00144 0.00174 0.004
6
l=L/∇
1/3
- 5 5 5 5 5
7 l

12 a
B/d
=a
B/d
(B/d,Fr) - 0.78 0.78 0.78 0.78 0.78
13 C
R
=C
Ro
.k
l
.k
B/d
.a
B/d
- 0.000731 0.00087 0.00128 0.00158 0.00386
14 Re=vL/υ - 1.99E+08 2.2E+08 2.5E+08 2.7E+08 3E+08
15 C
F
=0,455/(logRe)
2,58
- 0.001936 0.00191 0.00188 0.00186 0.00183
16 C
A
- 0.00035 0.00035 0.00035 0.00035 0.00035
17 C
AP
- 0.00015 0.00015 0.00016 0.00015 0.00015
18 C=C
F







−+
d
B
CdL
B
.274,0.37,12
=607,023 (m²
- Hệ số lực cản : C = C
F
+ C
R
+ C
A
+ C
AP
CF :Hệ số lực cản ma sát,tính theo công thức:
( )
58,2
log
455,0
e
F
R
C

: Hệ số lực cản của các phần nhô.
Với tàu một chong chóng,chiều dài 51 (m).Chọn C
AP
= 0,15.10
-3
C
R
:Hệ số lực cản dư tính theo Seri 60.
-Với tàu có mũi với sườn dạng chữ U,V hoặc trung gian giữa U và V,hệ số sức cản dư được tính
như sau :
C
R
= C
Ro
.k
l
.k
B/d
.a
B/d
Trong đó :
- C
Ro
= f(C
B
,Fr) tìm được theo đồ thị phụ thuộc của C
R
và l
o
vào C

- Hệ số ảnh hưởng của chiều dài tương đối l=
3
∇
L
= 5,049
4
-l
o
=f(C
B
) tìm được từ đồ thị phụ thuộc của C
R
và l
o
vào C
B
.
-Fr =
Lg
v
.
: chuẩn đồng dạng Froude đặc trưng cho chất lỏng có trọng lực và lực quán tính.
- L = 51 (m) ;g =9,81 (m/s
2
)d
B
2,4 C

(52 62)%Cu
÷
,
(0,5 3,0)%Al
÷
,
(0,5 4,0)%Mn
÷
,
(35 40)%Zn
÷
,
(0,5 2,5)%Fe
÷
,
1,0%Ni
≤
,
1,5%Sn
≤
,
0,5%Pb
≤
_Giới hạn độ bền
+Giới hạn chảy:
2
175( / )N mm≥
+Giới hạn bền kéo:
2
460( / )N mm≥

240
600
=
-Có số vòng quay định mức n= 250 (vg/ph)
suy ra (v/s).
2.3.2. Chọn sơ bộ vòng quay của chong chóng
Từ catalog máy năm 2005
Ta chọn vòng quay n= 250 (v/ph) tương ứng với P
s
= 368 (kW)

2.3.3. Chọn sơ bộ vận tốc tàu
Từ đồ thị lực cản và công suất kéo ta có
Với công suất kéo của tàu P
E
=255 (cv) có vận tốc sơ bộ V
S
=11,459 (knot).

2.3.4. Chọn sơ bộ đường kính
6
Dựa vào công thức :
4
. 13.
S
S
P
D n
v
=

d
D
.
6,057,0
5,3
998,1
≈=
Với chiều chìm tàu d = 3,5 (m)
2.4 .Chọn số cánh chong chóng .
Hệ số lực đẩy chong chóng theo vòng quay:

4
T
n
v
k
A
NT
ρ
=

T
DVK
ADT
ρ
=
V
A
- Vận tốc tịnh tiến của chóng chóng,m/s
n - Vòng quay chong chóng .rps

n : Số vòng quay của chong chóng n=4 (vòng/giây)
ρ: Mật độ chất lỏng ρ = 1,025 T/m
3
vậy
==
4
T
n
v
k
A
NT
ρ
93,0
195,104
025,1
0,4
889,5
4
=

==
T
DVK
ADT
ρ
17,1
195,104
025,1
.998,1.889,5


[ ]
3
3/2
max
10
σ
δ
mT
D
Z








Trong đó :
Z – Số cánh chong chóng
D – Đường kính chong chóng ,m
δ :chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương đối
08,0:6,0
max
===
δ
R
r
r

5,0
10.6
195,104.15,1.10
08,0.998,1
4
3
4
3/2
=







-Chọn
55,0
0
=
A
A
e

8
2.5.2 Tính toán chong chóng và tốc độ tiến của tàu
Stt
Đại lượng tính
Đơn
vị

k
A
NT
ρ
=
- 0.97451 1.02532 1.05052 1.08265 1.00933
6
J
O
=f(k
NT
)
- 0.58 0.613 0.637 0.653 0.6001
7
J=a.J
O
- 0.609 0.64365 0.66885 0.68565 0.63011
8

nJ
V
D
A
opt
=
m 1.68933 1.79818 1.9227 2.06315 2.44912
9

42
opt

D
t
i −
−
=
- 0.79127 0.81048 0.81468 0.81949 0.79697
13
D
s
D
v
P
R
η
=
Kw 168.89 242.467 370.687 526.128 1106.48
14
k
P
P
E
GS
D
S
ηη
=
Kw 198.694 285.255 436.102 618.975 1301.75
9
0Xây dựng đồ thị: P
S

/(nD) =0,63
K
T
=T/(ρ.n
2
.D
4
)= 0,1518
Tra đồ thị thiết kế chong chóng ứng với (A
E
/A
0
) =0,55 với Z=4
Ta có hiệu suất của chong chóng trong nước tự do : η
0
=0.66375
Tỉ số bước hình học P/D =0.851
Kết luận:
Các đặt trưng hình học của chong chóng
D =2,45 m
P/D =0.851
Z=4
A
E
/A
o
=0,55
Các đặc tưng thủy động học của chong chóng
J=0,63
K

=
trong đó:
ξ
- hệ số thực nghiệm phụ thuộc trọng tải,
ξ
= (1,3 ÷1,6).Đối với chong chóng nặng
tải,
ξ
= 1,6
C
K
=
( , / , )
C C
K K Z P D J=
- hệ số đặc trưng xâm thực, tra đồ thị,
C
K
=0,42
0
p
- áp suất thủy tĩnh tại độ ngập sâu trục chong chóng, kN/m
2
0
101,340 . .
S
p g h
ρ
= +
= 101,340+10.2,401= 125,35 kN/m

E
A
A
 
 ÷
 
=0,437 do đó chong chóng đảm bảo điều kiện chống xâm thực.
2. 6. Xây dựng bản vẽ chong chóng
2.6.1. Xây dựng hình bao duỗi thẳng của chong chóng
Chiều rộng lớn nhất của cánh b
max
)(6,055,0
4
998,1.187,2187,2
0
max
m
z
D
A
A
b
E
===
Ta có bảng tọa độ để xác định hình bao duỗi thẳng theo Seri B tính theo % của b
max
như sau:
Bảng 2.6.1: Bảng hoành độ của hình bao duỗi thẳng.
Bảng 2.6.2:Bảng trị số hoành độ của hình bao duỗi thẳng.
11

r
r
R
−
=
Bảng 2.5: Xác định chiều dày max của các profin tại các tiết diện.
12
2.6.2.2. Bảng tung độ profin cánh
Bảng 2.6:Bảng tung độ profin cánh.
13
2.6.3. Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
- Chọn góc nghiêng cánh bằng 10
o
-Cách xây dựng hình chiếu pháp và hình chiều cạnh:
Từ điểm O trên đường trục ở hình bao duỗi phẳng hình bao duỗi phẳng, theo hướng về phía
mép theo ta đặt một đoạn thẳng OH= P/2π = 604 mm, H gọi là điểm cực .Tại H kẻ những tia đi qua
điểm giao nhau giữa trục thẳng đứng với các bứn kính đường tròn r
i
khác nhau.
Tại mút profin, tiến hành kẻ các đường thẳng tiếp tuyến song song và vuông góc với tia HA,
kết quả nhận được những đoạn cắt a
1
, a
2
, b
1
,b
2
.
Sau đó trên hình chiếu pháp, từ tâm O

l
2
A
2
A
2
C'
C
h
2
h
1
P/2π= 690 mm
l
1
h
2
Hình 2.1: Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
- Từ hình bao duỗi phẳng ta xác định được các giá trị a
1
, a
2
, b
1
, b
2
như sau:
- Nêu
cách xây dựng hình chiếu pháp và hình bao duỗi phẳng
2.6.4. Xây dựng củ chong chóng

trong đó:k = q(a-1)= 0,4.(2,15-1)= 0,46
q = 0,4 cho động cơ 4 kỳ
a = 2,15 cho động cơ 4 xilanh
P
S
– công suất trên bích ra của động cơ
P
S
=368 kW.
n
m
– vòng quay định mức của trục chong chóng, rps
n
m
= 4 rps
k
C
– hệ số
k
C
= 10 – trục có ống bao là hợp kim đồng
D – đường kính chong chóng, m
15
D = 1,998 m.
38,546998,1.10470.12,112,1
=+=+=
D
kdd
CpB
Chọn =500

= 1/15
- Đường kính trung bình củ:
d
H
= 0,18D – chong chóng 4 cánh
d
H
= 0,18.1,998 = 0,36m
Chọn d
H
= 0,36 m.
- Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công cạo rà: l
0
= (0,25÷0,3)l
K
=137,5÷165mm
Chọn l
0
= 160 mm.
- Chiều sâu rãnh khoét chọn hợp lý theo khả năng công nghệ.
Chọn 10 mm.
2.6.3.3. Chọn then
-Chiều dài then l
t
=(0,9÷0,95)l
k
=(0,9÷0,95).550=495÷522,5 (mm)
Chọn l
t
=500 (mm)


[ ]
cc
TT
≤
Trong đó:
Ứng suất dập cho phép: [δ
d
]=80 (N/mm)
Ứng suất cắt cho phép : [τ
c
]=50 (N/mm)
Ứng suất dập tính toán :
16
2
d
B t t
T
d b l
δ
=
Ứng suất cắt tính toán :
ttB
c
lhd
T
T
2
=
Ta có mô men xoắn trên trục chong chóng là :

d
] =80 (N/mm
2
)
[τ
d
] =
500.80.500
12,37.10.2
6
=1,237(N/mm
2
) < [τ
d
] =50 (N/mm
2
)
Vậy then đã chọn đủ bền
2.6.3.4. Chọn mũ thoát nước
- Chiều dài mũ thoát nước : l
0
=(0,14 ÷ 0.17)D = (0,28 ÷ 0,34) m
Chọn l
0
= 0,6 m
- Bán kính cầu ở cuối mũ: r
0
= (0,05 ÷0,1)D = (0,10 ÷ 0,20) m
Chọn r
0

3
)
D – đường kính chong chóng, D = 1,998 (m)
d
H
– đường kính của củ chong chóng, d
H
= 0,36 (m)
l
H
– chiều dài của củ chong chóng, l
H
= 0,61 (m)
e
0,6
– chiều dày cánh tại 0,6R, e
0,6
= 0,04122 (m)
b
0,6
– chiều rộng cánh tại 0,6R, b
0,6
= 0,6(m)
Vậy G=854 (kG)=0,854 (tấn)
17
3.6.3.4. Chọn mũ
thoát nước
- Chiều dài mũ thoát nước : l
0
=(0,14 ÷ 0.17)D = (0,28 ÷ 0,34) m

 
 
   
trong đó:
Z – Số cánh chong chóng;
Z = 4;
γ – trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng, kG/m
3
;
γ = 8,5.10
3
kG/m
3
D – đường kính chong chóng, m
D = 1,998 m
d
H
– đường kính của củ chong chóng, m
d
H
= 0,8 m
l
H
– Chiều dài của củ chong chóng, m
l
H
= 9,55 m
e
0,6
– chiều dày cánh tại 0,6R, m

= 1912+1395 = 3307 mm
18
Với
1
1
1 2
2
2.3,14.2100 37
. . 1912
4 37 27
R
l mm
z
φ
φ
π
ϕ
ϕ ϕ
= = =
+ +
2
2
1 2
2
2.3,14.2100 27
. . 1395
4 27 37
R
l mm
z

= = =
- Vị trí đường trung bình của củ chong chóng cách cạnh huyền của tam giác đúc một đoạn:
2100
. .240 240
2100
R
R
m m mm
R
φ
φ
= = =
trong đó:m
R
là khoảng cách từ mút đến đường tâm giả định của cánh
2.7. Kiểm tra bền chong chóng theo quy phạm
Tham khảo chương 7 phần 3 QCVN 21: 2010/BGTVT
2.7.1. Kiểm tra chiều dày cánh.
Chiều dày cánh chân vịt tại bán kính 0,25R và 0,6R đối với chân vịt định bước không được nhỏ hơn
trị số tính theo công thức dưới đây:
1
2
K
H
t SW
K ZNI
=
;
trong đó:
t - Chiều dày cánh(trừ góc lượn của chân cánh) ,cm ;

 ÷
 
K
1
= 12,522 tại 0,25R
K
1
= 3,877 tại 0,6R
trong đó :
D – Đường kính chân vịt, m ;
D = 4,1 m ;
k
1
,k
2
,k
3
– Hệ số lấy theo bảng 3/7.1;
Vị trí bán kính k
1
k
2
k
3
0,25R 1,62 0,386 0,239
0,6R 0,281 0,113 0,022
19
P’ – Bước tại bán kính đang xét, m;
P’ = 1,452 m - tại 0,25R
P’ = 3,484 m - tại 0,6R

k
5
0,25R 1,92 1,74
0,6R 1,24 1,09
E - Độ nghiêng tại đầu mút cánh (đo từ đường chuẩn mặt bên và lấy giá trị dương đối với độ
nghiêng theo chiều ngược), cm;
E = 36,152 cm
t
0
– Chiều dày giả định của cánh tại đường tâm của trục chân vịt(t
0
có thể nhận được nhờ kéo
dài từng đường mép nối chiều dày đỉnh cánh với chiều dày cánh ở 0,25R, tại hình chiếu của
tiết diện cánh dọc theo đường chiều dày cánh lớn nhất), cm;
t
0
= 13 cm
K – Hệ số tra theo Bảng 3/7.1;
K = 1,30;
S – Hệ số liên quan đến tăng ứng suất do thời tiết. Nếu S> 1 thì S lấy bằng 1; Nếu S< 0,8 thì giá
gị của S lấy bằng 0,8.
10,71
0,095 0,677 0,095 0,677 0,79
7,65
s
s
D
S
d
 

 
+
= +
 ÷
+
 
W = 0,302 tại 0,25R, W< 2,8 nên lấy W = 2,8
W = 0,302 tại 0,6R, W < 2,8 nên lấy W = 2,8
trong đó:
20
1
1
0,571
1,391
0,186 0,224
A
C
ω
ω
∆
= = =
+ +
2
2
0,571
2,179
0,186 0,0759
A
C
ω

=

−

1
2
4,1 3,793 2.0,55
1,3 0,22 1 1,3 0,22 1 0,329
0,95 0,95.3,793 4,1 4
e
a
D P
C
P D Z
 
 
 
 
= − + − = − + − =
   
 ÷
 ÷
 
 
 
 
2
1,19
4,1 3,793 1,19.0,55
1,1 0,2 1 1,1 0,2 1 0,199

Kết luận Thỏa mãn Thỏa mãn
2.7.2. Bán kính góc lượn giữa chân của cánh và củ chân vịt:
Bán kính góc lượn giữa chân của cánh và củ chân vịt không được nhỏ hơn giá trị R
0
tính theo công
thức sau tại mặt đạp ở phần cánh có chiều dày lớn nhất:
( ) ( ) ( ) ( )
0
0
0,25 1,060 13 21,15
20,094 43,1
0,25
B r
r
e r t t
R t
e
− − − −
= + = + =
trong đó:
R
0
– Bán kính yêu cầu của góc lượn, cm;
t
r
– Chiều dày yêu cầu của cánh ở bán kính 0,25R;
t
r
= 21,15 cm
t

 ÷
 ÷
 
 
 
 
 
 
21
19,4 19,4
0,625 0,04 4 0,527 0,625 0,04 4 0,77 0,527 0,302
4,1 7,65
B
s
B B
C
D d
ω
 
 
 
   
 
= + + − = + + − =
   
 ÷
 ÷
 
 
 

23
2.8.3. Tính toán đường đặc tính ngoài của động cơ
- Đối với động cơ đốt trong thấp tốc không có tuốc-bin khí tăng áp:
S SP
H
n
P P
n
 
=
 ÷
 
- Đối với động cơ đốt trong có tuốc-bin khí tăng áp:
2
S SP
H
n
P P
n
 
=
 ÷
 
Sau khi tính toán xây dựng đường cong đặc tính vận hành của tàu.
24