MỤC LỤC
Trang
Đề bài
PHẦN 1
TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG SUẤT
KÉO CỦA TÀU
GIỚI THIỆU CHUNG
Loai tàu : Tàu chở container
Vùng hoạt động : Đông Nam Á
Chiều dài : L = 132,2 (m)
Chiều rộng : B = 22(m)
Chiều chìm : d = 7,3 (m)
Hệ số béo thể tích : C
B
= 0,705
Hệ số béo sườn giữa : C
M
= 0,975
Hệ số béo đường nước : C
WP
= 0,84
Vận tốc : V
s
= 15 (hl/h)=7,71(m/s)
PHẦN I: 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 đặt ra cho người đóng tàu thuỷ khi thiết kế một con tàu mới
cần đảm bảo hình dạng vỏ tàu và trang trí động 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.

3. Xác định sức cản nhờ các công thức gần đúng
4. Xác định sức cản trên cơ sở phân tích các kết quả thử trên đoạn đường đo đạc.
Có rất nhiều phương pháp tính gần đúng sức cản tàu thủy dựa vào kết quả khảo sát mô
hình và kết quả đo ở các tàu thực.
Các phương pháp được biết nhiều nhất :
- Papmiel, Ayre, Lapa-Keller, Kabaczynski, Holtrop-Mennen cho tàu vận tải 1 hoặc 2 chong
chóng.
- Doust và Oertsmersen – tàu đánh cá.
- 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 = 132,2/22 = 6 (1-1)
B/d = 22/7,3 = 3,01 (1-2)


v
Fr
gL
=
=0,21 (g = 9,81 m/s
2
- gia tốc trọng trường)
k
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 = 3,01
k
l
là hệ số ảnh hưởng của chiều dài tương đối l =
3
L
∇
∇
là thể tích chiếm nước của tàu:

∇
= C
B
× L × B × d = 0,705 × 132,2 × 22 × 7,3 = 15923,49 (
3
m
)
⇒

-6
(m
2
/s) , ở 20
°
C.
⇒
C
Fo
.10
3
=[ 0,455/(lgR
e
)
2,58
] × 10
3
- Hệ số lực cản do nhám bề mặt, lực cản phần nhô:
C
A
. 10
3
- hệ số kể đến độ nhám (bảng 6.3)
C
AP
. 10
3
– hệ số kể đến phần nhô (bảng 6.4)
Lực cản: R =
2

= L.d.[2 + 1,37.(C
B
– 0,274).
d
B
]
= 132,2 × 7,3 ×[2 + 1,37 × (0,705 – 0,274) ×3,01] = 4096,05 (m
2
)
⇒

Ω
= 4100 (m
2
)
P
E
= R × v (P
E
là công suất kéo của tàu)
Kết quả tính toán được ghi ở bảng sau
BẢNG TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO TÀU THEO SERRY 60
Stt Đại lượng tính toán Đơn vị Vận tốc giả thiết
1 Vận tốc giả thiết: v
s
hl/g 11 12 13 14 15
2 Vận tốc giả thiết: v = 0,514 v
s
m/s 5,654 6,168 6,682 7,196 7,71
3 v

× k
l
×

k
B/d
× a
B/d
- 0,553 0,621 0,855 0,824 1,546
10 R
e
= vL/
ν
- 707,8.10
6
772,2. 10
6
836,5. 10
6
900,8. 10
6
965,2. 10
6
11 C
Fo
.10
3
=[ 0,455/(lgR
e
)

E
= R × v KW 1030,2 1362,5 1870,3 2299,8 3522,7
Như vậy, từ bảng tính sức cản và công suất kéo cùng với đồ thị ta được:
Lực cản: R = 456,9 (kN)
Công suất kéo: P
E
= 3522,7 (kW)
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
T
ω
:

T
ω
= 0,165.
C
β
.


•
Đối với tàu 1 chong chóng ta chọn:
D = (0,5
÷
0,6).d
Vậy ta chọn:
D = 0,5.d = 0,5.7,3 = 3,65 (m)

T
ω
∆
: tổn thất dòng theo.

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

: chuẩn đồng dạng động học Froude.

•
v: vận tốc tàu.

= T
E
/(1 – t)
T
E
: Lực đẩy cần thiết của chong chóng
T
E
= R/Z
P
= 456,9 (kN)
=> T = 456,9/(1 – 0,213) = 580,56 (kN)
2.3. Chọn sơ bộ đường kính chong chóng
2.3.1. Chọn sơ bộ công suất của động cơ
0,85.
E
S
P
P
k
=
Trong đó:
k = 0,5
÷
0,7 – Hệ số
P
E
= 3522,7 (kW) – Công suất kéo của tàu
⇒
P

D – Đường kính chong chóng, m
T – Lực đẩy chong chóng, kN
T =
t
R
t
Te
−
=
− 11
=580,56 kN
n – Vòng quay chong chóng, rpm
=>D =
5,178
56,580.8,11
4
=4,33(m)
2.4. Chọn số cánh chong chóng
k
NT
=
4
.
T
n
v
A
ρ

k

56,580
04,1
.
98,2
36,5
4
=
k
DT
=
982,0
56,580
04,1
.33,4.36,5 =
Do k
NT
< 1 và k
DT
< 2 nên chọn Z = 4
2.5. Tính các yếu tố cơ bản của chong chóng
2.5.1. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền
≥
0
A
A
E
min
0
)(
A

0,6
r
r
R
= =
,
axm
δ
= 0,08
T: lực đẩy của chong chóng, T = 580,56 kN
m: hệ số kể đến trạng thái tải trọng, m = 1,15
[ ]
σ
: ứng suất cho phép giới hạn của vật liệu,
[ ]
σ
= 6.10
4
kPa
D
d
d
H
H
=
= 0,167 – tỷ số giữa đường kính trung bình của chong chóng với đường kính của nó
Thay số:
0
A
A

D(mm)
Hành trình piston S(mm)
4L60MC 13440 123 600 1944
2.5.3. Tính toán chong chóng đảm bảo khai thác hết công suất của động cơ và đạt được
tốc độ tối đa
Do lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu nên ta đi tính vận tốc tối đa của
tàu.
Stt Đại lượng tính toán Đơn
vị
Các giá trị tính toán
Stt Đại lượng tính toán Đơn vị Các giá trị tính toán
1 Vòng quay làm việc giả thiết, N rpm 170 175 180 185 190
2 n = N/60 rps 2,83 2,92 3,00 3,08 3,17
3 T
E
= R = f(v
s
) kN 456,9 456,9 456,9 456,9 456,9
4 T = T
E
/(1 – t) kN 580,56 580,56 580,56 580,56 580,56
5
4
A
NT
v
k
T
n
ρ

T
P
f k J
D
=
- 0,72 0,69 0,67 0,65 0,63
11
0
( , )
T
f k J
η
=
- 0,550 0,548 0,540 0,539 0,535
12
0
1 1
1
D
Q T
t
i
η η
ω
−
=
−
- 0,639 0,636 0,627 0,626 0,621
13
.

m/s 3,932 4,29 4,647 5,005 5,362
3
( )
SE
vfRT ==
kN 306,6 401,4 476,3 592,8 706,1
4
t
T
T
E
−
=
1
kN 389,6 510 605,2 735,2 897,2
5
4
.
T
n
v
k
A
NT
ρ
=
- 0,724 0,707 0,630 0,592 0,555
6
( )
NT

P
T
,=
- 0,740 0,750 0,690 0,710 0,700
11
( )
Jkf
T
,
0
=
η
- 0,580 0,555 0,540 0,515 0,490
12
0
.
1
1
.
1
ηη
TQ
D
w
t
i
−
−
=
- 0,673 0,644 0,627 0,598 0,569

P/D = 0,7
2.5.3.Kiểm tra tỷ số đĩa theo điều kiện không xảy ra xâm thực
Theo Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo công thức sau:
( )
2
0
min
0
275,1 nD
P
k
A
A
c
E
ζ
=








Trong đó:
6,13,1 ÷=
ζ
- hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng
k

= 7,6 – 0,55.4,33 = 5,21 (m)
( )
sa
hPP
γ
+=
0
= (101,304 + 10.5,21) = 153,4 (kN/m
2
)
( )
2
0
min
0
.975,2.5,1.275,1 D
P
k
A
A
cE
=









rộng cánh
tính bằng
% chiều
rộng ở
bán kính
0,6R
Từ trục
đến mép
đạp
46,89 52,75 56,34 57,66 56,1 51,37 41,71 25,39 -
Từ trục
đến mép
thoát
29,11 33,3 37,4 40,74 43,9 46,66 48,37 46,95 20,14
Chiều
rộng toàn
bộ
75,99 86,05 93,74 98,4 100 98,03 90,08 72,34 -
Khoảng cách từ đường
chiều dày lớn nhất đến
mép đạp theo % chiều
rộng cánh
35 35 35,1 35,5 38,9 44,3 48,6 50 -
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:
(50 )
R
e aD D= −
, mm

2.6.2.2. Bảng tung độ profin cánh
Bảng tung độ profin cánh
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
Từ điểm có chiều dày lớn nhất
tới mép thoát (% e
max
)
Từ điểm có chiều dày lớn nhất tới mép đạp

0,95 - - - - - - - - - - - -
- Đường kính trục chong chóng:
1,12
B P C
d d k D= +
= 451,1( mm)
Với d
P
là đường kính trục trung gian được tính thao công thức sau:
( )
3
192 k
n
P
d
m
S
P
+=
=364,1 (mm)
Trong đó: k = q(a – 1)
q = 0,4 (động cơ 4 kỳ)
a = 2,15 (động cơ 4 xilanh )
P
S
– công suất trên bích ra của động cơ hoặc hộp số
n
m
– vòng quay định mức của trục chong chóng, rps
k

- Chiều rộng và chiều cao theo tiêu chuẩn Việt Nam
- Kiểm tra bền:
+ Ứng suất dập nhỏ hơn ứng suất dập cho phép:
[ ]
2
/,80 mmN
dd
=≤
δδ
+ Ứng suất cắt nhỏ hơn ứng suât cắt cho phép:
[ ]
2
/,50 mmN
cc
=≤
ττ
2.6.4.4. Chọn mũ thoát nước
- Chiều dài mũ thoát nước: l
0
= (0,14 ÷ 0,17)D, m
- Bán kính cầu ở cuối mũ: r
0
= (0,05 ÷ 0,1)D, m
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:
2
6,0
4
6,0

−=








=
Trong đó:
Z = 4 (Số cánh chong chóng)
γ
- Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng, kG/m
3
D - Đường kính chong chóng, m
d
H
- Đường kính của củ chong chóng, 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