169
Ch ơng 22
Chong chóng trong đạo l u

22.1. Các đặc tính hình học của hệ chong chóng - đạo lKu.

Nhằm nâng cao hiệu suất của chong chóng khi nó làm việc với tải trọng trung bình
và lớn ng ời ta sử dụng rộng rãi hệ chong chóng - đạo l u cố định hoặc xoay.
Đạo l u là một cánh hình vòng bao lấy
chong chóng và các cánh dẫn h ớng dòng chảy
(Xem H12.6).
Mặt cắt dọc đạo l u là một prôphin thuỷ
động (Xem H22.1), mặt lồi của nó h ớng vào
phía trong đạo l u. Các yếu tố hình học chính
của đạo l u: đ ờng kính D
D
và bán kính R
D
xác
định theo mặt cắt hẹp nhất của nó; chiều dài
đạo l u l
D
; đ ờng kính mặt cắt cửa vào D
DE
và
cửa ra D
DR
; chiều dày lớn nhất của prôphin đạo

DmaxDD
lt=
d
, chiều dài t ơng đối của đoạn hình trụ
tròn
DDC
ll .
Các đặc tính hình học không thứ nguyên của đạo l u th ờng thay đổi trong các giới
hạn sau đây:
8,06,0l
D
á= ; 39,132,1
á
=
a
; 15,112,1
á
=
b
; 375,035,0ll
DDE
á= ; .l125,0t
DmaxD
=
Chong chóng nằm trong mặt cắt hẹp nhất của đạo l u với khe hở nhỏ, cụ thể trị số
trung bình của D/R = 1,0 á 1,4%.
Đạo l u th ờng ngàm cứng vào thân tàu, trong tr ờng hợp này gọi là đạo l u cố
định. Đạo l u quay cũng đ ợc áp dụng rộng rãi, nó làm thiết bị đẩy đồng thời thay thế
bánh lái của tàu và là bộ phận điều khiển tàu.
Việc áp dụng chong chóng đặt trong đạo l u dùng cho cả cho đuôi vòm. Đạo l u

khiến nâng cao đáng kể các đặc tính đẩy của cả
hệ.
Tính chất quan trọng khác là đạo l u làm
thay đổi tốc độ trung bình của dòng chất lỏng
ST
v qua mặt cắt thuỷ lực của thiết bị đẩy ở nơi
đặt nó. Đạo l u có thể tạo ra dòng chảy tăng tốc, trung bình hoặc giảm tốc. Kiểu đạo
l u về cơ bản đ ợc xác định bằng hệ số mở cửa ra, mà đối với đạo l u trung bình trị số
của nó phụ thuộc vào tải trọng và thay đổi từ 85,0
@
b
cho C
TTI
= 1,0 đến 88,0
@
b
cho
C
TTI
= 10. Đối với đạo l u tăng tốc b>b
trung bình
, còn đối với đạo l u giảm tốc b<b
trung bình
.
Hiệu suất làm việc cảm ứng của cả hệ có thể biểu diễn qua tốc độ trung bình
ST
v theo
công thức của B.M. (xem ch ơng 15).

( ) ( )

rằng việc áp dụng các đạo l u tăng tốc cho phép
nâng cao hiệu suất làm việc cảm ứng h
OI
so với
loại trung bình h
I
, trong đó càng tăng hệ số tải
trọng tỷ số h
OI
/h
I
càng tăng.
Cuối cùng ta nhận thấy rằng khi chong chóng
làm việc trong đạo l u với khe hở rất bé dòng
chất lỏng chảy qua đỉnh cánh giảm đáng kể và
hiệu suất làm việc cảm ứng t ơng ứng tăng lên.
Các thí nghiệm cho biết rằng l ợng tăng hiệu suất làm việc thực tế của hệ chong
chóng đơn độc xảy ra khi C
TT
> 2. Càng tăng C
TT
hiệu quả của hệ tăng lên. Ví dụ khi
C
TT
= 6,0 hiệu suất làm việc cả hệ cao hơn hiệu suất của chong chóng đơn độc 15 á

Hình 22.2.
Sơ đồ lực tác dụng
lên phần tử của đạo l u.
Hình 22.3.

, lực đẩy của chong chóng T và lực
đẩy của đạo l u T
D
.
T
T
= T + T
D
= T(1+t
D
) (22.2.4)
t
D
= T
D
/T gọi là hệ số hút của đạo l u.
Khi hệ làm việc sau thân tàu lực cản của tàu tăng thêm một l ợng bằng lực hút DR,
thực vậy
T
T
= T
E
+ DR (22.2.5)
Trong đó: T
E
lực kéo có ích.
Khi có sự t ơng tác giữa hệ với thân tàu, hệ số hút đ ợc tính nh sau:

D
E

(1 - t
T
) = T(1 + t
D
)(1 - t
T
)
Hiệu quả sử dụng công suất truyền vào chong chóng đ ợc xác định bằng hiệu suất
làm việc trong n ớc tự do của hệ.

(
)
n2Q
vTT
Q
vT
T
DD
T
DT
OD
pW
h
+
== (22.2.8)
Trong đó: Q
T
mômen xoắn trên chong chóng khi làm việc trong đạo l u.
Hiệu suất đẩy của hệ chong chóng - đạo l u - thân tàu đ ợc tính theo công thức:


-
= (22.2.10)
Trong đó:
(
)
(
)
DTHD
W1t1 =
h
- hiệu suất ảnh h ởng của thân tàu; i
Q
hệ số
ảnh h ởng của tr ờng tốc độ không đồng đều tới mômen của chong chóng.
Các đặc tính của hệ đ ợc biểu diễn d ới dạng không thứ nguyên, bằng cách chia tất
cả các lực cho
42
Dn
r
với mômen cho
52
Dn
r
, ta có:
K
TT
= K
T
+ K
TD

Các công thức trên đều xác định bằng thí nghiệm. Hình 22.4 trình bày các kết quả
thể hệ độc lập trong n ớc tự do. Ng ời ta thử hai chong chóng với Z = 4; A
E
/A
0
= 0,55;
P/D = 0,8 và 1,2 trong đạo l u 6,0l
D
=; a = 1,32; b = 1,12.

172

Hình 22.4. Các đ ờng cong làm việc
của hệ chong chóng- đạo l u trong n ớc tự do
hệ chong chóng- đạo l u
chong chóng đơn độc

22.3. Đặc điểm thiết kế hệ chong chóng - đạo lKu.

Hiện nay ng ời ta áp dụng ba ph ơng pháp thiết kế hệ chong chóng đạo l u:
Theo kết quả thử hàng loạt các mô hình của hệ trong n ớc tự do có các đặc điểm
hình học và kết cấu khác nhau.
Theo các đồ thị thử hàng loạt mô hình chong chóng làm việc độc lập.
Theo lý thuyết xoáy.
Trong mục này ta chỉ xét ph ơng pháp thứ nhất.
Ng ời ta đã xây dựng đ ợc các đồ thị dành cho việc thiết kế chong chóng - đạo l u
để xác định các phần tử tối u của hệ đẩy, t ơng tự nh các đồ thị của chong chóng tự
do.
Hình 22.5 trình bày theo kết quả thử hệ trong n ớc tự do có A
E

DC
/l
D
= 0,19;
d
D
= 0,125

173
Hình 22.6 trình bày cho đạo l u và nhóm chong chóng đó, trên đó có vẽ đ ờng
cong hệ số hút t
D
của đạo l u.

Hình 22.5. Đồ thị để tính hệ số hút t
D
của hệ chong chóng- đạo l u
Z = 4; A
E
/A
o
= 0,58; l
D
= 0,60;
a
= 1,32;
b
= 1,12; l
DE
/l

4
TDNT
KJTnvK ==
r
, (22.3.2)
để tính D
opt
.
Các hệ số t ơng tác cho kết quả khá chính xác trong quá trình thử mô hình. Trong
các giai đoạn thiết kế ban đầu ta có thể sử dụng:
Đối với tàu một trục:
W
D
= 0,7W
T
; t
T
= 0,7t khi g 30
0
; (22.3.3)
W
D
= 0,8W
T
; t
T
= t khi g > 30
0
;
Đối với tàu hai trục:

/(1 t
T
); v
D
= v(1 W
D
); (22.3.5)
Đối với hệ chong chóng - đạo l u nên lấy D
opt
nhỏ nhất nếu đ ợc, còn n
opt
lớn
nhất.
Trên đồ thị ta xác định đ ợc J; P/D và J
OD
để có thể tính:
D
opt
= v
D
/(nJ
D
) hoặc n
opt
= v
D
/(DJ
D
) (22.3.6)
và cuối cùng tính hiệu suất đẩy, cũng nh công suất tiêu thụ:

bớt nên có thể giảm tỷ số đĩa của chong chóng trong đạo l u.
Đối với những tải trọng t ơng đối bé tỷ số đĩa của chong chóng trong đạo l u có
thể tìm theo công thức gần đúng:

(
)
5,2C;C14,12,1AA
TTTT0E0
Ê+=
s
(22.3.8)
Trong đó: s
0
số xâm thực của chong chóng.
Đối với những tàu kéo đẩy, tốc độ
ST
v nhỏ hơn
S
v bằng cách sử dụng các chong
chóng đạo l u cho phép tránh đ ợc nguồn gốc xảy ra xâm thực.
Hệ chong chóng đạo l u đã có thêm b ớc tiến mới bằng cách áp dụng những đạo
l u không đối xứng trục (méo). Cơ sở tính toán lý thuyết cho loại này đ ợc B.K.
d xây dựng. Trên những đạo l u này mỗi một phần tử của mặt cắt đ ợc đặt
nghiêng với trục chong chóng một góc riêng có trị số phụ thuộc vào tr ờng tốc độ tại
nơi đặt đạo l u. Hình dạng mặt cắt cửa vào và ra gần giống enlíp, trong đó trục lớn của
cửa vào đặt vuông góc với mặt phăng đối xứng của tàu; trục lớn của cửa ra vuông góc
với mặt phẳng đ ờng n ớc. Loại đạo l u này làm đồng đều đáng kể tr ờng tốc độ theo
chu vi, nhờ đó giảm đ ợc hệ số hút của hệ và chủ yếu giảm đ ợc các lực và mômen
chu kỳ tác dụng lên chong chóng.
Cần chú ý rằng đạo l u có nhiều nh ợc điểm trong khai thác. Đặc biệt khi rêu hà

Tµi liÖu tham kh¶o

1. СПРАВОЦНИК ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ – 1
Я.И. ВОЙТKУНСКИЙ
2. СОПРОТИВ1ЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ CYДОВ
Я.И. ВОЙТКУНСКИЙ
3. СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ
А.А. РУСЕЦKИЙ
Л.C. AЧKИHAДЗE
4. ТЕOPИЯ И PACЦET ГPEБHЫX BИHTOB
A.M. БACИH