TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI
KHOA CƠ KHÍ
THIẾT KẾ MÔN HỌC
LÝ THUYẾT TÀU
GV Hướng dẫn : Hoàng Trung Thực
Sinh viên : Cao Văn Trình
Lớp : MTT51 – ĐH1
Mã SV : 39283
Đề bài: Thiết kế chong chóng tàu hàng khô 10000 tấn, vận tốc 13,5 hl/giờ, chạy tuyến Hải
Phòng – Tây Âu. Cho kích thước chủ yếu của tàu như sau:
L × B × D × d = 124 × 21 × 10,5 × 7,6 (m)
C
B
× C
M
× C
WP
= 0,74× 0,98 × 0,835
GIỚI THIỆU CHUNG
Loại tàu: Tàu hàng khô
Chiều dài: L = 124 (m)
Chiều rộng: B = 21 (m)
Chiều chìm: d =7,6 (m)
Hệ số béo thể tích: C
B
= 0,74
Hệ số béo sườn giữa: C
M
= 0,98
Hệ số béo đường nước: C
WP

2.5.1. Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền 9
2.5.2. Tính toán các yếu tố cơ bản của chong
chóng và lựa chọn động cơ chính
10
2.5.3. Tính toán chong chóng đảm bảo khai thác
hết công suất của động cơ và đạt được tốc độ tối
đa
12
2.5.4. Kiểm tra tỉ số đĩa theo điều kiện bền
13
2.6 Xây dựng bản vẽ chong chóng 13
2.6.1. Xây dựng hình bao hình bao duỗi thẳng
của chong chóng
13
2.6.2. Xây dựng profin cánh 14
2.6.3. Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu
cạnh
15
2.6.4. Xây dựng củ chong chóng 15
PHẦN 1: TÍNH TOÁN SỨC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO CỦA TÀU
2
1. Tính sức cản của tàu
1.1. Lựa chọn phương pháp tính
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 tốc 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

3
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…
- Seri 60 – tàu hàng, tàu dầu, tàu chế biến hải sản…
⇒

Phương pháp lựa chọn để tính toán: phương pháp Seri 60
- Giới hạn áp dụng của phương pháp Seri 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 = 124/21 = 5,9 (1-1)
B/d = 21/7,6 = 2,76 (1-2)

B
C
= 0,74 (1-3)


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 = 2,76
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 = 0,74 × 124 × 21 × 7,6 = 14644,90 (
3
m
)
l = L/
3
∇
= 5,07 (m)
k
l
tra đồ thị 6.11 theo l = 5,07
R
e

AP
. 10
3
– hệ số kể đến phần nhô (bảng 1.3)
- Lực cản tàu: R =
2
1
ρ
.C × 10
3
.
v
2
.
Ω
4
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

gL
- 0,177 0,184 0,192 0,199 0,206
5 C
Ro
= f (C
B,
F
r
) – Đồ thị 6.9 - 1,08
x10
3
1,10
x10
3
1,12 x10
3
1,17 x10
3
1,30 x10
3
6 k
l
-

Đồ thị 6.11 - 1,39 1,40 1,41 1,43 1,44
7 k
B/d
- Đồ thị 6.8 - 1,05 1,06 1,03 1,06 1,04
8 a
B/d

845,67
x10
6
11 C
Fo
.10
3
=[ 0,455/(lgR
e
)
2,58
] ×
10
3
- 1,64 1,63 1,62 1,61 1,60
12 C
A
. 10
3
- hệ số kể đến độ
nhám (bảng 1.2)
- 0,374 0,374 0,374 0,374 0,374
13 C
AP
. 10
3
– hệ số kể đến phần
nhô (bảng 1.3)
- 0,15 0,15 0,15 0,15 0,15
14 C × 10

Vậy ta chọn vật liệu chế tạo chong chóng là đồng thau KHB
s
C-1.
QCVN 2010-Phần 7A về vật liệu –Chương 7 : Đồng và hợp kim đồng. – 7.2 :Hợp kim
đồng đúc (Đồng thau- Mangan – Cấp 1) : HBsC1
_Thành phần hóa học :
+Thành phần kẽm tương đương (%)=
100. (%)
100
100
Cu
A
−
+
Trong đó A=Sn+5Al-0,5Mn-0,1Fe-2,3Ni(%)
+Thành phần hóa học (%) của HBsC1:
(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 ≤
,


Trong đó :
C
B
– hệ số béo của tàu
C
B
= 0,74
∇
: thể tích chiếm nước của tàu, m
3

∇
= 14644,90 m
3
7
D : đường kính chong chóng, m

D = 10,5 m
wT∆
: tổn thất dòng theo do kể đến quá trình tạo sóng
wT
∆
= 0,1.C
B
.(Fr-0,2)
Lg
v
Fr
.

2.3.1. Chọn sơ bộ công suất của động cơ

P
s
=
k
P
E
.85,0

Trong đó :
k = 0,5
÷
0,7 – hệ số
Chọn k = 0,55
P
E
: công suất kéo của tàu
P
s
=
55,0.85,0
79,2356
= 5041,26 kW
Chọn P
s
= 5045 kW
Vậy với P
s
=5045 kW thì chọn sơ bộ máy chính

T - lực đẩy chong chóng, kN
T = T
E
/(1-t) = R/(1-t), kN
T =339,4/(1-t) = 423,72 kN
n - vòng quay chong chóng, rpm
n = 190 rpm
⇒
D
sb
=
190
72,4238,11
4
= 3,88 m
Chọn D
sb
= 3,9 m
Kiểm tra điều kiện D
sb
= (0,5
÷
0,6)d
Xét d = 7,6 m
⇒
D
sb
/d = 3,9/7,6 =0,51 ( thỏa mãn )
2.4. Chọn số cánh chong chóng
k

v
A
= 13,5.(1- 0,2845).0,5144 = 4,97 m/s
n - Vòng quay chong chóng, rps
n=190 rpm = 3,17 rps
T – Lực đẩy chong chóng, kN
D – Đường kính chong chóng, m
104=
ρ
KG.s
2
/m
4
= 1,04 KN.s
2
/m
4
⇒
k
NT
=
4
72,423
04,1
17,3
97,4
= 0,62
⇒
k
DT

H
EE








−=








≥

Trong đó : Z – Số cánh chong chóng
D – Đường kính chong chóng
max
δ
- Chiều dày tương đối của chong chóng ở mặt cắt bán kính tương
đối
r
=
R

.
).08,1.(24,0
σδ
mT
D
Z
d
A
A
A
A
H
EE








−=









97,096,0 ÷=
GS
ηη
. Chọn
96,0=
GS
ηη
11
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Các giá trị tính toán
1 N rpm 170 180 190 200 210
2 n=N/60 rps 2,83 3 3,17 3,33 3,5
3 T
E
= R = f(v
s
) kN 339,4 339,4 339,4 339,4 339,4
4 T = T
E
/(1-t) - 423,72 423,72 423,72 423,72 423,72
5
4
.
T
n
v
k
A
NT
ρ
=

D
P
T
=
- 0,72 0,715 0,70 0,70 0,68
11
),(
0
Jkf
T
=
η
- 0,54 0,535 0,53 0,525 0,52
12
0
1
11
η
ω
η
TQ
D
t
i −
−
=
- 0,59 0,585 0,58 0,575 0,57
13
P
D

n
N
i
P
=1,1
Tỉ số bước: P/D= 0,70
Hiệu suất làm việc của chong chóng :
58,0=
D
η

2.5.3. Tính toán chong chóng đảm bảo khai thác hết công suất của động cơ và đạt được
tốc độ tối đa
12
Do lựa chọn động cơ có công suất lớn hơn công suất yêu cầu nên ta đi tính vận tốc tối đa
của tàu
TT Đại lượng tính toán Đơn vị Các giá trị tính toán
1 v
s
knot 12 12,5 13 13,5 14
2
)1(5144,0
. TSA
wvv −=
m/s 4,42 4,6 4,78 4,97 5,15
3
( )
SE
vfRT ==
kN 257,2 282,3 304,2 339,4 380

- 0,368 0,378 0,389 0,394 0,399
8
Jn
v
D
A
opt
.
=
m 3,79 3,84 3,88 3,98 4,07
9
42
opt
T
Dn
T
k
ρ
=
- 0,149 0,155 0,160 0,162 0,165
10
( )
Jkf
D
P
T
,=
- 0,64 0,66 0,67 0,69 0,70
11
( )

kW 2845,24 3184,54 3537,82 4063,67 4718,3
14
EGS
D
S
k
P
P
ηη
=
kW 3486,81 3902,62 4335,56 4979,99 5779,8
Dựa vào bảng tính, ta xây dựng đồ thị : P
s
= f(v
S
), D
opt
= f(v
S
),
)(
0 S
vf=
η
, P/D = f(v
S
)
Dựa vào đồ thị với P
s
= 5200 kW ta xác định được các thông số :







Trong đó :
16,3,1 ÷=
ξ
- hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng
Chọn
5,1=
ξ
k
C
= f(Z;P/D;J) – hệ số, tra đồ thị
k
C
= 0,17
)(
0 sa
hPP
γ
+=
, kN/m
2
P
a
=101,340 – áp suất khí quyển, kN/m
2

b
max
=
0
187,2
A
A
z
D
E
, m
Kết quả b
max
= 0,846 m
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
Từ trục
đến mép
đạp
46,8
9
52,75 56,3
4
57,6
6
56,1 51,3

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 :
e
R
=aD(50-D), mm
Trong đó :
a = 0,06 – đối với chong chóng làm bằng hợp kim đồng
D- đường kính chong chóng, m
Kết quả e
R
= 11,04 mm
- Chiều dày giả định tại đường tâm trục :
e
0
, mm
với e
0
= 0,045D – cho chong chóng 4 cánh
Kết quả e
0
=0,18 m = 180 mm
- Chiều dày lớn nhất của profin tại các bán kính :
)(

Tung
Độ
Mặt
hút
r/R 100
%
80% 60% 40% 20% 20% 40% 60% 80% 90% 95% 100
%
0.2 - 78 106.2 127.1 141.0 144.2 138.2 127.2 108.8 94.1 82.3 -
0.3 - 65.88 92.59 112.24 125.1
7
127.2
4
121.5
5
110.9
5
93.75 81.01 70.99 -
0.4 - 53.62 78.98 97.3 109.0
5
110.4 104.8
3
94.77 79.14 67.62 58.68 -
0.5 - 41.46 65.34 82.24 92.61 93.71 88.26 78.61 64.67 54.26 46.42 -
0.6 - 31.61 52.79 67.14 76.10 77.13 71.74 62.38 50 41.04 34.08 -
0.7 - 24.32 41.30 52.41 59.66 60.25 54.82 46.24 35.19 27.28 21.61 -
0.8 - 18.35 30.39 38.24 43.35 43.49 38.24 30.80 21.63 15.49 10.96 -
0.9 - 12.61 19.56 24.31 27.10 27.10 24.31 19.56 12.61 8.41 6.15 -
0.9
5

2.6.3. Xây dựng hình chiếu pháp và hình chiếu cạnh
- Chọn góc nghiêng cánh bằng

10
2.6.4. Xây dựng củ chong chóng
2.6.4.1. Xác định đường kính trục chong chóng
- Đường kính trục chong chóng:
Dkdd
CPB
+= 12,1
16
Với d
P
là đường kính trục trung gian được tính theo công thức sau
( )
3
192 k
n
P
d
m
S
P
+=
, mm
Trong đó: k = q(a – 1) q = 0,4 (động cơ 4 kỳ) a = 1,4 (động cơ 8 xilanh )
k = 0,16
P
S
– công suất trên bích ra của động cơ hoặc hộp số ( nếu có hộp số )

Lấy l
K
= 0,9.l
H
= 0,777 (m)
2.6.4.2. Xác định kích thước củ chong chóng
- Chiều dài củ l
H
lấy lớn hơn 2% ÷ 3% chiều rộng lớn nhất của hình chiếu cạnh
l
H
= 1,05.1,02= 0,86 (m)
- 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=
= 0,167.4 = 0,72 (m)
- Chiều dài lỗ khoét để giảm nguyên công cạo rà: l
0
= (0,25 ÷ 0,3)l
k
Lấy l
0
= 0,3l
K

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 : T = 7162
m
D
n
P
P
D
: Công suất truyền đến chong chóng
P
D
=
ss
P
η
= 0,97.5200 = 5044 (kW)

2
=
=
700.50.399
36901588.2
= 5,28 (N.mm
2
) <
[ ]
2
/,50 mmNT
C
=
Vậy then đủ bền
2.6.4.4. Chọn mũ thoát nước
- Chiều dài mũ thoát nước: l
0
= (0,14 ÷ 0,17)D, m
l
0
= 0,15D = 0,6 (m)
- Bán kính cầu ở cuối mũ: r
0
= (0,05 ÷ 0,1)D, m
r
0
= 0,08D = 0,32 (m)
Trong đó: D – đường kính chong chóng, D = 4 m
2.6.4.5. Tính khối lượng chong chóng
Theo Kopeeski thì khối lượng chong chóng được tính như sau:





−+








=
Trong đó:
Z = 4 (Số cánh chong chóng)
18
γ
- Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng,
γ
= 8600 kG/m
3
D - Đường kính chong chóng, D = 4 m
d
H
- Đường kính của củ chong chóng, d
H
= 0,72 m
l
H