CHÂN VỊT TRONG ỐNG
Hệ thống ống chân vòt.
Một trong những biện pháp nâng cao sức đẩy của chân vòt là sử dụng hệ thống
ống đạo lưu với chân vòt. Trong hệ thống này chân vòt tàu thủy được đặt trọn bộ
trong ống trụ, quay trong ống và cùng với ống tạo lực đẩy thường lớn hơn chân vòt
đứng riêng lẻ. Mặt cắt ngang của ống đạo lưu kết cấu hình vành khuyên. Chiều dầy
vành khuyên có thể có giá trò không đổi hoặc có kết cấu không đối xứng qua trục dọc.
Mặt cắt dọc ống cho phép chúng ta quan sát thành ống dưới dạng frofil cánh máy
bay.
Bộ phận quan trọng của hệ thống là chân vòt trong ống. Đây có thể là chân vòt
bước cố đònh, chân vòt bước thay đổi. Trong những trường hợp đặc biệt, ví dụ trên tàu
phóng mìn và các tàu làm nhiệm vụ đặc biệt trong quân đội, chân vòt trong ống phải
là loại cánh quay ngược chiều nhau. Từ kỹ thuật bằng tiếng Anh dùng chỉ chân vòt
trong hệ thống này thường được viết là ducted propeller, propeller in nozzle. Những
năm đầu mới đưa vào ứng dụng chân vòt trong ống thường được gọi là “chân vòt trong
ống Kort” để ghi công lao của công ty Kort trong lãnh vực này. Ban đầu chân vòt
trong ống chỉ dùng cho những trường hợp làm việc của chân vòt nặng, trong chế độ
cao hơn sức kéo chân vòt không ống đến 30% tại chế độ kéo hoặc đến 50% cao hơn
khi ủi bãi.
Có hai dạng chính của ống là ống tăng tốc và ống giảm tốc. Nguyên cớ đặt tên
gọi nằm ở vận tốc dòng nước tại đầu vào và đầu ra của ống. Kết cấu ống làm cho vận
tốc dòng khi vào nhỏ còn khi ra lớn được gọi ống tăng tốc, ngược lại sẽ là ống giảm
tốc.
Hình 7.14: Các dạng ống đặc trưng.
a) Ống tăng tốc; b) Ống thuận cả hai chiều trước và sau.
c) Ống tăng tốc với “rãnh thoát Hannan”; d) Ống giảm tốc.
Profil mặt cắt dọc ống tăng tốc có mặt lồi quay vào trong, mép dầy nằm về
hướng tiến của thân tàu. Miệng hút nằm trước, thường có diện tích lớn hơn diện tích
miệng xả nằm sau. Diện tích tính toán thường gọi là diện tích mặt cắt ngang của ống
nằm khu vực giữa tàu, tại vò trí đặt chân vòt. Các đặc trưng hình học chính của ống
được chỉ rõ trên (H.7.15).

n
= 0,11 ÷ 0,14.
C
x
= 1,15 ÷ 1,50; C
y
= 1,0 ÷ 1,15.
Mặt cắt ngang các ống thông dụng đối xứng qua trục. Tuy nhiên để tăng những
tính năng cần thiết cho mỗi loại tàu, ống được sản xuất dưới dạng không đối xứng
qua trục. Có ống dầy thành trên, mỏng dưới, có ống không đối xứng phân bố trước
sau.
Trong các chế độ làm việc nặng
hiệu suất động lực của hệ thống ống-
chân vòt cao hơn hiệu suất chân vòt
không nằm trong ống bao. Điều này có
thể giải thích như sau: trong thành phần
lực đẩy của hệ thống, ngoài lực đẩy T
cv

do chân vòt tạo ra còn có thành phần bổ
sung lực đẩy T
n
, tác động cùng hướng
với T
ev
, do ống đạo lưu dưới dạng cánh
sinh ra khi bò tác động dòng chảy. Trên
(H.7.15) có thể thấy profil cánh của
thành ống đặt sau đuôi tàu, nghiêng so
với đường dòng và bò di chuyển với vận

= 0,5 ÷ 0,83, t
n
= 0,125. Chân vòt dùng
trong ống là chân vòt nhóm B, bốn cánh. Ống số 18 đến 20 làm theo tỷ lệ L/D
n
= 0,5,
t
n
= 0,125, dùng chân vòt K.4-55.
Từ ống 19 các chuyên gia Hà Lan đã cải biên, thay đổi kích thước hình học và
đưa chân vòt cánh họ Kaplan vào cùng làm việc. Cần nói rõ thêm, cánh họ Kaplan
nguyên thủy dùng trong ngành chế tạo bơm, khi cùng làm việc với ống 19 cải tiến,
tức là ống 19A, đã trở thành cánh chân vòt mà không cần biến đổi nhiều. Đặc tính
của nhóm ống mang tên chung 19A như sau. Tỷ lệ chiều dài trên đường kính 0,5, tỷ
lệ t/b = 0,125. Profil mặt cắt ống mang dáng dấp profil cánh máy bay, được trình bày
tại bảng dưới đây. Chân vòt được dùng trong thí nghiệm cùng ống 19A gồm chân vòt 3
cánh và 4 cánh Ka-3.50, Ka-4.55. Với chân vòt bốn cánh Ka-4.70 các thí nghiệm được
tiến hành toàn diện, thử trong điều kiện tiến, lùi quay trở và tiến hành cả thí
nghiệm làm máy đẩy góc phương vò, phục vụ quay tàu.
Trong ống 19A còn tiến hành thí nghiệm chân vòt Kaplan 5 cánh Ka-5.75 và
chân vòt nhóm B Wageningen B.4.70.
Ống số 37 cũng là một thành công của Hà Lan trong công cuộc phát triển kiểu
chân vòt trong ống. Trong ống 37 tiến hành lắp đặt chân vòt Ka-4.70 làm đủ các việc
như thí nghiệm với ống 19A cùng Ka-4.70.
Các ống mang số từ 30 đến 36 được lắp chân vòt Kd-5.100.
Profil mặt cắt dọc ống được trình bày tại (H.7.16).
Tọa độ mặt cắt dọc ống 19A được giới thiệu tại bảng 7.27, tọa độ của ống 37
trình bày tại bảng 28.
Bảng 27: Ống 19A.
nn xy

/L
Đường thẳng 0,0363

Bảng 28: Ống 37
L.E.
x/L
0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250
y
1
/L
0,1833 0,1500 0,1310 0,1000 0,0790 0,0611 0,0360 0,0200 0,0100
y
u
/L
0,1833 0,2130 0,2170 0,2160 Đường thẳng

T.E
x/L
0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0
y
1
/L
0,0040 0 0 0 0,0020 0,0110 0,0380 0,0660 0,1242
y
u
/L
Đường thẳng 0,1600 0,1242
Hình 7.16: Các ống thử nghiệm tại Wageningen.
Chân vòt họ Kaplan.
Chân vòt họ Kaplan xuất xứ từ các cánh bơm họ Kaplan, được chuyển hóa sang

Nozzle No. 36
r
R

max
b
b

max
1
b
b

max
2
b
b

max
t
D

0,2 67,15 30,21 36,94 4,00
0,3 76,59 36,17 40,42 3,52
0,4 85,19 41,45 43,74 3,00
0,5 93,01 45,99 47,02 2,45
0,6 100 49,87 50,13 1,90
0,7 105,86 52,93 52,93 1,38
0,8 110,08 55,04 55,04 0,92
0,9 112,66 56,33 56,33 0,61

MẶT ĐẨY
0,2 20,21 7,29 0,1 – 0,21 1,46 4,37 10,52 16,04 20,62 33,33 33,33
0,3 13,85 4,62 – – 0,12 0,83 2,72 6,15 8,28 10,30 10,30 21,18
0,4 9,17 2,36 0,56 – – – 0,42 1,39 2,92 3,89 4,44 13,47
0,5 6,62 0,68 0,17 – – – 0,17 0,51 1,02 1,36 1,53 7,81

Ngoài các ống của Hà Lan, các nước khác cũng có riêng ống của mình. Với bạn
đọc quen tài liệu của Nga có thể sử dụng ống số 6 thử tại Nga sau đây làm tài liệu
thiết kế.
Bảng 32: Ống số 6 (tài liệu Nga)
;
nn
n
L
t
l= =0,6; t= =0,125
Db
C
x
= 1,30; C
y
= 1,12.
L.E
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,30
y
1
/L – – 0,050 0,040 0,0315 0,0250 0,0150 0,0075 0,0
y
u
/L – – 0,0567 0,0792 0,0958 0,1055 0,1192 0,1267 0,1259

A) hoặc B
p
. Với hệ số tải nhỏ σ
T
< 2,5
sử dụng hệ thống ống chân vòt không đưa lại lợi thế về mặt hiệu suất, có đôi lúc còn
chòu tác dụng ngược lại. Ở chế độ làm việc nặng
σ
T
> 2,5, tương đương B
p
> 40, hệ
thống ống chân vòt phát huy đầy đủ thế mạnh. Chính vì vậy ống đạo lưu khi ra đời
đã tìm thấy nơi ứng dụng trên tàu kéo, tàu đẩy, tàu kéo lưới tàu đánh cá.
Ngày nay ống đạo lưu còn tìm thấy chỗ đứng trên tàu chở dầu cỡ lớn, trên các
tàu chở hàng có hệ số đẩy thân tàu khá lớn. Trên các tàu này công suất dẫn đến trục
chân vòt đạt đến 45.000
÷ 50.000 HP, còn chân vòt tuy nằm trong ống song có khi có
đường kính đáng nể, đến 7 - 8m. Ống đạo lưu dùng trên tàu khổng lồ có thể làm tăng
vận tốc tàu thêm 0,4 đến 0,5 HL/h.
Đường kính chân vòt trong ống bé hơn khoảng 10% so với chân vòt cùng kiểu,
song không nằm trong ống. Những chân vòt lớn, khi giảm 10% đường kính sẽ giảm
được lượng vật liệu đáng kể. Điều quan trọng cần đề cập khi dùng hệ thống ống chân
vòt trên tàu là, theo phân bổ lực ghi trong công thức T = T
cv
+ T
n
, đường trục chân vòt
chỉ trực tiếp hứng chòu lực đẩy T
cv

. (7.22)
Hệ số momen quay:
Q
25
Q
K
nD
=
ρ⋅
(7.23)
Hệ số vận tốc tiến:
V
p
J
nD
=
⋅

Thiết kế chân vòt trong ống đạo lưu.
Các phép tính tiếp theo thực hiện cho chân vòt họ K
a
, trong ống 19A hoặc 37.
Các hệ số dòng theo w’ và hệ số lực hút t’ khi áp dụng cho chân vòt trong ống,
tính theo công thức:
Tàu một chân vòt: w’ = 0,7*w; t’ = (0,6 ÷ 0,7)t.
Tàu hai chân vòt: w’ = (1,1 ÷ 1,2)*w; t’ = t
trong đó: w, t là các hệ số tương ứng, tính cho trường hợp chân vòt không nằm trong
ống.
Thông thường các hệ số vừa nêu nằm trong phạm vi sau:


D - đường kính chân vòt, (m); p
a
- áp suất khí quyển, (kG/m
2
)
H
s
- chiều sâu đến trục chân vòt, (m); γ - trọng lượng riêng của nước,
(kG/m
3
)
p
d
- áp suất hơi bão hòa, (kG/m
2
).
Ví dụ: thiết kế chân vòt trong ống đạo lưu cho tàu kéo ven bờ, có các đặc tính
sau. Vận tốc kéo V
T
= 7 HL/h; máy chính: máy diesel kiểu 6L350PN với công suất
đònh mức BHP = 980PS, vòng quay trục cơ N = 375 v/ph; chiều chìm đến trục chân
vòt Hs = 2,20m;
Sức cản vỏ tàu đọc theo bảng dưới đây:

Vận tốc tàu, (HL/h)
6,45 8,07 9,68 11,3 12,9
Sức cản R, (kG)
1372 2301 3637 5703 9279
Công suất kéo tàu EPS, (PS)
60,7 127,4 241,5 442 821

367 5 843 75
B1212
76 1 025 5 95
595

Sử dụng hệ số B
p
để chọn δ
opt
, trên đồ thò chân vòt Ka-4.55 và ka-4.70, cho các
phép tính tiếp theo. Kết quả tính đọc theo bảng sau.

Bảng 7.36
Ký hiệu Đơn vò
K
a
-4.55 K
a
-4.70
δ
opt
, đọc từ đồ thò – 350 335
δ = 0,98*δ
opt
– 343 328,3
P/D – 0,89 0,96
,*
a
V
D 0 3048

, K
Tn
, K
Q
cho chân vòt K
a
-4.70 doWageningen công
bố.
Bảng 7.37: Đặc tính của chân vòt tại chế độ ủi bãi và tại V
T
.
TT Ký hiệu và công thức Đơn vò Kết quả tính
1
V
s
, cho trước
HL/h 0 7
2
V
p
= 0,5144*Vs*(1 – w)
m/s 0 3,0607
3
,
==
⋅
Vp Vp
J
n D 9 922


T
E
Q
KQ
T1t
KD

kG 9474 7096
10 Z
0
= T
E
– R kG 9474 5516

Tại các chế độ làm việc với vận tốc khai thác lớn hơn V
T
= 7HL/h, chân vòt làm
việc theo tình trạng n = const. Đường đặc tính chân vòt trong trường hợp này như
sau.

Bảng 7.38: Đường làm việc của chân vòt tại Vs > V
T
.
Ký hiệu và công thức Đơn vò Kết quả tính
V
s
, gán dữ liệu
HL/h 8 9 10 11 12
Vp = 0,5144*Vs*(1–w) m/s 3,498 3,035 4,372 4,81 5,247
J = 0,1008*V

()
ep
T
TV
P
1t75
=
−

PS 341,4 365,6 363,6 355 349,5
*
*
T
p
Q
KJ
K2
η=
π

– 0,434 0,482 0,500 0,510 0,537
T
pr ths
P
P =
η⋅ξ⋅χ⋅η⋅η

PS 914,7 881,7 845,6 809,4 756,8

Kích thước đường bao cánh và tọa độ các profil tính theo chỉ dẫn của tác giả

0.7 * 10.1 15.5 19.3 21.6 21.6 19.3 15.5 10.1 6.9 5.1 *
0.8 * 7.2 10.6 13.0 14.4 14.4 13.0 10.6 7.2 5.1 4.0 *
0.9 * 5.1 7.2 8.7 9.6 9.6 8.7 7.2 5.1 3.8 3.1 *
1.0 * 4.2 5.9 7.1 7.9 7.9 7.1 5.9 4.2 3.2 2.6 *
Mặt đẩy
0.2 13.0 4.7 1.1 0.1 0.0 0.1 0.9 2.8 6.8 10.4 13.4 21.6
0.3 7.9 2.6 0.6 0.0 0.0 0.1 0,5 1.6 3.5 4.7 5.9 12.1
0.4 4.5 1.1 0.3 0.0 0.0 0.0 0,2 0.7 1.4 1.9 2.2 6.5
0.5 2.6 0.3 0.1 0.0 0.0 0.0 0,1 0.2 0.4 0.5 0.6 3.1

Kích thước ống đạo lưu số 19A dùng trong hệ thống ống chân vòt.
Chiều dài ống L = 0,5* D = 0,81m = 810 mm.
Khe hở giữa đầu cánh và thành trong của ống C = 0,005*D = 8 mm.
R + C = 810 + 8 = 818 mm.
Tọa độ profil mặt cắt dọc ống đọc từ bảng sau: L.E
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250
y
1
/L
147,8 118,7 103,7 88,0 64,8 51,3 31,3 17,6 8,9
y
u
/L
– 167,8 170,7 168,5 Đường thẳng
T.E
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0
y