Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Mục Lục
Lời nói đầu ................................................................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: ................................................................................................................................ 5
GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ ............ 5
CHƯƠNG 2: ................................................................................................................................ 6
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY ......................................................... 6
CÁC KÍ HIỆU ............................................................................................................................. 6
Các thông số tàu ........................................................................................................................ 10
I. Phương pháp tính sức cản vỏ tàu ......................................................................................... 10
1. Phương pháp Taylor (1910-1943) ............................................................................... 10
2. Tính toán chọn máy tàu dựa vào đồ thị Taylor ........................................................ 11
3. Thết kế chân vịt theo đồ thị taylor ............................................................................. 15
4. Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill............................................................ 17
5. Kiểm tra độ bền cánh chân vịt .................................................................................... 18
II. Bản vẽ chân vịt ....................................................................................................................... 19
1. Các thông số ................................................................................................................. 19
2. Xác định kích thước hình học của chân vịt ............................................................... 19
3. Tính chọn then. ............................................................................................................ 20
4. Tọa độ khai triển của cánh ......................................................................................... 20
5. Đặc trưng hình học cánh chân vịt. ............................................................................. 20
6. Xây dựng tam giác đúc .......................................................................................................23
7. Trọng lượng chân vịt . ................................................................................................. 24
III. Đường đặc tính của chân vịt. ................................................................................................ 24
1. Đường làm việc ở chế độ M = const ........................................................................... 24
2. Đường làm việc ở chế độ n=const. .............................................................................. 26

Trang 1

SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Danh mục bảng
Hình 1. Đồ thị sức cản tàu theo Taylor ........................................................................... Trang 10
Hình 2. Đồ thị sự phụ thuộc của công suất vào vận tốc ................................................ Trang 10
Hình 3. Đồ thị chọn máy................................................................................................... Trang 13
Hình 4. Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Te) ...................................................... Trang 28
Hình 5. Đồ thị đặc tính vận hành của chân vịt (Pe)....................................................... Trang 29

Danh mục hình
Bảng 1: Bảng tính sức cản theo Taylor........................................................................... Trang 12
Bảng 2: Tính sơ bộ chọn máy .......................................................................................... Trang 13
Bảng 3. Các thông số chính .............................................................................................. Trang 14
Bảng 4: Tính chọn thông số hình học chân vịt ............................................................... Trang 16
Bảng 5: Đường bao cánh chân vịt nhóm B.4 ................................................................. Trang 21
Bảng 6: Tọa độ tương đối prôfin ..................................................................................... Trang 22
Bảng 7 : Kết quả đường làm việc ở chế độ M = const ................................................... Trang 25
Bảng 8: Tính các hệ số ...................................................................................................... Trang 26
Bảng 9: Kết quả đường làm việc ở chế độ n = const ..................................................... Trang 27

Trang 2
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy


GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

.
NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN
---------......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................

......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
......................................................................................................................................................
Trang 3
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh


Lời nói đầu
Lý thuyết tàu 2 là một trong những bộ môn cơ quan trọng của ngành thiết kế thân tàu thủy, qua
đó giúp chúng em hiểu them về tàu thủy và các đặc trưng liên quan như lực nổi, ổn định, lực
cản…. Trong đó đồ án thiết bị đẩy là một đồ án quang trọng nhằm cũng cố vững chắc kiến thức
về tàu thủy, cũng như những kiến thức về thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy. Ngoài ra, việc làm đồ án
còn góp phần giúp sinh viên tự tôi rèn trong môi trường làm việc khoa học và có trách nhiệm cao
để hoàn thành tốt nhiệm vụ được giao.
Với sự hướng dẫn và giúp đỡ tận tình của giảng viên bộ môn “lý thuyết tàu 2” bên cạnh đó sự
chia sẽ kiến thức của các bạn học trong những giờ làm việc nhóm cũng hết sức quý báu, vì thế
em đã hoàn thành tốt đồ án này trong thời gian cho phép. Vậy em xin gửi lời cảm ơn chân thành
tới giảng viên cũng như tất cả các bạn đã giúp em trong thời gian vừa qua !
Đồ án đã hoàn thành song do yếu tố thời gian, kiến thức và các yếu tố khác nên chắc chắn không
thể không có sai sót và nhầm lẫn trong quá trình làm bài, vì vậy mong thầy chia sẽ và góp ý để
em tự hoàn thiện bản thân mình hơn nữa.
SVTH Ngô Thái Sơn

Trang 4
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

CHƯƠNG 1:
GIỚI THIỆU VỀ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY VÀ PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ
Thiết bi đẩy tàu thủy(chân vịt tàu thủy) là một bộ phận quan trọng trong tổ hợp cùng với động
cơ chính có nhiệm vụ duy trì sự hoạt động của con tàu (tạo ra phản lực giúp con tàu chuyển động
về phía trước hoặc sau) .
Chân vịt là thiết bị đẩy tàu đi tới bằng cách sử dụng năng lượng được tạo ra và truyền từ máy

chính của tàu . Sự chuyển động tới của tàu dựa trên nguyên tắc Bernoulli : Sự chênh lệch áp suất
giữa mặt trước và mặt sau của cánh chân vịt khi nó quay, tạo nên lực đẩy dọc trục .
Chân vịt tàu biển được làm từ vật liệu không bị ăn mòn vì nó hoạt động trong môi trường nước
biển. Vật liệu phổ biến làm nên chân vịt là hợp kim của nickel, nhôm và đồng, hợp kim này bền
hơn và nhẹ hơn các loại vật liệu khác 10-15%. Quy trình để làm chân vịt là hàn các cánh chân
vịt vào một ống trục (thường đối với những chân vịt lớn ) , hoặc đúc nguyên chiếc . Chân vịt
đúc tất nhiên chắc chắn và chịu lực tốt hơn chân vịt hàn, tuy nhiên giá thành sản xuất cao hơn .
Chân vịt có thể có 3, 4 thậm chí 5 cánh.Tuy nhiên phần lớn người ta sử dụng 3 hoặc 4 cánh.
Chân vịt tàu thủy được thiết kế theo 2 phương pháp đặc trưng .
 Phương pháp 1:
Thiết kế dựa trên những đồ thị rút ra những kết quả thí nghiệm trên hàng loạt mô hình chân
vịt. Trong đó có một số thiết kế thay đổi như tỉ số bước, tiết diện cánh và các dạng tiết diện
chân vịt thoả mãn với các đặc tính của seri nào đó, có thể nhanh chóng thiết kế và vẽ theo yêu
cầu khai thác của tàu.
 Phương pháp 2:
Được sử dụng trong trường hợp chân vịt làm việc nặng nề, phải chịu sủi bọt hoặc làm việc
trong không gian phẳng lặng , phải áp dụng lý thuyết xoáy để thiết kế.
Từ đặc tính của mỗi phương pháp cùng với các thông số và điều kiện thiết kế chân vịt của tàu
hàng . Ta nên sử dụng phương pháp 1. Đây là phương pháp thiết kế chân vịt theo phương
pháp đồ thị dựa theo mô hình chân vịt seri-B Wageningen thường được sử dụng để tính toán
thiết kế cho tàu hàng .

Trang 5
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh


CHƯƠNG 2:
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY

CÁC KÍ HIỆU




























LPP : Chiều dài tàu.
B: Chiều rộng tàu.
D: Chiều cao mạn.
T hoặc d: Chiều chìm tàu.
CB: Hệ số béo thể tích.
∆hoặc W: Lượng chiếm nước.
V: Vận tốc thiết kế.
𝜌: Mật độ chất lỏng
AM: Diện tích mặt sườn giữa
CB: Hệ số đầy thể tích.
CP: Hệ số đầy lăng trụ.
Fr: Số Froude.
Rf : Sức cản ma sát.
Rr: Sức cản dư.
EPS: Công suất máy.
W: Hệ số dòng theo.
T: Hệ số lực hút.
Hs:Chiều chìm trục.
Z: Số cánh chân vịt.
N0: Công suất kéo.
T: Lực đẩy cần thiết.
Nt’:Công suất đẩy tàu.
N: Số vòng quay trong một phút.
n: Số vòng quay trong một giây.
PD:Công suất truyền đến chân
vịt.
 Pa: Áp suất khí quyển đo trên mặt biển




























P0: Áp suất tĩnh.
𝜂: Hiệu suất nói chung.
𝜎: Ứng suất nói chung.
TE: Lực đẩy hữu hiệu chân vịt.
D: Đường kính chân vịt.

R: Bán kính chân vịt.
H: Bước xoắn.
H/D hay P/D: Tỉ lệ bước.
ae : Tỉ lệ diện tích mặt đĩa.
dh: Đường kính trung bình củ.
d1: Đường kính đầu củ.
d2: Đường kính phía nhỏ.
lh: Chiều dài củ.
l’h: Chiều dài lỗ khoét giảm trọng
lượng.
ed: Chiều dày cánh ở đỉnh.
e0: Chiều dày giả định tại tâm củ.
ds: Đường kính trục chân vịt.
lt: Chiều dài then.
bt: Chiều rộng then.
ht: Chiều cao then.
M: Mômen quay chân vịt.
J: Hệ số tiến.
KQ: Hệ số mômen quay.
KT: Hệ số lực đẩy.
PE: Công suất hữu hiệu.

Trang 6
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh


Các thông số tàu
-

Chiều dài tàu

Lpp

= 156

m

-

Chiều rộng tàu

B

= 25

m

-

Chiều cao mạn

D

= 12

m


-

Chiều chìm

d

= 7.8

m

-

Hệ số béo thể tích

CB

= 0.878

-

Lượng chiếm nước toàn tải

∆

= 27392

-

Vận tốc thiết kế


V

= 16

T
HL/h

I. Phương pháp tính sức cản vỏ tàu
V = 16 HL/H = 8,2 m/s
1. Phương pháp Taylor (1910-1943)
- Kiểm tra giá trị B/d = 25/7,8 =3,21 (2,25 < B/d< 3,75)
- Kiểm tra giá tri Cp (φ)
- CP = ∆/(γ.L.B.d)= 27392/1,025x156x25x7,8 = 0,878
- Kiểm tra giá trị

∆/(L/100)3= 27392/(156/100)3= 7215

Ta thấy tất cả các giá trị trên đều “thỏa mãn” và ta áp dụng phương pháp Taylor để tính gần
đúng sức cản trên toàn bộ tàu.
 Các thông số cần thiết cho tính toán :
- Diện tích mặt ướt tàu vận tải:
S tính theo công thức Muragin:
S = Ld.[1.36+1.33CB.(B/d)]
=156 x 7,8 x [1,36 + 1,33 x 0,878 x 25/7,8) ]
= 6209 m2
- Số Froude: Fn=v/√(g.L)= 16x 0,514/√(9,81 x 156) = 0,21
Trong đó : g = 9,81 (m/s2 )

Trang 10

SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

- Số Reynolds: Rn=(v x L)/ν
Trong đó:
 Độ nhớt động học của nước ở nhiệt độ trung bình 25ᵒC:
ν = 0,897x10-6 m2/s
- Sức cản ma sát: Rf = Cf x 0,5 x ρ x v2 x S
Trong đó:
 Hệ số ma sát: CF=0,075/[log (Rn -2)2]
 Mật độ nước biển ở nhiệt độ trung bình 25ᵒC : ρ = 101,662 kGs2/m4
 Vận tốc tàu: v (m/s).
 Diện tích mặt ướt: S (m2 ).
-

Theo phương pháp Taylor:

 Sức cản dư: Rr= ∆.( Rr/∆)=27392x Cr
 Sức cản toàn bộ: RT = Rr+Rf
 Công suất kéo của tàu: EPS = R.v/75

Trang 11
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy


GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Bảng 1: Bảng tính sức cản theo Taylor
STT

1
2
3

Ký hiệu và công
thức

Đơn
vị

Fn
v
vs

m/s
HL/h

Kết quả
0.1785

0.1936

0.2083


0.2231

0.2380

0.2529

0.2678

6.98

7.57

8.15

8.73

9.31

9.89

10.48

13.59

14.73

15.85

16.98


18.11

19.25

20.38

4

Rr/∆ cho B/d =
2.25

0.38

0.485

0.65

0.9

1.37

1.96

3

5

Rr/∆ cho B/d =
3.75


0.485

0.65

0.875

1.2

1.63

2.34

3.5

6

Rr/∆ từ nội suy

0.447

0.591

0.794

1.092

1.536

2.203


3.320

7
8
9
10

Rr

kG

Rn
Cf
Rf

11

kG

16177.72

21749.25

29912.06

42085.07

60350.05

90941.44


12144151
56.03

13171471
94.44

141715785
4.35

15178488
58.88

161922020
8.04

1720591
557.20

1821962
906.35

0.001

0.001

0.001

0.001


0.001

0.001

0.001

22997.44

26785.55

30732.60

34962.85

39479.55

44253.17

49282.02

35247.14

42963.26

52481.85

64874.91

81564.62


104603.23

140223.46

3281.69

4338.49

5702.09

7549.39

13798.42

19586.95

kG
RT = Rr+Rf

12

12249.70

EPS = Rv/75

PS

10125.45

Trang 10

SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Hình 1. Đồ thị sức cản tàu theo Taylor.

ĐỒ THỊ SỨC CẢN
Rr

Rf

RT

160000
140000
120000

RT

100000
80000
60000
40000
20000
0
0.00


5.00

10.00

15.00

20.00

25.00

V (HL)

Hình 2. Đồ thị sự phụ thuộc của công suất vào vận tốc.
BIỂU ĐỒ SỰ PHỤ THUỘC CỦA CÔNG SUẤT VÀO VẬN TỐC
25000

EPS (PS)

20000

15000

10000

5000

0
0.00

5.00


10.00

v (HL)

15.00

20.00

25.00

Trang 10
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

2. Tính toán chọn máy tàu dựa vào đồ thị Taylor
a) Tính các thông số mở đầu
- Hệ số dòng theo tính theo công thức taylor :
w = 0,5.𝐶𝐵 - 0,05 = 0,5.0,878 – 0,05 = 0,389
- Hệ số lực hút :
t = k.w = 0,7.0,389 = 0,272
Với k = (0,5 ÷ 0.7) dùng cho tàu có bánh lái dạng thoát nước.
- Đường kính lớn nhất của chân vịt :
𝐷max= 0,7.d = 0,7.7,8 = 5.46 m
- Xác định độ chìm trục chân vịt:
HS = d –(Dmax/2) – 0,04.Dmax – 0,2 =7,8 – (5,46/2) – 0,04.5,46 - 0,2=4,652 m

- Số cánh chân vịt: Z = 4
- Nhiệt độ làm việc của chân vịt : to = 25oC
Tỉ lệ mặt đĩa theo seri B : θ = 0,55
b) Tính toán chọn máy
- Tốc độ tịnh tiến của chân vịt :
vp = v.( 1- w ) = 16.( 1 – 0,389) = 9,776 (Hl/h)
- Lực đẩy cần thiết của chân vịt :
R = 54127 KG
T=R/(1-t)=54127/(1-0,272)=74350 (KG)=163911 (funt)
( 1 funt = 0,4536 KG )
- Công suất máy kéo, ML
N0 = R.v/75 = 5918 ML
-

-

Hiệu suất thân tàu

-

ɳK = (1 – t)/(1 – w) = 1,2
Hiệu suất hộp số :ηh = 0,98
Hiệu suất trục chân vịt: ηt= 0,97

c) Tính chọn máy dựa vào đồ thị Taylor.
- Công suất đẩy tàu: N’T = T.vP /327,3 = 163911.9,776/327,3 = 4896 HP
Công suất phải giảm xuống do tỷ trọng nước biển lớn hơn nước ngọt, đồ thị xây
dựng trong nước ngọt.
- NT = N’T .(1000/1025) = 4777 HP =3562 KW.
- Thực hiện theo trình tự bảng sau: Chọn chân vịt Wageningen B.4.55 trong tính toán

sơ bộ.

Trang 11
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Bảng 2: Tính sơ bộ chọn máy
ST
T

Đại lượng cần
tính

Đơn
vị

1

Số vòng quay
giả thiết (n)

v/ph
út

2


BU =

Giá trị tính

210

230

250

270

290

41.94

45.94

49.93

53.93

57.92

295

310

323.3


335

350

𝒏.𝑵𝟎.𝟓
𝑻
𝒗𝟐.𝟓
𝒑

(vp: Hl/h)
3

δ= f(Bu,ɳpop)
Tra đồ thị

4

δ’= b.δ

280.25

294.5

307.135

318.25

332.5

5


H/D = f(Bu,δ’)
Tra đồ thị

0.675

0.65

0.685

0.65

0.625

6

ɳp=f(Bu, δ’)
0.48

0.468

0.45

0.442

0.43

Tra dồ thị
7


D’= δ’.vp/n

foot

13.05

12.52

12.01

11.52

11.21

8

D=0,3048.D’

m

3.98

3.82

3.66

3.51

3.42


9

Ne=No/(ɳhɳtɳpɳk)

ML

10808.23

11085.37

11528.78

11737.45

12065.00

Trong đó:
-

b: Hệ số ảnh hưởng bởi đuôi tàu.
b= 0,92÷0,95 đối với tàu một chân vịt. Chọn 0,95

-

-

ɳh: hiệu suất hộp số, nếu có. Có thể chọn theo bảng sau:
Loại hộp số

Cơ học


Thủy lực

Điện từ

ɳh

0.97÷0.98

0.95÷0.97

0.97÷0.98

ɳt : hiệu suất trục chân vịt 0.95÷0.97. Chọn 0.97
Trang 12

SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Hình 3. Đồ thị chọn máy.

Dựa vào đồ thi ̣ta chọn được máy có:
-

Kết quả tính toán trên hình vẽ những điểm nằm trên đường cong Ne = f(n) thỏa mãn các mã
lực có hiệu của máy để đảm bảo tàu chạy với vận tốc 16Hl/h

Theo catalog Marine Engines chọn máy có thông số sau:
+ Model: 6L58/64 công suất định mức P = 8340 (kW) = 11184 (BHP).
+ Số vòng quay đầu ra : Ndr= 220 (vòng/phút).

Trang 13
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Bảng 3. Các thông số chính
STT
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12

Tên
Hệ số dòng theo
Hệ số lực hút

Đường kính max

Công thức
w = 0,5*CB-0,05
t = K*w
Dmax = 0,7*d

Kết
quả
0,389
0,272
5,46

Độ chìm trục

Hs = d-(Dmax/2)-c-0,2

4,652

Số cánh chân vịt
Tỉ lệ mặt đĩa
Lực đẩy cần thiết
Tốc độ tịnh tiến chân
vịt
Hiệu suất thân tàu
Công suất kéo
Công suất đẩy tàu

Z
Ae/A0


Điều chỉnh Công suất
đẩy tàu

T=(75*No)/(v*(1-t))
Vp = v(1-w)
ηk =(1-t)/(1-w)
No= Rv/75
Nt' = T*Vp/327,3
Nt =Nt'*(1000/1025)

Đơn
vị

m

Ghi chú
k = 0,7
d= 7.8m
c =0,04*Dmax

4
0,55
74350 KG 163911(funt)
9,776 HL/H
1,2
ML
5918
HP
4896

4777

HP

Trang 14
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

3. Thết kế chân vịt theo đồ thị taylor
a) Thiết kế chân vịt
- Ta đi thiết kế chân vịt khi tàu hoạt động với vận tốc thiết kế: V = 16HL/h
- Sức cản lúc này: R = 54127 kG
- Công suất truyền đến trục chân vịt:
𝑃𝐷 = 𝐶𝑚𝑡 ∙ ƞ𝑡 ∙ ƞℎ ∙ 𝐵𝐻𝑃 = 0,9 ∙ 0,97 ∙ 0,98 ∙ 11184 = 9568 (HP)
Trong đó
+ Hệ số môi trường ở 250C: Cmt= 0.9
+ Hiệu suất trục chân vịt: t = 0,97
+ Công suất máy BHP = 11184 ML
+ Hiệu suất hộp số: h  0,98
-

Ta chọn kiểu truyền động trực tiếp từ máy đến chân vịt nên vòng quay của chân vịt
bằng vòng quay của máy và tần suất quay của chân vịt nhận khoảng 98% - 99% tần
suất định mức chọn tần suất chân vịt 98% tần suất định mức.
+ N =0,98.220= 215,6(vòng/phút)
+ Vòng quay chân vịt trong một giây:

n=N/60= 215,6/60= 3.593(v/s)
+ Áp suất tác dụng lên tâm trục chân vịt:
P0 = Pa + γ. Hs = 10330 + 1025.4,652 =15098.3 (KG/m2)

Trong đó:
-

Pa = 1,033 kG/cm2 là áp suất khí quyển tính trên mặt thoáng

-

Áp suất hơi bão hòa chọn: Pd = 240 (KG/m2)
Tàu một chân vịt: K = 0,2

-

Tính chọn tỷ lệ mặt đĩa:
θ = Ae /A ≥ [(1,3+0.3Z).T/(po-pd).D2] +K

-

Chọn seri chân vịt wageningen B.4.55.
→ Chọn lấy  = 0,55
Trang 15

SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy


GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Bảng 4: Tính chọn thông số hình học chân vịt
Đại lượng cần tính hoặc xác
định
Vs

Đơn vị
Hl/h

16

𝑣𝑎 = 𝑣𝑠 ∙(1−𝑤)

Hl/h

9,776

8,86

Bp=60n/va2 . √(PD/va)

-

71

90,26

4


δopt đọc từ đồ thị

-

383

435

5

𝛿 = 0,95 ∙ 𝛿𝑜𝑝𝑡

-

363,85

413,25

D=0,305.(Vaδ/N)

M

5,03

5,18

H/D =f(Bp,δ)

-


0,625

0,57

ɳp = f(Bp,δ)

-

0,405

0,38

KG

57726

58978,98

KG

42025

42936,70

STT
1
2

Giá trị tính hoặc xác định
14.5


3

6

7

8
9

10

-

-

T= (75PDɳp)/(0,515Va)
𝑇𝑒 = 𝑇 ∙ (1 − 𝑡)

[Te(v)-R(v)]/R = (42936,7-41406,49)/41406,49 < 3%
Sau lần tính thứ 2 tốc độ tàu vs = 14,5 Hl/h lực đẩy thực tế của chân vịt đạt 42936,7
lớn hơn sức cản vỏ tàu. Sai số giữa hai đại lượng này nằm trong giới hạn cho phép.
Kết quả vs = 14,5 là kết quả cuối.
Các đặc tính hình học của chân vịt vừa được chọn
+ Đường kính chân vịt: D = 5.18 m
+ Bước xoắn: H = 2.9526 m
+ Tỷ lệ bước: H/D = 0,57

Trang 16
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040



Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

4. Kiểm tra tính sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill
a) Các thông số có được từ những phần tính trên:
+ Vận tốc thiết kế: V = 14.5 HL/h
+ Lực đẩy chân vịt: Te = 42936,70 kG
+ Đường kính chân vịt: D = 5.18 m
+ Bước xoắn: H = 2.9526m
+ Tỷ lệ bước: H/D = 0,57
+ Tỷ lệ diện tích mặt đĩa: ae = 0,55
+ Diện tích đường tròn: Ao = л.D2/4 = 21m2
-

Kiểm tra sủi bọt theo tiêu chuẩn Burrill

-

Hệ số mặt đĩa đã chọn chỉ phù hợp cho giả thiết ban đầu khi chưa đủ đặc trưng hình
học chân vịt. Để tránh sủi bọt và khỏi bị xâm thực nhất thiết phải kiểm tra chân vịt
theo tiêu chuẩn tránh sủi bọt.

-

Bình phương vận tốc các điểm trên cánh tính tại 0.7R:
V0.72 = Vp2+(2л.n.0,7.D/2)2 = 5.0252 + (2л.3,593.0,7.5,18/2)2=1700 (m/s)2


-

Số sủi bọt trung bình:

σ0,7 = (po-pd)/0,5.ρ. V0.72 = 0.172
Trong đó:
+ po = pa + γ. Hs = 10330 + 1025.4,652 =15098,3 (KG/m2)
+ Pa = 1,033 kG/cm2 là áp suất khí quyển tính trên mặt thoáng
+ Áp suất hơi bão hòa chọn: Pd = 240 (KG/m2)
+ Mật độ nước biển ở nhiệt độ trung bình 25ᵒC : ρ = 101,662 kGs2/m4
-

Căn cứ vào đồ thị Burrill cho ta hệ số lực đẩy tương ứng:
τ = (T/Ac)/(0,5.ρ. V0.72 )= 0.05

-

Như vậy diện tích tối thiểu của diện tích chiếu chân vịt là:
Acmin ≥ T/(0,5.ρ. V0.72. τ) = 10 m2

-

Diện tích thật của mặt chiếu:
Ac = (1,067-0,229.H/D)/ ae. Ao = 11 m2
 Diện tích thực tế Ac > Acmin tính theo tiêu chuẩn Burrill cho phép kết luận, chân
vịt với tỷ lệ mặt đĩa ae = 0,55 trong trường hợp này có khả năng tránh sủi bọt.

Trang 17
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040



Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

5. Kiểm tra độ bền cánh chân vịt
- Chân vịt làm bằng đồng thau.
- Sức bền cách chân vịt được kiểm tra theo công thức Romson.
- Áp dụng phương pháp Romson tiến hành kiểm tra độ bền cánh tại hai bán kính
r=0.2R và r=0.6R. Theo phương pháp này ứng suất trong cánh gồm ứng suất do
momen uốn σB gây ra và σC do lực ly tâm.
Hệ
CA
CB
C
A
b
e
aK
aN
εo
ɳp
X
số
8,5
35
0,7
0,55
1,18
0,21

0,096
0,086
0,58
0,38
1,1
0,2R
Các thông số bổ trợ
Va = 8,86 Hl/h = 4,55m/s.
J = Va/(n.D) = 4,55/(3,593.5,18) = 0,244
ɳp = 0,38
be2 = 1,18.0,212 = 0,05
Z.N= 4.215,6 = 862,4
A.C= 0,385
(N.D)2= (215,6.5,18)2=124,73.104
(CB + ɳp.101,3/J).X = (0,878+0,83.101,3/0,244).1,1 = 174,5
- Ứng suất kéo và nén do momen uốn gây ra như sau:
σ1,k = [(CA.PD)/( aK. be2. Z.N)].(CB + ɳp.101,3/J).X
= (8,5.9568)/(0,096.0,05.862,4).174,5 = 342,83 kG/cm2
σ1,n = [(CA.PD)/( aN. be2. Z.N)].(CB + ɳp.101,3/J).X
= (8,5.9568)/(0,086.0,05.862,4).174,5 = 382,7 kG/cm2
- Ứng suất kéo và nén do lực ly tâm gây ra như sau:
σ2,k = (N.D)2/104 . (A.C/ aK + εo)
= 124,73.104/104 . (0,385/0,096+0,58) = 572,56 kG/cm2
σ2,n = (N.D)2/104 . (A.C/ aN + εo)
= 124,73.104/104 . (0,385/0,086-0,58) = 486,04 kG/cm2
Tại mặt cắt t = 0,2R tổng ứng suất sẽ là:
σK= σ1,k + σ2,k = 915,39 kG/cm2
σN= σ1,n + σ2,n = 868,74 kG/cm2
Kết quả trên cho thấy ứng suất kéo hoặc nén cánh chân vịt đang tính thấp hơn giá trị bền
giới hạn của vật liệu. Như vậy cánh chân vịt nêu trên đảm bảo đủ bền.

Tên vật liệu
Giới hạn
Giới hạn bền
Độ kéo dài
Ứng suất
chảy
cho phép
Đồng thau
2500
6400
22
600-700

Trang 18
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

II. Bản vẽ chân vịt
1. Các thông số:
+ Đường kính chân vịt: D = 5,18 m
+ Bước xoắn: H = 2,9526m
+ Tỷ lệ bước: H/D = 0,57
+ Tỷ lệ diện tích mặt đĩa: ae = 0,55
+ Số cánh Z=4
+ Vật liệu chế tạo chân vịt : đồng thau
+ Góc nghiêng cánh : 10o

2. Xác định kích thước hình học của chân vịt


Đường kính trung bình củ : dh = (0,16 - 0,18)D =(828,8 ÷ 932,4) mm
Đường kính đầu củ : d1 = (0,18 - 0,204)D =(932,4 ÷ 1056,72) mm
Đường kính phía nhỏ : d2 = (0,13 - 0,14)D =(673,4 ÷ 725,2) mm
Chiều dài củ: lh = (0,2 - 0,27)D = (1036 ÷1396,6) mm
Chọn :
+ Đường kính trung bình củ : dh= 880 mm
+ Đường kính đầu củ : d1= 1000 mm
+ Đường kính phía nhỏ : d2 = 600 mm
+Chiều dài củ: lh= 1220 mm

- Chiều dài lỗ khoét giảm trọng lượng : l'h = (0,3 - 0,45)lh = (366 ÷ 549) mm
 Chọn l'h = 460 mm
- Bán kính lượn cánh với củ phía nhỏ : R1  0,035.D  181,3 (mm)
-

Bán kính lượn cánh với củ phía lớn: R2  0,04D  207,2 (mm)

- Chiều dày tại phần hạ bậc: D = 0,9e0 =209,7mm
- Độ côn trong 1:12
- Chiều dày cánh ở đỉnh: ed = 0,0035D = 18,13 mm
- Chiều dày giả định tại tâm củ: e0 = (0,04 - 0,05)D =(207,2 ÷ 259) = 233 mm

Trang 19
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy


GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

3. Tính chọn then.
-

-

Theo quy phạm ở phần III chương 7 – QCVN 2010.
Đường kính trục chân vịt: Đường kính trục chân vịt làm bằng thép cacbon rèn hoặc thép
hợp kim thấp rèn không được nhỏ hơn trị số theo công thức sau.
ds= 100.K2.3√[H/N.(560/(Ts+160)).K]
Trong đó:
+ K2: hệ số liên quan đến thiết kế trục. Chọn 1,26 (trục có rãnh then để lắp chân vịt).
+ Đường kính yêu cầu của trục chân vịt.
+ Ts= 600 N/mm2- Giới hạn bền kéo danh nghĩa của trực chân vịt.
+ K: Hệ số trục rỗng
K=1/[1-(di/da)4]
di: Đường kính trong của trục rỗng (mm).
da: Đường kính ngoài của trục rỗng (mm).
Lấy d i≤ 0,4 da. Theo điều 6.2.2-1 ta có thể chọn K=1
+ H=Ne= 11184 (HP) công suất trục lớn nhất của động cơ.
+ N= 215,6 v/p – vòng quay lớn nhất trục trung gian.
 ds= 424.44 mm. Chọn ds= 425 mm
Then:
+ Chiều dài then lt=0,25lh = 0,25.1220= 305mm
+ Bề rộng then bt = 0,25ds = 0,25. 425=106,25 mm
 Chọn bt = 107mm
+ Chiều cao then: ht = (0,4÷0,5) bt = 42,8 ÷ 53,5 mm
 Chọn ht = 50mm


4. Tọa độ khai triển của cánh.

bm/D= ae /(0,53-0,484.dh/D).Z=0,31
5. Đặc trưng hình học cánh chân vịt.
-

Tọa độ đường bao cánh và profil các mặt cắt cánh tính theo tiêu chuẩn của bể thử
Wageningen

Trang 20
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

𝑟
𝑅
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9
1

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh


Bảng 5: Đường bao cánh chân vịt nhóm B.4
𝑏∙𝑍
b
b1
b2
𝑏1
𝑏2
𝐴
𝑏
𝑏
𝐷∙ 𝑒⁄𝐴
0
1.18
0.41
1,662
0,617 0.73
0,35
1.34
0.47
1,882
0,613 0.82
0,35
1.46
0.51
2,05
0,601 0.88
0,35
1.53
2,152
0,586 0.90

0,355 0.54
1.56
2,187
0,561 0.87
0,389 0.61
1.53
2,144
0,524 0.80
0,442 0.67
1.40
1,97
0,463 0.65
0,478 0.67
1.13
0.56
1,582
0,351 0.40
0,5
Với:
Khoảng cách từ trục tới mép dẫn :

tmax/
D

tmax

0,040
6
0,035
9

0,031
2
0,026
5
0,021
8
0,017
1
0,012
4
0,007
7
0,003

0.21
0.19
0.16
0.14
0.11
0.09
0.06
0.04
0.02

b1

Khoảng cách từ chiều dày 𝑡max tới mép dẫn : b2
Khoảng cách từ mép dẫn tới mép thoát:

b


Trang 21
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

Bảng 6: Tọa độ tương đối prôfin.
Từ điểm dày nhất dến mép thoát

r/R
100

80

60

40

Từ điểm dày nhất đến mép dẫn
20

20
MẶT HÚT

40

60


80

90

95

100

0,2

-

112.04

152.57

182.49

202.55

207.06

198.45

182.70

156.24

135.14


119.60

-

0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8
0,9

-

96.81
76.32
60.76
44.22
35.46
24.57
18.06

136.04
112.40
95.76
73.87
60.21
40.68
28.00


164.92
138.48
120.54
93.94
76.41
51.18
34.80

182.97
155.20
135.73
106.48
86.99
58.02
38.80

178.60
149.20
129.36
100.38
79.92
51.18
34.80

163.02
134.88
115.22
87.29
67.41

41.22
28.00

137.75
119.04
101.50
77.44
60.93
38.16
22.80

119.04
102.96
87.71
66.17
51.12
31.32
17.68

104.31
91.12
76.86
57.42
43.65
26.01
14.00

-

0,2

0,3
0,4
0,5
0,6
0,7
0,8

63.00
48.17
28.56
12.70
5.61
0
0

38.22
23.18
9.92
2.45
0.00
0
0

22.89
11.02
2.40
0.00
0.00
0
0


11.45
3.23
0.00
0.00
0.00
0
0

3.26
0.00
0.00
0.00
0.00
0
0

186.96
157.12
137.34
107.91
87.84
58.20
38.80
MẶT ĐẨY
0.95
0.10
0.00
0.00
0.00

0
0

4.83
2.47
0.48
0.00
0.00
0
0

12.39
8.74
4.24
0.98
0.00
0
0

28.25
20.62
12.48
6.02
0.88
0
0

42.63
31.45
20.00

11.83
4.90
0,26
0

55.02
42.18
28.64
18.62
9.24
1,57
0

84.00
71.35
55.20
42.56
26.95
10,27
3,40

Trang 22
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

6. Xây dựng tam giác đúc.

- Tam giác đúc là tam giác vuông được xây dựng trên cơ sở đường kính D, bước xoắn chân vịt
H và công nghệ khuôn đúc.
- Việc xây dựng tam giác đúc sau khi thiết kế chân vịt, nhằm mục đích giúp người thiết kế
khuôn đúc đúc chính xác chân vịt đúng như chân vịt đã thiết kế.
+ Bán kính khuôn đúc: Rφ = 1,1R =1,1. 2590 = 2849 (mm)
+ Tỉ số H/Z = 2952,6/4 = 738,15 (mm)
+ Khoảng cách từ mút cánh đến đường chuẩn:
mr = tg10°.R=tg10°.2590 = 457 (mm)
+Chiều cao tăng them z0 để đạt được cường độ bền tại phần dưới của khuôn:
Với đường kính chân vịt lớn hơn 3,500 (mm) ta chọn z0 = 150 (mm)
+ Các thông số của tam giác đúc:
mφ= (𝑅φ /R). mr= (2849/2590). 457= 439 (mm).
Lφ1= (2πR .φ1)/360= 2667 (mm)
L φ2= (2πR .φ2)/360=1401 (mm)
Trong đó:
φ1 ,φ2 : góc lệch từ điểm P cách gốc tọa độ chuẩn của chân vịt một đoạn H/2π với điểm ở
đường chuẩn của cánh tại bán kính 0,3R.
φ1 = 59° và φ2 = 31°

Trang 23
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

7. Trọng lượng chân vịt .
- Trọng lượng chân vịt nhóm B-Wageningen tính theo công thức sau:
C1=1 – Hệ số ảnh hưởng của chân vịt (loại Wageningen).

C2=1 – Hệ số ảnh hưởng của mặt cầu
C3=1 – Hệ số ảnh hưởng chiều dày cánh ở đỉnh.
C4 – Hệ số ảnh hưởng chiều dày cánh ở đỉnh
C4= 0,15.(eo+ed/eo) - 0,089= 0,15.( 233+18,13/233) – 0,089 = 0,073
Chân vịt làm từ hợp kim đồng khối lượng riêng γ = 8400 kg/m3
C= C1C2C3C4γ ae.(eo/D)= 1.8400.0,55.( 0,233/5,18) = 15,17
Khối lượng cánh: g2= 3,85.15,17.D3 = 8118 kg
Khối lượng củ chân vịt dài l=1220 mm; tính theo công thức.
g1=0,59. dh2.l.γ= 4682.27 kg
Khối lượng chân vịt gồm khối lượng củ và 4 cánh gắn trên đó:
G = g1 + g2 = 4682.27 + 8118 = 12800,27 kg
Momen quán tính:
Ip= 2,548 GD2= 2,548. 57991= 147761,08 kG.m.s2
GD2= C1C2C3C4γ ae.(eo/D)D5= 1,025 . 15,17.5,185= 57991
III. Đường đặc tính của chân vịt.
1. Đường làm việc ở chế độ M = const
-

Các thông số đã xác định:
+ Đường kính chân vịt: D = 5,18 m
+ Tỷ lệ bước: H/D = 0,57
+ Công suất truyền đến trục chân vịt: PD = 9568 HP
+ Số vòng quay chân vịt: N = 215,6 v/ph
+ Khối lượng riêng của nước biển ρ = 101.662 kGs2/m4
+ Hệ số dòng theo: w = 0,389
+ Hệ số lực hút: t = 0,272
+ Momen quay :
M=(716,2. PD/N) = 31784 (kG.m)

Trang 24

SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040


Đồ án Thiết kế thiết bị đẩy tàu thủy

GVHD: Ths. Lê Đức Cảnh

+ Hệ số phụ trợ :
M/D.(1-t)= 4467
ɳdt = 0,97
ɳhs = 0,98
- Tra đồ thị 4.24 đồ thị KT–J - 𝜂𝑝 và đồ thị KQ -J – 𝜂𝑝 sách Lý Thuyết Tàu- Trần Công
Nghị phần Sức Cản Tàu Và Thiết Bị Đẩy trang 140, XB 2009.
Bảng 7 : Kết quả đường làm việc ở chế độ M = const
TT

Ký hiệu

KT=f1(H/D,J)

3

10KQ=f2(H/D,J)

4

𝜂𝑝 = f3(H/D,J)

5


Te=
(KT/KQ).(M/D).(1-t)

N

8

𝑛 =N/60
Vs=JnD/(0,515(1-w))

PT =

9
10

KQρn3D5/11,936

PE= PT/ɳdtɳhs

Kết quả
0

0,1

0,2

0,3

0,4


0,5

-

0,24

0,21

0,18

0,15

0,1

0,06

-

0,225

0,21

0,18

0,15

0,125

0.1


-

0,025

0,16

0,31

0,43

0,526

0,54

KG

47648

44670

44670

44670

35736

26802

V/ph


116

120

130

142

155

174

V/s

1,93

2

2,16

2,36

2,58

2,9

Hl/h

0


3,3

7,11

11,66

17

24

HP

5138

5337

5762

6263

6819

7747

HP

5405

5614


6061

6588

7173

8150

J = Vp/nD

1
1
2

6
7

Đơn vị

Trang 25
SVTH: Ngô Thái Sơn – MSSV: 1451070040