Giáo trình Thiết kế tàu kéo, tàu đẩy

119 trang ngocly 40

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Giáo trình Thiết kế tàu kéo, tàu đẩy", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

giao_trinh_thiet_ke_tau_keo_tau_day.pdf

Nội dung text: Giáo trình Thiết kế tàu kéo, tàu đẩy

TRẦN CÔNG NGHỊ THIẾT KẾ TÀU KÉO, TÀU ĐẨY
MUÏC LUÏC Môû ñaàu CHÖÔNG 1: TAØU KEÙO VAØ TAØU ÑAÅY 1. Taøu keùo chaïy bieån 4 2. Taøu keùo chaïy soâng 17 3. Taøu ñaåy – keùo vaø taøu ñaåy 21 4. Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí 28 CHÖÔNG 2: XAÙC ÑÒNH KÍCH THÖÔÙC CHÍNH 1. Söùc caûn vaø thieát bò ñaåy taøu 36 2. Coâng suaát caàn thieát cho taøu keùo 39 3. Ñöôøng ñaëc tính chaân vòt taøu keùo 42 4. Xaùc ñònh löôïng chieám nöôùc vaø kích thöôùc chính 46 5. Kích thöôùc chính vaø löôïng chieám nöôùc 49 CHÖÔNG 3: ÑÖÔØNG HÌNH VAØ ÑAËC TRÖNG THUÛY TÓNH 1. Heä soá beùo vaø hình daùng voû taøu 59 2. Ñöôøng hình 60 CHÖÔNG 4: KEÁT CAÁU. THIEÁT BÒ BOONG 1. Keát caáu taøu 67 2. Thieát bò keùo 73 3. Choáng va 84 CHÖÔNG 5: TRANG BÒ ÑOÄNG LÖÏC VAØ MAÙY ÑAÅY TAØU 1. Trang bò ñoäng löïc 87 2. Thieát keá chaân vòt böôùc coá ñònh 93 3. Thieát keá chaân vòt trong oáng ñaïo löu 102 Taøi lieäu tham khaûo 116 3
CHÖÔNG 1 TAØU KEÙO VAØ TAØU ÑAÅY Taøu laøm nhieäm vuï keùo hoaëc ñaåy ñöôïc xeáp chung vaøo nhoùm taøu keùo. Coù theå phaân caùc taøu nhoùm naøy thaønh caùc kieåu taøu theo chöùc naêng: taøu keùo ñi bieån, goïi taøu taøu keùo bieån, taøu keùo trong vuøng noäi ñòa hay taøu keùo soâng vaø caùc taøu chæ laøm nhieäm vuï ñaåy goïi laø taøu ñaåy. 1. Taøu keùo chaïy bieån Taøu keùo chaïy (ñi) bieån (ocean going tugboats) ña daïng, laøm nhöõng vieäc chuyeân moân khoâng hoøan toaøn gioáng nhau. Trong thöïc teá caùc taøu nhoùm naøy ñöôïc thieát keá cho nhöõng coâng vieäc nhaát ñònh vaø mang teân goïi qui öôùc cuõng khoâng truøng nhau. Taøu keùo bieån chuyeân keùo caùc phöông tieän noåi ñi bieån xa hoaëc bieån gaàn ñöôïc hieåu laø taøu vieãn döông hoaëc taøu caän haûi, gioáng caùch goïi duøng cho taøu vaän taûi. Taøu keùo kieâm coâng taùc cöùu hoûa ñuôïc duøng raát phoå bieán trong ñoäi taøu keùo bieån. Taøu khoâng chæ laøm nhieäm vuï keùo maø coøn kieâm ngheà goïi laø taøu ña muïc ñích. Taøu keùo ña muïc ñích ngaøy nay ñöôïc phaùt trieån nhaèm ñaùp öùng yeâu caàu söû duïng taïi caùc nöôùc chöa ôû möùc chuyeân moân hoùa cao. Trong nhieàu tröôøng hôïp taøu keùo laøm vieäc taïi caùc caûng bieån ñöôïc xeáp vaøo nhoùm taøu keùo bieån. Taøu keùo ña muïc ñích hay hieåu theo caùch khaùc, taøu ña duïng ñöôïc phaùt trieån taïi nhieàu nöôùc. Taøu coù khaû naêng keùo taøu, giuùp caùc taøu lôùn quay trôû trong caûng. Taøu thöôøng ñöôïc trang bò heä thoáng chöõa chaùy coâng suaát cao laøm cho taøu trôû thaønh phöông tieän chöõa chaùy chính khi coù söï coá hoûa hoaïn treân bieån, trong caûng. Caùc taøu naøy coøn ñöôïc trang bò caùc phöông tieän cöùu hoä ñeå taøu nhanh choùng bieán thaønh phöông tieän cöùu hoä treân bieån. Hình 1 Tàu kéo đi biển 4
Hình Tàu kéo Ñaëc tröng chính cuûa caùc taøu ña duïng nhö sau: Chieàu daøi taøu töø 29 m ñeán 45 m Coâng suaát maùy chính töø 1500HP ñeán 3000HP Vaän toác taøu thoâng thöôøng naèm trong phaïm vi 12 – 14 HL/h. Ñieàu caàn neâu, söùc keùo ñôn vò tính cho tröôøng hôïp thöû taïi beán (polar pull) 13,0 – 13,5 kG/HP Taøu ña duïng coøn ñöôïc trang bò phöông tieän boác dôõ haøng vaø khoang chöùa haøng treân taøu. Baûng 1 döôùi ñaây giôùi thieäu nhöõng taøu keùo ña duïng ñaõ ñöôïc ñoùng taïi caùc nöôùc coù neàn coâng nghieäp ñoùng taøu phaùt trieån. Baûng 1 Teân taøu Nöôùc saûn L, m B, m H, m T, m D, T xuaát Bonn UK 28,26 7,92 3,96 - - Aventure Icuerr “ 32,31 8,53 3,96 3,05 - Zaberdast “ 36,58 9,60 5,03 - - Cocbern Australia 38,10 9,45 4,42 - - 5
Arzanach UK 41,10 9,60 - - - Kweetex “ 32,0 8,94 4,31 - 543 Arbil Germany 37,7 9,75 4,30 3,60 - Keverne “ 37,5 8,53 4,19 3,58 450 Vikingbank Haø lan 30,2 7,50 4,0 3,4 - Stere. Finlandia 55 11,5 5,5 4,51 1278 Nandkim. UK 34,15 9,45 4,88 4,03 - I. Plusnin Nga 43,0 10,0 5,5 4,1 - Britonia UK 43,43 9.6 4.95 - - Noord. Haø lan 43,47 10.05 5.5 4.74 - Parachaki UK 35,66 9.45 4.57 4.04 - Tamaran T.B.N 38,1 10.05 4.56 - 718 Atlant Nga 47,55 11 5.79 4.35 1128 Le Corsar UK 40,23 9.45 4.49 - - El Kaballo “ 38,7 9.75 3.96 - - KBS Finlandia 55,3 11.52 5.78 - - Mounir Nhaät baûn 45,0 10 5.15 4.39 1054 Khajashio “ 60,0 11.4 5.3 4.43 1970 Maru Tames Haø lan 47,5 10 5.1 4.5 - Tais Maru Nhaät baûn 50,0 10.4 5 4.5 - Helgoland Germany 62,0 12.4 5.9 4.1 - Pamir Thuïy 72 12.44 5.2 4.08 2032 ñieån Hecules Na uy 56,8 10.55 5.65 4.57 - Alemdar Germany 52,5 11 5.6 3.9 - Atlantic “ 58,5 10,25 5,52 3,86 - Teân taøu L/B L/H B/T H/T Coâng suaát Vaän toác, HP HL/h Bonn 3.57 7.14 - - 2x730 - Aventure Icuerr 3.8 8.15 2.8 1.3 2x745 - Zaberdast 3.81 7.26 - - 1500 12.7 Cocbern 1500 12.1 Arzanach 1500 13 Kweetex 3.58 7.43 - - 2x785 12.9 Arbil 3.87 8.76 2.71 1.2 1620 12 Keverne 4.4 8.95 2.38 1.17 1650 12.9 Vikingbank 4.03 7.55 2.21 1.18 2x825 12 6
Stere. 4.78 10 2.55 1.22 1700 13.5 Nandkim. 3.61 7 2.34 1.21 2x900 12 I. Plusnin 4.3 7.82 2.44 1.34 1000 13 Britonia 4.52 8.76 - - 2000 14 Noord. 4.32 7.9 2.12 1.16 1000 15 Parachaki 3.78 7.8 2.34 1.13 1048 13 Tamaran 3.79 8.35 - - 2x1050 14 Atlant 4.33 8.21 2.53 1.33 2x1100 14.4 Le Corsar 4.26 8.97 - - 2315 14.5 El Kaballo 3.97 9.79 - - 2x1200 13 KBS 4.79 9.56 - - 2520 15 Mounir 4.5 8.75 2.28 1.17 2x1600 15.8 Khajashio 5.26 11.3 2.58 1.13 3200 15.3 Maru Tames 4.75 9.32 2.22 1.14 2x1625 - Tais Maru 4.8 11.1 2.31 1.11 2x1750 14.5 Helgoland 5 10.5 3 1.44 4x970 16.6 Pamir 5.78 13.8 3.4 1.11 2x2100 17.5 Hecules 5.38 10.05 2.22 1.19 4x1100 - Alemdar 4.77 9.38 2.82 1.44 2x2500 16.5 Atlantic 5.7 10.6 2.66 1.43 2x2500 17 Taøu vieãn döông trong thöïc teá laø taøu keùo coù khaû naêng laøm vieäc taïi vuøng bieån khoâng haïn cheá, thôøi gian chuyeàn bieån thöôøng daøi, coù nhöõng tröôøng hôïp ñeán 15 – 20 ngaøy ñeâm. Taàm hoaït ñoäng taøu vieãn döông coù theå treân 15.000 haûi lyù. Taøu ñöôïc thieát keá ñeå laøm nhöõng vieäc naëng treân ñaïi döông nhö keùo taøu, keùo giaøn khoan, caùc coâng trình noåi. Taøu phaûi ñöôïc ñaûm baûo veà maët an toaøn, ñaûm baûo oån ñònh ñeå laøm vieäc trong ñieàu kieän thôøi tieát trôû neân xaáu neáu ñieàu naøy xaåy ra trong chuyeán ñi. Coâng suaát maùy taøu nhoùm naøy khoâng maáy khi döôùi 3.000 – 4.000 HP. Vaän toác chaïy töï do cuûa taøu coù luùc coøn nhanh hôn taøu vaän taûi kieåu cuõ, ñaït ñeán 16 – 17 Hl/h. Caùc taøu naøy luoân trang bò phöông tieän cöùu sinh, cöùu naïn vaø caû phöông tieän chöõa chaùy ñuû maïnh. Caùc taøu keå sau thöôøng ñöôïc coi laø taøu keùo kieâm cöùu hoä, trong ñoù nhieäm vuï cöùu hoä coù khi laán löôùt vai troø keùo. Taøu keùo - cöùu hoä ñôøi môùi trang bò maùy coâng suaát ñeán 8.000 – 10.000 HP, taàm hoaït ñoäng ñeán 20.000 haûi lyù. Taøu mang teân Zvarter Zee ñoùng taïi Netherlands giöõa nhöõng naêm saùu möôi trang bò maùy coâng suaát 9.000 HP, taàm laøm vieäc leân ñeán 19.800 haûi lyù. Cuõng thôøi gian treân taøu ngöôøi Nhaät ñoùng cho chuû taøu USA Ellis L. Morant löôïng chieám nöôùc 1970 T, coâng suaát 9.600 HP. Cuoái thập kyû saùu möôùi töø Germany ngöôøi ta haï thuûy taøu keùo kieâm cöùu hoä vôùi maùy chính coâng suaát 16.000 HP, döï tính chaïy vôùi vaän toác choùng maët trong ngaønh keùo laø 22 haûi lyù / giôø. 7
Hình 3 Tàu kéo kiêm cứu hộ 8
Hình 3 giôùi thieäu taøu keùo kieâm cöùu hoä coù teân goïi Alice L. Moran ñöôïc ñoùng vaøo nhöûng naêm baûy möôi. Taøu keùo côõ nhoû Taøu côõ nhoû hoaït ñoäng vuøng ven bieån hoaëc vöøa keùo bieån vaø coøn tham gia keùo tuyeán pha soâng – bieån. Moät trong caùc taøu kieåu naøy ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 4. Taøu Sadko trong hình ñöôïc trang bò maùy chính coâng suaát 750 HP. Hình 4. Taøu keùo ñi bieån Sadko, laép maùy coâng suaát 750 HP. Taøu nhoùm naøy thöôøng coù maïn khoâ khaù lôùn, ñaëc bieät maïn khoâ phaàn muõi lôùn hôn möùc bình thöôøng. Taøu coù tính ñi bieån toát, ít bò nöôùc traøn boong. Tính oån ñònh höôùng cuûa taøu phaûi cao hôn caùc taøu keùo caûng. Ñaëc tröng chung cuûa nhoùm taøu côõ nhoû naøy: coâng suaát maùy chính khoaûng 220 – 750 HP, chieàu daøi taøu khoaûng 20 – 30m. Söùc keùo treân tang töø 3,5 T ñeán 8 T. Vaän toác taøu khoâng quaù 10 – 11 HL/h. Nhöõng taøu ñaëc tröng cho nhoùm côõ nhoû ñöôïc giôùi thieäu taïi baûng 2. Taøu keùo chaïy bieån côõ nhoû kyù hieäu MB-301 trang bò maùy chính 225 HP, chaân vòt trong oáng ñaïo löu ñöôïc trích daãn vaø giôùi thieäu taïi hình döôùi ñaây, hình 3. Trong hình 1 – laàu laùi ñaëc tröng cuûa taøu keùo, 2 – forepeak, 3 – thuøng xích, 4 – phoøng ôû boán ngöôøi, 5 – buoàng phaùt ñieän, 6 – phoøng 2 ngöôøi, 7 – phoøng aên, 8 - keùt nhieân lieäu, 9 – buoàng maùy, 10 – keùt nöôùc ngoït, 11 – buoàng maùy laùi. 9
Maët caét doïc qua giöõa taøu cho pheùp chuùng ta nhìn nhaän roõ hôn profile taøu keùo ñaëc tröng. Laàu laùi thoâng leä naèm tröôùc maët caét giöõa taøu, chieám vò trí cao vaø ñeïp 12
nhaát treân taøu. Tyû leä giöõa chieàu daøi laàu laùi vaø chieàu daøi taøu thöôøng lôùn, treân 25%. Muõi taøu cao hôn haün nhöõng phaàn coøn laïi cuûa boong, maïn chaén soùng phía muõi thöôøng cao vaø ñuû chaéc choáng va ñaäp thöôøng xuyeân soùng bieån, nöôùc phuû. Hình 5. Boá trí taøu keùo ñi bieån côõ nhoû. Trong phaàn tieáp theo seõ giôùi thieäu nhöõng taøu keùo ñi bieån côõ trung bình trôû leân giuùp baïn ñoïc quan saùt kyõ hôn boá trí taøu. Taøu keùo trong caûng Tàu kéo thuộc nhóm này (harbour tugs) đông nhất. Ñaëc tröng cuûa nhoùm taøu naøy: coâng suaát maùy chính ñuû maïnh song kích côõ taøu khoâng lôùn, chieàu cao maïn khoâ chæ ñaït giaù trò toái thieåu. Khaû naêng quay trôû taøu keùo caûng (goïi taét cuûa taøu keùo hoaït ñoäng chuû yeáu trong caûng) raát cao. Taát caû ñieàu vöøa neâu ñaûm baûo taøu coù theå an toaøn vaø deã daøng thao taùc trong khoûang khoâng gian chaät choäi, luoàng laïch haïn heïp giöõa caùc taøu trong caûng, giöõa taøu vaø beán, giöõa caùc chöôùng ngaïi khoù traùnh trong caùc caûng vv Taøu coù kích thöôùc nhoû cho neân boá trí taøu nhoùm naøy ñoøi hoûi chaët cheõ, chi li. Caùc buoàng ñieàu khieån phaûi ñaûm baûo thoâng, thoaùng; taàm quan saùt ñuû lôùn, trong khi ñoù caùc buoàng sinh hoaït khoâng ñöôïc thoùang roäng nhö taøu bieån khaùc. Döï tröõ nhieân lieäu, löông thöïc, thöïc phaåm, nöôùc vv ôû möùc thaáp nhaát. Thoâng thöôøng döï tröõ ñuû cho taøu trong voøng 3 – 5 ngaøy. 13
Hình 6. Tàu kéo trong cảng đang kéo tàu Hình 7. Công việc thường ngày Hoaït ñoäng trong vuøng nöôùc haïn cheá, taàm hoaït ñoäng chæ goïn trong khu vöïc caûng vaø vuøng laân caâïn do vaäy trang thieát bò cho taøu ñöôïc pheùp mieãn giaûm ñeán möùc toái ña. Treân nhieàu taøu khoâng trang bò tôøi keùo, heä thoáng naâng haï xuoàng cöùu sinh. Thay vì tôøi keùo treân caùc taøu nhoùm naøy phaûi coù ñuû moùc keùo, coïc keùo, caùc coïc bích buoäc taøu, chaèng taøu. Nhöõng taøu ñaõ ñöôïc ñoùng vaø söû duïng coù hieäu quaû ñöôïc giôùi thieäu toùm taét sau ñaây. Hình 8 giôùi thieäu taøu trang bò thieát bò ñaåy cycloidal do maùy chính coâng suaát 600HP lai. Trong hình 5 caùc ghi chuù mang yù nghóa sau. 1 – laàu laùi, 2 – forepeak, 3 - thuøng 14
xích, 4 - buoàng caát giöõ aùo quaàn lao ñoäng, 5 – buoàng maùy ñaåy, 6 – buoàng aên, 7 – keùt nhieân lieäu, 8 - buoàng maùy, 9 – buoàng noài hôi phuï, 10 – phoøng giaûi trí, 11 – keùt nöôùc maùy, 12 – keùt nöôùc ngoït, 13 - kho, 14 – phoøng chöùa bình choáng chaùy, 15 – phoøng chöùa accu. Taøu keùo cuøng coâng suaát nhö taøu “Sao Hoûa” song trang bò maùy diesel coâng suaát 600HP, chaân vòt trong oáng ñaïo löu, hoaït ñoäng xöù laïnh ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 8. Hình 8. Taøu keùo trong caûng mang teân “Sao Hoûa” Trong hình 8 caùc ghi chuù mang yù nghóa sau. 1 – laàu laùi, 2 – forepeak, 3 - thuøng xích, 4 – keùt nhieân lieäu, 5 - buoàng caát giöõ aùo quaàn lao ñoäng, 6 – buoàng giaûi trí, 7 - buoàng maùy, 8 – thuøng daàu tröïc, 9 - kho, 10 – keùt nöôùc ngoït, 11 – buoàng maùy laùi. Hình 9. Thiết bị đẩy tàu cycloid 15
Hình 10. Taøu Reid cong suaát maùy 600 HP Hình 11. “Sao Thoå” vôùi maùy chính coâng suaát 1200 HP. Taøu keùo “Sao Thoå” laép maùy coâng suaát 1200 HP ñöôïc trình baøy taïi hình 11. Nhöõng ghi chuù trong “Sao Thoå”: 1 – laàu laùi, 2 – kho, 3 – thuøng xích, 4 – boàng giaûi trí, 5 – buoàng coâng coäng, 6 – keùt nhieän lieäu, 7 – buoàng taém, 8 – buoàng maùy, 9 – keùt daàu tröïc, 10 – buoàng maùy laùi. 16
Taøu keùo côõ lôùn trong nhoùm, laép maùy 2520 HP coù daïng nhö taïi hình 12. Trong hình: 1 – laàu laùi, 2 – forepeak, 3 – thuøng xích, 4 – phoøng nguû hai ngöôøi, 5 – keùt nöôùc ngoït, 6 – keùt nöôùc ballast, 7 - buoàng ñöïng bình boït chöõa chaùy, 8 – keùt nhieâ lieäu, 9 – buoàng maùy, 10 – kho daây, 11 – kho duïng cuï cô khí, 12 – afterpeak. Hình 12. Taøu Dingl Bai laép maùy coâng suaát 2520 HP. Hình 13. Tàu của hãng Dame thử quay vòng 17
2 Taøu keùo chaïy soâng Taøu keùo chaïy soâng chieám soá löôïng ñaùng keå trong danh saùch taøu thuûy. Coù theå noùi, taøu keùo soâng vôùi kích côõ voâ cuøng ña daïng, töø taøu raát nhoû ñeán taøu khaù coàng keành coù maët haàu nhö treân taát caû soâng, hoà. Hình 14. Tàu kéo cảng Hình 15. Tàu sông (river tug) 18
Ñoäi taøu keùo hoaït ñoäng trong soâng vaø vuøng bieån gaàn bôø coù theå coi goàm ba chuûng loaïi: taøu keùo ñôn thuaàn, taøu ñaåy ñôn thuaàn vaø taøu laøm ñöôïc caû hai vieäc laø taøu keùo-ñaåy. Daáu hieäu giuùp phaân bieät caùc nhoùm laø cô caáu gheùp noái hay coøn goïi cô caáu lieân keát giöõa taøu keùo hoaëc ñaåy vôùi phöông tieän bò keùo, ñaåy cuøng phöông tieän keùo treân taøu. Coâng suaát maùy chính treân taøu soâng tuøy thuoäc nhieàu vaøo ñieàu kieän luoàng, laïch maø taøu phaûi laøm vieäc, phuï thuoäc vaøo söùc chôû cuûa caùc ñoái töôïng bò keùo. Ngöôøi ta ñaõ ñoùng nhöõng taøu keùo laép maùy chæ vaøi möôi söùc ngöïa song ñaõ coù taøu xuaát xöôûng vôùi maùy chính treân ñoù xaáp xæ 2000 HP. Caàn noùi roõ hôn, coâng suaát maùy cho taøu keùo-ñaåy khoâng lôùn song vôùi taøu ñaåy coâng suaát maùy ñaõ ñaït ñeán 9000 HP cho moät taøu. Taøu keùo vaø ñaåy Taøu nhoùm naøy trong chöøng möùc gioáng taøu keùo trong caûng, kích thöôùc bò haïn cheá ñeán möùc toái thieåu vaø theo ñoù boá trí thieát bò, boá trí taøu noùi chung phaûi tieán haønh trong khoâng gian haïn heïp. Hình 16 Tàu đẩy Taøu soâng trang bò maùy khoâng lôùn, hieám khi ñeán 600 HP, söùc keùo treân tang chöøng 4 – 5 T. Chieàu daøi taøu khoâng muoán vöôït quaù 20 m. Vaän toác taøu trong soâng theo cheá ñoä chaïy töï do chæ vaøo khoaûng 15 – 20 km/h. 19
Tieän ñaây löu yù baïn ñoïc caùch gaùn ñôn vò ño vaän toác cho taøu. Taøu bieån luoân phaûi ñöôïc ño baèng ñôn vò truyeàn thoáng trong ngaønh haøng haûi laø “nuùt”, dòch ra tieáng Vieät laø “haûi lyù / giôø”, vieát taét HL/h. Moät daëm bieån, dòch töø tieáng Anh NM (haûi lyù) daøi 1852 m. Trong khi ñoù vaän toác taøu chaïy trong soâng, baát keå loaïi taøu naøo, ñeàu ñöôïc ño baèng ñôn vò km /h, vôùi 1 km = 1000 m. Nhöõng taøu ñaõ ñöôïc khai thaùc coù ñaëc tính nhö neâu taïi baûng 4. Baûng 4 Hình 17 döôùi ñaây giôùi thieäu maët caét doïc taøu soâng laøm nhieäm vuï keùo – ñaåy- cöùu hoä, coâng suaát maùy 600 HP. 20
Hình 17. Tàu kéo – đây máy 600HP: 1 – laàu laùi (ôû vò trí raát cao), 2 – buoàng tröïc, 3 – buoàng coâng coäng, 4 – forepeak, 5 – thieát bò chuyeân duøng, 6 – buoàng maùy, 7 – keùt nhieân lieäu, 8 – buoàng maùy laùi, 9 – afterpeak. Ñaëc ñieåm ñaàu caàn ñeà caäp ñeán khi thieát keá taøu ñaåy laø boá trí laàu laùi ôû vò trí cao vaø taàm quan saùt cuûa taøu ñaåy phaûi toát nhaát. 3 Taøu ñaåy-keùo vaø taøu ñaåy Nhoùm taøu naøy (notch tugs) coù nhieäm vuï ñaåy, keùo taøu hoaëc caùc phöông tieän thuûy khaùc treân nhöõng ñoaïn ñöôøng soâng khoâng ngaén. Nhìn chung nhoùm taøu naøy coù ngoaïi hình gaàn gioáng nhau, laàu laùi chieám vò trí raát cao vaø ñöôïc boá trí veà haün phía muõi taøu. Hình aûnh taøu ñaåy – keùo, hình 18, giôùi thieäu tieáp laø ví duï cho kieåu taøu chuùng ta ñang quan taâm. Taøi lieäu thoáng keâ veà taøu nhoùm naøy ñöôïc trích töø [1], giôùi thieäu taïi baûng 5. Caùc taøu cuøng nhoùm ñöôïc saûn xuaát trong höõng naêm naêm möôi trôû ñi ñöôïc toång keát tieáp taïi baûng 6. Hình 18 Tàu đẩy 21
Taøu nhoùm ñang ñeà caäp thöôøng khaù daøi, coâng suaát maùy ñuû lôùn. Taøu keùo taïi caùc soâng chaâu AÂu daøi ñeán 50 – 55 m. Maùy chính caùc taøu chaâu AÂu ñaït ñeán 4000 HP treân nhöõng taøu coâng suaát maïnh. Vaän toác trong soâng cuûa taøu 28 km /h. Taøu ñoùng taïi USA thöôøng trang bò maùy raát maïnh, ñeán 9000 HP. Ngöôøi Myõ ñang muoán taêng coâng suaát maùy cho ñoäi taøu cuûa hoï ñeán 10.000 hoaëc 15.000 HP/ chieác. Nhöõng hình tieáp theo giôùi thieäu vôùi baïn ñoïc caùc taøu ñaõ ñoùng taïi caùc nöôùc coù neàn coâng nghieäp ñoùng taøu phaùt trieån, nhö taøi lieäu tham khaûo. Caùc taøu naøy ñaõ hoaït ñoäng coù hieäu quaû taïi caùc soâng Danube (Trung AÂu), Volga (Nga). Hình 19 24
Hình 20 giôùi thieäu taøu ñaåy-keùo RT-601, coâng suaát maùy 600 HP. Hình 20. Tàu kéo – đẩy RT 601 Hình 21 giôùi thieäu maãu taøu ñaåy Danube , coâng suaát maùy töø 1200 – 1340 HP. Hình 21 Taøu ñaåy OTA – 2001 coâng suaát maùy 2000 HP ñöôïc trình baøy taïi hình 21. 25
Hình 22 Taøu ñaåy coâng suaát 4000 HP. Ghi chuù trong hình 14 coù nghóa: 1 – laàu laùi, 2 – thoâng gioù, 3 – buoàng ñaët thieát bò chuyeân duøng, 4 , 5, 7 – buôøng sinh hoaït, 6, 8 – buoàng coâng coäng, 9 – ñieàu hoøa, 10 – phoøng aên vaø giaûi trí, 11 – beáp, 12 – loái ñi, 13 – buoàng ñieàu khieån , 14 – oáng, 15 – buoàng maùy, 16, 19 – kho, 17 – buoàng maùy laùi, 18 – forepeak, 20 – khoang nöôùc daèn. Hình 23 Nhö taøi lieäu tham khaûo baïn ñoïc xem theâm phöông aùn duøng taøu hai thaân laøm taøu ñaåy, laäp ra töø nhöõng naêm saùu möôi. Ngaøy nay taøu ñaåy hai thaân ñaõ trôû neân khaù quen thuoäc trong ngaønh ñoùng taøu. 26
Hình 24. Phöông aùn taøu ñaåy hai thaân. Taøu hai thaân duøng treân soâng Danube trong nhöõng naêm cuoái theá kyû XX mang daïng ñôn giaûn nhö trình baøy taïi hình 25. Hình veõ ñang neâu ñöôïc trình baøy trong baøi baùo “Höôùng môùi thieát keá taøu keùo-ñaåy”, ñaêng trong taïp chí “Ñoùng taøu” soá 5, 1999. Hình 25 Tàu kéo – đẩy hoạt động trên song Danube 27
Hình 25. Thử nghiệm hệ thống chữa cháy bằng nước 4. Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí Tàu nhóm này ra đời cùng công nghiệp khai thác dầu khí ngoài khơi. Tàu có tên gọi supply vessels, cung ứng cho các giàn khoan trên biển. Đặc tính chung của tàu nhóm này, tính cơ động cao, khả năng đi biển rất tốt, tính ổn định đảm bảo, độ bền kết cấu đảm bảo. Tàu nhóm này có kích thước thuộc nhóm trung bình, từ 20m trở lên. Các tàu dài trên 80m đang hoạt động có hiệu quả. Hình 26, 27 giới thiệu các tàu thuộc nhóm cung ứng ra đời vào những năm tám mươi. Hình 26 Supply vessel 28
Hình 27 Supply vessel Hình 28 Bố trí chung tàu cung ứng Hình 30 Supply vessel 29
Hình 31a Thiết kế tàu cung ứng từ những năm bảy mươi Hình 31b Thiết kế tàu cung ứng từ những năm bảy mươi 30
Những mẫu tàu tiêu biểu giới thiệu tiếp theo. Tàu dài 45m hoạt động ở biển Đông. LxBxT = 45x11x3,2 (m) Tàu lắp 2 máy Cat, mỗi máy có công suất 1500HP@1600rpm. Deadweight: 1109T, GT 499. Bollard pull 35 T; vận tốc khai thác 12 Hl/h. Hình 32a 31
Hình 32b Tàu supply vessel dài 45m 32
Tàu cung ứng dài 59m LxBxT = 59,25x14,95x4,95 (m) Tàu trang bị 2 máy: 2x2575HP Dầu: 535T; Nước ngọt 360T; Dung dịch khoang/BW: 400T; hàng khô: 187T; Foam: 13T. Deadweight: 1400T; GT 1500. Bollard pull: 60T 33
Tàu cung ứng dài 80m LxBxT = 80x17,2x7 (m) Công suất máy: 15000HP; vận tốc 15 HL/h 34
Hình 33a 35
CHÖÔNG 2 XAÙC ÑÒNH KÍCH THÖÔÙC CHÍNH 1. SÖÙC CAÛN VAØ THIEÁT BÒ ÑAÅY TAØU Söùc caûn voû taøu baûn thaân taøu keùo xaùc ñònh theo caùc phöông phaùp giaønh cho taøu côõ nhoû, chaïy chaäm. Söùc caûn ma saùt vaø söùc caûn caûn dö tính cho taøu keùo côõ nhoû, L/B = 4,2 – 6,0 vaø CB = 0,52 – 0,58 tham khaûo töø ñoà thò Kent tuøy thuoäc soá Froude F = v/ L , trong ñoù v tính baèng HL/h, L tính baèng ft, hình 1. Keát quaû thöû moâ hình taïi Leningrad vaøo nhöõng naêm saùu möôi cho pheùp xaây döïng ñoà thò tính söùc caûn dö taøu, tuøy thuoäc soá Froude Fn= v/ gL , trong ñoù v tính baèng m/s, L tính baèng m, hình 2. Hình 1 Hình 2 Caùc tyû leä kích thöôùc vaø heä soá duøng trong ñoà thò taïi hình 2 naèm trong phaïm vi: L/B = 3,1 – 4,9; B/T = 2,28 – 3,2; CB = 0,41 – 0,60; CP = 0,56 – 0,68. Moät trong nhöõng phöông phaùp tính söùc caûn taøu keùo coù ñoä tin caäy cao ñöôïc coâng boá trong taøi lieäu “Tugboat Design”, SNAME naêm 1954, mang teân phöông phaùp Taggart [6]. Caùc ñoà thò töø coâng trình naøy giuùp cho coâng vieäc tính söùc caûn dö taøu keùo bieån vaø taøu keùo caûng. Heä soá söùc caûn dö taøu keùo tính theo coâng thöùc: 36
R C = r rV ρv2 V 2 / 3 3 Đoà thò CrV = f(Fn) ñöôïc trình baøy cho caùc tröôøng hôïp VL/( 0,1 ) mang giaù trò chuaån sau: 7, 9, 11, 13 vaø 15. Trong bieåu thöùc V – theå tích phaàn chìm taøu, tính baèng m3 trong heä meùt, L – chieàu daøi taøu, tính baèng m trong heä meùt. Heä soá söùc caûn ma saùt tính theo caùc coâng thöùc ñaõ trình baøy taïi “Söùc caûn voû taøu”. Ngaøy nay coù theå söû duïng coâng thöùc ITTC 1957 ñeå tính heä soá söùc caûn ma saùt, maëc daàu luùc phöông phaùp Taggart ra ñôøi, tröôùc naêm 1954, ITTC 57 chöa xuaát hieän. Coâng thöùc ITTC 57 coù daïng: 0,075 C f = ()logRn − 2 2 3 Hình 3. Heä soá söùc caûn dö CrV taøu keùo cho tröôøng hôïp VL/( 0,1 ) = 7 37
3 Hình 4. Heä soá söùc caûn dö CrV taøu keùo cho tröôøng hôïp VL/( 0,1 ) = 9 38
3 Hình 5. Heä soá söùc caûn dö CrV taøu keùo cho tröôøng hôïp VL/( 0,1 ) = 11 39
3 Hình 6. Heä soá söùc caûn dö CrV taøu keùo cho tröôøng hôïp VL/( 0,1 ) = 13 40
3 Hình 7. Heä soá söùc caûn dö CrV taøu keùo cho tröôøng hôïp VL/( 0,1 ) = 15 Ví duï : tính söùc caûn dö taøu keùo vôùi ñaëc tính neâu sau. L = 12,83m; B = 3,81m ; 3 3 d = 1,22m; VL/() 0,1 = 13,0; CB = 0,458; CP = 0,595; V = 27,2 m . Thöïc hieän caùc pheùp tính theo baûng 1. Baûng 1 1 vs , HL/h 5 6 7 8 9 10 2 v, m/s 2,57 3,08 3,60 4,11 4,63 5,14 3 Fn, 0,229 0,275 0,325 0,366 0,412 0,458 3 4 10 . CrV 2,0 2,5 4,0 6,5 12,9 (19) 5 Rr, kG 12,5 22,5 49,0 104,0 261,0 474,0 2. COÂNG SUAÁT CAÀN THIEÁT CHO TAØU KEÙO Coâng suaát maùy chính taøu keùo caûng laøm nhieäm vuï keùo, ñaåy taøu vaän taûi söùc chôû ñeán 10.000 tdw tính theo coâng thöùc ghi trong taøi lieäu [1]: P = 0,06D + 200 (HP) 41
Vôùi taøu keùo phuïc vuï taøu daàu söùc chôû 10.000 tdw < D ≤ 63.000 tdw söû duïng coâng thöùc tính coâng suaát caàn thieát sau: 2 ⎛ D ⎞ ⎛ D ⎞ P =140 + 6,17⎜ ⎟ − 0,005⎜ ⎟ (HP) ⎝100 ⎠ ⎝100 ⎠ Hai coâng thöùc neâu treân ñöôïc trình baøy daïng ñoà thò nhö taïi hình 8. Hình 8. Coâng suaát maùy caàn thieát cho taøu keùo caûng. Ñöôøng 1 – taøu duøng chaân vòt, 2 – taøu duøng thieát bò ñaåy cycloidal. Ñöôøng rôøi tính cho taøu haøng, ñöôøng lieàn duøng cho taøu chôû daàu. Coâng suaát caàn thieát cho taøu chaïy töï do v tính theo coâng thöùc “haûi quaân” mang daïng sau: 2 / 3 3 V v A v3 P = hoaëc P = ⊗ C∇ C⊗ 3 trong ñoù V – theå tích phaàn chìm, m , v – vaän toác taøu, HL/h, A⊗ - dieän tích maët caét giöõa taøu, m2. Heä soá C∇ vaø C⊗ ñoïc theo baûng döôùi, caên cöù döõ lieäu thoáng keâ taøu ñaõ ñoùng. Baûng 2 2 V2 / 3 v 3 A v 3 TT Coâng Theå tích, A⊗, m Vaän toác v, C = C = ⊗ suaát, HP V m3 HL/h V P ⊗ P Taøu keùo caûng, maùy ñaåu cycloidal 1 600 166 11,3 9,5 43 16 2 1200 260 14,6 12,0 59 21 3 1250 260 14,6 12,0 56 20 Taøu keùo caûng, hai chaân vòt 42
1 300 61,6 7,4 10,0 52 2 500 107,2 9,9 10,4 51 22 3 900 189,1 13,8 11,7 58 24 4 1000 210 14,2 11,6 56 22 5 1060 239,0 14,5 12,0 62 24 6 1200 295,0 20,6 12,0 64 29 7 1320 298,0 18,5 12,5 67 27 8 1500 292,0 18,2 12,0 51 21 9 2310 397 21,7 13,6 58 24 10 2400 328,0 20,7 13,1 44 19 11 3300 590,0 34,0 14,3 63 30 Taøu keùo caûng, moät chaân vòt 1 600 180 16,2 10,5 61 31 2 1230 390 25,6 12,3 81 38 Taøu keùo caûng nhoû, hai chaân vòt 1 300 41,6 5,0 9,0 29 12 2 300 33,2 4,3 9,5 30 12 3 300 48,8 4,3 9,2 35 12 4 300 52,6 5,3 10,0 47 18 Taøu keùo caûng côõ nhoû, moät chaân vòt 1 330 87,7 8,1 8,7 41 16 2 330 97,5 8,1 10,6 36 29 3 150 32,0 4,4 8,5 41 18 4 150 39,9 4,4 9,2 66 23 5 650 187,0 12,0 11,0 67 25 Taøu keùo ñi bieån 1 225 104,5 8,8 10,0 99 39 2 300 179,0 12,7 10,0 106 42 3 400 216,0 13,1 9,8 85 31 4 500 278,0 12,4 10,0 85 35 5 750 353 18,8 11,2 93 35 6 1570 530 - 12,9 89 - 7 1650 438 25,4 12,9 75 33 8 2100 700 - 14 103 - 3. ÑÖÔØNG ÑAËC TÍNH CHAÂN VÒT TAØU KEÙO Ñöôøng ñaëc tính chaân vòt taøu keùo bao goàm nhöõng haøm lieân quan söùc ñaåy chaân vòt, coâng suaát maùy. Ñoà thò tieâu bieåu taïi hình 9 trình baøy caùc ñaëc tröng coâng suaát, söùc keùo theo vaän toác taøu. 43
Söùc caûn voû taøu keùo kyù hieäu RTK, söùc caûn toaøn boä goàm söùc caûn taøu keùo cuøng ñoaøn taøu ñöôïc keùo kyù hieäu RC, söùc keùo treân tang cuûa taøu keùo thoâng leä kyù hieäu baèng Z, toång löïc keùo höõu hieäu kyù hieäu ∑Pe. Theo caùch ghi naøy, hieäu suaát keùo tính theo coâng thöùc: Z. v η = k 75P Chuùng ta cuøng quan saùt dieãn bieán caùc ñöôøng cong neâu treân cho moät taøu cuï theå, laép maùy 1340HP. Töø ñoà thò coù theå phaân bieät caùc ñöôøng vaø ñieåm ñaëc tröng sau. Ñieåm A – löïc keùo (ñaåy) lôùn nhaát cuûa taøu trong traïng thaùi thöû taïi beán, tröôøng hôïp v = 0. Giaù trò naøy nhö ñaõ giôùi thieäu ñöôïc goïi laø löïc keùo lôùn nhaát khi thöû taïi beán (polar pull). Ñieåm B – vaän toác lôùn nhaát aùp duïng cho taøu chaïy töï do, khoâng keùo. Ñieåm C – ñieåm laøm vieäc cuûa taøu keùo khi phaûi keùo (hoaëc ñaåy) taøu hoaëc ñoaøn taøu. Taøu trang bò chaân vòt caùnh coá ñònh seõ ñaït giaù trò Z0, tính cho tröôøng hôïp thöû taïi beán lôùn nhaát, sau ñoù giaù trò naøy giaûm daàn, ñeán vfree Z trôû neân 0. Chaân vòt cho pheùp taïo Z0 lôùn, giaù trò thöïc teá cuûa vfree seõ khoâng lôùn, ngöôïc laïi chaân vòt caùnh coá ñònh taïo Z0 khoâng lôùn seõ cho pheùp vfree lôùn hôn. Trong thöïc teá thieát keá vaø cheá taïo, taøu keùo trong caûng coù chaân vòt leäch veà höôùng ñaàu, chaân vòt taøu keùo ñi bieån caàn chaïy nhanh seõ leäch veà höôùng sau. 44
Hình 9. Vôùi lyù do naøy, thieát keá chaân vòt taøu keùo thoâng thöôøng phaûi giaûi quyeát baèng ñöôøng dung hoøa. Theo caùch naøy, ngöôøi ta caàn thieát keá chaân vòt coù söùc keùo ñuû lôùn khi keùo vaø vaän toác taøu trong cheá ñoä chaïy tö do phaûi ñaït giaù trò mong muoán coù theå. Sô ñoà thieát keá taøu keùo theo caùch dung hoøa ñöôïc minh hoïa treân taøu keùo trang bò maùy chính 1.200 HP. Ñeå laøm roõ caâu chuyeän caàn thieát thieát keá ba chaân vòt cho ba cheá ñoä laøm vieäc khaùc nhau. Chaân vòt thieân veà keùo, thieát keá cho cheá ñoä ñaït Z0 lôùn nhaát, hay laø cheá ñoä thöû taïi beán. Chaân vòt thöù hai thieát keá cho cheá ñoä chaïy töï do ñeå ñaït vfree lôùn nhaát. Chaân vòt “dung hoøa” cho cheá ñoä löng chöøng giöõa hai chaân vòt treân, phuïc vuï coâng vieäc keùo taøu. 45
Ñaëc tính ba chaân vòt treân ñöôïc trình baøy taïi hình 10. Ñöôøng 1 (chaân vòt keùo) khoâng ñaït vaän toác chaïy tö do nhö yù ñònh, giaûm khoaûng 15% so vôùi tröôøng hôïp toát nhaát. Chaân vòt 2 ( chaïy töï do) phaùt huy ñöôïc söùc keùo khi thöû taïi beán nhoû hôn 27% so vôùi tröôøng hôïp ñaàu. Chaân vòt dung hoøa cgo pheùp taïo löïc ñaåy ñuû lôùn trong phaïm vi vaän toác v = 4 – 9 HL/h. Treân ñoà thò coøn trình baøy ñöôøng ñaëc tính 4 duøng cho chaân vòt bieán böôùc. Coù theå ruùt ra nhaän xeùt raèng, neáu tyû leä Z0/P cuûa chaân vòt lôùn, taøu coù khaû naêng keùo toát song vaän toác chaïy tö do seõ bò haïn cheá. Ngöôïc laïi tyû leä söùc keùo treân coâng suaát maùy chính nhoû keùo theo vaän toác taøu khi chaïy tö do coù theå taêng. Giaù trò cuûa tyû leä Z0/P vôùi caùc taøu keùo laøm chöùc naêng khaùc nhau seõ thay ñoåi theo caùch khoâng gioáng nhau. Töø döõ lieäu thu ñöôïc treân caùc taøu keùo noäi ñòa coù theå xaây döïng ñöôøng bieán thieân cuûa Z0 phuï thuoäc vaøo coâng suaát maùy chính taøu, hình 12. Hình 12 Chaân vòt taøu keùo ñaët trong oáng ñaïo löu cho pheùp taïo ra söùc keùo lôùn hôn, neáu so vôùi tröôøng hôïp khoâng duøng oáng. Töø keát quaû thoáng keâ trình baøy taïi hình 13 coù theå thaáy roõ nhaän xeùt naøy. 46
Hình 13. Trong hình 13, hai cuïm treân giaønh cho chaân vòt trong oáng, cuïm döôùi giaønh cho chaân vòt tö do. Hai ñoà thò tieáp theo trình baøy quan heä giöõa söùc keùo Z0 vôùi coâng suaát maùy taøu keùo ghi nhaän töø keát quaû thoáng keâ. Ñoà thò taïi hình 14 trình baøy caùc ñoà thò: ñöôøng 1 – giaønh cho chaân vòt caùnh coá ñònh trong oáng ñaïolöu, ñöôøng 2 - theo toång keát cuûa Munro-Smith [4], ñöôøng 3 – theo Grieg P [3], ñöôøng 4 giaønh cho chaân vòt bieán böôùc. Hình 14 Hình 15 Töø ñoà thò coù theå vieát nhöõng bieåu thöùc töông öùng mieâu taû quan heä giöõa löïc keùo Z0 vaø coâng suaát maùy chính. 47
P Z =3,1 + 4,4 giaønh cho chaân vòt trong oáng 0 100 P Z =3,1 + 6,1 cho nhöõng tröôøng hôïp khaùc. 0 100 Coâng thöùc hoài qui aùp duïng cho ñöôøng thaúng treân ñoà thò hình 15 coù daïng Z0 = P/86, theo caùch laäp cuûa Grieg. Nhöõng coâng thöùc tkinh nghieäm daïng töông töï coù theå thay ñoåi trong phaïm vi nhoû sau ñaây: P Z = + 2 theo Grieg 0 93 P Z = 3,1 theo Munro-Smith 0 100 Heä soá neâu quan heä giöõa Z0 vaø moâ ñun LxBxH ñöôïc söû duïng nhö chæ tieâu xaùc ñònh söùc keùo taøu keùo khi thöû taïi beán. Nhöõng döõ lieäu thoáng keâ cho pheùp xaùc laäp quan heä giöõa Z0/LBH vôùi LBH nhö sau, hình 16. Trong ñoà thò ñöôøng 1 – giaønh cho taøu keùo caûng, 2 – taøu hoaït ñoäng trong caûng bieån, 3 - taøu ñöôøng daøi, 4 - taøu bieån trang bò thieát bò ñaåy cycloidal, 5 – taøu keùo vaø taøu ñaåy chaïy soâng, 6 - taøu hoaït ñoäng trong hoà, vònh, 7 – taøu ña duïng vaø taøu keùo vieãn döông. Hình 16. 4. XAÙC ÑÒNH LÖÔÏNG CHIEÁM NÖÔÙC VAØ KÍCH THÖÔÙC CHÍNH Löôïng chieám nöôùc cuûa taøu, nhö ñaõ neâu taïi phaàn ñaàu baèng troïng löôïng toaøn taøu trong moãi traïng thaùi khai thaùc vaø tính baèng taán troïng löôïng, vieát taét T. Troïng löôïng thaân taøu cuøng trang thieát bò, döï tröõ ñöôïc qui öôùc phaân nhoùm theo caùch sau. 48
Nhoùm 1: troïng löôïng voû taøu, goàm voû theùp, sôn, caùch nhieät, trang bò noäi thaát, trang thieát bò taøu. Nhoùm 2: troïng löôïng caùc heä thoáng taøu. Nhoùm 3: troïng löôïng buoàng maùy vaø ñöôøng truïc chaân vòt. Nhoùm 4: troïng löôïng trang thieát bò ñieän vaø voâ tuyeán ñieän Nhoùm 5: haøng loûng Nhoùm 6: trang thieát bò, ñoaøn thuûy thuû, döï tröõ löông thöïc, thöïc phaåm. Nhoùm 7: nhieân lieäu, boâi trôn, nöôùc ngoït. Nhöõng döõ lieäu thoáng keâ döïa vaøo taøi lieäu do nhoùm taùc giaû [1] ghi laïi ñöôïc cheùp laïi döôùi ñaây giuùp baïn ñoïc tham khaûo. Baûng 3 giaønh cho taøu bieån, baûng 4 giaønh cho taøu soâng. 49
Troïng löôïng caùc chi tieát ñuùc vaø reøn trong taøu keùo chieám khoaûng 3 ñeán 7% troïng löôïng voû theùp. Troïng löôïng nhoùm 6 theo qui öôùc trong taøi lieäu naøy chieám khoaûng 3 – 4 % löôïng chieám nöôùc taøu, tính cho taøu bieån, ñöôøng daøi. Tyû leä phaàn traêm naøy coøn 2% khi tính cho taøu keùo caûng, 2 – 3% cho taøu soâng. Troïng löôïng thuyeàn vieân cuøng trang thieát bò theo ngöôøi neân nhaän khoaûng 100 kG, möùc tieâu thuï löông thöïc, thöïc phaåm khoaûng 2,5 kg cho ngaøy ñeâm. Döï tröõ löôïng chieám nöôùc taøu keùo tính theo nguyeân taéc chung ñeà ra cho lyù thuyeát thieát keá taøu. Vôùi löôïng chieám nöôùc taøu töø 100 ñeán 1000 T, döï tröõ khoaûng 2% khi thieát keá sô boä, löôïng döï tröõ naøy coøn laïi 1,5% khi laäp thieát keá kyõ thuaät. Nhöõng thieát keá tieán haønh trong ñieàu kieän khoâng coù taøu maãu, döï tröõ löôïng chieám nöôùc gaàn gaáp ñoâi giaù trò vöøa neâu. Tyû leä giöõa löôïng chieám nöôùc taøu khoâng vaø löôïng chieám nöôùc taøu ñaày taûi khaùc nhau giöõa caùc kieåu taøu. Döõ lieäu thoáng keâ cho thaáy raèng, tyû leä naøy aùp duïng cho taøu keùo bieån 70 – 78%, taøu keùo caûng 77 – 88%, taøu soâng 81 – 89% hoaëc cao hôn. Troïng taâm taøu keùo khaùc khaù nhieàu neáu so vôùi taøu vaän taûi. Taøi lieäu thoáng keâ töø taøu ñaõ hoaït ñoäng cho pheùp ruùt ra nhöõng ñieàu caàn bieát cho ngöôøi thieát keá. Tyû leä chieàu cao troïng taâm so vôùi chieàu cao maïn KG/ H khoâng nhoû hôn 0,70 – 0,90 cho traïng thaùi taøu chöa nhaän taûi. Giaù trò naøy ruùt xuoáng 0,60 – 0,80 tính cho löôïng chieám nöôùc toaøn phaàn. Troïng taâm taøu ñaày thöôøng cao hôn giaù trò vöøa keå khoaûng 10 -15%. 5. KÍCH THÖÔÙC CHÍNH VAØ LÖÔÏNG CHIEÁM NÖÔÙC Kích thöôùc chính cuûa taøu keùo ñöôïc xaùc ñònh treân cô sôû chöùc naêng, coâng duïng vaø phuï thuoäc khaù roõ raøng vaøo coâng suaát maùy chính. Döôùi ñaây trình baøy nhöõng coâng thöùc kinh nghieäm xaùc ñònh chieàu daøi taøu keùo L, laø haøm cuûa coâng suaát maùy P. Hình 17 giôùi thieäu quan heä L = f(P) cho caùc taøu s öû duïng maùy diesel laøm maùy chính, hoaït ñoäng trong caûng hoaëc chaïy bieån. Kyù hieäu (x) chæ nhöõng taøu keùo caûng, taøu phuïc vuï quay trôû trong caûng duøng chaân vòt caùnh coá ñònh, (•) chæ nhöõng taøu trang bò thieát bò ñaåy cycloidal, vaø (o) giaønh cho taøu keùo caùc caûng bieån. Ñoà thò taïi hình 18 xaây döïng cuøng treân cô sôû ñang ñeà caäp. Töø ñoà thò coù theå phaân bieät caùch choïn sau: taøu chaïy ñöôøng daøi nhaát thieát phaûi coù chieàu daøi lôùn nhaát trong ñieàu kieän cho pheùp, caùc tyû leä L/B, L/T phaûi ñaûm baûo ñuû lôùn. Taøu cuøng coâng suaát song chæ laøm vieäc trong caûng ñoøi hoûi tính quay trôû toát song vaän toác chaïy töï do khoâng caàn lôùn, vaø theo ñoù chieàu daøi khoâng nhaát thieát phaûi lôùn nhö taøu nhoùm tröôùc. Ñöôøng 1 – giaønh cho taøu ñi bieån, ñöôøng 2 – taøu keùo caûng. 51
Hình 17 Hình 18 Taøu chaïy bieån ñöôøng daøi hay nhö caùch chuùng ta ñaõ goïi, taøu vieãn döông thöôøng coù kích thöôùc daøi hôn taøu cuøng kieåu, chaïy bieån gaàn. Taøi lieäu thoáng keâ ñeå xaùc ñònh chieàu daøi taøu vieãn döông (1) vaø taøu ñi bieån, ña duïng (2) phuï thuoäc vaøo coâng suaát maùy chính ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 19. 52
Hình 19 Chieàu roäng taøu xaùc ñònh treân cô sôû thoáng keâ coù daïng sau. Hình 20 trình baøy quan heä B = f(P) giaønh cho taøu keùo caûng, taøu ñi bieån. Ñöôøng 1 – taøu ñi bieån ñöôøng daøi, 2 – taøu keùo caûng, taøu ña duïng, 3 – taøu keùo caûng hai chaân vòt, 4 – taøu keùo caûng, moät chaân vòt. Hình 20. Taøu vieãn döông coù chieàu roäng xaùc ñònh theo quan heä nhö taïi hình 21. Hình 21 Chieàu daøi vaø chieàu roäng taøu keùo chaïy soâng xaùc ñònh töø ñoà thò taïi hình 22. 53
Hình 22. Nhöõng coâng thöùc kinh nghieäm sau ñaây trích töø caùc taøi lieäu chuyeân ngaønh [1], [2], [3], [4] giuùp baïn ñoïc xaùc ñònh kích thöôùc chính cuûa taøu keùo. Coâng thöùc tính chieàu daøi taøu L = 0,233P − 28 + 13,7 , (m), theo Munro-Smith, duøng cho taøu keùo caûng L =40 + 2,5P − 300 , (ft), theo Grieg Theo toång keát trong [1] chieàu daøi taøu do chaân vòt caùnh coá ñònh ñaåy coù daïng: 2 ⎛ P ⎞ ⎛ P ⎞ L =11,50 + 1,36⎜ ⎟ − 0,022⎜ ⎟ , (m) ⎝100 ⎠ ⎝100 ⎠ Vôùi taøu do thieát bò cycloidal ñaåy: 2 ⎛ P ⎞ ⎛ P ⎞ L =16,50 + 0,80⎜ ⎟ − 0,003⎜ ⎟ , (m) ⎝100 ⎠ ⎝100 ⎠ Taøu laép maùy coâng suaát nhoû, P ≤ 400HP trang bò maùy ñaåy cycloidal seõ tính chieàu daøi nhö taøu keùo caûng coù chaân vòt. Taøu keùo caûng, moät chaân vòt, P ≤ 750 HP, theo [1] seõ coù chieàu daøi: 2 ⎛ P ⎞ ⎛ P ⎞ L =11,0 + 3,45⎜ ⎟ − 0,2⎜ ⎟ , (m) ⎝100 ⎠ ⎝100 ⎠ 54
Vôùi taøu trang bò maùy P ≥ 750 HP, chaïy bieån: 2 ⎛ P ⎞ ⎛ P ⎞ L =15,70 + 3,45⎜ ⎟ − 0,2⎜ ⎟ , (m) ⎝100 ⎠ ⎝100 ⎠ 2 ⎛ P ⎞ ⎛ P ⎞ L =12,75 + 1,29⎜ ⎟ − 0,007⎜ ⎟ , (m) ⎝100 ⎠ ⎝100 ⎠ Kích thöôùc taøu ñaåy naèm trong phaïm vi sau. P ⎛ P ⎞ LA= + ⎜200 − ⎟ , (m) 16000 ⎝ 50 ⎠ trong ñoù A – heä soá, phuï thuoäc vaøo kieåu maùy ñaët leân taøu, = 9 – 15 vôùi maùy nheï, maùy trung toác 275 – 350 v/ph, coù taêng aùp A = 18 – 24, khoâng taêng aùp 25 – 28. Chieàu roäng taøu Chieàu roäng taøu ñaåy naèm trong phaïm vi sau. P ⎛ P ⎞ BC= + ⎜50 − ⎟ , (m) 17000 ⎝ 200 ⎠ Heä soá C mang giaù trò töông öùng: maùy nheï 4 – 5,7; maùy trung toác coù taêng aùp 5 – 6; khoâng taêng aùp 6 –7. Chieàu roäng taøu keùo ñi bieån, taøu keùo caûng tính theo coâng thöùc kinh nghieäm. Taøu hai chaân vòt: B = 0,235L + 1,67 (m). Taøu moät chaân vòt: B = 0,268L + 0,66 (m). Taøu vôùi thieát bò ñaåy cycloidal: B = 0,285L + 0,60 (m). Taøu ñöôøng daøi neân choïn B = 0,27L. Vôùi taøu daøi L < 30 m, moät chaân vòt chieàu roäng B caàn ñaït B = 0,27L + 0,3 (m). Chieàu roäng taøu ña duïng B = 0,10L + 5,7 (m). Chieàu chìm Chieàu chìm trung bình taøu keùo tính theo coâng thöùc kinh nghieäm sau, tuøy thuoäc kieåu taøu vaø chöùc naêng cuûa noù. Taøu hai chaân vòt: T = 0,454B - 0,86 (m) Taøu keùo caûng, moät chaân vòt: T = 0,530B – 0,8 (m) Taøu keùo caûng vôùi thieát bò cycloidal: T = 0,326B + 0,13 (m) Taøu ñi bieån , moät chaân vòt, chieàu chìm khoâng haïn cheá tính theo coâng thöùc: T = 0,304B + 0,33 (m) giaønh cho taøu ñöôøng daøi, 55
T = 0,477B - 0,67 (m) cho taøu vieãn döông vaø taøu ña duïng. Chieàu chìm taøu ñaåy ruùt ra töø thöïc teá coù daïng nhö trình baøy taïi hình 23. Hình 23 Tyû leä kích thöôùc taøu keùo Tyû leä kích thöôùc taøu keùo neân choïn theo kinh nghieäm, döïa vaøo taøi lieäu thoáng keâ. Taäp hoïp caùc soá lieäu lieân quan tyû leä kích thöôùc chính taøu keùo trình baøy taïi caùc baûng chöông I coù theå thaáy roõ quan heä giöõa caùc tyû leä kích thöôùc vôùi chieàu daøi taøu keùo nhö sau. Hình 24 trình baøy quan heä L/B, L/H, B/T, H/T phuï thuoäc L cuûa taøu. Kyù hieäu (•) giaønh cho taøu hai chaân vòt, (o) – chæ taøu vôùi thieát bò ñaåy cycloidal, phaàn coøn laïi chæ taøu keùo caûng. Hình 24 56
Theo keát quaû thoáng keâ, tyû leä L/B taøu ñi bieån naèm trong phaïm vi thay ñoåi raát roäng 2,5 – 5,5 ; vôùi taøu soâng tyû leä naøy bieán thieân coøn roäng hôn, töø 1,6 ñeán 7,0. Tyû leä L/B cuûa taøu keùo trong caûng nhoû nhaèm taêng tính quay trôû vaø ruùt goïn chieàu daøi phuû bì cuûa taøu. Caùc taøu naøy thöôøng laøm veäc ôû vaän toác thaáp. Ñoà thò taïi hình 25 trình baøy chi tieát hôn caùc quan heä ñang ñeà caäp vôùi chieàu daøi taøu keùo thuoäc nhoùm taøu keùo caûng , moät chaân vòt (∅) vaø taøu quay trôû taøu lôùn taïi caûng (+). Hình 25 Hai ñoà thò taïi hình 26 vaø 27 giaønh cho taøu keùo ñi bieån. Hình 26 57
Hình 27 Coù theå ñöa ra nhaän xeùt chung, tyû leä kích thöôùc taøu keùo thay ñoåi trong giaûi raát roäng. Ñieàu naøy noùi leân tính ña daïng cuûa taøu naøy. L/B taøu soâng thay ñoåi töø 2,5 ñeán 4 song coù nhöõng taøu ñaït 6,5 – 7,0 cho tyû leä naøy. L/H cuûa taøu chæ vaøo khoaûng 5,7 – 7,4 song coù taøu vaãn vöôn ñeán 8, thaäm chí coøn ñeán 12. Tyû leä L/H taøu soâng thay ñoåi töø 4,7 ñeán 19,6 nhö taøi lieäu thoáng keâ ñaõ chæ. Tyû leä B/T aûnh höôûng tröïc tieáp tính oån ñònh taøu, tính laéc vaø tính haøng haûi. Giaù trò trung bình cuûa tyû leä naøy treân taøu hai chaân vòt 2,5 – 3,5. Giaù trò trung bình caùc taøu moät chaân vòt chæ vaøo khoaûng 2,4, song vôùi taøu côõ nhoû giaù trò naøy ñaït 3,5 – 3,5. Taøu keùo ñi bieån coù giaù trò cuûa B/T khaù oån ñònh 2,75. Tyû leä naøy vôùi taøu vieãn döông, taøu ña duïng chæ vaøo khoaûng 2,5. Coâng thöùc giaûi tích tính kích thöôùc chính Nhöõng coâng thöùc giaûi tích giuùp xaùc ñònh kích thöôùc chính taøu keùo vaø taøu ñaåy, boå sung taøi lieäu “Lyù thuyeát thieát keá taøu” coù daïng sau ñaây. LBTmin ≈ 8 . , (m) Neáu nhaän tyû leä LB/= (1,4 − 1,55)3 L , chieàu daøi taøu coù daïng: LB≈ 8,1 2 3 58
Moät soá coâng thöùc do taùc giaû ngöôøi Nga S.P. Arseniev ñeà xuaát, trình baøy laïi trong [1] ñöôïc ghi laïi döôùi ñaây nhö taøi lieäu tham khaûo khi thieát keá taøu keùo. Taøu keùo ñöôøng daøi: 0,19 0,29 L = aLT.P .T 0,308 -0,43 B = aBTP .T Caùc heä soá aLT = 7,5 khi taøu trang bò maùy trung toác khoâng taêng aùp, khi coù taêng aùp 7,1, vôùi maùy cao toác heä soá naøy 5,7. Töông töï heä soá aBT mang caùc giaù trò 1,85; 1,75 vaø 1,4. Löôïng chieám nöôùc Löôïng chieám nöôùc taøu sô boä xaùc ñònh töø ñoà thò taïi hình 28. Hình 28 Treân ñoà thò ñöôøng 1 chæ taøu keùo vaø taøu ñaåy chaïy soâng, 2- taøu soâng thuoäc phaïm vi töông öùng SII, 3 – taøu keùo bieån, 4 – taøu hai chaân vòt, 5 – taøu ña duïng vaø taøu vieãn döông. Coâng thöùc chung trình baøy quan heä treân ñaây seõ laø: D = a ()L /100 3 59
Heä soá a ñoïc theo baûng. Taøu keùo caûng, hai chaân vòt 1,70.104 Taøu keùo caûng, thieát bò ñaåy cycloidal 1,39.104 Taøu ñi bieån 1,20.104 Taøu vieãn döông 1,06.104 Taøu keùo, ñaåy soâng (0,65 – 0,9).104 Giaù trò lôùn giaønh cho taøu vuøng SI, giaù trò sau cho SII. Hình 29 Hình 30 Tàu kéo gắn chân vịt kiểu xoay 360 độ (Azimuth thruster) 60
Chöông 3 ÑÖÔØNG HÌNH VAØ ÑAËC TRÖNG THUÛY TÓNH 1. HEÄ SOÁ BEÙO VAØ HÌNH DAÙNG VOÛ TAØU Vaän toác töông ñoái taøu keùo, ñaåy khoâng vöôït quaù phaïm vi thoâng duïng sau ñaây. Taïi cheá ñoä chaïy töï do, soá Froude taøu ñaït 0,29 – 0,36. Trong traïng thaùi keùo phöông tieän troáng (khoâng haøng) Fn = 0,22 – 0,26. Cheá ñoä naëng cuûa taøu keùo Fn = 0,14 – 0,19. Phuø hôïp vôùi cheá ñoä laøm vieäc ñoù, caùc heä soá beùo thaân taøu thay ñoåi trong phaïm vi töông thích. Baûng toång keát sau neâu caùc döõ lieäu thoáng keâ lieân quan ñeán boá heä soá beùo cuûa taøu, baïn ñoïc ñaõ quen trong “Lyù thuyeát taøu” vaø “Lyù thuyeát thieát keá taøu”, CB, CW, CM, CP. Baûng 3.1 Kieåu taøu CB CW CM CP Taøu ña duïng 0,46 – 0,58 0,7 – 0,78 0,8 – 0,88 0,52 – 0,66 Taøu ven bieån 0,50 – 0,60 0,70 – 0,80 0,84 – 0,90 0,55 – 0,70 Taøu keùo caûng 0,52 – 0,60 0,75 – 0,85 0,84 – 0,94 0,55 –0,72 Taøu ñaåy soâng 0,55 – 0,65 0,78 – 0,88 0,99 – 0,995 0,55 –0,66 Taøu keùo-ñaåy 0,51 –0,0,65 0,77 –0,95 0,89 –0,995 0,56 –0,72 Taøu keùo , SI 0,56 – 0,65 0,73 –0,82 0,70 – 0,90 0,59 –0,68 Taøu keùo, SII 0,45 – 0,65 0,78 – 0,84 0,84 – 0,99 0,55 – 0,66 Caùc heä soá beùo thaân taøu tính theo caùc coâng thöùc ñaõ trình baøy taïi “Lyù thuyeát thieát keá taøu”. Coâng thöùc Alexandre: CB = 1,08 - 1,68.Fn v Hoaëc döôùi daïng: CB =1 − k L Trong coâng thöùc, theo thoâng leä v tính baèng HL/h, L tính theo ft. Heä soá k thau ñoåi cho kieåu taøu. Taøu ñi bieån k = 0,24; taøu vuøng SI k = 0,20 – 0,24; taøu keùo caûng vôùi k = 0,17 – 0,23; taøu vuøng SII k = 0,17 – 0,20. Heä soá CM thay ñoåi töø 0,80 – 0,88 treân taøu keùo ñi bieån, 0,84 – 0,94 taøu ñöôøng tröôøng vaø 0,93 – 1,0 cho taøu soâng. Theo yù kieán nhieàu nhaø nghieân cöùu, CM taøu keùo neân naèm trong giôùi haïn 0,75 – 0,85. Heä soá CW thay ñoåi töø 0,70 ñeán 0,80 treân taøu bieån vaø 0,77 ñeán 0,95 treân taøu soâng. 61
Heä soá CP = CB/CM naèm trong phaïm vi ñaõ ñöôïc xaùc ñònh, hình 1. Hình 3.1 Theo yù kieán caùc nhaø nghieân cöùu heä soá naøy neân haïn cheá trong phaïm vi 0,58 – 0,60. Caàn noùi roõ hôn , heä soá CP aûnh höôûng raát lôùn ñeán söùc caûn voû taøu, xem phaàn söùc caûn chöông tröôùc. 2. ÑÖÔØNG HÌNH Caùc ñöôøng hình duøng cho taøu keùo, ñaåy ñöôïc trình baøy taïi caùc trang tieáp theo. Hình 30 giôùi thieäu ñöôøng hình taøu keùo ñi bieån, hoaït ñoäng vuøng khoâng haïn cheá, döï tính trang bò maùy coâng suaát 2000HP. Hình 3.2 – ñöôøng hình taøu keùo hoaït ñoäng ven bieån, trang bò maùy chính côõ 250HP. Hình 32.3– taøu keùo trong caûng bieån, maùy chính 1200HP. Hình 3.4 – taøu keùo caûng bieån, trang bò maùy ñaåy cycloidal, duøng maùy chính coâng suaát 600HP. Hình 3.5– taøu ñaåy chaïy soâng, coâng suaát maùy chính côõ 4000HP. Hình 3.6- taøu keùo-ñaåy chaïy soâng. Hình 3.7 – taøu keùo – ñaåy côõ nhoû, söû duïng chaân vòt ñaåy taøu. Hình 3.8– taøu keùo-ñaåy côõ nhoû, trang bò maùy phuït nöôùc. 62
Hình 3.2 Hình 3.3 63
Hình 3.4 Hình 3.5 64
Hình 3.6 Hình 3.7 Hình 3.8 65
Hình 3.9 Ngaøy nay khi caàn giaûm bôùt coâng cheá taïo, ngöôøi ta thöôøng duøng ñöôøng hình daïng giaûn ñôn thay cho ñöôøng hình “voû döa” laøm voû taøu keùo. Caùch thay theá voû “giaûn ñôn” hay ñöôøng hình gaõy khuùc vaøo vò trí “voû döa” tieán haønh theo nguyeân taéc ñaõ trình baøy taïi “Lyù thuyeát thieát keá taøu”. Treân caùc taøu keùo, ñöôøng hình phaàn muõi phaûi ñöôïc chuù yù ñuùng möùc. Thoâng leä ngöôøi ta söû duïng ñöôøng söôøn chöõ V cho khu vöïc naøy. Söôøn chöõ U ñöôïc duøng chæ trong tröôøng hôïp ñaëc bieät. Söôøn chöõ V coù taùc duïng giaûm nheï hoaëc coù khi coøn giaûm haün aûnh höôûng va ñaäp soùng vaøo phaàn thaân phía muõi, trong söùc beàn taøu goïi laø slamming. Muõi taøu vôùi söôøn V cheùm soùng toát hôn, giaûm bôùt hieän töôïng nöôùc traøn boong. Phaàn laùi cuûa taøu ñöôïc thieát keá nhaèm taêng chieàu chìm cho chaân vòt hoaëc taêng tính quay trôû cuûa taøu maø khoâng laøm giaûm chieàu daøi caàn thieát. Thænh thoaûng chuùng ta quan saùt thaáy voøm tunel phía laùi taøu keùo caûng bieån maëc daàu caùc taøu naøy khoâng bò haïn cheá veà lupoàng laïch. Voøm tunel giuùp cho ngöôøi thieát keá ñuû ñieàu kieän boá trí chaân vòt vôùi ñöôøng kính toái öu. Daùng voøm ñuoâi phuï thuoäc vaøo soá löôïng ñöôøng truïc chaân vòt taøu. treân taøu moät truïc, phaàn naøy cuûa voû taøu coù theå mang daïng söôøn V hoaëc söôøn U. Söôøn chöõ U coù lôïi theá giaûm ñoä khoâng ñoàng ñeàu doøng chaûy sau taøu ñeán vuøng laøm vieäc cuûa chaân vòt. Tuy nhieân söôøn chöõ V tuy coù taïo ra söï khoâng ñoàng ñeàu lôùn hôn tröôøng hôïp vöøa neâu nhöng coù öu ñieåm laøm giaûm söùc caûn taøu. Ñuoâi taøu keùo khaùc vôùi taøu vaän taûi, cho ñeán taän ngaøy nay vaãn söû duïng daïng ñuoâi tuaàn döông. Nhö chuùng ta ñaõ quen, daïng ñuoâi taøu naøy thích hôïp cho taøu chaïy chaäm. 66
Taøu chaïy soâng, ñaëc bieät vôùi taøu coù môùn nöôùc haïn cheá, caàn xaây döïng keát caáu baùn tunel cho chaân vòt taøu. Hình 35 giôùi thieäu hai baùn tunel treân taøu hai chaân vòt. Nguyeân taéc chung ñeå xaây döïng ñöôøng haàm naøy nhö sau. a) Ñaûm baûo cho doøng chaûy töø ñaùy taøu, maïn taøu töï do ñeán chaân vòt. Ñieàu quan troïng vôùi taøu laøm vieäc treân vuøng nöôùc caïn laø, doøng chaûy töø maïn phaûi ñeán ñöôïc chaân vòt vôùi löôïng ñaày ñuû nhaát. b) Doøng chaûy khoâng bò roái khi laøm vieäc trong vuøng naøy. c) Traùnh hieän töôïng taïo quaù nhieàu boït khí trong doøng chaûy khi qua vuøng laøm vieäc cuûa chaân vòt . Moâ hình xaây döïng tunel sau ñaây ñöôïc trích töø [1], hình 38. l l 1 =0,33 ÷ 0,45; 2 =0,10 ÷ 0,12; L L l Δ 1 =6 ÷ 7; 1 =0,10 ÷ 0,20; hT T Δ 2 =0,05 ÷ 0,07; ε =12o ÷ 15 o ; T Hình 3.10 Chieàu daøi oáng truï treân taøu keùo chaïy bieån nhìn chung chæ laø 0%, trong khi ñoù vôùi taøu soâng giaù trò cuûa ñaïi löôïng naøy chieám 5 ñeán 35% chieàu daøi taøu. Vò trí taâm noåi phaàn chìm thaân taøu keùo naèm tröôùc maët giöõa taøu, coøn chieàu cao chieám khoaûng 0,59 ñeán 0,62 chieàu chìm trung bình. 67
Hình 3.11 Hình ảnh tàu kéo trên bờ giới thiệu tại các hình tiếp theo. Hình 3.12 Hình 3.13 68
Chöông 4 KEÁT CAÁU. THIEÁT BÒ BOONG 1. KEÁT CAÁU TAØU Taøu bieån Thoâng leä keát caáu taøu keùo theo heä thoáng ngang. Khoaûng söôøn thöïc cuûa taøu khoâng maáy khi vöôït quaù 600 mm. Chieàu daøy keát caáu thaân taøu tính choïn theo caùc phöông phaùp ñöôïc trình baøy trong sách “Keát caáu thân tàu”. Trong thöïc teá coù theå döïa vaøo nguyeân lyù cuûa cô hoïc keát caáu taøu ñeå tính ñoä beàn chung, ñoä beàn cuïc boä vaø töø ñoù xaùc ñònh kích thöôùc keát caáu daïng toái öu. Caùch laøm naøy ñöa laïi keát quaû thích hôïp cho töøng tröôøng hôïp cuï theå song ñoøi hoûi phaûi toán nhieàu coâng söùc vaø am hieåu ñaày ñuû veà nguyeân lyù laøm vieäc cuûa caùc keát caáu treân taøu. Caùch laøm thöù hai cho pheùp choïn nhanh kích thöôùc keát caáu taøu theo qui ñònh ghi trong qui phaïm ñoùng taøu cuûa Ñaêng kieåm. Trong ñieàu kieän cuï theå, voû taøu keùo, taøu ñaåy chaïy bieån ñöôïc thieát keá theo qui ñònh ghi taïi qui phaïm phaân caáp vaø ñoùng taøu bieån voû theùp do Ñaêng kieåm Vieät nam ñöa ra. Taøu keùo, ñaåy hoaït ñoäng trong caùc soâng, hoà ñöôïc thieát keá theo yeâu caàu qui phaïm giaønh cho taøu soâng. Hình 1a Hình 1b 69
Hình 1 giôùi thieäu caùc maët caét ngang ñaëc tröng taøu keùo “Sao hoûa”, daøi 23m, laép hai maùy toång coâng suaát 2x300HP. Hình 2 giôùi thieäu caùc maët caét taøu keùo daøi L = 20,8m, trang bò moät maùy chính coâng suaát 600HP. Hình 2a. Hình 2b, Keát caáu taøu soâng Taøu soâng thoâng thöôøng coù keát caáu theo heä thoáng ngang. Khoaûng söôøn taøu khoâng vöôït qua giôùi haïn 600 mm trong thöïc teá. Keát caáu taøu keùo ñi soâng khoâng khaùc nhieàu neáu so vôùi taøu keùo bieån. Ñi saâu vaøo chi tieát, keát caáu taøu keùo khaùc ít nhieàu neáu so vôùi taøu ñaåy. Taøu ñaåy phaûi laøm vieäc tröïc tieáp vôùi ñoái töôïng bò ñaåy, ví duï ñoaøn saø lan, bôûi vaäy chòu taùc ñoäng 70
löïc beân ngoaøi theo moâ hình khoâng gioáng nhö taøu keùo phaûi chòu. AÛnh höôûng naøy thöôøng xaáu hôn vôùi taøu ñaåy do vaäy keát caáu taøu ñaåy, ñaëc bieät keát caáu cuïc boä vuøng tieáp xuùc taøu ñaåy vaø ñoái töôïng bò ñaåy phaûi ñöôïc quan taâm nhieàu hôn. Keát caáu taøu ñaåy ñaëc tröng ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 3. Hình 3b Hình 3a. Maët caét ngang ñaëc tröng cuûa taøu keùo-ñaåy mang kyù hieäu OTA-852 ñöôïc trình baøy taïi hình 4. Hình 4a 71
Khoâng phaûi laø ñieàu laï neáu trong taøu ñaåy ngöôøi ta phaûi laøm theâm moät hoaëc nhieàu hôn moät vaùch doïc taøu. Taøu ñaåy coâng suaát 800, 1200, 2000HP ñoùng taïi chaâu AÂu coù hai vaùch doïc trong khu vöïc ngoaøi buoàng maùy. Taøu ñaåy laép maùy chính coâng suaát 4000HP coù hai vaùch doïc chaïy suoát chieàu daøi taøu. Keát caáu taøu keùo-ñaåy côõ nhoû, laép maùy 150HP ñöôïc giôùi thieäu taïi hình döôùi. Hình 4b Laàu taøu keùo hoaëc taøu keùo-ñaåy ñöôïc boá trí thích hôïp nhaèm taêng khaû naêng quan saùt cho ngöôøi ñieàu khieån taøu. Vaùch laàu laùi coù theå naèm nghieâng chöù khoâng nhaát thieát thaúng ñöùng nhö caùc taøu khaùc kieåu. Maët tröôùc laàu laùi coù theå nghieâng ñeán 20 - 27°, tuøy thuoäc choã ñöùng cuûa ngöôøi laùi taøu xa hay gaàn cöûa soå treân vaùch ñoù. Sô ñoà taïi hình 6 trình baøy phöông aùn boá trí baøn laùi, tay laùi, choã ñöùng ngöôøi laùi trong buoàng laùi taøi keùo, taøu ñaåy chaïy soâng. Theo phöông aùn trình baøy treân hình, keát caáu laàu laùi chæ neân haïn cheá trong giôùi haïn: chieàu cao khoâng quaù 2200 mm, chieàu daøi khoâng quaù 3300 mm. Taàm ñaët maét cuûa ngöôøi ñieàu khieån neân vaøo khoaûng 1600 – 1650 mm, tính töø saøn. 72
Hình 5 Thượng tầng và lầu tàu kéo đời mới Ñoä nghieâng vaùch sau neân beù hôn ñoä nghieâng vaùch tröôùc vì raèng ngöôøi ñieàu khieån thöôøng ñöùng gaàn cöûa tröôùc hôn. 73
Laàu laùi taøu ñaåy thöôøng chòu aûnh höôûng rung ñoäng do thieát bò maùy moùc hoaëc va ñaäp gaây ra. Nhöõng naêm gaàn ñaây ngöôøi ta laøm theâm boä phaän giaûm chaán cho laàu laùi nhaèm taïo khoâng khí deã chòu hôn cho ngöôøi ñieàu khieån. Hình 7 döôùi ñaây giôùi thieäu boá trí laàu laùi treân neàn giaûm chaán cuûa taøu ñaåy trang bò maùy chính 2500HP. Laàu laùi vôùi caáu hình nhö chuùng ta ñang laøm quen, naëng 82 T, ñaët treân 20 loø xo theùp. Sau thöû nghieäm ñoä rung laàu laùi giaûm ñaùng keå, ñoä oàn giaûm xuoáng döôùi haïn cho pheùp, ngöôøi duøng caûm thaáy deã chòu khi laøm vieäc trong laàu. Hình 7 74
Hình 8. 1. Thieát bò keùo Thieát bò keùo taøu, buoäc taøu laø nhöõng boä phaän khoâng theå thieáu treân taøu laøm chöùc naêng keùo vaø ñaåy. Trong caùc heä thoáng coù maët nhöõng thaønh phaàn quan troïng: daây keùo, moùc keùo, cung ñôõ moùc, daây, tôøi keùo, coät bích vv 75
Hình 9 Nhöõng thieát bò caàn thieát bao goàm: 1, 11 - choáng va, 2 – loã luoàn daây keùo, 3 – loã luoàn daây buoäc taøu, 4 – cung ñôõ moùc, 5 – con löôn, 6 – daây keùo, 7 – coät bích, 8 – tôøi keùo, 9 – thaønh ngaên beân maïn, 10 – coät bít keùo, 12 – ñôõ daây, 13, 15, 18 – coät bit, 14 – cuoän chæ, 16 – bít maïn, 17 – moùc buoäc daây, 19 – tôøi ñöùng. Hình 10 76
Hình 11 trình baøy thieát bò keùo treân taøu keùo kieâm cöùu naïn vieãn döông, coâng suaát maùy chính 9600HP. Trong sô ñoà taïi hình 9 chuùng ta coøn thaáy theâm nhöõng thieát bò chöa xuaát hieän taïi hình 8. Chi tieát 2 – loã luoàn daây keùo coù caùc con laên ñöùng vaø ngang cho pheùp nhaû daây, 3 – daây keùo, 6 – cung ñôõ thöù nhaát, 9 – cung ñôõ thöù hai, 7, 17 – tôøi ñöùng, 15 - tôøi keùo hai troáng, töï ñoäng nhaû daây. Hình 11. Thieát bò keùo treân taøu keùo kieâm cöùu naïn vieãn döông. Daây keùo Thieát bò keùo taøu quan troïng haøng ñaàu laø daây keùo. Löïc keùo laøm ñöùt daây keùo, tính theo caùch thoâng thöôøng trong söùc beàn vaät lieäu seõ laø: F1 = k.F Trong ñoù F – söùc keùo treân tang (hoaëc treân moùc keùo), kN, (kG, T) k – heä soá an toaøn cho daây keùo. Heä soá k = 5 khi löïc keùo treân moùc keùo < 98,1 kN (10 T) vaø k = 3 khi löïc naøy lôùn hôn 294 kN (30 T). Thoâng leä löïc F ñöôïc tính cho tröôøng hôïp taøu ñang keùo ñoaøn taøu, hoaëc noùi chung laø caùc ñoái töôïng bò keùo, taïi vaän toác keùo 5 HL/h. Khi tính löïc keùo cho taøu hoaït ñoäng vuøng caän haûi vaø taøu soâng, löïc F nhaän baèng löïc keùo thöû taïi beán. Coâng thöùc kinh nghieäm cho thaáy, löïc F, tính baèng kN khoâng neân nhaän nhoû hôn giaù trò F = 0,133Pe, vôùi Pe - toång coâng suaát maùy chính treân taøu keùo, kW. Chieàu daøi taøu keùo bieån trong moïi tröôøng hôïp khoâng ngaén hôn 150 m. Chieàu daøi treân aùp duïng cho taøu khoâng coù tôøi keùo daây keùo. Khi trang bò tôøi cho daây keùo, chieàu daøi vöøa ñeà caäp taêng ñeán 50 m cho taøu trang bò maùy chính coâng suaát 77
khoâng quaù 1470 kW (2000HP), vaø 700 m neáu coâng suaát maùy chính lôùn hôn hoaëc ngang ngöûa 2200 kW (3000HP). Coâng thöùc chung tính chieàu daøi daây keùo h R 2l = w , (m) 1000.K trong coâng thöùc hw - chieàu cao soùng, tính baèng m, R – söùc caûn ñoaøn taøu bò keùo, tính baèng kG, K – heä soá co giaõn daây, ñoïc töø baûng: R (kG) 25000 20000 15000 10000 5000 2500 K 0,300 0,240 0,180 0,120 0,060 0,032 Töø thoáng keâ coù theå thaáy roõ trang bò daây keùo treân caùc taøu ñang hoaït ñoäng mang nhöõng giaù trò nhö sau. Baûng Coâng suaát Ñöôøng kính Löïc ñöùt Chieàu daøi Löïc keùo Heä soá an maùy, HP daây, mm daây, T daây, m treân moùc, T toaøn 3000 61,5 – 66 122,2 – 140 700 39,0 3,1 – 3,6 2000 57 – 61,5 105 – 122,2 700 26,0 4 – 4,7 1500 53 – 57 90 – 105,2 600 19,5 4,6 – 5,4 1200 48,5 – 53 75 – 90 600 15,6 4,8 – 5,8 1000 43,5 – 48,5 62,5 – 75,1 500 12,5 5 – 6 800 39 – 48,5 50,5 – 62,5 500 10,0 5,1 – 6,3 500 32,5 – 34,5 35,2 – 40 450 6,2 5,7 – 6,5 350 28 – 30 26,4 – 30,6 300 4,2 6,3 – 7,3 200 24 – 26 19 – 22,5 150 2,4 7,9 – 9,4 Daây keùo baèng kim loaïi phaûi laø loaïi coù ít nhaát 144 sôïi, ñoä beàn keùo cuûa vaät lieäu khoâng thaáp hôn 1400 – 1700 MPa. Daây laøm töø sôïi toång hôïp ñöôïc duøng thay cho sôïi kim loaïi trteân nhieàu taøu hieän ñaïi. Khi keùo nhöõng taøu khoâng töï haønh, chôû saûn phaåm daàu ñoát caàn söû duïng daây nguoàn goác thöïc vaät hoaëc sôïi toång hôïp, traùnh duøng daây kim loaïi vì daây sau naøy deã gaây tia löûa do va chaïm hoaëc ma saùt. Moùc keùo Moùc keùo treân taøu keùo laøm choã “buoäc” daây keùo ñaùng tin caäy khi taøu phaûi keùo ñoái töôïng keùo. Moùc keùo naøy coù khaû naêng nhanh choùng “giaûi phoùng “ daây keùo khi tình theá baét buoäc. Nhaû daây thöïc hieän taïi choã baèng bieän phaùp thuû coâng hoaëc ñöôïc ñieàu khieån töø xa. Nhaû daây coøn ñöôïc thöïc hieän moät caùch töï ñoïng nhôø thieát bò cô ñieän. Caùc moùc keùo ñöôïc tieâu chuaån hoùa, saûn xuaát theo ñoä lôùn löïc keùo 0,5; 1; 1,5; 3; 5; 8; 12 vaø 16 T. 78
Moùc keùo kieåu hôû ñöôïc gaén tröïc tieáp leân giaù ñôõ. Söùc keùo cuûa caùc moùc naøy chæ töø 0,5 T ñeán giaù trò lôùn nhaát 5 T. Moùc daïng naøy ñöôïc trang bò treân taøu keùo côõ nhoû chaïy soâng hoaëc laøm moùc döï tröõ treân taøu bieån. Moùc keùo taøu bieån vaø caû treân taøu soâng , mieäng kín, thöôøng ñöôïc gaén lieàn vôùi loø xo giaûm chaán. Nhöõng kieåu moùc thöôøng duøng ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 10. Boán kieåu moùc chuaån hoùa duøng treân caùc taøu keùo ñöôïc saûn xuaát haøng loaït. Trong caùc hình veõ kyù hieäu 1 chæ moùc keùo, 2 – choát quay, 3 – hoäp ñöïng giaûm chaán, 4 – choát quay, 5 – ruloâ, 6 – maët caét cung ñôõ moùc, 7 – loø xo giaûm chaán. Thieát bò ñoùng môû moùc keùo goàm 12 - ñoøn baåy, 13 – khoùa chaën, 14 – con coùc. Moâ hình moùc töï nhaû daây ñöôïc trình baøy taïi hình 12. Hình 12 79
Hình 13 Puli höôùng daây Ngoaøi moùc keùo treân taøu keùo chaïy soâng, vuøng bieån haïn cheá nhöôøi ta coøn duøng caùc puli (roøng roïc) höôùng daây keùo ñeán tôøi keùo. Sô ñoà boá trí roøng roïc höôùng daây vaø tôøi treân taøu keùo ñöôïc trình baøy taïi hình 14. Hình 14 Puli höôùng daây thöôøng ñöôïc saûn xuaát theo hai kieåu khaùc nhau. Kieåu coá ñònh, hình 12, ñöôïc ñònh vò chaéc taïi vò trí xaùc ñònh , kieåu thöù hai coù teân laø laï goác töø tieáng Ñöùc “roøng roïc Kanevas” gaén baèng choát, hoaëc treân cung keùo cuûa taøu, hình 15. 80
Hinh 16 Hình 15 Cung ñôõ daây keùo, moùc keùo Cung ñôõ thöôøng ñöôïc cheá taïo daïng cung troøn hoaëc keát caáu gaàn gioáng hình oâ-van, noái cuûa nhöõng cung troøn, hình 17. Maët caét ngang keát caáu naøy coù daïng hình troøn hoaëc oâ-van. Coâng thöùc xaùc ñònh moâ ñun choáng uoán maët caét ngang cung naøy theo kinh nghieäm seõ coù daïng: 132.T l Z = U , (cm3) RY trong ñoù TU - löïc giôùi haïn ñöùt daây keùo, kN; l – khoaûng caùch giöõa hai goái töïa cung; RY - giôùi haïn chaûy vaät lieäu laøm cung, MPa. Hinh 17 Hinh 18 81
Hình 15 Hai phöông aùn giöõ moùc caùp treân cung ñöôïc trình baøy taïi hình 19. Hinh̀ 19 Cung ñôõ giaûn ñôn ñöôïc laøm töø theùp goùc coù nhieäm vuï ñôõ moùc keùo vaø puli höôùng treân taøu côõ nhoû ñöôïc giôùi thieäu tieáp taïi hình 20. Coâng thöùc tính moâ ñun choáng uoán maët caét ngang cung ñôõ daïng naøy ñöôïc hieåu nhö sau: .6,4 T l Z = U 10−3 , (cm3) RY Thanh ñôõ Ñeå baûo veä ngöôøi vaø thieát bò khu vöïc sau taøu keùo, ñoàng thôøi khoâng ñeå daây keùo bò vöôùng, bò giaät luùc chuyeån töø traùi sang phaûi hay ngöôïc laïi caàn coù thieát bò ñôõ daây ñoàng thôøi laøm nhieäm vuï baûo veä nhö lan can. Chieàu cao boá trí thanh ñôõ naøy phuï thuoäc vaøo vò trí cuûa daây keùo treân taøu, xaùc ñònh taïi vuøng daây naèm gaàn truøng truïc ñoái xöùng doïc taøu. Chieàu cao trung bình neân vaøo khoaûng 1,40 m ñeán 1,8 m. 82
Thanh ñôõ thöôøng ñöôïc laøm töø theùp oáng tieâu chuaån, hình 20. Moâ ñun choáng uoán maët caét ngang keát caáu naøy tính theo bieåu thöùc: 3,5d2 L . l Z = 10−3 , (cm3) RY trong ñoù d – ñöôøng kính daây keùo, mm; L – chieàu daøi daây, khoâng döôùi 300m. Hình 20 Treân moät soá taøu keùo môùi ñoùng sau naøy ngöôøi ta thay ñoåi caáu hình thanh ñôõ thaønh daïng thanh chaën kieâm loã luoàn caùp, hình 21. Hình 21. Coät bít Coät bít treân taøu keùo laøm choã buoäc daây giöõa taøu vaø moät soá coät laøm nhieäm vuï böôïc daây keùo taøu. Coät bít phía tröôùc duøng vaøo vieäc buoäc daây keùo khi taøu bò söï coá , caàn ñöôïc ñöa veà nôi xöû lyù. Taøu keùo trong tröôøng hôïp naøy bò ñoái xöû nhö taøu bò keùo. Treân taøu keùo côõ nhoû, coät bít phía sau thay cho moùc keùo. Hình aûnh tieâu bieåu cuûa coät bít keùo giôùi thieäu taïi hình 22. 83
Hình 22 Coâng thöùc xaùc ñònh moâ ñun choáng uoán coät bít taøu coù daïng: R l Z = T , (cm3) 0,95RY trong coâng thöùc cuoái naøy, RT – löïc ñöùt daây buoäc coøn l – chieàu daøi ñoaïn con son cuûa bít. Ñoà thò giuùp baïn ñoïc tính nhanh theo coâng thöùc vöøa neâu ñöôïc trình baøy taïi hình 23. Hình 23 84
Tôøi keùo Tôøi keùo giuùp nhaû daây, thu daây theo ñuùng cheá ñoä khai thaùc vaø ñaûm baûo an toaøn cho vieäc keùo taøu. löïc keùo treân tang caùc tôøi keùo hieän nay naèm trong phaïm vi 20 – 40 kN. Tôøi keùo giaûn ñôn boá trí chuû yeáu treân taøu soâng. Keát caáu tôø khaù ñôn giaûn . Nhöõng chi tieát chính cuûa tôøi goàm: 1 – troáng, 2 – phaân caùp, 3, 4 – phanh, 5 – beä, 6 – giaûm chaán, 7 – truïc trung gian, 8 – ñoäng cô, cô caáu truyeàn ñoäng, 10 – tang cuït quaán daây. Löïc keùo lôùn nhaát aùp ñaët leân tang khi tính chính baèng löïc keùo thöïc hieän trong cheá ñoä thöû taøu taïi beán Z0, khi vaän toác tieán baèng 0. Löïc keùo treân tang khi keùo caùp khoâng taûi (khoâng keùo taøu) tính baèng 1,40 – 1,6 troïng löôïng toaøn boä caùp keùo. Hình 24Hình Tờ i22 kéo Tôøi keùo töï ñoäng hoùa duøng treân taøu ñi bieån, ñaûm baûo an toaøn cho coâng vieäc keùo trong ñieàu kieän thôøi tieát bình thöôøng cuõng nhö khi bieån coù soùng to gioù lôùn. Nhôø tôøi töï ñoäng ñoä caêng daây keùo giöõ ñöôïc ôù möùc cho pheùp, traùnh bò ñöùt bò hoûng. Ngoaøi cheá ñoä töï ñoäng caùc tôøi kieåu naøy ñöôïc trang bò heä thoáng ñieàu khieån baèng tay giuùp caùc thao taùc thu , nhaû daây, co , giaõn daây. Sô ñoà ñoäng hoïc cuûa tôøi keùo laøm vieäc töï ñoäng ñöôïc trình baøy taïi hình 25. Trên sô ñoà, 1 – troáng quaán daây, 2 – phanh, 3, 4 , 9, 10 - baùnh raêng cuûa boä truyeàn ñoäng, 5 – boä truyeàn haønh tinh, 6 – tay gaït cuûa boä phaän töï ñoäng, 7 – phanh ñieän töø, 8 – ñoäng cô ñieän. Hi85̀nh 25
Löïc keùo treân tang tôøi tính choïn töø löïc keùp trung bình treân moùc. Vaän toác thu daây ñöôïc töï ñoäng hoùa, tuy nhieân khoâng vöôït quaù 18 m/min. Tôøi keùo ñaûm baûo laøm vieäc bình thöôøng keå caû khi daây keùo leäch sang phaûi, sang traùi ñeán goùc 30°, leäch daây theo höôùng leân hoaëc xuoáng ñeán 10°. Vaän toác thu daây khoâng taûi 25 – 35 m/min. Hình 26 trình baøy caùc moâ hình tôøi keùo ñöôïc ñöa ra söû duïng tö nhöõng naêm baûy möôi. Hình 26. Tôøi keùo moät troáng (traùi) vaø tôøi hai troáng (phaûi) Kích thöôùc tieâu bieåu tôøi keùo ñaõ cheá taïo nhö sau. Tôøi töï ñoäng Tôøi 1 tôøi 2 Löïc keùo treân troáng , kN 180 400 Ñöôøng kính caùp mm 52 65 Vaän toác thu caùp m/s 0,167 0,088 Coâng suaát ñoäng cô, kW 75 53 Ñieän aùp V 220 220 Khoái löôïng , t 18,3 67,8 Kích thöôùc phuû bì, (m) 3,35x2,97x1,69 Tôøi ñieän Tôøi 1 tôøi 2 Löïc keùo treân troáng , kN 150 250 Ñöôøng kính caùp mm 47,5 65 Vaän toác thu caùp m/s 0,250 0,225 Coâng suaát ñoäng cô, kW 42 90 Ñieän aùp V 220 380 86
Khoái löôïng , t 20,53 - Kích thöôùc phuû bì, (m) 3,37x7,04x1,805 - 2. Choáng va Taøu keùo caàn coù heä thoáng choáng va ñuû ñeå taøu chòu ñöôïc caùc va ñaäp maïnh khi caäp taøu, caäp caûng. Trang bò treân taøu keùo hai loaïi choáng va: coá ñònh vaø di ñoäng. Hình 27. Choáng va taøu Choáng va coá ñònh ñöôïc laøm töø keát caáu kim loaïi, töø vaät lieäu coù ñoä ñaøn hoài lôùn nhö sao su, töø goã. Nhöõng keát caáu choáng va thöôøng gaëp treân taøu keùo ñöôïc trình baøy taïi hình 27. Caàn noùi theâm raèng kích thöôùc choáng va vaø vaät lieäu laøm choáng va ngaøy nay ñaõ ñôïc tieâu chuaån hoùa. Choáng va taøu keùo coù theå boá trí quanh taøu, choáng va noái nhau taïo thaønh choáng va moät daõy song trong thöïc teá coù theå boá trí choáng va thaønh hai daõy. Nhìn chung, vôùi taøu keùo, chieàu daøi taát caû daõy choáng va daøi hôn chu vi meùp maïn taøu. Ngaøy nay daây choáng va meàm laøm töø cao su ñöôïc tieâu chuaån hoùa kích thöôùc vaø cheá taïo saün. Moät trong nhöõng saûn phaåm ñöôïc thò tröôøng öa chuoäng coù daïng nhö taïi hình 28. Kích thöôùc chuaån ñöôïc öa duøng laø: b x l = 68 x 105; 120 x 200; 90 x 150 (mm). Tính deûo choáng va naøy nhö ñöiôïc trình baøy taïi hình phía phaûi. Daây cao su treân ñaây ñöôïc ñöa vaøo keát caáu choáng va (coøn goïi laø con chaïch, con löôn) döôùi daïng caûi bieân, neâu taïi hình 29. Keát caáu daïng naøy ngaøy caøng phoå bieán treân taøu. Theo yù kieán ñeà xuaát trong [1] kích thöôùc choáng va taøu keùo neân nhö baûng sau. 87
Baûng Kieåu choáng va Löôïng chieám nöôùc, T 10 – 50 50 –250 250 – 1000 1000 – 5000 Cöùng 133x5 159x6 194x8 194x8 194x10 Nöûa cöùng 150x100 200x150 250x200 250x200 Meàm 90x100 90x100 120x120 180x170 180x150 180x150 Hình 28 Hình 29 88
Hình 30 Chống va trên tàu kéo 89
Chöông 5 TRANG BÒ ÑOÄNG LÖÏC VAØ MAÙY ÑAÅY TAØU 1. Trang bò ñoäng löïc Yeâu caàu vôùi trang bò ñoäng löïc taøu keùo thöôøng raát cao nhaèm ñaûm baûo an toaøn cho baûn thaân taøu keùo cuøng caùc taøu hoaëc heä thoáng bò keùo. - Ñoä tin caäy caùc thieát bò ñoäng löïc phaûi cao song vaän haønh thieát bò naøy phaûi deã daøng, thuaän lôïi. - Heä thoáng ñoäng löïc phaûi ñöôïc trang bò caùc thieát bò dieàu khieån töø xa vaø khaû naêng töï ñoäng hoùa phaûi cao. - Heä thoáng ñoäng löïc cuøng thieát bò ñaåy taøu (chaân vòt taøu) hoaït ñoäng nhòp nhaøng, phuø hôïp, ñaûm baûo taøu coù söùc keùo cao, tính quay trôû vaø tính giöõ höôùng toát. Thaät ra ñaây laø keát quaû cuûa thieát keá dung hoøa nhaèm laøm cho taøu phaùt huy ñuû coâng suaát trong cheá ñoä keùo, giöõ cho cheá ñoä quay trôû toát trong khi tính giöõ höôùng khoâng ñöôïc pheùp xaáu. - Boá trí trang thieát bò ñoäng löïc phaûi hôïp lyù, goïn. Buoàng maùy taøu keùo coù theå keùo ñeán 40 – 60% chieàu daøi taøu treân caùc taøu keùo hieän ñaïi tuy nhieân caàn thieát choïn maùy coù kích thöôùc phuø hôïp, khoâng laøm cho buoàng maùy quaù coàng keành, laán aùt caùc khoûang khoâng gian caàn thieát khaùc cuûa taøu keùo. Choïn maùy thích hôïp cho taøu keùo laøm moät vieäc cuï theå. - Ñaûm baûo an toaøn vaø veä sinh trong coâng taùc: tieáng oàn khoâng vöôït quaù giôùi haïn cho pheùp, ñoä rung taøu khoângn möùc gaây haïi cho söùc khoûe ngöôøi laøm vieäc treân taøu. - Tính kinh teá phaûi cao. Taøu keùo ñoùng vaøo nhöõng naêm cuoái theá kyû XX söû duïng chuû yeáy maùy diesel trung toác vaø cao toác laøm ñoäng löïc chính. Coâng suaát maùy ñang duøng töø 50 – 100 HP ñeán 15.000HP. Treân moät soá taøu ngöôøi ta trang bò tua bin khí laøm ñoäng löïc chính. Naêm 1961 taøu Khirio Maru cuûa Nhaät ñaõ trang bò tua bin khí cuûa haõng Sigma coâng suaát 2x1000 HP quay chaân vòt ben böôùc. Ñoäng cô diesel duøng treân taøu keùo hieän ñaïi coù voøng quay maùy chính töø 250 v/ph ñeán 2300 v/ph. Ñieàu ñaëc bieät ngöôøi thieát keá phaûi ñeå yù, taát caû taøu keùo, ñaåy chæ trang bò maùy laøm vieäc theo cheá ñoä “naëng”. Caàn noùi laïi raèng, theo caùch phaân loaïi maùy cuûa caùc haõng saûn xuaát maùy treân theá giôùi, maùy taøu trung toác hoaëc cao toác ñöôïc xeáp trong boán nhoùm coâng taùc: maùy laøm vieäc trong cheá ñoä naëng (HD), cheá ñoä trung bình (MD), cheá ñoä nheï (LD) vaø raát nheï (SLD). Cheá ñoä HD, vieát taét töø Heavy Duty coøn ñöôïc hieåu theo nghóa Continuous Duty, aùp duïng cho taøu keùo, taøu ñaùnh caù vaø caùc taøu laøm vieäc trong cheá ñoä “naëng”. 90
Taøu keùo, laøm vieäc luoân luoân trong cheá ñoä naëng. Töø traïng thaùi thöû taïi beán taïi cheá ñoä buoäc taøu (pollard pull) ñeán cheá ñoä keùo (towing) taøu keùo, ñaåy ñeàu phaûi laøm vieäc ôû traïng thaùi naëng taûi cho neân phaûi trang bò maùy chòu ñöôïc ñieàu kieän ñoù. Caùc maùy trung toác vaø cao toác trang bò treân taøu keùo khoâng maáy khi quay tröïc tieáp chaân vòt taøu. Ñeå taêng hieäu suaát laøm vieäc cuûa chaân vòt vaø heä thoáng maùy chính – ñöôøng truïc – chaân vòt nhaát thieát phaûi haï thaáp voøng quay truïc chaân vòt. Phöông tieän höõu hieäu ñang duøng treân taøu keùo laø hoäp giaûm toác. Hoäp giaûm toác duøng treân taøu khaù ña daïng, hoäp giaûm toác moät caáp, hoäp nhieàu caáp, hoäp giaûm toác cô khí, hoäp thuûy löïc, hoäp giaûm toác ñieän töø vv Hieäu suaát laøm vieäc caùc kieåu hoäp soá ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 1. Taïi hình trình baøy caùc ñöôøng ñaëc tính ngoaøi cuûa ñoäng cô diesel quay tröïc tieáp truïc chaân vòt hoaëc qua boä truyeàn moät caáp, lai chaân vòt böôùc coá ñònh 1. Ñöôøng 2 – ñöôøng ñaëc tính maùy diesel cuøng hoäp giaûm toác nhieàu caáp, 3 – maùy diesel lai chaân vòt bieán böôùc. Ñöôøng 4 – ñoäng cô diesel cuøng hydrotransfor, chaân vòt böôùc coá ñònh. Hình 1. Caùc ñöôøng ñaëc tính chaân vòt ñöôïc ñaùnh daáu nhö sau: a - cheá ñoä buoäc taøu, b – taøu keùo ñang keùo ñoaøn phöông tieän noåi, c – chaïy töï do. Boá trí maùy chính cuøng heä ñöôøng truïc caùc taøu keùo tieâu bieåu ñöôïc giôùi thieäu taïi hình 2, 3, 4. Hình 2 giôùi thieäu boá trí buoàng maùy taøu keùo “Sao Hoûa” chuùng ta ñaõ coù dòp laøm quen, laép hai maùy toång coâng suaát 900HP, duøng thieát bò ñaåy cycloidal. 91
Hình 3 giôùi thieäu buoàng maùy taøu trang bò heä thoáng diesel – ñieän, coâng suaát maùy 2000HP. Hình 4 trình baøy buoàng maùy taøu ñaåy trang bò hai maùy diesel toång coâng suaát 4000HP. Hình 2 Boá trí buoàng maùy taøu keùo, coâng suaát 900 HP. 92
Hình 3. Boá trí buoàng maùy taøu keùo chaïy bieån, coâng suaát 2000HP Ñeå giuùp baïn ñoïc hình dung kích thöôùc chính cuûa caùc maùy ñang duøng treân taøu keùo chuùng toâi cheùp laïi catalogue cuûa haõng Cummins, USA, trong ñoù trình baøy roõ kyù hieäu maùy, coâng suaát vaø kích thöôùc phuû bì LxBxH. Maùy cuøng loaïi do caùc haõng khaùc saûn xuaát coù kích thöôùc khoâng truøng vôùi döõ lieäu hieän coù taïi caùc baûng song möùc ñoä khaùc nhau veà kích thöôùc phuû bì khoâng quaù lôùn. Hình 4. Buoàng maùy taøu ñaåy, coâng suaát 4000HP. 93
Ñieàu caàn löu yù, theo caùch phaân loaïi cuûa Cummins, cheá ñoä heavy duty aùp duïng cho taøu laøm vieäc lieân tuïc ñeán 8 giôø trong chu kyø tính 10 giôø. Trong khi ñoù cheá ñoä continuous rating aùp duïng cho maùy laøm vieäc khoâng nghæ trong suoát thôøi gian coâng taùc. 94
Caùc maùy vöøa neâu aùp duïng cho taøu keùo thoâng duïng duøng taïi USA vaø caùc nöôùc chaâu Myõ, chaâu AÂu. 2. Thieát keá chaân vòt böôùc coá ñònh Tuøy thuoäc chöùc naêng taøu keùo, thieát keá chaân vòt theo hai höôùng khaùc nhau. Taøu keùo ñi bieån, hoaït ñoäng ñöôøng daøi neân thieát keá theo cheá ñoä chaïy töï do. Trong cheá ñoä naøy khi maùy chính phaùt huy ñuû 100% coâng suaát, maùy quay taïi voøng quay ñònh möùc, chaân vòt taïo löïc ñaåy lôùn nhaát, ñaåy taøu keùo chaïy vôùi vaän toác lôùn nhaát. Taøu keùo ñi bieån kieâm cöùu naïn, taøu keùo kieâm cöùu hoûa nhaát thieát phaûi thieát keá theo cheá ñoä chaïy töï do. Taøu ñaåy, taøu keùo trong caûng, taøu keùo trong soâng vv neân thieát keá theo cheá ñoä keùo. Trong cheá ñoä naøy, khi keùo hoaëc ñaåy caùc phöông tieän noåi khaùc vôùi vaän toác laøm vieäc khoâng lôùn, khoaûng töø 3 – 5 HL/h, söùc keùo treân tang cuûa taøu keùo seõ coù giaù trò ñuû lôùn 95
nhaèm thoûa maõn yeâu caàu ñaët ra. Tuy nhieân taøu vôùi chaân vòt thieát keá theo cheá ñoä keùo seõ chaïy chaäm hôn trong cheá ñoä chaïy töï do. Quyeát ñònh thieát keá theo cheá ñoä chaïy töï do hoaëc theo cheá ñoä keùo thuoäc veà kyõ sö thieát keá taøu. Caùch thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä chaïy töï do hoaëc thieát keá theo cheá ñoä keùo nhaèm taïo löïc keùo lôùn ñöôïc trình baøy taïi “Thieát keá chaân vòt taøu thuûy”1. Chaân vòt maãu ñöoïc duøng khi thieát chaân vòt böôùc coá ñònh neân laø chaân vòt seri B, Wageningen, Netherlands. Ñeå coù taøi lieäu tham khaûo cho baïn ñoïc khi thieát keá chaân vòt taøu keùo theo cheá ñoä keùo chuùng toâi trình baøy laïi ví duï ñaõ neâu trong taøi lieäu ñaõ daãn. Chaân vòt thieát keá theo cheá ñoä keùo. Taøu laøm nhieäm vuï keùo hoaëc ñaåy ñoøi hoûi söùc keùo treân moùc lôùn khi keùo (ñaåy) thöôøng ôû toác ñoä keùo khaù nhoû. Taøu keùo treân soâng thöôøng khai thaùc ôû phaïm vi VT = 4,0 ÷ 6,0 HL/h, taøu keùo chaïy bieån thöôøng keùo ñoái vaät ôû vaän toác 5,0 ÷ 7,0 HL/h, taøu keùo löôùi trong ngheà caù thöôøng keùo löôùi cuøng caù taïi vaän toác 3,0 ÷ 5,0 HL/h. Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä keùo nhaèm taïo ra söùc ñaåy lôùn nhaát maø chaân vòt coù theå phaùt huy taïi VT cho tröôùc. Chaân vòt daïng naøy khaùc chaân vòt theo cheá ñoä chaïy töï do ôû choã, khi chaïy taøu theo cheá ñoä chaïy töï do, vaän toác taøu vôùi chaân vòt taøu keùo seõ nhoû hôn vaän toác taøu vôùi chaân vòt chaïy töï do, coøn taïi vaän toác keùo, söùc keùo cuûa chaân vòt daïng naøy lôùn hôn söùc keùo cuûa chaân vòt theo cheá ñoä chaïyï töï do. Trong giai ñoïan vaän toác taøu nhoû hôn VT, maùy chính laøm vieäc theo cheá ñoä momen ñònh möùc, coâng suaát maùy phaùt huy ñuùng theo ñöôøng ñaëc tính ngoaøi. Chaân vòt tieáp thu coâng suaát naøy, quay chaân vòt vaø taïo löïc ñaåy lôùn nhaát trong ñieàu kieän coù theå , taïo ra söùc keùo lôùn treân moùc. Khi ñaõ ñaït ñieåm P nhö chæ roõ treân ñoà thò, maùy phaûi laøm vieäc theo ñöôøng ñieàu khieån, gaàn vôùi n = const, coâng suaát maùy giaûm daàn. Ñieàu naøy aûnh höôûng tröïc tieáp ñeán cheá ñoä coâng taùc cuûa taøu keùo, theo ñoù khi taøu phaûi chaïy vôùi vaän toác lôùn hôn VT chaân vòt chæ coù theå laøm vieäc theo cheá ñoä n = const vì raèng maùy diesel khoâng theå laøm vieäc theo cheá ñoä quaù taûi voøng quay , hình 3. Ví duï : Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä keùo. Chuaån bò döõ lieäu veà maùy taøu, voû taøu. - Vaän toác khai thaùc cuûa taøu trong cheá ñoä keùo, - Thoâng tin caàn thieát veà maùy chính : coâng suaát ñònh möùc BHP, taàn suaát quay öùng vôùi tröôøng hôïp coâng suaát lieân tuïc , lôùn nhaát cuûa maùy , - Thoâng tin veà heä truïc taøu : kieåu hoäp soá , tæ soá truyeàn, - Caùc heä soá lieân quan ñeán taùc ñoäng qua laïi giöõa voû taøu vaø chaân vòt . 1 TCN, “Thieát keá chaân vòt taøu thuûy”, NXB DHQG Tp Hoà Chí Minh, 2001 96
- Ñöôøng kính chaân vòt haïn cheá Dmax. 11,* 936 PD Töø döõ lieäu ñaõ thu thaäp chuaån bò giaù trò cuûa KQ = = const khi duøng ñoø ρ.nD35 thò Papmiel ñeå tính. Thoâng soá caàn giaûi : - Thoâng soá hình hoïc chaân vòt : ae, H/D, ηp. Caùc pheùp tính trong phaàn chuaån bò. - Coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt sau khi tính ñeán aûnh höôûng ñieàu kieän moâi tröôøng, hieäu suaát hoäp soá, hieäu suaát ñöôøng truïc PD = Cmt.ηhs ηdt. BHP. Trong taøi lieäu naøy heä soá aûnh höôûng cuûa moâi tröôøng chæ naèm trong phaïm vi Cmt = 1,0 ÷ 0,8. - Taàn suaát quay chaân vòt trong nöôùc ñöôïc taêng hoaëc giaûm ±2%, theo höôùng daãn chung. - Toác ñoä tieán thaät cuûa chaân vòt tính theo coâng thöùc: Va = VT*(1 - w), tính baèng ( HL/h); Vp = 0,5144*Va, tính baèng (m/s). - Heä soá Bp hoaëc Kn. 60n P . D Bp = 2 hoaëc Va Va Vp Vp K”n = . 4 n PD Caùc pheùp tính tieáp theo thöïc hieän theo baûng 1: Baûng 1. Döïa vaøo ñoà thò Taylor Döïa vaøo ñoà thò Papmiel Kyù hieäu & coâng thöùc Ñôn vò Kyù hieäu & coâng thöùc Ñôn vò δ = f1( Bp) - J = f1 (K”n) - 0, 305 δ V Vp D = a m D = m N J *n H H = f2( Bp, δ) - = f2( K”n, J) - D D ηp = f3( Bp, δ ) - ηp = f3( K”n, J) - 75. P η 75. P η T = Dp kG T = Dp kG 0,. 515 Va 0,. 515 Va Te = T ( 1 - t) kG Te = T ( 1 - t) kG Z0 = Te - R(VT) kG Z0 = Te - R(VT) kG 97
Tröôøng hôïp ñöôøng kính chaân vòt bò haïn cheá sô ñoà tính seõ giaûn ñôn nhö sau. Treân ñoà thò Taylor thöïc hieän caùc böôùc tính : 60n P 101,. 3 nD . . D (1) Tính Bp = 2 vaø δ = Va Va Vp (2) Ñoïc töø ñoà thò caùc giaù trò : H/D = f1(Bp, δ) vaø ηp = f2( Bp, δ). Khi söû duïng ñoà thò Papmiel thöïc hieän hai böôùc tính: 11,* 936 PD Vp (1) Xaùc ñònh KQ = = const vaø J = = const. ρ.nD35 nD. (2) Ñoïc töø ñoà thò caùc giaù trò : H/D = f1(KQ ,J) vaø ηp = f2( KQ, J). Ví duï : Thieát keá chaân vòt taøu keùo chaïy bieån, vôùi vaän toác keùo VT = 7 HL/h Caùc thoâng soá voû taøu: L = 25m; B = 6,45m; môùn nöôùc phía muõi dm = 2,184m; môùn nöôùc laùi dL = 2,819m; Heä soá ñaày khoái truï CP = 0,669. Löôïng chieám nöôùc cuûa taøu D = 225T. Ñaëc tính maùy chính: BHP = 1500 PS; N = 250 v/ph; Truyeàn ñoäng tröïc tieáp. Caùc heä soá doøng theo vaø löïc huùt : w = 0,230; t = 0,139. Coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt PD = 0,9*0,97* BHP = 1309,5 PS. Khi tính ñeán aûnh höôûng doøng khoâng ñieàu hoøa sau voøm laùi cuûa taøu, coù theå giaûm soá voøng quay lyù thuyeát cuûa chaân vòt 2%, nhö vaäy taàn suaát quay tính toaùn seõ baèng 0,98* 250 = 245 v/ph = 4,083 v/s. Baèng caùc pheùp thöû coù theå choïn chaân vòt B4 cuûa Wageningen vôùi tæ leä maët ñóa 0,55 cho caùc pheùp tính tieáp theo. Aùp duïng ñoà thò Taylor vaøo tính toaùn, keát quaû seõ nhö sau. 1. Va = VT(1 - w) = 7(1 - 0,23) = 5,39 HL/h; 245 1309,5 2. Bp = = 129,8; 5,392 1,025× 5,39 3. Treân ñöôøng toái öu tìm ñöôïc δ = 409; 0,305× 409× 5,39 4. Ñöôøng kính chaân vòt tính baèng (m) : D = = 2,742 245 5. Tæ leä H/D = f1( Bp, δ ) = 0,557; 6. Hieäu suaát chaân vòt ηp = f2( Bp, δ) = 0,365; 75× 1309,5× 0,365 7. Löïc ñaåy cuûa chaân vòt T = = 12914 kG; 0,5144× 5,39 98
8. Löïc ñaåy thöïc teá : Te = T(1 - t) = 10990 kG. Thieát keá taøu laøm vieäc keùo hoaëc ñaåy, theo cheá ñoä dung hoøa Ñoà thò daïng μ-σ-ϕ phuø hôïp cho nhöõng baøi toaùn thieát keá chaân vòt laøm vieäc ôû cheá ñoä naëng taûi vaø toû ra raát thuaän lôïi khi kieåm tra ñaëc tính laøm vieäc cuûa chaân vòt töø J = 0 ñeán Jmax. Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä keùo hoaëc dung hoøa, ñaëc bieät khi thieát keá chaân vòt vôùi ñöôøng kính haïn cheá D = Dmax neân söû duïng ñoà thò daïng naøy. Caùc pheùp tính boå trôï phaûi tieán haønh tröôùc khi tính. Momen quay chaân vòt : 716,2× P 11,936× P Q = D = D N n Caùc heä soá phuï thuoäc vaøo Q, D, Vp : ρ.D 3 ρ.D 5 μ = n. vaø ϕ =Vp. Q Q Töø ñoà thò coù theå ñoïc caùc giaù trò cuûa caùc thoâng soá : σ = f1( μ, ϕ); H/D = f2( μ, ϕ); ηp = f3( μ, ϕ); σ × 2π .Q Vaø töø ñoù tính söùc keùo : T = . D Ví duï: Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä dung hoøa giöõa hai traïng thaùi, cheá ñoä chaïy töï do vaø cheá ñoä keùo, cho taøu keùo bieån neâu treân, laép maùy coâng suaát nhoû hôn. Söùc caûn voû taøu ñoïc theo baûng 8. Baûng 8: Söùc caûn voû taøu keùo ñi bieån. V, 6 7 8 9 10 11 12 (HL/h) R, (kG) 502 715 1250 2060 3110 4405 6110 Ñaëc tính chính cuûa maùy: BHP = 980 PS; N = 375 v/ph; Caùc heä soá w = 0,152 ; t = 0,10. Coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt tính theo caùc coâng thöùc quen thuoäc: PD = 0,90*0,97*BHP = 855,54 PS. 99
Voøng quay chaân vòt trong nöôùc ñöôïc nhaän baèng 98% voøng quay ñònh möùc, baèng 367,5 v/ph = 6,425 v/s. Thieát keá theo cheá ñoä dung hoøa tieán haønh qua ba böôùc: (1) Thieát keá theo cheá ñoä chaïy töï do theo caùc caùch ñaõ quen thuoäc , söû duïng ñoà thò Taylor hoaëc Papmiel tuøy yù rieâng cuûa ngöôøi duøng. Khi ñaõ xaùc ñònh chaân vòt theo cheá ñoä chaïy töï do, duøng moät trong caùc caùch ñaõ bieát laäp ñöôøng laøm vieäc cuûa chaân vòt trong heä thoáng chaân vòt-maùy chính-voû taøu. Trong böôùc naøy ñoà thò μ-σ-ϕ raát thích hôïp cho phaàn vieäc laäp ñöôøng ñaëc tính chaân vòt. (2) Thieát keá chaân vòt coù söùc keùo lôùn nhaát taïi vaän toác keùo VT ñöïa vaøo ñoà thò μ- σ-ϕ. Xaùc ñònh ñöôøng ñaëc tính laøm vieäc cuûa chaân vòt trong phaïm vi lôùn hôn VT neân duøng ñoà thò KQ - J do caùc beå thöû coâng boá. (3) Choïn chaân vòt dung hoøa. Moät vaøi qui öôùc veà teân goïi caàn ñöôïc thoûa thuaän giöõ ngöôøi vieát taøi lieäu naøy vaø ngöôøi ñoïc nhö sau. Chaân vòt thieát keá cho cheá ñoä chaïy töï do trong khuoân khoå ví duï naøy ñöôïc kyù hieäu A, chaân vòt thieát keá theo cheá ñoä keùo ñöôïc kyù hieäu B coøn chaân vòt thieát keá theo böôùc cuoái mang kyù hieäu C . Chaân vòt B4-55 ñöôïc duøng trong tính toaùn tieáp theo. Baûng 2: Thieát keá chaân vòt A. TT Kyù hieäu & Coâng thöùc Ñôn vò Keát quaû 1 Vs ( cho tröôùc) HL/h 12 2 Vp = 0,5144.Vs.( 1 -w) m/s 5,23 3 Vp Vp - 1,889 K”n = . 4 n PD 4 Jopt, töø ñoà thò - 0,48 5 J = 1,05Jopt - 0,504 Vp 6 D = m 1,70 J.n 7 H/D = f1(K”n, J) - 0,88 8 ηp = f2(K”n, J) - 0,55 9 75×P ×η kG 6748 T = D p Vp 10 Te = T(1 - t) kG 6073 100
Trong ví duï naøy, ñeå ruùt bôùt nhöõng trình baøy quaù daøi, ñaõ coá tình toå chöùc ñeå sau laàn tính thöù nhaát ñaõ ñaït ñoä chính xaùc caàn thieát. Keát quaû tính chaân vòt ñoïc töø baûng. Ñöôøng kính D =1,70m; Tæ leä böôùc H/D = 0,88. Toác ñoä taøu theo cheá ñoä chaïy töï do Vs = 12 HL/H.7. Chaân vòt A coù ñaëc tính laøm vieäc nhö sau. Trong mieàn toác ñoä nhoû hôn 12 HL/h, maùy taøu coù nhieäm vuï cung caáp naêng löôïng cho chaân vòt laøm vieäc theo cheá ñoä momen quay khoâng ñoåi song ôû taàn suaát thaáp hôn taàn suaát ñònh möùc, vaø coâng suaát caáp cuõng nhoû hôn ñònh möùc. Chaân vòt tieáp thu naêng löôïng ñöôïc caáp vaø laøm vieäc theo ñöôøng ñaëc tính sau. Baûng 3: Ñöôøng laøm vieäc cuûa chaân vòt A. TT Kyù hieäu Ñôn vò Keát quaû tính 1 Vs HL/h 0 2 4 6 8 10 2 Vp =0,514Vs(1-w) m/s 0 0,870 1,473 2,614 3,486 4,357 3 ϕ - 0 0,483 0,967 1,451 1,935 2,418 4 μ - 4,55 4,70 4,79 5,02 5,22 5,51 5 σ - 1,22 1,20 1,18 1,16 1,14 1,12 6 n v/s 4,82 4,98 5,05 5,33 5,51 5,84 7 N v/ph 289 299 303 320 331 350 8 Te kG 6766 6655 6544 6433 6322 6200 9 Z0 = Te - R(Vs) kG - - 6244 5933 5172 2890 Thieát keá chaân vòt B. 716,2× 855,54 Momen quay chaân vòt Q = = 1667,3 kGm. 245 Ñöôøng kính chaân vòt , trong laàn thöû ban ñaàu ñöôïc choïn baèng ñöôøng kính chaân vòt A, D = 1,70m. Taïi toác ñoä VT = 6 HL/h, caùc heä soá μ, ϕ ñöôïc tính nhö sau: ρ.D 3 μ = n. = 6,125.0,945 = 5,776 vaø Q ρ.D 5 ϕ = Vp. = 2,614.0,555 = 1,451. Q 101
Töø ñoà thò μ-σ-ϕ coù theå ñoïc caùc giaù trò sau: H/D = 0,73; ηp = 0,33; vaø σ = 1,33. Söùc ñaåy cuûa chaân vòt tính töø keát quaû vöøa nhaän: σ ×2π × Q T = = 7949,3 kG, vaø Te = 7154,4 kG. D Trong mieàn V > VT chaân vòt chæ coù theå laøm vieäc trong cheá ñoä maø maùy chính bò haïn cheá, töùc laø taàn suaát quay khoâng vöôït quaù taàn suaát ñònh möùc. Ñöôøng laøm vieäc cuûa chaân vòt nhö sau. Baûng 4: Ñöôøng laøm vieäc chaân vòt B, cheá ñoä keùo. TT Kyù hieäu Ñôn vò Keát quaû 1 Vs HL/h 7 8 9 10 11 2 Vp m/s 3,05 3,48 3,92 4,36 4,79 3 J= Vp - 0,293 0,334 0,376 0,419 0,460 nD 4 KQ, ñoà thò - 0,028 0,026 0,024 0,022 0,021 5 ηp ,ñoà thò - 0,38 0,42 0,46 0,501 0,54 6 KT= - 0,228 0,205 0,184 0,165 0,155 K ×η × 2π Q p J 2 4 7 T=KTρn D kG 7465 6712 6025 5402 5076 8 Te=T(1-t) kG 6718 6040 5422 4862 4567 Thieát keá chaân vòt theo cheá ñoä dung hoøa. Taïi VT chaân vòt B coù söùc ñaåy thöïc teá lôùn hôn söùc ñaåy chaân vòt A duøng trong cheá ñoä chaïy töï do. Töø tính toaùn, söùc keùo thöïc teá treân moùc keùo cuûa chaân vòt B laø 6655kG, cuûa chaân vòt A chæ laø 5933 kG, ñoä cheânh leäch giöõa chuùng 12%. Ngöôïc laïi, khi chaïy töï do chaân vòt A ñöa taøu ñi vôùi vaän toác lôùn nhaát 12 HL/h , coøn chaân vòt B coá heát söùc chæ ñöa taøu ñaït vaän toác toái ña 10,9 HL/H.7. Töø so saùnh veà söùc keùo vaø vaän toác taøu coù theå thaáy, neáu chaân vòt thieân veà söùc ñaåy, khi chaïy töï do ñaït toác ñoä thaáp, coøn taøu thieân veà chaïy nhanh, khi keùo naëng ôû vaän toác thaáp seõ coù söùc keùo khoâng lôùn. Töø ñoù coù theå ñaët yeâu caàu cho chaân vòt dung hoøa laø, ñaûm baûo söùc keùo toái thieåu khi taøu laøm vieäc ôû toác ñoä thaáp vaø chaïy ñuû nhanh khi thao taùc theo cheá ñoä chaïy töï do. 102
Vôùi tröôøng hôïp cuï theå naøy, yeâu caàu ñaët ra cho chaân vòt taøu laø khi chaïy töï do ñaûm baûo cho taøu phaùt huy toác ñoä khoâng thaáp hôn 11,40 HL/h, coøn khi keùo taïi vaän toác VT = 6 HL/h, söùc keùo phaûi lôùn hôn 6200 kG. Choïn chaân vòt dung hoøa döïa vaøo ñoà thò μ - ϕ. Taïi VT chaân vòt ñang laøm vieäc ρ. D5 theo cheá ñoä momen quay khoâng ñoåi, baèng momen ñònh möùc, vì vaäy ϕ = Vp. = Q ρ. D 3 const, coøn taàn suaát quay chaân vòt tæ leä thuaän vôùi μ = n. . Heä soá löïc tæ leä thuaän vôùi Q löïc ñaåy. Ñeå giaûm löïc ñaåy chaân vòt B moät löôïng 5-6% nhö ñaõ neâu trong ñaàu ñeà, chæ caàn giaûm heä soá löïc theo tæ leä töông ñöông. Töø ñoà thò coù theå ñoïc caùc giaù trò cuûa H/D, η, σ treân toïa ñoä : { ϕ = const; 0.95*σ }, vôùi ϕ = 1,451 vaø σ = 0,95*1,29 = 1,226. Töø ñoù H/D = 0,825 ; ηp = 0,35. Töø μ = 5,38 coù theå tính : n = μ/ 0,943 = 5,705 v/s vaø N = 342 v/pH.7. Trong mieàn V > VT chaân vòt laøm vieäc trong cheá ñoä taàn suaát quay baèng taàn suaát ñònh möùc. Ngöôïc laïi taïi mieàn V < VT maùy chính vaø theo ñoù laø chaân vòt, laøm vieäc theo cheá ñoä momen quay ñònh möùc. Ñöôøng ñaëc tính ñöôïc trình baøy taïi caùc baûng: Baûng 5: Ñöôøng laøm vieäc chaân vòt theo cheá ñoä momen ñònh möùc TT Kyù hieäu Ñôn vò Keát quaû 1 Vs Hl/h 0 2 4 6 2 Vp =0,514Vs(1-w) m/s 0 0,870 1,473 2,614 3 ρ.D 5 - 0,0 0,483 0,967 1,451 ϕ = Vp. Q 4 μ , töø ñoà thò - 4,81 5,01 5,18 5,38 5 σ , töø ñoà thò - 1,295 1,260 1,249 1,226 6 μ - 5,10 5,313 5,493 5,705 n = ρ.DQ3 7 N = 60n - 306 319 330 342 8 2π .Q kG 7182 6988 6927 6799 Te= (1− t )σ D Baûng 6: Ñöôøng laøm vieäc chaân vòt theo cheá ñoä n = const. TT Kyù hieäu Ñôn vò Keát quaû 1 Vs Hl/h 8 9 10 11 103
2 Vp =0,514Vs(1-w) m/s 3,48 3,92 4,36 4,79 3 Vp - 0,334 0,376 0,419 0,460 J = nD 4 KQ .10 , töø ñoà thò - 0,328 0,31 0,285 0,27 5 ηp , töø ñoà thò - 0,41 0,442 0,48 0,53 6 K Qη p 2π - 0,253 0,229 0,208 0,195 KT = J 2 4 7 Te=KTρn D (1-t) kG 7426 6748 6151 5746 3. Thieát keá chaân vòt trong oáng ñaïo löu Heä thoáng oáng-chaân vòt. Moät trong nhöõng bieän phaùp naâng cao söùc ñaåy cuûa chaân vòt laø söû duïng heä thoáng oáng ñaïo löu vôùi chaân vòt. Trong heä thoáng naøy chaân vòt taøu thuûy ñöôïc ñaët troïn boä trong oáng truï, quay trong oáng vaø cuøng vôùi oáng taïo löïc ñaåy thöôøng lôùn hôn chaân vòt ñöùng rieâng leû. Maët caét ngang cuûa oáng ñaïo löu keát caáu hình vaønh khuyeân. Chieàu daày vaønh khuyeân coù theå coù giaù trò khoâng ñoåi hoaëc coù keát caáu khoâng ñoái xöùng qua truïc doïc. Maët caét doïc oáng cho pheùp chuùng ta quan saùt thaønh oáng döôùi daïng frofil caùnh maùy bay. Boä phaän quan troïng cuûa heä thoáng laø chaân vòt trong oáng. Ñaây coù theå laø chaân vòt böôùc coá ñònh, chaân vòt böôùc thay ñoåi. Trong nhöõng tröôøng hôïp ñaëc bieät, ví duï treân taøu phoùng mìn vaø caùc taøu laøm nhieäm vuï ñaëc bieät trong quaân ñoäi, chaân vòt trong oáng phaûi laø loaïi caùnh quay ngöôïc chieàu nhau. Töø kyõ thuaät baèng tieáng Anh duøng chæ chaân vòt trong heä thoáng naøy thöôøng ñöôïc vieát laø ducted propeller, propeller in nozzle. Nhöõng naêm ñaàu môùi ñöa vaøo öùng duïng chaân vòt trong oáng thöôøng ñöôïc goïi laø “chaân vòt trong oáng Kort” ñeå ghi coâng lao cuûa coâng ty Kort trong laõnh vöïc naøy. Ban ñaàu chaân vòt trong oáng chæ duøng cho nhöõng tröôøng hôïp laøm vieäc cuûa chaân vòt naëng, trong cheá ñoä keùo taøu hay keùo löôùi treân taøu ñaùnh caù. Söùc keùo cuûa chaân vòt trong oáng Kort coù theå cao hôn söùc keùo chaân vòt khoâng oáng ñeán 30% taïi cheá ñoä keùo hoaëc ñeán 50% cao hôn khi uûi baõi. Coù hai daïng chính cuûa oáng laø oáng taêng toác vaø oáng giaûm toác. Nguyeân côù ñaët teân goïi naèm ôû vaän toác doøng nöôùc taïi ñaàu vaøo vaø ñaàu ra cuûa oáng. Keát caáu oáng laøm cho vaän toác doøng khi vaøo nhoû coøn khi ra lôùn ñöôïc goïi oáng taêng toác, ngöôïc laïi seõ laø oáng giaûm toác. 104
Hình 4 Caùc daïng oáng ñaëc tröng. a- oáng taêng toác; b - oáng thuaän caû hai chieàu tröôùc vaø sau c - oáng taêng toác vôùi “raõnh thoaùt Hannan ”; d- oáng giaûm toác. Profil maët caét doïc oáng taêng toác coù maët loài quay vaøo trong, meùp daày naèm veà höôùng tieán cuûa thaân taøu. Mieäng huùt naèm tröôùc, thöôøng coù dieän tích lôùn hôn dieän tích mieäng xaû naèm sau. Dieän tích tính toaùn thöôøng goïi laø dieän tích maët caét ngang cuûa oáng naèm khu vöïc giöõa taøu, taïi vò trí ñaët chaân vòt. Caùc ñaëc tröng hình hoïc chính cuûa oáng ñöôïc chæ roõ treân hình 5. Hình 5. Chaân vòt trong oáng ñaïo löu. L - chieàu daøi oáng. Trong thöïc teá thöôøng söû duïng tyû leä giöõa chieàu daøi vaø ñöôøng L kính oáng laøm chieàu daøi töông ñoái ln = , trong ñoù chæ soá n duøng chæ oáng ñaïo löu. Dn C - ñoä hôû giöõa ñaàu caùnh chaân vòt vaø meùp trong oáng. Tyû leä giöõa C vaø D goïi laø C ñoä hôû töông ñoái, cn = . Dn t - chieàu daày lôùn nhaát cuûa thaøng oáng. Tyû leä giöõa t vaø chieàu roäng profil b, kyù t hieäu tn = goïi laø chieàu daày töông ñoái. b Cx = Ax/A - tyû leä giöõa dieän tích mieäng huùt vôùi dieän tích maët caét ngang oáng. 105
Cy = Ay/A - tyû leä giöõa dieän tích mieäng xaû vôùi dieän tích maët caét ngang oáng. Caùc heä soá treân thöôøng naèm trong phaïm vi: L ln = = 0,5 ÷ 0,9 Dn C cn = = 0,005 ÷ 0,01 Dn tn = 0,11 ÷ 0,14 Cx = 1,15 ÷ 1,50 Cy = 1,0 ÷ 1,15 Maët caét ngang caùc oáng thoâng duïng ñoái xöùng qua truïc. Tuy nhieân ñeå taêng nhöõng tính naêng caàn thieát cho moãi loaïi taøu, oáng ñöôïc saûn xuaát döôùi daïng khoâng ñoái xöùng qua truïc. Coù oáng daày thaønh treân, moûng döôùi, coù oáng khoâng ñoái xöùng phaân boá tröôùc sau. Hình 6 trình baøy ba daïng oáng thöôøng duøng treân taøu keùo: 1 - daïng giaûn ñôn, chaân vòt caùnh cuït töông töï chaân vòt Kaplan, 2 – oáng soá 7 van Mannen, chaân vòt seri B Wageningen, 3 – oáng 19a, Wageningen, chaân vòt Kaplan. Hình 6. Hình 7. Trong caùc cheá ñoä laøm vieäc naëng hieäu suaát ñoäng löïc cuûa heä thoáng oáng-chaân vòt cao hôn hieäu suaát chaân vòt khoâng naèm trong oáng bao. Ñieàu naøy coù theå giaûi thích nhö sau. Trong thaønh phaàn löïc ñaåy cuûa heä thoáng, ngoaøi löïc ñaåy Tcv do chaân vòt taïo ra coøn coù thaønh phaàn boå sung löïc ñaåy Tn, taùc ñoäng cuøng höôùng vôùi Tcv, do oáng ñaïo löu döôùi daïng caùnh sinh ra khi bò taùc ñoäng doøng chaûy. Treân hình 5 coù theå thaáy, profil caùnh cuûa thaønh oáng ñaët sau ñuoâi taøu, nghieâng so vôùi ñöôøng doøng vaø bò di chuyeån vôùi vaän toác V. Treân moãi phaàn töû caùnh xuaát hieän löïc naâng dL vaø ñoàng thôøi caû löïc ma saùt dD caûn trôû chuyeån ñoäng. Goùc nghieâng caøng lôùn, löïc dL caøng coù xu höôùng ngaû veà phía tröôùc. Vì raèng löïc naâng cuûa caùnh trong nhöõng tröôøng hôïp naøy lôùn hôn nhieàu so vôùi löïc 106
caûn, thoâng thöôøng lôùn hôn khoaûng 25 ñeán 30 laàn, do vaäy löïc thaønh phaàn töø dL leân truïc doïc oáng lôùn hôn löïc thaønh phaàn cuûa dD treân cuøng truïc. Toång hôïp hai löïc vöøa neâu , vôùi oáng coù keát caáu hôïp lyù giaù trò cuûa dTn = ( dL - dD)x seõ mang giaù trò döông, vaø coù xu höôùng ñaåy taøu veà tröôùc. Toång coäng taát caû löïc thaønh phaàn dTn chuùng ta nhaän ñöôïc löïc ñaåy boå sung Tn. Löïc ñaåy cuûa heä thoáng oáng-chaân vòt ñöôïc xeùt döôùi daïng: T = Tcv + Tn. Trong maáy thaäp kyû qua, sau heä thoáng Kort thaønh coâng ôû Deutschland, caùc nhaø nghieân cöùu chaân vòt taïi Netherlands ñaõ ñöa ra haøng loaït moâ hình cuûa heä thoáng oáng- chaân vòt laøm vieäc coù hieäu quaû. Nhieàu coâng trình ñaõ ñöôïc coâng boá roäng raõi, coù theå tìm thaáy trong caùc taøi lieäu tham khaûo. *) Caùc oáng ñöôïc thí nghieäm taïi Wageningen mang soá hieäu sau. OÁng mang soá töø 2 ñeán 11 coù tyû leä L/Dn = 0,5 ÷ 0,83, tn = 0,125. Chaân vòt duøng trong oáng laø chaân vòt nhoùm B , boán caùnh. OÁng soá 18 ñeán 20 laøm theo tyû leä L/Dn = 0,5, tn = 0,125, duøng chaân vòt K.4-55. Töø oáng 19 caùc chuyeân gia Netherlands ñaõ caûi bieân, thay ñoåi kích thöôùc hình hoïc vaø ñöa chaân vòt caùnh hoï Kaplan vaøo cuøng laøm vieäc. Caàn noùi roõ theâm, caùnh hoï Kaplan nguyeân thuûy duøng trong ngaønh cheá taïo bôm, khi cuøng laøm vieäc vôùi oáng 19 caûi tieán , töùc laø oáng 19A, ñaõ trôû thaønh caùnh chaân vòt maø khoâng caàn bieán ñoåi nhieàu. Ñaëc tính cuûa nhoùm oáng mang teân chung 19A nhö sau. Tyû leä chieàu daøi treân ñöôøng kính 0,5, tyû leä t/b = 0,125. Profil maët caét oáng mang daùng daáp profil caùnh maùy bay, ñöôïc trình baøy taïi baûng döôùi ñaây. Chaân vòt ñöôïc duøng trong thí nghieäm cuøng oáng 19A goàm chaân vòt 3 caùnh vaø 4 caùnh Ka-3.50, Ka-3.65, Ka-4.55. Vôùi chaân vòt boán caùnh Ka-4.70 caùc thí nghieäm ñöôïc tieán haønh toaøn dieän, thöû trong ñieàu kieän tieán, luøi, quay trôû vaø tieán haønh caû thí nghieäm laøm maùy ñaåy goùc phöông vò, phuïc vuï quay taøu. Trong oáng 19A coøn tieán haønh thí nghieäm chaân vòt Kaplan 5 caùnh Ka-5.75 vaø chaân vòt nhoùm B Wageningen B.4.70. OÁng soá 37 cuõng laø moät thaønh coâng cuûa Netherlands trong coâng cuoäc phaùt trieån kieåu chaân vòt trong oáng. Trong oáng 37 tieán haønh laép ñaët chaân vòt Ka-4.70 laøm ñuû caùc vieäc nhö thí nghieäm vôùi oáng 19A cuøng Ka-4.70. Caùc oáng mang soá töø 30 ñeán 36 ñöôïc laép chaân vòt Kd-5.100. Toaï ñoä maët caét doïc oáng 19A ñöôïc giôùi thieäu taïi baûng 7, toaï ñoä cuûa oáng 37 trình baøy taïi baûng 8 Baûng 7: OÁng 19A *) Oosterveld, M.W.C. “Ducted propeller characteristics”, RINA Symposium on Ducted Propellers, London, 1973. 107
L t ln = = 0,5 ; tn = = 0,125; Cx = 1,35 ; Cy = 1,14 Dn b L.E. x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 yl/L 0,1825 0,1466 0,1280 0,1087 0,0800 0,0634 0,0387 0,0217 0,0110 yu/L - 0,2072 0,2107 0,2080 Ñöôøng thaúng T.E x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L 0,0048 0 0 0 0,0029 0,0082 0,0145 0,0186 0,0236 yu/L Ñöôøng thaúng 0,0363 Baûng 8: OÁng 37 L.E. x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 yl/L 0,1833 0,1500 0,1310 0,1000 0,0790 0,0611 0,0360 0,0200 0,0100 yu/L 0,1833 0,2130 0,2170 0,2160 Ñöôøng thaúng T.E x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L 0,0040 0 0 0 0,0020 0,0110 0,0380 0,0660 0,1242 yu/L Ñöôøng thaúng 0,1600 0,1242 Chaân vòt hoï Kaplan. Chaân vòt hoï Kaplan xuaát xöù töø caùc caùnh bôm hoï Kaplan, ñöôïc chuyeån hoùa sang taøu thuûy. Nhöõng chaân vòt ñöôïc thöû nghieäm, duøng cho ngaønh taøu mang teân Ka , ñöôïc giôùi thieäu döôùi ñaây. Baûng 9: Ñöôøng bao caùnh chaân vòt Kaplan. 108
r b b1 b2 t max R bmax bmax bmax 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 1,0 122,88 56,44 56,44 0,50 1 Ae Chieàu roäng caùnh taïi r/R =0,6 tính theo coâng thöùc bmax = 1969, . Z A0 Chieàu daày aûo cuûa caùnh : t0 = 0,049*D. Toaï ñoä caùc profil caùnh ñoïc taïi baûng 10. Baûng10. r/R Töø ñieåm daày nhaát ñeán meùp thoaùt, % Töø ñieåm daày nhaát ñeán meùp daãn, % 100 80 60 40 20 20 40 60 80 90 95 100 MAËT HUÙT 0,2 - 38,23 63,65 82,40 95,00 97,92 90,83 77,19 55,00 38,75 27,40 - 0,3 - 39,05 66,63 84,14 95,86 97,63 90,06 75,62 53,02 37,87 27,57 - 0,4 - 40,56 66,94 85,69 96,25 97,22 88,89 73,61 50,00 34,72 25,83 - 0,5 - 41,77 68,59 86,42 96,60 96,77 87,10 70,46 45,84 30,22 22,24 - 0,6 - 43,58 68,26 85,89 96,47 96,47 85,89 68,26 43,58 28,59 20,44 - 0,7 - 45,31 69,24 86,33 96,58 96,58 86,33 69,24 45,31 30,79 22,88 - 0,8 - 48,16 70,84 87,04 96,76 96,76 87,04 70,84 48,16 34,39 26,90 - 0,9 - 51,75 72,94 88,09 97,17 97,17 88,09 72,94 51,75 38,87 31,87 1,0 - 52,00 73,00 88,00 97,00 97,00 88,00 73,00 52,00 39,25 32,31 - MAËT ÑAÅY 0,2 20,21 7,29 1,77 0,1 - 0,21 1,46 4,37 10,52 16,04 20,62 33,33 0,3 13,85 4,62 1,07 - - 0,12 0,83 2,72 6,15 8,28 10,30 21,18 109
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 Ngoaøi caùc oáng cuûa Netherlands, caùc nöôùc khaùc cuõng coù rieâng oáng cuûa mình. Vôùi baïn ñoïc quen taøi lieäu cuûa Nga coù theå söû duïng oáng soá 6 thöû taïi Nga sau ñaây laøm taøi lieäu thieát keá. Baûng 11: OÁng soá 6 ( taøi lieäu Nga) L t ln = = 0,6; tn = = 0,125; Cx = 1,30 ; Cy = 1,12 Dn b L.E. x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,30 yl/L - - 0,050 0,040 0,0315 0,0250 0,0150 0,0075 0,0 yu/L - - 0,0567 0,0792 0,0958 0,1055 0,1192 0,1267 0,1259 T.E x/L - 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 yl/L - 0 0,0030 0,0085 0,0140 0,085 0,0240 0,0270 0,030 yu/L - 0,1167 0,1017 0,0820 0,0625 0,0425 0,0225 0,0133 0,0033 Coù maët oáng ñaïo löu taïi vuøng ñuoâi taøu laøm cho doøng chaûy taïi khu vöïc naøy khaùc vôùi ñöôøng doøng bao taøu khoâng trang bò oáng ñaïo löu. OÁng ñaïo löu trong moät chöøng möùc nhaát ñònh ñaõ naén ñöôøng doøng, laøm thay ñoåi moät soá ñaëc tính löïc thuûy ñoäng. So vôùi doøng chaûy qua caùnh chaân vòt khoâng naèm trong oáng, doøng chaûy qua caùnh chaân vòt bò naèm trong oáng coù vaän toác töông ñoái vaø tuyeät ñoái lôùn hôn vì söï haïn cheá cuûa khe hôû raát nhoû giöõa ñaàu caùnh vaø thaønh trong cuûa oáng. Vaän toác nhanh hôn naøy trong raát nhieàu tröôøng hôïp taïo ra lôïi theá cho heä thoáng ñaåy loaïi naøy: löïc ñaåy cuûa heä thoáng lôùn hôn löïc ñaåy chaân vòt rieâng leû nhôø naâng cao hieäu suaát chaân vòt trong doøng. Khe hôû beù coøn coù taùc duïng ngaên phaàn lôùn doøng chaûy cuûa nöôùc töø maët ñaåy ñeán maët huùt qua ñaàu caùnh, vaø ñieàu naøy cuõng goùp phaàn naâng cao löïc ñaåy chaân vòt. Duøng oáng ñaïo löu coá ñònh laøm cho tính quay trôû cuûa taøu coù keùm hôn so vôùi tröôøng hôïp khoâng coù oáng. Ñeå khaêùc phuïc tình traïng naøy dieän tích baùnh laùi cho taøu kieåu naøy caàn ñöôïc taêng theâm khoaûng 20% ñeán 30%. Tröôøng hôïp duøng oáng ñaïo löu quay, vaán ñeà aên laùi khoâng caàn thieát ñaët ra vì baûn thaân quay ñaïo löu ñaõ coù taùc duïng höôùng doøng thoaùt vaø ñoàng thôøi taïo löïc ñaåy ngang taøu trong quaù trình quay taøu. Hieäu quaû söû duïng heä thoáng oáng, theo quan nieäm cuûa nhöõng nhaø nghieân cöùu 2 ñaàu theá kyû XX , phuï thuoäc vaøo heä soá taûi σT = T/(ρV A) hoaëc BP. Vôùi heä soá taûi nhoû σT 2,5, töông ñöông 110
Bp > 40, heä thoáng oáng-chaân vòt phaùt huy ñaày ñuû theá maïnh. Chính vì vaäy oáng ñaïo löu khi ra ñôøi ñaõ tìm thaáy nôi öùng duïng treân taøu keùo, taøu ñaåy, taøu keùo löôùi taøu ñaùnh caù, hình 8. Nhöõng ghi chuù goác taïi hình do beå thöû Wageningen ñöa ra ñöôïc hieåu nhö sau: Twin-screw ships – taøu hai chaân vòt, Bulk carriers – tankers – chæ taøu chôû haøng rôøi vaø taøu daàu, Cargo/container ships – taøu haøng khoâ vaø taøu chôû haøng thuøng. Caùc loaïi taøu naøy chuùng toâi ñeà caäp trong “Thieát keá taøu chuyeân duøng”, taäp I. Ñieàu chuùng ta quan taâm, taøu keùo – Tugs neân ñöôïc trang bò oáng ñaïo löu vaø chaân vòt trong oáng neáu heä soá Bp lôùn hôn 70. Ñöôøng kính chaân vòt trong oáng beù hôn khoaûng 10% so vôùi chaân vòt cuøng kieåu, song khoâng naèm trong oáng. Nhöõng chaân vòt lôùn, khi giaûm 10% ñöôøng kính seõ giaûm ñöôïc löôïng vaät lieäu ñaùng keå. Ñieàu quan troïng caàn ñeà caäp khi duøng heä thoáng oáng-chaân vòt treân taøu laø, theo phaân boå löïc ghi trong coâng thöùc T = Tcv + Tn, ñöôøng truïc chaân vòt chæ tröïc tieáp höùng chòu löïc ñaåy Tcv, thaønh phaàn coøn laïi Tn, truyeàn thaúng vaøo thaân taøu. Ñieàu naøy giaûm aùp löïc cho heä truïc vaø caû cho maùy chính, ñaûm baûo an toaøn cao hôn cho maùy. Ñaëc tính thuûy ñoäng löïc heä thoáng oáng-chaân vòt. Caùc ñöôøng ñaëc tính thuûy ñoäng löïc chaân vòt trong oáng , cuøng ñaëc tính thuûy ñoäng löïc cuûa oáng ñöôïc xaùc laäp taïi beå thöû , ñöôïc ghi laïi döôù daïng caùc ñoà thò. Heä soá löïc ñaåy cuûa oáng-chaân vòt: T KT = (7.20) ρ nD24 Heä soá löïc ñaåy cuûa rieâng oáng: Tn KT n = (7.21) ρ nD24 KT = KT cv + KT n . (7.22) Heä soá momen quay: Q KQ = (7.23) ρ.nD25 Heä soá vaän toác tieán: Vp J = nD. Hieäu suaát : KT J η p = . KQ 2π 111
Hình 9. Phạm vi làm việc chân vịt trong ống Ñöôøng ñaëc tính KT -ηP -J , KTn-ηP-J vaø KQ -ηP -J ñöôïc trình baøy taïi caùc hình döôùi. Ñöôøng ñaëc tính treân khi ñöôïc xöû lyù treân maùy tính, coù theå vieát chuùng döôùi daïng haøm cuûa tyû leä P/D vaø J nhö sau. 6 6 m ⎛ P ⎞ n KT = ∑∑A(m+ 1)( n + 1) ⎜ ⎟ J mn==0 0 ⎝ D ⎠ 6 6 m ⎛ P ⎞ n KTn = ∑∑B(m+ 1)( n + 1) ⎜ ⎟ J mn==0 0 ⎝ D ⎠ 6 6 m ⎛ P ⎞ n K Q = ∑∑C(m+ 1)( n + 1) ⎜ ⎟ J mn==0 0 ⎝ D ⎠ Caùc heä soá Ai, Bi, Ci , i = 1, 2, ,3 , 49 ñoïc töø caùc baûng taïi saùch ñaõ daãn. Thieát keá chaân vòt trong oáng ñaïo löu. Caùc pheùp tính tieáp theo thöïc hieän cho chaân vòt hoï Ka, trong oáng 19A hoaëc 37. Caùc heä soá doøng theo w’ vaø heä soá löïc huùt t’ khi aùp duïng cho chaân vòt trong oáng, tính theo coâng thöùc: Taøu moät chaân vòt : w’ = 0,7.w; t’ = ( 0,6 ÷ 0,7).t. Taøu hai chaân vòt: w’ = ( 1,1 ÷ 1,2).w; 112
t’ = t. trong ñoù w, t laø caùc heä soá töông öùng, tính cho tröôøng hôïp chaân vòt khoâng naèm trong oáng. Thoâng thöôøng caùc heä soá vöøa neâu naèm trong phaïm vi sau: w’ t’ taøu keùo moät chaân vòt 0,15 ÷ 0,20 0,12 ÷ 0,16 taøu keùo hai chaân vòt 0,07 ÷0,1 0,10 ÷ 0,12 Ñeå traùnh suûi boït cho caùnh, tyû leä dieän tích maët ñóa chaân vòt caàn lôùn hôn giaù trò toái thieåu sau: Ae 245× PD = 3 A0 n.(. D pa +γ HS − p d − 0,4. D .γ ) trong ñoù: PD - coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt, (PS), n - taàn suaát quay chaân vòt, (v/s), D - ñöôøng kính chaân vòt, (m), 2 pa - aùp suaát khí quyeån, (kG/m ), HS - chieàu saâu ñeán truïc chaân vòt, (m), γ - troïng löôïng rieâng cuûa nöôùc, (kG/m3), 2 pd - aùp suaát hôi baõo hoøa, (kG/m ). Ví duï thieát keá : Thieát keá chaân vòt trong oáng ñaïo löu cho taøu keùo ven bôø, coù caùc ñaëc tính sau. Vaän toác keùo VT = 7 HL/h; Maùy chính: Maùy diesel kieåu 6L350PN vôùi coâng suaát ñònh möùc BHP = 980PS, voøng quay truïc cô N = 375 v/ph; Chieàu chìm ñeán truïc chaân vòt Hs = 2,20m; Söùc caûn voû taøu ñoïc theo baûng 12 döôùi ñaây. Baûng 12 Vaän toác taøu, (HL/h) 6,45 8,07 9,68 11,3 12,9 Söùc caûn R, (kG) 1372 2301 3637 5703 9279 Coâng suaát keùo taøu EPS, (PS) 60,7 127,4 241,5 442 821 Heä soá doøng theo w’ = 0,15; heä soá löïc huùt t’= 0,10. Chaân vòt ñöôïc choïn thuoäc hoï Kaplan, 4 caùnh, naèm trong oáng 19A. Theo caùc chæ daãn ghi roõ trong chöông tröôùc, caùc döõ lieäu caàn thieát cho thieát keá ñöôïc tính töø döõ lieäu ñaàu vaøo vöøa neâu nhö sau. 113