Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 10

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:14

Thêm vào BST

Báo xấu

99
lượt xem 20
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong trường hợp khi chỉ hạn chế việc đánh giá ứng suất mặt cắt ở chân thì công thức hoàn toàn đơn giản và chuyển sang dạng: MT = (1/Z) 0,238 KT r n2 D5 (20.7.15) 2 5 MQ = (1/Z) 0,670 KQ r n D (20.7.16) Các công thức này cho phép tìm được các trị số trung bình của mômen uốn sau một vòng quay. Để tính thành phần biến đổi cần phải tính và xây dựng các đường cong biến thiên lực đẩy và mômen trong một vòng quay của chong chóng....

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 10

GT; GQ H=0,2 0,3 0,5 H×nh 20.11. §å thÞ cña hµm sè GT, GQ 0,4 H=0,2 GQ 0,3 0,4 GT 0 0,5 1,0 r1 a Trong trêng hîp khi chØ h¹n chÕ viÖc ®¸nh gi¸ øng suÊt mÆt c¾t ë ch©n th× c«ng thøc hoµn toµn ®¬n gi¶n vµ chuyÓn sang d¹ng: MT = (1/Z) 0,238 KT r n2 D5 (20.7.15) MQ = (1/Z) 0,670 KQ r n D 25 (20.7.16) C¸c c«ng thøc nµy cho phÐp t×m ®îc c¸c trÞ sè trung b×nh cña m«men uèn sau mét vßng quay. §Ó tÝnh thµnh phÇn biÕn ®æi cÇn ph¶i tÝnh vµ x©y dùng c¸c ®êng cong biÕn thiªn lùc ®Èy vµ m«men trong mét vßng quay cña chong chãng. Dùa vµo c¸c ®êng ®ã cã thÓ tÝnh c¸c trÞ sè biªn ®é dao ®éng cña c¸c hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men cña chong chãng sau mét vßng quay: DKT = (1/2) (KTmax - KTmin) (20.7.17) DKQ = (1/2) (KQmax - KQmin) (20.7.18) C¸c m«men uèn cña c¸c thµnh phÇn lùc biÕn ®æi khi chó ý ®Õn (20.7.15) vµ (20.7.16) ta cã: DKT rn 2 D 5 DM T = (20.7.19) GT (rH , r1 ) 2Z DK Q rn 2 D 5 DM Q = (20.7.20) GQ (rH , r1 ) 2Z Gi¶ thiÕt r»ng: c¸c øng suÊt sinh ra trong c¸nh khi cã t¸c dông cña c¸c t¶i träng biÕn ®æi th× cã thÓ biÓu diÔn c¸c øng suÊt sinh ra trong c¸nh thay ®æi theo chu tr×nh kh«ng ®èi xøng nµo ®ã lµ tæng øng suÊt trung b×nh cña chu tr×nh sm vµ øng suÊt biÕn ®æi chu kú víi biªn ®é sa Chó ý tíi c«ng thøc (20.7.4) th× c¸c øng suÊt ®ã lµ: M T cos j + M Q sin j Fu sm = + (20.7.21) Wx S DM T cos j + DM Q sin j sa = (20.7.22) Wx Lóc bÊy giê ®iÒu kiÖn vÒ søc bÒn tÜnh ®Ó ®¶m b¶o kh«ng cã biÕn d¹ng d cña vËt liÖu c¸nh cã thÓ viÕt theo d¹ng: ss / nT ³ sm + sa (20.7.23) trong ®ã: ss - giíi h¹n ch¶y cña vËt liÖu, nT - hÖ sè dù tr÷ bÒn, trÞ sè cña nã phô thuéc vµo vËt liÖu cña c¸nh vµ thay ®æi trong kho¶ng 3,1 ¸ 5,5. §iÒu kiÖn cña søc bÒn chu tr×nh cã chó ý ®Õn tÝnh kh«ng ®èi xøng cña chu tr×nh viÕt theo d¹ng: 162
s -1 nT ³ s a + s as m (20.7.24) 2 trong ®ã: s-1 - giíi h¹n dÎo cña vËt liÖu, n - hÖ sè dù tr÷ søc bÒn chu tr×nh, nã phô thuéc lo¹i vËt liÖu cña c¸nh vµ thay ®æi trong kho¶ng 3 ¸ 3,6. Nh ®· nãi, ph¬ng ph¸p nµy chØ ®¶m b¶o kÕt qña ®¸ng tin cËy cho c¸c chong chãng c¸nh hÑp, kÕt cÊu th«ng thêng. §èi víi c¸c chong chãng c¸nh réng trªn c¸c tµu cao tèc th× c¸ch tÝnh to¸n theo lý thuyÕt dÇm sÏ ®em l¹i nhiÒu sai lÇm kh¸ lín. VÝ dô, øng suÊt lín nhÊt kh«ng sinh ra ë mÆt c¾t ch©n c¸nh, nh ®· rót ra ®îc tõ lý thuyÕt dÇm mµ ë khu vùc cña c¸c mÐp ®¹p cña c¸nh, ë b¸n kÝnh t¬ng ®èi r = 0,4 ¸ 0,8. §iÒu ®ã ®îc gi¶i thÝch nh sau: lý thuyÕt dÇm kh«ng xÐt tíi søc bÒn côc bé cña c¸nh chong chãng. §ã lµ c¸i cí ®Ó x©y dùng c¸c ph¬ng ph¸p chÝnh x¸c khi dùa vµo viÖc ¸p dông lý thuyÕt vá máng hoÆc ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. Trong c¶ hai trêng hîp khi x¸c ®Þnh ngo¹i lùc cÇn ph¶i gi¶ thiÕt sù ph©n bè c¸c t¶i träng kh«ng nh÷ng theo b¸n kÝnh cña c¸nh chong chãng, mµ cßn ph¶i theo d©y cung, nghÜa lµ ®Ó tÝnh thuû ®éng lùc cÇn ph¶i lîi dông lý thuyÕt mÆt n©ng. HiÖn nay, ngêi ta ¸p dông kh¸ réng r·i ph¬ng ph¸p phÇn tö h÷u h¹n. Ph¬ng ph¸p nµy cho phÐp t¹o ra d¹ng h×nh häc cña c¸nh kh¸ tØ mû vµ dÔ thùc hiÖn trªn m¸y vi tÝnh. Dùa vµo nã ngêi ta x©y dùng ®îc mét lo¹t c¸c ph¬ng ph¸p tÝnh, ®îc ph©n biÖt víi nhau chñ yÕu b»ng d¹ng cña c¸c phÇn tö h÷u h¹n. Trong thùc tÕ phÇn tö h÷u h¹n kiÓu tam gi¸c ®îc sö dông réng r·i h¬n c¶. §Ó tÝnh søc bÒn tÜnh cña c¸nh chong chãng nªn sö dông c¸c c«ng thøc gÇn ®óng cña V.M Lavrentiªp ®Ò xíng, nã dùa vµo viÖc kiÓm tra søc bÒn tÜnh cña c¸nh chong chãng theo gi¶ thiÕt t¶i träng chØ ph©n bè theo b¸n kÝnh cña c¸nh. Theo V.M Lavrentiªp søc bÒn tÜnh cña c¸nh ®îc ®Æc trng b»ng bÊt ®¼ng thøc sau: b A ³2 D d3 trong ®ã: A - ®Æc trng cña c¸c kÝch thíc bÒn vµ b»ng trÞ sè lín nhÊt trong c¸c trÞ sè sau: AP = 0,013 k p mT ZD 2s p (20.7.25) Ad = 0,013 kd mT ZD 2s d (20.7.26) trong ®ã: sp, sd - t¬ng øng lµ øng suÊt kÐo vµ nÐn. d - chiÒu dµy t¬ng ®èi cña mÆt c¾t c¸nh. m - hÖ sè phô thuéc vµo ®iÒu kiÖn khai th¸c vµ giao ®éng trong kho¶ng 1,15 ¸ 2,0. TrÞ sè nhá cho tµu biÓn b×nh thêng, trÞ sè lín cho tµu ho¹t ®éng trong vïng cã b¨ng. C¸c hÖ sè kP, kd lÊy theo sè liÖu trong b¶ng 20.4 B¶ng 20.4. C¸c hÖ sè kP, kd dïng ®Ó tÝnh søc bÒn c¸nh chong chãng 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 0,8 r kP 244 211 169 122 80 46 20,5 kd 320 274 225 164 111 65 29,5 163
B¶ng 9.5. C¬ tÝnh vËt liÖu ®Ó chÕ t¹o chong chãng Giíi h¹n Giíi h¹n Giíi h¹n VËt liÖu bÒn, ch¶y, mái, N/mm2 N/mm2 N/mm2 78 - 39 ThÐp cacbon 438 224 175 - 88 ThÐp kh«ng gØ 585 438 Hîp kim §ång - Mangan thÐp 107 - 83 438 195 55 - 3 - 1 Hîp kim §ång - Mangan thÐp 147 - 130 605 242 67 - 5 - 2 - 2 §ång thanh Niken - Nh«m 605 215 175 Mangan - Nh«m: 175 - 165 605 272 Heba - 60 685 292 175 - 165 Heba - 70 164
Ch¬ng 21 ph¬ng ph¸p n©ng cao hiÖu suÊt cña chong chãng 21.1. Lîng tiªu thô n¨ng lîng cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c ph¬ng ph¸p gi¶m nã. ThiÕt bÞ ®Èy biÕn n¨ng lîng c¬ häc truyÒn vµo nã thµnh n¨ng lîng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cã liªn quan ®Õn c¸c tæn thÊt khi biÕn n¨ng lîng còng nh khi cã sù t¬ng t¸c gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu. V× vËy hiÖu suÊt ®Èy vÒ nguyªn t¾c kh«ng vît qu¸ 80%; cßn ®èi víi c¸c thiÕt bÞ ®Èy nÆng t¶i cã thÓ chiÕm 50%; tõ 20 ¸ 50% n¨ng lîng truyÒn vµo thiÕt bÞ ®Èy ®Òu bÞ bá phÝ. Nh ®· thÊy tõ lý thuyÕt thiÕt bÞ ®Èy lý tëng vµ chong chãng nguån tæn thÊt chÝnh khi thiÕt bÞ ®Èy lý tëng ®éc lËp lµm viÖc lµ nh÷ng tæn thÊt ®Ó t¹o ra tèc ®é c¶m øng (tæn thÊt c¶m øng), mµ trÞ sè cña chóng phô thuéc vµo hÖ sè t¶i träng vµ sù ph©n bè tèc ®é c¶m øng trªn ®Üa thiÕt bÞ ®Èy; còng nh c¸c tæn thÊt pr«phin sinh ra do ¶nh hëng cña chÊt láng nhít ®èi víi dßng bao c¸nh vµ cñ. HÖ sè t¶i träng cña chong chãng theo lùc ®Èy (Xem H21.1) ®ãng vai trß chñ yÕu ®èi víi trÞ sè tæn thÊt. Khi hÖ sè t¶i träng rÊt bÐ th× c¸c tæn thÊt c¶m øng rÊt thÊp vµ nguån tæn thÊt chÝnh lµ tæn thÊt pr«phin. Khi hÖ sè t¶i träng lín, vai trß chÝnh lµ tæn thÊt ®Ó t¹o ra tèc ®é c¶m øng híng tµu. §êng cong tæng tæn thÊt cã ®iÓm cùc tiÓu ®¹t ®îc khi thiÕt bÞ ®Èy cã t¶i träng tèi u, mµ trong trêng hîp nµy hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt. Tõ lý thuyÕt thiÕt bÞ ®Èy vµ chong chãng ta thÊy r»ng ®Ó t¹o ra lùc ®Èy (lùc kÐo) chØ cÇn tèc ®é c¶m øng híng trôc do ®ã tæn thÊt ®Ó t¹o ra nã lµ tæn thÊt kh«ng thÓ tr¸nh. TÊt c¶ c¸c nguån tæn thÊt cßn l¹i ®Òu lµ nh÷ng tiªu phÝ cña nguån n¨ng lîng truyÒn vµo chong chãng. Tríc hÕt tæn thÊt híng trôc cã thÓ gi¶m xuèng b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè t¶i träng cña thiÕt bÞ ®Èy. §Ó H×nh 21.1. C¸c tæn thÊt phô gi¶m tæn thÊt c¶m øng ngêi ta cè thiÕt kÕ nh÷ng thuéc vµo hÖ sè t¶i tÝnh theo chong chãng cã ®êng kÝnh tèi u. lùc ®Èy. HiÖu suÊt lµm viÖc còng cã thÓ t¨ng lªn b»ng c¸ch bè trÝ chong chãng trong nh÷ng thiÕt bÞ ®Æc biÖt - ®¹o lu, mµ hiÖn nay ®îc sö dông réng r·i trªn c¸c tµu. Lîng tæn thÊt do xo¾n dßng ch¶y cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ b»ng c¸ch cã thÓ sö dông mét cÆp chong chãng ®ång trôc quay ngîc chiÒu nhau. HiÖn nay ngêi ta ¸p dông phÇn ®u«i ®Æc biÖt kh«ng ®èi xøng ®Ó ®ång thêi gi¶m ®îc tæn thÊt do xo¾n dßng. §Ó gi¶m tæn thÊt pr«phin cÇn ph¶i hÕt søc chó ý ®Õn viÖc chän pr«phin cña c¸nh vµ chÊt lîng gia c«ng bÒ mÆt c¸nh chong chãng. Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu ph¶i lu ý tíi viÖc thiÕt kÕ, bè trÝ c¶ hÖ thèng nh»m n©ng cao hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu. 1 1-t hH = (21.1.1) iQ 1 - WT 165
§iÒu nµy cã thÓ thùc hiÖn b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè hót t vµ tËn dông hÕt møc n¨ng lîng cña dßng theo. Tríc hÕt viÖc ®ã vÉn ®¹t ®îc b»ng c¸ch thiÕt kÕ tin cËy phÇn ®u«i; chän d¹ng c¸c sên ®u«i vµ lÆp ghÐp hîp lý hÖ thiÕt bÞ ®Èy – b¸nh l¸i – th©n tµu, mµ tríc tiªn lµ chän khe hë gi÷a chong chãng víi th©n tµu, còng nh víi b¸nh l¸i. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ngêi ta ¸p dông c¸c thiÕt bÞ híng dßng ®Æc biÖt kiÓu c¸nh ph¼ng l¾p trªn th©n tµu phÝa tríc chong chãng vµ cã hiÖu qu¶ nhÊt lµ trªn c¸c tµu l¾p hai chong chãng. YÕu tè kh¸c cã t¸c dông tèt tíi hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu lµ ®Æt c¸c chong chãng cña tµu hai trôc gÇn mÆt ph¼ng ®èi xøng vµ ¸p dông s¬ ®å c¸c chong chãng phñ lÉn nhau ®Ó cã thÓ lîi dông hÕt møc n¨ng lîng cña dßng theo. 21.2. ViÖc ¸p dông chong chãng cã ®êng kÝnh t¨ng thªm khi vßng quay gi¶m xuèng. Khi thiÕt kÕ chong chãng viÖc lùa chän vßng quay hîp lý cña chong chãng ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng tµu l¾p ®éng c¬ ®èt trong, thêng gÆp mèi quan hÖ phøc t¹p gi÷a c«ng suÊt ®éng c¬ vµ vßng quay cña nã, v× nã cho phÐp truyÒn trùc tiÕp c«ng suÊt vµo chong chãng. Trong nhiÒu trêng hîp huynh híng ®ã dÉn ®Õn chong chãng cã hÖ sè t¶i träng lín, hiÖu suÊt lµm viÖc vµ hiÖu suÊt ®Èy t¬ng øng thÊp. Trong nh÷ng trêng hîp nµy cã thÓ t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc b»ng c¸ch t¨ng ®êng kÝnh chong chãng, ®ång thêi gi¶m vßng quay cña nã ®Ó cã thÓ n©ng cao hiÖu qu¶ cña thiÕt bÞ ®Èy b»ng c¸ch gi¶m hÖ sè t¶i träng. Tuy nhiªn l¹i gÆp ph¶i vÊn ®Ò b¶o vÖ chong chãng cã ®êng kÝnh lín ®Ó kh«ng khÝ kh«ng thÓ lät vµo c¸nh, ®Æc biÖt ®èi víi nh÷ng tµu cã chiÒu ch×m h¹n chÕ vµ khi tµu ch¹y ë chÕ ®é d»n. §Ó phßng tr¸nh hiÖn tîng ®ã ngêi ta ph¶i chÕ t¹o nh÷ng vßm ®u«i cã h×nh d¸ng ®Æc biÖt, mét trong c¸c ph¬ng ph¸p ®ã (Xem H21.2). ë ®©y chong chãng n»m trong hÇm mµ khi chong chãng lµm viÖc toµn bé thÓ tÝch cña hÇm ngËp ®Çy níc, mµ dßng níc ch¶y vµo sÏ ch¶y tõ díi ®¸y lªn, nªn tr¸nh ®îc kh«ng khÝ tõ mÆt tho¸ng lät vµo hÇm. Gi¶i ph¸p kÕt cÊu ®ã lµ mét vÊn ®Ò hÕt søc phøc t¹p lµ v× khi t¨ng ®êng kÝnh chong H×nh 21.2. S¬ ®å vßm ®u«i cña tµu. chãng vµ thay ®æi h×nh d¸ng phÇn ®u«i lùc c¶n cña tµu vµ c¸c ®Æc tÝnh t¬ng t¸c cña th©n tµu víi hÖ thiÕt bÞ ®Èy – b¸nh l¸i thay ®æi. Chong chãng ®îc thiÕt kÕ theo lùc ®Èy ®· biÕt, nh ®· tr×nh bµy, tho¶ m·n: D n = const 4 T (21.2.1) Tõ ®ã ta thÊy r»ng khi lùc ®Èy ®· biÕt T sù thay ®æi vßng quay khi thay ®æi ®êng kÝnh kh«ng thÓ tuú tiÖn vµ ph¶i x¸c ®Þnh theo c«ng thøc n/n0 = 1/(D/D0)2. ë ®©y D0 vµ n0 lµ ®êng kÝnh vµ vßng quay ban ®Çu. ViÖc tho¶ m·n ®iÒu kiÖn nµy sÏ ®¶m b¶o cã hiÖu suÊt lµm viÖc lín nhÊt. Nh c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh tµu tù ch¹y b»ng viÖc l¾p c¸c chong chãng cã ®êng kÝnh kh¸c nhau cho biÕt, lîng t¨ng hiÖu suÊt ®Èy kh«ng tu©n theo lîng t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng, mµ tõ tõ gi¶m xuèng vµ ®¹t ®Õn giíi h¹n khi D/D0 nµo ®ã phô thuéc vµo tÝnh chÊt thay ®æi cña hÖ sè t¬ng t¸c (hÖ sè hót liªn tôc t¨ng, hÖ sè 166
dßng theo cã chiÒu híng æn ®Þnh). Do t¨ng lùc c¶n cña tµu v× h×nh d¹ng phÇn ®u«i thay ®æi nªn viÖc t¨ng hiÖu suÊt ®Èy chØ cã thÓ x¶y ra tíi mét giíi h¹n nµo ®ã. HiÖu qu¶ ¸p dông chong chãng vßng quay thÊp phô thuéc vµo trÞ sè ban ®Çu cña hÖ sè t¶i träng CTAo. ChØ cã thÓ ®¹t ®îc lîng gi¶m c«ng suÊt râ rÖt trong trêng hîp khi CTAo > 3,0 (Xem H21.3). C¸c thÝ nghiÖm cho thÊy r»ng chong chãng tèi u khi xÐt ®Õn sù t¬ng t¸c khi D/T » 0,70 ¸ 0,75 vµ hÖ sè t¶i träng CTA » 1,5 ¸ 2,0. Do gi¶m vßng quay cña chong chãng m«men xo¾n t¨ng lªn nªn cÇn ph¶i t¨ng ®êng kÝnh cña chong chãng vµ thay ®æi kÕt cÊu cña èng bao trôc vµ sèng ®u«i; khèi H×nh 21.3. Lîng tiÕt lîng chong chãng vµ trôc t¨ng lªn, còng nh t¨ng thªm kiÖm c«ng suÊt khi thay chÊn ®éng phÇn ®u«i th©n tµu. TÊt c¶ ®Òu cÇn cã sù gia ®æi ®êng kÝnh chong c«ng kÕt cÊu cÈn thËn vµ lµnh nghÒ trong qu¸ tr×nh thiÕt chãng kÕ vµ chÕ t¹o chong chãng. 21.3. ViÖc gi¶m tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n. Nh c¸c ®ît nghiªn cøu ®· nªu, c¸c tæn thÊt do dßng ch¶y bÞ xo¾n sÏ lµm gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy 12 ¸ 18% (cã xÐt c¶ ¶nh hëng ®é nhít cña chÊt láng). Cã thÓ gi¶m ®¸ng kÓ lîng tæn thÊt ®ã b»ng c¸ch ¸p dông mét cÆp c¸c chong chãng ®ång trôc tr¸i chiÒu nhau (Xem H21.4). Mçi chong chãng cña cÆp n»m riªng H×nh 21.4. C¸c chong mét trôc sao cho trôc chong chãng sau lång qua trôc ®Æc cña chong chãng tríc. Nhê bé ®iÒu khiÓn ®Æc biÕt chãng ®ång trôc quay m«men xo¾n cña ®éng c¬ ®îc truyÒn sao cho c¸c chong ngîc chiÒu nhau. chãng quay ngîc chiÒu nhau (mét quay ph¶i, mét quay tr¸i). Lùc ®Èy cña c¶ hÖ sÏ b»ng tæng lùc ®Èy cña tõng chong chãng. So víi chong chãng ®¬n chiÕc c¸c chong chãng ®ång trôc ®· lµm gi¶m ®¸ng kÓ ®é xo¾n cña dßng ch¶y. C«ng suÊt cÇn thiÕt gi¶m xuèng 7% hoÆc t¨ng tèc ®é cña tµu lªn 0,5 h¶i lý. Ph¬ng ph¸p kh¸c lµ dùa vµo viÖc ®Æt ®»ng sau chong chãng mét chong chãng ®èi dßng quay tù do víi ®êng kÝnh lín h¬n ®êng kÝnh cña chong chãng chÝnh (Xem H21.5). Chong chãng ®èi dßng ph¶i thiÕt kÕ sao cho nã n»m trong dßng ch¶y cña chong chãng lµm viÖc nh mét tuèc bin v× chong chãng ®èi dßng quay theo t¸c dông cña dßng ch¶y vµo nã, cßn c¸c phÇn c¸nh n»m H×nh 21.5. Chong chãng phÝa ngoµi dßng ch¶y cña chong chãng t¹o lªn lùc ®Èy ®èi dßng quay tù do. bæ xung (Xem H21.5). Khi chong chãng ®èi dßng lµm viÖc ë chÕ ®« tuèc bin c¸c tèc ®é c¶m øng tiÕp tuyÕn híng vÒ phÝa ngîc chiÒu víi c¸c tèc ®é chÝnh cña chong chãng. §Ó lîi dông hÕt n¨ng lîng cña dßng theo trªn nh÷ng tµu hai chong chãng cã thÓ ¸p dông c¸c chong chãng chång dßng (Xem H21.6). C¸c chong chãng ®ã ®Æt lÖch nhau. ViÖc ¸p dông chong chãng chång dßng cho phÐp tiÕt kiÖm ®îc c«ng suÊt tíi H×nh 21.6. S¬ ®å chong chãng chång dßng. 167
13 ¸ 15% trªn c¸c tµu cì lín theo ph¬ng ¸n bè trÝ hai trôc vµ tíi 7% trªn c¸c tµu nhanh. Ngoµi ra viÖc ®Æt c¸c trôc gÇn nhau cã thÓ chÕ t¹o hÖ tuèc bin hai trôc vµo thµnh mét tæ, tõ ®ã cho phÐp t¨ng hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ lªn 4 ¸ 5% gi¶m träng lîng cña hÖ c¬ khÝ xuèng 10 ¸ 15%. S¬ ®å bè trÝ c¸c chong chãng kiÓu nµy cã nhîc ®iÓm lµ c¸c chong chãng lµm viÖc trong dßng rÊt kh«ng ®ång nhÊt, nÕn cã thÓ t¨ng c¸c lùc chu kú vµ g©y nguy hiÓm x©m thùc cho chong chãng sau. 168
Ch¬ng 22 Chong chãng trong ®¹o lu 22.1. C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc cña hÖ chong chãng - ®¹o lu. Nh»m n©ng cao hiÖu suÊt cña chong chãng khi nã lµm viÖc víi t¶i träng trung b×nh vµ lín ngêi ta sö dông réng r·i hÖ chong chãng - ®¹o lu cè ®Þnh hoÆc xoay. §¹o lu lµ mét c¸nh h×nh vßng bao lÊy chong chãng vµ c¸c c¸nh dÉn híng dßng ch¶y (Xem H12.6). MÆt c¾t däc ®¹o lu lµ mét pr«phin thuû ®éng (Xem H22.1), mÆt låi cña nã híng vµo phÝa trong ®¹o lu. C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña ®¹o lu: ®êng kÝnh DD vµ b¸n kÝnh RD x¸c H×nh 22.1. Pr«fin vµ c¸c ®Æc tÝnh ®Þnh theo mÆt c¾t hÑp nhÊt cña nã; chiÒu dµi ®¹o lu lD; ®êng kÝnh mÆt c¾t cöa vµo DDE vµ h×nh häc c¬ b¶n cña ®¹o lu. cöa ra DDR; chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin ®¹o lu tDmax vµ gãc më cöa ra cña ®¹o lu g; kho¶ng c¸ch tõ mÐp cöa vµo cña pr«phin ®¹o lu ®¹o lu tíi mÆt ®Üa cña chong chãng lDE; khe hë gi÷a ®Ønh c¸nh chong chãng vµ thµnh trong ®¹o lu D = RD - R, (R – lµ b¸n kÝnh cña chong chãng). §Ó ®¸nh gi¸ ¶nh hëng cña c¸c yÕu tè h×nh häc cña ®¹o lu tíi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña c¶ hÖ ngêi ta sö dông c¸c th«ng sè kh«ng thø nguyªn: hÖ sè më vµo a = (DDE DD ) , hÖ sè më ra b = (DDR DD ) , chiÒu dµi t¬ng ®èi cña ®¹o lu 2 2 l D = l D DD , chiÒu dµi t¬ng ®èi cña ®Üa chong chãng víi mÐp vµo l DE l D , chiÒu dµy t¬ng ®èi lín nhÊt cña pr«phin d D = t D max l D , chiÒu dµi t¬ng ®èi cña ®o¹n h×nh trô trßn l DC l D . C¸c ®Æc tÝnh h×nh häc kh«ng thø nguyªn cña ®¹o lu thêng thay ®æi trong c¸c giíi h¹n sau ®©y: l D = 0 ,6 ¸ 0 ,8 ; a = 1,32 ¸ 1,39 ; b = 1,12 ¸ 1,15 ; l DE l D = 0 ,35 ¸ 0 ,375 ; t D max = 0 ,125l D . Chong chãng n»m trong mÆt c¾t hÑp nhÊt cña ®¹o lu víi khe hë nhá, cô thÓ trÞ sè trung b×nh cña D/R = 1,0 ¸ 1,4%. §¹o lu thêng ngµm cøng vµo th©n tµu, trong trêng hîp nµy gäi lµ ®¹o lu cè ®Þnh. §¹o lu quay còng ®îc ¸p dông réng r·i, nã lµm thiÕt bÞ ®Èy ®ång thêi thay thÕ b¸nh l¸i cña tµu vµ lµ bé phËn ®iÒu khiÓn tµu. ViÖc ¸p dông chong chãng ®Æt trong ®¹o lu dïng cho c¶ cho ®u«i vßm. §¹o lu thêng ®îc chÕ t¹o b»ng thÐp tÊm ®îc hµn l¹i thµnh vá vµ cã c¸c khung x¬ng ngang däc cña ®¹o lu. §èi víi tµu nhá ®«i khi ®¹o lu ®îc lµm b»ng gç. 22.2. C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc, ®éng lùc häc, c¬ thuû häc cña hÖ chong chãng - ®¹o lu. Khi chong chãng lµm viÖc trong ®¹o lu ë giíi h¹n qui ®Þnh, hiÖu suÊt lµm viÖc cña c¶ hÖ sÏ cao h¬n hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng ®¬n ®éc. Mçi phÇn tö cña ®¹o lu 169
lµ phÇn tö c¸nh ®îc bao bëi dßng ch¶y ë gãc tíi a, do ®ã trªn pr«phin xuÊt hiÖn lùc n©ng dY vµ lùc c¶n pr«phin dX (Xem H22.2). Tæng lùc thuû ®éng dR trªn pr«phin b»ng tæng cña dY vµ dX; khi t¶i träng lín nã híng theo chiÒu chuyÓn ®éng vµ cho thµnh phÇn lùc ®Èy dTD, lùc nµy còng híng vÒ phÝa chuyÓn ®éng do phÇn tö ®ang xÐt t¹o ra. Lùc ®Èy cña hÖ chong chãng - ®¹o lu ®îc viÕt: TT = T + TD (22.2.1) Khi t¨ng t¶i träng ®é xiªn cña dßng ch¶y t¨ng lªn ®ång thêi gãc tíi còng t¨ng, khiÕn lùc ®Èy cña ®¹o lu t¨ng thªm. §¹o lu t¹o lªn lùc ®Èy kho¶ng 40 ¸50% lùc ®Èy cña c¶ hÖ ë chÕ ®é buéc vµ 30 ¸ 40% trªn c¸c tµu kÐo khi kÐo hµng, khiÕn n©ng cao ®¸ng kÓ c¸c ®Æc tÝnh ®Èy cña c¶ hÖ. TÝnh chÊt quan träng kh¸c lµ ®¹o lu lµm H×nh 22.2. S¬ ®å lùc t¸c dông thay ®æi tèc ®é trung b×nh cña dßng chÊt láng lªn phÇn tö cña ®¹o lu. v ST qua mÆt c¾t thuû lùc cña thiÕt bÞ ®Èy ë n¬i ®Æt nã. §¹o lu cã thÓ t¹o ra dßng ch¶y t¨ng tèc, trung b×nh hoÆc gi¶m tèc. KiÓu ®¹o lu vÒ c¬ b¶n ®îc x¸c ®Þnh b»ng hÖ sè më cöa ra, mµ ®èi víi ®¹o lu trung b×nh trÞ sè cña nã phô thuéc vµo t¶i träng vµ thay ®æi tõ b @ 0 ,85 cho CTTI = 1,0 ®Õn b @ 0 ,88 cho CTTI = 10. §èi víi ®¹o lu t¨ng tèc b>btrung b×nh, cßn ®èi víi ®¹o lu gi¶m tèc b 2. Cµng t¨ng CTT hiÖu qu¶ cña hÖ t¨ng lªn. VÝ dô khi CTT = 6,0 hiÖu suÊt lµm viÖc c¶ hÖ cao h¬n hiÖu suÊt cña chong chãng ®¬n ®éc 15 ¸ 170
17%. ChÝnh nh÷ng ®iÒu ®ã mµ ®¹o lu kh«ng nh÷ng ®îc ¸p dông réng r·i trªn c¸c tµu kÐo, ®¸nh c¸ mµ c¶ trªn c¸c tµu hµng cì lín. Th«ng sè ®éng häc c¬ b¶n mµ chÕ ®é lµm viÖc cña hÖ phô thuéc vµo ®ã lµ bíc tiÕn t¬ng ®èi cña hÖ JD ®îc x¸c ®Þnh theo tèc ®é tÞnh tiÕn cña hÖ so víi chÊt láng: v D v(1 - WD ) JD = = (22.2.3) nD nD Trong ®ã: v – tèc ®é cña tµu; WD – hÖ sè dßng theo tÝnh to¸n x¸c ®Þnh b»ng thùc nghiÖm. §Æc tÝnh ®éng lùc cña hÖ gåm lùc ®Èy cña hÖ TT, lùc ®Èy cña chong chãng T vµ lùc ®Èy cña ®¹o lu TD. TT = T + TD = T(1+tD) (22.2.4) tD = TD/T – gäi lµ hÖ sè hót cña ®¹o lu. Khi hÖ lµm viÖc sau th©n tµu lùc c¶n cña tµu t¨ng thªm mét lîng b»ng lùc hót DR, thùc vËy TT = TE + DR (22.2.5) Trong ®ã: TE – lùc kÐo cã Ých. Khi cã sù t¬ng t¸c gi÷a hÖ víi th©n tµu, hÖ sè hót ®îc tÝnh nh sau: DR T - TE TE tT = = = 1- (22.2.6) T + TD TT TT Tõ ®ã cã thÓ nhËn ®îc: TT = TE/(1 - tT) (22.2.7) TE = TT(1 - tT) = T(1 + tD)(1 - tT) HiÖu qu¶ sö dông c«ng suÊt truyÒn vµo chong chãng ®îc x¸c ®Þnh b»ng hiÖu suÊt lµm viÖc trong níc tù do cña hÖ. TT v D (T + TD )v D h OD = = (22.2.8) QT W QT 2pn Trong ®ã: QT – m«men xo¾n trªn chong chãng khi lµm viÖc trong ®¹o lu. HiÖu suÊt ®Èy cña hÖ chong chãng - ®¹o lu - th©n tµu ®îc tÝnh theo c«ng thøc: h D = TE v (QTB W ) (22.2.9) Trong ®ã: QTB – m«men xo¾n trªn chong chãng khi hÖ lµm viÖc sau th©n tµu. Khi chó ý ®Õn mèi quan hÖ gi÷a v vµ vD, gi÷a TE vµ T ta nhËn ®îc: 1 1 - tT 1 hD = h OD = h HDh OD (22.2.10) iQ 1 - W D iQ Trong ®ã: h HD = (1 - tT ) (1 - WD ) - hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu; iQ – hÖ sè ¶nh hëng cña trêng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi m«men cña chong chãng. C¸c ®Æc tÝnh cña hÖ ®îc biÓu diÔn díi d¹ng kh«ng thø nguyªn, b»ng c¸ch chia tÊt c¶ c¸c lùc cho rn 2 D 4 víi m«men cho rn 2 D 5 , ta cã: KTT = KT + KTD = KT(1 + tD) (22.2.11) Trong ®ã: KT – hÖ sè lùc ®Èy cña chong chãng; KTD – hÖ sè lùc ®Èy cña ®¹o lu. HiÖu suÊt cña hÖ: K TT J D K T + K TD J D h OD = = (22.2.12) K Q 2p 2p KQ C¸c c«ng thøc trªn ®Òu x¸c ®Þnh b»ng thÝ nghiÖm. H×nh 22.4 tr×nh bµy c¸c kÕt qu¶ thÓ hÖ ®éc lËp trong níc tù do. Ngêi ta thö hai chong chãng víi Z = 4; AE/A0 = 0,55; P/D = 0,8 vµ 1,2 trong ®¹o lu l D = 0 ,6 ; a = 1,32; b = 1,12. 171
H×nh 22.4. C¸c ®êng cong lµm viÖc cña hÖ chong chãng- ®¹o lu trong níc tù do hÖ chong chãng- ®¹o lu chong chãng ®¬n ®éc 22.3. §Æc ®iÓm thiÕt kÕ hÖ chong chãng - ®¹o lu. HiÖn nay ngêi ta ¸p dông ba ph¬ng ph¸p thiÕt kÕ hÖ chong chãng ®¹o lu: Theo kÕt qu¶ thö hµng lo¹t c¸c m« h×nh cña hÖ trong níc tù do cã c¸c ®Æc ®iÓm h×nh häc vµ kÕt cÊu kh¸c nhau. Theo c¸c ®å thÞ thö hµng lo¹t m« h×nh chong chãng lµm viÖc ®éc lËp. Theo lý thuyÕt xo¸y. Trong môc nµy ta chØ xÐt ph¬ng ph¸p thø nhÊt. Ngêi ta ®· x©y dùng ®îc c¸c ®å thÞ dµnh cho viÖc thiÕt kÕ chong chãng - ®¹o lu ®Ó x¸c ®Þnh c¸c phÇn tö tèi u cña hÖ ®Èy, t¬ng tù nh c¸c ®å thÞ cña chong chãng tù do. H×nh 22.5 tr×nh bµy theo kÕt qu¶ thö hÖ trong níc tù do cã AE/A0 = 0,58, tû sè bíc thay ®æi tõ 0,7 ¸ 1,5, c¸nh chong chãng h×nh lìi ®ao, khe hë t¬ng ®èi b»ng 0,01; hÖ sè lùc ®Èy KTT = KT + KTD phô thuéc JD khi tû sè bíc P/D cè ®Þnh. H×nh 22.5. §å thÞ ®Ó tÝnh c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña hÖ chong chãng- ®¹o lu Z = 4; AE/Ao = 0,58; lD = 0,60; a = 1,32; b = 1,12; lDE/lD = 0,35; lDC/lD = 0,19; dD = 0,125 172
H×nh 22.6 tr×nh bµy cho ®¹o lu vµ nhãm chong chãng ®ã, trªn ®ã cã vÏ ®êng cong hÖ sè hót tD cña ®¹o lu. H×nh 22.5. §å thÞ ®Ó tÝnh hÖ sè hót tD cña hÖ chong chãng- ®¹o lu Z = 4; AE/Ao = 0,58; lD = 0,60; a = 1,32; b = 1,12; lDE/lD = 0,35; lDC/lD = 0,19; dD = 0,125 §Ó t×m ®êng kÝnh tèi u hoÆc vßng quay tèi u cña chong chãng trªn ®å thÞ cßn cã c¸c ®êng Dopt vµ nopt. C¸c trÞ sè tÝnh to¸n: K DT = v D D r TT = J D K TT , (22.3.1) ®Ó tÝnh nopt ( ) K NT = v D n 4 r TT = J D 4 K TT , (22.3.2) ®Ó tÝnh Dopt. C¸c hÖ sè t¬ng t¸c cho kÕt qu¶ kh¸ chÝnh x¸c trong qu¸ tr×nh thö m« h×nh. Trong c¸c giai ®o¹n thiÕt kÕ ban ®Çu ta cã thÓ sö dông: §èi víi tµu mét trôc: WD = 0,7WT; tT = 0,7t khi g ≤ 300; (22.3.3) 0 khi g > 30 ; WD = 0,8WT; tT = t §èi víi tµu hai trôc: WD = (1,1 ¸ 1,2)WT; tT = t khi j = 5 ¸ 100; (22.3.4) WD = (1,1 ¸ 1,2)WT; tT = (1,1 ¸ 1,15)t khi j = 10 ¸ 15 ; 0 ë ®©y: g - gãc gi÷a tiÕp tuyÕn víi nh¸nh ®êng níc ®u«i vµ mÆt ph¼ng ®èi xøng cña tµu n¬i ®Æt ®¹o lu; j - gãc gi÷a trôc ®¹o lu vµ tiÕp tuyÕn víi ®êng c¾t däc t¹i n¬i ®Æt ®¹o lu; hÖ sè iQ ®îc lÊy b»ng 30. Lùc kÐo cã Ých TE vµ tèc ®é v cña tµu theo quan hÖ: TE = TE/(1 – tT); vD = v(1 – WD); (22.3.5) §èi víi hÖ chong chãng - ®¹o lu nªn lÊy Dopt nhá nhÊt nÕu ®îc, cßn nopt – lín nhÊt. Trªn ®å thÞ ta x¸c ®Þnh ®îc J; P/D vµ JOD ®Ó cã thÓ tÝnh: Dopt = vD/(nJD) hoÆc nopt = vD/(DJD) (22.3.6) vµ cuèi cïng tÝnh hiÖu suÊt ®Èy, còng nh c«ng suÊt tiªu thô: h D = [(1 - t T ) (1 - WD )] OD ; PD = TE v h D h (22.3.7) 173
T¬ng tù cã thÓ gi¶i ®îc bµi to¸n chän c¸c yÕu tè tèi u cña chong chãng trong ®¹o lu t×m tèc ®é lín nhÊt cña tµu khi sö dông hÕt c«ng suÊt dù kiÕn. Sù x©m thùc cña chong chãng trong ®¹o lu phô thuéc vµo h×nh d¸ng cña ®¹o lu vµ t¶i träng cña hÖ. §èi víi nh÷ng ®¹o lu dïng cho tµu cao tèc thêng hÖ sè t¶i träng CTT = 2 ¸ 3 c¸c ®iÒu kiÖn ph¸t triÓn x©m thùc cña chong chãng trong ®¹o lu so víi chong chãng ®éc lËp hÇu nh gièng nhau. Khi CTT ≤ 2,2 kh¶ n¨ng x©m thùc ®èi víi chong chãng trong ®¹o lu dÔ dµng h¬n, nªn cÇn t¨ng tû sè ®Üa cho chong chãng trong ®¹o lu so víi chong chãng ®éc lËp. Khi CTT > 3,0 kh¶ n¨ng xuÊt hiÖn x©m thùc gi¶m bít nªn cã thÓ gi¶m tû sè ®Üa cña chong chãng trong ®¹o lu. §èi víi nh÷ng t¶i träng t¬ng ®èi bÐ tû sè ®Üa cña chong chãng trong ®¹o lu cã thÓ t×m theo c«ng thøc gÇn ®óng: s 0 ( AE A0 ) = 1,2 + 1,14CTT ; CTT £ 2 ,5 (22.3.8) Trong ®ã: s0 – sè x©m thùc cña chong chãng. §èi víi nh÷ng tµu kÐo ®Èy, tèc ®é v ST nhá h¬n v S b»ng c¸ch sö dông c¸c chong chãng ®¹o lu cho phÐp tr¸nh ®îc nguån gèc x¶y ra x©m thùc. HÖ chong chãng ®¹o lu ®· cã thªm bíc tiÕn míi b»ng c¸ch ¸p dông nh÷ng ®¹o lu kh«ng ®èi xøng trôc (mÐo). C¬ së tÝnh to¸n lý thuyÕt cho lo¹i nµy ®îc B.K. Турdалб x©y dùng. Trªn nh÷ng ®¹o lu nµy mçi mét phÇn tö cña mÆt c¾t ®îc ®Æt nghiªng víi trôc chong chãng mét gãc riªng cã trÞ sè phô thuéc vµo trêng tèc ®é t¹i n¬i ®Æt ®¹o lu. H×nh d¹ng mÆt c¾t cöa vµo vµ ra gÇn gièng enlÝp, trong ®ã trôc lín cña cöa vµo ®Æt vu«ng gãc víi mÆt ph¨ng ®èi xøng cña tµu; trôc lín cña cöa ra vu«ng gãc víi mÆt ph¼ng ®êng níc. Lo¹i ®¹o lu nµy lµm ®ång ®Òu ®¸ng kÓ trêng tèc ®é theo chu vi, nhê ®ã gi¶m ®îc hÖ sè hót cña hÖ vµ chñ yÕu gi¶m ®îc c¸c lùc vµ m«men chu kú t¸c dông lªn chong chãng. CÇn chó ý r»ng ®¹o lu cã nhiÒu nhîc ®iÓm trong khai th¸c. §Æc biÖt khi rªu hµ b¸m ®¹o lu, chong chãng nhanh chãng trë thµnh nÆng t¶i, kÌm theo gi¶m hiÖu suÊt lµm viÖc cña hÖ, gi¶m vßng quay cña chong chãng vµ tèc ®é cña tµu. Khi hÖ lµm viÖc gÇn mÆt tho¸ng cã thÓ g©y nªn x©m thùc khÝ quyÓn cho ®¹o lu, nghÜa lµ kh«ng khÝ lät vµo chong chãng. §¹o lu gi¶m kh¶ n¨ng ®iÒu ®éng tµu, nhÊt lµ khi ch¹y lïi. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®ay ngêi ta cßn ¸p dông trªn c¸c tµu, trong sè ®ã cã c¶ nh÷ng tµu cì lín c¸c ®¹o lu ®Æt tríc chong chãng. Mét trong c¸c s¬ ®å ®ã (Xem H22.7.a). §¹o lu tríc chong chãng n©ng cao ®îc hiÖu suÊt ®Èy nhê cã lùc ®Èy bæ xung do ®¹o lu t¹o ra, b»ng c¸ch gi¶m lùc c¶n th©n tµu do c¶i a. b. thiÖn ®îc dßng bao phÇn ®u«i tµu vµ san ®Òu ®îc dßng ch¶y vµo chong chãng. H×nh 22.7. S¬ ®å bè trÝ ®¹o lu tríc ViÖc l¾p ®Æt ®¹o lu tríc chong chãng chong chãng cho phÐp tiÕt kiÖm ®îc 5 ¸ 7% c«ng suÊt. Ngoµi ra ë phÇn gi÷a ®¹o lu kh«ng bÞ rç do c¸c xo¸y ®Ønh (Xem H22.7.b). Tuy vËy hiÖu qu¶ cña chóng nãi chung thÊp h¬n hiÖu qu¶ cña nh÷ng ®¹o lu cã kÕt cÊu th«ng thêng. 174
Tµi liÖu tham kh¶o 1. СПРАВОЦНИК ПО ТЕОРИИ КОРАБЛЯ – 1 Я.И. ВОЙТKУНСКИЙ 2. СОПРОТИВ1ЕНИЕ ДВИЖЕНИЮ CYДОВ Я.И. ВОЙТКУНСКИЙ 3. СУДОВЫЕ ДВИЖИТЕЛИ А.А. РУСЕЦKИЙ Л.C. AЧKИHAДЗE 4. ТЕOPИЯ И PACЦET ГPEБHЫX BИHTOB A.M. БACИH 175