Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 6

Chia sẻ: Asdhdk Dalkjsdhak | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:18

Thêm vào BST

Báo xấu

130
lượt xem 24
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chân vịt kém chong chóng về mặt hiệu suất, nó có khối lượng lớn và kết cấu phức tạp, nhưng lại có tính chất điều động cao nên vẫn được áp dụng ở một số kiểu tàu. Những thiết bị đẩy gồm các ống dẫn hoặc các kênh, mà bơm đặt trong lòng chúng được gọi là thiết bị phụt nước (Xem H12.9). Bơm sẽ hút nước qua lỗ tiếp nhận và xả nó qua đường ống. Dòng nước xả có thể xả trong nước, vào không khí hoặc vừa nước vừa không khí đối với thiết bị phụt nước...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ part 6

sang ngang. Ch©n vÞt kÐm chong chãng vÒ mÆt hiÖu suÊt, nã cã khèi lîng lín vµ kÕt cÊu phøc t¹p, nhng l¹i cã tÝnh chÊt ®iÒu ®éng cao nªn vÉn ®îc ¸p dông ë mét sè kiÓu tµu. Nh÷ng thiÕt bÞ ®Èy gåm c¸c èng dÉn hoÆc c¸c kªnh, mµ b¬m ®Æt trong lßng chóng ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt níc (Xem H12.9). B¬m sÏ hót níc qua lç tiÕp nhËn vµ x¶ nã qua ®êng èng. Dßng níc x¶ cã thÓ x¶ trong níc, vµo kh«ng khÝ hoÆc võa níc võa kh«ng khÝ ®èi víi thiÕt bÞ phôt níc kiÓu b¸n ch×m. Víi tèc ®é chuyÓn ®éng chËm vµ trung b×nh th× hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt níc kÐm chong chãng, v× vËy chóng chØ ®îc ¸p dông trªn c¸c tµu ch¹y trong luång c¹n vµ vïng níc nhiÔm bÈn. §Æc ®iÓm næi bËt cña thiÕt bÞ phôt níc lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng ®¶m b¶o viÖc ch¹y ®¶o chiÒu cña tµu b»ng c¸ch ®æi híng quay vµnh c¸nh b¬m. V× vËy thiÕt bÞ phôt níc thêng ®îc l¾p c¸c thiÕt bÞ ®Ó ®æi híng dßng níc x¶, còng nh c¸c b¸nh l¸i ®Æc biÖt vµ c¸c tÊm che ®Ó ®¶m b¶o viÖc ®¶o chiÒu. ë nh÷ng tèc ®é chuyÓn ®éng lín th× hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt níc gÇn b»ng hiÖu suÊt cña chong chãng, v× vËy trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ngêi ta ®· ¸p dông chóng trªn c¸c tµu c¸nh ngÇm vµ taï ®Öm khÝ. §Ó t¨ng ¸p trªn ®o¹n èng x¶ c¸c thiÕt bÞ phôt níc cã thÓ dïng b¬m híng t©m hoÆc ly t©m, còng nh b»ng n¨ng lîng cña khÝ nÐn. C¸c thiÕt bÞ ®Èy trùc tiÕp biÕn n¨ng lîng d·n në chÊt khÝ sang t¨ng ¸p cho níc, ®îc gäi lµ thiÕt bÞ phôt khÝ. S¬ ®å cña c¸c thiÕt bÞ nµy rÊt kh¸c nhau. Chóng cã thÓ chia ra hai nhãm chÝnh - th¼ng dßng vµ m¹ch ®éng. n + wx V b) a) H×nh 12.10. ThiÕt bÞ phôt khÝ a. Th¼ng dßng _ b. M¹ch ®éng ThiÕt bÞ phôt th¼ng dßng gåm mét èng víi mÆt c¾t biÕn ®æi, mµ níc vµ khÝ cã ¸p suÊt ®i qua ®ã. Nh vËy hçn hîp hai pha ®· xuÊt hiÖn sÏ ®îc t¨ng tèc do sù gi·n në thÓ tÝch chÊt khÝ vµ x¶ vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu (Xem H12.10.a). TÝnh chÊt cña thiÕt bÞ phôt khÝ th¼ng dßng lµ kh«ng cã kh¶ n¨ng t¹o ra lùc kÐo khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu b»ng kh«ng. ThiÕt bÞ phôt m¹ch ®éng (Xem H12.10.b) vÉn t¹o ra lùc kÐo ngay c¶ khi tèc ®é chuyÓn ®éng cña tµu b»ng kh«ng, nhê c¸c van ®ãng më chu kú kªnh tiÕp níc. HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt m¹ch ®éng thÊp h¬n hiÖu suÊt cña thiÕt bÞ phôt th¼ng dßng. Nãi tãm l¹i, thiÕt bÞ phôt khÝ hoµn toµn kÐm vÒ mÆt hiÖu suÊt so víi lo¹i cã c¸nh cho nªn kh«ng ®îc ¸p dông réng r·i. 90
Ch¬ng 13 H×nh häc vµ kÕt cÊu chong chãng 13.1. C¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng VÒ mÆt h×nh häc chong chãng lµ mét cÊu tróc phøc t¹p. C¸c c¸nh cña chong chãng (Xem H13.1) lµ nh÷ng c¸nh cong 4, chiÒu dµy bÐ n»m trªn cñ 1. Chóng ®îc t¹o bëi hai bÒ mÆt cong c¾t nhau. BÒ mÆt thø nhÊt lµ mÆt ®¹p 6 cña c¸nh, thø hai- lµ mÆt hót 5. MÆt ®¹p lµ mÆt c¸nh híng vÒ ®u«i tµu, mµ khi tµu ch¹y tiÕn mÆt cã ¸p suÊt t¨ng cao. MÆt c¸nh mµ trªn ®ã ¸p suÊt bÞ h¹ thÊp gäi lµ mÆt hót, mÆt nµy híng vÒ phÝa mòi tµu. §êng giao nhau cña mÆt ®¹p vµ mÆt hót gäi lµ ®êng bao cña c¸nh 3. §iÓm B cña ®êng bao c¸nh n»m c¸ch xa trôc chong chãng nhÊt gäi lµ ®Ønh c¸nh. §èi víi mçi c¸nh ngêi ta kÎ tîng trng mét ®êng th¼ng vu«ng gãc víi trôc, ®êng ®ã gäi lµ ®êng t©m c¸nh. Kho¶ng c¸ch tõ ®iÓm B tíi trôc OX lµ b¸n kÝnh chong chãng R, trÞ sè gÊp ®«i nã gäi lµ ®êng kÝnh chong chãng D. Vïng g¾n c¸nh vµo cñ gäi lµ ch©n c¸nh 2, kho¶ng c¸ch tõ ch©n c¸nh tíi ®Ønh c¸nh ®o theo b¸n kÝnh lµ chiÒu dµi cña c¸nh l = R - rH (rH- lµ b¸n kÝnh cña cñ). ViÖc chuyÓn tiÕp tõ c¸nh sang cñ ph¶i ®îc lîn ®Òu. Kho¶ng c¸ch lín nhÊt cña c¸nh ®o theo híng trôc h gäi lµ ®é n©ng cña c¸nh. §Æc ®iÓm quan träng nhÊt cña chong chãng, thÓ hiÖn d¹ng h×nh häc cña nã lµ chiÒu quay. §èi víi mÆt c¾t h×nh trô ®ang xÐt, nÕu nh×n theo trôc X th× ë chong chãng quay ph¶i mÐp ®¹p cña c¸nh n»m xa h¬n mÐp tho¸t, ë chong chãng quay tr¸i sÏ ngîc l¹i (Xem H13.1). MÐp c¸nh c¸ch xa ngêi quan s¸t nhÊt vµ còng vµo níc ®Çu tiªn khi tµu ch¹y tiÕn ®îc gäi lµ mÐp ®¹p 11, vµ ngîc l¹i lµ mÐp tho¸t 8. x y h P/Z P/ Z b j R H×nh 13.1. HÖ to¹ ®é h×nh trô E(0, x, r, q) vµ c¸c yÕu tè h×nh häc chÝnh cña chong chãng quay ph¶i MÆt c¾t c¸nh 7 b»ng h×nh trô 9 ®ång t©m víi chong chãng vµ ®îc tr¶i ra trªn mÆt ph¼ng gäi lµ pr«phin tiÕt diÖn c¸nh 10. Tuú theo kiÓu vµ chøc n¨ng cña chong chãng c¸c pr«phin cã thÓ cã h×nh d¹ng kh¸c nhau, b×nh thêng ta cã thÓ ph©n ra lµm ba nhãm pr«phin: m¶nh trßn, hµng kh«ng vµ h×nh nªm. §êng th¼ng nèi c¸c ®iÓm xa nhÊt cña pr«phin, nghÜa lµ c¸c mÐp c¸nh ®îc gäi lµ d©y cung 12. Mçi mét d©y cung lµ mét 91
®êng xo¾n h×nh trô. ChiÒu dµi d©y cung pr«phin b gäi lµ chiÒu réng c¸nh t¹i b¸n kÝnh ®· cho. KÝch thíc e lín nhÊt ®o vu«ng gãc víi d©y cung lµ chiÒu dµy lín nhÊt cña pr«phin tiÕt diÖn t¹i b¸n kÝnh ®· cho. H×nh d¸ng cña pr«phin tiÕt diÖn thÓ hiÖn qua chiÒu dµy t¬ng ®èi d = e/b, mµ trÞ sè cña nã phô thuéc vµo b¸n kÝnh mÆt c¾t h×nh trô vµ giao ®éng trong kho¶ng 0,2 ¸ 0,02. C¸c bÒ mÆt cong t¹o nªn c¸nh, vÒ h×nh d¹ng gÇn gièng mÆt xo¾n. Ta biÕt r»ng, mÆt xo¾n ®îc t¹o nªn bëi ®êng cong ph¼ng quay ®Òu xung quanh trôc vµ ®ång thêi chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu däc theo trôc ®ã. Nh vËy mçi mét ®iÓm cña ®êng cong ph¼ng t¹o nªn trong kh«ng gian mét ®êng xo¾n h×nh trô cã bíc cè ®Þnh, nghÜa lµ ®êng ®îc t¹o nªn trong kh«ng gian khi mét ®iÓm võa quay ®Òu quanh mét trôc võa chuyÓn ®éng th¼ng ®Òu däc trôc ®ã. §Ó x¸c ®Þnh bíc cña ®êng xo¾n ta lÊy kho¶ng c¸ch ®o däc trôc khi ®iÓm nãi trªn ®· thùc hiÖn xong mét vßng quay quanh trôc. NÕu ®êng cong ph¼ng ®îc thay b»ng mét ®o¹n th¼ng vu«ng gãc víi trôc, th× mÆt xo¾n t¹o nªn bëi ®êng xo¾n nµy gäi lµ ®êng xo¾n ®Òu. Trªn h×nh 13.2 so s¸nh c¸c mÆt c¾t h×nh trô cho mÆt xo¾n ®Òu, mÆt xo¾n cã bíc thay ®æi theo híng b¸n kÝnh vµ mÆt xo¾n cã bíc thay ®æi hçn hîp theo híng b¸n kÝnh - trôc. P(r1) /2 p P( r3)/2 p P ( r2) /2 p P/2 p r3 r2 r1 r3 r2 r1 r3 r2 r1 a. b. c. H×nh 13.2. C¸c mÆt c¾t h×nh trô ®îc tr¶i ph¼ng a. MÆt xo¾n ®Òu b. MÆt xo¾n cã bíc biÕn ®æi theo híng b¸n kÝnh c. MÆt xo¾n cã bíc biÕn ®æi hçn hîp b¸n kÝnh - trôc BÒ mÆt chøa c¸c mÐp c¸nh vµ c¸c d©y cung cña tÊt c¶ c¸c mÆt c¾t h×nh trô cña c¸nh ®ang xÐt gäi lµ bÒ mÆt ®Þnh møc. Bíc cña bÒ mÆt nµy gäi lµ bíc mÐp. Chong chãng ®îc gäi lµ chong chãng cã bíc kh«ng ®æi khi bíc mÐp cña tÊt c¶ c¸c mÆt c¾t ®Òu b»ng nhau. Khi bÒ mÆt ®Þnh møc cã bíc thay ®æi theo híng b¸n kÝnh th× chong chãng ®îc gäi lµ chong chãng biÕn bíc. Trong tÝnh to¸n chong chãng, th× ®Æc trng h×nh häc cña c¸nh ®îc m« t¶ b»ng gãc bíc: j = arctg[P/(2pr)] (13.1.1) Trong thùc tÕ ngêi ta lÊy bíc cña mÆt c¾t n»m t¹i b¸n kÝnh t¬ng ®èi r = 0,7 lµm bíc kÕt cÊu. Tû sè gi÷a bíc kÕt cÊu P vµ ®êng kÝnh chong chãng D gäi lµ tû sè bíc kÕt cÊu P/D vµ nã lµ mét trong nh÷ng ®Æc tÝnh h×nh häc quan träng nhÊt cña chong chãng. DiÖn tÝch bÒ mÆt ®Þnh møc lµ diÖn tÝch cña c¸nh chong chãng. Tuy nhiªn bÒ mÆt nµy kh«ng duçi ®îc nã ®Ó trïng víi mÆt ph¼ng, nªn ta lÊy tîng trng diÖn tÝch mÆt n¾n th¼ng cña c¸nh lµm sè ®o diÖn tÝch. Nh vËy ®êng bao diÖn tÝch nµy gäi lµ ®êng bao cña mÆt c¸nh n¾n th¼ng. 92
a. b. c. d. H×nh 13.3. C¸c d¹ng ®êng bao mÆt n¾n th¼ng cña c¸nh chong chãng a. elip ®èi xøng b. kh«ng ®èi xøng hoÆc cong lìi dao c. d¹ng ph¸ b¨ng d. dµnh cho ®¹o lu ChiÒu réng cña c¸nh n¾n th¼ng ë mçi b¸n kÝnh b»ng d©y cung cña pr«phin t¬ng øng. DiÖn tÝch cña mÆt c¸nh n¾n th¼ng cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc: R AE = ò b(r )dr (13.1.2) Z rH trong ®ã: b(r) - chiÒu réng c¸nh t¹i b¸n kÝnh r, cßn rH lµ b¸n kÝnh cñ chong chãng. Toµn bé diÖn tÝch cña Z c¸nh chong chãng lµ AE. Tû sè diÖn tÝch nµy trªn diÖn tÝch mÆt ®Üa chong chãng A0 = pD2/4 gäi lµ tû sè ®Üa: R AE = [4 Z /(pD 2 )] ò b(r )dr (13.1.3) A0 rH TrÞ sè cña tû sè ®Üa ®èi víi c¸c chong chãng tµu thuû dao ®éng trong kho¶ng 0,4 ¸ 1,4. C¸c d¹ng ®Æc trng cña h×nh bao mÆt c¸nh n¾n th¼ng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 13.3. 13.2. C¸c ph¬ng ph¸p ®Þnh h×nh chong chãng, c¸ch biÓu diÔn bÒ mÆt c¸nh b»ng to¸n häc Do yªu cÇu rÊt chÝnh x¸c khi chÕ t¹o chong chãng nªn b¾t buéc ph¶i m« t¶ tû mû h×nh d¹ng h×nh häc cña c¸nh. ViÖc m« t¶ h×nh d¹ng h×nh häc cña c¸nh ®Ó thuËn tiÖn cho viÖc chÕ t¹o míi chong chãng sau nµy, cã thÓ thùc hiÖn b»ng hai ph¬ng ph¸p: ph¬ng ph¸p x©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt b»ng tay, råi sau ®ã ®Õn b¶n vÏ chÕ t¹o chong chãng vµ dïng ph¬ng ph¸p to¸n häc ®Ó m« t¶ bÒ mÆt c¸nh chong chãng. Trong nh÷ng n¨m gÇn ®©y ph¬ng ph¸p thø hai ®îc ¸p dông réng r·i cã kÕt hîp víi viÖc sö dông c¸c m¸y c«ng cô ®îc l¾p bé ®iÒu khiÓn ch¬ng tr×nh vµ c¸c bé tù ®éng vÏ h×nh ®Ó chÕ t¹o chong chãng. C¸ch biÓu diÔn bÒ mÆt c¸nh chong chãng b»ng to¸n häc hoµn toµn x¸c ®Þnh ®îc mêi th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n kh«ng thø nguyªn cña chong chãng. Ngoµi ra ®Ó m« t¶ toµn diÖn h×nh d¹ng h×nh häc cña chong chãng, cÇn ph¶i biÕt tríc ba trÞ sè: sè c¸nh Z, ®êng kÝnh D vµ b¸n kÝnh cñ rH cña chong chãng. Nh vËy, ®Ó m« t¶ mét c¸nh bÊt kú cÇn ph¶i cã tÊt c¶ mêi ba th«ng sè h×nh häc, trong ®ã hai th«ng sè cã thÓ lµ hµm cña mét hoÆc hai biÕn sè, t¸m th«ng sè lµ hµm cña mét biÕn vµ ba lµ hµm cè ®Þnh. Trong trêng hîp cô thÓ, c¸c th«ng sè nµy ®îc x¸c ®Þnh tõ b¶n tÝnh thiÕt kÕ chong chãng. 93
§èi víi mçi c¸nh ta kÎ ®êng t©m c¸nh vu«ng gãc víi trôc chong chãng. Ta thÊy r»ng ®êng t©m cña c¸c c¸nh ®Òu c¾t nhau t¹i mét ®iÓm - t¹i t©m ®Üa chong chãng vµ n»m ®èi xøng trong mÆt ph¼ng cña ®Üa ®ã, nghÜa lµ ë nh÷ng gãc b»ng nhau. Mét trong c¸c c¸nh vµ ®êng t©m c¸nh øng víi nã mang sè kh«ng. Ta dïng hÖ to¹ ®é h×nh trô E (0, x, r, q) ®ång t©m víi chong chãng cã gèc n»m t¹i t©m ®Üa (Xem H13.1). Trôc x trïng víi trôc chong chãng híng vÒ phÝa chuyÓn ®éng cña tµu, nghÜa lµ theo híng tõ mÆt ®¹p tíi mÆt hót cña c¸nh. Gãc q ®îc tÝnh trong mÆt ph¼ng ®Üa tõ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng theo híng tõ mÐp tho¸t tíi mÐp ®¹p, nghÜa lµ theo chiÒu kim ®ång hå ®èi víi trôc chong chãng quay ph¶i nÕu nh×n theo híng trôc ox. Ph¬ng tr×nh cña ®êng xo¾n ®Òu, b¸n kÝnh r trong hÖ to¹ ®é nµy cã thÓ viÕt: x - xR = [P/(2p)]q (13.2.1) trong ®ã: P - lµ bíc cña ®êng xo¾n, xR - lµ hoµnh ®é giao ®iÓm cña ®êng xo¾n víi mÆt ph¼ng ®i qua trôc ox vµ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng. VÞ trÝ cña mét ®iÓm bÊt kú trªn ®êng xo¾n nµy cã thÓ biÓu diÔn díi d¹ng to¹ ®é cong x, vÒ trÝ sè tuyÖt ®èi nã b»ng chiÒu dµi cña ®o¹n ®êng xo¾n tõ gèc to¹ ®é ®Õn ®iÓm ®ang xÐt. Ta ký hiÖu chiÒu dµi ®êng xo¾n n»m gi÷a gèc to¹ ®é x vµ ®iÓm cã hoµnh ®é xR lµ |CS|. Khi CS b»ng kh«ng th× gèc to¹ ®é x trïng víi giao ®iÓm cña ®êng xo¾n ®ang xÐt víi mÆt ph¼ng ®i qua trôc ox vµ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng. Ngoµi hÖ to¹ ®é trô E ta dïng hÖ to¹ ®é cong côc bé F (OS, x, h) cã liªn quan víi mÆt c¾t h×nh trô t¹i b¸n kÝnh ®· cho (Xem H13.4). x h r qS x 2 c/ j 0s =(xS, r, qS) cS xS 2 xR -c/ H×nh 13.4. HÖ to¹ ®é côc bé F(OS, x, h) Gèc to¹ OS n»m t¹i trung ®iÓm cña d©y mÆt c¾t c¸nh. To¹ ®é x cña hÖ F hoµn toµn t¬ng tù nh to¹ ®é ®· xÐt ë trªn vµ híng vÒ phÝa mÐp ®¹p. To¹ ®é h vu«ng gãc víi d©y cung trong mÆt ph¼ng vµ híng vÒ phÝa mÆt hót (Xem H13.4). Lóc bÊy giê vÞ trÝ cña mÆt c¾t c¸nh hoµn toµn ®îc x¸c ®Þnh b»ng bèn th«ng sè: r, P, xr vµ cs nghÜa lµ b¸n kÝnh cña h×nh trô c¸t tuyÕn, bíc cña mÆt c¾t, kho¶ng tú, vµ ®é cong cña mÆt c¾t. Nh vËy, viÖc chuyÓn hÖ t¹o ®é cña hÖ trôc côc bé F sang hÖ trô E ®îc thÓ hiÖn qua c¸c c«ng thøc: x = xR + ( Cs + x ) sinj + h cosj ; q = ( 1/r ) [ ( Cs + x ) cosj - h sinj ; (13.2.2) r = rS trong ®ã: j - ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc (13.1.1). §é cong h×nh lìi dao mÆt c¾t cs mang gi¸ trÞ d¬ng khi t©m d©y cung dÞch theo chiÒu d¬ng x tõ mÆt ph¼ng chøa trôc Ox vµ ®êng t©m sè kh«ng, nghÜa lµ dÞch vÒ phÝa mÐp ®¹p (Xem H13.4) 94
§é cong h×nh lìi dao cña mÆt c¾t Cs t¹i mÆt c¾t ®ang xÐt lµ ®é dÞch chuyÓn cña t©m d©y cung mÆt c¾t c¸nh h×nh trô trong mÆt ph¼ng cña bÒ mÆt n¾n th¼ng tõ vÕt cña ®êng t©m c¸nh. Ngoµi ra, ®é cong ®ã còng ®îc biÓu thÞ b»ng gãc uèn cong h×nh lìi dao qs, lµ to¹ ®é cña t©m d©y cung mÆt c¾t trong hÖ to¹ ®é h×nh trô E, mµ theo (13.5) nã liªn quan víi gãc bíc j vµ ®é cong Cs b»ng c«ng thøc sau: qS = Cs cosj / r (13.2.3) Kho¶ng tú xR nãi trªn m« t¶ ®é dÞch chuyÓn d©y cung cña mÆt c¾t däc trôc x . Theo (2-5) th× sù liªn quan gi÷a kho¶ng tú lín nhÊt , gãc bíc vµ ®é cong h×nh lìi dao cña mÆt c¾t ®îc thÓ hiÖn b»ng c«ng thøc sau: xS = xR + Cs sinj (13.2.4) Nh vËy, vÞ trÝ cña t©m d©y cung mÆt c¾t trong hÖ to¹ ®é h×nh trô E ®îc x¸c ®Þnh b»ng b¸n kÝnh r, kho¶ng tú lín nhÊt xs vµ gãc uèn cong h×nh lìi dao qs (xem h×nh 2-4) Trong hÖ to¹ ®é F, mÆt c¾t ®ang xÐt cã thÓ biÓu diÔn b»ng ph¬ng tr×nh ®êng bao nã: h ± = h ± (x ) (13.2.5) trong ®ã: h vµ h - to¹ ®é cña mÆt hót vµ mÆt ®¹p cña mÆt c¾t t¬ng øng. ChiÒu + - dµy mÆt c¾t lµ hµm he(x) b»ng kho¶ng c¸ch tõ mÆt hót tíi mÆt ®¹p ®o vu«ng gãc víi d©y cung, nghÜa lµ: he (x ) = h + (x ) - h - (x ) (13.2.6) Cùc ®¹i cña hµm he (x) lµ e, cßn trÞ sè x mµ t¹i ®ã øng víi ®iÓm cùc ®¹i lµ xeM. TrÞ sè e gäi lµ chiÒu dµy lín nhÊt cña mÆt c¾t, cßn tû sè cña nã trªn chiÒu dµi d©y cung, nghÜa lµ d = e/b - chiÒu dµy t¬ng ®èi cña mÆt c¾t. Hµm ph©n bè chiÒu dµy hoÆc hµm () () ~ ~ ~ chiÒu dµy t¬ng ®èi cã d¹ng: FT x = he x / e , trong ®ã x - hoµnh ®é kh«ng thø nguyªn ®îc lÊy tõ phÐp chia kÝch thíc cho b/2. Hµm nµy ®îc sö dông ®Ó lËp tiªu chuÈn vÒ quy luËt ph©n bè chiÒu dµy mÆt c¾t theo d©y cung. C¸c tung ®é cña ®êng gi÷a mÆt c¾t ®îc coi lµ nöa tæng sè tung ®é cña mÆt hót vµ mÆt ®¹p, khi ®ã: hc (x ) = 0,5[h + (x ) - h - (x )] (13.2.7) cùc ®¹i cña hµm hc (x) kÝ hiÖu lµ fM, vµ trÞ sè x mµ t¹i ®ã x¶y ra cùc ®¹i ký hiÖu lµ xCM. TrÞ sè fM gäi lµ ®é vâng lín nhÊt cña ®êng gi÷a vµ tû sè cña nã víi d©y cung, nghÜa lµ dC = fM/b - ®é vâng t¬ng ®èi cña mÆt c¾t. Hµm ph©n bè tung ®é cña ®êng () ~ gi÷a cã d¹ng: Fc x = hc / f M . Hµm nµy ®îc sö dông ®Ó lËp tiªu chuÈn vÒ quy luËt ph©n bè tung ®é cña ®êng gi÷a theo d©y cung. Chó ý tíi c¸c ký hiÖu trªn c«ng thøc (13.2.5), ta cã thÓ viÕt: () () ~ ~ ~ h ± (x ) = f M Fc x ± 0,5eFT x (13.2.8) Theo OCT 5.0317 - 80 ngêi ta dù kiÕn sö dông hai ph¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó gi¶i bµi to¸n m« t¶ bÒ mÆt c¸nh chong chãng nh : - GÇn ®óng tõng phÇn tö theo c¸c ph¬ng tr×nh ®· ®îc viÕt trong hÖ to¹ ®é h×nh trô E. - GÇn ®óng trùc tiÕp theo c¸c ph¬ng tr×nh th«ng sè ®· ®îc viÕt trong hÖ trôc to¹ ®é côc bé F. Trong ph¬ng ph¸p thø hai th× sè lîng c¸c bíc ®i ®Ó x¸c ®Þnh to¹ ®é bÒ mÆt c¸nh chong chãng kh«ng lín h¬n nªn ë giai ®o¹n chuÈn bÞ c¸c ch¬ng tr×nh ®iÒu khiÓn cho thiÕt bÞ ®iÒu khiÓn ch¬ng tr×nh viÖc ¸p dông ph¬ng ph¸p nµy lµ hîp lý. Cßn ph¬ng ph¸p gÇn ®óng tõng phÇn th× ngîc l¹i, nã ®îc sö dông ë giai ®o¹n chuÈn bÞ c¸c sè liÖu ban ®Çu. 95
D¹ng c¬ b¶n cña ph¬ng tr×nh bÒ mÆt c¸nh chong chãng trong trêng hîp nµy sÏ nhËn ®îc sau khi thay (13.2.8) vµ (13.2.2) cã xÐt ®Õn (13.1.1) vµ b»ng c¸ch chia tÊt c¶ c¸c kÝch thíc tuyÕn tÝnh cho b¸n kÝnh chong chãng, nh vËy: ü ï ï j = arctg [P (r ) (2P r )]; ï ( ) ï ( ) ~ x ± = x R + c S + 0,5b x sin j + f M Fc ± 0,5e FT cos j ; ï ( ) ( ) ~ q ± = (1 / r ) + c S + 0,5b x cos j - f M Fc ± 0,5e FT sin j ;ï ï ï ~ ~ FT (x ) = FTM (x e ); (13.2.9) ý ï ~ ~ Fc (x ) = FCM (x c ); ï ï ì£ 0; ~ ~ ~ ~ ï x e = m1 ± (1 + x ) /(1 ± x eM )khix - x eM í î> 0; ï ï ì£ 0; ~ ~ ~ ~ ï x c = m1 ± (1 + x ) /(1 ± x cM )khix - x cM í ï î> 0; þ Trong ®ã (-) vµ (~) trªn c¸c ký hiÖu chØ râ c¸c ®¹i lîng kh«ng thø nguyªn nhËn ~ ~ ®îc b»ng c¸ch chia phÇn tö ®· nhËn ®îc cho R vµ b/2 t¬ng øng x e vµ x c - c¸c biÕn ®éc lËp míi ®Ó cho phÐp ¸p dông c¸c hµm quy ®æi ph©n bè chiÒu dµy vµ ph©n bè to¹ ®é ~ ~ cña ®êng gi÷a mÆt c¾t FTM (x e ) vµ FCM (x C ) . Nh÷ng hµm nµy kh«ng phô thuéc vµo trÞ sè vµ vÞ trÝ cña c¸c ®iÓm cùc ®¹i cña c¸c hµm xuÊt ph¸t he (x) vµ hC (x) ®Æc trng cho h×nh d¸ng mÆt c¾t; x ± vµ q ± - to¹ ®é phÝa hót vµ ®¹p cña ®êng bao mÆt c¾t t¹i b¸n kÝnh r t¬ng øng trong hÖ h×nh trô E. Trong ph¬ng tr×nh nµy cã hai biÕn ®éc lËp r vµ ~ x vµ 10 th«ng sè kh«ng thø nguyªn, ®îc gäi lµ c¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n nh: ~ ~ ~ FTM, FCM, b , CS , xR , e , f M , P , x eM , x CM . Hai th«ng sè ®Çu cã thÓ phô vµo r vµ x , ~ c¸c th«ng sè cßn l¹i chØ phô thuéc vµo r . NÕu FTM vµ FCM phô thuéc vµo x mµ kh«ng phô thuéc vµo r th× cã nghÜa lµ c¸nh cã mét pr«phin duy nhÊt hay quy luËt ph©n bè chiÒu dµy vµ tung ®é ®êng gi÷a cña mÆt c¾t ®Òu gièng nhau trªn tÊt c¶ c¸c b¸n kÝnh. C¸c sè liÖu xuÊt ph¸t ®Ó m« t¶ bÒ m¾t c¸nh chong chãng b»ng to¸n häc ®ù¬c x©y dùng theo d¹ng b¶ng c¸c trÞ sè cña 10 hµm øng víi c¸c th«ng sè h×nh häc c¬ b¶n. Th«ng thêng ngêi ta tr×nh bµy 10 mÆt c¾t [ r = 0,2 ¸ 0,9 (0,1); 0,95; 0,975] vµ 16 ~ ®iÓm trªn mçi d©y cung [ x = - 0,95; - 0,9; - 0,85; - 0,8 ¸ + 0,8 (0,2); + 0,85; + 0,9; + 0,95; + 0,975]. ViÖc ®¶m b¶o b»ng ch¬ng tr×nh nªu trong OCT5.0317-80 cho phÐp b»ng m¸y tÝnh ®iÖn tö kiÓu EC lµm tr¬n tõng phÇn vµ néi dung c¸c hµm nãi trªn b»ng nh÷ng ®êng gi¶ cong trïng lËp ph¬ng, sau ®ã cã thÓ x¸c ®Þnh to¹ ®é cña tõng ®iÓm bÒ mÆt c¸nh b»ng c¸ch sö dông ph¬ng tr×nh (13.2.9). ViÖc lµm tr¬n lµ rÊt cÇn thiÕt ®Ó ®¶m b¶o ®é tr¬n ®Òu cho bÒ mÆt c¸nh. 13.3. X©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng B¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 13.5, gåm cã ®êng bao mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh 6 cïng víi ®êng chiÒu dµy lín nhÊt 5 vµ mét lo¹t mÆt c¾t 7 (tíi 10); h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh 4 (®êng bao thiÕt kÕ); h×nh chiÕu c¹nh 1 cã chøa 96
®êng bao qui c¸ch 3 cña c¸nh vµ mÆt c¾t qui íc cña c¸nh theo ®êng chiÒu dµy lín nhÊt 2. Tû lÖ cña b¶n vÏ ®îc chän trong d·y 1:1, 1:2, 1:2,5; 1:4; 1:5; 1:10. §êng bao mÆt n¾n ph¼ng vµ ®êng chiÒu dµy lín nhÊt ®îc x©y dùng nh sau (Xem H13.5). ë mét phÇn ba cuèi bªn ph¶i tê giÊy vÏ, ta kÎ ®êng t©m c¸nh ë gi÷a. Trªn ®êng ®ã ta ®Þnh c¸c ®iÓm t¬ng øng víi 10 b¸n kÝnh trung gian. Qua c¸c ®iÓm ®ã ta kÎ c¸c ®êng th¼ng phô n»m ngang, trªn ®ã tÝnh tõ ®êng t©m c¸nh ta ®Æt ba trÞ sè: hoµnh ®é (trong hÖ F) cña mÐp ®¹p x®x, hoµnh ®é mÐp tho¸t xtx (Xem hoµnh ®é x trªn h×nh 13.4) ~ vµ hoµnh ®é cña ®êng chiÒu dµy lín nhÊt x eM , ®îc tÝnh theo c¸c c«ng thøc díi ®©y: ~ x dx = C S R ± 0,5bR;ü ï (13.3.1) ý tx ~ x eM = x eM 0,5bR ï þ Nèi c¸c ®iÓm l¹i b»ng ®êng cong tr¬n vµ t¹i ®©y ta ®· kÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng võa nãi. Trªn h×nh13.3 lµ c¸c s¬ ®å cña bèn d¹ng ®êng bao mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh ®ang ®îc sö dông th«ng dông nhÊt. §«i khi ®êng bao nµy ®îc thÓ hiÖn b»ng ®êng nÐt m¶nh trªn h×nh chiÕu ph¸p. l1 1 h h1 h2 2 h 1 '' ' '' 3 l2 2 ' r 1 p(0,4)/2 p H×nh 13.5. C¸ch x©y dùng b¶n vÏ lý thuyÕt cña chong chãng 1. §êng bao h×nh chiÕu c¹nh 2. mÆt c¾t gi¶ ®Þnh cña c¸nh theo ®êng chiÒu dµy lín nhÊt 3. ®êng bao quy c¸ch 4. ®êng bao thiÕt kÕ 5. ®êng chiÒu dµy lín nhÊt 6. ®êng bao mÆt n¾n th¼ng 7. mÆt c¾t h×nh trô. §êng bao mÆt n¾n ph¼ng cña c¸nh thêng trïng víi c¸ch biÓu diÔn c¸c mÆt c¾t h×nh trô. MÆt c¾t t¹i mét b¸n kÝnh khi biÕt c¸c hµm Fc ,FT vµ c¸c yÕu tè fM, e ph¶i ®îc x©y dùng sau khi ®· tÝnh ®îc c¸c tung ®é theo c«ng thøc (13.1.1). C¸c chiÒu dµy vµ c¸c tung ®é ph¶i ®Æt vu«ng gãc víi d©y cung. §Ó x©y dùng ®óng mÆt c¾t c¸nh gÇn c¸c mÐp ph¶i sö dông c¸c trÞ sè b¸n kÝnh cong cña c¸c mÐp ®· biÕt ®Õn trong qu¸ tr×nh thiÕt kÕ. Khi sö dông m¸y tÝnh ®iÖn tö ®Ó x©y dùng b¶n vÏ theo c¸ch m« t¶ b¶n vÏ b»ng to¸n häc th× kh«ng cÇn ph¶i gi¶ thiÕt c¸c b¸n kÝnh cong nãi trªn, v× chóng ®îc x¸c ®Þnh ~ trong qu¸ tr×nh lµm tr¬n vµ xÊp xØ hµm FT theo x . Nh vËy, hµm FT ph¶i ®îc ®Þnh 97
tríc b»ng b¶ng vµ c¸c trÞ sè trong 16 ®iÓm nãi trªn cña d©y cung. Khi x©y dùng mÆt c¾t th× ®é n©ng cña mÐp c¸nh vµ c¸c b¸n kÝnh ®îc ghi c¹nh mÐp vßng trßn, nh vËy mÆt c¾t ph¶i vÏ theo d©y cung ngoµi. Trªn b¶n vÏ thi c«ng ®èi víi tõng mÆt c¾t ph¶i chØ râ c¸c tung ®é cña mÆt ®¹p vµ tung ®é mÆt hót cña 16 ®iÓm nãi trªn. Ngoµi ra, nÕu cÇn ph¶i chØ râ c¸c th«ng sè cña mÐp. H×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh lµ h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng ®Üa chong chãng vµ ®îc x©y dùng nh sau (Xem H13.5) Tríc hÕt, ph¶i thùc hiÖn c¸c c«ng viÖc phô trî. Tõ ®iÓm O1 øng víi trôc chong chãng trªn ®êng bao n¾n ph¼ng, theo ®êng n»m ngang t¬ng øng ta ®Æt trÞ sè P(r)/(2p) vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu quay cña chong chãng, nghÜa lµ bªn tr¸i ®èi víi chong chãng quay ph¶i. NÕu bíc cña chong chãng biÕn ®æi theo b¸n kÝnh th× c¸ch x©y dùng trªn ph¶i thùc hiÖn cho tõng mÆt c¾t. Tõ ®iÓm P nhËn ®îc theo c¸ch trªn kÎ tia qua t©m d©y cung C cña mÆt c¾t ®ang xÐt. Trong vïng mÐp ®¹p ta kÎ hai ®êng tiÕp tuyÕn víi ®êng bao cña mÆt c¾t- mét vu«ng gãc víi tia PC, hai song song víi nã ta ®îc h1 vµ l1 trªn h×nh 13.5. §iÒu nµy ®îc rót ra tõ tÝnh ®ång d¹ng cña tam gi¸c bíc vµ tam gi¸c vu«ng víi c¸c c¹nh kÒ h1 vµ l1. C¸ch x©y dùng t¬ng tù vÉn cho phÐp t×m ®îc h2 vµ l2 cho mÐp tho¸t cña mÆt c¾t. B©y giê ta x©y dùng ®êng bao h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh. Vµo gi÷a tê giÊy vÏ kÎ ®êng th¼ng ®øng, mµ nã sÏ trïng víi ®êng t©m cña c¸nh sè kh«ng, ta ®Þnh vÞ trôc chong chãng O. Tõ ®iÓm O lµm t©m ta quay cung trßn øng víi mÆt c¾t ®ang xÐt, gäi C1 lµ giao ®iÓm gi÷a ®êng t©m c¸nh víi cung trßn, th× ®Ó nhËn ®îc ®iÓm cña ®êng bao thuéc h×nh chiÕu ph¸p B' chØ cÇn chó ý r»ng chiÒu dµi d©y cung C1B' b»ng chiÒu dµi ®o¹n l1 ®· t×m ®îc trong qu¸ tr×nh x©y dùng phô trî nãi trªn. VÞ trÝ thùc tÕ cña ®iÓm trªn cung ®ang xÐt cã thÓ t×m b»ng ph¬ng ph¸p ®å thÞ, khi AE/Ao > 0,7 vµ ph¬ng ph¸p gi¶i tÝch cho trêng hîp bÊt kú. Ph¬ng ph¸p ®å thÞ lµ ph¬ng ph¸p mµ trªn ®êng th¼ng n»m ngang ®i qua C1 ta ®Æt 1/4 ®o¹n l1. Tõ ®iÓm nhËn ®îc lµm t©m quay cung trßn b¸n kÝnh b»ng 3/4 l1vµ giao ®iÓm cña cung nµy víi cung c¬ b¶n øng víi cung cña mÆt c¾t ®ang xÐt cho ta ®iÓm ph¶i t×m B'. §èi víi chong chãng quay ph¶i ®iÓm nµy t¬ng øng víi mÐp ®¹p vµ n»m bªn ph¶i ®êng t©m c¸nh, cßn ®èi víi chong chãng quay tr¸i ®iÓm nµy øng víi mÐp tho¸t, tuy vËy nã vÉn n»m bªn ph¶i ®êng t©m c¸nh nÕu nã di ®éng trªn cung c¬ b¶n cña b¸n kÝnh ®ang xÐt. §iÓm A' øng víi mÐp tho¸t cña chong chãng quay ph¶i vÉn cã thÓ t×m ®îc t¬ng tù. Nèi tÊt c¶ c¸c ®iÓm ®· nhËn ®îc cho tÊt c¶ c¸c b¸n kÝnh mÆt c¾t ta ®îc ®êng bao h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh. T¹i ®©y kÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng ®êng bao h×nh chiÕu ph¸p cña c¸nh. H×nh chiÕu c¹nh cña c¸nh (Xem H13.5), nghÜa lµ h×nh chiÕu lªn mÆt ph¼ng ®i qua trôc chong chãng vµ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng, ®îc x©y dùng nh sau: Vµo gi÷a 1/3 tê giÊy vÏ ta kÎ ®êng t©m c¸nh sè kh«ng. Trªn ®êng n»m ngang ta ®Þnh t©m trôc chong chãng O2 nh ®· lµm khi x©y dùng h×nh chiÕu ph¸p. Ta xem c¸ch x¸c ®Þnh ®iÓm B" trªn h×nh chiÕu c¹nh. Tõ ®iÓm C1 song song víi trôc chong chãng ta kÎ ®êng phô trî n»m ngang cho tíi khi c¾t ®êng t©m c¸nh trªn h×nh chiÕu c¹nh, ta cã ®iÓm C3. Tõ ®iÓm nµy trªn ®êng n»m ngang ta ®Æt ®o¹n xR vÒ bªn tr¸i khi xR< 0 vµ bªn ph¶i khi xR> 0. §iÓm nhËn ®îc kÝ hiÖu lµ C2. VÒ phÝa ph¶i C2 trªn ®êng n»m ngang ta ®Æt ®o¹n h1 (®Ó x¸c ®Þnh ®iÓm A" ®Æt h2 vÒ bªn tr¸i). §iÓm G nhËn ®îc lµ ®iÓm t¬ng øng cña ®êng bao c¸nh (Xem H13.5), nghÜa lµ trong qu¸ tr×nh chong chãng quay vÞ trÝ cña ®iÓm ®ang xÐt lµ lín nhÊt theo chiÒu cao ë trªn h×nh chiÕu c¹nh. T¹i ®iÓm giao nhau cña ®êng th¼ng h¹ tõ G vµ ®êng n»m ngang phô ®i qua ®iÓm B' cña h×nh chiÕu ph¸p cho ta ®iÓm B". Nèi c¸c ®iÓm ®· nhËn ®îc b»ng ®êng cong tr¬n ta kÕt thóc qu¸ tr×nh x©y dùng h×nh chiÕu c¹nh ë ®©y. 98
§êng nèi c¸c ®iÓm C2 cho c¸c mÆt c¾t gäi lµ ®êng sinh cña c¸nh. §êng nµy thêng cã d¹ng ®êng th¼ng ®i qua ®iÓm O2. Trong trêng hîp nµy gãc gi÷a ®êng sinh vµ ®êng t©m c¸nh gäi lµ gãc nghiªng cña c¸nh. Nã thay ®æi trong kho¶ng 0I150. Ngoµi ®êng bao h×nh chiÕu c¹nh cßn ®êng bao t¹o d¸ng cña c¸nh, thÓ hiÖn b»ng ®êng gi¸n ®o¹n (Xem H13.5). §Ó vÏ mÆt c¾t gi¶ ®Þnh cña c¸nh theo ®êng chiÒu dµy lín nhÊt (®å thÞ chiÒu dµy lín nhÊt) th× tõ ®êng sinh cña c¸nh theo ®êng n»m ngang ta ®Æt bªn ph¶i trÞ sè chiÒu dµy lín nhÊt cña c¸c mÆt t¬ng øng. Nèi c¸c ®iÓm ®· nhËn ®îc b»ng ®êng cong tr¬n vµ g¹ch chÐo vïng gi÷a ®êng nµy vµ ®êng sinh (Xem H13.5). §iÓm ®Æc biÖt lµ chiÒu dµy ë ®Ønh c¸nh kh«ng b»ng kh«ng mµ nã b»ng kho¶ng c¸ch e1 ³ 0,007 R cho nh÷ng tµu kh«ng ch¹y trong b¨ng. Ngoµi ra chiÒu dµy lín nhÊt cña c¸c mÆt c¾t ë c¸c b¸n kÝnh t¬ng ®èi 0,6 Ö 0,7 hoÆc 0,2 Ö 0,25 ph¶i tho¶ m·n c¸c yªu cÇu cña §¨ng kiÓm. Kh¸c víi b¶n vÏ thi c«ng trªn b¶n vÏ lý thuyÕt th«ng thêng kh«ng vÏ ®êng giao nhau cña bÒ mÆt c¸nh víi cñ mµ chØ vÏ nÐt lîn ®Òu trªn mÆt c¾t cña c¸nh theo ®êng chiÒu dµy lín nhÊt. Nh÷ng n¨m gÇn ®©y ngêi ta ¸p dông réng r·i chong chãng víi ®êng bao c¸nh rÊt kh«ng ®èi xøng. 13.4. KÕt cÊu chong chãng Tuú thuéc vµo ph¬ng ph¸p ghÐp c¸nh víi cñ ngêi ta chiachong chãng ra lµm hai nhãm: Chong chãng bíc kh«ng ®æi c¸nh ®îc ghÐp cè ®Þnh vµo víi cñ, chong chãng biÕn bíc c¸nh cña chóng cã thÓ quay quanh trôc vu«ng gãc víi trôc chong chãng ®Ó ®iÒu chØnh bíc. Chong chãng bíc kh«ng ®æi ®ù¬c chia ra lo¹i ®óc khèi, hµn vµ chong chãng c¸nh cñ rêi; mµ c¸nh cña nã ®îc ghÐp vµo cñ b»ng c¸ch nèi bÝch hoÆc Ðp nÐn. Cñ chong chãng lµ mét vËt trßn xoay mµ ®êng sinh cña nã cã h×nh d¸ng kh¸c nhau. D¹ng cña ®êng sinh ph¶i tÝnh to¸n vµ chän sao cho cñ kÌm theo mò tho¸t níc vµ c¸c vËt nh« t¹o thµnh mét tæ hîp dÔ tho¸t níc. §êng kÝnh trung b×nh cña cñ thêng lÊy b»ng 1,8 Ö2,2 dB, trong ®ã dB lµ ®êng kÝnh trôc chong chãng. MÆt ®u«i cñ vÒ nguyªn t¾c cã ®êng kÝnh nhá h¬n. ChiÒu dµi cña cñ cÇn ®îc tÝnh to¸n vµ chän sao cho khi b¶o qu¶n chong chãng tùa lªn mÆt mót c¸c mÐp c¸nh kh«ng bÞ va ch¹m. H×nh 13.6. S¬ ®å kÕt cÊu cña mò, cñ tho¸t níc vµ trôc chong chãng 1. c¸nh 2. cñ 3. r·nh ®Æt vá chèng quÊn d©y 4. trôc chong chãng 5. ¸o trôc chong chãng 6. ®o¹n c«n trôc 7. then 8. ®o¹n trô ®Çu trôc 9. lç khoÐt trong cñ ®Ó gi¶m c«ng viÖc c¹o rµ 10. ®ai èc ®Çu trôc 11. mò tho¸t níc 12. bul«ng gi÷ mò víi cñ r 2 99
Cñ vµ trôc chong chãng ®îc nèi ghÐp b»ng then hoÆc Ðp kh«ng then. Lç bªn trong cñ cã ®é c«n 1:15, ®Ó t¬ng øng víi ®é c«n trôc chong chãng. S¬ ®å kÕt cÊu cña cñ, mò tho¸t n¬c vµ trôc chong chãng trong trêng hîp nèi then ®îc tr×nh bµy trªn h×nh 13.6. Lùc ®Èy cña chong chãng khi ch¹y tiÕn do phÇn c«n trôc tiÕp nhËn, cßn khi ch¹y lïi do ®ai èc vÆn vµo ren phÇn ®Çu trôc tiÕp nhËn. §Ó gi¶m tæn thÊt thuû lùc, tr¸nh cho phÇn c«n trôc, ®ai èc vµ ren bÞ ¨n mßn vµ h háng ngêi ta l¾p mò tho¸t níc. Mò ®îc l¾p ghÐp kÝn níc trªn cñ b»ng bu l«ng vµ ®æ ®Çy mì b«i tr¬n ®Æc. ë mót tríc cña cñ còng ph¶i l¾p ®Öm kÝn ®Ó tr¸nh níc biÓn lät vµo trôc. Trªn c¸c tµu nhá ®ai èc vµ mò thêng kÕt hîp thµnh mét chi tiÕt. Tuú theo c¸c yªu cÇu vÒ ®é chÝnh x¸c vµ ®é bãng cña bÒ mÆt khi chÕ t¹o chong chãng b»ng kim lo¹i theo GOCT 8054 - 81 ph©n ra 4 lo¹i chong chãng: S - ®Æc biÖt, I - cao cÊp, II - trung b×nh, III - thêng. Lo¹i trung b×nh dµnh cho c¸c tµu cã tèc ®é díi 15 h¶i lý/h, lo¹i thêng cho c¸c tµu vµ ph¬ng tiÖn næi, mµ tèc ®é cña chóng kh«ng ph¶i lµ th«ng sè khai th¸c quy ®Þnh. §a sè c¸c tµu cì lín tèc ®é tõ 15Ö20 h¶i lý/h chong chãng ®îc chÕ t¹o theo lo¹i cao cÊp; lo¹i ®Æc biÖt ¸p dông cho c¸c tµu cao tèc trªn 25 h¶i lý/h. §é chÝnh x¸c vµ ®é bãng gia c«ng bÒ mÆt c¸nh chong chãng thuéc lo¹i ®Æc biÖt ph¶i lÊy theo GOCT 8054 - 81 _ c¸c chØ tiªu sau ®©y: - Sai sè tíi h¹n tÝnh b»ng phÇn tr¨m kh«ng vît qu¸ ±0,15 cho b¸n kÝnh chong chãng; ±1,0 cho chiÒu dµi mÆt c¾t; +2,0 ÷(-1,0) cho chiÒu dµy mÆt c¾t, trong ®ã sai sè tuyÖt ®èi cho ®êng kÝnh chong chãng díi 2,5 m lµ ±0,5mm vµ +0,2mm ÷1,0mm cho ®êng kÝnh 2,5m vµ lín h¬n; nÕu sai sè tíi h¹n tÝnh b»ng phÇn tr¨m ®îc chuyÓn sang milimÐt th× chóng ph¶i nhá h¬n c¸c trÞ sè ®ã; ±5,0 cho khèi lîng chong chãng; ®é nh¸m mÆt ngoµi cña c¸nh chong chãng vµ cñ kh«ng cao h¬n 0,63 micromet cho mÆt ®¹p, ë 0,10 chiÒu dµi mÆt c¾t t¹i b¸n kÝnh (0,4 ÷0,9)R vµ tõ mÆt c¾t ë b¸n kÝnh 0,9 R tíi ®Ønh c¸nh; 2,5 micr«mÐt cho cñ vµ phÇn ch©n c¸nh tíi mÆt c¾t ë b¸n kÝnh 0,4R vµ 1,25 micr«mÐt cho c¸c bÒ mÆt cßn l¹i. VÒ mÆt gia c«ng c¸c yªu cÇu nµy rÊt kh¾t khe vµ cÇn ph¶i ®¶m b¶o c¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc häc cña chong chãng, kh«ng xuÊt hiÖn x©m thùc, gi¶m tiÕng ån, hiÖu suÊt ®Èy cao. VÒ mÆt vËt liÖu, theo GOCT 8054 - 81 th× c¸c chong chãng lo¹i ®Æc biÖt vµ cao cÊp ®îc phÐp sö dông c¸c lo¹i vËt liÖu nh: ®ång thau ®Æc biÖt, ®ång ®á, thÐp kh«ng rØ. Trªn c¸c tµu cì bÐ ngêi ta cßn ¸p dông nh÷ng chong chãng b»ng chÊt dÎo. VËt liÖu chÕ t¹o chong chãng ph¶i cã søc chÞu ¨n mßn, c¸c chØ tiªu ®¶m b¶o søc bÒn tÜnh vµ tÝnh ®µn håi, ®é bÒn mái, dÔ d¸t máng vµ söa ch÷a, gi¸ thµnh thÊp vµ träng lîng nhá. Chong chãng lo¹i trung b×nh vµ thêng cã thÓ chÕ t¹o b»ng thÐp cacbon. Mçi chong chãng ph¶i cã lý lÞch vµ nh·n hiÖu. Theo GOCT 8054 - 81 nh·n hiÖu bao gåm: nh·n hµng ho¸, ký hiÖu xuÊt xëng, ký hiÖu b¶n vÏ, ®êng kÝnh, bíc, chiÒu quay, ký hiÖu vËt liÖu, sè hiÖu mÎ ®óc, dÊu KCS, dÊu gi¸m s¸t cña §¨ng kiÓm, ký hiÖu tiªu chuÈn, ngµy xuÊt xëng. 100
Ch¬ng 14 C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng 14.1. C¸c ®Æc tÝnh ®éng häc cña chong chãng Sù lµm viÖc cña chong chãng trong chÊt láng ®îc x¸c ®Þnh b»ng hai d¹ng chuyÓn ®éng ®ång thêi vµ ®éc lËp: chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn däc trôc víi tèc ®é v A vµ chuyÓn ®éng quay quanh trôc ®ã víi tèc ®é W = 2pn, trong ®ã: n - vßng quay cña chong chãng. NÕu nh chong chãng quay trong m«i trêng r¾n, tùa nh bul«ng trong ®ai èc, th× sau mét vßng quay nã dÞch theo híng trôc mét ®o¹n b»ng bíc P cña chong chãng. Tuy nhiªn trong thùc tÕ khi lµm viÖc trong chÊt láng sau mét vßng quay nã dÞch theo híng trôc mét ®o¹n nhá h¬n P. Nh vËy chÊt láng ®· nhËn vÒ m×nh mét lîng tèc ®é nµo ®ã, ®îc gäi lµ tèc ®é c¶m øng. Tèc ®é nµy lµm t¨ng tèc dßng níc sau chong chãng, xo¾n dßng vµ lµm gi¶m mÆt c¾t ngang cña dßng. Chóng cã thÓ ®îc m« t¶ b»ng ba thµnh phÇn tèc ®é c¶m øng: híng trôc wx, híng tiÕp tuyÕn wq, híng b¸n kÝnh wr. Kho¶ng c¸ch híng trôc mµ chong chãng ®· thùc hiÖn sau mét vßng quay gäi lµ bíc tiÕn tuyÖt ®èi hP cña chong chãng. Bíc tiÕn nµy cã liªn quan víi thêi gian T = 1/n vµ tèc ®é v A theo c«ng thøc hP = v AT = v A/n. Khi sö dông kh¸i niÖm bíc tiÕn t¬ng ®èi cña chong chãng J, lµ tû sè gi÷a bíc tiÕn tuyÖt ®èi víi ®êng kÝnh cña chong chãng, ta cã: J = hP/D = v A/(nD) §¹i lîng nµy lµ ®Æc tÝnh ®éng häc kh«ng thø nguyªn c¬ b¶n cña chong chãng, nã nªu lªn c¸c chÕ ®é lµm viÖc cña chong chãng trong chÊt láng. Híng cña tæng tèc ®é dßng ch¶y bao c¸c phÇn tö cña c¸nh chong chãng kh«ng bÞ c¶m øng v -∞ ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: tgb = v A /(Wr ) = I /(p r ) (14.1.1) trong ®ã: r = r/R. C«ng thøc (14.1.1) ®îc m« t¶ b»ng s¬ ®å tèc ®é cña c¸c phÇn tö c¸nh h×nh 3.1, trªn ®ã ngoµi tèc ®é dßng kh«ng bÞ c¶m øng, cßn tr×nh bµy c¶ c¸c tèc ®é c¶m øng wx vµ wq. HiÖu P - hP gäi lµ ®é trît cña chong chãng. Nã chøng tá mét ®iÒu lµ khi dÞch chuyÓn trong chÊt láng chong chãng bÞ tôt l¹i mét Ýt so víi bul«ng dÞch chuyÓn trong m«i trêng r¾n. §é trît ®ã ®îc biÓu thÞ b»ng c¸c ®Æc trng cña bíc: s = (P - hP)/P = 1- (hP/P) (14.1.2) vµ gäi lµ ®é trît t¬ng ®èi. C¸c trÞ sè cña s vµ J cã liªn quan víi nhau qua hÖ thøc: hP P J P s = 1- = 1- vµ J = (1 - s) (14.1.3) PD PD D Cã thÓ nãi r»ng ë chÕ ®é buéc khi v A = 0, bíc tiÕn t¬ng ®èi J = 0 vµ ®é trît t¬ng ®èi s = 1. 101
14.2. C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña chong chãng C¸c lùc t¸c dông lªn chong chãng, trong ®ã cã lùc ®Èy vµ m«men xo¾n, cã thÓ x¸c ®Þnh b»ng c¸ch céng tÊt c¶ c¸c lùc t¸c dông lªn tõng phÇn tö, mµ c¸c phÇn tö lµ c¸c mÆt c¾t cña c¸nh b»ng c¸c h×nh trô ®ång trôc víi chong chãng. Ph¬ng ph¸p tÝnh dùa vµo nguyªn lý trªn cã tªn lµ lý thuyÕt c¸nh cña chong chãng. Ta trë l¹i s¬ ®å tèc ®é cña phÇn tö c¸nh (Xem H14.1). Ta cho phÇn tö c¸nh cè ®Þnh vµ chÊt láng tõ xa ch¶y bao nã víi tèc ®é v-¥ Híng cña tèc ®é c¶m øng híng trôc wx trïng víi tèc ®é v A, cßn tèc ®é c¶m øng híng tiÕp tuyÕn wq ngîc chiÒu víi thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña dßng ch¶y Wr. Thµnh phÇn tèc ®é c¶m øng híng b¸n kÝnh wr kh«ng xÐt ®Õn trong lý thuyÕt c¸nh. a H ín g chuyÓn ®én g wq1 PC bI Wx1 w1 HH a0 aI V R dTY dY V -¥ V b bI dR X A j Wr =2prn dR Y dTX dX H×nh 14.1. S¬ ®å tèc ®é vµ lùc t¸c dông lªn phÇn tö c¸nh chong chãng. V× wx vµ wq ®Òu thay ®æi däc theo trôc chong chãng, nªn t¹i mÆt ®Üa ta kÝ hiÖu c¸c tèc ®é ®ã lµ wx1 vµ wq1. Ta gi¶ thiÕt r»ng tæng h×nh häc v R cña tèc ®é híng trôc vµ quay (cã xÐt c¶ wx1 vµ wq1) lµ tèc ®é nªu lªn mèi quan hÖ gi÷a dßng ch¶y víi phÇn tö c¸nh. Lóc bÊy giê híng cña tèc ®é ®ã ®îc x¸c ®Þnh qua gãc bI, cã tang ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc sau: tgbI = ( v A + wx1) + (Wr - wq1) (14.2.1) Ta gäi ®¹i lîng pr tgb I = l I - bíc tiÕn c¶m øng cña chong chãng, cßn bI - gãc tiÕn c¶m øng. Ta gi¶ thiÕt r»ng: lùc t¸c dông lªn phÇn tö c¸nh ®ang xÐt víi ®é dang lín vµ h÷u h¹n ë nh÷ng gãc tíi nh nhau th× h×nh d¸ng pr«phin hoµn toµn gièng nhau. C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña phÇn tö c¸nh ®îc x¸c dÞnh b»ng hÖ sè kh«ng thø nguyªn cña lùc n©ng vµ lùc c¶n: CY = 2.dY/(r. v R2.b.dr) ; CX = 2.dX/(r. v R2.b.dr) (14.2.2) trong ®ã: bdr vµ v R - t¬ng øng lµ diÖn tÝch phÇn tö c¸nh vµ tèc ®é dßng bao nã. dY vµ dX - lùc n©ng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng. C¸c hÖ sè kh«ng thø nguyªn CY vµ Cx lµ hµm cña gãc tíi. Híng cña dßng ch¶y mµ theo nã hÖ sè CY b»ng kh«ng gäi lµ híng kh«ng lùc n©ng. Gãc lùc n©ng kh«ng a0, lµ gãc t¹o bëi gi÷a híng cña kh«ng lùc n©ng vµ d©y cung cña pr«phin tiÕt diÖn. §Ó thuËn tiÖn gãc tíi ph¶i tÝnh tõ híng kh«ng lùc n©ng. Trong trêng hîp nµy gãc gi÷a vÐct¬ tèc ®é dßng bao vµ híng kh«ng lùc n©ng gäi lµ gãc tíi thuû ®éng lùc aI. 102
§«i khi ngêi ta dïng gãc tíi cu¶ pr«phin tiÕt diÖn c¸nh a gi÷a híng tèc ®é v R vµ d©y cung lµm gãc tíi thuû ®éng lùc aI. Mèi quan hÖ gi÷a gãc tíi thuû ®éng lùc vµ gãc tíi cña pr«phin tiÕt diÖn c¸nh ®îc thÓ hiÖn qua c«ng thøc: aI = a + a0 Sù phô thuéc gi÷a c¸c hÖ sè thuû ®éng lùc vµo gãc aI ®îc m« t¶ trªn h×nh 14.2. Trªn h×nh nµy còng thÓ hiÖn hÖ sè chÊt lîng ngîc cña phÇn tö c¸nh e = dX/dY = CX/CY.Trªn h×nh 14.2 ta thÊy ®êng cong CY = f(aI) lµ mét ®êng th¼ng trong giíi h¹n réng cña gãc tíi vµ chØ ë nh÷ng gãc tíi lín aI - ®îc gäi lµ gãc tíi tíi h¹n CY = (aI) míi chuyÓn sang ®êng cong. CX e = CY CY; 20C X 1,2 0,06 1 e Cy 0,8 0,04 0,6 Cx 0,4 0,02 0,2 emi n aopt 0 a, ®é 0 4 8 12 H×nh 14.2. C¸c ®Æc tÝnh ®éng lùc cña pr«phin c¸nh. Th«ng thêng c¸c phÇn tö c¸nh chong chãng ®Òu lµm viÖc ë nh÷ng gãc tíi nhá h¬n gãc tíi tíi h¹n. Trong trêng hîp nµy nghiÖm cña bµi to¸n vÒ pr«phin máng trong chÊt láng lý tëng lµ: CYI = (dCY / da )I a I » 2pa I (14.2.3) Khi dßng bao pr«phin cã chiÒu dµy bÊt kú b»ng chÊt láng nhít: dCY æ dCY ö
a = 0 ; dC = 0,05515CY (14.2.7) ®èi víi pr«phin cã sù ph©n bè ®Òu t¶i träng theo d©y cung (kiÓu NACA, a = 1) hoÆc a = 0,0269CY ; dC = 0,05515CY (14.2.8) ®èi víi pr«phin cã sù ph©n bè ®Òu t¶i träng ë 80% d©y cung (kiÓu NACA, a = 0,8). Do tÇm quan träng cña chÕ ®é kh«ng vÊp nãi trªn c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña pr«phin kiÓu nµy ®îc nghiªn cøu kh¸ tû mû. §Æc biÖt ®èi víi pr«phin cã sù ph©n bè t¶i träng kiÓu NACA, a = 0,8 vµ sù ph©n bè chiÒu dµy kiÓu NACA - 66 dùa theo tÝnh to¸n cã hÖ thèng cña B. G. MiskªvÝch ®· nhËn ®îc c¸c c«ng thøc sau ®©y: ü [ ] m = (1 - 0,87d ) 1 - exp(- 0,0691 + 12,46d - 0,1855 ln ReS ) ;ï ï ï d (d - 0,05) é ù ï n = 1,015ê1 + ú; (14.2.9) ý ê (0,04664 ln ReS - 0,4378) ú 2 ï ë û ï 0,05808(1 + 2,3d ) ï e= ï 0 ,1458 CY ReS þ trong ®ã: Rl = v R b /n - sè Reynolds. S C¸c c«ng thøc trªn kh«ng nh÷ng ®óng cho chÕ ®é gãc tíi kh«ng vÊp mµ c¶ trong giíi h¹n cña c¸c gãc tíi gÇn víi chÕ ®é ®ã khi R l S ³ 105 ; 0 £ δ £ 1,0; 0 £ δC £ 0,03; 0,1 £ C Y £ 0,3. B©y giê ta tiÕp tôc xÐt phÇn tö c¸nh ®é dµi dr gièng nh phÇn tö c¸nh m¸y bay, trong ®ã ta lÊy d©y cung b b»ng chiÒu réng duçi ph¼ng cña phÇn tö t¹i b¸n kÝnh ®ang xÐt. Tæng tèc ®é v R ®îc x¸c ®Þnh b»ng c«ng thøc (xem h×nh 14.1). (v A + w x1 )2 + (Wr - wq 1 )2 vR = (14.2.10) t¹o víi híng kh«ng lùc n©ng gãc tíi thuû ®éng lùc: aI = j + a0 - bI (14.2.11) Trªn phÇn tö nµy xuÊt hiÖn lùc n©ng dY vµ lùc c¶n h×nh d¸ng dX. ChiÕu c¸c lùc nµy lªn ph¬ng trôc chong chãng ta nhËn ®îc lùc ®Èy do phÇn tö c¸nh t¹o nªn: dT = dTY - dTX = dY cosbI - dX sinbI = dY cosbI (1 - etgbI) (14.2.12) ChiÕu dY vµ dX lªn ph¬ng tiÕp tuyÕn vµ nh©n víi b¸n kÝnh ta nhËn ®îc m«men cña lùc tiÕp tuyÕn ®èi víi trôc quay chong chãng mµ ®éng c¬ ph¶i th¾ng l¹i: dQ = r(dRY + dRX) = r(dYsinbI + dXcos = rdYsinbI (1 + ecotgbI) (14.2.13) Tõ c¸c c«ng thøc trªn ta thÊy r»ng: lùc ®Èy cña phÇn tö c¸nh ®îc t¹o nªn bëi lùc n©ng vµ lùc c¶n h×nh d¸ng. Lùc c¶n h×nh d¸ng lµm gi¶m lùc ®Èy vµ lµm t¨ng m«men c¶n quay cña chong chãng. BiÓu diÔn lùc ®Èy vµ m«men cña phÇn tö c¸nh b»ng c¸c hÖ sè lùc ta cã: dT = 0,5r CY b vR2 cosbI (1 - etgbI) dr (14.2.14) dQ = 0,5r CY b vR sinbI (1 + ecotgbI) dr 2 (14.2.15) §Ó tÝnh lùc ®Èy vµ m«men cña c¶ chong chãng cÇn ph¶i tÝch ph©n biÓu thøc (14.2.14) vµ (14.2.15) trong giíi h¹n chiÒu dµi c¸nh theo híng b¸n kÝnh vµ nh©n víi sè lîng c¸nh: R T = Z ò 0,5 ρCY bv R cos β I (1 - εtgβ I )dr 2 (14.2.16) rH 104
R Q = Z ò 0 ,5 ρCY bv R sin β I (1 + ε cot gβ I )dr 2 (14.2.17) rH NÕu chuyÓn c¸c biÓu thøc tõ d¹ng tÝch ph©n sang d¹ng kh«ng thø nguyªn, ta cã: 2 1 æ b öæ v ö T Z = ò CY ç ÷ç R ÷ cos βI (1 - εtgβI )dr KT = (14.2.18) rn 2 D4 4r è D øè nD ø H 2 1 æ b öæ v ö Q Z = ò CY ç ÷ç R ÷ sin β I (1 + ε cot gβ I )r dr KQ = (14.2.19) rn 2 D 5 8 r è D øè nD ø H C¸c ®¹i lîng KT vµ KQ - gäi lµ hÖ sè lùc ®Èy vµ hÖ sè m«men cña chong chãng. C«ng suÊt PD cÇn ®Ó quay chong chãng cã thÓ tÝnh theo c«ng thøc sau: PD = QW = 2pKQrn3D5 (14.2.20) HiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng trong níc tù do lµ tû sè gi÷a c«ng suÊt cã Ých T. v A víi c«ng suÊt ph¶i bá ra PD ®Ó quay nã ®îc x¸c ®Þnh theo (14.2.18), (14.2.19) vµ (14.2.20): Tv A KT J h0 = = (14.2.21) . K Q 2p PD KT; 10KQ; h 0 0,8 h0 J 1 = P1/D 0,6 J 2 = P2/D 0,4 10KQ KT 0,2 0 0,2 1 J 1,2 0,6 0,8 0,4 H×nh 14.3. §êng lµm viÖc cña chong chãng. C¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc kh«ng thø nguyªn KT, KQ vµ h0 ®îc biÓu diÔn theo bíc tiÕn t¬ng ®èi J - gäi lµ ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng (h×nh 3.3). Nhê c¸c ®êng cong nµy ta cã thÓ x¸c ®Þnh ®îc lùc ®Èy vµ m«men cña chong chãng ë c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau. Khi chong chãng lµm viÖc sÏ xÈy ra mét lo¹t c¸c chÕ ®é lµm viÖc kh¸c nhau. Khi kh«ng chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn (chÕ ®é buéc) bíc tiÕn t¬ng ®èi J = 0 vµ c¸c hÖ sè KT, KQ cã trÞ sè lín nhÊt do c¸c gãc tíi cã trÞ sè lín nhÊt (Xem H14.4). Nh vËy hiÖu suÊt lµm viÖc b»ng kh«ng v× kh«ng chuyÓn ®éng däc trôc nªn chong chãng kh«ng s¶n ra c«ng cã Ých. Cµng t¨ng J th× c¸c gãc tiÕn c¶m øng bI cµng t¨ng, dÉn ®Õn gi¶m c¸c gãc tíi cña c¸c phÇn tö c¸nh, vµ ®¬ng nhiªn lµm gi¶m c¶ c¸c lùc t¸c dông lªn c¸c phÇn tö ®ã. C¸c hÖ sè KT vµ KQ gi¶m xuèng vµ ë mét trÞ sè J1 nµo ®ã KT sÏ b»ng kh«ng (Xem H14.3). ChÕ ®é øng víi nã gäi lµ chÕ ®é kh«ng lùc ®Èy cßn hÖ sè KQ vÉn gi÷ nguyªn gi¸ trÞ d¬ng, nghÜa lµ T = 0, Q ¹ 0, hiÖu suÊt lµm viÖc ë chÕ ®é nµy còng b»ng kh«ng. 105
a C P a) dRY dTY HH dY H×nh 14.4. C¸c chÕ ®é wq1 aI V lµm viÖc cña phÇn tö R wx 1 w1 dR c¸nh bI Wr dTX a. chÕ ®é buéc dX dRX b. chÕ ®é kh«ng lùc ®Èy C c. chÕ ®é kh«ng m«men c) C P P HH V HH R aI aI b) V R dY V A bI bI V a A dR Wr Wr dX dY dX -dT ChÕ ®é kh«ng lùc ®Èy dµnh cho phÇn tö c¸nh tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: dT = dY cosbI - dX sinbI = 0 ; tgbI = 1/e (14.2.22) nh vËy, ë chÕ ®é nµy sau mét vßng quay, chong chãng sÏ thùc hiÖn mét bíc P1 - gäi lµ bíc kh«ng lùc ®Èy. TrÞ sè J1 = P1/D -bíc tiÕn t¬ng ®èi kh«ng lùc ®Èy hoÆc tû sè bíc thuû ®éng lùc. VÒ nguyªn t¾c P1/D > P/D. Khi tiÕp tôc t¨ng bíc tiÕn t¬ng ®èi (J > J1) sÏ xÈy ra chÕ ®é, khi gãc tíi cña phÇn tö c¸nh t¹i b¸n kÝnh ®ang xÐt aI = 0 vµ lùc n©ng trªn phÇn tö nµy kh«ng xuÊt hiÖn. Bíc tiÕn t¬ng ®èi J0 vµ tû sè bíc P0/D øng víi chÕ ®é nµy ®îc gäi lµ bíc tiÕn t¬ng ®èi vµ tû sè bíc kh«ng lùc n©ng. TiÕp tôc t¨ng J tíi J2 t¬ng øng víi hÖ sè m«men KQ = 0. Lóc nµy hÖ sè lùc ®Èy KT vµ gãc tíi aI cã gi¸ trÞ ©m (Xem H14.3). Chong chãng lµm viÖc ë chÕ ®é kh«ng m«men. ChÕ ®é kh«ng m«men dµnh cho phÇn tö c¸nh tho¶ m·n ®iÒu kiÖn: 0 = dY sinbI - dX cosbI = 0 ; tgbI = e (14.2.23) Tû sè P2/D øng víi chÕ ®é kh«ng m«men gäi lµ tû sè bíc kh«ng m«men, P2/D > P1/D > P/D. Cµng t¨ng bíc tiÕn t¬ng ®èi (J > J2) hÖ sè KQ sÏ ©m, nghÜa lµ chong chãng quay theo t¸c dông cña dßng ch¶y, t¹o ra m«men híng vÒ phÝa chiÒu quay cña chong chãng. Ph©n tÝch ®êng cong lµm viÖc cña chong chãng ta cã thÓ kh¼ng ®Þnh r»ng: trong giíi h¹n cña bíc tiÕn t¬ng ®èi 0 £ J £ J1 chong chãng t¹o ra lùc ®Èy d¬ng vµ lµm viÖc mang tÝnh chÊt cña thiÕt bÞ ®Èy tµu. Hay nãi c¸ch kh¸c chong chãng tµu thuû ®îc thiÕt kÕ ë chÕ ®é lµm viÖc 0 £ J £ J1 . Khi J > J2 - chong chãng t¹o ra m«men quay vµ lµm viÖc nh tuècbin. Trong giíi h¹n J1 < J < J2 chong chãng kh«ng thÓ dïng lµm thiÕt bÞ ®Èy còng nh lµm tuècbin. §é dµi cña giíi h¹n nµy phô thuéc vµo chÊt lîng ngîc e vµ cµng kÐo dµi khi t¨ng e. Khi kh«ng cã tæn thÊt nhít c¸c ®iÓm dY = 0, dT = 0, dQ = 0 ®Òu trïng nhau cho tõng mÆt c¾t. 106
Ch¬ng 15 Lý thuyÕt tæng qu¸t vÒ chong chãng lý tëng vµ thiÕt bÞ ®Èy lý tëng 15.1. Nh÷ng nhËn ®Þnh ban ®Çu ViÖc tÝnh to¸n c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng theo c¸c c«ng thøc cña ch¬ng III cÇn ph¶i x¸c ®Þnh tríc c¸c gãc tiÕn c¶m øng b1 vµ gãc tíi c¶m øng aI, mµ khi x¸c ®Þnh chóng l¹i ph¶i biÕt c¸c tèc ®é c¶m øng. §Ó x¸c ®Þnh c¸c tèc ®é nµy tríc hÕt ph¶i x©y dùng ®îc m« h×nh to¸n häc cña chong chãng ®Ó liªn kÕt c¸c tèc ®é c¶m øng víi c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc. Dùa theo lý thuyÕt dßng ch¶y ta cã thÓ x©y dùng ®îc m« h×nh to¸n häc ®¬n gi¶n nhÊt. Khi thiÕt bÞ ®Èy cã kÕt cÊu bÊt kú lµm viÖc ®éc lËp sÏ t¹o ra dßng níc híng vÒ phÝa ngîc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng tÞnh tiÕn cña nã. Tuy nhiªn trong c¸c ®iÒu kiÖn lý tëng th× ®éng n¨ng cña khèi chÊt láng lµm t¨ng liªn tôc vËn tèc cña dßng chÊt láng trong vÕt thuû ®éng. Khi nghiªn cøu thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc trong chÊt láng kh«ng nhít cÇn ph¶i gi¶ thiÕt r»ng vÕt ®ã kÐo dµi tíi v« tËn. Theo c¸ch lËp s¬ ®å nµy ngêi ta thÊy r»ng lùc kÐo TE cña thiÕt bÞ ®Èy chÝnh b»ng sù biÕn ®æi ®éng lîng cña khèi chÊt láng trong vÕt sau mét ®¬n vÞ thêi gian, cßn lîng tæn thÊt c«ng suÊt DPD chÝnh b»ng lîng t¨ng ®éng n¨ng cña khèi chÊt láng trong vÕt sau mét ®¬n vÞ thêi gian. Nh vËy viÖc t¹o ra lùc ®Èy bëi thiÕt bÞ ®Èy lu«n lu«n liªn quan ®Õn sù h×nh thµnh vÕt thuû ®éng mµ ph¶i tiªu tèn c«ng suÊt ®Ó t¹o thµnh nã. Tæng c«ng suÊt truyÒn vµo thiÕt bÞ ®Èy PD b»ng tæng c«ng suÊt cã Ých do thiÕt bÞ ®Èy t¹o ra TE v A vµ tæn thÊt c«ng suÊt DPD nãi trªn. HiÖu suÊt lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy ®îc biÓu thÞ b»ng c«ng thøc sau: TE v A TE v A 1 hI = = = (15.1.1) TE v A + DPD 1 + DPD (TE v A ) PD NÕu thiÕt bÞ ®Èy kh«ng lµm viÖc ®éc lËp th× lùc kÐo nãi trªn gåm cã lùc ®Èy t¸c dông lªn thiÕt bÞ ®Èy T vµ c¸c lùc t¸c dông lªn tÊt c¶ c¸c vËt cßn l¹i n»m trong chÊt láng. Trong ch¬ng nµy ta chØ xÐt thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc ®éc lËp, khi mµ trong chÊt láng kh«ng cã c¸c vËt thÓ vµ c¸c lùc t¬ng øng, chØ cã lùc kÐo b»ng lùc ®Èy: TE = T (15.1.2) C¨n cø vµo c¸c gi¶ thuyÕt ®îc dïng trong lý thuyÕt dßng ch¶y ta ph©n ra hai m« h×nh to¸n häc, ®ã lµ chong chãng lý tëng vµ thiÕt bÞ ®Èy lý tëng. Chong chãng lý tëng lµ m« h×nh to¸n häc cña chong chãng ®Ó ý ®Õn c¸c tæn thÊt c«ng suÊt chØ liªn quan ®Õn sù xuÊt hiÖn c¸c thµnh phÇn híng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng. NÕu kh«ng ®Ó ý ®Õn thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña tèc ®é c¶m øng th× ta ®îc m« h×nh to¸n häc ®¬n gi¶n h¬n gäi lµ thiÕt bÞ ®Èy lý tëng. M« h×nh nµy tiÖn cho viÖc nghiªn cøu kh«ng nh÷ng cho thiÕt bÞ ®Èy lµ chong chãng mµ cßn cho c¸c thiÕt bÞ ®Èy kh¸c. NÕu trong m« h×nh to¸n häc ®ang xÐt ta cho c¸c tèc ®é c¶m øng lµ bÐ so víi tèc ®é tÞnh tiÕn cña thiÕt bÞ ®Èy vA th× m« h×nh ®ã gäi lµ m« h×nh cña thiÕt bÞ ®Èy t¶i träng thÊp. NÕu kh«ng cã mét gi¶ thuyÕt nµo vÒ ®é bÐ cña tèc ®é c¶m øng th× m« h×nh ®ã gäi lµ 107