ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 17

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

207
lượt xem 54
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Sự tương tác thuỷ động giữa thiết bị đẩy và thân tàu 17.1. Khái niệm chung về sự tương tác thuỷ động giữa thiết bị đẩy và thân tàu Thân tàu tự chạy, còn thiết bị đẩy làm việc cạnh nó, về phương diện cơ thuỷ học là một hệ thống duy nhất mà giữa các phần tử của nó có sự tương tác thuỷ động lực dẫn đến sự phân bố lại các lực tác dụng lên chúng. Bản chất của sự tương tác này là sự ảnh hưởng lẫn nhau của các trường thuỷ động lực do thân tàu...

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 17

Ch¬ng 17 Sù t¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu 17.1. Kh¸i niÖm chung vÒ sù t¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu Th©n tµu tù ch¹y, cßn thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc c¹nh nã, vÒ ph¬ng diÖn c¬ thuû häc lµ mét hÖ thèng duy nhÊt mµ gi÷a c¸c phÇn tö cña nã cã sù t¬ng t¸c thuû ®éng lùc dÉn ®Õn sù ph©n bè l¹i c¸c lùc t¸c dông lªn chóng. B¶n chÊt cña sù t¬ng t¸c nµy lµ sù ¶nh hëng lÉn nhau cña c¸c trêng thuû ®éng lùc do th©n tµu vµ thiÕt bÞ ®Èy t¹o ra. ThiÕt bÞ ®Èy lµm thay ®æi trêng tèc ®é vµ ¸p suÊt trªn th©n tµu. Do ®ã lùc c¶n cña tµu khi thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc kh«ng b»ng lùc c¶n cña tµu khi bÞ kÐo ®i. Nh vËy, kh¸c víi c¸c lùc kh«ng ®æi theo thêi gian t¸c dông lªn thiÕt bÞ ®Èy khi lµm viÖc trong níc tù do, c¸c lùc t¸c dông lªn thiÕt bÞ ®Èy khi lµm viÖc sau th©n tµu do dßng ch¶y kh«ng ®Òu, song song víi thµnh phÇn cè ®Þnh cßn cã thµnh phÇn kh«ng dõng. Do thiÕt bÞ ®Èy lµm viÖc, nªn trªn th©n tµu ph¸t sinh ra ¸p suÊt kh«ng æn ®Þnh. V× vËy sù t¬ng t¸c nãi trªn kh«ng chØ x¸c ®Þnh hiÖu qu¶ sö dông c«ng suÊt cña hÖ ®éng lùc, mµ cßn c¶ c¸c tÝnh chÊt khai th¸c cña tµu cã liªn quan ®Õn viÖc ph¸t sinh ¸p suÊt kh«ng æn ®Þnh trªn thiÕt bÞ ®Èy vµ th©n tµu, còng nh c¸c chÊn ®éng sinh ra bëi ¸p suÊt ®ã. Khi thiÕt kÕ thiÕt bÞ ®Èy còng nh lùa chän h×nh d¸ng phÇn ®u«i tµu ®Òu ph¶i lu ý ®Õn sù t¬ng t¸c nµy. Trong khi sù t¬ng t¸c lµ mét hiÖn tîng thuû ®éng phøc t¹p, th× sù nghiªn cøu chÆt chÏ nã b»ng lý thuyÕt gÆp v« vµn khã kh¨n vµ cho tíi nay vÉn cha ®em l¹i kÕt qu¶. V× vËy ®Ó nghiªn cøu hiÖn tîng ®ã ngêi ta ¸p dông ph¬ng ph¸p gÇn ®óng ®Ó xÐt riªng biÖt ¶nh hëng cña th©n tµu v¬Ý sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy vµ sù lµm viÖc cña thiÕt bÞ ®Èy ®èi víi dßng bao th©n tµu. Khi nghiªn cøu dßng bao th©n tµu th× dßng ch¶y tíi nã ®îc thay b»ng t¸c dông cña thiÕt bÞ ®Èy. ViÖc lîi dông ph¬ng ph¸p gÇn ®óng ®ã cho phÐp ¸p dông mét c¸ch kh¸ ®¬n gi¶n c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh chong chãng lµm viÖc ®éc lËp trong níc tù do ®Ó thiÕt kÕ chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu. Tuy nhiªn ngay theo c¸ch ®Æt vÊn ®Ò ®¬n gi¶n ®ã dùa theo c¸ch gi¶i quyÕt b»ng lý thuyÕt chØ cã thÓ nhËn ®îc c¸c hÖ thøc vÒ mÆt chÊt lîng. Ph¬ng ph¸p chÝnh ®Ó thu ®îc c¸c kÕt qu¶ vÒ mÆt sè lîng ®Ó tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng lµ thÝ nghiÖm. 17.2. Dßng theo vµ c¸c thµnh phÇn cña nã Khi tµu chuyÓn ®éng trong chÊt láng sau ®u«i tµu sÏ xuÊt hiÖn dßng níc cïng chuyÓn ®éng híng vÒ phÝa chuyÓn ®éng cña tµu vµ v× thÕ gäi lµ dßng theo. Th«ng thêng dßng theo ®îc x¸c ®Þnh t¹i n¬i ®Æt thiÕt bÞ ®Èy (t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy). Dßng theo ®îc x¸c ®Þnh khi kh«ng cã thiÕt bÞ ®Èy gäi lµ dßng theo ®Þnh møc. Tæng vect¬ tèc ®é cña dßng theo t¹i mét ®iÓm bÊt k× trªn ®Üa cã thÓ ph©n ra thµnh ba thµnh phÇn: híng trôc, híng tiÕp tuyÕn vµ híng b¸n kÝnh. Khi tÝnh to¸n vµ thiÕt 121
kÕ thiÕt bÞ ®Èy ngêi ta chØ chó ý tíi thµnh phÇn híng trôc vµ tiÕp tuyÕn cña tèc ®é dßng theo, ®îc kÝ hiÖu lµ v yx vµ v yq. LËp tØ sè : yx = v yx/v , yq = v yq/ v (17.2.1) c¸c hÖ sè yx vµ yq - gäi lµ hÖ sè dßng theo. Do h×nh d¸ng phÇn ®u«i tµu lµ phøc t¹p, tÝnh chÊt kh¸c biÖt cña dßng theo lµ møc ®é kh«ng ®ång ®Òu t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy, v× thÕ c¸c hÖ sè dßng theo yx vµ yq thay ®æi tõ ®iÓm nµy sang ®iÓm kh¸c. H×nh 17.1 biÓu diÔn c¸c hÖ sè dßng theo yx. Tèc ®é dßng theo cã trÞ sè lín nhÊt ë gÇn mÆt ®èi xøng vµ gi¶m dÇn vÒ hai m¹n. §èi víi tµu mét chong chãng dßng theo ®Þnh møc ®èi xøng qua mÆt ph¼ng ®èi xøng (Xem H17.1.a). §èi víi tµu hai chong chãng dßng theo gÇn nh ®èi xøng qua mÆt ph¼ng ®èi xøng cña gi¸ ch÷ nh©n hoÆc c¸c æ ®ì trôc (Xem H17.1.b). a) 0,6 0,6 0,5 0,5 0,4 0,5 0,4 0,3 0,3 0,1 0,3 0,2 y = 0 ,2 0,2 0,7 x 0,05 0,5 y x = 0, 0 1 0,3 0,2 0,1 0,05 0,01 a) b) H×nh 17.1. Trêng thµnh phÇn híng trôc cña hÖ sè dßng theo a. tµu mét trôc chong chãng b. tµu hai trôc chong chãng Trong trêng hîp chung c¸c hÖ sè dßng theo ë mÆt ph¼ng ®Üa phô thuéc vµo hai to¹ ®é - gãc quay c¸nh q vµ b¸n kÝnh r mµ phÇn tö c¸nh t¹i vÞ trÝ ®ã: y = y(r, q). Trªn h×nh 6.2 tr×nh bµy sù thay ®æi cña c¸c thµnh phÇn yx vµ yq theo gãc quay cña c¸nh cho tµu mét chong chong víi h×nh d¸ng phÇn ®u«i b×nh thêng, c¸c sè liÖu ®Òu m« t¶ cho b¸n kÝnh r = 0,64R, trong ®ã R - b¸n kÝnh chong chãng. §èi víi tµu mét chong chãng hÖ sè dßng theo yx = yx(q) vµ yq = yq(q) ®èi xøng qua mÆt ph¼ng ®èi xøng. Tèc ®é côc bé cña dßng theo ®Þnh møc cã thÓ ®îc dïng ®Õn khi x¸c ®Þnh c¸c lùc tøc thêi sinh ra trªn c¸c phÇn tö c¸nh vµ c¸c ®Æc tÝnh cña chong chãng nãi chung. 122
0,1 yx (q) r/R 1,0 fx 1,0 1 yq(q) 0,5 0,8 0,1 q0 2 0 0,6 0 60 120 180 240 300 360 -0,1 0,4 yq 3 0,2 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1 0 v x/ v = 1 - f x(r) H×nh 17.2. Sù thay ®æi thµnh H×nh 17.3. Sù ph©n bè tèc ®é thµnh phÇn híng trôc vµ tiÕp tuyÕn phÇn híng trôc theo b¸n kÝnh cho c¸c kiÓu ®u«i tµu kh¸c nhau: 1. ch÷ U cña hÖ sè dßng theo phô thuéc gãc quay c¸nh. vµ qu¶ lª; 2. d¹ng ch÷ V; 3. tµu hai chong chãng Khi tÝnh to¸n kh¶ n¨ng di ®éng ngêi ta sö dông trÞ sè trung b×nh cña dßng theo. C¸c hÖ sè dßng theo trung b×nh t¹i mét b¸n kÝnh ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc : 2p 1 2p ò y (r ) = y (r ,q )dq (17.2.2) 0 Khi lÊy trung b×nh nh vËy, th× thµnh phÇn tiÕp tuyÕn cña hÖ sè dßng theo y q thêng b»ng kh«ng, v× thÕ khi tÝnh kh¶ n¨ng di ®éng ngêi ta chØ quan t©m tíi thµnh phÇn híng trôc cña dßng theo y x. Sù ph©n bè theo b¸n kÝnh cña thµnh phÇn nµy phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo h×nh d¸ng ®u«i tµu vµ kh¸c nhau ®èi víi tµu mét hoÆc hai trôc nh tr×nh bµy ë h×nh 6.3, trªn ®ã tr×nh bµy c¸c sè liÖu vÒ tû sè tèc ®é: v x(r)/ v = 1 - y x(r). Nh ®· thÊy tèc ®é ë gÇn cñ cña chong chãng cã trÞ sè nhá nhÊt, sù ph©n bè tèc ®é theo b¸n kÝnh cho tµu mét truc kh«ng ®ång ®Òu so víi tµu hai trôc. VÒ trÞ sè trung b×nh cña hÖ sè dßng theo ®Þnh møc t¹i ®Üa ®îc x¸c ®Þnh : R 1 2 òydA = R 2 - rH2 ròy (r )dr y= (17.2.3) A0 A0 H trong ®ã: A0 - diÖn tÝch ®Üa thiÕt bÞ ®Èy , rH - b¸n kÝnh cñ. Khi tÝnh to¸n ngêi ta thêng lÊy trÞ sè trung b×nh theo chu vi vßng trßn ë b¸n kÝnh r = ( 0,65 ÷ 0,7 )R lµm trÞ sè trung b×nh cña dßng theo, nã gÇn b»ng y. Trªn h×nh 17.3 thÓ hiÖn ba ®êng cong khi: y = 0,35. Dßng theo cã thÓ gåm hai phÇn. PhÇn thø nhÊt lµ trêng tèc ®é sau th©n tµu ngoµi giíi h¹n líp biªn gäi lµ dßng theo cã thÕ. Dßng theo nµy tån t¹i c¶ trong chÊt láng kh«ng nhít. Thµnh phÇn dßng theo cã thÕ ®îc sinh ra bëi hai nguyªn nh©n. Nguyªn nh©n thø nhÊt lµ khi tµu chuyÓn ®éng sÏ sinh ra mét khèi chÊt láng, mµ khèi chÊt láng nµy ®îc dån vµo kh«ng gian tù do ë sau ®u«i tµu vµ sau ®ã chuyÓn ®éng cïng chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu .PhÇn dßng theo nµy gäi lµ dßng theo h¾t ra. Nguyªn nh©n thø hai lµ xuÊt hiÖn sãng b¶n th©n do tµu ch¹y trªn mÆt tho¸ng, lµm thay ®æi trêng tèc ®é t¹i n¬i ®Æt thiÕt bÞ ®Èy. PhÇn dßng theo nµy gäi lµ phÇn dßng theo sãng. 123
Nh vËy, dßng theo cã thÕ v yq cã thÓ viÕt díi d¹ng v yP = v yd + Y v yw (17.2.4) trong ®ã: v yd - tèc ®é dßng h¾t ra, v yw - tèc ®é dßng theo sãng. PhÇn thø hai cña dßng theo ®îc sinh ra bëi ¶nh hëng cña ®é nhít chÊt láng. Líp biªn trªn bÒ mÆt th©n tµu ®· ph©n bè l¹i tèc ®é so víi trêng hîp tµu ch¹y trong chÊt láng kh«ng nhít. Do ¶nh hëng cña ®é nhít phÇn chÊt láng bÞ cuèn vÒ phÝa sau th©n tµu sÏ t¹o nªn dßng theo nhít v yV. Nh vËy, gÇn ®óng cã thÓ coi tæng hÖ sè dßng theo lµ tæng cña ba thµnh phÇn: y = yP + yv = yd + yw + yn (17.2.5) trong ®ã : yd - hÖ sè dßng theo h¾t ra yw - hÖ sè dßng theo sãng, yn - hÖ sè dßng theo cã nhít. Ta nhÊn m¹nh r»ng: ®èi víi c¸c tµu vËn t¶i biÓn vai trß quyÕt ®Þnh trÞ sè vµ ph©n bè tèc ®é dßng theo t¹i ®Üa thiÕt bÞ ®Èy lµ thµnh phÇn nhít. Trªn h×nh 6.4 thÓ hiÖn sù ph©n bè theo chu vi vßng trßn t¹i r/R = 0,60 cña 0,1 y ; yp thµnh phÇn cã thÕ vµ hÖ sè dßng theo tæng cho 0,8 tµu dÇu cã d = 0,75. TrÞ sè y lµ d¬ng khi dßng theo trung b×nh 0,6 híng cïng chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu. Dßng theo h¾t ra vµ dßng theo nhít lu«n 0,4 y d¬ng. Dßng theo sãng cã thÓ d¬ng hoÆc ©m. 0,2 Khi chong chãng lµm viÖc díi ®Ønh sãng th× yp dßng theo sãng sÏ lµ d¬ng, lµm viÖc díi ®¸y sãng sÏ lµ ©m. Trªn c¸c tµu vËn t¶i hiÖn nay, trõ q° 0 60 80 c¸c tµu ch¹y nhanh dßng theo sãng lµ bÐ vµ H×nh 17.4. So s¸nh hÖ sè dßng thêng kh«ng chó ý ®Õn khi tÝnh to¸n. C¸c tµu theo cã thÕ vµ tæng hÖ sè dßng ch¹y nhanh, vÒ nguyªn t¾c dßng theo sãng ©m theo ë b¸n kÝnh r = 0,6R nªn lµm tæng hÖ sè dßng theo gi¶m xuèng. 17.3. Dßng theo cã Ých vµ tèc ®é cña dßng theo Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu vµ lµm thay ®æi dßng theo ®Þnh møc cña nã. Dßng theo sau th©n tµu sinh ra khi chong chãng lµm viÖc ®îc gäi lµ dßng theo cã Ých. Tèc ®é dßng theo cã Ých lµ hiÖu sè gi÷a tèc ®é dßng ch¶y qua chong chãng khi nã lµm viÖc sau th©n tµu vµ khi kh«ng cã nã . Nh vËy, ta gi¶ thiÕt r»ng: diÖn tÝch mÆt c¾t thuû lùc cña chong chãng trong c¶ hai trêng hîp vÉn nh nhau vµ c¶ tæng tèc ®é c¶m øng còng gièng nhau. Tèc ®é c¶m øng do chong chãng lµm viÖc g©y nªn kh«ng ®îc xÕp vµo dßng theo cã Ých. ¶nh hëng cña chong chãng ®èi víi sù ph©n bè tèc ®é vµ trÞ sè cña dßng theo cã Ých vµ sù kh¸c nhau cña dßng theo cã Ých víi dßng theo ®Þnh møc phô thuéc kh¸ nhiÒu vµo tÝnh chÊt dßng bao cña phÇn ®u«i tµu vµ t¶i träng cña chong chãng. §èi víi nh÷ng tµu cã hÖ sè bÐo trung b×nh vµ t¶i träng chong chãng thÊp, c¸c trÞ sè trung b×nh t¹i ®Üa chong chãng cña dßng theo cã Ých vµ ®Þnh møc Ýt cã sù kh¸c nhau. Trªn c¸c tµu bÐo, ë ®ã dßng theo c¬ b¶n ®îc t¹o nªn bëi ¶nh hëng cña ®é nhít ®ång thêi cã thÓ xuÊt hiÖn hiÖn tîng t¸ch biªn, chong chãng cã hÖ sè t¶i träng lín CTA = 5 ÷ 10 cã ¶nh hëng ®¸ng kÓ tíi dßng theo nhÊt lµ ®èi víi thµnh phÇn nhít. ¶nh 124
hëng cña chong chãng tíi hiÖn tîng t¸ch biªn cßn lµm phøc t¹p h¬n nhiÒu h×nh ¶nh xuÊt hiÖn dßng theo cã Ých vµ kh¸c víi dßng theo ®Þnh møc. LÊy vÝ dô trªn h×nh 17.5 ta tr×nh bµy c¸c ®êng cong hÖ sè dßng theo híng trôc cña dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých t¹i ®Üa chong chãng cho tµu dÇu cì lín ®u«i d¹ng x× gµ vµ trªn h×nh 17.6 m« t¶ ¶nh hëng cña chong chãng ®ang lµm viÖc ®èi víi sù ph©n bè tèc ®é côc bé trung b×nh còng cho tµu dÇu ®é bÐo lín. §èi víi nh÷ng tµu nµy sù ph©n bè dßng theo cã Ých kh¸c h¼n víi sù ph©n bè dßng theo ®Þnh møc. ViÖc bá qua sù kh¸c nhau nµy cã thÓ ®em l¹i sù sai lÇm nghiªm träng khi tÝnh to¸n c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc vµ x©m thùc cña chong chãng sau th©n tµu. §èi víi nh÷ng tµu cã ®é bÐo nhá vµ trung b×nh th× hiÖu sè tèc ®é cña dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých lµ kh«ng lín. 0,6 0,7 0,8 1 ,0 0,7 0,6) a b)x = 0 ,7 y yXE = 0 ,5 0,8 0,4 0,3 0,2 0,6 0,5 H×nh 17.5. So s¸nh trêng hÖ sè thµnh phÇn híng trôc cña dßng theo cã Ých (a) vµ ®Þnh møc (b) cña tµu dÇu cì lín víi ®u«i d¹ng X× gµ 1,0 yX ;yXE yX ;yXE 1,0 1,0 yX yX 0,5 0,5 r/R =0,7 yXE yXE 0,5 1,0 0 90 180 0 r/R q, ®é 1,0 a) b) H×nh 6.6. ¶nh hëng cña chong chãng tíi sù ph©n bè thµnh phÇn híng trôc côc bé vµ trung b×nh theo chu vi (a) vµ b¸n kÝnh (b) cña dßng theo So s¸nh c¸c trÞ sè trung b×nh cña dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých cÇn chó ý r»ng: trong trêng hîp chung nhÊt t¸c dông hót cña chong chãng ®èi víi tèc ®é sÏ t¨ng thµnh phÇn cã thÕ vµ gi¶m thµnh phÇn nhít cña dßng theo . §èi víi nh÷ng tµu cã h×nh d¸ng thon nhän vµ nh÷ng tµu cã hÖ sè bÐo trung b×nh sù thay ®æi cña chóng hÇu nh ®îc bï trõ lÉn nhau. V× vËy th«ng thêng dßng theo cã Ých h¬i lín h¬n hoÆc b»ng dßng theo ®Þnh møc. 125
§èi víi nh÷ng tµu d¹ng bÐo thµnh phÇn nhít tréi 0 y h¬n. Trªn h×nh 17.7 tr×nh bµy tû sè thèng kª trung b×nh E 0,6 gi÷a dßng theo ®Þnh møc vµ cã Ých dùa theo sè liÖu thÝ 0,4 nghiÖm. Theo quan ®iÓm nãi trªn ta thÊy r»ng: khi chong 0,2 chãng lµm viÖc sau th©n tµu tèc ®é chuyÓn ®éng cña nã 0,6 y 0 0,2 0,4 0 so víi chÊt láng vA sÏ kh¸c víi tèc ®é cña tµu mét lîng b»ng tèc ®é dßng theo cã Ých. Tuy nhiªn viÖc x¸c ®Þnh H×nh 17.7. Tû sè gi÷a nã b»ng thÝ nghiÖm gÆp rÊt nhiÒu khã kh¨n v× ph¶i ®o dßng theo ®Þnh møc vµ trêng tèc ®é sau th©n tµu t¹i ®Üa chong chãng khi nã cã Ých ®ang lµm viÖc. Chó ý r»ng c¸c ®Æc tÝnh thuû ®éng lùc cña chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu thêng ®îc tÝnh theo c¸c ®å thÞ thùc nghiÖm, khi chän c¸c phÇn tö chong chãng tèc ®é v A b»ng: v A = v - v w = v [ 1 - ( v w / v )] = v (1 - wT) (17.3.1) trong ®ã: wT = v w / v - hÖ sè tèc ®é dßng theo tÝnh to¸n. Nh vËy, tèc ®é dßng theo tÝnh to¸n b»ng hiÖu tèc ®é tµu vµ tèc ®é chong chãng chuyÓn ®éng trong chÊt láng v A. vw = v - vA (17.3.2) HÖ sè dßng theo tÝnh to¸n wT ®îc x¸c ®Þnh b»ng ph¬ng ph¸p ph©n tÝch kÕt qu¶ thö m« h×nh tµu tù ch¹y. ViÖc ph©n tÝch ®ã lµ dùa vµo gi¶ thiÕt víi nh÷ng ®êng kÝnh, vßng quay vµ lùc ®Èy trong níc tù do gièng nhau vµ chong chãng sau th©n tµu còng cã cïng tèc ®é v A. Ph©n tÝch b»ng lý thuyÕt cho thÊy c«ng suÊt mµ chong chãng tiªu thô còng gièng nhau. Nh vËy, hÖ sè dßng theo tÝnh to¸n ph¶i hiÓu lµ hÖ sè dßng theo tÝnh theo ®iÒu kiÖn c«ng cña chong chãng sau th©n tµu t¬ng ®¬ng víi c«ng khi ë trong níc tù do, nghÜa lµ theo ®iÒu kiÖn c©n b»ng lùc ®Èy vµ c«ng suÊt tiªu thô. ThÝ nghiÖm cho thÊy r»ng c¸c trÞ sè trung b×nh cña hÖ sè dßng theo cã Ých vµ tÝnh to¸n gÇn b»ng nhau. 17.4. Lùc hót Chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu võa lµm t¨ng thªm tèc ®é dßng bao phÇn ®u«i võa lµm gi¶m ¸p suÊt trªn bÒ mÆt cña phÇn th©n tµu ®ã. Tríc hÕt, lîng gi¶m ¸p suÊt sÏ t¹o ra lùc bæ xung tû lÖ víi phÇn cã nÐt g¹ch cña biÓu ®å ¸p suÊt t¸c dông lªn th©n tµu theo híng ngîc chiÒu víi chiÒu chuyÓn ®éng cña tµu vµ dÜ nhiªn nã lµm t¨ng thªm lc c¶n cña tµu (Xem H17.8). Lùc c¶n bæ sung cña níc ®èi víi chuyÓn ®éng cña tµu sinh ra bëi chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu ®îc gäi lµ lùc hót DR. Do cã lùc c¶n bæ sung ®ã nªn chong chãng ph¶i t¹o ra lùc ®Èy cao h¬n lùc kÐo ®Ó kÐo tµu mét lîng b»ng lùc hót: T = TE + DR (17.4.1) trong ®ã: TE - lùc kÐo cña chong chãng, vÒ trÞ sè nã b»ng lùc c¶n cña tµu R(v) s¶n ra trªn mét chong chãng. §èi víi tµu mét chong chãng TE = R, tµu cã ZP chong chãng khi cïng c«ng suÊt tiªu thô th×: TE = R / ZP (17.4.2) §èi víi tµu kÐo c«ng thøc nµy cã d¹ng : ZP.TE = R + RZ (17.4.3) trong ®ã: R - lùc c¶n tµu kÐo, RZ - lùc c¨ng trªn mãc kÐo. 126
Tû sè gi÷a lùc hót vµ lùc ®Èy cña chong chãng gäi lµ hÖ sè hót: DR T - TE T K t= = =1- E =1- E (17.4.4) T T T KT trong ®ã: KE - hÖ sè lùc kÐo: KE = TE / (r n2 D4) (17.4.5) KT - hÖ sè løc ®Èy. Nhê cã hÖ sè hót ta cã thÓ x¸c ®Þnh mèi quan hÖ gi÷a lùc hót vµ lùc ®Èy theo c«ng thøc sau: TE = T (1 - t) ; T = TE / (1 - t) (17.4.6 ) hoÆc: KE = KT (1 - t) ; KT = KE / (1 - t) (17.4.7) y; TE =R/ZP DR v T n + wx p 0 y; p n 1 2( P - P0 ) P= rv 2 1 3 0 2 H×nh 17.8. S¬ ®å h×nh thµnh lùc hót 1. sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu kh«ng cã chong chãng 2. sù ph©n bè ¸p suÊt khi chong chãng lµm viÖc 3. sù ph©n bè ¸p suÊt däc th©n tµu khi chong chãng lµm viÖc Thùc tÕ lôc hót kh«ng chØ ®ãng vai trß ph©n bè l¹i ¸p suÊt däc th©n tµu mµ cßn ph©n bè l¹i trêng tèc ®é trong líp biªn, dÉn ®Õn lµm biÕn ®æi ¸p suÊt vµ øng suÊt tiÕp mang b¶n chÊt nhít. Do thµnh phÇn lùc c¶n nhít thay ®æi nªn lùc hót bëi nhít xuÊt hiÖn. Khi tµu chuyÓn ®éng sÏ h×nh thµnh sãng b¶n th©n céng víi sù lµm viÖc cña chong chãng ®· ¶nh hëng trùc tiÕp tíi trÞ sè ¸p suÊt ë phÇn ®u«i tµu nªn lùc hót bëi sãng xuÊt hiÖn. C¨n cø vµo c¸c lý do ®ã vµ t¬ng tù nh hÖ sè dßng theo, gÇn ®óng hÖ sè hót cã thÓ viÕt díi d¹ng tæng ba thµnh phÇn: t = tP + t w + t v (17.4.8) trong ®ã: tP, tw, tv - t¬ng øng lµ hÖ sè hót cã thÕ, hÖ sè hót bëi sãng vµ hÖ sè hót bëi nhít. Trong thùc tÕ tÝnh to¸n ngêi ta bá qua thµnh phÇn sãng cßn thµnh phÇn nhít rÊt nhá so víi cã thÕ nªn xÊp xØ ta lÊy: t » tP ; tw = tv = 0 (17.4.9) Ph¬ng ph¸p x¸c ®Þnh hÖ sè hót hiÖu qu¶ nhÊt lµ dùa vµo c¸c ph©n tÝch kÕt qu¶ thö m« h×nh tù ch¹y. 127
17.5. C¸c sè liÖu thùc nghiÖm vÒ c¸c hÖ sè t¬ng t¸c thuû ®éng gi÷a thiÕt bÞ ®Èy víi th©n tµu C¸c sè liÖu vÒ hÖ sè hót vµ hÖ sè dßng theo ®¸ng tin cËy nhÊt cã thÓ nhËn ®îc theo c¸c kÕt qu¶ thö m« h×nh trong bÓ thö. HiÖn nay ngêi ta ®· tËp hîp ®îc sè liÖu thèng kª kh¸ lín ®Ó x¸c ®Þnh c¸c hÖ sè t¬ng t¸c. ë ®©y ta tr×nh bµy c¸c c«ng thøc gÇn ®óng ®Ó x¸c®Þnh c¸c hÖ sè ®ã cho c¸c tµu vËn t¶i trong giai ®o¹n thiÕt kÕ ban ®Çu. §èi víi tµu vËn t¶i mét chong chãng cã d¹ng sên phÝa ®u«i ch÷ U vµ U võa cã hÖ sè bÐo thÓ tÝch d ³ 0,60 [ ]{ } wT = 0,25 + 2,2(d - 0,5) 0,94 + 1,8[0,8 - (D TKWL )] ü 2 2 (17.5.1) ý t = 0,20 + 0,1(d - 0,5) + 0,055(K DE - 1,8) þ §èi víi tµu container mét chong chãng d¹ng sên phÇn ®u«i h×nh ch÷ V cã d £ 0,65 ; D/TKWL £ 0,7 [ ]{ } wT = 0,2 + 0,8(d - 0,55) 0,97 + 7[0,7 - (D TKWL )] ü 2 2 (17.5.2) ý t = 0,18 + 0,35(d - 0,5) + 0,055(K DE - 2,0) þ §èi víi tµu container hai chong chãng víi d < 0,65; D/TKWL » 0,6 ÷ 0,65 wT = 0,09 + 0,14(d - 0,5) ü (17.5.3) ý t = 0,15 + 0,53(d - 0,5) + 0,055(K DE - 2,0 )þ §èi víi nh÷ng tµu cã gi¸ ch÷ nh©n hÖ sè dßng theo gi¶m 30%, hÖ sè hót gi¶m 20%. §èi víi tµu ®¸nh c¸ mét chong chãng ch¹y tù do sên ch÷ V vµ d ³ 0,55 { }{ } wT = 0,17 + [(d b 2 ) - 0,6] 0,94 + 6,0[0,7 - (D TKWL )] ü 2 2 ï (17.5.4) ý t = 0,19 + 1,6[(d b 2 ) - 0,6] + 0,1(K DE - 2,0 ) 2 ï þ trong c¸c c«ng thøc: d - hÖ sè bÐo thÓ tÝch; D - ®êng kÝnh chong chãng; TKWL - chiÒu ch×m theo ®êng níc thiÕt kÕ; b - hÖ sè bÐo sên gi÷a. §èi víi tµu vËn t¶i biÓn mét chong chãng, theo Taylor: wT = 0,5d - 0,05ü (17.5.5) ý t = kt wT þ trong ®ã: d - hÖ sè bÐo thÓ tÝch; kT - hÖ sè: kT = 0,5 ÷ 0,7 khi c¸c thiÕt bÞ bè trÝ sau chong chãng thµnh tæ hîp tho¸t níc, kT = 0,9 ÷ 1,05 cho d¹ng kh«ng tho¸t níc, kT = 0,7 ÷ 0,9 cho b¸nh l¸i d¹ng tho¸t níc. §èi víi tµu vËn t¶i biÓn hai chong chãng theo Taylor: wT = 0,55d - 0,20 t = 0,25wT + 0,14 : khi cã èng bao trôc t = 0,25wT + 0,06 : khi cã gi¸ ch÷ nh©n (17.5.6) t » wT : cho tµu ®u«i vßm §èi víi tµu vËn t¶i biÓn, theo Papmiel: 3 V wT = 0,165d x - DwT (17.5.7) D 128
trong ®ã : V – thÓ tÝch cña tµu, m3 D - ®êng kÝnh chong chãng, m x = 1 cho tµu mét chong chãng x = 2 cho tµu hai chong chãng DWT lîng hiÖu chØnh do sù t¹o sãng v > 0,2 th× DWT = 0,1 ( Fr – 0,2 ) khi Fr = gL cßn khi Fr £ 0,2 th× DWT = 0 §èi víi tµu vËn t¶i mét chong chãng theo Senher: cj B 1æE D ö L wT = 0,12 + 4,5 + ç - - q1 f1 ÷ (17.5.8) (7 - 6 c )(2,8 - 1,8j ) 2 è T E ø trong ®ã: L - chiÒu dµi tµu, m B - chiÒu réng tµu, m T - chiÒu ch×m tµu, m D - ®êng kÝnh chong chãng, m E - chiÒu cao trôc chong chãng trªn mÆt ph¼ng c¬ b¶n, m c - hÖ sè bÐo th¼ng ®øng cña tµu j - hÖ sèbÐo däc tµu f1 - gãc nghiªngc¸nh chong chãng , ®é q - hÖ sè: q = 0,3 cho d¹ng tµu ®u«i th«ng thêng q = 0,5 ÷ 0,6 cho d¹ng ®u«i h×nh th×a §èi víi tµu vËn t¶i biÓn hai chong chãng theo Senher: æ 3 f2 ö WT = 2d5( 1 - d ) + 0,2 cos2 ç 2 ÷ - 0,02 (17.5.9) è ø trong ®ã: f2 - gãc nghiªng cña èng bao trôc so víi mÆt ph¼ng c¬ b¶n. Còng tµu vËn t¶i biÓn hai chong chãng cã gi¸ ch÷ nh©n, theo Senher: WT = 2 d5 (1 - d) + 0,04 (17.5.10) §èi víi tµu néi ®Þa kh«ng cã vßm ®u«i, theo E.E Papmiel: 3 0,16 x V - DWT d WT = 0,11 + (17.5.11) x D t = 0,6WT( 1 + 0,67WT ) - cho tµu mét chong chãng t = 0,8WT( 1 + 0,25WT ) - cho tµu hai chong chãng C¸c trêng hîp tµu cã vßm ®u«i, lÊy t » wT. Mét sè trêng hîp trong thùc tÕ tÝnh to¸n ngêi ta sö dông c«ng thøc kh«ng nãi lªn mèi quan hÖ gi÷a c¸c hÖ sè t¬ng t¸c víi t¶i träng. §Ó tÝnh to¸n kh¶ n¨ng khi thay ®æi chÕ ®é khai th¸c cña tµu trong trêng hîp nµy cã thÓ sö dông c«ng thøc gÇn ®óng cña E.E Papmiel, hÖ sè hót phô thuéc vµo ®é trît: t t0 t= 0 = (17.5.12) 1 - [ J /( P1 / D )] s1 trong ®ã: t0 - hÖ sè hót ë chÕ ®é buéc; P1/ D - tØ sè bíc kh«ng lùc n©ng, gÇn ®óng: t0 » t{1 - [ J / (P1 / D)} (17.5.13 ) 129
17.6. HiÖu suÊt cña thiÕt bÞ ®Èy vµ c¸c thµnh phÇn cña nã HiÖu qu¶ biÕn ®æi c«ng suÊt truyÒn vµo chong chãng sang lùc kÐo ®îc biÓu thÞ b»ng hiÖu suÊt ®Èy : hD = TE v / PD (17.6.1) trong ®ã: PD - c«ng suÊt truyÒn vµo chong chãng ®îc x¸c ®Þnh theo c«ng thøc: PD = QB.W = QB.2.p.n (17.6.2) trong ®ã: QB - m«men c¶n quay cña chong chãng khi nã lµm viÖc sau th©n tµu, W - tèc ®é gãc quay cña chong chãng, n - vßng quay cña nã. Nh vËy: hD = TE v / (2 p n QB) (17.6.3) ThÕ T vµ v t¬ng øng víi (17.3.1) vµ (17.4.6) vµo c«ng thøc trªn ta cã: 1 - t TB v A hD = (17.6.4) 1 - wT 2p nQ B trong ®ã: TB - lùc ®Èy cña chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu. BiÓu thøc: TB v A / 2pnQB - lµ hiÖu suÊt lµm viÖc cã Ých cña chong chãng sau th©n tµu. TB v A K J hB = = TB (17.6.5) 2p nQ B K QB 2p trong ®ã: KTB vµ KQB - hÖ sè lùc ®Èy vµ m«men khi chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu. Khi ph©n tÝch ta thÊy hÖ sè lùc ®Èy cña chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu KTB vµ hÖ sè lùc ®Èy chong chãng lµm viÓc trong níc tù do sÏ b»ng nhau khi bíc tiÕn t¬ng ®èi b»ng nhau. Cßn hÖ sè m«men KQB còng trong ®iÒu kiÖn t¬ng tù ®Òu kh¸c nhau, chÝnh sù kh¸c nhau ®ã lµ do sù ¶nh hëng cña trêng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu t¹i ®Üa chong chãng. ¶nh hëng cña sù kh«ng ®ång ®Òu cã thÓ tÝnh gÇn ®óng theo c«ng thøc: KQB = iQ.KQ (17.6.6) trong ®ã: iQ - hÖ sè ¶nh hëng cña trêng tèc ®é kh«ng ®ång ®Òu tíi trÞ sè m«men. Lóc bÊy giê: K TB J K 1 J hB = = h0 =T (17.6.7) K QB 2p K Q 2p iQ trong ®ã: h0 - hiÖu suÊt lµm viÖc cña chong chãng trong níc tù do. HÖ sè iQ - ®îc x¸c ®Þnh khi ph©n tÝch c¸c sè liÖu thÝ nghiÖm. Cuèi cïng ta cã thÓ viÕt: 1 1- t 1 hD = h0 = hH h0 (17.6.8) iQ 1 - WT iQ 1- t §¹i lîng hH = gäi lµ hiÖu suÊt ¶nh hëng cña th©n tµu. 1 - WT C«ng thøc (17.6.8) cho phÐp sö dông c¸c kÕt qu¶ thö chong chãng trong níc tù do ®Ó thiÕt kÕ chong chãng lµm viÖc sau th©n tµu vµ x¸c ®Þnh hiÖu suÊt cña chóng chó ý tíi ¶nh hëng cña th©n tµu b»ng c¸c hÖ sè t¬ng t¸c thuû ®éng. §Ó tÝnh 1/ iQ cho tµu mét chong chãng ta dïng c«ng thøc gÇn ®óng sau: 1/ iQ = 1 + 0,125 (wT - 0,1) §èi víi tµu hai chong chãng cã thÓ lÊy 1/ iQ = 1,0. 130