ĐỘNG LỰC TÀU THUỶ - PHẦN 2 THIẾT BỊ ĐẨY TÀU THỦY - CHƯƠNG 22

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

Thêm vào BST

Báo xấu

103
lượt xem 19
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Chong chóng trong đạo lưu 22.1. Các đặc tính hình học của hệ chong chóng - đạo lưu. Nhằm nâng cao hiệu suất của chong chóng khi nó làm việc với tải trọng trung bình và lớn người ta sử dụng rộng rãi hệ chong chóng - đạo lưu cố định hoặc xoay. Đạo lưu là một cánh hình vòng bao lấy chong chóng và các cánh dẫn hướng dòng chảy (Xem H12.6). Mặt cắt dọc đạo lưu là một prôphin thuỷ động (Xem H22.1), mặt lồi của nó hướng vào phía trong đạo lưu. Các yếu tố hình học...

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 22

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