Bước chân vịt là gì

Tư vấn thiết kế chân vịt tàu thủy - sơ lược về chân vịt tàu thủy

Chân vịt là thiết bị quan trọng của chiếc tàu hiện đại. Nó là thứ đẩy tàu đi tới bằng nguyên lý Bernoulli và định luật 3 Newton: sự chênh lệch áp suất giữa mặt trước và mặt sau của cánh chân vịt khi nó quay tạo ra lực đẩy.

Các thông số quan trọng của chân vịt gồm đường kính chân vịt, độ nghiêng của cánh, tỷ số mặt đĩa [tổng diện tích mặt đạp/diện tích hình tròn có đường kính bằng đường kính chân vịt]; tốc độ dòng chảy tại vị trí đặt chân vịt, số cánh, số vòng quay, profin cánh chân vịt…

II. Phân loại chân vịt tàu

Chân vịt thường được làm từ vật liệu chống ăn mòn nên có thể hoạt động trực tiếp trong nước, vốn là dung dịch ăn mòndịch, trong khoảng thời gian rất dài, có thể lên tới 10 năm. Vật liệu làm chân vịt là hợp kim nhôm, hợp kim đồng và thép không dù, với thành phần phổ biến là niken, đồng và nhôm, giúp giảm trọng lượng đến 10-15% trong khi độ bền cao hơn. Chân vịt được tạo ra bằng phương pháp hàn, hoặc dập khuôn. Cánh quạt được rèn có độ bền cao và tốt hơn so với hàn. Chân vịt tàu biển xoay trong nước theo hiệu ứng chong chóng.

Chân vịt được phân loại dựa theo một số tính chất sau đây.

A] Phân loại chân vịt theo góc xoay của lá cánh quạt

Góc xoay của lá cánh quạt có thể xem như dung tích nước nó chuyển qua trong mỗi vòng quay 360 độ. Phân loại bước chân vịt chia chúng thành các loại:

Chân vịt định bước [góc cố định]

Góc nghiêng của lá cánh không thay đổi trong quá trình vận hành. Loại chân vịt góc cố định mạnh mẽ, đáng tin cậy, ổn , chi phí lắp ráp vận hành ít tốn kém, mỗi tội không cơ động bằng loại chân vịt sau.

Chân vịt biến bước [góc thay đổi]

Loại chân vịt này thay đổi góc [so với phương vận chuyển tịnh tiến] bằng cách nghiêng trục lên xuống [khiến góc lá cánh so với chiều chuyển động thay đtha. Hệ thống thủy lực sẽ giúp cánh quạt nghiêng hạ. Khả năng cơ động cũng vì vậy mà uyển chuyển hơn, hiệu quả động cơ tăng cao hơn. Mỗi tội hạn chế là gây ô nhiễm dầu ống thủy lực xuống biển do rò rỉ ra ngoài. Ngoài ra hệ thống trục cũng rất đắt đỏ khi chế tạo, triển khai và nhất là bảo trì.

B] Phân loại chân vịt theo số cánh quạt

Chân vịt có thể có từ ba, bốn, thậm chí là năm cánh. Tuy nhiên, hầu hết ngày nay mọi người sử dụng loại ba đến bốn cánh.

III. Tàu Hai Chân Vịt FAQ

ai chân vịt thì chạy thế nào? Loại 2 chân vịt chuyên dùng trong các vùng nước chật hẹp, đòi hỏi sự linh hoạt, tự thân vận hành như tàu lai dắt [tugboats], tàu nạo vét ădredger] hay tàu phà, đò [RoRo]…

Xu hướng ngã mũi của tàu 2 chân vịt kiểu “chụm dưới” và “chụm trên”?

 Xu hướng “ngã mũi” tức là tính năng chạy tới -> stop máy -> chạy lùi -> mũi tàu sẽ ngả về đâu? phải hay trái? Cái này tàu một chân vịt là bạn biết ngay do chiều quay của chân vịt, nên họ thường gọi là chân vị "chiều phải", "chiều trái".
Với tàu hai chân vịt thì hai cái thường quay ngược chiều nhau, bên nào quay về bên ấy [tức quay ra]. Khi tàu chạy, ta thấy hai chân vịt chụm lại phía dưới, còn nếu quay ngược lại thì gọi là chụm trên. Cơ cấu hai chân vịt quay ngược chiều nhau nên dù tịnh tới hay tịnh lui thì cũng triệt tiêu lực ngang, chính vì vậy không có hiện tượng ngã mũi như loại một chân vịt.

Tâm quay của tàu 2 chân vịt?

Tâm quay trở không phụ thuộc vào chân vịt mà vào trạng thái điều khiển động.

Tàu 2 chân vịt có ổn định hơn tàu một chân vịt không?

Do không bị ngã mũi nên rõ ràng ổn định hơn rất nhiều.

2.2. NGHIÊN CỨU XÁC ĐỊNH ĐƯỜNG ĐẶC TÍNH CHÂN VỊT TRONG ĐIỀU KIỆN KHAI THÁC THỰC TẾ.2.2.1. Đặc điểm cấu tạo và các thông số kỹ thuật của chân vịt. 2.2.1.1 Đặc điểm cấu tạo chân vịt: Qua khảo sát thực tế thì hầu hết tàu cá Việt Nam đang sử dụng kiểu chân vịtseri B-Wagenigen. Hiện tại hai tỉnh Khánh Hoà và Phú Yên tàu đánh cá vỏ gỗ lắp chân vịt có các đặc điểm sau:Đường kính chân vịt D: 1m – 1,6m.Số cánh Z :3 cánh Góc nghiêng của cánh:15 .Chiều dày lớn nhất của Profin cánh e: 0.05 – 0.08Đường kính may ơ dp: 0.180 – 0.288Tỷ số mặt đĩa  0.50 và 0.65Tỷ số bước xoắn: HD = 0.6

2.2.1.2. Các thông số kỹ thuật của chân vịt

Những thông số hình học ảnh hưởng đến đặc tính chân vịt: - Tỷ số bước xoắn HD.- Tỷ số mặt đĩa . - Số lượng cánh chân vịt Z.- Dạng cánh, dạng profin, chiều dày cánh không ảnh hưởng đáng kể và được coi là thứ yếu.Tỷ số HD thường từ 0.5 – 2. Tỷ số này càng cao thì hiệu suất chân vịt càng giảm.Tỷ số  thông thường từ 0.3 – 1.2. Tỷ số này càng lớn thì hiệu suất chân vịt càng giảm cho nên không suất hiện sủi bọt thì nên lấy  nhỏ, nhưng khơng dưới0.35. Khi có hiện tượng sủi bọt thì lấy tăng lên. Số cánh chân vịt Z không ảnh hưởng đáng kể đến đặc tính chân vịt. Nóichung chân vịt khơng bị hạn chế bởi vỏ tàu thì số lượng chân vịt càng nhiều thì hiệu suất chân vịt càng giảm. Nhưng nếu bị khống chế đường kính chân vịt thì hiệntượng có khi ngược lại, nghĩa là phải tăng số cánh để tăng hiệu suất chân vịt. Số cánh chân vịt Z = 2 ÷ 5. Thơng thường Z = 3 ÷ 4.Chế độ làm việc của chân vịt bước xoắn cố định trong liên hợp sẽ được đặc trưng bởi hai thông số kỹ thuật chủ yếu là lực đẩy P và mômen cản M. Tuy nhiên,do các nghiên cứu về chân vịt đều được thực hiện bằng phương pháp thử nghiệm mô hình trong bể thử nên trong thực tế thường được xác định gián tiếp thông qua hệsố lực đẩy KTvà hệ số mômen KQKT, KQxác định theo công thức 2-11,2-12.D nKPT 42 2-11D nN p Dn KMQ 53 522 ,716  2-12nDV Jp2-132 JK KQ Tp2-14 Trong đó:P - lực đẩy chân vịt KGM - momen quay chân vịt. KG.mn - tốc độ quay của chân vịt s-1Vp- tốc độ tịnh tiến của chân vịt ms D - đường kính chân vịtm  - khối lượng riêng của nướcKG.s2m4Khi thử nghiệm các mơ hình chân vịt trong bể thử thường tiến hành xác định các hệ số KT, KQbằng cách chân vịt mơ hình hoạt động ở các chế độ làm việc ứng với sự phối hợp các giá trị số vòng quay chân vịt n và vận tốc tàu V khác nhau, đặctrưng bởi hệ số bước thực J xác định theo công thức 2-13. Tại mỗi chế độ làm việc của chân vịt tương ứng với các giá trị hệ số J =const, sử dụng thiết bị đo để xác định lực đẩy P và mômen cản M của chân vịt mơ hình và sau đó thể hiện mối quan hệ giữa các hệ số KT, KQtheo các giá trị J khácnhau dưới dạng các đồ thị gọi là đường đặc tính hoạt động của chân vịt như ở hình 2-6.Trong thực tế, đường đặc tính của hầu hết các mơ hình chân vịt hiện nay đều đã được tiến hành thực nghiệm để xác định trong điều kiện sử dụng tiêu chuẩntương ứng với trường hợp các chân vịt hồn tồn sạch và khơng bị biến dạng.Đường đặc tính hoạt động của mơ hình chân vịt xác định trong điều kiện sử dụng tiêu chuẩn đã được nhà khoa học người Nga Papmen tổng hợp lại trên đồ thị

[controllable pitch propeller] SVTH : Nguyễn Văn Ngọc MSSV : 48132210 LỚP : 48ĐT-1Lời nói đầu• Đóng tàu hiện nay là ngành công nghiệp hàng đầu của quốc gia , đem lại lợi nhuận và rất nhiều việc làm cho người lao động ViỆT NAM . • Vấn đề thiết kế chân vịt trong thiết kế tàu là hết sức phức tạp cũng như việc lựa chọn kiểu chân vịt nào cho phù hợp với điều kiện làm việc , yêu cầu đặt ra của nhà thiết kế . • Với tư cách là một chủ nhân tương lai của đất nước chúng ta cần góp sức vào viêc phát triển của ngành tàu ViỆT NAM . • Qua bài thuyết trình powerpoit giới thiệu cho các bạn nắm được cách lắp ghép chân vịt và hiểu sơ qua về cấu tạo của chân vịt • Tôi xin chân thành cảm ơn thầy và các bạn đã giúp đỡ trong quá trinh hoàn thiện bài. sinh viên :Nguyễn Văn NgọcĐịnh nghĩa:•Chân vịt có bước thay đổi được gọi là chân vịt biến bước,về mặt kết cấu chân vịt biến bước khác chân vịt cố định ở chỗ:cánh chân vịt biến bước có thể quay quanh trục vuông góc với trục chân vịt.•Chân vịt biến bước đầu tiên được người Đức chế tạo gọi là Verstellpropeller tại xưởng Escher Wyss, Deutschland, năm 1844, có dạng hết sức giản đơn.Từ những mô hình đơn giản đó ngày nay kết cấu chân vịt, mà chủ yếu là kết cấu bộ phận truyền động ngày càng hoàn thiện.

Đặc điểm:

•Chân vịt bước thay đổi, trong củ chứa toàn bộ cơ cấu điều khiển bước do vậy kích thước thường lớn. Nếu ở chân vịt cố định đường kính củ chỉ từ 0.15D-0.22D, thì trên chân vịt bước thay đổi tỉ lệ d-h/D thường là 0.24D-0.32D. Trong một số trường hợp tỷ lệ này đạt giới hạn đáng chú ý là 0.4D-0.5D.•Để tăng tính quay trở cánh, chủ yếu là quay ngược trở lại,thông thường chiều rộng cánh chân vịt kiểu này phải đủ lớn. •Tỷ lệ thông dụngcủa chân vịt 3,4 và 5 cánh có thể đọc từ quan hệ sau:Chân vịt 3 cánh: bmax/D = [1.01x + 0.05[P/D-1]+0.055]Chân vịt 4 cánh: bmax/D = [0.771x + 0.025[P/D-1]+0.023] Chân vịt 5 cánh: bmax/D = [0.632x + 0.0125[P/D-1]+0.01]Một số chân vịt BB :

Ưu điểm:

•Nhờ khả năng thay đổi bước trong suốt quá trình khai thác,chân vịt bước thay đổi đạt tất cả các yêu cầu đề ra cho chế độ kéo và chế độ chạy tự do, đường làm việc của nó bao trùm phần tốt nhất của hai đường đặc tính riêng lẻ của chân vịt cánh cố định, đường BB trên. Phạm vi ứng dụng: •Những lợi thế về tính năng của chân vịt bước thay đổi làm cho loại máy đẩy này chiếm ngày càng nhiều trong ứng dụng thực tế. Nếu những năm đầu của những năm sáu mươi thế kỉ XX chân vịt biến bước chỉ chiém chừng 5% tổng số đầu máy của đội thuyền thương mại, cuối những năm sáu mươi con số này lên đến 20%. Trong thập niên 80 tỉ lệ tham gia chân vịt biến bước đã là 40%. Một vài tài liệu tham khảo chứng minh cho sự việc vừa nêu là số tàu lắp máy chính trên 2000 HP, trang bị chân vịt bước thay đổi tăng lên theo từng năm.• Ngày nay chân vịt biến bước được sản xuất hàng loạt, được dùng rộng rãi trên nhiều kiểu tàu, làm các nhiệm vụ khác nhau. Chọn chân vịt biến bước: •Trước tình hình thực tế, cánh chân vịt xoay trong quá trình làm việc nhằm thay đổi bước xoắn của nó, đường bao cánh thay đổi dạng và các mặt cắt cũng uốn theo sự thay đổi đó.[h8.8]. hình trên trình bày bước của chân vịt không đổi khi không xoay cánh trong quá trình làm việc,hình dưới trình bày bước chân vịt khi cánh bị xoay quanh trục canh một góc.• 21tg1= 22tg2 =23tg3 .• Sau khi xoay góc :• 21tg[1 + ] 22tg[2 + ] 23tg[3 + ].• Hình 8.9 : Giới thiệu thay đổi đường bao cánh chân vịtbước thay đổi trong quá trình xoay cánh.Mặt cắt tiêu biểu bằng mặt trụ bán kính r của cánh biến dạng trong quá trình xoay cánh được trình bày tại phía phải cùng hình.• Vì rằng đặc tính hình học của chân vịt và theo đó dặc tính thủy động lực thay đổi khi cánh xoay quanh trục vuông góc với trục chân vịt nhằm thay đổi bước, do vậy phải phân biệt 2 trường hợp riêng khi thiết kế. Trường hợp đầu áp dụng cho chân vịt không xoay, bước xoắn của chân vịt này đúng bằng bước xoắn chuẩn gọi là bước xoắn kết cấu. Trong trường hợp này điều lưu ý quan trọng nhất là ảnh hưởng của đường kính củ chân vịt đến các đặc tính thủy động lực chân vịt. Đường kính củ khá lớn của chân vịt biến bước làm cho phân bố dòng xoáy trên các cánh không đúng như điều chúng ta đã biết từ lý thuyết dòng xoáy, theo đó đường kính củ chân vịt được giả thuyết bằng 0. Phân bố lực thủy động dọc cánh cũng khác so với chân vịt cố định,lực cản bổ sung ở chân vịt biến bước cũng thay đổi đáng kể, các hệ số hiệu chỉnh Goldstein cũng không thật phù hợp cho trường hợp dh quá lớn.Một số loại củ chân vịt BB:

Những mô hình chân vịt biến bước có độ

tin cậy có thể tìm thấy ở các nguồn sau:•Seri chân vịt biến bước của Gutsche và Schroeder.• Dãy chân vịt này được giới thiệu trong tài liệu bàn về chân vịt CF và chân vịt BB của 2 tác giả có tên trên đây:’’Frefahruntersuche an propeller mit festen und verstellbaren Flugeln ‘voraus’ und ‘zuruck”, Schiffbauforschung,1963. Chân vịt gồm 3 cánh,thuộc nhóm Gawn,có thay đổi.Chiều dày cánh được cắt giảm đến 0.05,chiều rộng cánh được chuyển hóa sang giới hạn để các cánh có thể xoay mà không bị chạm nhau.Đường kính trục tăng 0.25D để có thể chứa thiết bị truyền động.• Mô hình chân vịt có đường kính chuẩn D = 200mm,3 cánh được thiết kế theo tỉ lệ bước P/D = 0.7.Tỷ lệ mặt đĩa thay đổi theo giá trị chuẩn 0.48-0.62 và 0.77.Hai mô hình trong dãy có tỉ lệ mặt đĩa 0.62 còn P/D = 0.5 và 0.9.Ba mô hình đầu với P/D = 0.7 được thí nghiệm cho trường hợp tiến và lùi cho các giá trị thay đổi tỉ lệ bước xoắn 1.5;1.25;1.0;0.75;0.5;0;-0.5;-0.75;và -1.0.Seri chân vịt JD-CPP.• Chân vịt seri này gồm 15 mô hình chân vịt 3 cánh.Đường kính chuẩn của mô hình D= 267.9mm.15 chân vịt được phân làm 3 nhóm với tỷ lệ mặt đĩa 0.35,0.5,0.65,mỗi nhóm 5 chiếc.Đường kính củ bằng 0.28D.Tỷ lệ bước thiết kế của mỗi nhóm là 0.4;0.5;0.8;1;1.2.Chiều dày cánh giống như seri trên,bằng 0.05.• Seri trên được thử tại Thượng Hải,công bố trong tài liệu ’’ the 3-bladed JD-CPP series,4th Lips Propeller Symposium,1979.• Trường hợp xoay cánh quanh trục,các profil tại các mặt cắt chuyển sang dạng chữ S làm cho đặc tính thủy động lực thay đổi đáng kể.Trong trường hợp này phải tiến hành động tác rời rạc hóa profil dựa vào thuyết “strip theory ’’, bằng cách phân profil hình chữ S thành nhiều phân đoạn thẳng và tiến hành tính các đặc tính thủy động lực cho mỗi đoạn.Lực thủy động tính cho mỗi mặt cắt bằng tổng các lực thành phần tính theo cách vừa trình bày. Tính toán kiểm tra chân vịt bước thay đổi: • Kiểm tra đặc tính chân vịt cho chế độ chạy tự do tiến hành theo đúng các thủ tục dùng cho chân vịt bước cố định.Còn tính kiểm tra cho chế độ kéo,tại tốc độ kéo cho trước cần xác định lực kéo lớn nhất,mang những đặc trưng riêng,vì ứng với miỗ điểm của đường cong là một giá trị của tỷ lệ bước P/D,đảm bảo sử dụng đầy đủ công suất định mức của máy chính,tại vận tốc cố định đó.• Đường làm việc của chân vịt biến bước dạng thông dụng được biểu diễn trong hệ thống công suất-vận tốc tàu,giống như các dạng đồ thị vẫn dùng cho chân vịt bước cố định. Lực đẩy chân vịt khi máy làm việc theo chế độ định mức: Các thông số đã biết:KQ =w,t,n,D,đã biết trước. DnVp*Công thức/kí hiệu Vs,gán[HL/h] Vp = 0.5144*Vs*[1-w],[m/s] J= P/D = f1[KQ,J], từ đồ thị = f2 [KQ,J], từ đồ thị Kt = T= Kt Te = T*[1-t],[kG] pηJKQpπη2*42** Dnρ53***2*75DnPDρπ•Ví dụ sau trình bày các phép tính thực hiện theo thủ tục trên,áp dụng vào tàu đánh cá cỡ trung, w = 0.21;t = 0.158 Công thức/kí hiệu Kết quả tính Vs,gán[HL/h] 2.65 5.3 7.95 10.6Vp = 0.5144*Vs*[1-w],[m/s] 0.967 1.935 2.903 3.87J 0.1 0.2 0.3 0.4 P/D = f1[KQ,J], từ đồ thị 0.51 0.54 0.58 0.62 KT 0.177 0.16 0.145 0.13 T 9690 8760 7940 7120Te- = T*[1-t],[kG] 8160 7380 6680 5990Trong hệ tọa độ P~n thứ tự tính như sau,với ví dụ bằng số: Kí hiệu và công thức Kết quả tính Vs,gán[HL/h] 5 7V=0.5144xVs ,[m/s] 2.57 3.6R=f[Vs] , [kG] 725 1479T= ,[kG] 861 1756Vp=V[1-w] ,[m/s] 2.03 2.844N cho trước [v/ph] 150 200 250 300 100 150 200 250 300N=N/60, [v/s] 2.5 3.33 4.167 5 1.666 2.5 3.333 4.167 5J=Vp/[nxD] 0.378 0.283 0.227 0.189 0.749 0.529 0.396 0.317 0.2650.063 0.075 0.023 0.016 0.288 0.128 0.072 0.046 0.0320.43 0.225 0.17 0.1 0.62 0.585 0.45 0.335 0.215 =f[Kt,J] từ đồ thị 0.458 0.272 0.181 0.107 0.661 0.624 0.48 0.357 0.229P/D=f[Kt,J] từ đồ thị 0.475 0.33 0.265 0.245 1.27 0.735 0.5 0.38 0.305 P= 55.75 93.81 140 236.6 110 115.5 151 202.6 315.442** DnTKTρ=pηVPeVTηη**tR−1vpηηη*=Đường sức kéo lớn nhất và tỷ lệ P/D Từ đường đặc tính máy diesel, có thể nhận thấy: suất tiêu hao nhiên liệu cho máy là hàm số của tần suất quay và công suất, theo hình vẽ: Mặt khác từ đường đặc tính chân vịt biến bước có thể thấy tỉ lệ bước chân vịt trong quan hệ với vận tốc tàu luôn là hàm tần suất quay, hình vẽ: Trong tài liệu đi kèm với chân vịt BB ở tàu thông thường còn có đồ thị nêu quan hệ giữa công suất và tần suất quay giúp chủ tàu tìm chế độ làm việc ít nhiên liệu nhất. Xác lập đường làm việc của chân vịt nhằm chọn chế độ khai thác có hiệu quả kinh tế nhất. Trên đồ thị dạng này sẽ trình bày quan hệ giữa tỷ lệ bước P/D với vận tốc tàu trong điều kiện n=const. Các bước thực hiện theo bảng sau:Ký hiệu và công thức tính H1/D H2/D H3/DJ=V1[1-w]/nD V1 V2 V3 V1 V2 V3 V1 V2 V3Kt=f[H/D,J]TTe=T[1-t]V=f[Te=R]J=V[1-w]/nDKq=f[H/D,J]Pe=Chân vịt BB điều khiển bằng thủy lực: