Chân vịt trong ống
Chân vịt trong ống: một trong những biện pháp nâng cao sức đẩy của chân vịt là sử dụng hệ thống ống đạo lưu với chân vịt. Trong hệ thống này chân vịt tàu thuỷ được đặt trọn bộ trong ống trụ, quay trong ống và cùng với ống tạo lực đẩy thường lớn hơn chân vịt đứng riêng lẻ.
CHAÂN VÒT TRONG OÁNG
Heä thoáng oáng chaân vòt.
Moät trong nhöõng bieän phaùp naâng cao söùc ñaåy cuûa chaân vòt laø söû duïng heä thoáng
oáng ñaïo löu vôùi chaân vòt. Trong heä thoáng naøy chaân vòt taøu thuûy ñöôïc ñaët troïn boä
trong oáng truï, quay trong oáng vaø cuøng vôùi oáng taïo löïc ñaåy thöôøng lôùn hôn chaân vòt
ñöùng rieâng leû. Maët caét ngang cuûa oáng ñaïo löu keát caáu hình vaønh khuyeân. Chieàu daày
vaønh khuyeân coù theå coù giaù trò khoâng ñoåi hoaëc coù keát caáu khoâng ñoái xöùng qua truïc doïc.
Maët caét doïc oáng cho pheùp chuùng ta quan saùt thaønh oáng döôùi daïng frofil caùnh maùy
bay.
Boä phaän quan troïng cuûa heä thoáng laø chaân vòt trong oáng. Ñaây coù theå laø chaân vòt
böôùc coá ñònh, chaân vòt böôùc thay ñoåi. Trong nhöõng tröôøng hôïp ñaëc bieät, ví duï treân taøu
phoùng mìn vaø caùc taøu laøm nhieäm vuï ñaëc bieät trong quaân ñoäi, chaân vòt trong oáng phaûi
laø loaïi caùnh quay ngöôïc chieàu nhau. Töø kyõ thuaät baèng tieáng Anh duøng chæ chaân vòt
trong heä thoáng naøy thöôøng ñöôïc vieát laø ducted propeller, propeller in nozzle. Nhöõng
naêm ñaàu môùi ñöa vaøo öùng duïng chaân vòt trong oáng thöôøng ñöôïc goïi laø “chaân vòt trong
oáng Kort” ñeå ghi coâng lao cuûa coâng ty Kort trong laõnh vöïc naøy. Ban ñaàu chaân vòt
trong oáng chæ duøng cho nhöõng tröôøng hôïp laøm vieäc cuûa chaân vòt naëng, trong cheá ñoä
cao hôn söùc keùo chaân vòt khoâng oáng ñeán 30% taïi cheá ñoä keùo hoaëc ñeán 50% cao hôn
khi uûi baõi.
Coù hai daïng chính cuûa oáng laø oáng taêng toác vaø oáng giaûm toác. Nguyeân côù ñaët teân
goïi naèm ôû vaän toác doøng nöôùc taïi ñaàu vaøo vaø ñaàu ra cuûa oáng. Keát caáu oáng laøm cho vaän
toác doøng khi vaøo nhoû coøn khi ra lôùn ñöôïc goïi oáng taêng toác, ngöôïc laïi seõ laø oáng giaûm
toác.
Hình 7.14: Caùc daïng oáng ñaëc tröng.
a) OÁng taêng toác; b) OÁng thuaän caû hai chieàu tröôùc vaø sau.
c) OÁng taêng toác vôùi “raõnh thoaùt Hannan”; d) OÁng giaûm toác.
Profil maët caét doïc oáng taêng toác coù maët loài quay vaøo trong, meùp daày naèm veà
höôùng tieán cuûa thaân taøu. Mieäng huùt naèm tröôùc, thöôøng coù dieän tích lôùn hôn dieän tích
mieäng xaû naèm sau. Dieän tích tính toaùn thöôøng goïi laø dieän tích maët caét ngang cuûa oáng
naèm khu vöïc giöõa taøu, taïi vò trí ñaët chaân vòt. Caùc ñaëc tröng hình hoïc chính cuûa oáng
ñöôïc chæ roõ treân (H.7.15).
L - chieàu daøi oáng. Trong thöïc teá thöôøng söû duïng tyû leä giöõa chieàu daøi vaø ñöôøng
kính oáng laøm chieàu daøi töông ñoái ln = L / Dn , trong ñoù: chæ soá n - duøng chæ oáng ñaïo löu.
C - ñoä hôû giöõa ñaàu caùnh chaân vòt vaø meùp trong oáng. Tyû leä giöõa C vaø D goïi laø ñoä
hôû töông ñoái, cn = C / Dn .
t - chieàu daày lôùn nhaát cuûa thaønh oáng. Tyû leä giöõa t vaø chieàu roäng profil, kyù hieäu
t n = t / b goïi laø chieàu daày töông ñoái.
Cx = Ax/A - tyû leä giöõa dieän tích mieäng huùt vôùi dieän tích maët caét ngang oáng.
Cy = Ay/A - tyû leä giöõa dieän tích mieäng xaû vôùi dieän tích maët caét ngang oáng.
Caùc heä soá treân ñöôøng naèm trong phaïm vi:
L C
ln = = 0, 5 ÷ 0, 9 ; cn = = 0, 005 ÷ 0, 01 ; tn = 0,11 ÷ 0,14.
Dn Dn
Cx = 1,15 ÷ 1,50; Cy = 1,0 ÷ 1,15.
Maët caét ngang caùc oáng thoâng duïng ñoái xöùng qua truïc. Tuy nhieân ñeå taêng nhöõng
tính naêng caàn thieát cho moãi loaïi taøu, oáng ñöôïc saûn xuaát döôùi daïng khoâng ñoái xöùng
qua truïc. Coù oáng daày thaønh treân, moûng döôùi, coù oáng khoâng ñoái xöùng phaân boá tröôùc
sau.
Trong caùc cheá ñoä laøm vieäc naëng
hieäu suaát ñoäng löïc cuûa heä thoáng oáng-
chaân vòt cao hôn hieäu suaát chaân vòt
khoâng naèm trong oáng bao. Ñieàu naøy coù
theå giaûi thích nhö sau: trong thaønh phaàn
löïc ñaåy cuûa heä thoáng, ngoaøi löïc ñaåy Tcv
do chaân vòt taïo ra coøn coù thaønh phaàn boå
sung löïc ñaåy Tn, taùc ñoäng cuøng höôùng
vôùi Tev, do oáng ñaïo löu döôùi daïng caùnh
sinh ra khi bò taùc ñoäng doøng chaûy. Treân
(H.7.15) coù theå thaáy profil caùnh cuûa
thaønh oáng ñaët sau ñuoâi taøu, nghieâng so
vôùi ñöôøng doøng vaø bò di chuyeån vôùi vaän Hình 7.15: Chaân vòt trong oáng ñaïo löu.
toác V. Treân moãi phaàn töû caùnh xuaát hieän
löïc naâng dL, vaø ñoàng thôøi löïc ma saùt dD caûn trôû chuyeån ñoäng. Goùc nghieâng caøng lôùn,
löïc dL caøng coù xu höôùng ngaû veà phía tröôùc. Vì raèng löïc naâng cuûa caùnh trong nhöõng
tröôøng hôïp naøy lôùn hôn nhieàu so vôùi löïc caûn, thoâng thöôøng lôùn hôn khoaûng 25 ñeán 30
laàn, do vaäy löïc thaønh phaàn töû dL leân truïc doïc oáng lôùn hôn löïc thaønh phaàn cuûa dD
treân cuøng truïc. Toång hôïp hai löïc vöøa neâu, vôùi oáng coù keát caáu hôïp lyù giaù trò cuûa dTn =
(dL – dD)x seõ mang giaù trò döông, vaø coù xu höôùng ñaåy taøu veà tröôùc. Toång coäng taát caû
löïc thaønh phaàn dTn chuùng ta nhaän ñöôïc löïc ñaåy boå sung Tn. Löïc ñaåy cuûa heä thoáng
oáng chaân vòt ñöôïc xeùt döôùi daïng:
T = Tcv + Tn (7.19)
Trong maáy thaäp kyû qua, sau heä thoáng Kort thaønh coâng ôû Coäng hoøa Lieân bang
Ñöùc, caùc nhaø nghieân cöùu chaân vòt taïi Haø Lan ñaõ ñöa ra haøng loaït moâ hình cuûa heä
thoáng oáng-chaân vòt laøm vieäc coù hieäu quaû. Nhieàu coâng trình ñaõ ñöôïc coâng boá roäng raõi,
coù theå tìm thaáy trong caùc taøi lieäu tham khaûo.
Caùc oáng ñöôïc thí nghieäm taïi Wageningen mang soá lieäu sau.
OÁng mang soá töø 2 ñeán 11 coù tyû leä L/Dn = 0,5 ÷ 0,83, tn = 0,125. Chaân vòt duøng
trong oáng laø chaân vòt nhoùm B, boán caùnh. OÁng soá 18 ñeán 20 laøm theo tyû leä L/Dn = 0,5,
tn = 0,125, duøng chaân vòt K.4-55.
Töø oáng 19 caùc chuyeân gia Haø Lan ñaõ caûi bieân, thay ñoåi kích thöôùc hình hoïc vaø
ñöa chaân vòt caùnh hoï Kaplan vaøo cuøng laøm vieäc. Caàn noùi roõ theâm, caùnh hoï Kaplan
nguyeân thuûy duøng trong ngaønh cheá taïo bôm, khi cuøng laøm vieäc vôùi oáng 19 caûi tieán,
töùc laø oáng 19A, ñaõ trôû thaønh caùnh chaân vòt maø khoâng caàn bieán ñoåi nhieàu. Ñaëc tính
cuûa nhoùm oáng mang teân chung 19A nhö sau. Tyû leä chieàu daøi treân ñöôøng kính 0,5, tyû
leä t/b = 0,125. Profil maët caét oáng mang daùng daáp profil caùnh maùy bay, ñöôïc trình baøy
taïi baûng döôùi ñaây. Chaân vòt ñöôïc duøng trong thí nghieäm cuøng oáng 19A goàm chaân vòt 3
caùnh vaø 4 caùnh Ka-3.50, Ka-4.55. Vôùi chaân vòt boán caùnh Ka-4.70 caùc thí nghieäm ñöôïc
tieán haønh toaøn dieän, thöû trong ñieàu kieän tieán, luøi quay trôû vaø tieán haønh caû thí
nghieäm laøm maùy ñaåy goùc phöông vò, phuïc vuï quay taøu.
Trong oáng 19A coøn tieán haønh thí nghieäm chaân vòt Kaplan 5 caùnh Ka-5.75 vaø
chaân vòt nhoùm B Wageningen B.4.70.
OÁng soá 37 cuõng laø moät thaønh coâng cuûa Haø Lan trong coâng cuoäc phaùt trieån kieåu
chaân vòt trong oáng. Trong oáng 37 tieán haønh laép ñaët chaân vòt Ka-4.70 laøm ñuû caùc vieäc
nhö thí nghieäm vôùi oáng 19A cuøng Ka-4.70.
Caùc oáng mang soá töø 30 ñeán 36 ñöôïc laép chaân vòt Kd-5.100.
Profil maët caét doïc oáng ñöôïc trình baøy taïi (H.7.16).
Toïa ñoä maët caét doïc oáng 19A ñöôïc giôùi thieäu taïi baûng 7.27, toïa ñoä cuûa oáng 37
trình baøy taïi baûng 28.
Baûng 27: OÁng 19A.
L t
ln = = 0,5; tn = = 0,125; Cx = 1,35; C y = 1,14 .
Dn b
L.E.
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250
y1/L 0,1825 0,1466 0,1280 0,1087 0,0800 0,0634 0,0387 0,0217 0,0110
yu/L – 0,2072 0,2107 0,2080 Ñöôøng thaúng
T.E
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0
y1/L 0,0048 0 0 0 0,0029 0,0082 0,0145 0,0186 0,0236
yu/L Ñöôøng thaúng 0,0363
Baûng 28: OÁng 37
L.E.
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250
y1/L 0,1833 0,1500 0,1310 0,1000 0,0790 0,0611 0,0360 0,0200 0,0100
yu/L 0,1833 0,2130 0,2170 0,2160 Ñöôøng thaúng
T.E
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0
y1/L 0,0040 0 0 0 0,0020 0,0110 0,0380 0,0660 0,1242
yu/L Ñöôøng thaúng 0,1600 0,1242
Nozzle No. 19A (L/D = 0,5)
No. 21 (L/D = 0,7)
No. 22 (L/D = 0,8)
No. 23 (L/D = 0,9) Nozzle No. 2 (L/D = 0.67)
No. 24 (L/D = 1,0) Nozzle No. 3 (L/D = 0,50)
Nozzle No. 4 (L/D = 0,83)
Nozzle No. 37
Nozzle No. 5
Nozzle No. 30
Nozzle No. 6
Nozzle No. 31
Nozzle No. 7
Nozzle No. 32 Nozzle No. 8 (L/D = 0,50)
Nozzle No. 10 (L/D = 0,40)
Nozzle No. 11 (L/D = 0,30)
Nozzle No. 33
Nozzle No. 18
Nozzle No. 34
Nozzle No. 19
Nozzle No. 35
Nozzle No. 20
Nozzle No. 36
Hình 7.16: Caùc oáng thöû nghieäm taïi Wageningen.
Chaân vòt hoï Kaplan.
Chaân vòt hoï Kaplan xuaát xöù töø caùc caùnh bôm hoï Kaplan, ñöôïc chuyeån hoùa sang
taøu thuûy. Nhöõng chaân vòt ñöôïc thöû nghieäm, duøng cho ngaønh taøu mang teân Ka, ñöôïc
giôùi thieäu döôùi ñaây.
Baûng 7.30: Ñöôøng bao caùnh chaân vòt Kaplan.
r b b1 b2 t max
R bmax bmax bmax D
0,2 67,15 30,21 36,94 4,00
0,3 76,59 36,17 40,42 3,52
0,4 85,19 41,45 43,74 3,00
0,5 93,01 45,99 47,02 2,45
0,6 100 49,87 50,13 1,90
0,7 105,86 52,93 52,93 1,38
0,8 110,08 55,04 55,04 0,92
0,9 112,66 56,33 56,33 0,61
1,0 122,88 56,44 56,44 0,50
1 Ae
Chieàu roäng caùnh taïi r/R = 0,6 tính theo coâng thöùc bmax = 1, 969 * * .
Z Ao
Chieàu daày aûo cuûa caùnh: to = 0,049*D.
Toïa ñoä caùc profil caùnh ñoïc taïi baûng 7.31.
Hình 7.17: Chaân vòt Kaplan.
Baûng 7. 31
r/R Töø ñieåm daày nhaát ñeán meùp thoaùt, % Töø ñieåm daày nhaát ñeán meùp daãn, %
100 80 60 40 20 20 40 60 80 90 95 100
MAËT HUÙT
0,2 – 38,23 63,65 82,40 95,00 97,92 90,83 77,19 55,00 38,75 27,40 –
0,3 – 39,05 66,63 84,14 95,86 97,63 90,06 75,62 53,02 37,87 27,57 –
0,4 – 40,56 66,94 85,69 96,25 97,22 88,89 73,61 50,00 34,72 25,83 –
0,5 – 41,77 68,59 86,42 96,60 96,77 87,10 70,46 45,84 30,22 22,24 –
0,6 – 43,58 68,26 85,89 96,47 96,47 85,89 68,26 43,58 28,59 20,44 –
0,7 – 45,31 69,24 86,33 96,58 96,58 86,33 69,24 45,31 30,79 22,88 –
0,8 – 48,16 70,84 87,04 96,76 96,76 87,04 70,84 48,16 34,39 26,90 –
0,9 – 61,75 72,94 88,09 97,17 97,17 88,09 72,94 51,75 38,87 31,87
1,0 – 52,00 73,00 88,00 97,00 97,00 88,00 73,00 52,00 39,25 32,31 –
MAËT ÑAÅY
0,2 20,21 7,29 0,1 – 0,21 1,46 4,37 10,52 16,04 20,62 33,33 33,33
0,3 13,85 4,62 – – 0,12 0,83 2,72 6,15 8,28 10,30 10,30 21,18
0,4 9,17 2,36 0,56 – – – 0,42 1,39 2,92 3,89 4,44 13,47
0,5 6,62 0,68 0,17 – – – 0,17 0,51 1,02 1,36 1,53 7,81
Ngoaøi caùc oáng cuûa Haø Lan, caùc nöôùc khaùc cuõng coù rieâng oáng cuûa mình. Vôùi baïn
ñoïc quen taøi lieäu cuûa Nga coù theå söû duïng oáng soá 6 thöû taïi Nga sau ñaây laøm taøi lieäu
thieát keá.
Baûng 32: OÁng soá 6 (taøi lieäu Nga)
L t
ln = = 0,6; tn = = 0,125; Cx = 1,30; Cy = 1,12.
Dn b
L.E
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,30
y1/L – – 0,050 0,040 0,0315 0,0250 0,0150 0,0075 0,0
yu/L – – 0,0567 0,0792 0,0958 0,1055 0,1192 0,1267 0,1259
T.E
x/L – 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0
y1/L – 0 0,0030 0,0085 0,0140 0,085 0,0240 0,0270 0,030
yu/L – 0,1167 0,1017 0,0820 0,0625 0,0425 0,0225 0,0133 0,0033
Coù maët oáng ñaïo löu taïi vuøng ñuoâi taøu laøm cho doøng chaûy taïi khu vöïc naøy khaùc
vôùi ñöôøng doøng bao taøu khoâng trang bò oáng ñaïo löu. OÁng ñaïo löu trong moät chöøng möùc
nhaát ñònh ñaõ naén ñöôøng doøng, laøm thay ñoåi moät soá ñaëc tính löïc thuûy ñoäng. So vôùi
doøng chaûy qua caùnh chaân vòt khoâng naèm trong oáng, doøng chaûy qua caùnh chaân vòt bò
naèm trong oáng coù vaän toác töông ñoái vaø tuyeät ñoái lôùn hôn vì söï haïn cheá cuûa khe hôû raát
nhoû giöõa ñaàu caùnh vaø thaønh trong cuûa oáng. Vaän toác nhanh hôn naøy trong raát nhieàu
tröôøng hôïp taïo ra lôïi theá cho heä thoáng ñaåy loaïi naøy: löïc ñaåy cuûa heä thoáng lôùn hôn löïc
ñaåy chaân vòt rieâng leû nhôø naâng cao hieäu suaát chaân vòt trong doøng. Khe hôû beù coøn coù
taùc duïng ngaên phaàn lôùn doøng chaûy cuûa nöôùc töø maët ñaåy ñeán maët huùt qua ñaàu caùnh,
vaø ñieàu naøy cuõng goùp phaàn naâng cao löïc ñaåy chaân vòt.
Duøng oáng ñaïo löu coá ñònh laøm cho tính quay trôû cuûa taøu coù keùm hôn so vôùi
tröôøng hôïp khoâng coù oáng. Ñeå khaéc phuïc tình traïng naøy dieän tích baùnh laùi cho taøu
kieåu naøy caàn ñöôïc taêng theâm khoaûng 20% ñeán 30%. Tröôøng hôïp duøng oáng ñaïo löu
quay, vaán ñeà aên laùi khoâng caàn thieát ñaët ra vì baûn thaân quay ñaïo löu ñaõ coù taùc duïng
höôùng doøng thoaùt vaø ñoàng thôøi taïo löïc ñaåy ngang taøu trong quaù trình quay taøu.
Hieäu quaû söû duïng heä thoáng oáng theo quan nieäm cuûa nhöõng nhaø nghieân cöùu ñaàu
2
theá kyû XX, phuï thuoäc vaøo heä soá taûi σT = T/(ρV A) hoaëc Bp. Vôùi heä soá taûi nhoû σT < 2,5
söû duïng heä thoáng oáng chaân vòt khoâng ñöa laïi lôïi theá veà maët hieäu suaát, coù ñoâi luùc coøn
chòu taùc duïng ngöôïc laïi. ÔÛ cheá ñoä laøm vieäc naëng σT > 2,5, töông ñöông Bp > 40, heä
thoáng oáng chaân vòt phaùt huy ñaày ñuû theá maïnh. Chính vì vaäy oáng ñaïo löu khi ra ñôøi
ñaõ tìm thaáy nôi öùng duïng treân taøu keùo, taøu ñaåy, taøu keùo löôùi taøu ñaùnh caù.
Ngaøy nay oáng ñaïo löu coøn tìm thaáy choã ñöùng treân taøu chôû daàu côõ lôùn, treân caùc
taøu chôû haøng coù heä soá ñaåy thaân taøu khaù lôùn. Treân caùc taøu naøy coâng suaát daãn ñeán truïc
chaân vòt ñaït ñeán 45.000 ÷ 50.000 HP, coøn chaân vòt tuy naèm trong oáng song coù khi coù
ñöôøng kính ñaùng neå, ñeán 7 - 8m. OÁng ñaïo löu duøng treân taøu khoång loà coù theå laøm taêng
vaän toác taøu theâm 0,4 ñeán 0,5 HL/h.
Ñöôøng kính chaân vòt trong oáng beù hôn khoaûng 10% so vôùi chaân vòt cuøng kieåu,
song khoâng naèm trong oáng. Nhöõng chaân vòt lôùn, khi giaûm 10% ñöôøng kính seõ giaûm
ñöôïc löôïng vaät lieäu ñaùng keå. Ñieàu quan troïng caàn ñeà caäp khi duøng heä thoáng oáng chaân
vòt treân taøu laø, theo phaân boå löïc ghi trong coâng thöùc T = Tcv + Tn, ñöôøng truïc chaân vòt
chæ tröïc tieáp höùng chòu löïc ñaåy Tcv, truyeàn thaúng vaøo thaân taøu. Ñieàu naøy giaûm aùp löïc
cho heä truïc vaø caû cho maùy chính, ñaûm baûo an toaøn cao hôn cho maùy.
Ñaëc tính thuûy ñoäng löïc heä thoáng oáng chaân vòt.
Caùc ñöôøng ñaëc tính thuûy ñoäng löïc chaân vòt trong oáng, cuøng ñaëc tính thuûy ñoäng
löïc cuûa oáng ñöôïc xaùc laäp taïi beå thöû ñöôïc ghi laïi döôùi daïng caùc ñoà thò.
Heä soá löïc ñaåy cuûa oáng chaân vòt:
T
KT = (7.20)
ρ ⋅ n ⋅ D4
2
Heä soá löïc ñaåy cuûa rieâng oáng:
Tn
K Tn = (7.21)
ρ ⋅ n 2 ⋅ D4
KT = KT cv + KT n. (7.22)
Heä soá momen quay:
Q
KQ = (7.23)
ρ ⋅ n2D5
Vp
Heä soá vaän toác tieán: J=
n⋅D
Hình 7.18: Ñaëc tính thuûy ñoäng löïc chaân vòt Ka – 4.70.
Thieát keá chaân vòt trong oáng ñaïo löu.
Caùc pheùp tính tieáp theo thöïc hieän cho chaân vòt hoï Ka, trong oáng 19A hoaëc 37.
Caùc heä soá doøng theo w’ vaø heä soá löïc huùt t’ khi aùp duïng cho chaân vòt trong oáng,
tính theo coâng thöùc:
Taøu moät chaân vòt: w’ = 0,7*w; t’ = (0,6 ÷ 0,7)t.
Taøu hai chaân vòt: w’ = (1,1 ÷ 1,2)*w; t’ = t
trong ñoù: w, t laø caùc heä soá töông öùng, tính cho tröôøng hôïp chaân vòt khoâng naèm trong
oáng.
Thoâng thöôøng caùc heä soá vöøa neâu naèm trong phaïm vi sau:
w’ t’
taøu keùo moät chaân vòt 0,15 ÷ 0,20 0,12 ÷ 0,16
taøu keùo hai chaân vòt 0,07 ÷ 0,1 0,10 ÷ 0,12
Ñeå traùnh suûi boït cho caùnh, tyû leä dieän tích maët ñóa, chaân vòt caàn lôùn hôn giaù trò
toái thieåu sau:
Ae 245 * PD
= (7.25)
3
A o n ⋅ D (pa + γ ⋅ Hs − pd − 0, 4 ⋅ D ⋅ γ )
trong ñoù: PD - coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt, (PS); n - taàn suaát quay chaân vòt,
(v.s)
2
D - ñöôøng kính chaân vòt, (m); pa - aùp suaát khí quyeån, (kG/m )
Hs - chieàu saâu ñeán truïc chaân vòt, (m); γ - troïng löôïng rieâng cuûa nöôùc,
3
(kG/m )
2
pd - aùp suaát hôi baõo hoøa, (kG/m ).
Ví duï: thieát keá chaân vòt trong oáng ñaïo löu cho taøu keùo ven bôø, coù caùc ñaëc tính
sau. Vaän toác keùo VT = 7 HL/h; maùy chính: maùy diesel kieåu 6L350PN vôùi coâng suaát
ñònh möùc BHP = 980PS, voøng quay truïc cô N = 375 v/ph; chieàu chìm ñeán truïc chaân
vòt Hs = 2,20m;
Söùc caûn voû taøu ñoïc theo baûng döôùi ñaây:
Vaän toác taøu, (HL/h) 6,45 8,07 9,68 11,3 12,9
Söùc caûn R, (kG) 1372 2301 3637 5703 9279
Coâng suaát keùo taøu EPS, (PS) 60,7 127,4 241,5 442 821
Heä soá doøng theo w’ = 0,15; heä soá löïc huùt t’ = 0,10.
Chaân vòt ñöôïc choïn thuoäc hoï Kaplan, 4 caùnh, naèm trong oáng 19A.
Theo caùc chæ daãn ghi roõ trong chöông tröôùc, caùc döõ lieäu caàn thieát cho thieát keá
ñöôïc tính töø döõ lieäu ñaàu vaøo vöøa neâu nhö sau:
Coâng suaát daãn ñeán truïc chaân vòt: PD = 0,86* PB = 843 PS;
voøng quay chaân vòt khi laøm vieäc trong heä thoáng vôùi voû taøu, maùy chính ñöôïc giaûm 2%
vaø N = 0,98*375 v/p = 367,5 v/ph, hoaëc coù theå tính tieáp n = 6,125 v/s.
Vaän toác tieán cuûa chaân vòt khi keùo:
Va = VT*(1 – w’) = 5,95 HL/h; Bp = 0,5144* Va = 3,06 m/s.
Heä soá Bp:
367, 5 843 * 75
Bp = = 121, 2
2 76 * 1, 025 * 5, 95
5, 95
Söû duïng heä soá Bp ñeå choïn δopt, treân ñoà thò chaân vòt Ka-4.55 vaø ka-4.70, cho caùc
pheùp tính tieáp theo. Keát quaû tính ñoïc theo baûng sau.
Baûng 7.36
Kyù hieäu Ñôn vò Ka-4.55 Ka-4.70
δopt, ñoïc töø ñoà thò – 350 335
δ = 0,98*δopt – 343 328,3
P/D – 0,89 0,96
δ ⋅ Va m 1,69 1,62
D = 0, 3048 *
N
Tyû leä maët ñóa caàn thieát nhaèm traùnh suûi boït tính theo coâng thöùc (7.25). Vôùi chaân
vòt Ka-4.55D = 1,69 m tyû leä naøy baèng 0,60, vôùi chaân vòt Ka-4.70 ñöôøng kính D =
1,62m tyû leä AE/Ao = 0,68. Trong tröôøng hôïp naøy choïn tyû leä maët ñóa 0,70 gaàn vôùi 0,68
vöøa neâu, vaø chaân vòt Ka-4.70 tieáp tuïc ñöôïc söû duïng trong tính toaùn.
Taïi vaän toác nhoû hôn VT = 7 HL/h chaân vòt laøm vieäc ôû cheá ñoä momen quay ñònh
möùc,
Q = const, ñaëc tính ñoäng löïc cuûa heä thoáng oáng chaân vòt tính cho hai tröôøng hôïp giôùi
haïn Vs = 0 vaø Vs = VT = 7 HL/h nhö sau. Trong baûng tính tieáp theo söû duïng caùc
ñöôøng ñaëc tính thuûy ñoäng löïc KT, KTn, KQ cho chaân vòt Ka-4.70 doWageningen coâng
boá.
Baûng 7.37: Ñaëc tính cuûa chaân vòt taïi cheá ñoä uûi baõi vaø taïi VT.
TT Kyù hieäu vaø coâng thöùc Ñôn vò Keát quaû tính
1 Vs, cho tröôùc HL/h 0 7
2 Vp = 0,5144*Vs*(1 – w) m/s 0 3,0607
3 Vp Vp – 0 3,3085
J= =
n ⋅ D 9, 922
4 KT, ñoïc töø ñoà thò – 0,48 0,325
5 KTn, ñoïc töø ñoà thò – 0,235 0,110
6 KQ, ñoïc töø ñoà thò – 0,0395 0,0376
7 KT* = KT – 0,3KTn – 0,410 0,292
8 Q v/s 5,97 6,125
n=
ρ ⋅ D5 ⋅ KQ
9 K T* Q kG 9474 7096
TE = (1− t) * *
KQ D
10 Z0 = TE – R kG 9474 5516
Taïi caùc cheá ñoä laøm vieäc vôùi vaän toác khai thaùc lôùn hôn VT = 7HL/h, chaân vòt laøm
vieäc theo tình traïng n = const. Ñöôøng ñaëc tính chaân vòt trong tröôøng hôïp naøy nhö
sau.
Baûng 7.38: Ñöôøng laøm vieäc cuûa chaân vòt taïi Vs > VT.
Kyù hieäu vaø coâng thöùc Ñôn vò Keát quaû tính
Vs, gaùn döõ lieäu HL/h 8 9 10 11 12
Vp = 0,5144*Vs*(1–w) m/s 3,498 3,035 4,372 4,81 5,247
J = 0,1008*Vp – 0,352 0,397 0,440 0,485 0,529
KT, ñoïc töø ñoà thò – 0,300 0,280 0,250 0,220 0,196
Ktn, ñoïc töø ñoà thò – 0,096 0,076 0,062 0,051 0,036
KQ, ñoïc töø ñoà thò – 0,035 0,034 0,0323 0,031 0,029
KTn* = KT – 0,3*KTn – 0,271 0,258 0,231 0,205 0,185
2 4
Te = KT*ρn D (1 – t) kG 6586 6270 5614 4982 4496
Te * Vp PS 341,4 365,6 363,6 355 349,5
PT =
(1− t)75
KT* J – 0,434 0,482 0,500 0,510 0,537
ηp = *
KQ 2π
PT PS 914,7 881,7 845,6 809,4 756,8
P=
ηp ⋅ ξr ⋅ χ ⋅ ηt ⋅ ηhs
Kích thöôùc ñöôøng bao caùnh vaø toïa ñoä caùc profil tính theo chæ daãn cuûa taùc giaû
nhoùm chaân vòt Kaplan.
r/R B1 B2 Btb B4 tmax
[mm]
0.20 169 206 375 131 64.8
0.30 202 226 428 170 57.0
0.40 231 244 476 219 48.6
0.50 257 262 519 255 39.7
0.60 278 280 558 279 30.8
0.70 295 295 591 0 22.4
0.80 307 307 614 0 14.9
0.90 316 314 630 0 9.9
1.00 315 315 630 0 8.1
Giaûi thích: B1- töø truïc ñeán meùp thoaùt; B2- töø truïc ñeán meùp daãn; B4- töø meùp daãn ñeán ñieåm tmax
Profil caùc maët caét
Ñeán meùp thoaùt Ñeán meùp daãn
r/R 100 80 60 40 20! 20 40 60 80 90 95 100
Maët huùt
0.2 * 24.8 41.2 53.4 61.6 63.5 58.9 50.0 35.6 25.1 17.8 *
0.3 * 22.3 38.0 48.0 54.7 55.7 51.4 43.1 30.2 21.6 15.7 *
0.4 * 19.7 32.5 41.6 46.8 47.2 43.2 35.8 24.3 16.9 12.6 *
0.5 * 16.6 27.2 34.3 38.3 38.4 34.6 28.0 18.2 12.0 8.8 *
0.6 * 13.4 21.0 26.4 29.7 29.7 26.4 21.0 13.4 8.8 6.3 *
0.7 * 10.1 15.5 19.3 21.6 21.6 19.3 15.5 10.1 6.9 5.1 *
0.8 * 7.2 10.6 13.0 14.4 14.4 13.0 10.6 7.2 5.1 4.0 *
0.9 * 5.1 7.2 8.7 9.6 9.6 8.7 7.2 5.1 3.8 3.1 *
1.0 * 4.2 5.9 7.1 7.9 7.9 7.1 5.9 4.2 3.2 2.6 *
Maët ñaåy
0.2 13.0 4.7 1.1 0.1 0.0 0.1 0.9 2.8 6.8 10.4 13.4 21.6
0.3 7.9 2.6 0.6 0.0 0.0 0.1 0,5 1.6 3.5 4.7 5.9 12.1
0.4 4.5 1.1 0.3 0.0 0.0 0.0 0,2 0.7 1.4 1.9 2.2 6.5
0.5 2.6 0.3 0.1 0.0 0.0 0.0 0,1 0.2 0.4 0.5 0.6 3.1
Kích thöôùc oáng ñaïo löu soá 19A duøng trong heä thoáng oáng chaân vòt.
Chieàu daøi oáng L = 0,5* D = 0,81m = 810 mm.
Khe hôû giöõa ñaàu caùnh vaø thaønh trong cuûa oáng C = 0,005*D = 8 mm.
R + C = 810 + 8 = 818 mm.
Toïa ñoä profil maët caét doïc oáng ñoïc töø baûng sau:
L.E
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250
y1/L 147,8 118,7 103,7 88,0 64,8 51,3 31,3 17,6 8,9
yu/L – 167,8 170,7 168,5 Ñöôøng thaúng
T.E
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0
y1/L 3,9 0 0 0 2,3 6,6 11,7 15,0 19,1
yu/L Ñöôøng thaúng ±51,5
Hình 7.19: Chaân vòt Kaplan Ka-4.70
