Ngành thiết kế chân vịt tàu thủy ra đời và phát triển từ sớm nhằm phục vụ và khai thác nền kinh tế biển. Chân vịt tàu thủy thường được chế tạo bằng phương pháp đúc liền khối. Phương pháp này bảo đảm sự chắc chắn giữa cánh và củ chân vịt, tuy nhiên đối với những loại chân vịt kích thước lớn thì sự liền khối làm cho chân vịt trở nên cồng kềnh, dẫn đến quá trình làm khuôn, đúc, gia công gặp nhiều khó khăn hơn so với chân vịt cánh rời. Nếu chân vịt được chế tạo bằng phương pháp ghép các cánh với củ lại với nhau, quá trình đúc và gia công từng cánh riêng lẻ sẽ thuận lợi hơn rất nhiều nhờ sự nhỏ gọn và đơn giản hơn về mặt kết cấu. Ngoài ra, có thể áp dụng phương pháp gia công cánh trên các máy CNC 3 trục thông dụng một cách dễ dàng. Phương pháp chế tạo cánh rời rồi ghép lại đặc biệt có ý nghĩa đối với các chân vịt có tỉ số mặt đĩa lớn (hình chiếu các cánh có phần giao nhau), các chân vịt có bước xoắn lớn, hoặc các chân vịt cần độ chính xác cao.
Vấn đề đặt ra là với phương pháp chế tạo ghép cánh như vậy làm sao để đánh giá độ bền của chân vịt?
Hôm nay, chúng tôi sẽ trình bày về vấn đề này để bạn có thêm nhiều thông tin hữu ích đối với chân vịt tàu thủy.
Chân vịt ghép cánh giúp cho quá trình sửa chữa và thay thế các cánh thuận tiện trong một số trường hợp. Để có thể đánh giá độ bền của chân vịt tàu thủy ghép cánh, ta sẽ xem xét nó trên một số phương diện sau:
- Lực tác dụng lên cánh chân vịt
Để tính toán được độ bền của cánh chân vịt, xác định được lực tác dụng lên cánh là một công việc quan trọng ảnh hưởng đến độ chính xác tính toán.
Lực thủy động tác dụng lên chân vịt rất phức tạp. Lực này ở trạng thái không ổn định, phụ thuộc vào loại chân vịt, tốc độ tàu, hình dáng hình học vỏ tàu và nhiều yếu tố khác như mớn nước, độ ngập nước của chân vịt. Chân vịt làm việc trong môi trường nước tạo ra lực đẩy nhờ lực nâng theo nguyên lý cánh (foil).
Trong thực tế, lực thủy động tác dụng lên cánh chân vịt là lực phân bố dưới dạng áp suất. Sử dụng CFD và những phần mềm chuyên dụng như Fluent hay Ansys CFX là phương pháp mà người ta thường dùng để xác định áp suất tác dụng lên cánh chân vịt. Tuy nhiên phương pháp này trở nên quá phức tạp trong trường hợp chân vịt cánh rời vì vừa phải mô hình bài toán CFD, vừa phải mô tả cả phần tương tác cơ học vật rắn tại chỗ lắp ghép cánh và củ cánh. Bên cạnh đó, sự giao tiếp và trao đổi dữ liệu giữa công cụ CFD và FEM cũng trở nên khó khăn. Do vậy, để thuận tiện trong việc tính toán và phân tích bằng phương pháp phần tử hữu hạn, các lực phân bố này được xấp xỉ gần đúng thành các lực tập trung đặt tại giữa các dây cung của cánh theo các bán kính cách đều nhau một khoảng 0,1R trong đó R là bán kính chân vịt.
- Lực tác dụng lên củ chân vịt
Đối với chân vịt ghép cánh theo phương pháp xẻ rãnh và ngàm cánh vào củ cánh, khâu yếu nhất đó là củ cánh cả về phương diện độ bền lẫn độ cứng. Do cánh bị xẻ rãnh ngàm nên tiến diện mặt cắt vuông góc với trục giảm đi làm cho củ cánh có thể bị biến dạng mạnh theo phương hướng kính khi chân vịt bị phản lực của nước ép lỗ may-ơ của củ cánh vào phần đuôi côn của trục chân vịt.
Lực và momen do cánh tác động lên các rãnh lắp ghép khá phức tạp nên được tính nhờ công cụ CAE bằng cách mô tả sự tương tác giữa cánh và củ thông qua bề mặt lắp ghép. Ngoại lực tác động lên cánh sẽ được chuyển đổi thành lực tác dụng lên chỗ lắp ghép của củ và cánh.
- Phương pháp lắp ghép cánh
Phương pháp ghép cánh có ảnh hưởng lớn đến kích thước củ cánh, độ bền nơi lắp ghép và độ khó hay dễ khi chế tạo và lắp ghép cánh. Trong thực tế, ý tưởng ghép cánh cho chân vịt có bước cố định là không mới. Tuy nhiên, phương pháp này làm cho củ cánh chân vịt phải to ra và có dạng hình trụ thẳng, gốc cánh chân vịt phải bé để đủ chỗ cho phần lắp ghép, sử dụng rất nhiều bu-lông tương tự như kiểu lắp ghép của chân vịt biến bước vì toàn bộ các lực tác dụng lên cánh đều truyền cho các bu-lông lắp ghép này. Kết cấu này làm cho chân vịt nặng hơn và tạo nhiều dòng chảy rối phía sau củ chân vịt, làm giảm hiệu suất của chân vịt.
Khi củ chân vịt bị xẻ rãnh, sức bền chịu lực hướng kính của nó sẽ bị giảm đi so với trường hợp không bị xẻ rãnh. Để đảm bảo củ chân vịt không bị giãn ra chịu lực đẩy hoặc khi may-ơ chân vịt được lắp và siết chặt bằng đai ốc vào đầu côn của chân vịt, phương án dùng các vòng chắn có tạo bậc bằng vật liệu có độ bền cao và chịu được ăn mòn của nước biển (thép không gỉ) được sử dụng. Chúng vừa có tác dụng chặn sự di chuyển dọc trục của các cánh, vừa ôm lấy đầu của củ cánh nhằm chống giãn nở theo phương hướng kính của củ cánh.
- Phương pháp tính toán độ bền chân vịt ghép cánh
Có hai phương pháp thông dụng để tính sức bền chân vịt tàu thủy.
- Phương pháp thứ nhất xem cánh chân vịt như một dầm ngàm một đầu chịu lực tập trung tương đương. Phương pháp này có độ chính xác kém do phải sử dụng nhiều giả thiết đơn giản hóa về mặt hình học.
- Phương pháp thứ hai là phương pháp số (phương pháp phần tử hữu hạn). Do chỗ tiếp xúc giữa phần cánh ghép và phần củ cũng phức tạp, ở đây tồn tại vấn đề tiếp xúc giữa hai vật rắn biến dạng, nên cách thuận tiện nhất để đánh giá độ bền chỗ lắp ghép giữa cánh và củ chân vịt là sử dụng phương pháp phần tử hữu hạn (FEM) với sự hỗ trợ của các công cụ tính toán có sự hỗ trợ của máy tính (CAE).
Như vậy, chân vịt tàu thủy ghép cánh đem lại nhiều ưu điểm và thuận lợi trong quá trình sản xuất. Tuy nhiên phương pháp này vẫn được nghiên cứu và thử nghiệm nhiều hơn trong thực tế.
Cơ sở Bình Đường chuyên thiết kế và sản xuất chân vịt tàu thủy, chúng tôi có kinh nghiệm lâu năm trong ngành và có thể điều chỉnh kích thước cũng như nguyên liệu sản xuất chân vịt theo nhu cầu khách hàng.
Liên hệ với chúng tôi để được tư vấn thêm.
? Cơ sở Đúc Bình Đường
✳️ Địa chỉ : 71 Đại lộ Bình Dương, Hòa Long, Lái Thiêu, Thuận An, Bình Dương
☎ Hotline : 0948.266.991
? Email : chanvittauthuy@gmail.com
? Website: https://chanvittauthuy.com/
