Giáo trình Thiết kế tàu kéo, tàu đẩy

 THIẾT KẾ 
TÀU KÉO, TÀU ĐẨY 
TRẦN CƠNG NGHỊ 
 2
 3
MỤC LỤC 
Mở đầu 
CHƯƠNG 1: TÀU KÉO VÀ TÀU ĐẨY 
1. Tàu kéo chạy biển 4 
2. Tàu kéo chạy sông 17 
3. Tàu đẩy – kéo và tàu đẩy 21 
4. Tàu cung ứng dịch vụ dầu khí 28 
CHƯƠNG 2: XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC CHÍNH 
1. Sức cản và thiết bị đẩy tàu 36 
2. Công suất cần thiết cho tàu kéo 39 
3. Đường đặc tính chân vịt tàu kéo 42 
4. Xác định lượng chiếm nước và kích thước chính 46 
5. Kích thước chính và lượng chiếm nước 49 
CHƯƠNG 3: ĐƯỜNG HÌNH VÀ ĐẶC TRƯNG THỦY TĨNH 
1. Hệ số béo và hình dáng vỏ tàu 59 
2. Đường hình 60 
CHƯƠNG 4: KẾT CẤU. THIẾT BỊ BOONG 
1. Kết cấu tàu 67 
2. Thiết bị kéo 73 
3. Chống va 84 
CHƯƠNG 5: TRANG BỊ ĐỘNG LỰC VÀ MÁY ĐẨY TÀU 
1. Trang bị động lực 87 
2. Thiết kế chân vịt bước cố định 93 
3. Thiết kế chân vịt trong ống đạo lưu 102 
Tài liệu tham khảo 116 
 4
CHƯƠNG 1 
TÀU KÉO VÀ TÀU ĐẨY 
Tàu làm nhiệm vụ kéo hoặc đẩy được xếp chung vào nhóm tàu kéo. Có thể 
phân các tàu nhóm này thành các kiểu tàu theo chức năng: tàu kéo đi biển, gọi tàu 
tàu kéo biển, tàu kéo trong vùng nội địa hay tàu kéo sông và các tàu chỉ làm nhiệm 
vụ đẩy gọi là tàu đẩy. 
1. Tàu kéo chạy biển 
Tàu kéo chạy (đi) biển (ocean going tugboats) đa dạng, làm những việc 
chuyên môn không hòan toàn giống nhau. Trong thực tế các tàu nhóm này được thiết 
kế cho những công việc nhất định và mang tên gọi qui ước cũng không trùng nhau. 
Tàu kéo biển chuyên kéo các phương tiện nổi đi biển xa hoặc biển gần được hiểu là 
tàu viễn dương hoặc tàu cận hải, giống cách gọi dùng cho tàu vận tải. Tàu kéo kiêm 
công tác cứu hỏa đuợc dùng rất phổ biến trong đội tàu kéo biển. Tàu không chỉ làm 
nhiệm vụ kéo mà còn kiêm nghề gọi là tàu đa mục đích. Tàu kéo đa mục đích ngày 
nay được phát triển nhằm đáp ứng yêu cầu sử dụng tại các nước chưa ở mức chuyên 
môn hóa cao. 
Trong nhiều trường hợp tàu kéo làm việc tại các cảng biển được xếp vào 
nhóm tàu kéo biển. 
Tàu kéo đa mục đích hay hiểu theo cách khác, tàu đa dụng được phát triển 
tại nhiều nước. Tàu có khả năng kéo tàu, giúp các tàu lớn quay trở trong cảng. Tàu 
thường được trang bị hệ thống chữa cháy công suất cao làm cho tàu trở thành 
phương tiện chữa cháy chính khi có sự cố hỏa hoạn trên biển, trong cảng. Các tàu 
này còn được trang bị các phương tiện cứu hộ để tàu nhanh chóng biến thành 
phương tiện cứu hộ trên biển. 
Hình 1 Tàu kéo đi biển 
 5
Hình Tàu kéo 
Đặc trưng chính của các tàu đa dụng như sau: 
Chiều dài tàu từ 29 m đến 45 m 
Công suất máy chính từ 1500HP đến 3000HP 
Vận tốc tàu thông thường nằm trong phạm vi 12 – 14 HL/h. 
Điều cần nêu, sức kéo đơn vị tính cho trường hợp thử tại bến (polar pull) 13,0 
– 13,5 kG/HP 
Tàu đa dụng còn được trang bị phương tiện bốc dỡ hàng và khoang chứa hàng 
trên tàu. 
Bảng 1 dưới đây giới thiệu những tàu kéo đa dụng đã được đóng tại các nước 
có nền công nghiệp đóng tàu phát triển. 
Bảng 1 
Tên tàu Nước sản 
xuất 
L, m B, m H, m T, m D, T 
Bonn 
Aventure 
UK 28,26 7,92 3,96 - - 
Icuerr “ 32,31 8,53 3,96 3,05 - 
Zaberdast “ 36,58 9,60 5,03 - - 
Cocbern Australia 38,10 9,45 4,42 - - 
 6
Arzanach UK 41,10 9,60 - - - 
Kweetex “ 32,0 8,94 4,31 - 543 
Arbil Germany 37,7 9,75 4,30 3,60 - 
Keverne “ 37,5 8,53 4,19 3,58 450 
Vikingbank Hà lan 30,2 7,50 4,0 3,4 - 
Stere. Finlandia 55 11,5 5,5 4,51 1278 
Nandkim. UK 34,15 9,45 4,88 4,03 - 
I. Plusnin Nga 43,0 10,0 5,5 4,1 - 
Britonia UK 43,43 9.6 4.95 - - 
Noord. Hà lan 43,47 10.05 5.5 4.74 - 
Parachaki UK 35,66 9.45 4.57 4.04 - 
Tamaran T.B.N 38,1 10.05 4.56 - 718 
Atlant Nga 47,55 11 5.79 4.35 1128 
Le Corsar UK 40,23 9.45 4.49 - - 
El Kaballo “ 38,7 9.75 3.96 - - 
KBS Finlandia 55,3 11.52 5.78 - - 
Mounir Nhật bản 45,0 10 5.15 4.39 1054 
Khajashio 
Maru 
“ 60,0 11.4 5.3 4.43 1970 
Tames Hà lan 47,5 10 5.1 4.5 - 
Tais Maru Nhật bản 50,0 10.4 5 4.5 - 
Helgoland Germany 62,0 12.4 5.9 4.1 - 
Pamir Thụy 
điển 
72 12.44 5.2 4.08 2032 
Hecules Na uy 56,8 10.55 5.65 4.57 - 
Alemdar Germany 52,5 11 5.6 3.9 - 
Atlantic “ 58,5 10,25 5,52 3,86 - 
Tên tàu L/B L/H B/T H/T Công suất 
HP 
Vận tốc, 
HL/h 
Bonn 
Aventure 
3.57 7.14 - - 2x730 - 
Icuerr 3.8 8.15 2.8 1.3 2x745 - 
Zaberdast 3.81 7.26 - - 1500 12.7 
Cocbern 1500 12.1 
Arzanach 1500 13 
Kweetex 3.58 7.43 - - 2x785 12.9 
Arbil 3.87 8.76 2.71 1.2 1620 12 
Keverne 4.4 8.95 2.38 1.17 1650 12.9 
Vikingbank 4.03 7.55 2.21 1.18 2x825 12 
 7
Stere. 4.78 10 2.55 1.22 1700 13.5 
Nandkim. 3.61 7 2.34 1.21 2x900 12 
I. Plusnin 4.3 7.82 2.44 1.34 1000 13 
Britonia 4.52 8.76 - - 2000 14 
Noord. 4.32 7.9 2.12 1.16 1000 15 
Parachaki 3.78 7.8 2.34 1.13 1048 13 
Tamaran 3.79 8.35 - - 2x1050 14 
Atlant 4.33 8.21 2.53 1.33 2x1100 14.4 
Le Corsar 4.26 8.97 - - 2315 14.5 
El Kaballo 3.97 9.79 - - 2x1200 13 
KBS 4.79 9.56 - - 2520 15 
Mounir 4.5 8.75 2.28 1.17 2x1600 15.8 
Khajashio 
Maru 
5.26 11.3 2.58 1.13 3200 15.3 
Tames 4.75 9.32 2.22 1.14 2x1625 - 
Tais Maru 4.8 11.1 2.31 1.11 2x1750 14.5 
Helgoland 5 10.5 3 1.44 4x970 16.6 
Pamir 5.78 13.8 3.4 1.11 2x2100 17.5 
Hecules 5.38 10.05 2.22 1.19 4x1100 - 
Alemdar 4.77 9.38 2.82 1.44 2x2500 16.5 
Atlantic 5.7 10.6 2.66 1.43 2x2500 17 
Tàu viễn dương trong thực tế là tàu kéo có khả năng làm việc tại vùng biển 
không hạn chế, thời gian chuyền biển thường dài, có những trường hợp đến 15 – 20 
ngày đêm. Tầm hoạt động tàu viễn dương có thể trên 15.000 hải lý. 
Tàu được thiết kế để làm những việc nặng trên đại dương như kéo tàu, kéo 
giàn khoan, các công trình nổi. Tàu phải được đảm bảo về mặt an toàn, đảm bảo ổn 
định để làm việc trong điều kiện thời tiết trở nên xấu nếu điều này xẩy ra trong 
chuyến đi. Công suất máy tàu nhóm này không mấy khi dưới 3.000 – 4.000 HP. Vận 
tốc chạy tự do của tàu có lúc còn nhanh hơn tàu vận tải kiểu cũ, đạt đến 16 – 17 
Hl/h. Các tàu này luôn trang bị phương tiện cứu sinh, cứu nạn và cả phương tiện 
chữa cháy đủ mạnh. Các tàu kể sau thường được coi là tàu kéo kiêm cứu hộ, trong 
đó nhiệm vụ cứu hộ có khi lấn lướt vai trò kéo. 
Tàu kéo - cứu hộ đời mới trang bị máy công suất đến 8.000 – 10.000 HP, tầm 
hoạt động đến 20.000 hải lý. Tàu mang tên Zvarter Zee đóng tại Netherlands giữa 
những năm sáu mươi trang bị máy công suất 9.000 HP, tầm làm việc lên đến 19.800 
hải lý. Cũng thời gian trên tàu người Nhật đóng cho chủ tàu USA Ellis L. Morant 
lượng chiếm nước 1970 T, công suất 9.600 HP. Cuối thập kỷ sáu mưới từ Germany 
người ta hạ thủy tàu kéo kiêm cứu hộ với máy chính công suất 16.000 HP, dự tính 
chạy với vận tốc chóng mặt trong ngành kéo là 22 hải lý / giờ. 
 8
Hình 3 Tàu kéo kiêm cứu hộ 
 9
Hình 3 giới thiệu tàu kéo kiêm cứu hộ có tên gọi Alice L. Moran được đóng 
vào nhửng năm bảy mươi. 
Tàu kéo cỡ nhỏ 
Tàu cỡ nhỏ hoạt động vùng ven biển hoặc vừa kéo biển và còn tham gia 
kéo tuyến pha sông – biển. Một trong các tàu kiểu này được giới thiệu tại hình 4. 
Tàu Sadko trong hình được trang bị máy chính công suất 750 HP. 
Hình 4. Tàu kéo đi biển Sadko, lắp máy công suất 750 HP. 
Tàu nhóm này thường có mạn khô khá lớn, đặc biệt mạn khô phần mũi lớn 
hơn mức bình thường. Tàu có tính đi biển tốt, ít bị nước tràn boong. Tính ổn định 
hướng của tàu phải cao hơn các tàu kéo cảng. 
Đặc trưng chung của nhóm tàu cỡ nhỏ này: công suất máy chính khoảng 220 
– 750 HP, chiều dài tàu khoảng 20 – 30m. Sức kéo trên tang từ 3,5 T đến 8 T. Vận 
tốc tàu không quá 10 – 11 HL/h. 
Những tàu đặc trưng cho nhóm cỡ nhỏ được giới thiệu tại bảng 2. 
Tàu kéo chạy biển cỡ nhỏ ký hiệu MB-301 trang bị máy chính 225 HP, chân 
vịt trong ống đạo lưu được trích dẫn và giới thiệu tại hình dưới đây, hình 3. Trong 
hình 1 – lầu lái đặc trưng của tàu kéo, 2 – forepeak, 3 – thùng xích, 4 – phòng ở bốn người, 5 – 
buồng phát điện, 6 – phòng 2 người, 7 – phòng ăn, 8 - két nhiên liệu, 9 – buồng máy, 10 – két nước 
ngọt, 11 – buồng máy lái. 
 10
 11
 12
Mặt cắt dọc qua giữa tàu cho phép chúng ta nhìn nhận rõ hơn profile tàu 
kéo đặc trưng. Lầu lái thông lệ nằm trước mặt cắt giữa tàu, chiếm vị trí cao và đẹp 
 13
nhất trên tàu. Tỷ lệ giữa chiều dài lầu lái và chiều dài tàu thường lớn, trên 25%. 
Mũi tàu cao hơn hẵn những phần còn lại của boong, mạn chắn sóng phía mũi thường 
cao và đủ chắc chống va đập thường xuyên sóng biển, nước phủ. 
Hình 5. Bố trí tàu kéo đi biển cỡ nhỏ. 
Trong phần tiếp theo sẽ giới thiệu những tàu kéo đi biển cỡ trung bình trở 
lên giúp bạn đọc quan sát kỹ hơn bố trí tàu. 
Tàu kéo trong cảng 
Tàu kéo thuộc nhĩm này (harbour tugs) đơng nhất. Đặc trưng của nhóm tàu 
này: công suất máy chính đủ mạnh song kích cỡ tàu không lớn, chiều cao mạn khô 
chỉ đạt giá trị tối thiểu. Khả năng quay trở tàu kéo cảng (gọi tắt của tàu kéo hoạt 
động chủ yếu trong cảng) rất cao. Tất cả điều vừa nêu đảm bảo tàu có thể an toàn 
và dễ dàng thao tác trong khỏang không gian chật chội, luồng lạch hạn hẹp giữa 
các tàu trong cảng, giữa tàu và bến, giữa các chướng ngại khó tránh trong các cảng 
vv 
Tàu có kích thước nhỏ cho nên bố trí tàu nhóm này đòi hỏi chặt chẽ, chi li. 
Các buồng điều khiển phải đảm bảo thông, thoáng; tầm quan sát đủ lớn, trong khi 
đó các buồng sinh hoạt không được thóang rộng như tàu biển khác. Dự trữ nhiên 
liệu, lương thực, thực phẩm, nước vv ở mức thấp nhất. Thông thường dự trữ đủ cho 
tàu trong vòng 3 – 5 ngày. 
 14
Hình 6. Tàu kéo trong cảng đang kéo tàu 
Hình 7. Cơng việc thường ngày 
Hoạt động trong vùng nước hạn chế, tầm hoạt động chỉ gọn trong khu vực 
cảng và vùng lân câïn do vậy trang thiết bị cho tàu được phép miễn giảm đến mức tối 
đa. Trên nhiều tàu không trang bị tời kéo, hệ thống nâng hạ xuồng cứu sinh. Thay 
vì tời kéo trên các tàu nhóm này phải có đủ móc kéo, cọc kéo, các cọc bích buộc 
tàu, chằng tàu. 
Những tàu đã được đóng và sử dụng có hiệu quả được giới thiệu tóm tắt sau 
đây. 
Hình 8 giới thiệu tàu trang bị thiết bị đẩy cycloidal do máy chính công suất 
600HP lai. Trong hình 5 các ghi chú mang ý nghĩa sau. 1 – lầu lái, 2 – forepeak, 3 - thùng 
 15
xích, 4 - buồng cất giữ áo quần lao động, 5 – buồng máy đẩy, 6 – buồng ăn, 7 – két nhiên liệu, 8 - 
buồng máy, 9 – buồng nồi hơi phụ, 10 – phòng giải trí, 11 – két nước máy, 12 – két nước ngọt, 13 - 
kho, 14 – phòng chứa bình chống cháy, 15 – phòng chứa accu. 
Tàu kéo cùng công suất như tàu “Sao Hỏa” song trang bị máy diesel công 
suất 600HP, chân vịt trong ống đạo lưu, hoạt động xứ lạnh được giới thiệu tại hình 8. 
Hình 8. Tàu kéo trong cảng mang tên “Sao Hỏa” 
Trong hình 8 các ghi chú mang ý nghĩa sau. 1 – lầu lái, 2 – forepeak, 3 - thùng xích, 
4 – két nhiên liệu, 5 - buồng cất giữ áo quần lao động, 6 – buồng giải trí, 7 - buồng máy, 8 – thùng 
dầu trực, 9 - kho, 10 – két nước ngọt, 11 – buồng máy lái. 
Hình 9. Thiết bị đẩy tàu cycloid 
 16
Hình 10. Tàu Reid cong suất máy 600 HP 
Hình 11. “Sao Thổ” với máy chính công suất 1200 HP. 
Tàu kéo “Sao Thổ” lắp máy công suất 1200 HP được trình bày tại hình 11. 
Những ghi chú trong “Sao Thổ”: 1 – lầu lái, 2 – kho, 3 – thùng xích, 4 – bồng giải trí, 
5 – buồng công cộng, 6 – két nhiện liệu, 7 – buồng tắm, 8 – buồng máy, 9 – két dầu trực, 10 – buồng 
máy lái. 
 17
Tàu kéo cỡ lớn trong nhóm, lắp máy 2520 HP có dạng như tại hình 12. Trong 
hình: 1 – lầu lái, 2 – forepeak, 3 – thùng xích, 4 – phòng ngủ hai người, 5 – két nước ngọt, 6 – két 
nước ballast, 7 - buồng đựng bình bọt chữa cháy, 8 – két nhiê liệu, 9 – buồng máy, 10 – kho dây, 11 
– kho dụng cụ cơ khí, 12 – afterpeak. 
Hình 12. Tàu Dingl Bai lắp máy công suất 2520 HP. 
Hình 13. Tàu của hãng Dame thử quay vịng 
 18
2 Tàu kéo chạy sông 
Tàu kéo chạy sông chiếm số lượng đáng kể trong danh sách tàu thủy. Có thể 
nói, tàu kéo sông với kích cỡ vô cùng đa dạng, từ tàu rất nhỏ đến tàu khá cồng kềnh 
có mặt hầu như trên tất cả sông, hồ. 
Hình 14. Tàu kéo cảng 
Hình 15. Tàu sơng (river tug) 
 19
Đội tàu kéo hoạt động trong sông và vùng biển gần bờ có thể coi gồm ba 
chủng loại: tàu kéo đơn thuần, tàu đẩy đơn thuần và tàu làm được cả hai việc là tàu 
kéo-đẩy. Dấu hiệu giúp phân biệt các nhóm là cơ cấu ghép nối hay còn gọi cơ cấu 
liên kết giữa tàu kéo hoặc đẩy với phương tiện bị kéo, đẩy cùng phương tiện kéo 
trên tàu. Công suất máy chính trên tàu sông tùy thuộc nhiều vào điều kiện luồng, 
lạch mà tàu phải làm việc, phụ thuộc vào sức chở của các đối tượng bị kéo. Người ta 
đã đóng những tàu kéo lắp máy chỉ vài mươi sức ngựa song đã có tàu xuất xưởng với 
máy chính trên đó xấp xỉ 2000 HP. Cần nói rõ hơn, công suất máy cho tàu kéo-đẩy 
không lớn song với tàu đẩy công suất máy đã đạt đến 9000 HP cho một tàu. 
Tàu kéo và đẩy 
Tàu nhóm này trong chừng mức giống tàu kéo trong cảng, kích thước bị hạn 
chế đến mức tối thiểu và theo đó bố trí thiết bị, bố trí tàu nói chung phải tiến hành 
trong không gian hạn hẹp. 
Hình 16 Tàu đẩy 
Tàu sông trang bị máy không lớn, hiếm khi đến 600 HP, sức kéo trên tang 
chừng 4 – 5 T. Chiều dài tàu không muốn vượt quá 20 m. Vận tốc tàu trong sông theo 
chế độ chạy tự do chỉ vào khoảng 15 – 20 km/h. 
 20
Tiện đây lưu ý bạn đọc cách gán đơn vị đo vận tốc cho tàu. Tàu biển luôn 
phải được đo bằng đơn vị truyền thống trong ngành hàng hải là “nút”, dịch ra tiếng 
Việt là “hải lý / giờ”, viết tắt HL/h. Một dặm biển, dịch từ tiếng Anh NM (hải lý) dài 
1852 m. Trong khi đó vận tốc tàu chạy trong sông, bất kể loại tàu nào, đều được đo 
bằng đơn vị km /h, với 1 km = 1000 m. 
Những tàu đã được khai thác có đặc tính như nêu tại bảng 4. 
Bảng 4 
Hình 17 dưới đây giới thiệu mặt cắt dọc tàu sông làm nhiệm vụ kéo – đẩy-
cứu h ... 1280 0,1087 0,0800 0,0634 0,0387 0,0217 0,0110 
yu/L - 0,2072 0,2107 0,2080 Đường thẳng 
 T.E 
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 
yl/L 0,0048 0 0 0 0,0029 0,0082 0,0145 0,0186 0,0236 
yu/L Đường thẳng 0,0363 
 Bảng 8: Ống 37 
L.E. 
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 
yl/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 Đường thẳng 
 T.E 
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 
yl/L 0,0040 0 0 0 0,0020 0,0110 0,0380 0,0660 0,1242 
yu/L Đường thẳng 0,1600 0,1242 
Chân vịt họ Kaplan. 
Chân vịt họ Kaplan xuất xứ từ các cánh bơm họ Kaplan, được chuyển hóa sang 
tàu thủy. Những chân vịt được thử nghiệm, dùng cho ngành tàu mang tên Ka , được 
giới thiệu dưới đây. 
 Bảng 9: Đường bao cánh chân vịt Kaplan. 
 109
r
R
 b
bmax
 b
b
1
max
 b
b
2
max
 t
D
max 
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 
 Chiều rộng cánh tại r/R =0,6 tính theo công thức bmax = 1 969
1
0
, * *
Z
A
A
e . 
Chiều dầy ảo của cánh : t0 = 0,049*D. 
Toạ độ các profil cánh đọc tại bảng 10. 
 Bảng10. 
r/R Từ điểm dầy nhất đến mép thoát, % Từ điểm dầy nhất đến mép dẫn, % 
 100 80 60 40 20 20 40 60 80 90 95 100 
MẶT HÚT 
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 - 51,75 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 - 
MẶT ĐẨY 
0,2 20,21 7,29 1,77 0,1 - 0,21 1,46 4,37 10,52 16,04 20,62 33,33
0,3 13,85 4,62 1,07 - - 0,12 0,83 2,72 6,15 8,28 10,30 21,18
 110
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 
Ngoài các ống của Netherlands, các nước khác cũng có riêng ống của mình. 
Với bạn đọc quen tài liệu của Nga có thể sử dụng ống số 6 thử tại Nga sau đây làm 
tài liệu thiết kế. 
 Bảng 11: Ống số 6 ( tài liệu Nga) 
ln = 
L
Dn
 = 0,6; tn = 
t
b
 = 0,125; Cx = 1,30 ; Cy = 1,12 
L.E. 
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,30 
yl/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 
yl/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 
Có mặt ống đạo lưu tại vùng đuôi tàu làm cho dòng chảy tại khu vực này khác 
với đường dòng bao tàu không trang bị ống đạo lưu. Ống đạo lưu trong một chừng 
mức nhất định đã nắn đường dòng, làm thay đổi một số đặc tính lực thủy động. So với 
dòng chảy qua cánh chân vịt không nằm trong ống, dòng chảy qua cánh chân vịt bị 
nằm trong ống có vận tốc tương đối và tuyệt đối lớn hơn vì sự hạn chế của khe hở rất 
nhỏ giữa đầu cánh và thành trong của ống. Vận tốc nhanh hơn này trong rất nhiều 
trường hợp tạo ra lợi thế cho hệ thống đẩy loại này: lực đẩy của hệ thống lớn hơn lực 
đẩy chân vịt riêng lẻ nhờ nâng cao hiệu suất chân vịt trong dòng. Khe hở bé còn có 
tác dụng ngăn phần lớn dòng chảy của nước từ mặt đẩy đến mặt hút qua đầu cánh, 
và điều này cũng góp phần nâng cao lực đẩy chân vịt. 
Dùng ống đạo lưu cố định làm cho tính quay trở của tàu có kém hơn so với 
trường hợp không có ống. Để khăùc phục tình trạng này diện tích bánh lái cho tàu kiểu 
này cần được tăng thêm khoảng 20% đến 30%. Trường hợp dùng ống đạo lưu quay, 
vấn đề ăn lái không cần thiết đặt ra vì bản thân quay đạo lưu đã có tác dụng hướng 
dòng thoát và đồng thời tạo lực đẩy ngang tàu trong quá trình quay tàu. 
Hiệu quả sử dụng hệ thống ống, theo quan niệm của những nhà nghiên cứu 
đầu thế kỷ XX , phụ thuộc vào hệ số tải σT = T/(ρV2A) hoặc BP. Với hệ số tải nhỏ 
σT < 2,5 sử dụng hệ thống ống-chân vịt không đưa lại lợi thế về mặt hiệu suất, có 
đôi lúc còn chịu tác dụng ngược lại. Ở chế độ làm việc nặng σT > 2,5, tương đương 
 111
Bp > 40, hệ thống ống-chân vịt phát huy đầy đủ thế mạnh. Chính vì vậy ống đạo lưu 
khi ra đời đã tìm thấy nơi ứng dụng trên tàu kéo, tàu đẩy, tàu kéo lưới tàu đánh cá, 
hình 8. Những ghi chú gốc tại hình do bể thử Wageningen đưa ra được hiểu như sau: 
Twin-screw ships – tàu hai chân vịt, Bulk carriers – tankers – chỉ tàu chở hàng rời và 
tàu dầu, Cargo/container ships – tàu hàng khô và tàu chở hàng thùng. Các loại tàu 
này chúng tôi đề cập trong “Thiết kế tàu chuyên dùng”, tập I. Điều chúng ta quan 
tâm, tàu kéo – Tugs nên được trang bị ống đạo lưu và chân vịt trong ống nếu hệ số Bp 
lớn hơn 70. 
Đường kính chân vịt trong ống bé hơn khoảng 10% so với chân vịt cùng kiểu, 
song không nằm trong ống. Những chân vịt lớn, khi giảm 10% đường kính sẽ giảm 
được lượng vật liệu đáng kể. Điều quan trọng cần đề cập khi dùng hệ thống ống-chân 
vịt trên tàu là, theo phân bổ lực ghi trong công thức T = Tcv + Tn, đường trục chân vịt 
chỉ trực tiếp hứng chịu lực đẩy Tcv, thành phần còn lại Tn, truyền thẳng vào thân tàu. 
Điều này giảm áp lực cho hệ trục và cả cho máy chính, đảm bảo an toàn cao hơn cho 
máy. 
Đặc tính thủy động lực hệ thống ống-chân vịt. 
Các đường đặc tính thủy động lực chân vịt trong ống , cùng đặc tính thủy động 
lực của ống được xác lập tại bể thử , được ghi lại dướ dạng các đồ thị. 
Hệ số lực đẩy của ống-chân vịt: 
KT = 
T
n Dρ. .2 4 (7.20) 
Hệ số lực đẩy của riêng ống: 
KT n = 
T
n D
n
ρ. .2 4 (7.21) 
KT = KT cv + KT n . (7.22) 
Hệ số momen quay: 
KQ = 
Q
n Dρ. 2 5 (7.23) 
Hệ số vận tốc tiến: 
J
Vp
n D
=
.
Hiệu suất : 
η πp
T
Q
K
K
J= .
2
 112
Hình 9. Phạm vi làm việc chân vịt trong ống 
Đường đặc tính KT -ηP -J , KTn-ηP-J và KQ -ηP -J được trình bày tại các hình 
dưới. Đường đặc tính trên khi được xử lý trên máy tính, có thể viết chúng dưới dạng 
hàm của tỷ lệ P/D và J như sau. 
n
m
m n
nmT JD
PAK ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= ∑∑
= =
++
6
0
6
0
)1)(1( 
n
m
m n
nmTn JD
PBK ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= ∑∑
= =
++
6
0
6
0
)1)(1( 
n
m
m n
nmQ JD
PCK ⎟⎠
⎞⎜⎝
⎛= ∑∑
= =
++
6
0
6
0
)1)(1( 
Các hệ số Ai, Bi, Ci , i = 1, 2, ,3 ...., 49 đọc từ các bảng tại sách đã dẫn. 
Thiết kế chân vịt trong ống đạo lưu. 
Các phép tính tiếp theo thực hiện cho chân vịt họ Ka, trong ống 19A hoặc 37. 
Các hệ số dòng theo w’ và hệ số lực hút t’ khi áp dụng cho chân vịt trong ống, 
tính theo công thức: 
Tàu một chân vịt : w’ = 0,7.w; 
 t’ = ( 0,6 ÷ 0,7).t. 
Tàu hai chân vịt: w’ = ( 1,1 ÷ 1,2).w; 
 113
 t’ = t. 
trong đó w, t là các hệ số tương ứng, tính cho trường hợp chân vịt không nằm 
trong ống. 
Thông thường các hệ số vừa nêu nằm trong phạm vi sau: 
 w’ t’ 
tàu kéo một chân vịt 0,15 ÷ 0,20 0,12 ÷ 0,16 
tàu kéo hai chân vịt 0,07 ÷0,1 0,10 ÷ 0,12 
Để tránh sủi bọt cho cánh, tỷ lệ diện tích mặt đĩa chân vịt cần lớn hơn giá trị 
tối thiểu sau: 
)..4,0.(.
245
3
0 γγ DpHpDn
P
A
A
dSa
De
−−+
×= 
trong đó: PD - công suất dẫn đến trục chân vịt, (PS), 
 n - tần suất quay chân vịt, (v/s), 
 D - đường kính chân vịt, (m), 
 pa - áp suất khí quyển, (kG/m2), 
 HS - chiều sâu đến trục chân vịt, (m), 
 γ - trọng lượng riêng của nước, (kG/m3), 
 pd - áp suất hơi bão hòa, (kG/m2). 
Ví dụ thiết kế : Thiết kế chân vịt trong ống đạo lưu cho tàu kéo ven bờ, có các 
đặc tính sau. Vận tốc kéo VT = 7 HL/h; Máy chính: Máy diesel kiểu 6L350PN với 
công suất định mức BHP = 980PS, vòng quay trục cơ N = 375 v/ph; 
Chiều chìm đến trục chân vịt Hs = 2,20m; 
Sức cản vỏ tàu đọc theo bảng 12 dưới đây. 
Bảng 12 
Vận tốc tàu, (HL/h) 6,45 8,07 9,68 11,3 12,9 
Sức cản R, (kG) 1372 2301 3637 5703 9279 
Công suất kéo tàu EPS, (PS) 60,7 127,4 241,5 442 821 
Hệ số dòng theo w’ = 0,15; hệ số lực hút t’= 0,10. 
Chân vịt được chọn thuộc họ Kaplan, 4 cánh, nằm trong ống 19A. 
Theo các chỉ dẫn ghi rõ trong chương trước, các dữ liệu cần thiết cho thiết kế 
được tính từ dữ liệu đầu vào vừa nêu như sau. 
 114
Công suất dẫn đến trục chân vịt PD = 0,86. PB = 843 PS; Vòng quay chân vịt 
khi làm việc trong hệ thống với vỏ tàu, máy chính được giảm 2% , và N =0,98.375v/p 
= 367,5 v/ph, hoặc có thể tính tiếp n = 6,125 v/s. 
Vận tốc tiến của chân vịt khi kéo : Va = VT.(1-w’) = 5,95 HL/h. 
 Vp = 0,5144. Va = 3,06 m/s. 
Hệ số Bp : 
2,121
95,5.025,1.76
75.843
95,5
5,367
2 ==Bp 
Sử dụng hệ số Bp để chọn δopt , trên đồ thị chân vịt Ka-4.55 và Ka-4.70, cho 
các phép tính tiếp theo . Kết quả tính đọc theo bảng sau. 
 Bảng 13 
Ký hiệu Đơn vị Ka-4.55 Ka-4.70 
δopt, đọc từ đồ thị - 350 335 
δ = 0,98.δopt - 343 328,3 
P/D - 0,89 0,96 
D = 0,3048. δ .Va
N
 m 1,69 1,62 
Tỷ lệ mặt đĩa cần thiết nhằm tránh sủi bọt tính theo công thức (7.25). Với chân 
vịt Ka-4.55 D = 1,69m tỷ lệ này bằng 0,60, với chân vịt Ka-4.70 đường kính D = 
1,62m tỷ lệ AE/A0 = 0,68. Trong trường hợp này chọn tỷ lệ mặt đĩa 0,70 gần với 0,68 
vừa nêu, và chân vịt Ka-4.70 tiếp tục được sử dụng trong tính toán. 
Tại vận tốc nhỏ hơn VT = 7 HL/h chân vịt làm việc ở chế độ momen quay định 
mức, Q = const, đặc tính động lực của hệ thống ống-chân vịt tính cho hai trường hợp 
giới hạn Vs = 0 và Vs = VT = 7 HL/h như sau. Trong bảng tính tiếp theo sử dụng các 
đường đặc tính thủy động lực KT, KTn , KQ cho chân vịt Ka-4.70 do Wageningen công 
bố. 
Bảng 14: Đặc tính của chân vịt tại chế độ ủi bãi và tại VT. 
TT Ký hiệu và công thức Đơn vị Kết quả tính 
1 Vs, cho trước HL/h 0 7 
2 Vp = 0,5144.Vs.(1-w) m/s 0 3,0607 
3 J =
Vp
n D
Vp
. ,
=
9 922
 - 0 0,3085 
4 KT, đọc từ đồ thị - 0,48 0,325 
5 KTn, đọc từ đồ thị - 0,235 0,110 
 115
6 KQ, đọc từ đồ thị - 0,0395 0,0376 
7 KT* = KT - 0,3KTn - 0,410 0,292 
8 
n = 
Q
D KQρ. .5
v/s 5,97 6,125 
9 
TE = (1-t). D
Q
K
K
Q
T* 
kG 9474 7096 
10 Z0 = TE - R kG 9474 5516 
Tại các chế độ làm việc với vận tốc khai thác lớn hơn VT = 7HL/h, chân vịt 
làm việc theo tình trạng n = const. Đường đặc tính chân vịt trong trường hợp này như 
sau. 
 Bảng 15: Đường làm việc của chân vịt tại Vs > VT. 
Ký hiệu&công thức Đon vị Kết quả tính 
Vs, gán dữ liệu HL/h 8 9 10 11 12 
Vp= 0,5144Vs(1-w) m/s 3,498 3,935 4,372 4,81 5,247 
J = 0,1008Vp - 0,352 0,397 0,440 0,485 0,529 
KT , đọc từ đồ thị - 0,300 0,280 0,250 0,220 0,196 
Ktn , đọc từ đồ thị - 0,096 0,076 0,062 0,051 0,036 
KQ , đọc từ đồ thị - 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 
Te = KT*ρn2D4(1-t) kG 6586 6270 5614 4982 4496 
PT = 75)1( t
TeVp
− 
PS 341,4 365,6 363,6 355 349,5 
ηP = π2
* J
K
K
Q
T 
- 0,434 0,482 0,500 0,510 0,537 
P = 
PT
P r t hsη ξ χ η η. . . . 
PS 914,7 881,7 845,6 809,4 756,8 
Kích thước đường bao cánh và tọa độ các profil tính theo chỉ dẫn của tác giả 
nhóm chân vịt 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 
 116
 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 
 Giải thích: 
 B1 : từ trục đến mép thoát 
 B2 : từ trục đến mép dẫn 
 B4 : từ mép dẫn đến điểm tmax 
 Profil các mặt cắt 
 Đến mép thoát Đến mép dẫn 
 r/R 100 80 60 40 20 ! 20 40 60 80 90 95 100 
 M a t h u t 
 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 * 
 M ặ t đ ẩ y 
 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 thước ống đạo lưu số 19A dùng trong hệ thống ống-chân vịt. 
Chiều dài ống L = 0,5 D =0,81m = 810mm. 
Khe hở giữa đầu cánh và thành trong của ống C = 0,005D = 8mm. 
R+C = 810 + 8 = 818mm. 
Toạ độ profil mặt cắt dọc ống đọc từ bảng 16 sau. 
Bảng 16 
L.E. 
x/L 0 0,0125 0,025 0,050 0,075 0,100 0,150 0,200 0,250 
yl/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 Đường thẳng 
 117
 T.E 
x/L 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 0,80 0,90 0,95 1,0 
yl/L 3,9 0 0 0 2,3 6,6 11,7 15,0 19,1 
yu/L Đường thẳng ±51,5 
 Hình 10. Chân vịt Kaplan Ka-4.70 
Kết thúc phần này bạn đọc xem thêm cách bố trí hệ thống đạo lưu quay trên 
tàu kéo biển, hình 11, hình 12 và tiếp đó kết cấu tiêu biểu của ống trên tàu cỡ nhỏ, 
hình 13. 
Hình 11. Tàu kéo biển trang bị chân vịt trong ống đạo lưu quay 
 118
Hình 12 Bố trí ống đạo lưu và chân vịt trong ống sau tàu kéo 
Kết cấu ống đạo lưu trình bày tại hình 13. 
Hình 13 Kết cấu ống đạo lưu quay 
 119
TÀI LIỆU THAM KHẢO 
1. Bogdanov B.V, Sluskji A.V., Shmakov M.G., Vasiliev K.A., Sorkin D. K., (1974), 
••••••••• ••••, tiếng Nga: Tàu kéo, NXB Đóng tàu, Leningrad. 
2. Caldwell A. (1946), Screw Tug Design, London. 
3. Grieg P. (1960), Modern Harbour Tug Design, The Motor Ship, vol. 40 
4. Munro-Smith R. (1962), Tug Design, The Shipbuilder and Marine Engine Builder, 
vol. 69. 
5. Osmolovskji A.K., (1948), M•••••• • •••••••• ••••••• , (tiếng Nga: 
Tàu kéo biển và cảng), “Vân tải biển” Leningrad-Moskva. 
6. Roach C.D., (1954), Tug Design, Trans. SNAME, vol. 62.