Case study of Nakashima Propellar Co.ltd

Author
1672071674918.png

Ứng dụng khả năng phân tích lưu chất để cải thiện hiệu suất chân vịt tàu thủy và giữ vị trí cạnh tranh dẫn đầu quốc tế.
Một xu hướng gần đây trong ngành hàng hải là các nhà sản xuất cố gắng phát triển các thiết bị thân thiện với môi trường một cách nhanh chóng. Nakashima Propeller sản xuất chân vịt hàng hải cho các công ty đóng tàu trong nước và quốc tế. Họ cũng tích cực tham gia vào phát triển và sản xuất cánh quạt và phụ kiện tiết kiệm năng lượng. Hexagon Sc/Tetra là một công cụ không thể thiếu cho sự phát triển của họ.

1672063779713.png
Picture 1. Propeller for chemical tanker . Unique stripe patterns on Nakashima Propeller products.


1. Mục đích chung của ngành công nghiệp là giảm khí nhà kính ( Greenhouse Gases).

Nakashima propeller, một nhà sản xuất chân vịt tàu thủy, đã tổ chức lễ kỹ niệm lần thứ 90 vào năm 2016. Họ là một trong những công ty chiếm ưu thế trong ngành, nắm giữ 80% thị phần nội địa nhật và 30% thị trường quốc tế. Sản phẩm của họ được dùng bởi các đơn vị đóng tàu trên toàn thế giới, bao gồm nhật bản, trung quốc, và hàn quốc.
Cần có 3 loại khả năng kỹ thuật để phát triển chân vịt hàng hải : Fluid Analysis, Casting and Machining. Cánh quạt được sản xuất theo đơn đặt hàng, mỗi sản phẩm được thiết kế để hoạt động tốt nhất khi được triển khai trên tàu được chỉ định. Vào cuối quá trình sản xuất, bề mặt cánh quạt được đánh bóng gọn gang bởi các chuyên gia, những người có khả năng phát hiện lỗi nhỏ đến 1% mm . Được đánh giá cao về kỹ năng và công nghệ, Nakashima Propeller đã nhận được giải thưởng Monozukuri đầu tiên của thủ tướng nhật bản. Họ cũng là một trong những công ty trong công nghiệp sản xuất thành công sợi carbon chân vịt bằng nhựa gia cố sợi fiber ( carbon fiber reinforce plastic ( CFRP) propeller).
Toàn bộ ngành công nghiệp hàng hải có mục tiêu đáp ứng chỉ số thiết kế hiệu quả năng lượng (energy efficiency design index), các hướng dẫn của tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) nhằm mục đích giảm khí nhà kính.Các quy định sẽ dần được củng cố và các tàu sẽ phải đáp ứng các yêu cầu để tiếp tục ra khơi.


2. Kiểm soát Xâm thực là điều thiết yếu.

Kiểm soát xâm thực là nhân tố quan trọng nhất khi thiết kế chân vịt. Xâm thực xảy ra khi bong bóng không khí được tạo ra bởi nước sôi do áp suất nước giảm mạnh. Bong bóng khí ngay lập tức hóa lỏng, và vỡ theo giga -pascal gây ra áp lực. Điều này gây mòn trên bề mặt chân vịt. Xâm thực cũng gây ra rung động tàu. Ngăn ngừa xâm thực và xói mòn do xâm thực là ưu tiên hàng đầu để duy trì sự an toàn của tàu và khả năng đẩy. Dự đoán xâm thực trong giai đoạn thiết kế từng là khó khăn. Ông Hasuike nhớ lại thời điểm họ tính toán khả năng xâm thực : “ Chúng tôi chỉ có thể xác định liệu lượng lỗ hổng trên các mặt lưỡi cắt là nhỏ hay đáng kể. Một công cụ tính toán chính xác không thể thiếu cho thiết kế chi tiết, với một công cụ có độ tin cậy cao, chúng ta có thể tự tin chuyển sang thiết kế nâng cao.”. Sử dụng một công cụ phân tích tính toán chất lỏng là điều cần thiết cho các kỹ sư của Nakashima propeller theo đuổi mục tiêu thiết kế tiên tiến hơn, liên quan đến việc định vị chính xác xâm thực và ăn mòn.
Sau khi so sánh một số công cụ phân tích chất lỏng, ông Hasuike và nhóm của anh ấy đã quyết định sử dụng SC/Tetra. Theo với ông Hasuike, lý do cho quyết định này là “ thực tế rằng nó được phát triển bởi một công ty đáng tin cậy của nhật bản”.
Support hết mình của Software cradle cũng khuyến khích quyết định của họ” khi chúng tôi tham vấn họ về vấn đề chúng tôi, họ đề nghị phát triển chức năng mới mà chúng tôi thực sự cần. kỹ sư của họ cực kỳ giỏi và giải quyết nhanh chóng. Lời khuyên họ đưa ra và sự hỗ trợ của họ thực sự nổi bật." Ông Hasuike nói.


3. Chức năng xác định nguy cơ ăn mòn.

Một trong những thành tựu đạt được bằng cách giới thiệu SC/Tetra là đánh giá rủi ro ăn mòn bằng cách sử dụng chức năng chỉ số ăn mòn. Nhiệm vụ đầu tiên ông Hasuike muốn kiểm tra, sau khi giới thiệu SC/tetra là đánh giá rủi ro ăn mòn.
1672068020674.png

Fig. 1: Color contours represent erosion index and white flow represents cavitation

Đường viền của chỉ số xói mòn. Những bong bóng trắng biểu thị cho xâm thực. Sáu lưỡi cắt có hình dạng khác nhau và hình dạng của lưỡi căt trên cùng có nguy cơ xói mòn ít nhất. Xâm thực xảy ra khi dòng chảy chậm lại khi cánh quạt di chuyển về phía trên, và hoàn toàn giảm dần vào thời điểm nó di chuyển sang một bên. Với các lưỡi cắt hiệu quả, hiện tượng xâm thực di chuyển trơn tru về phía trên và giảm dần mà không gây ra bất kỳ hư hỏng nào cho lưỡi cắt.
“ Chúng tôi đã hỏi Software Cradle liệu có thể triển khai chức năng mô phỏng xói mòn như vậy không. Đó là cách nó trở thành một function trong SC/Tetra” Mr.Hasuike nói. Nó là dựa trên chỉ số đơn giản hóa cho rủi ro xói mòn và được coi là hiệu quả để dự đoán rủi ro xói mòn trên chân vịt biển. Tiến trình này đã khiến Nakashima Propeller khám phá điềukiện ảnh hưởng đến rủi ro ăn mòn lưỡi. Họ cũng đã có thể làm cho xâm thực giảm đi một cách trơn tru. Đến cuối cùng, Nakashima Propeller đã thu nhỏ thành công bề mặt lưỡi, cũng như cải thiện hiệu quả của chúng.


4. Công cụ phân tích được sử dụng để thiết kế các thiết bị tiết kiệm năng lượng.

Nakashima Propeller cũng sử dụng SC/Tetra để phát triển các thiết bị tiết kiệm năng lượng giúp nâng cao hiệu quả của các bộ phận không phải chân vịt. Ultimate Rudder là một loại của van bánh lái được phát triển bởi công ty.
Van bánh lái là một phần phụ hình cầu được gắn vào đầu mép bánh lái phía sau đầu chân vịt. Khi nào chân vịt quay, một xoáy trung tâm mỏng dài được tạo ra và hiệu suất năng lượng giảm xuống. Bằng cách đặt một phần phụ phía sau nơi xảy ra xoáy trung tâm, xoáy trung tâm có thể được phân tán.
Ultimate Rudder là phiên bản cải tiến của van bánh lái. Van được gắn vào đầu chân vịt thay thế của bánh lái, nơi nó thường được đặt. Gắn van gần cánh quạt tạo ra hai tác dụng thuận lợi. Đầu tiên, xoáy trung tâm được phát tán tốt hơn. Thứ hai mức tăng khởi động được cải thiện. “ ý định của chúng tối là làm chậm quá trình đến chảy về phía chân vịt bằng cách xác định vị trí đầu, đó là ở mép bánh lái gần chân vịt hơn. Hình dạng đầu là phát minh của chúng tôi” Ông Okazaki nói. Như cánh quạt hiệu quả nhất khi quay châm trong dòng chảy chậm nhất có thể, khởi động đạt được có thể cải thiện bởi cản trở dòng chảy hướng đến bề mặt cánh quạt ( Fig. 2). “ Dùng CFD, chúng ta có thể phát triển thiết bị tiết kiệm năng lượng mới qua nhiều năm” ông Hasuike nói. Việc áp dụng CFD cho phép tối ưu hóa toàn bộ con tàu, bao gồm chân vịt và bánh lái, thay vì chỉ chân vịt. Trước khi giới thiệu CFD, Nakashima Propeller thường dùng phần phụ nguyên mẫu và cánh quạt quay thí nghiệm trong bể nước. “ nhờ có CFD, giờ đây chúng tôi có thể xác định hình dạng thiết bị tối ưu một cách dễ dàng và nhanh chóng với chi phí thấp. chúng tôi cũng có thể giảm số lượng thí nghiệm “ ông Hasuike nói.
1672069439361.png
Fig. 2: Rudder resistance is reduced by using valve head to disperse hub vortex, which magnifies negative pressure on top of the rudder. Effects of following wakes were improved by preventing the incoming flow toward propeller faces.


5. Tối đa hóa lợi ích của một công cụ tích hợp.
Ông Hasuike nói :” chúng tôi nhận thấy SC/Tetra có thể hoạt động dễ dàng. Nó được tích hợp tốt, tự tạo lưới đến bộ giải .” tạo lưới dễ dàng cũng rất hữu ích. Không mất nhiều thời gian để sử dụng SC/Tetra, bên cạnh đó ỹ sư thiết kế của chúng tôi bây giờ thực hiện phân tích giống như nhiệm vụ thông thường “
Năm ngoái, Nakashima Propeller có kế hoạch sản xuất một cánh quạt CFRP có đường kính 6m.
Bằng cách áp dụng CFRP nhẹ, nó có thể sản xuất cánh quạt với quy mô lớn hơn so với dùng kim loại. Cái này cũng có thể cải thiện hiệu quả năng lượng.” CFRP linh hoạt không giống như kim loại. nếu chúng ta có thể điều chỉnh vật liệu này một cách khéo léo, xâm thực và các rung động có thể được kiểm soát” ông Hsuike giải thích. SC/Tetra được dùng mở rộng cho những phân tích phức tạp, trong đó phân tích cấu trúc và chất lỏng phải được ghép nối.” SC/Tetra is all-in-one, rất hữu ích ngay cả khi chúng tôi cần sử dụng nhiều chức năng khác nhau” ông Hasuike nói.


6. Tạo điều kiện thuận lợi cho môi trường ảo để kiểm tra khả năng tổng thể của tàu.

Ông Hasuike nhận xét việc giảm thiểu tiếng ồn đang trở thành một nhu cầu trong ngành hàng hải. Tiếng ồn cánh quạt từ một tàu biển là một sự hỗn độn đối với sinh vật biển, như cá voi, sử dụng âm thanh để giao tiếp với nhau . Sự cần thiết điều chỉnh tiếng ồn tàu đang được thảo luận. Để chuẩn bị cho những thay đổi này, Nakashima Propeller sẽ bắt đầu tập trung vào giảm tiếng ồn.
Nakashima Propeller cũng tối ưu hóa mở rộng thiết kế tàu tổng thể, thay vì chỉ tập trung trên các cánh quạt . “ tối ưu hóa thiết kế đã được thực hiện riêng cho tới bây giờ. Các nhà sản xuất cánh quạt tập trung cánh quạt, giống như những người đóng tàu chỉ quan tâm với thân tàu.Tuy nhiên, việc cải thiện tổng hiệu suất năng lượng cho toàn bộ con tàu đòi hỏi phải phân tích nó một cách tổng thể. “ Hasuike nói.


Note: Hasuike Deputy General manager ; Okazaki Deputy manager Of Nakashaki Propeller Co.ltd
1672118528141.png
 

Attachments

Last edited:

long8564

Active Member
Moderator
Cảm ơn ad về bài viết, tiếng ồn cánh quạt từ một tàu biển là một sự hỗn độn đối với sinh vật biển vậy thì ngoài cánh quạt ra còn có động cơ nó có gây tiếng ồn với sinh vật biển không và cách khác phục nó như thế nào ?
 
Author
Cảm ơn ad về bài viết, tiếng ồn cánh quạt từ một tàu biển là một sự hỗn độn đối với sinh vật biển vậy thì ngoài cánh quạt ra còn có động cơ nó có gây tiếng ồn với sinh vật biển không và cách khác phục nó như thế nào ?
Cảm ơn câu hỏi của bạn Long rất hay.
Câu trả lời là âm thanh mà động cơ gây ra có ảnh hưởng đến sinh vật biển. Để xác định được ngưỡng âm thanh cho phép phải dựa trên nhiều yếu tố tác động về điều kiện môi trường nơi mà cánh quạt hoạt động, bên cạnh đó các yếu tố cơ vật lý khi thiết kế chế tạo cánh quạt bao gồm tốc độ quay, áp suất , cường độ âm thanh DB & cao độ hoặc tần số âm thanh Hz...tạo thành một bài toán về âm thanh khá phức tạp nhưng không phải không giải quyết được. MSC Hexagon có Module Actran chuyên phân tích về âm thanh đã được ứng dụng rất mạnh trong ngành Aerospace, Automotive, Marine industry...
 
Last edited:
Top