Đồ án tốt nghiệp thiết kế hệ thống động lực tàu hàng 6800 tấn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (1.57 MB, 84 trang )
MỤC LỤC
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN ............................................................................................. 3
1.1 TỔNG QUAN VỀ TÀU ........................................................................................... 3
1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG VÀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC .. 4
1.2.1 Bố trí buồng máy............................................................................................... 4
1.2.2 Máy chính ......................................................................................................... 4
1.2.3 Thông số cơ bản của máy chính ........................................................................ 4
1.2.4 Tổ máy phát điện............................................................................................... 5
1.3 CÁC THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC KHÁC ....................................................................... 6
1.3.1 Tổ bơm .............................................................................................................. 6
CHƢƠNG 2: ...................................................................................................................... 11
TÍNH SỨC CẢN & THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG ............................................. 11
2
SỨC CẢN ............................................................................................................. 11
2.1.1 Các số liệu cơ bản ........................................................................................... 11
2.1.2 Công thức Pamiel ............................................................................................ 11
2.2 THIẾT KẾ CHONG CHÓNG ................................................................................ 13
2.2.2 Nghiệm bền chong chóng ............................................................................... 17
2.2.3 Xác định khối lƣợng và kích thƣớc chong chóng. .......................................... 19
CHƢƠNG 3 - THIẾT KẾ HỆ TRỤC............................................................................... 21
3
DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ ........................................................................ 21
3.1.1 Số liệu ban đầu ................................................................................................ 21
3.1.2 Luật áp dụng.................................................................................................... 21
3.1.3 Bố trí hệ trục ................................................................................................... 21
3.2 TRỤC CHONG CHÓNG ....................................................................................... 22
3.2.1 Đƣờng kính trục chong chóng......................................................................... 22
3.2.2 Chiều dày áo bọc trục...................................................................................... 22
3.2.3 Đƣờng kính trục trung gian ............................................................................. 23
3.3 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC .............................................................. 24
3.3.1 Chiều dày khớp nối trục .................................................................................. 24
3.3.2 Đƣờng kính bu lông khớp nối trục trung gian và trục chong chóng ............... 25
3.3.3 Chiều dày bích nối trục ................................................................................... 25
3.3.4 Ổ đỡ ................................................................................................................. 26
3.3.5 Chiều dày ống bao trục ................................................................................... 26
3.3.6 Chiều dày bạc .................................................................................................. 27
3.4 KIỂM NGHIỆM ..................................................................................................... 28
3.4.1 Áp lực gối đỡ................................................................................................... 28
3.4.2 Mô men tại gối đỡ ........................................................................................... 29
3.4.3 Nghiệm bền hệ trục ......................................................................................... 30
3.4.4 Nghiệm bền bulông bích nối ........................................................................... 35
3.4.5 Nghiệm bền ổ đỡ ............................................................................................. 36
CHƢƠNG 4 - DAO ĐỘNG NGANG .............................................................................. 37
4
PHƢƠNG PHÁP VÀ SƠ ĐỒ TÍNH.................................................................... 37
4.1.1 Mục đích ......................................................................................................... 37
1
4.1.2 Phƣơng pháp ................................................................................................... 37
4.1.3 Sơ đồ tính ........................................................................................................ 37
4.2 TÍNH DAO ĐỘNG NGANG THEO PHƢƠNG PHÁP SIMANXKI .................... 40
4.2.1 Lập bảng tính để tính toán............................................................................... 40
4.2.2 Bảng tính dao động ngang .............................................................................. 41
4.2.3 Khoảng dƣ lƣợng tính toán ............................................................................. 42
4.2.4 Kết luận ........................................................................................................... 42
CHƢƠNG 5: DAO ĐỘNG XOẮN ................................................................................... 43
5
DỮ KIỆN PHỤC VỤ TÍNH TOÁN .................................................................... 43
5.1.1 Luật áp dụng và tài liệu tham khảo ................................................................. 43
5.1.2 Chong chóng ................................................................................................... 44
5.1.3 Trục ................................................................................................................. 44
5.2 MÔ HÌNH VÀ PHƢƠNG PHÁP TÍNH DAO ĐỘNG ........................................... 44
5.2.1 Mô men quán tính khối lƣợng ......................................................................... 44
5.2.2 Độ mềm không thứ nguyên ............................................................................. 50
5.2.3 Sơ đồ chuyển đổi ............................................................................................. 50
5.2.4 Tần số dao động tự do theo công thức. ........................................................... 52
5.2.5 .Số lần dao động tự do: ................................................................................... 53
5.3 DAO ĐỘNG XOẮN CƢỠNG BỨC ...................................................................... 54
5.3.1 Cấp điều hòa mô-men kích thích .................................................................... 54
5.3.2 Vòng quay cộng hƣởng ................................................................................... 55
5.3.3 Góc lệch pha giữa các xy-lanh ........................................................................ 55
5.3.4 Tổng biên độ dao động hình học tƣơng đối .................................................... 58
5.3.5 Công của mômen điều hoà cƣỡng bức ............................................................ 61
5.3.6 Công của các mô men cản............................................................................... 62
5.3.7 Biên độ cộng hƣởng A1R ................................................................................. 64
5.3.8 Tổng ứng suất xoắn trên trục khi cộng hƣởng ................................................ 65
5.4 .KẾT LUẬN VỀ VÙNG CẤM QUAY ............................................................................. 67
CHƢƠNG 6: ...................................................................................................................... 68
TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG PHỤC VỤ .......................................................... 68
6
DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ ........................................................................ 68
6.1 SỐ LIỆU BAN ĐẦU .................................................................................................... 68
Cấp thiết kế ................................................................................................................ 68
6.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU ..................................................................................... 68
6.2.1 Lƣợng nhiên liệu dự trữ và trực nhật .............................................................. 68
6.2.2 Vận chuyển dầu đốt......................................................................................... 72
6.2.3 Cấp dầu đốt cho động cơ. ................................................................................ 72
6.3 HỆ THỐNG DẦU BÔI TRƠN ............................................................................... 73
6.3.1 Dự trữ dầu bôi trơn.......................................................................................... 73
6.3.2 Vận chuyển. .................................................................................................... 74
6.4 HỆ THỐNG NƢỚC LÀM MÁT. .......................................................................... 75
6.5 HỆ THỐNG KHÔNG KHÍ NÉN ............................................................................ 78
6.6 HỆ THỐNG KHÍ XẢ–TIÊU ÂM ........................................................................... 80
6.6.1 Nhiệm vụ của hệ thống khí xả ....................................................................... 80
6.6.2 Nguyên lý hoạt động ....................................................................................... 80
6.7 HỆ THỐNG CỨU HỎA ......................................................................................... 82
2
CHƢƠNG 1 – TỔNG QUAN
1.1 TỔNG QUAN VỀ TÀU
1.1.1.1
Loại tàu
Tàu hàng sức chở 6800 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang.Tàu đƣợc
thiết kế trang bị 01 Diezel chính 4 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt. Vùng
hoạt động
Tàu hàng 6800 tấn đƣợc thiết kế thoả mãn cấp không hạn chế theo Quy phạm phân
cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2013
1.1.1.2
Cấp thiết kế
Vùng hoạt động của tàu : Biển Quốc tế .
Tàu hàng 6800 tấn đƣợc thiết kế thỏa mãn cấp Không hạn chế theo Quy phạm phân
cấp và đóng tàu vỏ thép - 2013, do Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trƣờng ban hành.
Phần hệ thống động lực đƣợc tính toán thiết kế thỏa mãn tƣơng ứng cấp Không hạn chế
theo 6259:2013 –“ Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ biển vỏ thép”
Các thông số cơ bản phần vỏ tàu
1.1.1.3
1.1.1.4
– Chiều dài lớn nhất
Lmax
=
102,79
m.
– Chiều dài đƣờng nƣớc thiết kế
LWL
=
98,40
m.
– Chiều rộng thiết kế
B
=
17,0
m.
– Chiều cao mạn
D
=
9,10
m.
– Chiều chìm toàn tải
d
=
7,20
m.
– Lƣợng chiếm nƣớc
Disp =
9105
tons.
Hệ động lực chính
– Máy chính
LH41LA
– Số lƣợng
01.
– Công suất
H
=
2684
kW
– Số vòng quay
N
=
240
rpm.
– Kiểu truyền động
Trực tiếp.
– Chân vịt
Định bƣớc.
Quy phạm áp dụng
TCVN 6259:2013 –“ Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ biển vỏ thép”
1.1.1.5
Công ƣớc quốc tế áp dụng
(1) Công ƣớc quốc tế về an toàn sinh mạng con ngƣời trên biển, 1974
(SOLAS, 74);
3
(2) Công ƣớc quốc tế về mạn khô tàu biển, 1966 (LOAD LINES, 66);
(3) Công ƣớc quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra, 73/78
(MARPOL, 73/78);
(4) Qui tắc quốc tế tránh va trên biển, 1972 (COLREG, 72);
(5) Công ƣớc đo dung tích tàu biển, 1969 (TONNAGE, 69);
(6) Nghị quyết của Tổ chức lao động quốc tế (ILO).
1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƢỢNG VÀ TRANG TRÍ ĐỘNG
LỰC
1.2.1
Bố trí buồng máy
Buồng máy đƣợc bố trí từ sƣờn số 8 (Sn8) đến sƣờn số 29 (Sn29). Lên xuống buồng
máy bằng 04 cầu thang chính (02 cầu thang tầng 1 và 02 cầu thang tầng 2)
Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực,
hệ thống ống toàn tàu. Điều khiển các thiết bị đƣợc thực hiện tại chỗ trong buồng máy.
Điều khiển máy chính đƣợc thực hiện tại chỗ trong buồng máy hoặc từ xa trên buồng lái.
Một số bơm chuyên dụng có thể điều khiển từ xa trên boong chính nhƣ bơm vận chuyển
dầu đốt, bơm nƣớc vệ sinh, sinh hoạt, các quạt thông gió ...
1.2.2
Máy chính
Máy chính có kí hiệu LH41LA, do hãng HANSHIN - JAPAN sản xuất, là động cơ
Diezel 4 kỳ tác dụng đơn, dạng thùng, một hàng xi lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai
vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén, tự đảo
chiều, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa trên buồng lái .
1.2.3
Thông số cơ bản của máy chính
– Số lƣợng
– Kiểu máy
– Hãng sản xuất
– Công suất định mức, [H]
– Vòng quay định mức, [N]
– Số kỳ, []
– Số xy-lanh, [Z]
– Đƣờng kính xy-lanh, [D]
– Hành trình piston, [S]
–Suất tiêu hao nhiên liệu [ ge]
01
LH41LA
HANSHIN
2684 kW
240 rpm
4
6
410 mm
800 mm
132 g/cv.h
4
1.2.4
1.2.4.1
Tổ máy phát điện
Diesel lai máy phát
Diesel lai máy phát có ký hiệu 6NY16L-HN do hãng YANMAR sản xuất, là diesel
4 kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, tăng áp, làm mát từ một hệ làm mát
trung tâm, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng khi nén.
1.2.4.2
– Số lƣợng:
02
– Kiểu máy:
6NY16L-HN
– Hãng (Nƣớc) sản xuất:
YANMAR (JAPAN)
– Công suất định mức, [Ne]:
360
hp
– Vòng quay định mức, [n]:
1200
rpm
– Số kỳ, []:
4
– Số xy-lanh, [Z]:
6
– Đƣờng kính xy-lanh, [D]:
148
mm
– Hành trình piston, [S]:
165
mm
– Suất tiêu hao nhiên liệu:
190
g/cv.h
Máy phát điện
– Số lƣợng:
0
– Hãng sản xuất:
Brushless A.C.Generator
– Kiểu:
3 pha
– Công suất máy phát:
300
kVA
– Vòng quay máy phát:
1200
rpm
– Điện áp:
450
V
– Tần số:
60
Hz
Ngoài ra còn có các thiết bị khác kèm theo tổ máy phát điện.
1.2.4.3
Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện
– Bơm LO bôi trơn máy
– Bơm nƣớc ngọt làm mát
– Bơm nƣớc biển làm mát
– Bầu làm mát dầu nhờn
– Bầu làm mát nƣớc ngọt
– Máy phát điện một chiều
– Mô-tơ điện khởi động
– Các bầu lọc
– Bầu tiêu âm
– Ống bù hòa giãn nở
01
01
01
01
01
01
01
01
01
01
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
5
1.3 CÁC THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC KHÁC
1.3.1
1.3.1.1
1.3.1.2
Tổ bơm
Tổ bơm nƣớc chữa cháy và dung
Số lƣợng :
01
Kiểu :
M.D.V.Cent.
Lƣu lƣợng x Cột nƣớc :
(60-120) m3/h x (20-55) m
Công suất x Vòng quay :
26 kW x 1750 v/p
Bơm dự phòng
a.
b.
Số lƣợng
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.H.G - Naniwa
Lƣu lƣợng x Áp suất :
50 m3/h x 0,45 MPa
Công suất x Vòng quay :
18,5 kW x 1150 v/p
Bơm nƣớc biển trực nhật
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.H.Cent - Naniwa
Lƣu lƣợng x Cột nƣớc :
60 m3/h x 20 m
Công suất x Vòng quay :
7,5 kW x 1750 v/p
Bơm nƣớc ngọt
Số lƣợng :
02
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.H.Cent - Naniwa
Lƣu lƣợng x Cột nƣớc :
3 m3/h x 40 m
Công suất x Vòng quay :
2 ,2 kW x 3500 v/p
1.3.1.2.1 Bơm dầu cặn
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.H.Piston - Naniwa
Lƣu lƣợng x Cột nƣớc :
2 m3/h x 40 m
Công suất x Vòng quay :
1,5 kW x 1800 v/p
6
1.3.1.2.2 Bơm trợ lực dầu FO nồi hơi
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.H.G - Naniwa
Lƣu lƣợng x Áp suất :
0,5 m3/h x 0,2 MPa
Công suất x Vòng quay :
0,4 kW x 1125 v/p
1.3.1.2.3 .Bơm tuần hoàn nƣớc nồi hơi
Số lƣợng :
01
Kiểu :
M.D.H.Cent.
Lƣu lƣợng x Áp suất :
4 m3/h x 0,3MPa
Công suất x Vòng quay :
1,5 kW x 3480 v/p
Hãng sản xuất :
Naniwa
1.3.1.2.4 Bơm dằn và nƣớc đáy tàu :
1.3.1.3
Số lƣợng :
01
Kiểu :
M.D.V.Cent.
Lƣu lƣợng x Cột nƣớc :
(120-60) m3/h x (20-55) m
Công suất x Vòng quay :
26 kW x 1750 v/p
Các thiết bị phụ :
1.3.1.3.1 Máy nén khí sự cố :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
Diesel Driven - Burmhan Korea
Lƣu lƣợng x Áp suất :
11,5 m3/h x 30 kG/cm2
Công suất x Vòng quay :
6 PS x 2200 v/p
1.3.1.3.2 Máy phân li dầu HFO :
Số lƣợng :
02
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D - Mitsubishi
Lƣu lƣợng x Công suất :
900 l/h x 5,5 kW
1.3.1.3.3 Máy phân li dầu DO :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D - Mitsubishi
Lƣu lƣợng x Công suất :
760 l/h x 5,5 kW
1.3.1.3.4 Máy phân li dầu LO :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D - Mitsubishi
Lƣu lƣợng x Công suất :
1400 l/h x 5,5 kW
7
1.3.1.3.5 Bơm dầu thừa :
Số lƣợng :
01
Kiểu :
Trochoid
L.lƣợng x Áp suất x Công suất :
9000 l/h x 0,2 MPa x 0,4 kW
1.3.1.3.6 Máy phát điện nƣớc ngọt :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
WM .10M - Miura, Japan
Lƣu lƣợng x Công suất :
10T/day x 5,5 kW
1.3.1.3.7 Lò đốt dầu thải :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
WM .10M - Miura, Japan
Công suất :
200000 kcal/h
1.3.1.3.8 Máy phân li dầu - nƣớc :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
USH .20 - Taiko, Japan
Công suất :
2 m3/h x 15 PPM
1.3.1.3.9 Nồi hơi phụ
1.3.1.3.10
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
Miura, Japan
Công suất :
350kg/h x 7 kG/cm2
Chai gió máy chính :
Số lƣợng :
02
Dung tích x Áp suất :
900 lít x 30 kG/cm2
Chai gió máy phụ :
Số lƣợng :
01
Dung tích x Áp suất :
80 lít x 30 kG/cm2
8
1.3.1.3.11
Tổ quạt :
Quạt thông gió buồng máy :
Số lƣợng :
02
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.Axial - Onishi, Japan
Sản lƣợng x Áp suất :
450 m3/ph x 300 Pa
Công suất x Vòng quay :
7,5 kW x 1740 v/p
Quạt thải buồng phân li :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.Axial - Onishi, Japan
Sản lƣợng x Áp suất :
50m3/p x 300 Pa
Công suất x Vòng quay :
0,7 kW x 3340 v/p
Quạt thông gió hầm hàng :
Số lƣợng :
04
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.Axial - Onishi, Japan
Sản lƣợng x Áp suất :
400m3/p x 300 Pa
Công suất x Vòng quay :
5,5 kW x 1740 v/p
Quạt thải buồng bơm sự cố :
Số lƣợng :
01
Kiểu
M.D.Axial - Onishi, Japan
- Hãng sản xuất :
Sản lƣợng x Áp suất
Công suất x Vòng quay :
35m3/p x 200 Pa
0,4 kW x 3420 v/p
Quạt buồng máy phát điện sự cố :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.Axial - Onishi, Japan
Sản lƣợng x Áp suất :
20 m3/p x 150 Pa
Công suất x Vòng quay :
0,55 kW x 3410 v/p
Quạt thải phòng CO2 :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.Axial - Onishi, Japan
9
Sản lƣợng x Áp suất :
35 m3/p x 200 Pa
Công suất x Vòng quay :
0,4 kW x 3420 v/p
Quạt thải nhà bếp :
1.3.1.4
số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
M.D.Axial - Onishi, Japan
Sản lƣợng x Áp suất :
35 m3/p x 200 Pa
Công suất x Vòng quay :
0,4 kW x 3420 v/p
Bầu trao nhiệt :
1.3.1.4.1 Bộ hâm nhiên liệu máy chính :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
Có áo bọc - ShoWa, Japan
1.3.1.4.2 Bộ hâm dầu phân li HFO :
Số lƣợng :
02
Kiểu - Hãng sản xuất :
Có áo bọc - ShoWa, Japan
1.3.1.4.3 Bộ hâm dầu phân li LO :
Số lƣợng :
01
Kiểu - Hãng sản xuất :
Có áo bọc - ShoWa, Japan
1.3.1.4.4 Bầu làm mát nƣớc ngọt máy chính :
Số lƣợng :
01
Kiểu :
Dạng có áo bọc
Thông số kỹ thuật :
14m2
1.3.1.4.5 Bầu làm mát dầu LO máy chính :
Số lƣợng :
01
Kiểu :
Dạng có áo bọc
Diện lích trao nhiệt :
60 m2
1.3.1.4.6 Bầu làm mát dầu xả :
Số lƣợng :
01
Kiểu :
Dạng có áo bọc
Diện tích trao đổi :
5m
10
CHƢƠNG 2:
TÍNH SỨC CẢN & THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG
SỨC CẢN
2
2.1.1
2.1.2
Các số liệu cơ bản
– Chiều dài lớn nhất
Lmax
=
102,79
m
– Chiều dài đƣờng nƣớc thiết kế
LWL
=
94,50
m
– Chiều rộng thiết kế
B
=
17,0
m
– Chiều cao mạn
D
=
9,10
m
– Chiều chìm toàn tải
d
=
7,20
m
– Lƣợng chiếm nƣớc
Disp =
9105
tons
– Hệ số béo thể tích
CB
=
0,71
– Công suất tính toán
H
=
2684
– Số vòng quay chong chóng
np
=
240
kW
rpm
Công thức Pamiel
2.1.2.1
Phạm vi áp dụng của Pamiel
№
Đại lƣợng xác định
Tàu thực thiết kế
Phạm vi của Pamiel
1
Tỷ số kích thƣớc [B/d]
2,36
1,5 – 3,5
2
Tỷ số kích thƣớc [L/B]
5,79
4 – 11
3
Hệ số béo thể tích [CB]
0,71
0,35 – 0,8
4
Hệ số thon đuôi tàu []
0,777
0,33 – 1,5
2.1.2.2
Công thức xác định sức cản của Pamiel
VS3
EPS
LC 0
, (hp)
(2.1)
Trong đó:
VS – Tốc độ tàu tƣơng ứng với giá trị EPS cần xác định, (m/s);
– Lƣợng chiếm nƣớc của tàu, (tons);
L–
Chiều dài tàu thiết kế, (m);
C0 – Hệ số tính toán theo Pamiel.
11
2.1.2.3
Kết quả xác định sức cản tàu theo Pamiel
Đại lƣợng
xác định
№
Công thức tính
1
Tốc độ tính
toán
VS, Dự kiến thiết kế
(knots)
2
Kết quả
10
11
12
13
Tốc độ tính
Tính theo m/s
toán VS, (m/s)
5,14
5,654
6,168
6,682
3
Hệ số béo thể
Theo thiết kế
tích CB
0,71
0,71
0,71
0,71
4
Lƣợng chiếm
nƣớc
, Theo thiết kế
(tons)
9105
9105
9105
9105
5
Hệ số hình
dáng
1,327
1,327
1,327
1,327
1,11
1,22
1,33
1,45
95
93
91
90,5
1
1
1
1
1,004
1,004
1,004
1,004
91,8
89,9
87,9
87,5
965
1312
1740
2225
7237
8944
10878
12838
6
7
8
9
10
11
12
10
B
CB
L
Tốc độ tƣơng V1 VS
L
đối V1
Hệ số tính
Cp, theo đồ C p f V1 ,
thị
Hệ số hình Cho một đƣờng
dạng X1
trục
Hiệu chỉnh 0,7 0,03 L
chiều dài tàu
Hệ số tính C C p
0
X1
theo Pamiel
C0
Công
suất EPS Vs3
LC 0
kéo
EPS,
(hp)
Sức cản toàn Rt 75 EPS
Vs
phần Rt, (kG)
12
2.1.2.4
Đồ thị R–v, EPS–v
Hình 2-1: Đồ thị R–v và EPS–v.
2.1.2.5
Xác định sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng
– Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng):
p
= 0,5
– Hiệu suất đƣờng trục (lấy gần đúng):
t
= 0,98
– Dự trữ công suất máy chính:
15%Ne
– Công suất của máy chính:
Ne
= 4140
– Công suất kéo của tàu:
EPS
= 0,85.Nept
Kết quả:
EPS
= 1724
hp
hp
Tƣơng ứng (gần đúng) trên đồ thị sức cản có:
2.2
Vs
= 12,1
knots
Rt
= 11000
kG
THIẾT KẾ CHONG CHÓNG
Để tàu có thể chạy với một tốc độ nào đó ta phải đặt vào nó một lực đẩy có hƣớng
trùng với hƣớng chuyển động. Lực này đầy tàu cân bằng với lực cản do nƣớc và không
khí tạo ra khi tàu chuyển động. Năng lƣợng biến đổi từ động cơ chính thành lực đẩy tàu
thông qua thiết bị đẩy tàu. Chong chóng là thiết bị đẩy thông dụng nhất trên các tàu hiện
nay. Việc thiết kế chong chóng là công việc đáng quan tâm của nhà thiết kế.
13
2.2.1.1
Chọn vật liệu chế tạo chong chóng.
Chọn vật liệu chế tạo chong chóng là loại hợp kim đồng-nhôm-niken, Hệ số dòng
theo và hệ số hút.
2.2.1.2 Hệ số dòng theo
Theo Taylor = 0,5.-0,05
Với = CB = 0,71 => = 0,36
2.2.1.3 Hệ số hút
t = C1.
C1 = (0,50,7) khi bánh lái có profin dạng động học, Chọn C1=0,7
t = 0,7.0,357 = 0,25
2.2.1.4
Chọn số cánh của chong chóng.
Bảng2.3: Tính chọn số cánh chong chóng
N0
Hạng mục tính
K
hiệu
Đơn vị
1
Vòng quay động cơ
ndc
v/p
Theo M.E
240
2
Vòng quay chong
chóng
np
v/s
np = nhs/60
4
3
Hệ số dòng theo
–
-
0,36
4
Hệ số dòng hút
t
–
t = 0,85
0,25
5
Sức cản tàu
R
kG
Theo đồ thị sức cản
6
Lực đẩy
chóng
P
kG
P
R
1 t
14356
7
Vận tốc dòng chảy
đến chong chóng
Vp
m/s
Vp = (1-)VS
4,11
8
Mật độ chất lỏng
9
Đƣờng kính sơ bộ
chong chóng
D
chong
Công thức xác định
kGs2/m4 Nƣớc biển
m
D= (0,10,8)d
Kết quả
11000
104,5
2,7
14
10
Hệ số lực đẩy theo
đƣờng kính
11
Hệ số lực đẩy theo
vòng quay
12
Số cánh
chóng
chong
–
Kd ' Vp D
Kn’
–
K n'
Z
Cánh
Kd’
P
Vp
4
np
1,92
P
0,58
Kd’< 2
0,59
Kn’< 1
Kết luận: Chọn số cánh chong chóng Z = 4 cánh.
13
2.2.1.5
Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền.
Điều kiện bền theo tỉ số đĩa:
Ae Ae
0,375. 3 C '.Z
θ=
D.
A0 A0 min
max
2
m'.P
. 4
10
Bảng 2.4: Tính chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền
N0
Hạng mục tính
K
hiệu
Đơn vị
Công thức xác định
Kết
quả
1
Đƣờng kính chong chóng
D
m
Theo mục 2.2.1.4
2,7
2
Số cánh
Z
Cánh
Theo mục 2.2.1.4
4
3
Chiều dày cánh tƣơng đối
tại tại bán kính R = 0,6
max
cm
Chọn (0,08 0,1)
0,1
4
Hệ số phụ thuộc vào vật
liệu làm chong chóng
C’
–
Đồng thau
0,055
5
Hệ số phụ thuộc vào loại
tàu
m’
_
Với tàu hàng
1,15
6
Tỷ số đĩa nhỏ nhất
7
Chọn tỷ số đĩa theo điều
kiện bền
C' Z
0,375 3
D max
min
–
min
–
Chọn = 0,55
2
m' P
4
10
0,312
0,55
15
2.2.1.6
Nghiệm lại vận tốc tàu để chong chóng sử dụng hết công suất.
Bảng2.5: Tính nghiệm lại vận tốc tàu để chong chóng sử dụng hết công suất
N0
Hạng mục tính
K
hiệu
Đơn
vị
Giá trị
Công thức
xác định
Lần 1
Lần 2
1
Tốc độ tàu giả thiết
vs
hl/h
Giả định
12
13
2
Vận tốc dòng nƣớc
chảy đến chong chóng
vp
m/s
V.(1-)
5,654
6,682
14356
14356
1025
1025
0,6
0,6
3
Lực cản toàn phần
P
kG
R
1 t
4
Mật độ nƣớc biển
kG/m3
Tra
5
Hệ số lực đẩy theo
vòng quay
Kn’
6
Độ trƣợt tƣơng đối
p
Tra đồ thị
p = f(Kn’)
0,385
0,395
7
Tỉ số bƣớc thực tế với
tàu một chong chóng
a=1,05
p’
p’=p.1,05
0,39
0,4
8
Đƣờng kính
chóng tối ƣu
chong
9
Hệ số lực đẩy
10
Tỉ số bƣớc của chong
chóng
Vp
n
.4
p
Vp
m
n p . p '
2,5
2,7
K1
P
.n .D 4 opt
0,21
0,17
H/D
Tra đồ thị
p = f(Kn’)
0,65
0,66
Dopt
2
16
p
Tra đồ thị
p = f(Kn’)
Hiệu xuất đẩy thân tàu
k
13
Hiệu suất chong chóng
làm việc sau thân tàu
14
Công suất đẩy của
chong chóng
11
Hiệu suất đẩy
chong chóng
12
15
của
Np ’
N
Sai số công suất
0,65
0,67
k = 1
1,08
1,08
= p. k
0,701
0,723
cv
Np’= R.v
75.
2503
2647
0,067
0,014
%
1 t
N p' N p
N p'
.100
Kết luận: Vậy đƣờng kính chong chóng lấy D=2,17 m
2.2.2
Nghiệm bền chong chóng
2.2.2.1 Nghiệm bền theo tỉ số đĩa
2
min
C '.Z m '. p
0,375.
. 4
D. 10
3
Trong đó:
Z– Là số cánh của chong chóng, Z = 4.
C’– Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chong chóng, C’ = 0,055
m'– Hệ số phụ thuộc vào loại tàu, với tàu hàng, m’ = 1,15.
Dopt– Đƣờng kính tối ƣu của chong chóng, Dopt = 2,17 m.
max– Chiều dày tƣơng đối lớn nhất của cánh chong chóng tại bán
kính (0,6 – 0,7)R, chọn max = 0,1.
P– Lực đẩy của chong chóng, P 14356 kG
Kết quả:
min = 0,43 < = 0,55
Kết luận: chong chóng thỏa mãn điều kiện bền về tỉ số đĩa.
17
2.2.2.2 Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng.
min =
2
130. 1.KC
. n p .Dp
P
Bảng 2.6: Tính kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng
No.
Hạng mục tính
K
hiệu
Đơn
vị
1
Hệ số đặc trƣng
cho chế độ tải
_
( 1,1 ÷ 1,6 )
1,5
2
Hệ số đặc trƣng
cho chế độ xâm
thực
KC
_
Tra đồ thị
0,21
3
Đƣờng
chong
tối ƣu
Dopt
m
Theo bảng 2.5
2,7
4
5
6
7
8
9
kính
chóng
Công thức xác định
Kết quả
Áp suất mặt
thoáng
Áp suất hơi bão
hòa
Trọng
lƣợng
nƣớc biển
Pa
kG/m2
Pd
kG/m2 ở 200C
238
kG/m3
1025
Độ sâu chong
chóng so với
mặt biển
hb
m
Áp suất hủy
tĩnh tại vị trí
đặt
chong
chóng
P1
Tỉ số đĩa
’’
10330
d-(
Dopt
+0,2)
2
kG/m2 Pa+.hb-Pd
_
2
130. 1.KC
. n p .Dp
P
5,65
15883
0,009
18
10
11
2.2.3
2.2.3.1
Chọn tỉ số đĩa
theo điều kiện
chống
xâm
thực
Suy ra min = 0,009 < 0,55
Chọn
0,55
Kết luận : Điều kiện xâm thực đƣợc thỏa mãn.
Xác định khối lƣợng và kích thƣớc chong chóng.
Xác định khối lƣợng chong chóng.
Khối lƣợng chong chóng đƣợc xác định theo công thức :
G=
b
d e
Z
.D3 0.6 . 6, 2 2.104. 0, 71 0 . 0.6 0,59. m .l0 .d 20
4 m
4.10
D
D D
(*)
Bảng 2.7: Tính khối lượng của chong chóng
No
1
2
3
4
5
6
Hạng mục tính
Đƣờng kính
chong chóng
Đƣờng kính củ
chong chóng
Chiều dày lớn
nhất của cánh
chong chóng tại
tiết diện 0,6R
Chiều dài củ
chong chóng
Số cánh
Chiều rộng cánh
tại bán kính 0,6 R
K
hiệu
Đơn vị Công thức xác định
Giá trị
Dp
M
Theo trên
2,7
d0
M
(0,167 0,22)Dp
0,43
e0,6
M
(0,044 0,055)Dp
0,108
l0
M
0,32.D
0,65
Thiết kế
4
Z
D
b0,6 = bm Z
b0,6
M
0,76
bm = 1,1 – 1,3
7
Khối lƣợng riêng
của hợp kim
Đồng-NhômNiken
kG/m3
8
Trọng lƣợng
chong chóng
G
kG
8600
Tính theo công thức (*)
2130
19
2.2.3.2
Xác định kích thƣớc cơ bản của chong chóng.
– Đƣờng kính phía trƣớc củ chong chóng: dt = 0,125.D = 0,337
m
– Đƣờng kính phía sau củ chong chóng:
m
ds = 0,18.D = 0,486
– Đƣơng kính trung bình của củ chong chóng: do = 0,2.D = 0,54
m
– Chiều dài phần khoét lỗ: l = 0,1.D = 0,27
m
– Chiều dài củ chong chóng: l0 = 0,32.D = 0,864
m
– Nắp chụp chân vịt có các bulong nối , và đƣợc làm kín
+ Vật liệu của nắp chụp: đồng-nhôm-niken
Kết luận:
Đƣờng kính chong chóng:
D
=
2,7
m
Số cánh:
Z
=
4
Tỉ số đĩa:
=
0,55
Tỉ số bƣớc:
H/D
=
0,66
Chiều dài củ chong chóng:
lo
=
0,864 m
Đƣờng kính trung bình củ chong chóng: d0
=
0,54 m
Khối lƣợng chong chóng:
=
2130 kG
G
20
CHƢƠNG 3 - THIẾT KẾ HỆ TRỤC
DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ
3
3.1.1
3.1.2
Số liệu ban đầu
_ Công suất tính toán
H
=
2864
kW
_ Vòng quay tính toán
N
=
240
v/p
_ Vật liệu làm hệ trục
Thép rèn KSF45
+ Giới hạn bền kéo
Ts
=
520
N/mm2
+ Giới hạn chảy
Tc
=
320
N/mm2
+ Giới hạn mỏi
Tm
=
2,1.106
+ Độ cứng
HB
=
180
Rw
+ Hệ số đàn tính
E
=
2,1.106
kG/cm4
+ Tỷ trọng
=
7,85.10-3
kG/cm3
_ Trọng lƣợng chong chóng
Q
=
2130
_Vật liệu làm chong chóng
Đồng–nhôm–niken
kG/cm4
kG
Luật áp dụng
3.1.2.1 Luật áp dụng
Quy định về đóng tàu của Việt Nam do cơ quan Đăng kiểm Việt Nam (VR) đƣa ra
và tập hợp trong bộ TCVN 6259:2013 –“ Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ biển vỏ
thép”
3.1.2.2 Cấp tính toán thiết kế
Hệ trục và thiết bị hệ trục đƣợc tính toán thiết kế thỏa mãn tƣơng ứng cấp không
hạn chế theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2013.
3.1.3
Bố trí hệ trục
Tàu đƣợc bố trí 01 hệ trục đặt trong mặt phẳng dọc tâm tàu, hệ trục đƣợc đặt song
song và cách mặt phẳng cơ bản (đường cơ bản) 2100 mm.
Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chong chóng,với tổng chiều dài 8850 mm.
Trục chong chóng kết cấu bích liền, đƣợc đặt trên hai gối đỡ có kết cấu kiểu bạc
cao su. Hai gối đỡ này đƣợc bố trí trong ống bao trục, bôi trơn và làm mát gối bằng nƣớc
ngoài tàu trích từ hệ thống nƣớc làm mát chung. Trục chong chóng đƣợc chế tạo bằng
thép rèn KSF45, có chiều dài 8850 mm.
21
3.2 TRỤC CHONG CHÓNG
3.2.1
Đƣờng kính trục chong chóng
№
Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn vị
Công thức - Nguồn gốc
Kết quả
1
Công suất liên tục lớn
nhất của động cơ
H
kW
Đƣợc xác định theo lý lịch
máy
2684
2
Vòng quay của trục
chong chóng ở công suất
liên tục lớn nhất
N
v/p
Đƣợc xác định theo lý lịch
máy
240
3
Hệ số tính toán đƣờng
kính trục
k2
_
Đƣợc xác định theo bảng
3/6.3, [1]
1,26
4
Hệ số xét đến trục rỗng
K
_
Theo 6.2.4-1, [1]
1,0
5
Giới hạn bền kéo danh
nghĩa của vật liệu trục
Ts
N/mm2
Lấy giá trị nhỏ nhất của thép
KSF65
520
Theo 6.2.4, [1]
6
Đƣờng kính tính toán
của trục chong chóng
ds
Mm
d s 100 k2 3
H
N
560
K
T
160
s
264,1
Kết luận:
Đƣờng kính cơ bản của trục chong chóng thiết kế
ds
3.2.2
=
300
mm
Chiều dày áo bọc trục
№
Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn vị
1
Đƣờng kính tính toán
quy định của trục chong
chóng
ds
Mm
2
Vật liệu chế tạo áo bọc
trục
Công thức - Nguồn gốc
Kết quả
Đã tính ở mục 3.2.1
209,6
Theo thiết kế (Xem bản vẽ
Toàn đồ trục chong chóng)
Đồng
thanh
22
№
Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn vị
3
Chiều dày lớp áo bọc
bằng đồng thanh tại cổ
trục
t1
Mm
Công thức - Nguồn gốc
Kết quả
Theo 6.2.8, [1]
13,8
t1 0,03 d s 7,5
Kết luận:
Chiều dày áo bọc trục đƣợc xác định (đƣợc thiết kế)
t
3.2.3
=
25
mm
Đƣờng kính trục trung gian
Bảng 3.3: Tính đường kính trục trung gian
No
Hạng mục tính
K
hiệu
Đơn
vị
1
Công suất liên tục lớn
nhất của động cơ
H
kW
Lấy theo ME
2684
2
Vòng quay liên tục lớn
nhất trục trung gian
N
v/p
Ứng với ME
240
3
Hệ số tính toán đƣờng
kính trục
k1
–
Đƣợc xác định theo bảng
3/6.2, [1]
4
Hệ số xét đến trục rỗng
K
–
Theo 6.2.2, [1]
1,0
5
Giới hạn bền kéo danh
nghĩa của vật liệu trục
Ts
N/mm2
Lấy giá trị nhỏ nhất của
thép KSF65
520
6
Đƣờng kính tính toán của
trục trung gian
dtg
Mm
d tg 100k1 3
7
Đƣờng kính trục trung
gian
dtg
Mm
Thiết kế chỉ định
Công thức xác định
H 560
K
N Ts 160
Giá trị
1
209,6
260
23
3.3 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC
3.3.1
Chiều dày khớp nối trục
№
Hạng mục tính
Ký
hiệu
Đơn vị
Công thức - Nguồn gốc
Kết quả
1
Công suất liên tục lớn
nhất của động cơ
H
kW
Đƣợc xác định theo lý lịch
máy
2684
2
Vòng quay của trục
chong chóng ở công suất
liên tục lớn nhất
N
v/p
Đƣợc xác định theo lý lịch
máy
240
3
Hệ số tính toán đƣờng
kính trục
k1
_
Đƣợc xác định theo 6.2.9-4,
[1]
1,1
4
Hệ số xét đến trục rỗng
K
_
Theo 6.2.9-4, [1]
1,0
5
Giới hạn bền kéo danh
nghĩa của vật liệu trục
Ts
N/mm2
Lấy giá trị nhỏ nhất của thép
KSF65
520
6
Hệ số tính chọn đƣờng
kính
F1
_
Đƣợc xác định theo bảng
3/6.1, [1]
100
Theo 6.2.2, [1]
7
Đƣờng kính trục trung
gian tính toán
8
Vật liệu chế tạo bích
trục
9
Chiều dày các khớp nối
trục
d0
Mm
d 0 F1k1 3
H
N
560
K
T
160
s
Theo thiết kế (Xem bản vẽ
Toàn đồ trục chong chóng)
b
Mm
b = 0,27b0
230
KSF45
62,2
Kết luận:
Chiều dày các khớp nối trục đƣợc xác định (đƣợc thiết kế)
b
=
70
mm
24
3.3.2
Đƣờng kính bu lông khớp nối trục trung gian và trục chong chóng
Bảng 3.4: Tính đường kính bu lông khớp nối trục trung gian và trục chong chóng
No
Hạng mục tính
K
hiệu
Đơn
vị
Công thức xác định
1
Vật liệu bu lông
–
–
2
Đƣờng kính trục trung
gian
D0
Mm
3
Số bulông
N
–
Thiết kế chỉ định
8
4
Đƣờng kính vòng chia
D
Mm
Thiết kế chỉ định
445
5
Giới hạn bền kéo vật
liệu làm trục
Ts
Theo vật liệu
520
6
Giới hạn bền kéo danh
nghĩa vật liệu làm
bulông
Tb
Theo vật liệu, [2]-bảng 17,
trang 56
680
45,7
N/mm
2
N/mm
2
Thiết kế chỉ định
Kết quả
Theo 3.2.2–6
KSF70
260
7
Đƣờng kính bulông
db
Mm
d (T 160)
db 0,65. 0 S
n.D.Tb
8
Đƣờng kính thiết kế
db
Mm
Thiết kế chỉ định
3
3.3.3
55
Chiều dày bích nối trục
Bảng 3.5: Tính chiều dày bích nối trục
Hạng mục tính
K hiệu
Đơn
vị
1
Chiều dày bích nối trục
theo đƣờng kính bulông
nối trục
bb
Mm
Theo 3.3.2
52,7
2
Đƣờng kính trục chong
chóng tính toán
dcc
Mm
Theo 3.2.1.1
264,1
3
Chiều dày bích nối trục
theo đƣờng kính trục
bd
Mm
bd = 0,2 .d0
52,8
No
Công thức xác định
Kết quả
25
