Thiết kế tàu hút bùn và tính toán, thiết kế bơm bùn
Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (940.87 KB, 87 trang )
NGUYỄN NGỌC HỌC
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------------
NGUYỄN NGỌC HỌC
KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ
THIẾT KẾ TÀU HÚT BÙN VÀ
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BƠM BÙN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ
KHOÁ 2009
HÀ NỘI – 2012
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------------
NGUYỄN NGỌC HỌC
THIẾT KẾ TÀU HÚT BÙN VÀ
TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ BƠM BÙN
LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC
NGÀNH KỸ THUẬT MÁY VÀ THIẾT BỊ THỦY KHÍ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS. PHAN ANH TUẤN
HÀ NỘI - 2012
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ...........................................................................................................4
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT...............................................5
DANH MỤC CÁC BẢNG .............................................................................................6
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ .......................................................................7
MỞ ĐẦU .........................................................................................................................9
1. Lý do chọn đề tài......................................................................................................9
2. Lịch sử nghiên cứu.................................................................................................10
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu................10
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả................10
5. Phương pháp nghiên cứu ......................................................................................10
CHƯƠNG I
THIẾT KẾ THÂN TÀU HÚT BÙN ..............................12
1.1 Cấu tạo các bộ phận chính và nguyên lý làm việc của tàu hút bùn ..................12
1.1.1 Cấu tạo chung........................................................................................................12
1.1.2 Các bộ phận chính của tàu hút bùn .......................................................................14
1.2 Một số tàu hút bùn tham khảo cho đề tài này ....................................................16
1.3 Nguyên lý hoạt động của tàu hút bùn .................................................................20
1.4 Yêu cầu thực tế khi sử dụng tàu hút bùn ở Việt Nam .......................................20
1.5 Thiết kế thân tàu hút bùn......................................................................................21
1.5.1 Kết cấu tàu hút bùn ...............................................................................................21
1.5.2 Trang thiết bị trên tàu hút bùn...............................................................................22
1.5.3 Trang bị động lực cho tàu hút bùn ........................................................................22
CHƯƠNG 2
CƠ SỞ LÝ THUYẾT THIẾT KẾ BƠM BÙN .....................24
2.1 Những đặc điểm kết cấu chính của bơm bùn .....................................................24
2.2 Các phương trình cơ bản.......................................................................................24
2.3 Khả năng hút của bơm bùn..................................................................................29
Luận văn thạc sĩ khoa học
1
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
2.4 Một số điều cần chú ý đối với bơm bùn ..............................................................30
2.4.1 Hệ số hiệu suất ......................................................................................................30
2.4.2 Đặc tính năng lượng ..............................................................................................30
2.4.3 Bánh công tác.......................................................................................................30
2.4.4 Buồng xoắn ..........................................................................................................31
CHƯƠNG 3
THIẾT KẾ VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ CHO HỆ ......................32
THỐNG VẬN TẢI BÙN TRONG ĐƯỜNG ỐNG....................................................32
3.1 Tính chọn động cơ..................................................................................................32
3.2 Thiết kế bơm bùn ...................................................................................................34
3.2.1 Xác định cột áp máy bơm ....................................................................................34
3.2.2 Xác định lưu lượng của bơm bùn..........................................................................36
3.2.3 Tính toán bánh công tác ........................................................................................36
3.2.4 Thiết kế hình dạng rãnh bánh xe ở tiết diện kinh tuyến........................................41
3.3 Tính toán buồng xoắn ............................................................................................46
3.3.1 Thiết kế ống tháo...................................................................................................46
3.3.2 Thiết kế phần loe của ống tháo ............................................................................52
3.4 Tính toán lót kín .....................................................................................................53
3.5 Ống dẫn nước .........................................................................................................54
CHƯƠNG IV
TÍNH TOÁN VÀ KIỂM TRA ĐỘ BỀN TRỤC BƠM................55
4.1 Tính toán trục bơm ................................................................................................55
4.1.1 Lực tác dụng lên trục tại vị trí lắp khớp nối..........................................................55
4.1.2 Lực tác dụng lên bánh công tác của bơm..............................................................56
4.2 Kiểm nghiệm trục...................................................................................................62
4.2.1 Kiểm nghiệm trục về độ bền mỏi..........................................................................62
4.2.2 Kiểm nghiệm trục về độ bền tĩnh..........................................................................65
4.3 Tính toán chọn loại ổ lăn .......................................................................................66
4.3.1 Chọn ổ theo khả năng tải động..............................................................................66
4.3.2 Kiểm nghiệm theo khả năng tải tĩnh .....................................................................68
4.4 Tính toán chọn then ...............................................................................................70
4.4.1 Tính chọn then lắp bánh công tác .........................................................................71
4.4.2 Then lắp chỗ khớp nối...........................................................................................71
4.5 Khớp nối trục..........................................................................................................72
Luận văn thạc sĩ khoa học
2
Đề tài : MTK09-13
CHƯƠNG V
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
QUY TRÌNH LẮP VÀ CÔNG NGHỆ GIA CÔNG .................74
TRỤC BƠM BÙN ........................................................................................................74
5.1 Quy trình lắp ghép .................................................................................................74
5.1.1 Lắp ghép ổ lăn.......................................................................................................74
5.1.2 Lắp gép then..........................................................................................................76
5.2 Quy trình công nghệ gia công trục .......................................................................77
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .....................................................................................83
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................85
Luận văn thạc sĩ khoa học
3
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
LỜI CAM ĐOAN
Luận văn “Thiết kế tàu hút bùn và tính toán, thiết kế bơm bùn” này được thực
hiện bởi chính tác giả. Kết quả trình bày trong tập luận văn này là sự tổng hợp từ
những nghiên cứu trong quá trình tác giả theo học khóa đào tạo Thạc sỹ khoa học,
chuyên ngành Máy và thiết bị thủy khí tại trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội.
Luận văn thạc sĩ khoa học
4
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT
L: Chiều dài tàu
γ: Trọng lượng riêng
B,b: Chiều rộng
g: Gia tốc trọng trường
T: Chiều chìm tàu
n: Vận tốc vòng quay
H: Cột áp bơm
K: Hệ số sử dụng công suất
Q: Lưu lượng bơm
ξ: Hệ số tổn thất cục bộ
N: Công suất
λ: Hệ số ma sát
c: Vận tốc tuyệt đối
R,r: Bán kính
u: Vận tốc vòng
δ: Chiều dày lá cánh
w: Vận tốc tương đối
ψ: Hệ số chiều dày lá cánh
α: Góc giữa vectơ u và c
Z: Số cánh bánh công tác
β: Góc giữa vectơ w và phương của u
p: Hệ số hiệu chỉnh cột áp
C: Độ sệt của bùn
t: Bước cánh
D,d: Đường kính
θ: Góc ở tâm
η: Hiệu suất
Luận văn thạc sĩ khoa học
5
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Các thông số cánh
45
Bảng 3.2 Bảng tính lưu lượng buồng xoắn
50
Luận văn thạc sĩ khoa học
6
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ
Hình 1.1 Các bộ phận chính của tàu hút bùn
12
Hình 1.2 Một số kiểu lưỡi cắt
15
Hình 2.1 Các thành phần vận tốc chất lỏng trong bánh công tác
25
Hình 2.2 Tam giác vận tốc chất lỏng trong bánh công tác
26
Hình 3.1 Bách công tác
37
Hình 3.2 Đồ thị quan hệ W-R
43
Hình 3.3 Biên dạng cánh trên mặt cắt ngang
46
Hình 3.4 Ống tháo
47
Hình 3.5 Cách xác định tiết diện
52
Hình 3.6 Lót tiếp xúc
54
Hình 4.1 Kích thước sơ bộ trục bơm
55
Hình 4.2 Lực dọc trục bơm
56
Hình 4.3 Sơ đồ tính toán nội lực
60
Hình 4.4 Biểu đồ ứng suất trục bơm
61
Hình 4.5 Sơ đồ đặt lực lên trục bơm
67
Hình 4.6 Ổ lăn
69
Hình 4.7 Then trục bơm
70
Hình 4.8 Khớp nối trục
72
Hình 5.1 Mối ghép ổ lăn
75
Hình 5.2 Miền dung sai lắp ghép ngoài
76
Hình 5.3 Miền dung sai lắp ghép trong
77
Hình 5.4 Nguyên công 1
78
Hình 5.5 Nguyên công 2a
78
Hình 5.6 Nguyên công 2b
79
Hình 5.7 Nguyên công 3
79
Luận văn thạc sĩ khoa học
7
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
Hình 5.8 Nguyên công 4
80
Hình 5.9 Nguyên công 6
81
Hình 5.10 Nguyên công 7
81
Hình 5.11 Nguyên công 9
82
Luận văn thạc sĩ khoa học
8
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Đất nước ta từ lâu đã được xem là một nước nông nghiệp, ông cha ta đã biết
điều tiết nước để phục vụ cho sinh hoạt và sản xuất nông nghiệp, tuy nhiên việc điều
tiết nước đó chỉ bằng những trang thiết bị thô sơ, việc vận hành nó chủ yếu dựa vào sức
người là chính nên việc điều tiết nước có hiệu quả không cao, dẫn đến làm giảm sản
lượng cây trồng. Nước ta nằm trong khu vực nhiệt đới gió mùa nên khí hậu khắc
nghiệt, lũ lụt hạn hán xẩy ra thường xuyên và tạo khó khăn cho việc tưới tiêu cho mùa
màng, do các con sông, kênh rạch thường bị bồi dắp của bùn lầy làm ảnh hướng tới
công tác thủy nông, tưới tiêu.
Bên cạnh đó, việc phát triển giao thông đường thủy cũng rất quan trọng trong
việc thúc đẩy giao lưu thương mại giữa các vùng, miền của tổ quốc. Việc bồi đắp bùn ở
các lòng sông, kênh rạch đã làm cản trở giao thông đường thủy nội địa. Ngày nay dưới
sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật, người ta đã tạo ra nhiều máy móc trang thiết bị phục
vụ vào việc nạo vét sông ngòi, kênh rạch để đảm bảo phục vụ tốt cho công việc tưới
tiêu cũng như đảm bảo mạng lưới giao thông đường thủy nội địa. Một trong các thiết bị
nạo vét kênh đó là các tàu hút bùn mà đề tài: “Thiết kế tàu hút bùn và tính toán, thiết
kế bơm bùn” này sẽ đề cập tới.
Khác với những tàu hút bùn thông thường dùng phương thức hút bùn lên xe
chứa hoặc lên các thùng chứa rồi dùng phương tiện vận tải bùn tập kết đến chỗ đổ bùn,
tàu hút bùn được đề cập tới trong đề tài này sẽ dùng hệ thống, thiết bị phụ trợ để trực
tiếp hút và đẩy bùn trong đường ống đến nơi xả bùn luôn. Bằng thiết kế mới này, chi
phí vận tải bùn sẽ được giảm đáng kể.
Đề tài là sự kết hợp nghiên cứu trong 2 lĩnh vực chuyên môn chính là chuyên
ngành Máy và thiết bị thủy khí và chuyên ngành Kỹ thuật tàu thủy.
Luận văn thạc sĩ khoa học
9
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
2. Lịch sử nghiên cứu
Tàu hút bùn là một trong những tàu chuyên dụng được ngành kỹ thuật tàu thủy
đưa vào nghiên cứu, chế tạo tương đối sớm. Tuy nhiên, các tàu làm nhiệm vụ hút bùn
hiện nay do trong nước thiết kế chưa có sự kết hợp sự vận tải bùn trong đường ống. Đề
tài này sẽ là sự kết hợp giữa hai chuyên môn chính là chuyên ngành Máy và thiết bị
thủy khí và chuyên ngành Kỹ thuật tàu thủy để đưa ra một phương tiện nạo vét bùn làm
việc độc lập và hiệu quả.
3. Mục đích nghiên cứu của luận văn, đối tượng, phạm vi nghiên cứu
Mục đích nghiên cứu của luận văn là kết hợp kiến thức về chuyên ngành Kỹ
thuật máy và thiết bị thủy khí và kiến thực về chuyên ngành Kỹ thuật tàu thủy để thiết
kế ra một phương tiện nạo vét và vận tải bùn về nơi tập kết độc lập. Đối tượng và phạm
vi nghiên cứu của đề tài này là thiết kế tàu hút bùn, thiết bị đào xới bùn làm việc được
với các hệ thống phụ trợ để nâng cao hiệu quả vận tải bùn trong đường ống.
4. Tóm tắt cô đọng các luận điểm cơ bản và đóng góp mới của tác giả
Khác với những tàu hút bùn thông thường dùng phương thức hút bùn lên xe
chứa hoặc lên các thùng chứa rồi dùng phương tiện vận tải bùn trung gian tập kết bùn
đến chỗ đổ bùn, tàu hút bùn được đề cập tới trong đề tài này sẽ dùng hệ thống, thiết bị
phụ trợ để trực tiếp hút và đẩy bùn trong đường ống đến nơi tập kết bùn. Bằng thiết kế
mới này, chi phí vận tải bùn sẽ được giảm đáng kể. Đề tài đưa ra sự tích hợp giữa tàu
hút bùn và hệ thống vận tải bùn trên cùng một phương tiện.
5. Phương pháp nghiên cứu
Tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp lý thuyết về máy thủy khí, lý
thuyết về thiết kế tàu thủy và kinh nghiệm thực tiễn trong cương vị kỹ sư thiết kế tàu.
Tham khảo các loại tàu hút bùn cũng như các hệ thống hút và vận tải bùn trong đường
Luận văn thạc sĩ khoa học
10
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
ống để tối ưu hóa trong thiết kế mới này. Đây cũng là phương pháp nghiên cứu phổ
biến của hai chuyên ngành Kỹ thuật máy và thiết bị thủy khí và Kỹ thuật tàu thủy.
Luận văn thạc sĩ khoa học
11
Đề tài : MTK09-13
CHƯƠNG I
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
THIẾT KẾ THÂN TÀU HÚT BÙN
1.1 Cấu tạo các bộ phận chính và nguyên lý làm việc của tàu hút bùn
1.1.1 Cấu tạo chung
Tàu hút bùn hay còn gọi là tàu cuốc là một máy đào và vận chuyển bùn đất (ở
dạng hỗn hợp nước – đất, gọi là bùn) theo một quy trình công nghệ liên tục. Sơ đồ
nguyên lý của tàu hút bùn như trong Hình 1.1 dưới đây.
1. Bộ phận xới tơi
8. Bơm hút bùn
2. Khung cần bộ phận xới tơi
9. Động cơ đốt trong dẫn động bơm bùn
3. Cơ cấu dẫn động bộ phận xới tơi(động 10. Ống đẩy
11. Phao
cơ điện, hộp giảm tốc)
12. Cọc
4. Cáp nâng bộ phận xới tơi
13. Tời nâng hạ cọc
5. Tời của bộ phận xới tơi
14. Tời cáp neo để di chuyển khi làm việc
6. Ống hút
7. Ống mềm
Hình 1.1 Các bộ phận chính của tàu hút bùn
Luận văn thạc sĩ khoa học
12
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
Nhìn chung tàu hút bùn gồm ba nhóm chi tiết chính:
- Nhóm thứ nhất là nhóm chi tiết chính làm nhiệm vụ thực hiện các quy trình
công nghệ cơ bản là xới khuấy đất bùn và vận chuyển hỗn hợp bùn từ vị trí cần nạo vét
đến nơi thu gom. Cụm chi tiết này có thiết bị xới khuấy đất bùn (gọi là thiết bị sục
bùn); ống hút, thiết bị để điều khiển chi tiết sục bùn và miệng hút.
- Nhóm thứ hai bao gồm các chi tiết phụ đảm bảo các chi tiết nhóm thứ nhất làm
việc tốt. Nhóm này có các chi tiết vỏ tàu (có thể kết hợp bè hoặc phao nổi), thiết bị
nâng hạ chi tiết sục bùn và miệng hút, máy bơm phụ cấp nước kỹ thuật cho các chi tiết
chính của nhóm 1, thiết bị năng lượng và động cơ chạy bơm bùn.
- Nhóm thứ ba có các cụm chi tiết nhằm đảm bảo điều kiện bình thường và an
toàn giúp thiết bị hút bùn làm việc tốt đạt kết quả cao nhất. Cụm này bao gồm cả hệ
thống điều khiển, thiết bị đo kiểm tra, thiết bị nâng hạ phụ, thiết bị sưởi ấm, thông gió
an toàn vệ sinh, cứu hỏa và bơm nước thải, thiết bị thông tin liên lạc, tín hiệu …
Tàu hút bùn có cấu tạo phổ biến nhất đang được sử dụng gồm các bộ phận
chính: thân tàu (phao nổi), bơm bùn, động cơ chạy bơm, thiết bị đóng cọc, thiết bị làm
tơi đất, tời kéo, ống dẫn bùn đặt nổi, thường dùng các thiết bị làm tơi (hay sục bùn).
Đối với đất á sét, sét, cát mịn, đất có sỏi thì không phải làm tơi sơ bộ. Có thể làm tơi
bằng sức nước, không khí áp suất cao hay biện pháp cơ khí. Cơ cấu làm tơi cơ giới
được chuyển động bằng động cơ điện qua hộp giảm tốc và trục chuyển động. Cơ cấu
hút và làm tơi được gắn với khung tàu. Nâng hạ cơ cấu hút bằng tời cơ khí hoặc thủy
lực. Thân tàu được chế tạo bằng những bộ phận có thể tách rời nhau, Các phao riêng
được nối với nhau bằng những vỉ kéo.
Tổ hợp dầm ngang và dầm dọc cấu tạo nên vỏ ngoài của tàu gọi là thân tàu, có ba
hệ thống khung: khung ngang, khung dọc, khung hỗn hợp.
Bơm bùn được đặt trong khung hay hầm tàu. Bố trí bơm bùn trong hầm tàu sẽ tốt
hơn vì chiều cao hút sẽ nhỏ hơn.
Luận văn thạc sĩ khoa học
13
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
Đường ống dẫn bao gồm ống hút và ống đẩy. Ống hút có phần trên mặt nước và
phần dưới nước. Nó có cơ cấu nối mềm hay khớp cầu để điều chỉnh chiều sâu khai thác
bùn cát.
Ống có cơ cấu làm tơi và các chi tiết khác theo nó được gắn vào khung nâng.
Ống xả có phần trên tàu, phần dẫn bùn đặt nổi trên mặt nước và phần trên bờ dẫn
tới bãi thải.
Phần ống xả đặt nổi bao gồm những đoạn riêng biệt được nối với nhau bằng các
cơ cấu nối mềm đảm bảo việc di chuyển của tàu và ống trên mặt nước được bình
thường. Tính an toàn của phần ống nổi có ỹ nghĩa quan trọng đối với sự làm việc của
cả tàu. Để tránh hiện tượng làm hỏng chỗ nối của các ống xả phải có hai khớp cầu nối
các ống.
Trên thực tế đang sử rất nhiều các loại máy hút bùn khác nhau với kích cỡ và
chủng loại khác nhau. Có thể chia chúng thành hai loại chính: Tàu hút bùn phục vụ xây
dựng, khai thác mỏ và tàu hút bùn nạo vét đáy kênh phục vụ giao thông, thủy lợi.
1.1.2 Các bộ phận chính của tàu hút bùn
- Bộ xới tơi: có 2 loại bộ xới tơi
+ Bộ xới tơi kiểu ống hút: Dùng dòng nước áp suất lớn để điều chỉnh hút đất bị xới ở
giữa có dạng chỏm cầu
+ Bộ xới tơi kiểu tang phay: Hình dạng kích thước và vị trí của lưỡi phay trong không
gian phải thích hợp để có thể cắt và gom đất vào cửa hút là lớn nhất. Kích thước của lát
cắt ở vùng hút không được quá lớn. Tang phay quay tự do đối với cửa hút, không gây
tổn thất thủy lực đối với cửa hút, khi tang phay làm việc với đất dính bám và bùn lầy
thì tang phay không được nhập hết kích thước của nó.
- Công dụng: Dùng để cắt làm tơi và gom đất vào cửa của ống hút, trộn với nước tạo
thành hỗn hợp bùn.
- Chọn bộ phận xới tơi tuỳ thuộc vào từng loại đất
Luận văn thạc sĩ khoa học
14
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
+ Đất xói lở ( cát , đất phù sa…) dùng bộ xới tơi kiểu ống hút
+ Đất bền chắc dùng bộ xới tơi kiểu phay thường dùng là dàn xới dao phay 5
cánh biên dạng rằng cưa. Hình 1.2 biểu diễn một số kiểu lưỡi cắt điển hình.
Hình 1.2 Một số kiểu lưỡi cắt
- Ống hút:
+ Công dụng: Nối bộ phân xới tơi với ống hút của bơm bùn
+ Sử dụng nối bằng ống mềm hoặc khớp cầu . Đường kính ống hút dựa vào
lưu lượng của bơm để chọn và độ lớn của hạt bùn.
- Bơm bùn:
+ Đối với loại tàu hút bùn thì loại bơm chủ yếu dùng để hút bùn là bơm ly
tâm do vậy khi làm việc với bùn thì các bộ phận mà đặc biệt là cánh công tác
bị mòn nhanh.Do đó phải chọn vật liệu chịu mài mòn để chế tạo
+ Là bộ phận tiêu hao năng lượng nhất, nó quyết định toàn bộ các thông số
của tàu
- Ống đẩy:
Một phần đặt trên tàu hút, còn phần lớn đặt trên phao nổi hoặc giá treo làm nhiệm vụ
vận chuyển hỗn hợp bùn đến vị trí đổ. Giữa các ống đẩy được nối với nhau bằng khớp
cầu.
Luận văn thạc sĩ khoa học
15
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
Đường kính của ống được xác định dựa vào lưu lượng của bơm bùn. Sức bền của
ống đẩy dùng để xác định áp suất phía trong ống đẩy.
-
Cơ cấu di chuyển khi làm việc (tời cáp neo 11 ,12 và 13)
Đảm bảo cho bộ xới tơi cắt đất và gom đất vào ống hút. Hiệu quả làm việc của tàu
hút phụ thuộc rất nhiều vào cơ cấu di chuyển khi làm viêc.
Chọn cơ cấu di chuyển dựa vào công dụng, năng suất của tàu cũng như tính chất cơ
lý của đất khi nạo vét bùn thì dùng hệ thống cọc cáp.
-
Cơ cấu nâng hạ khung cần bộ phận xới tơi:
+ Dùng tời điện
+ Công suất cơ cấu nâng hạ xác định dựa vào lực tác dụng lên bộ phận xới tơi.
Công suất này có thể ≥ 100 Kw.
-
Thân tàu hút bùn:
+ Dùng để bố trí các cơ cấu trên tàu. Có thể sử dụng 1 thân hoăc 2 thân tàu
+ Tính toán thân tàu dựa vào lý thuyết thiết kế tàu thuỷ.
1.2 Một số tàu hút bùn tham khảo cho đề tài này
Qua một số tài liệu của các công ty thiết kế và khai thác tàu thì ở Việt Nam
chúng ta hiện nay có 3 loại tàu chủ yếu được sử dụng để thi công nạo vét sông, kênh,
cảng, biển. Tàu do Nga sản xuất, tàu do Hà Lan sản xuất và một số tàu cải tiến của Việt
Nam sản xuất. Dưới dây là một số đặc điểm kỹ thuật của các tàu hút bùn kể trên.
* Tàu Hà Lan
+ IHC BEAVER – 1600
- Kích thước cơ bản của tàu:
. Chiều dài tổng thể của cả gian phay
33,20 m
. Chiều dài phao tàu
22,00 m
. Chiều rộng tàu
7,95 m
. Chiều cao tàu
15,50 m
Luận văn thạc sĩ khoa học
16
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
. Kích thước phao chính ( 13,00m x 2,95m x 2,44m )
. Kích thước phao phụ ( 20,00m x 2,44m x 2,44m )
. Mớn nước của tàu ( khi chứa nhiên liệu ) : 1,5m
. Chiều sâu đào lớn nhất
14,00 m
. Đường kính trong của ống hút
550 mm
. Đường kính trong của ống xả
500 mm
. Trọng lượng khô của tàu
150 tấn
- Bơm bùn:
. Kiểu bơm IHC – 1250 – 275 – 500 ( 2 vỏ bơm )
. Tốc độ bơm bơm bùn
465 v/phút
. Công suất trục bơm
835 KW ( 1140 )
Truyền động bơm bởi động cơ Diezen Caterpllr 3512 DI – TA công suất 876 KW
(1195cv – 1600 v/phút qua hộp số bánh răng, lượng tiêu hao nhiên liệu riêng 207
g/KWh).
- Động cơ phụ (dao phay, tời cọc):
. Động cơ Điezen Caterpllr 3406 DI – TA công suất 300 KW (408cv) 1800
v/phút ứng với lượng nhiên liệu riêng 195g/KWH.
- Hệ thống điện:
. Động cơ điện 220/380v - tần số 50 Hz, công suất 12,5 KVA
. Hệ thống ắc quy: 24v
. Dung lượng: 200 Ah
- Dàn phay:
. kiểu IHC - 1445 - 170 - 5 cánh hình lưỡi cưa ở biên dạng cắt đất
. Công suất trục phay 170Kw ( 230 cv)
. Đường kính dao phay: 1455 mm
. Tốc độ dao phay: 30 v/phút
- Tời dịch chuyển:
Luận văn thạc sĩ khoa học
17
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
. Tời nâng cần lực kéo cáp
: 100 KN
. Tời biên lực kéo cáp
: 90 KN
. Tốc độ tời nâng cần
: 20m/phút
. Tốc độ tời kéo biên
: 20m/phút
. Đường kính tang tời
445 mm
. Đường kính cáp kéo tời biên +tời nâng cần : 24mm
. Cáp tời đều được truyền động bằng thuỷ lực
. Trang bị cáp cho 1 tời biên 100m và neo có trọng lượng là 720Kg
- Cọc dịch chuyển tàu
. Chiều dài cọc
18,5m
. Đường kích cọc
559 mm
. Trọng lượng cọc
5.250Kg
- Ben nầng hạ cọc
. Lực nâng của ben
254KN
. Hành trình của ben
2,1m
. Hành trình của coc
3,35m
- Biên độ chiều rộng mỗi lần quay sang bên 35 0
. ở chiều sâu đào lớn nhất là 30 m
. ở chiều sâu đào nhỏ nhất là 38m
- Cần cẩu trang bị trên boong
. Lực nâng
. Tầm với của cẩu
30 KN
3,25m
* Tàu Nga (HB-16)
Tàu hút bùn HB – 16 do Liên Xô sản xuất. Viện thiết kế máy công nghiệp Bộ cơ khí và
luyện kim thiết kế, nhà máy cơ khí duyên hải – Hải Phòng sản xuất
- Kích thước cơ bản của tàu:
Luận văn thạc sĩ khoa học
18
Đề tài : MTK09-13
. Chiều dài của tàu (có dàn phay)
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
15m
. Chiều dài của tàu (không có dàn phay) 13m
. Chiều rộng tàu
5,7 m
. Chiều cao tàu
5,2m
. Kích thước phao chính ( 1,3,m x 1,1m x 3,2m )
. Kích thước phao phụ ( 15m x 1,0m x 1,25m )
. Mớn nước của tàu ( khi chứa nhiên liệu ) 0,5m
. Chiều sâu đào lớn nhất
4,5 m
. Đường kính trong của ống hút
320 mm
. Đường kính trong của ống xả
300 mm
. Trọng lượng khô của tàu
60 tấn
- Thông số chính:
Thân tàu gồm 3 phao (1 phao chính, 2 phao phụ ): các phao này có thể vận
chuyển bằng đường bộ, đường sắt hoặc đường thuỷ và khi thì công được lắp gép với
nhau bằng các liên kết ngàm phía đáy tàu và liên kết bu lông phía mặt boong, ở thân
chính lắp đặt động cơ , bơm bùn , hệ thống điện,
Hệ dao xới và các máy công trình phục vụ thi công.
- Động cơ chính:
. Động cơ Liên Xô 3 12
. Công suất – vòng quay
300HP/1500 RPM
. Số chế tạo
. Ngày suất xưởng
. Máy phát điện xoay chiều
63,7 Kw
- Hệ thống điện , tời dịch chuyển
. Hệ thống điện ắc quy
12v – 200Ah
. Động cơ điện tời dịch chuyển
4,5 kw
. Tời nâng cần lực kéo cáp
2,8 kw
Luận văn thạc sĩ khoa học
19
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
. Lực kéo cáp
4,5 tấn
. Tốc độ tời nâng cần
4,5m/phút
. Tốc độ tời biên
4,5m/phút
Φ 13,5 – 16 mm
. Đường kính dây cáp
- Bơm bùn
. Bơm 12 BB
. Năng suất bơm
1200m 3 /h
. Tốc độ bơm bùn
750 v/p
. Công suất trục bơm
180 cv
- Dàn phay
. Dàn bơm xói thuỷ lực gồm 02 bộ công suất bơm Q50 x 2 (50 lít phút )
Dàn dao xới dao phay 5 cánh biên dạng răng cưa cắt đất công suất động cơ 40
kw.
1.3 Nguyên lý hoạt động của tàu hút bùn
Dùng bộ phận xới tơi (có thể là bộ xới tơi kiểu ống hút hoặc bộ xới tơi kiểu tang
phay tùy thuộc vào từng cấp đất) để cắt làm tơi và gom đất vào cửa của ống hút, trộn
với nước tạo thành hỗn hợp bùn với nồng độ 10% - 20%. Sau đó nhờ hệ thống bơm
bùn, hỗn hợp bùn sẽ được đưa vào ống hút tới các ống đẩy và vận chuyển tới nơi cần
đổ.
1.4 Yêu cầu thực tế khi sử dụng tàu hút bùn ở Việt Nam
Lựa chọn phương án thiết kế tàu hút bùn cần chú ý các thông số kỹ thuật như
khoảng cách và chiều cao địa hình phải đưa bùn lên, chiều sâu của lớp bùn dưới nước,
công suất cho máy sục bùn, chiều rộng của rãnh, đặc tính của bùn, chiều rộng của kênh
rạch … .Nghiên cứu đầy đủ và thiết kế, chế tạo liên hợp thiết bị hút bùn phù hợp với
điều kiện ở Việt Nam là đề tài tương đối mới, phức tạp. Đề tài nghiên cứu này được
Luận văn thạc sĩ khoa học
20
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
giới hạn ở thiết kế tàu hút bùn và nghiên cứu về cơ sở lý thuyết tính toán máy bơm bùn
và hệ thống, thiết bị phụ trợ để vận tải bùn trong đường ống.
1.5 Thiết kế thân tàu hút bùn
Trên cơ sở phân tích về tàu hút bùn đang sử dụng ở Việt Nam, kết hợp với lý
thuyết thiết kế tàu thủy và khả năng công nghệ của các nhà máy đóng tàu Việt Nam,
tác giả đã thiết kế thân tàu hút bùn với các thông số chính như sau:
• Chiều dài thiết kế: 49,1 mét
• Chiều rộng thiết kế: 12,0 mét
• Chiều cao mạn: 3,6 mét
• Mớn nước: 2,9 mét
• Công suất máy chính: 2x375 HP
1.5.1 Kết cấu tàu hút bùn
Kết cấu tàu hút bùn thoả mãn yêu cầu của quy phạm đóng tàu Đăng Kiểm Việt
Nam cho cấp III hạn chế.
+ Hệ thống kết cấu: Toàn tàu kết cấu theo hệ thống ngang khoảng cách sườn là
500 mm.
+ Vật liệu và quy cách: Tàu kết cấu bằng thép CT3. Tôn mạn trong S = 9 mm; tôn
mạn ngoài S = 8 mm; tôn mép mạn S = 9 mm; tôn boong S = 8 mm; tôn vách S = 9
mm; đà ngang đáy T10x120/S=8; sườn khoẻ T10x120/S=8; sườn thường L90x60x8; xà
ngang khoẻ T10x120/S=8; xà ngang thường L90x60x8; nẹp khoẻ vách T10x120/S=8;
nẹp thường L90x60x8; vách trước thượng tầng S=6; tôn boong S=6; sườn mạn
L75x50x6; xà ngang boong thượng tầng L75x50x6.
Luận văn thạc sĩ khoa học
21
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
1.5.2 Trang thiết bị trên tàu hút bùn
-
Thiết bị lái: Hai bánh lái dạng lưu thể, trục lái dạng 3 gối đỡ, truyền động lái
dùng lái thuỷ lực với máy lái khoảng 1 Tm.
-
Thiết bị neo: Tàu được trang bị 2 neo mũi loại neo HALL mỗi neo 500 Kg. Xích
neo 2 sợi loại xích φ28 ÷ φ31. Máy kéo neo là loại máy neo điện.
-
Thiết bị chằng buộc thiết kế thoả mãn yêu cầu quy phạm.
-
Thiết bị tín hiệu (đèn hiệu, vật liệu và tín hiệu âm thanh). Thiết kế thoả mãn quy
tắc tránh va chạm trên biển (bao gồm đèn hành trình xanh, đỏ, đèn hiệu, bố trí
trên cột đèn) đèn mũi, đèn đuôi.
-
Thiết bị cứu sinh: Trang bị cứu sinh phao bè, trang bị đủ phao tròn, phao áo cá
nhân.
-
Thiết bị thông tin vô tuyến trang bị phù hợp cho tàu.
-
Thiết bị đóng mở cửa đất: Hệ thống đóng mở cửa đất thực hiện bằng tời điện đặt
ở boong mũi.
1.5.3 Trang bị động lực cho tàu hút bùn
-
Máy chính lai chân vịt dùng loại máy Đông Phong do Trung Quốc sản xuất.
-
Số lượng:
-
Kiểu 12V135ACa
-
Công suất Ne = 283 CV
-
Vòng quay n = 1500 Vg/phút
-
Hộp số Z300/Y300
-
Tỷ số: 3,53 : 1
-
Hộp số Z300; Tỷ số: 2,04 : 1
-
Các hệ thống động lực (hệ thống cấp dầu) hệ thống làm mát, hệ thống dầu nhờn,
02 chiếc
hệ thống thông gió buồng máy, hệ thống khí thải, hệ thống cứu hoả... thiết kế
thoả mãn yêu cầu quy phạm).
Luận văn thạc sĩ khoa học
22
Đề tài : MTK09-13
Học viên : Nguyễn Ngọc Học
Trên cơ sở đã thiết kế phần thân tàu hút bùn, các bản vẽ đường hình dáng, bố trí
chung, kết cấu cơ bản được tác giả cung cấp cùng luận án này.
Luận văn thạc sĩ khoa học
23
