Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng dầu 13500 tấn, lắp máy MAN bw 8L35MC

CHƢƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG
1. GIỚI THIỆU CHUNG
1.1.Loại tàu và công dụng:
Tàu chở dầu tải trọng 13.500 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang. Tàu
đƣợc thiết kế để chở các loại hàng hoá sau: dầu nhiên liệu, dầu gadoan, dầu phản lực,
dầu hoả.Tàu đƣợc lắp máy chính mang nhãn hiệu 8L35MC của hãng MAN B&W, có
công suất 5200 kW, vòng quay định mức 210 v/p, truyền động trực tiếp 01 hệ trục
chong chón g.
1.2.Quy phạm và phân cấp:
- [1]– Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2013. Bộ Khoa học Công nghệ
và Môi trƣờng.
- [2]– MARPOL 73/78 (có sửa đổi).
- [3]– Bổ sung sửa đổi 2013 của MARPOL.
Tàu đƣợc thiết kế tƣơng ứng cho vùng hoạt động không hạn chế mà khu vực chính
là châu Á, Trung Đông và vùng ven biển Việt nam.Cấp thiết kế: biển không hạn chế.
1.3.Các thông số cơ bản của tàu:
_ Chiều dài toàn bộ :
_ Chiều dài giữa hai đƣờng vuông góc:
_ Chiều rộng:
_ Chiều cao:
_ Mớn nƣớc thiết kế:
_ Máy chính:
_ Sức chở:
_ Hệ số béo thể tích của tàu:

Lmax =
L
B
H
T
8L35MC

145,3

m;

=
136,6 m;
=
20,8
m;
=
11,2
m;
=
8,45
m;
MAN B&W;
13.500 tấn;
0,755.

1.4 Bố trí buồng máy:
Tàu đƣợc trang bị một máy chính để lai chong chóng có bƣớc cố định. Số lƣợng
máy móc thiết bị động lực và các hệ thống tàu bè đƣợc thiết kế thoả mãn yêu cầu Quy
phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép cho tàu chở dầu cấp không hạn chế.
Buồng máy đƣợc bố trí phía đuôi tàu từ sƣờn 5 đến sƣờn 35. Các thiết bị buồng
máy đƣợc điều khiển trực tiếp tại chỗ và bao gồm: máy chính, các tổ máy phát điện,
các thiết bị phục vụ cho hệ thống động lực, trang thiết bị sửa chữa nhỏ trong buồng
máy.
Trong buồng máy bố trí các két liền mạn dùng để chứa nhiên liệu, các két trực
nhật và các két lắng đƣợc bố trí trong buồng máy tại khe hở của các két dự trữ nhiên

1


liệu. Các két dầu nhờn đƣợc bố trí ở phía trƣớc của buồng máy. Chiều dài buồng máy
là 21 m.
2. Bố trí chung toàn tàu.
2.1 Các khoang chính:
_ Khoang mũi: đƣợc bố trí từ sƣờn 163 đến sƣờn 180;
_ Khoang hàng bao gồm 5 khoang và đƣợc bố trí nhƣ sau:
+ Khoang hàng số I đƣợc bố trí từ sƣờn 137 đến sƣờn 163;
+ Khoang hàng số II đƣợc bố trí từ sƣờn 111 đến sƣờn 136;
+ Khoang hàng số III đƣợc bố trí từ sƣờn 89 đến sƣờn 110;
+ Khoang hàng số IV đƣợc bố trí từ sƣờn 65 đến sƣờn 88;
+ Khoang hàng số V đƣợc bố trí từ sƣờn 43 đến sƣờn 64;
_ Khu vực động cơ (buồng máy) đƣợc bố trí từ sƣờn 9 đến sƣờn 35;
_ Khoang đuôi đƣợc bố trí từ sƣờn 0 đến sƣờn 9;
_ Khoang bơm (buồng bơm) đƣợc bố trí từ sƣờn 35 đến sƣờn 42.
Khoảng cách giữa các sƣờn trong khoang hàng là 800 mm, ở trong buồng máy và
khoang mũi là 700 mm. Khu vực hàng hoá đƣợc ngăn cách với khu vực máy móc phía
sau bởi ngăn cách ly và buồng bơm. Khu vực hàng hóa đƣợc ngăn cách với vách
chống va bởi các két nƣớc dằn và buồng chong chóng mũi.
2.2. Đáy đôi:
_ Đáy đôi trong buồng máy:
Đáy đôi trong buồng máy có chiều cao 2115 mm đƣợc chia làm một số két với số
lƣợng thích hợp nhƣ: két dầu MDO, GO, LO, các két dầu thải, ngăn cách ly và giếng
đáy…
_ Đáy đôi trong khu vực hàng hóa: có chiều cao là 1400 mm chạy suốt khu vực
khoang hàng.
2.3. Dung tích các két:
_ Các két hàng (100%)

_ Các két nƣớc dằn
_ Các két nƣớc ngọt
_ Két dầu HFO
_ Két dầu DO
_ Két dầu gadoan
_ Két dầu nhờn

min 15000
6000
120
750
150
50
20

m3;
m3;
m3;
m3;
m3;
m3;
m3.

2


3. Kết cấu thân tàu:
3.1. Hệ thống kết cấu:
Thân tàu đƣợc đóng gồm nẹp dọc và sƣờn ngang trong khu vực khoang hàng. Ngoài
khu vực khoang hàng sử dụng kết cấu ngang.

3.2. Vật liệu:
Tàu có kết cấu hoàn toàn là kết cấu hàn hồ quang. Việc thi công thân tàu và thƣợng
tầng phải phù hợp với yêu cầu của đăng kiểm. Tàu đƣợc đóng bằng thép mềm.
4. Máy chính:
4.1. Giới thiệu chung.
Tàu đƣợc lắp một động cơ chính mang nhãn hiệu 8L35MC của hãng MAN B&W
là động cơ diesel hai kỳ thấp tốc, tác dụng đơn, phun nhiên liệu trực tiếp, có tăng áp,
hành trình lớn có đầu chữ thập. Động cơ có chiều quay cùng chiều kim đồng hồ nhìn
từ phía lái về phía mũi, lai một chong chóng có bƣớc cố định.
Các thông số kỹ thuật của động cơ:
_ Tên máy
8L35MC MAN B&W;
_ Công suất định mức
Ne =
5200 kW;
_ Vòng quay
n
=
210
v/p;
_ Số xi lanh
Z
=
8
;
_ Đƣờng kính xilanh
D =
350
mm;
_ Hành trình piston

S
=
1050 mm;
_ Nhiên liệu sử dụng
dầu HFO;
_ Suất tiêu hao nhiên liệu
ge =
177
g/kW.h;
_ Thứ tự nổ
1-3-5-7-8-6-4-2;
Động cơ có tính năng tự động điều chỉnh áp suất cháy lớn nhất để đảm bảo hiệu suất
tối ƣu trong dải hoạt động. Động cơ đƣợc điều khiển và vận hành từ buồng điều khiển
và buồng chỉ huy. Ngoài ra động cơ còn đƣợc vận hành sự cố với điều khiển tại chỗ
theo tiêu chuẩn của nhà sản xuất và yêu cầu của quy phạm.
4.2. Các thiết bị kèm theo máy chính:
4.2.1. Tổ bơm:
_ Bơm dầu nhờn tuần hoàn cho máy chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:

2
0,4
120

chiếc;
MPa;
m3.
3

_ Bơm vận chuyển dầu HFO cho máy chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm vận chuyển dầu DO cho máy chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm nƣớc biển làm mát máy chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Máy phân ly dầu HFO cho máy chính:
Số lƣợng:
Lƣu lƣợng:
_ Bộ gia nhiệt dầu phân ly:
Số lƣợng:
Lƣu lƣợng:
_ Máy phân ly dầu LO cho máy chính:
Số lƣợng:
Lƣu lƣợng:
_ Bộ gia nhiệt dầu phân ly:
Số lƣợng:
Lƣu lƣợng:
_ Sinh hàn dầu bôi trơn máy chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:

_ Bơm nƣớc ngọt làm mát nhiệt độ thấp:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm nƣớc ngọt làm mát nhiệt độ cao:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Sinh hàn nƣớc ngọt làm mát máy chính:

1
0,3
20

chiếc;
MPa;
m3/h.

1
0,3
20

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
0,25
400

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
1500

chiếc;
l/h.

2
1500

chiếc;
l/h.

2
1100

chiếc;
l/h.

2
950

chiếc;
l/h.

2
0,25

400

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
0,35
370

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
0,25
50

chiếc;
MPa;
m3/h.
4


Số lƣợng:
Công suất:
_ Bộ gia nhiệt nƣớc ngọt cho máy chính:
Số lƣợng:
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
_ Bơm cấp nƣớc cho bộ gia nhiệt máy chính:

Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Chai CO2 dập lửa:
Số lƣợng:
Dung tích:
_ Palăng phục vụ sửa chữa máy chính:
Số lƣợng:
Tải trọng tối đa:
_ Két thoát khí nhiên liệu máy chính:
Số lƣợng:
Dung tích:
_ Máy nén khí chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm nƣớc biển làm mát máy chính:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
4.2.2. Cáckét chứa trong buồ ng máy :
.Két dầ u dố t dƣ̣ trƣ̃:
_ Két dầ u HFO dƣ̣ trƣ̃:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
_ Két dầ u DO dƣ̣ trƣ̃:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:

.Két dầ u dố t hằ ng ngày :

1
820

chiếc;
kw.

1
1

chiếc;
m2.

1
0,25
2

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
67,5

bình;
l.

2
1

bình;
t.

1
0,7

két;
m3.

2
3
85

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
0,25
400

chiếc;
MPa;
m3/h.

02
chiế c;
357,5
m3;

đáy đôi (kiể u két rời).
02
chiế c;
77,5 m3;
đáy đôi (kiể u két rời).

5


_ Két dầ u HFO đố t hằ ng ngày :
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
_ Két dầ u DO đố t hằ ng ngày :
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
.Két lắ ng dầ u đố t:
_ Két lắ ng dầ u HFO:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
_ Két lắ ng dầ u DO:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
.Két dầ u bôi trơn dƣ̣ trƣ̃:
_ Két dầ u bôi trƣơn dƣ̣ trƣ̃ cho máy chính:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:

Kiể u két:
_ Két dầ u bôi trơn cho máy đèn:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
_ Két dầ u bôi trơn cho xilanh:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két:
.Két nƣớc thải, vê ̣ sinh:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két: liề n.
.Két chƣ́a nƣớc ngo ̣t sinh hoa ̣t:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:

01
chiế c;
3
15 m ;
rời.
01
chiế c;
6
m3;
rời.

01
chiế c;

3
20 m ;
liề n.
01
chiế c;
3
9
m;
rời.

01
chiế c;
3
10 m ;
rời.
02
chiế c;
3
3
m;
liề n.
01
chiế c;
3
15 m ;
liề n.
01
chiế c;
3
14 m ;

02
chiế c;
3
60 m ;
6


Kiể u két:
.Két nƣớc giản nở máy chính:
Số lƣơ ̣ng:
Dung tích:
Kiể u két: rời.

liề n.
01
chiế c;
10 m3;

5. Nồi hơi:
_ Số lƣợng:
1
chiếc;
_ Kiểu loại:
composite;
_ Năng suất đốt dầu:
1,4
t/h hơi bảo hoà;
_ Năng suất tận dụng nhiệt khí xả:
0,7

t/h;
_ Áp suất:
0,7
MPa;
_ Nhiên liệu sử dụng:
HFO.
Nồi hơi có dạng hình trụ đứng, kết cấu hàn.Có khả năng làm việc cả hai phần, đốt
dầu và tận dụng nhiệt khí xả.Phần tận dụng nhiệt khí xả có thể sinh hơi khô trong
trƣờng hợp sự cố.Lƣợng hơi dƣ thừa đƣợc dẫn tới bình ngƣng tụ thông qua một van
hãm.
6. Tổ máy phát điện:
Tổ máy phát điện gồm 3 tổ máy phát diesel và 1 tổ máy phát điện sự cố.
6.1. Tổ máy phát diesel:
6.1.1. Động cơ diesel:
_ Số lƣợng:
Z
=
3
chiếc;
_ Kiểu:
6L 16/24;
_ Hãng sản xuất:
MAN B&W;
_ Công suất:
Ne =
540
kW;
_ Vòng quay:
n
=

1000 v/p.
Động cơ máy phát điện là động cơ diesel 4 kỳ, 6 xilanh, có tăng áp, đƣợc khởi
động bằng khí nén và làm mát bằng nƣớc ngọt.Nhiên liệu sử dụng là dầu HFO.
6.1.2. Máy phát điện:
_ Số lƣợng:
_ Điện áp:
_ Tần số:
_ Công suất:
Máy phát điện là máy phát điện xoay chiều
cùng 1 bệ máy.

3
chiếc;
400
V;
50
Hz;
515
kW.
và đƣợc nối mềm với động cơ trên

7


6.2. Tổ máy phát sự cố:
Tổ máy phát điện sự cố đƣợc bố trí trong buồng máy phát sự cố trên boong dâng
lái 1.
6.2.1. Động cơ diesel phát điện sự cố:
_ Số lƣợng:
_ Kiểu loại:

_ Vòng quay:
_ Nhiên liệu sử dụng:

1
máy;
diesel 4 kỳ;
1500
v/p;
DO.

6.2.2. Máy phát điện sự cố:
_ Số lƣợng:
_ Công suất:
_ Điện áp:
_ Tần số:

1;
150
kW;
400
V;
3 pha, 50 Hz.

7. Các thiết bị khác trong buồng máy:
_ Bơm cấp dầu hàng
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm ballast
Số lƣợng:

Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm cứu hoả và phục vụ chung:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
Kiểu:
Nguồn:
_ Bơm cấp dầu lắng:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm cấp dầu lắng:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:

3
0,8
600

chiếc;
MPa;
m3/h.

2
0,25
300

chiếc;

MPa;
m3/h.

2
chiếc;
0,3/1
MPa;
210/110 m3/h;
ly tâm, thẳng đứng, tự mồi;
môtơ điện.
1
0,4
15

chiếc;
MPa;
m3/h.

1
0,4
65

chiếc;
MPa;
m3/h.
8


_ Bộ phân ly dầu thải:
Số lƣợng:

Lƣu lƣợng:
_ Bơm hút cạn:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm nƣớc lacanh hàng ngày:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm hoá chất tẩy rửa:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Két hoá chất tẩy rửa:
Số lƣợng:
Dung tích:
_ Bơm cho máy chƣng cất nƣớc ngọt:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Máy chƣng cất:
Số lƣợng:
Lƣu lƣợng:
_ Bơm dầu bôi trơn hệ trục:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Bầu sinh hàn trung tâm:
Số lƣợng:
Công suất:

_ Quạt cấp khí thông gió buồng máy:
Số lƣợng:
Áp suất:
Lƣu lƣợng:
_ Quạt đẩy khí thông gió buồng máy:

1
3

chiếc;
m3/h.

1
0,8
60

chiếc;
MPa;
m3/h.

1
0,3
3

chiếc;
MPa;
m3/h.

1
0,3

1

chiếc;
MPa;
m3/h.

1
0,3

chiếc;
m3.

1
0,25
49

chiếc;
MPa;
m3/h.

1
20t/24h.

chiếc;

1
0,3
2

chiếc;

MPa;
m3/h.

2
2575

chiếc;
kW.

1
0,5
3500

chiếc;
MPa;
m3/h.

9


Số lƣợng:
1
chiếc;
Áp suất:
0,5
MPa;
Lƣu lƣợng:
3500
m3/h.
_ Bơm vận chuyển dầu LO cho xilanh:

Số lƣợng:
1
chiếc;
Áp suất:
0,3
MPa;
Lƣu lƣợng:
1
m3/h.
_ Két đọng nƣớc mƣa:
Số lƣợng:
1
chiếc;
Dung tích:
0,4
m3.
_ Bộ ngƣng tụ khí quyển:
Số lƣợng:
1
chiếc;
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
12
m2.
_ Bình chứa không khí nén phục vụ boong:
Số lƣợng:
1
bình;
Dung tích:
0,16
m3;

Áp suất:
3
MPa.
_ Bình chứa không khí nén cho hệ thống điều khiển:
Số lƣợng:
1
bình;
Dung tích:
0,25
m3;
Áp suất:
1
MPa.
_ Máy tạo bọt chữa cháy:
Số lƣợng:
1
máy.
_ Buồng xử lý nƣớc thải:
Số lƣợng:
1
máy;
Thể tích:
đủ dùng cho 30 ngƣời.
_ Hệ thống nƣớc lạnh sinh hoạt:
Số lƣợng:
1;
Thể tích:
1,5
m3;
Áp suất:

0,5
MPa;
3
Sử dụng bơm:
5 m /hx0,5 MPa.
_ Hệ thống nƣớc uống:
Số lƣợng:
1;
Thể tích:
1,5
m3;
Áp suất:
0,5
MPa;
3
Sử dụng bơm:
3 m /h x 0,5 MPa.
_ Hệ thống nƣớc nóng sinh hoạt:
10


Số lƣợng:
Thể tích:
Áp suất:
Sử dụng bơm:
_ Máy khử trùng:
Số lƣợng:
_ Két nƣớc biển chƣng cất:
Số lƣợng:
Thể tích:

Áp suất:
_ Palăng:
1000 kg:
500 kg:

1;
0,45
m3;
0,5
MPa;
0,5 m3/h x 0,1 MPa.
1;
1;
1
0,5

m3;
MPa;

2
1

cái;
cái.

11


CHƢƠNG 2.SỨC CẢN VÀ CHONG CHÓNG

Trong tính toán thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ việc tính sức cản tàu từ đó xác
định các kích thƣớc cơ bản của chong chóng sao cho sử dụng một cách có hiệu quả
công suất của động cơ chính là việc hết sức cơ bản và cần thiết. Vì nó có ảnh hƣởng
rất lớn đến tính an toàn và tính kinh tế của tàu. Sức cản tàu bao gồm: sức cản ma sát,
sức cản sóng, sức cản hình dáng.
1. Tính sức cản tàu.
1.1. Các thông số cơ bản của tàu.
_ Chiều dài toàn bộ :
_ Chiều dài giữa hai đƣờng vuông góc:
_ Chiều rộng:
_ Chiều cao:
_ Mớn nƣớc thiết kế:
_ Máy chính:
_ Sức chở:
_ Hệ số béo thể tích:

Lmax =

145,3

m;

L =
136,6 m;
B
=
20,8
m;
H =
11,2

m;
T
=
8,45
m;
8L35MC MAN B&W;
13.500
tấn;
0,755.

1.2. Các thông số cơ bản của máy chính: 8L35MC.
_ Tên máy
8L35MC MAN B&W;
_ Công suất định mức
Ne =
5200 kW;
_ Vòng quay
n
=
210
v/p;
_ Số xi lanh
Z
=
8;
_ Đƣờng kính xilanh
D =
350
mm;
_ Hành trình piston

S
=
1050 mm;
_ Nhiên liệu sử dụng
dầu HFO;
_ Suất tiêu hao nhiên liệu
ge =
177
g/kW.h;
_ Thứ tự nổ
1-3-5-7-8-6-4-2;
1.3. Chọn phƣơng án tính sức cản.
_ Xét các tỷ số sau:
+ B/T = 2,45;
+ L/B = 6,56;
+  = 0,755.
Với các tỷ số trên ta thấy thoả mãn phƣơng pháp tính sức cản Papmiel sau:
+ B/T = 1,5 ÷ 3.5;
12


+ L/B = 4 ÷ 11;
+  = 0,35 ÷ 0,8.
Vậy ta tính sức cản của tàu theo phƣơng pháp Papmiel.
Theo Papmiel công suất kéo của tàu đƣợc xác định theo công thức sau:
V
D 
EPS = No = . .  . S
L 
C

3

(2.1);

trong đó:
L _ chiều dài tàu:
VS _ tốc độ tàu (hải lý/ h);

L = 136,6 m;

 _ hệ số phụ thuộc số lƣợng đƣờng trục:
Tra theo bảng 6.1 sách “Lực cản tàu thuỷ”. Với tàu 1 trục ta có  = 1;
 _ hệ số về điều chỉnh chiều dài tàu:
L = 136,6 m >100 m  = 1 theo sách “Lực cản tàu thuỷ” tr.65;
 _ hệ số đặc trƣng hình dáng thân tàu:   10. .

B
 1,15 ;
L

C _ hệ số phụ thuộc  và tốc độ tàu VS: tra theo đồ thị Papmiel hình 6.1 sách
“Lực cản tàu thuỷ”.
D _ lƣợng chiếm nƣớc:
(2.2);
D   .L.B.T .
thay số vào (2.2) có kết quả: D = 18580 (tấn).
Quá trình tính toán theo bảng:
Bảng 2.1. Kế t quả sƣ́c cản.
STT

ĐẠI LƢỢNG

KẾT QUẢ

CÔNG THỨC

ĐƠN

TÍNH

VỊ

V1

V2

V3

V4

1

Vận tốc giả thiết

VS

hl/h

12

13

14

15

2

Vận tốc giả thiết

V

m/s

6,17

6,68

7,2

7,71

3

Hệ số



1,15

1,15

1,15

1,15

1,1

1,19

1,28

1,38

1

1

1

1

96

93

91

89

1

1

1

1

4

Vận tốc tƣơng
đối

5

Hệ số

6

Hệ số

7

Hệ số

V1  VS .


L

X1
Tra bảng 6.1
C1
Tra hình 6.1


13


8

Tải trọng tàu

D
V
D 
N0  . .  . S
L 
C

Tấn

18580

18580

18580

18580

cv

2625,1

3445,2

4397,6

5530

kG

31919,8

38669,9

45833

53797

3

9

Công suất đẩy

10

Lực cản

R

EPS .75
V1

Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và N0, xây dựng đồ thị R = f(V) và N0 =
f(V) cho tra cứu tính toán. Đồ thị đƣợc trình bày dƣới đây:

Hình 2.1. Đồ thị R–v và EPS–v
2. Xác định vận tốc tàu.
Các giá trị công suất ở trên là giá trị công suất của thiết bị đẩy ở các chế độ vận
tốc giả thiết. Do đó ta phải tiến hành xác định lại công suất kéo của thiết bị đẩy, với
công suất có ích của máy chính là Ne = 5200 kW = 7072 (cv) .
Để đảm bảo tốc độ cần thiết cho tàu hoạt động an toàn ta phải dự trữ một phần
công suất là do trong quá trình vận hành tàu sẽ tăng thêm sức cản nhƣ: hàn gỉ vỏ tàu,
hà bám, biển động…Phần này chiếm từ 10 - 15 % công suất có ích của máy chính.
Do đó công suất của máy chính dùng để truyền cho thiết bị đẩy là:
N = Ne – (10  15)% Ne;
ta chọn lƣợng dự trữ là 10% Ne N = 0,9.Ne = 6364,8 (cv).
Trong quá trình làm việc công suất truyền từ động cơ chính tổn thất một phần do
các thành phần sau:
14


+ Hiệu suất của thiết bị đẩy: cc = 0,35  0,65;
ta chọn cc = 0,6;
+ Hiệu suất khớp nối: với khớp nối cứng ta kn = 1;
+ Hiệu suất gối trục: gt = 0,98.
Vậy công suất có ích thực tế do động cơ truyền để đẩy tàu đi là:

No = EPS = N.cc .kn .gt = 3728,11 (cv).
(2.3);
Với giá trị công suất N o = 3742,5 (cv) tra đồ thị EPS–VS và R–VS ta đƣợc vận tốc
sơ bộ của tàu là 13,5 hl/h, tƣơng ứng với sức cản của tàu là:
R = 40295,3 (kG).
3. Thiết kế chong chóng.
3.1. Giới thiệu.
Theo thiết kế phần vỏ tàu có chiều chìm là T = 8,45 (m) nên yêu cầu thiết bị đẩy
phải có kết cấu sao cho phù hợp với kích thƣớc vòm đuôi tàu mà vẫn đảm bảo công
suất đẩy tàu đồng thời phát huy hết công suất của máy và nâng cao hiệu suất thiết bị
đẩy.
Tàu đƣợc lắp máy chính: 8L35MC
Ne = 5200 kW = 7072 (cv);
n = 210 (v/p).
3.2. Chọn vật liệu.
Yêu cầu:
_ Vật liệu chế tạo chong chóng cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:
+ Có độ bền cao;
+ Độ dai, chịu va đập cao, độ chống mài mòn tốt
+ Khả năng chống xâm thực tốt;
+ Tính đúc tốt, độ ngót nhỏ;
+ Dễ gia công trên máy công cụ.
_ Với các yêu cầu trên ta chọn vật liệu chế tạo chong chóng là đồng thau nhôm –
niken đúc cấp 3 (theo Quy phạm).
Vật liệu trên có các cơ tính sau:
+ Ứng suất cho phép: [K]  590 kG/cm2;
[c]  245 kG/cm2.
+ Khối lƣợng riêng: 8600 kG/cm3.
3.3. Hệ số dòng theo - hệ số dòng hút.
Theo Taylor: (công thức 6.21 sách “Thiết bị đẩy tàu”).

Hệ số dòng theo:
15


 = 0,5. - 0,05
với = 0,755 là hệ số béo thể tích của tàu;
 = 0,327;
t = kt.với kt = 0,5 – 0,7 khi các thiết bị bố trí sau chong chóng tạo thành tổ
hợp thoát nƣớc, chọn kt = 0,7  t = 0,229.
3.4. Chọn số cánh chong chóng.
_ Đƣờng kính sơ bộ của chong chóng:
Dp = (0,6 ÷ 0,7).T
trong đó: T _ chiều chìm của tàu T = 8,45 (m).
Vậy Dp = (0,6 ÷ 0,7).T = 5,07 ÷ 5,91 (m)
Chọn Dp = 5,5 m.
Giả thiết vận tốc của tàu là Vs = 13,5 hl/h tƣơng ứng với 6,94 m/s.
_ Vận tốc dòng chảy đến chong chóng là:
(2.4)
V p  V .(1  )  4,67 (m/s).
_ Vòng quay của chong chóng là:
Vì động cơ lai trực tiếp chong chóng nên np = nđc = 210 v/p.
_ Sức cản của chong chóng tại Vs = 13,5 hl/h là: R = 40295,3 (kG).
_ Lực đẩy của chong chóng tại Vs = 14 hl/h là:
P

R
;
x.(1  t )

(2.5)

trong đó:
R _ Lực cản tƣơng ứng với Vs = 13,5hl/h
R = 40295,3 (kG);
x_ hệ số phụ thuộc số chong chóng
với tàu 1 chong chóng ta có: x = 1;
t _ hệ số dòng hút.
Vậy  P = 52263,5 kG.
_ Hệ số lực đẩy theo vòng quay: kn
kn 

Vp
np

.4


P

;

(2.6)

np _ vòng quay của chong chóng np = 210 v/p = 3,5 v/s;
Vp _ vận tốc dòng chảy đến chong chóng Vp = 4,67 m/s;
 _ mật độ nƣớc biển  = 104,5 (kG.s2/m4);
P _ lực đẩy chong chóng P = 52263,5 kG.
thay vào 2.6 ta có kn = 0,582 1;
Vậy cho nên ta chọn số cánh chóng là: Z = 4 cánh.
16

3.5. Chọn tỷ số đĩa.
Theo điều kiện bền của chong chóng thì tỷ số đĩa  phải thoả mãn điều kiện sau:
 C '.Z
min =0,375. 3 
 D p . max

2

  m.P 
 .
  10 4 


(2.7);

trong đó:
Z _ số cánh chong chóng Z = 4;
P _ lực đẩy chong chóng P = 52263,5 kG;
Dp _ đƣờng kính sơ bộ của chong chóng Dp = 5,5.m;
m _ hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào điều kiện làm việc của chong chóng,
(tra bảng 9.11 sách “Sổ tay kỹ thuật đóng tàu tập 1”) m = 1,15;
C  _ Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm chong chóng.
Với vật liệu là hợp kim đồng nhôm niken C  =0,058;
max_Chiều dày tƣơng đối lớn nhất của tiết diện cánh tại bán kính
0,6R chọn max= 0,1.
Thay giá trị vào pt 2.7 ta có:min = 0,384;
Vì min nên ta chọn  = 0,55.
3.6. Tính toán chong chóng sử dụng hết công suất động cơ.

Công suất tiêu thụ của chong chóng là:
Np = 0,9.Ne.dt.hs;
trong đó:
Ne = 7072 (cv) _ là công suất động cơ chính;
dt = 0,98 _ là hiệu suất đƣờng trục;
hs = 1 _ là hiệu suất hợp số;
 Np = 6237,5 (cv);
Vòng quay của chong chóng là
N = 210 v/p = 3,5 v/s.
Lập bảng tính:
Bảng 2.2. Bảng tính chong chóng sử dụng hết công suất
Kí
No Đại lƣợng tính
Đ.vị
Công thức tính
hiệu
1
Vận tốc tàu
v
Hl/h
Giả thiết
2

Vận tốc tịnh tiến

vp

m/s

3

Lực đẩy chong
chóng

P

KG

vp=v(1-)
P

R
1t

Kết quả
13,5

14

4,67

4,84

52263,5

59466,2

17

No

Đại lƣợng tính

4

Hệ số lực đẩy
chong chóng
theo vòng quay

5

6

7

Độ trƣợt tƣơng
đối
Tỷ số bƣớc thực
tế kể đến ảnh
hƣởngcủa chong
chóng
Đƣờng kính
chong chóng tối
ƣu

Kí
hiệu

Đ.vị

Công thức tính
K 'n 

K n

Vp

4

Kết quả


P

n

np=2,88 m/s

0,581

0,583

0,37

0,375

0,388

0,393

4,28

4,32

0,2

0,21

=104,5 KGs2/m4
Tra đồ thị p=f( K n )

p

 p =p.a

 p

Dopt

Với tàu một chong
chóng a=1,05

m

Dopt=
K1 

vp
n p . p

P
 .n .D 4 opt
2

8

Hệ số

K1

9

Tỉ số bƣớc

H/D

Tra đồ thị (K1,p)

0,755

0,773

10

Hiệu suất đẩy lí
thuyết

p

Tra đồ thị (K1,p)

0,51

0,53

11

Hiệu suất đẩy
thực

0,585

0,61

6378,2

7239,6

2,6 %

16,5%

12

13

Công suất tiêu
thụ của chong
chóng

So sánh 2 kết
quả của công
suất tiêu thụ





1t
p
1 w

t=0,229; w=0,327

N

hp

N'p 

%

N'  N
N'
p

R.v
75

p

100 0

0

p

Ta thấy:  = 2,6 %  [] = 3%;
Vậy đƣờng kính chong chóng là D = 4,28 m.
3.7. Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực.
Hiện tƣợng xâm thực trong chong chóng là bề mặt chong chóng sau một thời gian
làm việc sẽ xuất hiện các vết tróc rỗ. Qua nghiên cứu ngƣời ta thấy rằng: các vết tróc
18


rỗ không phải do hiện tƣợng mòn, gỉ gây nên mà do hiện tƣợng sôi trên bề mặt cánh ở
điều kiện bình thƣờng làm tích tụ các bọt khí hoặc các dải hơi. Khi chong chóng làm
việc các bọt khí (các dải hơi) sẽ di chuyển đến vùng có áp suất cao hơn, tại đây chúng
bị chèn ép, nở, vỡ tạo nên các lực va đập làm tróc, rỗ bề mặt cánh gây ảnh hƣởng
không nhỏ đến hiệu suất đẩy của chong chóng làm giảm hiệu quả khai thác. Do vậy
thiết kế chong chóng ta phải kiểm tra xem chúng có thoả mãn điều kiện xâm thực hay
không.
Theo điều kiện chống xâm thực:
   "m  130. .

kc
.(n.D) 2
P1

(2.8);

trongđó:
 _ hệ số thực nghiệm đặc trƣng cho khả năng làm việc của chong chóng
 = (1,3 – 1,6). Với tàu chở nặng tải ta lấy : = 1,6;
kc _ hệ số ảnh hƣởng cuả xâm thực, đƣợc tra theo đồ thị f(H/D,Z,p)
với Z = 4, H/D = 0,755, p = 0,388 ta tra đƣợc kc = 0,26;
n _ vòng quay chong chóng n = 3,5 v/s;
D _ đƣờng kính chong chóng D = Dopt = 4,28 m;
P1_ áp suất tĩnh tuyệt đối tại vị trí đặt chong chóng
P1 = P0 +  .hb - Pd
P0 _ áp suất trên mặt thoáng
Pd _ áp suất hơi bão hoà ở 200C
 _ trọng lƣợng riêng của nƣớc biển

P0
Pd



=
=
=

10330 kG/m2;
238
kG/m2;
1025 kG/m2;

hb_ độ ngập sâu của trục chong chóng so với mặt nƣớc,
hb = 0,7.T

T= 8,45 _ là chiều cao mớn nƣớc của tàu;
hb= 5,915 (m).
=> P1 = 16154,9 (kG/m2).
=>thay vào 2.8 có:  min "0,445  
Vậy chong chóng thiết kế thỏa mãn điều kiện chống xâm thực.
3.8. Tính trọng lƣợng chong chóng.
Ta tính trọng lƣợng chong chóng theo công thức BB.Komeyku:
G

b
Z
 D 3 0, 6
4 m
D
4.10

trong đó :
Z _ số cánh


d 0  e0 , 6 
4
2
6,2  2.10  0,71  
  0,59. m l 0 d 0
D
D






(2.9);

Z=4;
19


m _ Trọng lƣợng riêng của vật liệu làm chong chóng, với hợp kim đồng nhôm
niken

m = 8600 (kG/m3);
D_ đƣờng kính chong chóng
b0,6 _ Chiều rộng cánh tại 0,6R

D =
b0,6 =

4,28
m;
bm.D/Z

Với bm _ Chiều rộng tƣơng đối lớn nhất của tiết diện cánh.Với  =0,55 có
bm = (1,1 - 1,3) => Chọn bm=1,2;
 b0,6= 1,28;
e0,6 _ Chiều dày lớn nhất của tiết diện cánh tại bán kính R0,6
e0,6= e0 - 0,6(e0 - eR);
e0 _ Chiều dày giả định của cánh tại củ chong chóng.
e0 = (0,04 - 0,055).D => chọn eo = 0.04.4,28 = 0,172 (m);
eR _ Chiều dày đỉnh cánh

eR=

0,08(50  D) D
= 0,0156 (m);
1000

 e0,6= 0,078 (m);
d0 _ Đƣờng kính trung bình của củ chong chóng
d0 = (0,17 – 0,2).D = 0,727 – 0,856 => Chọn d0 = 0,75 (m);
l0 _ Chiều dài củ chong chóng l0 = 860 (mm) = 0,86 (m);
 Thay số đƣợc G = 6510 (kG);
Đƣờng kính phía trƣớc củ chong chóng dt =0,225.D = 0,942 (m);
Đƣờng kính phía sau củ chong chóng ds = 0,18.D = 0,535(m);
Vậy chong chóng đƣợc thiết kế với các thông số cơ bản sau:
_ Đƣờng kính chong chóng:
D =
4,28
_ Chiều dài chong chóng:
lo
=
0,86
_ Đƣờng kính trung bình của củ:
do =
0,75
_ Đƣờng kính phía sau của củ:
ds =
0,535
_ Đƣờng kính phía trƣớc của củ:
ds =
0,942

_ Tỷ số bƣớc:
H/D =
0,755;
_ Tỷ số đĩa chong chóng:

=
0,55;
_ Hiệu suất làm việc của chong chóng:

D

=

m;
m;
m;
m;
m;

0,585.

20


CHƢƠNG 3. THIẾT KẾ HỆ TRỤC
1. DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ
1.1.Số liệu ban đầu
_ Các thông số kỹ thuật của máy chính:
+ Công suất định mức:
+ Vòng quay định mức:

_ Các thông số của chong chóng:
+ Đƣờng kính chong chóng:
+ Số cánh:
+ Trọng lƣợng:

Ne
n

=
=

5200
210

kW;
v/p.

D
Z
G

=
=
=

4,28 m;
4 cánh;
6510 kG.

1.2. Luật áp dụng.

Quy phạm phân cấp và đóng biển vỏ thép - 2013: Phần 3: Hệ thống máy tàu - TCVN
6259-3: 2013 [1].
_ Tài liệu tham khảo
[1] - TCVN 6259-3: 2013;
[2] - Sổ tay kỹ thuật đóng tàu tập 1.
1.3. Cấp tính toán thiết kế.
Hệ trục và thiết bị hệ trục đƣợc tính toán thiết kế thỏa mãn tƣơng ứng cấp Biển
không hạn chế theo “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2013”.
1.4. Vật liệu chế tạo.
Trong quá trình chọn vật liệu cần phải đảm bảo các yêu cầu sau:
_Giới hạn mỏi phải lớn;
_ Kết cấu vật liệu phải đồng nhất, không có điểm trắng và hiện tƣợng
biến trắng, không tồn tại nội ứng lực;
_ Tính năng gia công tốt;
_ Ứng suất cực hạn và giới hạn chảy phải lớn;
_ Các hệ số nén, ép, nở dài, tính năng phá hoại khi uốn phải phù hợp
với quy phạm quy định.
Từ những yêu cầu trên kết hợp với vùng hoạt động tính năng của tàu ta chọn vật
liệu chế tạo trục và thiết bị chế tạo trục là thép rèn 60 (KSF 60) có:
_ Giới hạn bền kéo:

[k] 

5900

(kG/cm2);

_ Giới hạn bền chảy:

[c] 

2950

(kG/cm2);

_ Trọng lƣợng riêng:
_ Hệ số đàn tính:


E

7,85.10-3 (kG/cm3);
2,1.106 (kG/cm4).

=
=

21


2. Giới thiệu chung.
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 (đƣờng cơ bản) 2850 mm.
Hệ trục làm bằng thép rèn bao gồm một trục trung gian và một trục chong chóng:
_Trục chong chóng dài 5100 mm có mặt bích cứng ở phía mũi.Nửa sau của
trục đƣợc gia công và tạo độ côn 1/20 để lắp với củ chong chóng.Đầu mút trục có tiện
ren trái.Trục đƣợc lắp trên hai ổ đỡ bằng thép trắng, bôi trơn bằng dầu và kín nƣớc
kiểu bề mặt tiếp xúc hoặc kiểu ghép.
_ Trục trung gian dài 6490 mm đƣợc bố trí trên một gối đỡ, với mặt bích cứng
ở hai đầu và đƣợc nối cứng với các trục hai đầu bằng bulông thuỷ lực và đƣợc bôi trơn

bằng dầu.
3. Xác định kích thƣớc hệ trục và các thiết bị hệ trục.
3.1. Tính đƣờng kính hệ trục.
Khi làm việc hệ trục chịu tải trọng rất phức tạp, do đó ta phải căn cứ vào phụ tải
của hệ để xác định kích thƣớc của trục.
Trục truyền công suất từ động cơ đến chong chóng , do đó trục chịu xoắn.Trọng
lƣợng bản thân trục làm cho trục chịu biến dạng uốn và tạo nên ứng suất uốn. Khi tàu
tiến hay lùi lực đẩy của chong chóng và lực kéo thông qua hệ trục truyền đến vỏ tàu do
vậy trục chịu cả lực kéo và nén. Hệ trục là một hệ thống đàn tính gồm có nhiều đoạn
trục, do đó ta còn xác đến ứng suất phụ do biến dạng của vỏ tàu, do sóng gió tác dụng
lên chong chóng rồi truyền cho hệ trục. Nhƣ vậy điều kiện làm việc của tàu là rất phức
tạp cho nên dùng lý luận đơn thuần để phân tích tính toán phụ tải phức tạp nhƣ vậy
gặp rất nhiều khó khăn. Hiện nay, việc xác định kích thƣớc của trục tàu thuỷ và xác
định công suất vẫn là sử dụng công thức gần đúng để tính nghiệm. Mặc dù phƣơng
pháp này chƣa hoàn toàn phù hợp với tình hình làm việc thực tế của hệ trục. Song
theo kinh nghiệm cho thấy việc tính toán nhƣ vậy vẫn đảm bảo an toàn cho hệ trục. Do
đó mà đến nay phƣơng pháp này vẫn đƣợc áp dụng rộng rãi khi thiết kế hệ trục.
Để xác định kích thƣớc hệ trục ta sử dụng công thức theo quy định của “Quy
phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2013” (TCVN 6259 – 2013).

22


3.1.1. Đƣờng kính trục chong chóng.
Bảng 3.1. Bảng tính đường 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

5200

2

Vòng quay của trục
chong chóng ở công suất
liên tục lớn nhất

N

v/p

Đƣợc xác định theo lý lịch
máy

210

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

6

Đƣờng kính tính toán
của trục chong chóng

Theo 6.2.4, [1]
ds

mm

d s  100 k2 3

H  560 


K
N  Ts  160 

343,65

Kết luận:Đƣờng kính cơ bản của trục chong chóng thiết kế: ds=370mm
3.1.2. Đƣờng kính trục trung gian
Bảng 3.3: Tính đường kính trục trung gian
No

Hạng mục tính

Ký
hiêụ

Đơn
vị

Công thƣ́c xác đinh
̣

Giá trị

1

Công suất liên tục lớn
nhất của động cơ

H

kW

Lấy theo ME

5200

2

Vòng quay liên tục lớn
nhất trục trung gian

N

v/p

Ứng với ME

210

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

1

23


No

Hạng mục tính

Ký
hiêụ

Đơn
vị

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 thƣ́c xác đinh
̣
H
N

 560 

K
 Ts  160 

Giá trị

281,7
320

3.2. CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC
3.2.1. Chiều dày khớp nối trục
Bảng 3-4. Bảng tính 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

5200

2

Vòng quay của trục
chong chóng ở công suất
liên tục lớn nhất

N

v/p

Đƣợc xác định theo lý lịch
máy

210

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

7

Đƣờng kính trục trung
gian tính toán

8

Vật liệu chế tạo bích
trục

9

Chiều dày các khớp nối
trục

Theo 6.2.2, [1]
d0

b

mm

mm

d 0  F1k1 3

H
N

 560 


K
T

160
s



320

Theo thiết kế (Xem bản vẽ
Toàn đồ trục chong chóng)

KSF45

b = 0,2.d0

64

24


Kết luận:
Chiều dày các khớp nối trục đƣợc xác định (đƣợc thiết kế): b= 80 mm
3.2.2. Đƣờng kính bu lông khớp nối trục trung gian và trục chong chóng
Bảng 3.5. Tính đường kính bu lông khớp nối trục trung gian và trục chong chóng
No
1
2

Hạng mục tính
Vật liệu bu lông
Đƣờng kính trục trung
gian

Ký

Đơn

hiêụ

vị

–

–

D0

mm

Công thƣ́c xác đinh
̣
Thiết kế chỉ định

Kế t quả
KSF60

Theo 3.2.2–6

320

3

Số bulông

N

–

Thiết kế chỉ định

12

4

Đƣờng kính vòng chia

D

mm

Thiết kế chỉ định

320

Theo vật liệu

520

5

Giới hạn bền kéo vật
liệu làm trục

Ts

Giới hạn bền kéo danh
6

nghĩa vật liệu làm

Tb

N/mm
2

N/mm
2

bulông

Theo vật liệu, [2]-bảng 17,
trang 56
d 0 (TS  160)
n.D.Tb

680

3

7

Đƣờng kính bulông

db

mm

db  0,65.

8

Đƣờng kính thiết kế

db

mm

Thiết kế chỉ định

53,7
55

3.2.3. Chiều dày bích nối trục
Bảng 3.6. Tính chiều dày bích nối trục
Hạng mục tính

Ký hiệu

Đơn
vị

1

Chiều dày bích nối trục
theo đƣờng kính bulông
nối trục

bb

mm

Theo 3.3.2

2

Đƣờng kính trục chong
chóng tính toán

dcc

mm

Theo 3.2.1.1

No

Công thƣ́c xác đinh
̣

Kế t quả

64
343,65
25