Tàu chở dầu tải trọng 13 500 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang

CHƯƠNG 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
được thiết kế để chở các loại hàng hoá sau: dầu nhiên liệu, dầu gadoan, dầu phản lực,
dầu hoả.Tàu được 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 chóng.
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 trường.
- [2]– MARPOL 73/78 (có sửa đổi).
- [3]– Bổ sung sửa đổi 2013 của MARPOL.
Tàu được thiết kế tương 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 đường vuông góc:
_ Chiều rộng:
_ Chiều cao:
_ Mớn nước thiết kế:
_ Máy chính:
_ Sức chở:
_ Hệ số béo thể tích của tàu:

Lmax =

145,3

m;

L

136,6

m;

B
H
T
8L35MC

=

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

1.4 Bố trí buồng máy:
Tàu được trang bị một máy chính để lai chong chóng có bước cố định. Số lượng
máy móc thiết bị động lực và các hệ thống tàu bè được 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 được bố trí phía đuôi tàu từ sườn 5 đến sườn 35. Các thiết bị buồng
máy được 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 được bố trí trong buồng máy tại khe hở của các két dự trữ nhiên
1


liệu. Các két dầu nhờn được bố trí ở phía trước của buồng máy. Chiều dài buồng máy
là 21 m.
2. Bố trí chung toàn tàu.
2.1 Các khoang chính:
_ Khoang mũi: được bố trí từ sườn 163 đến sườn 180;
_ Khoang hàng bao gồm 5 khoang và được bố trí như sau:
+ Khoang hàng số I được bố trí từ sườn 137 đến sườn 163;
+ Khoang hàng số II được bố trí từ sườn 111 đến sườn 136;
+ Khoang hàng số III được bố trí từ sườn 89 đến sườn 110;
+ Khoang hàng số IV được bố trí từ sườn 65 đến sườn 88;
+ Khoang hàng số V được bố trí từ sườn 43 đến sườn 64;
_ Khu vực động cơ (buồng máy) được bố trí từ sườn 9 đến sườn 35;
_ Khoang đuôi được bố trí từ sườn 0 đến sườn 9;
_ Khoang bơm (buồng bơm) được bố trí từ sườn 35 đến sườn 42.
Khoảng cách giữa các sườn trong khoang hàng là 800 mm, ở trong buồng máy và
khoang mũi là 700 mm. Khu vực hàng hoá được ngăn cách với khu vực máy móc phía
sau bởi ngăn cách ly và buồng bơm. Khu vực hàng hóa được ngăn cách với vách
chống va bởi các két nước 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 được chia làm một số két với số

lượng thích hợp như: 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 nước dằn
_ Các két nước 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 được đóng gồm nẹp dọc và sườn 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 thượng
tầng phải phù hợp với yêu cầu của đăng kiểm. Tàu được đóng bằng thép mềm.
4. Máy chính:
4.1. Giới thiệu chung.
Tàu được 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 bước 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

;
_ Đường 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 ưu trong dải hoạt động. Động cơ được điều khiển và vận hành từ buồng điều khiển
và buồng chỉ huy. Ngoài ra động cơ còn được 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 lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:

2
0,4

120

chiếc;
MPa;
m3.
3


_ Bơm vận chuyển dầu HFO cho máy chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm vận chuyển dầu DO cho máy chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm nước biển làm mát máy chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Máy phân ly dầu HFO cho máy chính:
Số lượng:
Lưu lượng:
_ Bộ gia nhiệt dầu phân ly:
Số lượng:
Lưu lượng:
_ Máy phân ly dầu LO cho máy chính:
Số lượng:
Lưu lượng:
_ Bộ gia nhiệt dầu phân ly:

Số lượng:
Lưu lượng:
_ Sinh hàn dầu bôi trơn máy chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm nước ngọt làm mát nhiệt độ thấp:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm nước ngọt làm mát nhiệt độ cao:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Sinh hàn nước 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 lượng:
Công suất:
_ Bộ gia nhiệt nước ngọt cho máy chính:
Số lượng:
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
_ Bơm cấp nước cho bộ gia nhiệt máy chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Chai CO2 dập lửa:
Số lượng:
Dung tích:
_ Palăng phục vụ sửa chữa máy chính:
Số lượng:
Tải trọng tối đa:
_ Két thoát khí nhiên liệu máy chính:
Số lượng:
Dung tích:
_ Máy nén khí chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm nước biển làm mát máy chính:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
4.2.2. Cáckét chứa trong buồng máy:
. Két dầu dốt dự trữ:
_ Két dầu HFO dự trữ:
Số lượng:

Dung tích:
Kiểu két:
_ Két dầu DO dự trữ:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
. Két dầu dốt hằng ngày:
_ Két dầu HFO đốt hằng 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
chiếc;
357,5
m3;
đáy đôi (kiểu két rời).
02
chiếc;
77,5
m3;
đáy đôi (kiểu két rời).

5


Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
_ Két dầu DO đốt hằng ngày:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
. Két lắng dầu đốt:
_ Két lắng dầu HFO:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
_ Két lắng dầu DO:

Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
. Két dầu bôi trơn dự trữ:
_ Két dầu bôi trươn dự trữ cho máy chính:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
_ Két dầu bôi trơn cho máy đèn:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
_ Két dầu bôi trơn cho xilanh:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
. Két nước thải, vệ sinh:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
. Két chứa nước ngọt sinh hoạt:
Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:
. Két nước giản nở máy chính:

01
15
rời.

chiếc;
m3;

01
6
rời.

chiếc;
m3;

01
20
liền.

chiếc;
m3;

01
9
rời.

chiếc;
m3;

01
10
rời.

chiếc;
m3;

02
3
liền.

chiếc;
m3;

01
15
liền.

chiếc;
m3;

01
14
liền.
02
60
liền.

chiếc;
m3;

chiếc;
m3;

6

Số lượng:
Dung tích:
Kiểu két:

01
10
rời.

chiếc;
m3;

5. Nồi hơi:
_ Số lượng:
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
trường hợp sự cố.Lượng hơi dư thừa được dẫn tới bình ngưng 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 lượng:
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, được khởi
động bằng khí nén và làm mát bằng nước ngọt.Nhiên liệu sử dụng là dầu HFO.
6.1.2. Máy phát điện:
_ Số lượng:
_ 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 được nối mềm với động cơ trên

7


6.2. Tổ máy phát sự cố:
Tổ máy phát điện sự cố được bố trí trong buồng máy phát sự cố trên boong dâng
lái 1.
6.2.1. Động cơ diesel phát điện sự cố:
_ Số lượng:
_ 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 lượng:
_ 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 lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm ballast
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm cứu hoả và phục vụ chung:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
Kiểu:

Nguồn:
_ Bơm cấp dầu lắng:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm cấp dầu lắng:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:

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 lượng:
Lưu lượng:
_ Bơm hút cạn:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm nước lacanh hàng ngày:
Số lượng:

Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bơm hoá chất tẩy rửa:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Két hoá chất tẩy rửa:
Số lượng:
Dung tích:
_ Bơm cho máy chưng cất nước ngọt:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Máy chưng cất:
Số lượng:
Lưu lượng:
_ Bơm dầu bôi trơn hệ trục:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Bầu sinh hàn trung tâm:
Số lượng:
Công suất:
_ Quạt cấp khí thông gió buồng máy:
Số lượng:
Áp suất:
Lưu lượng:
_ Quạt đẩy khí thông gió buồng máy:
Số lượng:

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.

1

chiếc;
9


Áp suất:
0,5
MPa;
Lưu lượng:
3500
m3/h.
_ Bơm vận chuyển dầu LO cho xilanh:
Số lượng:
1
chiếc;
Áp suất:
0,3
MPa;

Lưu lượng:
1
m3/h.
_ Két đọng nước mưa:
Số lượng:
1
chiếc;
Dung tích:
0,4
m3.
_ Bộ ngưng tụ khí quyển:
Số lượng:
1
chiếc;
Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt:
12
m2.
_ Bình chứa không khí nén phục vụ boong:
Số lượng:
1
bình;
Dung tích:
0,16
m3;
Áp suất:
3
MPa.
_ Bình chứa không khí nén cho hệ thống điều khiển:
Số lượng:
1

bình;
Dung tích:
0,25
m3;
Áp suất:
1
MPa.
_ Máy tạo bọt chữa cháy:
Số lượng:
1
máy.
_ Buồng xử lý nước thải:
Số lượng:
1
máy;
Thể tích:
đủ dùng cho 30 người.
_ Hệ thống nước lạnh sinh hoạt:
Số lượng:
1;
Thể tích:
1,5
m3;
Áp suất:
0,5
MPa;
3
Sử dụng bơm:
5 m /hx0,5 MPa.
_ Hệ thống nước uống:

Số lượng:
1;
Thể tích:
1,5
m3;
Áp suất:
0,5
MPa;
Sử dụng bơm:
3 m3/h x 0,5 MPa.
_ Hệ thống nước nóng sinh hoạt:
Số lượng:
1;
Thể tích:
0,45
m3;
10


Áp suất:
Sử dụng bơm:
_ Máy khử trùng:
Số lượng:
_ Két nước biển chưng cất:
Số lượng:
Thể tích:
Áp suất:
_ Palăng:
1000 kg:
500 kg:

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

m3;
MPa;

2
1

cái;
cái.

11


CHƯƠNG 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 thước 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 hưởng
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 đường vuông góc:
_ Chiều rộng:
_ Chiều cao:
_ Mớn nước 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;
_ Đường 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 phương 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 phương 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 phương pháp Papmiel.
Theo Papmiel công suất kéo của tàu được xác định theo công thức sau:
EPS = No =
(2.1);
trong đó:
L _ chiều dài tàu:
L = 136,6 m;
VS _ tốc độ tàu (hải lý/ h);

 _ hệ số phụ thuộc số lượng đường 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 trưng hình dáng thân tàu: ;
C _ hệ số phụ thuộc  và tốc độ tàu VS: tra theo đồ thị Papmiel hình 6.1 sách
“Lực cản tàu thuỷ”.
D _ lượng chiếm nước:
(2.2);
thay số vào (2.2) có kết quả: D = 18580 (tấn).
Quá trình tính toán theo bảng:
Bảng 2.1. Kết quả sức cản.
KẾT QUẢ

CÔNG THỨC

ĐƠN

TÍNH

VỊ

V1

V2

V3

V4

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

Tấn

18580

18580

18580

18580

cv

2625,1

3445,2

4397,6

5530

STT

ĐẠI LƯỢNG

1

4

Vận tốc tương
đối
X1

5

Hệ số

6

Hệ số

7

Hệ số



8

Tải trọng tàu

D

9

Công suất đẩy

Tra bảng 6.1
C1
Tra hình 6.1

13


10

Lực cản

kG

31919,8

38669,9

45833

53797

Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và N 0, xây dựng đồ thị R = f(V) và N0 =
f(V) cho tra cứu tính toán. Đồ thị được trình bày dưới 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 như: 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 lượng 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:
+ 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:
14


No = EPS = N.cc .kn .gt = 3728,11 (cv).

(2.3);

Với giá trị công suất No = 3742,5 (cv) tra đồ thị EPS–VS và R–VS ta được vận tốc
sơ bộ của tàu là 13,5 hl/h, tương 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 thước 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 được 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 lượng 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:

 = 0,5. - 0,05
với = 0,755 là hệ số béo thể tích của tàu;
 = 0,327;

15


t = kt.với kt = 0,5 – 0,7 khi các thiết bị bố trí sau chong chóng tạo thành tổ
hợp thoát nước, chọn kt = 0,7  t = 0,229.
3.4. Chọn số cánh chong chóng.
_ Đường 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 tương ứng với 6,94 m/s.
_ Vận tốc dòng chảy đến chong chóng là:
(m/s).
(2.4)
_ 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:
;
(2.5)
trong đó:
R _ Lực cản tương 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
;
(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 nước 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.
3.5. Chọn tỷ số đĩa.
Theo điều kiện bền của chong chóng thì tỷ số đĩa  phải thoả mãn điều kiện sau:
min =0,375.

(2.7);

trong đó:
16


Z _ số cánh chong chóng Z = 4;
P _ lực đẩy chong chóng P = 52263,5 kG;
Dp _ đường 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 tương 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 đường 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 lượng tính
Đ.vị
Công thức tính
hiệu
1
Vận tốc tàu
v
Hl/h
Giả thiết
2 Vận tốc tịnh tiến
vp
m/s
vp=v(1-)
3

4
5
6

Lực đẩy chong
chóng
Hệ số lực đẩy
chong chóng
theo vòng quay
Độ trượt tương
đối
Tỷ số bước thực
tế kể đến ảnh

P
K n

KG

P

Kết quả

R
1 t

np=2,88 m/s

13,5
4,67

14
4,84

52263,5

59466,2

0,581

0,583

0,37

0,375

0,388

0,393

=104,5 KGs /m
2

p
 p

4


Tra đồ thị p=f( K n )

 p

=p.a

17


No

7

Đại lượng tính
hưởng của
chong chóng
Đường kính
chong chóng tối
ưu

Kí
hiệu

Đ.vị

Công thức tính

Kết quả

Với tàu một chong
chóng a=1,05
Dopt

m

vp


Dopt= n p . p

4,28

4,32

0,2

0,21

8

Hệ số

K1

9

Tỉ số bước
Hiệu suất đẩy lí
thuyết

H/D

Tra đồ thị (K1,p)

0,755

0,773

p

Tra đồ thị (K1,p)

0,51

0,53

0,585

0,61

6378,2

7239,6

2,6 %

16,5%

10
11

Hiệu suất đẩy

thực





Công suất tiêu
12
thụ của chong
chóng
So sánh 2 kết
13
quả của công
N
suất tiêu thụ
Ta thấy:  = 2,6 %  [] = 3%;

1 t
1  w p

t=0,229; w=0,327
hp

N'p 

%

N'  N
N'
p

p

R.v
75
p

100 0

0

Vậy đường kính chong chóng là D = 4,28 m.
3.7. Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực.
Hiện tượng 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 người ta thấy rằng: các vết tróc
rỗ không phải do hiện tượng mòn, gỉ gây nên mà do hiện tượng sôi trên bề mặt cánh ở
điều kiện bình thường 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 hưởng
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:
(2.8);
trongđó:
 _ hệ số thực nghiệm đặc trưng cho khả năng làm việc của chong chóng
18


 = (1,3 – 1,6). Với tàu chở nặng tải ta lấy : = 1,6;

kc _ hệ số ảnh hưởng cuả xâm thực, được tra theo đồ thị f(H/D,Z,p)
với Z = 4, H/D = 0,755, p = 0,388 ta tra được kc = 0,26;
n _ vòng quay chong chóng n = 3,5 v/s;
D _ đường 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

P0
Pd

 _ trọng lượng riêng của nước biển



=
=

10330 kG/m2;
238
kG/m2;

=
1025
hb_ độ ngập sâu của trục chong chóng so với mặt nước,
hb = 0,7.T
T= 8,45 _ là chiều cao mớn nước của tàu;

kG/m2;

hb= 5,915 (m).
=> P1 = 16154,9 (kG/m2).
=>thay vào 2.8 có:
Vậy chong chóng thiết kế thỏa mãn điều kiện chống xâm thực.
3.8. Tính trọng lượng chong chóng.
Ta tính trọng lượng chong chóng theo công thức BB.Komeyku:
G

b
Z
 m D 3 0,6
4
D
4.10


d 0  e0 , 6 
4
2

6,2  2.10  0,71 
  0,59. m l 0 d 0
D
D





trong đó :
Z _ số cánh

(2.9);

Z=4;

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

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

D =
b0,6 =

4,28
m;
bm.D/Z

Với bm _ Chiều rộng tương 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
19

0,08(50  D) D
1000
e R=
= 0,0156 (m);

 e0,6= 0,078 (m);
d0 _ Đường 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 được G = 6510 (kG);
Đường kính phía trước củ chong chóng dt =0,225.D = 0,942 (m);
Đường kính phía sau củ chong chóng ds = 0,18.D = 0,535(m);
Vậy chong chóng được thiết kế với các thông số cơ bản sau:
_ Đường kính chong chóng:
D =
4,28
_ Chiều dài chong chóng:
lo
=
0,86
_ Đường kính trung bình của củ:
do =
0,75
_ Đường kính phía sau của củ:
ds =
0,535
_ Đường kính phía trước của củ:
ds =

0,942
_ Tỷ số bước:
H/D =
0,755;
_ Tỷ số đĩa chong chóng:



=

0,55;

_ Hiệu suất làm việc của chong chóng:

D

=

0,585.

m;
m;
m;
m;
m;

CHƯƠNG 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:
+ Đường kính chong chóng:
+ Số cánh:
+ Trọng lượng:

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
20


[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 được tính toán thiết kế thỏa mãn tương 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 tượng
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 lượng riêng:



=

7,85.10-3 (kG/cm3);

_ Hệ số đàn tính:

E

=

2,1.106

(kG/cm4).

2. Giới thiệu chung.
Tàu được bố trí 01 hệ trục đặt trong mặt phẳng dọc tâm tàu, hệ trục được đặt song

song và cách mặt phẳng cơ bản (đường 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 được gia công và tạo độ côn 1/20 để lắp với củ chong chóng.Đầu mút trục có tiện
ren trái.Trục được lắp trên hai ổ đỡ bằng thép trắng, bôi trơn bằng dầu và kín nước
kiểu bề mặt tiếp xúc hoặc kiểu ghép.
_ Trục trung gian dài 6490 mm được bố trí trên một gối đỡ, với mặt bích cứng
ở hai đầu và được nối cứng với các trục hai đầu bằng bulông thuỷ lực và được bôi trơn
bằng dầu.

21


3. Xác định kích thước hệ trục và các thiết bị hệ trục.
3.1. Tính đường 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 thước của trục.
Trục truyền công suất từ động cơ đến chong chóng, do đó trục chịu xoắn.Trọng
lượng 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. Như 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 như vậy
gặp rất nhiều khó khăn. Hiện nay, việc xác định kích thước của trục tàu thuỷ và xác
định công suất vẫn là sử dụng công thức gần đúng để tính nghiệm. Mặc dù phương
pháp này chưa hoàn toàn phù hợp với tình hình làm việc thực tế của hệ trục. Song
theo kinh nghiệm cho thấy việc tính toán như vậy vẫn đảm bảo an toàn cho hệ trục. Do
đó mà đến nay phương pháp này vẫn được áp dụng rộng rãi khi thiết kế hệ trục.
Để xác định kích thước 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).

3.1.1. Đường 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

Được xác định theo lý lịch
máy

5200

2

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

N

v/p

Được xác định theo lý lịch
máy

210

3

Hệ số tính toán đường
kính trục

k2

_

Được xác định theo bảng
3/6.3, [1]

1,26
22

№

Hạng mục tính

Ký
hiệu

Đơn vị

4

Hệ số xét đến trục rỗng

K

_

5

Giới hạn bền kéo danh
nghĩa của vật liệu trục

Ts

N/mm2

6

Đường kính tính toán
của trục chong chóng

ds

mm

Công thức - Nguồn gốc

Kết quả

Theo 6.2.4-1, [1]

1,0

Lấy giá trị nhỏ nhất của thép
KSF65

520

Theo 6.2.4, [1]

343,65

Kết luận: Đường kính cơ bản của trục chong chóng thiết kế: ds=370mm
3.1.2. Đường kính trục trung gian
Bảng 3.3: Tính đường kính trục trung gian
Ký
hiệu

Đơn
vị

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 đường

kính trục

k1

–

Được 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

Lấy giá trị nhỏ nhất của
thép KSF65

520

6

Đường kính tính toán của
trục trung gian

dtg

mm

7

Đường kính trục trung
gian

dtg

mm

No

Hạng mục tính

1

N/mm
2

Công thức xác định

Giá trị

1

281,7
Thiết kế chỉ định

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

23


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

Được xác định theo lý lịch
máy

5200

2

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

N

v/p

Được xác định theo lý lịch
máy

210

3

Hệ số tính toán đường
kính trục

k1

_

Được 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 đường
kính

F1

_

Được xác định theo bảng
3/6.1, [1]

100

7

Đường kính trục trung
gian tính toán

d0

mm

8

Vật liệu chế tạo bích
trục

9

Chiều dày các khớp nối
trục

№

b

mm

Theo 6.2.2, [1]

320

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

KSF45

b = 0,2.d0

64

Kết luận:
Chiều dày các khớp nối trục được xác định (được thiết kế): b= 80 mm
3.2.2. Đường 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
3

Hạng mục tính
Vật liệu bu lông
Đường kính trục trung
gian
Số bulông

Ký

Đơn

hiệu

vị

–

–

D0

mm

N

–

Công thức xác định
Thiết kế chỉ định

Kết quả
KSF60

Theo 3.2.2–6

320

Thiết kế chỉ định

12
24


No

Hạng mục tính

Ký

Đơn

hiệu

vị

D

mm

Đường kính vòng chia

4

Giới hạn bền kéo vật

5

6

N/mm

Ts

liệu làm trục
Giới hạn bền kéo danh
nghĩa vật liệu làm

Công thức xác định

2

N/mm

Tb

2

bulông
7

Đường kính bulông

db

mm

8

Đường kính thiết kế

db

mm

Kết quả

Thiết kế chỉ định

320

Theo vật liệu

520

Theo vật liệu, [2]-bảng 17,
trang 56

680
53,7

Thiết kế chỉ định

55

3.2.3. Chiều dày bích nối trục
Bảng 3.6. Tính chiều dày bích nối trục
No

Hạng mục tính

Ký hiệu

Đơn
vị

bb

mm

Theo 3.3.2

dcc

mm

Theo 3.2.1.1

bd

mm

bd = 0,2 .d0

68,8
68,8

Chiều dày bích nối trục
theo đường kính bulông
nối trục
Đường kính trục chong
chóng tính toán
Chiều dày bích nối trục
theo đường kính trục

1
2
3

Công thức xác định

Kết quả

64
343,65

4

Chiều dày bích nối trục

b

mm

b = max(bb,bd)

5

Chiều dày bích nối trục

b

mm

Thiết kế chỉ định

80

3.2.4. Ổ đỡ
Trục chong chóng sử dụng ổ đỡ là kim loại màu, bôi trơn bằng dầu.
Bảng 3.7.Tính chọn chiều dài ổ đỡ
stt

Tên gọi

kí hiệu

đơn vị

công thức tính

1

Chiều dài ổ đỡ phía mũi

L1

mm

L1  1,2. ds =312

2

Chiều dài ổ đỡ phía lái

L2

mm

L1 2. ds =525
25