Thiết kế hệ thống động lực tàu chở hàng 1000 tấn, lắp máy SKL8NVD36 1u

BẢNG KÊ KÍ HIỆU
TT

Ký hiệu

Tên gọi

Đơn vị

1

B

Chiều rộng tàu

2

Cb

Hệ số béo thể tích

3

d, T

Mớn nước

m

4

D, H

Chiều cao tàu

m

5

Δ

Lượng chiếm nước

6

L

Chiều dài tàu nói chung

m

7

Ltk

Chiều dài đường nước thiết kế

m

8

Fr

Số Froude

9

g

Gia tốc trọng trường

m/s2

10

R

Sức cản nói chung

kG

11

Rf

Sức cản ma sát

kG

12

Rt

Sức cản toàn bộ

kG

13

t

Thời gian

14

V

Vận tốc nói chung

15

γ

Trọng lượng riêng của nước

16

λ

Bước chong chóng

17

I

Mô men quán tính

cm4

18

n

Vòng quay trong một giây

v/s

19

P

Công suất nói chung

kW

20

w

Hệ số dòng theo

21

m

Khối lượng

m

Tấn

h
m/s

kg

1


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
- Vùng biển Việt Nam là một khu vực giàu tài nguyên thiên nhiên, là ngư trường
giàu có nuôi sống hàng triệu ngư dân và gia đình từ bao đời qua, là một vùng kinh
tế nhiều thập kỷ phát triển năng động.Bờ biển dài, vị trí địa lý thuận lợi, vùng biển
nước ta được coi là huyết mạch giao thông trên biển của thế giới. "Với những lợi
thế đó, ngành vận tải biển được Đảng và Nhà nước quan tâm chú trọng phát triển
hàng đầu trong quá trình đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hóa hiện đại hóa đất
nước. Công nghiệp đóng tàu Việt Nam đã, đang và luôn được khẳng định là một bộ
phận quan trọng trong chiến lược biển quốc gia. Với sự đầu thư mạnh mẽ, ngành
đóng tàu ngày càng được phát triển về quy mô và chiều sâu. Nước ta đã có tập
đoàn công nghiệp tàu thuỷ, hàng loạt các tổng công ty, công ty đóng tàu mới được

thành lập, các khu liên hợp đóng tàu cũng xuất hiện, các nhà máy lắp ráp động cơ
liên doanh với các hãng nổi tiếng trên thế giới để cung cấp cho nhu cầu trong nước
và phục vụ xuất khẩu cũng đang được gấp rút xây dựng, quy mô các nhà máy
không ngừng được mở rộng. Các trang thiết bị tiên tiến, hiện đại và cải tiến công
nghệ không ngừng được áp dụng vào đóng tàu. Đội ngũ nhân sự được đào tạo chất
lượng, có khả năng đáp ứng và theo kịp trình độ kỹ thuật tiên tiến của ngành đóng
tàu các nước trên thế giới".
- Cùng với sự phát triển của ngành đóng tàu, vấn đề thiết kế trang trí hệ động lực
để đóng mới những con tàu cũng có những bước triển mạnh mẽ. Từ việc đi mua
thiết kế của nước ngoài thì hiện nay các công ty thiết kế tàu thủy đã được thành
lập, do các kĩ sư Việt Nam trực tiếp tham gia thiết kế. Tự thiết kế sẽ giảm được chi
phí do phải mua thiết kế trang trí của nước ngoài, đồng thời cũng sẽ nâng cao được
trình độ kĩ thuật của ngành đóng tàu Việt Nam.

2


- Trường Đại học Hàng hải Việt Nam là trường "chuyên đào tạo các kỹ sư cơ khí
có nhiệm vụ thiết kế, sửa chữa hệ thống động lực tàu thuỷ. Sau mỗi khóa học, sinh
viên nhận được một đề tài tốt nghiệp nhằm nghiên cứu củng cố lại những kiến thức
lý thuyết đã được học tập ở trường, làm quen dần với công tác của một kỹ sư cơ
khí ngoài thực tiễn sản xuất, để nâng cao chất lượng đội ngũ cán bộ kỹ thuật phục
vụ tốt cho ngành".
- Sau khoảng thời gian học tập, "nghiên cứu tại Khoa Máy Tàu Biển, Trường Đại
Học Hàng Hải Việt Nam, em đã tiếp thu được rất nhiều kiến thức có ích để trau dồi
cho bản thân, phục vụ cho công việc sau này. Để làm rõ một số vấn đề trong thiết
kế hệ thống động lực tàu thủy cũng như áp dụng lý thuyết vào thực tế, sau khi tìm
hiểu các tài liệu liên quan, em quyết định nghiên cứu và thực hiện đề tài": “Thiết
kế hệ thống động lực tàu chở hàng 1000 tấn, lắp máy SKL 8NVD36-1U”.
2. Mục đích của đề tài

- Mục tiêu chính của đề tài là tính toán thiết kế hệ thống động lực tàu chở hàng
1000 tấn, lắp máy SKL 8NVD36-1U.
- Để đạt được mục tiêu trên, đề tài được thực hiện qua 6 nội dung chính sau:
+ Giới thiệu tổng quan về tàu
+ Tính sức cản và thiết kế sơ bộ chong chóng
+ Tính thiết kế hệ trục
+ Tính dao động ngang hệ trục
+ Tính dao động xoắn hệ trục
+ Tính thiết kế các hệ thống phục vụ.
3. Phương pháp và phạm vi nghiên cứu
- Phân tích, "tính toán lý thuyết theo Quy phạm kết hợp thực tế. Cụ thể là dựa vào
mục đích, yêu cầu của hệ thống động lực, quy định của Đăng kiểm, yêu cầu của
chủ tàu để xác định và tính toán các trang thiết bị trong buồng máy. Vận dụng lý
thuyết, thăm quan, thực tiễn để bố trí các trang thiết bị trong buồng máy".
3


4. Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- Có thể làm tài liệu tham khảo cho những sinh viên khoá sau học chuyên ngành
Máy Tàu Thủy thuộc Khoa Máy Tàu Biển của Trường Đại Học Hàng Hải Việt
Nam.
- Sau quá trình thực tập trực tiếp ở Nhà máy, cùng với sự giúp đỡ tận tình của
thầy giáo Nguyễn Mạnh Thường, các thầy cô giáo trong ngành Máy Tàu Thủy và
các bạn sinh viên, em đã hoàn thành đề tài của mình.
- Do trong thời gian ngắn, cũng như kiến thức đề tài sâu rộng và kiến thức của
bản thân chưa được nhiều nên đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Em rất mong
được sự xem xét, góp ý của các thầy cô cũng như các bạn để nâng cao kiến thức
bản thân và đề tài được hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hải phòng, ngày 25 tháng 05 năm 2016.

Sinh viên
Đỗ Văn Tiếp

4


PHẦN I:
GIỚI THIỆU CHUNG

5


1.1. GIỚI THIỆU TÀU
1.1.1. Loại tàu.
- Tàu hàng khô" sức chở 1000 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang,
một boong chính, một boong dâng lái và một boong dâng mũi. Tàu được thiết kế
trang bị 01 diesel chính 4 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt".
- Thuộc phân cấp: hàng khô – diesel.
1.1.2. Vùng hoạt động.
- Ven biển Việt Nam và Đông nam Á.
1.1.3. Các thông số cơ bản của vỏ tàu.
– Chiều dài lớn nhất

Lmax =

60

m

– Chiều dài giữa hai trụ

Lpp

=

58,2 m

– Chiều dài đường nước thiết kế

LWL

=

58,4 m

– Chiều rộng

B

=

10,2 m

– Chiều cao mạn

H

=

4,8

m

– Chiều chìm toàn tải

d

=

3,9

m

– Trọng tải tàu

D

=

1000 tấn

1.1.4. Hệ động lực chính.
– Máy chính

SKL 8NVD36–1U.

– Số lượng

01.

– Công suất

H

=

300/408

– Số vòng quay

N

=

500 v/p

– Kiểu truyền động

Trực tiếp.

– Chân vịt

Định bước.

1.1.5. Quy phạm áp dụng.
6

kW/hp

- Phần hệ thống" động lực được tính toán thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp không
hạn chế theo QCVN 21: 2010/BGTVT, phần 3: Hệ thống máy tàu.
1.1.6. Luật và công ước áp dụng.
1. Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2010. Bộ Khoa học Công
nghệ và Môi trường.
2. MARPOL 73/78 (có sửa đổi).
3. Bổ sung sửa đổi 2010 của MARPOL
1.2. TỔNG QUAN VỀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC
1.2.1. Bố trí buồng máy.
- Buồng máy của tàu được bố trí từ sườn 06 (Sn6) đến sườn 23 (Sn23). Diện tích
vùng tôn sàn đi lại và thao tác khoảng 22 m2. Lên xuống buồng máy bằng 04 cầu
thang chính (02 cầu thang tại sàn đáy, 02 cầu thang tại sàn lửng buồng máy) và 01
cầu thang sự cố".
- Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệ thống động
lực, hệ thống đường ống.
- Điều khiển" các thiết bị được thực hiện tại chỗ trong buồng máy. Điều khiển
máy chính được 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 như bơm vận chuyển
dầu đốt, bơm nước vệ sinh, sinh hoạt, các quạt thông gió"...
- Buồng máy có các kích thước chính:
+ Chiều dài:

8,80 m;

+ Chiều rộng trung bình:

6,70 m;

+ Chiều cao trung bình:

3,20 m.

1.2.2. Máy chính.
- Máy chính có ký hiệu 8NVD36–1U do hãng SKL – Germany sản xuất, "là động
cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua-bin – máy nén, dạng thùng, một
hàng xy-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.
7


1) Thông số cơ bản của máy chính.
- Số lượng
01
- Kiểu máy
8NVD36 – 1U
- Hãng sản xuất
SKL
- Công suất định mức, [H]
300/408
kW/hp
- Vòng quay định mức, [N]
500
v/p
- Công suất lớn nhất:
Nmax = 499 cv .
- Vòng quay ổn định lớn nhất:
n max: = 516 v/p .
- Vòng quay ổn định nhỏ nhất:
n min: = 170 v/p .

- Số kỳ, [τ]
4
- Số xy-lanh, [Z]
8
- Đường kính xy-lanh, [D]
240
mm
- Hành trình piston, [S]
360
mm
- Bán kính quay trục khuỷu:
R= 180mm
- Suất tiêu hao nhiên liệu:
ge = 168 g/cv.h
- Suất tiêu hao dầu nhờn:
gm = 3 g/cv.h
- Nhiệt độ lớn nhất của dầu bôi trơn: tm = 70oC.
- Áp suất dầu bôi trơn làm việc:
Pm= 0,7 ÷ 2,5 KG/cm2.
- Nhiệt độ lớn nhất của nước làm mát: tw = 88oC
- Đường kính cổ trục:
dt = 155 mm
- Đường kính cổ biên:
db = 150 mm
- Thứ tự nổ khi tiến:
1-3-5-7-8-6-4-2.
- Thứ tự nổ khi lùi:
1-2-8-6-4-7-5-3.
- Khoảng cách tâm 2 xilanh:
H1 = 370 mm.

- Khoảng cách tâm xilanh cuối tới bánh đà: H1 = 670 mm.
- Kích thước máy chính:
LxBxH = 4335x1350x4450
- Khối lượng động cơ [G]
10,4
tons
2) Thiết bị đi kèm máy chính.
– Bơm" LO bôi trơn máy chính
01 cụm
– Bơm nước ngọt làm mát
01 cụm
– Bơm nước biển làm mát
01 cụm
– Bầu làm mát dầu nhờn
01 cụm
– Bầu làm mát nước ngọt
01 cụm
8


– Bơm tay LO trước khởi động
01 cụm
– Các bầu lọc
01 cụm
– Bơm chuyển nhiên liệu thấp áp
01 cụm
– Bình chứa khí nén khởi động
02 bình
– Bầu tiêu âm
01 cụm

– Ống bù hòa giãn nở
01 đoạn"
1.2.3. Tổ máy phát điện
1) Diesel lai máy phát.
- Diesel lai máy phát có ký hiệu 6NVD21 do hãng SKL – Germany sản xuất, "là
động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua-bin – máy nén, dạng thùng,
một hàng xy-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"
+ Số lượng
+ Kiểu máy
+ Nhà sản xuất
+ Công suất định mức, [Ne]
+ Vòng quay định mức, [n]
+ Số kỳ, [τ]
+ Số xy-lanh, [Z]
2) Máy phát điện 3pha.
– Số lượng
– Công suất máy phát
– Điện áp
– Tần số
3) Thiết bị kèm theo tổ phát điện.
– Bơm "LO bôi trơn máy
– Bơm nước ngọt làm mát
– Bơm nước biển làm mát
– Bầu làm mát dầu nhờn
– Bầu làm mát nước ngọt
– Máy phát điện một chiều
– Mô-tơ điện khởi động
– Các bầu lọc
9

02
6NVD21
SKL ( Đức )
150 cv
1000 v/p
4
6
02
107
kw
230/400 V
50
Hz
01
01
01
01
01
01
01
01

cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm
cụm

cụm"


– Bầu tiêu âm
– Ống bù hòa giãn nở

01
01

10

cụm
cụm


PHẦN II: TÍNH SỨC CẢN
THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

11


2.1. SỨC CẢN.
2.1.1. Các kích thước cơ bản.
– Chiều dài lớn nhất

Lmax

=

60

m

– Chiều dài đường nước thiết kế

LWL

=

58,4 m

– Chiều rộng

B

=

10,2 m

– Chiều cao mạn

H

=

4,8

m

– Chiều chìm toàn tải

d

=

3,9

m

– Trọng tải tàu

D

=

1000

tấn

– Lượng chiếm nước của tàu
– Máy chính

8NVD36 – 1U

– Công suất

H

=

300/(408)

– Vòng quay

N

=

500

kW/(hp)

rpm

2.1.2. Lựa chọn phương pháp tính sức cản

÷

- Đối với tàu cỡ nhỏ chạy ven biển có chiều dài nằm trong khoảng 25 80 m
tương đương với tải trọng từ 200 đến 3000 tấn thì hệ số tải trọng của tàu là:
η = 0,5 ÷ 0,7
- Với tàu 1000T tra bảng 2.17 sách " sổ tay kỹ thuật đóng tàu" có η = 0,6 mà
quan hệ giữa tải trọng và lượng chiếm nước theo công thức sau: η =

D
∇

Trong đó:
+ D: trọng tải tàu
+ ∇: lượng chiếm nước của tàu

Suy ra: ∇ = 1670 tấn
CB =

- Hệ số béo thể tích của tàu được xác định theo công thức:
12

∇
γ .. L.. B.d


Trong đó:
- γ = 1,025 kg/

m3

là trọng lượng riêng của nước.

- L, B, d là các kích thước cơ bản của tàu
Thay vào biểu thức trên ta sẽ tính được hệ số béo thể tích :
CB =

1670
= 0,7
1,025.58,4.10,2.3,9

- Tỷ số giữa các kích thước của tàu:
Bảng 2.1: Phạm vi áp dụng của pamiel.
STT
Đại lượng xác định
1

Tỷ số kích thước [B/d]
2
Tỷ số kích thước [L/B]
3
Hệ số béo thể tích [CB]

Tàu thực thiết kế
2,61
5,72
0,7

Phạm vi của pamiel
1,5 – 3,5
4 – 11
0,35 – 0,8

Do đó chọn phương pháp pamiel để tính toán sức cản của tàu:
1) Công thức xác định sức cản của Pamiel.
- Công suất kéo theo Pamiel:
EPS =

∇VS3
LC 0

, (hp)

- Trong đó: VS – Tốc độ tàu tương ứng với giá trị EPS cần xác định, (m/s);
∇ – Lượng chiếm nước của tàu, (tons);
L – Chiều dài tàu thiết kế, (m);
C0 – Hệ số tính toán theo Pamiel.

2) Kết quả xác định sức cản tàu theo Pamiel.

13


Bảng 2.2: Tính sức cản và công suất kéo của tàu
STT Đại lượng xác định

Công thức tính

Kết quả

1

Tốc độ tính toán VS, (knots)

Dự kiến thiết kế

7

8

9

10

2

Tốc độ tính toán VA, (m/s)

V A = 0,514.V S

3,59

4,11

4,62

5,14

3

Hệ số béo thể tích CB

Theo thiết kế

0,7

0,7

0,7

0,7

4

Lượng chiếm nước ∇, (tons)

Theo thiết kế

1670

1670

1670

1670

5

Hệ số hình dáng ϕ

B
ϕ =10 C B
L

1,23

1,23

1,23

1,23

6

Tốc độ tương đối V1

V1 =VS

1,01

1,16

1,31

1,45

7

Hệ số tính Cp, theo đồ thị C p = f (V1 , ϕ )
pamiel

8

Hệ số hình dạng X1

1 đường trục

1

1

1

1

9

Hiệu chỉnh chiều dài tàu λ

λ = 0,7 + 0,03 L

0,93

0,93

0,93

0,93

Hệ số tính theo Pamiel C0

C0 =

74,63

72,35

70,44

68,76

Công suất kéo EPS, (hp)

∇Vs3
EPS =
LC 0

131,42

202,36

295,95

415,88

Sức cản toàn phần Rt, (kG)

Rt =

2745,54

3692,70 4804,38 6068,28

10

11

12

ϕ
L

89

87

84

82

C pλ
X1 ϕ

75EPS
Vs

14


3) Đồ thị sức cản R = f(v) và công suất kéo EPS = f(v)
- Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và EPS xây dựng đồ thị R = f(v) và
EPS = f(v) cho tra cứu tính toán. Đồ thị được trình bày dưới đây:
R (kG)

EPS (hp)

7500

500

6000

400

300

4500
EPS=f(Vs)

3650

R=f(Vs)

3000

200

1500

100

7

8,1

9

Vs (hl/h)

10

Hình 2.1: Đồ thị sức cản và công suất kéo của tàu
2.1.3. Xác định sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng
- Hiệu" suất chong chóng giả thiết":

ηp = 0,6;

- "Hiệu suất đường trục giả thiết":

ηt = 0,98;

- "Lượng công suất dự trữ máy chính":

15%Ne;

- Công suất của máy chính:

Ne = 300/408

- Công suất kéo của tàu:

(kW/hp);

N0 = 0,85.Ne. ηp. ηt= 203,91 (hp);
15


- Tra đồ thị sức cản ta được các thông số:
- Lực cản toàn tàu:

Rt = 3650

(kG)

- Vận tốc tàu:

Vs = 8,1 (knots) = 4,16 (m/s);

2.2. Thiết kế sơ bộ chong chóng.
2.2.1. Chọn vật liệu làm chong chóng.
- Chọn vật liệu chế tạo chong chóng là đồng KHBsC1 (Mn – Cu – Sn).
2.2.2. Tính hệ số hút, hệ số dòng theo.
"Theo Taylor, hệ số dòng theo và dòng hút được xác định như sau :
- Hệ số dòng theo: w T = 0,5.CB - 0,05
CB: Hệ số béo thể tích
wT = 0,5.0,7 - 0,05 = 0,3
- Hệ số dòng hút: t c = wT.k

t

- kt : Hệ số kể đến ảnh hưởng của bánh lái . Khi bánh lái có dạng thoát nước :
kt = 0,5 ÷ 0,7. Chọn: kt = 0,7
tc = 0,3.0,7 = 0,21
- Hiệu suất tính đến tác dụng qua lại giữa thiết bị đẩy và thân tàu":
η = (1-wT)/(1-tc) = 0,553
2.2.3. Chọn số cánh chong chóng.
- Vận" tốc của tàu là V S = 8,1 knots tương ứng với 4,16 m/s
- Vận tốc dòng chảy đến chong chóng là :
VP = V(1-wT) = 4,16.(1- 0,3) = 2,91 m/s
- Vòng quay của chong chóng n P : Truyền động trực tiếp n = 500 (v/p)
- Sức cản của chong chóng tại V S = 8,1 knots là R = 3650 kG
- Lực đẩy của chong chóng tại V S = 8,1 knots là

16


P=

R
3650
=
= 4620,25
x.(1 − t c ) 1.(1 − 0,21)

(kG)

Trong đó : x- Số chong chóng , x = 1
P- Lực đẩy của một chong chóng"
- Vòng" quay chong chóng : np = 500 (v/p) = 8,33 (v/s)
Kn =
- Hệ số lực đẩy theo vòng quay

Vp
np

.4

ρ
P

:

Trong đó : np – Vòng quay chong chóng
ρ - Mật độ nước biển: ρ = 104 (KGs2/m4)
Kn =

Vp
np

.4

ρ
2,91
104
=
.4
= 0,39
P
8,33 4620,25

Thay số:
⇒

Kn = 0,39 < 1 . Vậy chọn số cánh chong chóng Z = 4"

2.2.4. Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền
- Theo" điều kiện bền thì tỉ số đĩa của chong chóng phải thỏa mãn, trong đó:
2

θ ≥ θmin =

 C ' Z  m ' .P
0,375.  .
÷. 4
 D δ max  10

C’: Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo chong chóng, C’ = 0,055 (Với đồng
thau)

m’: Hệ số tính đến điều kiện quá tải của tàu trong điệu kiện cụ thể nào
đó. Với tàu hàng chọn m’ = 1,15
Z: Số cánh chong chóng, Z = 4
17


D: Đường kính sơ bộ của chong chóng, lấy theo công thức :
D = 0,5.d = 0,5.3,9 = 1,95 (m)
⇒

Chọn: D = 2 (m)
d: chiều chìm
÷

δmax: Chiều dài tương đối của Prôfin cánh tại (0,6 0,7)R"
Thường lấy δmax = 0,08 ÷ 0,1. Chọn δmax = 0,1

⇒
⇒

θ ≥ θ ' min = 0,375.3 (

0,055 4 2 1,15.4620,25
. ) .
2 0,1
10 4

= 0,33

Chọn θ = 0,55

2.2.5. Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất
Bảng 2.3: Bảng tính chong chóng sử dụng hết công suất.
STT
1
2

3

4

5

Đại lượng xác định

Công thức tính

Đơn
vị

Tốc độ giả thiết

VS

Knot

8

8,5

9

m/s

2,87

3,05

3,23

kG

3692,70

4125,67

4804,38

kG

4674,30

5222,36

6081,49

0,39

0,41

Tốc độ tịnh tiến của chong v p = 0,514vS . (1 − wT )

Kết quả

chóng
Lực đẩy có ích

Lực đẩy cần thiết

Hệ số lực đẩy theo vòng quay

PE = R = f ( vS )

P=

PE
1− t

k NT =

vp
np

.4

ρ
P

18

0,38


6

Độ trượt tương đối

7

Tỉ số bước thực tế

8

Đường kính chong chóng

J 0 = f ( k NT )

0,21

0,22

0,24

J = a.J 0

0,221

0,231

0,252

1,55

1,56

1,59

0,112

0,122

0,131

Dopt =

vp

m

n p .J

P
4
ρ n Dopt

Hệ số lực đẩy

kT =

10

Tỉ số bước

P
= f ( kT , J )
D

0,42

0,46

0,51

11

Hiệu suất đẩy lý thuyết

η0 = f (kT ; J )

0,36

0,38

0,40

12

Hiệu suất đẩy thực tế

ηD =

0,406

0,428

0,451

13

Công suất yêu cầu

N p1 =

hp

348,05

392,01

458,78

14

Công suất lý thuyết

N p = 0,85.N e .ηt

hp

339,86

339,86

339,86

15

So sánh hai kết quả của công suất
tiêu thụ

2,41

15,34

34,99

9

⇒

∆

2
p

1− t
.η0
1 − wT

∆N =

≤

R.v
75.η D

N p − N p1
Np

.100%

%

∆

Kết luận : Với N = 2,41 % [ N] = 3% "là giới hạn cho phép nên chong
chóng sử dụng hết công suất động cơ, chọn vận tốc v= 8 knots. Ta thiết kế
chong chóng có kích thước và thông số kỹ thuật sau :
- Đường kính chong chóng: D = 1,55 m
- Đường kính củ chong chóng: d tb =(0,16

19

÷

0,18).D


⇒

Chọn: dtb = 0,26

m

- Đường kính phía trước của củ:

dt = 0,125.D = 0,193

m

- Đường kính phía sau của củ: d S = 0,18.D = 0,279 m"
2.2.6. Kiểm tra chong chóng theo điều kiện chống xâm thực.
- Theo "Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo
công thức sau:
 AE

 A0


k
 = 1,275ζ c ( nD ) 2
P0
 min

Trong đó:
ζ = 1,3 ÷ 1,6

- hệ số thực nghiệm phụ thuộc vào tải trọng chong chóng

kC = f(Z;P/D;J) = 0,12 – hệ số, tra đồ thị

P0 = ( Pa + γhs )
Pa = 101,304
γ = 10

, kN/m2

- áp suất khí quyển, kN/m2

- trọng lượng riêng của nước, kN/m2

hs = T − 0,55D

- khoảng cách từ tâm trục chong chóng đến đường nước thiết kế,m

n – vòng quay chong chóng, rps
D – đường kính chong chóng, m
T = d = 3,9 m
Thay số ta được:
hs = T − 0,55D

= 3,9 – 0,55.1,55 = 3,04 (m)
20


P0 = ( Pa + γhs )
 AE

 A0

= (101,304 + 10.2,8) = 131,704 (kN/m2)


0,12
 = 1,275.1,3.
.( 8,33.1,55) 2
131
,
704
 min

⇒

Thỏa mãn

= 0,251 < 0,55"

AE  AE 
>
÷
A0  A0  min

2.2.7. Tính trọng lượng chong chóng
- Theo "KOIEFSKI ( theo lý thuyết tàu ) ta có:

G=

b0,6 
d  e0 , 6 
Z


2
.γ .D 3 .(
).6,2 + 2.10 4  0,71 − 0 .
 + 0,59.γ .l.d 0
4
D 
D D 
4.10


Trong đó:
Số cánh chong chóng Z = 4
Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo chong chóng: γ = 8600 kG/m3
Đường kính chong chóng D = 1,55 m
Đường kính trung bình của củ chong chóng: d0 = (0,14÷0,22).D
d0

⇒

Chọn:

= 0,3 m

Chiều dài củ chong chóng: l = 0,2275.D = 0,2275.1,55 = 0,352 (m)
Chiều dài cánh tại 0,6 R: e0,6= 0,04.D = 0,04.1,55 = 0,062 (m)
Chiều rộng cánh tại 0,6R" :
21


bm : Là chiều rộng tương đối lớn nhất của tiết diện cánh bm = 1,1÷ 1,3

bm = 1,13 và b r =

G=
⇒

D.bm
Z

= 0,437

4
0,437 
0,3  0,062 

2
.8600.1,553.(
).6,2 + 2.10 4  0,71 −
.
 + 0,59.8600.0,352.0,3
4
1,55 
1
,
55
1
,
55
4.10





Vậy: G = 540 kG.

- Kết luận: "Như vậy qua quá trình tính toán ta có chong chóng với các kích
thước cơ bản sau:
- Đường kính chong chóng :
- Số cánh : Z = 4

D = 1,55

m

Cánh

- Tỉ số đĩa : θ = 0,55
- Tỉ số bước : P/D = 0,42
- Chiều dài củ chong chóng : l0 = 0,352

m

- Đường kính trung bình củ chong chóng: d0 = 0,3
- Khối lượng chong chóng :

G = 540

22

kG"

m


PHẦN III: TÍNH TOÁN HỆ TRỤC
VÀ CÁC THIẾT BỊ HỆ TRỤC

3.1. Khái quát chung
3.1.1. Vị trí, ý nghĩa, khái quát về hệ trục.
- Hệ trục bao gồm một hệ thống các đoạn trục được nối với nhau, các ổ đỡ, ổ chặn
dọc trục được bố trí theo một đường thẳng. phía cuối trục người ta lắp chong

23


chóng, phía đầu trục được nối trực tiếp với động cơ ha nối với động cơ qua cơ cấu
truyền động. Hệ thống như vậy được gọi là đường trục.
- Chức năng của hệ trục là truyền cho chong chóng mômen xoắn của động cơ,
tiếp nhận lực dọc trục do chong chóng quay trong môi trường nước tạo nên, đồng
thời truyền lực này qua ổ chặn lực trục dọc cho vỏ tàu để tàu truyền động. Hệ trục
đóng vai trò rất quan trọng của hệ động lực. Truyền mômen quay từ động cơ tới
chong chóng có thể trực tiếp qua hệ trục hay cả cơ cấu truyền động và hệ trục. Việc
chọn phương pháp truyền có quan hệ động cơ với chong chóng, phụ thuộc vào loại
tàu, chức năng của tàu. Các chỉ tiêu kỹ thuật đường trục ( kích thước, vật liệu chế
tạo) phụ thuộc vào công suất máy chính, sự tác dụng giữa chong chóng và vỏ tàu,
tốc độ thiết kế của vỏ tàu.
- Số lượng đường trục phụ thuộc vào số chong chóng trong hệ thống động lực
thỏa mãn khi tàu chở đầy hàng, đồng thời chú ý tới vòng quay tối đa và hiệu suất
của chong chóng.
- Tàu hàng thường đặt một động cơ và một đường trục, một chong chóng vì kết
cấu đơn giản, độ tin cậy cao, hiệu suất cao nhất so với bố trí nhiều đường trục.

- Tàu có một đường trục thường bố trí ở mặt phẳng đối xứng với tàu. Tàu bố trí
hai đường trục trở lên phải đặt sang phía hai bên mạn tàu..
- Tàu hàng thường bố trí 1 đến 2 đường trục, tàu quân sự bố trí từ 1 đến 4 đường
trục.
3.1.2. Sơ đồ hệ trục và các thiết bị.

24


Hình 3.1: Sơ đồ hệ trục trên tàu thủy
1. Chong chóng

4. Gối đỡ trước trục chong chóng

2. Trục chong chóng

5. Trục trung gian

3. Gối đỡ sau trục chong chóng

6. Gối đỡ trục trung gian

3.2. Dữ kiện phục vụ thiết kế
3.2.1. Số liệu ban đầu.
- Công suất tính toán:

H = 300/408

kW/hp

- Vòng quay tính toán:

N = 500

rpm

- Vật liệu làm hệ trục:

KSF60

+ Giới hạn bền kéo:

Ts = 520

N/mm2

+ Giới hạn chảy:

Tc = 320

N/mm2

+ Giới hạn mỏi:

Tm = 208

N/mm2

+ Độ cứng:

HB = 210

Rw

+ Hệ số đàn tính:

E = 2,1.106
25

kG/cm4