Tài liệu Hướng dẫn thiết kế Trang Bị Động Lực Tàu Thủy doc

Hệ thống thông gió buồng máy...53 PHỤ LỤC PHU LỤC I: Nhóm đồ thị chân vịt PHỤ LỤC II: Thông số kỹ thuật các động cơ thủy PHỤ LỤC III: Ký hiệu quy ước trên sơ đồ đường ống PHỤ LỤC IV

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA – ĐHQG TPHCM

KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀU THỦY BỘ MÔN KỸ THUẬT TÀU THỦY

LÊ HOÀNG CHÂN – HOÀNG HỮU CHUNG LÊ HOÀNG CHÂN – HOÀNG HỮU CHUNG

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾÁ TRANG BỊ ĐỘNG

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 5

CHƯƠNG I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ TRANG TRÍ HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 6

1 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ BUỒNG MÁY 6

1.1 Các nhiệm vụ cơ bản được giải quyết khi thiết kế bố trí thiết bị năng lượng tàu .6

1.2 Trình tự thiết kế và bố trí buồng máy tàu 6

2.1 Phương pháp thiết kế bố trí thiết bị năng lượng tàu theo hình khối 6

2 THIẾT KẾ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRONG BUỒNG MÁY 7

2.1 Các yêu cầu chung của việc bố trí trang thiết bị buồng máy 7

2.2 Buồng máy và các hệ thống thiết bị trong buồng máy: 8

a Bố trí sàn buồng máy, lối đi lại, cầu thang và lối ra khỏi buồng máy 8

b Động cơ chính và truyền động : 9

c Bố trí các két nhiên liệu, ống dẫn và cáp điện : 9

d Bố trí trang thiết bị của trạm điện tàu 9

e Hệ thống hút khô 11

f Bố trí phụ tùng đáy và mạn 11

g Thông gió và điều hòa không khí trong buồng máy 12

CHƯƠNG II TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TÀU 14

1 TÍNH SỨC CẢN VÀ CHỌN CÔNG SUẤT MÁY CHÍNH 14

1.1 Tính sức cản 14

a Tính sức cản theo phương pháp hải quân 14

b Phương pháp Papmel 14

c Tính sức cản cho tàu sông theo phương pháp Zvonkov 15

1.2 Chọn máy chính 17

a Chọn máy chính cho tàu làm việc theo chế độ chạy tự do, đường kính chân vịt không hạn chế .18

2 THIẾT KẾ CHÂN VỊT 21

2.1 Chọn số cánh chân vịt và tỉ lệ mặt điã 21

a Chọn số cánh chân vịt: 21

b Tỷ lệ mặt điã .21

2.2 Tính hệ số dòng theo và hệ số lực hút 22

a Hệ số dòng theo: 22

b Hệ số lực hút 23

2.3 Thiết kế chân vịt .25

a Bài toán 1: Thiết kế chân vịt theo chế độ chạy tự do, đường kính không hạn chế .25

b Bài toán 2: Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo 26

3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC TÀU THỦY 29

3.1 Phương pháp tính kích thước cơ bản hệ trục tàu thủy 29

a Kích thước cơ bản hệ trục tàu biển 29

b Kích thước cơ bản hệ trục tàu sông 31

3.2 Bố trí hệ trục 33

a Tính momen uốn và phản lực tại các gối đỡ trục 34

b Nghiệm bền hệ trục 35

3.3 Bài toán ví dụ: 37

4 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ VÀ HỆ THỐNG ĐƯỜNG ỐNG 51

4.1 Tính chọn thiết bị buồng máy 51

a Hệ thống dầu đốt 51

b Hệ thống dầu bôi trơn 51

c Hệ thống chữa cháy 52

4.2 Hệ thống đường ống 52

a Hệ thống hút khô, dằn tàu 52

b Hệ thống thông gió buồng máy 53

PHỤ LỤC

PHU LỤC I: Nhóm đồ thị chân vịt

PHỤ LỤC II: Thông số kỹ thuật các động cơ thủy

PHỤ LỤC III: Ký hiệu quy ước trên sơ đồ đường ống

PHỤ LỤC IV: Giá trị của độ nhám hạt đều tương đương

PHỤ LỤC V: Hệ số tổn thất cục bộ

PHỤ LỤC VI: Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông – Thiết bị động lực PHỤ LỤC VII: Quy phạm phân cấp và đóng tàu sông – Các hệ thống

và đường ống PHỤ LỤC VIII: Một số bản vẽ mẫu về bố trí buồng máy và hệ trục

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LỜI MỞ ĐẦU

Nội dung chính của tài liệu này bao gồm những vấn đề cơ bản trong quá trình thiết kế hệ động lực chính của tàu thủy Tài liệu này được dùng cho môn học “Thiết kế trang bị động lực tàu thủy” và đồ án thiết kế môn học cùng tên tại Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM Tài liệu được biên soạn dựa trên một số giáo trình đã trở nên quen thuộc trong nhiều năm qua và có thêm vào những số liệu tích luỹ trong quá trình tham gia thiết kế thực tế

Tài liệu hướng dẫn thiết kế trang bị động lực tàu này bao gồm các phần tóm tắt và các số liệu tra cứu dùng cho tính toán trang bị và thiết kế bố trí buồng máy tàu thủy, cụ thể:

- Tính sức cản và chọn công suất máy chính,

- Thiết kế chân vịt,

- Thiết kế hệ trục,

- Tính chọn thiết bị và hệ thống đường ống,

- Bố trí chung buồng máy…

Trong phần phụ lục, bạn đọc có thể tìm thấy các đồ thị tra cứu khi thiết kế chân vịt, một số ký hiệu qui ước, những quy định của quy phạm phân cấp và đóng tàu thủy hiện hành cũng như các bản vẽ mẫu về bố trí buồng máy

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn các giáo sư Nguyễn Đức Ân, Trần văn Phương, thạc sỹ Lê hồng Việt đã cung cấp bài giảng, tư liệu tham khảo, cũng như đóng góp nhiều ý kiến xây dựng và hoàn chỉnh tài liệu này Mặc dù đã rất cố gắng, nhưng với trình độ và năng lực có hạn nên việc biên soạn tập “Hướng dẫn thiết kế thiết bị và hệ động lực tàu” chắc chắn còn nhiều thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của các đồng nghiệp, quý bạn đọc để tài liệu được hoàn chỉnh hơn

Tp Hồ Chí Minh, ngày 27 tháng 10 năm 2001

Nhóm tác giả

Chương I NHỮNG VẤN ĐỀ CƠ BẢN TRONG THIẾT KẾ TRANG TRÍ HỆ ĐỘNG

LỰC TÀU THỦY

1 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ VÀ BỐ TRÍ BUỒNG MÁY

1.1 Các nhiệm vụ cơ bản được giải quyết khi thiết kế bố trí thiết bị năng lượng tàu

Thể tích buồng máy phải nhỏ nhất trên cơ sở đảm bảo mật độ bố trí thiết bị thích hợp Việc bố trí phải dự định vạch tuyến ống dẫn và cáp điện hợp lý, phục vụ máy móc và các trang thiết bị khác phải tiện lợi, có tính đến các yêu cầu kỹ thuật an toàn cũng như việc tiến hành các công việc sửa chữa với chi phí lao động và thời gian ngắn nhất

Việc bố trí các trang thiết bị năng lượng tàu, đường ống cáp điện phải phù hợp với nhau và phải đảm bảo công nghệ lắp ráp

Việc bố trí phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ

1.2 Trình tự thiết kế và bố trí buồng máy tàu

Nhằm đáp ứng đầy đủ các điều kiện kể trên, việc thiết kế bố trí buồng máy phải được hoàn chỉnh trong từng giai đoạn thiết kế và sẽ hoàn thành trong phần thi công

Khi phác thảo bố trí buồng máy, hợp lý hơn cả là theo trình tự sau:

Vùng bố trí thiết bị năng lượng theo chiều dài tàu

Việc bố trí thiết bị đẩy tương ứng với vỏ tàu

Bố trí sơ bộ máy chính, truyền động và đường tâm trục, chiều dài ống bao và trục trung gian

Chiều dài cần thiết trong khoang để bố trí các thiết bị năng lượng và các hệ thống truyền động khác

Việc bố trí trạm điện, thiết bị phụ và trạm điều khiển phải tập trung

Cách bố trí các hệ thống hút không khí và xả khí

Chiều cao sàn và diện tích chính để phục vụ cũng như bố trí các lối ra vào buồng máy

2.1 Phương pháp thiết kế bố trí thiết bị năng lượng tàu theo hình khối

Sự kiểm tra tính phối hợp chặt chẽ của việc bố trí các phần tử thiết bị năng lượng và hoàn thành công việc ở các giai đoạn thiết kế sau cùng trong nhiều trường hợp được thực hiện nhờ các bản vẽ kiểm tra đồng thời hoặc mô hình hoá bố trí ở qui mô lớn, đôi khi đúng độ lớn thật Tuy nhiên, việc xây dựng các bản vẽ kiểm tra đồng thời, đôi khi không thể thực hiện được rõ ràng về sự bố trí, còn việc chế tạo mô hình song

song với bản vẽ phát thảo bố trí sẽ kéo dài đáng kể thời hạn hoàn tất thiết kế Vì thế, gần đây người ta áp dụng phương pháp thiết kế theo khối, ở đó việc bố trí thiết bị năng lượng tàu và tất cả các phần tử khác của nó được xác định trực tiếp trong quá trình chế tạo các mô hình có tỉ lệ khối Sau đó theo các mô hình người ta xây dựng các bản vẽ cần thiết để sử dụng trong quá trình láp ráp khi đóng tàu

Phương pháp này thể hiện rõ việc bố trí thiết bị năng lượng tàu được thiết kế Nó cho phép không chỉ rút ngắn thời hạn phác thảo các bản vẽ bố trí mà còn đảm bảo việc giả quyết tốt hơn tất cả các vấn đề thuộc về công việc bố trí

Ngoài ra, người ta còn thiết kế bố trí thiết bị năng lượng theo tàu mẫu Trên cơ sở chọn tàu thật làm mẫu, người ta tiến hành phân tích cách bố trí thiết bị năng lượng và cải tiến cách bố trí để xây dựng bản vẽ bố trí thiết bị năng lượng cho tàu thiết kế

2 THIẾT KẾ BỐ TRÍ THIẾT BỊ TRONG BUỒNG MÁY

Vị trí buồng máy được chọn ngay trong quá trình thiết kế thân tàu Nó có thể ở phần đuôi, phần giữa hay phần mũi tàu Khi buồng máy nằm ở phần đuôi thì cho phép nhận được hệ trục ngắn, thuận tiện cho việc bố trí khoang hàng và thao tác khai thác xếp dỡ Tuy nhiên, lúc này tàu không đảm bảo độ nghiêng dọc yêu cầu khi taù không đủ hàng, chiều dài và thể tích buồng máy lớn do sự tóp lại của vòm đuôi, khó đảm bảo tính chống chìm của buồng máy, khó đảm bảo điều kiện sống trong buồng máy

do sự tăng biên độ và gia tốc chuyển động thẳng đứng khi có sóng lừng và độ ồn, rung động tăng lớn khi chân vịt hoạt động

Khi buồng máy ở giữa tàu và nhích về phía mũi cho phép giải quyết được nhược điểm nghiêng dọc, cho phép phân bố tải trọng trên vỏ đều hơn Tuy nhiên, hệ trục dài do đó phải mất thể tích để bố trí hầm trục

Trong trường buồng máy được bố trí ở vị trí trung gian thì cho phép khắc phục được nhược điểm của hai phương án bố trí trước

Kích thước nhỏ nhất cần thiết của buồng máy được quyết định bởi số lượng và kích thước của các thiết bị chủ yếu như: máy chính,trạm điện tàu và các cụm chi tiết khác Việc bố trí trang thiết bị trong buồng máy phải căn cứ vào số lượng trang thiết bị, vị trí buồng máy và phải tuân thủ các qui định của qui phạm đóng tàu, qui tắc an toàn kỹ thuật và tiêu chuẩn vệ sinh

2.1 Các yêu cầu chung của việc bố trí trang thiết bị buồng máy

Tùy theo chiều cao buồng máy mà trang thiết bị được bố trí một tầng hay nhiều tầng nhưng phải đảm bảo đủ diện tích làm việc cho người phục vụ

Trang thiết bị thuộc hệ thống nào đó phải được bố trí quanh một vùng để đường ống ngắn nhất Việc bố trí phân tán thiết bị được áp dụng trong trường hợp cần đảm bảo nâng cao sức sống của các thiết bị

Cần chú ý bố trí các bơm sao cho đảm bảo khả năng hút tin cậy khi tàu nghiêng ngang, nghiêng dọc và lắc trong quá trình vận hành Các máy móc có trục nằm ngang

phải được bố trí song song với mặt phẳng cắt dọc giữa tàu để tránh hiện tượng hiệu ứng con quay đến sự làm việc của các gối đỡ khi tàu lắc ngang

Các máy móc được dẫn động điện, phải được bố trí sao cho động cơ điện nằm ở phía trên sàn buồng máy

Các máy móc có độ ồn lớn, tuỳ theo khả năng, phải được bố trí xa trạm điều khiển, vách, trần buồng ở và buồng sinh hoạt

Máy móc và trang thiết bị trong buồng máy phải được bố trí sao cho có vị trí trọng tâm khối lượng theo mong muốn, nghĩa là không gây nghiêng ngang và làm xấu tính ổn định của tàu Ngoài ra, cần phải chú ý đến việc phân bố tải khối lượng thiết bị đều hơn trong khu vực buồng máy

2.2 Buồng máy và các hệ thống thiết bị trong buồng máy:

a Bố trí sàn buồng máy, lối đi lại, cầu thang và lối ra khỏi buồng máy

Yêu cầu về kích thước buồng máy: đại bộ phận các máy móc trên tàu đều tập trung trong khu vực buồng máy Do đó kích thước của buồng máy phải thích hợp với toàn bộ thiết bị và thuận tiện cho việc bảo dưỡng, sử dụng, sửa chữa ngay tại buồng máy, đồng thời phải xét đến điều kiện lao động và đảm bảo an toàn cho công nhân khi làm việc Xuất phát từ qua điểm đó, buồng máy có kich thước càng rộng càng tốt Tuy nhiên buồng máy là một bộ phận của con tàu, nếu kích thước của buồng máy quá lớn thì các khoang hàng sẽ bị giảm thể tích đáng kể

Để đi lại phục vụ máy móc trong buồng máy, người ta bố trí sàn kim loại dạng tấm có gân gờ, tháo rời được Chúng được ghép với khung giàn, liên kết với kết cấu vỏ tàu Kết cấu boong buồng máy phải đảm bảo việc tháo dỡ dể dàng máy chính và các thiết bị khác qua giếng máy hoặc cửa khoang tháo dỡ được

Nếu trang thiết bị bố trí cao hơn sàn 2m thì cần trang bị sàn kim loại rộng ít nhất 450mm và có lan can chắc chắn với chiều cao ít nhất là 900mm

Qui phạm qui định: máy chính và máy phụ phải được bố trí sao cho từ trạm điều khiển và từ chổ vận hành máy có lối đi tự do đến lối ra khỏi buồng máy Chiều rộng lối đi lại không nhỏ hơn 600mm và chiều cao không nhỏ hơn 1,900mm Khoảng cách giữa các động cơ Diesel không được nhỏ hơn 1m khi trang bị điều khiển từ xa thì cho phép không nhỏ hơn 800mm

Mỗi buồng máy có ít nhất 2 lối ra, một trong các lối ra đó có thể đi qua cửa kín nước vào buồng có lối ra độc lập, còn lối ra thứ 2 phải lên thẳng boong hở và được bố trí 2 bên mạn đối diện nhau và cách nhau càng xa càng tốt Chiều rộng cầu thang tối thiểu là 560mm với chiều rộng bậc thang ít nhất là 100mm và có gân chống trượt Cầu thang phải được đặt nghiêng so với phương thẳng đứng là 300 Cho phép sử dụng cầu thang bằng thép bố trí thẳng đứng rộng 300mm và khoảng cách giữa các bậc thang tối

đa là 250mm Kích thước của khoảng không giếng máy, trong đó có bố trí cầu thang không được nhỏ hơn 600x600mm

Cần bọc cách nhiệt che chắn các cụm máy móc, dụng cụ và đường ống mà nhiệt độ của nó có thể lên tới 600C và có thể gây nguy hiểm cho người vận hành Tại các vị trí có mặt thường xuyên cuả con người thì lớp cách nhiệt của bề mặt nóng phải bảo đảm nhiệt độ mặt ngoài của nó không lớn hơn qui định trong qui phạm

b Động cơ chính và truyền động :

Trong phần tính toán sức cản và chân vịt ta đã chọn được loại máy thích hợp với yêu cầu ban đầu do đó ta sẽ có dược các thông số về loại máy đó (thường được lấy từ catalogue máy)

Máy chính và truyền động thông thường được đặt trong khoang máy trên các bệ được gắn với kết cấu của đáy tàu Các động cơ sơ cấp và máy phát khi truyền động điện được gắn trên sàn

Đối với thiết bị một trục chân vịt người ta sử dụng chân vịt quay phải Ngoài ra đối với thiết bị chân vịt biến bước đôi khi người ta bố trí chân vịt quay trái Ơû thiết bị nhiều trục, chân vịt mạn trái được bố trí quay trái và chân vịt mạn phải được bố trí quay phải

Theo qui phạm: máy chính phải được lắp và cố định trên các bệ cứng vững với số lượng căn sống lắp giữa bệ máy và chân máy không quá 2 chiếc Các bulông kẹp chặt máy chính phải được hãm chắc chắn để ngăn ngừa hiện tượng tự lỏng

c Bố trí các két nhiên liệu, ống dẫn và cáp điện :

Việc bố trí các két nhiên liệu được tiến hành có chú ý đến vấn đề an toàn cháy nổ Qui phạm qui định: không được bố trí các két nhiên liệu bên trên cầu thang, máy chính, ống xả, ống dẫn khói, nồi hơi, thiết bị điện và trạm điều khiển máy chính Các két nhiên liệu dự trữ được bố trí bên trong buồng máy dọc hai bên mạn hoặc dưới sàn, dưới đáy đôi Có thể bố trí các két ngoài buồng máy, phiá mũi hay phiá lái Các tuyến đường ống dẫn và cáp điện trong buồng máy cần được đặt theo đường thẳng dọc tàu, vuông góc với mặt phẳng cắt dọc giữa và thẳng đứng Việc bố trí phụ tùng và mối nối đường ống phải đảm bảo dễ tiếp cận và có khả năng thực hiện việc sửa chữa mà không phải tháo dở các trang thiết bị kế cận

Các tuyến dẫn cáp điện trong buồng máy được bố trí cao trên mặt sàn, trên trần Trong trường hợp thật cần thiết phải đặt dưới sàn thì cáp phải đặt trong ống kim loại hoặc máng dẫn cáp kín

Qui phạm qui định: việc đặt cáp điện phải cách xa nguồn nhiệt ít nhất là 100mm, cách các két đáy đôi, két nhiên liệu, dầu nhờn ít nhất là 50mm, và cách tôn vỏ, vách kín nước, vách chống cháy và boong ít nhất 20mm

d Bố trí trang thiết bị của trạm điện tàu

Một cách tổng quát nhất, ở trên tàu, thì những thiết bị tiêu thụ năng lượng ở các dạng

cơ năng nhiệt năng và điện năng để hoạt động hoặc thực hiện các chức năng của chúng thì được gọi là các hộ tiêu thụ năng lượng

Thông thường trên các tàu lớn, được trang bị ở mức độ tự động hóa cao thì điện năng là nguồn năng lượng chính của các hộ tiêu thụ năng lượng trên tàu Các hộ tiêu thụ điện cho phép áp dụng điều khiển từ xa và tự động hoá dễ dàng, có tính cơ động cao và thuận tiện điều khiển, chỉ tiêu kích thước, khối lượng cùng chỉ tiêu kinh tế tốt Công dụng của trạm điện tàu:

Trạm điện tàu dùng để cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo việc điện khí hoá các hộ tiêu thụ ở tất cả các chế độ làm viậc của tàu

Trên các tàu hiện đại, việc điện khí hoá trang thiết bị phụ của tbnl tàu, của hệ thống chung toàn tàu, các phương tiện tự động điều khiển và thông tin liên lạc ở mức độ cao

Trạm điện tàu là một khái niệm dùng để chỉ tổ hợp máy móc thiết bị thực hiện chức năng phát ra điện năng, dự trữ và phân phối nó

Thành phần của trạm điện tàu gồm có: các động cơ sơ cấp (thường gọi là các động cơ Diesel),máy phát điện, bảng phân phối điện chính với thiết bị điều khiển, kiểm tra, bộ accu và lưới điện

Các nguồn điện trên tàu gồm có các máy phát điện (một chiều hay xoay chiều) do động cơ sơ cấp lai (cụm Diesel- máy phát sự cố), máy phát do động cơ chính lai, bộ ắc-qui

Theo chức năng thực hiện trạm điện tàu được chia thành:

Trạm điện tàu có công suất nhỏ, chủ yếu được dùng trong mục đích chiếu sáng Thông thường, công suất của nó không quá và chục KW Trên tàu không có các máy móc phụ được dẫn động điện

Trạm điện được dùng để để đảm bảo sự làm việc của các thiết bị điện chân vịt tàu, dẫn động máy móc thiết bị phụ và chiếu sáng Công suất của nó có thể đạt đến vài ngàn KW Trạm điện loại này được trang bị trên tàu với tbnl chính sử dụng điện Các thiết bị chủ yếu của trạm điện tàu được đặt trong buồng máy của máy chính Thiết bị của trạm điện sự cố được đặt trong buồng riêng, nằm bên trên đường giới hạn chìm sự cố của tàu và có lối thông ra mặt boong hở

Các máy phát Diesel có thể được bố trí trong buồng riêng chống ồn hoặc trên các sàn thấp Việc bố trí các máy phát Diesel trong các buồng riêng chống ồn có ưu điểm là bảo vệ được các buồng của tàu khỏi bị ảnh hưởng của tiếng ồn ở mức độ cao

Các bảng phân phối điện của trạm điện thường được đặt trên sàn và đảm bảo lối đi ở mặt trước và mặt sau có chiều rộng cần thiết Trong trường hợp có trạm điều khiển tập trung của thiết bị năng lượng thì bảng phân phối điện chính có thể được đặt trong buồng của trạm này

Qui phạm qui định:

Bảng phân phối điện có chiều dài hơn 1.2m thì nên đặt đứng độc lập và có lối đi phiá sau

Lối đi trước và sau bảng điện có chiều dài đến 3m phải có chiều rộng tối thiểu là 600mm và bảng điện có chiều dài hơn 3m là 800mm

Khoảng cách phiá sau bảng phân phối điện kiểu độc lập có những phần để hở có điện phải có rào che chắn và cửa ra vào Cửa phải có kết cấu sao cho từ bên trong đi

ra dù cửa có bị khoá vẫn có thể mở được mà không cần chìa Phải có chốt định vị cửa

ở vị trí mở

Ở bảng phân phối điện có chiều dài lớn hơn 3m phải bố trí ít nhất 2 cửa ra vào bảng điện ở phiá sau và cách xa nhau

e Hệ thống hút khô

Hệ thống hút khô có khả năng đảm bảo việc hút khô nước đọng trong các khoang tàu trong quá trình hoạt động của con tàu

Bơm hút khô thường là bơm ly tâm tự hút, bơm phun tia hoặc bơm tay

Quy phạm quy định trên các tàu tự hành có công suất > 300ml phải có ít nhất hai bơm hút khô được truyền động trên các tàu có chiều dài L ≤ 25m thì một trong các bơm hút khô có thể được dẫn động từ máy chính còn bơn thứ 2 có thể là bơm tay hoặc bơm phun tia Trên các tàu có chiều dài ≤ 91,5m, một trong các bơm hút khô có thể

do máy chính lai, còn bơm kia phải được dẫn động độc lập hoặc là bơm phun tia nếu nồi hơi làm việc thường xuyên Đối với tàu có công suất nhỏ hơn 300 mã lực thì một trong các bơm hút khô có thể là bơm tay, còn bơm kia là bơm phun tia

Qui phạm còn cho phép sử dụng bơm dằn tàu độc lập, bơm vệ sinh, bơm dùng chung có đủ lưu lượng, bơm cứu hỏa làm bơm hút khô với điều kiện việc hút khô buồng máy không dùng bơm cứu hoả

Việc bố trí đường ống và các nhánh hút khô phải đảm bảo hút khô được bất kỳ khoang kín nước nào bằng một bơm bất kỳ trong số những bơm đã nêu Việc bố trí hệ thống hút khô đảm bảo không để nước ngoài chảy vào trong tàu, cũng như không để như khoang này sang khoang khác nhờ sử dụng van đóng một chiều

Các miệng hút được bố trí nơi thấp nhất trong khoang, để đảm bảo hút kiệt toàn bộ khoang kể cả khi tàu nghiêng 50 về bất kỳ mạn nào

Trong buồng máy phải bố trí nhánh hút khô sự cố

f Bố trí phụ tùng đáy và mạn

Phụ tùng đáy và mạn được dùng để nhận nước bên ngoài tàu cho nhu cầu làm mát và các nhu cầu khác trên tàu Chúng gồm có miệng thông biển và van thông biển cùng với lưới lọc rác Trong nhiều trường hợp người ta bố trí thêm hộp nước biển

Đối với tàu trang bị thiết bị năng lượng Diesel, để nhận nước ngoài mạn người ta trang bị hai miệng thông biển (hộp nước biển), còn cái kia được bố trí dưới đáy tàu ở

phiá mạn kia Miệng hút đặt ở mạn dùng khi tàu chạy trong vùng nước cạn, còn miệng hút đặt ở đáy dùng khi tàu chạy trong vùng nước sâu hoạc khi có sóng hay băng giá

Nên bố trí van thông biển ở phiá mũi buồng máy, cách xa chân vịt để tránh hút phải không khí vào hệ thống làm mát khi tàu làm việc ở hành trình lùi và phải bố trí cách

xa miệng xả phân, ở mạn đối diện

g Thông gió và điều hòa không khí trong buồng máy

Sự toả nhiệt, tạo ẩm cũng như sự nhiễm bẩn không khí được đặt trưng bởi khí độc, hơi và bụi nhiên liệu và dầu nhờn, làm xấu đáng kể thành phần môi trường không khí bên trong buồng máy

Sự nhiễm bẩn không khí do hơi và sự rò rỉ qua các thiết bị, chi tiết và đường ống không kín, do sự bốc hơi của các sản phẩm dầu mỏ ở nhiệt độ cao trong buồng máy Đôi khi khí xả hoặc khí lò được hút trở lại buồng máy qua hệ thống thông thông gió

do màn khói phủ boong trong vùng nhận không khí của hệ thống thông gió

Chế độ ẩm nhiệt của buồng máy được đặt trưng bởi nhiệt độ cao của không khí, đến 400C nhiệt độ trong buồng máy đặt biệt cao khi tàu hoạt động trong vùng nhiệt đới như ở nước ta, lúc này độ ẩm tương đối của không khí trong buồng có thể đạt tới (80-85)% Cường độ tỏa nhiệt trên diện tích làm việc trong buồng máy chừng (350-500) W/m2 , đôi khi đạt tới 700W/m2 độ chênh nhiệt độ không khí theo phương thẳng đứng và phương nằm ngang đạt đến (15-200C)

Cường độ tỏa nhiệt và bức xạ nhiệt từ các bề mặt nóng của trang thiết bị làm nâng cao nhiệt độ và độ ẩm không khí trong buồng máy và trạm điều khiển, tính linh động kém và độ nhiễm bẩn của không khí trong điều kiện thông gió tự nhiên có thể tác động xấu đến nhân viên vận hành máy Chính vì vậy, buồng máy tàu thường được trang bị hệ thống thông gió hoặc điều hoà không khí

Nhiệt độ và độ ẩm tương đối của không khí, cường độ tỏa nhiệt và độ tinh khiết của không khí là các chỉ tiêu vi khí hậu trong buồng máy

Khi nhiệt độ không khí trong vùng làm việc vượt quá trị số cho phép thì người ta dùng luồng không khí thổi mát cho nhân viên phục vụ với v ≤ 4m/s và nhiệt độ không khí dưới 180C ở khoảng cách tối thiểu là 1,5m Về mùa hè độ chênh lệch của không khí bên trong vàbên ngoài không quá 50C

Để cải thiện điều kiện vi khí hậu trong buồng máy đạt được chỉ tiêu vi khí hậu, cần phải trang bị hệ thống thông gió và điều hoà không khí trong buồng máy

Hệ thống thông gió trong buồng máy:

Tùy thuộc vào lượng chiếm nước của tàu và công suất của thiết bị năng lượng mà hệ thống thông gió buồng máy có các kiểu : nhân tạo hay tự nhiên Ngoài ra còn có kiểu phối hợp: hút vào tự nhiên, thải ra nhân tạo: hút vào nhân tạo, thải ra tự nhiên; hút và thải ra đều có hình thức là tự nhiên và nhân tạo

Kiểu thông gió tự nhiên được sử dụng trên các tàu có công suất nhỏ hơn 220kW

Ở hệ thống thông gió tự nhiên, việc cấp không khí vào buồng máy được thực hiện nhờ sức gió tự nhiên hay sức gió được tạo ra trong khi tàu chạy Không khí được thổi qua ống thông gió từ boong hở nhờ thiết bị đón gió có dạng mặt khỉ (có lưới bảo vệ chống các vật lạ rơi vào buồng máy) vào buồng máy sâu đến 2.2m tính từ mặt sàn buồng máy đến boong Không khí bẩn mang theo lượng thừa thoát ra ngoài qua cửa ánh sáng hay cửa buồng máy

Thành phần của hệ thống thông gió nhân tạo gồm có: các thiết bị nhận không khí, các thiết bị quạt gió hướng trục và ly tâm, các phụ tùng đóng kín chuyển mạch, thiết bị hấp thụ âm, các thiết bị chống lửa, thiết bị phân phối khí, các đường ống không khí từ thiết bị nhận đến thiết bị phân phối khí

Kiểu thông gió vào nhân tạo được dùng trong những vị trí tích tụ nhiệt lượng thừa và khí độc hại nhiều (các tấm chắn cách âm của động cô Diesel, buồng nồi hơi độc lập, vùng bố trí cá két nhiên liệu, dầu nhờn, thiết bị phân ly…), cũng như trong hầm trục

Chương II TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ ĐỘNG LỰC TÀU

1 TÍNH SỨC CẢN VÀ CHỌN CÔNG SUẤT MÁY CHÍNH

1.1 Tính sức cản

Sức cản tàu là tổng hợp tất cả các ngoại lực tác dụng lên tàu làm giảm khả năng chuyển động của tàu Ngoại lực tác dụng lên tàu do nhiều thành phần: sức cản sóng, sức cản ma sát, sức cản áp suất để tàu chuyển động được thì lực tạo ra do thiết bị đẩy của tàu phải thắng được ngoại lực nầy Do đó việc tính sức cản tàu là rất quan trọng trong quá trình thiết kế tàu Có rất nhiều phưong pháp tính sức cản tàu, tuy nhiên mỗi phương pháp chỉ cho kết quả tốt nhất cho một số loại tàu nhất định (có những thông số phù hợp), vì vậy khi tính sức cản chúng ta phải lựa chọn phương pháp thích hợp nhất cho tàu mình thiết kế để có được kết quả đáng tin cậy Ở đây chỉ nêu một số phương pháp tính sức cản gần đúng cho một số loại tàu

a Tính sức cản theo phương pháp hải quân

Sử dụng để tính công suất kéo của tàu trong qúa trình thiết kế sơ bộ Công thức tính như sau:

0

3 / 2 3 0

C

D v

Trong đó:

N0 là công suất kéo cần thiết của tàu

VS: Vận tốc tàu (hl/h) D: Lượng chiếm nước của tàu

C0: Hệ số hải quân Hệ số hải quân xác định từ tàu mẫu hoặc theo bảng thống kê (phụ lục) Phương pháp nầy cho kết quả tốt khi lựa chọn tàu mẫu hợp lý nghĩa là ta phải chọn tàu mẫu có hình dạng gần giống với tàu ta thiết kế

b Phương pháp Papmel

Sử dụng cho các tàu có các thông số cơ bản như sau:

δ = 0.35 ÷ 0.8 L/B = 4 ÷ 11 B/T = 1.5 ÷ 3.5

Fr < 0.9

D N

3

λ

=Trong đó:

D: Lượng chiếm nước của tàu (m3)

L: Chiều dài thiết kế của tàu (m)

χ: Hệ số phụ thuộc vào số trục chân vịt

χ = 1 khi tàu có một trục chân vịt

χ = 1,05 khi tàu có hai trục chân vịt

χ = 1,075 khi tàu có ba trục chân vịt

χ = 1,1 khi tàu có bốn trục chân vịt

Hệ số λ được tính theo công thức sau:

1003.07

(Các phương pháp tính sức cản khác tham khảo Sổ Tay Kỹ Thuật Đóng Tàu Tập 1)

c Tính sức cản cho tàu sông theo phương pháp Zvonkov

Theo các số liệu của Zvonkov, lực cản tàu sông (vỏ thép, tự hành) có thể tính theo công thức sau:

Fr

R=ξ Ω 1,825 +δ.ξ Θ 1,7+4

Trong đó:

ξr : Hệ số lực cản ma sát

ξr = 0.17 đối với tàu vỏ thép

ξr = 0.23 ÷ 0.25 đối với tàu vỏ gỗ

S⊗: Diện tích sườn giữa (m2)

Ω: Diện tích mặt ướt (m2)

Diện tích mặt ướt của tàu được tính theo công thức gần đúng sau:

)09,23,3(

3 / 1 3

/ 2

V

L

=Ω

V: Thể tích chiếm nước của tàu (m3)

L: Chiều dài mặt ướt của tàu (m)

δ: Hệ số béo thể tích của tàu

v: Vận tốc tàu

Fr: Hệ số Froude của tàu được tính theo công thức sau:

gL

v

Fr =

v: Vận tốc tàu (m/s)

L: Chiều dài tàu (m)

ξ: Hệ số lực cản dư

Hệ số lực cản dư được tính như sau:

2)6(

7,17

3

5 , 2

+

=

B L

mδξ

m = 1.0 đối với tàu có thiết bị đẩy là chân vịt

m = 1.2 Đối với tàu có thiết bị đẩy là chân vịt trong ống đạo lưu

Lập bảng thống kê và vẽ đồ thị sức cản

Bảng thống kê:

Giải thích các cột :

(1) v: Vận tốc tàu (theo nhiệm vụ thư hoặc giả thiết)

với: v là vận tốc tàu, R là sức cản toàn phần của tàu

Công suất trên chỉ có ý nghĩa trong thiết kế sơ bộ tàu, trong các giai đoạn thiết kế tiếp theo

ta phải tính tương đối chính xác công suất máy và chọn được máy phù hợp với chế độ làm việc của tàu, tạo được hiệu suất đẩy cao nhất và tương thích với chân vịt Thông thường người ta tính chọn máy cho các trường hợp cụ thể sau:

a Chọn máy chính cho tàu làm việc theo chế độ chạy tự do, đường kính chân vịt không hạn chế

Thông số đầu vào: sức cản tàu R = f(v) và vận tốc tàu vmax

Yêu cầu: Xác định công suất máy chính, tần số quay chân vịt, thông số chính của chân vịt

Sơ đồ tính: Đầu tiên, ta chọn số vòng quay chân vịt trong một khoảng giới hạn xác định (ví dụ chọn vòng quay chân vịt là 400 v/ph, 600v/ph, 800v/ph ) tại mỗi tần số quay chân vịt

ta tiến hành tính theo các bước sau:

1 Xác định hệ số

4 '

T n

Vp n

Trong đó T, Vp được tính như sau:

)1(

max

t

V R T

V: vận tốc tàu (m/s)

w: Hệ số dòng theo ( xem phần III )

ρ mật độ nước, ρ = 104,5 kGs2/m4

n: số vòng quay chân vịt (giả thiết) – đơn vị (v/s)

2 Trên đồ thị Jopt = F2(K’n) ta đọc được giá trị Jopt

Vp Jopt Dopt = 1

4 Xác định hiệu suất tối ưu theo đồ thị ηP = F4(KT,J)

5 Xác định công suất theo công thức sau:

Công suất keó cần thiết:

75

Rv EPS = v(m/s), R(kG) Công suất máy:

P R V T HS

EPS Pe

ηξηηη

=Trong đó:

ηHS : Hiệu suất hộp số

ηHS = 0.95–0.97 với hộp số thủy lực

ηHS = 0.97-0.98 với hộp số điện từ

ηT: Hiệu suất trục chân vịt

ηT = 0.95 khi đường trục dài

ηT = 0.97 khi dùng ổ đỡ là bi cầu hoặc bi lăn

ηV: Hiệu suất vỏ tàu

ηV = 0.98-1.2

ξR : Hiệu suất dòng xoáy

ξR = 1.0-1.025

ηP: Hiệu suất chân vịt (xác định the đồ thị ở bước 4)

6 Vẽ đồ thị Pe, D, H/D, ηP theo n Tại giá trị nP lớn nhất ta xác định được các giá trị

Pe, D, H/D, n hợp lý

Đồ thị có dạng như sau:

Việc chọn máy chính cho tàu có được thể hiện qua bảng sau:

Số vòng quay chân vịt (hoặc máy) v/ph

8

(Các giá trị trong các cột đã trình bày ở phần trên)

2 THIẾT KẾ CHÂN VỊT

2.1 Chọn số cánh chân vịt và tỉ lệ mặt điã

a Chọn số cánh chân vịt:

Số cánh chân vịt thay đổi từ 2 đến 8 cánh Theo kinh nghiệm, người ta thường dùng như sau:

Chân vịt 2 cánh: dùng cho thuyền buồm gắn máy hoặc cho tàu lưới bé

Chân vịt 3 cánh dùng cho các tàu nhỏ trang bị một hoặc hai máy (chân vịt 3 cánh gắn lên tàu 1 chân vịt có khả năng gây ra rung động vỏ tàu)

Chân vịt 4 cánh được dùng rộng rãi trên các loại tàu

Các loại chân vịt có số cánh lớn hơn được dùng trên các tàu có công suất lớn

Lưu ý: Không nên chọn chân vịt có số cánh là ước số cuả số xilanh máy chính

b Tỷ lệ mặt điã

Để tránh hiện tượng sủi bọt và xâm thực, tỷ lệ mặt điã của chân vịt không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức sau:

k p

p

T Z A

Ae

d o

)3,03,1(

Trong đó:

Z: số cánh chân vịt T: lực đẩy chân vịt

k = 0.2 cho tàu một chân vịt

pd: áp suất hơi bảo hòa, pd = 240 kg/m2

po : áp suất thủy tĩnh

po = (pa +γhS)

pa = 10.330kG/m2 (áp suất khí quyển)

hS : Chiều chìm đến trục chân vịt

γ : trọng lượng riêng của nước,

γ = 1000 kg/m3 – Đối với nước ngọt

γ = 1025 kg/m3 – Đối với nước biển

2.2 Tính hệ số dòng theo và hệ số lực hút

a Hệ số dòng theo:

Các công thức xác định hệ số dòng theo:

w D

w=0,156.δn 3 ∇ −∆ Trong đó :

n- số chân vịt trên tàu

D- đường kính chân vịt, m

∇- thể tích chiếm nước của tàu

δ- hệ số béo thể tích

∆w = 0,1(Fr - 0,2): hệ số điều chỉnh tính đến ảnh hưởng của sóng đuôi

(chỉ sử dụng khi số

w0 = F(δ,B/L) tra từ đồ thị

w1- hệ số ảnh hưởng dạng sườn tàu, tra từ đồ thị

w2 = F(D/L), tra từ dồ thị

w3 = 0,5E/T – 0,2

E: khoảng cách từ đường cơ bản qua đáy tàu đến trục chân vịt

T: mớn nước

Công thức Harvald phù hợp cho các tàu trong phạm vi:

Tàu một chân vịt:

δ = 0,5÷0,77 L/B = 5÷8 D/L = 0,025÷0,07 Tàu hai chân vịt:

δ = 0,52÷0,67 L/B = 6,5÷7,5 Hệ số dòng theo tàu nội địa không có hầm trục:

w D n

w=0,11+0,16δn 3 ∇ −∆ Hệ số dòng theo tàu kéo tính theo công thức của Keldvil:

Tàu một chân vịt: w = δ/3 + 0,01

Tàu hai chân vịt: w = δ/3 – 0,01

Hệ số dòng theo tàu cá:

w = 0,77CP – 0,28 trong đó: CP - hệ số đầy lăng trụ

b Hệ số lực hút

Trong vùng làm việc của chân vịt, tốc độ dòng chảy tăng lên làm giảm áp suất cục bộ Vùng áp suất thấp này là nguyên nhân gây ra lực bổ sung tác động theo hướng ngược với chuyển động của tàu và do đó làm tăng sức cản vỏ tàu Lực cản bổ sung này gọi là lực hút Trong hệ thống vỏ tàu-chân vịt, lực này mang tính chất của nội lực Do đó để đảm bảo cân bằng lực tác động lên vỏ tàu, chân vịt phải tạo thêm lực đẩy cân bằng với lực cản bổ sung

Do đó lực đẩy cần thiết sẽ phải là:

Công thức xác định lực hút:

Tàu đi biển:

+Tàu một chân vịt:

a = 0,9÷1,05: đối với tàu có bánh lái phẳng

+Tàu hai chân vịt:

t = 0,25w + 0,14

Tàu nội địa:

+Tàu một chân vịt:

2.3 Thiết kế chân vịt

Sau khi đã xác định được sức cản tàu và xác định được máy chính ta tiến hành thiết kế chân vịt cho phù hợp Ta xét các bài toán cụ thể sau:

a Bài toán 1: Thiết kế chân vịt theo chế độ chạy tự do, đường kính không hạn chế

Các thông số cho trước:

Đường cong sức cản vỏ tàu R = f(V);

Các thông số máy chính: công suất định mức Pe, tần số quay n

Các hệ số vỏ tàu, hệ số môi trường, các hiệu suất…

Các thông số cần tìm:

Đường kính chân vịt D, tỉ lệ bước xoắn H/D, tỉ lệ mặt đĩa Ae, hiệu suất chân vịt

ηp

Tốc độ tàu lớn nhất Vs

Cách giải:

Sử dụng đồ thị Taylor Bp-δ hoặc Papmiel Kq-J Lần lượt tính thử cho các tốc độ tàu V1,

V2…Ở mỗi tốc độ Vi tính hệ số Taylor Bp hoặc Papmiel Kn Từ đồ thị tương ứng đọc giá trị hệ số tốc độ tối ưu δ hoặc J = 101.3/δ

Tính đường kính D theo J, n, Vp Các hệ số H/D, ηp đọc từ đồ thị tương ứng

Tính lực đẩy của chân vịt dựa vào công suất dẫn đến chân vịt, hiệu suất chân vịt và tốc độ dòng chảy qua cánh

Tính hiệu suất giữa lực đẩy chân vịt và sức cản vỏ tàu Kiểm tra lại với sai số cho phép (thường là 5%) Nếu vượt quá mức cho phép thì tính lại với tốc độ khác (lấy từ đồ thị sức cản) cho đến khi nào thỏa mãn điều kiện trên

Sau đây là sơ đồ tính:

Vs

Va=Vs(1-w)

Hl/g Hl/g

-

Vs Vp=0,515Vs(1-w)

hl/g m/sec _

δopt=F1(Bp) (tra đồ thị)

δ=(0,94÷0.96)δopt (tra đồ thị)

Vp Vp n

K =

Jopt=F1(K”n) (tra đồ thị)

96,094,

0 ÷

= Jopt

J

n J

Vp D

=

5 3

936,11

D n

Pd Kq

ρ

=H/D=F2(J,Kq) (tra đồ thị)

_ _

kG

kG

b Bài toán 2: Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo

Các thông số cho trước bao gồm:

Kích thước và thông số đặc trưng của vỏ tàu

Các hệ số, hiệu suất liên quan đến vỏ tàu…

Các thông số đặc trưng của máy: Pe, n, hiệu suất hộp số ηhs, đường trục ηt

Hệ số tính đến ảnh hưởng của môi trường Cmt

Tốc độ kéo cần đạt đến Vk

Các thông số cần tìm:

Đường kính D, tỉ lệ bước H/D, tỉ lệ mặt đĩa Ae

Hiệu suất chân vịt ηp

Trước hết cần tính:

Công suất dẫn đến chân vịt: Pd = Cmt.ηhs.ηt.Pe

Tần số quay chân vịt trong nước được tăng hoặc giảm đi 2% theo hướng dẫn Tốc độ tiến thật của chân vịt trong nước:

Va = Vk(1-w) (hl/g)

Vp = 0,515.Vk(1-w) (m/s)

Sơ đồ tính tiếp theo:

Vp Vp n

=

J=F1(K”n) (tra đồ thị) D=Vp/J.n

H/D=F2(J,K”n) (tra đồ thị)

ηp=F3(J,K”n) (tra đồ thị) T=75Pd.ηp/Vp

Te=T(1-t)

Zo=Te-R(Vk)

hl/g m/s _

Nếu đường kính chân vịt bị hạn chế, sơ đồ tính như sau:

Dựa vào đồ thị Taylor:

Tính Bp và δ = 101,3n.D/Vp

Tra H/D và ηp từ đồ thị

Dựa vào đồ thị Papmiel:

Tính

5 3

936,

11

D n

Pd Kq