Đồ án môn học khai thác hđl tính toán, thiết kế hệ thống động lực tàu vận tải lớp trường sa TS12

Một phần trang thiết bịcòn ít, học viên còn chưa được trực tiếp thực hành và nghiên cứu về các loại động cơ diesel được trang bị trên các tàu Hải quân Việt Nam, đặc biệt là các loại tàu

LỜI MỞ ĐẦU

1 Tính cấp thiết của vấn đề nghiên cứu

Tại Học viện Hải quân, việc học tập, nghiên cứu và làm chủ các trang thiết bịcủa động cơ diesel còn gặp nhiều khó khăn do ít có cơ hội tiếp xúc trực tiếp vớiđộng cơ, tài liệu học tập và tài liệu tham khảo còn hạn chế Một phần trang thiết bịcòn ít, học viên còn chưa được trực tiếp thực hành và nghiên cứu về các loại động

cơ diesel được trang bị trên các tàu Hải quân Việt Nam, đặc biệt là các loại tàu vậntải, để từng bước tiếp cận với động cơ diesel chưa có tại Học viện đồng thời làm tàiliệu phục vụ cho việc học tập môn “ Khai thác hệ động lực tàu thủy quân sự” tại

Học viện Hải quân, tôi đề xuất đồ án môn học: “Tính toán, thiết kế hệ thống động lực Tàu vận tải lớp Trường sa TS12 ” Nhằm giúp quá trình học tập và nghiên cứu

về hệ động lực động cơ diesel tàu thủy, đồng thời có hướng phát triển mô phỏngtính toán tầm hoạt động của các động cơ diesel khác giúp cho học viên có cái nhìntrực quan hơn, giúp quá trình vận hành và khai thác hiệu quả trong quá trình họctập và công tác tại đơn vị sau này

2 Mục tiêu, đối tượng nghiên cứu

- Mục tiêu: Thu thập số liệu, dùng excel tính toán, đánh giá và mô phỏng hệ thống động lực tàu vận tải TS12

- Đối tượng, phạm vi nghiên cứu: Hệ động lực tàu vận tải TS12

3 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: thông qua các loại tài liệu tham khảo về hệ động

lực tàu TS12.

- Phương pháp thực nghiệm: sử dụng excel để tính toán và mô phỏng hệ thống động lực của tàu vận tải TS12

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ TÀU VẬN TẢI TS12 1.1 TỔNG QUAN VỀ TÀU TS12

1.1.1 Loại tàu, công dụng

TS12 là tàu vận tải có sức chở 10.500 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hànđiện hồ quang, một boong chính, một boong dâng lái và boong dâng mũi Tàuđược thiết kế trang bị 01 diesel chính 4 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trụcchân vịt

Tàu được thiết kế dùng để chở hàng khô, hàng bách hóa, tiếp dầu ra các đảothuộc chủ quyền nước ta

1.1.2 Vùng hoạt động

Ven biển Việt Nam và Đông Nam Á

1.1.3 Cấp thiết kế

Tàu được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế theo Quy phạm phân cấp và

đóng tàu vỏ thép – 2003, do Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường ban hành

Phần hệ thống động lực được tính toán thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp không hạn chế theo TCVN 6259 – 3 : 2003.

1.1.4 Các thông số cơ bản phần vỏ tàu

1.2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC

1.2.1 Bố trí buồng máy

Buồng máy được bố trí từ sườn 08 (Sn8) đến sườn 25 (Sn25) Diện tích vùng

tôn sàn đi lại và thao tác khoảng 25 m2 Lên xuống buồng máy bằng 04 cầu thang

chính (02 cầu thang tầng1 và 02 cầu thang tầng 2) 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 ống toàn tàu Điều khiển các thiết bị được thực hiện tại chỗ trong buồng máy Điều khiển máy chính được thực hiện tại chỗ trong buồng máyhoặc 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:

- Công suất quá tải 10% …792 Kw

- Công suất trong trường hợp không tăng áp max : 338 Kw

- Kiểu buồng đốt : hesselman

- Khí tăng áp-tăng áp suất thấp

- Thứ tự nổ :

Chạy tiến/cùng chiều kim đồng hồ 1-4-2-6-3-5

Chạy lùi/ngược chiều kim đồng hồ 1-5-3-6-2-4

- Chạy đảo chiều-máy đảo chiều trực tiếp

- Làm mát bằng nước

- Bôi trơn bằng dầu áp suất

Diesel lai máy phát có ký hiệu WEICHAI là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, một

hàng xy-lanh thẳng đứng, tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi

trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện

Các thông số cơ bản của động cơ Diesel lai máy phát

– Đường kính xylanh, [D] 330 mm

Các thiết bị kèm theo động cơ Diesel lai máy phát

+ Chiều dài trục chân vịt động cơ:

Khoang máy trước: 8345 mm

Khoang máy sau: 6696 mm

+ Chiều dài trục trung gian của khoang máy trước: 5220 mm

+ Đường kính ổ trục (ở vị trí ổ đỡ): 130 mm + Đường

kính trục: 118 mm -Ổđỡ:

+ Ổ đỡ trung gian kiểu lăn dạng bi đũa

+ Ổ kín vách ngăn và vỏ tàu dạng càng kín, làm khít phía trong bằng sợi tẩmchì

+ Ổ đỡ chặn chịu lực để nhận lực đẩy vào thân tàu

+ Khoảng cách giữa 2 chân vịt: 1,5m

1.3 Đánh giá bố trí hệ động lực của tàu TS12.

a Ưu điểm:

- Kết cấu khoang máy đơn giản vì tàu chỉ có 1 máy chính

- Bố trí hệ trục ngắn làm giảm tổn hao hiệu suất nâng cao công suất có ích

-Tàu phục vụ mục đích vận tải nên kết cấu không phức tạp, dễ khai thác và vận hành

- Nâng cao lợi ích kinh tế giảm giá thành của hệ trục

b Nhược điểm:

- Ổn định dọc của con tàu kém do hệ trục và máy nằm về phía đuôi tàu là mất cân bằng dọc của tàu

- Tầm nhìn quan sát của thuyền trường giảm vì có phát sinh khoảng cách từ lầu lái

ở phái đuôi tới mũi tàu

-Khả năng sinh tồn của tàu sẽ giảm nếu trường hợp tàu 1máy chính và 1 hệ trụckhi đó nếu có sư cố mà ko khắc phục được tàu sẽ khó vượt qua và đây là hạn chếlớn nhất trong quá trình khai thác của tàu mẫu cần khắc phục

- Trong đó : V = L.B.d CB (m3) là lượng chiếm nước thể tích của tàu.

- Tàu thiết kế sườn mũi quả lê, lựa chọn phương pháp Holtrop tính sức cản cho tàu

2.1.2 TÍNH LỰC CẢN VÀ CÔNG SUẤT KÉO TÀU :

Sức cản toàn bộ :

(KN )Trong đó :

RTB_Sức cản áp suất bổ sung do ngập đuôi kiểu tuần dương hạm (KN)

RA_Sức cản hiệu chỉnh giữa tàu thực và mô hình (KN)

2.1.2.1 R FO _ Sức cản ma sát tương đương tính theo công thức:

(kN): khối lượng riêng của nước ở 20 C

1.025(tấn/ ) - nước mặn

ν: tốc độ tàu (m/s)

:diên tích mặt cắt ướt của vỏ bao thân tàu ( )

*/ Hệ số sức cản ma sát tính theo công thức ITTC – 1957

theo ITTC – 1957

Re.10-6= v _ Số Raynoll

Trong đó : v (m/s)_Tốc độ tàu

L = 110 (m)_ Chiều dài thiết kế của tàu

- hệ số nhớt động học của nước = 1,056.10-6,nước biển

L =110(m) _Chiều dài đường nước

d = 9,2 (m) _Chiều chìm thiết kế của tàu

B = 18,8 (m)_Chiều rộng thiết kế của tàu

_ Hệ số béo thân ống tính ở chiều dài đường nước thiết kế L

CP = = 0,7614

LR_Chiều dài bóp đuôi được xác định theo công thức:

= 18,14 (m) =1,5% _Hoành độ tâm nổi đo từ 0,5L,tính theo tỉ lệ % của chiều dài L, giátrị dương theo hướng mũi tàu

C13_Hệ số xét đến hình dáng đuôi tàu :

C13= 1 + 0,011CAP =1,011

CAP = 10_Với sườn hình chữ U

V =14269,2 (m3)-Lượng chiếm nước của tàu

*/ _diện tích mặt ướt của tàu xác định theo công thức :

= 3320,62 (m2)

Trong đó:ABT = 5 (m2) :diện tích ngâm nước mũi cầu(quả lê)

= 0,75 _ hệ số béo thể tích

= 0.985 _ hệ số béo sườn giữa

= 0,86 _ hệ số béo đường nước

(1+k2) eq = = 1,9143Lập bảng:

Công thức tính lực cản sóng phụ thuộc vào số frude (Fr ).Với vận tốc giả thiết

vs = (11 ÷ 15 ) hl/g ,Số Frmax = ( )max =0,235 < 0,4, thì lực cản sóng được

tính theo công thứ sau:

Hệ số C3 được tính:

0,0074Trong đó:

TF = 9.2 (m) : Mớn nước đo tại đường vuông góc mũi

hB =5 (m) : Chiều cao cách đường chuẩn của tâm diện tích ABT (m)

PB :liên quan đến chiều sâu ngập nước của mũi tàu :

PB = 0,56 BT.(TF – 1,5.hB) = 2,129

Fri : liên quan đến chiều sâu ngập nước :

2.1.2.5 RTR _Sức cản áp suất bổ sung do ngập đuôi kiểu tuần dương hạm :

(KN)Trong đó :AT = 5 (m2)

Từ số liệu ta lập được bảng tính lực cản và công suất kéo của tàu như sau:

Bảng 2.1: Tính lực cản và công suất kéo của tàu theo phương pháp Holtrop-Mennen

ST Đại lượng tính Đơn

Hình 2.1 : Đồ thị sức cản và công suất kéo theo vận tốc

2.2.4 Chọn số cánh Z :

Ta chọn số cánh Z =4

2.2.5 Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền và điều kiện xâm thực :

- Từ điều kiện đảm bảo bền với : T = 303,13

2.2.6 Tính toán chân vịt, đảm bảo tốc độ tàu đã cho :

- Vận tốc tàu Vs = 12,5 knot hay v = 6,425 m/s

- Vận tốc dòng chảy đến chân vịt :

- Kết quả tính toán chân vịt được thể hiện trong bảng sau :

STT Đại lượng tính toán Đơn vị Kết quả tính toán

1 Vòng quay chong chóng giả thiết :N vg/ph 200 210 220 230

2 Vòng quay chong chóng giả thiết :n vg/s 3.33 3.50 3.67 3.83

Bảng 2.2 : Tính toán chân vịt đảm bảo tốc độ đã cho

- Theo kết quả tính toán , ta xây dựng được đồ thị biểu diễn quan hệ Ps(n)

và Dopt(n) như hình 2.2 , ở điều kiện n = 215 vg/ph , ta xác định được Ps= 3285 (kW) ;

D = 3,37 vg/ph

- Động cơ được lắp đặt trên tàu là động cơ diesel 6UEC33LSII –

MITSUBISHI có đặc tính định mức là Ps = 3400 kW và n=215 vg/ph

Hình 2.2 : Xác đinh đường kính chân vịt và công suất cần thiết

2.2.7 Tính toán chân vịt đảm bảo tốc độ tàu lớn nhất :

- Ta đi tính vận tốc khai thác thực của tàu , giả thiết Vs = (12,5÷12,8 ) knot và tính toán cơ bản với vòng quay n = 215 vg/ph

- Ta xác đinh lại các yếu tố sau với D =3,275 m

- Quá trình tính toán được thể hiện trong bảng sau :

STT Đại lượng tính toán Đơn vị Kết quả tính toán

Bảng 2.3 : Tính toán chân vịt đảm bảo tốc độ đã cho

- Theo kết quả tính toán, ta xây dựng đồ thị biểu diễn sự phụ thuộc

Dopt(Vs) và Ps(Vs) ( hình 2.3 ) và ở Ps = 3400 kW , ta xác định được Vsmax = 12,65 knot ,

D =3,34m

Hình 2.3 : Xác định đường kính chân vịt và vận tốc tối đa của tàu

- Kiểm nghiệm lại tỉ số đĩa chân vịt với

- Theo điều kiện bền :

- Theo điều kiện xâm thực :

- Kết luận : Đặc trưng hình học và thủy động lực học của chân vịt là :

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) 2500 mm.

Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chân vịt chiều dài 3850 mm, 01 đoạn trục trung gian với chiều dài 3780 mm

Trục trung gian liên kết với trục chân vịt và động cơ bằng kết cấu bích liền

Trục chân vịt kết cấu bích rời, được đặt trên hai gối đỡ Gối đỡ trước có kết cấu

kiểu bạc ba bít, bôi trơn và làm mát bằng dầu nhờn Gối đỡ sau có kết cấu kiểu

bạc cao su, bôi trơn và làm mát bằng nước ngoài tàu trích từ hệ thống nước làm

mát chung Gối đỡ sau được bố trí trong ống bao trục Trục chân vịt được chế tạo

1 Công suất liên tục lớn H kW Được xác định theo lý 3.400

Vòng quay của trục

N v/p Được xác định theo lý

lịch máyliên tục lớn nhất

3 Hệ số tính toán đường k 2 _ Được xác định theo bảng 1,26

rỗng

5 Giới hạn bền kéo danh T s N/mm 2

Lấy giá trị nhỏ nhất của

460

№ Hạng mục tính Ký Đơn Công thức - Nguồn gốc Kết

1 Công suất liên tục lớn H kW Được xác định theo lý 3.400

Vòng quay của trục

N v/p Được xác định theo lý

lịch máyliên tục lớn nhất

3 Hệ số tính toán đường k 1 _ Được xác định theo bảng 1,0

Lấy giá trị nhỏ nhất của

thép KSF45liệu trục

Theo 6.2.4, [1]

Đường kính tính toán

của trục trung gian

của trục trung gian

Kết luận: Chọn đường kính của trục trung gian là 280 mm.

3.2.3 Chiều dày áo bọc trục

Bảng 3.3. Tính chiều dày áo bọc trục

ĐVật liệu chế tạo áo Theo thiết kế (Xem bản vẽ

3 bằng đồng thanh tại cổ

trục theo tính toán

27

№ Hạng mục tính Ký Đơn Công thức - Nguồn gốc Kết quả

Kết luận: Chọn chiều dày lớp áo bọc bằng đồng thanh tại cổ trục theo thiết kế là

19 mm

3.3 CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ TRỤC

Bảng 3.4. Tính chiều dày bích nối trục

1 Công suất liên tục lớn H kW Được xác định theo lý 3.400

Vòng quay của trục

rpm Được xác định theo lý

lịch máyliên tục lớn nhất

3 Hệ số tính toán đường k1 _ Được xác định theo 6.2.9- 1,0

rỗng

5 Giới hạn bền kéo danh Ts N/mm 2

Lấy giá trị nhỏ nhất của 460

nối trục

28

№ Hạng mục tính Ký Đơn Công thức - Nguồn gốc Kết

Kết luận: Chọn chiều dày bích nối trục là 80 mm.

3.3.2 Bulông bích nối trục

Bảng 3.5. Tính bu lông bích nối trục

vịt

Giới hạn bền kéo danh

N/mm 2

Lấy giá trị nhỏ nhất của

thép KSF 45trục

Giới hạn bền kéo danh

Kết luận: Chọn đường kính của bu lông bích nối trục là 60 mm.

29

№ Hạng mục tính Ký Đơn Công thức - Nguồn gốc Kết

Chiều dài tối thiểu bạc

Chiều dài tối thiểu bạc

Chọn chiều dài bạc đỡ sau trục chân vịt là 1250mm

Chiều dài bạc đỡ trước trục chân vịt là 350 mm

3.3.4 Then chân vịt

Bảng 3.7. Tính then chân vịt

№ Hạng mục tính Ký Đơn Công thức - Nguồn gốc Kết quả

Kết luận: Chọn then có các thông số sau:

3.4 ÁP LỰC TÁC DỤNG LÊN GỐI ĐỠ

3.4.1 Phụ tải tác dụng lên gối đỡ

3.4.1.1 Sơ đồ tính.

Hệ trục của tàu được coi như một dầm siêu tĩnh nhiều nhịp đặt trên các gối đỡ và

chịu tác dụng của tải trọng phân bố đều Với quan điểm này sơ đồ tải trọng hệ trục

được xác định như sau:

Hình 3.1. Sơ đồ phụ tải tác dụng lên gối đỡ 3.4.1.2 Số liệu tính toán:

3.4.1.3 Mômen tại gối

Phương trình mô men dạng tổng quát cho gối thứ n

Thiết lập hệ phương trình mômen :

34

№ Hạng mục tính Ký Đơn vị Công thức - Nguồn Kết quả

b Đối với trục trung gian

Bảng 3.9. Nghiệm bền tĩnh trục trung gian

35

№ Hạng mục tính Ký Đơn Công thức - Nguồn gốc Kết quả

BỐ TRÍ THIẾT BỊ BUỒNG MÁY

GIỚI THIỆU CHUNG

Việc bố trí thiết bị trong buồng máy là một công việc hết sức quan trọng và cực kì

phức tạp Cùng một phương án trang trí động lực nhưng sẽ có nhiều phương án

bố trí buồng máy Một phương án tốt nhất là phương án đảm bảo được các yêu

cầu sau :

Các thiết bị vận hành tin cậy

Đảm bảo điều kiện làm việc thuận lợi cho thuyền viênCác yêu cầu kĩ thuật của trang trí động lực

BỐ TRÍ THIẾT BỊ BUỒNG MÁY

Các nguyên tắc bố trí trang thiết bị trong buồng máy :

Phân bố trọng lượng các thiết bị, máy móc trong buồng máy phải đảmbảo cân bằng các thiết bị phải được bố trí đối xứng qua mặt phẳng dọc thân tàu,

bố trí theo thứ tự thiết bị chính, thiết bị có khối lượng lớn bố trí trước, thiết bị phụ

có khối lượng nhỏ bố trí sau

Bố trí trang thiết bị trong buồng máy sao cho thuận tiện cho việc quản

lý, giảm nhẹ cường độ lao động của thợ máy Trên cơ sở này, các thiết bị phụ cầnphải bố trí gần các thiết bị chính mà nó phục vụ, gần nơi lấy công chất và gần cácthiết bị phụ khác cùng chức năng phục vụ thiết bị chính Các van có chung chứcnăng bố trí thành cụm Các thiết bị theo dõi thường xuyên nên lắp gần vị trí điềukhiển và lắp thành bảng

Bố trí các thiết bị máy móc sao cho chúng hoạt động bình thườngtrong mọi điều kiện làm việc của tàu, kể cả khi tàu nghiêng, chúi, khi ngược sóng,ngược gió, khi hành hải hay khi đỗ bến

Bố trí trang thiết bị đảm bảo thuận tiện cho công tác sửa chữa, bảodưỡng, đảm bảo không gian vận chuyển các thiết bị theo cả ba phương phục vụcho sửa chữa phải có các thiết bị chuyên dùng như bàn nguội, máy khoan, máymài,ê tô…

Bố trí các trang thiết bị đảm bỏa các yêu cầu đặc trưng của từng thiết

bị, đảm bảo an toàn cho buồng máy Các máy có trục nằm ngang bố trí song songvới mặt phẳng dọc tâm để tránh hiện tượng quay Các bơm nước không có khảnăng tự hút nên đặt thấp dưới mực nước biển các thiết bị phát nhiệt nên bố trí ởcác khoang riêng, nếu không được thì nên bố trí tại những chỗ thoáng, xa cáckhoang chứa nhiên liệu…

Bố trí các trang thiết bị trong buồng máy phải loại trừ được chấn động

và giảm ồn Các thiết bị gây ồn và rung động cần đặt trên các cơ cấu vỏ tàu là cứng

và ổn định, không đặt động cơ ở vị trí mà tần số dao động riêng của nó gần với tần

số dao động của tàu để tránh hiệng tượng cộng hưởng dao động, ví dụ nếu tàu cóhai đường trục thì hai đường tâm lý thuyết của chúng không được cắt nhau tạitrọng tâm tàu Tránh tiếng ồn bằng bầu tiêu âm và vị trí phải thích hợp

Bố trí trang thiết bị buồng máy đảm bảo phòng hỏa, phòng nổ, phòngđộc Các thiết bị phát nhiệt như nồi hơi, bảng điện, các động cơ điện không được

bố trí gần các két nhiên liệu Tất cả các két chứa nhiên liệu phải, dầu nhờn phải cócác ống thông hơi dẫn lên boong hở, boong thượng tầng Không bố trí các két dầuchung vách với các két nước ngọt hoặc dưới phòng ở của thuyền viên Phải trang

bị hệ thống cứu hỏa bằng hóa chất và bằng nước

Bố trí các trang thiết bị đảm bảo môi trường làm việc thuận lợi cho thợ máy như các điều kiện về nhiệt độ, thông gió, chiếu sáng, tiếng ồn

Bố trí các trang thiết bị phả tính đến khả năng chống ngập nước

SỐ LIỆU VÀ CÂN BẰNG BUỒNG MÁY

Trình tự bố trí thiết bị :

Khi bố trí buồng máy phải tiến hành theo các trình tự sau :

Quyết định vị trí của động cơ chính

Xác định vị trí thích đáng của trục chân vịtXác định vị trí và chiều dài trục trung gianCăn cứ vào kết cấu vỏ tàu tìm vị trí cho phép đặt các thiết bị đặc biệt như gối trục đẩy, bộ giảm tốc đặt càng gần đuôi tàu càng tốt

Song song với việc xác định chiều dọc động cơ chính ta tiến hànhđịnh vị trí của đường tâm hệ trục, nên bố trí đường tâm hệ trục song song vớiđường cơ bản

Các thiết bị khác như bơm nước, bơm nhiên liệu… thường được bố tríhai bên động cơ và dựa vào hai bên mạn tàu

Các thiết bị khác sắp xếp sao cho sử dụng hợp lý không gian buồngmáy, trọng lượng phân bố đều, trọng tâm thấp và đảm bảo thẩm mỹ, có lợi chođiều kiện lao động

Xác định toạ độ trọng tâm buồng máy

Sau khi bố trí thiết kế các trang thiết bị trong buồng máy thì phải tính toán cânbằng buồng máy để điều chỉnh lại các trang thiết bị trước khi hoàn tất thiết kế

Các bước tiến hành :

Lập hệ trục Oxyz là giao của các mặt phẳng sau

Mặt phẳng cơ bảnMặt phẳng sườn giữaMặt phẳng dọc tâm