THIẾT kế TRANG TRÍ hệ THỐNG ĐỘNG lực tàu HÀNG 7600 tấn lắp máy MAK 8m25c

Tính thời sự của đề tài Trong quá trình thiết kế một con tàu, việc thiết kế trang trí hệ thống động lựcảnh hưởng rất lớn tới tính kinh tế trong quá trình đóng mới và khả năng hoạtđộng củ

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

ĐẶT VẤN ĐỀ

1 Tính thời sự của đề tài

Trong quá trình thiết kế một con tàu, việc thiết kế trang trí hệ thống động lựcảnh hưởng rất lớn tới tính kinh tế trong quá trình đóng mới và khả năng hoạtđộng của tàu Nếu việc thiết kế trang trí hệ thống động lực tàu được thiết kếhợp lý thì thuận tiện cho quá trình đóng mới và đạt hiệu quả cao và tính tinhcậy cao khi hoạt động Còn nếu khi thiết kế trang trí hệ thống động lực tàu thủychưa phù hợp thì sẽ ảnh hưởng không nhỏ tới quá trình thi công và khả nănghoạt động của tàu Chính vì lý do đó, công việc thiết kế trang trí hệ thống độnglực tàu thủy luôn đặt ra nhiều vấn đề cần giải quyết nhất là khi ở Việt Nam,trang thiết bị và cơ sở vật chất còn thiếu và yếu thì việc cải tiến công việc thiết

kế trang trí cũng được cần giải quyết Làm được việc này sẽ dần hiện đại hóacông tác thiết kế tàu thủy nói chung và thiết kế trang trí hệ thống động lực nóiriêng

Sau khi học môn “Thiết kế hệ thống động lực tàu thủy” em được giao đề

tài:

THIẾT KẾ TRANG TRÍ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU HÀNG 7600 TẤN LẮP MÁY MAK 8M25C

2 Mục đích của đề tài

Nhằm thiết kế trang trí hệ thống động lực cho tàu hàng tải trọng 7600 tấn vàxây dựng chương trình tính dao động xoắn hệ trục tàu thủy theo công thức thựcnghiệm cho kết quả chính xác mà không phải dùng phương pháp tra đồ thị vàphương pháp giải phương trình bằng phương pháp đồ thị

3 Nội dung nghiên cứu

Thiết kế trang trí hệ thống động lực cho tàu hàng tải trọng 7600 tấn thỏa mãncác yêu cầu của quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2003 (TCVN –

6259 : 2003) do Bộ khoa học công nghệ và môi trường ban hành đồng thờinghiên cứu tính toán dao động xoắn hệ trục tàu thủy theo phương pháp của từ

đó xây dựng chương trình tính dao động xoắn cưỡng bức cho hệ trục tàu thủy

có mô hình như hệ trục tàu hàng 7600 tấn

1.1 GIỚI THIỆU TÀU

1.1.1 LOẠI TÀU, CÔNG DỤNG

Tàu hàng khô sức chở 7600 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hànđiện hồ quang Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 4 kỳ truyềnđộng trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt

Tàu được thiết kế để chở hàng khô, hàng bách hóa

1.1.2 VÙNG HOẠT ĐỘNG, CẤP THIẾT KẾ

Vùng hoạt động của tàu: Biển Đông Nam Á

Tàu hàng 11.5000 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế

theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép – 2003, do Bộ Khoa họcCông 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

1.1.3 CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU

- Chiều dài lớn nhất LMax = 110,20 m

- Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 102,50 m

-Lượng chiếm nước của tàu D = 9729 tons

1.1.4 LUẬT VÀ CÔNG ƯỚC ÁP DỤNG

[1]– Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2003 Bộ Khoa họcCông nghệ và Môi trường

[2]– MARPOL 73/78 (có sửa đổi)

[3]– Bổ sung sửa đổi 2003 của MARPOL

[4]–Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển,1974(SOLAS 74).

[5]–Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tầu gây ra, 73/78(MARPOL, 73/78)

[6]– Quy tắc tránh va trên biển, 1972 (COLREG, 72)

[7]–Công ước đo dung tích tàu biển (TONNAGE,69)

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 kích thước chính :

Chiều dài : 12,5 m Chiều rộng trung bình : 14,7 m Chiều cao tại nơi đặt máy chính : 6,3 m

1.2.2 MÁY CHÍNH

Máy chính có ký hiệu 5L35MC do tập đoàn MAN B&W sản xuất,

là động cơ diesel 2 kỳ tác dụng đơn, dạng thùng, 5 xi lanh ,một hàng lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn kiểu áplực tuần hoàn kín , khởi động bằng không khí nén, điều khiển tại chỗhoặc từ xa trên buồng lái

xy-Thông số của máy chính:

– Công suất định mức, [H] 2540/3454 kW/hp

1.2.3 THIẾT BỊ KÈM THEO MÁY CHÍNH

1.2.4.1 Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu 6L 16/24 (MAN B&W), là diesel 4

kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, tăng áp, làm mát giántiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín

1.2.4.3 Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện

– Máy phát điện một chiều 01 cụm

– Mô-tơ điện khởi động 01 cụm

\

CHƯƠNG 2:

TÍNH SỨC CẢN VÀ THIẾT KẾ

SƠ BỘ CHONG CHÓNG

2.1- SỐ LIỆU BAN ĐẦU

- Chiều dài lớn nhất LMax = 110,20 m

- Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 102,50 m

Bảng 2.1 Phạm vi tính toán của phương pháp tính sức cản theo Pamiel.

Stt Đại lượng xác định Tàu thiết kế Phạm vi của Pamiel

3 Hệ số béo thể tích [CB] 0,7 0,35-0,8

4 Hệ số thon đuôi tàu [] 1,16 0,33-1,5

2.2.2- Công thức xác định sức cản theo Pamiel

Công suất kéo theo Pamiel:

3

0

EPS

VS – Tốc độ tàu tương ứng với giá trị EPS cần xác định, (m/s) ;

D – Lượng chiếm nước của tàu, (tons);

L –Chiều dài tàu thiết kế, (m);

C0 –Hệ số tính toán theo Pamiel

Bảng 2.2 : Bảng kết quả xác định súc cản tàu theo

Hình 2.1 : Đồ thị sức cản

2.1.2 Xác định sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng

Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) P=0,55

Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) t = 0,97

Dự trữ công suất máy chính 10% Ne

Công suất máy chính Ne =3454 (hp)Công suất kéo của tàu EPS = 0,9.Ne P.t

Kết quả EPS = 1658,44 (hp)Tương ứng trên đồ thị ta có :

Rt = 20540 (kG)

VS = 11,72 (knot)

2.2- THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

2.3.1- Chọn vật liệu chong chóng.

Chọn vật liệu làm chong chóng là đồng KHBsC1 (man gan – đồng – thiếc) :

Bảng 2.2: thành phần hoá học và đặc tính cơ học của hợp kim đồng KHBsC1:

Tỉ lệ (%) 52-62 0,5-3 0,5-4 35-40 0,5-2,5 1 max 0.1-1,5 0,5max

2.3.2- Chiều quay chong chóng

Chiều quay của hai chong chóng: quay theo chiều quay của động cơ , quay phải

2.3.4- Tính hệ số dòng theo  và hệ số dòng hút t

Chong chóng luôn làm việc trong trường tốc độ của dòng nước là đều Nhưngnếu có mặt của thân tàu trường tốc độ này sẽ thay đổi bởi vì xét một thân tàuchuyển động với vận tốc là V thì sau đuôi tàu xuất hiện dòng nước chuyển độngđến chiếm chỗ và cùng chuyển động theo tàu.Các dòng nước này cóphương ,chiều và cường độ khác nhau ,tổng hợp hình chiếu của các dòng nàylên phương chuyển động của tàu gọi là dòng theo Thành phần tốc độ của dòngtheo cùng chiều chuyển động của tàu được gọi là tốc độ dòng theo V

Theo Schiff Bauka

 = 0,7  - 0,05

t = 0,7 

0,4750,3325

P n



Kết luận :

K’n = 0,381 <1 Vậy ta chọn số cánh chong chóng là Z = 4

2.3.6- Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền :

Tính min theo điều kiện bền

3

max 2

max min

0

0

'.

.

'.

375 , 0

Z C A

C’: là hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chong chóng; với chong chóngbằng đồng C’ = 0,055

D: Đường kính sơ bộ của chong chóng Chọn D = (0,1 – 0,8)d

Với d : là chiều chìm trung bình của tàu T= 6,9 m

chọn DP = 2,8 (m)

Z: là số cánh của chong chóng; Theo tính toán ở trên ta có Z = 4

P: là lực đẩy của chong chóng; Theo tính toán ở trên P = 30772 (KG)

max chiều dầy tương đối của diện tích cánh tại bán kính 0,6R

(max= 0,08  0,1) Chọn max = 0,1

Pz max = 10000 kG

Vậy thay số vào ta có:

2 3

Bảng 2.4 Bảng tính chong chóng sử dụng hết công suất.

stt Đại lượng

Tính

Kýhiệu

Đơn

vị

Công thứctính

Kết quả

1 Tốc độ tính

Dự kiến thiếtkế

V K

P n





0,3779

P

V D

Kết Luân :  = 1,23 % < 3 % nên vận tốc thiết kế của tàu là v = 11,72 (knots)

2.3.8 Nghiệm lại tỉ số truyền theo điều kiện xâm thực

Điều kiện xâm chống xâm thực:

 ’’min=130.1

c 1

k

P (np.Dp)2

Trong đó :

1 Hệ số đặc trưng cho chế độ làm việc của chân vịt Chọn 1 =1,5

KC Hệ số nói đến ảnh hưởng của xâm thực, và được tra theo đồ thị phụ thuộc

Hs Độ ngập sâu chong chóng so với mặt thoáng: Hb = 0,75.d = 6

Pd : Áp suất hơi bão hoà ,ở 20 0 C thì Pd = 238 kG/m 2

 Trọng lượng riêng của nước  = 1025 KG/m 3

Công thức- nguồn gốc Kết quả

2 0

4.10

6, 2 2.10 0,71 0,59 .

m

m

b z

D D

e d

CHƯƠNG 3 TÍNH THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1.Máy chính

_ Công suất định mức của máy: H = 2540 kW

_ Vòng quay định mức của máy: N = 720 v/p

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 – 2003

3.1.3.Bố trí hệ trục

1-Bố trí chong chóng tàu thủy.

- Thông số chong chóng tính ở phần trên :

Đường kính chong chóng : Dopt = 2860 mm

Chiều dài củ chong chóng : lcc = 700 mm

Chiều dài mũ kín nước chong chóng :

lmũ = l0 = (0,12÷ 0,17)D0pt = (336÷476) Chọn lmũ = 400 mm

- Chọn kiểu làm kín phía lái là kiểu simplex.của hãng : Compact loại A đượcthiết kế dành cho các loại tàu nhỏ.Với đường kính chân vịt 300 mm chọnđược loại làm kín như sau :

- Chọn thiết bị liên kết bộ làm kín và củ đỡ sau có kích thước b = 63 mm

- Vậy phải bố trí chong chóng cách gối sau phía lái 1 đoạn : l = B + b= 240 mm

- Ta bố trí chong chóng ở vòm đuôi tàu.Về nguyên tắc ta bố trí chân vịt càngsâu càng tốt.Cố gắng để chiều chìm của trục ”Hs” lớn hớn đường kính củachong chóng “D”

- Vậy ta bố trí chong chóng như sau :

+ Cách đường cơ bản 1 khoảng bằng : 2500 mm + Cách gối sau 1 khoảng bằng : e = 240 + 700/2 = 590 mm.Tức là tại sn04 - 140 mm.

+ Cách bánh lái 1 khoảng bằng : d = 0,1.Dcc = 0,1.2860 = 286 mm

2-Bố trí máy chính

- Kích thước buồng máy xác định như sau :

Chiều dài : 12,5 m Chiều rộng trung bình : 14,7 m Chiều cao tại nơi đặt máy chính : 6,3 m

-Kích thước máy chính 8M25C :

Chiều dài : 5,834 m Chiều rộng : 2,130 m Chiều cao tính từ bệ máy : 3,839m

- Máy có sẵn ổ chặn lực đẩy nên không cần bố trí thêm đoạn trục lực đẩycho hệ trục

- Với mục đích tạo ra một hệ trục đặt trong mặt phẳng dọc tâm tàu, hệ trụcđược đặt song song và cách đường cơ bản 2500 mm.Nên ta bố trí máychính trên bệ máy cao 450 mm Mặt bích ra của động cơ tại sườn sn 14

- Vậy hệ trục có thông số cơ bản sau :

Góc lệch so với đường cơ bản : 0o

 Chiều dài : ltotal = 7654 mm

T N

H k d

Bảng 3.1 Tính đường kính trục chong chóng.

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn

gốc

K quă

2

Vòng quay của trục chong

chóng ở công suất liên tục

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu làm trục Ts N/mm

b đường kính trục trung gian

Bảng 3.2 Tính đường kính trục trung gian chong chóng.

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn

gốc

K quă

2

Vòng quay của trục chong

chóng ở công suất liên tục

lớn nhất

3 Hệ số tính toán đường kính

4 Hệ số xét đến trục rỗng K _ Với trục đặc 1,0

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu làm trục Ts N/mm

7 Đường kính thiết kế của

trục trung gian dtg mm Thiết kế chỉ định 240

Kết luận:

- Chọn đường kính trục trung gian là 240 mm

Chiều dày áo bọc trục

Bảng 3.1 Tính chiều dày áo bọc trục

t

115,9

c Các chi tiết khác của hệ trục

Chiều dày bích nối trục

Bảng 3.2 Tính chiều dày bích nối trục

№ Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn

vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất liên tục lớn

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu trục Ts N/mm

2 Lấy giá trị nhỏ nhất củathép C35

C35

9 Chiều dày các khớp

Kết luận: Chọn chiều dày bích nối trục là 65 mm.

vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu làm

trục

Ts N/mm 2 Lấy giá trị nhỏ nhất của

6

Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu làm

T d

.

) 160 (

65 , 0

3

46,15

Kết luận: Chọn đường kính của bu lông bích nối trục là 50 mm.

vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

№ Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn

vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

4 Đường kính thưc của

Chọn chiều dài bạc đỡ sau trục chong chóng là 1000mm

Chiều dài bạc đỡ trước trục chong chóng là 300 mm

5 Công suất truyền liên

8 Giới hạn chảy của vật

5 , 0

10 648 ,

Kết luận: Chọn then có các thông số sau:

- Chiều dài then: 30 cm

- Chiều dài tổng của hệ trục là : ltotal = 7654 mm

- Chiều dài mũ chong chóng : Lmũ = 400 mm

- Chiều dài đoạn trục lắp then chong chóng : L = 700 mm

- Khoảng cách từ phía sau củ chong chóng đến vỏ tàu : e = 240 mm

- Chiều dài gối đỡ phía mũi : L1 = 300 mm

- Chiều dài gối đỡ chong chóng phía lái : L2 = 1000 mm

-Chiều dài đoạn lắp ống bao trên vỏ tàu : Lống bao = 2150 mm

- Khoảng cách gối trước chong chóng đến ổ đỡ chung gian : l2 = 2140 mm.

Bố trí hệ trục

- Hệ trục được bố trí như sau:

- Khoảng cách từ tâm chong đến gối sau chong chóng :

l0 = Lmũ + L + e + L2/2 = 400 + 700 + 240 + 1000/2 =1840 mm

- Khoảng cách đoạn dầm treo :

- Kích thước trục chân vịt: Chiều dài trục chong chóng 4454 mm

- Kích thước trục trung gian : Chiều dài trục trung gian 3200 mm

Chiều dài trục chong chóng lcc = 445,4 cm

Chiều dài trục trung gian ltg = 320 cm

3.4.XÁC ĐỊNH PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN GỐI ĐỠ.

3.4.1 Phụ tải trên gối đỡ

3.4.1.Sơ đồ hệ trục.

Ta coi hệ trục là một dầm siêu tĩnh đặt trên ba gối đỡ và chia làm 4 nhịp , đầu

nối với động cơ được coi như ngàm cứng Không xét đoạn trục lực đẩy vì đoạntrục lực đẩy nằm trong động cơ và ngắn

Thay các gối đỡ bằng các phản lực , giả thiết chiều dài các vector phản lựcnhư hình vẽ

R3

3l

3.4.2 Mômen tại gối đỡ

3.4.2.1 Tính phụ tải tác dụng lên gối đỡ

Bảng 3.6.Phụ tải tác dụng lên gối đỡ

No Hạng mục

tính

Ký hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

2

No Hạng mục

tính

Ký hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

q l M M R

l



Nghiệm lại kết quả :

Theo điều kiện :

d = .100 = 0,002%

Vậy d d   5%

Kết luận : Thừa nhận kết quả tính toán

3.4.3 Nghiệm bền hệ trục

3.4.3.1 Nghiệm an toàn (hệ số an toàn)

Phụ tải tác dụng lên trục rất phức tạp, do đó khi tính toán độ bền của trục, để đơngiản bài toán trong trường hợp cho phép, thường hạn chế trong trường hợp phụ tảitĩnh nếu có mặt cắt quá độ không giống nhau thì dựa vào đường kính danh nghĩa.Tất cả việc tính toán không chính xác đó được bổ sung bằng cách tăng hệ số antoàn lên Với bài toán này chỉ cần đi nghiệm hệ trục quan trọng nhất là trục chongchóng

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn gốc K quả

1 Chiều dài đoạntrục lớn nhất l2 cm Đã có 244

4 Diện tích thiếtdiên trục F cm 2 2 1

4

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn gốc K quả

10 Ứng suất nén tớihạn th kG/cm 2

2

4600 25,6 0

a b c

11 Lực đẩy tới hạncủa trục Pth kG Pth=th.F 1608668

12 Lực đẩy củachong chóng P kG Theo 2.2.6-5 30772

P k P

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn gốc K quả

1 Mômen xoắn trên

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn gốc K quả

8 Góc xoắn cho phép [ ] Độ/m Với tàu dân dụng 0,45

9 Chiều dài đoạn trục

f  f Độ võng của trục trong trường hợp xấu nhất nhỏ hơn trị số

độ võng cho phép Vậy trục đảm bảo độ cứng

3.4.4.Nghiệm bền bulông bích

Bảng 3.11 Tính nghiệm bền bulông bích nối theo ứng suất nén

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn

3.4.4.2 Nghiệm bền theo điều kiện bền ứng suất cắt

N o Đại lượng tính Ký h Đơn vị Công thức - nguồn

1 Mômen xoắn trên

2 Đường kính vòng

3 Chiều dày bích nối

3.4.4.3 Nghiệm bền theo điều kiện kéo

- Ứng suất kéo :

0

k

S f

R = 30772Z- là số chong chóng Z = 1

Ứng suất cắt trên bích nối :  P f t /  36,38 kG/cm 2

Trong đó : f-diện tích nguy hiểm f = π.D.b1 = 1050 cm2

D đường kính bích tại vị trí tính, D = 51,4 cm

b chiều dày bích nối tại vòng chia, b = 6,5 cm

Pt lực tiếp tuyến do mômen xoắn gây ra

+Đối với bạc kim loại [p] = 5 kG/cm2

- Công thức tổng quát để tính áp lực gối đỡ như sau :

0 0 0

P p S

 S0  0,9 .D l 0 i

- Trong đó :

p0_ Áp lực tác dụng lên gối đầu tiên kG/cm2

P0_Lực tác dụng lên gối đỡ đầu tiên, về độ lớn P0 = R0 = 5686 kG

S0_Diện tích chịu áp lực tính toán của gối đỡ

D0_Đường kính trong tính toán của gối đỡ D0 = 28 cm

li_Chiều dài tính toán của gối đỡ li = L1 = 100 cm

 _ Hiệu suất tính toán của gối đỡ kim loại = 0,8 cho bạc babit

S0 = 0,9.28.100.0,8 = 2016 cm2

P p S

 S0  0,9 .D l 1 i

p1_ Áp lực tác dụng lên gối đầu tiên kG/cm2

P1_Lực tác dụng lên gối đỡ đầu tiên, về độ lớn P1 = R1 = 1633 kG

S1_Diện tích chịu áp lực tính toán của gối đỡ

D1_Đường kính trong tính toán của gối đỡ D1 =28cm

li_Chiều dài tính toán của gối đỡ li = L2 = 30 cm

 _ Hiệu suất tính toán của gối đỡ kim loại = 0,8 cho bạc babit

P p S

 S0  0,9 .D l 2 i

p1_ Áp lực tác dụng lên gối đầu tiên kG/cm2

P1_Lực tác dụng lên gối đỡ đầu tiên, về độ lớn P1 = R2 = 1364 kG

S1_Diện tích chịu áp lực tính toán của gối đỡ

D1_Đường kính trong tính toán của gối đỡ D1 = 24 cm

li_Chiều dài tính toán của gối đỡ li = L2 = 300 cm

 _ Hiệu suất tính toán của gối đỡ kim loại = 0,8 cho bạc babit