đồ án môn học thiết kế hệ thống động lực tàu thủy

Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính vàcác thiết bị phục vụ hệ thống động lực, hệ thống ống toàn tàu.. Máy chính Máy chính có ký hiệu MAK 6M32c do hãng CAT-MAK – Germany sảnxuất, là động

Tàu được thiết kế gồm 8 hầm hàng chở dầu hóa chất

1.1.2 Vùng hoạt động

Tàu dầu 6500 tấn được thiết kế hoạt động trong vùng không hạn chế theoquy phạm phân cấp đóng tàu vỏ thép – 2003 Phần hệ thống động lực được tínhtoán thiết kế theo TCVN6259 – 3:2003

1.1.3 Các thông số cơ bản phần vỏ tàu

– Chiều dài lớn nhất Lmax = 110 m.

– Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 102 m.

– hệ số béo thể tích б = 0,68 m.

– Chiều rộng lớn nhất Bmax = 18,20 m.

– Chiều rộng thiết kế B = 18,20 m.

– Chiều chìm toàn tải d = 6,70 m.

– Lượng chiếm nước Disp = 7500 tons

TCVN 6259 : 2003 – Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép, 2003

1.1.6 Công ước quốc tế áp dụng

(1) Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển, 1974(SOLAS, 74);

(3) Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra, 73/78(MARPOL, 73/78);

(4) Qui tắc quốc tế tránh va trên biển, 1972 (COLREG, 72);

(5) Công ước đo dung tích tàu biển, 1969 (TONNAGE, 69);

(6) Nghị quyết của Tổ chức lao động quốc tế (ILO)

1.2.TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC 1.2.1 Bố trí buồng máy

Buồng máy được bố trí từ sườn số 9 đến sườn số 35 Tàu được lắp một chânvịt với máy chính đặt ở phía đuôi tàu Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính vàcác 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 hiệntại chỗ trong buồng máy hoặc từ xa trên buồng lái Một số bơm chuyên dụng cóthể điều khiển từ xa trên boong chính như bơm vận chuyển dầu đốt, bơm nước vệsinh, sinh hoạt, các quạt thông gió

Máy chính và máy phụ được thiết kế trên cơ sở điều kiện sau:

– Nhiệt độ nước biển 32 0 C

– Nhiệt độ xung quanh 45 0 C

– Áp suất không khí 760 mmHg

1.2.2 Máy chính

Máy chính có ký hiệu MAK 6M32c do hãng CAT-MAK – Germany sảnxuất, là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua-bin – máy nén, dạngthùng, một hàng xy-lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôitrơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén

1.2.2.1 Thông số cơ bản của máy chính

– Khối lượng động cơ [G] tons

– Chiều dài bao lớn nhất [Le] 6013 mm

– Chiều rộng bệ động cơ [We] 1070 mm

1.2.2.2 Thiết bị kèm theo máy chính

– Bơm LO bôi trơn máy chính 01 cụm

– Ống bù hòa giãn nở 01 đoạn

– Khởi động khởi động bằng ắc quy và bằng tay

– Loại dầu D.O– Làm mát bằng lò sấy

1.2.3.2 Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện

– Bơm LO bôi trơn máy 01 cụm

– Bơm nước ngọt làm mát 01 cụm

– Bơm nước biển làm mát 01 cụm

– Bầu làm mát dầu nhờn 01 cụm

– Máy phát điện một chiều 01 cụm

– Mô-tơ điện khởi động 01 cụm

– Ống bù hòa giãn nở 01 cụm

1.2.4 Thiết bị sinh hơi

1.2.4.1 Giới thiệu chung

Kết cấu và chức năng của thiết bị sinh hơi sẽ dựa trên tiêu chuẩn của nhàsản xuất và yêu cầu của đăng kiểm

Sản lượng hơi tối đa của nồi hơi khác nhau theo điều kiện của khí xả từmáy chính Mức nước trong nồi hơi sẽ được giữ ở mức hoạt động tự động của bơmcấp nước

Dầu nhiên liệu cấp cho nồi hơi có độ nhớt lên tới 3500 sec R.W.No1 ở

1.2.4.3 Nồi hơi kinh tế

Loại dàn ống tuần hoàn cưỡng bức

– Công suất 600 kg/h tại 90%Ne

Thiết bị, phụ kiện cho nồi hơi phụ:

– Thiết bị đốt dầu 1 bộ

– Máy điều chỉnh cấp nước 1 bộ

– Quạt gió cưỡng bức 1 bộ

– Bơm tăng cưòng F.O 2 bộ

– Bầu hâm dầu F.O 1 bộ

– Thiết bị điều khiển tự động 1 bộ

– Hệ thống điều khiển an toàn

1.2.5 Máy nén khí và chai gió

Một nguồn điện của máy nén khí được cấp từ máy phát sự cố

1.2.5.2 Máy nén khí

– Loại dẫn động bằng động cơ điện, 2 cấp, làm mát bằng không khí.– Số lượng 1 bộ

– Công suất 80 m3/h x 30Kg/cm2 (F.A)

– Thiết bị khởi động và dừng tự động được lắp cho máy nén khí phục

vụ được kích hoạt bằng áp lực của chai gió làm việc

1.2.5.3 Chai gió chính

– Loại chai gió loại trụ đứng với kết cấu hàn

– Số lượng 2 bộ– Công suất 1000 l x 30 kG/cm2

1.2.5.4 Chai gió làm việc

– Loại chai gió kiểu trụ đứng kết cấu hàn– Số lượng 1 bộ

– Công suất 900 l x 30 kG/cm2

1.2.5.5 Bộ sấy không khí

– Số lượng 1 bộ– Công suất 40 m3/h x 8 Kg/cm2

1.3.1.16 Két nước ngọt giãn nở máy chính

1.3.2.3 Tổ bơm nước nước biển trực nhật

– Kiểu - Hãng sản xuất : M.D.H.Cent - Naniwa

– Lưu lượng x Cột nước : 60 m3/h x 20 m– Công suất x Vòng quay : 7,5 KW x 1750 v/p

– Công suất x Vòng quay : 1,5 KW x 1800 v/p

1.3.2.6 Bơm trợ lực dầu FO nồi hơi

– Kiểu - Hãng sản xuất : M.D.H.G - Naniwa– Lưu lượng x Áp suất : 0,5 m3/h x 0,2 MPa– Công suất x Vòng quay : 0,4 KW x 1125 v/p

1.3.2.7 Bơm tuần hoàn nước nồi hơi

– Lưu lượng x Áp suất : 4 m3/h x 0,3MPa– Công suất x Vòng quay : 1,5 KW x 3480 v/p– Hãng sản xuất : Naniwa

1.3.2.8 Bơm dằn và nước đáy tàu

– Lưu lượng x Cột nước : (120-60) m3/h x (20-55) m

1.3.2.9 Bơm dầu thừa

– L.lượng x Áp suất x Công suất : 9000 l/h x 0,2 MPa x 0,4 KW

1.3.3 Thiết bị phân ly – Bộ trao nhiệt

1.3.3.1 Máy phân li dầu FO

– Kiểu - Hãng sản xuất : Có áo bọc - Showa, Japan

1.3.3.6 Bộ hâm dầu phân li FO

– Kiểu - Hãng sản xuất : Có áo bọc - ShoWa, Japan

1.3.3.7 Bộ hâm dầu phân li LO

– Kiểu - Hãng sản xuất : Có áo bọc - Showa, Japan

1.3.3.8 Bầu làm mát nước ngọt máy chính

– Diện lích trao nhiệt : 60 m2

1.3.3.10 Bầu làm mát dầu LO máy chính

1.3.4.2 Bình chứa không khí nén khởi động máy chính

– Công suất x Vòng quay : 7,5 KW x 1740 v/p

1.3.5.2 Quạt thải buồng phân li

– Kiểu - Hãng sản xuất : M.D.Axial - Onishi, Japan– Sản lượng x Áp suất : 50m3/p x 300 Pa

– Công suất x Vòng quay : 0,7 KW x 3340 v/p

1.3.5.3 Quạt thông gió hầm hàng

– Kiểu - Hãng sản xuất : M.D.Axial - Onishi, Japan– Sản lượng x Áp suất : 400m3/p x 300 Pa

– Công suất x Vòng quay : 5,5 KW x 1740 v/p

1.3.5.4 Quạt buồng máy phát điện sự cố

– Kiểu - Hãng sản xuất : M.D.Axial - Onishi, Japan– Sản lượng x Áp suất : 35 m3/p x 200 Pa

– Công suất x Vòng quay : 0,4 KW x 3420 v/p

1.3.5.7 Quạt phòng thượng tầng mũi

– Kiểu - Hãng sản xuất : M.D.Axial - Onishi, Japan– Sản lượng x Áp suất : 100 m3/p x 200 Pa

– Công suất x Vòng quay : 0,75 KW x 1720 v/p

1.3.6 Các thiết bị buồng máy khác

1.3.6.11 Thiết bị đốt dầu cặn, rác

1.3.6.12 Thiết bị xử lý nước thải

1.3.6.13 Cầu thang buồng máy

– Chiều dài lớn nhất Lmax = 110 m

– Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 102 m

– Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 110 m

– Chiều rộng lớn nhất Bmax = 18.2 m

– Chiều rộng thiết kế B = 18.2 m

– Lượng chiếm nước Disp = 6500 tons

– Hệ số béo thể tích CB = 0.68– Công suất tính toán H = 3000/(4080) kW/(hp)

2.1.2.2 Công thức xác định sức cản của Pamiel

) ( , 0

3

hp LC

V

Trong đó:

V S – 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);

C 0 – Hệ số tính toán theo Pamiel.

2.1.3 Kết quả xác định sức cản tàu theo Pamiel

№ Đại lượng xác định Công thức tính Kết quả

1 Tốc độ tính toán VS,

2 Tốc độ tính toán VS,

3 Hệ số béo thể tích CB Theo thiết kế 0,68 0,68 0,68 0,68

4 Lượng chiếm nước ,

X C

№ Đại lượng xác định Công thức tính Kết quả

11 Công suất kéo EPS,

13 15

8.7517

0 50 100

Hình 2.1: đồ thị sức cản và công suất của tàu

2.1.5 Tính toán sơ bộ vận tốc tàu

– Giả định hiệu suất chong chóng p= 0,55;

– Giả thiết hiệu suất đường trục t= 0,98;

– Lượng công suất dự trữ máy chính 15Ne;

– Công suất máy chính Ne = 3000 kW = 4080 cv;

– Công suất kéo của tàu N0= 0,85.Ne.pt=1869 cv;

Tra đồ thị hình 2.1 với N0=1869 cv ta được:

– Căn cứ vào yêu cầu của lực đẩy

– Căn cứ vào độ an toàn trong khai thác

– Căn cứ vào số lượng máy chính trên tàu

Ta chọn số lượng chong chóng X = 1

2.2.3 Chiều quay của chong chóng

Theo chiều kim đồng hồ nhìn từ phía lái

2.2.4 Lựa chọn số cánh chong chóng Z

Căn cứ vào hệ số lực đẩy:

P v D

K d'  p.  ,(2.4)

Trong đó:

+ D- Đường kính chong chóng, chọn D = 0,6.T = 0,6.6,7 = 4,02 (m);

+ vp- Tốc độ tịnh tiến của chong chóng,

+ - Độ nhớt của nước biển,  = 104,5 (kG.s 2 /m 4);

+ P- Lực đẩy của chong chóng:

1

R P

2.2.5 Chọn tỷ số đĩa của chong chóng  theo điều kiện bền

Xuất phát từ điều kiện đảm bảo hiệu suất đẩy ta chọn  theo công thức:

3 4 ' 3 / 2 '

min '

10

.

375 ,

+ c’- Hệ số phụ thuộc vật liệu làm chong chóng, với vật liệu là hợp kimđồng- nhôm- niken thì c’ = 0,055;

+ m’- Hệ số tính đến khả năng tăng lực đẩy, m’=1,15;

+ max- Chiều dầy tương đối tại tiết diện (0,60,7)R, chọn max=0,08;

+ P- lực đẩy của chong chóng, P = 12811 (kG);

15 , 1 ) 08 , 0

4 02 , 4

055 , 0 (

375 ,

4 3

/ 2 min

2.2.7 Kiểm tra tỷ số đĩa theo điều kiện chống xâm thực

Điều kiện chống xâm thực:

1 1 min

P0- Áp suất trên mặt thoáng, P0 = 10330 (kG/m 2);

- Trọng lượng riêng của nước biển,  = 1025 (kG/m3);

hb- Độ ngập sâu của chong chóng so với mặt thoáng, chọn hb = 0,65T = 4,355 (m);

P’d- Áp suất hơi bão hòa ở 2000C, P’d= 238 (kG/m 2);

G=4 10 4

Z

. 3 0

0

6 , 0

4 0,7110.22,6

D

e D

d p

+0,59..lc 2

p

d ,(2.11)

e0- chiều dày giả định của cánh tại tâm mayơ chong chóng,

3 PHẦN 3 – THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1 Số liệu ban đầu

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

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) 1100 mm.

Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chong chóng,với tổng chiều dài 4100 mm.

Mặt bích xuất lực của động cơ được đặt trong khoảng sườn số 09, cách vách

sau buồng máy (vách sườn số 6) 1650 mm về phía mũi.

Hình 3-1: Bố trí hệ trục.

Trục chong chóng kết cấu bích rời, được đặt trên hai gối đỡ có kết cấu kiểubạc cao su Hai gối đỡ này được bố trí trong ống bao trục, bôi trơn và làm mát gốibằng nước ngoài tàu trích từ hệ thống nước làm mát chung Trục chong chóng

được chế tạo bằng thép rèn SF35, có chiều dài 4100 mm.

3.2 TRỤC CHONG CHÓNG

3.2.1 Đường kính trục chong chóng

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 T s N/mm

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của thép

H k d

3.2.2 Chiều dày áo bọc trục

Chiều dày lớp áo bọc

bằng đồng thanh tại cổ

trục

t 1 mm Theo 6.2.8, [1]

5 , 7 03 , 0

3.3 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC

3.3.1 Chiều dày khớp 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 T s N/mm

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của thép

160

560

K T

N

H k F d

Vật liệu chế tạo bulông khớp nối là thép 45

Theo Quy phạm đường kính bulông khớp nối tại mặt phẳng lắp ghép củakhớp nối không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau:

b

s b

T D n

T d d

)160(

.65,0

3

Trong đó:

+ d0- Đường kính trục trung gian tính:

Theo quy phạm chiều dày bích nối trục tại vòng chia không được nhỏ hơn

đường kính yêu cầu của bulông tính theo công thức (3.3)

Nên b1  24 (mm);

Chọn chiều dầy bích nối trục : b = 95 (mm).

3.3.4 Then chong chóng

– Độ côn đầu trục chong chóng Z = 1/12;

– Chiều dài phần côn lc = 685 (mm);

– Đường kính cổ trục chong chóng Dc= 340 (mm);

– Đường kính đầu nhỏ côn dc = Dc- lc.Z = 283 (mm);

– Đường kính trung bình phần côn, dtb=

+ Đoạn cắt vát của then, Kv= 0,12 (cm);

+ Chiều dài tính toán toàn bộ của then chong chóng,

ls=

) 2 ( 5 , 0

10 648 ,

v tb

ch

e

K h d n

N



Trong đó:

+ Ne- Công suất máy chính, Ne = 4080

(cv); + n-Vòng quay của máy chính, n = 215

(v/p); +ch- Giới hạn bền chảy của vật liệu chế tạo then, ch=3200

(kG/cm 2 );

Thay số vào ta được: ls = 32,5 (cm);

Vậy chọn chiều dài then chong chóng là: ls= 450 (mm).

3.3.5 Bố trí hệ trục

Bố trí hệ trục gồm có:

– Đoạn trục chong chóng có chiều dài LCC = 5095 (mm) được đặt trên 2 gối

đỡ trong ống bao trục

– Đoạn trục trung gian có chiều dài LLĐ= 4050 (mm) được đặt trên 1 gối đỡ.

Hệ trục nằm song song và cách chuẩn là 2400 (mm).

Trong quá trình làm việc, hệ trục chịu tác dụng của các lực sau:

– Trọng lượng của chong chóng, G= 2453

– Lực đẩy của chong chóng, Pt = 14635 (kG);

Mô men quán tính tiết diện các đoạn trục:

3.4.1.2 Mô men tại các gối và ngàm

Mô men uốn tại gối 0:

+2 .( )

2 2

1

1 1

J

l J

= - ( . . )4

1

2

3 2 2

1

3 1 1

J

l q J

l q

+ Nhịp 1-2:

(4

1

)(

.2

3

3 3 3

2

3 2 2

3

3 3

3 3

2

2 2 2

2 1

J

l q J

l q J

l M J

l J

l M J

l M

3

3 3 3

3

.4

1

.2

J

l q J

l M J

l M

1 1

2

.2

i

i i

i i i i

l

M M

l

M M l

q l q

;Tại gối 0:

R0 =

1

0 1 1

1 0 0

2

l

M M G l q l

= 2664 , 3 64551,80184(,9499202)

2

9 , 184 31 , 6 200 31 ,

1

1 0 2 2 1 1

2

.2

l

M M l

M M l q l

80 , 64551 93

, 75575 9

, 184

80 , 64551 499202

2

6 , 299 31 , 6 2

9 , 184 31 ,

2

2 1 3 3 2 2

2

.2

l

M M l

M M l q l

=

230

) 93 , 75575 (

91 , 3936 6

, 299

) 93 , 75575 (

80 , 64551 2

230 31 , 6 2

6 , 299 31 ,

2

l

M M l

93 , 75575 2

230 31 ,

Chiều dài đoạn dầm treo K lk = 40 cm

Đường kính cơ bản của trục d = 13,8 cm

n l

l

m

k n

– lmax, Chiều dài nhịp dài nhất;

– E , Mô-đuyn đàn hồi của vật liệu;

– I, Mô men quán tính tiết diện trục;

k

n l A

1 2

1 1

X X

X

X

5 , 0 1

4.1.3.9 Bước 9

Tính lại giá trị nk theo công thức

k

k k

k

q l

G

I E l

24 , 0

64

, 8 2

7 Chiều dài nhịp treo

9 Trọng lượng đơn vị trục q kG/cm  2

4d

№ Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

10 Mo-men quán tính tiết

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Khoảng dư lượng tính

max

n

n N

2 Khoảng dư lượng kiểm

tra trong tính toán [k] %

Lấy theo giá trị thông dụng

Máy chính có ký hiệu 8NVD36A-1U do hãng SKL - GERMANY sản xuất,

là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua bin – máy nén, dạngthùng, một hàng xy-lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôitrơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén, tự đảo chiều, điều khiểntại chỗ hoặc từ xa trên buồng lái

Thông số của máy chính:

– Khoảng cách 2 tâm xy-lanh, [H] 370 mm

– Khoảng tâm xilanh cuối đến bánh đà[Hc] 705 mm

5.2.1 Mô-men quán tính khối lượng

5.2.1.1 Mô men quán tính khối lượng nhóm piston - biên khuỷu

K D b H d

R b D

b D R

4 , 1

10 25 ,

R _ Bán kính khuỷu, R = 18 (cm)

D _ Đường kính xy-lanh, D = 24 (cm)

H _ Khoảng cách giữa 2 tâm xilanh liên tiếp, H = 37 (cm)

d _ Đường kính trung bình của cổ biên và cổ trục, d = 15,75 (cm)

Kx _ Hệ số hiệu chỉnh có xét đến chiều dài biên, đường kính và vật liệuchế tạo piston

Với piston bằng gang

b D L

Trong đó:

+ b _ Hệ số khoang xilanh (công đơn b  1)

+ L _ Chiều dài biên : L = 72 (cm)

Kết quả: Ibk = 38,70 (kGcms 2) (tiếp tục theo mẫu)

6 PHẦN 6 – CÁC HỆ THỐNG PHỤ VÀ PHỤC VỤ

6.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ

6.1.1 Số liệu ban đầu

_ Số lượng động cơ chính Z = 1_ Công suất động cơ chính N = 578 hp

_ Vòng quay động cơ chính n = 500 v/p

_ Số lượng động cơ phụ Zp = 2_ Công suất động cơ phụ Np = 64 hp

Hệ thống các thiết bị phụ và phục vụ được tính toán thiết kế thỏa mãn tương

ứng cấp Biển hạn chế III theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép –

2003 và các Quy phạm liên quan’ Công ước Quốc tế

6.1.4 Tài liệu tham khảo chính

Судовые системы - А Я Чиняев Москва 1984

6.2 HỆ THỐNG DẦU ĐỐT

6.2.1 Lượng dầu đốt dự trữ và trực nhật

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất tính toán của

3 Công suất tính toán của

5 Suất tiêu hao dầu đốt

Diesel của chính g e g/hph

Theo lý lịch máy có kể đếntình trạng kỹ thuật hiện tại 168

6 Suất tiêu hao dầu đốt

của Diesel phụ g ep g/hph

Theo lý lịch máy có kể đếntình trạng kỹ thuật hiện tại 180

7 Hệ số hoạt động đồng

thời của các Diesel phụ k _ Theo thiết kế 0,5

8 Thời gian hoạt động liên