ĐỒ ÁN THIÊT KẾ BUỒNG MÁY

ĐỒ ÁN BUỒNG MÁY Mai Sơn Hải 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG Bộ Môn Động Lực Tàu Thủy ____________ ĐỒ ÁN Biên soạn: Th.s. Mai Sơn Hải Nha Trang, ngày 5 tháng 1 năm 2014  ĐỒ ÁN BUỒNG MÁY Mai Sơn Hải 2 Để thuận tiện cho sinh viên làm đồ án môn học , tôi chọn phƣơng pháp hƣớng dẫn cụ thể theo kiểu step by step qua bài ví dụ cụ thể. Trong nội dung bố cục đƣợc thiết kế theo đề cƣơng đƣợc thông qua Bộ môn. Đề bài: Thiết kế TBNL và buồng máy Tàu chở hàng 1600 Tấn Các thông số cơ bản: Điều kiện cho trƣớc Ký hiệu Đơn vị Số liệu 1. Thông số vỏ a.chiều dài lớn nhất b.chiều dài thiết kế c. chiều rộng lớn nhất e.chiều cao mạn f.chiều chìm trung bình i.Hệ số đầy chung j.Hệ số đầy mặt đƣờng nƣớc k.Hệ số đầy mặt cắt ngang l. Lƣợng chiếm nƣớc 2.Số lƣợng trục chân vịt 3.Tốc độ hàng hải tự do 4. Biên chế 5.Vị trí buồng máy 6.Vật liệu đóng tàu 7 Loại tàu: 8. Trọng tải : 9. Vùng hoạt động: Lmax,m Ltk,m Bmax H,m Ttb,m    D,tấn X V,hlh BC, ngƣời Vt Vật liệu Tàu hàng khô P,Tấn 69,8 67 11,25 5,4 4,5 0,71 0,82 0,97 2473,6 1 14 12 Phần đuôi Thép 1600 Hạn chế III ĐỒ ÁN BUỒNG MÁY Mai Sơn Hải 3 CHƢƠNG 1 TÍNH CHỌN TBNL CHÍNH I. Tính sức cản vỏ tàu 1. Khái niệm chung về sức cản Sức cản của tàu là những tác động từ môi trƣờng, từ chính bản thân tàu làm cản trở sự chuyển động của nó. 2. Tính toán sức cản của tàu 2.1. Chọn phƣơng pháp tính sức cản Tính sức cản là công việc rất phức tạp và kết quả thu đƣợc chỉ mang tính gần đúng. Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phƣơng pháp tính sức cản, hầu hết đƣợc xây dựng từ các phƣơng pháp thực nghiệm dựa trên nguyên lý thống kê hoặc dựa trên kết quả của hàng loạt thí nghiệm mô hình. Các phƣơng pháp xác định sức cản vỏ tàu là: phƣơng pháp Oortsmesena, phƣơng pháp Papmiel, phƣơng pháp Stumph, phƣơng pháp Zwonkow, phƣơng pháp của viện thiết kế Leningrad, phƣơng pháp Henschke, ... Mỗi phƣơng pháp có một phạm vi ứng dụng khác nhau. Theo hình 7.36 ( Đồ thị papmiel) trang 352 Sách Lý thuyết tàu thủy của PGS.TS Trần Gia Thái, do tỉ số BT của tàu là 11,254,5 ≈ 2,5 nên ta chọn tính toán sức cản theo phƣơng pháp papmiel. 2.2. Tính sức cản vỏ tàu Theo phƣơng pháp Papmiel,công suất kéo của tàu xác định theo công thức sau: )(..7503mlCLVDRVESP  Trong đó: D : trọng lƣợng chiếm nƣớc của tàu (D = 2473,6 tấn ) L : chiều dài tàu (m). L = 67 (m) V : tốc độ tàu (hải lýgiờ) V = 14 (HLh) C0: hệ số xác định theo công thức : xCCp0 : hệ số tính đến ảnh hƣởng của chiều dài tàu, đƣợc xác định : ĐỒ ÁN BUỒNG MÁY Mai Sơn Hải 4 L = 67 < 100 (m):901,010067.3,07,0100.3,07,0 L  hệ số đặc trƣng cho hình dạng thân tàu 195,17115,0.6725,11.10..10  LB x hệ số ảnh hƣởng phần nhô ra của thân tàu, phụ thuộc số trục chân vịt .Trị số của x đƣợc tra theo bảng nhƣ sau : Số trục chân vịt z 1 2 3 4 Hệ số x 1 1,05 1,075 1,1 Đối với tàu thiết kế ta chọn x = 1 Cp: đƣợc xác định theo đồ thị thực nghiệm của Papmiel phụ thuộc vào  và LVV1 Bảng tính sức cản thân tàu. V (hlh) V (ms) V1(hlh) Cp Co ESP (ml) R (KG) 0 0 0 0 2 1,03 0,267 101 83,421 3,6 135 4 2,06 0,534 100 82,595 28,7 538,2 6 3,09 0,8 97 80,117 99,6 1245 8 4,12 1,067 93 76,813 246,1 2307,2 10 5,15 1,333 89 73,51 502,3 3767,3 12 6,18 1,6 86 71,032 898,2 5613,8 14 7,21 1,866 85 70,206 1443,1 7730,9 Đồ thị đƣờng cong sức cản đƣợc xây dựng trên hình vẽ : R(KG) ĐỒ ÁN BUỒNG MÁY Mai Sơn Hải 5 II. THIẾT KẾ CHÂN VỊT VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY CHÍNH Đây là bài toán cơ bản trong quá trình thiết kế thiết bị năng lƣợng tàu. Vấn đề chính là xác định công suất động cơ trong quá trình tính toán thuỷ động chân vịt dựa trên cơ sở sức cản thân tàu và tốc độ chạy tàu. Trong phần này, ta thiết kế chân vịt theo chế độ hàng hải tự do. 1.Tính toán chân vịt để chọn máy chính Để thực hiện tính toán và thiết kế cần biết trƣớc các số liệu sau: Các thông số của vỏ tàu (kích thƣớc chủ yếu, các hệ số thân tàu, bản vẽ tuyến hình tàu. Đƣờng cong sức cản R. Thông số công suất và vòng quay của máy chính. Hệ số dòng theo ω và hút t Giới hạn đƣờng kính chân vịt D (từ bản vẽ tuyến hình) – nghĩa là giới hạn không cho phép thiết kế chân vịt có đƣờng kính lớn hơn vì bị vòm đuôi tàu khống chế. Chiều chìm của trục chân vịt cho phép (kể cả chiều cao sóng) và nhiệt độ cao nhất của nƣớc biển trên tuyến hoạt động của tàu. Số trục chân vịt: 1 trục Chiều quay trục chân vịt: Vì tàu có một chân vịt nên chiều quay không ảnh hƣởng đến hiệu quả làm việc của chân vịt, chiều quay trục chân vịt cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ lái. Đƣờng kính chân vịt ĐỒ ÁN BUỒNG MÁY

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG

Bộ Môn Động Lực Tàu Thủy 

ĐỒ ÁN

Nha Trang, ngày 5 tháng 1 năm 2014 

Để thuận tiện cho sinh viên làm đồ án môn học , tôi chọn phương pháp hướng

dẫn cụ thể theo kiểu step by step qua bài ví dụ cụ thể Trong nội dung bố cục được

thiết kế theo đề cương được thông qua Bộ môn

Đề bài: Thiết kế TBNL và buồng máy Tàu chở hàng 1600 Tấn

BC, người

Vt Vật liệu

Tàu hàng khô P,Tấn

69,8

67 11,25 5,4 4,5 0,71 0,82 0,97 2473,6

1

14

12 Phần đuôi Thép

1600

Hạn chế III

CHƯƠNG 1 TÍNH CHỌN TBNL CHÍNH

I Tính sức cản vỏ tàu

1 Khái niệm chung về sức cản

Sức cản của tàu là những tác động từ môi trường, từ chính bản thân tàu làm cản trở sự chuyển động của nó

2 Tính toán sức cản của tàu

2.1 Chọn phương pháp tính sức cản

Tính sức cản là công việc rất phức tạp và kết quả thu được chỉ mang tính gần đúng Hiện nay, trên thế giới có rất nhiều phương pháp tính sức cản, hầu hết được xây dựng từ các phương pháp thực nghiệm dựa trên nguyên lý thống kê hoặc dựa trên kết quả của hàng loạt thí nghiệm mô hình Các phương pháp xác định sức cản vỏ tàu là: phương pháp Oortsmesena, phương pháp Papmiel, phương pháp Stumph, phương pháp Zwonkow, phương pháp của viện thiết kế Leningrad, phương pháp Henschke, Mỗi phương pháp có một phạm vi ứng dụng khác nhau

Theo hình 7.36 ( Đồ thị papmiel) trang 352 - Sách Lý thuyết tàu thủy của PGS.TS Trần Gia Thái, do tỉ số B/T của tàu là 11,25/4,5 ≈ 2,5 nên ta chọn tính toán sức cản theo phương pháp papmiel

2.2 Tính sức cản vỏ tàu

Theo phương pháp Papmiel,công suất kéo của tàu xác định theo công thức sau:

)(

3

ml C L

V D RV

Trong đó: D : trọng lượng chiếm nước của tàu (D = 2473,6 tấn )

L : chiều dài tàu (m) L = 67 (m)

V : tốc độ tàu (hải lý/giờ) V = 14 (HL/h)

L = 67 < 100 (m): 0,901

100

67.3,07,0100.3,07,

  - hệ số đặc trưng cho hình dạng thân tàu

0 , 7115 1 , 195

67

25 , 11 10

x - hệ số ảnh hưởng phần nhô ra của thân tàu, phụ thuộc số trục chân vịt Trị số của x được tra theo bảng như sau :

Đối với tàu thiết kế ta chọn x = 1

Cp: được xác định theo đồ thị thực nghiệm của Papmiel phụ thuộc vào  và

II THIẾT KẾ CHÂN VỊT VÀ PHÂN TÍCH LỰA CHỌN MÁY CHÍNH

Đây là bài toán cơ bản trong quá trình thiết kế thiết bị năng lượng tàu Vấn đề chính là xác định công suất động cơ trong quá trình tính toán thuỷ động chân vịt dựa trên cơ sở sức cản thân tàu và tốc độ chạy tàu

Trong phần này, ta thiết kế chân vịt theo chế độ hàng hải tự do

1.Tính toán chân vịt để chọn máy chính

Để thực hiện tính toán và thiết kế cần biết trước các số liệu sau:

- Các thông số của vỏ tàu (kích thước chủ yếu, các hệ số thân tàu, bản vẽ tuyến hình tàu

- Chiều chìm của trục chân vịt cho phép (kể cả chiều cao sóng) và nhiệt độ cao nhất của nước biển trên tuyến hoạt động của tàu

Số trục chân vịt: 1 trục

Chiều quay trục chân vịt: Vì tàu có một chân vịt nên chiều quay không ảnh

hưởng đến hiệu quả làm việc của chân vịt, chiều quay trục chân vịt cùng chiều kim đồng hồ nhìn từ lái

Đường kính chân vịt

Theo nguyên tắc cơ bản thì chân vịt có đường kính càng lớn, số vòng quay càng nhỏ thì hiệu suất làm việc càng cao Tuy nhiên, đường kính chân vịt không thể quá lớn vì bị hạn chế bởi mớn nước đuôi Tđ và ảnh hưởng không tốt đến dòng nước phía đuôi tàu, khiến cho hiệu suất thân tàu bị giảm, không có lợi cho hiệu suất đẩy tàu

Đường kính chân vịt được xác định theo mớn nước đuôi tàu Tđ :

Dmax (0,7  0,8).Tđ = (0,7  0,8).4,5= (3,15 3,6) Chọn : Dmax = 3,5(m)

Hệ số dòng theo

Con tàu lướt trên nước, làm xáo trộn dòng nước quanh thân tàu và vòm đuôi tàu, nơi chân vịt hoạt động Vì vậy xuất hiện dòng nước cuốn theo chiều tiến của tàu với tốc độ „c‟ nào đó, dường như đuổi theo tàu, nên gọi là dòng theo Dòng theo này làm cho tàu lẽ ra đi với vận tốc v, nhưng thực tế chỉ tiến với tốc độ vp nhỏ hơn : vp= v – c

3

156 ,

v

2,0 



L g v

Fn thì:  = 0,1.(Fn – 0,2)

Đối với tàu thiết kế ta có:

2,028,067.81,9

2,7



L g

v Fn

 = 0,1.(0,28 – 0,2) = 0,008

21 , 0 008 , 0 5

, 3

32 , 2413

7115 , 0 156 , 0

9,7730

vịt có trọng tải lớn, số lượng cánh càng tăng, hiệu suất công tác có tăng lên đôi chút nhưng đường kính càng giảm Nếu chỉ dựa vào điều kiện tăng hiệu suất công tác thì chưa đủ mà phải chú ý đến sự chấn động khi tàu chạy Số lượng cánh có ảnh hưởng rất lớn đến tần số và biên độ của các lực kích thích sinh ra trong lúc chân vịt làm việc Chân vịt có cánh ít thì dễ chế tạo, song khi làm việc thì gây rung động nhiều Ngược lại chân vịt có cánh nhiều sẽ khó chế tạo nhưng khi làm việc thì ít gây rung động, vì khi tăng số lượng cánh tần số dao động của các lực xung kích tăng lên nhưng bản thân các lực ấy giảm trị số vì tải trọng sinh ra trên mặt cánh giảm

Mặt khác khi tăng số lượng cánh, hiện tượng ăn mòn mặt cánh giảm xuống Theo lý luận thiết kế chân vịt của Papmiel xét trên quan điểm chân vịt làm việc tốt khi hệ số

d

K ' = Vp.D

P

 > 2 thì chọn Z = 3

425 , 9031

5 , 104

8

P V

8

p V

P



688,5.5,104 4,0

425,9031.8

Vậy Dtư > Dsb Nên ta chọn: D = Dsb = 3,5 (m ) để tính toán

Công suất yêu cầu của tàu thiết kế

p v i

Khi thiết kế chân vịt, ta nên chọn tỷ số mặt đĩa sao cho vừa đủ độ bền, vừa

không xảy ra hiện tượng sinh bọt khí trên mặt cánh chân vịt, đồng thời phải đảm bảo

hiệu suất công tác cao, do đó cần thỏa mãn điều kiện: t max (‟

min , ‟‟

min)

Để đảm bảo đủ độ bền của cánh chân vịt thì tỷ số mặt đĩa thiết kế t phải đảm

bảo điều kiện sau: t > ‟

min

Ta có: ‟

min = 0,375

3 '

C

cv  .3 10000

'.P m

Trong đó:

C‟ = 0,055 - hệ số đặc trưng độ bền chân vịt làm bằng thép không gỉ hoặc hợp kim đồng ;

m‟ = 1,15 : Hệ số khả năng quá tải của chân vịt ;

δmax = 0,08 ÷ 0,10 - độ dày tương đối của chân vịt Chọn δmax = 0,08

min = 0,375

3

08 , 0

3 5 , 3

055 , 0

425,9031.15,1

≈ 0,267

Ta có: ‟‟min = 1.30 ξ 2

1

)(n D p

k cv

pbh : áp suất hơi bão hoà

Bảng – Áp suất hơi bão hoà

688,5



cv

p p n D

V



Chọn H/D = 0,8 (Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thuỷ - Nguyễn Đăng Cường)

Giá trị Kc tra trong đồ thị (Lý thuyết tàu thủy - Nguyễn Cảnh Thanh – tr.286)

24 , 0 5 , 1 130

.

p

K cv

Ta có số cánh chân vịt Z = 3 (chọn theo papmiel ), Seri 365 Lúc này ta cần

chọn tỷ số mặt đĩa t thỏa mãn điều kiện trên, theo đồ thị papmiel đối với Z

= 3 thì ta chọn giá trị t= 0,65

Vậy ta chọn tỷ số mặt đĩa  = 0,65 để thỏa mãn điều kiện

 Hiệu suất thân tàu k

k = 1 , 09

21 , 0 1

144 , 0 1 1

 Hiệu suất xoáy η R

Sự thay đổi mômen chân vịt khi làm việc sau đuôi tàu so với khi làm việc trong

nước tự do là không lớn nên chọn ηR = 1,025

 Ta có các thông số đã biết:

Lực đẩy chân vịt: P = 9031,425 (kG) ; Sức cản thân tàu : R = 7730,9 (kG) ; Tốc độ tàu ở chế độ hàng hải tự do: V = 14 (Hl/h) ; Tốc độ tịnh tiến của chân vịt: Vp = 5,688 (m/s) ;

Hệ số dòng hút: t = 0,144 ; Hiệu suất thân tàu: k= 1,09 ;

Hiệu suất môi trường: mt= 0,8;

K

cv

p n

P K

V R



 75

.

ML 1394 1471 1504 1558 1595 1635 1765 1839

10

mt t hs

d eycdc

N N

Với những công suất lớn hơn nhƣ trên đồ thị chọn máy ta tiến hành chọn máy

dựa theo tài liệu tham khảo máy trong quá trình chọn ta đƣợc 4 máy nhƣ sau:

TT Mã hiệu Thông số kỹ thuật

Ne (HP) ncv(v/p) HÃNG SX

4 4S35MC 4200 170 MAN B&W

Từ những máy được chọn ta tiến hành vẽ đồ thị chọn máy để lựa ra máy thích hợp

nhất làm máy chính cho tàu thiết kế : ta chọn máy 1 vì thỏa mãn trong vùng chọn và

công suất dư ít nhất

Với các giá trị ở bảng trên ta xây dựng được đồ thị chọn máy:

II Tính chọn máy chính

Để chọn máy chính ta xác định vùng tốc độ chân vịt có thể chọn cho tàu thiết

kế từ giá trị ncv ≥ 170 (v/p) Vùng được phép chọn là vùng bên phải của đường giới

hạn trên đồ thị

Dựa vào các Catalog động cơ và trên đồ thị chọn máy ta chọn được động cơ

chính cho tàu thiết kế với các thông số sau :

Động cơ 4UEC37LA của hãng MITSUBISHI

- Công suất định mức: Ne = 2773 HP (2080 KW)

- Tốc độ quay định mức: nđm = 210 (rpm)

- Suất tiêu hao nhiên liệu: ge = 133(g/ML.h)

- Tốc độ quay của chân vịt: ncv = 210 (v/ph);

5 , 104 5

, 3

688 , 5

P n

V

K

cv

p n

688 , 5

425 , 9031

D n

P K

 1, 'p

p f K 

  Tra đồ thị đƣợc p  0 , 625

Vậy máy chính ta có các thông số sau :

Tốc độ quay của chân vịt: ncv = 210 (v/ph);

0 , 625

6 , 2 5 , 3

688 , 5



D n

V cv

p p

K cv c

26 , 0 5 , 1 130

.

p

K cv

Qua kết quả trên ta có thể kết luận chân vịt được chọn là phù hợp với máy,

đảm bảo được điều kiện làm việc bình thường, không sinh bọt khí

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ HỆ ĐỘNG LỰC

TÍNH TOÁN HỆ TRỤC:

 Tính toán vị trí chân vịt:

Ta chọn tàu một chân vịt nên ta có các thông số sau :

Theo điều kiện : Ta có D = 3,5 (m)

- Các thông số ta chọn như trên có thể đảm bảo cho chân vịt tàu hoạt động với

hiệu suất cao nhất giảm hiện tượng rung lắc vỏ tàu, do chân vịt gây ra

1 Xác định kích thước cơ bản:

- Để tính được kích thước hệ trục, trước hết phải xác định được phụ tải tác dụng

lên hệ trục Trong quá trình làm việc hệ trục chịu tác động của rất nhiều lực

Việc tính toán chính xác các phụ tải này rất khó khăn, do đó việc tính toán

kích thước hệ trục tàu chủ yếu dựa vào các công thức kinh nghiệm để tính

Trong trường hợp chung việc thiết kế hệ trục bao gồm các bước sau:

 Chọn vật liệu hệ trục

 Tính toán kích thước và chọn kết cấu hệ trục

 Tính phụ tải gối trục

 Nghiệm độ bền hệ trục

2 Cơ sở ban đầu:

- Thông số kỹ thuật của chân vịt

-Chiều dài buồng máy là 8500 mm

-Chiều cao buồng máy là 3140 mm

* Căn cứ vào bản vẽ kết cấu và vị trí buồng máy:

Chọn khoảng cách từ máy chính tới vách buồng máy là: 1500(mm)

Khoảng cách từ đầu mút củ chân vịt tới cạnh trước bánh lái là: 214(mm)

Khoảng cách từ vách buồng máy tới cạnh trước bánh lái là: 12518 (mm)

Chiều dài máy chính: 3950 (mm)

Vậy ta chọn sơ bộ hệ trục tàu có 1 trục chân vịt dài 4265 mm Trục trung gian

dài 1125 mm

Vật liệu chế tạo trục là thép không gỉ, trục chân vịt có kết cấu trục đặc, trơn

và có bích liền phía mũi Ở đầu trục phía lái được gia công côn trục và có rãnh then

để lắp với chân vịt

Kết cấu ống bao trục chân vịt gồm hai phần: phần thân ống bao và hai bích

ống bao Hai bích này được nối vào hai đầu thân ống bao bằng mối ghép ren và cũng

là nơi đặt hai bạc lót trục chân vịt

Bạc lót phía lái và phía mũi đều được làm bằng babit Phương án bố trí hệ

trục được thể hiện như hình vẽ sau:

b , Chọn vật liệu cho trục :

Theo quy phạm VN về phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 6259-2003 Phần 3

mục 6.2 thì vật liệu chế tạo trục phải có giới hạn bền kéo danh nghĩa nằm trong

khoảng 400-800 (N/mm2

)

Mặc dù giá thành của thép không gỉ là cao hơn các loại thép khác tuy nhiên

không cần phải dùng áo trục, do vậy kích thước của bạc trục sẽ nhỏ đi, giá thành của

hệ trục cũng giảm, kết cấu và việc lắp ráp hệ trục sẽ đơn giản hơn

Ta chọn vật liệu hệ trục là thép không gỉ auxtenit 316 có các tính năng cơ bản

dtg : đường kính trục trung gian (mm)

F1 : hệ số liên quan đến loại động cơ ; F1 = 100

K1: hệ số kể đến đặc điểm của trục ; K1 = 1

N : Công suất liên tục lớn nhất của động cơ N = 2080(kW)

ncv : Tốc độ quay của trục chân vịt, ncv = 210 (v/ph)

n

N K

ncv : Tốc độ quay của trục chân vịt, ncv = 210 (v/ph)

K: hệ số liên quan đến vật liệu ; K = 1,16

+Ứng suất nén cao, tản nhiệt nhanh

- Chiều dài làm việc của gối đỡ trục chân vịt :

+Gối đỡ phía mũi: L1 = (1÷2)dcv

Chọn L1 = 2,0.dcv = 2,0*250 = 500 (mm)

+Gối đỡ phía lái: L2 ≥ (2,5)dcv

Chọn L2 = 4,0.dcv = 2,5*250 = 625 (mm)

Bố trí 2 gối đỡ trục chân vịt đặt trong ống bao trục,khoảng cách giữa hai gối đỡ

trục chân vịt: (Thiết kế và lắp ráp tàu thuỷ- Nguyễn Đăng Cường)

12dcv < Lcv < 22dcv

 3000 < Lcv < 5060

- Chọn Lcv = 3050 (mm)

Bôi trơn và làm mát gối trục chân vịt:bằng dầu

 Gối trục trung gian:

- Gối trục trung gian là ổ trượt

- Chiều dài làm việc của gối đỡ trục trung gian :

Chiều dài đoạn côngxôn tính từ trọng tâm gối đỡ phía lái ngoài cùng đến mút

nắp xuyên dòng hay mặt đầu ren đuôi

lm : chiều dài mayơ củ chân vịt, lm = 0,26D = 910(mm)

l2 : Chiều dài gối đỡ phía lái, l2 = 650(mm)

+12,7) = 0,6*(250

12 +12,7) =20,12 mm Chọn S1 =25 mm

Các thông số khác của ống bao:

+ Trục chân vịt đƣợc kiểm tra cho phần giữa các gối đỡ trong ống bao trục và phần

công xôn gắn chân vịt

Ta có sơ đồ kiểm tra sức bền tĩnh của hệ trục chân vịt như sau:

(Người ta coi trọng lượng chân vịt G cv tác dụng lên trục chân vịt như một lực tập

Vì trục chân vịt có phần côngxôn và có tải trọng tập trung trên đó nên mặt cắt

nguy hiểm do uốn là tại gối đỡ phía lái, do đó ứng suất uốn lớn nhất

u u

1

l q

Người ta coi trọng lượng chân vịt Gcv tác dụng lên trục chân vịt như một lực tập

trung đặt ở phần côngxôn

Theo KOPIEJECKI thì trọng lượng của chân vịt Gcv được xác định theo công thức

sau:

0,6 0,6

4 6, 2 2.10 0,17 0,59 ( )4.10

b

p

o m

484 , 0 530 ,

u

u

M

kG mm W

cv n

 Kiểm tra bền gối đỡ _ Tính áp lực riêng cho phép trên các gối đỡ

Thực tế sử dụng hệ trục cho thấy rằng phụ tải do trọng lượng bản thân trục và

các phần tử khác gắn trên trục phân bố không đều, gối đỡ trục chân vịt chịu tác dụng

của phụ tải lớn nhất do có phần công xôn

Muốn tính áp lực riêng trên các gối đỡ, trước hết cần tính phản lực trên các gối

đỡ Để giải bài toán này người ta coi hệ trục như một dầm liên tục được đặt trên các

gối đỡ, một đầu là đoạn côngxôn (đoạn lắp chân vịt) và đầu kia có liên kết ngàm

Sơ đồ xác định phản lực trên các gối đỡ

Để giải bài toán này, em dùng phần mềm RDM6 đã học trong học phần

“Phương pháp phần tử hữu hạn” để có được kết quả nhanh và chính xác Phần

mềm RDM6 còn cho kết quả của chuyển vị, momen, ứng suất

- Trọng lượng chân vịt Gcv = 1523(kG) = 15230 (N)

- Đường kính trục chân vịt: dcv = 250 (mm)

- Vật liệu chế tạo trục là thép không gỉ, khối lượng riêng 7,85 (tấn/m3 )

- Cường độ tải trọng của trục q = 0,447 (kG/mm) = 4,47(N/mm)

- chiều dài trục chân vịt Lcv = 4580 mm

+ Nhập các thông số vào phần mềm và chạy chương trình RDM6 cho ta các kết quả:

** SƠ ĐỒ TÍNH TRỤC CHÂN VỊT :

 Biểu đồ Momen uốn:

Phản lực tại các gối như sau :

o Yêu cầu áp lực riêng phải thỏa mãn điều kiện: p  [p]

o [p] - Áp lực riêng cho phép trên gối đỡ, Mpa

o 2  

2

11074,51

0, 097( )125000

R p S

Vậy áp lực riêng trên các gối đỡ đảm bảo nhỏ hơn giá trị cho phép

 Nghiệm bền hệ trục:

+ Lực đẩy chân vịt:

Pm=

v

N e.P

.75

Ne

71620

=71620 * 2080

210 = 709379,04 (kG.cm)  MKP = 709379,04 (kG.mm)

+ Mô đun chống xoắn:

c=

F

P m

=4 cv2

m d

P

4 *10833 3,14 * 250 = 0,088(kG/mm2)

+ Điều kiện bền của trục đƣợc kiểm tra theo lý thuyết bền thế năng biến đổi hình

dạng:

.3)(c u m  KP (kG/mm2) Với: m=2,5 kG/mm2 - Ứng suất phụ sinh ra do lắp ghép không chính xác và

do vỏ tàu biến dạng (theo Nicolaiep)



Với: a: là ứng suất chảy của vật liệu trục, a = 27,5 (kG/mm2)

np = 3,5 : hệ số an toàn (theo Nikolaiep)

kG mm n

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG

A-HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU

1.Lựa chọn phương án bố trí hệ thống nhiên liệu:

- Các van và phụ tùng đường ống có nhiệt độ thiết kế > 600 C và nhỏ hơn 1500

C và áp suất thiết kế > 1 MPa và < 1,6 MPa

- Lắp đặt các van chặn ở đầu hút và đầu đẩy của bơm nhiên liệu

- Các mối liên kết ống phải có kết cấu cứng và vòng đệm kim loại kín dầu

- Trang bị 2 két dầu đốt trực nhật cho mỗi loại dầu đốt ( FO và DO ), dung tích

của mỗi két dầu đốt này phải đủ cấp cho máy chính hoạt động tối thiểu 8h

trong điều kiện tải thông thường

- Các bơm chuyển dầu cho két hoặc bơm tuần hoàn thì thường sử dụng bơm

bánh răng dẫn động cơ giới và bơm dẫn động bằng điện

ge = 133(g/ML.h) = 180,7 (g/Kw.h) : Suất tiêu hao nhiên liệu của máy chính

T = thời gian hành trình tàu = 15 ngày = 360 giờ

Theo số liệu thống kê từ tàu mẫu thì khối lƣợng dầu DO sử dụng chiếm khoảng

25% khối lƣợng dầu FO cần thiết :

Bố trí chung toàn bộ hệ thống

B- HỆ THỐNG HÚT KHÔ (LACANH)

Nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô:

Hệ thống hút khô đảm bảo hút nước trong các khoang của tàu và đưa nước đó

ra mạn khi có điều kiện và được phép trong các chế độ khai thác bình thường của tàu

Hệ thống này đảm bảo hút các chất lỏng nói chung bị tràn ra khoang, ngoài ý định

của người sử dụng Nước tràn này thường nằm ở chỗ trũng nhất của đáy khoang, đáy

két Nguồn gốc của chất lỏng này đa dạng Nước thâm nhập vào tàu bằng nhiều ngả,

nước mạn qua chỗ hở, nước mưa theo các cửa hầm, nước tràn khi nhận hàng; nước,

dầu bị rò rỉ từ các đường ống, máy móc, thiết bị ra tàu sẽ được tập trung tại các giếng

bố trí trong các khoang Hệ thống hút khô qua các đầu hút đặt tại các giếng hút nước

và tập trung về nơi đã định, tiến hành xử lý theo cách vừa nêu

Những yêu cầu chính của hệ thống hút khô là: đảm bảo hút khô các khoang

kín nước và các khoang có chứa nước, năng suất bơm hút khô phải đảm bảo hút khô

các khoang nêu trên Hệ thống hút khô phải có khả năng hoạt động trong điều kiện

tàu chúi dọc hoặc nghiêng Hệ thống bơm được tính toán và bố trí đảm bảo rằng

nước không từ khoang này sang khoang khác Các van ống hút được điều khiển từ vị

trí dễ quan sát và dễ tiếp cận Tất cả các van bằng tay phải được bố trí tại các vị trí

người thao tác đi đến dễ dàng Bơm hút khô kiểu tự mồi Công suất bơm tính đủ để

vận tốc dòng trong ống không nhỏ hơn 2m/s

Bố trí đường ống hút khô

Các bơm và hệ thống hút khô được bố trí để giữ buồng máy, khoang hàng khô

ráo được gọi là bơm và hệ thống hút khô

Thường có ba hệ thống hút khô:

Hệ thống thứ nhất được trang bị bơm nhỏ có khả năng giải quyết lượng nước

la canh nhỏ thông thường hàng ngày Bơm hút khô này bơm nước bẩn (nước và dầu)

vào két chứa la canh bẩn

Từ két này nước lacanh được bơm nhỏ khác bơm qua bộ phân ly dầu nước và

chỉ có nước đủ độ sạch mới được đưa ra mạn Nếu nước không đủ độ sạch, nó sẽ

phải đi tới két chứa khác có tên là két chứa bẩn

Hệ thống thứ hai trang bị bơm lớn hơn có thể bơm nước lacanh ra thẳng ngoài

mạn nhưng hệ thống này chỉ được phép dùng trong trường hợp khẩn cấp

Hệ thống thứ ba là dùng khả năng hút trực tiếp lacanh buồng máy bằng bơm

nước làm mát chính Sản lượng bơm này cực lớn dành cho trường hợp bục vỡ lớn

trong tình trạng khẩn cấp

Bố trí đường ống và nhánh hút khô phải đảm bảo hút khô được bất cứ khoang

kín nước nào bằng một bơm bất kì

Bố trí đường ống hút khô phải đảm bảo không để nước ngoài mạn chảy vào

trong tàu cũng như từ khoang kín nước này sang khoang khác

Mỗi bơm hút khô độc lập phải có nhánh ống hút khô trực tiếp khang đặt bơm

đó

Thông thường đặt ống hút khô ngoài không gian đáy đôi ,nếu đặt đường ống

trong đáy đôi thì phải đặt van một chiều ở mỗi nhánh hút đặt trong khoang kín nước

Van khóa một chiều trên nhánh ống hút khô sự cố buồng máy phải ở nơi cao

hơn sàn buồng máy có biển ghi “ chỉ dùng cho hút khô sự cố”

Cách bố trí và số lượng nhánh ống hút khô phải được chọn cụ thể tùy theo

hình dáng và kích thước của khoang cần được hút khô

Mỗi khoang được hút phải có ít nhát 2 nhánh ống hút khô

Các nhánh ống hút khô phải đảm bảo hút khô toàn bộ khoang khi tàu nghiêng

50 bất kì phương nào

Các nhánh ống hút khô phải đặt trong tùng khoang kín nước dọc theo 2

mạn,trong khoang mũi,khoang đuôi và khoang có đáy dốc hơn 50

các nhánh ống hút phải đặt gần mặt phẳng trọng tâm

Trang bị và bố trí đường ống hút khô thuộc loại hệ thống an toàn quan trọng

phải tuân thủ theo luật

Mục đích đơn giản của hệ thống hút khô là bơm bỏ ra ngoài lượng nước

không mong muốn (nước, dầu bẩn, nước ngoài mạn rò rỉ vào buồng máy, khoang

hàng)

Những luật chính phủ ban hành hoặc quy phạm do Đăng kiểm đưa ra phải

tuân thủ các luật quốc tế SOLAS SOLAS cho rằng bố trí hệ thống đường ống hút

khô, bố trí hệ thống đường ống ballast và bố trí hệ thống đường ống cứu hỏa và bố trí

trang thiết bị cứu hỏa phải thành ba hệ thống độc lập có thể thay thế công việc của

nhau nếu cần thiết nhưng với lưu ý là không dùng hệ thống hút khô để cứu hỏa

Lượng nhỏ nước có thể tích tụ trên tàu do ngưng tụ, rò rỉ ống, do rửa, do xả

bẩn đặc biệt ở các “tàu mở”

Việc ngưng tụ xảy ra khi không khí ẩm tiếp xúc với bề mặt lạnh Trong các

trường hợp thuận lợi, nước chảy xuống các bề mặt và vào giếng la canh và từ đó nó

thể được bơm ra ngoài mạn Khi nước còn lại ở hàng hoặc thấm vào hàng thì hàng có

thể hư hỏng

Tàu không có nắp hầm hàng được gọi là “tàu mở” phải có trang bị bơm có sản

lượng bổ sung trong hệ thống la canh để rút hết nước mưa đọng hoặc nước biển hắt

vào (điều khoản 59, mục phụ 59 của SOLAS) Hệ thống la canh hầm hàng phải có

khả năng vét hết nước hầm hàng và được làm sạch càng nhanh càng tốt Công tác

này phải được ghi vào sổ lệnh của tàu khi tiến hành Đối với một số loại hàng nguy

hiểm, hệ thống hút khô phải có khả năng bơm nước la canh từ bất kể hầm hàng riêng

biệt nào Hàng nguy hiểm phải được xắp xếp cách ly nhau Giấy phép chở hàng nguy

hiểm của tàu rất chú trọng loại hàng nguy hiểm nào có thể được tàu chuyên chở

Van ở giếng la canh (đối với lacanh buồng máy) phải phù hợp với thiết bị an

toàn bảo đảm rằng hàng hóa nguy hiểm không thể tình cờ xâm nhập vào môi trường

hoặc trong tàu

Để quyết định lượng chất lỏng trong giếng phải có:

- Với hệ thống thao tác bằng tay Đo bằng dây đo dùng trong ống đo tới tận

đáy của két hoặc giếng la canh để cho phép đo chiều cao chất lỏng

- Với hệ thống đo từ xa Mức chất lỏng cho phép đọc từ bộ chỉ thị trong buồng

máy (điều khiển từ xa) Hệ thống báo động có thể dùng phao đặt ở giếng la canh và

khi mực chất lỏng dâng lên sẽ tác động vào phao đó Khi phao bị tác động và nổi ở

mức nào đó thì tín hiệu báo động sẽ được kích hoạt

Ngay khi có tín hiệu báo động ở giếng la canh được kích hoạt, báo động ở

panel điều khiển cũng được kích hoạt Với buồng máy không người điều khiển thì kỹ

sư đi ca sẽ được thông báo về báo động Hệ thống hút khô bao gồm các thành phần

sau:

Các bơm hút khô

Các bơm này phải luôn sẵn sàng cho sử dụng được ngay Tuy nhiên, chúng

cũng có thể được sử dụng cho các mục đích khác phù hợp với các quy định

Bơm hút khô phải là loại bơm tự mồi Điều này có nghĩa là chúng không có

nhu cầu mồi bằng nước để có thể hút nước từ không gian dự định nào đó

Các phụ kiện (thiết bị phụ)

Trong vận tải tàu biển, phụ kiện nghĩa là các

van, van an toàn, các nút bịt, phin lọc, bộ phân phối…

Một vài ống hút được gắn vào ống góp Các đường

hút được gắn các van dùng để đóng mở chính các

đường này Để duy trì sản lượng cao nhất có thể khi có

nhiều đường hút tới bơm chỉ nên mở một van hút cho

một giếng nào đó Khi quá nhiều van cùng mở một lúc,

khả năng hút tại giếng bị giảm đi Van một chiều được

sử dụng là loại check valve Van một chiều được đặt

trên đường hút để tránh nước chảy ngược lại giếng la

canh

Ghi chú:

1- Chốt treo 2- Hướng dòng chảy 3- Van đóng lại (đường liền) còn khi mở ra (đường chấm chấm) Vật liệu: Ống góp là loại ống gang Đế van, ti van bằng đồng đỏ (đồng đỏ

không bị nước biển ăn mòn)

Đường dẫn hút khô chính được bố trí trong buồng máy, dọc tàu và chạy từ

ống góp tới phía hút của bơm Đường hút chạy từ ống góp tới các ngăn cần được

nối

Đường ống hút khô chính thường làm bằng thép không gỉ Hệ thống hút khô

ở trong buồng máy bao gồm 1 hệ thống trực tiếp (bắt buộc) và 1 hệ thống gián tiếp

Hệ thống gián tiếp hoạt động thông qua ống góp

Các đường hút

Các hầm hàng được bố trí 4 giếng la canh, mỗi cái một góc hầm hàng Chúng

phải được nối từ chính đường hút của mình tới đường hút chính Ở từng giếng mức

nước sẽ được dồn về tùy thuộc độ nghiêng hay độ chúi

Giếng la canh

Giếng la canh có nắp giếng được khoan các lỗ nhỏ đậy lên miệng giếng

Trong giếng có thể bố trí bộ phận hâm sấy dùng hơi, ống thổi rác dùng khí nén Đầu

hút của ống hút được đưa xuống giếng la canh Ổ đầu ống có lưới lọc rác Trong

phần đầu ống hút có van một chiều Các ống hút này được chạy tới ống góp Tại ống

góp còn có một đầu hút tự do Khi có hiện tượng rò rỉ lớn xảy ra, người ta sử dụng

đầu tự do này để dùng bơm làm mát máy chính sản lượng lớn như một bơm hút khô

khẩn cấp hút nước ra Điều này được gọi là hút sự cố Van được thao tác bằng tay có

tay van sơn đỏ đường kính lớn nổi trên mặt sàn la canh

Cách bố trí miệng hút khô

a) Bố trí theo mặt phẳng cắt dọc giữa b) Bố trí theo rãnh hút khô c) Bố trí theo

rãnh bên mạn và giếng hút khô

1 Sàn khoang; 2 Miệng hút khô; 3 Rãnh hút khô; 4 Giếng

Miệng hút

Máy phân ly (làm sạch nước lacanh )

Theo Công ước MARPOL nước la canh từ buồng máy không được phép bơm

thẳng ra mạn Bất kể nước có chứa dầu nào đều phải qua máy phân ly dầu nước để

tách dầu khỏi nước Nước ở một trạng thái nhất định có thể được bơm qua mạn Dầu

được cho vào két dầu bẩn Máy lọc phân ly dầu nước kèm đồng hồ đo hàm lượng dầu

và hệ thống báo động là bắt buộc đối với tàu có trọng tải lớn

Tàu thiết kế có tải trọng nhỏ và không chạy quốc tế nên có thể không cần thiết

phải bố trí máy phân ly

Hệ thống điều khiển từ xa cho hệ thống hút khô

Ngày nay, người ta có nhiều phương án lựa chọn cho hệ thống điều khiển từ xa

như:

- Điều khiển bằng cơ khí

- Điều khiển bằng điện

- Điều khiển bằng khí nén

- Điều khiển bằng thủy lực

- Điều khiển kết hợp

Ở đây ta chọn kiểu điều khiển kết hợp điện – khí nén cho hệ thống tính toán

Sơ đồ hệ thống điều khiển:

+ Cảm biến lượng nước trong giếng la canh nhờ 2 thanh kim loại (đồng)

+ Khi mức nước trong giếng đầy thì 2 thanh kim loại cùng tiếp xúc nước tạo

một tín hiệu điện cho bảng điều khiển cấp tín hiệu mở van, khởi động bơm để

hút nước trong giếng ra ngoài

Chọn dnh = 65 mm

Tra bảng tiêu chuẩn đường ống ta chọn đường kính ngồi của ống nhánh là 80

mm

Trong đĩ:

l = 17,6 m – chiều dài khoang được hút khơ đo dọc đáy khoang

b = 7,6 m – chiều rộng khoang được hút khơ

-Vận tốc nước chạy trong ống chính khơng được nhỏ hơn 2 m/s Chọn v = 2 m/s

3.Lưu lượng bơm hút khơ:

II TÍNH TỐN THỦY LỰC

Kiểm tra chiều cao cột áp bơm hút khô khoang hàng:

Sản lượng bơm Q = 39m3 ;

Chiều cao cột áp h = 25,4m

Chiều dài ống l = 50 m; Đường kính trong ống d = 80 mm

tt

f l v

d g = (0,023*67,39.22)/(0,08*2*9,8) = 3,95 m

Chiều cao hút: z = hh – h1 -

22

v

g= 7,5 – 3,95 - 4/(2*9,8) = 3,35 m Chiều cao hút mà bơm phải thực hiện chỉ 0,8 m, điều này phù hợp với thông số hh

đã chọn

Tổn thất chiều cao ống đẩy tính đƣợc h = 1,5m

Khoảng cách từ miệng xả đến mặt thống z = 3 m

Nhƣ vậy, chiều cao yêu cầu phải là:

H1 + h + z = 3,95 + 1,5 + 3 = 8,45 m

Chiều cao cột áp bơm đã chọn 25,4 m thỏa mãn yêu cầu đặt ra