ĐỒ ÁN MÔN HỌC TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC THIẾT KẾ TRANG TRÍ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU HÀNG 1800 TẤN

- Tàu hàng 1800 là loại tàu vỏ thép,kết cầu hàn hồ quang, tàu được trang bị một máy chính 6L350PN truyền động trực tiếp cho một hệ trục chân vịt tàu được thiết kế để chở hàng khô.. - Coi

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG

1- Giới thiệu chung về tàu

1.1-Loại tàu, nhiệm vụ, vùng hoạt động

- Tàu hàng 1800 là loại tàu vỏ thép,kết cầu hàn hồ quang, tàu được trang bị một máy chính 6L350PN truyền động trực tiếp cho một hệ trục chân vịt tàu được thiết kế

để chở hàng khô

- Tàu hàng 1800 được thiết kế thoả mãn hạn chế cấp II theo qui phạm phân cấp

và đóng tàu vỏ thép - 1997 do Bộ khoa học công nghệ và môi trường ban hành Phần

động lực được thiết kế thoả mãn tương ứng cấp hạn chế II theo TCVN 6259-3: 1997

1.2-Các thông số kích thước của tàu

§ Chiều dài lớn nhất Lmax = 69,75 m

§ Chiều dài thiết kế L = 66,3 m

2.2-Các thông số chủ yếu của máy chính

2.3- Các thiết bị gắn trên máy chính

- Bơm nước biển làm mát : 01 chiếc

- Bơm nước ngọt làm mát : 01 chiếc

- Bơm dầu nhờn tuần hoàn : 01 chiếc

- Bơm tay dầu bôi trơn : 01 chiếc

- Máy nén khí : 01 chiếc

2.4 - Các thiết bị kèm theo máy chính

- Bầu lọc dầu đốt 01 chiếc

- Bầu lọc dầu nhờn: 01 chiếc

- Bầu làm mát dầu nhờn: 01 chiếc

- Bầu làm mát nước ngọt: 01 chiếc

- Ông bù hoà: 01 chiếc

- Bình khí nén khởi động: 02 chiếc

- Bình khí nén điều khiển: 01 chiếc

3-Thiết bị trong buồng máy

3.1-Tổ máy phát điện

3.1.1 - Diesel lai máy phát

- Kí hiệu: 6135A Caf

- Số lượng: 02 chiếc

- Công suất định mức (Ne): 120 CV

3.1.3-Kèm theo mỗi tổ máy phát điện

- Bơm nước biển làm mát: 01 chiếc

- Bơm nước ngọt làm mát: 01 chiếc

- Bầu làm mát nước ngọt: 01 chiếc

- Bầu làm mát dầu nhờn: 01 chiếc

- Bơm dầu nhờn tuần hoàn: 01 chiếc

- Két nước giãn nở: 01 chiếc

CHƯƠNG II TÍNH SỨC CẢN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

A.Tính sức cản

1-Các thông số kích thước của tàu

- Chiều dài lớn nhất Lmax = 69,75 m

- Chiều dài thiết kế L = 66,3 m

C

V L

D S

Trong đó : D-trọng lượng tàu (tấn) D=γ.V

L-Chiều dài tàu

Cp-Tra theo đồ thị 6-1(Sách Lực cản tàu thuỷ)

Qúa trình tính toán theo bảng:

V L

D

.

2.3- Xác định tốc độ tàu và lực cản của nước

Công suất truyền cho chong chóng

K : hệ số dự trữ công suất K = 0,9

Công suất đẩy tàu : EPS = NP ηP = 864,36.0,42 = 363,02 (CV)

Trong đó : ηP : hiệu suất chong chóng

1-Chọn vật liệu cho chong chóng

Theo bảng 77 chọn vật liệu chong chóng tuỳ theo loại tàu

(trang 257 sách thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thuỷ của Nguyễn Đăng Cường )

chọn loại đồng thau kí hiệu Aa55 3 1 ,giới hạn bền σ =48KG/cm2

R

=

249 , 0 1

9 , 5857

Trong đó:

ρ-Mật độ nước biển ρ = 104,5(KGs2/m4)

D-Đường kính chân vịt D = 2,8(m)

⇒K d′ = 3,098.2,8

24 , 7796

5 , 104

098 , 3 4

24 , 7796

5 , 104

max D

C′:Hệ số phụ thuộc vào vật liệu làm chong chóng

Với vật liệu là đồng thau C′ = 0,055

m:Hệ số phụ thuộc vào loại tàu

Với tàu hàng m = 1,15

D:Đường kính sơ bộ của chong chóng D = 2,8 (m)

δmax-Chiều dày tương đối lớn nhất của tiết diện cánh tạI bán kính R=0,6 Chọn

10

24 , 7796 15 , 1 1 , 0 8 , 2

4 055 , 0

= 0,308

⇒Chọn θ = 0,55

5-Nghiệm lại vận tốc tàu để chong chóng sử dụng hết công suất

N o Đại lượng tính Kí

1 Vận tốc tàu v hảilí /h Giả thiết 9 10

2 Vận tốc tịnh tiến vp m/s vp=v(1-ω) 3,098 3,44

3 Lực đẩy chong

R P

p n

P n

p n

D n

P K

.

'.

max

θmin = 0,3753

4 2

10

24 , 7796 15 , 1 1 , 0 85 , 1

4 055 , 0

Vậy chong chóng thoả mãn điều kiện bền về tỉ số đĩa

6.2-Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng

θ ≥θmin = 130. 1 c (n p.D p) 2

P K ξ

np_Vòng quay của chong chóng ,n=6,25 (v/s)

Dp_ Đường kính tối ưu của chong chóng , Dp = 1,85 (m)

P_Áp suất tĩnh tuyệt đối tại vị trí đặt chong chóng

P = P0+γ.hb - Pd

P0_ áp suất trên mặt thoáng P0 = 10330KG/m2

Pd_áp suất hơi bão hoà ở 200C Pd = 238 KG/m2

γ _Trọng lượng riêng của nước biển γ = 1025 KG/m2

hb_Độ sâu của chong chóng so với mặt nước, hb = 3,3(m)

=> P = 10330 +1025.3,3 - 238 = 13474,5 KG/m2

⇒θmin = (6 , 25 1 , 85) 0 , 413 0 , 55

5 , 13474

2 , 0 6 , 1

<

=

Vậy điều kiện xâm thực được thoả mãn

7-Xác định khối lượng và kích thước chong chóng

Khối lượng chân vịt được xác định theo công thức

2 0 0 6

, 0 0 4

6 , 0 3

10

e D

d D

b D

* γm_Trọng lượng riêng của vật liệu làm chân vịt,vớiđồng thau γm=8600 (KG/m3)

* Đường kính phía trước củ chong chóng dt = 0.225D = 0,416 (m)

* Đường kính phía sau củ chong chóng ds = 0,18D = 0,333 (m)

* Đường kính lớn nhất của phần lỗ khoét

PHẦN III THIẾT KẾ HỆ TRỤC

H K d

s s

ĐƠN

VỊ NGUỒN GỐC TÍNH

KẾT QUẢ

1 Công suất liên tục lớn nhất H Kw Theo lý lịch máy 720,6

2 Vòng quay của trục chân

vịt ở CS liên tục lớn nhất n v/f Theo lý lịch máy 375

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu trục Ts N/mm

2 Theo bảng 6.2.4.1 540

6 Đường kính tính toán của

H K d

.

1

,

T n

N F

d

s d

+

≥ = 126,95 mm

Trong đó : F - hệ số tra bảng 3/6.1 , với động cơ diesel F= 100

Các thành phần khác giống phần đường kính trục chân vịt

Kết luận : Chọn dd = 200 (mm)

450

4 Đường kính vòng chia

D2 = (1,56÷1,75)DK = 312÷385 375

5 Chiều dày mặt bích đo tại

b1 = (0,19÷0,23).DK = 38 ÷ 46 50

Chiều dày mayơ bích nối S mm S = (0,12÷0,2)

db

Dk

3.1.2-Bulong bích nối

Theo quy phạm :

b S cv nDT

Da :đường kính ngoài áo trục

t1 : chiều dày áo bọc trục tại vùng có ổ đỡ

t2 : chiều dày áo bọc trục tại vùng không có ổ đỡ

3.3-Ống bao trục

Vật liệu chế tạo ống bao là thép

Chiều dày ống bao giữa 2 ổ đỡ : S1= 0,05Da +20 =31,5 (mm)

Chiều dày ống bao chỗ lắp ổ đỡ : S2 = (1,5 - 1,8 )S1 = 50 (mm)

1 Đường kính trục chân vịt ds mm Đã tính 200

2 Chiều dài ổ đỡ phía lái L1 mm L1≥ 3 ds =600 650

3 Chiều dài ổ đỡ phía mũi L2 mm L2≥(1÷2).ds =200÷400 450

4 Chiều rộng múi bạc B mm B = (70÷90) mm 70

5 Chiều dày múi bạc H mm H = (15÷25) mm 20

6 Chiều sâu rãnh nước làm

mát trên cung 800 t mm t = 0,01.ds 2,0

7 Bán kính rãnh nước R mm R = 0,443.ds 88,6

3.5-Tính chọn then

ST

KÍ HIỆU

ĐƠN

KẾT QUẢ

2 Chiều dài phần côn LK mm (1,6;1,8;2;2,2;2,6;3,3).ds 400

4 Đường kính trung bình DTB mm DTB = 0,5.(ds + Dmin) 165

5 Công suất trên trục N KW Lí lịch máy 720,6

6 Vòng quay trên trục n v/p Lí lịch máy 375

7 Mô men xoắn trên trục T N.mm T= 9,55.106.N/n 18,35.106

Lk : Chiều dài may ơ

cơ khí

25

13 12,2

4-Bố trí trục

Bố trí hệ trục gồm có:

- Đoạn trục chong chóng có chiều dài LCC = 4000 (mm) được đặt trên 2 gối đỡ trong ống bao trục

- Đoạn trục lực đẩy có chiều dài LLĐ = 1350 (mm) được được đặt trên 1 ổ đỡ chặn

Hệ trục nằm song song và cách chuẩn là 1300 (mm)

- Coi hệ trục như một đoạn dầm siêu tĩnh được đặt trên các gối đỡ, đầu bích coi như

một ngàm cứng, lực phân bố trên đoạn trục coi như đều Khi đó ta sẽ có sơ sơ đồ tải trọng tác dụng lên gối đỡ như sau:

5-Tính phụ tải tác dụng lên gối trục

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

+ Trọng lượng của chong chóng: G = 738,23 (KG)

+ Tải trọng phân bố trên trục (do trọng lượng bản thân):

Do ta chọn đường kính trục chân vịt bằng đường kính trục đẩy dcv = dđ = d = 20cm nên :

qcv = qđ =

4

. 2γ

π d

= 2,45 KG/cm

Trong đó :

- γ : trọng lượng riêng vật liệu trục, γ = 7,8.10-3 (KG/cm3 )

- Mô men xoắn do động cơ truyền cho chong chóng:

cv

e x

- Lực đẩy của chong chóng

5.1- Tải trọng phân bố trung bình, đường kính trung bình, mômen quán tính trung bình của các đoạn trục giữa các gối đỡ

- Tải trọng phân bố trung bình:

Do ta chọn dcv = dđ = d = 20 (cm) nên :





 + +

+

+ + +

+ + +

+

−

1

3 1 1 3 1

1 1 1

1

4

1

2

n

n n n

n n n

n n n

n n

n n n

n n

J

L q J

L q J

L M J

L J

L M J

L

M

Với n = 1÷3 Thiết lập hệ phương trình 3 mômen :







 + +

2

3 2 2 1

3 1 01 12

2 2 12

2 01

1 1 01

1

4

1

2

.

J

L q J

L q J

L M J

L J

L M







 + +

23

3 3 23 12

3 2 12 23

3 3 23

3 12

2 2 12

2

4

1

2

.

J

L q J

L q J

L M J

L J

L M

23

3 3 23 23

3 3 23

3

4

1

2

.

J

L q J

L M

1 1 2

2

.

+

+

− +

+

n

n n n

n n n

n n n

L

M M L

M M L

q L

01 0 01

2

2

.

L

M M G L q L

q

cc

− + + +

1 0 2 12 1 01

2

2

.

L

M M L

M M L q L

2 1 3 23 2 12

2

2

.

L

M M L

M M L q L

2

.

L

M M L

=

=85,75- 78,57 = 7,18 (KG)

Nghiệm lại kết quả :

Theo điều kiện :

∑

∑Q = G +∑q i L i

= G + qcv.Lcv + qd.Ld

i

i

).

cos 2 1

2)

= 0,78

Với n là số múi bạc cao su, n = 8

L1 : Chiều dài bạc sau L1 = 65 cm

L2 : Chiều dài bạc trước L2 = 45 cm

a : Bề rộng múi bạc a = 7 cm

R0 = 1695,4 KG

R1 = 252,317 KG Kết quả :

P0 = 1,85 KG/cm2

P1 = 0,4 KG/cm2

Với kiểu bạc cao su [P] = 3,5 KG/cm2

.L d

Kết luận : Bạc trục lực đẩy làm việc an toàn

6-Nghiệm bền hệ trục và các chi tiết

6.1-Nghiệm bền trục theo hệ số an toàn

Mumax

Mumax

KG.cm KG.cm

Lấy theo kết quả phần

trước

2833,76 73007,25

4

Đường kính nhỏ nhất của

đoạn trục dài nhất

-Trục lực đẩy -Trục chân vịt

Mômen cản uốn tại tại tiết

diện trục nguy hiểm

-Trục lực đẩy -Trục chân vịt

σu

σu

KG/cm2KG/cm2

σu =

u W

Mumax

3,61

93

7 Lực đẩy chân vịt P KG Đã tính 7796,24

σn

KG/cm2KG/cm2

σn =

F

P

24,83 24,83

σσ

KG/cm2 KG/cm2

σ = σm + σu + σn

328,44 417,83

12 Mômen xoắn trên trục Mx KG.cm

cv

e x

Mômen cản xoắn tại tiết

diện nguy hiểm

-Trục lực đẩy -Trục chân vịt

Tx

Tx

KG.cm2 KG.cm2

Tx =

x W

σ∑

σ∑

KG/cm2KG/cm2

n

n

n = Σ

σ

σ c

6,6 5,65

Kết luận : Trục được thiết kế thoả mãn về hệ số an toàn

6.2-Nghiệm biến dạng xoắn

Do ta chọn đường kính trục lực đẩy bằng đường kính trục chân vịt nên cần chỉ tính cho trục chân vịt vi trục chân vịt chịu tải trọng lớn hơn, nếu trục chân vịt thoả mãn thì trục lực đẩy cũng thoả mãn

STT TÊN GỌI KÍ

HIỆU ĐƠN VỊ CÔNG THỨC

TÍNH

KẾT QUẢ

2 Đường kính trục trục chân vịt dc mm theo thiết kế 20

3

Mômen quán tính độc cực tại

tiết diện nguy hiểm JPc cm4 JP =

32 d i4π

8 Góc xoắn cho phép [ϕ] 0/m Theo quy phạm 0,45

9 Góc xoắn trên trục chân vịt ϕc

0/m ϕ =

P

X J G

M

.

100 180

Kết luận :

Từ kết quả tính toán ta thấy ϕ < [ϕ] Như vậy trục được thiết kế thoả mãn về góc xoắn

6.3-Kiểm tra độ võng do uốn

Kiểm nghiệm trục về độ võng là việc đi xác định độ võng lớn nhất của các đoạn trục sau đó đem so sánh với độ võng cho phép theo quy phạm của Đăng Kiểm.Nếu độ võng tính được nhỏ hơn độ võng cho phép thì có nghĩa là độ võng của trụcđảm bảo.Tiến hành kiểm tra độ võng cho đoạn trục dài nhất và có mômen uốn lớn nhất (đoạn 0-1 trên trục chân vịt)

STT TÊN GỌI KÍ

HIỆU ĐƠN VỊ CÔNG THỨC TÍNH KẾT QUẢ

1 Chiều dài đoạn trục dài

2 Trọng lượng đơn vị dài q KG/cm đã tính 2,45

3 Mômen uốn cực đại M KG.cm M = M0 73007,25

4 Trọng lượng bản thân

5 Môđun đàn hồi vật liệu E KG/cm Với thép CT45 2,1.106

6 Mômen quán tính tiết diện J cm4 Đã tính 7850

7 Độ võng do trọng lượng

L G

384

.

5 3

1,57.10-3

8 Độ võng do uốn f2 cm f2 =

J E

L M

16

Độ võng trục f nằm trong giới hạn cho phép (f < [f]) Như vậy trục làm việc an toàn

6.4-Nghiệm độ ổn định dọc trục

HIỆU

ĐƠN VỊ CÔNG THỨC TÍNH KẾT QUẢ

1 Chiều dài đoạn trục lớn nhất l1 cm Đã có 180

TT ĐẠI LƯỢNG TÍNH KÍ

HIỆU

ĐƠN VỊ CÔNG THỨC TÍNH KẾT QUẢ

6 Trị số giới hạn của độ mảnh λ0 Chọn theo thép CT45 100

7 ứng suất nén tới hạn σ th KG/cm2

σ th =a−b λ+c λ02

chọn a=4640, b=32,6, c=0

σ

1386,56

Kết luận : K od > [ ]K od

σmax < [ ]σ od

Vậy trục làm việc đảm bảo độ ổn định dọc trục

6.5-Nghiệm bền các chi tiết lắp ráp trên trục

.

2 1

t h L D

T t

TB − (MPa)

Trong đó : T- momem xoắn trên trục động cơ , T= 187180 KG.cm

DTB - Đường kính trung bình của đoạn côn trục , DTB= 16,5 cm

Lt,h, t1- Đã tính ở phần tính chọn then

Kết quả : σds =52,5 MPa

σdb =63,02 MPa

- Nghiệm bền cắt :

Sử dụng công thức σd =

b L D

T t

TB .

2

6.5.2-Nghiệm bền bu lông bích nối

a) Nghiệm bền theo điều kiện cắt

D-đường kính vòng tròn chia tâm lỗ bulông D = 37,5(cm)

Mx- mô men xoắn trên trục động cơ Mx = 187180 (KG.cm)

F là tổng diện tích chịu cắt của cả 6 bulông

9 , 9982

Kết luận: Bulông đủ bền vềđiều kiện cắt

b) Nghiệm bền theo điều kiện nén

187180

Kết luận: Bulông đủ bền về điều kiện nén

c) Nghiệm bền theo điều kiện kéo

2

d π

d là đường kính bulông: d = 4 cm

⇒ 75 , 36

4

4 14 , 3 6

85 , 18786

=

=

k

Ứng suất kéo cho phép [ ]σ k = 0 , 4σ = 0,4 3200 = 1280 KG/cm2

f : diện tích nguy hiểm f = π.D2.b - n.db = 52747,5 (mm2)

D2: Đường kính vòng chia bu lông , D2=375 mm

n: Số bulông , n=6

db= Đường kính bulông, db=40 mm

b: Chiều dày bích nối tại vòng chia , b= 50 mm

Pt : lực tiếp tuyến do mô men xoắn gây ra

375

375 / 6 , 720 10 55 , 9 2

N

- ứng suất cắt cho phép của vật liệu

[ ]τ = 0 , 4 σ c = 125 N/mm2Kết luận :

Bích nối thoả mãn điều kiện bền cắt

PHẦN IV DAO ĐỘNG NGANG

1-Mục đích

Hệ trục tàu thuỷ có thể xem là một dầm liên tục có nhiều điểm đỡ, tại một vòng quay nhất định nào đó trên trục suất hiện hiện tượng nhảy không ổn định Nguyên nhân phát sinh hiện tượng trên là do trục di chuyển trong phạm vi khe hở của gối trục

và do đường tâm của trục không trùng với trọng tâm quay của trục Vận hành lâu dài trong tình trạng đó không những gối trục bị gõ một các trầm trọng, hệ trục hư hỏng mà còn gây ra chấn động vỏ tàu, hệ trục mất đàn tính sản sinh “ nhảy trục “ tại vòng quay nhất định người ta gọi vòng quay đó là vòng quay tới hạn

Phần lớn vòng quay công tác của hệ trục nằm dưới vòng quay tới hạn trừ một

số tàu như tàu khách, tàu nhanh, làm việc với vòng quay trên vòng quay tới hạn, độ cứng chắc của vật liệu trục lớn thì vòng quay tới hạn sẽ lớn, nếu vòng quay của hệ trục thiết kế cao hơn vòng quay tới hạn, trục tương đối dẻo sẽ tiết kiệm được vật liệu Thông thường thiết kế hệ trục, nếu chỉ cần đủ độ bền đều mong muốn trường hợp thứ hai vì lúc khởi động hay ngừng máy thời gian trục làm việc với vòng quay tới hạn là rất ngắn không gây nguy hiểm

Thiết kế hệ trục cần phải xem xét vòng quay tới hạn lớn hơn vòng quay công tác bao nhiêu, số dư không đủ độ võng sẽ tăng do lực li tâm và nhảy làm phản lực ngoại ngạch trong gối đỡ sẽ tăng lên

2-Sơ đồ hệ trục và các thông số dùng cho tính toán

G Ro Mo q R1 M1 R2 M2 R3 M3

l

- Khoảng cách giữa các gối:

3.2-Các bước tính của Shimanski

Lập bảng tính vòng quay tới hạn qua các bước sau:

- Bước 1: Hàng ngang đầu tiên trong bảng ghi thứ tự các đoạn trục, ô sau cùng là dầm treo

- Bước 2: Hàng ngang thứ hai ghi chiều dài các nhịp tính bằng cm

- Bước 3: Hàng ngang thứ ba ghi tỷ số chiều dài của 2 nhịp kề nhau:

l β

- Bước 4: Tính gần đúng n'k theo công thức:

n'k= 49,2

q

I E l

1 2 max

.µ (lần/s) Trong đó:

+ lmax - Chiều dài nhịp lớn nhất : lmax=180 (cm)

+ E - Môđuyn đàn hồi của vật liệu : E = 2,1.106 (KG/cm3)

+ I - Mô men quán tính tiết diện trục : I =

64 d4π

Trong đó:

+ A = 49,2

q

I E.

= 4035771.12

+ µn _ Hệ số kể đến cách cố định 2 đầu của nhịp

- Bước 6: Căn cứ vào các trị số µn và đồ thị, xác định được các giá trị:

an=X1n+X2n

- Bước 7: Tính các giá trị X1n , X2n của tất cả các nhịp và điền vào hàng ngang thứ 7

+ Nếu điểm tựa (gối đỡ) là cố định tuyệt đối thì : Xn=0 (ngàm cứng)

+ Nếu đầu nhịp là tự do : Xn= 1

+ Các trường hợp khác :

) 1 ( 2

) 1 ( 2

n

X X

X

β

X2n= an- X1n

- Bước 8: Căn cứ vào trị số X2n của nhịp cuối cùng để tính trị số Xk của dầm treo, sau

đó tính giá trị µk theo công thức : µk=

k

k X

X

5 , 0 1

G

I E l

k

k 0 , 24

64

, 8 2