Thiết kế trang trí hệ thống động lực tàu chở dầu 4 700 tấn lắp máy hanshin 6S26MC6

Để trở thành một kỹ sư có trình độ cao, hiểu biết sâu rộng về ngành đóng tàu với trình độ khoa học và máy móc hiện đại thì việc trang trí các thiết bị động lực tàu thuỷ là một trong nhữn

4 Ý nghĩa thực tế của đề tài nghiên cứu 12

1.2 TỔNG QUAN HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền 29

2.2.6 Tính chong chóng sử dụng hết công suất 302.2.7 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện bền 322.2.8 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực 32

3.1.2 Luật áp dụng, tài liệu tham khảo, cấp thiết kế 35

5.3.1 Hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lượng 61

5.4.4 Tổng biên độ dao động hình học tương đối 675.4.5 Công của mô men điều hoà cưỡng bức 69

6.1.1 Luật áp dụng và tài liệu tham khảo 76

20157.3 KẾT QUẢ TÍNH TOÁN ĐỐI VỚI MỘT SỐ ĐỘNG CƠ 102

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT

12 S Hành trình piston

13 δ Hệ số béo thể tích

14 δW Hệ số béo đường nước

15 δM Hệ số béo sườn giữa

37 μi Mômen quán tính khối lượng không thứ nguyên

38 Ei,i+1 Độ mềm không thứ nguyên

39 Δ Bình phương tần số dao động tự do ko thứ nguyên

40 ∑αi Tổng biên độ dao động hình học tương đối

41 A1R Biên độ cộng hưởng

42 ge Suất tiêu hao nhiên liệu của máy chính g/cvh

43 gep Suất tiêu hao nhiên liệu của máy phát g/cvh

44 B Lượng dầu đốt cần thiết cho một hành trình T

DANH MỤC CÁC BẢNG TÍNH, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

Bảng 2.3 Tính chong chóng sử dụng hết công suất 30

Bảng 5.5 Tồng biên độ hình học tương đối ( x = 2 ) 69Bảng 5.6 Tồng biên độ hình học tương đối ( x = 3 ) 69Bảng 6.1 Bảng tính lượng dầu dự trữ và trực nhật ( FO ) 79Bảng 6.2 Lượng dầu dự trữ và trực nhật ( DO ) 81

Bảng 6.9 Đường kính ống nối hai cửa thông biển 95

Bảng 6.12 Tính chọn đường kính ống, bơm của hệ thống 99

Ngày nay trong công cuộc hướng ra biển của nước ta đang phát triển và hội nhập với quốc tế, ngành công nghiệp đóng tàu được coi là ngành kinh tế trọng điểm của đất nước trong tương lai Việc vận chuyển hàng hoá, đặc biệt là hàng khô đang

có nhu cầu rất lớn không chỉ chở hàng trong nước mà nhu cầu chở hàng hoá giữa các nước cũng có nhu cầu rất lớn về khối lượng Chính vì vậy để đáp ứng nhu cầu trên thì có rất nhiều tàu chở hàng khô có tải trọng lớn được ra đời nhằm đáp ứng nhu cầu cấp thiết của ngành kinh tế vận tải biển Các nhà máy đóng tàu ở nước ta không ngừng được mở rộng về quy mô lẫn thiết bị máy móc hiện đại để đóng những con tàu

có tải trọng lớn để thực hiện mục đích trở thành một trong bốn cường quốc về đóng tàu mạnh nhất thế giới

Để trở thành một kỹ sư có trình độ cao, hiểu biết sâu rộng về ngành đóng tàu với trình độ khoa học và máy móc hiện đại thì việc trang trí các thiết bị động lực tàu thuỷ là một trong những việc vô cùng quan trọng vì trang trí động lực không chỉ tạo nên sức đẩy tàu mà còn có nhiệm vụ cung cấp năng lượng dùng hàng ngày trên tàu,

nó trở thành bộ phận quan trọng nhất để tạo thành một con tàu hiện đại Do đó việc chọn và thiết kế được một loại trang trí động lực phù hợp với tính năng và nhiệm vụ của từng con tàu, thoả mãn yêu cầu ngày càng cao của công nghiệp đóng tàu là nhiệm vụ thường xuyên, cần thiết của các chuyên gia thiết kế trang trí động lực tàu

thuỷ Chính vì vậy em quyết chọn đề tài:“ Thiết kế trang trí hệ thống động lực tàu chở dầu 4.700 tấn lắp máy Hanshin 6S26MC6” làm luận văn tốt nghiệp của mình.

Đây là đề tài mới không trùng lặp với các công trình đã công bố

2 MỤC ĐÍCH

Mục đích của đề tài là nhằm thiết kế trang trí hệ thống động lực tàu hàng 4.700 tấn lắp máy Hanshin 6S26MC6 hoàn thiện dưới sự hỗ trợ của các tài liệu mẫu Nhằm hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình và chuẩn bị đầy đủ những kiến thức cần thiết cho bản thân khi chở thành một kỹ sư thực thụ với sự chỉ dạy của các thầy cô giáo đặc biệt là thầy hướng dẫn tốt nghiệp thầy Nguyễn Anh Việt

3 PHƯƠNG PHÁP VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Phương pháp: Việc chọn trang trí động lực phải lấy nhiệm vụ thư làm cơ sở, căn cứ vào nhiệm vụ thư, tiến hành phân tích các điều kiện cụ thể

Tính trực tiếp và thực nghiệm: Trong quá trình thiết kế ta sử dụng các công thức để tính trực tiếp và cả các công thức thực nghiệm

2015Lựa chọn: Từ kết quả tính toán ta lựa chọn một kết quả mới để đảm bảo tính thực tế và đảm bảo tính an toàn cho thiết bị.

So sánh và kết luận: Sau khi lựa chọn kết quả thì ta tính toán quay trở lại để xem kết quả có thoả mãn các điều kiện theo quy định hay không

Phạm vi nghiên cứu: Áp dụng cho tàu hoạt động trong các vùng biển nhiệt đới

và ôn đới, kết quả thiết kế cũng có thể để áp dụng nghiên cứu tính toán cho các tàu tương tự có tải trọng trong khoảng 4000 tấn đến 5000 tấn

4 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đáp ứng nhiệm vụ, yêu cầu của đồ án tốt nghiệp

Có thể áp dụng đề tài cho việc thiết kế các con tàu trong phạm vi tải trọng từ

4000 tấn đến 5000 tấn

Dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà máy đóng tàu, các sinh viên học ngành máy tàu thuỷ

1.1 TỔNG QUAN VỀ MÁY TÀU

1.1.1 Loại tàu, công dụng

Tàu dầu 4.700 là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang Có 04 hầm hàng, buồng máy và khu vực sinh hoạt được đặt ở phía sau của tàu, hệ trục kiểu transom, mũi quả lê và 01 vách ngang chân vịt mũi

Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 2 kỳ truyền động trực tiếp cho 01

Tàu container 700 TEU 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

1.1.6 Quy phạm áp dụng

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

- [2]– MARPOL 73/78 (có sửa đổi)

- [3]– Bổ sung sửa đổi 2003 của MARPOL

1.1.7 Công ước quốc tế

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

(2) Công ước quốc tế về mạn khô tàu biển, 1966 (LOAD LINES, 66);

(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 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 máy hoặc 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:

– Chiều rộng trung bình: 14,70 m.

– Chiều cao trung bình: 3,50 m.

1.2.2 Máy chính

Máy chính có ký hiệu 8L40/54 do hãng MAN B&W sản xuất, là động cơ

diesel 4 kỳ, 8 xi lanh, tăng áp bằng TUABIN khí xả

1.2.2.1 Các thông số cơ bản của máy chính

2015– Công suất định mức, [H] 5300/7208 kW/hp.

– Suất tiêu hao nhiên liệu ge (g/kW.h).

– Thứ tự nổ

1.2.2.2 Các thiết bị kèm theo máy chính

– Bơm LO bôi trơn máy chính 01 cụm

– Bơm tay LO trước khởi động 01 cụm

– Bơm chuyển nhiên liệu thấp áp 01 cụm

– Bình chứa khí nén khởi động 02 bình

– Công suất động cơ điện 15 kW

– Số vòng quay động cơ 2950 rpm

2 Bơm nước ngọt làm mát nhiệt độ thấp

– Công suất động cơ điện 15 kW

– Công suất động cơ điện 3,7 kW

– Công suất động cơ điện 0,75 kW

– Công suất động cơ điện 22 kW

– Số vòng quay động cơ 1450 rpm

6 Bơm cấp dầu LO

– Công suất động cơ điện 0,75 kW

Diesel lai máy phát có ký hiệu 6N 165L- EN 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 không khí nén

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

1.2.3.2 Các thiết bị kèm theo động cơ Diesel lai máy phát

– Máy phát điện một chiều 01 cụm

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.2.5 Tổ bơm nước ngọt sinh hoạt

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.2.7 Tổ bơm vận chuyển dầu bẩn

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.2.8 Bơm nước đáy tàu

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.2.9 Bơm tuần hoàn nước ngọt

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.2.10 Bơm dầu thải LO

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.2.11 Bơm Ejector

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

– Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

1.3.4.2 Bình chứa không khí nén khởi động máy chính

1.3.5 Các thiết bị chữa cháy buồng máy

1.3.5.1 Bình bọt xách tay kèm đầu phun hỗn hợp

1.3.6 Các thiết bị buồng máy khác

1.3.6.14 Cầu thang buồng máy

CHƯƠNG 2 SỨC CẢN, THIẾT BỊ ĐẨY

2.1 SỨC CẢN

2.1.1 Các số liệu cơ bản

– Chiều dài đường nước thiết kế LWL = m

2.1.2.2 Công thức xác định sức cản của Pamiel

Công suất kéo theo Pamiel

2015 ( )

0

3

hp LC

V

Trong đó:

VS –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);

C0 –Hệ số tính toán theo Pamiel

2.1.3 Kết quả xác định sức cản tàu theo Pamiel

Bảng 2.2 Kết quả tính sức cản tàu thuỷ

№ Đại lượng xác định Công thức tính Kết quả

1 Tốc độ tính toán V S,

2 Tốc độ tính toán V S,

3 Hệ số béo thể tích C B Theo thiết kế 0,72 0,72 0,72 0,72

4 Lượng chiếm nước ∇,

3206,5 4464,1 5717,4 7178,8

2.1.4 Đồ thị sức cản R = f(v) và công suất kéo EPS = f(v)

Căn cứ vào kết quả tính toán các giá trị R và EPS xây dựng đồ thị R = f(v) và EPS = f(v) cho tra cứu tính toán Đồ thị được trình bày dưới đây:

40000 47500 55000 62500 70000

3000 4000

R= f(v)

ESP= f(v)

Hình 2.1 Đồ thị sức cản và công suất kéo

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

– Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) ηp= 0,58 – Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) ηt= 0,98

– Dự trữ công suất máy chính 10%Ne– Công suất của máy chính Ne = 7208 (hp)

– Công suất kéo của tàu EPS = 0,9.Ne.ηp.ηt

902,7)1

v

- Vòng quay chong chóng :Truyền động trực tiếp np = n = 514 rpm hay np = 8,57 v/s

- Lực đẩy chong chóng :

t

R P X

−

=1

Tàu một chong chóng ⇒ X = 1

62633,56( )

285,01

382,056,62633

5,104

57,8

53,5

P n

v k

p

p n

ρ

- Với ρ= 104,5 kG/m4 là mật độ nước biển

k’ n < 1 ⇒ chọn số cánh chong chóng Z = 4.

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền

Theo điều kiện bền ta có :

3 4 3 2

max

' min

10

'

'.375,

- T-chiều chìm của tàu T = 8,3 m

- δmax – giá trị giới hạn của độ dày tương đối của cánh ở tiết diện trên khoảng cách bằng ( 0,6÷0,7).R

δmax =0,1

- P- lực đẩy chong chóng, P = 62633,56(kG) Vậy:

10

56,62633.15,1.1,0

4.6,4

056,0.375,

4 3

2 '

Chọn tỷ số đĩa :

375,055

,

0 > min =

θ

2.2.5 Công suất truyền vào chong chóng

Công suất truyền vào chong chóng được tính theo công thức:

- N =0,9.N e =0,9.7208=6487,2(hp)

- ηđt – hiệu suất đường trục

98,0

=

đt

η

Vậy: N p =0,98.6487,2=6357,4(hp)

2.2.6 Tính chong chóng sử dụng hết công suất

Bảng 2.3 Tính chong chóng sử dụng hết công suất

№ Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Kết quả

v k

p

p n

n

v D

λ

n p D opt

P k

ρ

p p

v R N

4,63579

,6358

%100

N

N N

Vậy chong chóng đã thiết kế thỏa mãn công suất yêu cầu cho việc đẩy tàu.Các thông số của chong chóng:

max

` min

10

'

'.375,

θ

Với: D = 3,46 m là đường kính của chong chóng

P = 62633,56 kG là lực đẩy của chong chóng

464,010

56,62633.15,1.1,0

4.46,3

056,0.375,

4 3

2 '

55,0464

,0

' min = <θ =θ

Kết luận:

Vậy điều kiện bền thoả mãn

k p s

c

ξθ

θ ≥ =

Trong đó:

ξ- hệ số kinh nghiệm

chọn ξ = 1,4Ps- áp lực thủy tĩnh tuyêt đối trên trục chong chóng

Ps = 10330+ γ.hs + Pph

với 10330 là áp suât không khí ( KG/ m2 )

γ -tỷ trọng của nước

γ = 1025 ( KG/m2)Pph –áp lực của hơi nước bõa hòa, ở 200 C Pph= 238 (KG/ m2)

hs -độ chìm của chong chóng

hs= 0,759.8,3 = 6,2 mKc- đặc tính xâm thực

Tra đồ thị theo λp = 0,49 và H/D= 0,8 có Kc= 0,2Suy ra Ps = 10330 + 1025.6,2 -238 =17246,5 kG/m2

55,0376

,0)34,3.4.(

5,17246

2,0.4,1

'

θVậy điều kiện xâm thực được đảm bảo

, 0 0 4

6 , 0 3

10

e D

d D

b D

Z D

với b’m = 1,26 ⇒ b0,6 = 1,26.3,434 = 1,0521 mVậy:

2 4

3

46,3

08,0.46,3

7,071,010.22,6)

46,3

0521,1.(

46,3.8700.10.4

2015THIẾT KẾ HỆ TRỤC

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.

2.3.3 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) 4500 mm.

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 của

H k d

7 Đường kính thiết kế của

Kết luận: Chọn đường kính của trục chong chóng là 740 mm.

2.4.2 Đường kính trục trung gian

Bảng 3.2 Tính đường kính trục trung gian

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 của

H k d

H k d

Kết luận: Chọn đường kính của trục trung gian là 740,0 mm.

2.4.3 Chiều dày áo bọc trục

Bảng 3.3 Tính chiều dày áo bọc trục

Chiều dày lớp áo bọc

2.5 CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ TRỤC

2.5.1 Chiều dày bích nối trục

Bảng 3.4 Tính chiều dày bích nối trục

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 của

N

H k F d

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

Kết luận: Chọn chiều dày bích nối trục là 130 mm.

2.5.2 Bulông bích nối trục

Bảng 3.5 Tính bu lông bích nối trục

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

2 Đường kính trục chong

4 Đường kính vòng chia D mm Thiết kế chỉ định 460

46

05

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

Kết luận: Chọn đường kính của bu long bích nối trục là 210 mm.

2.5.3 Chiều dài bạc đỡ

Bảng 3.6 Tính chiều dài bạc đỡ

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

5 Công suất truyền liên

6 Vòng quay tính toán

8 Giới hạn chảy của vật

r h d n

5,0

.10.648,

Kết luận: Chọn then có các thông số sau:

- Chiều dài then: 670 cm

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:

Tỷ trọng vật liệu làm trục γ = 7,86.10-3 kG/cm 3

2.6.1.3 Mômen tại gối

Phương trình mô men dạng tổng quát cho gối thứ n

+ + +

+ + +

+

−

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÷3Tải trọng phân bố đoạn trục chong chóng và đoạn trục trung gian

)/(32,3.4

)/(55,5.4.2 2

2 1

cm kG

d q

cm kG

d q

γπ

−

=

2

2

l q l Q M

( 3)

2

3 1 2

2 1 2 1 1 0

4

3 2 3 2 2

q l M M l l l

0J3

.J

6

.J24

E

l M E

l M E

l q

Giải hệ phương trình ta có kết quả:

m).(446.140m);

.(307.309

m);

.(533.131m);

.(016.343

3 2

1 0

c kG M

c kG M

c kG M

c kG M

M M l q l q G

1

0 1 2

1 2 2 1

M M l

M M l l q

2

1 2 3

2 3 3 2 2

2

l

M M l

M M l l q

3

2 3 3 32

l

M M l q

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Giới hạn chảy của vật

d