Thiết kế hệ thống động lực tàu chở dầu 16600 DWT

Máy chính Máy chính có ký hiệu 6S42MC do hãng MAN B&W sản xuất, là động cơ diesel 2 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng tua bin khí xả, có làm mát không khí tăng áp, một hàng lanh thẳng đứng

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 1.1 TỔNG QUAN VỀ TÀU

1.1.1 Loại tàu

Tàu chở dầu tải trọng 16600 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang Tàu được thiết kế để chở các loại hssàng hoá sau: dầu nhiên liệu, dầu gadoan, dầu phản lực, dầu hoả (dầu kerosin) Tàu được lắp máy chính mang nhãn hiệu 6S42MC của hãng MAN B&W,

có công suất 6150 kW, vòng quay định mức 136 v/p, truyền động trực tiếp 01 hệ trục chân vịt

1.1.2 Vùng hoạt động

Viễn dương

1.1.3 Cấp thiết kế

Tàu dầu 16600 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế theo Quy phạm phân

cấp và đóng tàu vỏ thép – 2010 (QCVN 21: 2010/BGTVT), 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 khônghạn

chế theo QCVN 21: 2010/BGTVT

1.1.4 Các thông số cơ bản phần vỏ tàu

1.1.7 Công ước quốc tế áp dụng

Tàu được thiết kế, đóng mới và lắp ráp thoả mãn các quy định của quốc gia và quốc tế:

(1) Quy tắc hàng hải Việt Nam

(2) Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng trên biển 1974, including Protocol, 1978 sửa đổi

(3) Công ước quốc tế Load Lines 1966, sửa đổi

(4) Công ước quốc tế Tonnage Measurement of Ships 1969

(5) Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm từ tàu 1973, sửa đổi và The Protocol of

1978

(6) Công ước quốc tế về ngăn ngừa va chạm trên biển 1972, đã sửa đổi

(7) Công ước quốc tế về truyền tín hiệu và âm thanh 1974, 1982, đã sửa đổi

(8) Luật và công ước cho tàu nước ngoài hoạt động trên lãnh thổ Mỹ USCG

(9) Luật và công ước áp dụng với tàu loại này cho tà u nước ngoài OPA90

(10) Luật hàng hải kênh đào Suez, bao gồm cả đo dung tích

(11) ISO nguyên tắc số 6954 cho mức rung động trong phòng ở

(12) Luật về mức độ tiếng ồn trên boong tàu

(13) IMO nghị quyết A272 đã sửa đổi bằng nghị quyết A.330(IX) về an toàn phương tiện và làm việc trong ống ballast lớn và két hàng

(14) IMO nghị quyết MSC.35(63) thông qua hướng dẫn cho trang bị kéo sự cố trên tàu dầu

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

– Khoang bơm (buồng bơm) được bố trí từ sườn 35 đến sườn 42

– Khoảng cách giữa các sườn trong khoang hàng là 800 mm, ở trong buồng máy và khoang mũi là 700 mm Khu vực hàng hoá được ngăn cách với khu vực máy móc phía sau bởi ngăn

cách ly và buồng bơm Khu vực hàng hóa được ngăn cách với vách chống va bởi các két nước dằn và buồng chân vịt mũi

1.2.2 Máy chính

Máy chính có ký hiệu 6S42MC do hãng MAN B&W sản xuất, là động cơ diesel 2

kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng tua bin khí xả, có làm mát không khí tăng áp, một hàng lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén, tự đảo chiều, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa trên buồng lái

xy-Thông số cơ bản của máy chính

C

1.2.2.1 Thiết bị kèm theo máy chính

Bơm dầu nhờn tuần hoàn cho máy chính:

Lưu lượng: 20 m3/h Két tuần hoàn dầu bôi trơn máy chính:

Bơm nước ngọt làm mát nhiệt độ cao:

Két thoát khí nhiên liệu máy chính:

Nồi hơi có dạng hình trụ đứng, kết cấu hàn Có khả năng làm việc cả hai phần, đốt dầu và tận dụng nhiệt khí xả Phần tận dụng nhiệt khí xả có thể sinh hơi khô trong trường hợp sự cố Lượng hơi dư thừa được dẫn tới bình ngưng tụ thông qua một van hãm

1.2.3 Tổ máy phát điện

Tổ máy phát điện gồm 3 tổ máy phát diesel và 1 tổ máy phát điện sự cố

1.2.3.1 Diesel lai máy phát

Động cơ máy phát điện là động cơ diesel 4 kỳ, 6 xilanh, có tăng áp, được khởi động bằng khí nén và làm mát bằng nước ngọt Nhiên liệu sử dụng là dầu FO

1.2.3.3 Diesel lai máy phát sự cố

Tổ máy phát điện sự cố được bố trí trong buồng máy phát sự cố trên boong dâng lái 1

1.2.3.3.1 Động cơ diesel phát điện sự cố:

1.2.3.4 Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện

– Bơm nước lacanh hàng ngày:

1.3.1 Thiết bị trong hệ thống làm mát nước biển

1.3.1.1 Bơm nước biển làm mát trung tâm

1.3.2.5 Thiết bị hâm nước ngọt làm mát áo ME

1.3.3 Thiết bị phụ trong hệ thống dầu nhiên liệu

1.3.3.1 Hệ thống cung cấp nhiên liệu cho máy chính và các tổ máy phát

Bơm dầu cấp nhiên liệu cho máy chính và các tổ máy phát điện

Các bơm tăng áp dầu nhiên liệu cho máy chính và các tổ máy phát

Máy đo độ nhớt dầu nhiên liệu cho máy chính và các tổ máy phát

- Nhiệt độ nhiên liệu trước ME, GE 1500C

Máy lọc, đo nhiên liệu cho máy chính

1.3.3.2 Thiết bị đốt nồi hơi phụ

bị hâm + Thiết bị lọc + Bơm

ở 500

C

1.3.3.3 Các két trong thiết bị dầu nhiên

Các két đặt trong buồng máy

- Két dầu thải của máy chính và các tổ máy phát

1.3.4 Thiết bị phụ trong hệ thống tinh chế nhiên liệu

1.3.4.1 Thiết bị tách dầu

1.3.4.2 Bơm cấp và phân ly nhiên liệu

Roto: Thép cacbon Dẫn hương roto: Gang đúc

1.3.4.3 Thiết bị hâm và phân ly dầu

1.3.4.4 Bơm vận chuyển bùn rác thải

1.3.5 Thiết bị phụ trong hệ thống dầu bôi trơn

1.3.5.1 Bơm dầu bôi trơn máy chính

- Vật liệu Thân: gang đúc

Roto: Thép cacbon Dẫn hướng: gang đúc

1.3.5.2 Bơm vận chuyển dầu bôi trơn xilanh máy chính

1.3.5.3 Bơm vận chuyển dầu bôi trơn

1.3.5.4 Bơm vận chuyển dầu bôi trơn ổ đỡ trong ống bao trục

1.3.5.5 Sinh hàn dầu bôi trơn máy chính

- Loại màng ngăn hoặc piston di chuyển đƣợc

1.3.5.8 Các két trong hệ thống dầu bôi trơn

Các két đặt trong buồng máy

- Két trực nhật bôi trơn xilanh máy chính

- Két dầu trọng lực bôi trơn ổ đỡ trong ống bao trục

- Két dầu bẩn

1.3.6 Các thiết bị trong hệ thống tinh chế dầu bôi trơn

1.3.6.1 Máy phân ly dầu bôi trơn máy chính

1.3.6.2 Máy phân ly dầu bôi trơn các tổ máy phát

1.3.6.3 Bộ hâm dầu bôi trơn phân ly cho máy chính

1.3.6.4 Bộ hâm dầu bôi trơn phân ly cho các tổ máy phát

1.3.6.5 Bơm cấp dầu phân ly bôi trơn cho máy chính

- Sản lượng min 1,7 m3/h

Roto: Thép cacbon Dẫn hướng: gang đúc

1.3.6.6 Bơm cấp dầu phân ly bôi trơn cho các tổ máy phát

1.3.7 Thiết bị trong hệ thống không khí nén

1.3.8 Thiết bị trong hệ thống cấp nước và hơi

1.3.8.1 Bơm nước cấp nồi hơi phụ

- Áp suất min 0,07 MPa

Vỏ: Thép Mặt sàng: Đồng thau Ống: hợp kim đồng – niken

1.3.8.7 Bình ngưng không khí

Vỏ: Thép Mặt sàng: Đồng thau Ống: hợp kim đồng – niken

- Két ngưng tụ có thể quan sát để gia nhiệt cho các két hàng

- Két ngưng tụ có thể quan sát để lắp đặt trong buồng máy

- Két ngưng tụ cho bầu không khí Các két liền với kết cấu thân tàu

1.3.9 Các thiết bị trong hệ thống sản xuất nước ngọt

1.3.9.1 Máy sản xuất nước ngọt

1.3.10 Thiết bị trong hệ thống nước bẩn đáy tàu

1.3.10.1 Bơm hút khô chính

- Áp suất 0,25 MPa

Bánh cánh: đồng thanh Trục: thép rèn

1.3.10.4 Máy phân ly nước bẩn đáy tàu

1.3.11 Bơm vận chuyển nhiên liệu

diesel và dự phòng cho dầu nặng)

1.3.12 Thiết bị của hệ thống nước chữa cháy

1.3.12.1 Bơm chữa cháy

CHƯƠNG 2:TÍNH SỨC CẢN, THIẾT KẾ SƠ BỘ

CHONG CHÓNG

2.1 SỨC CẢN

2.1.1 Các số liệu cơ bản

Trong đó:

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

R – Lực cản, (kN);

2.1.3 Kết quả xác định sức cản tàu theo Seri 60

Bảng 2.1-2: Kết quả xác định sức cản của tàu

Bảng 2.1-2: Kết quả xác định sức cản của tàu

2.1.4 Đồ thị R–v, EPS–v

350 400 450 500 550

2500 3000 3500 4000 5000

R(kN) EPS(kW)

0 85 0

44 , 3030

85

2.2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

2.2.1.Chọn vật liệu chế tạo chong chóng

Vật liệu chế tạo chong chóng là loại hợp kim đồng - nhôm -niken

2.2.2 Hệ số dòng theo và hệ số dòng hút

Bảng 2.2-1: Xác định hệ số dòng theo và hệ số dòng hút

N 0 Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức – Nguồn gốc Kết quả

4 Hệ số dòng hút t – 0,85 0,26

5

Hiệu suất tính đến tác

động qua lại giữa thiết

bị đẩy và thân tàu

max min

10

''

375,

Bảng 2.2-3: Xác định tỉ số đĩa của chong chóng

4 2

max min

10

' '

375 ,

2.2.5 Nghiệm lại vận tốc tàu

Bảng 2.2-4: Nghiệm lại vận tốc tàu

Bảng 2.2-4: Nghiệm lại vận tốc tàu

v R

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện bền

Bảng 2.2-5: Kiểm tra chong chóng theo điều kiện bền

max min

10

' '

375 ,

2.2.7 Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng

Bảng 2.2-6: Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng

k

11 θmin =0,3448 < θ = 0,609

Nên chong chóng thoả mãn điều kiện chống xâm thực

2.2.8 Xác định khối lượng và kích thước của chong chóng

Khối lượng chong chóng được xác định theo công thức

2 0 0 6

, 0 0 4

6 , 0 3

4 6,2 2.10 0,71 0,59.10

e D

d D

b D

Bảng 2.2-7: Khối lượng và kích thước chong chóng

N 0 Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức – Nguồn gốc

Kết quả

CHƯƠNG 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 không hạn

chế theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2010

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) 2850 mm

– Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chong chóng và 01 đoạn trục trung gian liên kết với nhau bằng bích liền

– Máy chính truyền lực trực tiếp cho hệ trục tới chong chóng mà không thông qua hộp số

–Hệ trục làm bằng thép rèn bao gồm một trục trung gian và một trục chân vịt: Trục chân vịt dài 5100 mm có mặt bích cứng ở phía mũi Nửa sau của trục được gia công và tạo độ côn 1/20 để lắp với củ chân vịt Đầu mút trục có tiện ren trái Trục được lắp trên hai ổ đỡ bằng thép trắng, bôi trơn bằng dầu và kín nước kiểu bề mặt tiếp xúc hoặc kiểu ghép

Trục trung gian dài 6490 mm được bố trí trên một gối đỡ, với mặt bích cứng ở hai đầu và được nối cứng với các trục hai đầu bằng bulông thuỷ lực và được bôi trơn bằng dầu

H k

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất liên tục lớn

5 Giới hạn bền kéo danh

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của thép

H k d

160

560

T N

H k F d d

Bảng 3.2-4: Đường kính trục trung gian

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất liên tục lớn

6 Giới hạn bền kéo danh

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của thép

160

560

T N

H k F d

3.3 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC

3.3.1 Tính toán bích nối trục

Hình 3-2: Kết cấu bích nối

3.3.1.1 Chiều dày bích và bán kính góc lượn chân bích của trục chong chóng

Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép – 2010 (QCVN 21:2010/BGTVT) Phần 3 mục 6.2.9 - 4 thì chiều dày mặt bích phía sau trục chong chóng tại vòng chia không được nhỏ hơn 0,27 lần đường kính trục trung gian

Bán kính góc lượn tại chân bích không nhỏ hơn 0,08 lần đường kính trục

Đường kính tính toán của trục trung gian d0 (đã tính ở mục 3.2.2) ta có bảng tính toán sau:

Bảng 3.3-1: Chiều dày bích và bán kính góc lượn chân bích trục chong chóng

Bảng 3.3-1: Chiều dày bích và bán kính góc lƣợn chân bích trục chong chóng

0 d S

r = 60 (mm)

3.3.1.2 Chiều dày bích và bán kính góc lƣợn chân bích của trục chong chóng

Chiều dày và bán kính góc lƣợn chân bích của trục trung gian lấy giống với bích của trục chong chóng

3: Bu lông 6: Bích động cơ

3.3.2.1 Đường kính bulông bích nối trục chong chóng - trục trung gian

Bảng 3.3-2: Đường kính bulông bích nối trục chong chóng - trục trung gian

3.3.2.2 Đường kính bulông bích nối trục trung gian – bích ra của động cơ

Bảng 3.3-3: Đường kính bulông bích nối trục trung gian – bích ra của động cơ

Bảng 3.3-3: Đường kính bulông bích nối trục trung gian – bích ra của động cơ

Bảng 3.3-4: Tính toán bạc trục chong chóng

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

2

Chiều dài tối thiểu bạc

đỡ sau của trục chong

Chiều dài tối thiểu bạc

đỡ sau của trục chong

chóng theo trục thực

5

Chiều dài tối thiểu bạc

đỡ sau của trục chong

chóng

6 Chiều dài bạc đỡ sau của

8 Chiều dày lớp vật liệu

3.3.4 Ống bao trục

– Vật liệu chế tạo ống bao là thép đúc

– Kết cấu ống bao đƣợc chế tạo liền

Hình 3-5: Kết cấu ống bao trục

Do bạc trục chong chóng được lắp ráp luôn vào vòm đuôi, nên ống bao chỉ có tác

Chiều dày nhỏ nhất của

ống bao tại chỗ không

lắp bạc

Theo công thức 10 - Sách Thiết kế trang trí động lực tàu thủy - Đặng Hộ [II]

Đối với các ổ đỡ trục nhỏ, thì phần lớn được bôi trơn và làm mát bằng dầu chứa ngay trong ổ đỡ Dầu nhờn có độ nhớt không thấp hơn 60E tại 500C

Khi làm việc lâu dài ở chế độ tải lớn nhất thì dầu và nước cần đẳm bảo các chỉ tiêu kĩ thuật sau:

- Nhiệt độ dầu nhờn trong ổ đỡ tùy thuộc loại dầu t 650C 750C

- Nhiệt độ dầu khi dẫn vào ổ ( trường hợp bôi trơn bằng dầu tuần hoàn)

C C

t 300  400

/ 5 , 0 2 ,

3.3.5.2 Ổ đỡ lăn trục trung gian:

* Ưu điểm của ổ lăn:

So với ổ đỡ trượt thì ổ lăn ( dạng bi tròn và đũa) dùng cho hệ trục tàu, có những ưu điểm sau:

- Hệ số ma sát nhỏ:

003 , 0 002 ,

0 



- Độ tin cậy trong vận hành cao hơn

- Dễ dàng sử dụng, tiêu hao dầu mỡ bôi trơn ít hơn

- Kết cấu gọn hơn và không cần hệ thống bôi trơn làm mát

- Sự hao mòn ổ bi ít hơn nên giảm khói lượng sửa chữa

- Tuổi thọ cao

Nhờ các ưu điểm trên ổ lăn được sử dụng rộng rãi cho các loại trục của thiết bị máy Trong các hệ trục đối với tải nhẹ ( tàu nhỏ) dùng ổ bi tròn và tải lớn hơn dùng ổ bi đũa 1 dãy hoặc 2 dãy và tự lựa Ổ lăn cho phép hệ trục hoạt động với số vòng quay cao, đảm bảo độ tin cậy và sức bền

* Nhược điểm của ổ lăn:

- Chịu được tải trọng vừa và nhỏ

- Chỉ sử dụng cho các tàu có công suất nhỏ và vừa Còn đối với các tàu lớn, công suất lớn vòng quay chậm và vừa thường dùng ổ trượt

* Kết luận: Ta chọn ổ đỡ trục trung gian là ổ trượt, bôi trơn bằng vòng văng dầu

Hình 3-6: Ổ đỡ trục trung gian

1 - Vỏ ổ đỡ 2 - Vòng văng dầu

3 - Trục trung gian 4 – Thiết bị làm kín

- Chiều dài ổ trượt: Lôt= 1,2.dtg

- Với dtg là đường kính trung gian: dtg= 350 mm

Lôt = 1,2.350 = 420 mm

3.3.6 Thiết bị làm kín

3.3.6.1 Bộ làm kín phía trước kiểu simplex:

Thiết bị này gồm hai phần (thường là các vòng ép) Phần trước dùng vòng ép rất đơn giản, lưng của vòng ép đó được cố định chặt với vỏ ngoài ống lót, chỗ tiếp xúc giữa vòng ép với trục thường làm gợn sóng Phần sau, các vòng ép dùng lò xo và áp lực dầu trong ống bao ép chặt lên áo lót Giữa các vòng ép này cho đầy dầu bôi trơn vào thông qua vành chia dầu và phễu dầu

Dùng loại thiết bị làm kín kiểu này sẽ làm giảm tổn thất do ma sát, bảo đảm độ kín khít, ngăn ngừa phát nhiệt và rò dầu Ngoài ra thiết bị này còn cho phép trục di động theo hướng trục

3.3.6.2 Bộ làm kín gối sau trục chong chóng kiểu simplex:

Kiểu làm kín này gối trục chong chóng có thể nằm hoàn toàn trong màng dầu, ngăn ngừa được nước biển thâm nhập vào Tổn thất ma sát khi dùng thiết bị này nhỏ, tuổi thọ cao

Hình 3-8: Sơ đồ phụ tải gối trục

Để hệ trục làm việc tin cậy tránh ứng suất cục bộ do biến dạng của vỏ tàu gây nên, số lượng gối đỡ trên đường trục nói chung nên hạn chế đến mức thấp nhất Khoảng cách L giữa 2

ổ đỡ kề nhau phải nằm trong giới hạn sau:

Trong hệ trục có nhiều đoạn trục có đường kính khác nhau nhưng để tính toán đơn giản và sai số không đáng kể nên ta coi như lực phân bố đều trên trục gồm lực phân bố trên trục trung gian và trục chong chóng

Ta đi nghiệm bền các ổ đỡ gối trục:

3.4.2.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

- Tải trọng phân bố trên trục

- Lực đẩy của chong chóng

- Momen xoắn do động cơ truyền cho chong chóng

Bảng 3.4-1: Tính toán Phụ tải tác dụng lên gối trục

№ Hạng mục tính Ký hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

5 Công suất liên tục lớn

6 Tải trọng phân bố

2cc cc