Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng 13500 tấn lắp 01 máy chính WARTSILA x35 b r2

“ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI” nước, nghành vận tải biển đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta, được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã có những chính sách phù hợp để tạo điề

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

NGUYỄN BÁ THUYẾT

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU HÀNG 13500 TẤN

LẮP 01 MÁY CHÍNH WÄRTSILÄ X35-B-R2

NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THỦY; MÃ SỐ: 52520122

CHUYÊN NGÀNH: MÁY TÀU THỦY

Người hướng dẫn: TS CAO ĐỨC THIỆP

HẢI PHÒNG - 2016

PHẦN MỞ ĐẦU ”

I “ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI”

nước, nghành vận tải biển đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tế nước ta, được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã có những chính sách phù hợp để tạo điều kiện phát triển nghành kinh tế này Do đó việc thiết kế và đóng mới tàu thủy là một trong những trọng tâm của nghành đóng tàu nước

ta.”

“Trang trí động lực tàu thuỷ là một bộ phận quan trọng để tạo thành một con tàu hiện đại Ở nước ta, vận tải đường biển ngày càng phát triển, ngành đóng tàu ngày càng mở rộng và thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ trở thành một vấn đề lớn mà nhiều nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đang quan tâm.”

“Sau 4,5 năm theo học nghành “Thiết kế và sửa chữa máy tàu thủy” tại khoa Máy tàu biển, Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, nay em được giao

nhiệm vụ thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng

13500 tấn, lắp 01 máy chính Wartsila X35-B-R2.”.”

II “ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU”

Khi thực hiện đề tài này em đã tuân thủ nguyên tắc:

- Việc thiết kế tàu thủy luôn tuân theo những quy phạm mới nhất do cục Đăng kiểm Việt Nam ban hành, cũng như các quy định khác của Bộ khoa học công nghệ và môi trường

- Tính an toàn và tiện lợi cao khi sử dụng

- Thiết kế mang tính hiện đại, kinh tế và phù hợp với khả năng thi công của Nghành Thiết kế tàu thủy Việt Nam.”

III “ Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài nhằm tạo tiền đề cho việc ứng dụng những thành tựu khoa học

kỹ thuật mới vào ngành công nghiệp đóng tàu nước ta Dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà máy đóng tàu, các sinh viên học ngành máy tàu thủy

“– Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Chương 1: Giới thiệu chung

Chương 2: Tính sức cản và thiết kế sơ bộ chong chóng

Chương 3: Thiết kế hệ trục

Chương 4: Tính nghiệm dao động hệ trục

Chương 5: Thiết kế các hệ thống phục vụ.”

IV LỜI CẢM ƠN

Trong suốt thời gian từ khi nhận đề tài, tìm hiểu tài liệu và được sự hướng dẫn nhiệt tình của Thầy giáo, TS Cao Đức Thiệp, cùng các Thầy cô giáo trong khoa và bộ môn, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của mình Đây là kết quả tổng hợp quá trình học tập và rèn luyện của

em trong nhà trường và ngoài thực tế.”

“Tuy nhiên với những bước đi ban đầu của một người thiết kế cũng như

sự cọ sát với thực tế không nhiều chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót,

em mong muốn nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô giáo có nhiều kinh nghiệm để giúp em được hoàn thiện đề tài hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, Ban chủ nhiệm khoa, Nhà trường, các bạn sinh viên trong và ngoài lớp đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho

em hoàn thành đề tài này.”

“ Hải phòng, ngày tháng năm 2016 ”

“Sinh viên:”

MỤC LỤC

PHẦN MỞ ĐẦU 1

DANH MỤC CÁC BẢNG… 6

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ 9

1 GIỚI THIỆU CHUNG 11

1.1 GIỚI THIỆU TÀU 11

1.1.1 Loại tàu, công dụng 11

1.1.2 Vùng hoạt động, cấp thiết kế 11

1.1.3 Các thông số chủ yếu cuả tàu 11

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC 12

1.2.1 Bố trí buồng máy 12

1.2.2 Máy chính 12

1.2.3 Thiết bị kèm theo máy chính 13

1.2.4 Tổ máy phát điện ……… 15

1.2.5 Các thiết bị động lực khác 16

1.2.6 Tổ máy phát điện sự cố 25

2 TÍNH SỨC CẢN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG 27

2.1 TÍNH SỨC CẢN 27

2.1.1 Các kích thước cơ bản 27

2.1.2 Tính sức cản của tàu theo công thức Pamiel 27

2.1.3 Xác định sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng 29

2.2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG 30

2.2.1 Giới thiệu 30

2.2.2 Chọn vật liệu 30

2.2.3 Thiết kế chong chóng……… 30

3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC……… 40

3.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ 40

3.2 TRỤC CHONG CHÓNG……… 41

3.2.1 Đường kính trục chong chóng 41

3.2.2 Đường kính trục trung gian 42

3.3 TÍNH CÁC THIẾT BỊ TRÊN HỆ TRỤC 43

3.3.1 Bích nối trục trung gian và bích động cơ 43

3.3.2 Đường kính bu lông khớp nối trục trung gian và trục chong chóng ……… 43

3.3.3 Chiều dày ống bao trục…… 44

3.3.4 Chiều dày bạc đỡ… 45

3.3.5 Then chong chóng………… 46

3.3.6 Bố trí hệ trục……… 47

3.4 TÍNH PHỤ TẢI TÁC DỤNG LÊN GỐI TRỤC 47

3.4.1 Phụ tải trên gối đỡ… … 47

3.4.2 Mômen tại gối đỡ 48

3.5 NGHIỆM BỀN HỆ TRỤC VÀ CÁC CHI TIẾT 51

3.5.1 Nghiệm bền hệ trục theo hệ số an toàn 51

3.5.2 Nghiệm bền biến dạng xoắn 52

3.5.3 Kiểm tra độ võng do uốn 54

3.5.4 Nghiệm độ ổn định dọc trục 55

4 TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG HỆ TRỤC 58

4.1 TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG NGANG 58

4.1.1 Mục đích, phương pháp và sơ đồ tính 58

4.1.2 Bảng tính và kết quả 61

4.2 TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG XOẮN 64

4.2.1 Dữ kiện phục vụ thiết kế 64

4.2.2 Mô hình tính dao động 65

4.2.3 Dao động xoắn tự do 70

4.2.4 Dao động xoắn cưỡng bức 76

5 THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ 86

5.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ 86

5.3 HỆ THỐNG DẦU BÔI TRƠN 98

5.4 HỆ THỐNG NƯỚC LÀM MÁT 105

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 116

TÀI LIỆU THAM KHẢO 117

3.4 Tính đường kính bu lông khớp nối trục trung

3.9 Tính nghiệm bền trục theo hệ số an toàn 51

4.2 Bảng tính tần số dao động ban đầu lần 1 62

4.3 Bảng tính tần số dao động ban đầu lần 2 63

4.4 Bảng kết quả mô-men quán tính và độ mềm

4.10 Tính tổng độ giao động hình học tương đối 79 4.11 Tính công của mô men điều hòa cưỡng bức 80

5.6 Tính chọn bộ hâm nóng hơi nước kiểu ruột gà 94

5.12 Tính chọn sinh hàn dầu bôi trơn máy chính 104

5.14 Đường kính ống nối 2 cửa thông biển 107

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

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

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG

1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU TÀU

1.1.1 Loại tàu, công dụng

“Tàu hàng khô sức chở 13500 tấn là loại tàu vỏ thép, đáy đôi, kết cấu hàn điện hồ quang, một boong chính Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 2 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt.”

Tàu được thiết kế dùng để chở hàng khô, hàng bách hóa

1.1.2 Vùng hoạt động, cấp thiết kế

“Vùng hoạt động của tàu: Tàu hoạt động trên tuyến quốc tế thuộc vùng biển Cấp không hạn chế Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép Việt Nam 2010, do Bộ Giao Thông Vận Tải ban hành Phần hệ thống động lực được tính toán thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp không hạn chế theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép Việt Nam 2010.”

1.1.3 Các thông số chủ yếu của tàu

– Chiều dài lớn nhất Lmax = 140,16 m

– Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 127,6 m

– Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 132,12 m

– Chiều rộng lớn nhất Bmax = 20,2 m

“[3]– Bổ sung sửa đổi 2008 của MARPOL.”

“[4] – Công ước quốc tế về sự an toàn sinh mạng con người trên biển 1974 (SOLAS ) và sửa đổi 1991.”

“[5] – Công ước quốc tế về đường nước chở hàng 1966 và nghị định 1988.”

“[6] – Các quy định quốc tế về tránh va trên biển 1972 và sửa đổi 1981.”

“[7] – Quy phạm và Quy định bảo vệ bờ biển Mỹ đối với tàu treo cờ nước ngoài.”

[8] – Các quy định thẩm quyền qua Kênh Suez

[9] – Các quy định qua Kênh Panama

1.2 TỔNG QUAN VỀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC

1.2.1 Bố trí buồng máy

“Buồng máy được bố trí từ sườn 08 (Sn8) đến sườn 30 (Sn30) Trong

buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệ động lực, hệ thống phục vụ tàu thủy Ngoài ra còn bố trí 2 tổ máy phát điện, các bơm của các hệ thống động lực.”

Thông số của máy chính:

+ Số lượng 01 + Kiểu X35-B + Sản xuất tại hãng WARTSILA

+ Vòng quay định mức n `= 167 rpm

+ Số kỳ  = 2 + Số xilanh i = 6

+ Đường kính xilanh D = 350 mm

+ Hành trình piston S = 155 mm

+ Suất tiêu hao nhiên liệu ge = 169 g/kWh

+ Suất tiêu hao dầu nhờn gm = 3,4 g/kWh

1.2.3 Thiết bị kèm theo máy chính

1.2.3.1 Bơm nước biển làm mát máy chính

1.2.3.2 Bơm nước ngọt làm mát nhiệt độ thấp

– Kiểu Ly tâm nằm ngang

– Kiểu động cơ điện AC 3 pha

1.2.4.1 Diesel lai máy phát

“Diesel lai máy phát có ký hiệu 6NY16L-UN do hãng YANMAR (JAPAN) sản xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, có tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện và khí nén.”

– Công suất định mức, [Ne] 355/482,8 kW/hp – Vòng quay định mức, [n] 1200 rpm

– Số xy-lanh, [Z] 6

– Suất tiêu hao nhiên liệu gep 210 g/kWh

1.2.4.2 Máy phát điện

1.2.4.3 Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện

– Kiểu két Đáy đôi

– Cột áp 20 m.c.n – Công suất động cơ điện 7,5 kW – Vòng quay động cơ 1450 v/p

– Công suất động cơ điện 2,2 kW

1.2.6.1 Diesel lai máy phát sự cố

“Diesel lai máy phát có ký hiệu 4HAL2 do hãng YANMAR (JAPAN) sản xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, không tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện DC 24V, hoặc không khí khởi động.”

– Hãng (Nước) sản xuất YANMAR JAPAN – Công suất định mức, [Ne] 89 Kw – Vòng quay định mức, [n] 1500 rpm

CHƯƠNG II TÍNH SỨC CẢN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ

CHONG CHÓNG

2 TÍNH SỨC CẢN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

2.1 TÍNH SỨC CẢN TÀU

2.1.1 Các kích thước cơ bản

– Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 127,6 m

– Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 132,12 m

Công thức xác định sức cản của Pamiel

D – Lượng chiếm nước của tàu, (tons);

L – Chiều dài tàu thiết kế, (m);

C 0 – Hệ số tính toán theo Pamiel

Kết quả xác định sức cản tàu theo Pamiel

Bảng 2.2 Xác định sức cản tàu theo Pamiel

C  p 1238,25 1682,15 2217,9 2959,7

12 Sức cản toàn

phần R t , (kG) t V s

EPS

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:”

Hình 2.1: Đồ thị sức cản R = f(v) và công suất kéo EPS = f(v)

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

Hiệu suất chong chóng (chọn sơ bộ) p= 0,54

Hiệu suất đường trục (chọn sơ bộ) t= 0,98

Dự trữ công suất máy chính 10%Ne

Công suất của máy chính Ne = 5670 (hp)

Công suất kéo của tàu EPS = 0,9Nept

Tương ứng (gần đúng) trên đồ thị sức cản có:

Việc thiết kế chong chóng đã có các thông số sau :

- V = 12,68 (knots) = 6,5302 (m/s)

2.2.2 Chọn vật liệu

“Vật liệu chế tạo chong chóng phải đảm bảo các yêu cầu về điều kiện bền,

độ va đập, gia công và chế tạo tốt.”



(2.3)trong đó:

V P n

2.2.3.2 Chon tỉ số đĩa của chong chóng theo điều kiện bền

Công thức:

A A

A e e

0,375.3

4 max 10

'.

.

'. m P D

Z C

δmax: Chiều dài tương đối của profin cánh

Bảng:2.4 Xác định tỉ số đĩa của chong chóng

2 Hệ số quá tải của

8 Chiều dài tương đối

của profin cánh δ max m δmax = 0,08÷ 0,1 0,09

9 Tỉ số đĩa θ’min θ’min θ’min = 3

4 2

10

'

' 37 ,

Kết luận:

Chọn tỉ số đĩa chong chóng θ = 0,55

2.2.3.3 Tính toán chong chóng sử dụng hết công suất máy

* Tính toán công suất tiêu thụ thực tế của chong chóng theo công thức:

Np’ =



75

η - Hiệu suất thực tế của chong chóng

* Sau đó nghiệm lại công suất tàu theo công thức

p N p N p N N

p N p

N v

, Trong đó: Np: Công suất kéo của tàu (tính ở phần trên)

N’p:Công suất tính toán ở vận tốc kiểm nghiệm cho tới khi nào sai số công suất ∆N < 3% thì dừng lại và vận tốc tinh toán đó là vận tốc tối ƣu khi khai thác tàu

Bảng 2.5 Tính toán chong chóng sử dụng hết công suất máy

TT Đại lƣợng

tính

Kí hiệu

Công thức – Cách xác định

TT Đại lượng

tính

Kí hiệu

Công thức – Cách xác định

Z – Là số cánh của chong chóng, Z = 4

C’ – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chong chóng, C’ = 0,055 m’ – Hệ số phụ thuộc vào loại tàu, với tàu hàng, m’ = 1,15

Dopt – Đường kính tối ưu của chong chóng, Dopt = 4,11 (m)

max – Chiều dày tương đối lớn nhất của cánh chong chóng

tại bán kính (0,6 – 0,7)R, Chọn max = 0,6

P – Lực đẩy của chong chóng ,P = 41969,6 kG

Thay vào công thức:  = 0,126 < 0,55

3

4 2

10

'.

max



Kết luận: Chong chóng thiết kế thoả mãn điều kiện bền

2.2.3.5 Kiểm tra độ bền xâm thực chong chóng

2 1

1 min 130 c (n p D p)

- : hệ số đặc trưng xâm thực phụ thuộc vào chế độ tải trọng của chong chóng

- Kc: Hệ số đặc trưng cho độ xâm thực

- Dopt: Đường kính tối ưu của chong chóng

- P1: Áp suất thủy tĩnh tại vị trí đặt chân vịt

Bảng 2.6 Kiểm tra độ bền của chong chóng

 D opt

8 Áp suất thuỷ tĩnh tại

vị trí đặt chân vịt P1 kG/m 2 P a + .h b - P d 16339

2.2.3.6 Xác định khối lượng và kích thước chong chóng

Khối lượng chong chóng được xác định theo công thức

(2.8) trong đó:

- Dp: Đường kính chong chóng

- d0: Đường kính củ chong chóng

- e0,6: Chiều dày lớn nhất của cánh chong chóng tại tiết diện 0,6R

- l0: Chiều dài củ chong chóng

- Z: Số cánh chong chóng

- b0,6: Chiều rộng cánh tại bán kính 0,6 R

- m: Khối lượng riêng của hợp kim đồng

Bảng 2.7 Tính toán các thông số của chong chóng

, 0 0 4

6 , 0 3

10

e D

d D

b D

TT Đại lƣợng tính Kí

hiệu Đơn vị Công thức – Cách xác định Kết quả

4 Chiều dài củ chong

CHƯƠNG III THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1 Số liệu ban đầu

_Vật liệu làm chong chóng: Đồng thau

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

[2] – Bài giảng Thiết kế hệ thống động lực tàu thủy

[3] – Thiết kế trang trí động lực tàu thủy I

3.1.3 Cấp tính toán thiết kế

“

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 – 2010.”

3.1.4 Bố trí hệ trục

“

Trục chong chóng kết cấu bích liền, được đặt trên hai gối đỡ có kết cấu kiểu bạc babit Hai gối đỡ này được bố trí trong ống bao trục, bôi trơn và làm mát gối bằng dầu Trục chong chóng được chế tạo bằng thép rèn 55 (SF55).”

- H: Công suất liên tục lớn nhất

- n: Vòng quay của trục chân vịt ở CS liên tục lớn nhất

- Ts: Giới hạn bền kéo danh nghĩa của vật liệu trục

1 Công suất liên tục lớn nhất H kW Theo lý lịch máy 4170

2 Vòng quay của trục chân

vịt ở CS liên tục lớn nhất n v/f Theo lý lịch máy 167

3 Hệ số tính toán đường

Được xác định theo bảng 3.6.3 1 1,26

H K d

s

Kết luận: Chọn đường kính cơ bản của trục chong chóng là: dcv = 340(mm) Chọn đường kính trục chong chóng tại ổ đỡ phía lái là: dcc = 350 (mm)

“Vì yêu cầu lắp đặt trục chong chóng từ trong buồng máy do đó chọn đường kính trục chong chóng tại ổ đỡ phía mũi lớn hơn, chọn dcc = 352 (mm)”

- F1: Hệ số tuỳ thuộc loại động cơ máy chính

- H: Công suất liên tục lớn nhất

- n: Vòng quay của trục chân vịt ở CS liên tục lớn nhất

- Ts: Giới hạn bền kéo danh nghĩa của vật liệu trục

1 Công suất liên tục lớn

2 Vòng quay của trục chân

vịt ở CS liên tục lớn nhất n v/f Theo lý lịch máy 167

3 Hệ số tuỳ thuộc loại động cơ máy chính F1

Được xác định theo bảng 3.6.3 1 100