Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng khô 3200 tấn, lắp máy HANSHIN 6LH34LA

Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 4 kỳ trực tiếp lai 01 hệ trục chân vịt.. Cấp hoạt động của tàu là Cấp III hạn chế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2013.. Phần h

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN

1.1 LOẠI TÀU, CÔNG DỤNG

Tàu hàng khô sức chở 3200 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện

hồ quang, một boong chính, một boong dâng lái và boong dâng mũi Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 4 kỳ trực tiếp lai 01 hệ trục chân vịt

Tàu được thiết kế dùng để chở hàng khô trong khoang

Vùng hoạt động của tàu: Vùng hoạt động của tàu là khu vực ven biển Việt Nam Cấp hoạt động của tàu là Cấp III hạn chế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2013 Phần hệ thống động lực được tính toán thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp III hạn chế theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2013

– Chiều dài lớn nhất Lmax = 78,63 m – Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 73,60 m – Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 73,60 m – Chiều rộng lớn nhất Bmax = 12,60 m – Chiều rộng thiết kế B = 12,60 m – Chiều cao mạn D = 6,48 m – Chiều chìm toàn tải d = 5,10 m – Trọng tải P = 3200 tons – Máy chính 6LH34LA

– Công suất H = 1620 kW – Vòng quay N = 280 (rpm)

1.4 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ TRANG TRÍ ĐỘNG LỰC

1.4.1 BỐ TRÍ BUỒNG MÁY

Buồng máy được bố trí từ sườn 08 (Sn8) đến sườn 25 (Sn25) Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính truyền đô ̣ng trự tiếp cho mô ̣t hê ̣ trục chong chóng và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực, hệ thống ống toàn tàu Ngoài ra còn bố trí 2 tổ máy phát điện, các bơm hệ thống động lực Trên sàn boong lửng bố trí phòng điều khiển máy, quạt thông gió, các trang thiết bị buồng máy

1.4.2 MÁY CHÍNH

Máy chính có ký hiệu 6LH34LA do hãng HANSHIN- Nhật Bản sản xuất, là động cơ điesel kiểu động cơ 4 thì, tác dụng đơn,tăng áp bằng tua bin khí xả, 6 xilanh xếp một hàng thẳng đứng, thấp tốc, làm mát hai vòng tuần hoàn, bôi trơn bằng dầu nhờn tuần hoàn các te khô , khởi động bằng không khí nén ,tự đảo chiều chân vịt, điều khiển từ xa từ buồng điều khiển tập trung trong buồng máy Động cơ sẽ truyền động trực tiếp cho chân vịt thong qua một đường trục Ngoài ra buồng máy còn trang bị các thiết bị phục vụ khác phục vụ cho năng lực hoạt động của tàu

Thông số của máy chính:

- Đường kính xy-lanh, [D] 340 mm

- Hành trình piston, [S] 640 mm

1.4.3 THIẾT BỊ KÈM THEO MÁY CHÍNH

- Bầu làm mát không khí tăng áp Số lượng 01

- Bầu làm mát LO Số lượng 01

- Bầu làm mát nước ngọt làm mát Số lượng 01

- Bơm cấp dầu đốt Số lượng 02

- Bơm dầu bôi trơn Số lượng 01

1.4.4 MÁY PHỤ

Trong buồng máy có bố trí hai tổ máy phát diesel với các thông số sau:

- Động cơ diesel lai máy phát :

+ Kiểu : X6160ZC + Hãng sản xuất : china + Công suất định mức : 220 (kW) + Vòng quay định mức : 1000 (Vòng/phút) + Đường kính xilanh : 160 (mm)

+ Hành trình piston : 225 (mm)

-Máy phát điện :

+ Loại máy : TFX-200-6 + Công suất :220 (kW) + Vòng quay : 1000 (vòng/phút) + Điện áp : 220V-50 Hz

1.4.5 CÁC THIẾT BỊ PHỤ TRONG BUỒNG MÁY

1.4.5.1 Hệ thống bơm nước

- Bơm nước biển làm mát

+ Số lượng : 02 + Kiểu : Ly tâm + Hãng sản xuất : Hanshin + Lưu lượng : 80 (m3

/h) + Cột áp : 20 (m.c.n)

- Bơm nước ngọt làm mát

+ Số lượng : 02 + Hãng sản xuất : Hanshin + Kiểu : Ly tâm + Lưu lượng : 35 (m3

/h) + Cột áp : 20 (m.c.n)

1.4.5.2 Hệ thống bơm dầu

- Tổ bơm vận chuyển dầu FO

+ Số lượng : 01 + Hãng sản xuất : Trung Quốc + Kiểu : CCB003 Kiểu Bánh răng + Lưu lượng : 5 (m3

/h) + Cột áp : 0,3 (MPa)

- Tổ bơm vận chuyển dầu DO

+ Số lượng : 01 + Hãng sản xuất : Trung Quốc + Kiểu : CCB003 Kiểu Bánh răng + Lưu lượng : 5 (m3

/h) + Cột áp : 0,3 (MPa)

- Tổ bơm cấp dầu đốt cho máy chính

+ Số lượng : 02 + Hãng sản xuất : Hanshin + Kiểu : Bánh răng + Lưu lượng : 0.7 (m3

/h) + Cột áp : 0,45 (MPa)

- Tổ bơm vận chuyển dầu bôi trơn

+ Số lượng : 02 + Hãng sản xuất : Hanshin + Kiểu : Bánh răng + Lưu lượng : 2 (m3

/h) + Cột áp : 0,24 (MPa)

- Bơm dầu bôi trơn dự phòng máy chính

+ Số lượng : 01 + Hãng sản xuất : Hanshin + Kiểu : Bơm bánh răng + Lưu lượng : 30 (m3

/h) + Cột áp : 0,45 (MPa)

/h)

- Bầu làm mát dầu bôi trơn cho máy chính

+ Số lượng : 01 + Hãng sản xuất : Hanshin

- Bầu làm mát nước ngọt cho máy chính

+Số lượng : 01 +Hãng sản xuất : Hanshin +Diện tích trao đổi nhiệt :12 (m2

)

1.4.5.4 Hệ thống két phục vụ

- Két dầu nhờn dự trữ

+ Số lượng : 01 + Thể tích : 4 (m3

)

- Két dầu FO dự trữ số 1

+ Số lượng : 02 + Thể tích : 65 (m3

)

- Két dầu FO dự trữ số 2

+ Số lượng : 02 + Thể tích : 150 (m3

)

- Két dầu DO dự trữ

+ Số lượng : 02 + Thể tích : 76 (m3)

- Két lắng DO

+ Số lượng : 01 + Thể tích : 5 (m3

)

- Két lắng FO

+ Số lượng : 01 + Thể tích : 8 (m3

)

- Két dầu nhờn tuần hoàn máy chính

+ Số lượng : 01

+ Thể tích : 6 (m3

)

- Két hàng ngày FO

+ Số lượng : 02 + Thể tích : 3 (m3

)

- Két hàng ngày DO

+ Số lượng : 02 + Thể tích : 2 (m3

)

- Két nước ngọt

+ Số lượng : 04 + Thể tích : 120 (m3

)

- Két nước ngọt giãn nở

+ Số lượng : 01 + Thể tích : 9 (m3

)

- Két nướ c dằn tàu ( bao gồm két mũi và không kể đến hầm hàng )

+ Số lượng : 03 + Thể tích : 290 (m3

)

- Két nướ c dằn tàu (hầm hàng )

+ Số lượng : 06 + Thể tích : 480 (m3

)

CHƯƠNG 2 TÍNH SỨC CẢN &

THIẾT KẾ CHONG CHONG

2.1 SỨC CẢN

2.1.1 Các kích thước cơ bản

– Chiều dài lớn nhất Lmax = 78,63 m – Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 73,60 m – Chiều dài đường nước thiết kế LWL = 73,60 m – Chiều rộng lớn nhất Bmax = 12,60 m – Chiều cao mạn D = 6,48 m – Chiều chìm toàn tải d = 5,35 m – Lượng chiếm nước Disp = 3916 tons – Hệ số béo thể tích CB = 0,77

– Hệ số béo đường nước CW = 0,87 – Hệ số béo sườn giữa CM = 0,99 – Máy chính 6LH34LA – Công suất H = 1620 kW – Vòng quay động cơ N = 280 (rpm)

2.1.2 Tính sức cản của tàu

2.1.2.1 Lựa chọn phương pháp tính sức cản

Bảng 2.1 Lựa cho ̣n phương pháp tính

No Đại lượng xác định Tàu thực thiết kế Phạm vi của Papmiel

Kết luận : Vậy ta chọn phương pháp Papmiel để tính sức cản của tàu

2.1.2.2 Công thức xác định sức cản của Papmiel

Công suất kéo theo Papmiel

)(,

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 Papmiel

2.1.2.3 Kết quả xác định sức cản tàu theo Papmiel

Bảng 2.2 Xác định sức cản tàu theo phương pháp Papmiel

2.1.2.4 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:

11 12 13 14 300

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

– Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) p= 0,68 – Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) t= 0,97

– Dự trữ công suất máy chính 15%Ne – Công suất của máy chính Ne = 2200 (hp) – Công suất kéo của tàu EPS = 0,85Nept Kết quả: EPS =1235(hp) Tương ứng (gần đúng) trên đồ thị sức cản có:

Rt = 13860 (kG)

Vs = 12,97(knots)

2.2.1 Chọn vật liệu chế tạo chong chóng

Vật liệu chế tạo chong chóng là đồng hợp kim: Mangan - Đồng thiếc

có thông số về cơ tính của hợp kim đồng:(Cho trong bảng 2.3)

Bảng 2.3 Chọn vật liệu chế tạo chong chóng

Ký hiệu vật liệu Giới hạn bền

Kết luận: Chọn số cánh của chong chóng Z = 4 cánh

2.2.4 Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền

3

4 ' 2 ' min

10

.

375 ,

.

375 ,

maz

7 Chọn tỉ số đĩa theo

điều kiện bền θ - Chọn θ = 0,55 0,55

Kết luận: Tỉ số đĩa θ = 0,55

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

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

Np’ =



75

.v

R

trong đó

v - Tốc độ sơ bộ của tàu ứng với công suất kéo của tàu đã tính ở phần 2.2.1 ( tra đồ thị sức cản)

R- Sức cản toàn phần của tàu ứng với tốc độ sơ bộ của tàu (tra đồ thị

sức cản)

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 ưu khi khai thác tàu

* Quá trình tính toán trong bảng 2.6:

Bảng 2.6: Bảng tính nghiệm lại vận tốc tàu

15 Hiệu suất đẩy thân

18 Công suất tiêu thụ

sơ bộ ban đầu Np cv 0,85.Net 1870 1870 1870

N

N

N 

1,5 15 13

Kết luận:N = 1,5% < 3% Vậy v = 12,5 knots

Và đường kính chong chóng lấy D = 2,55 m

10

.



min =0,375 3

4 2

10

'.

max



Trong đó:

Z – Là số cánh của chong chóng Z = 4

C’ – Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo chong chóng C’ = 0,58

m’ – Hệ số phụ thuộc vào loại tàu, với tàu hàng m’ = 1,15

Dopt – Đường kính tối ưu của chong chóng Dopt = 2,55 (m)

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

tại bán kính (0,6 – 0,7)R,

max = (0,08  0,1) (m) Chọn max = 0,1

P – Lực đẩy của chong chóng P = 16079(kG)

Thay số được kết quả θmin = 0,36 < θ = 0,55

Kết luận: Chong chóng thoả mãn điều kiện bền về tỉ số đĩa

2.2.6.2 Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng

θ  θmin =

P

K C

.

130 1

.(np.Dp)2 Bảng 2.7: Kiểm tra đô ̣ bền xâm thực của chong chóng

, 0 0 4

6 , 0 3

10

e D

d D

b D

1 Đường kính củ chong

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức - Nguồn gốc Kết quả

2 Đường kính chong chóng D m Theo trên 2,55

3 Chiều dày đỉnh chong

4 Độ côn củ chong chóng ∆ thiết kế 1:12

5 Chiều dày giả thiết cánh

) 484 , 0 53 , 0 (

10 Chiều dày prôfin tại 0,6R e06 m eo - 0,6 ( eo - em ) 0,021

11 Khối lượng riêng của

Thay số được G = 1120 kg

Kết luận:

CHƯƠNG 3 TÍNH THIẾT KẾ TRỤC

3.1.DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1.Số liệu ban đầu

- Công suất tính toán: H = 1620 kW

- Vòng quay tính toán: N = 280 v/p

- Vật liệu làm hệ trục: Thép SF45

+ Giới hạn bền kéo Ts = 520 N/mm2 + Giới hạn bền Tb = 320 N/mm2 + Giới hạn chảy Tc = 208 N/mm2 + Độ cứng HB = 180 Rw + Hệ số đàn tính E = 2,1.106

kG/cm4 + Tỷ trọng  = 7,85.10-3 kG/cm3

3.1.2.2.Tài liệu tham khảo

[1] - TCVN 6259: 2013

[2] - Thiết kế và lắp ráp thiết bị tàu thuỷ , Nguyễn Đăng Cường , NXB khoa học và kĩ thuật 2000

3.1.2.3.Cấp tính toán thiết kế

Hệ trục và thiết bị hệ trục được tính toán thiết kế thỏa mãn tương ứng Cấp hạn chế III theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2013

3.1.3.Bố trí hệ trục

Hệ động lực tàu là một đường trục bao gồm 01 trục chân vịt và được chế tạo bằng thép SF 45 Bích nối được chế ta ̣o rời với trục Trục được nối với bích ra của đô ̣ng cơ bởi các bu lông tinh có vật liệu là thép rèn

Trục chân vịt có chiều dài 5715 mm và đường kính cơ bản được xác định theo yêu cầu của Qui phạm, được đặt trên 2 gối đỡ có vật liệu

là BC3+Cao su bôi trơn và làm mát bằng nước trích từ đường nước làm mát máy chính Phần côn chân vịt của trục được gia công với độ côn 1/10 Đường tâm lí thuyết của hệ trục nằm trong mặt phẳng dọc tâm tàu, song song và cách mặt phẳng tâm tàu là 1500 (mm)

.

T N

H k d

Bảng 3.1: Bảng tính trục chong chóng

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc

Kết quả

.

T N

H k d

3.2.2.Chiều dày áo bọc trục

Kết luận: Chiều dày áo bọc trục được xác định: t = 16 mm

3.3.CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC

3.3.1.Khớp nối trục

+ Quá trình tính toán trong bảng 3.3

Bảng 3.3:Tính khớ p nối trục

hiệu Đơn vị Công thức – Nguồn gốc

Kết quả

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức – Nguồn gốc

Kết quả

danh nghĩa của vật

liệu chế tạo bulông

- Đường kính cơ bản của bu lông bích nối trục được thiết kế: db = 36 mm

- Chiều dày bích nối trục được thiết kế: b = 70 mm

Bảng 3.4:Các thông số chính của bích nối trục, đơn vị đo các đai lượng

mm

240 340 570 400 275 510 480 70 36 8

Hình 3.1: Kết cấu bích nối

3.3.2.Ổ đỡ trục chân vịt

3.3.2.1.Vật liệu chế tạo ổ đỡ trục chân vịt

- Vật liệu chế tạo ổ đỡ trục chân vịt: BC3 + Cao su

3.3.2.2.Chiều dài tối thiểu ổ đỡ trước của trục chân vịt

- Chiều dài tối thiểu: LT  2.dcc

dcc : Đường kính của trục chong chóng dcc = 240 (mm)

LT  2 240 = 480 (mm)

- Vậy chọn : LT = 500 (mm)

3.3.2.3.Chiều dài tối thiểu ổ đỡ sau của trục chân vịt

- Tính theo công thức: LS =max

+ Bạc trước trục chong chóng: LT = 500 (mm)

+ Bạc sau trục chong chóng: LS = 900 (mm)

3.3.3.Ống bao trục chong chóng

- Vật liệu chế tạo ống bao là thép đúc

- Kết cấu ống bao được chế tạo liền

- Chiều dày ống bao giữa 2 ổ đỡ :

S1= 0,05.Dcc + 20 = 32 (mm)

- Chiều dày ống bao chỗ lắp ổ đỡ : S2 = (1,5 - 1,8 )S1 = 54 (mm)

Hinh 3.2 Ống bao trục chong chóng

3.3.4.Then trục chong cho ́ ng và then bích nối

Then chong chóng và then khớp nối có nhiệm vụ truyền mômen của trục cho chong chóng tạo nên lực đẩy của tàu Do phụ tải tác dụng lên trục cũng như chong chóng là rất phức tạp do đó tính chọn then phải đảm bảo điều kiện bền để hệ trục làm việc an toàn

S 2

S 1

7 Giớ i ha ̣n chảy của va ̣t

kG/cm2 Theo vâ ̣t liê ̣u 3200

8 Chiều rộng then b mm b = ( 0,2÷ 0,3)Dcc 50

10 Đoa ̣n cắt vát của then K mm Tính chọn 0,8

Chọn chiều dài then là 320mm

- Rãnh then: Đường kính đầu lớn của côn trục dcc > 100 mm thì rãnh then phải có dạng thìa.Phần lắp ghép của may ơ chân vịt không được che khuất đường kính lớn của côn trục

- Vật liệu: Thép rèn SF60 có

+ Giới hạn bền kéo Ts = 590 N/mm2 + Giới hạn chảy Tc = 295 N/mm2

K h d n

H l

v tb

10 648 ,



l 0 = 116,5 (cm) l1 = 285 (cm) l2 = 170 (cm)

l = 79 (cm) lcc = 571,5 (cm)

G = 1120 (kG)

γ = 7,85.10-3

(kG/cm3) dcc = 24 (cm)

1- Mômen tại các gối

- Mômen uốn tại gối 0:

2 0

o p

l q l G M

- Nhịp 0-1:

M0.l1 + 2.( l1 + l2 ).M1 + M2.l2=  3

2 3 1

1 1

2

2

i

i i i

i i i

l

M M

l

M M l

q l q

- Gối 0:

R0 = G +

1

0 1 1 0

2

.

l

M M l q l

1 2 2 1

2

2

.

l

M M l

M M l q l

2

.

l

M M l q

340

170

0 76 , 7143365 170

910

5 , 112437

2 1

2 1

0

M M

M M

M

R1 = 305,43 (kG) R2 = 378,81 (kG)

- Tổng trọng lượng của chong chóng và trọng lượng các đoạn trục

G = q (l0+ l1+ l2 ) + Gcc = 3146,874104 (kG)

- Ta thấy rằng:

% 100

G

R G

1 Giới hạn bền chảy

của vật liệu σch kG/cm

2 Với thép SF45 3200

3 x

n

N

4 Ứng suất tiếp do mô

men xoắn gây ra τx kG/cm

5 Chiều dài từ chong

chóng đến gối sau L cm Theo thiết kế 116,5

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức - Nguồn gốc Kết quả

6 Mô men chống uốn

3

32

.W

3 u

2 cc

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức - Nguồn gốc Kết quả