Thiết kế hệ thống động lực tàu tuần tra CSB lắp máy 02 máy chính MTU 12v 4000 m71

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

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

TRẦN HÙNG HIỂU

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU TUẦN TRA CSB

LẮP 02 MÁY CHÍNH MTU 12V 4000 M71

NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THỦY; MÃ SỐ: 52520122

CHUYÊN NGÀNH: MÁY TÀU THỦY

Người hướng dẫn: TS CAO ĐỨC THIỆP

HẢI PHÕNG - 2016

PHẦN MỞ ĐẦU ”

I “ LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI ”

“Trên con đường đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất 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 Tuần tra cảnh sát

biển lắp 02 máy chính MTU 12V4000M71, công suất 1850(kW), vòng quay 2000vòng/phút”.”

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 mới vào ngành công nghiệp đóng tàu của nước ta Dùng làm tài liệu tham khảo cho các nhà máy đóng tàu, các sinh viên học ngành máy tàu thuỷ.”

“– 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: ”

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 4.5 Tính chính xác lần 1 75

MỤC LỤC Chương 1 11

GIỚI THIỆU CHUNG 11

1 GIỚI THIỆU CHUNG 12

1.1 GIỚI THIỆU TÀU 12

1.1.1 Loại tàu, công dụng 12

1.1.2 Vùng hoạt động, cấp thiết kế 12

1.1.3 Các thông số chủ yếu của tàu 12

1.2 TỔNG QUAN VỀ TRANG TRÍ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC 12

1.2.1 Bố trí buồng máy 12

1.2.2 Máy chính 13

1.2.3 Thiết bị đi kèm theo máy chính 14

1.2.4 Tổ máy phát điện 15

1.2.4.1 Diesel lai máy phát 15

1.2.4.2 Máy phát điện 15

1.2.4.3 Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện 15

1.2.5 Tổ bơm cứu hộ 16

1.2.6 Các thiết bị động lực khác 17

1.2.6.1 Các két 17

1.2.6.2 Các tổ bơm 17

1.2.6.3 Các tổ quạt 21

1.2.6.4 Thiết bị lọc, phân ly 22

1.2.6.5 Các thiết bị điện 23

1.2.6.6 Các thiết bị hệ thống khí nén 24

1.2.6.7 Các thiết bị chữa cháy buồng máy, kho vũ khí 25

1.2.7 Tổ máy phát điện dự phòng 25

1.2.7.1 Diesel lai máy phát 25

1.2.7.2 Máy phát điện 26

1.2.7.3 Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện dự phòng 26

Chương 2: 27

TÍNH SỨC CẢN, THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG 27

2.1 SỨC CẢN 28

2.1.1 Các kích thước cơ bản 28

2.1.2 Sức cản của tàu tính theo công thức Henschke 28

2.1.2 Xác định sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng 31

2.2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG 32

2.2.1 Chọn vật liệu 32

2.2.2 Tính hệ số dòng theo, dòng hút 32

2.2.3 Chọn số cánh chong chóng 32

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền 33

2.2.5 Tính thiết kế chong chóng sử dụng hết công suất 33

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực 34

2.2.7 Tính trọng lượng chong chóng 35

Chương 3: 37

TÍNH THIẾT KẾ HỆ TRỤC 37

3.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ 38

3.1.1 Hệ trục 38

3.1.2 Máy chính 38

3.1.3 Chong chóng 38

3.1.4 Vật liệu chế tạo hệ trục chong chóng 38

3.1.5 Bố trí hệ trục 39

3.2 ĐƯỜNG KÍNH TRỤC CHONG CHÓNG 39

3.3 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC 40

3.3.1 Bu lông nối trục 40

3.3.2 Chiều dày bích nối hộp số 41

3.3.3 Kích thước then 42

3.3.3 Ổ đỡ trục chong chóng 43

3.4 PHỤ TẢI GỐI TRỤC 45

3.4.1 Sơ đồ tính 45

3.4.2 Tính mô men uốn tại các gối đỡ 46

3.4.3 Tính phản lực tại các gối đỡ 47

3.5 NGHIỆM BỀN TĨNH HỆ TRỤC CHONG CHÓNG 47

3.5.1 Áp suất trên bề mặt các gối đỡ trục chong chóng 47

3.5.2 Tính nghiệm hệ số an toàn trục chong chóng 48

3.5.3 Nghiệm ổn định dọc trục 49

3.5.4 Nghiệm biến dạng hệ trục 51

3.6 NGHIỆM BỀN CÁC CHI TIẾT 52

3.6.1 Nghiệm bền tuốc tô 52

3.6.2 Nghiệm bền bu lông 53

3.6.3 Nghiệm bền then tuốc tô 54

Chương 4: 55

TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG HỆ TRỤC 55

4.1 TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG NGANG 56

4.1.1 Mục đích, phương pháp và sơ đồ tính 56

4.1.1.1.Mục đích 56

4.1.1.2.Phương pháp tính 56

4.1.1.3 Sơ đồ tính 56

4.1.2 Bảng tính và kết quả 59

4.1.2.1 Tần số dao động ngang 59

4.1.2.2 Bảng kết quả tính 60

4.1.2.3 Kết luận 61

4.2 TÍNH DAO ĐỘNG XOẮN 61

4.2.1 Dữ kiện phục vụ thiết kế 61

4.2.1.1 Máy chính 61

4.2.1.2 Chong chóng 62

4.2.1.3 Hộp số 63

4.2.1.4 Trục và bích nối 63

4.2.2 Mô hình tính dao động 64

4.2.2.1.Tính mô men quán tính khối lượng 64

4.2.2.2 Độ mềm các đoạn trục 69

4.2.3 Dao động xoắn tự do 71

4.2.3.1 Hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lượng 72

4.2.3.2Hệ thống không thứ nguyên hai khối lượng 73

4.2.4 Dao động xoắn cưỡng bức 78

4.2.4.1 Cấp điều hòa mô-men kích thích 78

4.2.4.2 Góc lệch pha giữa các xi lanh trong cùng một hàng 79

4.2.4.3.Tổng biên độ dao động hình học tương đối 80

4.2.4.4.Công của mô men điều hoà cưỡng bức 83

4.2.4.5.Công của các mô men cản 84

4.2.4.6 Biên độ cộng hưởng A1R 87

4.2.4.7.Xác định khu vực lân cận của vòng quay cộng hưởng 88

4.2.4.8.Tổng ứng suất xoắn trên trục khi cộng hưởng 89

4.2.4.9 Ứng suất cho phép của trục 90

4.2.4.10 Kết luận 90

Chương 5: 91

HỆ THỐNG THIẾT BỊ PHỤ VÀ PHỤC VỤ 91

5.1.DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ 92

5.1.1 Số liệu ban đầu 92

5.1.2 Luật áp dụng, cấp thiết kế và phân loại 92

5.2 HỆ THỐNG DẦU ĐỐT 92

5.2.1 Lượng dầu đốt dự trữ 92

5.2.2 Dung tích két trực nhật máy chính và máy phụ 94

5.2.3 Bơm vận chuyển 95

5.2.4 Nguyên lý hệ thống 96

5.3 HỆ THỐNG DẦU BÔI TRƠN 97

5.3.1 Dự trữ dầu bôi trơn 97

5.3.2 Nguyên lý hệ thống 99

5.4 HỆ THỐNG NƯỚC LÀM MÁT 100

5.4.1 Tính thể tích két giãn nở máy chính 100

5.4.2 Đường kính ống nối cửa thông biển 101

5.4.3 Cửa thông biển chính 102

5.4.4 Nguyên lý hoạt động 102

5.5 HỆ THỐNG HÖT KHÔ VÀ HỆ THỐNG NƯỚC THẢI 103

5.5.1 Tính chọn đường kính ống và bơm 103

5.5.2 Nguyên lý hoạt động 104

5.6 HỆ THỐNG CỨU HOẢ 104

5.6.1.Hệ thống cứu hoả bằng nước 104

5.6.2 Hệ thống cứu hoả bằng khí CO2 105

5.7.HỆ THỐNG KHÍ XẢ 107

TÀI LIỆU THAM KHẢO 109

1 “ GIỚI THIỆU CHUNG ”

1.1 “GIỚI THIỆU TÀU”

1.1.1 “ Loại tàu, công dụng ”

“Tàu Tuần tra cảnh sát biển” là loại tàu vỏ hợp kim nhôm, kết cấu hàn điện

hồ quang “Tàu được lắp “02” diesel chính”, truyền động gián tiếp cho 02 “hệ trục chân vịt”

“Tàu được thiết kế” dùng để phục vụ cho công tác “an ninh quốc phòng”, cứu

hộ trên biển

1.1.2 “ Vùng hoạt động, cấp thiết kế ”

“Vùng hoạt động của tàu: Vùng biển Việt Nam

Tàu tuần tra cảnh sát biển được thiết kế theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu cao tốc năm 2010 của Bộ giao thông vân tải Việt Nam ở cấp hạn chế I

1.1.3 “ Các thông số chủ yếu của tàu ”

“Chiều dài đường nước thiết kế” “LWL = 34,5 “m ””

“Buồng máy bao gồm buồng máy phụ và buồng máy chính” “Buồng máy phụ”

được bố trí từ sườn 03 (“Sn3”) đến “Sn8” “Buồng máy chính” tiếp theo “buồng máy phụ” từ “Sn8” đến “Sn17”

“Trong buồng máy chính” “lắp đặt” 02 “máy chính” và “các trang thiết bị” như

“

bơm hút khô”, “bơm cứu hoả”, “máy lọc dầu đốt”, “máy phân ly” nước đáy tàu, các

“

quạt thông gió”… đủ cho “tàu hoạt động bình thường” “Điều khiển” “máy chính”

được thực hiện tại chỗ trong “buồng máy” hoặc từ xa trên “buồng lái” Một số bơm

“Thông số của máy chính”:

1.2.3 “ Thiết bị đi kèm theo máy chính ”

“Thiết bị hâm nóng nước ngọt trong máy trước khi khởi động”

“Các thiết bị tiêu chuẩn khác”

1.2.4 “ Tổ máy phát điện ”

Diesel lai máy phát có ký hiệu BF4"“M1013MC của hãng DEUTZ do CHLB Đức sản xuất Đây là động cơ Diesel 4 kỳ, 4 xy lanh xếp thành một hàng thẳng đứng, tăng áp, làm mát trực tiếp bằng nước, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện DC 24 V”

Thông số của Diesel lai máy phát:

1.2.5 Tổ bơm cứu hộ

Trên tàu đƣợc trang bị 01 tổ bơm cứu hộ đồng bộ kèm theo súng cứu hoả

có nhiệm vụ chữa cháy cho các tàu khác trên biển Ký hiệu DEUTZ Diter D203–3 của hãng DEUTZ do CHLB Đức sản xuất

Các thông số cơ bản của tổ bơm:

Loại bơm: bơn ly tâm, tự hút, một cấp trục ngang

6– “Tổ bơm nước ngọt sinh hoạt ”

Hệ thống gồm 03 bình khí CO2 trong đó 01 bình là dự phòng.Có 01 van điều khiển điện tử cùng 03 van tay gạt riêng biệt đến các buồng Tất cả các thiết

bị đặt trong buồng chứa dụng cụ chữa cháy (kho CO2) đặt trên boong chính mạn trái Tại đây có các đường dẫn khí CO2 đến từng buồng để chữa cháy

CHLB Đức sản xuất Đây là động cơ Diesel 4 kỳ, 4 xy lanh xếp thành một hàng thẳng đứng, tăng áp, làm mát trực tiếp bằng nước, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện DC 24 V”

Chương 2

Theo nhiệm vụ thiết kế tàu tuần tra chạy với vận tốc 34 hl/h

2 , 2 1/3

1– “ Phạm vi áp dụng của phương pháp Henschke ”

Bảng 2.1– Phạm vi áp dụng của phương pháp Henschke

“ No ” “ Đại lƣợng xác định ” “ Tàu thực thiết kế ”

“ Phạm vi của Henschke ”

“ No ” “ Đại lƣợng xác định ” “ Tàu thực thiết kế ”

“ Phạm vi của Henschke ”

, kG R

kG V

3– “ Kết quả xác định sức cản tàu theo Henschke ”

Bảng 2.2: Kết quả xác định sức cản tàu theo Henschke

“ No ” “ Đại lƣợng tính ” “ Công thức tính ” “ Kết quả ”

258 , 0 1392 ,

4– “ Đồ thị sức cản R = f(V) và công suất kéo ESP = f(V) ”

Căn cứ vào tính toán các giá trị R và EPS xây dựng đồ thị R = f(V)

và ESP = f(V) cho tra cứu tính toán Đồ thị đƣợc trình bày ở hình 2.1

210022502400255027002850

300011100

[hl/h]

[m/s]

R=f(V)

ES

P=f(V)

Hình 2.1 Đồ thị sức cản R = f(V) và công suất kéo ESP = f(V)

“Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) p= 0,5 Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) t= 0,97

V s = 34,5 (hl/h)”

5 , 9 cos ).

1 ( 

8 , 5642 98

, 0 05 , 1 ).

157 , 0 1 (

n

V

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

k’n > 1 , vậy chọn số cánh chong chóng Z = 3

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền

Theo điều kiện bền ta có:

4 3 2

'.

.

D – Đường kính sơ bộ của chong chóng

3 3 , 1

055 , 0

3

4 3

2.2.5 Tính thiết kế chong chóng sử dụng hết công suất

Bảng 2.3 : Tính thiết kế chong chóng sử dụng hết công suất

No Đại lượng xác

định Ký hiệu Công thức tính Đơn vị Kết quả

5 , 9 cos ).

v k

p

p n

n

v D

. 2

1

p p

.

1

p p

v R N

N

N N

Vậy chong chóng đã thiết kế thỏa mãn công suất yêu cầu cho việc đẩy tàu

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực

Bảng 2.4: Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực

No Đại lƣợng xác định hiệu Ký Công thức tính Đơn vị quả Kết

e D

dp D

b D

d p – Đường kính trung bình của may ơ chong chóng;

l p – Chiều dài may ơ chong chóng;

Bảng 2.5 Kết quả xác định khối lượng của chong chóng

“ No ” “ Đại lƣợng xác định ” “ Ký hiệu ” “ Công thức tính ” “ Đơn vị ” “ Kết quả ”

50 ( 08 ,

D b

p

) 484 , 0 53 , 0 (

6

, 0

Chương 3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3.1 “DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ”

3.1.1 Hệ trục

“Hệ trục tàu thuỷ có nhiệm vụ truyền công suất từ động cơ đến chong chóng

và nhận lực đẩy hoặc kéo từ chong chóng truyền cho vỏ tàu

Hệ trục tàu Tuần Tra Cảnh Sát Biển vỏ hợp kim nhôm ký hiệu CSB–3006 đƣợc thiết kế theo quy phạm phân cấp và đóng tàu cao tốc của Bộ giao thông vận tải năm 2010”

3.1.2 Máy chính

Trên tàu đƣợc lắp 02 máy chính ký hiệu MTU 4000 M71 Công suất mỗi máy 1850 kW ở vòng quay 2000 vòng/phút Đó là loại động cơ 4 kỳ, 12 xi lanh xếp hình chữ V, phun nhiên liệu trực tiếp, có tuốc bin tăng áp

3.1.3 Chong chóng

Bảng 3.1: Thông số cơ bản của chong chóng

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

3.1.4 Vật liệu chế tạo hệ trục chong chóng

“Vật liệu chế tạo trục chong chóng là thép không gỉ chuyên làm trục chong chóng của Mỹ Aquatech 17

–  = 7,98.10-3 kG/cm2.”

3.1.5 Bố trí hệ trục

“Tàu được bố trí 02 hệ trục đặt đối xứng qua mặt phẳng dọc tâm tàu, cách

tâm tàu một khoảng là 1400 mm và nghiêng so với đường cơ bản một góc 9,5o

Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chong chóng, với tổng chiều dài 7289,4 mm

Mặt bích hộp số được đặt cách Sn 11 về phía mũi là 200 mm, cách đường

cơ bản 1310 mm (đo tại Sn 11 và song song với đường cơ bản)

Trục chong chóng kết cấu bích rời, được đặt trên ba gối đỡ bạc chuyên dụng Thordom sxl của Mỹ Bôi trơn và làm mát 03 gối đỡ bằng nước ngoài tàu, gối đỡ trước theo kiểu cưỡng bức.”

H K d

s

trong đó :

- K2: Hệ số tính toán đường kính trục

- 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

- K: Hệ số tính toán trục rỗng hoặc đặc

Bảng 3.2: Đường kính trục chong chóng

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

1 “Công suất liên tục lớn

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc

Kết quả

H k

3 Giới hạn bền kéo vật

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc

Kết quả

T d

.

) 160 (

Kết luận: Bu lông khớp nối đủ bền

3.3.2 Chiều dày bích nối hộp số

Theo [1] chiều dày mặt bích nối tại vòng chia không đƣợc nhỏ hơn trị số đƣợc tính theo công thức:

 = 0,2.d0 = 26,9 mm

Chiều dày mặt bích có sẵn kèm theo hộp số 1 = 30 mm ( >26,9 )

Chọn chiều dày mặt bích trục chong chóng 2 = 32 mm ( >26,9 )

Kết luận: Chiều dày bích trục chong chóng và bích trục chong chóng đạt yêu

cầu

Hình 3.1 Bu lông khớp nối