Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng 3200 tấn lắp 01 máy chính 6LH32L , công suất 2000(hp), vòng quay 280 (vp)

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀITrên con đường đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hoá và hiện đạihoá đất nước, ngành vận tải biển đóng một vai trò rất quan trọng trongnền kinh tế nước ta, được Đảng và Nhà n

PHẦN MỞ ĐẦU

LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Trên con đường đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hoá và hiện đạihoá đất nước, ngành vận tải biển đóng một vai trò rất quan trọng trongnền kinh tế nước ta, được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã cónhững chính sách phù hợp để tạo điều kiện phát triển nghành kinh tếnày Do đó việc thiết kế và đóng mới tàu thủy là một trong những trọngtâm của nghành đóng tàu nước ta

Trang trí động lực tàu thuỷ là một bộ phận quan trọng để tạo thànhmột con tàu hiện đại Ở nước ta, vận tải đường biển ngày càng pháttriển, ngành đóng tàu ngày càng mở rộng và trang trí động lực tàu thuỷtrở thành một vấn đề lớn mà nhiều nhà nghiên cứu, thiết, kế, chế tạođang quan tâm

Sau 5 năm theo học nghành " Thiết kế và sửa chữa máy tàu thủy "tại khoa Cơ Khí , Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam, nay em đượcgiao nhiệm vụ thực hiện đề tài tốt nghiệp:

“ Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng 3200 tấn lắp 01 máy

chính 6LH32L , công suất 2000(hp), vòng quay 280 (v/p) ”.

MỤC ĐÍCH.

- Mục đích của đề tài là nhằm thiết kế trang trí hệ thống động lựctàu chở hàng 3200 tấn, lắp máy 6LH32L, công suất 2000 (cv), vòngquay280 (v/p)

- Để đề tài được ứng dụng ngay trong các nhà máy Tạo tiền đề choviệc tiếp cận các vấn đề mới khi đóng mới những con tàu to và hiện đại

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 docục Đăng kiểm Việt Nam ban hành, cũng như các quy định khác của Bộkhoa 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 thicông của Nghành Cơ khí Đóng tàu Việt Nam

Phạm vi nghiên cứu của đề tài:

- Đề tài được nghiên cứu dựa theo các tài liệu mẫu và các trangthiết bị có sẵn

Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI.

Đề tài nhằm tạo tiền đề cho việc ứng dụng những thành tựu khoahọc mới vào ngành công nghiệp đóng tàu của nước ta Dùng làm tài liệutham khảo cho các nhà máy đóng tàu, các sinh viên học ngành máy tàuthuỷ

Đây là kết qủa tổng hợp quá trình học tập và rèn luyện của emtrong nhà trường và ngoài thực tế

Nội dung chính của đề tài :

Bao gồm 2 phần: bản vẽ và thuyết minhI) Thuyết minh

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 dao động ngang hệ trục

Chương 5: Tính dao động xoắn hệ trụcChương 6: Tính chọn các thiết bị và hệ thống phục vụ

Tuy nhiên với những bước đi ban đầu của một người thiết kế cũngnhư sự cọ sát với thực tế không nhiều chắc chắn không tránh khỏi nhữngthiếu sót, em mong muốn nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy côgiáo 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 điềukiện cho em hoàn thành đề tài này

Hải phòng, ngày tháng năm 2016

Sinh Viên

Phạm Khắc Bách

CHƯƠNG 1TỔNG 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 trụcchân vịt

Tàu được thiết kế dùng để chở hàng khô trong khoang

1.2 VÙNG HOẠT ĐỘNG, CẤP THIẾT KẾ

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 TCVN 6259 - 2016 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 TCVN 6259 - 2016

1.3 CÁC THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA TÀU

– 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

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 động trực tiếp cho một hệ trụcchong chóng và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực Ngoài ra còn bốtrí 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 buồngmáy

1.4.2 MÁY CHÍNH

Máy chính có ký hiệu 6LH32L do hãng HANSHIN- Nhật Bản sảnxuất, là động cơ điesel kiểu động cơ 4 thì, tác dụng đơn,tăng áp bằng tuabin khí xả, 6 xilanh xếp một hàng thẳng đứng, thấp tốc, làm mát haivòng tuần hoàn, bôi trơn bằng dầu nhờn tuần hoàn các te khô , khởiđộng bằng không khí nén ,tự đảo chiều chân vịt, điều khiển từ xa từbuồng điều khiển tập trung trong buồng máy Động cơ sẽ truyền độngtrực tiếp cho chân vịt thông qua một đường trục Ngoài ra buồng máycòn trang bị các thiết bị phục vụ khác phục vụ cho năng lực hoạt độngcủa tàu

Thông số của máy chính:

1.4.3 THIẾT BỊ KÈM THEO MÁY CHÍNH

- Bầu làm mát không khí tăng áp 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)

- 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)

+ Sản lượng : 0,5 (m3/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)

+ 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 nước dằn tàu ( bao gồm két mũi và không kể đến hầm hàng)

+ Số lượng : 03+ Thể tích : 290 (m3)

- Két nước dằn tàu (hầm hàng)

+ Số lượng : 06+ Thể tích : 480 (m3)

– 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 chìm toàn tải d = 5,35 m

– Lượng chiếm nước Disp = 3662 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

Bảng 2.1 Lựa chọn 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

Công thức xác định sức cản của Papmiel

Công suất kéo theo Papmiel

) ( , 0

3

hp LC

V EPS = ∇ S

Trong đó:

V S – 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);

C 0 – Hệ số tính toán theo Papmiel

Kết quả xác định sức cản tàu theo Papmiel

Bảng 2.2 Xác định sức cản tàu theo phương pháp Papmiel

No Đại lượng xác

No Đại lượng xác

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

v s (hl/g)

( hp ) ( KG )

6000

300 3000

9000

600

R = f(vs)

2000 20000

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

– Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) ηp= 0,6 – Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) ηt= 0,97

– Dự trữ công suất máy chính 10%Ne– Công suất của máy chính Ne = 2000 (hp)

– Công suất kéo của tàu EPS = 0,9Neηpηt

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

Rt = 12385 (kG)

Vs = 12,3(knots)

THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

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

σb (KG / cm2)

Giới hạn chảy σ

c (KG / cm2)

Dãn dài tương đối

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

Chọn tỉ số đĩa theo điều kiện bền

4

' 2 ' min

10

.

375 , 0

m

δ θ

θ

Quá trình tính toán trong bảng 2.5

Bảng 2.5: Bảng tính toán tỉ số đĩa

.

375 , 0

Z C

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 η

.v R

η - Hiệu suất thực tế của chong chóng

* Sau đó nghiệm lại công suất tàu theo công thức

p N p N p

N v

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

* Quá trình tính toán trong bảng 2.6:

Bảng 2.6: Bảng tính nghiệm lại vận tốc tàu

N 0 Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn vị

Công thức – Nguồn gốc Kết quả

λ 2,45 2,47 2,48

N 0 Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn vị

Công thức – Nguồn gốc Kết quả

opt

p D n

18 Công suất tiêu thụ

N

N

3,901 3,53 2,75

Kết luận:∆N = 2,75% < 3% Vậy v = 12,5 knots

Và đường kính chong chóng lấy D = 2,48 m

10

.

Z C

δ

Z C

δ

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 = 2,48(m)

δmax – Chiều dày tương đối lớn nhất của cánh chong chóng

tại bán kính (0,6 – 0,7)R,

δmax = (0,08 ÷ 0,1) (m) Chọn δmax = 0,1

P – Lực đẩy của chong chóng P = 16041(kG)

Thay số được kết quả θmin = 0,4246 < θ = 0,55

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

Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng

θ ≥ θmin =

P

K C

.

No Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn vị

Kết luận: Điều kiện xâm thực được thoả mãn.

Xác định khối lượng và kích thước 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

=

- Quá trình tính toán ở bảng 2.8

Bảng 2.8.Xác định khối lượng và kích thước chong chóng

hiệu Đơn vị

Công thức Nguồn gốc Kết quả

-1 Đường kính củ chong

3 Chiều dày đỉnh chong

5 Chiều dày giả thiết cánh

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức Nguồn gốc Kết quả

-11 Khối lượng riêng của

Chiều dài củ chong chóng l0 = 0,50 (m)

Đường kính trung bình củ chong chóng d0 = 0,36 (m)

Khối lượng chong chóng G = 1118,4 (kg)

CHƯƠNG 3TÍNH THIẾT KẾ TRỤC

1.5 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ

1.5.1 Số liệu ban đầu

1.5.2.3.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

– 2016

1.5.3 Bố trí hệ trục

Hệ động lực tàu là một đường trục bao gồm 01 trục chân vịt vàđược chế tạo bằng thép SF45 Bích nối được chế tạo rời với trục Trụcđược nối với bích ra của động cơ bởi các bu lông tinh có vật liệu là théprèn

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

là cao su bôi trơn và làm mát bằng nước trích từ đường nước làm mátmáy 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, songsong và cách mặt phẳng tâm tàu là 1500 (mm)

.

T N

H k d

≥

Bảng 3.1: Bảng tính trục chong chóng

1 Công suất liên tục

.

T N

H k d

1.6.2 Chiều dày áo bọc trục

Bảng 3.2: Tính chọn áo bọc trục

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

1.7 CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC

1.7.1 Khớp nối trục

+ Quá trình tính toán trong bảng 3.3

Bảng 3.3:Tính khớp nối trục

danh nghĩa của vật

liệu chế tạo bulông

d03.( + 160 ) / 34,45

8 Chiều dày khớp nối

Kết luận:

- 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

Hình 3.1: Kết cấu bích nối

1.7.2 Ổ đỡ trục chân vịt

1.7.2.1.Vật liệu chế tạo ổ đỡ trục chân vịt

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

1.7.2.2.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)

1.7.2.3.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)

1.7.3 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

1.7.4 Then trục chong chóng 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

Hình 3.3 - Phần côn trục chong chóng

1 - Trục chong chóng; 2 - Phần côn trục;

3 - Ren đầu trục; 4 – Then Bảng 3.5: Tính chọn then

N

o Hạng mục tính

Ký hiệu

Đơn

vị Công thức - Nguồn gốc

Kết quả

o Hạng mục tính

Ký hiệu

Đơn

vị Công thức - Nguồn gốc

Kết quả

7 Giới hạn chảy của vạt

kG/c

Chọn chiều dài then là 320mm

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

H l

v tb

10 648 ,

σ

Hình 3.4 – Rãnh then trục chong chóng

- Các thông số của rãnh then ( Tra bảng 4/11- Lắp ráp và sửa chữathiết bị tàu thủy - Nguyễn Đăng Cường)

Bảng 3.6 Bảng chọn then (Đơn vị đo của các đại lượng trong bảng mm)

Hình 3.5 - Sơ đồ lực tác dụng lên trục

1- Mômen tại các gối

- Mômen uốn tại gối 0:

M0 = - =− + 2 

.

2

0 p o

l q l G M

- Nhịp 0-1:

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

2

3 1

M0 = -112437,5 (kG.cm) M1 = 8677,487 (kG.cm) M2 = -4430,28 (kG.cm)

+

=

− +

−

=

0 33 , 4359619

340

170

0 76 , 7143365 170

910

5 , 112437

2 1

2 1

0

M M

M M

M

2- Phản lực tại các gối

- Công thức tính:

Ri =

1

1 1

1 1

2

2

.

+

+

− +

+

i

i i

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

G

R G

Σ

Σ

− Σ