THIẾT kế hệ THỐNG ĐỘNG lực tàu TUẦN TRA CSB lắp 02 máy CHÍNH MTU 12v 4000 m71

Do đó việc thiết kế và đóngmới 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 contàu hiện đạ

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 PHÒNG - 2016

PHẦN MỞ ĐẦU ”

“Trên con đường đổi mới, đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đấtnước, nghành vận tải biển đóng một vai trò rất quan trọng trong nền kinh tếnước ta, được Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã có những chính sách phùhợp để tạo điều kiện phát triển nghành kinh tế này Do đó việc thiết kế và đóngmới 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 contàu hiện đại Ở nước ta, vận tải đường biển ngày càng phát triển, ngành đóng tàungày càng mở rộng và thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ trở thành một vấn đềlớn 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 khoaMáy 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

“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 Đăngkiểm Việt Nam ban hành, cũng như các quy định khác của Bộ khoa học côngnghệ 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 củaNghành Thiết kế tàu thủy Việt Nam.”

“Đề tài nhằm tạo tiền đề cho việc ứng dụng những thành tựu khoa học mớivào ngành công nghiệp đóng tàu của nước ta Dùng làm tài liệu tham khảo chocác 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 hướngdẫn nhiệt tình của Thầy giáo, TS Cao Đức Thiệp, cùng các Thầy cô giáo trongkhoa và bộ môn, đến nay em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp củamình Đây là kết quả tổng hợp quá trình học tập và rèn luyện của em trong nhàtrường 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, emmong muốn nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô giáo có nhiều kinhnghiệm để giúp em được hoàn thiện đề tài hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, Ban chủ nhiệm khoa, Nhàtrường, các bạn sinh viên trong và ngoài lớp đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho emhoàn thành đề tài này.”

“Hải phòng, ngày tháng năm 2016”

“ Sinh viên: ”

2

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Phạm vi ứng dụng của phương pháp Henschke 28Bảng 2.2 Kết quả xác định sức cản tàu theo Henschke 29Bảng 2.3 Tính thiết kế chong chóng sử dụng hết công suất 33Bảng 2.4 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực 34Bảng 2.5 Kết quả xác định khối lượng của chong chóng 36Bảng 3.1 Thông số cơ bản của chong chóng 38

Bảng 4.6 Tính chính xác lần 2 76

Bảng 4.8 Xác định góc pha giữa các xi lanh 80Bảng 4.9 Tính tổng độ giao động hình học tương đối 81Bảng 4.10 Tính tổng độ giao động hình học tương đối 82Bảng 4.11 Tính tổng độ giao động hình học tương đối 83Bảng 4.12 Bảng xác định đường kính xi lanh 84

Bảng 5.2 Dung tích két trực nhật của máy chính và máy phụ 94Bảng 5.3 Bảng tính lưu lượng bơm vận chuyển 95Bảng 5.4 Bảng tính lưu lượng dự trữ dầu bôi trơn 97Bảng 5.5 Dung tích két giãn nở máy chính 100Bảng 5.6 Đường kính ống nối cửa thông biển 101Bảng 5.7 Bảng thông số cửa thông biển chính 102Bảng 5.8 Tính chọn đường kính ống và bơm 103

4

Hình 4.4 Mô hình hệ thống dao động xoắn tương đương 70Hình 4.5 Mô hình hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lượng 72Hình 4.6 Mô hình hệ thống không thứ nguyên hai khối lượng 73

Hình 4.8 Vòng tròn pha với x = 1, K = 2,5 81

Hình 4.10 Vòng tròn pha với x = 3, K = 1,5 82Hình 4.11 Đồ thị xác định biên độ cộng hưởng 88

MỤC LỤC 8 Chương 1 8

GIỚI THIỆU CHUNG 8

1 “ GIỚI THIỆU CHUNG” 9

1.1 “GIỚI THIỆU TÀU” 9

1.1.1 “Loại tàu, công dụng” 9

1.1.2 “Vùng hoạt động, cấp thiết kế” 9

1.1.3 “Các thông số chủ yếu của tàu” 9

1.2 “TỔNG QUAN VỀ TRANG TRÍ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC” 9

1.2.1 “Bố trí buồng máy” 9

1.2.2 “Máy chính” 10

1.2.3 “Thiết bị đi kèm theo máy chính” 11

1.2.4 “Tổ máy phát điện” 12

1.2.5 Tổ bơm cứu hộ 13

1.2.6 Các thiết bị động lực khác 14

1.2.7 “Tổ máy phát điện dự phòng” 22

2.1 “SỨC CẢN” 25

2.1.1 “Các kích thước cơ bản” 25

2.1.2 “Sức cản của tàu tính theo công thức Henschke” 25

2.1.2.“Xác định sơ bộ tốc độ tàu cho thiết kế chong chóng” 28

2.2 “THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG” 29

2.2.1 Chọn vật liệu 29

2.2.2 Tính hệ số dòng theo, dòng hút 29

2.2.3 Chọn số cánh chong chóng 29

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền 30

2.2.5 Tính thiết kế chong chóng sử dụng hết công suất 30

Bảng 2.3 : Tính thiết kế chong chóng sử dụng hết công suất 30

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực 32

Bảng 2.4: Kiểm tra chong chóng theo điều kiện xâm thực 32

2.2.7 Tính trọng lượng chong chóng 32

4.1.TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG NGANG 54

4.1.1.Mục đích, phương pháp và sơ đồ tính 54

4.1.1.1.Mục đích 54

4.1.1.2.Phương pháp tính 54

4.1.1.3 Sơ đồ tính 54

4.1.2 Bảng tính và kết quả 57

4.1.2.1 Tần số dao động ngang 57

4.1.2.2 Bảng kết quả tính 58

4.1.2.3 Kết luận 59

5.1.DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ 90

5.1.1 “Số liệu ban đầu” 90

5.1.2 Luật áp dụng, cấp thiết kế và phân loại 90

5.2 “HỆ THỐNG DẦU ĐỐT” 90

5.2.1 Lượng dầu đốt dự trữ 90

5.2.2 “Dung tích két trực nhật máy chính và máy phụ” 92

6

5.2.3 Bơm vận chuyển 93

5.2.4 Nguyên lý hệ thống 94

5.3 HỆ THỐNG DẦU BÔI TRƠN 95

5.3.1 Dự trữ dầu bôi trơn 95

5.3.2 Nguyên lý hệ thống 97

5.4 HỆ THỐNG NƯỚC LÀM MÁT 98

5.4.1 Tính thể tích két giãn nở máy chính 98

5.4.2 Đường kính ống nối cửa thông biển 99

5.4.3 Cửa thông biển chính 100

5.4.4 Nguyên lý hoạt động 100

5.5 HỆ THỐNG HÚT KHÔ VÀ HỆ THỐNG NƯỚC THẢI 101

5.5.1.Tính chọn đường kính ống và bơm 101

5.5.2 Nguyên lý hoạt động 102

5.6 HỆ THỐNG CỨU HOẢ 102

5.6.1.Hệ thống cứu hoả bằng nước 102

5.6.2.Hệ thống cứu hoả bằng khí CO2 104

5.7.HỆ THỐNG KHÍ XẢ 105

“TÀI LIỆU THAM KHẢO 108

Chương 1

GIỚI THIỆU CHUNG

8

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 trụcchân 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 đóngtàu 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 ””

“Chiều rộng thiết kế” “B” = 7,00 “m ”

“Chiều cao mạn” D = 4,05 “m ”

“Chiều chìm toàn tải” d = 2,00 “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 máyphụ” từ “Sn8” đến “Sn17”

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

“Buồng máy có các kích thước chính”:

“Thông số của máy chính”:

“Đường kính xy-lanh”, “D” 165 mm

“Suất tiêu hao nhiên liệu”, ge 200 g/kWh

“Khối lượng động cơ”, “G” 7909 kg

“Chiều dài bao lớn nhất”, “L” 3780 mm

Tỷ số truyền”: itiến = ilùi = 2,529 : 1

1.2.3 “ Thiết bị đi kèm theo máy chính ”

1.2.4 “ Tổ máy phát điện ”

1.2.4.1 “ Diesel lai máy phát ”

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

Thông số của Diesel lai máy phát:

1.2.4.3 “Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện ”

12

1.2.5 Tổ bơm cứu hộ

Trên tàu được 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 DiterD203–3 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

Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

6– “Tổ bơm nước ngọt sinh hoạt ”

Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

Kiểu động cơ điện AC, 3 pha

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

Hệ thống gồm 03 bình khí CO2 trong đó 01 bình là dự phòng.Có 01 vanđiều 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 mạntrái Tại đây có các đường dẫn khí CO2 đến từng buồng để chữa cháy

1.2.7.1 “ Diesel lai máy phát ”

“Diesel lai máy phát dự phòng có ký hiệu TD229–4 của hãng DEUTZ doCHLB Đức sản xuất Đây là động cơ Diesel 4 kỳ, 4 xy lanh xếp thành một hàngthẳng đứng, tăng áp, làm mát trực tiếp bằng nước, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín,khởi động bằng điện DC 24 V”

1.2.7.3 “ Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện dự phòng ”

Lượng chiếm nước Disp = 265 T

2.1.2 “Sức cản của tàu tính theo công thức Henschke ”

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

2– “ Công thức xác định sức cản của Henschke ”

“Sức cản toàn phần theo henschke

) (

, kG

R R

V f

R n – Sức cản phần nhô và không khí, (kG)

f – Hệ số ma sát ở, f = 0,1392 + 0,258/(2,68 + L) Ω– Diện tích mặt ướt, Ω =L.d.(1,36 + 1,13.C b B/d), (m 2)

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

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

68 , 2

258 , 0 1392 ,

2555,

3 2760,9”

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 được trình bày ở hình 2.1

210022502400255027002850

300011100

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

“Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng)ηp= 0,5 Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) ηt= 0,97

Dự trữ công suất máy chính 15%Ne (cv)

Công suất của máy chính Ne = 2517x2 (cv)

Công suất kéo của tàu EPS = 0,85.Ne.ηp.ηt

R t = 9784 (kG)

V s = 34,5 (hl/h)”

28

R P

5 , 9 cos ).

1

= , với tàu hai chong chóng, x = 1,05

8 , 5642 98

, 0 05 , 1 ).

157 , 0 1 (

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:

min = 0,375 3

4 3 2

max 10

'.

.

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

30

4 Tốc độ tịnh tiến của chong chóng V p V p = V.(1 - ψ) m/s 13,74

c

e

t

P P

5 , 9 cos ).

v k

p

p n

ρ

7 Độ trượt tương đối λp λp = f(k’ n ) _ 0,82

8 Độ trượt tương đối λ’ p λ’ p = 1,05.λp _ 0,86

9 Đường kính chongchóng D opt p 'p

p opt

n

v D

P k

2 1

−

−

= 1

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

1 Hệ số đặc trưng cho chế độ tải ξ ξ = 1,3÷1,6 _ 1,3

4 Áp suất hơi bão hoà P d tra ở 20 o C kG/ m 2 238

5 Áp suất thuỷ tĩnh tại vịtrí đặt chân vịt P 1 P 1 =10330+γh b +P d kG/

p

k

P c

.

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;

e 0,6 – Chiều dày lớn nhất của cánh ở bán kính r = 0,6 R;

b 0,6 – Chiều rộng cánh tại r = 0,6 R.”

Bảng 2.5 Kết quả xác định khối lượng của chong chóng

“

1 “Số cánh chong chóng Z Theo công thức 2.3 cánh 3

2 Trọng lượng riêng vậtliệu làm chong chóng γ _ kG/m 3 8600

3 Đường kính chong chóng D Theo bảng 2.3 m 1,15

50 ( 08 ,

D b

p

) 484 , 0 53 , 0 (

.

6 , 0

−

9 Chiều dài may ơ chong chóng l p l p = (0,2 ÷ 0,8).D m 0,50

10 Khối lượng của chongchóng G Theo công thức 2.5 kG 266,6”

2.2.8 Kết luận

Vậy chong chóng thiết kế có các thông số như sau:

– Tỷ số đĩa: θ = 0,65– Trọng lượng: G = 266,6 (kG).

Chương 3

THIẾT KẾ HỆ TRỤC

34

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 được 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 được lắp 02 máy chính ký hiệu MTU 4000 M71 Công suất mỗimáy 1850 kW ở vòng quay 2000 vòng/phút Đó là loại động cơ 4 kỳ, 12 xi lanhxếp 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

1 Đường kính chong chóng D cc mm Theo bảng 2.3 1150

2 Trọng lượng chong chóng G cc kG Theo công thức 2.5 266,6

3 Số cánh chong chóng Z cánh Theo công thức 2.3 3

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 chongchóng của Mỹ Aquatech 17

– Giới hạn bền kéo [Ts] = 930 N/mm 2

– Trọng lượng riêng của vật liệu làm trục chong chóng

– γ = 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 chuyêndụng 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 s

- H: Công suất liên tục lớn nhất

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

- T s : 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

1 “Công suất liên tục lớn

7 Hệ số phụ thuộc vàokiểu trục C 2 _ Theo ABS 160

8 Đường kính tính toáncủa trục chong chóng d s mm

H k

3.3.1. Bu lông nối trục

Bảng 3.3: Bu lông nối trục

1 Đường kính tính toán trục trung gian d 0 mm Theo bảng 3.2 130,2

3 Giới hạn bền kéo vật liệu làm trục T s N/mm 2 Theo [1] 600

4 Đường kính vòng chia D mm Theo bích hộp số 245

5 Giới hạn bền kéo vậtliệu làm bu lông T b N/mm 2 Thép 45 610

6 Đường kính tính toán bu lông khớp nối d b mm 0,65

b

s

T D n

T d

.

) 160 (

3.3.2. Chiều dày bích nối hộp số

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

δ = 0,2.d0 = 26,9 mm

Chiều dày mặt bích có sẵn kèm theo hộp số δ1 = 30 mm ( >26,9 )

Chọn chiều dày mặt bích trục chong chóng δ2 = 32 mm ( >26,9 )

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

cầu

38

Hình 3.1 Bu lông khớp nối