THIẾT kế hệ THỐNG ĐỘNG lực tàu HÀNG 4500 tấn, lắp máy MAN bw 8S26MC

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢITRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM TRƯƠNG TUẤN NGHĨA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU HÀNG 4500 TẤN, LẮP MÁY MAN B&W 8S26MC NGÀNH: K

BỘ GIÁO DỤC ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

TRƯƠNG TUẤN NGHĨA

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU HÀNG

4500 TẤN, LẮP MÁY MAN B&W 8S26MC

NGÀNH: KỸ THUẬT TÀU THỦY; MÃ SỐ: 52520122CHUYÊN NGÀNH: MÁY TÀU THỦY

Người hướng dẫn: ThS Bùi Thị Hằng

NHIỆM VỤ THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong TKTN (về lý luận, thực tiễn, tiến trình cần tính toán và các bản vẽ).

1 Thuyết minh

1.1 Giới thiệu chung

1.2 Tính sức cản, thiết kế sơ bộ chong chóng

1.3 Thiết kế hệ trục

1.4 Tính nghiệm dao động ngang

1.5 Tính nghiệm dao động xoắn

Các số liệu chủ yếu cần thiết để thiết kế

1- Hồ sơ tính năng tàu hàng 4500 tấn

2- Thiết kế phương án tàu hàng 4500 tấn

3- Bố trí chung, phân khoang tàu hàng 4500 tấn

4- Catalogue máy chính

5- Catalogue tổ máy phát điện

6- Catalogue các thiêt bị phụ

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 15

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 17

1.1 TỔNG QUAN VỀ TÀU 18

1.1.1 Loại tàu 18

1.1.2 Vùng hoạt động 18

1.1.3 Cấp thiết kế 18

1.1.4 Các thông số cơ bản phần vỏ tàu 18

1.1.5 Hệ động lực chính 18

1.1.6 Quy phạm áp dụng 19

1.1.7 Công ước quốc tế áp dụng 19

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC 19

1.2.1 Bố trí buồng máy 19

1.2.2 Máy chính 19

1.2.3 Thông số cơ bản của máy chính 19

1.2.4 Tổ máy phát điện 21

1.2.5 Nồi hơi phụ 22

1.3 CÁC THIẾT BỊ ĐỘNG LỰC KHÁC 22

1.3.1 Két 22

1.3.2 Hệ thống bơm nước 24

1.3.3 Hệ thống bơm dầu 27

1.3.4 Hệ thống phân ly 28

1.3.5 Hệ thống không khí cao áp 28

CHƯƠNG 2 TÍNH SỨC CẢN VÀ THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG 30

2.1 TÍNH SỨC CẢN 31

2.1.1 Dữ liệu phục vụ thiết kế 31

2.1.2 Tính sức cản theo phương pháp Seri 60 31

2.2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG 38

2.2.1 Chọn vật liệu làm chong chóng 38

2.2.2 Tính hệ số hút, hệ số dòng theo 38

2.2.3 Chọn số cánh chong chóng 38

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền 39

2.2.5 Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất 40

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện chống xâm thực 41

2.2.7 Tính trọng lượng chong chóng 42

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC 44

3.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ 45

3.1.1 Số liệu ban đầu 45

3.1.2 Luật áp dụng 45

3.1.3 Bố trí hệ trục 45

3.2 TÍNH SƠ BỘ ĐƯỜNG KÍNH TRỤC 47

3.2.1 Đường kính trục chong chóng 47

3.2.2 Đường kính trục trung gian 48

3.3 TÍNH TOÁN MỘT SỐ THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ TRỤC 50

3.3.1 Phần côn trục 50

3.3.2 Bích nối trục 52

3.3.3 Áo trục chong chóng 53

3.3.4 Bạc trục chong chóng 53

3.3.5 Bulong liên kết bích nối 54

3.3.6 Ổ đỡ trục trung gian 55

3.3.7 Ống bao trục và thiết bị làm kín 56

3.4 NGHIỆM BỂN HỆ TRỤC 58

3.4.1 Áp lực tác dụng lên gối đỡ 58

3.4.2 Áp lực riêng tác dụng lên gối đỡ 60

3.4.3 Nghiệm bền hệ trục 61

3.4.4 Kiểm nghiệm độ ổn định dọc trục 62

3.4.5 Kiểm nghiệm biến dạng xoắn 63

3.4.6 Kiểm nghiệm độ võng lớn nhất 64

CHƯƠNG 4 TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG NGANG HỆ TRỤC 66

4.1 TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG NGANG CỦA HỆ TRỤC 67

4.1.1 Mục đích 67

4.1.2 Phương pháp tính 67

4.1.3 Sơ đồ tính 67

4.2 BẢNG TÍNH VÀ KẾT QUẢ 70

4.2.1 Tần số dao dộng ngang 70

4.2.2 Bảng kết quả tính 72

4.2.3 Kết luận 73

CHƯƠNG 5: TÍNH TÍNH NGHIỆM DAO ĐỘNG XOẮN CỦA HỆ TRỤC 74

5.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ 75

5.1.1 Luật áp dụng và tài liệu tham khảo 75

5.1.2 Máy chính 75

5.1.3 Chong chóng 76

5.1.4 Trục và bích nối 76

5.2 MÔ MEN QUÁN TÍNH KHỐI LƯỢNG 77

5.2.1 Mô men quán tính khối lượng nhóm Piston - Biên khuỷu 77

5.2.2 Mô men quán tính khối lượng của bánh đà 77

5.2.3 Mô men quán tính khối lượng của chong chóng 77

5.3 HỆ SỐ MỀM CÁC ĐOẠN TRỤC 78

5.3.1 Độ mềm giữa các cơ cấu biên khuỷu 78

5.3.2 Độ mềm xoắn các đoạn trục 78

5.4 THÀNH LẬP HỆ THỐNG DAO ĐỘNG XOẮN TƯƠNG ĐƯƠNG 79

5.4.1 Mô men quán tính khối lượng không thứ nguyên 79

5.4.2 Độ mềm không thứ nguyên 80

5.5 CHUYỂN HỆ THỐNG NHIỀU KHỐI LƯỢNG VỀ HỆ THỐNG 2 KHỐI LƯỢNG 80

5.5.1 Sơ đồ hệ thống 80

5.5.2 Tính mômen quán tính khối lượng 81

5.5.3 Tính độ mềm 81

5.5.4.Tính gần đúng bình phương tần số dao động tự do  81

5.5.5 Tính chính xác  theo phương pháp Tolle Với :  =0,0150883; 81

5.5.6 Tần số dao động Wn 82

5.5.7 Số lần dao động của hệ 83

5.5.8.Kết luận 83

5.6 TÍNH DAO ĐỘNG CƯỠNG BỨC 83

5.6.1 Miền biến thiên của cấp điều hoà mô men kích thích 83

5.6.2 Vòng quay cộng hưởng 83

5.6.3 Góc lệch pha giữa các xilanh 84

5.6.4 Xác định giản đồ pha 85

5.6.5 Tính toán các tổng biên độ hình học tương đối 86

5.6.6 Công của mô men điều hoà cưỡng bức 86

5.6.7 Công của các mô men cản 87

5.6.8 Xác định biên độ cộng hưởng A1R 88

5.6.9 Tính ứng suất xoắn trên trục lúc cộng hưởng 89

5.6.10 Ứng suất do mô men xoắn trung bình 90

5.6.11 Tổng ứng suất trên trục lúc cộng hưởng 90

5.6.12 Ứng suất cho phép của trục 90

5.6.13 Kết luận về vùng cấm quay 91

CHƯƠNG 6 TÍNH CHỌN CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ 92

6.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ TÍNH TOÁN 93

6.1.1 Số liệu ban đầu 93

6.1.2 Luật áp dụng và tài liệu tham khảo 93

6.2 HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU 93

6.2.1 Nguyên lý hoạt dộng 93

6.2.2 Lượng dầu đốt dự trữ và trực nhật FO, DO 95

6.2.3 Bơm vận chuyển dầu đốt 97

6.2.4 Tính máy phân ly dầu đốt 97

6.3 HỆ THỐNG BÔI TRƠN 98

6.3.1 Nguyên lý hoạt động 98

6.3.2 Tính toán hệ thống 99

6.4 HỆ THỐNG LÀM MÁT 103

6.4.1 Nguyên lý hoạt động 103

6.4.2 Tính toán hệ thống 104

6.5 HỆ THỐNG HÚT KHÔ DẰN 107

6.5.1 Nguyên lý hoạt động 107

6.5.2 Tính toán hệ thống 109

6.6 HỆ THỐNG KHÍ NÉN 112

6.6.1 Tính dung tích bình chứa khí nén 112

6.6.2 Tính chọn máy nén 113

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 115

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1: Phạm vi áp dụng của phương pháp Seri 60 31

Bảng 2.2: Kết quả tính sức cản sơ bộ 34

Bảng 2.3: Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất 40

Bảng 3.1: Bảng tính đường kính trục chong chóng 48

Bảng 3.2: Bảng tính đường kính trục trung gian 49

Bảng 3.3:Các kích thước của rãnh then 52

Bảng 3.4: Các kích thước của bích nối 52

Bảng 3.5: Các kích thước của bộ làm kín ống bao trục 57

Bảng 3.9: Tính nghiệm áp lực tác dụng lên gối đỡ 60

Bảng 3.11:Tính nghiệm ổn định dọc trục 62

Bảng 3.12:Tính nghiệm góc xoắn hệ trục 63

Bảng 3.13:Tính độ võng lớn nhất 64

Bảng 4.1: Tính toán tần số dao động ban đầu nk 70

Bảng 4.2: Kết quả tính 72

Bảng 4.3:Kết luận 73

Bảng 6.3: Tính lưu lượng máy phân ly dầu đốt 98

Bảng 6.4: Tính toán lượng dầu dự trữ 99

Bảng 6.5: Tính lưu lượng bơm vận chuyển dầu nhờn 101

Bảng 6.6: Bảng tính thể tích két dầu cặn 102

Bảng 6.7: Bảng tính đường kính 2 cửa thông biển 104

Bảng 6.8: Bảng tính cửa thông đáy cho khoang bơm 106

Bảng 6.9: Bảng tính đường kính ống 110

Bảng 6.10: Bảng tính lưu lượng bơm hút khô 111

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 3.1: Bố trí chong chóng 46

Hình 3.2 - Phần côn trục chong chóng 50

Hình 3.3 - Rãnh then trục chong chóng 51

Hình 3.4: Bích nối trục 52

Hình 3.5: Bạc trục chong chóng 53

Hình 3.6: Bạc đỡ trục trung gian 55

Hình 3.7: Kết cấu ống bao 56

Hình 3.8: Thiết bị làm kín ống bao trục 57

BẢNG KÊ KÝ HIỆU

Thiết kế hệ thống động lực tàu thủy là một giai đoạn quan trọng trong quátrình đóng mới một con tàu hiện đại Ở nước ta, vận tải đường biển ngày càngphát triển, ngành đóng tàu ngày càng mở rộng và thiết kế hệ thống động lựctàuthủy trở thành một vấn đề lớn mà nhiều nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đangquan tâm.

Sau 5 năm theo học ngành Máy tàu thủy tại khoa Máy tàu biển, trườngĐại học Hàng Hải Việt Nam, nay em được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài tốtnghiệp: “Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng khô 4500 tấn, lắp 01 máy

MANB&W 8S26MC”

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

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

- Việc thiết kế tàu thủy luôn tuân theo những Quy phạm mới nhất do cụcĐăng kiểm Việt Nam ban hành, cũng như các quy định khác của các cơ quanchức năng như Bộ Khoa học công nghệ và môi trường, Bộ Giao thông vận tải

- 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 côngcủa các nhà máy đóng tàu tại Việt Nam

3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài nhằm tạo điều kiện cho sinh viên làm quen với công việc thiết kế hệthống động lực tàu thủy, tham gia vào quá trình thực hiện các dự án đóng tàu

Đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong học tập và giảng dạy học phần:Thiết kế hệ thống động lực cho sinh viên học ngành Máy tàu thủy

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Chương 1: Tổng quan hệ thống động lực

Chương 2: Tính sức cản và thiết bị đẩy

Chương 3: Thiết kế hệ trục

Chương 4: Tính nghiệm dao động ngang hệ trục

Chương 5: Tính nghiệm dao động xoắn hệ trục

Chương 6: Tính chọn các hệ thống phục vụ

Trong suốt 3 tháng làm việc, tìm hiểu tài liệu và được sự hướng dẫn của cô

giáo Th.S Bùi Thị Hằng, 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 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 Trương Tuấn Nghĩa

CHƯƠNG 1:

GIỚI THIỆU CHUNG

Tàu hàng 4500 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế theo

QCVN 21: 2010/ BGTVT, do Bộ giao thông vận tải ban hành

1.1.4 Các thông số cơ bản phần vỏ tàu”

1.1.6 Quy phạm áp dụng

QCVN 21: 2010/ BGTVT, do Bộ giao thông vận tải ban hành

1.1.7 Công ước quốc tế áp dụng

(1) Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển, 1974(SOLAS, 74);

(2) Công ước quốc tế về mạn khô tàu biển, 1966 (LOAD LINES, 66);

(3) Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra, 73/78(MARPOL, 73/78);

(4) Qui tắc quốc tế tránh va trên biển, 1972 (COLREG, 72);

(5) Công ước đo dung tích tàu biển, 1969 (TONNAGE, 69);

(6) Nghị quyết của Tổ chức lao động quốc tế (ILO)

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC

1.2.1 Bố trí buồng máy

Buồng máy của tàu được bố trí từ sườn 7 đến sườn 28 Trong buồng máyđược bố trí một máy chính 8S26MC, là kiểu động cơ diesel 4 kỳ, một hàng xilanh thẳng đứng, tác dụng đơn, tăng áp bằng tua-bin khí xả, làm mát gián tiếp,khởi động bằng không khí nén, tự đảo chiều Động cơ truyền động trực tiếp chochong chóng thông qua một đường trục Ngoài ra buồng máy còn bố trí các thiết

bị khắc phục vụ cho năng lực hoạt động của tàu

1.2.2 Máy chính

Máy chính có ký hiệu 8S26MC do hãng MAN B&W sản xuất, là động cơ

diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua-bin – máy nén, dạng thùng, mộthàng xy-lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lựctuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén, tự đảo chiều, điều khiển tại chỗhoặc từ xa trên buồng lái

1.2.3 Thông số cơ bản của máy chính

1.2.3.1 Thiết bị kèm theo máy chính

- Bơm cấp dầu FO cho máy chính

- Bầu sinh hàn dầu bôi trơn

- Bầu hâm nóng dầu đốt

1.2.4 Tổ máy phát điện

1.2.4.1 Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu S165L-T do hãng YANMA sản xuất.

1.2.4.3 Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện

1.3.1.10 Két thải dầu bôi trơn

– Công suất động cơ điện: 18,5 kW

1.3.4 Hệ thống phân ly

– Số lượng: 01

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

2.1 TÍNH SỨC CẢN

2.1.1 Dữ liệu phục vụ thiết kế

2.1.2 Tính sức cản theo phương pháp Seri 60

2.1.2.1 Phạm vi áp dụng của phương pháp Seri 60

Bảng 2.1: Phạm vi áp dụng của phương pháp Seri 60

№ Đại lượng xác định Ký hiệu Phạm vi áp dụng Tàu thiết kế

Đối với tàu hàng thì sức cản có thể xác định gần đúng như sau:

L – Chiều dài đường nước thiết kế, m, L = 85,26 m

υ – Hệ số nhớt động học của chất lỏng, m 2 /s , với nước

CB – Hệ số thể tích chiếm nước, với tàu thiết kế: CB = 0,743

L – Chiều dài thiết kế của tàu, L =85,26 m

B – Chiều dài thiết kế của tàu, B = 15,6 m

T – Chiều chìm tàu, T = 6,76 m

Diện tích mặt ướt có kể đến phần nhô :

Ω = Ωo.1,02 = 2047,5 m2

�Rdư – Lực cản dư, kG, được xác định bằng thực ngiệm

Hệ số lực cản dư được tính theo công thức sau :

CAP – Hệ số lực cản phần nhô, với tàu 01 chong chóng: CAP = 0,0001

Công suất kéo ở điều kiện thử nghiệm tương ứng:

R – Lực cản tàu ở điều kiện khai thác với vận tốc v, kG

PEE – Công suất kéo tàu ở điều kiện khai thác, hp

kE – Hệ số dự trữ công suất, kE = 1,15

2.1.2.3 Kết quả tính sức cản theo Seri 60

Hệ số phụ thuộc vào chiều

dài tuơng đối:

Hệ số ảnh hưởng của chiều

dài tương đối đến lực cản:

e

v L R

11 12 13 14 15 16 1000

2.1.2.5 Xác định sơ bộ vận tốc tàu cho thiết kế chong chóng

- Hiệu suất chong chóng giả thiết: p = 0,55;

- Hiệu suất đường trục giả thiết: t = 0,98;

- Lượng công suất dự trữ máy chính: 15%Ne;

+ Tra đồ thị sức cản ta được các thông số:

– Lực đẩy của chong chóng tại VS = 12,6 knots là :

P = R / x kG

x : Số chong chóng của tàu (x = 1)

– Hệ số lực đẩy theo vòng quay :

4 4, 46 4 104,5

P 2,833 31500

P n

P

V K

2.2.4 Chọn tỷ số đĩa theo điều kiện bền

Theo điều kiện bền thì tỉ số đĩa của chong chóng phải thỏa mãn, trong đó” :

  min =

2 '

4 max

max: Chiều dài tương đối của Prôfin cánh tại (0,60,7)R

Thường lấy max = 0,08  0,1 Chọn max = 0,1

   0,37 Chọn  = 0,55

2.2.5 Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất

Bảng 2.3: Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất

№ Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Kết quả

p

v k

P n

v D

D

T

t w

75.

p

D

R v N

№ Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Kết quả

của công suất tiêu

thụ

Kết luận : Với N = 1,24 %  [N] = 3% là giới hạn cho phép nên

chong chóng sử dụng hết công suất động cơ, chọn vận tốc v =13 knots Ta

thiết kế chong chóng có kích thước và thông số kỹ thuật sau:

- Đường kính phía trước của củ : dt = 0,125.D = 0,36 m

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện chống xâm thực

Theo Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo công thức sau:

 2 0 min

0

275 ,

P

k A

h s   0 , 55 - khoảng cách từ tâm trục chong chóng đến đường nước thiết

D T

6 , 0 3

4 ( ) 6 , 2 2 10 0 , 71 0 , 59 10

.

e D

d D

b D

e0,6= 0,04.D = 0,04.2,93 = 0,117 mChiều rộng cánh tại 0,6R :

Với chong chóng chế tạo theo sêri B ta có

Như vậy qua quá trình tính toán ta có chong chóng với các kích thước cơ

Số cánh : Z = 4 Cánh

Đường kính trung bình củ chong chóng: d0 = 0,5 m

CHƯƠNG 3:

THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1 Số liệu ban đầu

Hệ trục và thiết bị hệ trục được tính toán thiết kế thỏa mãn tương ứng cấp

Biển hạn chế III theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2010.

3.1.3 Bố trí hệ trục

3.1.3.1 Bố trí chong chóng

Chong chóng được bố trí trong vòm đuôi của tàu để tạo được lực đẩy tối ưu

Hình 3.1: Bố trí chong chóng

Khoảng cách từ đỉnh cánh chong chóng tới ki lái : a = 375 mm

Tàu 1 chong chóng a = (0,04  0,05).d và không được bé hơn 150 mm

c2,

06,0d.06,0g06

08,0d.08,0f08

3,0d.3,0b

.15,0d.15,0e15

Trong đó : d là đường kính chong chóng, d = 2930 mm

Vậy bố trí chong chóng như tính toán trên sẽ tạo được lực đẩy tối ưu

Bố trí chong chóng:

d c