Tàu hàng khô sức chở 3200 tấn

LOẠI TÀU, CÔNG DỤNGTàu 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 diese

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 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 venbiển Việt Nam Cấp hoạt động của tàu là Cấp III hạn chế theo quy phạmphân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2013 Phần hệ thống động lực đượctính toán thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp III hạn chế theo Quy phạmphân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2013

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– Chiều rộng lớn nhất Bmax = 12,60 m– Chiều rộng thiết kế B = 12,60 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 trự tiếp cho một hệtrục chong chóng và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực, hệ thốngống toàn tàu Ngoài ra còn bố trí 2 tổ máy phát điện, các bơm hệ thốngđộng lực Trên sàn boong lửng bố trí phòng điều khiển máy, quạt thônggió, các trang thiết bị buồng máy

1.4.2 MÁY CHÍNH

Máy chính có ký hiệu 6LH34LA 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 thong 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:

- Đường kính xy-lanh, [D] 340 mm

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)

+ 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)

- 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 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)

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

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

4 Hệ số thon đuôi tàu [ϕ] 1,32 0,33 – 1,5

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 EPS = ∇ S

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

No Đại lượng xác

No Đại lượng xác

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

Đồ Thị Sức Cản Và Công Suất Kéo Của Tàu

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

– Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) ηp= 0,68 – Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) ηt= 0,97

– Dự trữ công suất máy chính 15%Ne– Công suất của máy chính Ne = 2200 (hp)– Công suất kéo của tàu EPS = 0,85Neηpηt

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

Rt = 13860 (kG)

Vs = 12,97(knots)

2.2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

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

σb (KG / cm2)

Giới hạn chảy σ

c (KG / cm2)

Dãn dài tương đối

δ%

Mangan - Đồng

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

2.2.4 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

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

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

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 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

N 0 Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn vị

V p

18 Công suất tiêu thụ

sơ bộ ban đầu Np cv 0,85.Neηt 1870 1870 1870

N

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

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

10

.

δ

θmin =0,3753

4

2 10

'.

max

Dopt – Đường kính tối ưu của chong chóng Dopt = 2,55(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 = 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 ξ1 .(n

p.Dp)2

Bảng 2.7: Kiểm tra độ bền xâm thực của chong chóng

No Hạng mục tính Ký

hiệu

Đơn vị

Kết luận: Điều kiện xâm thực được thoả mãn

2.2.7 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

10

e D

d D

b D

-1 Đường kính củ chong

3 Chiều dày đỉnh chong

5 Chiều dày giả thiết cánh

0

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức Nguồn gốc Kết quả

-11 Khối lượng riêng của

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

3.1.2.2.Tài liệu tham khảo

3.1.3.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 BC3+Cao su bôi trơn và làm mát bằng nước trích từ đường nước làmmát máy chính Phần côn chân vịt của trục được gia công với độ côn1/10 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

Kết luận:

+ Đường kính cơ bản của trục chong chóng được xác định:

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

3.3.CÁC CHI TIẾT CHÍNH CỦA HỆ TRỤC

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

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 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 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

2 S 1

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

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

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

1- Mômen tại các gối

- Mômen uốn tại gối 0:

−

=

2

.

2

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) 2- Phản lực tại các gối

+

=

− +

−

=

0 33 , 4359619

340

170

0 76 , 7143365 170

910

5 , 112437

2 1

2 1

0

M M

M M

M

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

.

l

M M l q

G

R G

Σ

Σ

− Σ

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức Nguồn gốc Kết quả

-1 Giới hạn bền chảy

của vật liệu σch kG/cm

2 Với thép SF45 3200

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức Nguồn gốc Kết quả

n

N

4 Ứng suất tiếp do mô

men xoắn gây ra τx kG/cm

2 τx =

x W

x

M

207,4

5 Chiều dài từ chong

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

6 Mô men chống uốn

3

32

.W

W

u M

2 ccπ

No Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị

Công thức Nguồn gốc Kết quả

-13 Ứng suât pháp của

2

lr u

λ λ

σth =a−b +c

chọn a=4600,b=25,6; c=0

1 Mô men xoắn trêntrục Mx kG.cm Đã tính ở (3) bảng3.6 chương III 562728,6

2 Mô men quán tínhđộc cực Jp cm4

32

4

cc p

M

No Hạng mục tính Ký

10 Mô đuyn đần hồicủa vật liệu E kG/cm3 Với thép rèn 2100000

11 Mô men quán tínhtiết diện trục J cm4

l Q f

384

.

13 Mô men uốn gây ratại đầu tự do Mu kG.cm Mu = M0 112437,5

14 Độ võng do mô menuốn gây ra f2 cm

J E

l M

16

3.4.2.4.Nghiệm áp lực tác dụng lên gối đỡ

Bảng 3.10: Nghiệm áp lực tác dụng lên gối đỡ

4 Diện tích chiều dài

2

S0 = 0,9.ds.L0.η 0

;Với gối đỡ bằngcao su η0 = 0 , 6

1

S R

0,47

- Do áp lực riêng tác dụng lên các gối trục đều nhỏ hơn trị số áp lực

riêng cho phép nên các gối đỡ làm việc an toàn

Hệ trục tàu thủy có thể xem là một dầm liên tục có nhiều điểm

đỡ Tại những vòng quay nhất định, trên trục xuất hiện hiện tượng trục

công tác không ổn định Nguyên nhân phát sinh hiện tượng trên là dotrục di động trong phạm vi khe hở của gối trục và do trọng tâm của trụckhông trùng với tâm quay của trục Nếu khai thác lâu dài trong điều kiện

đó, không những gối trục bị gõ một cách nghiêm trọng, hệ trục bị hưhỏng mà còn đưa đến sự chấn động vỏ tàu, hệ trục mất dần đàn tính.Vòng quay đó gọi là vòng quay tới hạn

Tính toán vòng quay tới hạn (tính dao động ngang) là nhằm xácđịnh được trị số vòng quay tới hạn “nK” (tần số dao động ngang), đểđánh giá khả năng công tác an toàn của trục Kiểm tra và thay đổiphương án thiết kế nếu thấy cần thiết

Chiều dài nhịp No1 l1 = 170 (cm)Chiều dài nhịp No2 l2 = 285 (cm)Chiều dài đoạn dầm lk = 116,5 (cm)Đường kính cơ bản của trục d = 24 (cm)

Trọng lượng chong chóng G = 1120 (kG)

Tỷ trọng vật liệu làm trục γ = 7,85.10-3 (kG/cm3)Tải trọng phân bố q = 3,55 (kG/cm)

4.1.3.3.Toán đồ dùng cho tra cứu (µ - a)

l

β

(3d) – Bước 4: Tính gần đúng “nk” theo công thức