Thiết kế hệ trục chân vịt trên tàu kéo cứu hộ CSB – 9002 (3500CV)

Đối với một sinh viên nghành cơ khí động lực việc chọn đề tài “ Thiết kế hệ trục chân vịt trên tàu kéo cứu hộ CSB – 9002 3500CV ” có một ý nghĩa như sau: + Tìm hiểu thêm những kiến thứ

MỤC LỤC

CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

MỞ ĐẦU 1

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 2

1.1 GIỚI THIỆU TRANG BỊ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 2

1.1.1 Giới thiệu 2

1.1.2 Chức năng 2

1.1.3 Nguyên lý làm việc 2

1.2 PHÂN LOẠI HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 2

1.2.1 Hệ động lực tuabin hơi 2

1.2.2 Hệ động lực tuabin khí 4

1.2.3 Hệ động lực nguyên tử 6

1.2.4 Hệ động lực Diesel 7

1.3 CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY 9

1.3.1 Năng lượng dùng để đẩy tàu và năng lượng cung cấp các thiết bị phụ tách rời (riêng biệt) nhau 9

1.3.2 Trích công suất của máy chính cho những mục đích không liên quan đến việc đẩy tàu (để dẫn động thiết bị phụ) 9

1.3.3 Hệ thống năng lượng điện chung 10

1.4 KẾT CẤU CÁC CỤM THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ ĐỘNG LỰC 11

1.4.1 Máy chính 11

1.4.2 Hệ trục 11

2.1.1 Chân vịt 18

Chương 2 KHẢO SÁT HỆ ĐỘNG LỰC TÀU CSB – 9002 20

2.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG TÀU KÉO CỨU HỘ CSB – 9002 20

2.1.1 Giới thiệu, chức năng nhiệm vụ tàu kéo cứu hộ CSB – 9002 20

2.2 HỆ ĐỘNG LỰC TÀU KÉO CỨU HỘ CSB – 9002 24

2.2.1 Máy chính tàu CSB – 9002 26

2.2.2 Khớp nối đàn hồi 30

2.2.3 Hộp số thủy tàu CSB – 9002 31

2.2.4 Hệ trục chân vịt tàu CSB – 9002 33

Chương 3 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ TRỤC CSB – 9002 42

3.1 THIẾT LẬP SƠ ĐỒ TÍNH TOÁN HỆ TRỤC CHÂN VỊT TÀU KÉO CỨU HỘ CSB – 9002 42

3.2 XÁC ĐỊNH CÁC KÍCH THƯỚC SƠ BỘ CỦA HỆ TRỤC CHÂN VỊT 43

3.2.1 Xác định đường kính trục chân vịt 44

3.2.2 Xác định đường kính trục trung gian 46

3.2.3 Tính kích thước phần côn trục 47

3.2.4 Tính bích nối và bu lông bích nối trục 49

3.2.5 Tính kích thước ống bao trục chân vịt 50

3.3 TÍNH TOÁN TẢI TRỌNG TÁC DỤNG LÊN HỆ TRỤC 51

3.4 TÍNH KIỂM NGHIỆM SỨC BỀN HỆ TRỤC 56

3.4.1 Tính kiểm nghiệm bền trục trung gian 56

3.4.2 Tính kiểm nghiệm bền trục chân vịt 62

Chương 4 CĂNG TIM ĐỊNH TÂM VÀ LẮP RÁP HỆ TRỤC 65

4.1 CĂNG TIM ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC 65

4.1.1 Mục đích , ý nghĩa căng tim định tâm hệ trục 65

4.1.2 Công tác chuẩn bị và phương pháp căng tim định tâm hệ trục 65

4.2 LẮP RÁP CÁC THÀNH PHẦN HỆ TRỤC 69

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 73

MỞ ĐẦU

Việc thiết kế đóng mới một chiếc tàu biển cần rất nhiều thời gian, kiến thức và kinh nghiệm của nhiều nhà kỹ thuật hàng đầu Do đó, việc thiết kế, tính nghiệm và tìm hiểu kết cấu, cách bố trí của các hệ thống, trang bị của một con tàu hiện đại cũng là một yêu cầu đối với một kỹ sư mới ra trường Vì vậy, mục đích mà em hướng đến trong đề tài này là:

+ Tìm hiểu các trang bị động lực, các hệ thống và phương pháp bố trí các trang thiết bị, hệ thống đó trên tàu

+ Thiết kế và tính nghiệm bền hệ trục cho một chiếc tàu cụ thể

Trong phạm vi đề tài, em trình bày một cách khái quát về các vấn đề liên quan nhưng chú trọng về việc thiết kế và tính toán kiểm nghệm bền hệ trục Do những hạn chế về tài liệu cũng như sự hạn chế về kiến thức cơ bản chuyên nghành tàu thủy nên

em chỉ tính toán thiết kế và kiểm bền hệ trục dựa trên tài liệu tàu thủy sẵn có cũng như qui phạm đóng tàu Việt Nam

Đối với một sinh viên nghành cơ khí động lực việc chọn đề tài “ Thiết kế hệ

trục chân vịt trên tàu kéo cứu hộ CSB – 9002 (3500CV) ” có một ý nghĩa như sau:

+ Tìm hiểu thêm những kiến thức về một con tàu hiện đại cũng như những khó khăn trong việc thiết kế đóng mới một con tàu Tạo nên sự tự tin, sự linh hoạt trong việc tìm kiếm việc làm sau khi ra trường

+ Đề tài thể hiện sự kết hợp những kiến thức đã học trong những năm học lại với nhau thành một chỉnh thể Điều đó chứng tỏ có một sự biến đổi về chất đối với một sinh viên sau nhiều năm học tập

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

1.1 GIỚI THIỆU TRANG BỊ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

1.1.1 Giới thiệu

Hệ động lực trên tàu thủy là tập hợp các thiết bị gồm: các động cơ chính, động

cơ phụ, cơ cấu truyền động, hệ trục và các hệ thống khác nhau, ngoài ra còn có các thiết bị phụ v.v để thực hiện quá trình biến đổi năng lƣợng hóa học của nhiên liệu thành nhiệt năng, cơ năng hay điện năng nhằm đảm bảo năng lực hoạt động của tàu và đảm bảo các nhu cầu cần thiết khác của hệ động lực

Tổng hợp các thiết bị trên hệ động lực có thể phân chia thành các hệ thống sau:

- Trang bị động lực chính

- Trang bị động lực phụ

- Thiết bị đảm bảo an toàn trên tàu

- Thiết bị sinh hoạt

- Thiết bị tàu

1.2 PHÂN LOẠI HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

Hiện nay, hệ động lực (HĐL) trên tàu đƣợc phân thành các dạng chính nhƣ sau: -Hệ động lực tuabin hơi

-Hệ động lực tuabin khí

-Hệ động lực năng lƣợng nguyên tử

-Hệ động lực dùng động cơ Diesel

1.2.1 Hệ động lực tuabin hơi

cơ nhiệt đốt ngoài kiểu rôto)

Sơ đồ nguyên lý hệ động lực tuabin hơi đơn giản được thể hiện trên hình 1-1

Hình 1-1: Sơ đồ hệ động lực tuabin hơi

1 Chân vịt; 2 Hộp số; 3 Tuabin hơi; 4 Nồi hơi; 5 Bơm cấp;

6 Thiết bị ngưng tụ; 7 Mạch nước làm nguội

 Nguyên lý hoạt động :

Hệ động lực tua bin hơi sử dụng hơi nước làm môi chất trung gian trong đó thế năng của hơi gia nhiệt tiến hành giãn nở sẽ chuyển hóa thế năng thành động năng, sau đó chuyển thành cơ năng làm quay tuabin 3, công suất do tuabin 3 sinh ra truyền qua hộp số 2, hệ trục và làm quay chân vịt 1 Hơi nước sau khi ra khỏi tuabin được đưa đến thiết bị ngưng tụ 6 để biến thành nước, rồi được bơm cấp 5 cấp trở lại nồi hơi 4, hoàn thành chu trình công tác

 Ưu điểm:

-Tính cân bằng tương đối tốt, không gây xoắn hệ trục

-Suất tiêu hao nhiên liệu thấp

-Tạo được tổ hợp công suất lớn, có thể đạt trên 100.000 CV và ổn định

-Làm việc với nhiên liệu dầu Mazut rẻ tiền

Hệ động lực tuabin hơi cũng được trang bị trên các tàu viễn dương công suất trên 25.000 CV như tàu hàng, tàu dầu tải trọng lớn

1 Chân vịt; 2 Hộp số; 3 Bơm phun nhiên liệu; 4 Ống hút không khí;

5 Máy nén khí; 6 Ly hợp; 7 Động cơ điện khởi động; 8 Vòi phun;

 Nguyên lý làm việc (hình 1-2)

Động cơ điện 7, máy nén tuabin 5, bơm nhiên liệu chân vịt 3 được lắp đồng trục với nhau Khi khởi động cho động cơ điện quay qua khớp nối số truyền động làm máy nén không khí từ áp suất p0 đến áp suất pk Đồng thời bơm hút nhiên liệu cũng hoạt động dẫn nhiên liệu vào buồng đốt cùng hỗn hợp không khí pk qua vòi phun 5 Hỗn hợp khí cháy sau khi qua buồng đốt có áp suất,vận tốc lớn làm tuabin quay, lúc này trục đã quay theo số vòng quay của tuabin nên ta ngắt động cơ điện qua khớp nối 3, bây giờ hệ động lực làm việc tuần hoàn qua hộp số ta được số vòng quay mong muốn của chân vịt

 Ưu điểm:

So với các kiểu TBNL khác, TBNL tuabin khí có các ưu điểm sau:

- Công suất tổ hợp thiết bị lớn

- Nguyên lý làm việc đơn giản, độ tin cậy cao (nhờ nguyên tắc tác động quay và sự đơn giản của sơ đồ động)

- Vận hành thuận tiện, đơn giản trong việc bảo dưỡng, có khả năng khởi động nhanh và tính năng tăng tốc cao

- Chi phí vận hành thấp

- Hiệu suất tương đối lớn [ = (0,320.34)];

- Kích thước và khối lượng nhỏ, diện tích chiếm chỗ và thể tích buồng máy nhỏ

- Có khả năng nghiên cứu hoàn thiện chu trình nhiệt và kết cấu nhằm nâng cao hiệu suất và giảm chi phí nhiên liệu

- Thích nghi tốt với việc tự động hóa và điều khiển từ xa do đơn giản được việc khởi động và điều khiển

 Nhược điểm:

- Công suất giới hạn nhỏ hơn so với thiết bị tuabin hơi

- Vật liệu chế tạo có giá thành cao

- Tính kinh tế tương đối thấp vì nhiệt độ ban đầu của khí cháy bị giới hạn

- Sự phụ thuộc của độ tin cậy và tính kinh tế của thiết bị tuabin khí chu trình hở vào tác dụng ăn mòn của môi trường ngoài

- Yêu cầu nghiêm ngặt về chất lượng nhiên liệu sử dụng trong thiết bị tuabin khí chu trình hở và chi phí cho nó lớn

- Khó thực hiện việc đảo chiều ở các thiết bị cỡ lớn

- Phải trang bị thiết bị thay đổi tốc độ (hộp số có kích thước lớn, cồng kềnh)

- Kích thước ống không khí và khí cháy lớn nên gây phức tạp cho việc ghép bộ thiết bị tuabin khí trên tàu

giảm được tai nạn phát nổ cho lò Nếu áp suất quá cao thì bộ này có nhiệm vụ nén

hơi nước thành nước làm cho thể tích và áp suất trong bộ phát sinh hơi giảm

xuống.Hơi nước đi ra khỏi bộ phát sinh hơi với áp suất và vận tốc rất lớn được dẫn

đến cánh tuabin trên hệ động lực tàu thủy cả tuabin của hệ động lực chính và hệ

động lực phụ đều nhận năng lượng hơi nước từ lò phản ứng làm quay trục tuabin và

dẫn động hệ động lực Sau khi đi ra khỏi tuabin hơi nước một phần được làm ngưng

và đồng thời làm nguội nhờ hệ thống bơm nước lạnh nhằm làm giảm thể tích và áp

suất sau đó được đưa trờ lại lò bộ phát sinh hơi Kết thúc một vòng làm việc

 Ưu điểm:

- Năng lượng tích trữ trong nguyên tử U235 rất lớn nên không cần lượng dự trữ)

- Tàu sử dụng TBNL nguyên tử không hạn chế vùng hoạt động

 Nhược điểm:

- Chế tạo, điều khiển cực kỳ phức tạp

- Phải có những qui trình đặc biệt để chế tạo, dự trữ nhiên liệu

- Người vận hành cần có trình độ cao

 Phạm vi ứng dụng :

Ngày nay, năng lượng nguyên tử được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực hàng

hải, nhất là lĩnh vực quân sự như tàu ngầm, tàu sân bay…

1.2.4 Hệ động lực Diesel

1 2

3 4 5

6 7

8

Hình 1-4 : Sơ đồ hệ động lực động cơ Diesel

1.Máy chính; 2.Hộp số; 3 Gối trục trung gian; 4 Trục trung gian;

5 Trục chân vịt; 6 Gối trục chân vịt; 7 Ống bao trục chân vịt; 8 Chân vịt

Hệ động lực Diesel là loại hệ động lực sử dụng động cơ Diesel làm máy chính cho tàu Đó là động cơ đốt cháy nhiên liệu trong xilanh theo nguyên lý tự bốc cháy nhờ sự nén hỗn hợp nhiên liệu – không khí đến áp suất và nhiệt độ nhất định Trong hệ động lực Diesel, các động cơ phụ thường cũng là các động cơ diesel

Động cơ chính được sử dụng trong TBNL Diesel có thể là các động cơ Diesel thấp tốc, trung tốc và cao tốc; loại 2 kỳ hoặc 4 kỳ; tăng áp và không tăng áp; đảo chiều

và không đảo chiều; loại công suất nhỏ, công suất trung bình và công suất lớn

Trên các tàu cỡ vừa và tàu kéo biển, người ta sử dụng các động cơ diesel 4 kỳ trung tốc [ n = (240 ÷ 960) v/phút] có tăng áp hoặc không tăng áp, đảo chiều và không đảo chiều Còn các tàu cỡ nhỏ thì thường dùng loại động cơ cao tốc Những loại động

cơ lai chân vịt này cũng cần hộp số để giảm tốc

Các động cơ thủy có tốc độ quay thấp [n(100170) v/ph] loại 2 kỳ tác dụng đơn có con trượt lai trực tiếp chân vịt được dùng phổ biến trên các tàu hàng, tàu giao thông cỡ lớn và rất lớn

 Ưu điểm:

- Giá thành thấp

- Độ tin cậy và tuổi thọ cao

- Khả năng giảm suất tiêu thụ nhiên liệu

- Phù hợp với dải vòng quay của chân vịt

- Dễ dàng khai thác và bảo dưỡng sữa chữa

- Có thể sử dụng các kiểu truyền động khác nhau

- Độ ồn thấp, kích thước và khối lượng tương đối nhỏ

- Tương đối đơn giản trong việc tự động hóa điều khiển

- Động cơ diesel dễ cường hoá và tăng công suất nhờ việc áp dụng tăng áp

- Động cơ có thể tự đảo chiều quay khi cần đối chiều chuyển động của tàu

- Tính kinh tế tương đối cao vì có thể tận dụng nhiệt thải từ động cơ

 Nhược điểm:

-Cơ cấu truyền lực kiểu tay quay – thanh truyền được sử dụng trong

động cơ diesel sử dụng nên gây ra rung động động cơ và thân tàu do lực tác dụng, mômen quay của động cơ không đều

-Sự thay đổi phương, chiều, trị số lực tiếp tuyến,tốc độ góc của động cơ gây

ra dao động xoắn trục

-Áp suất môi chất có tính chu kỳ, động cơ quay không đều, nhiều chi tiết chịu tải trọng chu kỳ, làm hạn chế tốc độ quay và công suất

 Phạm vi sử dụng:

-Ngày nay, trên các phương tiện thuỷ,trang bị động lực Diesel thường chiếm 95 % đến 97% số lượng các tàu đóng mới hàng năm

1.3 CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ ĐỘNG LỰC TÀU THỦY

Khi thiết kế TBNL tàu, cần chọn phương án trang bị động lực tùy theo kiểu loại

và công dụng tàu, dạng truyền động của tàu

Trong thực tế có các phương án trang bị động lực trên tàu thủy như sau:

1.3.1 Năng lượng dùng để đẩy tàu và năng lượng cung cấp các thiết bị

phụ tách rời (riêng biệt) nhau

Hình 1-5 : Hệ thống năng lượng chính và phụ riêng biệt

1 Chân vịt; 2 Hệ trục; 3 Máy chính; 4 Máy phụ; 5 Máy phát điện; 6 Bảng phân

1.3.2 Trích công suất của máy chính cho những mục đích không liên

quan đến việc đẩy tàu (để dẫn động thiết bị phụ)

Ở phương án bố trí hệ động lực này, hệ động lực chính thường truyền động

qua hộp số, cho phép khai thác triệt để công suất máy chính nhưng cũng có một số trường hợp máy chính làm việc non tải như; đậu bến, ra vào cảng, vv

Hình 1-7 : Phương án trích công suất từ máy chính kiểu cơ khí và điện

1 Chân vịt; 2 Hệ trục; 3 Máy chính; 4 Cụm trích công suất kiểu cơ khí; 5 Máy tời khai thác; 6 Trục các đăng; 7 Máy phát điện do máy chính lai; 8 Máy phụ; 9 Máy

phát điện; 10 Bảng phân phối điện chính

Thường áp dụng trên các tàu có công suất vừa và nhỏ nhất là tàu đánh cá

Hình 1-8 : Phương án trích công suất từ máy chính kiểu thủy lực và điện

1 Chân vịt; 2 Hệ trục; 3 Máy chính; 4 Bơm thủy lực; 5 Máy phụ; 6 Máy phát

điện; 7 Bảng phân phối điện chính; 8 Máy phát điện do máy chính lai

1.3.3 Hệ thống năng lượng điện chung

Phương án bố trí này thường áp dụng cho hệ động lực có bộ truyền động bằng điện

Ưu điểm của phương án này là cho phép giảm được chiều dài hệ trục

Hình 1-10 : Kiểu hệ động lực bằng điện

a Truyền động đơn; b Truyền động kép

1 Ổ chặn trục chân vịt; 2 Hộp giảm tốc; 3 Động cơ điện; 4.Máy phát

1.4 KẾT CẤU CÁC CỤM THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ ĐỘNG LỰC

+Thường là loại động cơ thấp tốc, Cm< 6,6m/s hoặc trung tốccó Cm≅ (6,6 : 10)m/s

+Động cơ tự đảo chiều quay hoặc không tự đảo chiều

+Thường là loại động cơ hai kỳ, tăng áp

+Động cơ có tính cơ động cao

1.4.2 Hệ trục

1.4.2.1 Chức năng, nhiệm vụ của hệ trục

Hệ trục là thiết bị dùng để nối động cơ chính trực tiếp hoặc gián tiếp qua bộ truyền với thiết bị đẩy Hệ trục được dùng để truyền công suất và mômen quay từ động

cơ chính đến thiết bị đẩy và nhận lực đẩy của chân vịt, truyền qua gối đỡ chặn đến kết

cấu thân tàu, để khắc phục sức cản của nước làm cho tàu chuyển động theo một hướng

nhất định Đồng thời, nó là cụm kết cấu quan trọng của TBNL tàu

1.4.2.2 Điều kiện làm việc của hệ trục

Trong quá trình làm việc, hệ trục tàu chịu tác dụng của nhiều phụ tải đặc trưng

khác nhau và trải qua tình trạng chịu ứng suất thay đổi phức tạp theo thời gian

Các phụ tải chủ yếu ở bên ngoài tác dụng lên hệ trục là:

- Mômen xoắn truyền từ động cơ chính;

- Phụ tải thủy động xuất hiện khi chân vịt làm việc;

- Khối lượng trục, chân vịt và các chi tiết được gắn trên trục

Ngoài ra, hệ trục còn chịu tác dụng của các phụ tải xuất hiện do sự định tâm hệ

trục chưa tốt và biến dạng dư của thân tàu, do độ không cân bằng của chân vịt, do sự

va đập của cánh chân vịt vào vật thể nổi, do lực quán tính ngang xuất hiện khi tàu lắc

Trục chân vịt làm việc trong điều kiện khắc nghiệt hơn cả, nó chịu tác dụng của

phụ tải gây uốn thay đổi theo thời gian, phụ tải xoắn, chịu tác dụng ăn mòn của nước

biển

1.4.2.3 Các thành phần của hệ trục

 Trục chân vịt

Trục chân vịt là trục cuối cùng mang chân vịt Đây là trục làm việc nặng nề nhất

so với các trục khác, vì phải chịu mang tải trọng trực tiếp của chân vịt và một đầu

hoạt động trong môi trường nước biển, đầu kia nối với trục ống bao hoặc trục trung

gian bên trong tàu

Trục chân vịt là trục quan trọng nhất, chịu nhiều tải trọng phức tạp, vì các nguyên nhân sau:

- Quá trình làm việc trong nước biển bị gỉ, hao mòn

- Chịu lực uốn của chân vịt và trọng lượng bản thân tại đoạn công sôn

- Hao mòn ổ đỡ, nhất là ổ đỡ cuối cùng có thể gây ứng suất lớn trên trục, gây

hư hỏng Mọi hư hỏng của trục chân vịt và chân vịt đều phải đưa tàu lên triền đà

để sửa chữa

- Điều kiện kiểm tra trục chân vịt trong quá trình vận hành hết sức khó khăn,

thậm chí không thực hiện được.Cho nên đòi hỏi trục chân vịt phải được gia

công lắp ráp đảm bảo bền vững và hoạt động tin cậy gần như tuyệt đối

1 2 3 4 5 6 7 8

Hình 1-13 : Trục chân vịt đặc có bậc tạo thành ngỗng trục

1 Đoạn ren đuôi; 2 Phần côn trục; 3 Rãnh then;4 Ngỗng trục phía lái;5 Thân trục;

6 Ngỗng trục phía mũi;7 Phần côn trục phía mũi; 8 Đoạn ren hãm

Hình 1-14 : Trục chân vịt đặc, bích liền và không có áo bao

1 Đoạn ren đuôi; 2 Phần côn trục; 3 Rãnh then;

4 Thân trục; 5 Bích liền

Hình 1-15 : Trục chân vịt đặc, bích liền và có áo bao rời

1 Đoạn ren đuôi; 2 Phần côn trục; 3 Rãnh then; 4 Áo bao rời;

5 Thân trục; 6 Bích liền

 Trục trung gian

Trục trung gian là trục hoặc các đoạn trục nối từ trục đẩy với trục chân vịt

Nhiệm vụ chính là truyền momen xoắn đến trục chân vịt Nói chung chịu tải

do mômen xoắn, trọng lượng bản thân lực đẩy và tải bổ sung do biến dạng cục bộ Tuy nhiên điều kiện hoạt động của trục trung gian nhẹ nhàng nhất so với các trục khác, cho nên đường kính trục trung gian nhỏ nhất so với các trục khác

Hình 1-16 : Trục trung gian đặc có kết cấu bích liền

Hình 1-18 : Trục trung gian đặc có kết cấu bích rời

 Trục đẩy

Trục đẩy có nhiệm vụ chặn lực đẩy chân vịt thông qua vành chặn lực kết cấu liền với trục Một đầu nối với trục trung gian và đầu kia nối với bích bộ giảm tốc hoặc máy chính Trục đẩy được lắp trực tiếp vào ổ đỡ chặn, trong đó có các bạc đỡ

Hình 1-20 : Thiết bị ống bao trục

1 Ống bao trục; 2 Tấm gia cường; 3 Bích nén; 4 Trục chân vịt; 5 Áo trục;

6 Bạc đỡ bằng gỗ gai-ắc; 7 Áo bạc đỡ; 8 Sống đuôi tàu; 9 Đai ốc ống bao;

10 Đĩa chặn; 11 Đệm kín nước

 Cụm kín ống bao

Cụm kín ống bao là bộ phận làm kín nước, không cho nước từ ống bao trục lọt vào lòng tàu Chi tiết chủ yếu bao gồm: thân cụm kín, bích nén và vòng đệm kín Trường hợp đối với tàu nhỏ, bộ phận này được kết cấu liền ngay đầu ống bao trục

bạc đỡ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, việc theo dõi gặp nhiều khó khăn, ở bạc đỡ phía lái dễ bị bẫn do rác rưởi và thường chịu những phụ tải bổ sung do chân vịt gây ra.Vật liệu chế tạo bạc lót gối đỡ trục chân vịt phụ thuộc vào môi chất làm mát

và bôi trơn, có thể là bằng gỗ gai ắc, bằng chất dẻo, hoặc bằng ba bít, đồng …

Khi tính toán kiểm nghiệm thì cần phải kiểm tra áp lực riêng trên từng gối đỡ,

phải thỏa mãn điều kiện : p ≤ [p]

Đối với bạc bằng babit và đồng thì   2

/

p Đối với bạc bằng gỗ và cao su thì   2

/ ) 3 5 , 2

Cụm kín vách ngang có thể được hàn liền hoặc hàn rời 2 nữa để thuận tiện lắp ráp

Hình 1- 23 : Kết cấu cụm kín vách ngang

a) Kiểu nén bằng bulông; b) Kiểu nén bằng đai ốc

1 Vòng phân dầu (nước); 2 Vỏ cụm kín; 3 Vú mỡ (dầu)

4 Bích nén; 5.Bulông và đai ốc; 6 Đệm kín; 7 Đai ốc nén

 Phanh hệ trục

Hình 1- 24 : Phanh hệ trục Phanh làm nhiệm vụ phanh, hãm hệ trục mỗi khi xảy ra sự cố hoặc khi cần giảm

án tính quay của hệ trục Trường hợp tàu có nhiều hệ trục, thì phanh còn có nhiệm vụ hãm trục không làm việc, để không bị xoay trong khi hệ trục khác làm việc

 Bích nối trục

Bích nối có thể được chế tạo rời hoặc liền với trục Bích liền có kết cấu đơn giản, tin cậy, trọng lượng nhẹ, giá thành hạ Bích trên cùng một đường trục có cùng đường kính phải bằng nhau Nhưng bích nối trục trung gian, trục chân vịt, trục đẩy có thể kích thước khác nhau

Hình 1- 25 : Kết cấu của bích nối

2 Bulông thủy lực; 2 Mặt bích trục; 3 Đệm lót

2.1.1 Chân vịt

Chân vịt bao gồm củ chân vịt với một số cánh xéo gắn trên nó Khi quay nó xoáy vào nước và do vậy tiến lên phía trước trong nước bằng cách trao động lượng cho cột nước mà nó trườn qua Lực đẩy được truyền qua dọc trục đến ổ đỡ chặn và cuối cùng là cấu trúc vỏ tàu

 Nguyên lý hoạt động của chân vịt dựa trên lý thuyết cánh, theo nguyên tắc khi chân vịt quay sẽ tạo ra sự chênh lệch áp suất giữa mặt đẩy và mặt hút, nhờ có

sự chênh lệch này mà tạo nên lực đẩy dọc trục gọi là lực đẩy của chân vịt

 Cấu tạo của chân vịt:

- Chân vịt có cấu tạo gồm 2 bộ phận chính: củ chân vịt và cánh chân vịt

+ Cấu tạo củ chân vịt:

Củ chân vịt là một khối côn trụ thường được đúc liền với cánh Ở giữa củ chân vịt có lỗ hình côn và xẻ rãnh then dùng để lắp vào bề mặt côn của trục chân vịt bằng then

3

2

1Hình 1- 26 : Cấu tạo củ chân vịt

1-Rãnh dầu ; 2- Rãnh then; 3- Củ chân vịt

-Cánh chân vịt rộng không đối xứng (hình d)

Trong thực tế thường dùng 2 loại chân vịt phổ biến : chân vịt định bước và chân vịt biến bước

+ Chân vịt định bước :

Là loại chân vịt có bước cố định, cánh chân vịt được đúc liền với củ chân vịt Loại chân vịt này không thể tự đảo chiều quay của cánh nhằm thay đổi chiều chuyển động của tàu Muốn thay đổi chiều chuyển động của tàu, người ta có thể thay đổi chiều quay của máy chính (thay đổi thứ tự nổ - hiện nay rất ít sử dụng ) hoặc thông qua hộp số có 2 ly hợp tiến/ lùi

+ Chân vịt biến bước :

Là loại chân vịt có bước thay đổi, cánh chân vịt không đúc liền với củ chân vịt

mà được gắn trên củ chân vịt bằng cơ cấu bánh răng côn, cánh chân vịt có thể xoay trên củ chân vịt, được điều khiển bởi thủy lực hoặc điện

Cánh chân vịt có thể xoay về vị trí vuông góc với trục chân vịt, khi đó bước cánh bằng không và chân vịt không đạp nước ra sau đuôi tàu Hoặc cánh có thể xoay về hướng đạp nước ra sau, khi đó chân vịt có bước tiến, đạp nước về phía trước mũi tàu, chân vịt có bước lùi

Chương 2 KHẢO SÁT HỆ ĐỘNG LỰC TÀU CSB – 9002

2.1 ĐẶC ĐIỂM CHUNG TÀU KÉO CỨU HỘ CSB – 9002

2.1.1 Giới thiệu, chức năng nhiệm vụ tàu kéo cứu hộ CSB – 9002

Tàu kéo cứu hộ CSB - 9002 là loại tàu chuyên dụng Vận tốc lớn nhất của tàu khi không kéo lớn hơn 12.5 hải lý/giờ, chịu được mọi cấp sóng (trên cấp 12), tầm hoạt động rộng (hơn 3000 Hải lý) và có thể hoạt động liên tục 30 ngày đêm trên biển với đầy đủ nhiên liệu và nhu yếu phẩm Bên cạnh đó, tàu còn chịu tác động bởi xung lực tải trọng đột ngột của vũ khí khi thi hành nhiệm vụ nên tàu có độ bền và độ cứng vững cao

Sức kéo của tàu khi buộc bến lớn hơn 40 tấn Tàu còn được trang bị một tời kéo

25 tấn với 2 tốc độ thu cáp: ở tốc độ 1 là 11m/ph, ở tốc độ 2 là 22m/ph và lực giữ phanh 100 tấn Ngoài ra còn có 1 tổ hợp bơm cứu hộ với lưu lượng lớn hơn 350 m3/h cột áp, 110 m.c.n, áp lực bơm là 11 bar và 2 súng tạo bọt, được lai bởi động cơ CAT

3306 và 1 két tạo bọt 10 m3/h Tàu còn trang bị 2 khẩu súng 12.7mm, 1 nòng và còn

bố trí 1 buồng Y tế phục vụ cứu nạn trên biển

Tàu có khả năng quay trở và tiếp cận các tàu khác nhanh và dễ dàng vì có lắp đặt một hệ thống chân vịt mũi bước cố định được lai bởi động cơ điện 180KW

Tàu có sức chứa lớn về khối lượng nước, nhiên liệu và dầu nhờn: Lượng nước 250m3, Lượng nhiên liệu 300m3 và dầu nhờn 3m3

- Vận tốc kinh tế của tàu : 10,0 Hải lí/ giờ

- Vận tốc của tàu khi kéo tàu có lượng chiếm nước 20.000 tấn là 5,0 Hải lý/ giờ

Hệ động lực của tàu gồm 2 động cơ chính, sử dụng dầu FO làm nhiên liệu chính, khởi động bằng điện hoặc khí nén và làm mát bằng sinh hàn ngâm tại hộp thông biển, với 2 chân vịt định bước trong đạo lưu cố định đặt ở đuôi tàu

Chức năng nhiệm vụ của tàu :

Tàu kéo cứu hộ CSB – 9002 được thiết kế bởi tập đoàn Damen Shipyard Gorinchem Hà Lan và được đóng bởi công ty đóng tàu Sông Thu Đà Nẵng theo đơn đặt hàng của lực lượng Cảnh sát biển Việt Nam nhằm thực hiện các nhiệm vụ sau :

- Tuần tra trên biển

- Cung ứng nước ngọt, nhiên liệu cho các tàu tuần tra trên biển (cung ứng nhiên liệu :130m3 ; nước ngọt : 178m3 )

- Lai dắt các tàu ven biển

- Trợ giúp tàu, các phương tiện nổi bị tai nạn trên biển

- Cấp cứu người

- Chữa cháy các tàu khác

1 2 3

4

5 6

7 8

Hình 2-1: Tổng quan tàu CSB - 9002

1 Cơ cấu cần trục; 2 Xuồng nhỏ; 3 Súng tạo bọt

23

2.1.2 Các thông số cơ bản của tàu kéo cứu hộ CSB – 9002

Bảng 2-1: Thông số kỹ thuật cơ bản tàu CSB – 9002

Hãng thiết kế Damen Shipyard (Hà Lan)

2.2 HỆ ĐỘNG LỰC TÀU KÉO CỨU HỘ CSB – 9002

Hệ động lực tàu kéo cứu hộ CSB – 9002 là loại hệ động lực động cơ Diesel được

bố trí theo phương thức truyền động gián tiếp thẳng hàng thông qua 01 bộ giảm tốc

bánh răng với 2 chế độ tiến/ lùi Hệ động lực có nhiệm vụ chính là tạo ra năng lượng

đẩy tàu thông qua việc làm quay chân vịt trong nước Hệ động lực được điều khiển

trực tiếp tại buồng máy hoặc điều khiển từ xa tại phòng điều khiển

ộp số : dùng để tạo ra số vòng quay chân vịt phù hợp với thiết kế và dùng để

thay đổi chiều quay của chân vịt từ đó thay đổi chiều chuyển động của tàu

hân vịt : lắp trên trục chân vịt, nhận mô men của động cơ chính, quay trong môi

trường nước tạo ra lực đẩy tàu

25 9820

1 Ống đạo lưu ; 2 Trục chân vịt ; 3.Ống bao trục chân vịt; 4 Bạc lót trục chân vịt;

5 Trục trung gian ; 6 Hộp số ; 7 Khớp đàn hồi; 8 Máy chính

2.2.1 Máy chính tàu CSB – 9002

Máy chính có ký hiệu CAT 3512B do hãng CATERPILLAR - USA sản xuất, đây

là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, turbo tăng áp, hai hàng xy-lanh chữ V, nghiêng

600, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, máy chính đƣợc khởi động bằng không khí nén hoặc motor điện, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa

trên buồng lái

Tàu CSB - 9002 đƣợc trang bị 2 động cơ chính loại CAT 3512B , truyền động trực tiếp cho hai hộp số thông qua khớp nối mềm bằng cao su

Máy chính đƣợc đặt trên 4 ụ giảm chấn ở bốn góc trên đế máy Đây là loại ụ

giảm chấn do hãng RUBBER DESIGN sản xuất Ụ giảm chấn chế tạo bằng cao su đúc định hình, ở giữa có bu lông liên kết với đế máy

Hình 2-3: Động cơ CAT 3512B TA HD

1- Đế máy; 2- cây thăm dầu; 3- Đường nạp; 4- Họng đổ dầu 5- Hộp điều khiển; 6- Lọc nhớt; 7- Lọc nhiên liệu; 8- Ống nước làm mát

Bảng 2- 2: Thông số kỹ thuật máy chính

14 : 1 195,6

Nhiên liệu Tổng dung tích (lít)

Diesel 58,6 Phương pháp phun nhiên liệu Vòi phun điện tử

Phương pháp khởi động Mô tơ khởi động điện hoặc mô tơ

khởi động khí nén

 Thiết bị kèm theo máy chính :

– Mô tơ khởi động điện 01 cụm

 Hệ thống nhiên liệu máy chính CAT 3512B :

8

9

Hình 2-4 : Sơ đồ hệ thống nhiên liệu máy chính CAT 3512B

1-Két dầu lắng; 2- Két dầu trực nhật; 3- Đường dầu cấp; 4- Thiết bị sấy; 5- Máy phân ly; 6- Bơm nhiên liệu; 7- Lọc nhiên liệu; 8- Đường dầu hồi; 9- Máy chính

Nhiên liệu dầu F.O được bơm vảo két trực nhật từ bể dầu lắng, sau đó dầu chảy qua thiết bị sấy 4, nhiên liệu được hâm nóng lên đến 50-70 độ C, sau khi sấy nhiên liệu được đưa qua máy phân ly 5 để tách bỏ nước và các tạp chất, nhiên liệu sạch được cấp vào động cơ chính 9 sau khi qua bơm nhiên liệu 6 và lọc 7 Dầu hồi trở về két trực nhật 2 theo đường dầu 8

 Hệ thống làm mát máy chính CAT 3512B :

Máy chính CAT 3512B được làm mát gián tiếp 2 vòng tuần hoàn như sau :

- Vòng tuần hoàn nhiệt độ thấp : Khi máy chính làm việc, nhiệt độ nước làm mát đạt khoảng 53 độ C thì van hằng nhiệt 8 bắt đầu mở ra để nước đi qua sinh hàn 6 đặt tại hộp thông biển, nhiệt độ nước

ra khỏi sinh hàn là khoảng 43 độ C, nước nguội tiếp tục đi qua sinh hàn hộp số 7 để

- Vòng tuần hoàn nhiệt độ cao : Lúc nhiệt độ nước làm mát máy chính lên đến 82 độ C thì van hằng nhiệt 4 mở

ra, nước nóng đi đến sinh hàn 5 đặt tại hộp thông biển để làm mát, lúc này nhiệt độ nước đi ra sinh hàn khoảng 82 độ, được bơm 9 hút về làm mát máy chính

Hình 2-5 : Sơ đồ hệ thống làm mát máy chính CAT 3512B

1,2-Bình nước làm mát; 3- Bơm; 4,8- Van hằng nhiệt; 5,6- Sinh hàn ngâm biển;

7- Sinh hàn hộp số; 9- Bơm nước

Ngoài ra tàu còn được trang bị 2 động cơ diesel lai máy phát điện hãng

CATERPILLAR-C18 (Mỹ), là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, turbo tăng áp, 6

xilanh thẳng hàng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén hoặc mô tơ điện

– Hãng (Nước) sản xuất CATERPILLA Mỹ – Công suất định mức, [Ne] 301 kW – Vòng quay định mức, [n] 1500 rpm

– Số xy-lanh, [Z] 6

– Khối lượng động cơ [G] 1,676 tấn

– Suất tiêu hao nhiên liệu [ge] 192 g/kw.h – Tổng dung tích 18 lít

Song song với 2 tổ máy phát điện chính, tàu còn được trang bị thêm 01 tổ máy phát điện phụ CAT 3304 và 01 tổ máy phát điện cảng CAT C2.2 loại 3 pha

Máy nén khí : gồm 02 tổ hợp (1 tổ hợp cung cấp khí nén điều khiển trang thiết bị mặt boong và buồng máy, 1 tổ hợp phục vụ chung cho toàn tàu)

2.2.2 Khớp nối đàn hồi

Máy chính và hộp số của hệ động lực tàu CSB – 9002 được nối với nhau thông qua 1 khớp nối đàn hồi của hãng VULKAN Khớp nối đàn hồi có chức năng bù sự lắp ghép sai lệch về góc và lệch tâm đường trục, giảm tiếng ồn và giảm chấn Khớp nối đàn hồi được chế tạo bằng cao su chịu nhiệt độ

4

Hình 2-6 : Kết cấu khớp nối đàn hồi Vulkan

1-Mặt bích nối bánh đà MC ; 2- Phần tử đàn hồi ; 3- Giá liên kết ; 4- Đầu nối trục sơ

2.2.3 Hộp số thủy tàu CSB – 9002

Hình 2-7 : Kết cấu hộp số thủy WAF 772L

1-trục vào; 2,10- vỏ ly hợp; 3,4- dĩa ly hợp; 5- giá đỡ; 6- bánh răng chủ động; 7- bơm dầu; 8- trục ra; 9- bánh răng bị động; 11- trục trung gian; 12- bánh răng trục trung

Để truyền tải công suất từ máy chính ra hệ trục để làm quay chân vịt đẩy tàu, tàu CSB – 9002 đƣợc trang bị mỗi tổ máy chính một hộp số cơ khí 1 cấp số WAF 772L do Đức sản xuất

Hộp số thủy WAF 772L có thể đảo chiều quay chân vịt nhờ 2 ly hợp tiến/lùi để thay đổi chiều chuyển động của tàu Hộp số đƣợc tự động hóa bằng thủy lực, điều khiển tại chỗ hoặc trên buồng điều khiển

Bảng 2-3: Thông số kỹ thuật hộp số thủy WAF

2.2.4 Hệ trục chân vịt tàu CSB – 9002

Hệ động lực tàu CSB - 9002 gồm có 02 đường trục, đặt cách nhau 6000mm đối xứng nhau qua đường tâm thân tàu Hệ trục là trục đặc, được gia công đều trên toàn bộ chiều dài trừ các cổ trục và vị trí các khớp nối Trục được chế tạo bằng thép không gỉ Trục chân vịt được trang bị một khớp nối rời Toàn bộ hệ trục được liên kết với nhau bằng các bulông tinh Chân vịt và khớp nối được lắp trên trục bằng các then

Khi tàu cần giảm vận tốc đột ngột người ta cho dừng máy chính, tiến hành thay đổi chiều quay chân vịt bằng hộp số Tàu CSB được trang bị 2 hệ trục chân vịt nên nó giúp cho quá trình lái được trở nên mau lẹ hơn Ngoài ra, tàu còn có 1 hệ chân vịt mũi

để tăng tính linh hoạt trong việc chuyển hướng di chuyển và tiếp cận của tàu

2.2.4.1 Trục trung gian

Trục trung gian là trục nối từ bích trục hộp số đến trục chân vịt Có nhiệm vụ chính là truyền mômen xoắn đến chân vịt Trục trung gian chịu tải do momen xoắn, trọng lượng bản thân, lực đẩy và tải bổ sung do biến dạng cục bộ Điều kiện làm việc của trục trung gian nhẹ hơn so với trục chân vịt Trục trung gian được chế tạo bằng thép SUSF 316

 Khớp nối với bích trục chân vịt

Dùng để liên kết giữa trục trung gian và trục chân vịt, khớp nối với bích trục chân vịt được chế tạo bằng thép C45N Khớp nối liên kết với khớp nối trục nhờ 16 bulong M24

Hai khớp nối liên kết với trục bằng then hình chữ nhật, hai đầu trục có một đoạn tiện ren dùng để khóa chặt bích khớp nối với trục bằng bu lông loại M125

Hình 2-9: Khớp nối với bích trục chân vịt

Trục chân vịt là đoạn trục cuối cùng mang chân vịt Điều kiện làm việc của trục chân vịt nặng nề hơn rất nhiều so với trục trung gian Do trục chân vịt chịu tải trọng trực tiếp của chân vịt và một đầu hoạt động trong môi trường nước biển, đầu kia nối với trục trung gian bên trong tàu

Trục chân vịt được thiết kế và chế tạo bằng thép không gỉ SUSF 316, đầu trục lắp chân vịt có rãnh then để lắp chân vịt, có đầu tiện ren để bắt bu lông hãm chân vịt Một đầu có rãnh then để lắp khớp nối với trục trung gian Trên đoạn trục có làm 3 ngõng trục có tác dụng như áo bạc lót

 Cụm làm kín đầu trục chân vịt

Nhằm làm kín đầu trục chân vịt (đầu nối với trục trung gian), không cho dầu bôi trơn trong hệ trục tràn ra ngoài cũng như ngăn không khí và chất bẩn lẩn vào dầu bôi trơn Gồm 3 vòng làm kín bằng cao su, trong đó 2 vòng có lò xo ép được bố trí liên tiếp nhau

Một vòng làm kín bằng cao su bố trí cuối cùng nhằm mục đích làm kín phần lưng ống lót trong cụm làm kín với trục chân vịt Các nắp lót dùng để giữ chặt các vòng phớt bằng bao su được lắp chặt với ống bao trục bởi các bu lông đầu lục giác

Các lò xo trong vòng phớp nhằm tăng thêm lực ép của vòng làm kín lên trên vỏ ống lót, tăng thêm độ kín chống rò rỉ dầu bôi trơn