Đồ án tốt nghiệp nghành đóng tàu thiết kế hệ thống động lực

Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 2 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chong chóng.. Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực, hệ thốn

MỤC LỤC

2.1.2.1 Lựa chọn phương pháp tính sức cản tàu 41 2.1.2.2 Công thức sức cản tàu theo papmiel 41

2.1.3 Kết quả tính sức cản tàu theo papmiel 42

2.2.5 Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất 45 2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện bền chống xâm thực 47

5.2.1 Momen quán tính khối lượng

5.2.1.1 Mô men quán tính khối lượng nhóm piston - biên

khuỷu 5.2.1.2 Mô men quán tính khối lượng bánh đà

5.2.1.3 Mô men quán tính khối lượng chong chóng

5.2.1.4 Mô men quán tính khối lượng các đoạn trục

5.2.1.5 Mô men quán tính khối lượng bích nối

5.2.2 Độ mềm các đoạn trục

5.2.2.1 Độ mềm xoắn giữa các cơ cấu biên khuỷu :

5.2.22 Độ mềm xoắn các đoạn trục

5.2.3 Thành lập hệ thống dao động xoắn tương đương

5.2.3.1 Mô-men quán tính khối lượng của các khối lượng tập

trung 5.2.3.2 Độ mềm xoắn các đoạn trục

5.3.1 Hệ thống thứ nguyên nhiều khối lượng

5.3.1.1 Momen quán tính khối lượng không thứ nguyên

5.3.1.2 Độ mềm không thứ nguyên

5.3.1.3 Chuyển hệ thống không thứ nguyên nhiều khối lượng

sang hệ thống 2 khối lượng 5.3.2 Tần số dao động tự do

5.3.2.1 Tính bình phương tần số dao động tự do

5.3.2.2 Tính chính xác tần số dao động tự do theo phuong

pháp Tolle

5.4.1 Xác định miền biến thiên cấp điều hòa momen kích

thích 5.4.2 Vòng quay cộng hưởng

5.4.3 Góc lệch pha giữa các xylanh

5.4.1.1 Xác định cấp υk trong cấp dãy điều hòa

5.4.4 Xác định góc lệch pha giữa các xylanh

5.4.5 Tổng hình học các biên độ tương đối

5.4.5.1 Tổng hình học các biên độ tương đối khi xét 1 hàng

xylanh 5.4.6 Công của mô-men điều hòa cưỡng bức

5.4.7 Công của các mô-men cản

5.4.7.1 Công cản trong cơ cấu biêu khuỷu của động cơ

5.4.7.2 Công cản do trễ đàn hồi vật liệu trục

5.4.7.3 Công cản của chong chóng

5.4.8 Biên độ cộng hưởng

5.4.9 Xác định khu vực lân cận vòng quay cộng hưởng

5.4.10 Ứng suất xoắn trên trục khi cộng hưởng

5.4.10.1 Ứng suất xoắn tại mặt cắt nguy hiểm

5.4.10.2 Ứng suất do mô-men xoắn trung bình

5.4.10.3 Tổng ứng suất trên trục khi cộng hưởng

5.4.10 Ứng suất xoắn cho phép của trục

6.2.3 Tính toán hệ thống

6.2.3.1 Dung tích két dự trữ dầu bôi trơn

6.2.3.2 Tính chọn bơm dầu nhờn tuần hoàn

6.2.3.3 Dung tích két dầu nhờn tuần hoàn

6.4.3.2 Bơm nước biển làm mát máy chính

6.4.3.3 Bơm nước ngọt làm mát máy chính

6.4.3.4 Đường kính ống nối hai cửa thông biển

6.1 HỆ THỐNG KHÍ XẢ

6.1.1 Nhiệm vụ và yêu cầu

6.1.1.1 Nhiệm vụ

6.1.1.2 Yêu cầu

6.1.2 Các phương pháp tiêu âm

6.1.3 Tính toán bầu tiêu âm máy chính

6.1.3.1 Kết cấu của bộ tiêu âm

6.1.3.2 Tính toán

DANH MỤC CÁC BẢNG

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU TÀU

1.1.1 Loại tàu, công dụng

Tàu hàng khô sức chở 54000 tấn là loại tàu vỏ thép, đáy đôi, kết cấu hàn điện

hồ quang, một boong chính, hai boong dâng mũi và lái Tàu được thiết kế trang bị

01 diesel chính 2 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chong chóng

Tàu được thiết kế dùng để chở hàng rời như: than đá, quặng, ximăng, thép cuộn…

1.1.2 Vùng hoạt động, cấp thiết kế

Tàu hàng 54000 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế theo Quy

phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép Đăng kiểm Việt Nam ban hành năm 2003

1.1.3 Phân cấp tàu, các quy định

1- Phân cấp tàu

Tàu được đóng theo tiêu chuẩn quy phạm và giám sát bởi đăng kiểm Việt Nam

2- Cờ của nước đăng ký

Panama, Marshall Islands, Hong Kong, Bahamas, Greece, UK

2 Quy định về tính ổn định (IMO Res.A749)

3 Quy tắc quốc tế về ngăn chặn va chạm ở biển, năm 1972 cùng với một số sửa đổi

4 Công ước quốc tế về ngăn chặn ô nhiễm từ tàu (Marpol) năm 1973 với Nghị định thư năm 1978 và những sửa đổi sau đó ở phụ lục VI

5 Quy tắc về hàng hải của chính quyền kênh đào Suez, bao gồm quy định về đo dung tích

6 Các quy định và điều luật hàng hải của kênh đào Panama và vùng nước tiếp giáp, bao gồm quy tắc về đo dung tích

7 Quy định IMO A868(20) về việc quản lý sự thay đổi nước ballast

8 Nghị định A468(XII) quy tắc về mức độ tiếng ồn tên tàu

1.1.4 Các thông số chủ yếu của tàu

− Chiều dài lớn nhất Lmax = 190,00 m

− Chiều dài thiết kế LWL = 183,3 m

− Hệ số béo đường nước CW = 0,876

Buồng máy được bố trí từ sườn 05 (Sn5) đến sườn 34 (Sn34) Lên xuống

buồng máy bằng 06 cầu thang chính và 01 cầu thang sự cố

Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực, hệ thống ống toàn tàu Điều khiển các thiết bị được thực hiện tại chỗ trong buồng máy Điều khiển máy chính được thực hiện tại chỗ trong buồng máy hoặc từ

xa trên buồng lái Một số bơm chuyên dụng có thể điều khiển từ xa trên boong chính như bơm vận chuyển dầu đốt, bơm nước vệ sinh, nước sinh hoạt, các quạt thông gió

Buồng máy có các kích thước chính:

Điều khiển máy chính: Máy chính được hoạt động từ buồng điều khiển máy, lầu lái và trạm điều khiển sự cố ở cạnh máy Thiết bị đo đạc được kiểm soát

và thiết kế với các thiết bị có thể quan sát dễ dàng từ buồng điều khiển máy.Thông số của máy chính:

− Suất tiêu hao nhiên liệu 167,1 g/kWh

− Khoảng cách hai tâm xy-lanh [H] 700 mm

− KC từ xy-lanh cuối đến bánh đà, [Hc] 1250 mm

− Quán tính bánh đà, [GD2] 2450 kG.m 2

− Khối lượng động cơ, [G] 22 tons

− Chiều dài bao lớn nhất, [Le] 7342 mm

− Chiều rộng bệ động cơ, [We] 1.500 mm

− Chiều cao, [He] 11.150 mm

1.2.3 Thiết bị kèm theo máy chính

− Thiết bị chỉ báo lẫn dầu

− Các bơm (bơm dầu FO,LO,DO, nước làm mát)

− Bầu ngưng và nồi hơi khí xả

1.2.4.1 Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu 6DK-20 do hãng DAIHATSU sản xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, tăng áp, làm mát hai vòng tuần hoàn kín từ một hệ làm mát trung tâm, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng khi nén

Số lượng 03

Kiểu máy 6DK-20

Hãng (Nước) sản xuất DAIHATSU Trung quốc

Công suất định mức, [Ne] 770 Kw

Suât tiêu hao dầu nhờn: 1,9 g/HP.h

1.2.4.3 Thiết bị kèm theo mỗi tổ máy phát điện

− Bơm nước ngọt làm mát 02 Tổ máy

Tàu được bố trí 01 hệ trục đặt trong mặt phẳng dọc tâm tàu, hệ trục được đặt

song song và cách mặt phẳng cơ bản (đường cơ bản) 3500 mm Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chong chóng, với tổng chiều dài 5974 mm và 01 đoạn trục trung gian với tổng chiều dài 6346 mm.

Trục chong chóng kết cấu bích liền, được đặt trên hai gối đỡ được làm bằng hợp kim bạc babit Hai gối đỡ này được bố trí trong ống bao trục, được lắp với ống bao bằng phương pháp đổ nhựa, bôi trơn và làm mát gối bằng dầu Trục trung gian kết cầu bích liền, được đặt trên một gối đỡ bằng bạc babit bôi trơn và làm mát bằng dầu Trục chong chóng và trục trung gian được chế tạo bằng thép rèn 45 (KSF45)

Bộ làm kín ống bao trục theo kiểu Simplex

1.3 CÁC TRANG THIẾT BỊ TRONG BUỒNG MÁY

14 Két dự trữ dầu bôi trơn xy-lanh

− Kiểu Ly tâm nằm ngang tự hút

− Hãng sản xuất HAMWORTHY KSE

− Số lượng 02 Tổ máy

− Kiểu Ly tâm nằm ngang

− Hãng sản xuất ALFA - LAVAL

− Hãng sản xuất Hamworthy KSE

− Động cơ điện có thể đảo chiều

51 Quạt xả buồng máy lọc

65 Máy nén khí công chất làm lạnh cho máy điều hòa

1.3.6 Các thiết bị chữa cháy buồng máy

72 Trạm chữa cháy buồng máy cố định bằng CO 2

− Kiểu Sợi tổng hợp tẩm cao su

1.3.7 Các thiết bị buồng máy khác

79 Cầu thang buồng máy

80 Cửa thông biển

83 Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu 6CTB8.3DM do hãng CUMMINS sản xuất, là diesel 4 kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, không tăng áp, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng điện

− Hãng sản xuất YANMAR JAPAN

85 Kèm theo mỗi tổ máy phát điện

− Bơm nước ngọt làm mát 01 Tổ máy

− Bơm nước biển làm mát 01 Tổ máy

− Bầu làm mát dầu nhờn 01 Cái

− Bầu tiêu âm 01 Cái

− Bình chứa khí nén khởi động 02 Bình

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

2.1 SỨC CẢN

2.1.1 CÁC KÍCH THƯỚC CƠ BẢN

− Chiều dài lớn nhất Lmax = 190,00 m

− Chiều dài thiết kế LWL = 183,3 m

− Hệ số béo đường nước CW = 0,876

2.1.2 SỨC CẢN TÀU THEO PHƯƠNG PHÁP

2.1.2.1 Lựa chọn phương pháp tính sức cản tàu

Bảng 2.1 lựa chọn phương pháp tính

No Đại lượng xác định Tàu thực thiết kế Phạm vi

1,5 – 3,5

4 – 110,35 – 0,80,33 – 1,5

Kết luận : vậy ta chọn phương pháp papmiel để tính sức cản cho tàu

2.1.2.2 Công thức sức cản của papmiel

Công suất kéo của papmiel :

)(,

0

3

hp LC

V

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 Pamiel

2.1.3 Kết quả xác định sức cản tàu theo pamiel

Bảng 2.2 kết quả tính theo pamiel

12 Sức cản toàn

phần Rt(kG) s

t V

EPS

R =75 48225,4 58475,1 69946,8 82712,3

2.1.4 Đồ thị R-V, EPS – V

11 12 13 14 5.654 6.168 6.682 7.196

10000

[hp]

[kG]

EPS = f (v)

R = f(v )

Hinh 2.1 đồ thị R – V, EPS - V

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

− Hiệu suất chong chóng (lấy gần đúng) ηP = 0,45

− Hiệu suất đường trục (lấy gần đúng) ηt = 0,98

− Hiệu suất hộp số (lấy gần đúng) ηhs = 0,97

− Công suất máy chính H = 13564,43 hp

− Công suất kéo của tàu EPS = 0,85 ηP.ηt.ηhs.Ne hp

− Kết quả EPS = 4932,09 hpTương ứng (gần đúng )trên đồ thị ta có : Rt = 30419,9 kG

Vs= 12,16 hl/h

kt: Hệ số phụ thuộc vào dạng profin của bánh lái

tc = 0,29.0,5 = 0,145 – Hiệu suất tính đến tác dụng qua lại giữa thiết bị đẩy và thân tàu :

204,129,01

145,011

R = 30419,9 kG

– Lực đẩy của chong chóng tại VS = 11,58 knots là :

9,35578145

,01

30419,91

R P

x kG

x : Số chong chóng của tàu (x = 1)

P :Lực đẩy của một chong chóng ⇒ P = 35578,9 kG

– Hệ số lực đẩy theo vòng quay :

708,09,35578

5,104.116,2

43,4P

P

P n n

V K

ρ : Mật độ dòng nước.

Kn = 0,708 < 1 Vậy chọn số cánh chong chóng Z = 4

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 :

2

'.375,

C’ : Hệ số phụ thuộc vật liệu chế tạo c.c, C’ = 0,055 (Với đồng thau) m’: Hệ số tính đến điều kiện quá tải của tàu trong điệu kiện cụ thể nào

δmax: Chiều dài tương đối của Prôfin cánh tại (0,6÷0,7)R

Thường lấy δmax = 0,08 ÷ 0,1 Chọn δmax = 0,1

10

9,35578.15,1.1,0

4.96,8

055,0.375,0

Chọn θ = 0,55

2.2.5 Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất

Bảng 2.3 Bảng tính chong chóng khi sử dụng hết công suất

Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Kết quả

Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Kết quả

P P

V k

p

p n

n

V D

λ

n p D opt

P k

1

p p

t

0,663 0,638 0,651

15 Công suất yêu cầu 75 '

.1

p p

v R N

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 =0,0,635 m

Diện tích duỗi phẳng mặt cánh c.c : A =

4

π D2

p

k

p s

c

ξθ

+ 0,2) = 10,06 m

Kc- đặc tính xâm thực

Tra đồ thị theo λp = 0,42 và H/D= 0,641 có Kc= 0,20Suy ra Ps = 10330 + 1025.10,06-238 =20403,5 kG/m 2

55,0191

,0)08,5.116,2.(

5,20403

2,0.3,1

6 , 0 3

10

e D

d D

b D

Đường kính chong chóng D = 5,08 m Đường kính trung bình của củ chong chóng: d0 = (0,14÷0,22).D = 0,914 m Chiều dài củ chong chóng:

l = 0,2275.D = 0,2275.5,08 = 1,155 (m) Chiều dài cánh tại 0,6 R:

e0,6= 0,04.D = 0,04.5,08 = 0,203 (m) Chiều rộng cánh tại 0,6R :

Với chong chóng chế tạo theo sêri B ta có

2 4

3

08,5

203,0.08,5

914,071,010.22,6.08,5

49,0.08,5.8720.10.4

CHƯƠNG 3 : THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC

3.1 DỮ KIỆN PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1 Số liệu ban đầu

- công suất tính toán H = 10115/13564,43 Kw/hp

+ Hệ số đàn tính E = 2,1.106 kG/cm 2

+ Tỷ trọng γ = 7,85.10-3 kG/cm 3

- Trọng lương chong chóng Q= 19312 kG

- Vật liệu làm chong chóng Đồng – niken- nhôm đúc cấp 3

(CuNiAl BronzeGrade Cu3)

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

hạn chế II theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2003.

3.1.3 Bố trí hệ trục

Tàu được bố trí 01 hệ trục đặt trong mặt phẳng dọc tâm tàu, hệ trục được đặt song

song và cách mặt phẳng cơ bản (đường cơ bản) 3500 mm Hệ trục bao gồm 01 đoạn trục chong chóng, với tổng chiều dài 5974 mm và 01 đoạn trục trung gian với tổng chiều dài

6346 mm.

Trục chong chóng kết cấu bích liền, được đặt trên hai gối đỡ được làm bằng hợp kim bạc babit Hai gối đỡ này được bố trí trong ống bao trục, được lắp với ống bao bằng phương pháp đổ nhựa, bôi trơn và làm mát gối bằng dầu Trục trung gian kết cầu bích liền, được đặt trên một gối đỡ bằng bạc babit bôi trơn và làm mát bằng dầu Trục chong chóng và trục trung gian được chế tạo bằng thép rèn 45 (KSF45)

Bộ làm kín ống bao trục theo kiểu Simplex

3.2 ĐƯỜNG KÍNH TRỤC

3.2.1 Đường kính trục chong chóng

Bảng 3.1: bảng tính đường kính trục chong chóng

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất liên tục lớn

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu trục T s N/mm

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của

H k d

3.2.2 Đường kính trục trung gian

Bảng 3-1: Bảng tính đường kính trục trung gian

№ Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất liên tục lớn

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu trục T s N/mm

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của thép

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

2 Đường kính trục trung gian do mm Theo thiết kế 400

3

160

560

K T

N

H Fk d

=

№ Hạng mục tính Ký

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

3 Đường kính trục chong chóng d s mm Theo thiết kế 500

5 Đường kính vòng chia D mm Thiết kế chỉ định 625

6

Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu làm

trục

Ts N/mm 2 Lấy giá trị nhỏ nhất của

7

Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu làm

Đường kính tối thiểu của

bu-long liên kết bích nối

theo tính toán

10 Đường kính tối thiểu của

bu-long liên kết bích nối db mm 100

Kết luận :

Đường kính bulong khớp nối trục được xác định (theo thiết kế)

db = 100 mm

3.3.2 Chiều dày khớp nối trục

Bảng 3- 4 Tính chiều dày khớp nối trục

hiệu Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất liên tục lớn

.

) 160 (

65 , 0

3

=

5 Giới hạn bền kéo danh

nghĩa của vật liệu trục Ts N/mm

2 Lấy giá trị nhỏ nhất của thép

Chiều dầy bích nối b mm Thiết kế chỉ định 200

3.3.3 Chiều dài bạc trục chong chóng

Bảng 3-3: Bảng tính chiều dài bạc trục chong chóng

160

560

K T

N

H k F d

=

0

2 ,

0 d

bd

b ≥ 2

3.3.4 Chiều dày ống bao

Vật liệu chế tạo ống bao là thép đúc.

Chiều dày ống bao giữa 2 ổ đỡ : S1= 0,05ds +20 = 44,5 (mm)

Chọn : S1 = 45 (mm);

Chiều dày ống bao chỗ lắp ổ đỡ : S2 = (1,5 - 1,8 )S1 = 72 (mm)

3.3.5 Chiều dày áo bọc trục

Bảng 3-6: Bảng tính chiều dài bạc trục chong chóng

3 Chiều dày lớp áo bọc ở

1= d s+

t

22,2