Thiết kế lắp ráp thiết bị tàu thủy Nguyễn Đăng Cường

Một đầu hệ trục nối liền với máy chính - chịu tác dụng trực tiếp của mô men xoắn từ máy chính, đầu kia mang chân vịt - chịu trực tiếp mô men cản của chân vịt trong sóng gió Ngoài ra hệ t

LỜI NÓI ĐẦU

Việt Nam có bờ biển chạy suất chiều dài hình chữ S của Tổ quốc thân thương

Đó là tiềm năng lất lớn cho ngành đóng tàu biển

Khoảng hai thập kỷ trở lại đây, chưa có một cuốn sách mới nào về tàu biển mà được viết hoàn chỉnh, phong phú và súc tích cả về lý thuyết lần thực hành như cuốn sách "THIẾT KẾ LĂP RÁP THIẾT BỊ TÀU THỦY" của tác giả NCUYỄN ĐĂNC CƯỜNG

Tác giả tốt nghiệp Thạc sĩ đóng tàu từ 1964 tại Ba Lan - nước có

công nghiệp đóng tàu hiện đại tầm cỡ thế giới Ông thuộc thế hệ đầu

tiên, đã có đóng góp đáng kể cho ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam, nhất là về tàu cá Là tác giả của 2 cuốn sách "Lắp ráp sửa chữa thiết bị tàu thủy" "Tuyển tập mẫu tàu cá Vệt Nam", một số báo cáo khoa học, biên soạn một số chương trong quy phạm tàu biển đầu tiên của Việt Nam ông có những công trình nghiên cứu và thiết kế được ứng dụng rộng rãi và đã hướng dẫn nhiều sinh viên tốt nghiệp

Với xu thế công nghiệp hóa và hiện đại hóa Ở nước ta, trong sách này Tác giả đã bổ sung, mở rộng khá phong phú các vấn đề : tính toán, thiết kế, gia công lắp ráp, thử nghiệm và sửa chữa của hầu hết các thiết

bị trên tàu thủy

Một mặt nâng cao tam lý thuyết, đủ đề làm sáng tỏ các vấn đề kỹ thuật trong công nghiệp đóng tàu hiện đại, mặt khác tác giả đã cố gắng chú ý thích đáng đến trình độ còn hạn chế của công nghiệp đóng tàu Ở

nước ta Vì vậy sách được trình bày một cách súc tích, thiết thực đề bạn

đọc có thề ứng dụng nhanh chóng dễ dàng có hiệu quả trong công' tác thực tiễn

Là người đã nhiều năm tiếp xúc với nghề cá và tàu cá, tác giả đã viết Chương 11 "Nghề cá và tàu cá" sinh động và hấp dẫn, chắc chắn sẽ cuốn hút và làm cho các bạn thêm yếu biển và tàu biền

Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật hy vọng "THIẾT KẾ LẤP RÁP THIẾT BỊ TÀU THỦY" sẽ là cẩm nang bồ ích, người bạn đồng hành hữu hiệu cửa các đảng viên, sinh viên, cán bộ kỹ thuật, kỹ sư trong lĩnh vực thiết kế, đóng sửa và vận hành tàu thủy

Cuốn sách quả là một công trình lao động khoa học công phu mà tác giả với cả bầu tâm huyết của mình muốn qua đây đóng góp cho sự phát triển của ngành công nghiệp đóng tàu Việt Nam

Xin trân trọng giới thiệu với bạn đọc cuốn sách của tác giả Nguyễn Đãng Cường Nhà xuất bản và tác giả mong nhận được ý kiến xây dựng của bạn đọc gửi theo địa chỉ : Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật - 28 Đồng Khởi, Quận 1 - ĐT : 8225062 8290228 và địa chỉ tác giả NCUYỄN ĐĂNG CƯỜNG - 25/6 Bà Lê Chân, Quận 1 - ĐT : (08)

8225393 và 090844/95

NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT

Nếu ví con tàu như một cơ thể sống, thì buồng máy là trái tim và hệ trục là động mạch chính Hệ trục có chức năng truyền mô men xoắn từ máy chính đến chân vịt, nhờ đó chân vịt quay và tạo ra lực đẩy tàu đi tới Cho nên hệ trục có vai trò hết sức quan trọng, có tính quyết định năng lực hoạt động của tàu Bởi vậy việc hiểu biết sâu rộng từ khâu nghiên cứu, thiết kế, gia công, lắp ráp vận hành, sửa chữa là rất cần thiết đối với mỗi người kỹ sư, cán bộ kỹ thuật ngành đóng tàu

I ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA HỆ TRỤC

Hệ trục làm việc trong điều kiện rất phức tạp Một đầu hệ trục nối liền với máy chính - chịu tác dụng trực tiếp của mô men xoắn từ máy chính, đầu kia mang chân vịt - chịu trực tiếp mô men cản của chân vịt trong sóng gió Ngoài ra hệ trục phải chịu lực đẩy của chân vịt, chịu tác dụng của trọng lượng bản thân và ứng suất bổ sung do : dao động, lắp ráp, uốn chung vỏ tàu, biến dạng cục bộ của ki và đáy tàu vv

Chúng ta biết rằng, hệ trục tựa trên các gối đỡ, mà gối đỡ thì đặt

trực tiếp lên phần đáy tàu Chân vịt hoạt động trong nước biển với điều kiện sóng gió bất thường Cho nên sự uốn chung của vỏ tàu dẫn đến uốn

trục Biến dạng cục bộ của ki tàu, đáy tàu do hạ thủy, do chất hàng vv

dẫn đến làm sai lệch vị trí các gối đỡ

Sự uốn chung của vỗ tàu gây nên bởi các yếu tố sau đây : Thay đổi ứng suất do hàn vỏ tàu

- Vỏ tàu bị mặt trời chiếu về một phía

Thay đổi ứng suất khi hạ thủy

- Chênh lệch nhiệt độ giữa phần chìm và nổi trên mặt nước

- Thay đôi tải khi lắp các trang, thiết bị, máy móc

- Bị uốn do mắc cạn vv

Để tránh những ứng suất bổ sung, người ta phải cố gắng đảm bảo

sự đồng tâm của các đoạn trong hệ trục Ngoài ra còn phải bố trí gối

đờ và buồng máy tàu hợp lý, đồng thời đảm bảo độ chính xác trong gia công, lắp ráp Tuy nhiên trong thực tế việc đám bảo sự đồng tâm của hệ trục cũng có nhiều khó khăn vì các lý do sau :

- Khó đo đạc chính xác vì còn nhiều công đoạn khác đang thực hiện thi công

Biến dạng do hàn vỏ tàu, áp lực trên ki tàu thay đa trong quá trình đóng lắp, lúc trên triền, lúc dưới nước, biến dạng khi hạ thủy, do lắp đặt các thiết bị máy móc, ảnh hưởng của nhiệt độ v.v

Để đạt độ chính xác tối đa trong lắp ráp người ta phải cố gắng loại trừ tất cả các khâu nào có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình đo đạc trong lắp ráp ví dụ : Khi căng tim hệ trục (rất quan trọng) được thực hiện ngoài giờ làm việc hoặc vào buổi tối, khi mà toàn bộ các khâu đóng lắp

khác ngừng hoạt động, nhiệt độ môi trường ổn định VV

II SỐ LƯỢNG HỆ TRỤC TRÊN TÀU

Trên tàu thông thường chỉ lắp 1 hoặc 2 hệ trục độc lập hoặc chung 1 máy chính, tuy nhiên cũng có khi lắp đến 5 hệ trục (từ 1 đến 5 máy và chân vịt) Ở tàu phá băng ngoài chân vịt, phía lái, còn có thể có chân vịt phía mũi để phá băng, nhưng ít khi gặp vì phức tạp trong bảo quản và vận hành

Số lượng hệ trục phụ thuộc vào kiểu dáng và tính chất của tàu, loại

và đặc điểm máy chính, chế độ làm việc, hiệu quả tinh tế độ tin cậy trong vận hành và vị ta đặt máy trên tàu

1 Tàu có 1 hệ trục : thì được bố in ở mặt phẳng dọc giữa thân tàu

2 Tàu 2 hệ trục : thì lắp -về hai phía của đường tâm dọc tàu, gọi là : hệ

trục mạn trái và phải Nếu 2 máy chính bố trí so le nhau, thì hai hệ trục

có chiều dài khác nhau, góc nghiêng dọc α và nghiêng ngang ị3 của 2

đường trục sẽ khác nhau Nếu tàu quay trở bình thường bằng các chăn vịt, thì 2 đường trục phải bố trí sao cho giao điềm của chúng trong mặt phẳng ngang phải nằm về phía mũi tàu so với tâm quay của tàu Nếu chúng cắt nhau Ở đường thẳng đứng đi qua tâm quay thì tàu không thể quay tại chỗ bằng chân vịt được Nếu giao điểm của 2 đường trục nằm phía sau so với tâm quay của tàu thì khi muốn quay trở tại chỗ, ví dụ để mũi tàu quay về bên trái, thì chân vịt mạn trái phải quay tiến, và chân vịt mạn phải, phải quay lùi, và vận hành như thế là không bình thường

Không phụ thuộc vào góc nghiêng dọc α và nghiêng ngang β hai chân vịt phải bố trí sao cho : Tâm 2 chân vịt phải nằm trên cùng độ cao

kể từ đường cơ bản của vỏ tàu, cùng trong một mặt phẳng đứng và cùng cách đều đường tim dọc thân tàu

Chiều quay của 2 chân vịt phải ngược chiều nhau Nếu nhìn từ lái về mũi thì 2 chân vịt thường quay theo chiều từ ngoài mạn vào tim giữa tàu, cụ thể chân vịt bên trái quay theo chiều kim đồng hồ và chân vịt bên phải thì quay theo chiều ngược kim đồng hồ

Trường hợp 2 hệ trục chạy song song nhau (β = 00) (khi vị trí buồng máy cho phép), thì thường 2 trục chăn vịt giống nhau và yêu cầu chỉ cần

1 trục dự trữ, có thể thay thế cho cả 2 khi cần thiết

3 Tàu 3 hệ trục : Một nằm giữa, và 2 hệ trục kia nằm về 2 mạn tàu

Chân vịt giữa nằm lùi về phía sau so với 2 chân vịt 2 bên mạn tàu Nếu công suất trên mỗi hệ trục như nhau, thì đường tình trục sẽ giống nhau và chỉ cần 1 trục chân vịt dự trữ cho cả 3 hệ trục Nếu công suất 2

hệ trục mạn tàu khác nhiều so với hệ trục ở giữa, thì đường kính trục sẽ phải làm khác nhau Đây là trường hợp hay gấu

4 Tàu 4 hệ trục : Nếu công suất và kích thước chân vịt phân đều

cho 4 hệ trục, thì các trục làm giống nhau và bố trí từng cặp hệ trục đối xứng nhau qua mặt cắt dọc giữa

Thông thường tàu có 3 hệ trục trở lên chỉ khi diện tích buồng máy cho phép hoặc máy chính là tuyếc bin vì kích thước gọn nhẹ Trọng lượng toàn bộ trục : gồm chân vịt, ống bao, các loại trục, Ổ đờ, cụm kín nước, phanh hãm, so với trọng lượng các trang thiết bị buồng máy chiếm khoảng 7 : 10%

Người ta cũng tổng kết, nếu so với trọng lượng toàn bộ hệ trục (không kể máy chính) thì trọng lượng các thành phần chiếm tỷ lệ như sau : Chân vịt 16 - 20% Các trục 60 - 65% ống bao 3 - 4% Ổ đỡ trung gian và Ổ chặn phụ : 7 - 9% Ổ chặn chính 7 - 10% Cụm lún < 1% Phanh trục < 0,5%

III GÓC NGHIÊNG HỆ TRỤC

Hệ trục thường được lắp nghiêng dọc với góc α = 0 - so nhưng không quá góc nghiêng cho phép của máy chính, và nghiêng ngang với góc ~ = Không cho phép nghiêng quá góc giới hạn nêu trên vì ảnh hường đến lực đẩy và hiệu suất chân vịt Chỉ khi nào chiều chìm của tàu

Ở vòm đuôi

bị hạn chế, thì mới nên lắp hệ trục nghiêng dọc để tăng hiệu suất chân vịt nhưng không quá so

Trong bất cứ trường hợp nào, hệ trục và các phụ kiện của nó phải có khả năng hoạt động tin cậy khi tàu nghiêng ngang lâu dài 10 - 15o, lắc

ngang 30 - 40o và nghiêng dọc về phía lái hoặc phía mũi tàu 5 lao Đối

với tàu nhỏ, khi mà hệ bôi trơn động cơ chính có bơm hút trực tiếp dầu nhờn từ đáy ca-te máy, thì càng cạn lưu ý phải giới hạn độ nghiêng dọc hệ trục sao cho trong bất cứ điều kiện sóng gió thế nào luôn luôn phái có đủ dầu nhờn tại vị trí đầu hút của bơm để bôi trơn máy - nghĩa là không được nghiêng dọc quá giới hạn cho phép của máy chính

IV CHIỀU ĐÀI HỆ TRỤC

Tùy theo vị trí buồng máy : Ở phía lái, phía mũi hay giữa tàu, hệ trục

có thể ngắn hoặc dài đến 100 m

Khi buồng máy phía lái : Hệ trục ngắn, thuận lợi trong gia công láp

ráp và tận dụng được dung tích các khoang chứa Vì vậy thường được bố trí cho các tàu chở hàng rời đồng nhất như : chở dầu, than, quặng, tẩu công-ten-nơ v.v

Nhược điểm : Diện tích buồng máy chật hẹp, khó bố trí các trang thiết bị, cân bằng đọc khó hơn và hiện tượng dao động cộng hưởng dễ xảy

ra giữa máy chính và chần vịt, khó quan sát điều khiển tàu nếu ca bin lái nằm ngay trên buồng máy

Khi buồng máy phía mũi tàu : Hệ trục dài hoặc rất dài, dẫn đến gia

công, lắp ráp phức tạp hơn Hệ trục phải đi qua nhiều khoang hàng và vách ngăn, choán dung tích khoang hàng, khó bảo trì, kiểm tra trong quá trình vận hành Cân bằng dọc của tàu khó hơn

Nhưng có ưu điểm : quan sát điều khiển tàu dễ hơn Cho nên được áp dụng cho các tàu lai dắt, tàu đẩy hoặc tàu đánh cá có boong thao tác phía đuôi tàu

Khi buồng máy ở giữa tàu : áp dụng cho tàu chở hàng khô hỗn hợp

Buồng máy Ở giữa tàu thì dung hòa được các nhược điểm nêu trên Hệ trục vẫn phải đi qua các khoang hàng, choán chỗ, phân chia khoang khó hơn, bốc xếp hàng phiền phức hơn Tuy nhiên : việc cân bằng tàu dễ dàng hơn

V SỐ LƯỢNG Ổ ĐỠ VÀ BỐ TRÍ Ổ ĐỠ HỆ TRỤC

Thực tế cho thấy sự uốn chung của vỏ tàu không ảnh hưởng đáng kể (in hoạt động của hệ trục Nhưng uốn cục bộ của đáy tẩu lại có ảnh hưởng

lớn, vì nó làm cho Ổ đờ bị xê dịch, đường trục mất ổn định, Ổ đỡ bị nóng, chóng hư hỏng Để tránh ảnh hưởng này người ta cố gắng bố trí Ổ

đỡ gần vách ngang, đà ngang đáy Tránh bố trí 2 Ổ đỡ gần vách và một ổ

đỡ nằm giữa 2 ổ đỡ - tức giữa 2 vách Với đoạn trục nhỏ thì không cho phép đặt trên a Ổ đờ sự Uốn cục bộ đáy tàu gây nên tải bổ sung trên các

R - tải bổ sung trên ổ đờ (KG)

k = 48 - 192 hệ số tính toán lấy tùy theo tiết diện trục

E = Mô-dun đàn hồi vật liệu trục (Kg/cm2)

Với thép E = 2,5 106 2

cm KG

J - Mô men quán tính tiết diện trục (cm4)

L - Khoảng cách giữa 2 ổ đỡ kề về 2 phía của ổ đỡ đang xem xét (cm) (H-l)

E - Khoảng dịch chuyển của ổ đỡ đang xem xét (cm)

Lý thuyết cũng như thực tế cho thấy hệ trục càng vững thì hoạt động càng tin cậy hơn Hiệu quá vận hành, công nghệ và kết cấu phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ trục ĐỘ cứng vững của hệ trục được biểu thị bằng đại lượng đặc trưng sau :

K = 374

)(

0 2

L0 - là tổng chiếu dài nhỏ nhất của 3 oạn trục nối liền nhau đ

d - Đường kính ngoài của trục rỗng

d0 - Đường kính trong của trục rỗng

Hình 1 Uốn cục bộ đáy tàu

Từ công thức trên suy ra : khi 1 càng lớn, thì K lớn tức hệ trục càng

cứng vững, đồng thời 1 càng lớn cũng có nghĩa là số lượng Ổ đỡ càng ít Chính vì vậy trong thực tế trên một số tàu người ta đã bỏ bớt một số Ổ

đỡ trung gian, hay nói cách khác luôn nên sử dụng Ổ đỡ trung gian ít nhất

Điều này không chỉ làm tăng độ cứng vững hệ trục, mà còn giảm trọng lượng, giảm ma sát, giảm khối lượng gia công, lắp ráp kiểm tra trong vận hành

Trên các tàu khách, tàu hàng lớn, thường mỗi đoạn trục chỉ có 1 Ổ

đỡ đặt gần bích nối Có khi trên cả mấy đoạn trục mới chỉ có 1 ổ đỡ Ở

các tàu nhỏ có khoảng cách từ máy chính đến trục chân vịt nhỏ hơn hoặc bằng (20 - 25) dv - đường kính trục chần vịt thì có thể không có ổ đỡ trung gian Trong tính toán cũng như thực tế cho thấy tải trên các Ổ đỡ trục trung gian do trọng lượng bản thân trục là nhỏ, ứng suất uốn không

đủ lớn để làm giảm sức bền trục Vì vậy cho phép giảm bớt số lượng Ổ

đỡ, tức tăng chiều dài nhịp trục (khoảng cách giữa 2 ể đỡ)

Việc bố in ổ đỡ còn phụ thuộc vào vị trí các vách ngang kín nước, sao cho dễ kiểm tra; bảo quản Ngoài ra còn liên quan dấn số vòng quay giới hạn của dao động ngang, nhất là khi vòng quay hệ trục cao (Xem chương về dao động tàu)

VI HIỆU SUẤT

Hệ trục truyền mô men của máy chính cho chân vịt Nhưng do ma

sát trên các Ổ đỡ, cụm kín nước, do lắp ráp VV Công suất từ máy

chính đến chân vịt bị hao tổn Sự hao tổn này được đặc trưng bằng hiệu suất đường trụ c η

Hiệu suất đường trục η là tỷ số giữa công suất Nd đến chân vịt và công suất hữu ích Ne của máy chính (sau hộp số) η = <1

e

d N N

Hình 2 Sơ đồ tên hao công suất hệ động lực tàu

1 Hao tổn chu trình lý thuyết 2 Hao tổn bên trong động cơ 3 Hao tổn ơ học c

4 Hao tổn bộ giảm tốc 5 Hao tổn đường trục, 6 Hao tổn của chân vịt

Hệ trục gia công và lắp ráp càng chính xác thì ri càng cao, nghĩa

là hao tổn công suấ trên đường trục càng ít t

Các loại hiệu suất :

Trên H-2 là sơ đồ sự hao tổn công suất (năng lượng) kể từ khi nhiên liệu cháy trong động cơ máy chính Q0 cho đến khi chân vịt phát

huy được lực đẩy tàu Những hao tổn đó là : 1 Hao tổn chu trình lý

thuyết 2 Hao tổn bên trong động cơ 3 Hao tổn cơ học 4 Hao tổn do

bộ giảm tốc 5 Hao tổn trên đường trục 6 Hao tổn tại chân vít Vì có những hao tổn như vậy cho nên người ta phân biệt các loại hiệu suất khác nhau : Từ H-2 ta có các ký hiệu sau :

Từ sơ đồ trên H-2 ta thấy hao tổn chu trình lý thuyết là rất lớn Thực chất công suất do chân vịt phát huy được Nh so với năng lượng đầu vào Q0 là nhỏ Qua tổng kết, đối với buồng máy Diesel thì hao tổn chu trình lý thuyết đến 40% công suất đấy của chân vịt so với năng lượng Q0

tức hiệu suất đẩy chung : ηh = 24 - 25%

Để thiết kế hệ động lực tàu, chúng ta còn cần phải phân biệt các hiệu suất chung sau đây :

- HIỆU SUẤT CHUNG BUỒNG MÁY ηb

Đó là tỷ số giữa Công suất mà hệ trục nhận được Nt so với công sản ra tương đương với năng lượng do nhiên liệu cháy Q0 :

TIN

- HIỆU SUẤT NHIỆT ĐỚI

Hiệu suất này kể đến điều kiện khí hậu và nhiệt độ của các nước vùng nhiệt đới như Ở Việt Nam Thông thường các nhà sản xuất động cơ đều lấy tiêu chuẩn nhiệt độ môi trường t = 200C đe xác định công suất động cơ Nhưng Ở các nước nhiệt đới, nhiệt độ môi trương trường là

300C và độ ẩm không khí rất cao Những điều kiện này đã hạn chế quá trình cháy nhiên liệu trong động cơ và từ đó làm giảm công suất Hao tổn này gọi là :hiệu suất nhiệt đới Qua các thử nghiệm người ta đã rút ra ηn

= 0,85÷0,9 tức hao tổn từ 10 : 15% so với công suất ghi trên động cơ Đây là điều các nhà thiết kế cần lưu ý Đã có trường hợp tàu không phát huy được tốc độ hoặc sức kéo cũng chính vì đã quên hiệu suất này trong tính toán và thiết kế ở nước nhiệt đới như ở nước ta

Qua tổng kết hao tổn, công suấ thể hiện qua các hiệu suất như sau : tHiệu suất chung buồng máy diesel :

ηb = 0,37- 0,38 - với tuyếc bin khí ηb=0,30

Hiệu suất đẩy chung buồng máy diesel : ηh = 0,24÷0,25

Hiệu suất nhiệt đới : ηn = 0,85 ÷ 0,90

Hiệu suất chân vịt :ηp = 0,60 ÷ 0,70

Hiệu suất đường trục : ηt - 0,96 ÷ 0,99

Hiệu suất bộ giảm tốc : ηhs = 0,96 ÷ 0,98

Hiệu suất cơ học của động cơ : ηm = 0,80 ÷ 0,85

kín vách ngang 13 và Ổ đỡ chặn chính 14

1 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 tải trọng trực tiếp của chân vịt và 1 đầu hoạt động trong môi trường nước biển, đầu kia nối với trục ống bao (nếu có) hoặc trục trung gian bên trong tàu

Trục ống bao - là trục đi qua ống bao trục nhưng không mang chân vịt Trục ống bao được nối với trục chân vịt bằng khớp nối đặc biệt Trục ống bao được áp dụng khi chân vịt Ở xa vòm đuôi (sống đuôi tàu) Thông thường trục đi qua ống bao cũng chính là trục chân vịt, trực tiếp mang chân vịt

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 han 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 đun 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

2 Trực trung gian : là trục hoặc các đoạn trục nối từ trục đẩy với

trục chân vịt Nhiệm vụ chính là truyền mô men xoắn đến chân vịt Nói chung chịu tải do mô men xoắn, trọng lượng bản thân lực đẩy và tải bổ sưng do biến dạng cục bộ Tuy nhiên điều kiện hoạt động của trục gian gian nhẹ nhàng nhất so với các trục khác, cho nên đường kính trục trung gian nhỏ nhất so với các trục khác

3- Trục đẩy : là trục 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 để chặn lực đẩy

4 Ô đa trung gian : là các Ổ đỡ của các trục trung gian có thể là Ổ

trượt, hoặc Ổ lăn (cho các tàu nhỏ)

5 Thiết bị ống bao : Gồm ống bao trục, các gối đỡ được lắp ngay

trong ống bao, cụm kín ống bao và các chi tiết khác để cố định thiết bị vào vỏ tàu Thiết bị ống bao có nhiệm vụ đê trục chân vịt và chân vịt đồng thời ngăn cách nước biển với không gian bên trong tàu Vi hoạt động trong môi trường nước biển, nên các gối đỡ chủ yếu được lâm từ vật liệu mềm, như gỗ gai-ắc chẳng hạn, bôi trơn trực tiếp bằng nước biển

6 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

7 Cụm kín vách ngang : tương tự như cụm kín ống bao, nhưng

nhiệm vụ chính là không cho nước lọt vào buồng máy trong trường hợp khoang kế cận phía lái bị ngập nước BỘ phận này được lắp ngay Ở vách phía lái của buồng máy

8 Ổ đỡ - chặn chính và phụ : làm nhiệm vụ chính là chuyến lực

đẩy chân vịt thông qua vành trục đẩy vào vỏ tàu, để bảo vệ máy chính

9 Phanh hệ trục : làm nhiệm vụ phanh, hãm hệ trục mỗi khi xảy

ra sự cố hoặc khi cần giảm quán 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

Chân vịt, là thiết bị đẩy tàu, có thể là loại hước cố định hoặc loại có bước biến đổi (chân vịt biến bước)

Trên hình 3 giới thiệu một dạng hệ trục tàu thủy trên tàu lắp 2

hệ trục Còn hình 4 giới thiệu kết cấu cơ bản của 1 hệ trục chân vịt Tất cả các thành phần và chi tiết cơ bản của hệ trục tàu thủy nêu trên

sẽ được lần lượt đề cập đến trong các phần tiếp theo

1 Nẳp bảo vệ đai ốc chân vịt 2 Đai ốc chân vịt 3 Then; 4 Chân vịt, 5 Nẳp che

6 Đai ốc ống bao: 7 Sống đuôi 8 Trục chân vịt 9 áo trục 10 Bạc đà (phía lái):

1 1 Lớp bảo vé trụ 12 ống b o rục, 13 Bạc đà (phía mũi): 14 Tấm gia cường 15 Cụm kín ống bao: 15 Cụm kín ống bao; 16 Bích nén 17 Bích nối trục

Khi áp dụng công thức (1) và (2) và chọn hệ số k và kì cần lưu ý : Kể

từ đầu rãnh then một đoạn không nhỏ hơn 0,2 d - đường kính ngoài của trục rỗng, đường kính trục trung gian dĩ có thể giảm dần đến trị số tính toán với k = 1 Bán kính lượn Ở đáy rãnh then ít nhất hàng 0,0125

d Đường khử lỗ khoét ngang không được vượt quá 0,3 d Chiều dài khe khoét dọc không quá 1,4 do - (đường kính trong trục rỗng), chiều rộng rãnh không quá 1,2 di trong đó dĩ được tính với k - 1 Then trượt phải phù hợp với TCVN

Đường kính trục bằng thép không gỉ có thể giảm dẫn đến trị số tính theo công thứ (l) nhưng với σc s = 400 N/mm2

2 Trục đẩy

Với trục đẩy chuyền mô men xoắn của máy chính, đường kính trục Ở về 2 phía của vành chặn lực đẩy không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau :

Đường kính trục có thể giảm dần theo dạng côn cho đến trị số tính theo công thức (/) của trục trung gian

Đối với tàu hoạt động Ở vùng có băng thì tùy theo loại tàu, đường kính trục trung gian, trục đẩy và trục chân vịt đều phải tăng lên so với tính toán theo các công thức nêu trên :

Với trục trung gian và trục đẩy : tăng 4 ÷12%

Trên hình 5 giới thiệu kết cấu trục chân vịt vả trục ống bao và hình

6 giới thiệu các dạng trục trung gian và trục đẩy

Hình 5 Kết cấu trục chân vịt và trục ống bao

a) Trục chân và rỗng 3 Ổ đã: bị Liên kết trục chán vít với trục ống bao bằng khớp nối ống, c) Chế độ lập và gia cóng trục chân vịt

II KẾT CẤU TRỤC

Những yêu cầu khi xác định lịch thước trục :

- Những công thức tính toán đường kính trục nêu trên chưa kể đến ánh hướng của dao động xoắn Do đó khi xác định đường kính trục phải

Hình a các riêng kết cấu trục

a) Trục trung gian rộng: bị c) Trục trung gian đọc đi Trục đẩy

đảm bảo sao để nó thỏa mãn cá về sức bền khi có ứng suất bổ sung do dao động xoắn gây nên Khi cần, phải tính dao động xoắn để xác định chính xác đường kính trục, hoặc nghiệm lại sức bền của trục đã

dự kiến

- Với trục có đường kính nhỏ hơn 400 lắm phải kiểm nghiệm số vòng quay giới hạn của dao động ngang Với trục có đường kinh bằng

và lớn hơn 400 tâm thì phải kiểm tra dao động ngang và sức bền mỏi

- Để thuận lợi khi sửa chữa và lắp ráp, thì đường kính phần không làm việc lấy nhỏ hơn cổ trục 6 - 10 mui Bán kính chuyển tiếp của gờ trục lấy bằng : R = 0,1 d (d - đường kính phần trục không làm việc), chiếu dài đoạn cổ trục phải dài hơn mép Ổ đỡ về mỗi phía 50 = 100 mui

- Các tàu hoạt động Ở vùng có bảng và tàu phá băng thì cơ quan đăng kiểm có qui định riêng về các điểm nêu trên

- Nếu trên trục có rãnh dọc (ví dụ, rãnh then) thì đường kính đoạn trục ấy phải tăng lên 5% so với tính toán hoặc không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức sau :

d’ = l,2d + 0,/14 (1,5l + b) mm (6)

d - đường kính tính toán theo công thức tương ứng (1 - 5) mm

1 - chiều dài rãnh dọc mm

b - chiều rộng rãnh mmi; b phải lấy bằng : (0,10 - 0,25) d

Đoạn trục được tăng đường kính này phải dài hơn mép đầu rãnh

về mỗi phía 1 khoảng không nhỏ hơn 0,25d

- Đường kính cổ trục trong thiết kế nên chọn theo dãy kích thước tiêu chuẩn cho trong bảng 2 dưới đây :

Bảng 2 Đường kính cổ trục chọn khi chế tạo

Đường kính cổ trục chân vịt, trục trung gian trục đẩy mmi

2 Phần côn của trục chân vịt (để lắp chân vịt)

Phần côn phía lái của trục chân vịt để lắp chân vịt có thể lấy độ côn

bằng 1 : 10, 1 : 12 và 1 : 15 và thường người ta áp dụng độ côn 1 : 12

Về kết cấu chúng ta có thể gặp 2 dạng : phần ren 1 (để lắp đai ốc chân vịt) hèn với đầu côn nhỏ của phần côn trục (H-7a) và dạng thứ hai là giữa phần ren và đầu côn nhỏ cỏ 1 đoạn chuyển tiếp Li (H-7b)

- Đường kính ren so với đường kính đầu nhỏ của côn trục dk

dr (075 - 09) dk

Những kích thước chủ yếu của phần côn trục, tùy theo đường kính đầu lớn Dk của côn trục có thể lấy theo bảng 3 (kích thước còn lại của then lấy theo tiêu chuẩn then)

Rãnh then

Nếu đường kính đầu lớn của côn trục Dk > 100 tâm thì rãnh then phải

có dạng thìa thinh 8) Phần lắp ghép của may Ơ chân vịt không được che khuất đường kính lớn của côn trục Khoảng cách li từ mép rãnh then đến đầu lớn của côn trục không nhỏ hơn 0,2 Dk' Mép rãnh then

phải lượn tròn với bán kính R ~ 0,01 Dk nhưng không nhỏ hơn 1 mui

Kích thước chủ yếu rãnh then dạng thìa cho trong bảng 4 Còn các kích thước rãnh giảm ứng suất của áo trục : E, c, ao' Ơ trên hình 8 có thể lấy theo bảng 12 - H 14

Bảng 4 Kích thuộc chủ yếu của rãnh then dạng thìa mm

bị nới lỏng, có thể làm chân vịt bị rớt ra khỏi trục

- Mặt côn của trục phải được rà với mặt côn của may Ơ chân vịt bằng bột màu sao cho chúng tiếp xúc đều ít nhất trên 70% diện tích bề mặt côn

- Nếu chân vịt lắp ép vào côn trục không có then thì bề mặt lắp ép phải đảm bảo chịu được mô men xoắn của chân vịt

- Nếu chân vịt được lắp bằng then, thì then phải xít vào rãnh then

và phải có bán kính lượn tròn đều Ở đáy và miệng rãnh then để tránh ứng suất tập trung

- Nếu chân vịt và bích trục chân vịt được nối bằng muông, thì các thương và chất phải đảm bảo độ bền Chiều đày mặt bích trục chân vịt phía lái tại đường kính vòng chia không được nhỏ hơn 0,27 di - đường kính trục trung gian tính theo công thức (1) với k = 1, K : 1 và

ơs = 400 N/mm2

3 Đai ốc hãm chân vịt :

Đai ốc hãm chân vịt có nhiệm vụ hãm chặt chân vịt trên phần ren cua đầu côn trục, sao cho trong bất cứ tình huống nào chân vịt cũng không được lóng ra hoặc tuột khỏi của trục Như đã nêu trên, ngoài chiều ren trái với chiều quay chân vịt, còn phải hãm tất cả đai ốc chân vịt Sau đây là một số dạng đai ốc chân vịt và biện pháp hãm thường gặp : được thể hiện trên H-9

Hình 9 Các kiểu đai ốc chân và

a) Có nắp che bị Dạng lưu tuyến c) Lưu tuyến có thưởng hãm vào trục di Dạng đai ốc e) Dạng lưu tuyến có lỗ để xiết.

Đai ốc chân vịt thường có dạng lưu tuyến để thoát nước tất hơn Loại như H-9d, chỉ dùng cho các tàu nhỏ Biện pháp hãm đai ốc bằng muông (H9-a,b,c) tất hơn dùng vòng đệm hãm (H-9d,e) CÓ khi kết hợp cả thường và vòng đệm hãm (H-9c) Bên trong đai ốc thường được nạp mỡ, để bảo vệ đầu trục Đầu đai ốc còn cần có lỗ ren nhỏ để thoát nơi trong quá trình xiết dai ốc Sau khi lắp xong lỗ này được bịt kín lại bằng muông đồng theo lỗ ren hoặc bằng plastic

4 Kết cấu côn trục trung gian (H-10)

Phần đầu côn trục trung gian và phần côn trục chân vịt (trục ống bao) phía mũi tàu nối với bích trục trung gian, có thể thiết kế tương tự nhau

Chiều dài phần côn trục Lk so với đường kính lớn của côn trục Du thường lấy theo tỷ lệ sau :

k

k D

L

= 1,2 ; 1,6 ; 2,0

Độ côn lấy bằng : 1:10, 1 : 12 hoặc 1 : 15

Hình 10 Phản côn trục trung gian

a) Trục đặc bị Trục rỗng

Phần côn trục nêu trên là để lắp bích rời Trục trung gian cũng thường được rèn và gia công liền với bích (lúc này sẽ không có phần côn trục)

Kích thước chủ yếu của côn trục đặc và rỗng có thể lấy theo bảng 5 (kể

cả phía đầu trục trung gian nối với bích máy chính) Ngoài kích thước cho trong bảng 5, các kích thước còn lại của then và rãnh then lấy theo TCVN

Nếu đường kính lỗ của trục rỗng lớn hơn 0,4 d - đường kính ngoài của trục thì cần tăng đường kính trục lên để đảm bảo sức bền Nếu rãnh then làm trên phần trục tròn thì cần tăng đường kính, nhưng nếu trên phần côn trục thì không nhất thiết phải tăng Căn cứ tỷ lệ chiều dài trục với đường kính trục để đánh giá độ cứng vững của trục :

d

L

> 35 - là loại mềm;

5 Bích nối trục và bulông bích nối

Đường kính của thương bích nối tại mặt phẳng lắp ghép của bích nối không được nhỏ hơn trị số tính theo công thức sau :

σs Giới hạn bền kẻo của vật liệu trục trung gian (N/mm2)

σn - Giới hạn bề kẻo của vật liệu bulông (N/mmn

a) Bích nối trục :

2) Bích nối trục có thể được chế tạo rời hoặc liền với trục (H-11) Bích rời có thể có lỗ may Ơ hình côn hoặc hình trụ tùy theo trục Chiều dày của bích nối tại vòng chia không được nhỏ hơn đường kính muông

do tính theo công thức (7) nếu các thương có độ bền tương ứng với vật liệu trục Tuy nhiên đường kính thường không được nhỏ hơn 0,2 lần đường kính của trục

Số lượng muông bích nối trục không được ít hơn 8 chiếc Riêng với bích nối với máy chính thì chiều dày mặt bích không được nhỏ hơn 0,25 di - đường kính trục trung gian tính theo công thức (1), số lượng và đường kính muông phải theo bích của máy chính

Bán kính R ở chân mặt bích không được nhỏ hơn O,08.d - đường kính trục, và không nằm trong phạm vi thường và đai ốc Bích nối phải đảm bảo chịu được mô men xoắn kể cả khi tàu lùi Trên H-ll giới thiệu loại bích rèn liền trục (H-11a), bích rời (H-11b) và khi lắp bịch rời vào đầu côn trục đặc và rỗng (H-11c)

Trên (H-11b) Do là đường kính vòng định tâm của "bích âm" để nối với bích tương ứng có gờ định tâm gọi là "bích dương" Sai lệch cho phép của vòng định tâm Do và gờ định tâm cho trong bảng 10 mục IV Kích thước chủ yếu của bích rèn liền trục và bích rời có thể lấy theo bảng 6 Với đường kính trục d khác thì có thể lấy theo phương pháp nội suy hoặc trị số gần nhất cho trong bảng 6

Ngoài ra đối với bích nối rời của trục trung gian hoặc bích rời của trục chân vịt nối với trục trung gian có thể lấy theo tỷ lệ đường kính lớn của côn trục Dk như sau :

Chiều dài phần lỗ con của bích nối : L = (1,3- 2) Dk

Đường kính ngoài của mặt bích nối : D1 = 2Dk

Đường kính vòng chia bulông : D2 = (1,65 - l,75) Dk

Hình 11 Bích nối trục

a) Bên rèn liền trục bị Bích rời c) Bịch lắp vào côn trục đặc và rỗng

Chiều dày mặt bích do tại vòng chia : bị = (0,19 ÷ 0,23) Dk

Chiều dày may ơ bích nối : S = (0,12 ÷ 0,2) Dk

b) Khớp nối không then :

Trong thực tế chúng ta còn gặp loại khớp nối không có then Trên H-12 giới thiệu 2 loại thường được áp dụng rộng rãi :

- Khớp nối kiểu ống (H-12a) bao gồm : ống lót A với độ côn mặt

ngoài 1 : 100 được lắp xít tự do vào 2 đầu trục với dung sai khoảng 0,001 d Trên mặt côn của ống lót A, nhờ bộ gá thủy lực chuyên dùng, ống nối B được ép chặt theo chiếu côn trục Trong quá trình ép, bề mặt côn luôn được bôi trơn bằng dầu nhờn Trên H-12b là cách lắp khớp nối kiểu ống : bộ gá 1 và nửa trên bộ gá 3 được kẹp vào trục Nhờ áp lực dầu nhờn từ ống dẫn 2, các muông 4 ép ống nối B theo chiều trục trong khi dầu nhờn từ

Hình 12 Khớp nối không then

a) Dạng ống nối; b) Cách ghép dạng ống nối

c) Dạng lịch nối ; d) Cách ghép d ạng bích n ối,

A ống lót côn - B ống nối

1 Bộ gá 2 ống dầu áp lực 3 Nửa trên bộ gá 4 giông ép.

5 ông dầu bôi trơn a Bu lông 7 Hộp muông 8 Lỗ để tháo bích