Đồ án thiết kế hệ động lực chính

a/ Ưu điểm: -Đảm bảo tính liên tục khi tàu bố trí các khoang để hầm cá , hầm đá ,phụ tùng thiết bị....không là gián đoạn sức chở - Bố trí hệ trục ngắn làm giảm tổn hao hiệu suất nâng cao

Chương 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ ĐỘNG LỰC 1.1/ Khảo sát các đặt tính kỹ thuật cần thiết của tàu mẫu.

1.1.1 Chọn tàu mẫu.

a/ Phân tích các đặc tính của tàu mẫu.

- Chế độ chạy tự do: Tàu ở trạng thái 1 xuất bến với 0% hàng và 100% dự trữ Chế

độ hoạt động ở trạng thái này thì tàu chạy với vận tốc tự do, sức cản của tàu là lớn nhất, chân vịt chạy ở chế độ tự do

- Chế độ chạy nặng tải:

+ Ở chế độ này chân vịt phải làm việc ở điều kiện nặng tải, sức cản tác dụng lên

thân tàu lớn, cộng thêm sức cản của lưới khai thác(đối với trạng thái 5)

+ Các trạng thái mà tàu phải chạy ở chế độ nặng tải:

• Trạng thái 2 tàu có 100% lượng hàng, 10% dữ trữ và nhiên liệu

• Trạng thái 3 tàu 20% hàng ,10% dữ trữ và nhiên liệu, lưới ướt

• Trạng thái 4 tàu thu 1 mẻ 0,5 tấn cá, 25% dữ trữ và nhiên liệu, lưới ướt

• Trạng thái 5 tàu đang thu lưới hướng ngang tàu, 25% dữ trữ và nhiên liệu

b/ Chọn tàu mẫu.

Trên cơ sở phân tích các đặc tính làm việc của tàu mẫu, em đưa ra phương án thiết

kế cho đề tài em được giao là mô hình được tham khảo từ tàu mẫu Tàu mẫu đượctham khảo trong đề tài của em là tàu cá, mang số hiệu TC001-ĐNA do công ty thiết

kế tàu thủy “ Tân Tiến Phong “ thiết kế, lưu trữ ở cục khai thác và bảo vệ nguồn lợithủy sản Đà Nẵng

Bảng 1.1: So sánh tàu tham khảo và tàu thiết kế

14 Vùng hoạt động Cấp I Cấp I Cùng

Như vậy, theo phân tích em chọn tàu mẫu có các thông số như bản nêu trên

1.1.2/ Phân tích bố trí hệ động lực của tàu mẫu.

Tàu mẫu chọn phương án bố trí hệ động lực phía đuôi tàu

a/ Ưu điểm:

-Đảm bảo tính liên tục khi tàu bố trí các khoang để hầm cá , hầm đá ,phụ tùng thiết bị không là gián đoạn sức chở

- Bố trí hệ trục ngắn làm giảm tổn hao hiệu suất nâng cao công suất có ích

-Tàu phục vụ mục đích đánh cá nên sẽ làm tăng khả năng khai thác của tàu trong cáctrường hợp kéo thả lưới, thu lưới và thu gom cá

- Nâng cao lợi ích kinh tế giảm giá thành của hệ trục

1.2/ Phân tích phương án bố trí hệ động lực.

1.2.1/ Các phương án bố trí hệ động lực.

Có 3 phương án bố trí hệ động lực: bố trí phía mũi, lái và đuôi

- Phương án 1: Bố trí phía lái.

 Ưu điểm: Hệ trục ngắn, thuận tiện trong gia công lắp ráp và tận dụng được dungtích các khoang chứa Vì vậy thường được bố trí cho các tàu chở hàng rời đồng nhấtnhư: chở dầu, than, quặng, container…

 Nhược điểm: Diện tích buồng máy chật hẹp, khó bố trí các trang thiết bị, cân bằngdọc khó hơn và hiện tượng dao động cộng hưởng dễ xảy ra giữa máy chính và chânvịt, khó quan sát điều khiển tàu nếu cabin máy lái nằm ngay trên buồng máy.

- Phương án 2: Bố trí phía mũi.

 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

 Nhược điểm: Hệ trục dài hoặc rất dài dẫn đến gia công, lắp ráp phức tạp hơn Hệtrục phải đi qua nhiều khoang hàng và vách ngăn choán dung tích khoang hàng, khó

bố trí và kiểm tra trong quá trình vận hành Cân bằng dọc của tàu khó hơn

b/ Lựa chọn phương án bố trí buồng máy cho tàu thiết kế.

 Vậy theo yêu cầu của tàu thiết kế, cũng như phạm vi áp dụng của từng phương pháp bố trí hệ động lực Em chọn phương án 1 là bố trí hệ động lực nằm về phía lái tàu.

1.2.2/ Phân khoang.

a) Xác định khoảng sườn.

Khoảng cách sườn được tính theo Quy phạm, như sau:

- Khoảng cách của các sườn ngang (s) được tính theo công thức sau đây:

b) Tiến hành phân khoang.

Trên cơ sở khoảng cách sườn đã tính toán, chia chiều dài tàu thành khoảng sườn thực,với khoảng cách sườn tại các khu vực như sau:

- Chiều dài khoang đuôi: Lđ = 2,8 (m) ( từ sườn 0 đến sườn 7 )

- Chiều dài khoang máy: Lmc = 4,8 (m) ( từ sườn 7 đến sườn 19 ).

- Chiều dài khoang mũi: 5%L < Lm < 5%L+3,05 (m)

Với L=17,5 (m), chọn chiều dài khoang mũi: Lm = 1,2 (m)

Như vậy, chiều dài của khoang cá và khoang đá, sẽ còn:

Lcd=Ltk-Lm-Lmc-Lđ=17,5-1,2-2,8-4,8=8,8(m)

- Chiều dài khoang cá: bố trí 2 khoang cá

+ Khoang cá: 3,6(m) mỗi khoang

Khoang cá 1 ( từ sườn 19 đến sườn 28 )

Khoang cá 2 ( từ sườn 32 đến sườn 41 )

+ Khoang đá: 1,6(m) ( từ sườn 28 đến sườn 32 )

- Khoang mũi: 1,2(m) ( từ sườn 41 đến sườn 44 )

1.3/ Bố trí sơ bộ hệ động lực chính.

Phát thảo sơ bộ vị trí đặt máy – hệ trục:

- Sơ đồ phân khoang:

- Bố trí sơ bộ buồng máy:

1710 210

Chương 2: TÍNH CHỌN CÁC PHẦN TỬ CỦA HỆ ĐỘNG LỰC CHÍNH 2.1/ Tính lực cản

2.1.1/ Lựa chọn phương pháp tính.

Phương pháp lựa chọn: Oortsmersena.

- Phạm vi áp dụng: sử dụng cho tàu cá và tàu chạy nhanh

- Nội dung phương pháp:

Sức cản tàu cá khi chạy kéo lưới được tính theo phương pháp Oortsmerssen:

[CT8- 61; tr463; 4]Trong đó:

• Sau khi tính ta có bảng hệ số Ci;i=1,2,3,4:

+ : được tính theo công thức sau:

• Số Froude của tàu: [CT8- 30; tr450; 4]

Cho dải vận tốc kéo lưới của tàu ta thực hiện tính sức cản tàu khi kéo lưới vàcông suất kéo theo các bước sau:

B1: Cho dải vận tốc kéo lưới

B3: Tính số Froude

B4: Tính

85616.36

132039.41

Để tính sức cản tàu khi kéo lưới, cũng như công suất kéo cho dải vận tốc kéo lưới của tàu

vs (hl/h)

Bảng tính 2.1: Bảng tính sức cản và công suất máy.

* Giải thích số liệu tính toán:

Theo như bảng số liệu tính toán trên ta có thể thấy:

Khi tàu kéo lưới ở vận tốc kéo thiết kế là Vk, thì máy chính sẽ trích 1 phần nhỏ công suấtcủa máy để duy trì vận tốc kéo của tàu ( chống lại sức cản vỏ tàu ), phần công suất còn lạicủa máy sẽ được chuyển thành lực để kéo lưới.

Để trực quan cho những giải thích trên ta có thể xem đồ thị sức cản và công suất kéo củatàu theo vận tốc kéo của tàu ở đồ thị

Hình 2 1 Đồ thị lực cản và công suất kéo tàu.

2.1.3/ Tính chọn máy.

- Dựa vào phương án mà đề tài được đưa ra cùng số liệu kết quả của quá trình tính toán sức cản Phương án được chọn, là chọn máy của hãng YUCHAI với số hiệu là YC6T400C

- Đặc tính cơ bản của máy:

+ Công suất máy phù hợp với điều kiện của tàu được thiết kế (400-440 CV )

+ Kích thước của máy phù hợp với buồng máy nhỏ của tàu cá

+ Số vòng quay và tỷ số truyền của hộp số:

+ Các thông số cụ thể của máy YC6T400C:

Bảng 2.2 Catalog động cơ YC6T400C.

Thế hệ động cơ Động cơ 4 kỳ, kiểu đứng, 6 xylanh – thẳng hàng, làmmát bằng nước

Số - đường kính - hành trình của

Bảng 2.3 Thông số hộp số sử dụng cho động cơ YC6T400C.

Tên gọi KMH61A

Chiều quay hộp số Cùng chiều kim đồng hồ và ngược chiều kim đồng hồ

2.2) Thiết kế chân vịt.

Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo

2.2.1/ Thông số ban đầu.

Bảng 2.5 Thông số thiết kế ban đầu

6 Hệ số béo sườn giữa CM( ) 0,92

7 Hệ số béo đường nước

CW(

12 Tỉ số truyền của hộp số i 3.43

2.2.2/ Thiết kế sơ bộ chân vịt.

a/ Chọn sơ bộ và tính toán các thông số của chân vịt.

b/ Tính toán các thông số của chân vịt:

Số vòng quay và tốc độ tịnh tiến chân vịt.

- Sử dụng hộp số thủy lực với hiệu suất ηhs = (0,95-0,97) Chọn ηhs =0,95

- Ta lấy số vòng quay của hộp số là số vòng quay của trục ra của máy chính

- Số vòng quay đầu ra của hộp số: Nhs= nm/ihs = 1500/3,43 = 437 (v/ph)

( lấy số vòng quay đầu vào hộp số bằng với số vòng quay do máy tạo ra)

- Như ta đã biết, thì tần suất quay của chân vịt bằng 0.98 – 0.99 tần suất quay định mức do máy truyền đến, vậy ta có số vòng quay trục chân vịt:

Công suất dẫn đến trục chân vịt:

- Phát thảo sơ bộ bộ truyền từ máy chính đến chân vịt:

1 Máy chính 2 Khớp nối 3 Hộp số 4 Máy phát điện

5 Trục trung gian 6 Trục chân vịt 7 Chân vịt

Hình 2.2: Hệ động lực chính.

- Tính toán công suất dẫn đến trục chân vịt:

+ Công thức tính: PD = ηB.ηS ηhs.PE

Trong đó: ηB = 0,97 : hiệu suất gối đỡ.

ηS = 0,95 : hiệu suất đường trục

η hs = 0,96 : hiệu suất hộp số thủy lực.

P E = 400: công suất của máy (CV)

+ Tính toán: PD = 0,97.0,95.0,96.400 = 353,856 (CV)

+ Chuyển đổi sang đơn vị HP:

Tính sơ bộ lực đẩy chân vịt:

Lực đẩy của chân vịt T (KG) trong giai đoạn thiết kế ban đầu tính theo công thức kinh

nghiệm, dựa vào công suất máy chính P D (CV) cung cấp cho chân vịt và điều kiện khai

thác của tàu

T = (8,5 ÷ 12).PD = 9 353,856= 3184,704 (kG)

Tính sơ bộ đường kính chân vịt:

Đường kính sơ bộ của chân vịt được xác định theo công thức kinh nghiệm:

Trong đó: P D = 353,856 (CV) : Công suất dẫn động đến chân vịt.

(v/s) :Số vòng quay chân vịt trong 1 giây.

Chọn sơ bộ tỷ số mặt đĩa chân vịt:

Tỷ số diện tích mặt đĩa chọn theo điều kiện xâm thực chân vịt của bể thử Wagningen:

+ γ = 1025 (kG/m3) : trọng lượng riêng nước biển.

+ Áp suất hơi bão hòa ở 250C: pd = 335,5(KG/m2)

⇒ ae =

Lấy tỷ lệ diện tích mặt đĩa thấp nhất ae = 0,4

Từ các đồ thị chuẩn của Wageningen ta chọn chân vịt nhóm B4, tỉ lệ diện tích mặt đĩa 0,4 Tiến hành tính toán, dùng đồ thị Taylor để tính

Với giả thiết vận tốc từ 6 ÷ 10 (HL/h), dựa vào đồ thị Bp-δ ( đồ thị bể thử Taylor ) của chân vịt seri B 4.40 ta tiến hành tính lực đẩy có ích Te:

Bảng 2.6 Kết quả tính toán sơ bộ chân vịt Đại lượng

Thông qua biểu đồ trên ta xác định được vận tốc tự do của tàu là: Vtd = 8,2 (hl/h).

Tương ứng với vận tốc tự do trên, ta cũng xác định được các giá trị tương ứng khác tại đó,

như sau:

Bảng 2.7 Kết quả tính toán chân vịt khi hoạt động ở vận tốc tự do

Hệ số mặt đĩa đã chọn chỉ phù hợp cho giả thuyết ban đầu khi chưa đủ đặc trưng hình học của chân vịt Như vậy, để tránh sủi bọt và khỏi bị xâm thực nhất thiết phải kiểm tra chân vịt theo tiêu chuẩn tránh sủi bọt

- Vận tốc các điểm trên cánh tính tại 0,7R:

- Số sủi bọt trung bình:

d/ Tính toán khối lượng chân vịt.

Theo Kopeetki, khối lượng chân vịt tàu được tính theo công thức sau:

Trong đó:

γ = 8425 (kG/m3) : khối lượng riêng đồng thau

D = 1,51 (m) : đường kính chân vịt

Z = 4 : số cánh chân vịt

b0,6R = = 0,412(m) : chiều rộng cánh tại tiết diện r = 0,6R

dp = 0,17.D = 0,256 (m) : đường kính trung bình củ chân vịt

e0,6R = 0,0218.D = 0,0328 (m):chiều dày lớn nhất của tiết diện cánh tại r = 0,6R

lp = (0,2 ÷ 0,27).D = 0,25.D = 0,38 (m) chiều dài củ chân vịt

= 313,88(kG).

Chương 3: THIẾT KẾ HỆ TRỤC.

3.1 Lựa chọn kết cấu và xác định kích thước cơ bản của hệ trục.

Tàu thiết kế có 2 chân vịt nên có 2 hệ trục trên tàu Vị trí buồng máy được bố trí ở đuôi tàu nên hệ trục thường ngắn nên chỉ có trục chân vịt, không có trục trung gian và trục đẩy

• N = 294/400 (kw/CV) : Công suất liên tục lớn nhất của động cơ

• n = 429 (v/ph) : Tốc độ quay của trục chân vịt

• k3 = 1,16 : hệ số vật liệu

⇒ Lấy đường kính trục chân vịt: dv = 120 (mm).

3.2 Tính chọn các phần tử của hệ trục.

3.2.1 Phần côn trục chân vịt.

Phần côn phía lái của trục chân vịt để lắp chân vịt có thể lấy độ côn 1:10; 1:12; 1:15 Talấy độ côn của trục chân vịt bằng 1:15 Kết cấu phần côn trục chân vịt như hình 3 – 1

Hình 3.1 Kết cấu phần côn trục chân vịt

Tỉ lệ kết cấu phần côn trục lắp chân vịt có thể lấy theo:

+ Chiều dài phần côn trục Lk so với đường kính của phần côn trục Dk:

Chọn

+ Kích thước phần ren và then của côn trục:

Với Dk =100(mm)

 Đường kính đoạn ren đai ốc chân vịt: dr = M60x2=75 (mm)

 Chiều dài đoạn ren đai ốc chân vịt: Lr = 55(mm)

 Chiều dài then:

chọn Lt = 250(mm)

 Chiều rộng then:

Chọn b = 28 (mm)

 H = 16 (mm)

 Chiều sâu rảnh then trên trục chân vịt: t1 = 8(mm)

 Chiều sâu rảnh then trên củ chân vịt: t2 = 8,2(mm)

3.2.2 Đai ốc hãm chân vịt.

Đai ốc hãm chân vịt có nhiệm vụ hãm chân vịt trên phần ren của đầu côn trục sao chotrong mọi bất cứ tình huống nào chân vịt cũng không được lỏng ra hoặc tuột khỏi trục Chiều ren đai đai ốc hãm chân vịt phải trái với chiều quay của chân vịt tức là chiều rencủa đai ốc hãm chân vịt phải quay trái vì chân vịt quay phải

Phần đai ốc hãm chân vịt gồm hai phần: đai ốc hãm và nắp xuôi dòng (kín nước)

Hình 3.2 Đai ốc hãm chân vịt

3.2.3 Bích nối trục.

Bích nối trục giữa trục chân vịt với trục của hộp số có thể chế tạo rời hoặc liền với trụcchân vịt Bích rời có thể có lỗ mayo hình côn hoặc hình trụ tùy theo trục Chiều dày củabích nối tại vòng chia không được nhỏ hơn đường kính bulông bích nối

Tuỳ thuộc vào cách lắp ráp, trục chong chóng sẽ có các dạng kết cấu khác nhau Nếu chong chóng được lắp từ ngoài vào, thì tất cả các kích thước trên đoạn trục này đều phải nhỏ hơn kích thước của cổ trục, và do đó phần đầu trục phía lắp với trục trung gian không được làm bích nối liền

Còn khi chong chóng được lắp từ trong ra, phía đầu trục này có thể có làm bích liền

Theo như phân tích trên phương án đưa ra là:

Chọn bích đúc liền với trục.

Hình 3 – 3 Kết cấu bích nối trục+ Vật liệu làm bulông bích nối trục: chọn thép có ứng suất bền kéo danh nghĩa:

.+ Số bulông bích nối trục: chọn n = 8(chiếc)

+ Bích nối giữa trục hộp số và trục chân vịt

+ Ta chọn đường kính của trục chân vịt để tính toán bích nối trục: Dk = 100 (mm)

Kích thước của bích nối trục, ta có:

+ Bán kính R ở chân mặt bích không được nhỏ hơn 0,08d(mm) với d = 100(mm) là đườngkính trục

+ Đường kính ngoài của mặt bích nối:

+ Đường kính vòng chia bulông bích nối:

chọn D2 = 170 (mm)+ Chiều dày mặt bích đo tại vòng chia:

3.2.4 Áo trục chân vịt.

Trục chân vịt làm việc trực tiếp với nước biển, vì bạc đỡ của trục chân vịt và ống bao trục thường làm bằng vật liệu mềm như gỗ gai- ắc, cao su, textoolit lại làm việc tốt với vật liệu đồng trong điều kiện bôi trơn tự nhiên bằng nước biển tự nhiên, nên tại nơi làm việc với ổ đỡ người ta thường bọc cổ trục thép bằng 1 ống đồng gọi là áo trục Còn các phần khác không chịu ma sát thì bọc bằng ống đồng hoặc dây quấn lớp bảo vệ trục khỏi bị hao mòn do tác dụng của nước biển và thuận lợi cho sữa chữa

Áo trục thường đúc liền hoặc cũng có thế làm rời từng đoạn rồi hàn liền với nhau trướckhi gia công cơ để lắp như hình 3 – 4

Chiều dày nhỏ nhất của áo trục được xác định như sau:

chọn S = 11(mm)

Hình 3 – 5 Kết cấu ống bao trục

Chiều dày ống bao trục được xác định theo:

+ Chiều dày nhỏ nhất của ống bao trục tại chổ giữa 2 ổ đỡ:

Với đường kính áo trục: Da = dv + 2S = 100+2.11= 122(mm)

+ Chiều dày tại chổ lắp bạc lót:

Hình 3 – 6 Kết cấu bạc đỡ trục chân vịt Ống lót có nhiệm vụ như áo trục hình trụ bọc các tấm bạc đỡ để dễ dàng lắp vào ống baohoặc giá treo Ống lót có thể chế tạo từ đồng thanh, đồng thau Ống lót có thể đúc liền hoặclàm rời Chọn ống lót làm bằng đồng thanh và được đúc liền.

Vật liệu làm bạc đỡ phải chịu được ma sát, chụi được nước biển và làm việc trong điềukiện bôi trơn bằng nước biển Những vật liệu được sử dụng rộng rải như gỗ gai- ắc, cao supha kim loại, lignôphôn, texlotit

Tuy nhiên khi so sánh về giá thành chế tạo, độ cứng, độ bền và độ chịu nén của các vậtliệu so với tàu được thiết kế thì:

Chọn cao su kim pha kim loại để chế tạo bạc đỡ: cao su pha kim loại được chế thành

từng tấm rồi ghép trong ống lót hoặc cũng có thể đúc liền trong ống lót, cao su pha kim

loại có các đặc tính cơ học như sức bền kéo , độ giản nỡ tương đối

, độ mài mòn ≤ 40(cm3/kW.h), độ cứng HB = 55÷65

Kích thước và kết cấu của bạc đỡ bằng cao su pha kim loại như hình 3 – 7

Hình 3 – 7 Kết cấu ổ đỡ cao su pha kim loại Kết cấu ổ đỡ theo :

+ Chiều dài ổ đỡ phía mũi:

với đường kính áo trục chân vịt Da = 122(mm)

3.2.6 Cụm kín ống bao.

- Cụm kín ống bao có nhiệm không cho nước từ ống bao trục rò rỉ vào bên trong tàu Cụmkín ống bao có thể là đoạn kéo dài phía mũi của ống bao trục hoặc kết cấu tách rời đượcgắn liền với đầu phía mũi của ống bao trục bằng bulông

Cụm kín ống bao bao giờ cũng gắn ngay đầu ống bao và phải có điều kiện để với taytrong quá trình vận hành

Kết cấu cụm kín ống bao như hình 3 – 8