Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng khô 4500 tấn lắp 01 máy MANB và W8S26MC

BẢNG KÊ KÝ HIỆU STT 2 Cb Hệ số béo thể tích Block coefficient 6 L Chiều dài tàu nói chung Length of ship 7 Ltk Chiều dài đường nước thiết kế Waterplane length 9 g Gia tốc trọng trường Ac

Nội dung và các yêu cầu cần giải quyết trong nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp (về lý luận,thực tiễn, tiến trình cần tính toán và các bản vẽ)

1 Thuyết minh

1.1 Giới thiệu chung

1.2 “Tính sức cản, thiết kế sơ bộ chong chóng.”

1.3 “Thiết kế hệ trục.”

1.4 “Tính nghiệm dao động ngang”

1.5 “Tính nghiệm dao động xoắn.”

2.5 Hệ thống hút khô, dằn tàu, nước chữa cháy

Các số liệu chủ yếu cần thiết để thiết kế

1- Hồ sơ tính năng tàu hàng 4500 tấn

2- Thiết kế phương án tàu hàng 4500 tấn

3- Bố trí chung, phân khoang tàu hàng 4500 tấn

4- Catalogue máy chính

5- Catalogue tổ máy phát điện

6- Catalogue các thiêt bị phụ

1

“PHẦN NHẬN XÉT TÓM TẮT CỦA CÁN BỘ HƯỚNG DẪN”

“1 Tinh thần thái độ sự cố gắng trong quá trình làm thiết kế tốt nghiệp của sinhviên::”

“2 Đánh giá về chất lượng của công trình T.K.T.N (so với nội dung yêu cầu đề

ra trong nhiệm vụ T.K.T.N trên các mặt: lý luận thực tiễn, tính toán giá trị sửdụng, chất lượng các bản vẽ )”

“3 Cho điểm của cán bộ hướng dẫn :

(điểm ghi số và chữ)”

“Ngày tháng năm ”

“Cán bộ hướng dẫn chính”

“(Họ tên và chữ ký)”

“NHẬN XÉT VÀ ĐÁNH GIÁ CỦA CÁN BỘ CHẤM PHẢN BIỆN

CÔNG TRÌNH THIẾT KẾ TỐT NGHIỆP”

“1 Đánh giá chất lượng công trình thiết kế tốt nghiệp về các mặt thu thập vàphân tích số liệu ban đầu, cơ sở lý luận chọn phương án tối ưu, cách tính toánchất lượng thuyết minh và bản vẽ, giá trị lý luận và thực tiễn của công trình.”

“2 Cho điểm của cán bộ chấm phản biện”

MỤC LỤC Chương,

BẢNG KÊ KÝ HIỆU ST

T

2 Cb Hệ số béo thể tích Block coefficient

6 L Chiều dài tàu nói chung Length of ship

7 Ltk Chiều dài đường nước thiết kế Waterplane length

9 g Gia tốc trọng trường Acceleration of gravity

10 R Sức cản nói chung Resistance in general

11 Rf Sức cản ma sát Frictional resistance

12 Rt Sức cản toàn bộ Total resistance

15 γ Trọng lượng riêng của nước Water specific weight

18 n Vòng quay trong một giây Rps

19 P Công suất nói chung Power in general

70

7

4.7 Bảng tính công của momen điều hòa cưỡng bức 82

ta Đảng và Nhà nước rất quan tâm và đã có những chính sách phù hợp để tạođiều kiện phát triển ngành kinh tế biển.Trong đó, thiết kế và đóng mới tàu thủy

là một trong những trọng tâm của ngành đóng tàu nước ta

Thiết kế hệ thống động lực tàu thủy là một giai đoạn quan trọng trong quátrình đóng mới một con tàu hiện đại Ở nước ta, vận tải đường biển ngày càngphát triển, ngành đóng tàu ngày càng mở rộng và thiết kế hệ thống động lựctàuthủy trở thành một vấn đề lớn mà nhiều nhà nghiên cứu, thiết kế, chế tạo đangquan tâm

Sau 5 năm theo học ngành Máy tàu thủy tại khoa Máy tàu biển, trườngĐại học Hàng Hải Việt Nam, nay em được giao nhiệm vụ thực hiện đề tài tốtnghiệp: “Thiết kế hệ thống động lực tàu hàng khô 4500 tấn, lắp 01 máy

MANB&W 8S26MC”

2 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Khi thực hiện đề tài này em đã tuân thủ nguyên tắc sau đây:

- Việc thiết kế tàu thủy luôn tuân theo những Quy phạm mới nhất do cụcĐăng kiểm Việt Nam ban hành, cũng như các quy định khác của các cơ quanchức năng như Bộ Khoa học công nghệ và môi trường, Bộ Giao thông vận tải

- Tính an toàn và tiện lợi cao khi sử dụng

- Thiết kế mang tính hiện đại, kinh tế và phù hợp với khả năng thi côngcủa các nhà máy đóng tàu tại Việt Nam

3 Ý NGHĨA THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài nhằm tạo điều kiện cho sinh viên làm quen với công việc thiết kế

hệ thống động lực tàu thủy, tham gia vào quá trình thực hiện các dự án đóng tàu

Đề tài có thể dùng làm tài liệu tham khảo trong học tập và giảng dạy họcphầnThiết kế hệ thống động lực cho sinh viên học ngành Máy tàu thủy

Nội dung chính của đề tài bao gồm:

Chương 1: Tổng quan hệ thống động lực

Chương 2: Tính sức cản và thiết bị đẩy

Chương 3: Thiết kế hệ trục

9

Chương 4: Tính nghiệm dao động hệ trục.

Chương 5: Tính chọn các hệ thống phục vụ

Trong suốt 3 tháng làm việc, tìm hiểu tài liệu và được sự hướng dẫn của cô

giáo Th.S Bùi Thị Hằng , cùng các thầy cô giáo trong khoa và bộ môn, đến nay

em đã hoàn thành nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp của mình

Đây là kết quả tổng hợp quá trình học tập và rèn luyện của em trong nhàtrường và ngoài thực tế

Tuy nhiên với những bước đi ban đầu của một người thiết kế cũng như sự

cọ sát với thực tế không nhiều chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót, emmong muốn nhận được sự giúp đỡ, chỉ bảo của các thầy cô giáo có nhiều kinhnghiệm để giúp em được hoàn thiện đề tài hơn nữa

Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo, Ban chủ nhiệm Khoa, Nhàtrường, các bạn sinh viên trong và ngoài lớp đã giúp đỡ và tạo điều kiện cho emhoàn thành đề tài này

Hải phòng, ngày 7 tháng 6 năm 2016

Sinh viên Trương Tuấn Nghĩa

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG

11

Tàu hàng 4500 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế theo QCVN 21:

2010/ BGTVT, do Bộ giao thông vận tải ban hành

1.1.4 Các thông số cơ bản phần vỏ tàu

– Chiều dài lớn nhất: Lmax = 90,98 m.

– Chiều dài đường nước thiết kế: Lpp = 85,26 m.

1.1.6 Quy phạm áp dụng

QCVN 21: 2010/ BGTVT, do Bộ giao thông vận tải ban hành

1.1.7 Công ước quốc tế áp dụng

(1) Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển, 1974(SOLAS, 74);

(2) Công ước quốc tế về mạn khô tàu biển, 1966 (LOAD LINES, 66);

(3) Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra, 73/78(MARPOL, 73/78);

(4) Qui tắc quốc tế tránh va trên biển, 1972 (COLREG, 72);

(5) Công ước đo dung tích tàu biển, 1969 (TONNAGE, 69);

(6) Nghị quyết của Tổ chức lao động quốc tế (ILO)

1.2 TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG NĂNG LƯỢNG VÀ THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC

1.2.1 Bố trí buồng máy

Buồng máy của tàu được bố trí từ sườn 7 đến sườn 28 Trong buồng máyđược bố trí một máy chính 8S26MC, là kiểu động cơ diesel 4 kỳ, một hàng xilanh thẳng đứng, tác dụng đơn, tăng áp bằng tua-bin khí xả, làm mát gián tiếp,khởi động bằng không khí nén, tự đảo chiều Động cơ truyền động trực tiếp chochân vịt thông qua một đường trục Ngoài ra buồng máy còn bố trí các thiết bịkhắc phục vụ cho năng lực hoạt động của tàu

1.2.2 Máy chính

Máy chính có ký hiệu 8S26MC do hãng MAN B&W sản xuất, là động cơ

diesel 4 kỳ tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua-bin – máy nén, dạng thùng, mộthàng xy-lanh thẳng đứng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lựctuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén, tự đảo chiều, điều khiển tại chỗhoặc từ xa trên buồng lái

1.2.3 Thông số cơ bản của máy chính

13

– Hãng sản xuất: MAN B&W

1.2.3.1 Thiết bị kèm theo máy chính

– Kiểu động cơ điện: AC, 3 pha

– Công suất động cơ điện: 0,75 kW

– Kiểu động cơ điện: AC, 3 pha

– Công suất động cơ điện: 15 kW

– Vòng quay động cơ: 1200 v/p

– Số lượng: 01

– Diện tích trao đổi nhiệt: 40 m 2

- Bầu sinh hàn dầu bôi trơn

– Diện tích trao đổi nhiệt: 50 m 2

- Bầu hâm nóng dầu đốt

– Khoảng nhiệt độ: 80 ÷135 °C

1.2.4 Tổ máy phát điện

1.2.4.1 Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu S165L-T do hãng YANMA sản xuất.

– Công suất định mức, [Ne] 220/300 kW/hp

– Suất tiêu hao nhiên liệu: 155 g/hp.h

– Vòng quay máy phát: 1200 rpm

1.2.4.3 Thiết bị kèm theo tổ máy phát điện

– Bơm LO bôi trơn máy 01 cụm

– Bơm nước ngọt làm mát 01 cụm

– Bơm nước biển làm mát 01 cụm

– Bầu làm mát dầu nhờn 01 cụm

– Bầu làm mát nước ngọt 01 cụm

– Máy phát điện một chiều 01 cụm

– Mô-tơ điện khởi động 01 cụm

– Áp lực hơi nước làm việc lớn nhất: 8 kG/cm 2

– Áp lực hơi nước làm việc trung bình: 5 ÷ 7 kG/cm 2

– Cột áp: 20 mcn

– Công suất động cơ điện: 11 kW

– Công suất động cơ điện: 7,5 kW

– Công suất động cơ điện: 18,5 kW

– Lưu lượng: 30/45 m 3 /h

– Công suất động cơ điện: 18,5 kW

– Công suất động cơ điện: 11 kW

– Công suất động cơ điện: 1,5 kW

– Kiểu động cơ điện: AC 3 pha

– Công suất động cơ điện: 1,5 kW

– Công suất động cơ điện: 2,5 kW

– Công suất động cơ điện: 0,75 kW

– Kiểu động cơ điện: AC 3 pha

– Công suất động cơ điện: 0,75 kW

CHƯƠNG 2 TÍNH SỨC CẢN VÀ

THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG

CHÓNG

2.1 TÍNH SỨC CẢN

2.1.1 Dữ liệu phục vụ thiết kế

– Chiều dài lớn nhất: Lmax = 90,98 m.

– Chiều dài đường nước thiết kế: Lpp = 85,26 m.

2.1.2 Tính sức cản theo phương pháp Seri 60

2.1.2.1 Phạm vi áp dụng của phương pháp Seri 60

Bảng 2.1: Phạm vi áp dụng của phương pháp Seri 60

∇

= CB × L × B × T = 0,743 × 85,26 × 15,6 × 6,76 = 6680 (m3)

⇒

l = 3

L – Chiều dài đường nước thiết kế, m, L = 85,26 m

υ – Hệ số nhớt động học của chất lỏng, m 2 /s , với nước

]

CB – Hệ số thể tích chiếm nước, với tàu thiết kế: CB = 0,743

L – Chiều dài thiết kế của tàu, L =85,26 m

B – Chiều dài thiết kế của tàu, B = 15,6 m

T – Chiều chìm tàu, T = 6,76 m

Diện tích mặt ướt có kể đến phần nhô :

Ω = Ωo.1,02 = 2047,5 m2

•

Rdư – Lực cản dư, kG, được xác định bằng thực ngiệm

Hệ số lực cản dư được tính theo công thức sau :

CAP – Hệ số lực cản phần nhô, với tàu 01 chong chóng: CAP = 0,0001

Công suất kéo ở điều kiện thử nghiệm tương ứng:

EPS = PE =

R.v 75

(hp)

Trong đó:

R – Lực cản tàu ở điều kiện thử nghiệm với vận tốc v, KG

v – Vận tốc tàu, m/s

Trong thực tế khai thác ta cần dự trữ công suất kéo 15% và do đó sức cản thực

tế cũng cần tăng thêm 15% để phù hợp với công suất kéo dự trữ đó Ta có:

PEE = kE.PE và RE = kE.R

27

Trong đó:

R – Lực cản tàu ở điều kiện khai thác với vận tốc v, kG

PEE – Công suất kéo tàu ở điều kiện khai thác, hp

e

v L R

3280,9

5554,4

2.1.2.4 Đồ thị R-P E - V

2.1.2.5 Xác định sơ bộ vận tốc tàu cho thiết kế chong chóng

- Hiệu suất chong chóng giả thiết: ηp = 0,55;

- Hiệu suất đường trục giả thiết: ηt = 0,98;

31

- Lượng công suất dự trữ máy chính: 15%Ne;

- Công suất của máy chính: Ne = 3200/4351 (kW/hp);

- Công suất kéo của tàu: N0 = 0,85.Ne ηp ηt=1993 (hp);

+ Tra đồ thị sức cản ta được các thông số:

- Lực cản toàn tàu: Rt = 31500 (kG)

- Vận tốc tàu: Vs = 12,6 (knots) = 6,49 (m/s);2.2 THIẾT KẾ SƠ BỘ CHONG CHÓNG

– Sức cản của chong chóng tại VS = 12,6 knots là R = 31500 kG

– Lực đẩy của chong chóng tại VS = 12,6 knots là :

P = R / x kG

x : Số chong chóng của tàu (x = 1)

P :Lực đẩy của một chong chóng ⇒

P

V K

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 :

θ ≥ θmin =

2 '4 max

⇒

θ ≥ 0,37 Chọn θ = 0,55

2.2.5 Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất

33

Bảng 2.3: Tính chong chóng khi sử dụng hết công suất

p

v k

P n

v D

T

t w

13 Công suất yêu cầu 1

75.

p

D

R v N

2786,4

N] = 3% là giới hạn cho phép nên

chong 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 chong chóng : D = 2,93 m

- Đường kính củ chong chóng : dtb = (0,16 ÷

0,18).D Chọn dtb= 0,5 m

- Đường kính phía trước của củ : d t = 0,125.D = 0,36 m

- Đường kính phía sau của củ :d S = 0,18.D = 0,53 m

2.2.6 Kiểm tra chong chóng theo điều kiện chống xâm thực

Theo Schoenherr thì tỷ số đĩa nhỏ nhất không xảy ra xâm thực được tính theo công thức sau:

( )2 0 min

0

275 ,

P

k A

(P a h s)

P0 = + γ

, kN/m2 304

, 101

, 0 0 4

6 , 0 3

4 ( ) 6 , 2 2 10 0 , 71 0 , 59 10

.

e D

d D

b D

Chiều dài củ chong chóng:

l = 0,2275.D = 0,2275.2,93 = 0,67 (m)Chiều dài cánh tại 0,6 R:

e0,6= 0,04.D = 0,04.2,93 = 0,117(m)Chiều rộng cánh tại 0,6R :

Với chong chóng chế tạo theo sêri B ta có

Chiều dài củ chong chóng : l0 = 0,67 m

Đường kính trung bình củ chong chóng: d0= 0,5 m

Khối lượng chong chóng: G = 4558 kG

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ HỆ TRỤC

37

3.1 DỮ LIỆU PHỤC VỤ THIẾT KẾ

3.1.1 Số liệu ban đầu

- Công suất tính toán H = 3200/4351 kW/hp

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

Biển hạn chế III theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép – 2010.

3.1.3 Bố trí hệ trục

3.1.3.1 Bố trí chong chóng

39

Khoảng cách từ đỉnh cánh chong chóng tới ki lái : a = 375 mm

Tàu 1 chong chóng a = (0,04 ÷ 0,05).d và không được bé hơn 150 mm

c2,

.06,0d.06,0g06

.08,0d.08,0f08

.3,0d.3,0b

.15,0d.15,0e15

Trong đó : d là đường kính chong chóng, d = 2930 mm

Vậy bố trí chong chóng như tính toán trên sẽ tạo được lực đẩy tối ưu

Bố trí chong chóng:

Chong chóng được bố trí từ Sn2 + 310 mm ÷ Sn3 và được bố trí với

khoảng cách như trên

3.1.3.2 Bố trí máy chính

Máy chính được bố trí từ Sn15 ÷ Sn24

- Kích thước của máy chính : LxBxH = 4930x1980x5025 mm

- Khoảng cách từ bánh đà đến vách sau buồng máy là 4880 mm

- Khoảng cách từ vách sau buồng máy đến sống đuôi là 2200 mm

ta có chiều dài trục chong chóng là 4050 và chiều dài trục trung gian là 4250mm

Hệ trục được bố trí từ Sn1 + 340 mm ÷ Sn14 + 450 mm

- Trục chong chóng : Sn1 + 340 mm ÷ Sn8 + 100 mm

- Trục trung gian : Sn8 + 100 mm ÷ Sn14 + 450 mm

Vậy :

- Chiều dài trục trung gian : Ltg = 4130 mm

- Chiều dài trục chong chóng : Lcc = 4125 mm

H k d

=

(mm )Trong đó:

41

H - Công suất liên tục lớn nhất của động cơ (kW )

n- Vòng quay của trục chong chóng ở công suất liên tục lớn nhất (v/p)

Ts - Giới hạn bền kéo danh nghĩa của vật liệu trục (N/mm2 )

K - Hệ số xét đến trục rỗng

k2 - Hệ số tính toán đường kính trục

Bảng 3.1: Bảng tính đường kính trục chong chóng

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

Đường kính tính toán của trục trung gian

3 560 100

H - Công suất liên tục lớn nhất của động cơ (kW )

n- Vòng quay của trục chong chóng ở công suất liên tục lớn nhất (v/p)

Ts - Giới hạn bền kéo danh nghĩa của vật liệu trục (N/mm2 )

K - Hệ số xét đến trục rỗng

k1 - Hệ số tính toán đường kính trục

Bảng 3.2: Bảng tính đường kính trục trung gian.

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

Do đường kính trục trung gian không được nhỏ quá so với trục cơ của động

cơ vì đường kính bích nối sẽ quá lớn so với đường kính trục trung gian

43

r

Đường kính cổ trục của động cơ là 300 mm, do dó chọn đường kính trụctrung gian do = 260 mm

Đường kính trục trung gian do = 260 mm

3.3 TÍNH TOÁN MỘT SỐ THIẾT BỊ CHÍNH CỦA HỆ TRỤC

3.3.1 Phần côn trục

1 - Trục chong chóng

2 - Phần côn trục

- Đường kính ren đầu trục:

Tra bảng theo đường kính trục chong chóng ds = 280 mm, ta có:

dr = M200 x 6

- Chiều rộng then :

Tra bảng theo đường kính trục chong chóng ds = 280 mm, ta có :

b = 65 mm

Từ chiều rộng then b = 65 mm, theo tiêu chuẩn ta có :

- Chiều cao then: h = 35 mm

- Chiều dài then: Lt = 455 mm

- Chiều dài côn trục:

88,4616

,256.8,1L8,1

d

L

k cc

k = ⇒ = =

(mm )Với chiều dài then Lt = 455 mm, ta chọn chiều dài phần côn trục Lk = 545mm

- Rãnh then: đường kính đầu lớn của côn trục lớn hơn 100 mm nên rãnhthen phải có dạng hình thìa

45

a

mm33,53

163

a

mm82

162

a

mm67,1016.3

2a.3

2

mm1216.4

3a.4

3

3.3.2 Bích nối trục

Hình 3.5: Bích nối trục

Tra bảng tiêu chuẩn bích liền ta có các kích thước của bích như sau:

Bảng 3.4: Các kích thước của bích nối

1 2

Do đó chọn vật liệu chế tạo bạc bằng cao su có ưu điểm sau:

Có đàn tính tốt, làm việc trong nước co nhiều bùn cát không dễ bị màimòn

Công tác ổn định, không có tiếng ồn, trục vận hành có thể tự động điềuchỉnh và có khả năng chịu được dao động ngang

Làm việc tốt với áo trục bằng đồng thanh lúc dùng nước bôi trơn

Bạc có các kích thước chủ yếu như sau :

- Chiều dài bạc trước : L t = 560 mm

- Chiều dài bạc sau : L s = 1120 mm

- Đường kính trong bạc : d = 322 mm

- Chiều sâu rãnh làm mát :

1 2

b

s b

d d

T D n

T d d

2 , 0

.

) 160 (

65 , 0

3 0

(mm);

Trong đó:

- d s: Đường kính tính toán của trục chong chóng ds = 273,6 (mm)

- d o: Đường kính tính toán của trục trung gian do = 217,2 (mm)

+Ts: Giới hạn bền kéo danh nghĩa của vật liệu chế tạo trục,

d d