Đồ án Thiết kế hệ động lực chính

Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa Chương 1: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ ĐỘNG LỰC 1.1/ Khảo sát đặt tính kỹ thuật cần thiết tàu mẫu 1.1.1 Chọn tàu mẫu a/ Phân tích đặc tính tàu mẫu - Chế độ chạy tự do: Tàu trạng thái xuất bến với 0% hàng 100% dự trữ Chế độ hoạt động trạng thái tàu chạy với vận tốc tự do, sức cản tàu lớn nhất, chân vịt chạy chế độ tự - Chế độ chạy nặng tải: + Ở chế độ chân vịt phải làm việc điều kiện nặng tải, sức cản tác dụng lên thân tàu lớn, cộng thêm sức cản lưới khai thác(đối với trạng thái 5) + Các trạng thái mà tàu phải chạy chế độ nặng tải:  Trạng thái tàu có 100% lượng hàng, 10% trữ nhiên liệu  Trạng thái tàu 20% hàng ,10% trữ nhiên liệu, lưới ướt  Trạng thái tàu thu mẻ 0,5 cá, 25% trữ nhiên liệu, lưới ướt  Trạng thái tàu thu lưới hướng ngang tàu, 25% trữ nhiên liệu b/ Chọn tàu mẫu Trên sở phân tích đặc tính làm việc tàu mẫu, em đưa phương án thiết kế cho đề tài em giao mô hình tham khảo từ tàu mẫu Tàu mẫu tham khảo đề tài em tàu cá, mang số hiệu TC001-ĐNA công ty thiết kế tàu thủy “ Tân Tiến Phong “ thiết kế, lưu trữ cục khai thác bảo vệ nguồn lợi thủy sản Đà Nẵng Bảng 1.1: So sánh tàu tham khảo tàu thiết kế STT Thông số Tàu mẫu Tàu thiết kế So sánh N (CV) 840 800 4% Lpp (m) 19,5 17.5 10% Btk (m) 6,5 5.8 11% SVTH: Lê Anh Nam Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa D (m) 2,95 2.6 12% d (m) 2,32 14% 10 Cb 0,7 0.69 1% 11 Lượng chiếm nước 211 143.6 30% Cấp I Cấp I Cùng (T) 14 Vùng hoạt động Như vậy, theo phân tích em chọn tàu mẫu có thông số nêu 1.1.2/ Phân tích bố trí hệ động lực tàu mẫu Tàu mẫu chọn phương án bố trí hệ động lực phía đuôi tàu a/ Ưu điểm: -Đảm bảo tính liên tục tàu bố trí khoang để hầm cá , hầm đá ,phụ tùng thiết bị không 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 làm tăng khả khai thác tàu trường hợp kéo thả lưới, thu lưới thu gom cá - Nâng cao lợi ích kinh tế giảm giá thành hệ trục b/ Nhược điểm: - Ổn định dọc tàu hệ trục máy nằm phía đuôi tàu cân dọc tàu - Tầm nhìn quan sát thuyền trường giảm có phát sinh khoảng cách từ lầu lái phái đuôi tới mũi tàu - Tàu đóng vỏ gỗ nên kết cấu có độ bền thấp nên phải gia cường mạnh phía đuôi tàu để đảm bảo sức bền cho tàu hoạt động -Khả sinh tồn tàu giảm trường hợp tàu 1máy hệ trục có sư cố mà ko khắc phục tàu khó vượt qua hạn chế lớn trình khai thác tàu mẫu cần khắc phục SVTH: Lê Anh Nam Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 1.2/ Phân tích phương án bố trí hệ động lực 1.2.1/ Các phương án bố trí hệ động lực Có phương án bố trí hệ động lực: bố trí phía mũi, lái đuôi - Phương án 1: Bố trí phía lái  Ưu điểm: Hệ trục ngắn, thuận tiện gia công lắp ráp tận dụng dung tích khoang chứa Vì thường bố trí cho tàu chở hàng rời đồng như: chở dầu, than, quặng, container…  Nhược điểm: Diện tích buồng máy chật hẹp, khó bố trí trang thiết bị, cân dọc khó tượng dao động cộng hưởng dễ xảy máy chân vịt, khó quan sát điều khiển tàu cabin máy lái nằm buồng máy - Phương án 2: Bố trí phía mũi  Ưu điểm: Quan sát điều khiển tàu dễ hơn, áp dụng cho tàu lai dắt, tàu đẩy tàu đánh cá có boong thao tác phía đuôi tàu  Nhược điểm: Hệ trục dài dài dẫn đến gia công, lắp ráp phức tạp Hệ trục phải qua nhiều khoang hàng vách ngăn choán dung tích khoang hàng, khó bố trí kiểm tra trình vận hành Cân dọc tàu khó - Phương án 3: Bố trí  Ưu điểm: Buồng máy giừa dung hòa nhược điểm nêu trên, việc cân tàu dễ dàng Thường áp dụng cho tàu chở hàng khô hỗn hợp  Nhược điểm: Hệ trục phải qua khoang hàng, choán chỗ, phân chia khoang khó hơn, bóc xếp hàng phiền phức b/ Lựa chọn phương án bố trí buồng máy cho tàu thiết kế  Vậy theo yêu cầu tàu thiết kế, phạm vi áp dụng phương pháp bố trí hệ động lực Em chọn phương án bố trí hệ động lực nằm phía lái tàu 1.2.2/ Phân khoang a) Xác định khoảng sườn Khoảng cách sườn tính theo Quy phạm, sau: SVTH: Lê Anh Nam Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa - Khoảng cách sườn ngang (s) tính theo công thức sau đây: a ≥ L + 20 = 375 (mm) Với: L = 17,5 (m), chọn a = 400 (mm) - Khoảng cách dầm dọc tính theo điều 5.2.2 Quy phạm: S = 550 +2.L = 550+2.17,5 = 585 (mm) Chọn s = 600 (mm) b) Tiến hành phân khoang Trên sở khoảng cách sườn tính toán, chia chiều dài tàu thành khoảng sườn thực, với khoảng cách sườn khu vực sau: - Chiều dài khoang đuôi: Lđ = 2,8 (m) ( từ sườn đến sườn ) - Chiều dài khoang máy: Lmc = 4,8 (m) ( từ sườn 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 khoang cá khoang đá, còn: Lcd=Ltk-Lm-Lmc-Lđ=17,5-1,2-2,8-4,8=8,8(m) - Chiều dài khoang cá: bố trí khoang cá + Khoang cá: 3,6(m) khoang Khoang cá ( từ sườn 19 đến sườn 28 ) Khoang cá ( 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 hệ động lực Phát thảo sơ vị trí đặt máy – hệ trục: - Sơ đồ phân khoang: SVTH: Lê Anh Nam Đồ án thiết kế hệ động lực tàu Bố trí sơ buồng máy: 1350 1100 815 - GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 210 383 1710 160 1990 1165 6500 100 120 3437 1100 1895 497 SVTH: Lê Anh Nam 704 461 303 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 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 tàu chạy nhanh - Nội dung phương pháp: Sức cản tàu cá chạy kéo lưới tính theo phương pháp Oortsmerssen: R   C1.f1  C f  C3 f  C f  D   CF  CF ..v S(kG) [CT8- 61; tr463; 4] Trong đó: + Chiều dài tính toán: L D  0,5(L pp  L DN )(m) Do L pp  L DN  L nên LD  17,5(m) + Hệ số Ci ;i  1,2,3,4 tính theo: L  L  Ci  di,0  di,1.lcb  d l  di,3   di,4   di,5  D   di,6  D    B   B  i,2 cb 2  B  B di,7 a  di,8 a  di,9    di,10    di,11. T T với: lcb :Tâm thân tàu với tàu CB > 0.65 tính theo công thức bề thử Wagerningen :  0, 65  CB  0, 65  0, 69     lcb  0, 022 sin  0, 5  0, 022 sin  0, 5  0, 0199 0,15 0,15      Với  : góc vào nước:   35o  Hệ số di,0…di,11: SVTH: Lê Anh Nam   LD 35.3,14 19,5   0,9216 B 180 6 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa I di,0 79,32134 6714,884 -908,444 3012,15 di,1 -0,09287 19,83 2,52704 2,71437 di,2 -0,00209 2,66997 -0,35794 0,25521 di,3 -246,459 -19662 755,1866 -9198,81 di,4 187,1366 14099,9 -48,9395 6886,6 di,5 -1,42893 137,3361 -9,86873 -159,927 di,6 0,11898 -13,3694 -0,77652 16,2362 di,7 0,15727 -4,49852 3,7902 -0,82014 di,8 -0,00064 0,021 -0,01879 0,00225 di,9 -2,52862 216,4492 -9,24399 236,38 di,10 0,50619 -35,076 1,28571 -44,1782 di,11 1,62851 -128,725 250,6491 207,256  Sau tính ta có bảng hệ số Ci;i=1,2,3,4: + fi ,i  1, 2,3, : tính theo công thức sau: m  Fr 2  f1  e  f  e  m.Fr  f  e  m.Fr sin Fr 2  f  e  m.Fr cosFr 2 2 2 2  Với: Hệ số m  0,14347.2,1976  0,14347.0, 762,1976  0, 27  Số Froude tàu: Fr  v [CT8- 30; tr450; 4] g.L D Gia tốc trọng trường g  9,81(m / s ) + Hệ số sức cản ma sát tính theo ITTC-57: với: Số Reynol:Re = v.LD/ Độ nhớt động học nước biển 21,11oC: SVTH: Lê Anh Nam CF  0,075  log Re  m2/s-1) Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa + CF : Hệ số sức cản ma sát bổ sung CF   CF  0,0004 đó: i  CF  0,00021cho tàu vỏ gỗ  CF  0,00004 cho bánh lái CF  0,00004 cho ky đứng CF  0,00008 cho không khí +  : mật độ nước biển 70oF ,   101, 76(kg.s / m ) + Diện tích mặt ướt tàu tính theo : 2 S  3.223.D  0.5402 LD D 3.223.143,6  0.5402.17,5.143,6  137,87.,m2 Cho dải vận tốc kéo lưới tàu vs (Hl / h) ta thực tính sức cản tàu kéo lưới công suất kéo theo bước sau: B1: Cho dải vận tốc kéo lưới vs (Hl / h) B2: Tính v  0,514vs (m / s) B3: Tính số Froude Fr  v g.L D B4: Tính Fr 2 B5,…,B8: Tính giá trị fi  f  Fr 2  B9,…B12: Tính giá trị Ci ( bảng - 3) B13: Tính tổng  Ci fi ;i  1, 2,3, B14: Tính số Reynol:Re = v.LD/ Tính hệ số sức cản ma sát CF  f (Re) B16: Tính hệ số sức cản ma sát bổ sung CF B17: Tính tổng hệ số sức cản ma sát CF  CF B18: Tính sức cản sóng tàu R W   Ci fi D(kG) B19: Tính sức cản ma sát tàu R f  (C F   C F )..S.v (kG) B20: Tính sức cản toàn tàu kéo lưới R T  R W  R f (kG) với RW; Rf sức cản song sức cản ma sát tàu B21: Tính công suất kéo lưới EHP  SVTH: Lê Anh Nam R T v (CV) 75 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 2.1.2/ Tiến hành tính toán Vận tốc kéo yêu cầu : Vk = (hl/h) Với Ld = 17,5 (m) TT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 Đại lượng tính Vận tốc tàu (hl/h) Vận tốc tàu (m/s) Số Froude (-) Fr-2 f1 f2 f3 f4 C1 C2 C3 C4 Ký hiệu Vs 10 V 3.084 3.598 4.112 4.626 5.14 Fr Fr-2 f1 f2 f3 f4 C1 C2 C3 C4  Cf Cf +  Cf 0.235 18.05 0.58 0.01 0.0024 0.01 -0.00492 0.40 -0.19 0.16 0.0009 55054575 0.00228 0.00037 0.00265 Rw 129.95 1571.48 4322.96 8184.50 12744.41 Rf 176.52 235.53 302.44 377.14 459.53 RT 306.47 1807.00 4625.40 8561.64 13203.94 RT 30.65 180.70 462.54 856.16 1320.39  Ci fi  Ci fi Số Renol Cf Re Cf  Cf Cf +  Cf Giá trị tính Lực cản sóng (KG) Lực cản ma sát (KG) Lực cản tổng cộng (KG) Lực cản tổng cộng SVTH: Lê Anh Nam 0.275 0.314 0.353 0.392 13.26 10.15 8.02 6.50 0.67 0.74 0.79 0.82 0.03 0.06 0.11 0.17 0.0064 0.0114 0.0160 0.0196 0.03 0.06 0.11 0.17 -0.00492 -0.00492 -0.00492 -0.00492 0.40 0.40 0.40 0.40 -0.19 -0.19 -0.19 -0.19 0.16 0.16 0.16 0.16 0.0109 0.0301 0.0570 0.0888 64230338 73406100 82581863 91757625 0.00222 0.00218 0.00214 0.00211 0.00037 0.00037 0.00037 0.00037 0.00259 0.00255 0.00251 0.00248 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa (KG) Lực cản 22 tổng cộng 3064.66 18070.03 46253.98 85616.36 132039.41 (KN) Rt CS kéo lưới 23 12.60 86.69 253.60 528.08 904.91 (CV) EHP Để tính sức cản tàu kéo lưới, công suất kéo cho dải vận tốc kéo lưới tàu vs (hl/h) Bảng tính 2.1: Bảng tính sức cản công suất máy * Giải thích số liệu tính toán: Theo bảng số liệu tính toán ta thấy: Khi tàu kéo lưới vận tốc kéo thiết kế Vk, máy trích phần nhỏ công suất máy để trì vận tốc kéo tàu ( chống lại sức cản vỏ tàu ), phần công suất lại máy chuyển thành lực để kéo lưới Để trực quan cho giải thích ta xem đồ thị sức cản công suất kéo tàu theo vận tốc kéo tàu đồ thị SVTH: Lê Anh Nam 10 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa + Độ giản nở dài tương đối: δ = – 10% + Độ cứng: HB = 80 – 90 + Độ giai va đập: a = – 1,5 (kGm/cm2) 3.2.5 Thiết bị ống bao trục Thiết bị ống bao trục gồm ống bao trục, ổ đỡ trục nằm bên ống bao cụm kín ống bao Thiết bị ống bao trục có nhiệm vụ đỡ trục chân vịt, thông qua ổ đỡ truyền tải trọng vào vỏ tàu ngăn cách nước biển bên với bên vỏ tàu nhờ cụm kín ống bao a Ống bao trục Ống bao trục thường chế tạo liền Ống bao trục thường đầu có mặt bích đúc liền, đầu có ren lắp từ lái vào từ phía tàu phía lái Chọn gang làm vật liệu chế tạo ống bao trục Kết cấu ống bao trục hình - Hình – Kết cấu ống bao trục Chiều dày ống bao trục xác định theo: + Chiều dày nhỏ ống bao trục chổ ổ đỡ: S1  0,05Da  20  0,05.122  20  26,1(mm) Với đường kính áo trục: Da = dv + 2S = 100+2.11= 122(mm) SVTH: Lê Anh Nam 28 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa + Chiều dày chổ lắp bạc lót: S2  1,5 1,8 S1  1,5 1,8.26,1  39,15  46,98(mm) Chọn S2 = 45(mm) b Ổ đỡ trục chân vịt Trục chân vịt thường có từ 1÷ ổ đỡ tùy theo kết cấu tàu Ổ đỡ trục chân vịt thường bố trí ống bao trục Kết cấu bạc đỡ: kết cấu bạc đỡ gồm hai phần chủ yếu ống lót chịu ma sát 2(bạc đỡ) trực tiếp với trục ghép bên ống lót hình – Hình – Kết cấu bạc đỡ trục chân vịt Ống lót có nhiệm vụ áo trục hình trụ bọc bạc đỡ để dễ dàng lắp vào ống bao giá treo Ống lót chế tạo từ đồng thanh, đồng thau Ống lót đúc liền làm rời Chọn ống lót làm đồng đúc liền Vật liệu làm bạc đỡ phải chịu ma sát, chụi nước biển làm việc điều kiện bôi trơn nước biển Những vật liệu sử dụng rộng rải gỗ gai- ắc, cao su pha kim loại, lignôphôn, texlotit Tuy nhiên so sánh giá thành chế tạo, độ cứng, độ bền độ chịu nén vật liệu so với tàu thiết kế thì: SVTH: Lê Anh Nam 29 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa Chọn cao su kim pha kim loại để chế tạo bạc đỡ: cao su pha kim loại chế thành ghép ống lót đúc liền ống lót, cao su pha kim loại có đặc tính học sức bền kéo b  120  156(kG / mm2 ) , độ giản nỡ tương đối   40% , độ mài mòn ≤ 40(cm3/kW.h), độ cứng HB = 55÷65 Kích thước kết cấu bạc đỡ cao su pha kim loại hình – Hình – Kết cấu ổ đỡ cao su pha kim loại Kết cấu ổ đỡ theo : + Chiều dài ổ đỡ phía lái: L  4d v  4.100  400(mm) chọn L = 400(mm) + Chiều dài ổ đỡ phía mũi: L  1  2 d v  1   100  100  200(mm) chọn L = 200(mm) + Chiều rộng bạc đỡ: B  70  90(mm) chọn B = 80(mm) + Chiều dày bạc đỡ: H  15  25(mm) chọn H= 20(mm) + Chiều sâu rảnh làm mát: h = 0,01dv = 0,01*100= 1(mm) cung 70o÷80o + Bán kính rảnh làm mát: R = 0,443dv = 0,443.100 = 44,3(mm) + Khe hở giới hạn cho phép lắp ráp hướng kính áo trục bạc đỡ cao su pha kim loại Da ≤ 600(mm): gh = (0,012Da+1,8) = (0,012.122+1,8) = 3,264(mm) + Khe hở lắp ráp hướng kính áo trục bạc đỡ tính theo:   (0, 05H  0, 001Da  0, 4)  (0, 05.20  0, 001.122  0, 4)  1,522(mm)  gh với đường kính áo trục chân vịt Da = 122(mm) SVTH: Lê Anh Nam 30 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 3.2.6 Cụm kín ống bao - Cụm kín ống bao có nhiệm không cho nước từ ống bao trục rò rỉ vào bên tàu Cụm kín ống bao đoạn kéo dài phía mũi ống bao trục kết cấu tách rời gắn liền với đầu phía mũi ống bao trục bulông Cụm kín ống bao gắn đầu ống bao phải có điều kiện để với tay trình vận hành Kết cấu cụm kín ống bao hình – Hình – Kết cấu cụm kín ống bao - Chiều dài phần đệm kín: L   0,8 1,5 Da   0,8 1,5.122  97, 183(mm) chọn L = 170(mm) - Khe hở lắp ráp áo trục với chi tiết cụm kín ống bao tra theo với đường kính áo trục Da = 122(mm) = 5+0,4(mm) 3.2.7 Ổ đỡ trục phanh trục chân vịt - Ổ đỡ chặn lực đẩy chân vịt ổ lăn ổ trượt Loại ổ lăn thường áp dụng cho tàu nhỏ, trục nhỏ có tốc độ quay cao Với máy có công suất nhỏ ổ đỡ chặn bố trí hộp số Chọn ổ đỡ trục chân vịt ổ lăn Nhiệm vụ chủ yếu ổ lăn chặn lực đẩy chân vịt truyền ngược lại cho máy Kết cấu ổ đỡ trục chân vịt hình – SVTH: Lê Anh Nam 31 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa Hình – Kết cấu ổ chặn lực đẩy chân vịt - Phanh hệ trục tàu có nhiệm vụ hãm hệ trục lại trường hợp thân hệ trục hay ổ đỡ, máy có cố đồng thời giảm quán tính quay hệ trục dừng máy Kết cấu phanh hệ trục hình – 10 Hình - 10 Kết cấu phanh hệ trục tàu SVTH: Lê Anh Nam 32 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 3.3 Phân tích bố trí hệ trục 3.3.1 Điều kiện làm việc hệ trục - Hệ trục làm việc điều kiện phức tạp Một đầu hệ trục nối với máy – chịu tác động trực tiếp momen xoắn từ máy chính, đầu mang chân vịt chịu trực tiếp momen cản chân vịt - Sự uốn chung vỏ tàu dẫn đến uốn trục 3.3.2 Số lượng hệ trục tàu - Tàu bố trí hệ trục - Các hệ trục bố trí đối xứng phía so với đường tâm dọc tàu Các máy bố trí song song - Chiều quay chân vịt ngược chiều nhau, nhìn từ lái mũi tàu chân vịt thường quay theo chiều từ mạn vào tìm tàu, cụ thể: chân vịt trái quay theo chiều kim đồng hồ chân vịt bên phải quay theo chiều ngược kim đồng hồ 3.3.3 Góc nghiêng hệ trục - Hệ trục lắp nghiêng dọc với góc ∝ = 0o - Nghiêng ngang với góc tin cậy lâu dài 10 – 15 độ - Lắc ngang với góc tin cậy 30 – 40 độ 3.3.4 Chiều dài hệ trục Do buồng máy bố trí phía lái nên hệ trục ngắn, thuận lợi việc gia công lắp ráp tận dụng dung tích khoang chứa 3.3.5 Số lượng ổ đở bố trí ổ đỡ hệ trục - Ổ đở bố trí gần vách ngang, đà ngang đáy để tránh trường hợp ổ đở bị xê dịch đường trục ổn định tác động uốn cục vỏ tàu - Số ổ đở chọn tàu thiết kế: ổ đở ổ sát vách buồng máy, ổ sát vách đuôi SVTH: Lê Anh Nam 33 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 3.4 Tính toán kiểm tra sức bền hệ trục 3.4.1 Tính bền trục chân vịt - Coi trục chân vịt dầm nằm tự gối đỡ (trong ống bao trục), đầu công sôn treo chân vịt chịu tải trọng sau: mômen xoắn từ máy Mx, mômen uốn trọng lượng chân vịt Pv, lực đẩy chân vịt T, trọng lượng đơn vị q phân bố chiều dài trục - Nếu tính sức bền trục chân vịt theo sơ đồ tính toán cho toàn hệ trục không thuận lợi phức tạp sơ đồ tính toán hình – 11 đủ để đảm bảo Mặt cắt nguy hiểm trục chân vịt cần kiểm tra sức bền nơi tập trung mômen uốn tối đa Mặt cắt qua tính toán khảo sát thực tế nhiều tàu thường nằm gần gối đỡ cuối phía lái trục chân vịt gối GCV R0 lp RB M1 MB q M0 T R1 l0 l1 l2 Hình - 11 Sơ đồ tính sức bền trục chân vịt Vì để đơn giản hóa tính toán đảm bảo đủ độ tin cậy cần khảo sát riêng phần trục chân vịt hình - 11 kể trục chân vịt tựa gối Trong tính toán giả thiết trục có tiết diện suốt chiều dài (bỏ qua cổ trục áo trục không tham gia vào sức bền trục) Ngoài thực tế cho thấy ứng suất uốn trọng lượng chân vịt trọng lượng thân trục ứng suất uốn bổ sung lắp ráp không đáng kể so với ứng suất chung trục chân vịt Cho nên để đơn giản hóa tính toán mà đủ độ xác người ta bỏ qua tính ứng suất uốn u mà thay vào hệ số kể đến ứng suất uốn e = 1,02÷1,06 chọn e = 1,04 (lấy giá trị trung bình) Công thức tính ứng suất chung tổng hợp cho trục chân vịt: c  e 2n  32x (KG / cm2 ) đó: SVTH: Lê Anh Nam 34 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa + Hệ số ứng suất uốn: e = 1,04 + Ứng suất nén: n  1, 27 T 2724,3  1, 27  34, 6(KG / cm ) với: 2 d (1  m ) 10 (1  ) v  Lực đẩy chân vịt: T =2724,31 (KG)  Đường kính chân vịt: dv = 10(cm)  Hệ số trục rỗng: m = 0(do trục đặc) + Ứng suất xoắn: x  M x 3, 65.105.N 3, 65.105.353,9    301, 4(KG / cm ) đó: 4 Wx n.d v (1  m ) 428, 6.10 (1  )  Công suất truyền đến trục chân vịt: N = PD = 353,9(CV)  Số vòng quay trục chân vịt: n = 428,6(v/p)  Đường kính trục chân vịt: dv = 10(cm)  Hệ số trục rỗng: m = Vậy ứng suất chung tổng hợp cho trục chân vịt: c  e n2  32x  1,04 34,62  3.301, 42  544,1(KG / cm2 ) Hệ số dự trữ bền: K  T 3500   6,   K   2,8  5,8 c 544, 01 Với: + Giới hạn nóng chảy vật làm trục: T  345(MPa) chọn: T  350(MPa)  3500(KG / cm ) + Hệ số dự trữ bền cho phép trục chân vịt: [K] = 2,8÷5,8 Kết luận: Vậy trục đủ bền 3.4.2 Áp lực gối trọng lượng thân trục - Áp lực bạc đỡ trọng lượng thân trọng lượng thân trục tính theo: p L.S. (KG / cm )  1, 2.d v  đó: + Chiều dài tối đa của nhịp trục: L  125 d v  125 10  395,3(cm) chọn L = 200(cm) SVTH: Lê Anh Nam 35 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa d 2v .102   79(cm2 ) + Diện tích mặt cắt ngang trục: S  4 + Đường kính chân vịt: dv = 10(cm) + Trọng lượng riêng vật liệu trục:   7,985.103 (k G / cm3 ) Vậy áp lực bạc đở trọng lượng thân trục gây có giá trị: p L.S. 200.79.7,985.103   1, 05(kG/ cm2 ) 2 1, 2.d v 1, 2.10 3.4.3 Ứng suất uốn trọng lượng thân trục  Mômen uốn trọng lượng thân trục tính theo công thức sau: M u  q.L2 /12  0, 62.2002 /12  2055(kG.cm) đó: + Trọng lượng đơn vị phân bố chiều dài trục q  ..d 2v /  7,85.10 3..10 /  0, 62(KG / cm) + Chiều dài của nhịp trục: L = 300(cm)  Ứng suất uốn trọng lượng thân trục tính theo công thức sau: u  Mu Mu 2055    20,55(kG/ cm ) 3 Wu 0,1d v 0,1.10 3.4.4 Số vòng quay giới hạn cho dao động riêng  Tần số dao động uốn riêng hệ trục nằm nhiều điểm tựa trước hết phụ thuộc vào tải trọng tập trung đầu công sôn chủa hệ trục tàu, trọng lượng chân vịt đầu công sôn phía lái hệ trục tàu  Số vòng quay giới hạn hệ trục tính theo: nk  30 E.J.g 30  L2 q 2002 2,1.106.500.981  30455(v / p) 0, 62 Trong đó: + Modun đàn hồi vật liệu: E = 2,1.106(kG/cm2) + Momen quán tính tiết diện trục: J  0, 05d 4v  0, 05.104  500(cm ) + Gia tốc trọng trường: g = 981(cm/s2) + Trọng lượng đơn vị phân bố chiều dài trục: q = 0,62(kG/cm) + Chiều dài của nhịp trục:L = 200(cm) Ta thấy số vòng quay trục chân vịt n = 429(v/p) < nk = 30455(v/p) thỏa mãn điều kiện tần số dao động riêng hệ trục SVTH: Lê Anh Nam 36 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa 3.4.5 Ổn định hệ trục tác dụng lực đẩy chân vịt  Ta kiểm nghiệm ổn định dọc hệ trục theo công thức Euler trạng thái tĩnh Trị số lực dọc trục cho phép lớn lực đẩy chân vịt  Lực dọc trục cho phép tính theo: Po  2 E.J.K n2 2 2,1.106.500.2,5 4292 (1  )  (1  )  647565(kG) l2 n 2k 2002 304552 Trong đó: + Modun đàn hồi vật liệu: E = 2,1.106(KG/cm2) + Momen quán tính tiết diện trục: J = 500(cm4) + Chiều dài của nhịp trục: l = 200(cm) + Hệ số dự trữ bền: K  2,5 chọn K = 2,5 + Số vòng quay trục chân vịt: n = 428(v/p) + Số vòng quay giới hạn hệ trục: nk = 30455 (v/p) + Lực đẩy chân vịt: T = 2724,31(kG) 3.4.6 Tính áp lực riêng gối đỡ hệ trục tàu Áp lực riêng gối đỡ hệ trục không Áp lực lớn tập trung gối đỡ cuối trục chân vịt trực tiếp chịu tải trọng uốn trọng lượng chân vịt, gối đỡ trung gian phía mũi tàu nhẹ tải Áp lực gối đỡ ảnh hưởng đến tốc độ mài mòn bạc đỡ, dẫn đến sai lệch đường tim hệ trục Sơ đồ tính toán hệ trục tàu: GCV R0 lp M0 T l0 SVTH: Lê Anh Nam R1 RB M1 MB q l1 l2 37 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa + Chiều dài trục chân vịt: l  l0  l1  l2  0,78   0,44  3,22(m) + Chiều dài đoạn trục: l0  0,78(m);l1  2(m);l  0, 44(m);l p  0,59(m) Các chiều dài lo, l1, l2 lp tính dựa theo thực tế ( tàu mẫu ) Với thông số từ tàu mẫu: l0  1, 25(m);l1  2(m);l  0,7(m);l p  0,95(m) dcv = 160 (cm) + Trọng lượng đơn vị phân bố chiều dài trục: q = 62(kG/cm) + Khối lượng chân vịt: G = 313,88(KG) a Tính momen gối đỡ + Momen uốn gối đỡ gần trục chân vịt: xét đoạn trục lo q.l02 0,62.100.0,782 M0  (G.lp  )  (313,88.0,59  )  205(kG.m) 2 + Phương trình momen cho nhịp nhịp 2: q M 0l1  2M1 (l1  l2 )  M Bl2   (l13  l32 )  205.2  2M1.(2  0, 4)  M B 0, 44   + Phương trình góc xoay ngàm B: 61,65 (2  0, 443 )  4,88M1  0, 44M B  285,77  0(a) ql32 Ml M l B    B   ql22  4M1  8MB   62.0,442  4M1  8M B  24EJ 6EJ 3EJ  4M1  8MB  11,8  0(b) Giải phương trình (a), (b) ta kết quả: M0  205(kG.m);M1  61,4(kG.m);M B  32,2(KG.m) b Tính phản lực gối đỡ + Tại gối đỡ 0: R  G  ql0  ql1 M1  M 62.2 61,  205   313,88  62.0,78    557(kG) l1 2 + Tại gối đỡ 1: SVTH: Lê Anh Nam 38 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu R1  GVHD: Nguyễn Tiến Thừa ql1 ql2 M  M1 M B  M1    2 l1 l2  R1  62.3 62.0,8 205  61, 32,  61,     272,1(kG) 2 0, 44 + Tại ngàm B: RB  ql2 M1  M B 62.0, 44 61,  32,     227, 43(kG) l2 0, 44 Kiểm tra lại tổng phản lực gối đỡ:  R  R  R1  R B  512(kG) Tổng trọng lượng chân vịt trọng lượng thân trục:  G  G  ql  512,3(KG)   R nên kết tính c Tính áp lực gối đỡ Thực chất trục không tựa hoàn toàn toàn diện tích hình chiếu bạc đỡ nên lấy giảm 10% so với diện tích thực tế Diện tích hình chiếu bạc đỡ: + Gối 0: S0  0,9d v l0  0,9.10.78  703,125(cm2 ) + Gối 1: S1  0,9d v l1  0,9.10.200  1800(cm2 ) Áp lực gối sau: + Gối 0: p0  R / S0  557 / 703  0,79(kG / cm )  pcp  2,5  3(KG / cm ) + Gối 1: p1  R1 / S1  272 /1800  0,15(kG/ cm2 )  pcp  2,5  3(KG / cm ) Đối với cao su pha kim loại pcp  2,5  3(KG / cm2 ) nên gối đỡ bền Vậy gối đỡ bền SVTH: Lê Anh Nam 39 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa Chương TÍNH TOÁN THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG PHỤC VỤ ( Hệ thống bôi trơn ) 4.1 Tính chọn phần tử hệ thống - - - Hành trình hoạt động vùng biển hạn chế cấp I với khoảng cách không 200 hải lý, thời gian hoạt động tàu khoảng ngày/ tháng ( 288 h ) Hệ thống bôi trơn tàu có nhiệm vụ như: + Bôi trơn bề mặt ma sát + Làm mát ổ trục + Tẩy rửa bề mặt ma sát + Bao kín bùn cháy Chọn phương pháp bôi trơn: “ Bôi trơn cưỡng “ te khô với phận như: thùng dầu ( te dầu ), bơm dầu, bầu lọc thô, bầu lọc tinh, két làm mát dầu, đường ống dẫn dầu, đồng hồ đo áp suất dầu, đồng hồ đo nhiệt độ dầu Nguyên lý bôi trơn: “ Bôi trơn kiểu áp lực “ 4.1.1 Tính toán hệ thống a Tính toán bơm dầu nhờn: Lượng dầu nhờn động phụ thuộc vào nhiệt lượng động truyền cho Lượng nhiệt mà động truyền cho dầu nhờn, là: Qd  qd Q0  0, 08.640  51, 2(kJ / s) Với: + qd: 0,07 – 0,08 phần trăm nhiệt mà dầu nhờn mang + Nhiệt lượng nhiên liệu cháy tỏa (s) ( kJ/s ) Q0  QH Gnl ge Ne 103.QH 191.294.103.41135    640(kJ / s) 3600 3600 3600 ge: 191(g/kW.h) suất tiêu hao nhiên liệu động Ne: 294 (kW) công suất có ích động QH: 41135 (kJ/kG) nhiệt lượng thấp nhiên liệu Lượng dầu tuần hoàn lý thuyết: Vd  SVTH: Lê Anh Nam Qd 51,   0, 00272(m3 / s )  d Cd td 900.2, 094.10 40 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa ρd: 900(kG/m3) khối lượng riêng dầu nhờn Cd: 2,094 (kJ/kg.độ) tỷ nhiệt dầu ∆td: 10 – 15 (độ) độ chênh nhiệt độ dầu động Lưu lượng dầu tuần hoàn thực tế: Vd,  (2  3,5).Vd  3.0, 00272  0, 00815( m3 / s) Lượng dầu bơm cung cấp để tạo tuần hoàn dầu, là: Vb  Vd, b  0, 00815  0, 0136(m3 / s) 0, Công suất tiêu tốn để dẫn động bơm: Nb  Vb p 0, 0136.0,   0, 011(W) m 10 0,85 b Tính toán két làm mát dầu nhờn: Tính toán két làm mát dầu để xác định diện tích làm mát ( diện tích tiếp xúc với môi chất làm mát ) két ( Fk ) m2 Diện tích làm mát tính theo phương trình truyền nhiệt: Fk  Qd C  V t 103 2,904.900.0, 00272.10.103  d d d d   94, 7(m2 ) K d (t dtb  tmtb ) K d (t dtb  tmtb ) 150.(90  85) Cd: 2,094 (kJ/kg.độ) tỷ nhiệt dầu ρd: 900 (kG/m3) khối lượng riêng dầu nhờn Vd: 0,00272 (m3/s) lưu lượng dầu tuần hoàn lý thuyết ∆td: 10 – 15 (độ) độ chênh nhiệt độ dầu động tdtb: 75 – 90 (độ) nhiệt độ trung bình dầu két tmtb: 70 – 85 (độ) nhiệt độ trung bình nước làm mát Kd: 115 – 350 (W/m2.độ) 4.2 Phân tích bố trí phần tử hệ thống SVTH: Lê Anh Nam 41 Đồ án thiết kế hệ động lực tàu GVHD: Nguyễn Tiến Thừa KẾT LUẬN Các thông số tàu thiết kế thõa mãn yêu cầu quy phạm Thỏa mãn tính hàng hải tàu : Tính nổi, cân - ổn định tàu … Đề tài phần thiết kế riêng “ Thiết kế hệ động lực ” Trong giới hạn tìm tòi, học hỏi em em nghĩ đề tài làm dù có hoàn thiện đến đâu chưa đạt đến mức tối ưu thiết kế kỹ thuật, em mong khoá sau, thầy cô giúp cho sinh viên nghiên cứu, hướng dẫn sinh viên tính toán thiết kế tối ưu đề tài mà em làm, hi vọng đề tài ứng dụng thực tế, giúp ích cho ngành đóng tàu Trong trình làm đồ án, xin cảm ơn thầy cô dẫn, cho mượn tài liệu, ân cần hướng dẫn để truyền đạt kiến thức cho em làm tốt SVTH: Lê Anh Nam 42