Thiết kế trang bị điện trên tàu Kiến Hưng, bảo đảm thoả mãn yêu cầu kỹ thuật cấp II hạn chế Qui phạm phân cấp và đĩng tàu biển vỏ thép Cục Đăng Kiểm Việt Nam năm 1997, đảm bảo cho tàu hoạt động trong mọi chế độ khai thác. Cơ sở thiết kế trang bị điện trên tàu là phù hợp với điều kiện thực tế và khả năng cung cấp vật tư thiết bị và dây chuyền cơng nghệ của các nhà máy đĩng tàu trong nước. Nguồn điện chính trên tàu là 02 tổ Diesel – Máy phát điện xoay chiều 3 pha 4 dây, điện áp 400V, tần số 50Hz, cĩ cơng suất 60KW.
Năng lượng của các tổ máy phát điện được phân phối theo hệ thống nhánh. Mỗi tổ máy phát điện được đưa lên một ngăn riêng trên bảng điện chính. Các phụ tải quan trọng đảm bảo cho hành trình của tàu được cấp điện trực tiếp từ bảng điện chính, nguồn điện năng sự cố là ắc quy axít.
CHƯƠNG 2
THIẾT LẬP, CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT MÁY CHÍNH, HỆ TRỤC TAØU VAØ HỆ THỐNG
2.1 GIỚI THIỆU KHOANG MÁY.
Tàu Kiến Hưng là loại tàu hàng khơ bố trí hai khoang hàng : khoang hàng 1 từ sườn 25 đến sườn 72, khoang hàng 2 từ sườn 72 đến sườn 115. Khoang máy được bố trí phía đuơi tàu, giới hạn bởi hai vách ngang đặt tại sườn 7 và sườn 25. Khơng gian trong khoang máy được chia làm hai tầng phân cách nhau bởi sàn lửng.
Ø Tầng 1 (buồng máy) : Bố trí một máy chính 8300CLCZA – 4, cơng suất Ne =
1500Ps do hãng Đơng Phong – Trung Quốc sản xuất; hệ trục chân vịt ; tổ máy phát 60KW; hai két nhiên liệu hai bên mạn tàu; tổ bơm vận chuyển dầu đốt, dầu cặn; tổ bơm cứu hoả, hút khơ, bơm dùng chung; tổ bơm vận chuyển nước đáy tàu và thiết bị phân ly dầu – nước; hai máy nén khí độc lập .vv… Ngồi ra cịn cĩ các trang thiết bị khác như ắc quy khởi động máy phụ, bình bọt chữa cháy, bình CO2 chữa cháy … Để tiện cho việc đi lại giữa hai tầng, người ta bố trí các cầu thang : Cầu thang nghiêng - dọc tàu từ sườn 12 đến sườn 15, cầu thang nghiêng - ngang tàu và sát với vách mũi buồng máy.
Ø Tầng 2 (tầng lửng) : Người ta lắp đặt các két trực nhật, két nước giãn nở,
bảng điện, bàn nguội – tủ đựng đồ nghề, máy khoan, máy mài, máy biến áp hàn và các thiết bị chữa cháy … Ngồi ra người ta cịn bố trí một cầu thang nghiêng và sát với vách lái buồng máy để cho việc lên xuống giữa boong chính và tầng lửng được thuận tiện.
Để đề phịng trường hợp cĩ sự cố, các nhà thiết kế cịn bố trí một cầu thang đứng liên thơng giữa boong chính, tầng lửng và buồng máy. Cầu thang này gọi là cầu thang thốt hiểm, vị trí gần sát với vách mũi buồng máy (phía bên trái – nhìn từ lái về mũi), cĩ vách bảo vệ và cữa ra vào. Việc bố trí các máy mĩc thiết bị và các cầu thang được trình bày trên bản vẽ : BỐ TRÍ BUỒNG MÁY – TKT140A.
2.2 THIẾT LẬP, CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT MÁY CHÍNH, HỆ TRỤC VAØ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU :
2.2.1 Máy chính :
2.2.1.1 Các phương án lắp đặt máy chính.
Cơng việc lựa chọn phương án bố trí lắp đặt máy chính trong buồng máy là bước rất quan trọng trong quá trình thiết kế kỹ thuật lắp đặt máy chính. Cơng việc này địi hỏi phải xét trên tất cả các phương diện liên quan đến liên hiệp đẩy tàu (Máy chính – Chân vịt – Vỏ tàu), và các tiêu chí quan trọng về sự làm việc của máy chính và sự hoạt động của tồn con tàu. Cụ thể là các tiêu chí như : Chỉ tiêu cơng suất (đảm bảo tốc độ tàu cho trước), chỉ tiêu tính cơ động của tàu, chỉ tiêu khối lượng – kích thước, chỉ tiêu độ tin cậy, điều kiện sống, hiệu quả kinh tế – nhiệt của máy chính …
Ø Đề xuất : Máy chính cĩ nhiệm vụ lai thiết bị đẩy liên kết với thân tàu để tạo
lực đẩy làm cho tàu di chuyển. Máy chính được lắp đặt trên bệ máy liên kết trực tiếp với vỏ đáy tàu, cơng việc lắp đặt phụ thuộc rất nhiều vào việc xác định vị trí
lắp đặt đúng máy trên bệ máy để máy chính cĩ thể làm việc tin cậy và hiệu quả hơn. Máy chính của tàu được thiết kế chọn trong giai đoạn thiết kế sơ bộ như giới thiệu gồm : 01 Máy chính 8300ZLCZA, Ne = 1500 Ps cĩ kích thước tổng thể L ´ B ´ H = 4960 ´ 1288 ´ 2630(mm), và một hệ trục chân vịt với trục chân vịt dài 5150mm. Do đĩ máy chính chỉ cĩ thể lắp sao cho đường tâm trục cơ trùng với đường tâm lý thuyết của hệ trục đã được xác định trong quá trình thiết kế vỏ tàu (chiều cao đường tâm lý thuyết so với đường chuẩn là H = 1600mm).
Kích thước chiều dài của buồng máy đã được chọn trong quá trình thiết kế sơ bộ được bố trí từ sườn 7 ¸ sườn 25, tức cĩ chiều dài là : L = 550´18 = 9900 (mm).
Tổng chiều dài chiếm chỗ của MC(máy chính) + KNM(khớp nối mềm) + HS(hộp số) là : L0 = LMC + LKNM + LHS (mm).
Với : LMC = 4339 (mm) – là chiều dài tính từ đầu bích trục ra máy chính tới đầu cùng phía lái của máy chính.
LKNM = 410 (mm) – là chiều dài khớp nối mềm. LHS = 1400 (mm) – chiều dài hộp số.
Như vậy : L0 = LMC + LKNM + LHS = 4339 + 410 + 1400 = 6149 (mm).
Khoảng cách mỗi sườn là 550 (mm), nên tổng số sườn bị chiếm chỗ khi lắp đặt máy chính – khớp nối mềm – hộp số là : 18 , 11 550 6149 550 0 = = = L n (sườn)
Dựa vào các thơng số trên kết hợp chiều dài trục chân vịt, tơi đề xuất các phương án lắp đặt máy chính như sau :
Phương án 1 : Lắp đặt máy chính từ sườn thứ 21 trở về lái (hình 2.1).
Phương án 2 : Lắp đặt máy chính lùi lại phía lái một khoảng sườn (0,550m) so
với phương án 1 (hình 2.2).
Phương án 3 : Lắp đặt máy chính dịch về phía mũi hai khoảng sườn (1,100m)
so với phương án 1 (hình 2.3).
Ø Tiêu chí lựa chọn : Do tàu thiết kế với cơng dụng là để chở hàng hĩa, để tạo
điều kiện cho tàu chở được nhiều hàng và cơng việc xếp dỡ hàng dễ dàng thuận tiện, người ta bố trí khoang hàng ở giữa tàu cịn buồng máy bố trí phía sau đuơi tàu. Buồng máy bố trí sau đuơi tàu sẽ rút ngắn được chiều dài hệ trục, thuận tiện trong việc bố trí lắp đặt sửa chữa hệ trục sau này. Nhưng việc bố trí này làm độ chìm đuơi tàu tăng lên khi tàu chạy khơng tải, máy chính làm việc nặng hơn so với phương án bố trí buồng máy ở giữa tàu nên làm giảm hiệu quả kinh tế, làm hạn chế kích thước khơng gian buồng máy, Chính các yếu tố này làm cho việc bố trí lắp đặt các máy mĩc thiết bị trở nên khĩ khăn hơn, cần phải tính tốn sao cho hợp lý hơn.
Với yêu cầu bố trí lắp đặt máy chính trong buồng máy phải đảm bảo thơng thống, cĩ lối đi lại ở hai đầu máy. Mục đích của việc bố trí này là để tiện cho việc thao tác vận hành, điều khiển, cũng như sữa chữa lắp đặt các máy mĩc thiết bị sau
này. Đặc biệt là phải đảm bảo các tiêu chí chung của tàu, máy chính hoạt động tin cậy, hiệu suất cao, đảm bảo tốc độ tàu cho trước, chỉ tiêu điều kiện sống, hiệu quả kinh tế – nhiệt của máy chính, …
2.2.1.2 Phân tích và lựa chọn các phương án lắp đặt máy chính.
Ø Phương án 1 : Lắp đặt máy chính từ Sườn 21 về lái trình bày trên hình 2.1.
Ưu điểm : Xét về các điều kiện cân bằng tàu được đảm bảo, thì yếu tố quan tâm đầu tiên trong việc lắp đặt máy chính là sao cho máy làm việc tin cậy, đảm bảo cơng suất (đảm bảo tốc độ tàu), và nâng cao hiệu suất sử dụng buồng máy. Phương án bố trí máy chính từ Sn21 trở về lái đảm bảo nâng cao được hiệu suất sử dụng buồng máy. Bởi vì phương án lắp đặt này tạo được hai khoảng trống ở đầu lái và đầu mũi của buồng máy (Llái = 1550mm, Lmũi = 2200mm), khoảng cách này đủ rộng để bố trí các thiết bị, cụm chi tiết và lối đi qua lại ở hai dầu rất thuận lợi trong việc lắp đặt, sửa chữa, thay thế các cụm chi tiết.
Máy chính và cụm truyền động được nối trực tiếp với trục chân vịt, khơng cĩ trục trung gian nên chiều dài hệ trục được rút ngắn giảm bớt tổn thất cơng suất trên đường trục, và đơn giản trong quá trình tốn lắp đặt, … Đặc biệt là sự phù hợp trong việc bố trí lắp đặt máy chính – trục chân vịt – chân vịt với kích thước kết cấu vỏ tàu bảo đảm liên hiệp đẩy tàu hoạt động tin cậy với hiệu suất cao.
Nhược điểm : Tuy nhiên phương án bố trí lắp đặt này trực tiếp ảnh hưởng đến kích thước lắp đặt trục chân vịt, chân vịt. Trục chân vịt được nhập cùng máy chính chiều dài lcv = 5150(mm), được thiết kế tính tốn theo kích thước buồng máy, vị trí bố trí chân vịt sau đuơi tàu, kết cấu động cơ và bộ truyền. Nếu thay đổi các kích thước lắp đặt này sẽ làm cho cơng việc lắp đặt sau này trở nên khĩ khăn, mà cịn làm thay đổi các thơng số làm việc của máy chính, làm giảm độ tin cậy của liên hiệp đẩy tàu trong hoạt động.
Ø Phương án 2 : Lắp đặt máy chính lùi lại phía lái một khoảng sườn (0,550m) so với phương án 1 (máy chính đặt từ sườn 20 trở về lái trình bày trên hình 2.2).
Ưu điểm : Phương án bố trí này làm tăng thêm thể tích chứa hàng cho tàu rất cần thiết cho loại tàu chở hàng, cũng rút ngắn được chiều dài hệ trục, thuận tiện cho việc lắp đặt – sửa chữa thay thế hệ trục sau này.
Nhược điểm : Vị trí trọng tâm buồng máy sẽ dịch về phía đuơi tàu nên việc cân bằng tàu sẽ khĩ khăn hơn, kéo theo đĩ là sự gia tăng độ chìm đuơi của tàu. Việc bố trí này làm độ chìm đuơi tàu tăng lên khi tàu chạy khơng tải, do đĩ máy chính làm việc nặng nề hơn so với phương án 1 nên làm giảm hiệu quả kinh tế.
Việc thay đổi cách bố trí sẽ ảnh hưởng rất lớn đến việc lắp đặt hệ trục sau này, cụ thể là chiều dài của hệ trục sẽ kéo dài lùi về phía lái, do đĩ vị trí lắp đặt của chân vịt trên trục so với vỏ tàu khơng đảm bảo : khoảng cách chân vịt với vỏ tàu tăng lên, khoảng cách chân vịt với trụ lái hẹp lại, … làm cho hiệu suất chân vịt giảm do hiện tượng rung động vỏ tàu, và sự dao động chân vịt khi làm việc do độ cơng
xơn chân vịt lớn. Điều này sẽ làm giảm tuổi thọ của trục chân vịt và các cụm chi tiết trục, tiêu biểu là bạc lĩt. Nĩ sẽ làm giảm hiệu suất và độ tin cậy của liên hiệp đẩy tàu so với phương án 1 . Do đĩ để đảm bảo tốc độ cho trước của tàu thì cơng suất của máy phải tăng lên, khi đĩ máy chính sẽ làm việc ở chế độ nặng tải hơn, dẫn đến liên hiệp Máy – Vỏ – Chân vịt sẽ cĩ sự thay đổi đáng kể do hiện tượng rung đợng vỏ tàu và sự hao mịn bạc lĩt tăng lên. Điều này sẽ làm giảm hiệu suất và độ tin cậy của liên hiệp đẩy tàu, đặc biệt là máy chính do sự khơng cân bằng giữa lực đẩy cĩ ích của chân vịt sản ra với sức cản vỏ tàu, và sự khơng cân bằng giữa cơng suất động cơ với cơng suất cần thiết của chân vịt. Sự khơng cân bằng giữa năng lượng sản ra và năng lượng tiêu thụ đã dẫn đến các thơng số làm việc của liên hiệp đẩy tàu khơng phải là hằng số mà thay đổi theo thời gian. Bởi vì quy luật của chúng phụ thuộc vào quá trình tương tác của tất cả các bộ phận của liên hiệp.
Ngồi ra cịn ảnh hưởng tới tính kinh tế là làm tăng lượng tiêu thụ nhiên liệu, điều kiện vi khí hậu trong buồng máy sẽ tăng lên tác đợng trực tiếp lên cơng nhân, thợ máy, …
Cịn nếu cơng suất máy chính vẫn giữ nguyên thì tốc độ của tàu khơng đảm bảo do hiệu suất đẩy của chân vịt giảm. Khi đĩ tính cơ động, xoay trở của tàu sẽ bị hạn chế khơng đạt được như thiết kế.
Ø Phương án 3 : Lắp đặt máy chính dịch về phía mũi hai khoảng sườn (1,1m) so với phương án 1. (máy chính đặt từ sườn 23 trở về lái trình bày trên hình 2.3).
Trong phương án này để đảm bảo kết cấu lắp ghép giữa máy chính, hộp số, trục chân vịt, chân vịt thì khoảng cách giữa chân vịt và vỏ tàu sẽ khơng phù hợp, và khơng thể lắp chân vịt được. Ta sẽ khơng bố trí lắp đặt được hệ trục chân vịt, nhất là lắp chân vịt vào trục vì khơng đảm bảo khoảng cách giữa chân vịt với vỏ tàu nếu khơng bố trí trục và gối đỡ trung gian.
Ưu điểm : Tăng kích thước khơng gian buồng máy ở phía lái buồng máy tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí lắp đặt các thiết bị cũng như khơng gian rộng rãi để thao tác vận hành, sửa chữa và thay thế sau này.
Độ chìm đuơi của tàu sẽ giảm, và việc bố trí cân bằng tàu sẽ dễ dàng hơn so với hai phương án trên do trọng tâm của buồng máy dịch về gần trọng tâm tàu. Khi đĩ máy chính sẽ hoạt động với hiệu suất nhẹ nhàng hơn, đạt được hiệu quả kinh tế – nhiệt của động cơ.
Nhược điểm : Khi bố trí theo phương án này (cần cĩ trục và gối đỡ trung gian) thì chiều dài hệ trục chân vịt sẽ tăng lên, do đĩ cơng suất cĩ ích chân vịt nhận được do máy chính truyền đến chân vịt sẽ giảm do tổn thất cơng suất trên đường trục tăng. Hiêu suất đẩy tàu của liên hiệp đẩy tàu sẽ giảm. Nên để đảm bảo tốc độ tàu thì cơng suất máy chính tạo ra phải tăng lên, điều này sẽ làm giảm hiệu quả kinh tế – nhiệt của động cơ. Và sự cĩ thêm một hoặc hai phần tử trên sẽ làm giảm đi mức độ tin cậy của liên hiệp đẩy tàu.
Tuy kích thước khơng gian phía lái buồng máy sẽ bảo đảm 2650mm, nhưng khoảng cách từ đầu mũi máy chính tới vách mũi buồng máy bằng 1100(mm) là hơi hẹp để bố trí lối đi lại. Đặc biệt là để lắp đặt các thiết bị, vì việc bố trí lắp đặt gần vách mũi sẽ giúp cho việc cân bằng tàu dễ dàng hơn. Nếu để đảm bảo vấn đề trên thi sẽ tăng kích thước buồng máy về phía mũi và sẽ làm giảm kích thước khoang hàng.
2.2.1.3 Kết luận phương án chọn :
Căn cứ vào các tiêu chí lựa chọn đã nêu trên, kết hợp với tính hợp lý và ưu – nhược điểm của 3 phương án đã phân tích, tơi chọn phương án lắp đặt máy chính trong buồng máy là “Phương án 1: Lắp đặt máy chính từ Sườn 21 trở về lái trình bày trên hình 2.1”.
Phương án lắp đặt máy chính được bố trí từ Sườn 21 đến Sườn 10 + 100mm về phía lái (theo kích thước chiếm chỗ của máy chính – khớp nối mềm – hộp số). Máy chính được đặt trên bệ máy, tâm trục cơ máy chính cách đường chuẩn là : H = 1600mm (chiều cao của đường tâm lý thuyết). Bố trí máy chính sao cho khoảng cách từ vách lái buồng máy tới mặt đầu của bích đầu ra máy chính là 3300 (mm), và mặt đầu của bích đầu ra hộp số là 1550 (mm).
2.2.2 Hệ trục chân vịt.
2.2.2.1 Thiết lập và chọn phương án bố trí hệ trục chân vịt.
Cơng việc thiết lập và chọn phương án bố trí lắp đặt hệ trục chân vịt là rất quan trọng trong quá trình thiết kế kỹ thuật lắp đặt hệ động lực cho con tàu, nĩ quyết định đến phương án bố trí máy chính, nhất là đối với các trường bố trí lắp đặt hệ trục trước sau đĩ mới lắp máy chính. Nhưng trong phương án bố trí lắp đặt hệ đơng lực cho tàu hàng khơ Kiến Hưng, tơi lựa chọn phương án bố trí lắp đặt máy chính trước sau đĩ mới lắp bố trí lắp đặt hệ trục chân vịt. Chính vì lý do này nên phương án bố trí lắp đặt hệ trục chân vịt phải bố trí sao cho phù hợp phương án bố