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 trí lắp đặt máy chính, đảm bảo chiều dài hệ trục và các khoảng cách lắp ghép các cụm chi tiết, đặc biệt là khoảng cách giữa chân vịt với vỏ tàu.
Các kích thước cơ bản :
- Chiều dài tổng thể của trục chân vịt : Lt = 5150 ± 2 (mm). - Chiều dài may ơ chân vịt : Lcv = 550 (mm).
- Chiều dài nắp xuyên vịng (đai ốc hãm chân vịt) là : 230 (mm).
- Khoảng cách từ bích đầu ra hộp số tới vách lái buồng máy là : 1550 (mm), (theo phương án lắp đặt máy chính).
Như vậy căn cứ vào vị trí bố trí máy chính trong buồng máy, kích thước chiều dài trục chân vịt (vì hệ trục khơng bố trí trục trung gian), kích thước buồng máy và các khoang – két – vách – vịm đuơi tàu, …, đặc biệt là kích thước kết cấu trục chân vịt được nhập cùng với máy chính. Tơi chỉ đưa ra một phương án bố trí lắp đặt trục chân vịt như sau :
Phương án bố trí lắp đặt : (Xem bản vẽ BỐ TRÍ HỆ TRỤC TKT140A).
- Đường tâm hệ trục cách đường chuẩn một khoảng là H = 1600(mm). - Bố trí lắp chân vịt : Khoảng cách từ mặt đầu may ơ (phía mũi) đến tơn
vỏ đuơi tàu là 380(mm).
- Bố trí các gối đỡ trục chân vịt : Gối đỡ phía lái đặt từ vách sườn 4 đến mặt ngồi tơn vỏ đuơi tàu; gối đỡ phía mũi đặt tại vách sườn 7
2.2.2.2 Phân tích phương án bố trí lắp đặt hệ trục chân vịt.
Ø Bố trí đường tâm hệ trục :
Việc bố trí đường tâm hệ trục và độ chốn chỗ của nĩ được quy định một mặt bởi kích thước chốn chỗ và việc bố trí chân vịt tương quan với thân tàu, và bố trí lắp đặt máy chính và truyền động bên trong buồng máy. Phương án bố trí đường tâm hệ trục được xác định ngay trong quá trình thiết kế vỏ tàu : chiều cao đường tâm hệ trục là H = 1600(mm), ngồi ra cịn bố trí lắp chân vịt trên trục, các gối đỡ,…
Ø Bố trí lắp chân vịt :
Khi bố trí chân vịt cần đặc biệt chú ý đến việc đảm bảo đủ khoảng cách giữa chân vịt với thân tàu. Nĩi chung khoảng cách giữa mép ngồi chân vịt và thân tàu tại vị trí bất kỳ khơng được nhỏ hơn 0,083D (đối với tàu một chân vịt). Như vậy phải bố trí lắp đặt hệ trục sao cho khoảng cách giữa chân vịt và vỏ tàu phải lớn hơn hoặc bằng 0,083 ´ 2,39 » 198,37 (mm), với đường kính chân vịt D = 2,39m. Việc đảm bảo đủ khoảng cách này khơng chỉ cĩ ý nghĩa đối với việc đạt được giá trị tối ưu của hệ số ảnh hưởng của thân tàu, mà cịn đối với việc tạo ra vùng tốc độ cĩ lợi và giảm tương ứng biên độ thay đổi chu kỳ của các lực thủy động xuất hiện khi chân vịt làm việc.
Ø Bố trí lắp ráp các gối đỡ, trục trung gian :
Trên cơ sở thiết kế lựa chọn máy chính và bố trí hệ trục ở giai đoạn thiết kế sơ bộ và phương án lắp đặt máy chính, ta bố trí lắp đặt các gối đỡ trên kết cấu thân tàu khi khơng cĩ trục trung gian:
- Gối đỡ phía lái bố trí từ Sn4 tới mặt ngồi tơn vỏ đuơi tàu. - Gối đỡ phía mũi bố trí tại vách lái buồng máy (tại sườn 7).