· Web viewVan đáy và mạn được bố trí tại hộp nước ở đáy và mạn để...

TRƯỜNG ĐẠI HỌC THUỶ SẢNKHOA CƠ KHÍ

HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ

THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU CÁ

BIÊN SOẠN: NGUYỄN ĐÌNH LONG

Chương I : NỘI DUNG VÀ NHIỆM VỤ CỦA QUÁ TRÌNH THIẾT KẾ THIẾT BỊ

NĂNG LƯỢNG TÀU THUỶ

I.1- Vai trò, vị trí của Thiết bị năng lượng trên con tàu

Thiết bị năng lượng tàu là tổ hợp các trang thiết bị (các động cơ nhiệt, máy móc, thiết

bị, đường ống và hệ thống), được dùng để biến năng lượng của nhiên liệu thành cơ năng,

điện năng và nhiệt năng và chuyển chúng đến các hộ tiêu dùng nhằm đảm bảo được các điều

sau:

- Đảm bảo tàu chạy an toàn và tin cậy.

- Đảm bảo sự làm việc bình thường của máy móc trong buồng máy, máy móc và trang

thiết bị mặt boong.

- Đảm bảo việc chiếu sáng bằng điện.

- Đảm bảo sự hoạt động của các phương tiện hàng hải, sự điều khiển máy móc, hệ

thống tín hiệu và tự động.

- Đảm bảo nhu cầu chung trên tàu và nhu cầu sinh hoạt của người đi tàu.

- Đảm bảo việc thực hiện các công đoạn sản xuất trên các tàu chuyên dùng.

I.2- Nhiệm vụ cơ bản của việc thiết kế thiết bị năng lượng tàu

1- Thiết kế được xem như việc tìm kiếm các giải pháp kỹ thuật tối ưu

Cần coi quá trình thiết kế như là một trong những giai đoạn hoạt động sáng tạo của

con người (yêu cầu trình độ kỹ sư phải có khả năng thiết kế) nhằm tạo ra những đối tượng

vật chất mới. Những đối tượng vật chất này đáp ứng được yêu cầu của thực tế sản xuất và

đời sống. Chính những đòi hỏi thực tế là bài toán đặt ra đối với người làm công tác thiết kế.

Các bài toán này cho phép có nhiều cách giải. Mỗi cách giải này được gọi là phương án giải

quyết.

Mục đích chính của việc thiết kế là vạch ra và cụ thể hoá các giải pháp kỹ thuật và

chọn ra phương án tối ưu, phù hợp với bài toán đặt ra. Kết quả cuối cùng là đưa ra thông tin

thiết kế, trên cơ sở đó có thể chế tạo được đối tượng vật chất mới.

Việc thiết kế cần đảm bảo khả năng thực hiện các giải pháp kỹ thuật, nghĩa là đảm

bảo tính tương hợp của các đặc tính kỹ thuật của đối tượng mới và sự thích ứng của các giải

pháp kỹ thuật với mức phát triển của khoa học kỹ thuật, cũng như khả năng thực tiễn của

nền sản xuất.

2- Yêu cầu kỹ thuật – vận hành đối với TBNL tàu

Khi thiết kế TBNL tàu cần phải đảm bảo thoả mãn các yêu cầu cơ bản sau:

a) TBNL tàu phải kinh tế, nghĩa là giá thành đóng mới và các chi phí vận hành nó phải thấp

nhất.

b) TBNL chính cần phải đảm bảo được tốc độ tàu cho trước, có chất lượng cơ động tốt ở tất

cả các chế độ chạy tàu và có tuổi bền cao.

c) Đảm bảo cung cấp đủ các dạng năng lượng khác nhau cho các hộ tiêu dùng với tính kinh

tế cao trong quá trình biến đổi năng lượng.

d) Các quá trình điều kiện và điều chỉnh phải được áp dụng từ xa và tự động hoá.

e) TBNL tàu phải tin cậy, nghĩa là xác suất làm việc không hỏng hóc ở mức tối ưu, đòi hỏi

thời gian khắc phục những trục trặc ít nhất và đảm bảo khả năng làm việc trong các trường

hợp sự cố.

g) Khi làm việc không gây tác động độc hại đến người vận hành, người đi tàu và không gây

ô nhiễm môi trường xung quanh.

h) Có kích thước và khối lượng nhỏ.

Tuỳ thuộc vào kiểu loại và công dụng tàu, có thể có thêm các yêu cầu đặc biệt đối

với TBNL tàu.

3 - Các chỉ tiêu kỹ thuật cơ bản của TBNL tàu

TBNL tàu được thiết kế phải đảm bảo tốt các chỉ tiêu sau:

a) Chỉ tiêu công suất.

b) Chỉ tiêu tính cơ động.

c) Khả năng hoạt động độc lập.

d) Chỉ tiêu kích thước và khối lượng.

đ) Chỉ tiêu độ tin cậy.

e) Chỉ tiêu điều kiện sống.

Ngoài ra, TBNL tàu còn phải có các chỉ tiêu hiệu quả kinh tế – nhiệt tốt.

1.3 – Xác định kiểu TBNL tàu khi thiết kế. Chuẩn hoá khi thiết kế

1 – Thông tin ban đầu để chọn kiểu TBNL

Việc xác định kiểu TBNL khi thiết kế tàu là tiền đề của việc chọn kiểu loại và số

lượng thiết bị đẩy và động cơ chính, phương pháp đảo chiều và kiểu truyền động chính, sơ

đồ nguyên lý nhiệt, các thông số cơ bản của nó, phương pháp đảm bảo năng lượng của máy

phụ và các hộ tiêu thụ khác, cũng như việc chọn phương pháp chăm sóc, bảo dưỡng thiết bị

và mức độ tự động hoá của nó.

Các tư liệu cơ bản cần sử dụng để cụ thể hoá các yêu cầu đối với thiết bị của tàu

được thiết kế và việc chọn kiểu loại của nó bao gồm như sau:

- Kiểu loại và công dụng tàu.

- Tốc độ tàu ở các chế độ hành trình chủ yếu.

- Vùng hoạt động, tầm hoạt động và khả năng hoạt động độc lập của tàu.

- Các phần tử chính của tàu được xác định lần thứ nhất, số lượng và kiểu loại thiết bị

đẩy, công suất yêu cầu của TBNL tàu.

- Các số liệu áng chừng đặc trưng cho chế độ làm việc của TBNL tàu khi chạy và đậu

bến, độ lâu của chế độ chạy tàu và đậu bến trung bình năm.

- Tính hàng loạt theo kế hoạch và tốc độ đóng tàu.

- Danh mục và các đặc tính kỹ thuật của trang thiết bị cơ bản của TBNL tàu hoàn

chỉnh và được lựa chọn theo hướng hoàn chỉnh.

Trong một chừng mực nhất định, các tư liệu đã nêu trên được xác định trong quá

trình phác thảo nhiệm vụ thiết kế. Có thể nhận được một vài tư liệu trong chúng bằng cách

chọn và hệ thống hoá các số liệu thông tin tương ứng.

2 – Xác định kiểu TBNL tàu cho tàu thiết kế

Việc chọn kiểu TBNL cho tàu thiết kế được tiến hành trên cơ sở nghiên cứu thiết kế

và đánh giá so sánh một loạt các phương án có thể thoả mãn các yêu cầu đặt ra. Trong đa số

các trường hợp người ta chỉ chọn chỉ tiêu hiệu quả kinh tế làm chính. Đôi khi người ta chọn

chỉ tiêu khác, như trường hợp trên các tàu cỡ nhỏ, người ta chọn chỉ tiêu kích thước và khối

lượng làm chính.

Trên hạm tàu cá người ta sử dụng kiểu TBNL điêden.

Trong quá trình nghiên cứu xây dựng các phương án khả thi, việc nghiên cứu tường

tận đối tượng đã có (tàu mẫu) là điều cần thiết. Từ đó, có thể xây dựng được phương án tối

ưu.

Có thể tiến hành nghiên cứu các phương án TBNL tàu đem ra so sánh theo các một

trong các điều kiện sau:

1/ Đối với các phương án thì công suất TBNL tàu và khả năng hoạt động độc lập của tàu

được giữ không đổi. Lúc này, lượng chiếm nước và tốc độ tàu có thể thay đổi tuỳ thuộc sự

thay đổi các chỉ tiêu khối lượng TBNL tàu và dự trữ năng lượng.

2/ Đối với tất cả các phương án, các phần tử chính, lượng chiếm nước, tốc độ và tính độc

lập của tàu được giữ không đổi. Lúc này, công suất TBNL và trọng tải có ích của tàu có thể

thay đổi tuỳ thuộc vào sự thay đổi của hiệu suất đẩy, các chỉ tiêu khối lượng TBNL tàu và

dự trữ năng lượng.

3/ Đối với tất cả các phương án, trọng tải có ích, tốc độ và tính độc lập của tàu được giữ

không đổi. Lúc này, lượng chiếm nước của tàu và công suất TBNL tàu có thể thay đổi.

Cần tiến hành đánh giá lần cuối các phương án được nghiên cứu bằng cách so sánh

chúng với nhau và so sánh với TBNL của tàu đã có (tàu mẫu).

3 – Kiểu thiết bị đẩy và số lượng của chúng

Hiện tại, chân vịt chiếm ưu thế trong việc sử dụng làm thiết bị đẩy tàu, đặc biệt đối

với tàu cá.

Kiểu thiết bị đẩy, các tính năng kỹ thuật của chúng, số lượng và cách bố trí có ảnh

hưởng đáng kể đến việc chọn kiểu động cơ chính, truyền động chính, cũng như việc bố trí

thiết bị.

Chân vịt có bước xoắn cố định có số cánh từ (26), đường kính đạt đến 9m, công

suất lớn nhất truyền đến nó đối với thiết bị một trục khoảng 35.000 kW và đối với thiết bị

nhiều trục khoảng 50.000 kW.

Chân vịt có bước xoắn thay đổi được sử dụng trên các tàu thường xuyên làm việc ở

chế độ cơ động. Mặc dù kết cấu tương đối phức tạp và giá thành cao, nhưng lĩnh vực áp

dụng của chúng được mở rộng không ngừng. Loại chân vịt này đảm bảo khả năng sử dụng

triệt để công suất của động cơ chính ở các chế độ chạy tàu khác nhau, nâng cao chất lượng

cơ động của tàu, đơn giản hoá việc điều khiển thiết bị, tạo khả năng thực hiện dễ dàng việc

trích công suất từ động cơ chính để dẫn động các máy phát ở trạm điện tàu. Chân vịt biến

bước có số cánh từ (34), ứng với công suất cần truyền từ (20.00025.000) kW.

Chân vịt có ống đạo lưu được trang bị trên các tàu cao tốc, tàu cá, tàu kéo, nó cho

phép nhận được lực đẩy bổ sung và gia tăng hiệu suất chân vịt, đặc biệt trong trường hợp

đường kính chân vịt nhỏ hơn giá trị tối ưu. Việc sử dụng chân vịt có ống đạo lưu còn góp

phần cải thiện điều kiện làm việc của chân vịt khi có sóng và làm giảm lực thuỷ động thay

đổi, xuất hiện khi chân vịt làm việc.

Ngoài ra, người ta đang chú ý nhiều đến việc sử dụng các chân vịt đồng trục quay

ngược chiều nhau. Chúng có hiệu suất cao hơn và cho phép triệt tiêu các mômen phản lực

không tự điều hoà. Trở ngại chính của việc sử dụng loại chân vịt này là tính phức tạp về kết

cấu của hệ trục và truyền động chính.

Hiện tại, còn tồn tại vấn đề bố trí các chân vịt để có hiệu suất cao. Thông thường,

chân vịt được bố trí sau vòm đuôi tàu. Ở cách bố trí này có nhược điểm là các khe hở giữa

chân vịt và vỏ tàu bị giới hạn, điều này khiến cho giá trị áp lực thuỷ động thay đổi rất nhiều.

Hơn nữa, nếu khe hở này không thích hợp sẽ dẫn đến hiện tượng gây rung động vỏ tàu.

Phổ biến hơn cả là loại chân vịt một trục. Nó có ưu điểm là hiệu suất đẩy cao, các chỉ

tiêu khối lượng và kích thước tốt, đơn giản và thuận tiện phục vụ và có hiệu quả kinh tế cao.

Khi sử dụng thiết bị nhiều trục (nhiều chân vịt) cần giải quyết những vấn đề sau:

- Phân phối công suất giữa các chân vịt.

- Nâng cao chất lượng cơ động tàu và đặc biệt là đảm bảo tính điều khiển của tàu ở

hành trình lùi.

- Nâng cao sức sống của TBNL tàu.

Trong số các thiết bị nhiều trục thì thiết bị hai trục được sử dụng phổ biến hơn cả.

4 – Kiểu động cơ và truyền động chính

Các yếu tố sau ảnh hưởng đáng kể đến việc chọn kiểu động cơ và truyền động chính:

- Kiểu loại và công dụng tàu.

- Công suất thiết bị đẩy và bộ bão hoà năng lượng của tàu.

- Khả năng hoạt động độc lập của tàu.

- Các đặc tính và độ lâu tương đối của chế độ hành trình chủ yếu.

- Các yêu cầu đối với chất lượng cơ động tàu.

Ngoài ra, kiểu truyền động chính còn phụ thuộc vào kiểu cơ động chính.

5 – Mức độ tự động hoá TBNL tàu

Tự động hoá TBNL tàu là vấn đề được đặt ra đối với các nhà nghiên cứu, thiết kế,

đóng mới và sử dụng tàu thuyền. Tuỳ theo cỡ loại và công dụng tàu mà TBNL của nó được

trang bị điều khiển từ xa và tự động hoá ở mức độ khác nhau.

Mục đích của việc ứng dụng tự động hoá là:

- Giảm bớt chi phí lao động phục vụ TBNL tàu.

- Cải thiện điều kiện làm việc của đội máy.

- Đảm bảo các chế độ làm việc thuận tiện của trang thiết bị của TBNL tàu, nâng cao

hiệu suất và độ tin cậy của nó.

- Nâng cao tính cơ động của TBNL tàu.

6 – Tiêu chuẩn hoá khi thiết kế

Tiêu chuẩn hoá được áp dụng khi thiết kế nhằm đảm bảo tính kinh tế tối ưu. Các

dạng đặc trưng của tiêu chuẩn hoá là tiêu chuẩn, sự thống nhất hoá, điển hình hoá và tổ hợp

hoá (ghép bộ).

Nhiệm vụ cơ bản của tiêu chuẩn hoá là nâng cao chất lượng sản phẩm chế tạo, lắp

ráp trong khi giảm bớt đồng thời cả thời gian và giá thành thiết kế, chế tạo, lắp ráp và sửa

chữa.

Chương II: TÁC ĐỘNG TƯƠNG HỖ GIỮA MÁY CHÍNH VÀ THIẾT BỊ ĐẨY

2.1 – Công suất của TBNL chính

Công suất của TBNL chính được xác định phụ thuộc vào tốc độ tàu, sức cản thân tàu

khi chuyển động với tốc độ đã cho, kiểu truyền động và thiết bị đẩy.

1 – Công suất kéo

Công suất kéo được xác định bằng biểu thức:

, ML ( hay , kW) (2.1)

Trong đó:

R – Sức cản thân tàu khi chuyển động trong nước với tốc độ V, kG.

V – Tốc độ tàu, m/s.

Sức cản thân tàu bao gồm các thành phần sau:

, kG (2.2)

Trong đó:

- Sức cản ma sát, kG;

- Sức cản hình dạng, kG;

- Sức cản sinh sóng, kG;

- Sức cản phần lồi, kG;

- Sức cản của không khí đối với phần nhô trên mặt nước, kG.

Tổng sức cản , kG được gọi là sức cản dư.

Đối với tàu đánh cá lưới kéo, khi kéo lưới, sức cản của cả hệ thống tàu và lưới được

tính như sau:

, kG

Trong đó:

- Sức cản của thân tàu, kG;

- Sức cản của lưới, kG.

Sức cản là hàm số của tốc độ.

Hiện tại có nhiều phương pháp tính sức cản. Đó là các phương pháp tính gần đúng.

Mỗi phương pháp có phạm vi áp dụng nhất định.

2- Công suất truyền đến thiết bị đẩy

Xét trường hợp tổng quát, thiết bị có nhiều trục và được bố trí với các góc nghiêng

và góc lệch (so với mặt phẳng cơ bản và mặt phẳng cắt dọc giữa tàu) khác không

.

Lực đẩy do thiết bị đẩy tạo ra có quan hệ với sức cản vỏ tàu hoặc lực đẩy có ích qua

công thức tổng quát sau:

, kG (2.4)

Trong đó:

t- Hệ số hút;

– Lực đẩy do chân vịt thứ i tạo ra, kG;

, – Các góc nghiêng và góc lệch tương ứng của đường trục thứ i.

Rõ ràng là:

, kG (2.5)

Trong đó:

– Lực đẩy có ích của chân vịt thứ i, kG.

, kG (2.6)

Lưu ý rằng khi tàu kéo lưới thì:

lv

n

iie RRP

1, kG (2.7)

Trường hợp thì:

, kG (2.8)

Và khi n = 1 (thiết bị một trục) thì:

, kG (2.9)

Công suất cần truyền đến chân vịt thứ i:

, ML (2.10)

Trong đó:

- Hiệu suất động lực, xuất hiện khi chân vịt làm việc với thân tàu, được xác định

bởi công thức:

(2.11)

( )

Trong đó:

– Hiệu suất của chân vịt làm việc trong nước tự do;

– Hiệu suất thân tàu (hệ số ảnh hưởng của thân tàu), (với - Hệ số

dòng theo), thông thường ;

– Hiệu suất xoáy, xuất hiện do sự thay đổi mômen chân vịt tạo ra trong điều kiện

thực tế so với khi làm việc trong nước tự do, . Để thuận tiện trong tính

toán, người ta thường nhận .

Hiệu suất chân vịt phụ thuộc vào kiểu chân vịt và tốc độ quay của nó.

Hiệu suất thân tàu phụ thuộc vào hình dạng thân tàu.

Hiệu suất xoáy phụ thuộc vào sự thay đổi mômen so với trường hợp làm việc

trong nước tự do.

3- Công suất của động cơ chính

Khi xác định công suất của động cơ chính từ công suất cần truyền đến chân vịt

, người ta tính đến các tổn thất trên đường trục, bộ truyền, điều kiện vi khí hậu trong

buồng máy, cũng như phần công suất dự trữ cần thiết.

Theo đó, công suất của động cơ chính làm việc với chân vịt thứ i được xác định theo

công thức:

, ML (2.12)

Trong đó:

– Hiệu suất đường trục, , với hệ trục ngắn - ;

- Hệ số dự trữ công suất, ;

– Hiệu suất môi trường, ;

– Hiệu suất bộ truyền (hộp số). Tuỳ theo dạng truyền động mà có giá trị như

sau:

Truyền động bánh răng 1 cấp ;

Truyền động bánh răng hai cấp ;

Truyền động điện dòng một chiều ;

Truyền động điện dòng xoay chiều ;

Truyền động thuỷ lực thuỷ động ;

Truyền động thuỷ lực thể tích ;

Qua khớp nối điện ;

Qua khớp nối thuỷ lực ;

Khi có vài động cơ chính cùng truyền công suất cho một chân vịt thì Nei là tổng công

suất của các động cơ chính đó.

Trường hợp dự tính trích công suất từ động cơ chính để lai máy móc phụ thì công

suất của động cơ chính được xác định như sau:

, ML (2.13)

Trong đó:

Nk – Tổng công suất các máy móc phụ do động cơ chính thứ i lai, ML.

Khả năng trích công suất từ đầu tự do của động cơ chính được nhà chế tạo cho trước

đối với từng loại động cơ và phương án dẫn động (phương án trích).

2.2- Đặc tính tải – tốc độ của chân vịt và của động cơ chính

1- Đặc tính chân vịt

Lực đẩy, mômen quay, công suất yêu cầu và hiệu suất là các đại lượng cơ bản đặc

trưng cho sự làm việc của chân vịt.

Lực đẩy do chân vịt tạo ra để đẩy tàu được xác định theo công thức:

, kG (2.14)

Trong đó:

– Hệ số không đều lực đẩy của chân vịt;

D- Đường kính của chân vịt, m;

– Tốc độ quay của chân vịt, v/s;

- Mật độ của nước, kGs2/m4.

Mômen quay của chân vịt được xác định theo công thức:

, kGm (2.15)

Trong đó:

– Hệ số không đều mômen của chân vịt.

Công suất cần truyền đến chân vịt (chưa kể đến ảnh hưởng của thân tàu) có thể được

xác định theo mômen như sau:

, ML (2.16)

Hiệu suất của chân vịt

(2.17)

Trong đó:

– Bước trượt tương đối của chân vịt

(2.18)

- Tốc độ của chân vịt trong nước tự do, m/s;

- Hệ số trượt của chân vịt;

V- Tốc độ tàu, m/s.

Các giản đồ xây dựng theo , và p phụ thuộc vào bước trượt p đặc trưng cho

sự làm việc của chân vịt và cho phép xác định lực đẩy, mômen quay và hiệu suất của nó ở

các chế độ làm việc khác nhau.

Đồ thị tác dụng của chân vịt trong nước tự do được thể hiện trên hình 2.1.

Hình 2.1 – Đồ thị tác dụng của chân vịt trong nước tự do

Khi thì 1K , đạt cực đại và .

Khi p tăng thì 1K , 2K giảm, còn tăng đến giá trị cực đại tại một trị số p nhất

định, rồi sau đó giảm nhanh đến trị số .

Khi 01 K ứng với ( DH11 được gọi là tỉ số bước lực bằng không,

còn được gọi là bước lực đẩy bằng không hoặc bước thuỷ động). Khi tỉ số bước đạt đến

giá trị 22 DH thì hệ số mômen 02 K .

Chân vịt ở chế độ này làm việc với mômen bằng không và được gọi là tỉ số bước

mômen bằng không, còn 2H là bước mômen bằng không.

Rõ ràng trong phạm vi chân vịt làm việc tạo được lực đẩy và mômen dương,

còn trong phạm vi 21 p chân vịt không thể làm việc như một thiết bị đẩy vì lực đẩy

. Khi , chân vịt làm việc ở chế độ tuabin, chẳng hạn như giai đoạn đầu của sự đảo

chiều.

Các hệ số lực đẩy và hệ số mômen 2K phụ thuộc vào các phần tử cơ bản của chân

vịt: Tỉ số bước , tỉ số mặt đĩa , số cánh , cũng như chế độ làm việc của chân vịt và

đặc tính hình học của nó.

Ở chân vịt có bước xoắn cố định (chân vịt định bước), các điều kiện làm việc của

chân vịt, độ trượt của nó, hệ số trượt, cũng như các hệ số và thay đổi cùng với sự

thay đổi của các điều kiện ngoài.

Vì vậy: (2.19)

Tỉ số bước thay đổi gây nên sự thay đổi cơ bản của các đặc tính công tác của chân

vịt.

Hình 2.2 – Ảnh hưởng của tỉ số bước đối với đặc tính chân vịt

Trên hình 2.2, giới thiệu đặc tính công tác của 3 chân vịt có đặc tính hình học giống

nhau, chỉ có tỉ số bước khác nhau. Tỉ số bước càng tăng, các đường hệ số lực đẩy, hệ số

mômen và hiệu suất dịch về phía phải. Hiệu suất của chân vịt có bước lớn hơn ở cùng một

hệ số tịnh tiến p nhỏ hơn, nhưng hiệu suất cực đại thực tế càng lớn khi bước càng lớn.

Trong thực tế, tỉ số bước thay đổi trong khoảng (0,50 2,00).

Khi càng giảm tỉ số mặt đĩa thì hiệu suất chân vịt càng tăng (nếu như không xuất

hiện sủi bọt). Tỉ số mặt đĩa thay đổi trong phạm vi (0,31,2). Rõ ràng, nếu không bị giới

hạn bởi những điều kiện khác, tỉ số mặt đĩa càng nhỏ càng tốt.

Tốc độ quay của chân vịt càng tăng thì hiệu suất càng giảm.

Khi thiết kế TBNL tàu, chọn thiết bị đẩy và tốc độ quay tối ưu của nó, người ta sử

dụng các đặc tính tải – tốc độ của chân vịt (đặc tính chân vịt). Đó chính là sự phụ thuộc của

công suất truyền đến chân vịt hoặc mômen xoắn vào tốc độ quay hoặc tốc độ của tàu.

Người ta thường thể hiện một cách gần đúng mômen quay và công suất của chân vịt

qua tốc độ quay của nó như sau:

, kGm (2.20)

, ML (2.21)

Trong đó: và là hàm số của .

Trong khi thiết kế TBNL tàu và chọn chân vịt, người ta sử dụng họ các đặc tính chân

vịt tương ứng với:

- Chế độ chạy tàu tính toán ở mớn nước đã cho trong nước yên tĩnh và sâu, lúc này, động cơ

chính phát ra công suất bằng giá trị định mức.

- Chế độ chạy tàu vận hành.

- Các chế tải bộ phận đối với hành trình của tàu ở vài giá trị mớn nước.

- Chế độ tốc độ lớn nhất.

- Chế độ buộc tàu.

Việc xác định giá trị bước trượt tương đối phải tương ứng với mỗi một trong các

chế độ hoạt động của tàu đã nêu trên.

2 – Đặc tính động cơ Điêden

Người ta xây dựng các đặc tính động cơ từ kết quả thử nghiệm (khảo nghiệm) động

cơ trên bệ thử nhờ các công thức sau:

Công suất của động cơ được xác định theo công thức:

, ML (2.22)

Trong đó:

i – Số xlanh của động cơ;

- Hệ số kì, = 1 đối với động cơ 2 kì,

= 0,5 đối với động cơ 4 kì;

– Áp suất có ích trung bình, Mpa;

–Tốc độ quay của động cơ, v/ph;

– Hằng số của động cơ, ,

D - Đường kính xilanh, cm,

S – Hành trình pittông, m.

Mômen của động cơ được xác định theo công thức:

, kGm (2.23)

Đối với động cơ Điêden dùng làm máy chính dưới tàu có các đặc tính động cơ và đặc

tính chân vịt tạo nên miền công suất có thể sử dụng của động cơ và miền các chế độ làm

việc của liên hợp Máy – Thân tàu – Chân vịt (hình 2.3)

Hình 2.3 – Đặc tính động cơ và đặc tính chân vịt. Miền công suất sử dụng và miền các chế

độ làm việc của liên hợp Máy – Thân tàu – Chân vịt

1- Đặc tính ngoài công suất cực đại.

2- Đặc tính ngoài công suất định mức.

3- Đặc tính ngoài công suất vận hành.

4- Đặc tính giới hạn theo mômen xoắn (trường hợp động cơ không tăng áp).

5- Đặc tính ngoài giới hạn theo ứng suất nhiệt – mômen xoắn (trường hợp động cơ tăng áp)

6- Đặc tính chân vịt theo tính toán.

7- Đặc tính điều tốc.

8- Đặc tính tốc độ quay thấp nhất ổn định.

9- Đặc tính tốc độ quay vận hành nhỏ nhất.

10 - Đặc tính công suất nhỏ nhất làm việc lâu dài.

11- Đặc tính chân vịt khi buộc tàu.

12- Đặc tính chân vịt khi tàu chạy không hàng

Miền công suất sử dụng của động cơ

Miền các chế độ làm việc của liên hợp Máy chính – Thân tàu – Chân vịt

2.3- Sự phối hợp làm việc giữa đặc tính động cơ và đặc tính chân vịt

Khi xác định các điều kiện làm việc đồng thời của động cơ và chân vịt với thân tàu,

người ta phối hợp các đặc tính của động cơ với đặc tính chân vịt trên cùng một hệ toạ độ

(Hình 2.3). Từ đó có thể xác định được điểm làm việc của liên hợp Máy – Thân tàu – Chân

vịt, cũng như chọn chế độ làm việc hợp lý cho liên hợp.

Tỷ số công suất và mômen khi thay đổi các điều kiện bên ngoài với các giá trị định

mức của chúng ở tốc độ quay không đổi được gọi là sự gia trọng của đặc tính chân vịt:

khi n = const (2.24)

Lúc này tương ứng với công thức (2.21), công suất của thiết bị khi các điều kiện bên

ngoài thay đổi được tính như sau:

, ML (2.25)

Trong đó: - Hệ số tương ứng với đặc tính chân vịt tính toán.

Đối với các tàu giao thông biển trang bị chân vịt có bước xoắn không đổi và có vỏ

sạch, giá trị phụ thuộc vào chế độ làm việc của tàu và các điều kiện bên ngoài như sau:

Chế độ làm việc của tàu Hệ số

Chạy toàn tải 1,0

Chạy không hàng 0,850,95

Có sóng hoặc gió 1,21,4

Chạy lùi 1,11,15

Làm việc ở chế độ buộc tàu 1,82,4

Chương 3 – THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG CHÍNH TÀU CÁ

3.1- Nguyên tắc chung của việc thiết kế tổ hợp Động cơ – Truyền động – Thiết bị đẩy

1- Chọn công suất động cơ chính

Công suất động cơ chính được xác định trong quá trình tính toán thuỷ động chân vịt

trên cơ sở sức cản thân tàu chuyển động trong nước và tốc độ chạy tàu. Việc xác định công

suất động cơ chính không thể tránh khỏi các sai sót, do nó dựa trên cơ sở kết quả của các

nghiên cứu thực nghiệm. Ảnh hưởng của những sai sót đó có thể rất lớn trong trường hợp

khi tàu được thiết kế chưa có mẫu gần với nó trong thực tế.

Thực ra phần dự trữ công suất được kể trong tính toán, ngoài việc bổ sung cho các

điều kiện vận hành thực tế, nó còn được dùng để bù trừ những sai sót tính toán. Nhưng khó

xác định được sai sót tính toán, do vậy việc quy định lượng dự trữ công suất cũng không sát

với thực tế. Tuy nhiên trong thực tế có đầy đủ cơ sở để thừa nhận rằng ở thiết bị điêden với

chân vịt định bước cần lượng dự trữ công suất tương đối lớn; còn ở thiết bị điêden với chân

vịt biến bước cần lượng dự trữ công suất nhỏ hơn.

Số lượng thiết bị đẩy và tốc độ quay của nó ảnh hưởng đáng kể đến công suất tính

toán. Thông thường, người ta tính toán cho nhiều phương án, từ đó phân tích chọn kiểu thiết

bị chính tối ưu.

2- Số liệu ban đầu để chọn kiểu truyền động chính

Việc chọn kiểu truyền động chính không phải là vấn đề độc lập mà trong một chừng

mực nào đó được xác định bởi kiểu động cơ chính đã chọn, cũng như đặc tính của nó.

Các số liệu ban đầu cơ bản để chọn kiểu truyền động chính là yêu cầu đối với tính cơ

động tàu; sơ đồ kết cấu bộ truyền; công suất bộ truyền; tỷ số truyền; điều kiện ghép bộ của

việc bố trí chung với động cơ chính, bộ truyền và hệ trục trong thân tàu.

Khi chọn truyền động chính cần xem xét vấn đề cần kiểm tra dao động xoắn các phần

tử của bộ truyền.

3- Các bài toán và phương pháp thiết kế chân vịt

Khi tính các đặc tính cơ bản của chân vịt, tuỳ theo điều kiện của bài toán, người ta

gặp hai trường hợp:

- Trường hợp 1: Xác định các đặc tính của chân vịt, tốc độ quay và công suất truyền

đến nó theo tốc độ tàu đã cho.

-Trường hợp 2: Xác định các đặc tính chân vịt và tốc độ tàu theo công suất và tốc độ

quay truyền đến nó.

Trong thực tế thường gặp là bài toán của trường hợp 1. Tuy nhiên bài toán của

trường hợp 2 hay gặp ngay trong bài toán của trường hợp 1.

Hiện nay hầu hết ở các nước người ta thiết kế chân vịt theo phương pháp đồ thị của

Papmen hoặc của Taylo. Tuy 2 phương pháp sử dụng nhóm đồ thị khác nhau, nhưng cơ bản

giống nhau trong quá trình thực hiện, cũng như kết quả.

Đối với tàu đánh cá lưới kéo trang bị chân vịt định bước có 3 xu hướng thiết kế chân

vịt:

a)- Thiết kế chân vịt theo chế độ hàng hải tự do. Rõ ràng trường hợp này chân vịt bị

‘’nặng thuỷ động’’ khi làm việc ở chế độ kéo lưới. Đây là xu hướng của Liên Xô cũ.

b)- Thiết kế chân vịt theo chế độ kéo lưới. Rõ ràng trường hợp này chân vịt sẽ bị

‘’nhẹ thuỷ động’’ khi làm việc ở chế độ hàng hải tự do. Đây là xu hướng của Nhật Bản.

c)- Thiết kế chân vịt theo chế độ trung gian giữa hàng hải tự do và kéo lưới. Đây là

xu hướng của Ba Lan. Trường hợp này chân vịt không làm việc tối ưu ở cả hai chế độ hàng

hải tự do và kéo lưới.

Vì phần lớn thời gian hoạt động trên biển tàu đánh cá lưới kéo làm việc ở chế độ kéo

lưới nên xu hướng thiết kế chân vịt theo chế độ kéo lưới là hợp lý. Tuy nhiên, việc chọn

thông số ban đầu gặp nhiều khó khăn. Do đó, trong tài liệu này giới thiệu nội dung thiết kế

theo xu hướng “ Thiết kế chân vịt theo chế độ hàng hải tự do “, sau đó kiểm tra lại theo chế

độ kéo lưới và chỉ tính cho chân vịt có bước xoắn không đổi.

3.2- Nguyên tắc chọn và tính các thông số ban đầu

Bài toán cần giải quyết ở đây là thiết kế chân vịt để chọn máy chính cho tàu nhằm

đảm bảo tốc độ cho trước. Khi thiết kế chân vịt cần xác định các yếu tố sau:

1- Số lượng trục chân vịt

Thông thường, ở tàu cá có một trục chân vịt. Tuy nhiên, theo yêu cầu cụ thể về tính

quay trở, cũng như tính tăng tốc và an toàn của tàu mà số lượng trục chân vịt có thể là 2

hoặc nhiều hơn.

2- Chiều quay của chân vịt

Trong trường hợp tàu có một chân vịt thì chiều quay không ảnh hưởng nhiều đến

hiệu quả làm việc của chân vịt. Nhưng đối với tàu có 2 chân vịt trở lên thì việc chọn chiều

quay của chân vịt đóng vai trò quan trọng, vì nó quyết định đến hiệu suất làm việc của chân

vịt. Thường các chân vịt gần nhau có chiều quay ngược nhau.

3- Đường kính chân vịt

Về nguyên tắc thì chân vịt có đường kính càng lớn, tốc độ quay càng nhỏ thì hiệu

suất càng cao. Nhưng đường kính không thể quá lớn vì bị mớn nước và hình dáng đuôi tàu

khống chế. Hơn nữa, nếu chân vịt quá lớn sẽ ảnh hưởng không tốt đến tốc độ dòng nước sau

đuôi tàu, khiến hiệu suất thân tàu giảm đi, không lợi cho hiệu suất đẩy tàu.

Đường kính lớn nhất của chân vịt được xác định từ điều kiện bố trí nó sau đuôi tàu

(Hình 3.9).

Thường thì đường kính lớn nhất của chân vịt được xác định như sau:

- đối với tàu có một chân vịt;

- đối với tàu có hai chân vịt.

Với – Mớn nước đuôi tàu, m.

Ngoài ra, cũng có thể xác định đường kính tối ưu của chân vịt theo công thức:

, m (3.1)

Trong đó:

P - Lực đẩy của chân vịt, kG;

- Mật độ của nước biển, kGS2/m4;

Vp - Tốc độ chân vịt trong nước tự do, m/s.

Nếu thì chọn để tính.

Nếu thì chọn để tính.

4- Số cánh chân vịt

Số lượng cánh có ảnh hưởng rất lớn đến tần số và biên độ của các lực kích thích sinh

ra trong khi chân vịt làm việc. Chân vịt có ít cánh càng dễ chế tạo, song khi làm việc gây

rung động nhiều. Ngược lại, chân vịt có nhiều cánh sẽ khó chế tạo hơn, nhưng khi làm việc

thì ít gây rung động.

Hiện nay ở tàu cá số cánh chân vịt thường có từ (3 4) cánh.

Theo quan điểm của Papmeil, để tránh rung động nhiều thì số cánh không nên chọn

là bội số chẵn của số xilanh.

5 – Tỉ số mặt đĩa

Tỉ số mặt đĩa của chân vịt có giá trị từ (0,301,20). Khi tỉ số mặt đĩa càng tăng thì

hiệu suất chân vịt càng giảm. Vì vậy, để chân vịt có hiệu suất cao, nên chọn tỉ số mặt đĩa

nhỏ. Tuy vậy, chân vịt phải đảm bảo điều kiện bền và không sủi bọt.

Điều kiện bền của chân vịt khi chọn tỷ số mặt đĩa như sau:

(3.2)

Trong đó:

C’ - Hệ số đặc trưng độ bền của chân vịt,

C’ = 0,115 – đối với chân vịt làm bằng gang xám,

C’ = 0,100 – đối với chân vịt làm bằng gang biến tính,

C’ = 0,065 – đối với chân vịt làm bằng thép cacbon,

C’ = 0,060 – đối với chân vịt làm bằng đồng thau,

C’ = 0,055 – đối với chân vịt làm bằng hợp kim đồng – măngan,

C’ = 0,050 – đối với chân vịt làm bằng thép không gỉ và thép hợp kim;

D – Đường kính chân vịt, m;

- Số cánh chân vịt;

– Độ dày tương đối của cánh chân vịt ở bán kính tương đối ,

.

m’ – Hệ số khả năng tải của chân vịt,

m’ = 1,50 – đối với chân vịt tàu kéo, lai dắt,

m’ = 1,15 – đối với chân vịt các tàu còn lại;

P – Lực đẩy của chân vịt, kG.

Điều kiện không sủi bọt:

(3.3)

Trong đó:

- Hệ số thực nghiệm, = (1,3 1,6), cần lấy giá trị lớn vì với = 1,3 bắt đầu có

hiện tượng sinh bọt khí ở đỉnh cánh chân vịt;

– Hệ số đặc trưng bọt khí của cánh chân vịt, - Tra đồ thị;

–Tốc độ quay của chân vịt, v/s;


– Áp suất thuỷ tĩnh, , kG/m2,

– Độ chìm của chân vịt, m; ,

– Áp suất hơi bão hoà, kG/m2 – Tra bảng 3.1.

Bảng 3.1 – Áp suất hơi bão hoà

t, 0C 0 5 10 15 20 25 30 35

, kG/m2 62 89 125 174 238 323 433 573

Sau khi kiểm tra tỉ số mặt đĩa theo (3.2) và (3.3), nếu không phù hợp thì chọn lại và

tính lại chân vịt, rồi kiểm tra lại.

6 – Các hệ số ảnh hưởng của thân tàu

a) Hệ số dòng theo

Hệ số dòng theo là tỉ số giữa tốc độ của dòng theo và tốc độ tàu:

(3.4)

Trong đó:

C – Tốc độ dòng theo, m/s;

V – Tốc độ tàu, m/s.

Hệ số dòng theo phụ thuộc chủ yếu vào hình dạng đuôi tàu và khó xác định một cách

chính xác.

Do đó, nó thường được xác định theo các công thức gần đúng.

Công thức của Taylo đối với tàu biển:

– Đối với tàu 1 chân vịt: (3.5)


Công thức của Heckscher cho tàu đánh cá lưới kéo:

(3.7)

Công thức của Keldvil:

– Đối với tàu kéo một trục chân vịt: 01,031

(3.8)

– Đối với tàu kéo hai trục chân vịt: 03,031

(3.9)

b) Hệ số dòng hút.

Hệ số dòng hút là tỉ số giữa lực hút do chân vịt làm việc sau đuôi tàu sinh ra và lực

đẩy của chân vịt:

PPt

(3.10)

Trong đó:

– Lực hút do chân vịt làm việc sau đuôi tàu sinh ra, kG;

P – Lực đẩy của chân vịt, kG.

Hệ số dòng hút cũng được xác định theo các công thức thực nghiệm.

Công thức của Taylo:


– Đối với tàu 2 chân vịt: 06,07,0 t (3.12)

Trong đó:

khi bánh lái và trục lái có dạng khí động học,

khi bánh lái không có dạng khí động học.

Công thức của Heckscher đối với tàu lưới kéo:

(3.13)

Hoặc có thể xác định t theo công thức sau:

(3.14)

Khi bánh lái có dạng lưu tuyến thì .

Trường hợp chân vịt làm việc ở chế độ khác với chế độ tính toán cần xác định t phụ

thuộc vào bước trượt tương đối hoặc hệ số trượt theo công thức của Taylo:

0tt (3.15)

Trong đó:

t – Hệ số dòng hút ở chế độ bất kỳ;

- Hệ số dòng hút ở chế độ buộc tàu, đối với tàu cá và tàu kéo thường

- Độ trượt ở chế độ này, ,

- Bước trượt tương đối ở chế độ này.

- Bước trượt tương đối khi lực đẩy bằng không có thể xác định theo công thức:

10 1

p

tttt (3.16)

Trong đó: và được xác định theo một chế độ từ một trong những công thức gần

đúng nói trên.

Đồ thị được xây dựng sau khi xác định được chân vịt cho tàu. Từ đó có thể

xác định trị số t ở từng chế độ xem xét.

3.3- Tính chọn máy chính

Đây là bài toán cơ bản trong quá trình thiết kế TBNL tàu. Vấn đề chính ở đây là tiến

hành tính toán thuỷ động chân vịt để chọn máy.

Trong tài liệu này giới thiệu xu hướng thiết kế chân vịt theo chế độ hàng hải tự do.

Đối với tàu đánh cá lưới kéo thì sau đó kiểm tra lại ở chế độ kéo lưới. Việc tính toán được

thực hiện theo phương pháp đồ thị Papmen. Đối với phương pháp Taylo cũng được tiến

hành theo cách tương tự.

1- Thông số cho trước

Các kích thước cơ bản của thân tàu, tốc độ tàu, sức cản thân tàu, vùng hoạt động, tầm

hoạt động, …

2- Tính và chọn các thông số ban đầu

- Chọn thông số Z và của chân vịt

- Xác định hệ số dòng theo và hệ số dòng hút t. Tính kiểm tra hiệu suất thân tàu

.

- Xác định đường kính cực đại của chân vịt.

- Xác định sức cản thân tàu ứng với tốc độ tàu cho trước.

- Tính lực đẩy của chân vịt:

tP

tRP e

11 , kG

- Tính tốc độ tiến của chân vịt:

, m/s

Trong đó: V– Tốc độ tàu cho trước, m/s.

3- Tính chân vịt để chọn máy

Việc tính toán chân vịt để chọn máy được tiến hành theo bảng 3.2.

Bảng 3.2- Tính chân vịt để chọn máy

TT Đại lượng cần tính hoặc xác định Đơn vị Giá trị

1 Tốc độ quay giả thiết n v/ph 1n

v/s

2 -

3 - Tra đồ thị -

4 -

5 m

6 -



9 ML

10 ML

Trong bảng tính trên:

a- Hệ số ảnh hưởng của thân tàu, đối với tàu 1 chân vịt, nhận ; đối với tàu 2

chân vịt, nhận .

Hiệu suất xoáy , có thể nhận bằng 1,0.

Các hàng 3, 7, 8 tra đồ thị dùng để thiết kế chân vịt của Papmeil.

4- Chọn máy

Từ các giá trị D, H/D, , tính được ở bảng 3.2 ta xây dựng đồ thị biểu thị sự phụ

thuộc của chúng vào tốc độ quay của chân vịt (Hình 3.1).

Hình 3.1- Đồ thị chọn máy

Từ đồ thị, xác định vùng đường kính chân vịt có thể chọn cho tàu thiết kế từ giá trị

. Sau đó, tiến hành bước chọn máy chính.

Để đảm bảo động cơ chọn được phù hợp với thân tàu và chân vịt, cần chú ý đến các

điều kiện sau:

- Chọn trong danh mục động cơ chính.

- Chọn kiểu loại động cơ phù hợp với đặc điểm nghề nghiệp.

- Chọn tốc độ quay và công suất định mức phù hợp với chân vịt (có chú ý đến hộp số kèm

theo máy, phần dự trữ công suất và phần công suất dự tính trích để lai máy phụ, cũng như

khả năng trích công suất từ máy chính).

- Phải chú ý đến mất mát công suất do điều kiện môi trường thay đổi, đặc biệt đối với động

cơ nhập ngoại.

- Kích thước, khối lượng và điều kiện lắp đặt phải phù hợp với thân tàu.

Trên cơ sở chân vịt có đường kính càng lớn, tốc độ quay càng nhỏ thì hiệu suất càng

cao, cần chọn nhiều động cơ khả dĩ, từ đó phân tích chọn ra động cơ tối ưu.

3.4- Thiết kế chân vịt để sử dụng hết công suất máy

Do việc chọn máy không phải lúc nào cũng có được công suất đúng yêu cầu, vì danh

mục động cơ có dải công suất nhảy bậc, hộp số được chế tạo sẵn, cũng như do công dụng

tàu buộc phải chọn động cơ thích hợp, nên thường động cơ được chọn có công suất lớn hơn

giá trị yêu cầu.

Do đó, để sử dụng có hiệu quả TBNL, cần thiết kế chân vịt để sử dụng triệt để công

suất của máy chính, góp phần nâng cao tính kinh tế của thiết bị.

Trong bước này, ta dùng phương pháp tính gần đúng kế tiếp với giả thiết hàng loạt

giá trị tốc độ tàu để tính chân vịt. Trình tự tính được thực hiện theo bảng 3.3.

1- Chọn các thông số ban đầu

- Chọn Z và của chân vịt

- Chọn hệ số dòng theo và hệ số dòng hút t. Tính kiểm tra hiệu suất thân tàu .

- Tốc độ quay của chân vịt , v/s.

- Công suất truyền đến mút trục chân vịt mtthseD NN * ( - xét ở chế độ

định mức).

2- Thiết kế chân vịt để sử dụng hết công suất máy

Trình tự tính được tiến hành theo bảng 3.3, với cách thức tương tự như ở bảng 3.2.

Bảng 3.3- Tính chân vịt để sử dụng hết công suất máy


1 Tốc độ giả thiết Hl/h

2 m/s

3 -

4 ''np Kf - Tra đồ thị -

5 -

6 m

7 -



10 VfR kG

11 ML

Trong bảng tính này, hệ số a được chọn như trước.

Các hàng 4, 8, 9, tra đồ thị ở phụ lục I.

Tốc độ ở hàng 11 có đơn vị là m/s.

ở hàng 3 và 7 là công suất truyền đến chân vịt ở chế độ định mức.

Dựa vào kết quả tính được ở bảng 3.3, ta xây dựng đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa

các thông số D, H/D, , vào tốc độ tàu (Hình 3.2).

Hình 3.2- Đồ thị thiết kế chân vịt để sử dụng hết công suất máy

Từ trục , ta đặt trị số mtthseD NN * (xác định vị trí), rồi kẻ qua đó đường song

song với trục hoành, cắt đường tại một điểm. Qua điểm đó, ta kẻ đường song song

với trục tung, cắt trục hoành và các đường , , .

Các giao điểm ấy cho ta trị số các thông số D, H/D, của chân vịt cần xác định và

tốc độ tàu đạt được .

Trong trường hợp, nếu đường kính chân vịt xác định được lớn hơn thì chọn

rồi tính toán để xác định các thông số còn lại theo trình tự ở bảng 3.4. Chú ý rằng,

đây là cách tính chân vịt khi đã có , và D.

Thông số cho trước hoặc xác định trước: , , D, t.

Bảng 3.4 – tính chân vịt để sử dụng hết công suất máy khi đã biết đường kính chân vịt D,

,



2 m/s

3 -

4 -



7 kG

8 kG

Các hàng 4, 5, tra đồ thì ở phụ lục I.

Từ kết quả xác định ở bảng 3.4, ta xây dựng đồ thị biểu thị mối quan hệ của R, ,

H/D phụ thuộc tốc độ tàu V (Hình 3.3).

Hình 3.3 – Đồ thị thiết kế chân vịt tối ưu khi đã biết D

Khi chân vịt làm việc trong tổ hợp cùng với máy và thân tàu ở tốc độ nhất định thì

lực đẩy có ích của chân vịt phải bằng sức cản thân tàu khi chuyển động trong nước với

tốc độ ấy. Do đó, qua giao điểm của hai đường R và , ta kẻ đường song song với trục

tung, cắt trục hoành và đường H/D. Tại các điểm cắt này, cho ta trị số H/D của chân vịt cần

xác định và tốc độ cần tương ứng.

3.5 – Xây dựng đặc tính thuỷ động học của chân vịt trong nước tự do

Mục đích của việc xây dựng đặc tính thuỷ động của chân vịt trong nước tự do là để

giúp cho việc nghiên cứu sự làm việc của chân vịt ở các chế độ khác với chế độ tính toán.

Trình tự tính theo bảng 3.5.

Bảng 3.5 – Bảng tính xây dựng đặc tính thuỷ động học của chân vịt trong nước tự do

TT Đại lượng cần xác định Giá trị

1 (tự cho) 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

2 - Tra đồ thị

3 - Tra đồ thị

4

5

6

Các hàng 2, 3 tra đồ thị ở phụ lục I.

Từ kết quả xác định được ở các hàng (25), ta xây dựng đồ thị biểu thị mối quan hệ

giữa , , , với . Từ đó xác định trị số (bước trượt tương đối lực đẩy bằng

không). Rồi tính (Hình 3.4).

Hình 3.4 – Đặc tính thuỷ động của chân vịt trong nước tự do

Với và là hệ số dòng hút và bước trượt tương đối tương ứng với chế độ tính

toán.

Sau đó, tính toán tiếp hầng 6 trong bảng 3.5 để dựng đường trên hình III.4.

Vì rằng, trong phạm vi một chế độ, bước trượt tương đối thay đổi ít nên coi nó

không đổi ( ).

3.6 – Xây dựng đặc tính chân vịt

Mục đích của việc xây dựng đặc tính chân vịt là để kiểm tra sự phù hợp giữa tổ Máy

– Vỏ – Chân vịt ở các chế độ làm việc: chế độ hàng hải tự do, chế độ kéo lưới và chế độ

buộc tàu.

Khi tính toán cần chú ý các thông số khác biệt sau:

- Ở chế độ hàng hải tự do: .

- Ở chế độ kéo lưới:

- Ở chế độ buộc tàu .

Trình tự tính toán được tiến hành qua các bảng 3.6, 3.7, 3.8.

Bảng 3.6 – Bảng tính đặc tính chân vịt ở chế độ hàng hải tự do

; t = ; ; ; 1 – t = ;



2 m/s

3 kG

4 kG

5 -



8 -

9 v/ph

10 ML

Hàng 3 tra đồ thị đường cong sức cản hình 3.6. Các hàng 6, 7 tra đồ thị hình 3.4.

Bảng 3.7 – Bảng đặc tính chân vịt ở chế độ buộc tàu


1 Tốc độ quay chân vịt (tự cho) v/ph

v/s

2 v3/s3

3 ML

Lưu ý – Trong quá trình tính toán các bảng 3.6 và 3.8 sử dụng các đồ thị hình 3.4 và 3.6.

Bảng 3.8 – Bảng tính đặc tính chân vịt ở chế độ kéo lưới

; klt ; ; ; ;


1 Tốc độ giả thiết V Hl/h

2 m/s

3 kG

4 kG

5 -



8 -

9 v/ph

10 ML

Hàng 3 tra đồ thị hình 3.6. Các hàng 5, 6 tra đồ thị 3.4.

Từ kết quả tính toán ở các bảng 3.6, 3.7, 3.8, xây dựng các đường , V phụ thuộc

tốc độ quay chân vịt .

Xây dựng đường công suất giới hạn quá tải của động cơ chính (đề

nghị).

- Đối với động cơ không tăng áp:

- Đối với động cơ tăng áp:

Hình 3.5 – Đặc tính chân vịt

Cần chú ý đến vấn đề truyền động trên tàu. Trường hợp truyền động trực tiếp thì việc

xây dựng như hình 3.5. Trong trường hợp truyền động gián tiếp thì cần chuyển đổi việc

dựng các đặc tính động cơ theo (qua tỉ số truyền của hộp số).

Từ đồ thị, cần chỉ ra công suất động cơ, tốc độ quay động cơ (chân vịt) và tốc độ tàu

lớn nhất và nhỏ nhất ở chế độ hàng hải tự do và chế độ kéo lưới; công suất và tốc độ quay

của động cơ (chân vịt) ở chế độ buộc tàu. Đánh giá mức độ phù hợp của tổ máy Máy – Vỏ –

Chân vịt.

3.7 – Xây dựng đường lực kéo giới hạn

Mục đích của việc xây dựng đường kéo giới hạn là nhằm xác định khả năng kéo của

tàu ở các chế độ khác nhau. Điều này có ý nghĩa lớn đối với tàu đánh cá lưới kéo và tàu kéo.

Trình tự tính toán được thực hiện theo bảng 3.9. Trong đó, chọn giá trị tốc độ quay

chân vịt từ giá trị đến giá trị để tính, đồng thời sử dụng đồ thị hình 3.4.

Bảng 3.9 – Bảng tính xây dựng đường lực kéo giới hạn

; ; ;

TT Đại lượng cần xác định Đơn vị Giá trị

1 tự cho v/ph

2 v/s

3 -



6 Hl/h

7 kG


9 kG

Các hàng 4, 5, 8, tra đồ thị hình 3.4.

Giá trị tra đồ thị hình 3.5.

Từ kết quả tính toán ở bảng 3.9, ta dựng đường cong kéo giới hạn phụ thuộc vào tốc

độ tàu (Hình 3.6), trên đó, dựng cả đường cong sức cản vỏ tàu khi không kéo lưới và sau khi

thiết kế lưới xong thì tiến hành tính toán và vẽ thêm đường cong sức cản khi tàu kéo lưới

(tốc độ kéo lưới của tàu phụ thuộc vào đối tượng đánh bắt).

Hình 3.6 – Đường cong giới hạn kéo của tàu

3.8 – Xây dựng đặc tính vận hành tàu

Đặc tính vận hành tàu là nhóm các đường cong biểu thị sự phối hợp làm việc giữa

Máy – Vỏ – Chân vịt. Nó bao gồm 2 phần được bố trí chung trên một bản vẽ. Phần thứ nhất

bao gồm đường cong biểu diễn lực, phần thừ 2 biểu diễn công suất tương ứng. Ngoài ra, còn

có phần bổ sung biểu thị mômen. Tất cả các đường cong đều phụ thuộc vào tốc độ tàu và

tốc độ quay của động cơ (chân vịt).

Đặc tính vận hành tàu là cơ sở để phân tích các chế độ làm việc của tổ hợp tàu ở các

điều kiện khác nhau.

Đặc tính vận hành tàu chỉ có thể xây dựng được khi đã biết đến: các thông số cơ bản

của chân vịt, của máy chính, đường cong sức cản của tàu hoặc công suất kéo phụ thuộc tốc

độ tàu, các hệ số ảnh hưởng của thân tàu.

Cơ sở xây dựng đặc tính vận hành là mối quan hệ giữa Máy – Vỏ – Chân vịt với các

điều kiện như sau:

1) Tốc độ quay của chân vịt phải bằng tốc độ quay của máy chính (có chú ý đến hộp số).

2) Mômen quay của chân vịt phải bằng mômen quay của máy chính (có chú ý đến hộp số).

Hoặc công suất thu được ở chân vịt phải bằng công suất động cơ truyền đến đầu mút trục.

3) Tốc độ tiến của chân vịt (đối với nước yên tĩnh) phải tương ứng với tốc độ tàu.

4) Lực đẩy do chân vịt tạo ra bằng sức cản của tàu ở tốc độ nhất định.

Dựa vào các mối quan hệ trên và các số liệu khác đã biết, ta xác định các đặc trưng

của chân vịt với thân tàu.

Để tính toán xây dựng các đặc tính vận hành tàu, ta có thể viết lại các công thức xác

định , , , V như sau:

, kG.

, kGm.

, ML.

, HL/h.

Người ta tính cho một loạt các giá trị từ đến cho một loạt các tốc độ

quay không đổi từ đến {(57) giá trị}.

Trình tự tính được thực hiện qua bảng 3.10.

Bảng 3.10 – Bảng đặc tính vận hành tàu

1 Tốc độ quay chân vịt (tự cho) v/ph

2 v/s

3 v2/s2

4 v3/s3

; ; ; t = ; = ;

; ; ;

5 Hl/h

6 kG

7 kGm

8 ML

; ; ; t = ; = ;

; ; ;

5 Hl/h

6 kG

7 kGm

8 ML

; ; ; t = ; = ;

; ; ;

5 Hl/h

6 kG

7 kGm

8 ML

; ; ; t = ; = ;

; ; ;

5 Hl/h

6 kG

7 kGm

8 ML

; ; ; t = ; = ;

; ; ;

5 Hl/h

6 kG

7 kGm

8 ML

; ; ; t = ; = ;

; ; ;

5 Hl/h

6 kG

7 kGm

8 ML

Nên tính sẵn các hệ số cho các trường hợp của p

; ; ; ;

; ; ; ;

; ; ; ;

; ; ; ;

; ; ; ;

; ; ; ;

Từ kết quả tính toán ở bảng 3.10, ta dựng đồ thị gồm các đường cong ,

, trên 3 phần đồ thị ứng với các giá trị tốc độ quay chân vịt không đổi

(Hình 3.7).

Đặt đường cong sức cản vào đồ thị lực, rồi dựng tương ứng trên đồ thị công

suất đường đặc tính chân vịt.

Trên đồ thị mômen, ta kẻ đường mômen định mức không đổi, từ đó, xây đường lực

kéo giới hạn trên đồ thị lực và công suất đòi hỏi của động cơ trên đồ thị công suất.

Có thể vẽ gộp chung 2 phần đồ thị sức cản (lực ) và công suất làm một. Và từ đồ thị,

phân tích, đánh giá sự phù hợp của tổ hợp Máy – Vỏ – Chân vịt và giúp chọn chế độ làm

việc hợp lí khi vận hành.

Hình 3.7 – Đồ thị đặc tính vận hành tàu

3.9 – Kết luận

Nêu thông số tàu, thông số máy, thông số chân vịt và các chế độ làm việc chủ yếu

của tàu (công suất, tốc độ quay, tốc độ tàu).

3.10 – Thiết kế hệ trục tàu

1- Công dụng và sơ đồ bố trí hệ trục

Hệ trục được dùng để truyền công suất và mômen quay từ động cơ chính đến thiết bị

đẩy và nhận lực đẩy từ chân vịt truyền đến kết cấu thân tàu, đồng thời chúng là cụm kết cấu

quan trọng của TBNL tàu. Trong một chừng mực nhất định, độ tin cậy của chúng xác định

độ tin cậy của toàn bộ TBNL tàu. Những trục trặc khi vận hành của hệ trục thường buộc

phải tiến hành các công việc sửa chữa phức tạp, đặc biệt là trên các tàu cỡ lớn. Hư hỏng của

hệ trục, gắn liền với tổn thất hành trình, có thể là nguyên nhân của tai nạn đắm tàu. Vì vậy,

cần phải luôn chú ý hàng đầu đến các vấn đề thiết kế, chế tạo và lắp ráp hệ trục TBNL tàu.

Sơ đồ kết cấu chung hệ trục tàu được thể hiện trên hình 3.8.

Hình 3.8 – Hệ trục tàu một chân vịt

1 – Chân vịt; 7 – Gối đỡ trục trung gian;

2 – Ống bao trục; 8 – Cụm kín nước;

3 – Trục chân vị; 9 – Trục đẩy;

4 – Thiết bị hãm (phanh); 10 – Gối đỡ phụ;

5 – Gối đỡ trục trung gian phía lái; 11 – Thiết bị quay trục;

6 – Trục trung gian; 12 – Gối đỡ chặn.

Trong trường hợp chung hệ trục tàu gồm có: Trục chân vịt, ống bao trục, các trục

trung gian, trục đẩy, trục đế, các gối đỡ và các gối đỡ chặn, khớp nối và phanh. Đôi khi,

người ta trang bị thêm các thiết bị quay trục, đo mômen quay và trích công suất.

Tuỳ theo cỡ loại và công dụng tàu, vị trí buồng máy và thành phần hệ trục có thể thay

đổi.

Khi lắp đặt hệ trục, độ nghiêng cho phép so với đường cơ bản là và góc lệch

cho phép của đường trục so mặt cắt dọc giữa tàu là . Độ nghiêng của hệ trục quyết

định độ nghiêng của máy chính. Trị số độ nghiêng cho phép của máy chính được nhà chế

tạo qui định. Thông thường, độ nghiêng cho phép của máy chính nằm trong khoảng

.

Chiều dài hệ trục phụ thuộc vào vị trí buồng máy, vị trí bố trí chân vịt sau đuôi tàu,

kết cấu động cơ và bộ truyền.

Khi bố trí chân vịt sau đuôi tàu, cần đảm bảo các điều kiện sau (Hình 3.9):

để đảm bảo chân vịt hoạt động với hiệu suất cao nhất, giảm hiện tượng rung động vỏ tàu do

chân vịt gây ra.

Hình 3.9 – Cách bố trí chân vịt sau đuôi tàu

2 – Bố trí hệ trục và các gối đỡ trên tàu

a) Việc bố trí đường tâm hệ trục

Việc bố trí đường tâm hệ trục và độ chiếm chỗ của nó được qui định một mặt bởi

kích thước chiếm chỗ và việc bố trí chân vịt tương quan với thân tàu, mặt khác bởi kích

thước chiếm chỗ và việc bố trí động cơ chính và truyền động bên trong thân tàu.

Khi xác định việc bố trí chân vịt cần đặc biệt chú ý đến việc đảm bảo đủ khe hở giữa

chân vịt và thân tàu, cũng như đủ độ nhúng chìm của chân vịt. Việc đảm bảo đủ khe hở

không chỉ có ý nghĩa đối với việc đạt được giá trị tối ưu của hệ số ảnh hưởng thân tàu, mà

còn đối với việc tạo ra vùng tốc độ có lợi và giảm tương ứng biên độ thay đổi chu kỳ của

các lực thuỷ động, xuất hiện khi chân vịt làm việc. Độ nhúng chìm đầy đủ của chân vịt là

một trong những điều kiện ngăn ngừa độ không cân bằng thuỷ động của chúng.

Hiện tại, có nhiều đề nghị xác định khe hở nhỏ nhất giữa chân vịt và thân tàu phụ

thuộc vào đường kính. Tuy nhiên, khi chọn trị số khe hở này cũng cần tính đến công suất

truyền đến chân vịt. Khe hở này tăng lớn cùng với sự gia tăng công suất.

Đường tâm hệ trục có thể có các góc nghiêng và góc lệch tuỳ theo số lượng thiết

bị đẩy và đặc tính của tàu.

Người ta có xu hướng chế tạo trục chân vịt ngắn để đảm bảo việc tháo dỡ, sửa chữa

và thay thế nó dễ dàng. Ở nhiều hệ trục dài cần nhiều đoạn trục trung gian, chiều dài trục

trung gian không vượt quá .

Để đơn giản cho việc sửa chữa hệ trục và giảm khối lượng lao động của việc này, cần

dự tính khả năng lấy trục ra mà không cần tháo thiết bị lái, các gối đỡ chặn chính, truyền

động chính và động cơ chính.

b) Bố trí các gối đỡ của hệ trục

Theo Quy phạm Đăng kiểm Liên Xô thì khoảng cách giữa các gối đỡ hệ trục phải

thoả mãn điều kiện:

, cm. (3.17)

Trong đó:

– Đường kính trung gian, cm; giá trị lớn dùng cho khi .

Cũng có thể xác định theo công thức kinh nghiệm:

, cm (3.18)

Trong đó: và L tính bằng cm.

Đối với hệ trục tàu nhỏ, khi , người ta xác định khoảng cách giữa các gối

đỡ theo công thức:

, cm (3.19)

được xây dựng theo điều kiện độ võng cực đại của trục, do trọng lượng bản thân, không

được vượt quá .

Người ta bố trí các gối đỡ của hệ trục sao cho các bệ của chúng có thể tựa lên các

cụm cứng vững của thân tàu. Khi bố trí gối đỡ kiểu này thì biến dạng cục bộ của vỏ ảnh

hưởng nhỏ đền độ không đồng tâm của hệ trục. Nếu trục có một gối đỡ hoặc nói chung

không có gối đỡ làm việc thì để đảm bảo khả năng định tâm nó khi lắp ráp, người ta sử dụng

1 hoặc 2 gối đỡ phụ lắp ráp tạm thời.

Các gối đỡ được bố trí về mút trục sao cho độ võng và góc xoay của các bích nối

dưới tác động của trọng lượng bản thân là nhỏ nhất. Việc bố trí các gối đỡ ở khoảng cách

chừng từ mút trục thoả mãn điều kiện này (ở đây :L – chiều dài trục).

3 – Cơ sở tính toán sức bền hệ trục

a) Trình tự chung của việc tính toán

Do tính phức tạp của trạng thái ứng suất khi hệ trục làm việc, cũng như khó có thể

tính chính xác tất cả các yếu tố xác định đặc trưng phụ tải do chúng tiếp nhận, nên buộc phải

chấp nhận một loạt các ước lệ khi tiến hành tính toán sức bền của chúng. Trong trường hợp

chung các tính toán này, có thể chia ra thành các giai đoạn sau:

- Chọn mã hiệu (mác) vật liệu trục và tính bền các kích thước xác định trên cơ sở các công

thức lý thuyết xoắn.

- Xác định phản lực của các gối đỡ và công thức tim cong hệ trục, kiểm tra sức bền tĩnh hệ

trục ở trạng thái ứng suất phức tạp.

- Kiểm tra dao động ngang hệ trục.

- Kiểm tra dao động xoắn hệ trục.

- Kiểm tra dao động dọc hệ trục.

Đối với tất cả các trường hợp nhất thiết phải tính 3 giai đoạn tính toán đầu. Việc

kiểm tra dao động xoắn là bắt buộc đối với hệ trục nối với động cơ đốt trong. Tuy nhiên,

cũng cần tiến hành sự kiểm tra này khi có biên độ thay đổi chu kỳ lớn của mômen xoắn, gây

ra cho chân vịt làm việc trong vùng tốc độ không đều.

Trong nhiều trường hợp, không cần kiểm tra dao động dọc hệ trục. Chỉ cần kiểm tra

khi biên độ thay đổi chu kỳ lớn của lực đẩy truyền từ chân vịt.

b) Chọn mác vật liệu cho trục

Theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu nội địa Việt Nam năm 1984. Vật liệu chế tạo

trục phải là thép có giới hạn độ bền khoảng .

Việc sử dụng các loại thép có đặc tính khác sẽ được Đăng kiểm xét riêng. Khi chọn

vật liệu chế tạo trục không những quan tâm đến độ bền mà còn quan tâm đến cả đến độ

cứng.

c) Xác định kích thước trục

Như chúng ta đã biết, hệ trục tàu làm việc trong trạng thái ứng suất phức tạp. Nó chịu

xoắn, chịu tác dụng của lực nén hoặc lực kéo do chân vịt gây ra, chịu uốn do trọng lượng

bản thân và các phụ kiện. Các tải trọng này mang đặc tính thay đổi lặp lại tuần hoàn. Ngoài

ra còn có những phụ tải bổ sung phức tạp khác. Do vậy, việc tính toán chính xác các phần tử

của hệ trục ở các điều kiện đã chỉ trên rất phức tạp, nên thường được tính toán trên cơ sở coi

trục chỉ chịu tác động của mômen xoắn tĩnh là chính. Phương pháp này dựa trên cơ sở công

thức của Đăng kiểm hoặc được Đăng kiểm chấp nhận.

Theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu nội địa Việt Nam năm 1984 thì đường kính

trục trung gian không được nhỏ hơn giá trị tính theo công thức:

, mm (3.20)

Với cho trục tàu cấp A và cấp B

cho trục tàu cấp C và cấp D

Hoặc xác định theo công thức được Đăng kiểm chấp nhận:

, mm (3.21)

Trong các công thức (3.20) và (3.21):

N- Công suất trên trục trung gian, kW cho công thức (3.20) và ML cho công thức

(3.21);

- Tốc độ quay của trục trung gian, v/ph;

k - Hệ số kể đến tính không đều của mômen xoắn.

Đối với thiết bị có động cơ chính kiểu rôto (tuabin , động cơ điện, động cơ thuỷ lực),

cũng như với các khớp nối thuỷ lực và điện thì .

Đối với động cơ đốt trong thì .

Với

Trong đó:

– Mômen quán tính của chân vịt không tính đến khối lượng nước bám theo,

kGmm/s2

, kGmm/s2

nếu không có hộp số thì

I- Mômen quán tính của các khối lượng chuyển động quay và tịnh tiến của động cơ,

kGmm/s2;

Ibđ - Mômen quán tính của bánh đà, kGmm/s2.

Thường đối với động cơ đốt trong 4 kỳ thì và động cơ 2 kỳ – .

Với và – Mômen chỉ thị tổng lớn nhất và chỉ thị trung bình tương ứng do

động cơ sản ra.

Hệ số a được xác định theo bảng 3.11.

Bảng 3.11 – Giá trị hệ số a

Số

xilanh

Động cơ tác dụng

đơn

Số

xilanh


đơn

Số

xilanh


đơn

4 kỳ 2 kỳ 4 kỳ 2 kỳ 4 kỳ 2 kỳ

1

2

3

4

14,0

6,4

4,5

2,8

8,0

3,8

2,6

2,2

5

6

7

8

2,4

2,15

2,1

2,0

1,8

1,5

1,3

1,2

9

10

11

12

1,85

1,6

1,5

1,4

1,15

1,15

1,1

1,05

Khi vật liệu chế tạo trục có thì lấy

, mm (3.22)

Đường kính trục đẩy , mm (3.23)

Đường kính trục chân vịt – theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu nội địa Việt Nam

năm 1984:

, mm (3.24)

Trong đó:


– cho trục có áo bao liền và trục không có áo bao có gối đỡ được bôi trơn bằng

dầu;

– cho trục có áo bao rời.

Nếu vật liệu chế tạo trục chân vịt có thì lấy

, mm (3.25)

Phần trục chân vịt từ cụm kín nước (bên ngoài ống bao trục) đến bích phía mũi có thể

giảm đường kính đến .

Chiều dày áo bao trục bằng đồng được xác định theo công thức:

, mm (3.26)

Trong đó: - Đường kính thực tế của trục chân vịt, mm.

Chiều dày lớp áo bao liền giữa các gối đõ có thể giảm đến .

Chiều dài làm việc của gối đỡ trục chân vịt:

Gối đỡ phía mũi:

Gối đỡ phía lái:

d) Kiểm tra sức bền tĩnh hệ trục

Độ bền của trục được kiểm tra nhờ việc tính ứng suất tương đương (phản ảnh các

trạng thái ứng suất phức tạp):

, kG/mm2 (3.27)

Trong đó:

– Ứng suất pháp lớn nhất kG/mm2;

– Ứng suất cắt do lực xoắn, kG/mm2.

Ngoài ra:

Với – Ứng suất nén do tác động của lực đẩy chân vịt, kG/mm2;

– Ứng suất tính toán lớn nhất khi uốn, kG/mm2;

– Ứng suất bổ sung do rắp ráp không chính xác, nhận bằng .

Khi kiểm tra sức bền trục trung gian, người ta tính cho nhịp có chiều dài lớn nhất

giữa các tâm của các gối đỡ (Hình 3.10).

Hình 3.10 – Sơ đồ tính kiểm tra sức bền tĩnh trục trung gian

Người ta coi đoạn trục trung gian chọn tính như dầm tự do nằm trên 2 gối đỡ, bỏ qua

ảnh hưởng của các nhịp lân cận. Trọng lượng bản thân trục được coi như phân bố đều suốt

chiều dài trục. Trục mang khớp nối có trọng lượng . Gối đỡ chặn có lực tác dụng P và

chịu mômen xoắn từ máy chính . Ngoài ra còn có các lực bổ sung, do lắp ráp không

chính xác hoặc chỉnh tâm chưa đạt yêu cầu, tác động lên trục.

Ứng suất xoắn được tính:

, kG/mm2 (3.28)

Trong đó:

– Mômen xoắn, , kGm;

– Công suất có ích của động cơ ML;

– Tốc độ quay trục trung gian (trục chân vịt), v/ph;

- Mômen chống xoắn của trục, , mm3.

Ứng suất nén được tính theo công thức:

, kG/mm2 (3.29)

Trong đó: P- Lực đẩy của chân vịt, kG.

Trường hợp chân vịt có ống đạo lưu có lực đẩy là thì khi tính toán lấy

Ứng suất uốn được tính theo công thức:

, kG/mm2 (3.30)

Trong đó:

- Mômen uốn lớn nhất, kGmm;

- Mômen chống uốn tại mặt cắt tính toán của trục, , mm3.

Nếu trên nhịp không có lực tập trung, nghĩa là thì:

, kGmm (3.31)

Trong đó:

- Cường độ phụ tải trục do trọng lượng của bản thân, , kG/m;

- Trọng lượng riêng của vật liệu chế tạo trục, kG/dm3, với thép thì

;

l- Chiều dài nhịp giữa 2 gối đỡ, m.

Trong trường hợp , để xác định mômen uốn, cần xác định phản lực trên các gối

đỡ.

Theo sơ đồ phân bố tải trên trục, ta có:

, kG (3.32)

, kG (3.33)

Mômen uốn đối với mặt cắt bất kỳ x được tính theo phương trình:

(3.34)

Để tìm , ta tiến hành đạo hàm bậc nhất biểu thức (3.34) theo x rồi cho bằng 0

để xác định :

Từ đó: (3.35)

Thay vào (3.34), ta có:

, kGmm (3.36)

Ứng suất uốn:

, kGmm2 (3.37)

Thay các giá trị ứng suất thành phần , , , vào (3.27), ta xác định được trị số

ứng suất tương đương .

Điều kiện dự trữ bền so với giới hạn chảy của vật liệu chế tạo trục:

Với – Giới hạn chảy của vật liệu chế tạo trục, kG/mm2;

– Hệ số dự trữ bền, thường lấy cho trục trung gian.

Trục chân vịt được tính kiểm tra cho phần giữa các gối đỡ trong ống bao trục và phần

công xôn gắn chân vịt (Hình 3.11).

Hình 3.11- Sơ đồ tính kiểm tra sức bền tĩnh trục chân vịt

Người ta coi trọng lượng chân vịt tác dụng lên trục chân vịt như một lực tập

trung, đặt ở tâm phần côngxôn. Việc tính toán giống như đối với trục trung gian.

Ứng suất xoắn

, kG/mm2 (3.38)

Vì trục chân vịt có phần côngxôn và có tải trọng tập trung trên đó nên mặt cắt nguy

hiểm do uốn sẽ là tại gối đỡ phía lái. Do đó ứng suất uốn lớn nhất:

, kG/mm2 (3.39)

Trong đó:

– Mômen uốn, , kGmm

và - Các Mômen chống uốn và chống xoắn tương ứng của trục chân vịt, mm3

Việc xác định q, và tương tự như phần tính kiểm tra trục trung gian (thay

bằng ).

Ứng suất pháp lớn nhất trên trục chân vịt:

= + +

Ứng suất tương đương:

, kG/mm2 (3.40)

Dự trữ bền so với giới hạn chảy của vật liệu chế tạo trục chân vịt:

Và điều kiện bền:

đ) Xác định phản lực trên các gối đỡ. Tính áp lực riêng trên các gối đỡ

Thực tế sử dụng hệ trục cho thấy rằng phụ tải do trọng lượng bản thân trục và các

phần tử khác gắn trên nó phân bố không đều theo chiều dài. Do có cả phần côngxôn nên gối

đỡ trục chân vịt chịu tác dụng của phụ tải lớn nhất.

Muốn tính áp lực riêng trên các gối đỡ, trước hết, cần tính phản lực trên các gối đỡ.

Để giải bài toán này, người ta coi hệ trục như một dầm liên tục được đặt trên các gối đỡ,

một đầu là đoạn côngxôn (đoạn lắp chân vịt) và đầu kia có liên kết ngàm.

Nguyên tắc giải bài toán này là dựa vào phương trình 3 mômen được thiết lập cho

dầm liên tục này. Sơ đồ tính toán được thiết lập từ sơ đồ bố trí hệ trục, bỏ qua khối lượng

các bích. Sơ đồ tính được thể hiện trên hình 3.12.

Hình 3.12 – Sơ đồ tính phản lực của các gối đỡ trên hệ trục

Để tiện lợi cho việc tính toán, người ta thay tải trên đoạn côngxôn bằng mômen gối

, còn ngàm B được giải phóng và thay bằng nhịp giả định có chiều dài bằng không (

), một đầu tựa lên gối và đầu tựa lên gối và góc xoay tại ngàm (tại gối )

bằng không ( ).

Các bước tính như sau:

1- Phương trình 3 mômen viết cho trường hợp tổng quát (nhịp n và ):

(3.41)

Trong đó:

và – Diện tích biểu đồ mômen cho nhịp n và n+1.

và – Khoảng cách từ trọng tâm của diện tích biểu đồ trên đến gối thứ và

.

2- Đối với mỗi nhịp nằm tự do trên 2 gối tựa thì mômen uốn cực đại được xác định:

3- Diện tích biểu đồ mômen (Hình 3.13):

Hình 3.13 – Diện tích biểu đồ mômen uốn

4- Khoảng cách từ trọng tâm diện tích biểu đồ đến các gối tựa:

5- Thay vào phương trình 3 mômen tổng quát (3.41), ta có phương trình

cơ sở:

(3.42)

6- Phương trình 3 mô men viết cho tất cả hệ trục:

(3.43)

7- Phương trình mômen thành lập từ điều kiện cho trước ở góc xoay tại ngàm liên kết (gối

giả định) :

(3.44)

Lưu ý: Nếu gọi mômen tại ngàm B là MB thì Mn+1 chính là .

8- Mômen tại gối đỡ cuối cùng phía lái:

(3.45)

Trong đó:

– Trọng lượng chân vịt, kG (Tính theo công thức của Mkasman);

– Khoảng cách từ trọng tâm củ chân vịt đến trọng tâm gối đỡ phía lái ngoài cùng,

m;

– Chiều dài đoạn côngxôn tính từ trọng tâm gối đỡ phía lái ngoài cùng đến mút

nắp xuyên dòng hay mặt đầu ren đuôi (không có nắp xuyên dòng), m.

Hình 3.14 - Vị trí của chân vịt

Giải hệ thống các phương trình (3.43), (3.44) và (3.45) trên sẽ tìm được các mômen

phản lực trên các gối đỡ của hệ trục.

9- Phản lực trên các gối đỡ là tổng phản lực từ trọng lượng riêng của trục và phản

lực mômen :

Mà

Và

Do đó: (3.46)

10 – Sau khi tính được các phản lực , cần kiểm tra sự đúng đắn của phép tính qua phương

trình sau:

, kG (3.47)

Trong đó: – Trọng lượng bản thân của trục.

11- Áp lực riêng trung bình trên gối đỡ:

, kG/cm2 (3.48)

Trong đó:

S- Diện tích qui ước của gối đỡ, , với vật liệu chế tạo bạc là gỗ thì

;

L- Chiều dài bạc lót gối đỡ, cm;

– Đường kính trục chân vịt, cm;

Và yêu cầu (3.49)

Trong đó:

- Áp lực riêng cho phép trên gối đỡ, kG/cm2;

Đối với bạc babit và đồng chì thì ;

Đối với bạc gỗ và cao su thì .

Nếu điều kiện trên không thoả mãn thì phải tăng diện tích qui ước S của gối đỡ bằng

cách tăng chiều dài bạc lót gối đỡ hoặc tăng đường kính trục hay đường kính ngỗng trục.

Lưu ý: Ảnh hưởng của mômen và lực đến các gối đỡ trung gian không lớn và nằm

trong giới hạn chính xác của phương pháp tính này, nên không cần xét đến chúng. Khi đó,

sơ đồ tính toán đường trục có thể đơn giản bớt và có thể nhận phần cuối bên phải trục chân

vịt làm ngàm cứng và tính áp lực riêng trên các gối đỡ trục chân vịt là chính.

e) Công thức đường tâm cong của hệ trục

Trong khi sử dụng biểu đồ tính mômen uốn của ngoại lực tác dụng lên hệ trục và

mômen phản lực của gối đỡ, nhờ phương pháp phân tích giản đồ có thể xác định công thức

tâm cong của hệ trục.

Trong trường hợp chung, sự bố trí đồng tâm các gối đỡ của hệ trục không thể đảm

bảo sự phân bố thuận lợi phản lực theo các gối đỡ. Đặc biệt, lúc này vài gối đỡ có sự phân

bố tải ít hoặc thậm chí có phản lực mang dấu ngược lại, chẳng hạn, thường gặp ở gối 1 và

gối 2 (Hình 3.5).

Đồng thời, mômen gối tại ngàm giả định thường quá lớn, chứng tỏ trục truyền phụ tải

lớn đến gối đỡ chính, truyền động chính hoặc máy chính.

Nhằm mục đích đảm bảo việc phân bố tốt hơn phản lực cho các gối đỡ, hiện tại,

người ta thường nhờ đến sự chuyển vị các gối đỡ theo mặt phẳng thẳng đứng. Đối với hệ

trục cỡ lớn có độ mềm uốn ngang lớn, trị số chuyển vị của các gối đỡ được thiết lập khi lắp

ráp bằng cách điều chỉnh phụ tải trên các gối đỡ của lực kế. Đối với hệ trục tương đối ngắn

có độ cứng uốn ngang lớn, người ta tìm trị số không đồng tâm đã nêu của các gối đỡ bằng

cách tính toán. Hơn nữa, cần thiết lập phạm vi cho phép các chuyển vị bổ sung của các gối

đỡ khi lắp ráp trong quá trình vận hành tàu.

Sự đánh giá ảnh hưởng của chuyển vị thẳng đứng của các gối đỡ được thực hiện

bằng cách tính toán lần lượt độ võng của hệ trục dưới tác dụng của lực đơn vị thay cho mỗi

gối đỡ.

Sơ đồ tính ví dụ để đánh giá ảnh hưởng chuyển vị của một trong các gối được giới

thiệu trên hình 3.15c.

Hình 3.15 – Xác định phản lực trên các gối đỡ

a- Sơ đồ bố trí các gối đỡ

b- Sơ đồ tải tính toán tải trọng lượng trục và chân vịt

c- Sơ đồ tải tính toán khi thay phản lực bằng lực đơn vị

Sau khi xác định độ võng của hệ trục tại các nơi tác dụng lực đơn vị, cũng như phản

lực các gối dưới tác dụng của các lực này, dễ dàng nhận được trị số thay đổi phản lực các

gối khi dịch chuyển theo phương thẳng đứng một gối bất kỳ đi 1mm.

, kG (3.50)

Trong đó:

– Sự thay đổi phản lực của gối thứ i khi dịch chuyển thẳng đứng gối thứ k đi

một lượng ;

- Sự thay đổi phản lực của gối thứ i khi thay gối thứ k bằng lực (lực

đơn vị);

- Độ võng thẳng đứng của hệ trục tại nơi bố trí gối đỡ thứ k khi thay nó bằng lực

đơn vị.

Việc tính toán được thực hiện qua bảng tính, khi sử dụng kết quả tính được có thể

xác định nhanh trị số chuyển vị thẳng đứng của gối để đạt được sự phân bố tải trên chúng

tối ưu.

Hình 3.16 – Đường tâm cong của hệ trục

Ví dụ trên hình 3.16 thể hiện việc bố trí các gối đỡ không đồng tâm, cho phép giảm

bớt tải gối đỡ phía lái và đảm bảo phân bố đều tải đến các gối đỡ phía mũi và trung gian,

cũng như các gối đỡ trục bánh răng của bộ truyền bánh răng chính.

g) Các bài toán và trình tự chung tiến hành tính toán kiểm tra dao động hệ trục

Ứng suất do các dao động cưỡng bức cộng hưởng, gần cộng hưởng và không cộng

hưởng là tiêu chuẩn cơ bản của sự làm việc tin cậy của hệ trục khi kiểm tra dao động ngang

và dao động xoắn.

Quy phạm phân cấp và đóng tàu nội địa Việt Nam năm 1984 qui định: Ứng suất cho

phép do dao động cộng hưởng, dao động gần cộng hưởng và dao động cưỡng bức không

cộng hưởng khi làm việc lâu dài không được lớn hơn trị số tính toán theo công thức:

Đối với trục khuỷu động cơ chính và trục chân vịt:

, kG/cm2 (3.51)

Đối với trục trung gian và trục đẩy:

, kG/cm2 (3.52)

Trong đó:

– Ứng suất cho phép, kG/cm2;

d – Đường kính trục tại mặt cắt yếu nhất, mm;

n – Tốc độ quay ứng với vùng xác định ứng suất, v/ph;

– Tốc độ quay định mức.

Đối với tàu có động cơ chính làm việc lâu dài ở tốc độ quay thấp hơn định mức (như

tàu kéo, tàu cá) thì trong mọi trường hợp cần lấy .

Nên tránh cộng hưởng ở vùng tốc độ quay làm việc lâu dài của động cơ chính. Nếu

hiện tượng cộng hưởng xảy ra trong vùng từ thì ứng suất do chúng gây ra

không được lớn hơn 0,5 ứng suất cho phép tính theo các công thức (3.51) và (3.52).

Ứng suất cho phép trong dao động xoắn nêu ở trên được áp dụng cho các trục được

chế tạo bằng thép có giới hạn bền từ .

Đối với các trục được chế tạo bằng thép có giới hạn bền lớn hơn thì ứng

suất cho phép có thể tính theo công thức:

, kG/cm2 (3.53)

Trong đó:

– Ứng suất cho phép tính theo công thức (3.51) và (3.52), kG/cm2 ;

– Giới hạn bền kéo của vật liệu, kG/mm2.

Khi dùng vật liệu có giới hạn bền lớn hơn thì lấy để tính.

Ứng suất ứng với tốc độ quay bị cấm làm việc lâu dài, nhưng cho phép vượt nhanh

qua vùng đó, không được lớn hơn trị số tính theo công thức:

Đối với trục khuỷu động cơ chính và trục chân vịt:

, kG/cm2 (3.54)

Đối với trục trung gian và trục đẩy:

, kG/cm2 (3.55)

Trong đó: – Ứng suất cho phép được tính tương ứng theo công thức (3.51) và (3.52),

kG/cm2; các công thức (3.54) và (3.55) không được áp dụng cho vùng và

trong vùng đó không cho phép có vùng tốc độ quay bị cấm.

Quy phạm phân cấp và đóng tàu nội địa Việt Nam năm 1984 còn qui định thiết bị

động lực có công suất máy chính từ 150 ML trở lên phải được tính dao động xoắn trong

trường hợp làm việc chủ yếu và các trường hợp sau đây:

- Khi trích công suất lớn nhất và khi chạy không tải đối với thiết bị động lực có chân vịt

biến bước và thiết bị đẩy kiểu có cánh.

- Khi đóng thiết bị phụ nhận công suất, nếu mômen quán tính của nó bằng momen quán

tính của cơ cấu khuỷu trục của động cơ.

- Khi tàu chạy lùi, đối với thiết bị động lực có ly hợp đảo chiều.

Biên độ dao động của gối đỡ chính hoặc ứng suất phát sinh trên bệ của gối đỡ này do

các dao động dọc cưỡng bức cộng hưởng, gần cộng hưởng và không cộng hưởng của hệ trục

có thể là tiêu chuẩn độ cho phép dao động dọc.

Trình tự tiến hành các tính toán kiểm tra các dao động ngang, xoắn và dọc có nhiều

điểm chung, mặc dù bản thân các tính toán có khác về nội dung.

Các giai đoạn tính toán chủ yếu sau:

+ Xác định các đặc tính của lực và mômen hỗn tạp thay đổi chu kỳ.

+ Thay thế hệ thống thực bằng mô hình tính toán tương đương.

+ Tính đặc tính của các dao động tự do của mô hình tương đương và kết luận sơ bộ việc

loại bỏ một ít tần số kích thích khỏi tần số dao động riêng của hệ thống.

+ Xác định ảnh hưởng của sức bền chống rung.

+ Tính biên độ dao động cộng hưởng và gần cộng hưởng, ứng suất và kiểm tra sức bền

mỏi.

+ Xác định vùng cấm và khởi thảo biện pháp bảo vệ trục và các phần tử gắn trên chúng

làm việc tin cậy.

Việc tính toán dao động xoắn rất phức tạp, được giới thiệu trong các tàu liệu chuyên

môn sâu (Có thể tham khảo trong [14]).

Để tính dao động ngang của hệ trục, có thể sử dụng nhiều phương pháp khác nhau

(Xem [14]). Sau đây là cách xác định tốc độ quay tới hạn của trục chân vịt khi có dao động

ngang theo phương pháp gần đúng của Brinell.

Hệ trục được thay bằng dầm có hai gối với một đầu treo (Hình 3.17).

Hình 3.17 – Sơ đồ tính tốc độ quay tới hạn của trục chân vịt

Chân vịt được đặt trên đoạn công xôn tại khoảng cách so với tâm gối đỡ trục chân

vịt phía lái. Phần còn lại của trục ống bao có chiều dài (giữa tâm các gối A và B). Giả

thiết rằng, mỗi một nhịp của dầm mang tải phân bố đều (trọng lượng bản thân trục),

nhưng độ lớn trên hai đoạn trục khác nhau ( ).

, kG/m

Trong đó:

q1 – Cường độ tải do khối lượng bản thân trục, kG/m, , kG/m;

Gcv – Trọng lượng chân vịt kG.

Trọng lượng chân vịt theo công thức của Mkasman cho chân vịt của Troost:

, kG

Trong đó:

D – Đường kính chân vịt, m.

A - Diện tích bề mặt duỗi thẳng cánh chân vịt, m2, , m2;

- Trọng lượng riêng vật liệu chế tạo chân vịt và củ, kG/m3;

L - Chiều dài củ chân vịt, m;

- Đường kính trung bình củ chân vịt, m;

- Đường kính trung bình lỗ khoét củ chân vịt, m;

- Tỉ số mặt đĩa của chân vịt.

Tốc độ quay tới hạn khi xuất hiện dao động ngang trên trục được tính theo công

thức:

, v/ph (3.56)

Trong đó:

E – Môđun đàn hồi của vật liệu chế tạo trục, với thép ;

I - Mômen quán tính của mặt cắt trục, m4, , m4;

g – Gia tốc trọng trường, m/s2, .

Tốc độ quay tới hạn của trục cần phải lớn hơn giá trị định mức của nó rất nhiều. Lúc

này, cần có dự trữ tốc độ quay, %:

(3.57)

Khi không đảm bảo độ dự trữ này thì cần thay đổi khoảng cách giữa các gối đỡ.

Độ ổn định dọc của trục được kiểm tra theo nhịp có độ dài lớn nhất và mặt cắt trục

nhỏ nhất. Công việc chủ yếu là tìm ra lực tới hạn , kG hoặc ứng suất tới hạn và đánh giá

độ dự trữ ổn định dọc.

Các trục của hệ trục tàu nằm tự do trong các gối đỡ. Và như vậy, có thể trục coi được

kiểm tra, nằm trong nhịp, như một thanh quay, nằm tự do trên 2 gối tựa bản lề và bị nén bởi

lực đẩy, do thiết bị đẩy tạo ra (Hình 3.18).

Hình 3.18 – Sơ đồ tính ổn định dọc của trục

Khi tính toán, giả thiết rằng, lực nén dọc trục được đặt vào giữa trục và mặt cắt trục

không đổi suốt chiều dài nhịp.

Cần kiểm tra độ ổn định dọc của trục theo độ dẻo của nó:

(3.58)

Trong đó:

i - Bán kính quán tính của mặt cắt trục, m, , m;

F – Diện tích mặt cắt ngang của trục, m2.

Nếu thì trục được gọi là cứng và không cần kiểm tra độ ổn định dọc.

Nếu thì trục được gọi là trục dẻo và cần kiểm tra độ ổn định dọc.

Đối với trục dẻo, có thể xác định lực nén tới hạn theo công thức Papcovich:

, kG (3.59)

Trong đó:

– Tốc độ quay cực đại của trục, v/ph.

– Tốc độ quay tới hạn của trục khi dao động ngang v/ph.

Khi thì nhận thừa số bằng 1.

Người ta kiến nghị lấy hệ số dự trữ ổn định dọc như sau:

(3.60)

Ở đây, – Lực đẩy cực đại của chân vịt, kG, .

Nếu nhỏ hơn trị số kiến nghị thì cần thay đổi khoảng cách giữa các gối trục.

Ngoài những tính toán kiểm tra trên, cần kiểm tra thêm sự dao động vỏ tàu để chọn

vị trí đặt động cơ thích hợp, cũng như giảm chấn động cho động cơ.

Chương IV – THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG PHỤ VÀ CÁC HỆ THỐNG

TÀU.

4.1 – Thiết kế hệ thống phục vụ TBNL và hệ thống tàu

1 – Nguyên tắc

Tuỳ theo cỡ loại và công dụng tàu mà số lượng cũng như độ phức tạp vủa các hệ

thống phục vụ TBNL và hệ thống tàu có khác nhau. Có thể có trường hợp, các hệ thống

cùng loại môi chất có các nhánh ống nối phối hợp với nhau để hỗ trợ cho nhau trong sử

dụng.

Nói chung trình tự thiết kế hệ thống đường ống như sau:

- Phác thảo sơ đồ nguyên lý của hệ thống.

- Xác định lối thông qui ước của các đoạn ống riêng.

- Chọn ống và các phụ tùng cho hệ thống.

- Tiến hành tính thuỷ lực đường ống.

- Hoàn thành việc tính bền đường ống.

- Thực hiện tính và chọn lớp cách nhiệt.

- Lập bảng thuyết minh và dự trù vật tư.

- Phác thảo sơ đồ lắp ráp và bản vẽ thi công.

2 – Tính toán thuỷ lực đường ống

Mục đích của việc tính toán thuỷ lực đường ống là để chọn bơm và kiểm tra sự phù

hợp của máy thuỷ lực trong hệ thống. Việc tính toán cụ thể cần tham khảo trong [3].

3 – Tính bền và cách nhiệt đường ống

Việc tính toán sức bền đường ống được tiến hành cho các đường ống làm việc với

môi chất có áp suất cao.

Việc tính cách nhiệt đường ống được tiến hành cho trường hợp cần hạn chế sự toả

nhiệt của môi chất ra môi trường xung quanh (như các ống khí xả, ống dẫn hơi nước) hoặc

cần hạn chế sự mất mát nhiệt cho môi trường xung quanh (ống dẫn hơi môi chất lạnh, …)

Việc tính toán cụ thể cần tham khảo trong [12].

4.2 – Chọn hình thức dẫn động phụ

Hiện tại, trong khi thiết kế TBNL tàu cá, người ta thường chọn các hình thức dẫn

động phụ chủ yếu sau:

a – Dẫn động độc lập: Ở hình thức này, mỗi thiết bị được một động cơ riêng lai.

Hình thức dẫn động này có tính kinh tế và hiệu suất làm việc cao, dễ bố trí, sử dụng

và sửa chữa. Tuy nhiên, có số lượng thiết bị trong buồng máy nhiều và hệ số sử dụng thiết

bị không cao.

b – Dẫn động phụ thuộc:

) Dẫn động cụm nhóm: ở hình thức này, mỗi động cơ lai nhiều thiết bị, tạo ra các cụm nhị

liên và tam liên.

Hình thức dẫn động này cho phép giảm được số lượng thiết bị trong buồng máy,

nâng cao được hệ số sử dụng đối với các thiết bị làm việc ngắn hạn. Tuy nhiên, khó thực

hiện việc bố trí và chiếm nhiều diện tích, khó có thể phối hợp sự làm việc của các thiết bị để

tận dụng hết công suất của máy.

) – Dẫn động tập trung: ở hình thức này, nhiều thiết bị được lai từ máy chính.

Hình thức dẫn động này cho phép tận dụng hết công suất của máy chính trong mọi

điều kiện hoạt động, giảm được số lượng trang thiết bị trong buồng máy. Tuy nhiên, sự làm

việc của thiết bị phụ phụ thuộc vào chế độ làm việc của máy chính và khó bố trí hệ thống

truyền dẫn (lúc này, chủ yếu là sử dụng bộ truyền động đai). Hình thức dẫn động này

thường được áp dụng trên các tàu cá cỡ nhỏ.

Ngoài ra, tuỳ theo cỡ loại và công dụng tàu, hình thức và phương pháp đánh bắt …

mà người ta chọn phối hợp 2 trong 3 hình thức dẫn động trên.

Trường hợp dẫn động tập trung: Máy chính lai thêm thiết bị phụ.

Để thực hiện mục đích giảm bớt trang thiết bị và nâng cao hiệu quả kinh tế cho hệ

động lực trong trường hợp này, người ta dựa trên 2 cơ sở thiết kế:

+ Cách thứ nhất là công suất của động cơ chính bằng công suất yêu cầu của động cơ cộng

thêm phần dự trữ công suất, cùng với phần công suất cần trích để lai thiết bị phụ.

hoặc (4.1)

Trong đó:

- Công suất yêu cầu động cơ;

- Phần công suất để lai thêm thiết bị phụ;

- Công suất thiết kế của động cơ;

- Hệ số dự trữ công suất.

Khả năng trích công suất trong trường hợp này được thể hiện trên hình IV.1a. Từ đồ

thị này cho ta thấy tại một tốc độ quay chân vịt bất kỳ trong phạm vi

động cơ đều có khả năng lai thêm thiết bị phụ. Phần công suất lai thêm thiết bị phụ được thể

hiện bằng phần diện tích gạch thẳng.

+ Cách thứ hai là công suất của động cơ chính bằng công suất yêu cầu của động cơ, không

tính đến phần công suất dự trữ

(4.2)

Trong trường hợp này, khả năng trích công suất từ động cơ chính được thể hiện trên

hình IV.1b. Từ đồ thị này cho ta thấy khi thì động cơ mới có khả năng lai thêm thiết

bị phụ. Tại chế độ thì công suất của động cơ cung cấp hoàn toàn cho chân vịt.

Như vậy động cơ có thể lại thêm thiết bị phụ trong phạm vi , với mức

công suất khác nhau.

Hình 4.1a – Khả năng trích công suất khi động cơ làm việc ở

Hình 4.1b – Khả năng trích công suất khi động cơ làm việc ở

1-Đặc tính giới hạn hoặc của động cơ chính không tăng áp;

2- Đăc tính chân vịt.

Rõ ràng thiết bị phụ do động cơ chính lai chỉ làm việc khi động cơ chính làm việc.

Nếu thiết bị phụ đó là máy phát điện thì phạm vi tốc độ quay sử dụng thích hợp cho nó rất

hạn chế, mặc dù có trang bị thêm thiết bị ổn định điện áp.

Khi động cơ làm việc ở vùng tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ quay thiết kế, thì việc lai

thêm thiết bị phụ có ý nghĩa rất lớn đối với việc nâng cao hiệu quả sử dụng động cơ. Việc

này rất phù hợp với thiết bị động lực các tàu cá cỡ nhỏ là bố trí trích công suất của máy

chính để lai các máy tời khai thác khi thả và thu lưới, lúc động cơ làm việc ở tốc độ quay

nhỏ hơn giá trị định mức rất nhiều.

Đường cong biểu diễn phần công suất có thể trích từ động cơ chính được thể hiện

trên hình 4.2.

Đặc tính công suất động cơ giới hạn theo mômen được biểu diễn qua hàm số:

(4.3)

(Xét trường hợp truyền động trực tiếp)

Đặc tính chân vịt được thể hiện qua hàm số:

(4.4)

Tại điểm làm việc ( ) thì .

Do đó:

Như vậy, công suất có thể trích từ máy chính:

(4.5)

Ta có:

Thay trị số C vào biểu thức trên, ta có:

(4.6)

Từ đó:

(4.7)

Như vậy, công suất lớn nhất có thể trích từ máy chính có giá trị tại tốc độ

quay chân vịt .

Hình 4.2 – Đường công suất lai thiết bị phụ của máy chính

Trong thực tế, công suất trích từ máy chính không những phụ thuộc vào vào đường

cong công suất có thể trích, mà còn phụ thuộc vào đặc tính vận tải của thiết bị được lai thêm

(Hình 4.3).

Hình 4.3 – Điểm làm việc của thiết bị được máy chính lai thêm

Trong trường hợp phương án trích công suất dẫn động đai với puly có côngxôn thì

khả năng trích công suất còn phụ thuộc vào khả năng chịu uốn của trục khuỷu do trục

côngxôn tác dụng.

4.3 – Tính và chọn thiết bị phụ

1 – Chọn thiết bị phụ

Việc chọn thiết bị phụ trên tàu cần căn cứ vào các kết quả tính toán cụ thể và căn cứ

vào các yêu cầu của Quy phạm. Chẳng hạn, Quy phạm qui định số lượng bơm được chọn

căn cứ vào kết quả tính toán thuỷ lực đường ống.

Đối với bơm hút khô, bơm được chọn theo lưu lượng yêu cầu và chiều cao hút không

nhỏ hơn 6 m. Người ta sử dụng bơm ly tâm làm bơm hút khô. Lưu lượng yêu cầu được xác

định theo công thức:

, m3/h.

Với – Đường kính trong của ống hút, mm.

được tính theo công thức:

,mm (đối với trường hợp hút khô tập trung).

Trong đó: L, B, H là chiều dài thiết kế, chiều rộng thiết kế và chiều cao mạn tàu, m.

Những tàu có công suất máy chính phải trang bị 2 bơm hút khô được

truyền động cơ giới. Những tàu có công suất máy chính thì cho phép một bơm được

dẫn động từ máy chính, còn bơm kia là bơm tay.

Đối với những tàu cá có công suất máy chính thì phải trang bị hệ thống

cứu hoả bằng nước. Tàu có trọng tải nhỏ hơn hoặc bằng 300 tấn đăng kí thì trang bị một

bơm cứu hoả; tàu có trọng tải lớn hơn thì phải trang bị 2 bơm. Lưu lượng bơm được xác

định theo công thức:

, m3/h.

Với

Trong đó: LLL, B, H là chiều dài hai trụ, chiều rộng thiết kế và chiều cao mạn tàu, m.

Tổng lưu lượng bơm cứu hoả phải đảm bảo 15% tổng số vòi rồng hoạt động đồng

thời. Cột áp của bơm cứu hoả được xác định từ bài toán tính thuỷ lực đường ống.

Bơm được chọn theo cột áp và lưu lượng. Bơm ly tâm cột áp cao được dùng làm

bơm cứu hoả.

Đối với máy khí nén, người ta chọn máy nén theo lưu lượng không khí tự do.

, m3/h.

Trong đó:

– Áp suất không khí trong bình khi nạp đầy, kG/cm2, ;

– Áp suất giới hạn thấp nhất trong bình có thể khởi động được, kG/cm2,

;

– Áp suất môi trường xung quanh, kG/cm2, ;

–Thời gian nạp đầy bình, h, thường thì ;

– Tổng dung tích các bình chứa, m3.

Và áp suất máy nén lớn hơn áp suất nạp đầy bình.

Số lượng máy nén chính không ít hơn 2, một chiếc có thể do động cơ chính lai, còn

chiếc kia được dẫn động điện độc lập hoặc điêden phụ lai.

Trường hợp máy chính có công suất thì dược phép trang bị một máy nén khí

dẫn động độc lập với điều kiện có thể trích không khí nén từ máy chính.

Động cơ được chọn để lai thiết bị phụ tuỳ thuộc vào hình thức dẫn động đã chọn và

đảm bảo công suất yêu cầu.

2 – Tính toán và chọn máy phát cho trạm điện tàu

Sau khi chọn thiết bị phụ cho tàu, căn cứ vào hình thức dẫn động phụ để bố trí dẫn

động cho thiết bị phụ. Sau đó, xác định các hộ tiêu thụ điện để tiến hành tính và chọn máy

phát cho trạm điện tàu.

Việc tính công suất cho trạm điện tàu và chọn máy phát cho trạm điện tàu có thể

tham khảo trong [13].

4.4 – Tính toán lượng dự trữ

Các phần dự trữ của các thiết bị năng lượng tàu, ngoài các phụ tùng dự trữ thì năng

lượng dự trữ nhiên liệu, dầu nhờn và nước ngọt (kỹ thuật) cần được xác định đầy đủ ngay

trong giai đoạn thiết kế.

Nói chung, lượng dự trữ nhiên liệu, dầu nhờn và nước phụ thuộc vào khả năng hoạt

động độc lập của tàu, tầm hoạt động, tốc độ tàu và độ lâu của các chế độ làm việc, công suất

thiết bị năng lượng, mức chi phí nhiên liệu giờ.

1- Xác định lượng dự trữ nhiên liệu

Lượng dự trữ nhiên liệu được xác định xuất phát từ tốc độ tàu ở các chế độ hành

trình chủ yếu, tầm hoạt động, tính độc lập, cũng như chi phí nhiên liệu riêng của động cơ

trên cơ sở loại nhiên liệu được sử dụng.

Có thể xác định lượng dự trữ nhiên liệu theo công thức sau:

, T (4.8)

Trong đó:

Kdt – Hệ số dự trữ tính đến khả năng tăng chi phí nhiên liệu do hà bám, ảnh hưởng

của sóng, gió, dòng chảy, … , ;

- Chi phí nhiên liệu giờ của máy chính ở chế độ hành trình đi về và di chuyển

ngư trường, kg/h;

- Chi phí nhiên liệu giờ của máy phụ ở chế độ hành trình đi về và di chuyển ngư

trường, kg/h;

- Chi phí nhiên liệu giờ của máy chính ở chế độ đánh bắt, kg/h;

- Chi phí nhiên liệu giờ của máy phụ ở chế độ đánh bắt, kg/h

- Chi phí nhiên liệu giờ của máy phụ ở chế độ đậu bến có bốc dỡ hàng (cá),kg/h;

- Chi phí nhiên liệu giờ của máy phụ ở chế độ đậu bến không bốc dỡ hàng (cá),

kg/h;

ht – Thời gian tàu chạy hành trình đi về và di chuyển ngư trường, h;

đb – Thời gian tàu hoạt động ở chế độ đánh bắt, h;

đ1 – Thời gian tàu đậu bến có bốc dỡ hàng, h;

đ2 – Thời gian tàu đậu bến không bốc dỡ hàng, h.

Hoặc tính theo công thức:

, T

(4.8)

Trong đó:

, - Chi phí nhiên liệu riêng của máy chính ở chế độ hành trình và đánh bắt,

kg/h;

, , , - Chi phí nhiên liệu riêng của máy phụ ở chế độ hành trình,

đánh bắt, đậu bến có bốc dỡ hàng và đậu bến không bốc dỡ hàng, kg/h;

, - Công suất của máy chính ở chế độ hành trình và chế độ đánh bắt, ML;

, , , - Công suất của máy phụ ở chế độ hành trình, đánh bắt, đậu

bến có bốc dỡ hàng và đậu bến không bốc dỡ hàng, ML.

Chú ý: Các công thức trên chỉ tính cho trường hợp TBNL tàu không có nồi hơi phụ

độc lập và sử dụng cùng một loại nhiên liệu điêden. Trường hợp TBNL tàu có thêm nồi hơi

phụ độc lập thì phải tính thêm lượng dự trữ nhiên liệu cho nồi hơi với các thành phần giống

như máy phụ. Trường hợp tàu sử dụng nhiên liệu nặng thì tính lượng dự trữ nhiên liệu nặng

cho riêng máy chính và tính lượng dự trữ nhiên liệu nhẹ cho riêng máy phụ. Sau đó, tính

thêm lượng dự trữ nhiên liệu nhẹ để phục vụ máy chính ở chế độ khởi động và cơ động tàu

bằng 20% lượng dự trữ nhiên liệu nặng.

2 - Xác định lượng dự trữ dầu nhờn

Tuỳ theo qui định của nhà chế tạo mà máy móc của TBNL sử dụng các loại dầu nhờn

khác nhau. Khi tính lượng dự trữ dầu nhờn, cần tính các hao phí dầu do rò rỉ, cháy (kết cốc)

khi làm việc và thay dầu trong hệ thống bôi trơn.

Các hao phí dầu nhờn được xác định bằng chi phí dầu nhờn riêng, nó ít phụ thuộc

vào tải của động cơ nên ở tất cả các chế độ đều lấy chung giá trị chi phí dầu nhờn khi động

cơ làm việc ở giá trị định mức. Lượng dầu thay thế trong hệ thống bôi trơn tuần hoàn động

cơ phụ thuộc vào thời hạn phục vụ của dầu đã được thiết lập.

Lượng dự trữ dầu nhờn cho hệ thống bôi trơn tuần hoàn động cơ chính được xác định

theo công thức:

, T (4.10)

Trong đó:

Ne mc – Công suất của máy chính ở giá trị định mức, ML;

- Chi phí dầu nhờn riêng trong hệ thống bôi trơn tuần hoàn của máy chính,

kg/MLh;

- Lượng dầu trong két tuần hoàn hoặc cacte trong động cơ chính, kg;

Ktd – Số lần thay dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ chính.

Khi thì chọn .

Khi thì được làm tròn đến trị số gần nhất.

Dự trữ dầu nhờn cho hệ thống bôi trơn xilanh động cơ chính được xác định theo công

thức:

, T (4.11)

Trong đó: – Chi phí dầu nhờn riêng cho hệ việc bôi trơn xilanh động cơ chính,

kg/MLh.

Lượng dự trữ dầu nhờn bôi trơn tuần hoàn máy phụ được tính theo công thức:

, T (4.12)

Trong đó:

- Chi phí dầu nhờn riêng của máy phụ, kg/MLh;

- Lượng dầu tuần hoàn trong két tuần hoàn hoặc cacte máy phụ thứ i, kg;

- Công suất của các máy phụ ở các chế độ hành trình, đánh bắt và

đậu bến có bốc dỡ hàng và không bốc dỡ hàng, ML;

- Số lần thay dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ phụ thứ i.

Khi thì lấy .

Khi thì được làm tròn đến trị số gần nhất.

Với – Thời gian làm việc của máy phụ thứ i, h.

Cũng có thể xác định lượng dự trữ dầu nhờn theo công thức gần đúng phụ thuộc vào

lượng dự trữ nhiên liệu như sau:

, T (4.13)

3 – Xác định lượng dự trữ nước ngọt cho động cơ

Đối với động cơ được làm mát bằng nước ngọt (gián tiếp) cần phải xác định lượng

dự trữ nước ngọt cho chúng nhằm bổ sung lượng hao phí nước ngọt trong hệ thống làm mát

do rò rỉ và bay hơi.

4 – Xác định thể tích két dự trữ nhiên liệu, dầu nhờn, nước ngọt

Tổng thể tích các két dự trữ nhiên liệu, dầu nhờn và nước ngọt được xác định theo

công thức như sau:

, m3 (4.14)

, m3 (4.15)

, m3 (4.16)

Trong đó:

– Dự trữ nhiên liệu, dầu nhờn và nước tương ứng, T;

– Khối lượng riêng của nhiên liệu, dầu nhờn và nước, T/m3;

– Hệ số tính đến sự choán chỗ của các mã gia cường, bộ sấy, …, ;

– Hệ số tính đến thể tích chết của két, .

Thể tích két nhiên liệu hàng ngày được tính theo công thức:

, m3 (4.17)

Trong đó: – thời gian đảm bảo cho động cơ làm việc, h; .

Chương V – BỐ TRÍ TRANG THIẾT BỊ TRONG BUỒNG MÁY

4.1 – Phương pháp thiết kế bố trí TBNL tàu

1 – Nhiệm vụ thiết kế cơ bản khi thiết kế bố trí TBNL tàu

Khi thiết kế bố trí TBNL tàu, cần tính đến các điều kiện cơ bản sau:

- Thể tích buồng máy phải nhỏ trên cơ sở đảm bảo mật độ bố trí thiết bị thích hợp.

- Việc bố trí phải dự tính việc vạch tuyến ống dẫn và cáp điện hợp lý, phục vụ máy móc và

trang thiết bị khác tiện lợi, có tính đến các yêu cầu kỹ thuật an toàn, cũng như việc tiến hành

các công việc sửa chữa với chi phí lao động và thời gian ít nhất.

- Việc bố trí các kết cấu vỏ, trang thiết bị TBNL tàu, đường ống và cáp điện phải phù hợp

với nhau và đảm bảo công nghệ lắp ráp.

- Việc bố trí phải đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật và thẩm mỹ.

Trong thiết kế rất khó thực hiện đầy đủ các điều kiện này.

2- Trình tự thiết kế bố trí thiết bị năng lượng tàu

Nhằm đáp ứng đầy đủ hơn các điều kiện trên, việc thiết kế bố trí TBNL tàu dựa trên

cơ sở sử dụng nguyên tắc gần đúng dần theo hướng hoàn chỉnh ở từng giai đoạn thiết kế.

Bản thiết kế bố trí thực tế được hoàn thành ở giai đoạn thiết kế thi công.

Khi phác thảo bố trí TBNL tàu, hợp lý hơn cả là xác định theo trình tự sau:

- Vùng bố trí TBNL tàu theo chiều dài tàu.

- Việc bố trí thiết bị đẩy tương ứng với thân tàu.

- Việc bố trí sơ bộ máy chính, truyền động và đường tâm hệ trục, chiều dài ống bao và trục

trung gian.

- Chiều dài cần thiết của khoang để bố trí TBNL tàu và bố trí chính xác máy chính và

truyền động.

- Việc bố trí thiết bị phụ, trạm điện tàu và trạm điều khiển tập trung.

- Việc bố trí các ống hút không khí và xả khí.

- Chiều cao bố trí sàn và diện tích chính để phục vụ, cũng như bố trí lối ra khỏi buồng máy.

Nhất thiết phải phân tích chọn phương án tối ưu.

3- Phương pháp thiết kế TBNL tàu theo mô hình khối

Việc kiểm tra sự phù hợp của việc bố trí các phần tử TBNL và sự hoàn thiện nó lần

cuối ở các giai đoạn hoàn tất thiết kế trong nhiều trường hợp được tiến hành nhờ các bản vẽ

kiểm tra phối hợp hoặc bằng cách vô hình hoá việc bố trí ở phạm vi lớn, đôi khi ở trị số thật.

Tuy nhiên, việc thực hiện các bản vẽ kiểm tra phối hợp không tạo ra khái niệm rõ ràng về

việc bố trí, còn việc chế tạo mô hình song song với việc phác thảo các bản vẽ bố trí kéo dài

đáng kể thời hạn hoàn thiện đã nêu.

Do đó, gần đây, người ta dùng phổ biến phương pháp thiết kế hình khối, trong đó,

việc bố trí TBNL và tất cả các phần tử của nó được xác định trực tiếp trong quá trình chế tạo

mô hình tỷ lệ khối. Sau đó, theo mô hình, người ta lập ra các bản vẽ cần thiết được sử dụng

trong quá trình thi công.

Phương pháp này đưa ra khả năng trình bày rõ việc bố trí thiết kế. Nó không chỉ cho

phép rút ngắn thời gian phác thảo bản vẽ bố trí, mà còn đảm bảo việc bố trí tốt hơn tất cả

các vấn đề thuộc về công việc bố trí.

4.2 – Thiết kế bố trí TBNL tàu

1 – Yêu cầu chung

Việc bố trí trang thiết bị của TBNL tàu trong buồng máy phải phù hợp với các yêu

cầu Quy phạm đóng tàu và Quy tắc kỹ thuật an toàn.

Ngoài ra, để mang lại hiệu quả kinh tế cho tàu thiết kế, cần áp dụng thống nhất hoá

và tổ hợp hoá trong khâu bố trí TBNL.

2 – Điều kiện chung của việc bố trí trang thiết bị trong buồng máy

Tuỳ theo chiều cao buồng máy mà trang thiết bị được bố trí một tầng hay nhiều tầng

phải đảm bảo diện tích làm việc cho người phục vụ.

Trang thiết bị thuộc hệ thống nào đó được bố trí quanh một vùng để đường ống ngắn

nhất. Sự bố trí tập trung trang thiết bị được áp dụng trong trường hợp khi cần đảm bảo sức

sống của thiết bị cao.

Đặc biệt, chú ý việc bố trí các bơm đảm bảo khả năng hút trong bất kỳ điều kiện vận

hành tàu. Các máy móc có trục nằm ngang được bố trí nằm song song với mặt cắt dọc giữa

tàu để tránh ảnh hưởng của hiệu ứng con quay đến sự làm việc của các gối đỡ khi tàu lắc

ngang. Máy điện được bố trí bên trên sàn. Máy có nguồn ồn lớn được bố trí xa trạm điều

khiển và vách buồng ở.

3 – Bố trí động cơ chính và truyền động

Máy chính và truyền động thông thường được đặt trong khoang máy trên các bệ được

gắn với kết cấu của vỏ tàu. Các động cơ sơ cấp chính và máy phát khi truyền động điện đặt

trên sàn.

4 – Bố trí trang thiết bị của trạm điện tàu

Thiết bị chủ yếu của trạm điện tàu thông thường được bố trí trong khoang của máy

chính. Ngoài ra, chúng còn có thể được bố trí trong buồng độc lập. Máy phát sự cố và trang

thiết bị của nó được đặt trong buồng riêng nằm bên trên đường giới hạn sự cố của tàu và có

lối ra độc lập thông với boong hở.

5 – Bố trí miệng thông biển đáy và mạn

Van đáy và mạn được bố trí tại hộp nước ở đáy và mạn để nhận nước ngoài tàu làm

mát hoặc phục vụ các nhu cầu khác. Chúng được bố trí cách xa chân vịt và ở nơi dễ tiếp

cận.

6 – Bố trí các két nhiên liệu, đường ống dẫn và cáp điện

Việc bố trí các két nhiên liệu được thực hiện có tính đến các yêu cầu an toàn về cháy.

Các két dự trữ nhiên liệu có thể được bố trí bên trong hoặc bên ngoài, gần hay xa buồng

máy. Các két trong buồng máy được bố trí dọc hai bên mạn tàu, két đáy đôi. Két dầu nhờn

dự trữ được bố trí ngay trong buồng máy.

Quy phạm qui định không được bố trí két nhiên liệu hàng ngày bên trên cầu thang,

bên trên trạm điều khiển máy chính và bên trên các nguồn nhiệt.

Các ống dẫn và cáp điện được bố trí dọc theo tàu, vuông góc với mặt cắt dọc giữa và

theo phương thẳng đứng. Các phụ tùng và mối nối đương ống được bố trí ở nơi dễ đến và

thuận lợi cho việc sửa chữa mà không cần tháo dỡ nhiều cụm khác. Cáp điện được bố trí cao

trên trần và xa nguồn nhiệt và két nhiên liệu. Trường hợp đặc biệt phải bố trí dưới sàn (thấp)

thì cho trong các ống và hộp kín.

7 – Bố trí các máy móc của hệ thống tàu, phần dự trữ, phương tiện nâng chuyển và phục

vụ sửa chữa

Ngoài máy móc và trang thiết bị khác của TBNL tàu, trong buồng máy, người ta còn

bố trí các máy móc của hệ thống tàu (như các bơm của hệ thống tàu). Các bơm được bố trí

trên sàn.

Các phần dự trữ được bố trí gần với máy móc sử dụng nó để tiện cho việc thay thế,

sửa chữa (không phải di chuyển xa).

Phương tiện nâng chuyển phải đảm bảo khả năng nâng được chi tiết có khối lượng

lớn.

8 – Các sàn, sàn phụ, cầu thang và lối ra khỏi buồng máy được bố trí theo qui định của

Quy phạm

Đối với những máy móc có độ ồn và rung động lớn, cần sử dụng các phương tiện

giảm ồn và rung động.

9 – Xác định khối lượng và trọng tâm khôí lượng của TBNL tàu

Sau khi thiết kế bố trí TBNL cần xác định khối lượng và trọng tâm khối lượng TBNL

tàu.

Việc xác định khối lượng TBNL tàu giúp cho việc xác định khối lượng tàu không

(lượng chiếm nước tàu không).

Về mặt cân bằng thì yêu cầu vị trí trọng tâm khối lượng TBNL tàu trong mặt phẳng

cắt dọc giữa tàu. Và độ cao của trọng tâm khối lượng TBNL tàu càng nhỏ càng tốt cho độ

ổn định của tàu.

4.3 – Giới thiệu bố trí chung buồng máy

Giới thiệu vị trí bố trí trang thiết bị trong buồng máy, các tính năng buồng máy.

4.4 – Kết luận chung

Nêu kết luận chung về toàn bô thiết bị năng lượng của tàu được thiết kế.

· Web viewVan đáy và mạn được bố trí tại hộp nước ở đáy và mạn để...

Documents

Transcript of · Web viewVan đáy và mạn được bố trí tại hộp nước ở đáy và mạn để...