Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV đóng tại công ty Sông Thu

giữa các thông số cơ bản của động cơ với số vòng quay khi động cơ làm việc trực tiếp với chân vịt. Chân vịt tiếp nhận công suất, momen do động cơ sinh ra trừ đi phần tổn thất năng lượng khi truyền từ động cơ đến chân vịt. Sự thay đổi công suất tiêu thụ, momen của chân vịt phụ thuộc vào số vòng quay và nếu coi tổn thất năng lượng truyền động không đáng kể thì công suất tiêu thụ, momen chân vịt được xác định theo các công thức sau: Trong đó tùy thuộc vào hình dạng vỏ tàu. C, C': Hằng số phụ thuộc vào lượng chiếm nước của tàu, tình trạng biển, tình trạng chân vịt, vỏ tàu, chiều sâu của vùng biển, tình trnagj luồng lạch ... C: Hệ số sức cản. Do công suất động cơ phát ra tỷ lệ thuận với hàm bậc 3 của số vòng quay nên khi tốc độ quay của động cơ n = 103% nđm thì công suất của động cơ đã quá tải 10%. Khi khai thác động cơ ở số vòng quay nhỏ (2030%nđm) thì công suất của động cơ rất nhỏ. Từ đó có thể kết luận rằng không nên khai thác động cơ ở chế độ vòng quay lớn hơn 100%.nđm, mặt khác nếu làm việc ở chế độ rất nhỏ tải, tốc độ quay của động cơ có thể sẽ dao động do lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình bé, chất lượng phun sương sẽ kém, nhiên liệu phân bố không đồng đều trong thể tích công tác của xilanh. Khi hệ số C tăng, các đường đặc tính chân vịt tương ứng sẽ dịch chuyển về phía trục tung, lúc này động cơ khai thác ở chế độ nặng nề hơn. Khi hệ số C giảm các đường đặc tính chân vịt tương ứng sẽ dịch chuyển về phía ngược lại, lúc này động cơ khai thác ở chế độ nhẹ nhàng hơn. Sự thay đổi của hiệu suất cơ giới trong đặc tính chân vịt phụ thuộc vào công suất tổn hao cho cơ giới và công suất chỉ thị của động cơ. Giống như trong đặc tính ngoài, khi công suất chỉ thị của động cơ tăng lên thì hiệu suất cơ giới tăng. Trong đặc tính chân vịt, khi tăng vòng quay của động cơ bắt đầu tăng từ vòng quay tối thiểu, hiệu suất cơ giới tăng lên khá nhanh. Càng gần đạt đến vòng quay định mức (khoảng 70 ÷ 100% nđm), hiệu suất cơ giới tăng lên không đáng kể. Quy luật biến thiên của các thông số , của động cơ trong đặc tính chân vịt cũng gần tương tự như trong đặc tính ngoài nhưng trong đặc tính chân vịt. giá trị đạt cực tiểu tại khoảng 85 ÷ 95% vòng quay định mức. Sự làm việc của động cơ khi lai chân vịt biến bước Chân vịt biến bước ngày càng được sử dụng rộng rãi cho các đội tàu biển do tính ưu việt của nó so với chân vịt bước cố định. Cánh chân vịt biến bước quay được nên khai thác được toàn bộ công suất động cơ chính phát ra với hiệu suất cao khi làm việc ở các chế độ khác nhau. Động cơ lai chân vịt biến bước đồng thời vừa làm việc theo đường đặc tính chân vịt vừa làm việc theo đường đặc tính ngoài (giao điểm giữa đường đặc tính ngoài và đặc tính chân vịt). Hình 1.4: Đặc tính chân vịt biến bước. Ngoài ra chân vịt biến bước cho phép thay đổi hướng tàu từ hành trình tiến toàn tốc sang hành trình lùi toàn tốc mà không cần thay đổi chiều quay của trục chân vịt. Do vậy có thể sử dụng động cơ không tự đảo chiều quay, mặt khác có thể hành trình với tốc độ tàu nhỏ bất kỳ và dừng nhưng động cơ vẫn làm việc với số vòng quay ổn định. Chất lượng điều động(manơ) tàu lắp chân vịt biến bước tốt hơn hẳn so với lắp chân vịt bước cố định, đặc biệt là giảm được quãng đường và thời gian hãm tàu. Sử dụng chân vịt biến bước giảm được độ hao mòn các chi tiết động cơ chính do rút ngắn được thời gian và số lần đảo chiều khi điều động. Một trong các ưu điểm cơ bản của chân vịt biến bước tự động điều khiển là động cơ không bị quá tải khi sức cản của tàu tăng lên bất kỳ. trong trường hợp sức cản chuyển động tăng lên, bước cánh chân vịt tự động giảm còn công suất động cơ không thay đổi. do vậy đảm bảo tốc độ tàu lớn nhất ứng với điều kiện đã cho. Nhược điểm của chân vịt biến bước so với chân vịt bước cố định là hiệu suất thấp hơn khoảng 3-4% do đường kính phần thoát nước lớn, kết cấu phức tạp và giá thành cao. 2.2.2. Hệ trục Thiết bị truyền chuyển động từ động cơ chính đến chân vịt thường gọi là thiết bị truyền động. Thiết bị truyền động chính trong hệ thống động lực tàu thủy bao gồm: hệ trục, thiết bị nối – tách trục (hay ly hợp) và bộ giảm tốc (hay hộp số). Công dụng của thiết bị truyền động là: – Truyền chuyển động quay hay công suất từ động cơ chính đến chân vịt. – Làm thay đổi được mômen quay của chân vịt do đó làm cho việc thiết kế chân vịt được dễ dàng và đạt được hiệu suất cao hơn, đồng thời làm cho hệ động lực phù hợp hơn với một số chế độ khai thác của tàu. – Nhờ thiết bị truyền động mà động cơ chính không chịu ảnh hưởng trực tiếp của chân vịt, do đó có thể chọn động cơ chính có tính kinh tế và độ tin cậy cao. Và do vòng quay của động cơ không bị hạn chế nên có thể chọn động cơ có các chỉ tiêu trọng lượng và kích thước mong muốn. – Sử dụng thiết bị truyền động không những khống chế được vòng quay và chiều quay của trục chân vịt mà còn tạo khả năng tự động điều chỉnh đặc tính quan hệ giữa động cơ chính và chân vịt. – Sử dụng thiết bị truyền động có thể thay đổi được đặc tính đàn hồi của hệ trục, tạo điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp và vận hành an toàn. +/Phân loại phương thức truyền động Trang trí động lực tàu thủy dùng nhiều loại động cơ chính khác nhau, đặc tính đẩy của tàu cũng khác nhau nên phương thức truyền động cũng khác nhau. Phương thức truyền động thường phân thành 3 loại chính sau: +Truyền động trực tiếp Truyền động trực tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng bằng số vòng quay của động cơ chính. Loại phương thức truyền động này được dùng phổ biến trên các tàu có công suất lớn và vừa, vòng quay của chong chóng trong khoảng 85 ÷ 300 rpm (vòng/phút). Trong vài trường hợp đặc biệt vòng quay của chân vịt có thể cao hơn các trị số nêu trên; chẳng hạn như: một số tàu khách chạy trong luồng lạch cạn và một số tàu quân sự. +Truyền động gián tiếp Truyền động gián tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của chong chóng khác với số vòng quay của động cơ chính. Sự khác nhau nói trên có thể tuân theo một tỷ lệ nhất định hoặc không theo một tỷ lệ nào cả. Và do vậy, trên đường trục đối với dạng phương thức truyền động này thường có thêm một số thiết bị trung gian đặc biệt để truyền công suất, như: thiết bị nối trục hay bộ giảm tốc... Truyền động gián tiếp được chia ra làm 2 loại: – Truyền động gián tiếp có bộ ly hợp; bao gồm các loại sau: ly hợp thủy lực, ly hợp ma sát cơ giới, ly hợp khí động, ly hợp điện từ. – Truyền động gián tiếp có bộ giảm tốc (hộp số); bao gồm: bộ giảm tốc thủy lực, bộ giảm tốc bánh răng... +/Hệ trục và các thiết bị của hệ trục Hình 1.5: Hệ trục truyền động chân vịt 1.Máy chính; 2.Trục khuỷu động cơ; 3. Trục đẩy; 4.Gối trục đẩy; 5.Trục trung gian;6.Gối trục trung gian; 7.Trục chân vịt; 8.Bộ làm kín; 9.Gối trục chân vịt; 10.Chân vịt. +Trục chân vịt. Trục chân vịt là trục cuối cùng mang chân vịt. Đây là trục làm việc nặng nề nhất so với các trục khác, vì phải chịu mang tải trọng trực tiếp của chân vịt và một đầu hoạt động trong môi trường nước biển, đầu kia nối với trục ống bao (nếu có) hoặc trục trung gian bên trong tàu. Trục chân vịt là trục quan trọng nhất, chịu nhiều tải trọng phức tạp, vì các nguyên nhân sau: Quá trình làm việc trong nước biển bị han gỉ, hao mòn. Chịu lực uốn của chân vịt và trọng lượng bản thân tại đoạn công sôn. Hao mòn ổ đỡ, nhất là ổ đỡ cuối cùng có thể gây ứng suất lớn trên trục, gây hư hỏng. Mọi hư hỏng của trục chân vịt và chân vịt đều phải đưa tàu lên triền đà để sửa chữa. Điều kiện kiểm tra trục chân vịt trong quá trình vận hành hết sức khó khăn, thậm chí không thực hiện được. Cho nên đòi hỏi trục chân vịt phải được gia công lắp ráp đảm bảo bền vững và hoạt động tin cậy gần như tuyệt đối. Hình 1.6: Trục đặc có bậc tạo thành ngỗng trục 1. Đoạn ren đuôi; 2. Phần côn trục; 3. Rãnh then; 4. Ngỗng trục phía lái; 5. Thân trục; 6. Ngỗng trục phía mũi; 7. Phần côn trục phía mũi; 8. Đoạn ren hãm Hình 1.7: Trục đặc, liền, bích liền và không có áo bao 1. Đoạn ren đuôi; 2. Phần côn trục; 3. Rãnh then; 4. Thân trục; 5. Bích liền Hình 1.8: Trục đặc, liền, bích liền và có áo bao rời 1. Đoạn ren đuôi; 2. Phần côn trục; 3. Rãnh then; 4. Áo bao rời; 5. Lớp bọc bảo vệ; 6. Thân trục; 7. Bích liền + Trục trung gian. Trục trung gian là trục hoặc các đoạn trục nối từ trục đẩy với trục chân vịt. Nhiệm vụ chính là truyền momen xoắn đến trục chân vịt. Nói chung chịu tải do mômen xoắn, trọng lượng bản thân lực đẩy và tải bổ sung do biến dạng cục bộ. Tuy nhiên điều kiện hoạt động của trục trung gian nhẹ nhàng nhất so với các trục khác, cho nên đường kính trục trung gian nhỏ nhất so với các trục khác. Hình 1.9: Trục trung gian đặc có kết cấu bích liền Hình 1.10: Trục trung gian rỗng có kết cấu bích liền Hình 1.11: Trục trung gian đặc có kết cấu bích rời + Trục đẩy. Trục đẩy có nhiệm vụ chặn lực đẩy chân vịt thông qua vành chặn lực kết cấu liền với trục. Một đầu nối với trục trung gian và đầu kia nối với bích bộ giảm tốc hoặc máy chính. Trục đẩy được lắp trực tiếp vào ổ đỡ chặn, trong đó có các bạc đỡ để chặn lực đẩy. + Ống bao trục. Thiết bị ống bao gồm ống bao trục, các bạc đỡ được lắp ngay trong ống bao, cụm kín ống bao và các chi tiết khác cố định thiết bị vào vỏ tàu. Thiết bị ống bao có nhiệm vụ đỡ trục chân vịt và chân vịt đồng thời ngăn cách nước biển với không gian bên trong tàu…Vì hoạt động trong môi trường nước biển, nên các bạc đỡ chủ yếu được làm từ vật liệu mềm như gỗ gai-ắc chẳng hạn, bôi trơn trực tiếp bằng nước biển. Hình 1.12: Thiết bị ống bao trục 1. Ống bao trục; 2. Tấm gia cường; 3. Bích nén; 4. Trục chân vịt; 5. Áo trục; 6. Bạc đỡ bằng gỗ gai-ắc; 7. Áo bạc đỡ; 8. Sống đuôi tàu; 9. Đai ốc ống bao; 10. Đĩa chặn; 11. Đệm kín nước. +Cụm kín ống bao: Cụm kín ống bao là bộ phận làm kín nước, không cho nước từ ống bao trục lọt vào lòng tàu. Chi tiết chủ yếu bao gồm: thân cụm kín, bích nén và vòng đệm kín. Trường hợp đối với tàu nhỏ, bộ phận này được kết cấu liền ngay đầu ống bao trục. Hình 1.13: Cụm kín ống bao 1.Vỏ; 2.Bích nén; 3.Đai ốc; 4.Đệm kín; 5.Vòng phân dầu(nước); 6.Vú mỡ + Bạc đỡ trục chân vịt Bạc đỡ trục chân vịt được bố trí bên trong ống bao trục và là loại bạc trượt. Các bạc đỡ làm việc trong điều kiện khắc nghiệt, việc theo dõi gặp nhiều khó khăn, ở bạc đỡ phía lái dễ bị bẫn do rác rưởi và thường chịu những phụ tải bổ sung do chân vịt gây ra. Vật liệu chế tạo bạc lót gối đỡ trục chân vịt phụ thuộc vào môi chất làm mát và bôi trơn. Hình 1.14: Bạc đỡ trục chân vịt a) Bạc đỡ bằng các tấm gỗ; b) Bạc đỡ bằng các tấm cao su kim loại c) Bạc cao su kim loại đúc liền (cho cỡ trục nhỏ) 1. Ống lót (áo bạc); 2. Các tấm ma sát (bạc đỡ); 3. Tấm chặn; 4. Bulông +Cụm kín vách ngang Tương tự như cụm kín ống bao, nhưng nhiệm vụ chính của cụm kín vách ngang là không cho nước lọt vào buồng máy trong trường hợp khoang kế cận phía lái bị ngập nước. Bộ phận này được lắp ngay ở vách phía lái của buồng máy. Hình 1.15: Kết cấu cụm kín vách ngang a) Kiểu nén bằng bulông; b) Kiểu nén bằng đai ốc 1. Vòng phân dầu (nước); 2. Vỏ cụm kín; 3. Vú mỡ (dầu) 4. Bích nén; 5.Bulông và đai ốc; 6. Đệm kín; 7. Đai ốc nén. +Ổ đỡ - chặn chính và phụ Ổ đỡ chặn chính và phụ làm nhiệm vụ chính là truyền lực đẩy chân vịt thông qua vành trục đẩy vào vỏ tàu, để bảo vệ máy chính. Hình 1.16: Ổ chặn lực đẩy chân vịt 1.Bệ ổ đỡ; 2.Ổ đỡ trục; 3.Trục đẩy; 4.Nắp chặn dầu; 5.Nữa trên ổ đỡ; 6.Giá đỡ bạc chặn; 7.Đai ốc nén. + Phanh hệ trục Phanh làm nhiệm vụ phanh, hãm hệ trục mỗi khi xảy ra sự cố hoặc khi cần giảm quán tính quay của hệ trục. Trường hợp tàu có nhiều hệ trục, thì phanh còn có nhiệm vụ hãm trục không làm việc, để không bị xoay trong khi hệ trục khác làm việc. Hình 1.17: Phanh hệ trục 1. Đế; 2. Chốt; 3. Đai phanh; 4. Trục vít; 5. Tay quay. +Thiết bị nối trục - Bích nối trục Hình 1.18: Kết cấu của bích nối. 1. Bulông thủy lực; 2. Mặt bích trục; 3. Đệm lót. Bích nối có thể được chế tạo rời hoặc liền với trục. Bích liền có kết cấu đơn giản, tin cậy, trọng lượng nhẹ, giá thành hạ. Bích trên cùng một đường trục có cùng đường kính phải bằng nhau. Nhưng bích nối trục trung gian, trục chân vịt, trục đẩy có thể kích thước khác nhau. - Khớp nối không then Trong thực té chúng ta gặp nhiều loại khớp nối không then. Sau đây là 2 loại thường được áp dụng rộng rãi: Khớp nối kiểu ống Khớp nối không then Hình 1.19: Khớp nối không then a) Dạng ống nối; b) Cách ghép dạng ống nối. c) Dạng bích nối; d) Cách ghép dạng bích nối. A. Ống lót côn – B. Ống nối. 1. Bộ gá; 2. Ống dầu áp lực; 3. Nửa trên bộ gá; 4. Giông ép 5. Ống dầu bôi trơn; 6. Bulông; 7. Hộp muông; 8. Lỗ tháo bích. 2.2.3. Chân vịt Chân vịt bao gồm củ chân vịt với một số cánh xéo gắn trên nó. Khi quay nó xoáy vào nước và do vậy tiến lên phía trước trong nước bằng cách trao động lượng cho cột nước mà nó trườn qua. Lực đẩy được truyền qua dọc trục đến ổ đỡ chặn và cuối cùng là cấu trúc vỏ tàu. +Chân vịt định bước Mặc dù nó thường được gọi là có bước cố định nhưng thực tế bước xoắn của cánh thay đổi theo bán kính tăng dần từ gốc cánh ra ngoài. Tuy nhiên bước cánh tại một bán kính là không đổi, trong tính toán người ta lấy bán kính trung bình của bước cánh theo bán kính. Chân vịt nếu xoay theo chiều kim đồng hồ khi nhìn từ đuôi tàu lên được gọi là chân vịt quay phải và hầu hết các chân vịt đơn đều có chiều quay phải. Nếu tàu có hai chân vịt sau đuôi, thì chân vịt bên mạn phải có chiều quay phải, chân vịt bên mạn trái có chiều quay trái. +Chân vịt biến bước Nếu các cánh chân vịt có thể xoay được trong một lỗ khoan trên của cánh, vuông góc với đường tâm trục chân vịt thì gọi là chân vịt biến bước. Cánh chân vịt có thể xoay về vị trí vuông góc với trục chân vịt, khi đó bước cánh bằng không và chân vịt không đạp nước ra sau đuôi tàu. Hoặc cánh có thể xoay về hướng đạp nước ra sau, khi đó chân vịt có bước tiến, đạp nước về phía trước mũi tàu, chân vịt có bước lùi. Một chân vịt biến bước sẽ có một củ cánh và có các cánh rời được lắp vào củ. Các cơ cấu bên trong củ gồm một khối chữ thập, xi lanh lực, đĩa khuỷu, chốt xoay và guốc trượt để cho các cánh được quay đồng thời qua một cung, do đó thay đổi được góc nghiêng cánh so với tâm trục, do vậy thay đổi bước cánh. Hình1.20: Củ chân vịt biến bước 1. Thanh trượt; 2. Chốt làm dấu; 3.Ống nối ngoài xilanh; 4. Đai ốc; 5. Vòng đệm; 6. Dưỡng khoan; 7. Ống nối ngoài thân; 8. Đai ốc hãm; 9. Piston; 10. Đệm kín; 11. Đệm kín thanh truyền; 12. Cần piston; 13. Con trượt. 3. Khảo sát hệ động lực tàu MPV đóng tại công ty Sông Thu 3.1. Tổng quan về tàu MPV đóng tại công ty Sông Thu. 3.1.1. Giới thiệu chung về tàu MPV. Tàu ứng phó sự cố tràn dầu là loại tàu đa chức năng. Nhờ thiết kế với nhiều sự năng động tàu có thể thực hiện được các chức năng cơ bản như: Kiểm soát ô nhiễm dầu trên biển, ứng phó sự cố tràn dầu. Lai dắt tàu hàng ven bờ, vận chuyển hàng hóa khi cần thiết. Cứu hộ tàu thuyền, các vật thể nổi trên biển, cứu người và chữa cháy. Thả và bảo trì phao luồng. Vận tốc lớn nhất của tàu khi không kéo lớn hơn 12.8 hải lý/giờ, chịu sóng gió cao, tầm hoạt động rộng (3000 Hải lý) và có thể hoạt động liên tục 30 ngày đêm trên biển. Ngoài ra tàu còn chịu tác động bởi sung lực tải trọng đột ngột của vũ khí khi thi hành nhiệm vụ nên tàu có độ bền và độ cứng vững cao. Sức kéo của tàu khi buộc bến lớn hơn 40 tấn. Tàu còn được trang bị một tời kéo 25 tấn với 2 tốc độ thu cáp: ở tốc độ 1 là 11m/ph, ở tốc độ 2 là 22m/ph và lực giữ phanh 100 tấn. Ngoài ra còn có 1 tổ hợp bơm cứu hộ với lưu lượng lớn hơn 600m3/h cột áp, 100m.c.n, áp lực bơm là 16 bar và 2 súng tạo bọt, được lai bởi động cơ CAT 3512B qua hộp số tăng tốc và 1 két tạo bọt 10m3/h. Tàu còn trang bị 2 khẩu súng 12.7mm, 1 nòng và còn bố trí 1 buồng Y tế phục vụ cứu nạn trên biển. Tàu có khả năng quay trở và tiếp cận các tàu khác nhanh và dễ dàng vì có lắp đặt một hệ thống chân vịt mũi bước cố định được lai bởi đông cơ điện 180KW. Tàu có sức chứa lớn về khối lượng nước, nhiên liệu và dầu nhờn: Lượng nước 300m3, Lượng nhiên liệu 300m3 và dầu nhờn 3m3. - Vận tốc khai thác 11,0 Hải lí/ giờ - Vận tốc cực đại 12,8 Hải lí/ giờ Hệ động lực gồm 2 động cơ chính, khởi động bằng điện và làm mát bằng sinh hàn ngâm tại hộp thông biển, với 2 chân vịt biến bước cố định trong đạo lưu cố định đặt ở đuôi tàu. Tàu được trang bị các thiết bị làm việc trên boong phía đuôi tàu, các phòng sinh hoạt ở phần trên boong trước, cánh quét dầu được bố trí hai bên mạn đuôi tàu. Boong tàu được thiết kế nhiều khoảng trống cho các container chứa các thiết bị ứng phó sự cố tràn dầu. Trên boong đuôi có cần cẩu phục vụ hoạt động nâng thả phao luồng. Một máy bích tời với móc kéo và ống rulo xoay ở đuôi tàu cũng được đặt trên boong đuôi để phục vụ các hoạt động cứu hộ và lai kéo. Các phòng ở và sinh hoạt trên tàu đủ cho 18 thuyền viên. Phòng lái được bố trí cao để quan sát tốt mọi hướng, cũng như các hoạt động trên boong và điều khiển 2 cánh quét dầu. Hình 2.1: Tổng quan tàu MPV 1. Cơ cấu cần trục; 2. Xuồng nhỏ; 3. Súng tạo bọt 4. Chân vịt; 5. Trục trung gian; 6. Máy chính Bảng 2-1: Các thông số cơ bản của tàu Mục Thông số Tên tàu MPV Số hiệu đóng mới 553008 Chiều dài lớn nhất (m) 52,40 Chiều rộng thiết kế(m) 52,40 Chiều cao thiết kế (m) 12 Mớn nước max (m) 5,5 Vận tốc phục vụ(hải lý/giờ) 11 Vận tốc tại mớn nước 3.50m(hải lý/giờ) 12,8 Tải trọng mớn nước T=4.0m(tấn) 600 Tầm hoạt động ở vận tốc tiết kiệm(hải lý) 3000 Sức kéo cọc bích (tấn) 45 3.2. Hệ động lực tàu MPV Hình 2.2: Tổng quan bố trí hệ động lực trên tàu MPV 1. Củ chân vịt ; 2. Chong chóng ; 3.Ống đạo lưu ; 4 Trục chân vịt; 5. Nối trục chân vịt và trục trung gian ; 6.Trục trung gian ; 7.Vách ngăn ;8.Hộp số ; 9.Máy chính. 3.2.1. Động cơ tàu. Máy chính có ký hiệu CAT 3512B DITA HD do hãng CATERPILLA - USA sản xuất, là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, turbo tăng áp dạng thùng, hai hàng xy-lanh chữ V, nghiêng 600, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén hoặc mô tỏ điện, tự đảo chiều, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa trên buồng lái. Tàu MPV được trang bị 2 động cơ chính loại CAT 3512B , truyền động trực tiếp cho hai hộp số thông qua khớp nối mềm bằng cao su. Máy chính được đặt trên 4 ụ giảm chấn ở bốn góc trên đế máy. Đây là loại ụ giảm chấn do hãng RUBBER DESIGN sản xuất. Ụ giảm chấn chế tạo bằng cao su đúc định hình, ở giữa có bu lông liên kết với đế máy. Hình 2.3. Động cơ CAT 3512 1- Đế máy; 2- cây thăm dầu; 3- Đường khí xả; 5- Họng đổ dầu; 6- Lọc nhớt; 7- Lọc nhiên liệu; 8- Ống nước làm mát Bảng 2.2. Thông số kỹ thuật máy chính M ục Động cơ CAT 3512 Tốc độ định mức(Vòng/phút) 1600 Công suất(kW/HP) 1305/1770 Số xylanh và cách bố trí V12, nghiêng 600 Đường kính xylanh(mm) 170 Hành trình(mm) 215 Loại 4 kỳ Tỷ số nén 14 : 1 Aspiration Tubô tăng áp Dung tích xylanh (L) 4,3 Dung tích tổng(L) 51,8 Nhiên liệu Diesel Phương pháp phun nhiên liệu Vòi phun điện tử Phương pháp khởi động Mô tơ khởi động điện hoặc mô tơ khởi động khí nén Áp suất trong đường ống xả(kPa) 2,5 Thứ tự nổ (Bên trái xilanh 1) 1-12-4-5-8-11-2-3-10-6-7 Bầu lọc gió Lõi lọc đơn hoặc lõi lọc đôi Khe hở nhiệt xupap nạp(mm) 0,5 Khe hở nhiệt xupap xả(mm) 1,00 Thiết bị kèm theo máy chính – Bơm LO bôi trơn máy chính 01 cụm – Bơm nước ngọt làm mát 01 cụm – Bơm nước biển làm mát 01 cụm – Bầu làm mát dầu nhờn 01 cụm – Bầu làm mát nước ngọt 01 cụm – Bơm tay LO trước khởi động 01 cụm – Các bầu lọc 01 cụm – Bơm chuyển nhiên liệu thấp áp 01 cụm – Bình chứa khí nén khởi động 02 bình – Mô tơ khởi động điện 01 cụm – Mô tơ khởi khí nén 01 cụm – Bầu tiêu âm 01 cụm – Ống bù hoà giãn nở 01 đoạn Ngoài ra tàu còn được trang bị 2 động cơ diesel lai máy phát điện hãng CATPILLAR-C4.4(Mỹ), là động cơ diesel 4 kỳ tác dụng đơn, turbo tăng áp dạng thùng, 6 xilanh thẳng hàng, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén hoặc mô tơ điện, tự đảo chiều, điều khiển tại chỗ hoặc từ xa trên buồng lái.. – Số lượng 02 – Kiểu máy C4.4 – Hãng (Nước) sản xuất CATERPILLA Mỹ – Công suất định mức, [Ne] 331/444 kW/hp – Vòng quay định mức, [n] 1500 rpm – Số kỳ, [t] 4 – Số xy-lanh, [Z] 6 – Đường kính xy-lanh, [D] 145 mm – Hành trình piston, [S] 183 mm – Khối lượng động cơ [G] 1,676 tons – Kích thước bao(LxBxH) 2400x1500x1002 mm 3.2.2: Hệ trục tàu MPV Hình 2.4: Hệ trục tàu MPV 1. Bánh lái ; 2. Ống đạo lưu ; 3. Chân vịt ; 4. Ổ lăn giữa ; 5. Ống bao trục ; 6. Trục chân vịt ; 7. Bích nối trục ; 8. Gối đỡ trục trung gian ; 9. Trục trung gian ; 10. Bích nối hộp số. Hệ động lực tàu MPV gồm có 02 đường trục, hai trục chân vịt đặt cách nhau 6000mm. Hệ trục là trục đặc, được gia công đều trên toàn bộ chiều dài trừ các cổ trục và vị trí các khớp nối. Trục chân vịt được trang bị một khớp nối rời. Toàn bộ hệ trục được liên kết với nhau bằng các bulông tinh. Chân vịt và khớp nối được lắp trên trục bằng các then. Khoảng cách truyền mômen quay từ động cơ đến chân vịt là rất lớn. Hai động cơ truyền momen cho 2 chân vịt. Trên tàu không có hệ thống phanh, mặc dù tàu thủy chuyển động với quán tính lớn. Khi cần giảm vận tốc đột ngột người ta cho chân vịt thay đổi bước cánh. Tàu MPV được trang bị 2 hệ trục chân vịt nên nó giúp cho quá trình lái được trở nên mau lẹ hơn. 3.2.2.1. Trục trung gian Nhiệm vụ: Trục trung gian là trục nối từ bích trục hộp số đến trục chân vịt. Có nhiệm vụ chính là truyền mômen xoắn đến chân vịt. Trục trung gian chịu tải do momen xoắn, trọng lượng bản thân, lực đẩy và tải bổ sung do biến dạng cục bộ. Điều kiện làm việc của trục trung gian nhẹ hơn so với trục chân vịt. Trục trung gian được chế tạo bằng thép C45N. Hình 2.5. Trục trung gian 1. Trục trung gian ; 2. Gối đỡ ; 3. Vách ngăn ; 4. Bích nối hộp số. Khớp nối với bích trục chân vịt: Dùng để liên kết giữa trục trung gian và trục chân vịt, khớp nối với bích trục chân vịt được chế tạo bằng thép SS 41. Khớp nối liên kết với khớp nối trục nhờ 16 bulong M24 được chế tạo bằng thép SF55. Hai khớp nối liên kết với trục bằng then hình chữ nhật, hai đầu trục có một đoạn tiện ren dùng để khóa chặt bích khớp nối với trục bằng bu lông loại M125. Bu lông này đựơc chế tạo bằng thép SF55. Hình 2.6. Khớp nối với bích trục chân vịt - Khớp nối với bích hộp số: Dùng để liên kết giữa trục trung gian với bích trục hộp số, được chế tạo bằng thép SS 41. Khớp nối với bích hộp số liên kết với bích hộp số nhờ 16 bulong M24 được chế tạo bằng thép SS 41. Hình 2.7. Khớp nối với bích trục sơ cấp hộp số Then: Dùng để liên kết giữa các khớp nối và trục trung gian. Hình 2.8. Then trục + Then thường được chế tạo bằng thép rèn, được gia công và nhiệt luyện. 3.2.2.2 Trục chân vịt + Nhiệm vụ: Nhận mômen xoắn từ trục trung gian và truyền đến làm quay chân vịt, mặt khác nhận lực đẩy từ chân vịt truyền đến thân tàu. + Trục chân vịt là đoạn trục cuối cùng mang chân vịt. Trục chân vịt làm việc nặng nề hơn rất nhiều so với trục trung gian. Do đó, trục chân vịt chịu tải trọng trực tiếp của chân vịt và một đầu hoạt động trong môi trường nước biển, đầu kia nối với trục trung gian bên trong tàu. Hình 2.9 : Trục chân vịt 1. Đai ốc chân vịt; 2.Vòng làm kín; 3.Bạc đỡ; 4.Ống bao trục;5.Trục chân vịt; 6.Cửa kiểm tra; 7.Bạc giữa; 8.Đầu nối ảm biến nhiệt độ; 9.Nối trục trung gian Hệ trục chân vịt được bôi trơn bằng nhớt bởi một hệ thống cung cấp riêng biệt. Mỗi hệ trục có một đường dầu cấp và đường dầu hồi, có cảm biến đo nhiệt độ và áp suất dầu bôi trơn và cụm làm mát dầu. - Cụm làm kín đầu trục chân vịt: Nhằm làm kín đầu trục chân vịt (đầu nối với trục trung gian), không cho dầu bôi trơn trong hệ trục tràn ra ngoài cũng như ngăn không khí và chất bẩn lẩn vào dầu bôi trơn. Gồm 3 vòng làm kín bằng cao su, trong đó 2 vòng có lò xo ép được bố trí liên tiếp nhau. - Một vòng làm kín bằng cao su bố trí cuối cùng nhằm mục đích làm kín phần lưng ống lót trong cụm làm kín với trục chân vịt. Các nắp lót dùng để giữ chặt các vòng phớt bằng bao su được lắp chặt với ống bao trục bởi các bu lông đầu lục giác. - Các lò xo trong vòng phớp nhằm tăng thêm lực ép của vòng làm kín lên trên vỏ ống lót, tăng thêm độ kín chống rò rỉ dầu bôi trơn. Hình 2.10: Cụm làm kín phía trước 1- Trục chân vịt; 2- Ống bao trục; 3- Bu lông định vị; 4- Vòng làm kín; 5- Vòng cao su - Cụm làm kín phía sau trục chân vịt: Có nhiệm vụ ngăn nước biển tràn vào trong hệ trục và không cho dầu bôi trơn chảy ra bên ngoài. Gồm 3 vòng làm kín bằng cao su có lò xo ép, trong đó vòng trong cùng có nhiệm vụ làm kín dầu, 2 vòng phía ngoài có nhiệm vụ làm kín nước. Hình 2.11: Cụm làm kín phía chân vịt 1- Vòng làm kín nước; 2- Vòng làm kín dầu; 3- Chân vịt; 4- Bu lông định vị; 5- Bao chắn rác; 6- Bu lông định vị cụm làm kín; 7- Đường cảm biến; 8- Ống bao trục; 9- Bạc lót; 10- Trục chân vịt; 11- Đầu cảm biến Khớp nối với bích trục trung gian: Dùng để liên kết giữa trục trung gian và trục chân vịt, khớp nối với bích trục trung gian được chế tạo bằng thép CT-45. Khớp nối liên kết với khớp nối trục nhờ 16 bulong M24 được chế tạo bằng thép SF55. Hình 2.12. Khớp nối với trục trung gian - Đai ốc đầu chân vịt: : Có nhiệm vụ hãm chặt chân vịt trên phần then của đầu côn trục, sao cho trong bất cứ tình huống nào chân vịt cũng không được lỏng ra hoặc tuột khỏi trục chân vịt. Đai ốc chân vịt được chế tạo bằng đồng – thiếc RG12 và được bắt vào trục chân vịt với chiều tiến của đai ốc ngược chiều quay trục chân vịt nhằm mục đích chống tháo khi trục chân vịt làm việc. Bên trong đai ốc được khoét rộng để bảo vệ trục, đầu đai ốc được tero lỗ ren khóa chặt với chân vịt. Hình 2.13: Đai ốc chân vịt -Chân vịt + Nhiệm vụ: Là thiết bị đẩy tàu, có nhiệm vụ tiếp nhận mômen xoắn và số vòng quay của động cơ truyền đến, quay trong nước, thắng các lực cản của nước và thay đổi năng lượng dòng chất lỏng chảy qua cánh chân vịt tạo thành lực đẩy lên các mặt của cánh, lực đẩy này thông qua trục và gối đỡ truyền lên thân tàu giúp tàu chuyển động. + Thông số chính của chân vịt như sau: Đường kính chân vịt : D = 2350 mm Tỷ số bước: H/D = 0,89 Tỷ số đĩa: q = 0.55 Số cánh: Z = 4 Trọng lượng chân vịt: G = 1388 Kg -Ống bao trục + Nhiệm vụ : Ống bao trục có nhiệm vụ bảo vệ trục khỏi bị ôxy hóa do môi trường nước biển tác dụng và có nhiệm vụ chịu mòn thay cho trục trong quá trình làm việc, giúp ổn định trục chân vịt, tăng độ cứng vững nhờ liên kết chắc chắn với vỏ tàu. Ống bao sau có kết cấu thép hàn, được hàn vững chắc vào giá đỡ trục, ống bao trước có kết cấu hộp kín nước. Trong ống bao bố trí 3 cụm bạc trượt, và được bôi trơn bằng nhớt. Ống bao trục đươc chế tạo bằng thép SUS304. Hình 2.14: Kết cấu ống bao trục chân vịt 1- Ống chắn rác; 2- Tấm chặn; 3- Vòng chặn bạc trục;4- Ống bao ổ đỡ sau; 5- Ống bao nối; 6- Đường cảm biến; 7- Cửa kiểm tra; 8- Ống bao ổ đỡ giữa; 9- Nút; 10- Ống bao ổ đỡ trước; 11- Vòng chặn bạc trục trước; 12- Bích nối; 13- Bu lông; 14- Tấm chặn - Bạc lót + Nhiệm vụ: Bạc lót được lắp lỏng trên trục, có nhiệm vụ truyền áp lực của trục và các lực bổ sung xuống gối đỡ, làm giảm ứng suất bề mặt cho trục và chịu mai mòn thay cho trục. Hình 2.15. Bạc lót phía chân vịt Bạc lót trục chân vịt bố trí bên trong ống bao trục chân vịt và là loại bạc trượt. Bạc lót làm việc trong điều kiện hết sức khắc nghiệt, việc theo dõi gặp nhiều khó khăn. Bạc lót sau dễ bị bẩn do rác rưởi và thường chịu những phụ tải bổ sung do chân vịt gây ra. Vật liệu làm bạc lót trước, sau và giữa đều làm bằng đồng. 3.3. Tính kiểm nghiệm hệ trục Trong quá trình làm việc, hệ trục tàu chịu tác dụng của nhiều phụ tải khác nhau và trãi qua nhiều trạng thái chịu ứng suất phức tạp bao gồm: Mômen xoắn truyền từ động cơ, phụ tải thủy động khi chân vịt làm việc, khối lượng chân vịt, phụ tải bổ sung do định tâm hệ trục, biến dạng vỏ tàu, chịu sự ảnh hưởng của môi trường ăn mòn đến sức bền vật liệu…Các ảnh hưởng này đều ảnh hưởng đến khả năng làm việc và độ bền của hê trục. Phần lớn trong tính toán sức bền người ta tính sức bền hệ trục trong điều kiện hệ trục nằm ở trạng thái tĩnh; chịu tải do: Mômen xoắn, lực đẩy chân vịt không đổi, chịu uốn do trọng lượng bản thân và các chi tiết treo trên trục. Trong thực tế hệ trục làm việc trong điều kiện chịu các ngoại lực khác nhau phức tạp hơn nhiều. Để đảm bảo sức bền cho hệ trục, sau khi tính toán theo tải tĩnh, người ta tăng quy cách trục đảm bảo hệ số dự trữ bền. 3.3.1: Tính nghiệm phản lực tại gối đỡ Tàu MPV được bố trí 02 hệ trục cho 02 máy riêng biệt. Đường tâm trục nằm song song với mặt phẳng dọc tâm tàu, cách về mỗi bên 3000mm. Hệ trục tàu gồm: Trục chân vịt, trục trung gian; toàn bộ hệ trục tựa trên ba gối đỡ, ba gối đỡ bố trí trong ống bao trục, đều được chế tạo bằng đồng. Trục chân vịt dài 11201 [mm ]; trục trung gian dài 6850 [mm]. + Vật liệu làm hệ trục: Thép SF55 + Trọng lượng chân vịt Pv: 1388 [KG] + Đường kính trục trung gian dt: 17,0 [cm] + Đường kính trục chân vịt dv: 21,4 [cm] + Môdun đàn hồi của vật liệu E: 2,1.106[KG/cm2] + Mômen quán tính tiết diện trục J: ≈0,05.d4 [cm4] + Trọng lượng riêng vật liệu γ: 7,85.10-3[KG/cm3] + Kích thước chiều dài của hệ trục: - Chiều dài đoạn công sôn của trục: l0 = 1,177[m ] - Khoảng cách từ trọng tâm chân vịt đến gối đỡ 0 (mép ngoài gối đỡ): lp = 0,712[m ] - Khoảng cách từ tâm gối đỡ 0 đến tâm gối đỡ 1: l1 = 5,126 [m] - Khoảng cách từ tâm gối đỡ 1 đến tâm gối đỡ 2: l2 =4,467 [m] - Khoảng cách từ tâm gối đỡ 2 đến tâm gối đỡ 3: l3 = 3,946 [m] -Khoảng cách từ tâm gối đỡ 3 đến bích nối hộp số: l4 = 4,11 [m] + Chiều dài bạc đỡ tại các ổ đỡ: L0 = 0,35 [m] L1 = 0,243 [m] L2 = 0,243 [m] L3 = 0,235 [m] Toàn bộ trọng lượng hệ trục giả định được phân bổ đều trên hệ trục Hình 2.16. Sơ đồ tính phản lực gối đỡ - Trọng lượng trên đơn vị chiều dài: = 0,28 [T/m] = 280[KG.m] - Mômen uốn tại gối đỡ gần chân vịt nhất: Dấu (-) thể hiện mômen uốn trục xuống - Phương trình mômen cho nhịp 1 và 2: Rút gọn ta có: 19,2M1 + 4,467M2 - 2,85 = 0 (1) - Phương trình mômen cho nhịp 2 và 3: Rút gọn ta có: 4,467M1 + 16,8M2 + 3,946M3 + 1,94= 0 (2) - Phương trình mômen cho nhịp 3 và 4: Rút gọn ta có: 3,946M2 + 16,1M3 + 4,11MB - 0,56= 0 (4) - Phương trình góc xoắn α tại ngàm B: (α = 0) => (4) Giải 3 phương trình (1); (2); (3) ta có kết quả như sau: M0 = -1180 [KG.m] M1 = 195[KG.m] M2 = - 200 [KG.m] M3 = 136 [KG.m] MB = - 212 [KG.m] Sau khi tính toán được mômen ta vẽ được biểu đồ mômen như sau: Hình 2.17. Biểu đồ mômen uốn - Tính phản lực trên gối đỡ 0: = 2708 [KG] - Tính phản lực trên gối đỡ 1: = 985 [KG] - Tính phản lực trên gối đỡ 2: = 1350 [KG] - Tính phản lực trên gối đỡ 3: = 955 [KG] - Tính phản lực tại ngàm B: [KG] + Kiểm tra tổng phản lực trên gối đỡ: [KG] G = q(l0 + l1 + l2 + l3 + l4) = q(1,177 + 5,126 + 4,467 +3,946 + 4,11) = 5,27 [T] 5,27 + 1,388 = 6660 [KG] Tổng phản lực trên các gối đỡ bằng tổng trọng lượng chân vịt PV và trọng lượng bản thân trục G. + Kiểm tra áp lực trên gối đỡ Diện tích hình chiếu của bạc đỡ: thực tế trục không tựa hoàn toàn trên bạc đỡ do đó ta lấy nhỏ đi 10%. Gối đỡ 0: S0 = 0,9.dv.l0 = 0,9.21,4.35 = 674 [cm2] Gối đỡ 1: S1 = 0,9.dv.l1 = 0,9.21,4.24,3 = 468 [cm2] Gối đỡ 2: S2 = 0,9.dv.l2 = 0,9.21,4.24,3 = 468 [cm2] Gối đỡ 3: S3 = 0,9.dtg.l3 = 0,9.17.23,5 = 359,55 [cm2] Áp lực trên các gối đỡ: [KG/cm2] [KG/cm2] [KG/cm2] [KG/cm2] Ta có áp lực cho phép với vật liệu làm bằng babit và đồng thì: [pg] = 5 [KG/cm2] Kết quả tính toán cho thấy áp lực trên tất cả gối đỡ đều nhỏ hơn giới hạn cho phép, do đó đảm bảo yêu cầu. 3.3.2: Tính nghiệm sức bền các trục Vì mỗi trục trong hệ trục chịu những tác động ngoại lực khác nhau, cho nên trục chân vịt, trục trung gian và chân vịt có sức bền không giống nhau. Vì vậy trên toàn bộ chiều dài hệ trục cần xác định sức bền của các tiết diện yếu nhất. Trong hệ trục tàu MPV thì sức bền của cánh chân vịt là yếu nhất, sau đó là trục trung gian và trục chân vịt (chưa kể bích nối và các buloong). Tuy nhiên khi xảy ra sự cố về cánh và cả chân vịt thì đòi hỏi thì phải đưa tàu lên đà mới sữa chữa hoặc thay thế được. Cho nên sức bền của cánh chân vịt được tính toán với hệ số an toàn tương đối cao theo quy phạm. Theo tài liệu tàu MPV: Số vòng quay chân vịt = 215 (v/ph) Chiều dài 2 trụ = 48,444 (m) Chiều rộng thân tàu: B= 12 (m) Mớn nước giữa tàu :T = 4 (m) Thể tích chiếm nước V= 611,6 m3 Ta có hệ số béo: = 0,26 * Hệ số dòng theo() Dùng cho tàu 2 chân vịt trong ống đạo lưu Theo công thức kinh nghiệm Vậy Ta có thường nằm trong khoảng , ta lấy = 0,085 * Hệ số hút (t) Tàu 2 chân vịt trong ống đạo lưu t = t'. Thường t' nằm trong khoảng . Lấy t' = 0,11. -Tính công suất chân vịt nhận được() Công suất máy chính tàu MPV : = 1750 (HP) DHP= 0,98.1750=1715 (HP) Đổi ra hệ Anh: DHP= 1715.= 1692,4(HP) Ta có Vận tốc tịnh tiến của chân vịt () = (1-0,076).12,8 = 11,7 (HL/h) Tính : Ta có tỉ lệ mặt đĩa là Chọn = 0.55 Theo tài liệu tàu Dv = 2350 (mm) Tính hệ số Taylor Tra đồ thị xêri B4.55 ta có = 0,63 3.3.2.1. Tính kiểm nghiệm sức bền trục trung gian Ta tính toán sức bền theo tải trọng tĩnh và nghiệm bền theo hệ số dự trữ bền K. Hệ số dự trữ bền là tỷ số giữa giới hạn nóng chảy của vật liệu và sức bền tính toán chung của hệ trục . Hệ số dự trữ bền phải nhỏ hơn hệ số dự trữ bền cho phép. Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép TCVN 6259 - 2003 hệ số dự trữ bền cho phép: - Đối với trục trung gian [K] = 2,5 - 5,5 - Đối với trục chân vịt [K] = 2,8 - 5,8 - Tổng ứng suất do nén, uốn: - Ứng suất tổng hợp chung: - Hệ số dự trữ bền: Hình 2.18. Sơ đồ tính sức bền trục trung gian Đoạn trục trung gian với chiều dài Lmax, tựa trên hai gối đỡ và chịu tác động của các lực như sau: Mx: Mômen xoắn định mức của máy chính T: Lực đẩy chân vịt q: Trọng lượng đơn vị bản thân trục phân bố đều trên chiều dài G: Trọng lượng của cấu kiện treo trên trục như bích nối Ngoài ra còn lực uốn bổ sung do lắp ráp, do ảnh hưởng của các nhịp trục kế cận có thể nhận: Ứng suất xoắn của trục: (KG/cm2) Trong đó: Mômen xoắn định mức của máy chính (trục trung gian) (KGcm) = 78334,4 (KG.cm) Trong đó: : Công suất định mức máy chính (CV) n : Số vòng quay định mức máy chính (v/ph) Wx : Mômen chống xoắn. = 964,66(cm3) Ứng suất nén của trục: ( KG/cm2) F – diện tích tiết diện trục đang kiểm tra. T : Lực đẩy chân vịt (KG) = 12558,2 (KG) Ứng suất uốn của trục: Để tính ứng suất uốn chúng ta phải tính lực RA, RB. Trọng lượng đơn vị của trục: (KG/cm) Ở đây: g -Trọng lượng riêng của vật liệu trục. Với thép (KG/cm3) Theo sơ đồ tính toán trên hình 3, từ điều kiện cân bằng lực và mômen tại A ta có: Từ 2 phương trình trên rút ra: và - Xác định mômen uốn: tại mặt cắt bất kỳ cách gối đỡ A một khoảng là x, với điều kiện cân bằng mômen ta có: Điều kiện cân bằng lực về một phía của mặt cắt phải bằng không: Ta có: hay Thay vào phương trình trên ta rút ra công thức mômen uốn như sau: (KGcm) Nếu bỏ qua hoặc trên trục không có treo trọng vật nào, tức G = 0 thì công thức trên sẽ trở thành đơn giản và quen thuộc: - Ứng suất uốn: (KG/cm2) Wu – Mômen chống uốn (cm3) Ứng suất uốn bổ sung do lắp ráp và ảnh hưởng của các nhịp kế cận có thể nhận: sb = 300 (KG/cm2) Tổng ứng suất do nén, uốn: s0 = sn + su + sb Ứng suất tổng hợp chung sc: (KG/cm2) - Hệ số dự trữ sức bền: Bảng 2.3: Tính kiểm nghiệm sức bền trục trung gian TT Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Giá trị 1 Giới hạn bền chảy của vật liệu KG/cm2 2700 2 Hiệu suất chân vịt 0,63 3 Ứng suất xoắn cho phép KG/cm2 350 4 Công suất định mức máy chính Ne CV 1750 5 Số vòng quay máy chính n v/phút 1600 6 Số vòng quay trục trung gian n2 v/phút 215 7 Tốc độ định mức của tàu v HL/h 12,8 8 Mômen xoắn định mức của máy chính KG.cm 78334,4 9 Mômen xoắn định mức của trục trung gian KG.cm 494384 10 Đường kính trục trung gian cm 17 11 Lực đẩy chân vịt KG 12558,2 12 Mômen chống xoắn cm3 964,66 13 Ứng suất xoắn của trục KG/cm2 512,5 14 Ứng suất nén của trục KG/cm2 55,2 15 Trọng lượng riêng của vật liệu trục = 7,85.10-3 KG/cm3 0,00785 16 Trọng lượng đơn vị của trục KG/cm 1,78 17 Chiều dài giữa hai gối đỡ L Theo hồ sơ tàu cm 411 18 Mômen uốn Mu KG/cm 5912,235 19 Mômen chống uốn Wu cm3 482,33 20 Ứng suất uốn KG/cm2 12,26 21 Ứng suất bổ sung KG/cm2 300 22 Tổng ứng suất nén, uốn KG/cm2 367,46 23 Ứng suất tổng hợp chung KG/cm2 960 24 Hệ số dự trữ bền 2,8 Với K = 4,85 nằm trong khoảng [K] = 2,5 - 5,5 => Hệ trục thỏa mãn hệ số bền dự trữ. 3.3.3.2. Tính kiểm nghiệm sức bền trục chân vịt Coi trục chân vịt như một dầm nằm tự do trên hai gối đỡ (trong ống bao), một đầu công sôn treo chân vịt và chịu các tải sau: Mômen xoắn từ máy chính Mx, mômen uốn do trọng lượng chân vịt Pv, lực đẩy chân vịt T, trọng lượng đơn vị q phân bố đều trên chiều dài trục. Hình 2.19. Sơ đồ tính sức bền trục chân vịt Mặt cắt nguy hiểm của trục chân vịt cần kiểm tra sức bền là nơi tập trung mômen uốn tối đa. Mặt cắt này qua tính toán cũng như khảo sát thực tế thường nằm ở phần gối đỡ cuối cùng phía lái của trục chân vịt hoặc giữa hai gối đỡ. Vì vậy để đơn giản hóa trong tính toán, nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy thì chỉ cần khảo sát riêng phần trục chân vịt như trên (hình 3.22). Trong tính toán giả thiết trục có cùng tiết diện trên suốt chiều dài trục. Ngoài ra thực tế cho thấy ứng suất uốn do trọng lượng chân vịt và trọng lượng bản thân của trục, ứng suất bổ sung do lắp ráp không đáng kể so với ứng suất chung trên trục chân vịt, cho nên để đơn giản hóa cho tính toán mà vẫn đảm bảo độ chính xác người ta bỏ qua tính ứng suất uốn mà thay vào đó là hệ số kể đến ứng suất uốn e, với e = 1,02 ÷ 1,06 Ứng suất tổng hợp chung cho trục chân vịt được tính như sau: [KG/cm2 ] Trong đó: : Ứng suất nén [KG/cm2 ] : Ứng suất xoắn [KG/cm2 ] Ta có đường kính trục chân vịt theo hồ sơ tàu là [cm] Ứng suất xoắn: [KG/cm2 ] Trong đó: là ứng suất xoắn của trục chân vịt. i: Tỷ số truyền hộp số i = 6,44 : Hiệu suất của hộp số, chọn = 0,98 : Momen xoắn định mức máy chính : Momen chống xoắn Ứng suất nén : Trong đó : T: Lực đẩy chân vịt, T= 12558,2 (KG) : Đường kính trục chân vịt, = 21,4 (cm) Ta có bảng kết quả tính toán như sau: Bảng 2.4: Tính kiểm nghiệm sức bền trục chân vịt TT Đại lượng xác định Công thức tính Đơn vị Giá trị 1 Hệ số kể đến ứng suất e 1,06 2 Giới hạn bền chảy của vật liệu KG/cm2 2700 3 Hiệu suất chân vịt 0,63 4 Ứng suất xoắn cho phép KG/cm2 350 5 Công suất định mức máy chính Ne cv 1750 6 Tốc độ định mức của tàu v hl/h 12,8 7 Mômen xoắn định mức của máy chính KG.cm 78334,4 8 Mômen xoắn định mức của trục chân vịt KG.cm 494384 9 Đường kính trục chân vịt cm 21,4 10 Lực đẩy chân vịt KG 12558,2 11 Mômen chống xoắn cm3 1924,3 12 Ứng suất xoắn của trục KG/cm2 257 13 Ứng suất nén của trục KG/cm2 34,8 14 Ứng suất tổng hợp chung KG/cm2 473,3 15 Hệ số dự trữ bền 5,7 Với K = 5,7 nằm trong khoảng [K] = 2,8 - 5,8 => Hệ trục thỏa mãn hệ số bền dự trữ. + Kết luận: Với giá trị đường kính trục đã được nhà sản xuất chọn để chế tạo, lắp ráp vào tàu MPV và công suất động cơ trên tàu thì ta tính được một hệ số dự trữ bền trương đối cao. Điều đó chứng tỏ hệ trục làm việc với hệ số an toàn lớn, rất phù hợp với yêu cầu của tàu là làm việc trên biển trong mọi điều kiện thời tiết. 3.4. Căng tim định tâm và lắp ráp hệ trục 3.4.1.Căng tim Chất lượng căng tim, lắp ráp và định tâm hệ trục có ảnh hưởng rất lớn đến tính năng của tàu. Do vậy trước khi tiến hành vỏ tàu phải được chuẩn bị đầy đủ điều kiện sao cho công việc căng tim lắp ráp và định tâm hệ trục được tiến hành trong trạng thái yên tĩnh không có chấn động, không có biến dạng của võ tàu ( do hàn, do mặt trời đốt nóng hoặc do trọng lượng phân bố không hợp lý...). Cho nên việc căng tim được tiến hành từ 0h đến 7h sáng. Nhưng do mùa đông nên việc tiến hành căng tim được tiến hành vào ban ngày ( lúc trời râm mát). Công việc căng tim được tiến hành khi mức độ thi công của tàu: - Mọi công việc hàn vỏ và boong cơ bản đã xong - Máy chính đã được định tâm và kẹp chặt trên đà máy với 1/3 số lượng căn và 6 bu lông - Các khoang đuôi và bên cạnh các két trong vùng hệ trục đều đã được thử kín nước xong. - Giá treo trục chân vịt ở đuôi tàu đã được treo và kẹp chặt - Võ tàu phải ở vị trí cân bằng( kiểm tra bằng ống thông thủy) - Tất cả các thanh chằng giàn giáo,đồ gá tại đuôi tàu phải được tháo bỏ Sau khi đã được chuẩn bị xong ta tiến hành căng tim tại đây người ta sữ dụng phương pháp căng tim bằng quang học. Quy trình gồm ba bước như sau: Định tâm máy chính Định tâm ống ngắm theo trục máy chính Căng tim hệ trục Định tâm máy chính: Đây là quá trình đưa đường tâm trục cơ máy chính trùng với đường tâm lý thuyết của hệ trục theo tọa độ cho trên bản thiết kế. Có thể tiến hành bằng 2 cách: Định tâm bằng 2 ống ngắm Định tâm bằng 1 ống ngắm. Ở đây sử dung phương pháp định tâm bằng 1 ống ngắm ( sử dung đích ngắm gần và đích ngắm xa). Sau khi định tâm, máy chính được kẹp chặt trên đà máy và tâm trục cơ sẽ là trục chuẩn để định tâm ống ngắm. Định tâm ống ngắm trên bích máy chính Đây là quá trình đưa vòng tâm chữ thập trong ống ngắm trùng với tâm quay của trục cơ bằng bộ gá chuyên dùng Hình2.20: Định tâm và kẹp chặt ống ngắm trên mặt bích máy chính 1. Trục cơ; 2. Bulông kẹp bộ gá; 3. Vòng đệm; 4. Bích máy; 5. Vít điều chỉnh độ lệch tâm; 6. Đĩa bộ gá; 7. Vít điều chỉnh độ gãy khúc; 8. Ổ đỡ; 9. Ống ngắm; 10. Giá đỡ. Ống ngắm 9 được đặt trên hai gối đỡ 8. Hai gối đỡ lại được kẹp chặt trên giá 10 gắn liền với dĩa 6. Nhờ có các bu lông điều chỉnh 5 và 7, đĩa 6 cùng với ống ngắm có thể dịch chuyển lên, xuống, sang trái, phải hoặc nghiêng 1 góc nhỏ nào đó, để cuối cùng tâm ống ngắm trùng với tâm trục cơ. Để khẳng định 2 tâm này trùng nhau có thể sử dung hai cách: Định tâm ống ngắm không dùng đích ngắm Định tâm ống ngắm bằng 2 đích ngắm Ở đây ta sử dụng phương pháp định tâm ống ngắm bằng 2 đích ngắm do cách này chính xác hơn. Sau khi định tâm, thì kẹp chặt đĩa 6 trên bích máy chính bằng các bulông 2 và tiến hành căng tim hệ trục. Căng tim hệ trục Hình2.21: Căng tim hệ trục bằng quang học Máy chính Ống ngắm Đích ngắm gần tại B Đích ngắm xa tại A Sau hai bước nêu trên, ta có tâm ống ngắm tức tâm trục cơ làm chuẩn để tiến hành căng tim toàn bộ hệ trục. Tại vị trí A ở phạm vi đuôi tàu đặt đích ngắm xa (có thể tại giá treo trục chân vit hoặc ở ống bao trục) và tại vách buồng máy B đặt đích ngắm gần. Cả hai đích ngắm đều có đặt bóng đèm 40W chiếu sáng để quan sát từ ống ngắm. Lần lượt điều chỉnh đích ngắm gần, sau đó đến đích ngắm xa, sao cho tâm của 2 đích ngắm đều nằm trùng với tâm vòng chữ thập của ống ngắm. Sau đó tiếp tục đưa các đích ngắm vào vị trí trung gian như: các vách ngang, bệ ổ đỡ, sống đuôi tàu, giá treo trục chân vịt ... , và điều chỉnh chúng sao cho tâm của đích ngắm xa tận đuôi tàu luôn hiện rõ trên vòng chữ thập trong ống ngắm. Sau khi căng tim hệ trục, người ta lấy tâm của các đich ngắm, dùng compa vạch vòng tròn gia công và vòng tròn kiểm tra. 3.4.2 Lắp các thành phần hệ trục Doa các lỗ Căn cứ vào dấu vòng tròn kiểm tra đã vạch trong quá trình căng tim hệ trục người ta tiến hành doa các lỗ giá treo trục chân vịt, lỗ sống đuôi, lỗ ở các ổ đỡ trung gian và các vách ngang. Việc doa này phải được tiến hành sau khi đã kết thúc toàn bộ công việc đóng lắp võ tàu ở phạm vi đuôi tàu đễ đảm bảo độ chính xác của đường tâm trục. Công việc doa lần cuối cùng được thực hiện vào ban đêm hoặc lúc trời râm mát, và trước đó phải kiểm tra độ côn và độ ô van của các lỗ doa. Sau khi doa người ta tiến hành tiện mặt đầu giá treo trục chân vịt, lỗ sống đuôi, tấm gia cường vách ngang đảm bảo thẳng góc với đường tâm hệ trục. Sau khi doa lỗ phải tiến hành kiểm tra Lắp trục chân vịt và chân vịt Sau khi lắp ống bao trục cùng bạc đỡ đã được doa có thể tiến hành lắp trục chân vịt. Trục chân vịt được đưa vào ống bao theo chiều lắp ráp. Sau đó phải kiểm tra khe hở lắp ráp ở phía mủi và phía lái. Số đo phải được thực hiện ở 4 điểm trên 2 đường kính thẳng góc với nhau. Kết quả đo đạc tương ứng ở phía mủi và lái phải giống nhau, trong đó khe hở phía dưới chính giữa phải bằng 0 và khe hở phía trên bằng khe hở lắp ráp cho phép, khe hở ở mặt phẳng ngang phải bằng khe hở lắp ráp. Để bảo vệ trục khỏi nước biển ăn mòn giữa các mặt tiếp xúc của nắp bảo vệ, đai ốc chân vịt với may ơ chân vịt còn có đệm kín bằng cao su. Hình2.22: Đưa trục chân vịt vào tàu 2 hệ trục a) 1. Hệ bánh xe; 2. Trục chân vịt; 3. Dàn dỡ b) 1. Trụ đỡ; 2. Bánh lăn gỗ Lắp trục trung gian Vị trí và chiều cao bệ ổ đỡ trục trung gian và các dấu vòng kiểm tra để doa lỗ vách ngang đã được xác định ngay sau khi căng tim hệ trục. Sau khi doa võ ở đỡ tiến hành lắp bạc. Tại phân xưởng các bạc đỡ đã được rà sơ bộ với cổ trục dưỡng có đường kính lớn hơn cổ trục thực tế một giá trị đúng bằng khe hở lắp ráp. khi đưa trục trung gian vào các ổ đỡ trượt thì các ở đỡ này đang được đặt trên các bu lông tăng chỉnh tại chân ổ đỡ. Bằng cách dùng các bu lông tăng chỉnh xê dịch các ổ đỡ cùng với trục lên xuống sang trái, phải người ta tiến hành định tâm trục theo độ gãy khúc và độ lệch tâm trên các bích trục. Sau khi định tâm các trục tiến hành đo, gia công và cạo rà các tấm căn ở các chân ổ đỡ. Tiếp theo đưa các tấm căn vào vị trí, khoan, doa và kẹp chặt ổ đỡ trên bệ đồng thời kẹp chặt các bích nối với nhau. Hình2.23: Định tâm trục theo độ lệch tâm và độ gãy khúc a) Bằng thước thẳng và thước lá b) Bằng 2 cặp mũi kim c) Lắp đồng hồ trên 2 cặp mũi kim để đo độ lệch tâm và độ gãy khúc Kẹp chặt bích nối Bích nối các trục được kẹp chặt với nhau bằng tất cả hoặc một số bu lông chính xác. Các lỗ bu lông này phải được doa theo thứ tự đối xứng nhau qua tâm bích. kho lắp ráp các bu lông bích nối chúng đều phải được bôi mỡ động vật hoặc mỡ thủy ngân sau đó dùng búa chì đóng nhẹ vào lỗ. Tại vị trí các bu lông đã xiết chặt thước lá 0,05mm không được lọt sâu quá 7mm giữa 2 mặt tiếp xúc của bích. Các bu lông và bích nối phải được hảm bằng đai ốc công hoặc bằng biện pháp tốt khác. Lắp cụm kín ống bao, cụm kín vách ngang Đây là những công việc lắp ráp cuối cùng của toàn bộ quá trình lắp ráp hệ trục. Khe hở giữa tấm gia cường của cụm kín ống bao với vách ngang trước khi hàn cho phép không quá 0,5mm. - Cụm kín vách ngang: Được lồng ngay vào trục trung gian từ khi lắp trục. Trước khi kẹp chặt phải kiểm tra độ đồng tâm với trục. Khe hở giữa bích nối với cụm kín phải đều và không quá giới hạn cho phép. Các vòng đệm kín phải hoàn toàn ôm sát vào trục và tại nơi tiếp giáp với trục có độ nghiêng trong đó các chổ tiếp giáp của những vòng riêng biệt phải nằm đối nhau . Nghiệm thu bàn giao hệ trục. Toàn bộ hệ trục được kiểm tra lần cuối cuing và bàn giao cho khách hàng sau khi thử chạy biển với sự có mặt của đại diện khách hàng và cơ quan đăng kiểm. Không phụ thuộc vào phương pháp lắp ráp, định tâm và phương pháp kiểm tra của xưởng đóng, hệ trục được coi là đảm bảo chất lượng đủ tiêu chuẩn nghiêm thu và bàn giao cho khách hàng, nếu trong qua trình chạy thử ở biển với công suất định mức của máy chính đảm bảo các yêu cầu sau đây: Nhiệt độ tại các ổ đỡ trung gian, ổ chặn, cơ cấu ống bao, cụm kín, hộp số và các ổ đỡ chính của trục cơ nằm trong giới hạn cho phép(tùy theo loại dầu nhờn nhưng khi làm việc lâu dài nhiệt độ dầu trong các ổ đỡ không quá 65-75 độ C). Không có tiếng gõ trong cơ cấu ống bao, ổ đỡ khớp nối và trong hộp số. Không có hiện tượng chấn động, đảo trục, bulông chân ổ đỡ tự lỏng hoặc hiện tượng chuyển vị ổ đỡ. Không có hiện tượng nước rò nhiều qua các cụm kín. 4. Kết luận Thời gian vừa qua với sự hướng dẫn, chỉ bảo tận tình của giáo viên hướng dẫn cùng với việc tìm hiểu, tham khảo những tài liệu chuyên ngành tàu thủy, những kinh nghiệm những người đi trước và đề tài liên quan em đã hoàn thành cơ bản về nội dung đề tài tốt nghiệp “Khảo sát và tính kiểm nghiệm hệ trục tàu MPV”. Trong suốt hơn 3 tháng thực hiện đề tài, có những khó khăn và thuận lợi nhất định. Qua đề tài khảo sát và tính nghiệm hệ trục cho thấy nhà sản xuất bố trí các trang thiết bị động lực trên tàu, cũng như việc tận dụng tối đa không gian trên tàu một cách rất hợp lý. Kết cấu hệ trục tàu tương đối vững chắc, các hệ số dự trữ bền trên hệ trục rất lớn, phù hợp với tính năng nhà sản xuất đưa ra là hoạt động trong mọi điều kiện thời tiết (cấp không hạn chế) nhằm mục đích cứu hộ cứu nạn trên biển và ứng phó sự cố tràn dầu. Qua đây em cũng hiểu thêm về kết cấu của 1 con tàu. Cũng như trang bị động lực trên đó. Nhờ đó tiếp thu thêm được những kiến thức về chuyên ngành tàu thủy nhằm nâng cao kiến thức thực tế phục vụ sau này. Tuy rất cố gắng trong việc tìm hiểu cũng như tính toán, việc thực hiện đề tài chắc chắn không tránh được những sai sót, hạn chế nhất định. Kính mong sự thông cảm và chỉ bảo thêm của quí thầy cô cùng các bạn nhằm giúp em ngày càng hoàn thiện về kiến thức cũng như kỹ năng phục vụ cho ngành nghề sau này. Một lần nữa xin cảm ơn thầy Nguyễn Quang Trung và thầy Nguyễn Tiến Thừa đã chỉ bảo và tận tình hướng dẫn em hoàn thành đề tài này! TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS.Ts Phạm Văn Thể. “Trang bị động lực diesel tàu thủy”. Hà Nội: NXB Khoa Học và Kĩ Thuật; 2005 [2] Trần Công Nghị. “Sức cản vỏ tàu và thiết bị đẩy tàu - Tập 2”. TP HCM: NXB Đại Học Quốc Gia TPHCM; 2006 [3] Nguyễn Đăng Cường. “Thiết kế và lắp ráp tàu thủy”. Hà Nội: NXB Xây Dựng; 2006 [4] Trương Sĩ Cáp, Nguyễn Tiến Lai, Trần Minh Tuấn và Đỗ Thị Hải Lâm. “Lực cản tàu thủy”. Hà Nội: NXB Giao Thông Vận Tải; 1987 [5] Trần Văn Phương, Phan Thái Hùng, Nguyễn Quang Sáng, Lê Đình Tuân. “Thiết kế hệ thống động lực tàu thuyền”. Nha Trang: NXB Đại học Thủy Sản Nha Trang; 1994 [6] PGS. TS. Nguyễn Đức Ân, KS Nguyễn Bân. “Lý thuyết tàu thủy - Tập 2”. Hà Nội: NXB Đại Học Giao Thông Vận Tải; 2005 [7] Trần Văn Luận. “Bài giảng Trang bị động lực”. Đà Nẵng: Đại học Bách Khoa; 2006 [8] “Bản vẽ, tài liệu về tàu MPV ”. Đà Nẵng: Công Ty đóng tàu Sông Thu; 2010