Thiết kế trang bị động lực tàu nghề câu đóng theo kinh nghiệm dân gian ở khu vực Khánh Hòa

GIỚI THIỆU VỀ CON TÀU THIẾT KẾ Các thông số chính của tàu thiết kế: Chiều dài lớn nhất: Lmax = 18,4 m Chiều dài thiết kế: Ltk =16,8 m Chiều rộng lớn nhất: Bmax = 5,1 m Chiều rộng thiết kế: Btk = 4,79 m Chiều chìm trung bình: Ttb = 1,85 m Chiều cao mạn: H = 2,53 m Hệ số thể tích chiếm nước: = 0,625 Hệ số diện tích mặt đường nước: = 0,9 Hệ số đầy mặt cắt ngang: = 0,93 Lượng chiếm nước: D = 95 T Tốc độ hang hải tự do: V = 10 Hl/h Biên chế: 12 người Thời gian chuyến biển: 25 ngày Hoạt động vùng hạn chế: II Bố trí buồng máy phía đuôi tàu Vật liệu đóng tàu: gỗ Vùng hoạt động: ngư trường Khánh Hoà +Đặc diểm của tàu thiết kế - Đặc điểm đường hình Tàu có hình dáng cấu trúc theo mẫu tàu dân gian Khánh Hoà, 1/3 thân tàu phần mũi có dạng thuỷ động học nhằm giảm sức cản, chuyển dần sang thân trục ở phần giữa rồi đến dạng xà lan ở phần đuôi, vòm đuôi được nâng cao tạo điều kiện cho chân vịt hoạt động tốt. - Bố trí Buồng máy đặt phía sau tàu. Việc bố trí buồng máy phía sau đuôi có một số ưu điểm như lợi dụng được diện tích phía sau tàu, giảm được chiều dài hệ trục, giảm được công tiêu hao trên hệ trục, chăm sóc hệ trục dễ dàng hơn. Các hầm cá được bố trí từ buồng máy về phía trước mũi tàu. - Đặc điểm kết cấu của tàu Khung xương của tàu được kết cấu theo hệ thống ngang, liên kết khung xương bằng bulông, ván vỏ liên kết với khung xương chủ yếu bằng bulông và đinh tráng kẽm. Khung xương chủ yếu làm bằng gỗ nhóm 2, ván vỏ làm bằng gỗ sao. Các chi tiết của kết cấu được trình bày trong bảng sau: Tên chi tiết Quy cách (mm x mm) Ky chính 320x320 Sống mũi 510x510 Ky lái 100x320 Đà ngang đáy 100x200 Cong gian 90x180 Bổ viền 50x195 Bổ chụp 70x380 Trụ cabin 100x200 Ván vỏ δ = 60 , δ = 70 Ván boong δ = 40 Ván vách δ = 40 Ván lót hầm δ = 25 Bố trí chung của tàu nghề câu được giới thiệu trên hình 1.1 2.2.TÍNH SỨC CẢN VỎ TÀU 2.2.1.Chọn phương pháp tính sức cản Khi tàu chuyển động trong nước với một vận tốc nào đó sẽ xuất hiện lực ma sát làm cản trở chuyển động của tàu. Ở mỗi giá trị vận tốc khác nhau thì sức cản tàu cũng có giá trị khác nhau. Do bề mặt thân tàu có hình dạng là những mặt cong phức tạp nên việc tính toán sức cản rất phức tạp và kết quả thu được chỉ mang tính gần đúng, vì các công thức tính sức cản là các công thức gần đúng. Hiện nay có nhiều phương pháp tính sức cản như: phương pháp Oortsmersena, phương pháp Zvonkov, phương pháp Ayre, phương pháp Neumann, phương pháp của viện thiết kế Leningrad,… Mỗi phương pháp có một phạm vi ứng dụng khác nhau. Đối với tàu cá có thể sử dụng các phương pháp như: phương pháp của viện thiết kế Lêningrad, phương pháp Oortsmersena, phương pháp Võ Văn Trác. Theo các đơn vị thiết kế thì phương pháp của viện thiết kế Lêningrad phù hợp với việc tính toán sức cản tàu vỏ gỗ cỡ nhỏ và kết quả thu được tương đối tốt. Vì vậy trong phạm vi đề tài này tôi chọn phương pháp tính sức cản của viện thiết kế Lêningrad để tính sức cản cho tàu thiết kế. 2.2.2Tính sức cản vỏ tàu. Theo phương pháp của viện thiết kế Lêningrad sức sản được tính theo công thức sau: R=0,17..V1.825+1,45.(24-).5\2..V4 (kG) Trong đó: _ diện tích bề mặt vỏ tàu dưới nước , m2 L_ chiều dài thiết kế , m B_ chiều rộng thiết kế , m T_ chiều chìm trung bình , m _hệ số thể tích chiếm nước Với : = L ( 1,36 .T + 1,13. .B ) = 16,8 ( 1,36.1,85 + 1,13.0,625.4,79 ) = 16,847 m2 Đặt : A = 0,17. C = 1,45.(24 - ).5\2. = 1,45 (24 - ) 0,625. C = 3,094 Bảng 2.1. Tính sức cản vỏ tàu V, Hl/h V, m/s V1,825 V4 A. V1,825 B. V4 R, kG 1 0,515 0,298 0,070 5,02 0,22 5,235 2 1,03 1,055 1,125 17,77 3,48 21,25 3 1,545 2,212 5,697 37,25 17,63 54,88 4 2,06 3,74 18,01 63,01 55,72 118,73 5 2,575 5.62 43,96 94,68 136,01 230,69 6 3,09 7,84 91,16 132,08 282,05 414,13 7 3,605 10,40 168,89 175,21 522,55 697,76 8 4,12 13,25 288,13 223,22 891,47 1114,69 9 4,635 16,43 461,52 276,79 1427,94 1704,73 10 5,15 19,90 703,44 335,26 2176,44 2511,7 11 5,665 23,69 1029,91 399,11 3186,54 3595,51 Đồ thị đường cong sức cản được xây dựng trên hình 2.2 2.3.THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG CHÍNH Nhiệm vụ chủ yếu của việc thiết kế thiết bị năng lượng chính là đi xác định các thông số kỹ thuật cần thiết của chân vịt, chọn máy chính và thiết kế hệ trục tàu nhằm đạt được các yêu cầu cho trước về tốc độ và các chế độ hoạt động của tàu, vừa phát huy tốt nhất công suất máy chính, vừa đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật của tàu, và cũng phải đảm bảo tính kinh tế. 2.3.1.Thiết kế chân vịt để chọn máy chính Tính toán chân vịt, phân tích để lựa chọn máy chính là bài toán cơ bản trong quá trình thiết kế thiết bị năng lượng tàu. Ở phần này công suất động cơ chính được xác định trong quá trình tính toán thủy động chân vịt trên cơ sở sức cản thân tàu chuyển động trong nước và tốc độ chạy tàu. Việc tính toán thiết kế chân vịt cho tàu thiết kế được thực hiện theo phương pháp đồ thị của Papmen. Vì chế độ chạy tàu chủ yếu của tàu câu là di chuyển đi về cảng và di chuyển thả câu nên phần trang bị động lực được thiết kế theo chế độ hàng hải tự do. - Tính toán chân vịt để chọn máy Số trục chân vịt Số trục chân vịt: 1 Chiều quay trục chân vịt: Chiều quay trục chân vịt cùng chiều quay kim đồng hồ nhìn từ lái. Đường kính chân vịt Dựa vào các bản vẽ kết cấu của tàu thiết kế ta chọn đường kính chân vịt phù hợp vòm đuôi của tàu thiết kế: Dmax = 1,3m Dmax = 1,3 m phù hợp với điều kiện cho phép Dmax = ( 0,70 – 0,80 ) Tđ ,m Số cánh chân vịt: Đa số các tàu đánh cá Khánh Hoà thường dùng chân vịt 3 cánh do đó ta chọn số cánh chân vịt là 3. Hệ số dòng theo: Hệ số dòng theo chủ yếu phụ thuộc vào hình dáng đuôi tàu và rất khó xác định được chính xác. Vì vậy giá trị gần đúng của hệ số dòng theo được xác định theo công thức sau: ω = 0,77φ – 0,28 Trong đó: φ = = = 0,672 ω= 0,77.0,672 – 0,28 = 0,237 Hệ số dòng hút t: Hệ số dòng hút là tỷ số giữa lực hút do chân vịt làm việc sau đuôi tàu sinh ra và lực đẩy của chân vịt. Giá trị hệ số dòng hút cũng phụ thuộc vào hình dáng đuôi tàu và rất khó xác định một cách chính xác. Theo công thức Heckscher thì giá trị dòng hút được xác định như sau: t = 0.77φ - 0,3= 0,77.0,672 – 0,3 = 0,217 Tốc độ tịnh tiến của chân vịt trong nước tự do Vp = V.(1- ω), m/s Vp = 10. ( 1- 0,237) = 7,63 Hl/h = 3,93 m/s Lực đẩy của chân vịt P = Với tốc độ tàu V= 10hl/h có R= 2511 kG P = = 3206 kG Hiệu suất thân tàu k = = = 1,026 Đường kính tối ưu của chân vịt Đường kính tối ưu của chân vịt được xác định theo công thức sau: Dtư = , m Trong đó: P_ lực đẩy chân vịt, kG P = 3206 kG _ mật độ nước biển , kGs2/m4 = 104,5 kGs2/m4 Vp _ tốc độ chân vịt trong nước tự do, m/s Vp =3,93 m/s Dtư = = 3,43 m Do Dtư > Dmax nên ta chọn Dmax = 1,3 m để tính Tỷ số mặt đĩa: Tỷ số mặt đĩa của chân vịt có giá trị từ (0,301,20). Khi tỷ số mặt đĩa tăng thì hiệu suất chân vịt giảm. Vì vậy để chân vịt có hiệu suất cao nên chọn tỷ số mặt đĩa nhỏ. Tuy nhiên chân vịt được chọn phải đảm bảo điều kiện về độ bền và không sủi bọt. Để đảm bảo đủ độ bền và không sủi bọt của cánh chân vịt thì tỷ số mặt đĩa thiết kế phải lớn hơn max(, ). Ta có:= 0,375. Trong đó: C_ hệ số đặc trưng độ bền chân vịt (chân vịt làm bằng đồng- mangan). Chọn C’ = 0,055 _ độ dày tương đối của chân vịt, = (0,08÷ 1,0) Chọn = 0,08 m’ _ khả năng quá tải của chân vịt. Chọn m’ = 1,11 Vậy = 0,375.= 0,33. Để đảm bảo tránh được hiện tượng sinh bọt khí trên mặt cánh chân vịt thì không được nhỏ hơn trị số = 130. Với: p1 = p0 – pbh = 10330 + hs - pbh pbh _ áp suất hơi bão hòa, kG/m2, tra theo bảng sau: T0C 0 5 10 15 20 25 30 35 pbh, kG/m2 62 69 125 174 238 323 435 573 Chọn pbh = 238 kG/m2 ở 200C hs_ độ chìm của trục chân vịt. hs = Ttb – 0,54D = 1,85 –0,54.1,3= 1,2 m. = 1,025 kG/m3 p1 = 10330+ 1,025.1,2– 238 = 10093 (kG/m2) Kc = f()_ Hệ số đặc trưng bọt khí ở cánh chân vịt Với ncv _ tốc độ quay chân vịt Chọn sơ bộ ncv = 8,33 v/s = 500(v/ph) = = = 0,36 Số cánh chân vịt: z =3 Chọn sơ bộ bước xoắn = 0,6 Tra đồ thị đặc tính sủi bọt khí của chân vịt ta được Kc= 0,17 = (1,3 ÷1,6) hệ số thực nghiệm, chọn = 1,45 = 130.1,45= 0,37 Vậy max(, ) = ( 0,33 ; 0,37 ) Ta chọn = 0,50 Hiệu suất xoáy: Với nước biển chọn = 1 Ta có các thông số: Lực đẩy chân vịt: P= 3206 kG Tốc độ tiến của chân vịt: VP = 3,93 m/s Tốc độ tàu ở chế độ hàng hải tự do: V =10 Hl/h Hệ số dòng theo: = 0,217 Hệ số dòng hút: t = 0,237 Hiệu suất thân tàu: =1,026 Hiệu xuất xoáy: = 1 Hiệu suất đường trục: = 0,97 Hiệu suất môi trường: = 0,92 Số cánh chân vịt: z =3 Tỷ số mặt đĩa thiết kế: = 0,5 Hệ số ảnh hưởng thân tàu: a= 1,05 Hệ số dự trữ: Kdt = 1,1 Các bước và kết quả tính chân vịt để chọn động cơ được trình bày ở bảng 2.2 Bảng 2.2. Tính chân vịt để chọn máy stt Đại lượng cần tính Đ/vị Giá trị 1 Tốc độ giả thiết, n v/ph 360 420 480 540 600 660 720 v/s 6 7 8 9 10 11 12 2 Kn’ = - 0,68 0,63 0,59 0,56 0,53 0,50 0,48 3 = f(Kn’) Tra đồ thị - 0,40 0,37 0,34 0,32 0,30 0,28 0,27 4 = a. - 0,42 0,388 0,357 0,336 0,315 0,294 0,284 5 D = m 1,56 1,45 1,38 1,31 1,25 1,21 1,15 6 K1 = - 0,144 0,141 0,132 0,128 0,125 0,118 0,11 7 - 0,69 0,67 0,63 0,60 0,56 0,54 0,51 8 - 0,54 0,53 0,52 0,49 0,47 0,45 0,44 9 ND = ML 310 316 322 342 356 373 382 10 Neycđc= ML 339 346 352 374 389 407 416 11 Ne= Kdt. Neycđc ML 372 380 387 411 427 447 457 Đồ thị chọn máy được thể hiện ở hình 2.3. Để động cơ hoạt động không bị quá tải khi chọn động cơ phải đảm bảo các điều kiện: Ne ≥ Neycđc.kdt +Nk, ML Trong đó: Nk_ phần công suất trích ra để lai thiết bị phụ, ML Tàu thiết kế là tàu câu, bơm thủy phục vụ động cơ thuỷ lực, hoạt động khi ta thả câu và thu câu, lúc đó tàu chạy chậm nên phần công suất dư của động cơ thường đủ lai bơm thủy lực nên không cần tính thêm cống suất lai bơm thuỷ lực. Dựa vào các Catolog động cơ ta có thể chọn các động cơ sau đây làm động cơ chính cho tàu thiết kế. + Động cơ 6KH-STE của hãng YANMAR: - Công suất định mức: Ne = 460 ML - Tốc độ quay định mức: ndm = 2000 v/ph - Suất tiêu hao nhiên liệu: 217 (g/kw.h) - Số xi lanh: i =6 - KhốI lượng khô: G = 1450 kg - Kích thước LxBxH: 1474,5 x 991 x 1522 mm - Tỷ số truyền hộp số: 4,59; 4,03; 3,55; 2,55; 2,08; 1,72 - Tốc độ quay chân vịt tương ứng: 436; 496; 563; 784; 962; 1162 v/ph + Động cơ UM12PB1TC của hãng ISUZU - Công suất định mức: Ne = 460 ML - Tốc độ quay định mức: ndm = 2300 v/ph - Suất tiêu hao nhiên liệu: 170 (g/kw.h) - Số xi lanh: i =6 - Khối lượng khô: G = 1830 kg - Kích thước LxBxH: 1999 x 1105 x 1359 mm - Tỷ số truyền hộp số: 4,48; 4,04 - Tốc độ quay chân vịt tương ứng: 513; 569 v/ph + Động cơ M8DC9TI của hãng DAEWOO - Công suất định mức: Ne = 450 ML - Tốc độ quay định mức: ndm = 2100 v/ph - Suất tiêu hao nhiên liệu: 167 (g/kw.h) - Số xi lanh: i =6 - Khối lượng khô: G = 1260 kg - Kích thước LxBxH: 1823 x 1190 x 1230 mm - Tỷ số truyền hộp số: 2,12; 2,56; 2,96 - Tốc độ quay chân vịt tương ứng: 990, 820, 709 v/ph Từ các thông số kỹ thuật của 3 động cơ trên ta phân tích để chọn động cơ: + Khối lượng động cơ: trong số 3 động cơ trên động cơ có khối lượng nhỏ nhất là động cơ M8DC9TI. Sau đó là động cơ 6KH-STE và cuối cùng là động cơ UM12PB1TC. Do đó nếu ta sử dụng động cơ M8DC9TI thì sẽ tăng được sức chở của tàu, thuận tiện cho việc lắp đặt và dễ dàng hơn trong việc chế tạo bệ máy. + Suất tiêu hao nhiên liệu: Trong 3 động cơ trên thì động cơ M8DC9TI có suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất. Do đó nếu ta sử dụng động cơ M8DC9TI thì sẽ có chi phí sử dụng thấp nhất. + Kích thước của động cơ: Ta thấy động cơ 6KH-STE có kích thước nhỏ nhất do đó khi lắp đặt thì động cơ 6KH-STE là thuận tiện nhất + Dải tỷ số truyền hộp số: Động cơ 6KH-STE có hộp số có tỷ số truyền lớn nhất nên tốc độ quay chân vịt sẽ nhỏ nhất, mômen quay truyền đến chân vịt lớn. Qua phân tích 3 động cơ trên thì ta thấy, tuy động cơ M8DC9TI có suất tiêu hao nhiên liệu và trọng lượng nhỏ nhất nhưng động cơ này có dải tỷ số truyền nhỏ và kích thước lớn hơn động cơ 6KH-STE. Động cơ 6KH-STE có khối lượng lớn hơn động cơ M8DC9TI nhưng không nhiều. Vì vậy động cơ được chọn làm động cơ chính cho tàu thiết kế là động cơ 6KH-STE. Động cơ chính lắp cho tàu có công suất Ne = 460 ML lớn hơn công suất yêu cầu Neycdc= 413 ML. Do đó cần tính toán chân vịt để sử dụng hết công suất máy góp phần nâng cao hiệu quả khai thác của thiết bị. 2.3.2.Thiết kế chân vịt để tận dụng hết công suất máy Các thông số ban đầu: Hệ số dòng theo: = 0,237 Hệ số dòng hút: t = 0,217 Hiệu Suất thân tàu: = 1,026 Số cánh chân vịt: z = 3 Tỷ số mặt đĩa: = 0,5 Tốc độ quay chân vịt: ncv = 563(v/ph) Từ đồ thị chọn máy tấc định công suất yêu cầu động cơ: Neycdc= 413 ML Như vậy động cơ cần có công suất định mức là: Necch = Neycdc .Kdt = 413.1,1 = 454 ML Trong khi đó đọng cơ được chọn có công suất định mức là: Ne*c = 460 ML Do đó phần chênh lệch công suất là: Ne = Ne*c - Necch = 460 - 454 = 6 ML Vậy phần chênh lệch công suất Ne sẽ làm tăng thêm tốc độ của tàu so với giá trị thiết kế là V. Công suất cần truyền đến chân vịt sẽ là: Ne* = Neycdc + Ne = 413 + 6 = 419 ML Khi đó công suất của máy truyền đến chân vịt đã kể đến tổn thất đường trục, hộp số và sự giảm công suất do thay đổi môi trường làm việc là: N*p = Ne*.. = 419 . 0,97 .0,92 = 374 ML Trình tự tính toán theo bảng và tra đồ thị Papmen với: z = 3 = 0,5 ncv = 563 v/ph = 9,38 v/s TT Đại lượng cần xác định Đ.vị Giá Trị 1 Tốc độ giả thiết Hl/h 10,0 10,1 10,2 10,3 10,4 m/s 5,15 5,20 5,253 5,305 5,356 2 Vp =0,515.(1-).V m/s 3,93 3,97 4,01 1,05 4,086 3 Kn”= 1,314 1,332 1,35 1,375 1,385 4 = f ( Kn” ) 0,305 0,31 0,315 0,32 0,325 5 = a 0,32 0,326 0,331 0,336 0,341 6 D = m 1,309 1,298 1,291 1,285 1,277 7 K2 = 0,0134 6 0,0140 4 0,0144 3 0,0147 6 0,0152 3 8 H/D = f( K2, ) 0,58 0,60 0,61 0,625 0,64 9 f( K2, ) 0,455 0,46 0,47 0,49 0,515 10 R kG 2511 2603 2703 2804 2906 11 ND = ML 369 387 392 394 410 Bảng 2.3. Tính chân vịt đê tận dụng hết công suất máy Đồ thị thiết kế chân vịt tận dụng hết công suất máy được xây dựng trên hình 2.4 Sau khi vẽ đồ thị, ta suy ra được các thông số của chân vịt tại vị trí Np* = 374 ML như sau: Z= 3 θ = 0,5 ncv = 563 v/ph = 9,38 v/s = 0,60 D = 1,3 m = 0,47 Ne*= 419 ML Vận tốc đạt giá trị lớn nhất: V= 10,08 Hl/h Từ các thông số trên ta đi kiểm tra lại điều kiện sủi bọt khí: = = = 0,324 = 0,6 Tra đồ thị đặc tính bọt khí của chân vịt ta được Kc = 0,17 = 130.1,45..(1,3.9,38)2 = 0,47< θ =0,5 =0,375.= 0,33< θ =0,5 Từ kết quả trên ta có thể kết luận chân vịt được chọn là phù hợp với máy, đảm bảo được điều kiện làm việc bình thường, không sinh bọt khí. 2.3.3.Xây dựng đồ thị đặc tính thuỷ động chân vịt trong nước tự do Mục đích của việc dựng đặc tính thủy động của chân vịt trong nước tự do là để nhận biết được tính năng chân vịt và giúp cho việc nghiên cứu sự làm việc của chân vịt ở các chế độ khác với chế độ đã tính toán chúng gồm các đường , và . Ngoài ra, để tiện cho việc tính toán ở các bước tiếp theo, ta dựng thêm đường . Việc tính toán các giá trị cần thiết được thực hiện như sau: = Trong đó: _ Hệ số dòng hút ứng với chế độ tính toán = = 0,217 = = 0,32 hệ số bước trượt ứng với = 0 (lực đẩy bằng không), = 0,60 tra đồ thị Papmeil ta được 0,66 = 0,217= 0,11 Các giá trị giá trị tính toán được thể hiện ở bảng 2.4 Bảng 2.4 Các giá trị vẽ đồ thị đặc tính thủy động của chân vịt STT Đại lượng cần xác định Giá Trị 1 lp (tự chọn) 0 0,1 0,2 0,4 0,6 0,625 0,65 0,70 2 K1=f(H/D,) tra đồ thị 0,24 0,22 0,19 0,12 0,035 0,025 0,01 0 3 K2=f(H/D,) tra đồ thị 0,021 0,02 0,019 0,012 0,006 0,05 0,004 0,0015 4 0 0,175 0,318 0,637 0,525 0,51 0,259 0 5 = 0,11 0,136 0,158 0,279 1,21 2,03 7,26 Đồ thị đặc tính thủy động của chân vịt được xây dựng trên hình 2.5 2.3.4.Xây dựng đồ thị đặc tính vận hành tàu 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. Cơ sở để xây dựng đặc tính vận hành tàu là mối quan hệ giữa vỏ- máy- chân vịt với các điều kiện sau: Dựa vào mối quan hệ và các số liệu đã biết, ta đi xác định các đặc trưng của chân vịt với tàu. Để xây dựng đặc tính vận hành tàu ta cần tính các đại lượng sau: Me, Ne, Pe, V. Pe = (1-t).= Me = Ne = = V = Ta tiến hành tính các giá trị từ= 0 đến = 0,35 cho một loạt tốc độ của chân vịt Các giá trị tính toán trong các bảng 2.6 , 2.7 , 2.8 Bảng 2.6. Tính các hệ số CP, CM, CV, CN Bảng 2.7. Tính các giá trị chân vịt ( ncv , ncv2, ncv3 ) Bảng 2.8. Tính các giá trị Me, Ne, Pe, V trong các trường hợp Trong đó: CP = (1-t) CM = CV = CN = Bảng 2.6. Tính các hệ số CP, CM, CV, CN Với D = 1,3 m , = 0,237 Trường hợp K1 K2 t CP CM CV CN 1 0 0,24 0,021 0,11 63,75 8,15 0 0,764 2 0,1 0,22 0,020 0,129 57,19 7,76 0,331 0,728 3 0,2 0,19 0,019 0,158 47,74 7,37 0,661 0,691 4 0,3 0,15 0,016 0,201 35,77 6,21 0,992 0,582 5 0,35 0,13 0,013 0,234 29,72 5,04 1,16 0,473 Bảng 2.7. Tính giá trị chân vịt (ncv, ncv2, ncv3 ) STT Đại lượng Đ.v Giá trị 1 ncv v/ph 458 480 500 530 563 2 ncv v/s 7,64 8,0 8,33 8,83 9,38 3 ncv2 ncv2 58,37 64,00 69,39 77,97 87,98 4 ncv3 ncv3 445,94 512 578 688,46 825,29 Bảng 2.8. Tính các giá trị Me, Ne, Pe, V trong các trường hợp Trường hợp 1: = 0; K1= 0,24; K2 = 0,021; t1= 0,11; CM= 8,15; CP= 63,75; CV= 0; CN= 0,764 STT Đại lượng Đ/vị Giá trị 1 2 3 4 V= CV.ncv Pe= Cp.ncv2 Me= CM.ncv2 Ne= CN.ncv3 Hl/h kG kGm ML 0 3721 475 340 0 4080 512 391 0 4423 565 441 0 4970 635 525 0 5608 717 630 Trường hợp 2: = 0,1; K1= 0,22; K2 = 0,019; t1= 0,129; CM= 7,76; CP= 57,19;CV= 0,331; CN= 0,728 STT Đại lượng Đ/vị Giá trị 1 2 3 4 V= CV.ncv Pe= Cp.ncv2 Me=CM.ncv2 Ne= CN.ncv3 Hl/h kG kGm ML 2,538 3338 453 323 2,648 3660 496 372 2,757 3968 538 420 2,92 4459 605 501 3,104 5031 682 600 Trường hợp 3: = 0,2; K1= 0,19; K2 = 0,019; t1= 0,158; CM= 7,37; CP=47,74; CV= 0,661 ; CN= 0,691. STT Đại lượng Đ/vị Giá trị 1 2 3 4 V= CV.ncv Pe= Cp.ncv2 Me=CM.ncv2 Ne= CN.ncv3 Hl/h kG kGm ML 5,05 2786 430 308 5,29 3055 471 353 5,506 3312 511 399 5,836 3722 574 475 6,2 4200 648 570 Trường hợp 4: = 0,3; K1= 0,15; K2 = 0,016; t1= 0,201; CM= 6,21; CP= 35,77; CV= 0,992; CN= 0,582 . STT Đại lượng Đ/vị Giá trị 1 2 3 4 V= CV.ncv Pe= Cp.ncv2 Me=CM.ncv2 Ne= CN.ncv3 Hl/h kG kGm ML 7,57 2057 362 259 7,94 2289 397 298 8,26 2482 431 336 8,76 2788 484 400 9,3 3147 546 480 Trường hợp 5: = 0,35; K1= 0,13; K2 = 0,013; t1= 0,234; CM= 5,04; CP= 29,72; CV= 1,16; CN= 0,473. STT Đại lượng Đ/vị Giá trị 1 2 3 4 V= CV.ncv Pe= Cp.ncv2 Me=CM.ncv2 Ne= CN.ncv3 Hl/h kG kGm ML 8,86 1734 294 211 9,28 1902 322 242 9,66 2062 349 273 10,24 2397 393 325 10,88 2614 443 390 Từ các giá trị trong các trường hợp trên ta xây dựng đồ thị đặc tính vận hành tàu (hình 2.6) gồm các đường cong Pe= , Me= ; Ne = trên ba phần đồ thị ứng với các giá trị tốc độ quay của chân vịt ncv không đổi. Sau đó ta đặt đường cong R= vào đồ thị lực, rồi dựng tương ứng trên đồ thị công suất đường đặc tính chân vịt Nd= . Trên đồ thị mômen dựng đường mômen không đổi, rồi từ đó xây dựng lực kéo giới hạn trên đồ thị lực và công suất đòi hỏi của động cơ trên đồ thị công suất. Từ đồ thị đặc tính vận hành tàu ta thấy khi động cơ làm việc với tốc độ quay chân vịt ncv = 563 v/ph thì sẽ phát ra công suất Ne = 419ML và tàu chạy được vận tốc V= 10,08 Hl/h. Từ đó cho thấy các kết quả tính toán phù hợp. 2.4.THIẾT KẾ HỆ TRỤC TÀU 2.4.1. Phương án bố trí hệ trục Yêu cầu khi thiết kế hệ trục: - Tin cậy - Đủ bền - Chế tạo đơn giản - Dễ lắp ráp sửa chữa Bố trí đường tâm hệ trục Căn cứ vào bản vẽ kết cấu và vị trí buồng máy ta chọn hệ trục tàu chỉ có trục chân vịt dài 2.800 mm. Trục chân vịt được nối với trục ra của hộp số là khớp nối bích. Không có trục trung gian. Vật liệu chế tạo trục là thép không gỉ, trục chân vịt có kết cấu trục đặc, trơn và có bích phía mũi chế tạo ở dạng rời. Ở hai đầu trục chân vịt được gia công đoạn côn trục và có rãnh then để lắp với chân vịt và bích nối rời hộp số. Kết cấu ống bao trục gồm hai phần: phần thân ống bao và hai bích ống bao. Hai bích này được nối vào hai đầu thân ống bao bằng mối ghép ren và cũng là nơi đặt hai bạc lót trục chân vịt. Bạc lót được làm bằng gỗ và cao su, bạc lót phía mũi làm bằng gỗ và được bôi trơn bằng nước biển. Phương án bố trí hệ trục được giới thiệu trên hình 2.8 Hình 2.7. Phương án bố trí hệ trục 2.4.2.Tính toán hệ trục - Chọn vật liệu cho trục: Chọn thép chế tạo trục là thép không gỉ: Austenit (loại 316), Có thành phần hóa học C0,08 %, Mn 2%, Si 1%, Cr (16 – 18)%, Ni (11 – 13)%, Mo (2 – 3)% = 470 MPa = 47 kG/mm2 = 275MPa = 27,5 kG/mm2 - Tính toán kích thước cho hệ trục Theo quy phạm phân cấp và đóng tàu cá biển cỡ nhỏ, thì đường kính trục được xác định theo công thức sau: , mm Trong đó: Ne_ công suất liên tục lớn nhất của động cơ, kW Ne = 460.0,736 =338,56 ML ncv _ tốc độ quay của trục chân vịt,v/ph ncv = 563 v/ph K _ hệ số qui định trong bảng 3/4.1(Qui phạm phân cấp và đóng tàu cá biển cỡ nhỏ) K = 98,8 d= 98,8 .= 83,39 mm Chọn dcv = 90 mm * Chiều dài làm việc của gối đỡ trục chân vịt (gối đở trượt): + Gối đỡ phía mũi : L1= (3 ÷ 4)= 3,5.90 =315 mm + Gối đỡ phía lái : L2= (4÷5,5)= 4,5.90 = 405 mm - Xác định các kích thước khác +Xác định lo: Chiều dài phần công xôn tính từ trọng tâm gối đỡ phía lái ngoài cùng đến nắp xuyên dòng hay mặt đầu ren đuôi. l0 = , mm Trong đó: e _ khoảng cách từ chân vịt đến gối đỡ phía lái, mm e = (200 ÷ 250) mm, chọn e =250 mm lo= = 823 mm +Xác định lp: Khoảng cách từ trọng tâm chân vịt đến trọng tâm gối đỡ trục chân vịt phía lái ngoài cùng, mm. - = 823 – 45 - = 615 mm +Xác định l2: Khoảng cách từ tâm gối đỡ phía mũi đến nút trục, mm l2 = 0,2.Lcv = 0,2.2800 = 560 mm +Xác định l1: Khoảng cách giữa hai gối đỡ trục chân vịt được xác định theo công thức: l1 = Lcv – ( l0+ l2 ) = 2800 – (823 + 560) = 1417 mm Hình 2.8.Sơ đồ bố trí hệ trục - Kiểm tra sức bền tĩnh hệ trục Độ bền của hệ trục được kiểm tra nhờ việc tính ứng suất tương đương. , kG/mm2 Trong đó: - ứng suất pháp lớn nhất,kG/mm2 - ứng suất cắt do xoắn, kG/mm2 Ngoài ra: , kG/mm2 _ ứng suất nén do tác động của lực đẩy chân vịt, kG/mm2 _ứng suất lớn nhất khi uốn, kG/mm2 _ ứng suất bổ sung do rắp ráp không chính xác, kG/mm2 = 3 kG/mm2 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 2.9. Sơ đồ kiểm tra sức bền tĩnh hệ trục Người ta coi trọng lượng chân vịt tác dụng lên chân vịt như một lực tập trung. Ứng suất xoắn: Trong đó: Mx = Ne _ công suất có ích của động cơ Ncv _ tốc độ quay chân vịt Wx = .d3cv == = 4,1 kG/mm2 Ứng suất uốn lớn nhất , kG/mm2 M0 _ Mômen uốn, kG mm M0 = , kG mm _ Mômen chống uốn tại mặt cắt tính toán của trục chân vịt, mm3 = , mm3 Theo Mkasman trọng lượng chân vịt được xác định theo công thức sau = , kG với : _ trọng lượng chân vịt, kG D _ đường kính chân vịt, D= 1,3 m _ Trọng lượng riêng vật liệu chế tạo cánh và củ chân vịt, kG/mm2 = 8,9 T/m3 (chân vịt và củ làm bằng Đồng thâu) A _ diện tích bề mặt duỗi thẳng cánh chân vịt, m2 A = = 0,5 = 0,663 m2 do _ đường kính trung bình củ chân vịt, m do = (0,14 ÷0,22).D , m chọn do = 0,15.1,3= 0,195 m dk _ đường kính trung bình lỗ khoét củ chân vịt dk = 0 mm l _ chiều dài củ chân vịt, m l = 0,25 m = (1,4 + 15,3.1,3).0,663.8,9+ 600.8,9. = 170 kG q _ cường độ phụ tải trục do trọng lượng bản thân, kG/mm q = kG/mm Với = 7,85.10 -6 kG/mm3 _ trọng lượng đơn vị thể tích của vật liệu chế tạo trục q = = 0,0394 kG/mm M0= -(170.615 + .0,0394.8232) = -117.893 kGmm dấu “-” thể hiện M0 có chiều ngược chiều kim đồng hồ = = 50.240 mm3 kG/mm2 Ứng suất nén: , kG/mm2 Với P_ lực đẩy chân vịt, kG P= 3206 kG = 0,638 kG/mm2 Ứng suất pháp lớn nhất: = 2,34 + 0,638 + 3 = 5,978 kG/mm2 Ứng suất tương đương: = = = 9,28 kG/mm2 Điều kiện bền dự trữ so với giới hạn chảy của vật liệu là: = = 3,87 Hệ số bền dự trữ này nằm trong giới hạn bền cho phép của vật liệu chế tạo trục chân vịt: = (2,8 ÷5,8) Vậy, trục chân vịt đủ bền. Xác định 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 gắn lên nó phân bố không đều, gối đỡ trục chân vịt chịu tác dụng của phụ tải lớn nhất do có phần công xôn . 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 công xôn (đoạn lắp chân vịt) và đầu kia có liên kết ngàm. Hình 2.10. Sơ đồ xác định phản lực trên các gối đỡ Nguyên tắc giải bài toán này là dựa vào phương trình 3 mômen được thiết lập cho dầm liên tục. Sơ đồ tính toán được thiết lập từ sơ đồ bố trí hệ trục bỏ qua khối lượng các bích . Để tiện lợi trong việc tính toán người ta thay tải trên đoạn công xôn bằng mômen tập trung là M0 , còn ngàm B được giải phóng và thay bằng một nhịp giả định có chiều dài bằng không (=0), một đầu kia tực trên gối n+1 và một đầu kia tựa trên gối n+2 và góc xoay tại ngàm (tại gối n+1) bằng không (α = 0) Các bước tính như sau: + Phương trình 3 mômen viết cho trường hợp tổng quát ( nhịp n và nhịp n+1) Trong đó: và _ diện tích biểu đồ mômencho nhịp n và n+1 và _ là khoảng cách từ trọng tâm của diện tích biểu đồ trên gối tựa thứ n và n+1 + Đối với mỗi nhịp nằm tự do trên hai gối tựa thì mômen uốn cực đại được xác định như sau: , kG mm + Diện tích biểu đồ mômen: + Khoảng cách từ trọng tâm diện tích biểu đồ đến gối tựa: ; + Thay an và vào phương trình tổng quát ta có ba phương trình cơ sở: Phương trình viết cho cả hệ trục là : Đối với nhịp 1 và nhịp 2: (1) Đối với nhịp 2 và 3: (2) Trong đó: l1 = 1417 mm ; l2 = 560 mm; l3 = 0 M0 = - 117.893 kGmm Thay vào phương trình (1) và (2) được hệ phương trình sau: 7,06M1 + M2 = 245177 (1) M1 + 2M2 = -3089 (2) Giải hệ phương trình (1) và (2) ta được: M1 = 37.610 kGmm M2 = -20.349 kGmm * Phản lực tại các gối đỡ trục chân vịt: Phản lực tại các gối đỡ Rn là tổng phản lực từ trọng lượng riêng của trục Rqn và phản lực của mômen gây ra Rmn: , kG mà và , kG do đó: , kG + Tính cho gối đỡ phía lái: = 170 + 0,0394.823 + 1417 + + = 478 kG. + Tính cho gối đỡ phía mũi: = + + + = -173 kG + Tại ngàm B (góc xoay ): = = -24,7 kG Kiểm tra lại: tổng phản lực trên các gối đỡ: ∑R = = 478 – 173 – 24,7 = 280,3 kG Tổng trọng lượng bản thân trục G và trọng lượng chân vịt Gcv: G = q.() = 0,0394. 2800 = 110,32 kG Gcv = 170 kG ∑G = G + Gcv = 170 + 110 = 280 kG ∑G = ∑R kết quả tính đúng Kiểm tra áp lực riêng trung bình trên gối đỡ: kG/cm2 Trong đó: S _ diện tích quy ước của gối đỡ, cm2 . S = dcv.L, cm2 L _ chiều dài bạc lót gối đỡ, cm dcv _ đường kính trục chân vịt, cm Vật liệu chế tạo bạc lót là gỗ nên: S = (0,9 ÷0,95).dcv.L , cm2 Yêu cầu áp lực riêng phải thoả mãn điều kiện: p ≤ : áp lực riêng cho phép trên từng gối đỡ, kG/cm2 Đối với bạc bằng gỗ và cao su thì = (2,5÷3) kG/cm2 +Tại gối đỡ phía lái: S0 = 0,9.dcv.L2 = 0,95. 9. 40,5 = 346 cm2 p kG/cm2 < + Tại gối đỡ phía mũi: S1 = 0,9.dcv. L1 = 0,95. 9. 31,5 = 269 cm2 p = kG/cm2< Vậy áp lực riêng trên gối đỡ đảm bảo nhỏ hơn giá trị cho phép. Chương 3 THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG PHỤ 3.1. NHIỆM VỤ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ Nhiệm vụ tính chọn thiết bị phụ là đi xác định các yêu cầu cần thiết trong quá trình hoạt động của tàu, cùng với thiết bị năng lượng chính để đảm bảo khả năng hoạt động của con tàu, đảm bảo các nhu cầu sinh hoạt, điều kiện làm việc, củng như bảo quản các sản phẩm khai thác. 3.2. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ VÀ PHƯƠNG ÁN DẪN ĐỘNG 3.2.1. Vấn đề trang bị cứu hoả Theo qui định của quy phạm nên trang bị đầy đủ các dụng cụ cứu hỏa, tuy nhiên do tàu thiết kế có chiều dài nhỏ nên theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu cá biển cỡ nhỏ không cần trang bị bơm cứu hỏa mà chỉ cần trang bị hai bình cứu hoả CO2 là đủ. Trong thực tế không nên sử dụng hệ thống cứu hoả bằng nước mà trang bị trên tàu các bình cứu hoả ở ba khu vực: buồng máy, bếp, cabin lái. 3.2.2. Hệ thống hút khô Bơm hút khô được chọn theo lưu lượng yêu cầu và khả năng hút khô. Bơm hút khô được chọn là bơm ly tâm.Bơm này được sử dụng với vai trò bơm dùng chung (bơm hút khô, bơm vệ sinh). Lưu lượng yêu cầu được xác định theo công thức sau: = 0,0056.d12, m3/ph Trong đó: d1 :đường kính trong ống hút khô, mm , mm Với LTK = 16,8 m , mm Vậy = 0,0056.392 = 8,44 m3/h = 0,141m3/ph Ta chọn bơm có các thông số sau đây: - Loại bơm: bơm ly tâm dẫn động điện - Mã hiệu: FS 50 - Công suất: N = 1,5 kW - Lưu lượng: = 0,17 - Khối lượng 48 kg - Chiều cao cột áp: H = 15,6 m - Tốc độ quay: n = 1750 v/ph Để đảm bảo độ tin cậy cho hệ thống, ta trang bị thêm một bơm tay dự phòng. 3.3. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN CHO TÀU 3.3.1. Các thiết bị dùng điện trên tàu Trạm điện tàu dùng để cung cấp điện năng cho các hộ tiêu thụ, đảm bảo điện khí hóa các hộ tiêu thụ ở tất cả các chế độ làm việc của tàu. Trong trạm điện tàu người ta thường sử dụng cả nguồn điện một chiều và nguồn điện xoay chiều. Khi sử dụng điện một chiều đảm bảo khả năng điều chỉnh êm dịu tốc độ quay của động cơ điện trong phạm vi rộng, có khả năng chịu quá tải và momen khởi động lớn .Khi sử dụng điện xoay chiều thì động cơ điện có kết cấu đơn gian, kích thước và khối lượng nhỏ, giá thành thấp,… Ngoài ra điện xoay chiều cho phep biến điện áp thành các mức khác nhau. + Các thiết bị dùng điện trên tàu: - Bơm dùng chung - Máy điện hàng hải - Còi - Đèn pha - Đèn hành trình, đèn sinh hoạt + Các chế độ làm việc của tàu: - Chế độ hàng hải tự do Chế độ hàng hải tự do bao gồm chế độ hành trình đi từ cảng trú đến ngư trường và chế độ di chuyển ngư trường. Ở chế độ này các thiết bị làm việc dùng điện gồm có: các máy móc thiết bị năng lượng chính và phụ, thiết bị lái, các máy móc của hệ thống chung toàn tàu, máy móc hàng hải, đèn tín hiệu, đèn chiếu sáng (ban đêm). - Chế độ đánh bắt. Ở chế độ này, ngoài các thiết bị làm việc như ở chế độ hàng hải tự do còn có thêm các máy móc khai thác làm việc. + Chế độ đậu bến. Ở chế độ này, chỉ có một số thiết bị và đèn chiếu sáng làm việc + Chế độ sự cố Theo quy định của quy phạm, thiết bị làm việc gồm: bơm hút khô, thiết bị chiếu sáng, máy điện hàng hải. 3.3.2. Xác định công suất của trạm điện Công suất trạm điện tàu được xác định theo phương pháp lập bảng phụ tải việc tính toán được tiến hành theo trình tự sau: - Chọn loại dòng điện và điện áp tương ứng trên tàu sử dụng: Nguồn xoay chiều với hiệu điện thế 220V Nguồn một chiều với hiệu điện thế 24V - Chia các phụ tải theo nhóm - Lập bảng phụ tải (bảng 3.1) - Từ kết quả tính toán ở bảng phụ tải ta đi tiến hành chọn máy phát điện Bảng 3.1: Bảng phụ tải để xác định công suất trạm điện tàu STT Tên phụ tải Công suất định mức Pđm (kW) Cos φ Công suất do máy móc yêu cầu Chế độ hàng hải tự do Chế độ đánh bắt Chế độ sự cố Chế độ đậu bến Đơn vị (1 chiếc) Tổng Hệ số tải của máy móc KMt Hệ số làm việc đồng thời Kv Công suất hiệu dụng Phd (kW) Công suất phản kháng Q (kVA) Hệ số tải của máy móc KMt Hệ số làm việc đồng thời Kv Công suất hiêụ dụng Phd (kW) Công suất phản kháng Q (kVA) Hệ số tải của máy móc KMt Hệ số làm việc đồng thời Kv Công suất hiêụ dụng Phd (kW) Công suất phản kháng Q (kVA) Hệ số tải của máy móc KMt Hệ số làm việc đồng thời Kv Công suất hiệu dụng Phd (kW) Công suất phản kháng Q (kVA) Hiệu dụng P (kW) Phản kháng Q (kVA) Hiệu dụng P (kW) Phản khán Q (kVA) 1. Đèn pha 2. Máy điện hàng hải 3 Đèn hàng hải 4. Đèn sinh hoạt 5. Còi 6. Bơm dùng chung 2 1 12 4 1 1 0,25 0,05 0,3 0,075 0,2 1,5 0,85 - - - - - 0,25 0,025 0,015 0,075 0,4 1,5 0,93 - - - - - 1,5 0,025 0,12 0,3 0,4 1,5 0.93 - - - - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,05 0,36 0,3 0,2 1,5 0,93 - - - - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,05 0,36 0,3 0,2 1,5 0,93 - - - - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,05 0,36 0,3 0,2 1,5 0,93 - - - - - 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0,5 0,05 0,36 0,3 0,2 1,5 0,93 - - - 43 - - Tổng công suất các hộ tiêu thụ theo chế độ Σ p chế độ, Σ Q chế độ Làm việc thường xuyên 0,41 - 1,21 - 2,21 0,93 0,05 - Làm việc chu kỳ 2,0 0,93 1,5 0,93 0,2 - 0,71 0,93 Làm việc bất thường 0,2 - 0,2 - 0,5 - 1,7 - Tổng cộng 2,61 0,93 2,91 0,93 2,91 0,93 2,46 0,93 Tổng công suất các hộ tiêu thụ có tính đến hệ số đồng thời chung: K0’ Σ p chế độ, K0’ Σ Q chế độ Làm việc thường xuyên (K0’ = 0,9 ÷1,0) Chọn K0’ = 0,96 0,39 - 1,16 - 2,12 0,74 0,048 - Làm việc chu kỳ (K0’ = 0,5 ÷0,8) Chon K0’ = 0,80 1,6 0,74 1,2 0,74 0,08 - 0,57 - Làm việc bất thường (K0’ = 0,1 ÷0,4) Chon K0’ = 0,40 0,08 - 0,08 - 0,2 - 0,68 0,74 Tổng cộng 2,07 0,74 2,44 0,74 2,4 0,74 1,3 0,74 Tổng công suất các hộ tiêu thụ có tính đến tổn thất trên lưới điện (5%) Pc, Qc 2,17 0,78 2,56 0,78 2,37 0,78 1,12 0,78 Công suất toàn phần Sc (KVA) 2,61 2.84 2,55 2,61 Hệ số công suất trung bình Cos φ 0,8 0,84 0,93 0,8 , Chọn máy phát điện cho trạm điện tàu là tổ hợp động cơ Diesel – Máy phát có các thông số chính sau đây: Tổ hợp động cơ máy phát điện: - Mã hiệu: YDG4500E - Công suất: 4,5 kW - Số pha: 1 pha - Điện áp: 120/240 V - Tần số: 50 Hz - Số cặp cực: 2 - Tốc độ: 3000 v/ph - Khối lượng khô: 95 kg - Kích thước L x R x C: 720x 480 x 578 mm Kiểu động cơ: L90E - Công suất: 8 ML - Tốc độ quay: 3600 v/ph - Suất tiêu hao nhiên liệu: 2,2 lít/h - Suất tiêu hao dầu nhờn: 0,15 lít/h 3.3.3. Tính toán dung lượng ắc qui Trên tàu, ắcqui dùng để khởi động máy chính, cấp điện cho đèn tín hiệu, hệ thống thông tin liên lạc, các thiết bị tự động. Ngoài ra nó còn đóng vai trò là nguồn điện dự phòng khi máy phát điện hỏng. Ắc qui chính là chính là thiết bị dự trữ điện năng. Hiện nay loại ắc qui được sử dụng phổ biến trên tàu là ắc qui axít. Động cơ chính được khởi động bằng hai bình ắcqui (12V – 160Ah). Dung lượng tính toán của ắcqui được xác định theo công thức: , Ah Trong đó: U_ điện áp của bộ ắcqui, V n_ số lượng của các hộ tiêu thụ tính theo công suất _ công suất tiêu thụ của hộ thứ i, W _ thời gian làm việc của hộ tiêu thụ thứ i, h m_ số lượng các hộ tiêu thụ theo cường độ Ij_ cường độ dòng điện của hộ tiêu thụ thứ j, A tj_ thời gian làm việc của hộ tiêu thụ thứ j, h k1_ hệ số tính đến sự tự phóng điện, k1=0,9 k2_ hệ số tính đến sự giảm dung lượng sau thời gian phóng điện ngắn hạn (đối với ắcqui khởi động) k2= (0,8 ÷0,85) chọn k2= 0,85 Trên tàu thiết kế các hộ cần cần sử dụng ắcqui khi máy phát điện không làm việc là: vô tuyến điện, đèn sinh hoạt, đèn hàng hải, đèn pha, còi. Thời gian sử dụng ắcqui tính cho một ca làm việc trên tàu là 4h. Tất các các hộ tiêu thụ này được tính theo công suất. Vậy dung lượng tính toán của bộ ắcqui là: Ah Vậy ta chọn thêm hai bình ắcqui (12V – 160Ah) cho hệ thống điện dự phòng. Trên tàu lắp tổng cộng 4 bình ắcqui. Ắcqui được chọn có các thông số sau: - Kiểu: YUASA – N150 - Điện thế: 12 V - Dung lượng: 120 Ah - Khối lượng: 27,0 kg - Kích thước L x B x H: 512 x 220 x 225 mm 3.4. TÍNH TOÁN LƯỢNG DỰ TRỮ 3.4.1. 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. Lượng dự trữ nhiên liệu được xác định theo công thức sau: , T Trong đó: _ hệ số dự trữ tính đến khả năng tăng chi phí nhiêu liệu do hà bám, ảnh hưởng của sóng gió, dòng chảy. = (1,1÷1,2), ta chọn = 1,1 : chi phí nhiên liệu giờ của máy chính ở các chế độ hành trình đi và di chuyển ngư trường, kg/h = = 217.10-3.460 = 99,82 g/ML.h Với _mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ, g/ML.h _ công suất định mức của động cơ, ML _chi phí nhiên liệu giờ của máy phụ ở các chế độ hành trình đi và di chuyển ngư trường, kg/h = 2,2 kg/h _chi phí nhiên liệu giờ của máy chính ở các chế độ đánh bắt, kg/h = 99,82 kg/h _chi phí nhiên liệu giờ của máy phụ ở các chế độ đánh bắt, kg/h = 2,2 kg/h _ thời gian chạy tàu ở các chế độ hành trình đi, về và di chuyển ngư trường là 70h _ thời gian làm việc ở chế độ đánh bắt, h = 5.14 = 70 h _ thời gian đậu bến, h = 96 h = 15943 (kg) = 15,943 (T) 3.4.2. Xác định thể tích két dự trữ nhiên liệu Tổng thể tích két dự trữ nhiên liệu được xác định theo công thức : Trong đó: _ lượng nhiên liệu dự trữ, T = 15,943 _ khối lượng nhiên liệu, T/m3 = 0,86 T/m3 _hệ số tính đến sự choán chỗ của mã gia cường = ( 1,02÷ 1,05), chọn = 1,02 _hệ số tính đến thể tích chết của két, = 1,05 Vậy = 19,85 m3 3.4.3. Xác định thể tích két nhiên liệu hàng ngày Thể tích két nhiên liệu hàng ngày được xác định theo công thức sau = , m3 với t_ thời gian đảm bảo cho động cơ làm việc, chọn t = 4h = = 0,51 m3 3.4.4. Xác định lượng dự trữ dầu nhờn Lượng dự trữ dầu nhơn có thể xác định theo công thức gần đúng phụ thuộc vào lượng dự trữ nhiên liệu như sau : Gdn = ( 0,020,06 ).Gnl, T Chọn Gdn = 0,02.19,943 = 0,32 T Thể tích két dự trữ dầu nhờn , m3 Trong đó: _ lượng dự trữ dầu nhờn, = 0,32 T _ khối lượng riêng nhiên liệu,=0,86 T/m3 _ hệ số tính đến sự choán chỗ của mã gia cường = ( 1,02÷ 1,05), chọn = 1,05 _hệ số tính đến thể tích chết của két, = 1,05 Suy ra: = 0,41 m3 Chương 4 THIẾT KẾ BỐ TRÍ TRANG THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TRONG BUỒNG MÁY 4.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỐ TRÍ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU Về nguyên tắc việc thiết kế bố trí thiết bị năng lượng tàu cần đảm bảo những yêu cầu sau: Việc bố trí phải dự tính việc vạch tuyến ống dẫn và cáp hợp lý, phục vụ máy móc và trang thiết bị tiện lợi khác 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 lao động ít nhất. Việc bố trí kết cấu vỏ, trang thiết bị năng lượng tàu, đường ống và cáp điện phải phù hợp với nhau và đảm bảo công nghệ lắp ráp. Việc bố trí phải đáp ứng các yêu cầu về kỹ thuật và thẩm mỹ. Máy móc và trang thiết bị trong buồng máy phải được bố trí sao cho có vị trí trọng tâm khối lượng theo mong muốn, không gây nghiêng ngang và giảm tính ổn định của tàu . Chọn phương pháp thiết kế bố trí thiết bị năng lượng theo tàu mẫu, dựa vào tàu thật làm mẫu sau đó phân tích tính toán cách bố trí thiết bị năng lượng trên cơ sở phân tích những ưu điểm khắc phục những nhược điểm, từ đó xây dựng bản vẽ bố trí thiết bị năng lượng cho tàu thiết kế. 4.2. THIẾT KẾ BỐ TRÍ TRANG THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TRONG BUỒNG MÁY Dựa vào yêu các cầu trên và theo kích thước, vị trí buồng máy hiện có, ta bố trí trang thiết bị cho buồng máy như sau: Buồng máy được bố trí từ sườn 4 đến sườn 16 Động cơ chính YANMAR_ 6KH-STE, được bố trí giữa tàu từ sườn 9 đến sườn 13. Động cơ chính được đặt trên bệ liên kết chặt với khung xương đáy vỏ tàu. Việc lắp đặt phải đảm bảo độ đồng tâm của trục máy với trục chân vịt. Các bulông kẹp chặt phải được hãm chắc chắn, tránh hiện tượng tự tháo lỏng. Máy phát điện YDG4500E được đặt ở phía bên trái buồng máy (nhìn về lái) từ sườn 13 đến sườn 15. Hai két nhiên liệu dự trữ được đặt hai bên mạn tàu, hai két được nối thông với nhau và cung cấp nhiên liệu cho két hàng ngày. Hai két này được bố trí từ sườn 4 đến sườn 8. Ở mặt ngoài két dự trữ bên trái (nhìn về mũi) bố trí một bơm tay nhiên liệu. Két nhiên liệu hàng ngày đặt phía bên phải mạn tàu (nhìn về mũi) từ sườn 11 đến sườn 12. Két nhiên liệu hằng ngày được đặt trên cao đê đam bao thế năng cho nhiên liệu có thê tựu chay xuống. Bảng phân phối điện được đặt tại sườn 8 bên phải cầu thang (hướng đi từ dưới lên). Hai bình cứu hoa cũng được tại sườn 8 bên trái cầu thang (hướng đi từ dưới lên). Miệng thông biển dùng để nhận nước biển từ ngoài vào phục vụ cho nhu cầu làm mát động cơ chính và các nhu cầu khác gồm hai van, một đặt ơ đáy tàu phía trái và một ơ phía bên phai cua mạn tàu (giữi sườn 12 và sườn 13). Miệng hút khô dùng để hút nước đáy tàu, có hai miệng được đặt giữa sườn 15 và sườn 16. Bơm dung chung được đặt bên phai tàu từ sườn 13 đến sườn 15. Cầu thang được đặt bên phải tàu từ suờn 8 đến sườn 10, có chiều rộng 500 mm, cầu thang đặt nghiêng một góc 300 so với phương thẳng đứng (nhìn về mũi). Bộ ắcqui gồm 4 bình được đặt giữa buồng máy ơ vách buồng máy tại sườn 4 (nhìn về mũi) được đặt sàn trên gỗ. Bàn làm nguội đặt bên trái mạn tàu từ sườn số 11 đến giữa sườn số 11 (nhìn về mũi). Vị trí các trang thiết bị trong buồng máy được thể hiện ở trang sau: - Xác định khối lượng và trọng tâm thiết bị năng lượng tàu: Khối lượng của thiết bị năng lượng tàu là thành phần hợp thành năng lượng chiếm nước của tàu. Việc xác định khối lượng và trọng tâm của thiết bị năng lượng tàu chỉ là mang tính gần đúng vì một số thiết bị chưa biết trọng tâm và khối lượng chính xác. Để xác định khối lượng và trọng tâm của thiết bị năng lượng tàu ta dựa vào bản vẽ bố trí chung buồng máy. Với hệ toạ độ tính toán là hệ toạ độ được tạo bởi giao tuyến của mặt phẳng cơ bản, mặt cắt dọc giữa tàu và mặt phẳng cắt ngang giữa tàu. Sau đó ta tiến hành tính toán xác định khối lượng và trọng tâm của thiết bị năng lượng tàu. Việc tính toán khối lượng và trọng tâm của thiết bị năng lượng tàu được tiến hành theo bảng. Trong quá trình tính toán ta sử dụng công thức sau: Công thức tính khối lượng khô của thiết bị: G= Mômem khối lượng của thiết bị: , Tm , Tm , Tm Công thức xác định tạo độ trọng tâm khối lượng thiết bị năng lượng tàu: Bảng 4.1. Bảng xác định khối lượng và trọng tâm của thiết bị năng lượng tàu. STT Các thiết bị bố trí trong buồng máy Khối lượng ,Gi, T Khoảng cách trọng tâm, m Mômem khối lượng, Tm xi yi zi Mxi Myi Mzi 1 Máy chính 1,41 -2,527 0 0,995 -3,563 0 1,403 2 Máy phát điện 0,163 -3,584 -1,718 0,982 -0,584 -0,28 0,16 3 Bơm hút khô trái 0,048 -0,51 -0,627 0,834 -0,025 -0,03 0,04 4 Bơm hút khô phải 0,048 -0,51 0,627 0,834 0,025 0,03 0,04 5 Két nhiên liệu dự trữ trái 6,31 -1,411 -1,686 1,243 -8,889 -10,116 7,83 6 Két nhiên liệu dự trữ phải 6,31 -1,411 1,686 1,243 -8,889 10,116 7,83 7 Két nhiên liệu hàng ngày 0,25 -2,259 1,565 1,992 -0,61 -0,391 0,538 8 Két dầunhờn 0,128 -4,91 -1,713 1,404 -0,628 -0,219 0,18 9 Bàn nguội 0,006 -3,104 1,686 1,218 -0,019 0,01 0,007 10 Ắcqui 1,08 -4,793 0 1,332 -0,129 0 0,036 11 Bảng điện 0,015 -4,31 1,644 1,681 -0,065 0,025 0,025 12 Cầu thang 0,05 -4,233 1,111 1,26 -0,212 0,055 0,063 13 Két mở 0,01 -4,96 1,861 1,36 -0,049 0,019 0,014 Tổng 14,205 -19,621 0,001 18,166 51 Từ kết quả tính toán ở bảng 4.1 ta có: Khối lượng thiết bị: 14,205 T Tọa độ trọng tâm của thiết bị xi = -1,38 m yi = 0,0001 m zi = 1,28 m Từ kết quả xác định tọa độ trọng tâm của các trang thiết bị buồng máy ta thấy việc bố trí lắp đặt trang thiết bị trong buồng máy như vậy là phù hợp, không làm xấu tính ổn định khi tàu di chuyển và khai thác. 4.3. HẠCH TOÁN TỔNG CHI PHÍ CHO PHẦN TRANG BỊ ĐỘNG LỰC HẠCH TOÁN PHẦN TRANG THIẾT BỊ TÀU ĐÓNG MỚI, VỎ GỖ 346ML Máy chính YANMAR (460ML): 800.000.000đ Tổ hợp động cơ _máy phát điện: 6.500.000 đ 03. Bộ đế ép máy chính sắt 20 ly: 200.000 đ 04. Bộ bulông chân máy Inox 10 cây (M16): 415.000 đ 05. Ống bao trục : 3.900.000 đ 06. Bộ bạc lót gối đở trục chân vịt(2 bộ): 450.000 đ 07. Trục f 90: 6.500.000 đ 08. Bộ mặt bích: 1.600.000 đ 09.Chân vịt (D=1,3m): 4.200.000 đ 10. Cụm trích lực: 1.600.000đ 11. Đường ống + van thông biển (2 bộ): 1.300.000 đ 12. Ống khí xả: 600.000 đ 13. Quấn amiăng chống cháy cho ống khí xả: 600.000 đ 14. Bơm hút khô (2 cái): 4.000.000 đ 15. Puli lai bơm, dây dai ( 2 bộ) : 300.000 đ 16. Đường ống dầu máy chính: 500.000 đ 17. Bơm tay: 500.000 đ 18. Bộ lọc thô nước biển: 400.000 đ 19. Két nhiên liệu hàng ngày: 450.000 đ 20. Két nhiên liệu dự trữ (4 két): 6.500.000 đ 21. Bàn nguội_etô: 300.000 đ 22. Bình cứu hỏa (2 bình): 500.000 đ 23. Bảng điện: 100.000 đ 24. Công thợ và lắp máy: 15.000.000 đ Tổng giá thành 1. Phần vật tư trang thiết bị: 853.265.000 đ 2. Nhân công: 15.000.000 đ Tổng giá thành: 868.265.000 đ 4.4 NHẬN XÉT Việc tính toán giá thành của các loại thiết bị dựa trên cơ sở thống kê khảo sát giá. Tuy nhiên giá cả của thị trường luôn biến động nên kết quả chỉ mang tính gần đúng. Việc xác định giá thành của các loại thiết bị giúp ta chủ động trong khi mua sắm đồng thời giúp ta điều chỉnh hợp lý vốn đầu tư cho từng loại trang thiết bị. 4.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.5.1. Kết luận Đề tài: “Thiết kế trang bị động lực tàu nghề câu, đóng theo kinh nghiệm dân gian ở khu vực Khánh Hoà” được thực hiện như đã trình bày các chương trước, bao gồm các bước sau: tính sức cản vỏ tàu, thiết kế thiết bị năng lượng chính, tính toán và thiết kế hệ trục tàu, tính chọn thiết bị phụ, thiết kế bố trí thiết bị năng lượng trong buồng máy. Căn cứ vào kết quả tính toán, tôi đã chọn được động cơ 6KH-STE của hãng YANMAR có công suất 460ML, tốc độ quay chân vịt 563 v/ph, làm động cơ chính cho tàu thiết kế. Động cơ được chọn đảm bảo được tốc độ tàu đặt ra và các tính năng cần thiết của tàu thiết kế, có lượng dự trữ công suất đảm bảo hoạt động khi bị rong, rêu, hà bám…Tàu có thể đạt vận tốc lớn nhất là 10,08 Hl/h. Các trang thiết bị được bố trí lắp đặt trong buồng máy được lựa chọn trên cơ sơ tính toán thiết kế và được bố trí tương đối hợp lý, đồng thời đảm bảo đủ khoảng cách thuận tiện cho việc đi lại, kiểm tra và sửa chữa. 4.5.1. Kiến nghị Trong quá trình hoàn thành đề tài này em có một số kiến nghị sau: Hầu như các tàu cá hiện có được đóng theo kinh nghiệm dân gian vì vậy máy chính được lựa chọn không qua tính toán thiết kế nên không ít tàu chưa đảm bảo sự phù hợp của tổ hợp máy – vỏ – chân vịt. Và đó là nguyên nhân dẫn đến các hiện tượng nghiêng ngang, nghiêng dọc, rung động…cho tàu làm giảm các tính năng của tàu trong quá trình hoạt động. Do đó, cần có những đề tài nghiên cứu về sự phù hợp của tổ hợp máy – vỏ – chân vịt để áp dụng vào thực tế nhằm nâng cao hiệu quả khai thác của những tàu hiện có. Việc thiết kế hoàn công sau khi tàu được đóng xong là việc cần thiết và nên giám sát chặt chẽ hơn, để ta có thể khai thác chính xác hơn các thông số về phần thân tàu khi lập hồ sơ hoàn công để tính toán phần trang bị động lực. Các cơ quan nhà nước cần tạo điều kiện cho người dân vay vốn để cải tiến sản xuất nhằm nâng cao hiệu quả khai thác. TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. ThS Nguyễn Đình Long HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU CÁ Trường Đại Học Thuỷ Sản - Nha Trang 10/1992. 2. Tiêu chuẩn Việt Nam (TCVN 7111:2002) QUY PHẠM PHÂN CẤP VÀ ĐÓNG TÀU CÁ BIÊN CỠ NHO. Nhà Xuất Bản Nông Nghiệp. 3. Trương Sĩ Cáp, Nguyễn Tiến Lam, Trần Minh Tuấn, Đỗ Thị Hải Lâm (1987) LỰC CAN TÀU THUY. Nhà xuất bản giao thông vận tải, Hà Nội. 4. ThS Nguyễn Đình Long GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐỘNG LỰC Trường Đại Học Thuỷ Sản - Nha Trang 1994 5. Võ Thành Lược VẬT LIỆU HỌC Trường Đại Học Thuỷ Sản - Nha Trang 2001. 6. Nguyễn Xuân Mai, Võ Duy Bông HƯỚNG DẪN THIẾT KẾ CHÂN VỊT TÀU THUY Nhà Xuất Bản Nông Nghiệp, Hà Nội 1983 7. Nguyễn Hai Sơn LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trường Đại Học Thuỷ Sản - Nha Trang 2003. 8. Nguyễn Hữu Huân LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Trường Đại Học Thuỷ Sản - Nha Trang 2003. 9. Catologe các loại động cơ, máy bơm, máy phát điện, ăcqui. MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU 1 Chương I: ĐẶT VẤN ĐỀ 2 1.1. TÔNG QUAN VỀ NGHỀ CÁ Ơ KHU VỰC KHÁNH HOÀ 3 1.2. GIỚI THIỆU VỀ NGHỀ CÂU Ở KHU VỰC KHÁNH HÒA 12 1.2.1. Khái quát về nghề câu 5 1.2.2. Tình hình phát triển tàu nghề câu ở khu vực Khánh Hòa 6 1.2.3. Tình hình đóng mới và sữa chữa tàu thuyền nghề cá 7 1.3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 7 CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG CHÍNH 8 2.1. GIỚI THIỆU VỀ CON TÀU THIẾT KẾ 9 2.2. TÍNH SỨC CẢN VỎ TÀU 10 2.2.1.Chọn phương pháp tính sức cản 11 2.2.2. Tính sức cản vỏ tàu 12 2.3. THIẾT KẾ THIẾT BỊ NÂNG LƯỢNG CHÍNH 12 2.3.1. Thiết kế chân vịt để lựa chọn máy chính 12 2.3.2. Thiết kế chân vịt để tận dụng hết công suất máy chính 19 2.3.3. Xây dựng đồ thị đặc tính thủy động chân vịt trong nước tự do 22 2.3.4. Xây dựng đồ thị đường đặc tính vận hành tàu 26 2.4. THIẾT KẾ HỆ TỤC TÀU 29 2.4.1. Phương án bố trí hệ trục 29 2.4.2 Tính toán hệ trục 30 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG PHỤ 39 3.1. NHIỆM VỤ CUA HỆ THỐNG THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG PHỤ 40 3.2. TÍNH CHỌN THIẾT BỊ PHỤ VÀ PHƯƠNG ÁN DÃN ĐỘNG 40 3.2.1. Vấn đề tang bị cứu hoả 40 3.2.2. Hệ thống hút khô 40 3.3. TÍNH TOÁN VÀ CHỌN MÁY PHÁT ĐIỆN CHO TÀU 41 3.3.1. Các thiết bị dung điện trên tàu 41 3.3.2. Xác định công suất cua trạm điện 42 3.3.3. Tính toán dung lượng ắc qui 44 3.4. TÍNH TOÁN LƯỢNG DỰ TRỮ 45 3.4.1. Xác định lượng dự trữ nhiên liệu 45 3.4.2. Xác định thê tích két dự trữ nhiên liệu 46 3.4.3. Xác định thê tìch két nhiên liệu hằng ngày 47 3.4.4. Xác định lượng dự trữ dầu nhờn 48 CHƯƠNG 4: THIẾT KẾ BỐ TÍ THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TONG BUỒNG MÁY 4.1. LỰA CHỌN PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ BỐ TÍ NĂNG LUỢNG TÀU 4.2. THIẾT KẾ BỐ TÍ TANG THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TONG BUỒNG MÁY 4.3. HẠCH TOÁN GIÁ THÀNH CHO PHẦN TANG BỊ ĐỘNG LỰC VÀ CÁC TANG THIẾT BỊ KHÁC 4.4. NHẬN XÉT 4.5. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 4.5.1. KẾT LUẬN 4.5.2. KIẾN NGHỊ