Chuyên đề Các phương án bố trí hệ trục trên tàu thủy các loại

CHUYÊN ĐỀ: CÁC PHƯƠNG ÁN BỐ TRÍ HỆ TRỤC TRÊN TÀU THỦY CÁC LOẠI GVHD:Th.s Nguyễn Đình Long SVTH: Nguyễn Lê Thành Lớp: 48DT1 MSSV:48132276 LỜI MỞ ĐẦU Nếu ví con tàu như một cơ thể sống, thì buồng máy là trái tim và hệ trục là động mạch chính. Hệ trục có chức năng truyền mô men xoắn từ máy chính đến chân vịt, nhờ đó chân vịt quay và tạo ra lực đẩy tàu đi tới. Cho nên hệ trục có vai trò hết sức quan trọng, có tính quyết định năng lực hoạt động của tàu. Bởi vậy việc hiểu biết sâu rộng từ khâu nghiên cứu, thiết kế, gia công, lắp ráp vận hành, sửa chữa là rất cần thiết đối với mỗi người kỹ sư, cán bộ kỹ thuật ngành đóng tàu. Trong chuyên đề này sẽ nghiên cứu về các phương án bố trí hệ trục tàu thủy Nội Dung Trình Bày I.Nhiệm vụ hệ trục II.Điều kiện làm việc của hệ trục III. Các thành phần hệ trục IV. Các phương án bố trí hệ trục V. Gối đỡ trục và bố trí gối đỡ VI.Tổng kết VII. Tài liệu tham khảo I. Nhiệm vụ của hệ trục tàu thủy Hệ trục là thiết bị dùng để nối động cơ chính trực tiếp hoặc gián tiếp qua bộ truyền với thiết bị đẩy. Hệ trục được dùng để truyền công suất và mômen quay từ động cơ chính đến thiết bị đẩy và nhận lực đẩy của chân vịt, truyền qua gối đỡ chặn đến kết cấu thân tàu, để khắc phục sức cản của nước làm cho tàu chuyển động theo một hướng nhất định. Đồng thời, nó là cụm kết cấu quan trọng của TBNL tàu II. Điều kiện làm việc của hệ trục Hệ trục làm việc trong điều kiện rất phức tạp. Một đầu hệ trục nối liền với máy chính - chịu tác dụng trực tiếp của mô men xoắn từ máy chính, đầu kia mang chân vịt - chịu trực tiếp mô men cản của chân vịt trong sóng gió Trục chân vịt làm việc trong điều kiện khắc nghiệt hơn cả, nó chịu tác dụng của phụ tải gây uốn thay đổi theo thời gian, phụ tải xoắn, chịu tác dụng ăn mòn của nước biển. Trục chân vịt và các gối đỡ của nó được bố trí ở nơi đặc biệt trên tàu nên không thuận lợi cho việc theo dõi tình trạng làm việc của nó trong quá trình vận hành, cũng như phức tạp trong công việc sửa chữa. III.Các thành phần hệ trục 1. 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 tải trọng trực tiếp của chân vịt và 1 đầu hoạt động trong môi trường nước biển, đầu kia nối với trục ống bao (nếu có) hoặc trục trung gian bên trong tàu. 2. Trục trung gian : là trục hoặc các đoạn trục nối từ trục đẩy với trục chân vịt. Nhiệm vụ chính là truyền mô men xoắn đến chân vịt. 3. Trục đẩy : là trục 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. 4. Ổ đỡ trung gian : là các ổ đỡ của các trục trung gian có thể là ổ trượt, hoặc ổ lăn (cho các tàu nhỏ 5. Thiết bị ống bao : gồm ống bao trục, các gối đỡ được lắp ngay trong ống bao, cụm kín ống bao và các chi tiết khác để 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... 6. Cụm kín ống bao : là bộ phận làm kín nước, không cho nước từ ống bao trục lọt vào lòng tàu. 7. Cụm kín vách ngang : tương tự như cụm kín ống bao, nhưng nhiệm vụ chính là không cho nước lọt vào buồng máy trong trường hợp khoang kế cận phía lái bị ngập nước. 8. Ổ đỡ - chặn chính và phụ : làm nhiệm vụ chính là chuyến lực đẩy chân vịt thông qua vành trục đẩy vào vỏ tàu, để bảo vệ máy chính. 9. Phanh hệ trục : 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. IV. Các phương án bố trí hệ trục trên tàu thủy: A. Theo số lượng hệ trục trên tàu Trên tàu thông thường chỉ lắp 1 hoặc 2 hệ trục độc lập hoặc chung 1 máy chính, tuy nhiên cũng có khi lắp đến 5 hệ trục (từ 1 đến 5 máy và chân vịt). Ở tàu phá băng ngoài chân vịt, phía lái, còn có thể có chân vịt phía mũi để phá băng, nhưng ít khi gặp vì phức tạp trong bảo quản và vận hành. Số lượng hệ trục phụ thuộc vào kiểu dáng và tính chất của tàu, loại và đặc điểm máy chính, chế độ làm việc, hiệu quả tinh tế độ tin cậy trong vận hành và vị trí đặt máy trên tàu. 1.Tàu có 1 hệ trục : thì được bố trí ở mặt phẳng dọc giữa thân tàu. Hình 3.1- Kết cấu hệ trục tàu một chân vịt 1. Chân vịt; 2. Ống bao trục; 3. Trục chân vịt; 4. Phanh; 5. Gối đỡ trục trung gian phía lái; 6. Trục trung gian; 7. Gối đỡ trục trung gian; 8.Cụm kín nước; 9. Trục đẩy; 10. Gối đỡ phụ; 11. Thiết bị quay trục; 12. Gối đỡ chặn 2. Tàu 2 hệ trục : thì lắp về hai phía của đường tâm dọc tàu, gọi là : hệ trục mạn trái và phải. Nếu 2 máy chính bố trí so le nhau, thì hai hệ trục có chiều dài khác nhau, góc nghiêng dọc α và nghiêng ngang β của 2 đường trục sẽ khác nhau. Tâm 2 chân vịt phải nằm trên cùng độ cao kể từ đường cơ bản của vỏ tàu, cùng trong một mặt phẳng đứng và cùng cách đều đường tim dọc thân tàu. Chiều quay của 2 chân vịt phải ngược chiều nhau. Nếu nhìn từ lái về mũi thì 2 chân vịt thường quay theo chiều từ ngoài mạn vào tim giữa tàu, cụ thể chân vịt bên trái quay theo chiều kim đồng hồ và chân vịt bên phải thì quay theo chiều ngược kim đồng hồ. Trường hợp 2 hệ trục chạy song song nhau (β = 0) (khi vị trí buồng máy cho phép), thì thường 2 trục chân vịt giống nhau và yêu cầu chỉ cần 1 trục dự trữ, có thể thay thế cho cả 2 khi cần thiết Hình 3.2- Kết cấu hệ trục tàu hai chân vịt 1. Chân vịt; 2. Giá treo gối đỡ; 3, 4. Trục chân vịt; 5. Ống bao trục; 6. Phanh; 7. Trục trung gian; 8. Gối đỡ chặn phụ; 9. Gối đỡ phụ (lắp ráp); 10. Cụm kín nước; 11. Gối đỡ trục trung gian; 12. Trục đế; 13. Gối chặn chính; 14. Thiết bị quay trục Sơ đồ hai hệ trục bố trí song song với nhau 3. Tàu 3 hệ trục : Một nằm giữa, và 2 hệ trục kia nằm về 2 mạn tàu Chân vịt giữa nằm lùi về phía sau so với 2 chân vịt 2 bên mạn tàu. Nếu công suất trên mỗi hệ trục như nhau, thì đường kình trục sẽ giống nhau và chỉ cần 1 trục chân vịt dự trữ cho cả 3 hệ trục. Nếu công suất 2 hệ trục mạn tàu khác nhiều so với hệ trục ở giữa, thì đường kính trục sẽ phải làm khác nhau. Đây là trường hợp hay gặp. Sơ đồ tàu 3 hệ trục Nếu công suất và kích thước chân vịt phân đều cho 4 hệ trục, thì các trục làm giống nhau và bố trí từng cặp hệ trục đối xứng nhau qua mặt cắt dọc giữa.  Thông thường tàu có 3 hệ trục trở lên chỉ khi diện tích buồng máy cho phép hoặc máy chính là tua bin khí vì kích thước gọn nhẹ. Trọng lượng toàn bộ trục : gồm chân vịt, ống bao, các loại trục, ổ đỡ, cụm kín nước, phanh hãm, so với trọng lượng các trang thiết bị buồng máy chiếm khoảng 7 : 10%. 4.Tàu 4 hệ trục B. Theo góc nghiêng trục: Trong bất cứ trường hợp nào, hệ trục và các phụ kiện của nó phải có khả năng hoạt động tin cậy khi tàu nghiêng ngang lâu dài 10 – 15◦, lắc ngang 30 - 40◦ và nghiêng dọc về phía lái hoặc phía mũi tàu 5◦. Đối với tàu nhỏ, khi mà hệ bôi trơn động cơ chính có bơm hút trực tiếp dầu nhờn từ đáy ca-te máy, thì càng cần lưu ý phải giới hạn độ nghiêng dọc hệ trục sao cho trong bất cứ điều kiện sóng gió thế nào luôn luôn phải có đủ dầu nhờn tại vị trí đầu hút của bơm để bôi trơn máy - nghĩa là không được nghiêng dọc quá giới hạn cho phép của máy chính Khi lắp đặt hệ trục.độ nghiêng tối đa so với đường cơ bản là α =5◦ và góc lệch cho phép của đường trục so với mặt cắt dọc giữa tàu là β = 3◦.Độ nghiêng của máy chính lắp đặt tùy thuộc vào độ nghiêng của hệ trục.Trị số nghiêng cực đại do nhà sản xuất quy định, thông thường có giá trị (7÷12)◦. Sơ đồ hệ trục tàu nghiêng C. Theo vị trí buồng máy Tùy theo vị trí buồng máy : Ở phía lái, phía mũi hay giữa tàu, hệ trục có thể ngắn hoặc dài đến 100 m. Khi buồng máy phía lái : Hệ trục ngắn, thuận lợi trong gia công lắp ráp và tận dụng được dung tích các khoang chứa. Vì vậy thường được bố trí cho các tàu chở hàng rời đồng nhất như : chở dầu, than, quặng, tẩu công-ten-nơ v.v... Nhược điểm : Diện tích buồng máy chật hẹp, khó bố trí các trang thiết bị, cân bằng dọc khó hơn và hiện tượng dao động cộng hưởng dễ xảy ra giữa máy chính và chân vịt, khó quan sát điều khiển tàu nếu ca bin lái nằm ngay trên buồng máy Khi buồng máy phía mũi tàu : Hệ trục dài hoặc rất dài, dẫn đến gia công, lắp ráp phức tạp hơn. Hệ trục phải đi qua nhiều khoang hàng và vách ngăn, choán dung tích khoang hàng, khó bảo trì, kiểm tra trong quá trình vận hành. Cân bằng dọc của tàu khó hơn. Nhưng có ưu điểm : quan sát điều khiển tàu dễ hơn. Cho nên được áp dụng cho các tàu lai dắt, tàu đẩy hoặc tàu đánh cá có boong thao tác phía đuôi tàu Hệ trục khi máy bố trí ở đuôi tàu Khi buồng máy ở giữa tàu : áp dụng cho tàu chở hàng khô hỗn hợp. Buồng máy ở giữa tàu thì dung hòa được các nhược điểm nêu trên. Hệ trục vẫn phải đi qua các khoang hàng, choán chỗ, phân chia khoang khó hơn, bốc xếp hàng phiền phức hơn. Tuy nhiên : việc cân bằng tàu dễ dàng hơn. D.Theo chiều dài hệ trục Hệ trục có thể ngắn hoặc dài đến 100 m, tùy thuộc vào vị trí buồng máy. Sau đây là hệ trục ngắn thường được bố trí với tàu có buồng máy đặt ở sau đuôi. E.Theo phương thức truyền động1.Truyền động trực tiếp đến chân vịt có bước xoắn không đổi bằng khớp nối cứng2. Truyền động trực tiếp đến chân vịt có bước xoắn không đổi bằng khớp nối mềm3.Truyền động trực tiếp đến chân vịt biến bước bằng khớp nối cứng4. Truyền động trực tiếp với ly hợp đảo chiều Truyền động gián tiếpSơ đồ nguyên lý TBĐL truyền qua hộp giảm tốc Sơ đồ nguyên lý TBĐL với các cơ cấu giảm tốc chuyên dụng F.Theo hệ động lực Truyền động bằng động cơ diezen: như đã trình bày ở các phần trên.Động cơ diezen đang được sử dụng phổ biến trong các tàu đóng mới hiện nay,bởi các ưu điểm của nó. Hệ động lực truyền động bằng động cơ điện: Dù truyền động theo sơ đồ nguyên lý nào đi nữa thì cũng qua hai lần biến đổi năng lượng:cơ thành điện,điên thành cơ để quay và dẫn động trục chân vịt.Đặc điểm chung của truyền động điện là động cơ quay nhanh, nhẹ,cơ động,hệ trục ngắn,dễ lắp ráp,dễ cân chỉnh.Song sơ đồ nguyên lý phước tạp,đắt tiền,tính kinh tế kém. Hệ động lực truyền động bằng động cơ thủy lực: V. SỐ LƯỢNG Ổ ĐỠ VÀ BỐ TRÍ Ổ ĐỠ HỆ TRỤC Thực tế cho thấy sự uốn chung của vỏ tàu không ảnh hưởng đáng kể trong hoạt động của hệ trục. Nhưng uốn cục bộ của đáy tẩu lại có ảnh hưởng nóng, chóng hư hỏng. Để tránh ảnh hưởng này người ta cố gắng bố trí ổ đỡ gần vách ngang, đà ngang đáy. Tránh bố trí 2 ổ đỡ gần vách và một ổ đỡ nằm giữa 2 ổ đỡ - tức giữa 2 vách. Với đoạn trục nhỏ thì không cho phép đặt trên ổ đỡ. Sự uốn cục bộ đáy tàu gây nên tải bổ sung trên các ổ đỡ. Trên hình 1 mô tả ảnh hưởng của sự biến dạng cục bộ đáy tàu làm cho đường trục bị uốn cong vì ổ đỡ bị xê dịch 1 đoạn E' đồng thời cũng là nhược điểm khi phân đoạn trục trên 3 ổ đỡ, trong đó 2 ổ đỡ sát vách ngang và 1 ổ đỡ nằm giữa. Hình 1. Uốn cục bộ đáy tàu Lý thuyết cũng như thực tế cho thấy hệ trục càng vững thì hoạt động càng tin cậy hơn. Hiệu quả vận hành, công nghệ và kết cấu phụ thuộc vào độ cứng vững của hệ trục. Việc bố trí ổ đỡ còn phụ thuộc vào vị trí các vách ngang kín nước, sao cho dễ kiểm tra, bảo quản. Ngoài ra còn liên quan đến số vòng quay giới hạn của dao động ngang, nhất là khi vòng quay hệ trục cao. VI.Tổng kết Nói chung việc bố trí hệ trục trên tàu thủy phụ thuộc rất nhiều yếu tố như:không gian buồng máy,loại tàu,kích thước tàu,loại động cơ truyền động,phương pháp truyền động…Chính vì vậy, tùy thuộc vào điều kiện cụ thể để tìm ra phương án tối ưu cho tàu cụ thể. VII. Tài liệu tham khảo 1.Trang bị đông lực tàu thủy – Th.s Nguyễn Đình Long (trích từ chương 4.1 và chương 3.1) 2.Trang bị động lực diezen tàu thủy – PGS-TS Phạm Văn Thế Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (trích từ trang 3 ÷ 24) 3.Tài liệu trên trang www.votauthuy.org 4. Tài liệu trên trang www.kimcokynhan 5.Thiết kế và lắp rắp trang thiết bị tàu thủy – Nguyễn Đăng Cường Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật (trích từ trang 1 ÷ 10) 6.Tài liệu trên trang www.ebook.edu.vn