Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Đồ án môn học "Thiết kế hệ thống năng lượng tàu thủy" với đề tài "Thiết kế hệ thống động lực tàu dầu 4.900 tấn lắp 01 máy chính MAN 6L27/38" do sinh viên Võ Cao Minh (lớp MTT62ĐH, chuyên ngành Máy tàu thủy, Khoa Máy tàu biển, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam) thực hiện dưới sự hướng dẫn của TS. Cao Đức Thiệp vào năm 2024. Đề tài xuất phát từ yêu cầu thực tiễn trong ngành vận tải biển về việc thiết kế và trang bị hệ thống động lực đồng bộ, an toàn cho loại tàu chở dầu hoạt động tuyến nội địa và khu vực.

Nhiệm vụ thiết kế của đồ án được xác định cụ thể qua các nội dung kỹ thuật sau:

  1. Xác lập các thông số cơ bản của tàu vỏ thép chở dầu trọng tải 4.900 tấn và phân tích đặc tính máy chính MAN 6L27/38 cùng toàn bộ trang thiết bị phụ trợ trong buồng máy.
  2. Tính toán sức cản vỏ tàu theo phương pháp giải tích thích hợp, từ đó thiết kế sơ bộ các thông số hình học, thủy động lực học của chân vịt và kiểm nghiệm hiện tượng xâm thực.
  3. Tính toán thiết kế hệ trục truyền động bao gồm xác định kích thước trục chân vịt, áo bọc trục, bích nối, bu-lông, then, chiều dài bạc trục và lập mô hình dầm siêu tĩnh để nghiệm bền, kiểm tra áp lực riêng lên các gối đỡ.
  4. Tính toán dung tích dự trữ, dung tích két trực nhật và lựa chọn công suất, lưu lượng của các tổ bơm, thiết bị trao đổi nhiệt thuộc ba hệ thống phụ trợ chính: hệ thống dầu đốt (FO, DO), hệ thống dầu bôi trơn (LO) và hệ thống nước làm mát (vòng trong nước ngọt, vòng ngoài nước biển).
  5. Phân chia mặt bằng, xác định nguyên tắc bố trí các cụm thiết bị cơ khí trong không gian buồng máy hai tầng sàn và tính toán tọa độ trọng tâm buồng máy.

Về phạm vi kỹ thuật:

  • Đối tượng nghiên cứu: Trọng tâm là hệ thống động lực tàu chở dầu 4.900 tấn với 01 động cơ diesel MAN 6L27/38 truyền động trực tiếp qua hệ trục đến 01 chân vịt định bước.
  • Phạm vi không gian hoạt động: Vùng biển Việt Nam và khu vực Đông Nam Á.
  • Phạm vi quy chuẩn thiết kế: Tàu thỏa mãn Cấp I hạn chế theo "Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2016" và "Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia về phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép" QCVN 21: 2015/BGTVT do Bộ Giao thông vận tải ban hành.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Đồ án áp dụng các cơ sở lý thuyết nhiệt động cơ khí, thủy động lực học tàu thủy và cơ học kết cấu hệ trục tàu biển:

  • Tiêu chuẩn và quy chuẩn pháp lý: Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 21: 2015/BGTVT; Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép 2016; Tiêu chuẩn bảo vệ môi trường biển MEPC-107 của Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO) đối với hàm lượng dầu trong nước la-canh xả thải dưới 15 ppm.
  • Phương pháp tính sức cản tàu thủy: Phương pháp Papmiel. Việc lựa chọn phương pháp này dựa trên kiểm tra các tỷ số hình học thân tàu: tỷ số chiều rộng trên mớn nước $B/T = 17,5 / 6,0 = 2,91$ (nằm trong dải áp dụng $1,5 - 3,5$); tỷ số chiều dài trên chiều rộng $L/B = 82,5 / 17,5 = 4,71$ (nằm trong dải áp dụng $4 - 11$); hệ số béo thể tích $C_B = 0,712$ (nằm trong khoảng $0,35 - 0,8$).
  • Phương pháp thiết kế sơ bộ chân vịt: Lý thuyết thiết kế chân vịt theo biểu đồ đặc tính Papmiel, phương pháp Kopiepki để tính khối lượng chân vịt, và kiểm nghiệm chống xâm thực theo điều kiện áp suất tĩnh tuyệt đối tại tâm trục chân vịt.
  • Phương pháp cơ học kết cấu hệ trục: Mô hình hóa hệ trục dưới dạng dầm siêu tĩnh nhiều nhịp trên các gối đỡ đàn hồi, sử dụng hệ phương trình ba mô-men để tìm phản lực gối và áp lực riêng phân bố lên bề mặt làm việc của bạc trục composite FEROFORM.
  • Phương pháp cân bằng nhiệt hệ thống phụ: Sử dụng phương pháp cân bằng nhiệt truyền thống để tính toán lượng nhiệt do động cơ thải ra cho nước làm mát và dầu nhờn, xác định diện tích bề mặt trao đổi nhiệt qua hiệu số nhiệt độ logarit trung bình của các bầu sinh hàn dạng ống chùm.
  • Nguồn dữ liệu: Hồ sơ lý lịch kỹ thuật máy chính MAN 6L27/38, catalog tổ máy phát điện TELLHOW/SANBO, catalog bơm VEC (CHLB Đức), catalog vật liệu trục SF60 và bạc phi kim FEROFORM (hãng Tenmat).

Nội dung chính theo từng chương

1. Giới thiệu chung

Chương này trình bày tổng quan về quy cách con tàu, cấu hình máy chính và danh mục toàn bộ trang thiết bị động lực trong buồng máy:

  • Thông số kỹ thuật thân tàu: Chiều dài lớn nhất $L_{\max} = 88,2\text{ m}$; chiều dài đường nước thiết kế $L_{WL} = 82,5\text{ m}$; chiều rộng thiết kế $B = 17,5\text{ m}$; chiều cao mạn $D = 8,0\text{ m}$; chiều chìm $d = 6,0\text{ m}$; hệ số béo thể tích $C_B = 0,712$; lượng chiếm nước thể tích $V = 6.167,7\text{ m}^3$.
  • Không gian buồng máy: Bố trí từ sườn số 8 đến sườn số 29, chia thành 2 tầng sàn với diện tích tôn sàn đi lại và thao tác khoảng $2.830\text{ m}^2$. Tầng sàn chính (lắp máy chính) có kích thước dài $12\text{ m}$, rộng trung bình $9\text{ m}$, cao trung bình $5\text{ m}$. Tầng sàn lửng (lắp máy phụ) có chiều dài $15\text{ m}$, rộng trung bình $12\text{ m}$, cao trung bình $3\text{ m}$.
  • Máy chính MAN 6L27/38: Động cơ diesel 4 kỳ, 6 xi-lanh thẳng hàng, đường kính xi-lanh $D = 270\text{ mm}$, hành trình piston $S = 380\text{ mm}$, công suất định mức $N_e = 2.100\text{ kW}$ ($2.856\text{ hp}$), tốc độ quay định mức $n = 750\text{ vòng/phút}$.
Trang thiết bị động lực Kiểu loại / Ký hiệu Hãng, nước sản xuất Số lượng Thông số làm việc chính
Máy chính Diesel 4 kỳ MAN 6L27/38 MAN Diesel (Đức) 01 2.100 kW, 750 v/p, 6 xy-lanh
Tổ máy phát chính TELLHOW-200-GFCB-HW4 + SANBO G128ZCA TELLHOW / SANBO (TQ) 02 225 kVA, 400 V, 50 Hz, 1500 v/p
Tổ máy phát sự cố/bờ Diesel 75GFCB-HW4 + SANBO 75GFCB-HW4 SANBO (TQ) 01 120 kVA, 1500 v/p
Bơm dầu hàng Bánh răng 2LB2-300-J HUAIYIN (TQ) 02 $300\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp $8\text{ kG/cm}^2$, lai diesel $125\text{ kW}$
Bơm nước biển làm mát MC Ly tâm VEC VEC (Đức) 01 $175\text{ m}^3/\text{h}$, $20\text{ mcn}$, mô-tơ $24\text{ kW}$
Bơm nước ngọt làm mát MC Ly tâm nằm ngang VEC VEC (Đức) 01 $60\text{ m}^3/\text{h}$, $20\text{ mcn}$, mô-tơ $14\text{ kW}$
Bơm dầu nhờn máy chính Bánh răng nằm ngang VEC VEC (Đức) 02 $50\text{ m}^3/\text{h}$, $5\text{ kG/cm}^2$, mô-tơ $25\text{ kW}$ (1 dự phòng)
Máy nén khí chính Piston 2 cấp Nga 02 $65\text{ m}^3/\text{h}$, áp suất $2,94\text{ MPa}$, mô-tơ $17\text{ kW}$
Bình khí khởi động Bình áp lực cao Nga 02 Thể tích $2 \times 800\text{ lít}$, áp suất $50\text{ kG/cm}^2$
Máy phân ly dầu FO Ly tâm DELAVAL DELAVAL (Ba Lan) 01 Lưu lượng $1.500\text{ lít/h}$, mô-tơ $5,5\text{ kW}$
Máy phân ly dầu LO Đĩa ly tâm CEIIARATOP CEIIARATOP (Đức) 01 Lưu lượng $3.000\text{ lít/h}$, mô-tơ $5,5\text{ kW}$
Thiết bị phân ly dầu - nước USC TAIKO 01 Năng suất $1,6\text{ m}^3/\text{h}$, MEPC-107 ($< 15\text{ ppm}$)

2. Tính sức cản, thiết kế sơ bộ chân vịt

Nội dung chương tập trung xác định lực cản tàu ở các dải vận tốc, thiết lập quan hệ công suất kéo và tính toán thông số hình học của chân vịt:

  • Phương pháp Papmiel: Dựa trên lượng chiếm nước và vận tốc tương đối để lập bảng tính sức cản $R$ và công suất kéo $EPS$:
    • Vận tốc $V_s = 10\text{ hải lý/h}$ ($5,144\text{ m/s}$): Lực cản $R = 18.796\text{ kG}$; $EPS = 1.289\text{ hp}$.
    • Vận tốc $V_s = 11\text{ hải lý/h}$ ($5,659\text{ m/s}$): Lực cản $R = 22.983\text{ kG}$; $EPS = 1.730\text{ hp}$.
    • Vận tốc $V_s = 12\text{ hải lý/h}$ ($6,173\text{ m/s}$): Lực cản $R = 28.890\text{ kG}$; $EPS = 2.378\text{ hp}$.
    • Vận tốc $V_s = 13\text{ hải lý/h}$ ($6,688\text{ m/s}$): Lực cản $R = 36.354\text{ kG}$; $EPS = 3.241\text{ hp}$.
  • Các hệ số tương tác vỏ tàu - chân vịt: Số Froude $Fr = 0,184 < 0,2$; hệ số dòng theo $\psi = 0,245$; hệ số dòng hút $t = 0,7 \times 0,245 = 0,1715$.
  • Vật liệu chân vịt: Hợp kim đồng thau mangan - sắt ký hiệu ЛМЦЖ 55-3-1 (thành phần: Cu 53–58%, Mn 0,5–1,5%, Fe 3–4%, Zn còn lại; giới hạn bền $\sigma_B = 48\text{ kG/mm}^2$, độ giãn dài tương đối $\delta = 20%$, góc uốn $30^\circ$).
  • Thông số hình học và thủy động lực học chân vịt: Số cánh chân vịt được chọn là $Z = 4$ dựa trên hệ số lực đẩy $K'n = 0,288 < 1$. Tỷ số đĩa tối thiểu theo điều kiện bền là $(\theta){min} = 0,375$; tỷ số đĩa thực tế chọn $\theta = 0,55$. Đường kính tối ưu của chân vịt là $D = 1,915\text{ m}$; tỷ số bước $H/D = 0,438$; chiều dài củ chân vịt $l_0 = 0,675\text{ m}$; đường kính củ trung bình $d_0 = 0,422\text{ m}$.
  • Kiểm tra xâm thực: Áp suất tĩnh tuyệt đối tại tâm chân vịt đạt $P = 14.726,31\text{ kG/m}^2$ với độ chìm $h_b = 4,1925\text{ m}$. Giá trị tỷ số đĩa chống xâm thực yêu cầu $\theta'_{\min} = 0,475 < 0,55$, kết luận chân vịt bảo đảm an toàn chống xâm thực.
  • Khối lượng chân vịt: Tính toán theo công thức Kopiepki đạt $G = 3.195\text{ kg}$ (trọng lượng riêng vật liệu $\gamma = 8.600\text{ kG/m}^3$).

3. Thiết kế hệ trục

Chương này trình bày quy trình tính toán kích thước các chi tiết hệ trục và kiểm tra độ bền cơ học:

  • Dữ liệu thiết kế: Công suất truyền $H = 2.100\text{ kW}$, tốc độ quay $n = 750\text{ vòng/phút}$. Vật liệu trục chế tạo bằng thép rèn SF60 có giới hạn bền kéo $T_s = 590\text{ N/mm}^2$, giới hạn chảy $T_c = 295\text{ N/mm}^2$, tỷ trọng $7,85 \times 10^{-3}\text{ kG/cm}^3$. Trục được đặt song song và cách đường cơ bản $2.150\text{ mm}$. Tổng chiều dài hệ trục là $5.350\text{ mm}$, trong đó đoạn trục chân vịt dài $5.220\text{ mm}$.
  • Kích thước chi tiết hệ trục:
    • Đường kính lý thuyết trục chân vịt: $d_s = 161,11\text{ mm}$.
    • Áo bọc trục bằng đồng thanh: Chiều dày tính toán $t_1 = 0,03d_s + 7,5 = 12,33\text{ mm}$; chiều dày thiết kế chọn $t = 17\text{ mm}$.
    • Đường kính trục trung gian tính toán giả định: $d_0 = 127,86\text{ mm}$.
    • Chiều dày bích nối trục (thép SF65): Tính toán $b = 0,27d_0 = 34,52\text{ mm}$; thiết kế chọn $b = 55\text{ mm}$.
    • Bu-lông bích nối: 12 chiếc thép SF65 ($T_b = 640\text{ N/mm}^2$), đường kính danh nghĩa nhỏ nhất tính toán là $32,22\text{ mm}$; đường kính thiết kế chọn $d_{bl} = 33\text{ mm}$.
    • Then chân vịt: Chiều rộng $b = 7\text{ cm}$, chiều cao $h = 3,6\text{ cm}$, độ côn $1:12$, chiều dài tính toán $l_s = 16,33\text{ cm}$.
    • Then bích nối: Chiều rộng $b = 7\text{ cm}$, chiều cao $h = 3,6\text{ cm}$, chiều dài tính toán $l_s = 12,21\text{ cm}$.
    • Bạc đỡ trục chân vịt: Chế tạo từ chất dẻo tổng hợp FEROFORM do hãng Tenmat sản xuất (ENGTEK Group cung cấp), làm mát bằng nước; chiều dài bạc sau $l_s = 664\text{ mm}$, chiều dài bạc trước $l_t = 654\text{ mm}$.
  • Nghiệm bền và phản lực gối đỡ:
    • Sơ đồ tính toán: Dầm siêu tĩnh trên các gối đỡ 0, 1, 2 với chiều dài nhịp $l_1 = 210,5\text{ cm}$, $l_2 = 155,0\text{ cm}$, chiều dài dầm treo $l_0 = 169,5\text{ cm}$, tải trọng chân vịt $Q = 2.575\text{ kG}$.
    • Giá trị mô-men uốn tại gối 0: $M_0 = -356.885\text{ kG}\cdot\text{cm}$.
    • Phản lực tại các gối đỡ: $R_0 = 5.694\text{ kG}$, $R_1 = 931\text{ kG}$, $R_2 = -1.024\text{ kG}$.
    • Áp lực tác dụng lên bạc đỡ: Áp lực riêng bạc đỡ sau $p_s = 2,97\text{ kG/cm}^2$; bạc đỡ trước $p_t = 0,48\text{ kG/cm}^2$. Đối chiếu với áp lực làm việc cho phép của vật liệu FEROFORM $[P] = 7,64\text{ kG/cm}^2$, kết luận kích thước bạc trục bảo đảm điều kiện bền mài mòn.

4. Thiết kế các hệ thống phục vụ hệ động lực

Chương 4 thực hiện tính toán cân bằng vật chất và năng lượng cho ba hệ thống đường ống phụ trợ quan trọng:

Hệ thống dầu đốt (FO và DO)

Động cơ sử dụng dầu FO khi chạy biển và DO khi khởi động, dừng máy hoặc cơ động nhỏ tải. Thời gian hành trình thiết kế $t = 400\text{ giờ}$:

  • Dầu FO: Suất tiêu hao máy chính $g_e = 190\text{ g/kW}\cdot\text{h}$, khối lượng tiêu hao hành trình $W_1 = 164,38\text{ tấn}$, dung tích két dự trữ tính toán $V_1 = 228,92\text{ m}^3$ $\rightarrow$ Bố trí tổng dung tích két dự trữ FO là $250\text{ m}^3$ (gồm 02 két). Dung tích két trực nhật FO cho ca làm việc $8\text{ giờ}$ tính ra $4,56\text{ m}^3$ $\rightarrow$ Chọn thiết kế $6\text{ m}^3$ (gồm 02 két). Bơm trực nhật FO có lưu lượng $6\text{ m}^3/\text{h}$.
  • Dầu DO: Phục vụ máy phụ (công suất $155\text{ kW}$, suất tiêu hao $220\text{ g/kW}\cdot\text{h}$), dung tích dự trữ chọn $96\text{ m}^3$ (02 két). Dung tích két trực nhật DO chọn $2\text{ m}^3$. Bơm trực nhật DO có lưu lượng $2\text{ m}^3/\text{h}$. Két dầu bẩn chọn dung tích $1,5\text{ m}^3$.

Hệ thống dầu bôi trơn (LO)

Hệ thống bôi trơn máy chính dạng tuần hoàn cưỡng bức cacte ướt. Suất tiêu hao dầu bôi trơn máy chính là $g_m = 0,8\text{ g/kW}\cdot\text{h}$; máy phụ là $g_{mp} = 2,25\text{ g/kW}\cdot\text{h}$.

  • Dung tích dầu nhờn trong hệ thống tuần hoàn máy chính: $1.200\text{ lít}$; máy phụ: $45\text{ lít}$. Chu kỳ thay dầu máy chính: $380\text{ giờ}$; máy phụ: $260\text{ giờ}$.
  • Dung tích tính toán két dự trữ dầu bôi trơn: $2.668\text{ lít}$ $\rightarrow$ Thiết kế trang bị két chứa dầu nhờn dự trữ dung tích $3.200\text{ lít}$, đường ống cấp kích thước $35 \times 3,5\text{ mm}$.

Hệ thống nước làm mát

Hệ thống làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn:

  • Két giãn nở: Dung tích két giãn nở máy chính chọn $380\text{ lít}$; két giãn nở máy phụ chọn $30\text{ lít}$.
  • Bơm nước ngọt làm mát vòng trong: Nhiệt lượng do nước làm mát hấp thụ từ máy chính $Q^o_{dc} = 421.835,1\text{ kJ/h}$ (chênh lệch nhiệt độ nước qua máy từ $70^\circ\text{C}$ lên $80^\circ\text{C}$). Sản lượng tính toán tăng $20%$ dự phòng đạt $G_{ntt} = 14,909\text{ m}^3/\text{h}$, tổn thất áp lực thủy lực toàn mạng $8\text{ mH}_2\text{O}$.
  • Bầu làm mát nước ngọt: Thiết kế dạng ống chùm, nhiệt độ nước biển vào/ra là $30^\circ\text{C} / 50^\circ\text{C}$. Hệ số truyền nhiệt có tính cáu cặn $K = 1.200\text{ kcal/m}^2\cdot\text{h}\cdot^\circ\text{C}$. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt tính toán đạt $F = 2,56\text{ m}^2$.
  • Bầu làm mát dầu bôi trơn: Nhiệt lượng trao đổi $Q_o = 195.384\text{ kJ/h}$, nhiệt độ dầu làm mát vào/ra là $65^\circ\text{C} / 58^\circ\text{C}$, nước biển vào/ra là $25^\circ\text{C} / 30^\circ\text{C}$, hệ số truyền nhiệt $K = 600\text{ kcal/m}^2\cdot\text{h}\cdot^\circ\text{C}$. Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt đạt $F = 2,009\text{ m}^2$.
  • Bơm nước biển làm mát vòng ngoài: Lưu lượng nước biển tính toán qua cả hai bầu sinh hàn tăng $20%$ đạt $26,4\text{ m}^3/\text{h}$. Chọn bơm ly tâm theo catalog có lưu lượng định mức $40\text{ m}^3/\text{h}$, cột áp $8\text{ m.n}$, tốc độ quay $1.450\text{ vòng/phút}$.

5. Bố trí thiết bị buồng máy

Chương cuối xác lập nguyên tắc bố trí tổng thể buồng máy và tính toán cân bằng trọng lượng:

  • Thiết bị buồng máy được sắp xếp trong phạm vi từ sườn số 8 đến sườn 29 nhằm bảo đảm độ cứng vững cho bệ đỡ máy chính, khoảng cách lối đi thao tác an toàn, thuận tiện tháo lắp bảo dưỡng piston, trục khuỷu và hệ thống ống.
  • Phân tầng sàn kỹ thuật: Sàn dưới bố trí máy chính, hệ trục chân vịt, các cụm bơm la-canh, bơm bôi trơn, bơm làm mát và hộp la-canh đáy tàu. Sàn lửng phía trên tập trung các tổ máy phát điện diesel, cụm máy nén khí, bình khí nén và máy phân ly.
  • Kết quả tính toán tọa độ trọng tâm buồng máy được lập thành bảng chi tiết để phục vụ xác định trọng tâm toàn tàu và hiệu chỉnh trạng thái chúc lái/chúi mũi.

Kết quả và đóng góp

Đồ án hoàn thành trọn vẹn tập hồ sơ thiết kế kỹ thuật cho trạm nguồn động lực tàu chở dầu 4.900 tấn với các kết quả định lượng cụ thể:

Hạng mục thiết kế Kết quả tính toán lý thuyết Giá trị quy cách thiết kế chọn Căn cứ kỹ thuật / Đánh giá
Đường kính chân vịt ($D$) $1,915\text{ m}$ $1,915\text{ m}$ Phương pháp biểu đồ Papmiel
Tỷ số đĩa chân vịt ($\theta$) $\theta_{\min} = 0,375$; $\theta'_{\min} = 0,475$ $\theta = 0,55$ Thỏa mãn bền và chống xâm thực
Khối lượng chân vịt ($G$) $3.195\text{ kg}$ $3.195\text{ kg}$ Công thức Kopiepki (Đồng ЛМЦЖ 55-3-1)
Đường kính trục chân vịt ($d_s$) $161,11\text{ mm}$ $190\text{ mm}$ (cổ trục lắp bạc) Thép rèn SF60, QCVN 21: 2015/BGTVT
Áo bọc trục ($t$) $12,33\text{ mm}$ $17\text{ mm}$ Đồng thanh
Bu-lông bích nối ($d_{bl}$) $32,22\text{ mm}$ $33\text{ mm}$ 12 chiếc thép SF65 ($T_b = 640\text{ N/mm}^2$)
Áp lực riêng bạc sau ($p_s$) $2,97\text{ kG/cm}^2$ $[P] = 7,64\text{ kG/cm}^2$ Vật liệu FEROFORM (Tenmat)
Dung tích két FO dự trữ ($V_1$) $228,92\text{ m}^3$ $250\text{ m}^3$ (02 két) Thời gian hành trình 400 giờ
Dung tích két DO dự trữ ($V_2$) $91,2\text{ m}^3$ $96\text{ m}^3$ (02 két) Thời gian hành trình 400 giờ
Két dầu nhờn dự trữ ($V_m$) $2.668\text{ lít}$ $3.200\text{ lít}$ Chu kỳ thay dầu máy chính 380 giờ
Két giãn nở nước làm mát MC $371,28\text{ lít}$ $380\text{ lít}$ Tỷ lệ theo công suất máy
Bầu làm mát nước ngọt ($F$) $2,56\text{ m}^2$ $2,56\text{ m}^2$ Thiết bị dạng ống chùm, $K = 1.200$
Bầu làm mát dầu nhờn ($F$) $2,009\text{ m}^2$ $2,009\text{ m}^2$ Thiết bị dạng ống chùm, $K = 600$

Các giải pháp kỹ thuật do tác giả đề xuất:

  • Chọn vật liệu bạc trục là chất dẻo tổng hợp FEROFORM (do Tenmat sản xuất, ENGTEK Group phân phối) bôi trơn bằng nước ngọt/nước biển, giúp loại bỏ nguy cơ rò rỉ dầu ra môi trường biển từ ống bao trục.
  • Tích hợp hệ thống máy phân ly dầu - nước USC TAIKO đạt chuẩn IMO MEPC-107, kiểm soát nồng độ dầu trong nước thải xả mạn dưới mức 15 ppm.
  • Bố trí hệ thống bơm tuần hoàn bôi trơn máy chính có bơm phụ lắp song song bảo đảm tính dự phòng $100%$ khi có sự cố.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế trong văn bản: Đồ án là thiết kế môn học dựa trên các phương pháp giải tích truyền thống (phương pháp Papmiel tính sức cản và thiết kế chân vịt; sơ đồ dầm liên tục ba điểm tựa nghiệm bền hệ trục). Việc tính toán thủy lực tổn thất áp suất trên đường ống làm mát động cơ chưa mô phỏng chi tiết mạng ống phức tạp bên trong thân máy mà phải dựa vào giá trị thực nghiệm quy ước ($8\text{ mH}_2\text{O}$).
  • Hướng phát triển: Tác giả định hướng việc ứng dụng các phần mềm chuyên ngành để mô phỏng dao động xoắn, dao động uốn của đường trục khi chịu tải trọng thay đổi, cũng như tính toán chi tiết mạng thủy lực phân nhánh bằng các công cụ tính toán động lực học dòng chảy (CFD).

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

  • Sinh viên chuyên ngành Máy tàu thủy, Thiết kế thân tàu, Kỹ thuật cơ khí động lực tại các trường đại học khối kỹ thuật và giao thông hàng hải (đặc biệt là Trường Đại học Hàng hải Việt Nam) khi thực hiện đồ án môn học "Thiết kế hệ thống năng lượng tàu thủy" hoặc đồ án tốt nghiệp kỹ sư máy tàu.
  • Kỹ sư thiết kế cơ khí tàu thủy tại các viện nghiên cứu, công ty đóng tàu tham khảo bảng biểu quy cách chọn bơm, máy nén khí, bầu làm mát và trình tự lập bài toán dầm siêu tĩnh nghiệm bền hệ trục theo quy chuẩn đăng kiểm QCVN 21: 2015/BGTVT.
  • Các phần đáng chú ý nhất bao gồm: chuỗi công thức tính toán và bảng số liệu kiểm tra hiện tượng xâm thực chân vịt; phương pháp lập hệ phương trình ba mô-men giải bài toán phân bố áp lực lên bạc FEROFORM; phương pháp cân bằng nhiệt xác định diện tích trao đổi nhiệt các bầu sinh hàn.

Câu hỏi thường gặp

1. Máy chính MAN 6L27/38 trang bị trên tàu có các thông số công suất và kích thước cơ bản nào?
Máy chính MAN 6L27/38 do MAN Diesel (CHLB Đức) chế tạo, là loại máy diesel 4 kỳ cao tốc gồm 6 xi-lanh thẳng hàng. Đường kính xi-lanh là $270\text{ mm}$, hành trình piston $380\text{ mm}$. Máy đạt công suất định mức $2.100\text{ kW}$ (tương đương $2.856\text{ hp}$) tại tốc độ quay định mức $750\text{ vòng/phút}$.

2. Phương pháp nào được lựa chọn để tính sức cản vỏ tàu và căn cứ lựa chọn là gì?
Phương pháp Papmiel được lựa chọn để tính sức cản vỏ tàu. Căn cứ lựa chọn dựa trên sự phù hợp của các tỷ số kích thước thân tàu với phạm vi áp dụng của phương pháp: tỷ số $B/T = 17,5 / 6,0 = 2,91$ (phạm vi $1,5 - 3,5$); tỷ số $L/B = 82,5 / 17,5 = 4,71$ (phạm vi $4 - 11$); hệ số béo thể tích $C_B = 0,712$ (phạm vi $0,35 - 0,8$).

3. Chân vịt thiết kế có quy cách ra sao và làm bằng vật liệu gì?
Chân vịt là loại chân vịt đúc 4 cánh ($Z = 4$), đường kính $D = 1,915\text{ m}$, tỷ số đĩa $\theta = 0,55$, tỷ số bước $H/D = 0,438$, tổng khối lượng đạt $3.195\text{ kg}$. Vật liệu chế tạo là hợp kim đồng thau mangan - sắt ký hiệu ЛМЦЖ 55-3-1 (thành phần gồm Cu 53–58%, Fe 3–4%, Mn 0,5–1,5%, còn lại là Zn), có giới hạn bền kéo $\sigma_B = 48\text{ kG/mm}^2$.

4. Bạc đỡ trục chân vịt sử dụng vật liệu gì và kết quả nghiệm bền áp lực riêng đạt bao nhiêu?
Bạc đỡ trục chân vịt được chế tạo từ chất dẻo tổng hợp FEROFORM do hãng Tenmat sản xuất. Kết quả tính toán nghiệm bền dầm siêu tĩnh cho thấy áp lực riêng tác dụng lên bạc đỡ sau là $p_s = 2,97\text{ kG/cm}^2$ và bạc đỡ trước là $p_t = 0,48\text{ kG/cm}^2$. Các giá trị này đều nhỏ hơn nhiều so với áp lực làm việc cho phép của vật liệu $[P] = 7,64\text{ kG/cm}^2$, bảo đảm điều kiện làm việc bền vững.

5. Dung tích két dầu đốt FO và DO dự trữ được thiết kế cho thời gian hành trình bao lâu?
Dung tích két dầu đốt được tính toán dựa trên thời gian khai thác liên tục trong một hành trình là $400\text{ giờ}$. Kết quả tính chọn trang bị 02 két dầu FO dự trữ với tổng dung tích $250\text{ m}^3$ và 02 két dầu DO dự trữ với tổng dung tích $96\text{ m}^3$.

Kết luận

Đồ án môn học của tác giả Võ Cao Minh đã giải quyết hoàn chỉnh bài toán thiết kế kỹ thuật trạm động lực cho tàu dầu vỏ thép 4.900 tấn hoạt động vùng biển Đông Nam Á theo đúng Quy chuẩn kỹ thuật quốc gia QCVN 21: 2015/BGTVT. Toàn bộ các thông số từ việc phối hợp công suất giữa máy chính MAN 6L27/38 với chân vịt đồng thau ЛМЦЖ 55-3-1, kích thước hệ trục thép SF60, gối đỡ FEROFORM cho đến hệ thống các két, bơm và bầu sinh hàn đều được kiểm nghiệm định lượng chính xác. Bản đồ án cung cấp tài liệu kỹ thuật có độ tin cậy cao, cấu trúc mạch lạc, phục vụ thiết thực cho công tác học tập và nghiên cứu trong ngành Máy tàu thủy.