Giáo trình Hệ thống động lực máy tàu thủy (Nghề: Sửa chữa máy tàu thuỷ - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:78

Thêm vào BST

Báo xấu

24
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Hệ thống động lực máy tàu thủy (Nghề: Sửa chữa máy tàu thuỷ - Trung cấp) được biên soạn gồm các nội dung chính sau: Khái niệm về hệ thống động lực tàu thủy; Hệ trục và các thiết bị của hệ trục; Phương thức truyền động và các thiết bị truyền động; Đặc tính công tác động cơ Diesel và sự phối hợp với chân vịt;... Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Hệ thống động lực máy tàu thủy (Nghề: Sửa chữa máy tàu thuỷ - Trung cấp) - Trường Cao đẳng Cơ giới (2022)

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
2 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đây, trước sự phát triển ngày càng cao của khoa học và kỹ thuật. Nước ta đang trên đường công nghiệp hóa - hiện đại hóa đất nước. Trong sự phát triển chung của các ngành kinh tế, nhằm thực hiện nhiệm vụ đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật trực tiếp đáp ứng nhu cầu xã hội. Chương trình khung quốc gia nghề sửa chữa máy tàu thủy đã được xây dựng trên cơ sở phân tích nghề, phần kỹ thuật nghề được kết cấu theo các môđun. Để tạo điều kiện thuận lợi cho các cơ sở dạy nghề trong quá trình thực hiện, việc biên soạn giáo trình kỹ thuật nghề theo theo các môđun đào tạo nghề là cấp thiết hiện nay. Để đáp ứng cho sự phát triển đó là việc cung cấp đầy đủ đội ngũ công nhân lành nghề. Đào tạo đội ngũ công nhân kỹ thuật sửa chữa máy tàu thủy lành nghề với kiến thức và tay nghề vững vàng, nhằm nắm bắt được các công nghệ sửa chữa máy tàu tiên tiến hiện nay của thế giới đang trở nên cấp bách.Với mục tiêu “Chất lượng đào tạo là mục tiêu hàng đầu”. Nhằm đáp ứng nhu cầu sử dụng trong quá trình đào tạo của nhà trường phải bám sát chương trình khung .Vì vậy giáo trình Hệ thống động lực máy tàu thủy được biên soạn bởi sự tham gia của các giảng viên của trường Cao đẳng Cơ giới dựa trên cơ sở chương trình khung đào tạo đã được ban hành, trường Cao đẳng Cơ giới với các giáo viên có nhiều kinh nghiệm cùng nhau tham khảo các nguồn tài liệu khác nhau để thực hiện biên soạn giáo trình phục vụ cho công tác giảng dạy. Giáo trình này được thiết kế theo mô đun thuộc hệ thống môn học MH22 của chương trình đào tạo nghề Sửa Chữa Tàu Thuỷ ở cấp trình độ Trung cấp, và được dùng làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo, sau khi học tập xong môn học này, học viên có đủ kiến thức để học tập tiếp các môn học, mô đun khác của nghề. Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng cũng không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong nhận được nhiều ý kiến đóng góp xây dựng của bạn đọc, đặc biệt là các đồng nghiệp để cuốn giáo trình này ngày càng hoàn thiện hơn. Chúng tôi xin chân thành cám ơn! Quảng Ngãi, ngày 12.tháng 12.năm 2022 Tham gia biên soạn 1. Nguyễn Ngọc Việt Chủ biên 2. ………….............. 3. ……….............….
MỤC LỤC TT NỘI DUNG TRANG 1. Lời giới thiệu 2 2. Mục lục 3 3. Bài mở đầu: Khái niệm về hệ thống động lực tàu thủy. 11 4. 1. Khái niệm về hệ thống động lực và các thiết bị của chúng 12 5. 2. Các loại trang trí động lực và đặc điểm 13 6. Bài 1: Hệ trục và các thiết bị của hệ trục. 27 7. 1. Khái niệm chung 28 8. 2. Sơ đồ các thành phần cơ bản của hệ trục một đường trục 28 9. 3. Nguyên tắc bố trí hệ trục tàu thủy 30 10. 4. Xác định kích thước hệ trục 32 11. 5. Kết cấu các loại trục 33 12. 6. Thiết bị nối trục 33 13. 7. Ống bao trục chân vịt 35 14. 8. Các gối đỡ trục 36 15. 9. Thiết bị làm kín ống bao trục chân vịt 42 16. 10. Chân vịt biến bước 45 17. Bài 2: Phương thức truyền động và các thiết bị truyền động. 48 18. 1. Chức năng và phân loại 49 19. 2. Thiết bị truyền động thủy lực 51 20. 3. Truyền động bánh răng 55 21. 4. Ly hợp ma sát 57 22. 5. Truyền động điện 61 23. Bài 3: Đặc tính công tác động cơ Diesel và sự phối hợp với chân 64 vịt. 24. 1. Khái niệm về chế độ làm việc và đặc tính của động cơ 65 25. 2. Đặc tính và các chỉ tiêu công tác của Diesel tàu thủy 65 26. Bài 4: Phương pháp sử dụng đặc tính trong quá trình khai thác 81 hệ thống động lực tàu thủy. 27. 1. Khi chiều chìm của tàu thay đổi 85 28. 2. Khi điều kiện sóng gió thay đổi 86 29. 3. Khi lượng dự trữ nhiên liệu trên tàu có hạn 88 30. Tài liệu tham khảo 93
5 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên môn học: HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY Mã môn học: MH22 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học: - Vị trí: Môn học Hệ thống động lực tàu thủy học sau các môn học, mô đun kỹ thuật cơ sở, đặc biệt là các môn học, mô đun: Động cơ Diesel 1. Máy phụ tàu thủy. Học trước mô đun Sửa chữa hệ trục tàu thủy, Vận hành động cơ Diesel... - Tính chất: Là môn học chuyên môn nghề. - Ý nghĩa và vai trò của môn học: Hệ thống động lực tàu thủy đóng một vai trò rất quan trọng trong ngành sửa chữa máy tàu thủy, đáp ứng những yêu cầu phức tạp của kỹ thuật sửa chữa. Môn học này trang bị cho học viên những kiến thức và kỹ năng cơ bản của kỹ năng sửa chữa máy tàu thủy. - Đối tượng: Là giáo trình áp dụng cho học sinh trình độ Trung cấp nghề sửa chữa máy tàu thủy. Mục tiêu của môn học: - Kiến thức: A1. Trình bày được kết cấu các bộ phận của hệ trục tàu thủy. A2. Nhận biết được các loại hệ thống động lực tàu thủy. - Kỹ năng: B1. Phân tích được đặc tính khai thác của động cơ Diesel và sự phối hợp với chân vịt. B2. Xác định đúng phương thức truyền động của hệ thống động lực. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: C1. Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp. C2. Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác, trung thực của sinh viên. C3. Có ý thức tự giác, có tính kỷ luật cao, có tinh thần tập 1. Chương trình khung nghề sữa chữa máy tàu thủy. Thời gian học tập (giờ) Số tín chỉ Trong đó Tên môn Tổng số Mã MH/ Thực hành học, mô MĐ/HP Lý /thực tập/ Kiểm đun thuyết thí nghiệm/ tra bài tập Các môn học chung 12 255 94 148 13 MH 01 Chính trị 2 30 15 13 2 MH 02 Pháp luật 1 15 9 5 1 MH 03 Giáo dục thể chất 1 30 4 24 2 MH 04 Giáo dục quốc phòng - An ninh 2 45 21 21 3
6 MH 05 Tin học 2 45 15 29 1 MH 06 Ngoại ngữ (Anh văn) 4 90 30 56 4 II Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề II.1 Các môn học, mô đun cơ sở 15 240 155 71 14 MH 07 Vẽ kỹ thuật 3 60 30 27 3 MH 08 Cơ kỹ thuật 4 60 40 16 4 MH 09 Vật liệu cơ khí 3 45 35 8 2 MH 10 Dung sai và đo lường kỹ thuật 2 30 20 8 2 MH 11 An toàn lao động và bảo vệ môi trường 3 45 30 12 3 II.2 Các môn học, mô đun chuyên môn 56 1425 409 922 88 MH 12 Lý thuyết tàu 2 45 35 8 2 MH 13 Kỹ năng giao tiếp 2 30 20 8 2 MĐ 14 Vẽ trong Autocad 2 45 15 28 2 MĐ 15 Hàn - Nguội cơ bản 3 90 15 72 3 MĐ 16 Tiện cơ bản 1 45 5 38 2 MH 17 Tiếng Anh chuyên ngành 1 2 45 30 12 3 MH 18 Động cơ Diesel tàu thủy 1 3 60 40 16 4 MH 19 Máy phụ và các hệ thống trên tàu thủy 2 45 30 13 2 MH 20 Công nghệ sửa chữa 2 30 24 4 2 MH 21 Điện tàu thủy 3 60 38 19 3 MH 22 Hệ thống động lực tàu thủy 3 45 30 12 3 MH 23 Tháo động cơ Diesel tàu thủy 2 60 6 50 4 Sửa chữa các chi tiết tĩnh của động cơ MĐ 24 1 45 6 35 4 Diesel tàu thủy Sửa chữa các chi tiết động của động cơ MĐ 25 1 45 6 35 4 Diesel tàu thủy Sửa chữa hệ thống phân phối khí tàu MĐ 26 2 45 8 33 4 thủy MĐ 27 Sửa chữa máy nén khí 1 30 6 20 4 Sửa chữa hệ thống nhiên liệu Diesel MĐ 28 2 45 8 33 4 tàu thủy MĐ 29 Sửa chữa hệ thống bôi trơn 2 45 8 33 4 MĐ 30 Sửa chữa hệ thống làm mát 2 45 9 32 4 Sửa chữa hệ thống khởi động và đảo MĐ 31 3 60 10 46 4 chiều tàu thủy MĐ 32 Sửa chữa máy phân ly dầu-nước 1 30 4 24 2 MĐ 33 Sửa chữa máy lọc dầu 1 30 4 24 2 MĐ 34 Sửa chữa thiết bị điện tàu thủy 1 45 8 33 4 MĐ 35 Lắp ráp tổng thành động cơ Diesel 3 60 10 46 4 MĐ 36 Vận hành động cơ Diesel tàu thủy 1 30 6 22 2 MĐ 37 Sửa chữa hệ thống lái 1 30 6 22 2 MĐ 38 Sửa chữa hệ thống tời 1 30 6 22 2 MĐ 39 Sửa chữa hệ trục tàu thủy 1 30 6 22 2 MĐ 40 Thực tập 1 5 180 15 161 4 Tổng cộng: 83 1920 663 1142 115 2. Chương trình chi tiết môn học:
7 Thời gian (giờ) Số Tên Thực hành, thí TT chương/mục Tổng Lý Kiểm nghiệm, thảo số thuyết tra luận, Bài tập 1 Bài mở đầu: Khái niệm về hệ thống 2 2 động lực tàu thủy Bài 1: Hệ trục và các thiết bị của hệ 22 12 9 1 2 trục 3 Bài 2: Phương thức truyền động và 10 7 2 1 các thiết bị truyền động 4 Bài 3: Đặc tính công tác động cơ 6 5 1 Diesel và sự phối hợp với chân vịt 5 Bài 4: Phương pháp sử dụng đặc tính 5 4 1 trong quá trình khai thác hệ thống động lực tàu thủy. Cộng 45 30 12 3 3. Điều kiện thực hiện môn học: 3.1. Phòng học Lý thuyết/Thực hành: Đáp ứng phòng học chuẩn 3.2. Trang thiết bị dạy học: Projetor, máy vi tính, bảng, phấn, tranh vẽ.... 3.3. Học liệu, dụng cụ, mô hình, phương tiện: Giáo trình, mô hình thực hành, bộ dụng cụ nghề hàn,… 3.4. Các điều kiện khác: Người học tìm hiểu thực tế về hệ thống động lực tàu thủy trong nhà máy, xí nghiệp công nghiệp. 4. Nội dung và phương pháp đánh giá: 4.1. Nội dung: - Kiến thức: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức - Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kỹ năng. - Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp. + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. 4.2. Phương pháp: Người học được đánh giá tích lũy môn học như sau: 4.2.1. Cách đánh giá
8 - Áp dụng quy chế đào tạo Trung cấp hệ chính quy ban hành kèm theo Thông tư số 09/2017/TT-BLĐTBXH, ngày 13/3/2017 của Bộ trưởng Bộ Lao động – Thương binh và Xã hội. - Hướng dẫn thực hiện quy chế đào tạo áp dụng tại Trường Cao đẳng Cơ giới như sau: Điểm đánh giá Trọng số + Điểm kiểm tra thường xuyên (Hệ số 1) 40% + Điểm kiểm tra định kỳ (Hệ số 2) + Điểm thi kết thúc môn học 60% 4.2.2. Phương pháp đánh giá Phương pháp Phương pháp Hình thức Chuẩn đầu ra Số Thời điểm đánh giá tổ chức kiểm tra đánh giá cột kiểm tra Thường xuyên Viết/ Tự luận/ A1, C1, C2 1 Sau 10 giờ. Thuyết trình Trắc nghiệm/ Báo cáo Định kỳ Viết và Tự luận/ A2, B1, C1, C2 3 Sau 20 giờ thực hành Trắc nghiệm/ thực hành Kết thúc môn Vấn đáp và Vấn đáp và A1, A2, A3, B1, B2, 1 Sau 45 giờ học thực hành thực hành C1, C2, trên mô hình 4.2.3. Cách tính điểm - Điểm đánh giá thành phần và điểm thi kết thúc môn học được chấm theo thang điểm 10 (từ 0 đến 10), làm tròn đến một chữ số thập phân. - Điểm môn học là tổng điểm của tất cả điểm đánh giá thành phần của môn học nhân với trọng số tương ứng. Điểm môn học theo thang điểm 10 làm tròn đến một chữ số thập phân, sau đó được quy đổi sang điểm chữ và điểm số theo thang điểm 4 theo quy định của Bộ Lao động Thương binh và Xã hội về đào tạo theo tín chỉ. 5. Hướng dẫn thực hiện môn học 5.1. Phạm vi, đối tượng áp dụng: Đối tượng Trung cấp nghề sửa chữa máy tàu thủy. 5.2. Phương pháp giảng dạy, học tập môn học 5.2.1. Đối với người dạy * Lý thuyết: Áp dụng phương pháp dạy học tích cực bao gồm: Trình chiếu, thuyết trình ngắn, nêu vấn đề, hướng dẫn đọc tài liệu, bài tập cụ thể, câu hỏi thảo luận nhóm…. * Thực hành: - Phân chia nhóm nhỏ thực hiện bài tập thực hành theo nội dung đề ra.
9 - Khi giải bài tập, làm các bài Thực hành, thí nghiệm, bài tập:... Giáo viên hướng dẫn, thao tác mẫu và sửa sai tại chỗ cho nguời học. - Sử dụng các mô hình, học cụ mô phỏng để minh họa các bài tập ứng dụng các phương pháp chế tạo phôi hàn. * Thảo luận: Phân chia nhóm nhỏ thảo luận theo nội dung đề ra. * Hướng dẫn tự học theo nhóm: Nhóm trưởng phân công các thành viên trong nhóm tìm hiểu, nghiên cứu theo yêu cầu nội dung trong bài học, cả nhóm thảo luận, trình bày nội dung, ghi chép và viết báo cáo nhóm. 5.2.2. Đối với người học: Người học phải thực hiện các nhiệm vụ như sau: - Nghiên cứu kỹ bài học tại nhà trước khi đến lớp. Các tài liệu tham khảo sẽ được cung cấp nguồn trước khi người học vào học môn học này (trang web, thư viện, tài liệu...) - Sinh viên trao đổi với nhau, thực hiện bài thực hành và báo cáo kết quả - Tham dự tối thiểu 70% các giờ giảng tích hợp. Nếu người học vắng >30% số giờ tích hợp phải học lại mô đun mới được tham dự kì thi lần sau. - Tự học và thảo luận nhóm: Là một phương pháp học tập kết hợp giữa làm việc theo nhóm và làm việc cá nhân. Một nhóm gồm 2-3 người học sẽ được cung cấp chủ đề thảo luận trước khi học lý thuyết, thực hành. Mỗi người học sẽ chịu trách nhiệm về 1 hoặc một số nội dung trong chủ đề mà nhóm đã phân công để phát triển và hoàn thiện tốt nhất toàn bộ chủ đề thảo luận của nhóm. - Tham dự đủ các bài kiểm tra thường xuyên, định kỳ. - Tham dự thi kết thúc môn học. - Chủ động tổ chức thực hiện giờ tự học.
10 6. Tài liệu tham khảo: [1]. Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý Động cơ Diesel. NXB Giáo dục. 2000. [2]. Lê Viết Lượng. Lý thuyết động cơ Diesel. NXB Giáo dục. 2000. [3]. Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu và tính toán Động cơ Diesel tập 1.2,3, NXB Giáo dục, 1996. [4]. Đinh Quang Mạnh. Giáo trình trang trí hệ động lực tàu thủy, Đại học Hàng hải Việt Nam, 1998. [5]. Tài liệu hướng dẫn của các hãng chế tạo động cơ Diesel.
11 BÀI MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VỀ HỆ THỐNG ĐỘNG LỰC TÀU THỦY Mã bài: MH22-01 Giới thiệu: Trong vận chuyển hành hóa lưu thông trên biển bằng tàu thủy đóng vai trò rất quan trọng. Chính vì thế để đảm bảo một con tàu hoạt động tốt và phải an toàn thì cần rất nhiều yếu tố. Một con tàu hoàn thiện thì cẩn phải có nhiều hệ thống, và các hệ thống này phối hợp chặt chẽ với nhau. Trong đó hệ thống động lực là một hệ thống thiết bị bao gồm thiết bị đẩy tàu, thiết bị động lực phụ bảo đảm năng lực hoạt động của tàu và thiết bị đảm bảo đời sống, sinh hoạt của thuyền viên . - Nêu được đầy đủ tên và chức năng các thiết bị của hệ thống động lực tàu thủy. - Giải thích được sơ đồ cấu tạo các loại trang trí động lực. - Thực hiện tốt công tác an toàn và vệ sinh công nghiệp. - Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỷ, chính xác, trung thực của sinh viên. - Có ý thức tự giác, có tính kỷ luật cao, có tinh thần tập thể, có tránh nhiệm với công việc. Phương pháp giảng dạy và học tập bài mở đầu - Đối với người dạy: Sử dụng phương pháp giảng giảng dạy tích cực (diễn giảng, vấn đáp, dạy học theo vấn đề); yêu cầu người học nhớ các giá trị đại lượng, đơn vị của các đại lượng. - Đối với người học: Chủ động đọc trước giáo trình trước buổi học Điều kiện thực hiện bài học - Phòng học chuyên môn hóa/nhà xưởng: Phòng học chuyên môn - Trang thiết bị máy móc: Máy chiếu và các thiết bị dạy học khác - Học liệu, dụng cụ, nguyên vật liệu: Chương trình môn học, giáo trình, tài liệu tham khảo, giáo án, phim ảnh, và các tài liệu liên quan. - Các điều kiện khác: Không có Kiểm tra và đánh giá bài học - Nội dung:  Kiến thức: Kiểm tra và đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kiến thức  Kỹ năng: Đánh giá tất cả nội dung đã nêu trong mục tiêu kĩ năng.  Năng lực tự chủ và trách nhiệm: Trong quá trình học tập, người học cần: + Nghiên cứu bài trước khi đến lớp + Chuẩn bị đầy đủ tài liệu học tập. + Tham gia đầy đủ thời lượng môn học. + Nghiêm túc trong quá trình học tập. - Phương pháp:
12  Điểm kiểm tra thường xuyên: 1 điểm kiểm tra (hình thức: hỏi miệng)  Kiểm tra định kỳ lý thuyết: không có  Kiểm tra định kỳ thực hành: không có Nội dung chính: 1.1. Khái niệm chung về hệ động lực tàu thủy 1.1.1 Đặt vấn đề Ngành giao thông vận tải phát triển mạnh mẽ cùng với sự phát triển của nền kinh tế quốc dân. Trong đó vận tải biển có vai trò quan trọng không thể thiếu với các thế mạnh sau :giá thành vận tải thấp (cước phí nhỏ) ,khối lượng vận tải lớn, hàng hóa đa dạng, phạm vi hoạt động rộng. Ngày nay với sự phát triển của đội tàu biển container những ưu thế của vận tải thủy càng được khẳng định rõ hơn. Nhiệm vụ của hệ thống động lực trên tàu thủy: - Tạo lực đẩy cho con tàu - Cung cấp năng lượng cho mọi hoạt động trên tàu. Hai dạng cơ bản của hệ thống động lực: Hệ thống động lực hơi nước (công chất là hơi nước) : Máy hơi, tua bin hơi.. Hệ thống động lực với khí cháy (công chất là khí cháy): Diesel; tua bin khí 1.1.2 Khái quát về hệ thống động lực tàu thuỷ Hệ thống động lực tàu thủy là hệ thống các thiết bị có nhiệm vụ duy trì tốc độ, phương hướng cho hoạt động của tàu và các thiết bị động lực phụ, bảo đảm sự hoạt động của tàu, thuyền viên, hành khách. Hệ động lực tàu thuỷ là một tập hợp các thiềt bị để thực hiện các quá trình biến đổi năng lượng hoá học của nhiên liệu thành nhiệt năng, cơ năng hay điện năng nhằm đảm bảo tất cả các nhu cầu cần thiết cho tàu và hệ động lực. Trong thành phần của hệ động lực nói chung gồm có các động cơ chính và các động cơ phụ, cơ cấu truyền động, hệ trục và các hệ thống khác nhau đê phục vụ trực tiếp hoặc gián tiếp cho động cơ. Ngoài ra trong hệ động lực còn có các thiết bị để kiểm tra điều khiển tự động trực tiếp hoặc từ xa các chế độ làm việc của từng thành phần trong hệ Động cơ chính là động cơ dùng để phục vụ các nhu cầu chính, như đối với thiết bị động lực tàu thuỷ dùng để quay chân vịt và phụ thuộc vào nhu cầu của tàu số lượng động cơ chính có thể lớn hơn một. Ngoài động cơ chính hệ động lực còn trang bị các động cơ nhỏ để lai máy phát điện, máy bơm, máy nén khí khởi động… Các động cơ này còn được goị là các động cơ phụ. Cơ cấu truyền động là thiết bị trung gian giữa hai nguồn phát và thu năng lượng, làm thay đổi tần số quay trên trục bị động. Cơ cấu này thường dùng là truyền động kiểu cơ khí nhờ hệ thống các bánh răng, truyền động bằng điện, truyền động bằng thuỷ lực, hay truyền động liên hợp bằng cả cơ khí lẫn truyền thuỷ lực. Hệ trục trong thiết bị động lực tàu thủy bảo đảm truyền cơ năng từ mặt bích của hộp giảm tốc hay của động cơ đến chân vịt. Trong thành phần của hệ trục thường bao gồm các đoạn trục, khớp nối, các ổ đỡ và ổ chặn lực dọc trục, cơ cấu phanh và các thiết bị đo mômen xoắn. Mỗi một hệ thống động lực là một tập hợp các cơ cấu và các thiết bị phụ, các tuyến ống dẫn, các van điểu chỉnh, các dụng cụ đo và kiểm tra. Mỗi hệ thống có một chức năng riêng nhằm cung cấp một trong các môi chất công tác như nước, nhiên liệu, dầu, khí nén và các môi chất
13 khác. Xuất phát từ những nhiệm vụ chính, hệ động lực Diesel có các hệ thống như: hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát, hệ thống khởi động bằng khí nén, hệ thống nạp - thải. Ngoài ra, các hệ thống phục vụ tàu như hệ thống cứu hoả, hệ thống chiếu sáng, hệ thống cấp nước sinh hoạt, hệ thống gió, hệ thống điều hoà nhiệt độ v.v… đồng thời ở mức độ nào đó có liên quan với các hệ thống động lực. 1.1.3. Phân loại các thiết bị của hệ động lực tàu thuỷ theo chức năng Thiết bị đẩy tàu Thiết bi động lực phụ. Thiết bị đảm bảo an toàn Thiết bị phục vụ cho sinh hoạt Thiết bị trên boong 1.1.3.1. Thiết bị đẩy tàu ( Marine Propulsion Plant) Thiết bị đẩy tàu là hệ thống các thiết bị bảo đảm tốc độ, phương hướng cho con tàu hoạt động trong các điều kiện khai thác. Thiết bị đẩy tàu bao gồm: - Máy chính: ( ME - Main Engine) Máy chính có nhiệm vụ sinh công tạo lực đẩy tàu (Diesel, tua bin hơi, tua bin khí...) - Thiết bị truyền động (Power Transmission) Thiết bị truyền động có nhiệm vụ tiếp nhận công suất từ động cơ chính truyền cho thiết bị đẩy tàu ( hệ trục, gối đỡ, bộ giảm tốc, thiết bị nối trục, các thiết bị truyền dẫn điện...)
14 Hình 1.1 Sơ đồ bố trí chung tàu hàng
15 Hình 1.1 Sơ đồ bố trí chung thiết bị động lực tàu hàng - Thiết bị đẩy (Propulsion Equipment, Propeller) Thiết bị đẩy có nhiệm vụ tạo lực đẩy cho con tàu (chân vịt, chong chóng, guồng quay...) - Nồi hơi chính (Main Boiler) Nồi hơi chính sản ra hơi nước cung cấp cho tua bin hơi , máy hơi hoạt động làm nhiệm vụ đẩy tàu và cung cấp hơi cho các thiết bị phụ khác.
16 - Thiết bị truyền tải công chất (Transfer systems) Thiết bị tải công chất bao gồm hệ thống các ống, van chặn, dẫn tải hơi nước, khí cháy... đến động cơ chính. 1.1.3.2. Thiết bị động lực phụ (Engine auxiliary systems) Các thiết bị động lực phụ có nhiệm vụ cung cấp năng lượng cho tàu khi hành trình, làm hàng, sinh hoạt của thuyền viên và dự trữ, bao gồm: - Tổ máy phát điện (Generators) Tổ máy phát điện hay trạm phát thường do động cơ Diesel phụ (AE -Auxiliary Engine hay GE – Generation Engine) hoặc máy chính lai. Trạm phát có nhiệm vụ cung cấp điện phục vụ cho sinh hoạt và cho các thiết bị phục vụ cho máy chính hoạt động, cả thiết bị phục vụ cho sản xuất, sửa chữa (cẩu, máy hàn ...) - Hệ thống không khí nén (Air High Pressure System) Hệ thống khí nén có nhiệm vụ cung cấp không khí cho khởi động cơ, các hệ thống tự động điều khiển, vệ sinh, sửa chữa, động cơ nâng hạ xuồng cứu sinh... Hệ thống bao gồm các máy khí nén, bình chứa, hệ thống đường ống, các van chặn, van giảm áp, van an toàn, phin lọc ... - Hệ thống nước ngọt sinh hoạt, nước biển vệ sinh (Water Feed Systems) - Nồi hơi phụ (Auxiliary Boiler) Nồi hơi phụ có nhiệm vụ sản ra hơi cung cấp cho sinh hoạt của thuyền viên, hành khách và các máy móc và thiết bị phụ như hâm sấy dầu, nước… 1.1.3.3. Thiết bị đảm bảo an toàn trên tàu (Safety & Emergency Systems) Các thiết bị đảm bảo an toàn trên tàu có nhiệm vụ phòng chống những sự cố xảy ra trên tàu đảm bảo cho tàu được hoạt động an toàn. - Hệ thống cứu hỏa: (Fire fighting system) - Hệ thống lacanh: (Bilge system) - Hệ thống balát: (Ballast system) - Trang bị cứu sinh: xuồng cứu sinh, phao bè, áo phao... - Thiết bị phục vụ sưả chữa: máy tiện, máy hàn, máy khoan... - Phụ tùng thay thế, vật liệu sửa chữa, dự trữ... - Hệ thống thông tin liên lạc: điện thoại, chuông, còi, tay chuông truyền lệnh (Telegraf)... 1.1.3.4. Thiết bị phục vụ sinh hoạt Bao gồm các thiết bị đảm bảo đời sống thuyền viên và hành khách trên tàu: - He thống thông gió, sưởi ấm (Ventilation , heat exchanger) - Điều hòa không khí, quạt gió (Air-conditioning ) - Máy lạnh thực phẩm, kho lạnh thực phẩm... (Refrigeration System ) - Hệ thống chiếu sáng ( Navigational Lights ) 1.1.3.5. Các thiết bị trên boong (Deck Machinery and Equipments) Các thiết bị trên boong bao gồm: Hệ thống tời neo, tời lái, cẩu, thiết bị chằng buộc. 1.1.4. Phân loại thiết bị theo tính chất, nhiệm vụ -Thiết bị cơ giới động lực Cung cấp năng lượng cho tàu (máy chính, máy đèn, nồi hơi phụ, nồi hơi chính, máy phát điện, động cơ điện…) -Thiết bị cơ giới công tác Tiêu thụ năng lượng, sinh công (thiết bị đẩy tàu, bơm, máy nén...) -Thiết bị truyền động Truyền chuyển động giữa cơ giới động lực và cơ giới công tác (hệ trục, hộp số, ly hợp, dây dẫn, ống nối...) - Thiết bị dự trữ Bao gồm các két chứa, bình chứa nước, dầu nhờn, nhiên liệu, không khí...
17 - Thiết bị làm sạch nhiên liệu, dầu nhờn, không khí: Gồm các bầu lọc, máy lọc ly tâm, máy phân ly, thiết bị lắng lọc… - Thiết bị truyền tải công chất Gồm các hệ thống van, ống. - Các thiết bị trao đổi nhiệt Sinh hàn, bầu hâm, giàn lạnh, bình ngưng… Tất cả các thiết bị được tổ chức thành một hệ thống có quan hệ hữu cơ trong một con tàu được gọi là hệ động lực tàu thuỷ. 1.2 Phân loại và xu hướng phát triển hệ động lực tàu thủy: 1.2.1. Phân loại hệ động lực tàu thủy Căn cứ theo kiểu loại động cơ và phương thức truyền động có thể chia hệ động lực tàu thủy thành các loại sau: Hệ động lực hơi nước Hệ động lực hơi nước là hệ động lực trong đó quá trình hoàn thành công cơ giới là quá trình sử dụng nhiệt khí cháy nhiên liệu để tạo hơi trong nồi hơi, sau đó hơi được giãn nở sinh công trong máy hơi hay tuabin hơi. Hệ động lực này gồm có: Máy hơi trực tiếp lai chân vịt. Máy hơi truyền động gián tiếp như bộ giảm tốc cơ giới lai chân vịt. Máy hơi có tuabin hơi thừa truyền động kết hợp lai chân vịt. Tuabin hơi truyền động gián tiếp lai chân vịt Tuabin hơi truyền động điện lai chân vịt. Hệ động lực Diesel Hệ động lực diesel là hệ động lực trong đó hoàn thành công cơ giới là quá trình sử dụng nhiệt lượng khí cháy của nhiên liệu để sinh công trực tiếp. Loại hệ động lực này bao gồm: Hệ động lực diesel truyền động trực tiếp lai chân vịt - Hệ động lực này có tốc độc quay của chân vịt bằng với tốc độ quay của động cơ chính. - Có thể sử dụng máy phát điện đồng trục. - Hệ động lực này thường dùng trên các tàu dầu, tàu chở hàng khô, hàng thùng, hàng bách hoá chạy trên các tuyến đường xa. - Máy chính thường là động cơ diesel thấp tốc lai chân vịt. Phổ biến nhất là động cơ 2 kỳ thấp tốc, có tăng áp, có patanh bàn trượt, đảo chiều trực tiếp và sử dụng nhiên liệu nặng. Hệ động lực diesel truyền động gián tiếp lai chân vịt - Hệ động lực này được trang trí nhiều động cơ diesel trung hoặc cao tốc. - Có thể bố trí 2 hoặc 4 máy truyền động gián tiếp lai chân vịt. - Các động cơ thường là động cơ 4 kỳ, có tăng áp bằng tuabin khí xả Hệ động lực diesel truyền động đặc biệt Hệ động lực diesel-điện truyền động lai chân vịt -Không cần có hệ trục dài và gối trục trung gian. -Động cơ diesel có thể bố trí ở vị trí thích hợp nhất. -Tính linh hoạt và năng lực dự trữ lớn. -Chỉ cần thay đổi chiều quay và vòng quay của motơ điện là có thể thay đổi được đặc tính công tác của chân vịt theo yêu cầu. -Thao tác đơn giản và thuận tiên trong việc điều khiển từ xa.
18 -Tuy nhiên hệ thống phức tạp, hiệu suất truyền động thấp vì phải qua hai lần chuyển hoá năng lượng, giá thành cao… Hệ động lực diesel lai chân vịt biến bước -Chiều quay của chân vịt không thay đổi nhưng vẫn có thể thay đổi được chiều chuyển động của tàu. -Đặc tính công tác của chân vịt có thể thay đổi tuỳ ý bằng cách thay đổi bước của chân vịt, do vậy nâng cao được tính kinh tế khai thác. -Hệ động lực luôn luôn phát huy được đầy đủ công suất của động cơ. -Động cơ chính làm việc ổn định khi công tác ở các chế độ tải khác nhau. -Tăng tính cơ động của con tàu và thuận lợi cho việc điều khiển từ xa. -Tuy nhiên, đề có thể thay đổi được bước của chân vịt thì cần phải có thiết bị truyền động trong hệ trục khá phức tạp, chế tạo, lắp ráp và sửa chữa bảo dưỡng gặp nhiều khó khăn, giá thành cao. Hệ thống động lực khác Máy hơi và Diesel hỗn hợp. Hệ thống động lực tàu Nguyên tử. 1.2.2 Xu hướng phát triển hệ động lực tàu thủy 1. Lịch sử hình thành Năm 1807 tàu Klecmông chạy bằng hơi nước thay thế thuyền buồm lần đầu tiên xuất hiện ở Nam Mỹ. Năm 1840 chế tạo thành công chân vịt có hiệu suất cao, tin cậy thay thế guồng quay. Năm 1896 Poatxông (Anh) thiết kế thành công hệ thống động lực tua bin hơi. Năm 1903 chế tạo thành công tàu Diesel truyền động điện. Còn động cơ tuabin khí chỉ mới được phát triển vào những năm 50 của thế kỷ 20. 2. Xu hướng phát triển của hệ động lực tàu thủy Hiện nay, công suất của một cụm tuabin hơi đã đạt được trên 100.000 mã lực và cao hơn, còn đối với một cụm động cơ Diesel đạt gần 100.000 mã lực. Việc sử dụng các động cơ tuabin khí công suất lớn, cao tốc, gọn, nhẹ cho các tu chở khách có lắp đệm không khí hay cánh chìm cho phép đạt tốc độ tới 100 km/h. Trong giai đoan hiện nay, xu hướng phát triển các thiết bị động lực nói chung chủ yếu tập trung giải quyết các vấn đề sau đây: - Tăng công suất của động cơ để hiện đại hoá các trang thiết bị động lực. - Tăng hiệu suất kinh tế bao gồm cả thiết kế, chế tạo và sử dụng (đặc biệt đối với các thiết bị động lực công suất tương đối lớn). - Mở rộng khả năng sử dụng đa nhiên liệu phụ thuộc vào các chế độ làm việc khác nhau của động cơ. - Giảm trọng lượng và kích thước cơ bản của thiết bị động lực - Tăng độ tin cậy và tính độc lập trong sử dụng. - Ap dụng rộng rãi các thiết bị điều khiển tự động, điều chỉnh, kiểm tra và phát tín báo tự động từ xa về các sự cố với mục đích giảm số lượng các nhân viên phục vụ, tăng độ tin cậy và tính cơ động của thiết bị động lực. - Cải thiện các điều kiện sinh hoạt và làm việc của các nhân viên phục vụ trong khu vực động lực. Như vây, hệ động lực tàu thuỷ phát triển theo xu hướng sau: 1.2.2.1. Xu hướng phát triển của động cơ: Hơi nước, tua bin hơi, Diesel, nguyên tử... 1.2.2.2. Xu hướng phát triển nhiên liệu: củi, than, nhiên liệu lỏng, năng lượng nguyên tử... 1.2.2.3. Xu hướng phát triển của thiết bị đẩy:guồng quay, chân vịt định bước, chân vịt biến bước… 1.2.2.4. Xu hướng phát triển của thiết bị truyền động .
19 1.3 Đặc điểm kỹ thuật của hệ động lực tàu thủy: 1.3.1 Đặc tính cơ bản của động cơ chính 1. Động cơ kiểu piston (Động cơ Diesel, máy hơi) - Lực quán tính của động cơ có tính chu kỳ, chuyển động tịnh tiến không đều. - Một số chi tiết làm việc ở nhiệt độ cao, ma sát lớn gây ứng suất nhiệt, giảm độ bền. Cần có các hệ thống phối khí, phối hơi để đảm bảo tính chu kỳ của các quá trình. - Khí năng của công chất biến thành cơ năng có tính chu kỳ. - Các chi tiết chuyển động có chu kỳ do đó các thiết bị chịu tải trọng cũng có tính chu kỳ. - Lực tác dụng phức tạp quan hệ với áp suất cháy trong xy lanh động cơ và tính năng của cơ cấu thanh truyền. - Hướng chuyển động của piston không ảnh hưởng đến chiều quay của trục khuỷu, ở động cơ Diesel chỉ cần thay đổi góc phối khí là thay đổi chiều quay trục khuỷu. 2. Động cơ kiểu tuabin - Quá trình sinh công của động cơ liên tục. - Công chất lưu động liên tục, mô men quay ổn định, tính đồng đều cao. - Công chất có thể đi qua tuabin nhiều do đo tăng công suất động cơ. - Hướng đi của công chất quyết định chiều quay của động cơ. Do vậy động cơ chỉ quay được 1 chiều, muốn đảo chiều phải bố trí động cơ quay ngược chiều hoặc hộp số . - Làm việc ổn định, không sinh lực quán tính, làm việc êm, không gây chấn động thân máy và vỏ tàu. - Khi vòng quay thấp tính kinh tế kém, phải dùng bộ giảm tốc để tăng tính kinh tế. 1.3.2 Đặc điểm của máy hơi nước và hệ thống động lực hơi nước - Công chất là hơi nước - Nhiệt độ chu trình thấp do đó hiệu suất nhiệt thấp, nồi hơi và ống dẫn có nhiều tổn thất. - Muốn nâng cao hiệu suất, phải có thiết bị ngưng tụ. - Nhiệt độ hơi nước và nồi hơi bị hạn chế bởi ứng suất nhiệt cho phép To hơi ra < 500oC. To khí cháy
20 - Máy hơi và tua bin hơi thừa. - Tua bin hơi và diesel hỗn hợp. - Tua bin hơi và tua bin khí hỗn hợp. 1.4 Các yêu cầu đối với hệ động lực tàu thủy: 1.4.1. Yêu cầu chung - Sự chuyển hóa năng lượng từ hóa năng thành nhiệt năng, từ nhiệt năng thành cơ năng phải kinh tế. -Thiết bị đơn giản, dễ chế tạo, vận hành, sửa chữa. - Làm việc tin cậy. - Kích thước gọn nhẹ. - Giá thành thấp. - Chi phí vận hành thấp, thời gian hành tải nhanh. - Tuổi thọ cao (thời gian hoạt động liên tục lớn) Tuy nhiên để thỏa mãn đồng thời các yêu cầu trên, người ta chia thành nhiều vấn đề lớn để xem xét. 1.4.2.Các yêu cầu động cơ chính phù hợp với đặc tính vỏ tàu và chân vịt 1.4.2.1. Yêu cầu về công suất Khi tàu hành trình, sức cản của tàu liên quan đến hình dạng vỏ tàu, độ nhám bề mặt, độ sâu mớn nước, tình trạng mặt biển, độ ổn định của tàu... a, Sức cản vỏ tàu: Toàn bộ sức cản tác dụng làm ảnh hưởng đến sự chuyển động của con tàu được xác định dưới dạng tổng sức cản R. R = Rn + Rkk -Rn: Sức cản của nước đối với sự chuyển động của vỏ tàu. -Rkk: Sức cản của không khí tác dụng lên phần nổi của tàu. -Sức cản của nước: Rn = (Cms +C ap+C s). (KG) Trong đó: Cms ,Cap và Cs : các hệ số đặc trưng cho sức cản ma sát, do sự chệnh lệch áp suất và hình dáng kết cấu mặt ngoài của vỏ tàu. đn: độ nhớt động học của nước. Đối với nước mặn: đnm=104,8 KG.sec2/m4 Đối với nước ngọt: đnn=102 KG.sec2/m4 V: tốc độ của tàu(m/s) Smu: diện tích mặt ướt vỏ tàu(m2) - Sức cản của không khí: Rkk = CK. (KG) Trong đó: Ck: hệ số được xác định theo bảng . đkk = 0,122 KG.sec2/m4: mật độ không khí. Fpn : diện tích phần nổi của tàu chiếu theo hướng chuyển động của gió (m 2). Vkk = Vg V: Tổng đại số tốc độ của gió và tốc độ tàu(m/s). Dấu “+” Khi tàu chuyển động ngược chiều với chuyển động của gió. Dấu “-” Khi tàu chuyển động cùng chiều với chuyển động của gió.