Nghiên cứu xây dựng chương trình tính phục vụ thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn

Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng chương trình tính phục vụ thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn. Chương trình được xây dựng từ việc mô hình hóa hệ trục tàu, sử dụng phương pháp giải phần tử hữu hạn phù hợp với mô hình đã xây dựng có ưu tiên đến sự tiện lợi cho lập trình và được xây dựng trên phần mềm Matlab để xuất ra các kết quả sau: biểu đồ mômen uốn và lực cắt, đường cong độ võng, tải trọng tại các gối đỡ và ma trận hệ số ảnh hưởng; so sánh kết quả tính cho hệ trục tàu chở dầu thô cỡ lớn VLCC Crude Oil Tanker 300000 DWT với các chương trình tính hiện có.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Nghiên cứu xây dựng chương trình tính phục vụ thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2014 KEÁT QUAÛ NGHIEÂN CÖÙU ÑAØO TAÏO SAU ÑAÏI HOÏC NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH TÍNH PHỤC VỤ THIẾT KẾ ĐỊNH TÂM HỆ TRỤC TÀU HÀNG TRỌNG TẢI LỚN RESEARCH ON PROGRAMMING FOR DESIGNING THE PROPULSION SHAFTING ALIGNMENT OF LARGE TONNAGE SHIPS Trần Văn Hưng1, Quách Hoài Nam2 Ngày nhận bài: 25/9/2012; Ngày phản biện thông qua: 18/6/2013; Ngày duyệt đăng: 10/3/2014 TÓM TẮT Bài báo trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng chương trình tính phục vụ thiết kế định tâm hệ trục tàu hàng trọng tải lớn. Chương trình được xây dựng từ việc mô hình hóa hệ trục tàu, sử dụng phương pháp giải phần tử hữu hạn phù hợp với mô hình đã xây dựng có ưu tiên đến sự tiện lợi cho lập trình và được xây dựng trên phần mềm Matlab để xuất ra các kết quả sau: biểu đồ mômen uốn và lực cắt, đường cong độ võng, tải trọng tại các gối đỡ và ma trận hệ số ảnh hưởng; so sánh kết quả tính cho hệ trục tàu chở dầu thô cỡ lớn VLCC Crude Oil Tanker 300000 DWT với các chương trình tính hiện có. Từ khóa: phương pháp phần tử hửu hạn, ma trận hệ số ảnh hưởng, Matlab ABSTRACT This paper presents research results on programming for designing the propulsion shafting alignment of large tonnage ships. The programs are built from modeling the propulsion shafting by the finite element method suitable for the available models with the priority to the convenience in programming and written on Matlab software. The following results are found out during the research: the bending moment diagram and shear force, the deflection curve, the load in the bearings and influence coefficient matrix; compare the calculated results between the calculating programs and the existing programs1 on a propulsion shafting of VLCC Crude Oil Tanker 300000 DWT. Keywords: finite element method, influence coefficient matrix, Matlab I. ĐẶT VẤN ĐỀ Từ trước đến nay, phương pháp định tâm hệ trục tàu trong các nhà máy đóng tàu ở nước ta chủ yếu dựa trên quan điểm độ lệch tâm (SAG) và gãy khúc (GAP) hay phương pháp định tâm theo tải trọng ổ đỡ. Khi áp dụng các phương pháp này trên hệ trục tàu hàng trọng tải lớn thì việc định tâm rất khó khăn và mất thời gian [2], đặc biệt là việc dịch chỉnh các gối đỡ với hệ trục tàu lớn. Do đó, khi đóng mới các tàu có trọng tải lớn, các cơ quan đăng kiểm yêu cầu các nhà thiết kế phải đưa ra phương pháp định tâm phù hợp đảm bảo thỏa mãn các tiêu chí để đánh giá chất lượng định tâm, phải có bảng tính định tâm hệ trục trong khâu thiết kế nhằm phục vụ cho việc định tâm. 1 2 Chính vì vậy việc nghiên cứu cơ sở lý thuyết cũng như xây dựng chương trình tính phục vụ định tâm hệ trục tàu đáp ứng các yêu cầu của các cơ quan đăng kiểm là một vấn đề cấp thiết, đáp ứng nhu cầu tăng cường nội lực của ngành đóng tàu nước ta trong thiết kế tàu hàng cỡ lớn. II. ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 1. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu xây dựng chương trình tính định tâm hệ trục tàu hàng tải trọng lớn cho phép xuất ra các bảng tính và biểu đồ chuyển vị, nội lực, phản lực gối đỡ, ma trận hệ số ảnh hưởng phục vụ định tâm Trần Văn Hưng: Cao học Kỹ thuật tàu thủy 2009 – Trường Đại học Nha Trang TS. Quách Hoài Nam: Trường Đại học Nha Trang 120 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2014 hệ trục tàu hàng trọng tải lớn trong các điều kiện tải trọng khác nhau. 2. Phương pháp nghiên cứu 2.1. Mô hình hóa hệ trục tàu Để phục vụ cho tính toán định tâm, ta xem xét hệ trục tàu được đưa về dầm thẳng tương đương như hình 1. Hình 1. Mô hình tính định tâm hệ trục tàu - Đưa trục khuỷu về dầm tròn tương đương: Hình 2. Mô hình xác định đường kính thanh tròn tương đương trục khuỷu Theo [6] công thức tính đường kính tương đương: Khi nhà sản xuất động cơ có khuyến cáo về việc sử dụng các giá trị đường kính tương đương, các giá trị đó sẽ được dùng trong tính toán định tâm và hệ trục tàu có hộp giảm tốc thì mô hình tính toán định tâm hệ trục chỉ xét từ chân vịt đến hộp giảm tốc. - Mô hình số lượng gối đỡ trên hệ trục: Số lượng gối đỡ chính trên động cơ ảnh hưởng lớn đến quá trình định tâm. Khi mô hình hóa nếu lấy hết số lượng gối ổ đỡ chính thì đoạn trục khuỷu như nối cứng và (1) gối đỡ chính phía đầu ra hệ trục sẽ chịu phản lực lớn, ngược lại khi lấy ít gối đỡ sẽ không phản ánh hết tính chất của hệ trục. Số lượng gối đỡ trên ống bao trục chân vịt, nếu chỉ mô hình hóa về một gối đỡ thì vị trí gối đỡ đặt cách phía sau của ổ một khoảng X = L/4 hoặc L/3 [2]. Nếu dùng hai gối đỡ, vị trí của chúng là tại hai đầu ổ trục chân vịt. Khi dùng ba gối đỡ hoặc hơn, vị trí của chúng được quyết định bởi người thiết kế. Trong trường hợp các ổ trục khác, vị trí đặt gối đỡ là tại giữa ổ trục. L: Chiều dài bạc lót gối đỡ phía đuôi D: Đường kính của trục chân vịt Hình 3. Vị trí gối đỡ duy nhất cho ổ đỡ trục chân vịt * Các điều kiện tải cần xem xét khi mô hình hóa hệ trục Khi tính toán định tâm hệ trục tàu phải xem xét trong các điều kiện khác nhau như: - Điều kiện nhẹ tải (điều kiện lạnh): khi trục được lắp ghép trước khi hạ thủy, việc tính toán định tâm hệ trục trong điều kiện đã lắp ghép thay cho điều kiện nhẹ tải không cần tính đến lực nổi Hình 4. Hướng của tải trọng ổ trục chân vịt. Khi bạc lót ổ đỡ phía đuôi bằng hợp kim chống ma sát được bôi trơn bằng dầu ta cần tính giá trị áp lực danh nghĩa tại bạc lót và góc nghiêng tương đối giữa trục chân vịt và bạc lót phía đuôi hoặc áp suất cực đại ở bạc lót phía đuôi (hình 4) để đảm bảo tải trọng không đặt lên rìa của bạc. Mỗi giá trị tính phải nằm trong giới hạn cho phép như trong bảng 1 [2]. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 121 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2014 Bảng 1. Các giá trị cho phép của áp suất tại bạc lót phía đuôi và góc nghiêng tương đối của trục chân vịt và ống bao Đại lượng Giá trị cho phép Chú ý Áp suất danh nghĩa (trung bình) của bạc lót 0,8 Mpa Góc nghiêng tương đối giữa trục chân vịt và bạ ...