Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
MỤC LỤC
1.Tổng quan.......................................................................................................
1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài...........................................................................
2. Tổng quan về hệ động lực trên tàu thủy........................................................
2.1. Lịch sử và phương hướng phát triển của hệ động lực tàu thủy..................
2.1.1. Lịch sử phát triển.....................................................................................
2.1.2. Hướng phát triển của hệ động lực tàu thủy..............................................
2.2. Hệ động lực tàu thủy sử dụng động cơ diesel.............................................
2.2.1. Động cơ diesel và đặc tính máy chính – chân vịt...................................
2.2.2. Hệ trục.....................................................................................................
2.2.3. Chân vịt ...................................................................................................
3. Khảo sát hệ động lực tàu MPV đóng tại công ty Sông Thu..........................
3.1. Tổng quan về tàu MPV đóng tại công ty Sông Thu...................................
3.1.1. Giới thiệu chung về tàu MPV..................................................................
3.2. Hệ động lực tàu MPV.................................................................................
3.2.1. Động cơ tàu..............................................................................................
3.2.2: Hệ trục tàu MPV......................................................................................
3.2.2.1. Trục trung gian......................................................................................
3.2.2.2 Trục chân vịt..........................................................................................
3.3. Tính kiểm nghiệm hệ trục..........................................................................
3.3.1: Tính nghiệm phản lực tại gối đỡ.............................................................
3.3.2: Tính nghiệm sức bền các trục..................................................................
3.3.2.1. Tính kiểm nghiệm sức bền trục trung gian...........................................
3.3.3.2. Tính kiểm nghiệm sức bền trục chân vịt...............................................
3.4. Căng tim định tâm và lắp ráp hệ trục..........................................................
3.4.1.Căng tim....................................................................................................
3.4.2 Lắp các thành phần hệ trục.......................................................................
4. Kết luận..........................................................................................................
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................

MPV Multi Purpose Vesel
CAT CATERPILAR
3
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
1.Tổng quan
1.1. Mục đích, ý nghĩa đề tài
Việc thiết kế đóng mới một chiếc tàu biển cần rất nhiều thời gian, kiến thức và kinh
nghiệm của nhiều nhà kỹ thuật hàng đầu. Do đó, việc khảo sát, tính nghiệm và tìm hiểu
kết cấu, cách bố trí của các hệ thống, trang bị của một con tàu hiện đại cũng là một yêu
cầu đối với một kỹ sư mới ra trường. Vì vậy, mục đích mà em hướng đến trong đề tài
này là:
+ Tìm hiểu các trang thiết bị, các hệ thống và phương pháp bố trí các trang thiết
bị, hệ thống đó trên tàu.
+ Khảo sát và tính nghiệm bền hệ trục và dao động ngang của hệ trục.
Trong phạm vi đề tài, em trình bày một cách khái quát về các vấn đề liên quan
nhưng chú trọng về việc khảo sát và tính toán kiểm nghệm bền hệ trục. Do những hạn
chế về tài liệu cũng như sự hạn chế về kiến thức cơ bản chuyên nghành tàu thủy nên em
chỉ tính kiểm nghiệm bền hệ trục dựa trên tài liệu tàu thủy cũng như qui phạm đóng tàu
Việt Nam.
Đối với một sinh viên nghành cơ khí động lực việc chọn đề tài “Khảo sát và tính
kiểm nghiệm hệ trục tàu MPV” có một ý nghĩa như sau:
+ Tìm hiểu thêm những kiến thức về một con tàu hiện đại cũng như những khó
khăn trong việc thiết kế đóng mới một con tàu. Tạo nên sự tự tin, sự linh hoạt trong việc
tìm kiếm việc làm sau khi ra trường.
+ Đề tài thể hiện sự kết hợp những kiến thức đã học trong những năm học lại với
nhau thành một chỉnh thể. Điều đó chứng tỏ có một sự biến đổi về chất đối với một sinh
viên sau nhiều năm học tập.
4
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV

Cuộc Cách Mạng Kỹ Nghệ vào đầu thế kỷ 18 đã mang lại cho ngành Hàng Hải một sản
phẩm chế tạo do các nhà phát minh và kỹ thuật, đó là máy hơi nước, một dụng cụ sinh ra
động lực. Máy hơi nước đã được áp dụng vào thuật Hàng Hải và tàu thủy ra đời.
5
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
Hình 1.1: Máy hơi nước của Denis Papin
Năm 1783 tàu máy hơi nước được thử nghiệm đầu tiên sau 98 năm, khi Denis Papin
sáng chế ra máy hơi nước đó là tàu Pyroscaphe. Năm 1802 tàu hơi nước chạy guồng đầu
tiên ra đời (tàu Charlotte Dundas) dài 15m kéo được 2 sà lan 70t. Và tiếp theo là năm
1840 tàu hơi nước chân vịt đầu tiên ra đời (tàu Achimedes). Ở Mỹ vào năm 1871 đã
nguyên cứu và áp dụng tàu hơi nước quay chân vịt + buồm phụ trợ - tàu Oceanic dài
128 m, vỏ thép. Con tàu hơi nước lớn nhất đó là tàu Olempic và tàu Titanic, dài 268m,
46.328 DWT được sản xuất vào năm 1912. Ngày 14/4/1912 tàu Titanic va phải núi băng
và chìm (ngay chuyến đi đầu tiên), hơn 1500 người chết vì thiếu xuồng cứu sinh.
Tiếp theo quá trình sáng chế tàu thuyền chạy bằng hơi nước là tàu thuyền chạy bằng
tuabin hơi. Năm 1897 tàu tuabin hơi đầu tiên ra đời (tàu Turbinia) 34,5 knots. Năm 1899
chiến hạm tuabin hơi đầu tiên (HMS Viper) 36,5 knots. Vào năm 1962 tàu khách viễn
dương France (Pháp), 66000 GRT, chiều dài 1035’, chở 100 ôtô và 2044 hành khách,
1112 thuyền viên, tốc độ 33 knots, tổng công suất 175.000 HP, 8 nồi hơi 1000 psi và
1042 độ F, công suất mỗi nồi hơi 41 tấn/h, trạm phát điện 13.500 kW, tổng trọng lượng
các máy 3000 tấn, hệ trục dài 390’, gồm 9 đoạn trục có đường kính 23”, Khối lượng hệ
trục 58 tấn, có 13 gối trục, tần số quay chân vịt 166 rpm, khối lượng chân vịt 28 tấn, 2
máy lái thủy lực, khối lượng mỗi bánh lái 74 tấn, 2 đội giảm lắc kiểu con quay. Tàu
được đóng tại nhà máy Mauretania. Hiện nay các chiến hạm lớn đều là tàu tuabin hơi
6
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
như tàu sân bay, tuần dương hạm(dài từ 162-243m, tốc độ 30 knots), khu trục hạm(126-
136m, tốc độ 30 knots).

dụng năng lượng mặt trời, năng lượng ion, năng lượng pin nhiên liệu.
2.1.2. Hướng phát triển của hệ động lực tàu thủy.
Ngày nay công suất của một động cơ tuabin hơi đạt được là 100.000 HP có thể cao
hơn, công suất của một cụm động cơ diezen cũng là 100.000 HP. Việc sử dụng các động
cơ tuabin khí có công suất lớn, cao tốc, gọn, nhẹ cho các tàu chở khách có lắp đệm khí
hay cánh chìm cho phép đạt được tốc độ 100km/h.
Trong giai đoạn hiện nay xu hướng phát triển của hệ động lực chủ yếu là tập trung
giải quyết các vấn đề sau:
Tăng công suất động cơ để hiện đại hóa 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.
8
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
Giảm trọng lượng và các thiết bị cơ bản của hệ động lực.
Tăng độ tin cậy và tính độc lập trong sử dụng.
Áp dụng rộng rãi các thiết bị điều khiển tự động, điều chỉnh, kiểm tra, phát tin báo tự
động từ xa về các sự cố với mục đích giảm số nhân viên phục vụ, tăng độ tin cậy và tính
cơ động cho thiết bị động lực.
Cải thiện điều kiện làm việc và sinh hoạt của nhân viên hoạt động trong khu vực
động lực.
2.2. Hệ động lực tàu thủy sử dụng động cơ diesel.
Trong sự phát triển của hệ thống động lực tàu thủy, động cơ diesel đang sữ dụng
rộng rải, chủ yếu là vì các lý do sau đây:
Khả năng tăng công suất cao.
Khả năng giảm suất tiêu thụ nhiên liệu.
Phù hợp với dải vòng quay của chân vịt.
Có thể dùng được nhiên liệu chất lượng thấp.

Sự thay đổi công suất tiêu thụ, momen của chân vịt phụ thuộc vào số vòng quay và
nếu coi tổn thất năng lượng truyền động không đáng kể thì công suất tiêu thụ, momen
chân vịt được xác định theo các công thức sau:
.
x
e
N C n=
1
.
x
e
M C n
−
=
Trong đó
2,5 3,2x = ÷
tùy thuộc vào hình dạng vỏ tàu.
C, C': Hằng số phụ thuộc vào lượng chiếm nước của tàu, tình trạng biển, tình trạng
chân vịt, vỏ tàu, chiều sâu của vùng biển, tình trnagj luồng lạch ...
C: Hệ số sức cản.
Do công suất động cơ phát ra tỷ lệ thuận với hàm bậc 3 của số vòng quay nên khi tốc
độ quay của động cơ n = 103% nđm thì công suất của động cơ đã quá tải 10%.
Khi khai thác động cơ ở số vòng quay nhỏ (20
÷
30%nđm) thì công suất của động cơ
rất nhỏ. Từ đó có thể kết luận rằng không nên khai thác động cơ ở chế độ vòng quay lớn
hơn 100%.nđm, mặt khác nếu làm việc ở chế độ rất nhỏ tải, tốc độ quay của động cơ có
thể sẽ dao động do lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình bé, chất lượng phun sương
sẽ kém, nhiên liệu phân bố không đồng đều trong thể tích công tác của xilanh.
Khi hệ số C tăng, các đường đặc tính chân vịt tương ứng sẽ dịch chuyển về phía trục

cực tiểu tại khoảng 85 ÷ 95% vòng quay định mức.
Sự làm việc của động cơ khi lai chân vịt biến bước
Chân vịt biến bước ngày càng được sử dụng rộng rãi cho các đội tàu biển do tính ưu
việt của nó so với chân vịt bước cố định. Cánh chân vịt biến bước quay được nên khai
thác được toàn bộ công suất động cơ chính phát ra với hiệu suất cao khi làm việc ở các
chế độ khác nhau. Động cơ lai chân vịt biến bước đồng thời vừa làm việc theo đường
đặc tính chân vịt vừa làm việc theo đường đặc tính ngoài (giao điểm giữa đường đặc
tính ngoài và đặc tính chân vịt).
Ne/Nen
H/DB =
0,1
0,3
0,7
0,5
0,9
1,0
1,5
2
0,8
0,2
0,4
0,6
0
0,5
n/nw
α
1,2
0,7
0,9
Hình 1.4: Đặc tính chân vịt biến bước.

– Sử dụng thiết bị truyền động không những khống chế được vòng quay và chiều
quay của trục chân vịt mà còn tạo khả năng tự động điều chỉnh đặc tính quan hệ giữa
động cơ chính và chân vịt.
– Sử dụng thiết bị truyền động có thể thay đổi được đặc tính đàn hồi của hệ trục, tạo
điều kiện thuận lợi cho việc lắp ráp và vận hành an toàn.
12
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
+/Phân loại phương thức truyền động
Trang trí động lực tàu thủy dùng nhiều loại động cơ chính khác nhau, đặc tính đẩy
của tàu cũng khác nhau nên phương thức truyền động cũng khác nhau. Phương thức
truyền động thường phân thành 3 loại chính sau:
+Truyền động trực tiếp
Truyền động trực tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của
chong chóng bằng số vòng quay của động cơ chính. Loại phương thức truyền động này
được dùng phổ biến trên các tàu có công suất lớn và vừa, vòng quay của chong chóng
trong khoảng 85 ÷ 300 rpm (vòng/phút). Trong vài trường hợp đặc biệt vòng quay của
chân vịt có thể cao hơn các trị số nêu trên; chẳng hạn như: một số tàu khách chạy trong
luồng lạch cạn và một số tàu quân sự.
+Truyền động gián tiếp
Truyền động gián tiếp là dạng phương thức truyền động trong đó số vòng quay của
chong chóng khác với số vòng quay của động cơ chính. Sự khác nhau nói trên có thể
tuân theo một tỷ lệ nhất định hoặc không theo một tỷ lệ nào cả. Và do vậy, trên đường
trục đối với dạng phương thức truyền động này thường có thêm một số thiết bị trung
gian đặc biệt để truyền công suất, như: thiết bị nối trục hay bộ giảm tốc...
Truyền động gián tiếp được chia ra làm 2 loại:
– Truyền động gián tiếp có bộ ly hợp; bao gồm các loại sau: ly hợp thủy lực, ly hợp
ma sát cơ giới, ly hợp khí động, ly hợp điện từ.
– Truyền động gián tiếp có bộ giảm tốc (hộp số); bao gồm: bộ giảm tốc thủy lực, bộ
giảm tốc bánh răng...

Hình 1.7: Trục đặc, liền, bích liền và không có áo bao
1. Đoạn ren đuôi; 2. Phần côn trục; 3. Rãnh then; 4. Thân trục; 5. Bích liền
Hình 1.8: Trục đặc, liền, bích liền và có áo bao rời
1. Đoạn ren đuôi; 2. Phần côn trục; 3. Rãnh then; 4. Áo bao rời;
5. Lớp bọc bảo vệ; 6. Thân trục; 7. Bích liền
+ Trục trung gian.
Trục trung gian là trục hoặc các đoạn trục nối từ trục đẩy với trục chân vịt. Nhiệm
vụ chính là truyền momen xoắn đến trục chân vịt. Nói chung chịu tải do mômen xoắn,
trọng lượng bản thân lực đẩy và tải bổ sung do biến dạng cục bộ. Tuy nhiên điều kiện
hoạt động của trục trung gian nhẹ nhàng nhất so với các trục khác, cho nên đường kính
trục trung gian nhỏ nhất so với các trục khác.
15
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
Hình 1.9: Trục trung gian đặc có kết cấu bích liền
Hình 1.10: Trục trung gian rỗng có kết cấu bích liền
Hình 1.11: Trục trung gian đặc có kết cấu bích rời
+ Trục đẩy.
Trục đẩy 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.
+ Ống bao trục.
Thiết bị ống bao gồm ống bao trục, các bạc đỡ được lắp ngay trong ống bao, cụm kín
ống bao và các chi tiết khác 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…Vì
hoạt động trong môi trường nước biển, nên các bạc đỡ chủ yếu được làm từ vật liệu mềm
như gỗ gai-ắc chẳng hạn, bôi trơn trực tiếp bằng nước biển.
16
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV

đóng tại công ty Sông Thu
Hình 1.15: Kết cấu cụm kín vách ngang
a) Kiểu nén bằng bulông; b) Kiểu nén bằng đai ốc
1. Vòng phân dầu (nước); 2. Vỏ cụm kín; 3. Vú mỡ (dầu)
4. Bích nén; 5.Bulông và đai ốc; 6. Đệm kín; 7. Đai ốc nén.
+Ổ đỡ - chặn chính và phụ
Ổ đỡ chặn chính và phụ làm nhiệm vụ chính là truyền lực đẩy chân vịt thông qua
vành trục đẩy vào vỏ tàu, để bảo vệ máy chính.
Hình 1.16: Ổ chặn lực đẩy chân vịt
1.Bệ ổ đỡ; 2.Ổ đỡ trục; 3.Trục đẩy; 4.Nắp chặn dầu; 5.Nữa trên ổ đỡ;
6.Giá đỡ bạc chặn; 7.Đai ốc nén.
19
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
+ Phanh hệ trục
Phanh 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.
Hình 1.17: Phanh hệ trục
1. Đế; 2. Chốt; 3. Đai phanh; 4. Trục vít; 5. Tay quay.
+Thiết bị nối trục
- Bích nối trục
Hình 1.18: Kết cấu của bích nối.
1. Bulông thủy lực; 2. Mặt bích trục; 3. Đệm lót.
Bích nối có thể được chế tạo rời hoặc liền với trục. Bích liền có kết cấu đơn giản, tin
cậy, trọng lượng nhẹ, giá thành hạ. Bích trên cùng một đường trục có cùng đường kính
phải bằng nhau. Nhưng bích nối trục trung gian, trục chân vịt, trục đẩy có thể kích thước
20
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu

Nếu các cánh chân vịt có thể xoay được trong một lỗ khoan trên của cánh, vuông
góc với đường tâm trục chân vịt thì gọi là chân vịt biến bước. Cánh chân vịt có thể xoay
về vị trí vuông góc với trục chân vịt, khi đó bước cánh bằng không và chân vịt không
đạp nước ra sau đuôi tàu. Hoặc cánh có thể xoay về hướng đạp nước ra sau, khi đó chân
vịt có bước tiến, đạp nước về phía trước mũi tàu, chân vịt có bước lùi.
Một chân vịt biến bước sẽ có một củ cánh và có các cánh rời được lắp vào củ. Các
cơ cấu bên trong củ gồm một khối chữ thập, xi lanh lực, đĩa khuỷu, chốt xoay và guốc
trượt để cho các cánh được quay đồng thời qua một cung, do đó thay đổi được góc
nghiêng cánh so với tâm trục, do vậy thay đổi bước cánh.
22
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu
455
Ø325
Ø290
R110
210
13
9
8
4
12
3
A
B
A
B
B
A
A

100 tấn. Ngoài ra còn có 1 tổ hợp bơm cứu hộ với lưu lượng lớn hơn 600m
3
/h cột áp,
100m.c.n, áp lực bơm là 16 bar và 2 súng tạo bọt, được lai bởi động cơ CAT 3512B qua
hộp số tăng tốc và 1 két tạo bọt 10m
3
/h. Tàu còn trang bị 2 khẩu súng 12.7mm, 1 nòng
và còn bố trí 1 buồng Y tế phục vụ cứu nạn trên biển.
Tàu có khả năng quay trở và tiếp cận các tàu khác nhanh và dễ dàng vì có lắp đặt
một hệ thống chân vịt mũi bước cố định được lai bởi đông cơ điện 180KW.
Tàu có sức chứa lớn về khối lượng nước, nhiên liệu và dầu nhờn: Lượng nước
300m
3
, Lượng nhiên liệu 300m
3
và dầu nhờn 3m
3
.
- Vận tốc khai thác 11,0 Hải lí/ giờ
- Vận tốc cực đại 12,8 Hải lí/ giờ
Hệ động lực gồm 2 động cơ chính, khởi động bằng điện và làm mát bằng sinh hàn
ngâm tại hộp thông biển, với 2 chân vịt biến bước cố định trong đạo lưu cố định đặt ở
đuôi tàu.
Tàu được trang bị các thiết bị làm việc trên boong phía đuôi tàu, các phòng sinh hoạt
ở phần trên boong trước, cánh quét dầu được bố trí hai bên mạn đuôi tàu.
Boong tàu được thiết kế nhiều khoảng trống cho các container chứa các thiết bị ứng
phó sự cố tràn dầu. Trên boong đuôi có cần cẩu phục vụ hoạt động nâng thả phao luồng.
24
Khảo sát và tính toán kiểm nghiệm hệ trục chân vịt trên tàu MPV
đóng tại công ty Sông Thu