thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu và thiết bị cho tàu nhựa đường 1800m3

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 1. 1 Giới thiệu chung về tàu 1.1.1 Loại tàu, nhiệm vụ, vùng hoạt động. - Tàu nhựa đường 1800m3 là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn hồ quang, tàu được trang bị mộ máy chính 6L350PN truyền động trực tiếp cho một hệ trục chân vịt tàu được thiết kế chở hàng khô. -Tàu hàng 1800m3 được thiết kế thỏa mãn hạn chế cấp II theo quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép – 1997 do Bộ khoa học công nghệ và mỗi trường ban hành. Phần động lực được thiết kế thỏa mãn tương ứng cấp hạn chế II theo TCVN 6259-3: 1997

Mục lục

Danh mục chữ viết tắt và kí hiệu 2

Danh mục bảng 2

Danh mục hình vẽ 3

Chương 1: Giới thiệu chung 4

1.1 Giới thiệu chung về tàu 4

Chương 2: Cơ sở thiết kế, lựa chọn 7

2.1 Giới thiệu chung về hệ thống cung cáp nhiên liệu và thiết bị 7

2.1.1Giới thiệu chung về hệ thống cung cấp nhiên liệu 7

2.1.2 Đối với hệ thống sử dụng nhiên liệu nặng còn phải có thêm các thiết bị 72.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp nhiên liệu tàu 1800m3 162.3Tính chọn các thiết bị trong hệ thống 17

2.3.1Tính lượng nhiên liệu FO 17

2.3.2 Tính lượng nhiên liệu DO 18

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT KÍ HIỆU

TCVN : Tiêu chuẩn Việt Nam

Hình 1.10 Đồng hồ đo áp suất dầu 16

Hình 1.11 Đồng hồ đo nhiệt độ dầu 16

Hình 2.1 Van an toàn 20

Hình 2.2 Van ba ngả 21

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1 1 Giới thiệu chung về tàu

1.1.1 Loại tàu, nhiệm vụ, vùng hoạt động.

- Tàu nhựa đường 1800m3 là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn hồ quang, tàu được trang

bị mộ máy chính 6L350PN truyền động trực tiếp cho một hệ trục chân vịt tàu được thiết kế chở hàng khô

-Tàu hàng 1800m3 được thiết kế thỏa mãn hạn chế cấp II theo quy phạm phân cấp vàđóng tàu vỏ thép – 1997 do Bộ khoa học công nghệ và mỗi trường ban hành Phần động lực được thiết kế thỏa mãn tương ứng cấp hạn chế II theo TCVN 6259-3: 1997

1.1.2 Các thông số kích thước của tàu

Chiều dài lớn nhất Lmax = 69,75 m

Chiều dài thiết kế L = 66,3 m

1.2.2 Các thong số chủ yếu của máy chính

.Kích thước phủ bì 6590 x 2054 x 3656

Suất tiêu hao dầu đốt ge = 158 g / cv.h Tỷ số nén  = 13,8

1.2.3 Các thiết bị gắn trên máy chính

- Bơm nước biển làm mát : 01 chiếc

- Bơm nước ngọt làm mát: 01 chiếc

- bơm dầu nhờn tuần hoàn : 01 chiếc

- Bơm tay dầu bôi trơn : 01 chiếc

- Máy nén khí : 01 chiếc

1.2.4 Các thiết bị kèm theo máy chính

- Bầu lọc dầu đốt : 01 chiếc

- Bầu lọc dầu nhờn 01 chiếc

- Bầu làm mát dầu nhờn 01 chiếc

- Bầu làm mát nước ngọt 01 chiếc

- Ông bù hòa 01 chiếc

- Bình khí nén khởi động 02 chiếc

- Bình khí nén điều khiển 01 chiếc

1.3 Thiết bị trong buồng máy.

1.3.1 Tổ máy phát điện

1.3.1.1 Diesel lai máy phát

- Kí hiệu: 6135A Caf

1.3.3 Kèm theo mỗi tổ máy phát điện

- Bơm nước biểm làm mát: 01 chiếc

- Bơm nước ngọt làm mát: 01 chiếc

- Bầu làm mát nước ngọt : 01 chiếc

- Bầu làm mát dầu nhờn : 01 chiếc

- Bơm dầu nhờn hoàn toàn: 01 chiếc

- Két nước giãn nở : 01 chiếc

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG 2.1 Giới thiệu chung về hệ thống cung cấp nhiên liệu và thiết bị

2.1.1 Giới thiệu chung về hệ thống cung cấp nhiên liệu.

2.1.1.1 Công dụng của hệ thống cung cấp nhiên liệu.

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu, đảm bảo chotrang trí động lực làm việc trong suốt thời gian hành trình Cụ thể:

- Cấp nhiên liệu: đưa nhiên liệu từ các két trực nhật vào máy chính, 2 máy đèn

- Vận chuyển và cung cấp nhiên liệu: vận chuyển dầu từ các khoang, két này đếnkhoang, két khác, cung cấp nhiên liệu cho động cơ và các thiết bị tiêu thụ

- Xử lý nhiên liệu: hâm nóng, lọc sạch các tạp chất cơ học, nước ra khỏi nhiênliệu

- Cảnh báo, đo: đo đạc, kiểm tra mức dầu dự trữ và lượng dầu tiêu thụ

- Vấn đề an toàn: thông hơi, phòng hoả hoạn, cháy nổ trong hệ thống

- Đảm bảo môi trường: gom dầu bẩn, dầu thải về két chứa dầu riêng

2.1.1.2 Đặc điểm của hệ thống cung cấp nhiên liệu.

- Hệ thống cung cấp nhiên liệu phải đảm bảo cho động cơ làm việc liên tục bìnhthường trong mọi trường hợp khai thác của tàu Lúc lắc ngang 150 và chúi dọc 50, cácthiết bị của hệ thống cung cấp vẫn đảm bảo cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho động cơ

và các thiết bị tiêu thụ hoạt động lâu dài

- Tất cả các két nhiên liệu, các đường ống dẫn nhiên liệu không được bố trí phíatrên ống dẫn khí xả, cạnh bầu tiêu âm của động cơ, trên bảng phân phối điện, phíadưới buồng ngủ Nếu đường ống dẫn nhiên liệu buộc phải bố trí qua buồng ngủ thìphải là ống liền.Tuyệt đối không bố trí các ống nhiên liệu đi qua các két nước ngọtdùng cho sinh hoạt, két nước nồi hơi Các đường ống và các van phải được bố trí sao

cho dễ kiểm tra

- Nhiên liệu thường được chứa trong các khoang két, không gian đáy đôi Giữacác khoang két phải có van thông, van chặn, phải lắp các cửa ngăn thao tác được

- Tất cả các khoang két phải đều có ống dẫn, ống tràn, thiết bị đo và kiểm tra,ống thông hơi, ống xả nhiên liệu Tiết diện của ống tràn phải lớn hơn hoặc bằng ốngnạp

- Với ống thông hơi, trong bất kì trường hợp nào đường kính ống cũng khôngđược nhỏ hơn 50 mm Đầu ống thông hơi được dẫn lên boong hở tại nơi thông giótốt nhất

- Hệ thống phải có các ống nạp, phải lắp thiết bị cách li và bao ống, đồng thờiđược đậy kín nắp khi đã đầy nhiên liệu Trên đường ống nạp nên lắp kính quan sát đểtheo dõi việc nạp nhiên liệu

- Đối với các ống xả nhiên liệu, phải có đường kính không được nhỏ hơn 25mm,

có lắp van xả, nhiên liệu xả phải được đưa về két dầu bẩn

- Trong hệ thống ngoài cụm van thao tác, bơm cấp, và bơm vận chuyển nhiênliệu phải có thiết bị điều khiển ở trên boong hoặc điều khiển từ xa

- Giữa các két, khoang nhiên liệu phải có khả năng thông với nhau và có van cấphoặc ngừng cấp nhiên liệu cho hệ thống

- Với hệ thống động lực có nhiều động cơ, tốt nhất là mỗi động cơ có một hệthống cung cấp nhiên liệu độc lập nhưng vẫn có sự liên động lẫn nhau

2.1.2.Đối với hệ thống sử dụng nhiên liệu nặng còn phải có thêm các thiết bị sau:

- Bầu hâm dầu , kết cấu bọc cách nhiệt trên các ống , két

- Buồng hoà trộn nhiên liệu:Đảm bảo sự hoà trộn nhiên liệu tốt nhất trong quátrình chuyển tiếp nhiên liệu DO sang HFO và ngược lại

- Ống dẫn nhiên liệu nên dùng ống thép liền hoặc ống đồng không hàn, chỗ nối ống phải đảm bảo kín khít

- Trước và sau bộ lọc, bơm, hâm dầu phải lắp thiết bị tự động điều chỉnh, đồng

hồ đo áp suất, nhiệt độ…

2.1.2.1 Thiết bị hâm dầu chính (Oil heater ).

+ Số lượng : 01

+ Kiểu : Sử dụng hơi nước quá nhiệt

+ Chức năng : gia nhiệt thêm cho dầu, làm giảm độ nhớt tăng khả năng lưưthông, lọc sạch và phun sương trong động cơ, giảm sức cản trên ống ,van, trước khiđược cấp vào động cơ

+ Kết cấu : Thiết bị cơ bản gồm: đường hơi vào, đường hơi nước ngưng tụ ra, ốngtrao nhiệt ,đường dầu vào, đường dầu ra, các vách ngăn để tăng quãng đường haythời gian trao nhiệt của hơi

Hình 1.1 Bầu hâm dầu

+ Nguyên lý : -Hơi nước từ thiết bị sinh hơi (nồihơi) sẽ được dẫn vào cửa của bầu hâm và

đi vào bầu hâm Đồng thời dầu cũng đượcbơm cấp vào trong bầu hâm qua cửa cấpdầu Tại các bề mặt trao đổi nhiệt, hơinước có nhiệt độ cao trao nhiệt cho dầubằng 2 hình thức: truyền nhiệt và khúc xạ nhiệt Nhiệt độ dầu tăng lên, làm độ nhớtgiảm và được đẩy ra đường ống cấp vào bơm cao áp

- Hơi nước sau khi trao nhiệt sẽ ngưng tụ lại và được thải ra ngoài qua ống xảnước ngưng tụ

- Sự điều chỉnh độ nhớt 1 cách tự động: dầu sau khi ra khỏi bộ hâm sấy sẽ đi quathiết bị cảm biến độ nhớt, thiết bị này sẽ cảm biến độ nhớt của dầu và so sánh với giátrị đặt trước Nếu độ nhớt đúng bằng giả trị đặt trứoc thì dầu sẽ được cấp vào trongbơm cao áp Nếu độ nhớt của dầu lớn hoặc nhỏ hơn giá trị đặt trứoc thì cảm biến sẽtruyền tín hiệu này tới bộ điều chỉnh độ nhớt VC, lập tức sẽ có tín hiệu điều khiển tácđộng vào van điện từ đặt trứoc đường hơi vào Tuỳ theo độ mở của van mà lượng hơinước sẽ vào là ít hay nhiều, độ nhớt theo đó mà tùy chỉnh theo.

- Đầu ống thông hơi phải dẫn đến nơi an toàn về cháy nổ, xa các nguồn lửa vàlưu ý đến khả năng luợng hơi thoát ra khi chuyển dầu vào két

- Phải lắp lưới chặn lửa bằng vật liệu chống ăn mòn ở đầu ống thông hơi của cáckét dầu đốt

2.1.2.3 Ống tràn:

- Ống tràn phải đủ ngắn và đủ nghiêng, đường kính phải đủ lớn

- Phải trang bị van một chiều cho đường ống tràn.Không bố trí bất kì van nàokhác trên đường ống tràn ngoài van 1 chiều đã nói ở trên

2.1.2.4 Ống dầu cao áp:

Ống dầu nối giữa bơm cao áp và vòi phun phải là loại 2 lớp, dầu rò trong vỏ dẫntới thiết bị thu gom, phải trang bị thiết bị báo động khi có dầu rò trong ống.

2.1.2.5 Van xả nước, khay hứng dầu, két chứa dầu rò rỉ:

- Van xả nước cặn của các két trực nhật là loại van tự đóng

- Phải trang bị các khay hứng dầu có đủ chiều cao cho các thiết bị thường xuyênphải tháo lắp hoặc chỉnh định như: các bơm dầu đốt; các bầu lọc dầu ; két trực nhật

và két lắng

- Dầu rò rỉ từ các khay hứng dầu và dầu xả ra từ các van xả cặn phải dẫn về kétthải (drain tank)

- Phải trang bị thiết bị xử lý dầu cho drain tank

- Phải trang bị van an toàn cho các bầu hâm dầu

a Các loại van (Valve)

+ Van 1 chiều( Non return valve)

+ Van ba ngả:

- Số lượng : 02

- Chức năng: điều khiển sự thông nhau giữa 3 ống tại vị trí giao nhau (2đường ống cấp, 1 đường nhận): Có ba khả năng điều chỉnh :2 ống cùng cấp vàođường nhận, 1 trong 2 ống cấp vào đường nhận, ngắt cả hai ống cấp vào đường nhận

- Kết cấu: cơ bản gồm các bộ phận:

Thân van, tay quay trục van , cánh van bên trong

Hình1.2: Van 3 ngả Hình1.3: Kết cấu bên trong van 3 ngả

2.1.2.6 Các đường ống, cút nối (Pipe , Jointing )

+Đường ống dầu HFO có bọc cách nhiệt

+Đường ống dầu DO không bọc cách nhiệt

+Chức năng: Vận chuyển dầu đi trong hệ thống tới nơi tiêu thụ, dẫn dầu thừa hồitrở về két, dẫn dầu bẩn, nước, cặn,… đi tới két dầu bẩn

2.1.2.7.Bầu lọc thô (Coarse filter)

a.Bầu lọc thô (Coarse filter

+ Số lượng : 02

+ Bố trí : Song song Có dự phòng

+ Chức năng: tham gia lọc các tạp chất cơ học còn sót lại trong quá trình xản suất,đảm bảo động cơ được sủ dụng nhiên liệu sạch, phin lọc được lắp thêm nam châm đểhút được các mạt sắt mịn mà phin thường không lọc được

+ Vật liệu: giấy, kim loại chống ăn mòn+ Nguyên lý: Dựa trên hiện tượng thẩmthấu của dầu qua màng lọc, tạp chất bị giữ lại, dầu sạch sẽ đi qua Nếu sủ dụng namchâm để hút thô có thể hút được các mạt sắt nhỏ mịn do có từ tính Khi thiết kế cầnchọn khả năng thông qua của bầu lọc bằng khoảng 2 lần số lượng nhiên liệu đi quabầu lọc Bầu lọc thô dặt giữa thùng nhiên liệu và bơm vận chuyển Các phiến tròn 5

và phiến hình sao 6 xếp xen kẽ nhau Phiến tròn xung quanh có 6 lỗ hình ô van, cácphiến hình sao Do các phiến xếp xen kẽ nhau nên tạo các khe hở Nhiên liệu sau khivào không gian của vỏ 11 sẽ đi qua các khe hở Những tạp chất thì bị giữ lại Nhiênliệu sạch đi theo các lỗ ô van trên phiến tròn đi lên nắp bầu lọc và đi tới bơm chuyểnnhiên liệu qua đầu nối 8

Hình 1.4: Bầu lọc thô

1- Lõi lọc, 2- Lõi lục lăng, 3- ống dẫn, 4- Gujông, 5- Phiến tròn, 6- Phiến hình sao, 7- Đầu nối ống vào, 8- Đầu nối ống ra, 9 Nắp,10- Phiến kim loại, 11- Cốc

+Kết cấu:

Hình 1.5: Lọc dầu Hình 1.6: Kết cấu bên trong lọc dầu

b Bầu lọc tinh (Micro filter)

Lò xo, 12- Êcu, 13- Đĩa, 14- GujôngNguyên lý: bầu lọc tinh: Các phiến 4 làm bằng sợibông mịn hơn các phin lọc 3 Các phiến 4 và 3 xếp xen kẽ nhau rồi lồng ra ngoài baolụa 16 và lưới lọc 10 Nhiên liệu sau khi ra khỏi bầu hâm dầu được chuyển vào bầulọc qua đầu nối 8 Nhiên liệu sẽ thấm qua phiến 3,4 và rồi qua bao lụa 16, lưới lọc 10

vào không gian lưới lọc Dầu sạch từ lõi lọc theo đường ống 9 tới đầu nối 8 rồi đi tớibơm cao áp

2.1.2.8.Các thiết bị đo,cảnh báo.

a Đồng hồ đo lưu lượng

Hình 1.8: Đồng hồ đo lưu lượng 1-thiết bị đếm xung.(thường

có dạng cánh) 2-đồng hồ lưư lượng

-Công dụng: cho biết lưu lượng của dầu chảy trong ống,nếu lưư lượng quá cao,

hoặc quá thấp thì hệ thống đã có trục trặc Từ đó người vận hành có thể phán đoán

và xử lý

+ Kết cấu thựcHình 1.9: Kết cấu thực1.Nam châm

2.Roto3.cuộn dây

-Đồng hồ đo áp suất dầu - Đồng

Hình 1.10: Đồng hồ đo áp suất dầu Hình 1.11: Đồng hồ đo nhiệt độ dầu

2.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống cấp nhiên liệu tàu 1800m 3

Khi động cơ bắt đầu khởi động,nhiên liệu là dầu DO,khi động cơ đã đi vào ổnđịnh thì nhiên liệu của đông cơ là dầu HFO.Ban đầu dầu DO từ két trực nhật theođường ống tới bầu hòa trộn Do chỉ có dầu DO trong buồng hoà trộn nên không xảy

ra sự hoà trộn Còn với dầu FO, khi máy chạy ổn định thì nhiên liệu là dầu FO.Dầu

FO được đi qua ống 19>20>22>23 (dầu qua thiết bị lọc và bơm).Sau đó dầu đượcđưa đến ống 25 rồi tới bơm piston Tại đây dầu sẽ được đưa đến ống bầu ngưng qua

hệ thống ống 46,29,30,31 Dầu hâm được đi qua thiết bị bầu ngưng để tăng nhiệt độcủa dầu->tăng độ nhớt của dầu.Sau đó dầu được đi qua bộ cảm biến độ nhớt.Sau đóđược đi qua bơm cao áp của máy chính Dầu thừa trong hệ thống máy chính đưa lênbầu hơi (bầu hòa trộn),

- Sau khi ME chạy ổn định, tiến hành chuyển sang sử dụng nhiên liệu HFObằng ày,ME sử dụng cả DO và HFO do đó sẽ xảy ra sự hoà trộn nhiên liệu ở buồnghoà trộn.Việc hoà trộn này sẽ đảm bảo chất lượng hâm sấy, lọc, phun nhiên liệu

- Quá trình sử dụng HFO cũng tương tự như DO, nếu độ nhớt của HFO lớn hơngiá tri đặt trong bộ tự động điều chỉnh độ nhớt thì lập tức các cảm biến độ nhớt sẽgiử tín hiệu vào thiết bị điều chỉnh độ nhớt(VC), VC này sẽ tác động vào van điềuchỉnh lượng hơi nước vào hâm nhiêu liệu, lượng hơi nước hâm sấy sẽ được cấpnhiều hơn để làm giảm độ nhớt của dầu

- Trên hệ thống có các thiết bị đo như ( đồng hồ đo lưu lượng, áp suất, nhiệt độ,

độ nhớt… luôn hoạt động cho phép người vận hành quan sát dễ dàng.)

- Các thiết bị an toàn trên hệ thống sẽ hoạt động khi hệ thống có sự cố( ví dụnhư tắc ống dầu, … làm áp suất trên ống tăng vượt mức cho phép.)

- Các thiết bị cảnh báo( nhiệt độ dàu quá cao, quá thấp, lưu lượng không đảmbảo…) sẽ báo cho ngươi vận hành biết bằng các tín hiệu như( còi , đèn,…)

2.3 Tính chọn các thiết bị trong hệ thống.

2.3.1 Tính lượng nhiên liệu FO:

2 b bp

Trong đó : W_ lượng nhiên liệu dự trữ

W2 _ lượng nhiên liệu động cơ chính dùng trong hành trình quy định

Wb _ lượng nhiên liệu của máy phụ tiêu thụ (nồi hơi)

Wbp _ lượng nhiên liệu thừa dưới các két 2

ge _ suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ ( kg/kW.h), ge = 0,158kg/kW.h

Ne _ công suất có ích của động cơ chính (kW),Ne = 1332,8kW

t _ thời gian hành trình của tàu (h), t = 30.24 = 720 h

Thay số: W2 = 151,6 tấn

1000

b b

G t

Trong đó : Gb _ lượng nhiên liệu FO máy phụ (nồi hơi)tiêu thụ trong một giờ ( kg/h)

Giả sử ½ thời gian hành trình và đỗ bến nồi hơi dùng nhiên kiệu FO, ½ thời gian còn lại dùng nhiên liệu DO

Gb= Gh/2 = D.geh/2Với: D_Sản lượng hơi (kg hơi/h), D = 600 (kg hơi/h)

geh_Suất tiêu hao nhiên liệu/1kg hơi (g nhiên liệu/kg hơi), geh=50Kết quả: Gb= 15 kg/h

t’_ thời gian sử dụng tổ máy phụ (bao gồm thời gian hành trình và thời

gian đỗ bến), t’= 720+2.24= 768 hThay số: Wb= 11,5 tấn

Wbp = (1÷3)% lượng nhiên liệu dự trữ

W  1,03.(W2+Wb)

Thay số, ta được kết quả W = 168 tấn

2.3.2 Tính lượng nhiên liệu DO (dùng cho diesel lai máy phát, nồi hơi):

2.3.3 Thể tích két dự trữ nhiên liệu:

Thể tích của khoang dự trữ căn cứ vào tổng lượng nhiên liệu dự trữ để xác định, thông thường dùng hai khoang trở lên (trừ tàu công suất nhỏ) Số khoang nhiềuthì tính an toàn của hệ thống được nâng cao, mặt khác dùng nhiều khoang sẽ giảm được diện tích mặt thoáng Tỷ lệ thể tích giữa các khoang không có căn cứ tính toán

cụ thể, thường căn cứ vào kết cấu của vỏ mà bố trí Các khoang dự trữ bố trí phải cân bằng, đối xứng Trong nhiều trường hợp khoang dự trữ còn là khoang dằn tàu

Két dự trữ FO (dùng cho máy chính, nồi hơi):

V = W

 , m3Trong đó: W_ Lượng nhiên liệu FO dự trữ

_ Trọng lượng riêng nhiên liệu nặng,= 0,95 tấn/m3Kết quả: V = 176,8 m3

Két dự trữ DO (dùng cho máy chính, diesel lai máy phát, nồi hơi):

Khi động cơ dùng nhiên liệu nặng, phải dự trữ thêm 20% nhiên liệu DO Thể tích của két được xác định như sau:

2.3.4 Két lắng nhiên liệu (nhiên liệu FO):

Nhiên liệu được lắng trong két từ 2 đến 5 ngày đêm thời gian cụ thể tuỳ theo chất lượng của nhiên liệu và điều kiện nhiệt độ để quyết định Thể tích két lắng phụ thuộc vào suất tiêu hao nhiên liệu của trang trí động lực và thời gian lắng:

g _ tỷ trọng của nhiên liệu FO( kg/m3 )

T _ thời gian lắng (ngày đêm), chọn T = 4

2 b

G +G _ lượng nhiên liệu tiêu thụ của trang trí động lực trong một giờ

Kết quả: V1= 27,4 m3