CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG 1.1. Giới thiệu về tàu 1.1.1. Loại tàu, công dụng Tàu hàng 6500 tấn phục vụ huấn luyện mang ký hiệu thiết kế SF-01-06 là loại tàu vỏ thép, đáy đôi, kết cấu hàn điện hồ quang. Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 4 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt. Tàu được thiết kế dùng để chở hàng khô và huấn luyện.
Trang 1111Equation Chapter 1 Section 1 TRUỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU
BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL
THIẾT KẾ MÔN HỌC
MÁY PHỤ TÀU THUỶ
Đề bài:
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT NƯỚC NGỌT TÀU
HÀNG KHÔ 6500 TẤN
Sinh viên : Vũ Ngọc Tuân
Lớp : MTT50-ĐH2
Mã SV : 36372
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Thuân
Hải Phòng 2012
Trang 2CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1 Giới thiệu về tàu
1.1.1 Loại tàu, công dụng
Tàu hàng 6500 tấn phục vụ huấn luyện mang ký hiệu thiết kế SF-01-06 là loạitàu vỏ thép, đáy đôi, kết cấu hàn điện hồ quang Tàu được thiết kế trang bị 01diesel chính 4 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt Tàu được thiết kếdùng để chở hàng khô và huấn luyện
1.1.2 Cấp thiết kế
Tàu hàng 6500 tấn phục vụ huấn luyện được thiết kế mãn Cấp không hạn chế
theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép - 2003, do Bộ Khoa học Công nghệ
và Môi trường ban hành Phần hệ thống động lực được tính toán thiết kế thoả mãn
tương ứng Cấp không hạn chế theo TCVN 6259 - 3 : 2003.
Thiết kế do Khoa Đóng Tàu (Shipbuilding Faculty), Trường Đại học Hàng hảithực hiện
1.1.3 Các thông số chủ yếu của tàu
Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 95,90 m
Trang 3Công suất trung bình N = 2250/(3060) kW/(Cv)
Trang 4Xuất phát từ những yêu cầu trên, đòi hỏi hệ động lực phải có một hệ thốngtải phần nhiệt đó ra khỏi các thiết bị, máy móc, hay nói cách khác là phải có một hệthống làm mát các chi tiết, đảm bảo sự vận hành lâu dài tin cậy của các thiết bị.1.2.2 Chức năng, công dụng và nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát cho hệ động lực trên tàu có nhiệm vụ chủ yếu là làm mátđộng cơ chính, động cơ phụ, máy nén khí, các gối trục chong chóng, các thiết bịtruyền động,
Trên cơ sở những nhiệm vụ như vậy, HTLM có các chức năng chủ yếu sau:
Trang 5+ Tải nhiệt lượng sinh ra ra khỏi các thiết bị.
+ Do trên tàu, công chất tải nhiệt chủ yếu là nước biển, nên hệ thống phải đảmbảo sự lưu thông nước biển một cách tuần hoàn, liên tục và ổn định
+ Đo, kiểm tra, duy trì và điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát theo từng chế độvận hành của các trang thiết bị
+ Gia nhiệt cho hệ thống lấy nước ngoài tàu (vào mùa đông), đảm bảo cung cấpnước liên tục cho hệ thống, đồng thời đảm bảo nhiệt độ của nước ngoài tàu vào hệthống
– Ngoài các chức năng chủ yếu trên, tùy thuộc vào phương thức làm mát, côngchất làm mát, mà hệ thống còn có những chức năng và nhiệm vụ khác
1.2.3 Yêu cầu cơ bản
– Động cơ chính phải có một bơm làm mát chính đủ sản lượng để cung cấp
nước ổn định ở công suất liên tục lớn nhất của máy chính, và một bơm làm mát dựphòng có sản lượng đủ cung cấp nước làm mát ở điều kiện hành hải bình thường.– Khi có hai máy chính trở lên và mỗi máy có bơm làm mát chính có khả năng tạo
ra tốc độ hành hải ngay cả khi một bơm không làm việc thì có thể không cần cóbơm làm mát dự phòng với điều kiện là có một bơm dự trữ trên tàu
– Động cơ lai máy phát điện, máy phụ cần có một cặp bơm làm mát Trong đó
có một bơm làm mát chính và một bơm làm mát dự phòng đủ sản lượng để cungcấp nước ổn định ở công suất liên tục lớn nhất của máy Các bơm này phải đượcnối với hệ thống để sẵn sàng sử dụng
– Tất cả các bơm dự phòng đều phải được dẫn động bằng nguồn năng lượngđộc lập
Trang 6– Khi động cơ có lắp thiết bị tự động điều tiết nhiệt độ, bơm nước biển độc lập
có thể dùng để bơm nước làm mát nhiều động cơ
– Nước biển lấy vào hệ thống phải được lấy qua ít nhất 2 cửa thông biển, mộtcửa ở mạn, một cửa ở đáy Trước van có lắp lưới lọc, có đường ống thông hơi, cóđường ống dẫn hơi nước hoặc khí nén áp suất cao vào để làm vệ sinh
– Sau hộp van thông biển phải bố trí bầu lọc rác
– Nhiệt độ của nước biển sau làm mát không được vượt quá giới hạn 50 ÷ 55 oC
để tránh ăn mòn và tạo các cáu cặn trong đường ống và thiết bị
– Ống dùng trong hệ thống có thể làm bằng đồng hoặc ống thép liền tráng kẽm,các ống phải là ống liền
– Các chi tiết vỏ thép và hợp kim đồng phải được lắp cực kẽm để bảo vệ
– Đường ống xả ra ngoài mạn tàu phải được bố trí sao cho khi tàu lắc dọc 5 o vànghiêng ngang 15 o vẫn làm việc bình thường
Trang 7CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT NƯỚC
NGỌT
2.1 Các thiết bị của hệ thống làm mát
Đối với hệ thống làm mát đều cần phải có một số trang thiết bị kèm theo, đặcbiệt những thiết bị không thể thiếu là:
+ Bơm tuần hoàn nước ngọt và nước biển
+ Bầu sinh hàn nước ngọt
+ Bầu sinh hàn dầu nhờn
+ Diện tích đường ống
+ Két giãn nở
+ Các van điều khiển và điều chỉnh
2.1.1 Máy bơm
Các bơm được dùng trong hệ thống làm mát hầu hết là bơm ly tâm Bơm này
có thể được gá lắp trên động cơ và được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ hayđược dẫn động độc lập bằng động cơ điện Những trang bị động lực cỡ nhỏ thườngchỉ cần một bơm để duy trì sự tuàn hoàn của nước làm mát vòng kín hay vòng hở.Với thiết bị động lực trung bình trở lên thì trang bị nguyên lý làm mát hai vòng –vòng kín và vòng hở, mỗi vòng có một bơm biệt lập Ở hầu hết các thiết bị độnglực công suất lớn, ngoài hai bơm nước chính của vòng kín và vòng hở còn có trang
bị thêm một hoặc hai bơm mác song song (gọi là bơm nước dự phòng) Bơm nướcnày được lắp thống qua hệ thống van với bơm nước vòng kín hay vòng hở và làm
Trang 8việc khi một trong hai bơm bị hỏng Ngoài ra bơm dự phòng còn được dùng để rửasàn tàu, hút nước rò rỉ vào khoang tàu, hay làm nhiệm vụ cứu hoả
4 3 1
Hình 2.1 Bơm ly tâm
2.1.2. Két giãn nở
Trang 9Trong hệ thống làm mát vòng kín nước ngọt được tuần hoàn một lượt khôngđổi Để bổ sung lượng nước bị rò rỉ, bù sự thay đổi nước do sự thay đổi nhiệt độ,
do tạo cột hút ổn định của bơm nước ngọt và phần bay hơi ra ngoài, trên mức nướctuần hoàn ta bố trí thùng dầu giãn nở nước ngọt
Dung tích của thường được chọn từ điều kiện có thể bù đủ lượng thay đổi thểtích nước trong hệ khi thay đổi chế độ nhiệt của động cơ
Theo kinh nghhiệm sử dụng thể tích của két giãn nở vào khoảng 10% đến20% lượng nước tuần hoàn trong vòng kín làm mát động cơ
Để bảo toàn nước ra khỏi động cơ nhiệt độ không đổi, trước két có thể bố trívan điều chỉnh để phân dòng nước vòng kín qua hoặc không qua két
2.1.3. Bầu sinh hàn nước ngọt
Là thiết bị dùng để lấy nhiệt của nước sau khi đi làm mát hệ thống nhiênliệu Sau khi lấy nhiệt từ động cơ hay thiết bị, nước ngọt được đưa qua bầu làmmát Tại đây nước ngọt sẽ nhả nhiệt cho nước biển, nhiệt độ của nước ngọt giảmxuống Trước khi nước ngọt vào làm mát cho động cơ thì nó đi qua làm mát chodầu nhờn
Bầu làm mát nước ngọt Bầu làm mát dầu nhờn
Hình 2.2 Các bầu sinh hàn nước ngọt
2.1.4. Thiết bị kiểm tra
Chủ yếu là các thiết bị kiểm tra như đồng hồ đo nhiệt độ, rơ le báo nhiệt độ cao
và đồng hồ đo áp suất của nước làm mát trong đó nhiệt độ của nước làm mát được
Trang 10xác định theo lí lịch máy hoặc có thể xác định dựa vào tính toán, áp suất của nướclàm mát được xác định qua thử nghiệm tại nơi sản xuất Thông thường cột áp củabơm nước tuần hoàn là 5-10 m.c.n.
để làm giảm nhiệt độ xuống Sau đó tiếp tục đi qua đường ống 6 và qua V7 đếnbầu sinh hàn FLUSHING COOL trao đổi nhiệt với dầu nhờn và sau đó đi vào hệthống bơm tuần hoàn nước nồi hơi Nước được bơm trở lại bầu sinh hàn rồi có thể
đi qua đường ống 13 đi làm mát các bộ phận khác nhờ việc mở V14 hoặc đi quađường ống 12 khi mở V13 và nước sẽ được đưa trở lại hệ thống bơm nước ngọtlàm mát Khi này nhiệt độ của nước đã giảm, nó sẽ đi qua đường ống 14 đến vanhằng nhiệt V6 Nếu nhiệt độ nước thích hợp thì V6 sẽ mở và nước được đưa đi làmmát cho động cơ qua đường ống 14 (khi V15 mở) Nếu nhiệt độ nước vẫn cao thì
Trang 11nước sẽ đưa về bầu sinh hàn tiếp tục làm mát rồi qua đường ống 5 nước lại đượcđưa đến V6 để kiểm tra nhiệt độ.
Mặt khác trong quá trình trao đổi nhiệt giữa công chất làm mát làm cho thểtích chất công tác tăng lên, làm xuất hiện bọt khí và hơi Điều này sẽ làm cho bềmặt chi tiết không được làm mát hết, làm giảm tuổi thọ của chi tiết Để khắc phụchiện tượng này ta bố trí két giãn nở làm mát COOL.F.W.EXPANSION TANK.Nước có nhiệt độ cao sau khi làm mát động cơ có thể đi qua đường ống 15 hoặc 19đến két (V16 mở) Sau khi giãn nở, V4 mở, nước theo đường ống 18 đi xuống tổbơm nước ngọt làm mát và tiếp tục thực hiện theo vòng tuần hoàn
2.2.2. Vòng tuần hoàn ngoài
Nước ngọt từ hệ thống nước ngọt hinh hoạt được đưa đi qua đường ống 20(mở V19) tới két nước ngọt Do có nhiệt độ cao nên cần được làm mát Nước biển
sẽ được bơm hút qua van thông biển, đi qua đường ống 21 (V20 mở) tới két nướcngọt, trao đổi nhiệt với nước ngọt để làm mát nước ngọt Một đường nước đượctrích ra qua đường ống 22 (V21 mở) được đưa đi để làm mát cho máy nén khí(hoặc các thiết bị khác) Sau khi làm mát xong nước được đi theo đường ống 27 trở
về két và được xả ra ngoài mạn nhờ đường ống 28 và van xả mạn
2.3 Tính toán các thiết bị trong hệ thống làm mát nước ngọt
2.3.1 Sản lượng bơm nước ngọt
Nước ngọt sau khi ra khỏi động cơ nhả nhiệt cho nước biển tại bầu sinh hàn
và quay trở lại động cơ Nhiệt lượng mà nước ngọt lấy đi chủ yếu là nhiệt lượng dobản thân động cơ tỏa ra
Sản lượng nước ngọt được tính theo công thức chung sau:
C t t
=
−
(kg/h)
Trang 12_ Nhiệt độ nước ngọt vào động cơ (oC)
Nhiệt lượng mà nước ngọt nhận được từ động cơ hay chính là nhiệt lượng dođộng cơ tỏa ra căn cứ vào loại động cơ cụ thể mà xác định, có thể cho trong lý lịchcủa động cơ hoặc có thể được tính theo công thức sau:
0đc
H
Q =Ne.ge Qα
(kJ/h)Trong đó:
Ne _ Công suất có ích của động cơ (CV)
ge _ Suất tiêu hao nhiên liệu (kg/CV.h)
H
Q
_ Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg)
α _ Hệ số nhiệt lượng do nước làm mát lấy đi, thường: α = (15÷35)%
Nhiệt lượng được tính theo công thức trên là được tính trong điều kiện thiết
kế tức là động cơ làm việc ở phụ tải thiết kế, do đó sản lượng của bơm phải đượctăng lên Mặt khác, sau một thời gian sử dụng, sản lượng của bơm giảm xuống do
Trang 13nhiều nguyên nhân như các chi tiết của bơm bị mòn, đường ống có cáu cặn, Ngoài ra, còn phải xét đến một yếu tố nữa là có trường hợp động cơ cần quá tảitrong một thời gian nhất định Chính vì những lý do như vậy, sản lượng của bơmthường được tăng lên so với trị số tính toán từ 15÷20%.
Trang 146 Nhiệt lượng nước
Hn = 20 m.c.n
Chọn bơm với các thông số sau:
Loại bơm ly tâm: Dragon 100-80-315
Hãng sản xuất: Dragon
Trang 15Loại bơm: Máy bơm trục ngang
2.3.3 Diesel lai máy phát
Bảng 2.2 Bảng tính toán sản lượng bơm nước ngọt làm mát cho động cơ diesel laimáy phát
Công thức và nguồn gốc Kết quả Đơn vị
Trang 16dc
r dc m
dc o
Vậy chọn bơm có các thông số sau:
Loại bơm ly tâm: Dragon 65-50-315
Hãng sản xuất: Dragon
Trang 17Loại bơm: Máy bơm trục ngang
Lưu lượng: 96
3
(m h/ )
Công suất: 75000 (W)
2.3.4.2 Két giãn nở động cơ diesel lai máy phát
Bảng 2.4 Bảng tính toán két giãn nở động cơ diesel lai máy phát
Công thức và nguồn gốc Kết quả Đơn vị
Trang 18Vậy chọn két giãn nở có dung tích: V= 0,5 m³
2.3.5 Tính bầu sinh hàn nước ngọt
Các công thức sử dụng lấy theo sách “Thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ ”
- Diện tích truyền nhiệt:
∆t - hiệu nhiệt độ trung bình của bộ làm mát, độ
∆t = 0,5.[(t’nn + t’’nn) - (t’nb + t’’nb)]
t’nn - nhiệt độ nước ngọt ở cửa vào, t’nn = 75oC
t’’nn - nhiệt độ nước ngọt ở cửa ra, t’’nn = 60oC
t’nb - nhiệt độ nước biển ở cửa vào, t’b = 20oC
t’’nb - nhiệt độ nước biển ở cửa ra, t’’b = 35oC
Trang 19∆t = 0,5.[(75 + 60) - (20 + 35)] = 40 oC
K - hệ số truyền nhiệt
1 2
1 1
1
α λ
α1 - hệ số toả nhiệt từ chất lỏng đến ống (Kcal/m2.h.oC)
α2 - hệ số toả nhiệt từ ống đối với chất lỏng ngoài (Kcal/m2.h.oC)
δ - chiều dài của ống (m)
λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (Kcal/m2.h.oC)
Bộ làm mát sau một thời gian làm việc thường xuất hiện cáu cặn ở hai mặtsàng và trong ống, làm hệ số truyền nhiệt giảm xuống và giảm lượng nhiệt trao đổi,cho nên khi tính toán hệ số truyền nhiệt thường đưa thêm một hệ số điều chỉnh βvào trong công thức:
Trang 20Bảng 2.5 Bảng tính toán bầu sinh hàn nước ngọt cho các máy:
Động
Kíhiệu Công thức
Kếtquả
Đơnvị
Máy
chính
Diện tích trao đổi nhiệt
F
.
Q F
F
.
Q F
Trang 212.3.6 Tính đường ống
Khi xây dựng đường ống trong hệ thống làm mát cần phải chú ý tới các yếu tốsau:
- Sự giãn nở của nước trong hệ thống đường ống
- Sự bốc hơi của nước phải ít nhất
- Tránh hấp thụ oxi
- Ảnh hưởng của sự rò rỉ trong hệ thống
- Đảm bảo được áp suất làm việc trong hệ thống
v
π
=
(m)Trong đó:
- Q: Lưu lượng bơm, m³/s
Q d
v
π
(m)
Trang 22Theo quy phạm chọn ống có kích thước danh nghĩa 1
200
mm+) Đường ống nước ngọt đi làm mát động cơ diesel lai máy phát:
.
md b
Hệ thống bao gồm các trang thiết bị sau:
Máy chính: 1 chiếc
Máy phát điện: 2 chiếc
Bơm ly tâm: 3 chiếc
Bầu sinh hàn nước ngọt: 1 chiếc
Két giãn nở máy chính: 1 chiếc
Trang 23Két giãn nở máy điện: 2 chiếc
3.2 Thống kê van
Bảng 3.1 Bảng liệt kê các loại van theo đường ống
- Van bướm
11
- Van 1 chiều, thẳng, kiểu vít
11
Trang 24- Bơm nước ngọt làm mát máy chính:
Loại bơm ly tâm: Dragon 100-80-315
Hãng sản xuất: Dragon
Loại bơm: Máy bơm trục ngang
Lưu lượng: 240
3(m h/ )
Công suất: 132000 (W)
Tốc độ vòng quay: 2900 (v/ph)Trọng lượng: 122 (kg)
- Bơm nước ngọt làm mát động cơ diesel lai máy phát:Loại bơm ly tâm: Dragon 65-50-315
Tốc độ vòng quay: 2900 (v/ph)Trọng lượng: 106 (kg)Xuất xứ: United States
