Bài giảng môn thiết bị và máy phụ tàu thủy

Nhiệm vụ của hệ trục: Hệ trục tàu thuỷ có nhiệm vụ truyền công suất của động cơ đến chân vịt và nhận lực đẩy của dòng nước tác động vào chân vịt và truyền lại cho thân tàu để tàu tiến h

CÁC THIẾT BỊ VÀ

MÁY PHỤ

CHƯƠNG I : HỆ TRỤC TÀU

CHƯƠNG II : MÁY THUỶ LỰC

CHƯƠNG III : LỌC DẦU ĐỐT VÀ DẦU NƯỚC

CHƯƠNG IV : TRAO ĐỔI NHIỆT

CHƯƠNG V : MÁY NÉN KHÍ

CHƯƠNG VI : THIẾT BỊ LÀM LẠNH

CHƯƠNG I : HỆ TRỤC TÀU

1/ KẾT CẤU CHUNG

2/ NGUYÊN TẮC BỐ TRÍ HỆ TRỤC

3/ MỘT SỐ THIẾT BỊ HỆ TRỤC

a/ Khái niệm:

1.Khái niệm hệ trục:

Hệ trục tàu thuỷ bao gồm các đoạn trục cùng với các thiết bị nối trục từ động cơ chính (hoặc từ hộp đảo chiều) đến chân vịt (chong

chóng)

2 Nhiệm vụ của hệ trục:

Hệ trục tàu thuỷ có nhiệm vụ truyền công suất của động cơ đến

chân vịt và nhận lực đẩy của dòng nước tác động vào chân vịt và

truyền lại cho thân tàu để tàu tiến hoặc lùi

3.Đường trục :

Từ động cơ đến chân vịt có các đoạn trục nối liền nhau và được gọi là đường trục Đường trục có thể là dường thẳng ,có thể là đường gẫy khúc Đường trục có thể có một đoạn trục hay nhiều đoạn trục ; trên tàu có thể có một đường trục hoặc nhiều đường trục tuỳ thuộc vào loại tàu khác nhau

b/ Sơ đồ kết cấu hệ trục

1- Chân vịt; 2- Eùp trết;3- Ống bao ; 4- Gối đỡ trục chân vịt;5- Gối đỡ trục trung gian; 6- Gối đỡ trục lực đẩy; 7- Bích nối; 8-Động cơ chính; 9- Trục lực đẩy; 10- Trục trung gian; 11- Trục chân vịt; 12-Vòm đuôi

2.Các thành phần của hệ trục:

a.Chân vịt :(chong chóng)

Nằm ở phía ngoài cùng của hệ trục tàu thuỷ là nơi cuối cùng tiếp nhận mô men quay tạo ra lực đẩy tàu chuyển động

Chân vịt được chế tạo bằng thép hoặc bằng đồng Tuỳ theo sự thay đổi bước xoắn của cánh mà được chia làm hai loại là ;chân vịt có bước cố định và chân vịt biến bước

Dưới đây là đặc điểm kết cấu của chân vịt có bước cố định:

1-cánh chân vịt 2-rãnh then

3-mayơ chân vịt

Dưới đây là đặc điểm kết cấu của trục chân vịt:

1-đầu lắp đai ốc chân vịt

2-phần côn lắp chân vịt

3,4-cổ trục 5-phần lắp bích nối 6-phần lắp đai ốc hãm bích

* Trục trung gian:

Tuỳ theo việc bố trí buồng máy (khoảng cách từ động cơ chính tới chân vịt) mà hệ trục tàu thuỷ có thể có hoặc không có trục trung gian Nếu hệ trục dài thì trục trung gian có thể có một hoặc nhiều đoạn trục

Dưới đây là đặc điểm kết cấu của trục trung

gian:

1-bích nối (bích liền)2-cổ trục

3-côn lắp bích nối4- phần lắp đai ốc hãm bích

* Trục đẩy :

Trục đẩy thường có kết cấu đơn giản và ngắn, Một đầu dùng bích nối với trục động cơ (hoặc hộp đảo chiều ) đầu kia dùng bích nối với trục trung gian ( hoặc trục chân vịt ) Trên trục đẩy có vòng lực đẩy (vai trục ) để truyền lực đẩy của chân vịt vào thân tàu và triệt tiêu lực dọc trục tác động vào trục động cơ

c.Ống bao trục chân vịt:

Ống bao trục chân vịt được đặt từ vách kín nước sau cùng đến cột sống đuôi tàu Ống bao trục chân vịt một mặt để bảo vệ trục chân vịt, mặt khác trên đó còn đặt các gối đỡ trục chân vịt chịu tải trọng khá phức tạp và lớn, kết cấu của ống bao trục chân vịt phụ thuộc vào kết cấu của tàu

d.Gối đỡ trục :

* Gối trục đẩy (Gối chặn ):

Gối trục đẩy có công dụng tiếp nhận lực của chân vịt truyền cho thân tàu để tàu chuyển động Chống lực dọc trục tác động vào động cơ

Gối trục đẩy thường có 3 loại: Gối đẩy nhiều vòng đẩy, gối đẩy 1 vòng đẩy và gối đẩy kiểu ổ bi đỡ

Loại gối đẩy nhiều vòng đẩy là loại rất cũ, hiện nay hầu như không còn được sử dụng trên tàu thuỷ

*.Gối trục trung gian:

Gối đỡ trục trung gian cũng là kiểu gối trượt do đó về kết cấu và vật liệu chế tạo tương tự như bệ đỡ trục khuỷu

* Gối trục chân vịt:

Gối trục chân vịt có hai loại là gối đỡ kim loại và gối đỡ phi kim loại

Gối đỡ kim loại

Gối đỡ kim loại :Có thể là bằng đồng hoặc thép tráng lớp chống mòn là hợp

kim ba bít

Gối đỡ phi kim loại

Gối đỡ phi kim loại :Gối đỡ phi kim loại có thể là gỗ (gỗ gai ắc, gỗ nhãn ,gỗ

nghiến, gỗ ba cao, gỗ ép tấm ); có thể là chất dẻo hoặc cao su (tự nhiên

Kết cấu của một gối trục chân vịt bằng cao su

1-ống bao trục 2-vỏ bọc

3-cao su cốt thép (bạc)

4-thanh hãm

CHƯƠNG II : MÁY THUỶ LỰC

1/ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY THỦY LỰC

2/ THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THỦY LỰC 3/ HIỆN TƯỢNG SÂM THỰC TRONG MÁY

1/ KHÁI NIỆM CHUNG VỀ MÁY THỦY LỰC:

móc hoặc trang thiết bị làm việc ( trao đổi năng lượng) với chất lỏng.

Trong thực tế máy thủy lực áp dụng rất

rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực nói chung

và đặc biệt là trong lĩnh vực công nghiệp tàu thủy Những loại máy móc hay dùng

trong lĩnh vực công nghiệp tàu thủy như

các loại bơm, máy nén khí, động cơ thủy

lực, máy lái thủy lực…

phân loại máy theo một số cơ sở sau:

 Theo phương thức trao đổi năng lượng giữa máy

thủy lực và chất lỏng:

- Nhận năng lượng : Máy thủy lực nhận nguồn năng lượng từ ngoài qua trao đổi chất lỏng dưới có áp

suất và chuyển động có vận tốc, người ta gọi đó là bơm.

E1<E2

N>0

E : Năng lượng thành phần của chất lỏng

máy thủylực thấp hơn năng lượng trước khi vào gọi

là động cơ thủy lực

N

N

 Ngoài ra người ta còn phân loại theo một cách khác không kể đó là động cơ thủy lực hay bơm.

- Máy thủy lực cánh dẫn: Là máy thủy lực mà trong

đó sự dẫn truyền năng lượng thực hiện nhờ truyền động một cách liên tục thông qua cơ cấu chính của máy là với tốc độ đủ lớn: Bơm li tâm, bơm hướng

trục, tuabin nước, khớp nối và biến tốc thủy lực….

- Máy thủy lực thể tích: Sự trao đổi năng lượng giữa chúng và bên ngoài thực hiện được nhờ sự nén chất lỏng trong những thể tích công tác kín và dưới áp

suất thủy tĩnh nhất định: Bơm piston, bơm, động cơ thủy lực, bơm bánh răng….

2/ THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA MÁY THỦY LỰC

thủy lực và xác định khả năng trao đổi năng lượng của chúng, người ta sử dụng các số liệu dựa trên định luật vật lý cơ bản và chúng được gọi là thông

số cơ bản Một số thông số cơ bản là: Cột áp, lưu lượng( sản lượng), công suất và hiệu suất.

h g

b/ Cột áp của bơm

dòng chảy rối, nên công thức tính cột áp sẽ là:

2 1 1 2

2 2 2

− +

=

g g

g g

v v

h h

p

p h

v

p h

2 2 1

2 1

2 1

1

2 1 1 2

2

2 2

γ γ

1

2 1 2 2

2α − α

c/ Cột áp của động cơ thủy lực

truyền qua được thông qua động cơ thủy lực Đây là trường hợp đặc biệt ngược lại của bơm Về cách tính cũng giống như đối với bơm.

Sơ đồ tính cột áp của bơm

h 2

h 1

P2,v22

1

P1,v1

2.2/ Lưu lượng:

lượng chất lỏng mà MTL đó trao đổi, tính

trên 1 đơn vị thời gian.

Tùy thuộc lượng chất lỏng được đo như thế nào mà ta có 1 số dạng lưu lượng như sau: + Lưu lượng thể tích: Sản lượng chất lỏng

lít/s……)

+ Lưu lượng khối lượng: Đơn vị chất lỏng

tính theo đơn vị trọng lượng (t/h, t/ph,

kg/s… )

2.3/ Công suất:

trên một đơn vị thời gian.

được với MTL là công suất thủy lực.

N thủy lực = γQH

Q : Lưu lượng thể tích MTL

H : Cột áp.

Ngòai ra còn có 1 khái niệm khác về công suất của MTL: Là công suất mà MTL trao đổi tại trục của

chúng.

2.4/ Hiệu suất máy thuỷ lực:

Hiệu suất của máy thuỷ lực là phần trăm công suất sử dụng có ích sau khi trao đổi năng lượng với nguồn.

a/ Đối với bơm:

Nlàm việc: Công suất tiêu tốn trên trục động cơ lai bơm.

b/ Đối với động cơ thuỷ lực

Nlàm việc : Giá trị công suất có được trên trục dẫn ra của động cơ thuỷ lực sau khi trao đổi năng lượng ta có thể xác định được bằng cách

đo hoặc tính toán.

Nđộng cơ: Được tính dựa trên cơ sở xác định giá trị hiệu số của cột áp

trước và sau động cơ thuỷ lực

Giá trị hiệu suất phụ thuộc vào sự tổn hao về năng lượng sau khi

trao đổi giữa máy thuỷ lực với chất lỏng Tổn hao thuỷ lực được

suất cơ khí ηc và tôn hao do rò gỉ chất lỏn , đánh giá bằng hiệu

suất lưu lượng ηQ, nên hiệu suất chung của máy thuỷ lực là: η0= ηH

B bom

γ

QH

N N

N

B

lamviec dongco

lamviec bom γ

H Q QH

2 2

2 1 2 1

2

γ γ

γ γ

3/ HIỆN TƯỢNG SÂM THỰC TRONG MÁY THỦY LỰC

Các hiện tượng bề mặt một số chi tiết của MTL hoặc đường ống

bị ăn mòn, rỗ bất thường hoặc bị phá huỷ, dòng chảy chất lỏng không ổn định đó là do hiện tượng sâm thực gây ra

Hiện tượng sâm thực xảy ra như thế nào : Ở một điều kiện nào

đó, tại một số vị trí trong dòng chảy có hiện tượng áp suất thấp hơn áp suất hơi bão hòa của chất lỏng đó, gây ra hiện tượng bay hơi tạo ra các bọt khí trong dòng chảy và khi các bọt khí đó theo dòng chảy di chuyển tới một vị trí khác, tại

đó có áp suất cao hơn áp suất hơi bão hòa, các bọt khí ngưng tụ lại thành các giọt chất lỏng có thể tích nhỏ hơn thể tích các bọt khí Do đó các hạt chất lỏng xung quanh tràn vào lấp kín khoảng trống đó với vận tốc rất lớn và vì vậy chuyển động của các hạt chất lỏng này có quán tính và động năng rất lớn, bắn phá bề mặt của các chi tiết Có khi

áp suất cục bộ có thể lên tới vài ngàn atmotphe Do vậy ngoài tác hại làm bề mặt chi tiết bị rỗ mòn, hiện tượng này còn làm cho dòng chảy chất lỏng không ổn định gây giảm hiệu suất máy thuỷ lực và gây ra các tiếg ồn, rung…

Để tránh hiện tượng sâm thực xảy ra trong máy thủy lực, điều quan trọng nhất là phải làm sao cho áp suất làm việc của chất lỏng lớn hơn giá trị áp suất hơi bão hịa của loại chất lỏng ở điều kiện nhiệt độ tương ứng

Ngoài ra để hạn chế cho máy thủy lực ít chịu ảnh hưởng bởi sâm thực cần

chú ý các điều kiện sau:

- Chọn chất lỏng có tính bay hơi kém

- Duy trì áp suất càng cao càng tốt

- Tránh khai thác máy thủy lực ở nhiệt độ cao

- Hạn chế tốc độ dòng xuống mức độ thấp

- Tránh thay đổi đường dòng đột ngột gây các điểm sụt áp cục bộ

- Làm trơn nhẵn các bề mặt của chi tiết máy thủy lực mà tiếp xúc với

dòng chảy

- Gia công cứng hoặc chế tạo bằng các vật liệu tốt đối với máy thủy lực hay hệ thống ống thủy lực

- Tránh sâm nhập của các dòng không khí, như vậy sẽ đảm bảo chắc

chắn hệ thống không bị sâm thực

γ γ

p

pcongtac baohoa

>

4/ BƠM PISTON

4.1/Phân loại:

Phân loại theo áp suất :

+ Bơm áp suất cao : p>50 at+ Bơm áp suất trung bình 50at >p>5at+ Bơm áp suất thấp p<5at

Phân loại theo lưu lượng công tác:

+ Bơm lưu lượng nhỏ Q<20m3/h+ Bơm lưu lượng trung bình 20m3/h<Q<60m3/h+ Bơm lưu lượng cao Q>60m3/h

Phân loại theo tốc độ chuyển động của piston:

+ Bơm thấp tốc n<80 RPM+ Bơm trung tốc 80 RPM<n<150 RPM+ Bơm cao tốc 150RPM<n<350 RPM+ Bơm đặc biệt cao tốc 350 RPM<n<750 RPM

Phân loại theo công chất công tác:

+ Nước + Dầu nhờn + Dầu đốt…….

Phân loại theo đặc điểm kết cấu của piston:

+ Piston đĩa: Piston của bơm tạo thành hình đĩa ghép lại với nhau

+ Piston trụ: Piston của bơm có dạng hình trụ

* Kể cả piston của bơm có dạnh hình trụ hay hình đĩa đều có rãnh secmăng

Phân loại theo năng lượng mà bơm sử dụng:

+ Bơm động cơ Diesel + Bơm chạy bằng động cơ hơi nước + Bơm tuabin hơi

Phân loại theo cách thức lai truyền

+ Bơm truyền động gián tiếp : Là các bơm được lai truyền nhờ cơ cấu trục khuỷu

+ Bơm truyền động trực tiếp : Piston củabơm chuyển động được nhờ động cơ hơi nước.

Ngoài ra người ta còn phân loại theo cách thức lắp đặt và một vài đặc điểm khác.

4.2/ Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt

động của bơm piston

 Bơm piston là bơm thể tích đại diện cơ bản Các chi tiết chủ yếu của bơm piston gồm có : Piston, Xi lanh, hộp van hút và hộp van

đẩy Bơm họat động được nhờ cơ cấu chính

là quả piston chuyển động tịnh tiến trong xi lanh dựa vào chuyển động từ bên ngoài

cung cấp cho trục quay của bơm.

Sơ đồ nguyên lý bơm piston đơn:

1 Piston, 2 Xi lanh, 3 Hộp van, 4 Van hút, 5 Van đẩy, 6 Ống hút, 7 Ống đẩy, 8 Thanh truyền, 9 Tay quay, 10 Trục quay

1 2 4

 Quá trình hút: Khi trục quay của bơm quay được nhờ truyền động của lực bên ngoài theo chiều kim đồng hồ, kéo piston 1 dích chuyển tịnh tiến xuống dưới trong xi lanh 2, tạo ra chân không trong xi

lanh 2 và hộp van, van hút 4 mở ra, hút công chất vào trong xinh lanh 2 và hộp van 3

kim đồng hồ, piston chuyển động tịnh tiến theo

chiều đi lên ép công chất trong xi lanh và hộp van, van hút đóng lại và van đẩy mở ra, piston tiếp tục chuyển động lên đẩy công chất đi ra theo cửa đẩy.

4.3/ Lưu lượng bơm:

a/ Lưu lượng trung bình của bơm piston Qtb:

D : Kính thước đường kính piston xi lanh

S : Hành trình piston trong xi lanh

n : Số vòng quay trong đơn vị thời gian

Nếu một bơm piston có i hiệu lực ( i: Xi lanh công tác cùng lai trên một động cơ)

Trên thực tế luôn có sự rò rỉ của chất lỏng, do vậy phải tính đến

ηQ Công thức tính lưu lượng trung bình sẽ là :

η Hiệu suất lưu lượng của bơm

n S

b/ Lưu lượng tức thời Qtt:

Để xét sự biến thiên về sản lượng của bơm piston ta thấy

Q=A.V

A: Tiết diện xi lanh = = const

V: Vận tốc piston trong xi lanh

Do V là không đều trong hành trình S Nên sản lượng của bơm piston là không đều và để đánh giá sự không đồng đều của lưu lượng, người ta đưa ra hệ số không đồng đều, được tính bằng tỉ số giữa lưu lượng tức thời cực đại và lưu lượng trung bình cho một chu kỳ của bơm

Vmax= R.w Với w là tốc độ khủyu quay

Vtrungbình=Rw:π R : Bán kính khủyu quay

q

trungbinh trungbinh

c/ Hệ số không đồng đều của bơm piston 2 hiệu lực:

2

π

=

B A

S: Hành trình piston = 2R

57 ,

1 2

1 3

δ

4.4 Ưu nhược điểm của bơm piston:

 Ưu điểm : Có khả năng tự hút tốt, tạo được cột áp cao.

 Nhược điểm: Kết cấu khá phức tạp, trọng lượng và kích thước lớn Lưu lượng và áp suất không đều, để hạn chế nhược điểm này người

ta thường trang bị thêm bình điều áp trên đường đẩy.

4.5 Cột áp của bơm trong quá trình đẩy:

 Cột áp của bơm phụ thuộc vào sản lượng và áp suất công tác Dối với bơm piston giá trị sản lượng và áp suất biến thiên theo thời gian

và phụ thuộc tốc độ quay n

 Khi bơm thực hiện quá trình đẩy, đỉnh piston chịu 1 áp lực Pđ (Áp lực đẩy) và kể từ đỉnh piston trở lên tới mặt thoáng đẩy tạo thành một đường dòng liên tục

Pa, hđ=const

t- Thời gian n- Tốc độ quay

hđ-Độ cao hình học đẩy

4.6 Cột áp của bơm trong quá trình hút:

 Giá trị cột áp hút biến thiên theo thời gian, phụ thuộc vào tốc độ quay n và quãng đường piston thực hiện được:

4.7 Những chi tiết cơ bản của bơm piston:

a/ Piston: Là cơ cấu hợp với xi lanh tạo ra chân không trong xi lanh và đẩy chất lỏng ra ngoài Piston chịu lực đẩy và hút chất lỏng, để

tăng độ kín và hạn chế sự rò rỉ chất lỏng giữa các khoang công tác khác nhau, người ta làm các rãnh trên piston để lắp phớt, secmăng hoặc đôi khi không lắp secmăng tùy theo mục đích sử dụng bơm khác nhau Thông thường có 2 lọai piston : Hình trụ (Làm việc ở áp suất cao) và hình đĩa.

Piston hình trụ có Piston hình đĩa có phớt

Piston hình trụ có rãnh không

secmăng

b/ Xilanh: Có dạng hình trụ, được làm bóng bề mặt công tác Chất lượng độ nhẵn bề mặt, kích thước độ dài và đường kính

xi lanh phụ thuộc vào nhu cầu về áp suất và tốc độ làm việc của bơm Xinh lanh có thể là loại rời họach được đúc liền vơi

vỏ bơm, thường đước chế tạo từ gang, thép hoặc hợp kim

c/ Hộp van và van: Hộp van và van là một tổ hợp các chi tiết được lắp nối với piston xilanh công tác, cho phép chất lỏng chuyển động theo chiều sắp đặt.Yêu cầu đối với hộp van:

- Chắ c chắn và tin cậy.

- Có kích thước tối thiểu.

- Có quán tính nâng hạ van nhỏ

- Cho phép tổn thất thủy lực qua van nhỏ nhất

- Tiện lợi tháo lắp Chịu mài mòn và không bị phá bởi môi chất Tuổi thọ cao.

Cấu tạo van: Rất đa dạng như hình nấm, bi cầu, cánh cửa

thường được chế tạo từ kim loại, bọc da, cao su, vải hoặc

chất dẻo…

Cấu tạo một vài loại van của bơm piston

a/ Van hình ấm b/ Van bi cầu c/ Van bản lề ( Cánh cửa)

d/ Thiết bị làm kín: Vật liệu chế tạo có thể từ cao su, da, vải, sợi bông, amiant Tùy theo nhiệt độ, áp suất công tác, công chất bơm, tốc độ bơm và điều kiện bôi trơn mà kết cấu của thiết bị làm kín có thể khác nhau.