10- Két giãn nở, 13 Bơm nước ngọt, 14 Nhiệt kế, 15 áp kế, 16 Động cơ
2.3.4. Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát
2.3.4.1. Sơ đồ nguyên lý ( Hình 2.14 )
2.3.4.2. Nguyên lý hoạt động ( trình bày ở mục 2.3.3.2)
2.3.5. Thiết kế hệ thống làm mát
2.3.5.1. Tính toán bơm làm mát 1. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát
- Cung cấp lượng nước với áp suất nhất định đảm bảo nước lưu động đủ trong các khoang
- Thông thường lưu lượng của bơm nằm trong phạm vi 68- 245 lít /kw.h và với số lần tuần hoàn trong hệ thống là 7 - 12 lần /phút
Trong hệ thống làm mát diesel tầu thuỷ thường hay sử dụng bơm ly tâm cho vòng tuần hoàn nước ngọt và bơm cánh hút cho vòng tuần hoàn nước biển.
2. Tính toán các thông số của bơm ạ Bơm nước ngọt
+ Cột áp bơm
Sức cản của hệ thống làm mát phụ thuộc vào sức cản của từng bộ phận như: Két nước, ống dẫn, vách nước trong thân và vách xi lanh… vì vậy việc tính toán rất phức tạp và cho kết quả không chính xác. Vì vậy khi tính bơm nước làm mát người ta thường chọn cột áp H= 3.5 - 15 mH2O; chọn H = 8 mH2O
+ Lưu lượng
Lưu lượng của bơm tính theo công thức:
η n b G G = (7-11) Trong đó: Gb - Lưu lượng của bơm
η - Hệ số tổn thất của bơm η = 0,8 - 0,9; chọn η = 0,8 Gn - Lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống
( nr nv) n m n t t C Q G − = 1 (kg/h) (7-12) Trong đó : Cn - Tỉ nhiệt của nước ngọt Cn = 4,187 (J/kg.độ) tnv,tnr - Nhiệt độ nước vào và nước ra khỏi hệ thống
đối với động cơ điêsel ∆t = tnv - tnr = 15 ữ 20oC ; chọn ∆t = 15oC
Q1m - Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát (j/h); xác định theo công thức: Q1m = q1m .Ne (7-13)
q1m - Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát ứng với một đơn vị công suất trong một đơn vị thời gian (J/Kw.h). Đối với động cơ Díêl q1m = 1108 - 1138 (J/Kw.h)
chọn q1m = 1110 (J/Kw.h)
Ne - Công suất của động cơ; Ne = 1760 (KW)
Thay các giá trị vào công thức (7-13) ta được kết quả; Q1m = 1953600 (J/h) Thay các giá trị vào công thức (7-12) ta được kết quả ; Gn = 31105.8 (kg/h)
Thay các giá trị vào công thức (7-11) ta được kết quả ; Gb = 38882 (kg/h) = 38,8 (m3/h)
Kết luận: Cần chọn bơm có Lưu lượng Gb = 38,8 (m3/h) cột áp H = 8 mH2O
+ Công suất tiêu hao cho bơm nước ngọt
cg b b b H G N η η . 10 . 81 , 9 . . −3 = (7-14) Trong đó:
Nb - Công suất tiêu hao cho bơm
Gb - Lưu Lượng của bơm; Gb = 38,8 (m3/h) H - Cột áp của bơm; H = 8 mH2O
ηb - Hiệu suất của bơm; chọn ηb = 0,7
ηcg - Hiệu suất cơ giới của bơm; chọn ηcg = 0,8
Thay các giá trị vào công thức (7-14) được kết quả; Nb = 5,4 (KW)
b. Bơm nước biển
+ Cột áp của bơm
H = 5 ữ15 mH2O; chọn H = 10 mH2O
+ Lưu lượng
Lưu lượng của bơm tính theo công thức:
(nbr nbv) nb nb t t C Q G − = 0 (kg/h) (7-15) Trong đó :
Gnb - Sản lượng của bơm nước biển (kg/h) Cn - Tỉ nhiệt của nước biển Cn = 2,093 (J/kg.độ)
tnv, tnr - Nhiệt độ nước biển vào và khỏi bầu làm mát; chọn ∆t = tnv - tnr = 15oC Q0 - Nhiệt lượng nước ngọt truyền cho nước biển (J/h); Xác định theo công thức: Q0 = Q1m = 1953600 (J/h)
Thay các giá trị vào công thức ta được kết quả: Gnb = 62226 (kg/h) = 60,7 (m3/h) Kết luận: Cần chọn bơm có Lưu lượng Gnb = 60,7 (m3/h)
Cột áp H = 10 mH2O
+ Công suất tiêu hao cho bơm nước biển
cg bm bm bm H G N η η . 10 . 81 , 9 . . −3 = (7-16) Trong đó:
Nnb - Công suất tiêu hao cho bơm Gnb - Lưu lượng của bơm
ηnb - Hiệu suất của bơm; chọn ηnb = 0,7
ηcg - Hiệu suất cơ giới của bơm; chọn ηcg = 0,8
Thay các giá trị vào công thức (7-16) được kết quả; Nnb = 10,6 (KW)
2.3.5.2. Tính toán bầu làm mát nước ngọt 1. Nhiệm vụ bầu làm mát.
Trong hệ thống nước ngọt, nước làm mát tuần hoàn nên sau khi làm mát phải được hạ nhiệt độ mới quay trở lại làm mát tiếp. Muốn vậy phải có thiết bị làm giảm nhiệt độ làm mát cho nước sau khi đã làm mát cho động cơ. Thiết bị đó là bầu sinh hàn.
2. Kết cấu
Về cơ bản bầu làm mát nước ngọt cũng có kết cấu tương tự bầu làm mát dầu nhờn. Bộ phận cơ bản và quan trọng nhất là bề mặt trao nhiệt.
3. Nguyên tắc trao nhiệt
- Chất trao nhiệt là nước ngọt ( có nhiệt độ cao) vận động ở bên ngoài qua các vách ngăntheo đường zich zăc để kéo dài thời gian trao nhiệt.
- Chất nhận nhiệt có nhiệt độ thấp là nước ngoài mạn tầu và đi trong ống
Thông thường sau khi ra khỏi bầu sinh hàn chất trao nhiệt và chất nhận nhiệt giảm và tăng được 10 ữ 150 C
4. Tính toán
- Tính toán bầu làm mát nước ngọt bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ nước ngọt tới nước mặn.
- Xác định kích thước mặt tản nhiệt dựa trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt
- Quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là tiếp xúc đối lưu, còn truyền nhiệt bức xạ rất bé nên không tính. Sự truyền nhiệt ở bầu làm mát là từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng. Như vậy quá trình truyền nhiệt có thể phân thành 3 giai đoạn ứng với 3 phương trình truyền nhiệt sau:
+ Từ nước đến mặt thành ống bên trong Q1m = α1.F1.(tn-t01) (7-17)
+ Qua thành ống Q1m = δ λ .F 1.(t01-t02) (7-18) + từ mặt ngoài thành ống đến nước mặn Q1m = α2.F2.(t02-tnm) (7-19) Trong đó:
Q1m - Nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát, bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua bộ tản nhiệt; Q1m= 1953600 (J/h)
α1 - Hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống của bộ tản nhiệt
λ - Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt; ( W/m.độ)
δ - Chiều dày của thành ống
α2 - Hệ số tản nhiệt từ thành ống của bộ tản nhiệt vào nước mặn F1 - Diện tích bề mặt tản nhiệt tiếp xúc với nước
F2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước mặn
t01,t02 - Nhiệt độ trung bình bề mặt trong và ngoài thành ống.
tn,tnm - Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong bộ tản nhiệt và nước mặn qua bộ tản nhiệt.
Từ 3 phương trình (7-17), (7-18), (7-19) rút ra: Q1m = K.F2.(tn - tnm ) (7-20) Trong đó:
K - Hệ số truyền nhiệt của bầu làm mát. K = 1 1 2 1 2 1 1 . . 1 1 α α δ α + F + F F F (7-21) 1 2 F F = ϕ - Hệ số diện tích ϕ = 3 ữ 6; Chọn ϕ = 4 ∆tn = tn - tnm = 200C
Để đơn giản cho quá trình tính toán ta có thể chọn hệ số truyền nhiệt K theo sách trang trí động lực tập 2 của tác giả đặng hộ ( Bảng 10 - 10 trang 122)
Chọn bầu làm mát nước ngọt là bầu tròn - ống ( Đường kính ống 10 ữ 15 mm)
K = 1400 ( Kcal/m2.h. oC )
Thay các giá trị vào công thức (7-20) được kết quả: F2 = 70 (m2) F1 = 17,5 (m2)
2.3.4.3. Tính toán két giãn nở 1. Nhiệm vụ của két
Bổ sung lượng nước thiếu hụt cho hệ thống, bù lại lượng nước tổn thất do bị rò rỉ và bốc hơi trong quá trình lưu thông làm mát động cơ.
2. Tính toán két.
Việc tính toán két giãn nở cần phải tính thể tích két Thể tích két nước giãn nở tính theo công thức:
V = Q.K1 . K2 (7-22) Trong đó:
V - Thể tích két giãn nở.
K1 - Hệ số dung tích két; Chọn K1 = 1,05 K2 - Hệ số chiếm chỗ của két; Chọn K2 = 1,05 Q - Lượng nước bổ sung cho động cơ
Q = n.NẹB.t (7-23) Trong đó:
t - Thời gian cấp nước ngọt cho két giãn nở; chọn t = 8h n - Số lượng động cơ mà hệ thống làm mát phục vụ; n=1 Ne - Công suất động cơ (cv); Ne = 2353 (cv)
B - Lượng nước tiêu hao cho 1cv/1h; Chọn B = 0,12 (lít/cv)
Thay các giá trị vào công thức (7-23) được kết quả : Q = 2490 (lít)