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 lợng nớc với áp suất nhất định đảm bảo nớc lu động đủ trong các khoang
- Thông thờng lu lợng 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 thờng hay sử dụng bơm ly tâm cho vòng tuần hoàn nớc ngọt và bơm cánh hút cho vòng tuần hoàn nớc biển.
2. Tính toán các thông số của bơm a. Bơm nớc ngọt
+ Cột áp bơm
Sức cản của hệ thống làm mát phụ thuộc vào sức cản của từng bộ phận nh: Két nớc, ống dẫn, vách nớc 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 nớc làm mát ngời ta thờng chọn cột áp H= 3.5 - 15 mH2O; chọn H = 8 mH2O
+ Lu lợng
Lu lợng của bơm tính theo công thức: ηn b G G = (7-11) Trong đó: Gb - Lu lợng của bơm η - Hệ số tổn thất của bơm η = 0,8 - 0,9; chọn η = 0,8 Gn - Lu lợng nớc 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 nớc ngọt Cn = 4,187 (J/kg.độ) tnv,tnr - Nhiệt độ nớc vào và nớc ra khỏi hệ thống
đối với động cơ điêsel ∆t = tnv - tnr = 15 ữ 20oC ; chọn ∆t = 15oC
Q1m = q1m .Ne (7-13)
q1m - Nhiệt lợng truyền cho nớc 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 đợc kết quả; Q1m = 1953600 (J/h) Thay các giá trị vào công thức (7-12) ta đợc kết quả ; Gn = 31105.8 (kg/h)
Thay các giá trị vào công thức (7-11) ta đợc kết quả ; Gb = 38882 (kg/h) = 38,8 (m3/h)
Kết luận: Cần chọn bơm có Lu lợng Gb = 38,8 (m3/h) cột áp H = 8 mH2O
+ Công suất tiêu hao cho bơm nớc 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 - Lu Lợng 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) đợc kết quả; Nb = 5,4 (KW)
b. Bơm nớc biển + Cột áp của bơm
H = 5 ữ15 mH2O; chọn H = 10 mH2O
+ Lu lợng (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
( nbr nbv) nb nb t t C Q G − = 0 (kg/h) (7-15) Trong đó :
Gnb - Sản lợng của bơm nớc biển (kg/h)
Cn - Tỉ nhiệt của nớc biển Cn = 2,093 (J/kg.độ)
tnv, tnr - Nhiệt độ nớc biển vào và khỏi bầu làm mát; chọn ∆t = tnv - tnr = 15oC Q0 - Nhiệt lợng nớc ngọt truyền cho nớc biển (J/h); Xác định theo công thức: Q0 = Q1m = 1953600 (J/h)
Thay các giá trị vào công thức ta đợc kết quả: Gnb = 62226 (kg/h) = 60,7 (m3/h) Kết luận: Cần chọn bơm có Lu lợng Gnb = 60,7 (m3/h)
Cột áp H = 10 mH2O
+ Công suất tiêu hao cho bơm nớc 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 - Lu lợng của bơm
H - Cột áp 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) đợc kết quả; Nnb = 10,6 (KW)
2.3.5.2. Tính toán bầu làm mát nớc ngọt 1. Nhiệm vụ bầu làm mát.
Trong hệ thống nớc ngọt, nớc làm mát tuần hoàn nên sau khi làm mát phải đợc hạ nhiệt độ mới quay trở lại làm mát tiếp. Muốn vậy phải có thiết bị làm giảm nhiệt độ làm mát cho nớc sau khi đã làm mát cho động cơ. Thiết bị đó là bầu sinh hàn.
Về cơ bản bầu làm mát nớc ngọt cũng có kết cấu tơng 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 nớc ngọt ( có nhiệt độ cao) vận động ở bên ngoài qua các vách ngăntheo đờng zich zăc để kéo dài thời gian trao nhiệt.
- Chất nhận nhiệt có nhiệt độ thấp là nớc ngoài mạn tầu và đi trong ống
Thông thờng sau khi ra khỏi bầu sinh hàn chất trao nhiệt và chất nhận nhiệt giảm và tăng đợc 10 ữ 150 C
4. Tính toán
- Tính toán bầu làm mát nớc ngọt bao gồm việc xác định bề mặt tản nhiệt để truyền nhiệt từ nớc ngọt tới nớc mặn.
- Xác định kích thớc 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 lu, 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. Nh vậy quá trình truyền nhiệt có thể phân thành 3 giai đoạn ứng với 3 phơng trình truyền nhiệt sau:
+ Từ nớc đến mặt thành ống bên trong Q1m = α1.F1.(tn-t01) (7-17) + Qua thành ống Q1m = δ λ .F1.(t01-t02) (7-18) + từ mặt ngoài thành ống đến nớc mặn Q1m = α2.F2.(t02-tnm) (7-19) Trong đó:
Q1m - Nhiệt lợng của động cơ truyền cho nớc làm mát, bằng nhiệt lợng do nớc dẫn qua bộ tản nhiệt; Q1m= 1953600 (J/h)
α1 - Hệ số tản nhiệt từ nớc làm mát đến thành ống của bộ tản nhiệt
δ - Chiều dày của thành ống
α2 - Hệ số tản nhiệt từ thành ống của bộ tản nhiệt vào nớc mặn F1 - Diện tích bề mặt tản nhiệt tiếp xúc với nớc
F2 - Diện tích bề mặt tiếp xúc với nớc mặn (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
t01,t02 - Nhiệt độ trung bình bề mặt trong và ngoài thành ống.
tn,tnm - Nhiệt độ trung bình của nớc làm mát trong bộ tản nhiệt và nớc mặn qua bộ tản nhiệt.
Từ 3 phơng 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 nớc ngọt là bầu tròn - ống ( Đờng kính ống 10 ữ 15 mm) K = 1400 ( Kcal/m2.h. oC )
Thay các giá trị vào công thức (7-20) đợc 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 lợng nớc thiếu hụt cho hệ thống, bù lại lợng nớc tổn thất do bị rò rỉ và bốc hơi trong quá trình lu thông làm mát động cơ.
Việc tính toán két giãn nở cần phải tính thể tích két Thể tích két nớc 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 - Lợng nớc bổ sung cho động cơ
Q = n.Ne.B.t (7-23) Trong đó:
t - Thời gian cấp nớc ngọt cho két giãn nở; chọn t = 8h n - Số lợng động cơ mà hệ thống làm mát phục vụ; n=1 Ne - Công suất động cơ (cv); Ne = 2353 (cv)
B - Lợng nớc tiêu hao cho 1cv/1h; Chọn B = 0,12 (lít/cv)
Thay các giá trị vào công thức (7-23) đợc kết quả : Q = 2490 (lít)
Từ đó tính đợc thể tích két giãn nở là: V = 2500 (lít); Chọn V= 2500 (lít)