Đang tải... (xem toàn văn)
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.
111Equation Chapter 1 Section 1 TRUỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL o0o 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 Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 1 Lớp: MTT50-ĐH2 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. 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 hải thực hiện. 1.1.3. Các thông số chủ yếu của tàu Chiều dài lớn nhất Lmax = 104,19 m Chiều dài giữa hai trụ Lpp = 95,90 m Chiều rộng lớn nhất Bmax = 17 m Chiều cao mạn D = 8,8 m Chiều chìm toàn tải d = 6,9 m Máy chính HANSHIN 6LH41 LA Công suất lớn nhất N = 2647/(3600) kW/(Cv) Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 2 Lớp: MTT50-ĐH2 Công suất trung bình N = 2250/(3060) kW/(Cv) Vòng quay lớn nhất n = 240 v/ph Vòng quay trung bình n = 227 v/ph 1.1.4. Máy chính Diesel thủy, một hàng xy-lanh thẳng đứng, 4 kỳ, tác dụng đơn, tăng áp bằng hệ tua bin khí thải – máy nén khí, đảo chiều trực tiếp. Số liệu chính: Số lượng: 01 Nguồn gốc: NHẬT BẢN Nhà sản xuất: HANSHIN Ký hiệu: 6LH41LA Số xy-lanh: 6 Đường kính xy-lanh: 410 mm Hành trình piston: 800 mm Công suất liên tục lớn nhất (MCR): 2647/3600 kW/PS Vòng quay ứng với MCR: 240 rpm Công suất khai thác liên tục (CSR): 2250/3060 kW/PS Vòng quay ứng với CSR: 227 rpm 1.1.5. Máy phát điện: Số lượng: 02 Nguồn gốc: NHẬT BẢN Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 3 Lớp: MTT50-ĐH2 Nhà sản xuất: YANMAR Công suất: 240 Cv Vòng quay: 1200 rpm Tần số phát: 60 Hz Số pha: 3 pha Hệ số công suất (cosφ): 0,8 Điện áp phát: 450 V Tải định mức: 100% 1.2. Giới thiệu về hệ thống 1.2.1. Tính cần thiết của hệ thống làm mát Trong quá trình làm việc của động cơ do nhiệt độ của chất khí cao, các chi tiết của động cơ tiếp xúc với khí cháy đồng thời do ma sát với nhau nên nhiệt độ của chúng lên rất cao, để tránh biến dạng cho các chi tiết và đảm bảo chất lượng dầu bôi trơn, để lượng không khí nạp được đảm bảo thì phải làm mát động cơ. Công chất dùng để làm mát động cơ là: nước, không khí, dầu… Xuất phát từ những yêu cầu trên, đòi hỏi hệ động lực phải có một hệ thống tải phần nhiệt đó ra khỏi các thiết bị, máy móc, hay nói cách khác là phải có một hệ thống 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 mát động cơ chính, động cơ phụ, máy nén khí, các gối trục chong chóng, các thiết bị truyền động, Trên cơ sở những nhiệm vụ như vậy, HTLM có các chức năng chủ yếu sau: Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 4 Lớp: MTT50-ĐH2 + 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 đảm bảo 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 độ vận hành của các trang thiết bị. + Gia nhiệt cho hệ thống lấy nước ngoài tàu (vào mùa đông), đảm bảo cung cấp nước liên tục cho hệ thống, đồng thời đảm bảo nhiệt độ của nước ngoài tàu vào hệ thống. – Ngoài các chức năng chủ yếu trên, tùy thuộc vào phương thức làm mát, công chất 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 dự phòng 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 có bơm 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 cung cấp nước ổn định ở công suất liên tục lớn nhất của máy. Các bơm này phải được nối với hệ thống để sẵn sàng sử dụng. – Tất cả các bơm dự phòng đều phải được dẫn động bằng nguồn năng lượng độc lập. Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 5 Lớp: MTT50-ĐH2 – 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, một cửa ở mạn, một cửa ở đáy. Trước van có lắp lưới lọc, có đường ống thông hơi, có đường 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 o C 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 và nghiêng ngang 15 o vẫn làm việc bình thường. Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 6 Lớp: MTT50-ĐH2 CHƯƠNG 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, đặc biệt 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 hay được dẫn động độc lập bằng động cơ điện. Những trang bị động lực cỡ nhỏ thường chỉ 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 động lực 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 nước này được lắp thống qua hệ thống van với bơm nước vòng kín hay vòng hở và làm Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 7 Lớp: MTT50-ĐH2 việc khi một trong hai bơm bị hỏng. Ngoài ra bơm dự phòng còn được dùng để rửa sàn tàu, hút nước rò rỉ vào khoang tàu, hay làm nhiệm vụ cứu hoả. 4 3 2 1 Hình 2.1. Bơm ly tâm 2.1.2. Két giãn nở Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 8 Lớp: MTT50-ĐH2 Trong hệ thống làm mát vòng kín nước ngọt được tuần hoàn một lượt không đổi. 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 nước tuần 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 thể tích 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% đến 20% 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 trí van 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 nhiên liệu. Sau khi lấy nhiệt từ động cơ hay thiết bị, nước ngọt được đưa qua bầu làm mát. Tại đây nước ngọt sẽ nhả nhiệt cho nước biển, nhiệt độ của nước ngọt giảm xuống. Trước khi nước ngọt vào làm mát cho động cơ thì nó đi qua làm mát cho dầu 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 Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 9 Lớp: MTT50-ĐH2 xác định theo lí lịch máy hoặc có thể xác định dựa vào tính toán, áp suất của nước làm mát được xác định qua thử nghiệm tại nơi sản xuất. Thông thường cột áp của bơm nước tuần hoàn là 5-10 m.c.n. 2.1.5. Van an toàn Là thiết bị dùng để bảo vệ hệ thống khi áp suất của nước làm mát nên cao quá tiêu chuẩn thì van sẽ tự động mở để xả vợi nước ra ngoài. Van an toàn hoạt động dựa trên lực căng của lò xo khi áp lực của nước làm mát trên hệ thống lớn hơn định mức thắng lực căng lò xo thì van sẽ tự mở. 2.2. Nguyên lý hoạt động Hệ thống nước làm mát của tàu là dạng làm mát gián tiếp gồm 2 vòng tuần hoàn: 2.2.1. Vòng tuần hoàn kín Nước ngọt sau khi làm mát máy chính có nhiệt độ cao đi qua V1 ra đường ống số 1 tới tổ bơm làm mát nước ngọt, được 1 trong 2 bơm hoặc cả 2 bơm (thông qua việc đóng mở van bớm V2, V3 và van 1 chiều, góc, kiểu vít V4, V5). Nước ngọt được bơm đẩy đi theo đường ống 4 tới bầu sinh hàn nước ngọt FW.COOLER để làm giảm nhiệt độ xuống. Sau đó tiếp tục đi qua đường ống 6 và qua V7 đến bầu sinh hàn FLUSHING COOL trao đổi nhiệt với dầu nhờn và sau đó đi vào hệ thống 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 qua đường ống 12 khi mở V13 và nước sẽ được đưa trở lại hệ thống bơm nước ngọt làm mát. Khi này nhiệt độ của nước đã giảm, nó sẽ đi qua đường ống 14 đến van hằng nhiệt V6. Nếu nhiệt độ nước thích hợp thì V6 sẽ mở và nước được đưa đi làm mát cho động cơ qua đường ống 14 (khi V15 mở). Nếu nhiệt độ nước vẫn cao thì Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 10 Lớp: MTT50-ĐH2 [...]... két nước ngọt, trao đổi nhiệt với nước ngọt để làm mát nước ngọt Một đường nước được trích 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. .. COOL.F.W.EXPANSION TANK Nước có nhiệt độ cao sau khi làm mát động cơ có thể đi qua đường ống 15 hoặc 19 đến két (V16 mở) Sau khi giãn nở, V4 mở, nước theo đường ống 18 đi xuống tổ bơm 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... lượng nước ngọt nhận từ động cơ Q0dc Q0đc = Ne.g e α QH 7 Tỉ nhiệt của nước ngọt Cm Theo nhiệt độ nước làm 1,36 mát kJ/kg.độ 8 Nhiệt độ nước ngọt vào động cơ v tdc Thiết kế chỉ định 60 o C 9 Nhiệt lượng nước ngọt ra khỏi động cơ r tdc Thiết kế chỉ định 75 o C 10 Sản lượng nước ngọt Gn Q0dc r v Cm (tdc − tdc ) 172,1 m3 11 Sản lượng bơm Qb Qb = Gn + 20%Gn 206,5 m3 Gn = Vậy sản lượng nước ngọt cần làm mát. .. 15 30 nước ngọt nhận từ động cơ 7 Tỉ nhiệt của nước ngọt 8 Nhiệt độ nước ngọt vào động cơ t v 9 Nhiệt lượng nước ngọt ra khỏi động cơ t r 10 Sản lượng nước ngọt G dc kJ/kg.độ 65 o C Thiết kế chỉ định dc 1,36 Thiết kế chỉ định Cm Theo nhiệt độ nước làm mát 75 o C 30,4 m dc n Q G = ( − C t t o r n m 11 Sản lượng bơm Q b Q b dc 3 v ) dc = 2 (G + 20% G n ) n 72,9 3 m Vậy sản lượng nước ngọt cần làm mát 2... hàn nước ngọt phục vụ cho động co diesel lai máy phát: F = 2,57 m2 Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Lớp: MTT50-ĐH2 Trang 20 2.3.6 Tính đường ống Khi xây dựng đường ống trong hệ thống làm mát cần phải chú ý tới các yếu tố sau: - 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. .. của nước trong hệ thống làm mát là từ 0.5÷2 m/s Chọn V=2 m/s Công thức tính đường kính ống trong hệ thống: d =2 Q π v (m) Trong đó: - Q: Lưu lượng bơm, m³/s - V: Vận tốc dòng chảy, m/s +) Đường ống nước ngọt đi làm mát động cơ chính: Qbdc d1 = 2 = 0,2 π v Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Lớp: MTT50-ĐH2 (m) Trang 21 d1 = 200 Theo quy phạm chọn ống có kích thước danh nghĩa mm +) Đường ống nước ngọt đi làm mát. . .nước sẽ đưa về bầu sinh hàn tiếp tục làm mát rồi qua đường ống 5 nước lại được đưa đến V6 để kiểm tra nhiệt độ Mặt khác trong quá trình trao đổi nhiệt giữa công chất làm mát làm cho thể tích chất công tác tăng lên, làm xuất hiện bọt khí và hơi Điều này sẽ làm cho bề mặt chi tiết không được làm mát hết, làm giảm tuổi thọ của chi tiết Để khắc phục hiện tượng này ta bố trí két giãn nở làm mát COOL.F.W.EXPANSION... vậy, sản lượng của bơm thường được tăng lên so với trị số tính toán từ 15÷20% 2.3.2 Máy chính Bảng 2.1 Bảng tính toán sản lượng bơm nước ngọt làm mát máy chính ST T Hạng mục tính Kí Công thức và nguồn Kết quả hiệu gốc Đơn vị 1 Công suất có ích của động cơ Ne Thông số tàu 3060 Cv 2 Vòng quay n Thông số tàu 227 v/ph 3 Hệ số nhiệt lượng do nước làm mát lấy đi α α 20% 4 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QH 41868... sinh hàn nước ngọt Các công thức sử dụng lấy theo sách “Thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ ” - Diện tích truyền nhiệt: F= Q K ∆t (m2) Trong đó: Q - nhiệt lượng trao đổi qua bộ làm mát, kJ/h ∆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... 206,5 m³/h Đối với áp suất của bơm nước ngọt, muốn xác định chính xác cần phải tính toán thuỷ lực trên đường ống trong hệ thống Nhưng đường ống trong động cơ rất phức tạp, khó dùng phương pháp tính toán thông thường để tính, chỉ khi chế tạo xong động cơ, qua thí nghiệm vận hành tại nơi chế tạo, tổn thất áp lực của nước mới được xác định Thông thường cột nước của bơm nước ngọt tuần hoàn là: Hn = 20 m.c.n . ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL o0o THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY PHỤ TÀU THUỶ Đề bài: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT NƯỚC NGỌT TÀU HÀNG KHÔ 6500 TẤN . sẽ nhả nhiệt cho nước biển, nhiệt độ của nước ngọt giảm xuống. Trước khi nước ngọt vào làm mát cho động cơ thì nó đi qua làm mát cho dầu nhờn. Bầu làm mát nước ngọt Bầu làm mát dầu nhờn Hình. một hệ thống 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