Đang tải... (xem toàn văn)
CHƯƠNG 1.GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Giới thiệu về tàu 1.1.2 Loại tàu Tàu hàng khô sức chở 10500 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 1 hệ trục chân vịt. Tàu được thiết kế dùng để chở hàng khô, hàng bách hóa. 1.1.3 Vùng hoạt động Biển Đông nam Á.
Trờng đại học Hàng Hải việt nam Khoa cơ khí đóng tàu Bộ môn động lực diesel THIT K MễN HC MY PH TU THY TNH TON THIT K H THNG LM MT TU THY 10500 TN 1 HẢI PHÒNG 2012 Đề bài: Tính toán,thiết kế hệ thống làm mát cho các thiết bị tàu 10500 tấn,với các thông số như sau Máy chính Công suất N e =4238 (cv) Vòng quay n=310 (v/ph) Máy phát điện Công suất N e =408,163 (cv) Vòng quay n=1200 (v/ph) Số lượng 02 2 CHNG 1.GII THIU CHUNG 1.1Gii thiu v tu 1.1.2 Loi tu Tu hng khụ sc ch 10500 l loi tu v thộp, ỏy ụi, kt cu hn in h quang. Tu c thit k trang b 01 diesel chớnh 4 k truyn ng trc tip cho 1 h trc chõn vt. Tu c thit k dựng ch hng khụ, hng bỏch húa. 1.1.3 Vựng hot ng Bin ụng nam . 1.1.4 Cp thit k Tu hng 10500 tn c thit k tho món Cp khụng hn ch theo Quy phm phõn cp v úng tu v thộp 2003 do B Khoa hc Cụng ngh v Mụi trng ban hnh. Phn h thng ng lc c tớnh toỏn thit k hoỏn ci b sung tha món tng ng Cp khụng hn ch theo TCVN 6259 3 : 2003 1.1.5 Thông số kỹ thuật cơ bản /kích th c cơ bản. Chiều dài toàn bộ 136.40 m Chiều dài 2 trụ 126.00 m Chiều rộng 20.20 m Chiều sâu/ chiều cao mạn 11.30 m Mớn nc thiết kế 8.20 m Mớn nc tiêu chuẩn 8.35 m 1.1.6 Loại hàng Hàng thông thng Lõi thép/ Dây thép Hàng ngũ cốc 1.1.7 Tải trọng Tải trọng tối đa ở mớn nớc có tải Khoảng : 10,500MT( tấn) Tổng trọng lng Khoảng : 8,200 T 1.2 Gii thiu chung v h thng 3 1.2.1 Tính cần thiết của hệ thống làm mát Trong quá trình làm việc của động cơ do nhiệt độ của khí cháy rất cao, các chi tiết của động cơ tiếp xúc với khí cháy đồng thời do ma sát với nhau nên nhiệt độ của chúng rất cao. Nhiệt độ các chi tiết máy cao sẽ gây ra các hậu quả xấu sau đây: - Phụ tải nhiệt của các chi tiết máy lớn, làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của chúng. - Do nhiệt cao, độ nhớt của dầu nhờn bôi trơn giảm nên tổn thất ma sát tăng. - Có thể gây bó kẹt pittông trong xilanh do hiện tượng giãn nở nhiệt. - Giảm hệ số nạp. - Đối với động cơ xăng, dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ. Để khắc phục các hậu quả xấu trên, cần thiết phải làm mát động cơ. Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát, để đảm bảo cho nhiệt độ các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội. Quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng xấu như đã nói ở trên, còn quá nguội cũng không tốt, vì nếu quá nguội có nghĩa là động cơ được làm quá nhiều vì thế tổn thất nhiệt nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ nhỏ. Mặt khác, do nhiệt độ của động cơ thấp, độ nhớt của dầu nhờn tăng, khiến cho dầu nhờn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát. Hơn nữa khi nhiệt độ thành xilanh thấp quá, nhiên liệu sẽ ngưng tụ trên bề mặt thành xilanh làm cho màng dầu bôi trơn sẽ bị nhiên liệu rửa sạch, nếu trong nhiên liệu có nhiều thành phần lưu huỳnh thì có thể tạo ra các axit do sự kết hợp của nhiên liệu và hơi nước ngưng tụ trên bề thành xilanh. Các axit đó gây ra hiện tượng ăn mòn kim loại. Tóm lại, mức độ làm mát động cơ ảnh hưởng rất lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất của động cơ. 1.2.2 Nhi ệ m v ụ v à ch ứ c n ă ng c ủ a h ệ th ố ng l à m má t độ ng c ơ + Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chủ yếu là làm mát các thiết bị của động cơ chính như: sơ mi xilanh, nắp xi lanh, xupáp xả, vòi phun, đường ống xả… Trên cơ sở đó, hệ thống làm mát phải có các chức năng chủ yếu sau: + Tải nhiệt độ ra khỏi các chi tiết, thiết bị. 4 + 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 vân hành của các trang thiết bị. + Gia nhiệt cho hệ thống lấy nước ngoài tàu, đảm bảo cung cấp nứoc 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, tuỳ 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 đối với hệ thống làm mát cho hệ thống (xét theo điều kiện quy phạm). - 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 dự phòng có sản lượng đủ cung cấp nước làm mát ở điều 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. - Khi động cơ nắp thiết bị tự động điều tiết nhiệt độ, bơm nước biển độc lập có thể dùng bơm nước để làm mát nhiều động cơ. - Các cửa thông biển phải có hai cửa, một cửa thông mạn một cửa thông đáy, đảm bảo hút nước trong mọi điều kiện dễ dàng, không hút nước đã xả ra. - Sau hộp van thông biển phải bố trí bầu lọc rác. - Nhiệt độ nước biển sau làm mát phải được giới hạn để chống ăn mòn. - 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 và hợp kim đồng phải được nắp cực kẽm để bảo vệ. - Đường ống xả ra ngoài mạn tàu phải được bố trí sao cho khi tàu lắc dọc 5 0 và nghiêng ngang 15 0 vẫn làm việc được bình thường. - Khi dùng nước biển để làm mát trực tiếp máy chính hoặc động cơ diesel lai máy phát điện hoặc máy phụ cần phải trang bị kép, phải trang bị bầu lọc đặt giữa van hút nước biển và bơm nước biển làm mát. Bầu lọc này phải có thể làm mát vệ sinh được mà không cần phải ngừng cấp nước đã lọc. - Máy phát điện, máy phụ cần phải trang bị kép và các động cơ lai chúng phải có bơm làm mát chính và bơm dự phòng đủ sản lượng để cung cấp ổn định nước (dầu) ở công 5 suất liên tục lớn nhất của máy. Các bơm này phải được nối với hệ thống để sẵn sàng sử dụng. + Khi mỗi động cơ dẫn động nêu ở trên có một bơm làm mát chính riêng, có thể không cần có bơm làm mát dự phòng. - Hệ thống dẫn động bơm làm mát dự phòng và việc sử dụng các bơm khác. + Phải dẫn động bơm làm mát dự phòng bằng nguồn năng lượng độc lập. + Khi một bơm thích hợp được dẫn động độc lập dùng cho việc khác có thể sử dụng như một bơm làm mát dự phòng thì có thể dùng bơm đó làm bơm làm mát dự phòng. 1.2.4 Giới thiệu mốt số hệ thống làm mát Có hai phương án thiết kế: + Hệ thống làm mát trực tiếp: nước biển trực tiếp là công chất tải nhiệt làm mát cho động cơ chính. + Hệ thống làm mát gián tiếp: nước ngọt tuần hoàn làm mát động cơ, nước ngoài tàu vào làm mát nước ngọt 1.2.4.1 Hệ thống làm mát trực tiếp a. Nguyên lý: Đây là hệ thống làm mát mà nước biển trực tiếp là công chất tải nhiệt. Nước biển được bơm làm mát nước biển hút qua hộp van thông biển, các bầu lọc rác, bộ khử hơi khí, đưa vào các nhánh làm mát động cơ chính, làm mát động cơ phụ, các tổ máy nén khí. Quá trình làm mát động cơ bắt đầu từ bầu sinh hàn dầu nhờn của động cơ, sau đó qua bầu làm mát khí nạp tăng áp, rồi đi vào trong xi lanh, nắp xi lanh, qua làm mát ống xả. Đối với các động cơ cưỡng tải, có thể có một nhánh nước lên làm mát đỉnh piston, sau đó sẽ trở qua két ngoài với mục đích kiểm tra tình hình làm mát các piston. Sau khi làm mát động cơ, một phần nước biển sẽ được đưa qua làm mát các gối trục, thiết bị truyền động, một phần sẽ được đưa trở lại hệ thống hòa trộn với nước biển sau bầu lọc rác để làm tăng nhiệt độ nước biển trong giai đoạn đầu hệ động lực làm việc. Phần lớn nước biển sau khi làm mát được xả ra ngoài mạn. Hệ thống làm mát trực tiếp phải thỏa mãn những yêu cầu chung, mỗi bơm nước biển phải có một bơm nước dự phòng. Trong trang trí động lực của tàu nhỏ, bơm nước đáy tàu và bơm nước biển nên dùng cùng một loại bơm và do động cơ lai. Khi bơm nước biển làm mát động cơ có sự cố có thể dùng bơm nước đáy tàu để 6 thay thế, nhưng không thể dùng bơm nước biển làm mát để thay nhiệm vụ cho bơm nước đáy tàu. b. Ưu nhược điểm: + Hệ thống đơn giản, ít thiết bị, thuận tiện cho khai thác vận hành. + Nhiệt độ nước biển vào làm mát phụ thuộc vào nhiệt độ nước ngoài tàu, khi vào làm mát có khả năng nhiệt độ nước quá thấp (vào mùa đông), gây ra độ chênh nhiệt độ cao, dẫn đến làm rạn nứt xi lanh, nắp xi lanh, không những thế gây ảnh hưởng xấu đến quá trình công tác bình thường của động cơ như quá trình bôi trơn xấu, quá trình cháy không tốt, giảm công suất của động cơ. + Nhiệt độ nước ra khỏi động cơ bị khống chế, không quá 50 ÷ 55 o C, để tránh tạo nên các cáu cặn trong đường ống và các thiết bị, ảnh hưởng không tốt tới hiệu quả làm mát. + Ngoài ra, trong nước biển luôn tồn tại các hợp chất gây ra ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa, nên sau một thời gian hoạt động, đường ống bị ăn mòn nhanh. Để hạn chế các hiện tượng này xảy ra, trên đường ống thường lắp thêm các cực kẽm để bảo vệ. 7 1.2.4.2 Hệ thống làm mát gián tiếp a. Nguyên lý: Trong hệ thống này, nước biển không trực tiếp lấy nhiệt từ động cơ hoặc các thiết bị mà lấy thông qua lượng nước ngọt tuần hoàn trong hệ thống. Do vậy, hệ thống này bao gồm hai vòng tuần hoàn: - Vòng tuần hoàn nước biển: Nước biển được bơm nước biển làm mát hút qua cửa thông biển,có hai cửa thông biển. Một van được lắp ở mạn tàu và một van thông biển được lắp ở đáy tàu. Qua các bầu lọc rác, các bộ khử hơi, khí (nếu có) đưa qua các bầu sinh hàn dầu nhờn, rồi đến các bầu làm mát nước ngọt của các động cơ và thiết bị và được xả ra ngoài tàu. +Nước biển được bơm nước biển làm mát hút cửa thông biển ở mạn tàu qua van 1 qua thiết bị lọc và van V2 vào đường ống số 1.Nước biển cũng được bơm nước biển làm mát hút qua cửa thông biển ở đáy tàu qua thiết bị lọc, qua van V20 vào đường ống số 1.Từ đường ống số 1 nước biển chia làm nhiều nhánh như sau: . Nước biển qua đường ống số 2, qua van V3 tới trạm phát điện CCFJ400 làm mát động cơ Diesel lai máy phát điện rồi qua đường ống số 33, qua van V7 xả ra ngoài tàu. . Nước biển qua đường ống số 3, qua bơm nước biển dịch vụ 1, qua van V31, qua đường ống số 32 làm mát trạm phát điện CCFJ400 rồi qua đường ống 33, van V7 xả ra ngoài tàu. . Nước biển qua đường ống số 4,qua van V6, được hút bởi bơm nước biển làm mát M/E B2, qua đường ống số 17 qua van 10 di qua đường ống số 20 vào bầu làm mát khí nạp rồi đi theo đường ống số 19, đường ống số 18 vào bầu làm mát hộp số, đi ra bằng đường ống số 34, theo đường ống số 16 vào bầu làm mát dầu rồi đi ra qua đường ống 15 vào bầu làm mát nước ngọt, đi ra theo đường ống số 14 qua van V8 xả ra ngoài tàu. . Nước biển qua đường ống số 5 tới bơm dịch vụ nước biển 2. . Nước biển qua đường ống số 6 tới bơm chữa cháy dùng chung. . Nước biển qua đường ống số 7 tới bơm phục vụ phân ly dầu nước. . Nước biển qua đường ống số 8, đi qua van V9 vào trạm phát, đi ra theo đương ống số 22 vào bầu làm mát nước ngọt, đi ra theo đường ống số 21, qua van V1 xả ra ngoài tàu. . Nước biển qua đường ống số 9 tới bơm hút khô – dùng chung. 8 . Nước biển qua đường ống số 10 qua van V17 tới bơm nước làm mat M/E B3, đi ra theo đường ống 24, qua van V14 vào bầu làm mát khí nạp, đi ra theo đường ống số 26 rồi theo đường ống số 25 vào bầu làm mát dầu hộp số, đi ra theo đường ống số 37, theo đường ống số 23 vào bầu làm mát dầu, đi ra theo đường ống 28 vào bầu làm mát nước ngọt và đi theo đường ống số 29, qua van V15 xả ra ngoài tàu. . Nước biển qua đường ống số 11 tới bơm Ejector. . Nước biển qua đường ống số 12 qua van V19 làm mát trạm phát điện CCFJ400 rồi qua đường ống 30, qua van V16 xả ra ngoài tàu. - Vòng tuần hoàn nước ngọt: Nước ngọt tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm làm mát nước ngọt. Sau khi lấy nhiệt từ động cơ hay thiết bị, nước ngọt được đưa qua bầu làm mát nước ngọt. Tại đây, nước ngọt sẽ nhả nhiệt cho nước biển, nhiệt độ của nước ngọt giảm xuống. Sau đó, nước ngọt được đẩy qua bầu làm mát khí nạp của động cơ và quay trở lại động cơ. Trong hệ thống, nhiệt độ nước ngọt cao, có khả năng sinh hơi giảm năng suất tải nhiệt, bơm tuần hoàn dễ bị e, cho nên phải bố trí một két giãn nở tránh tạo bọt khí trong hệ thống. Ngoài ra, két này còn có nhiệm vụ bổ xung nước ngọt vào hệ thống trong quá trình làm việc. Quy phạm quy định rất chặt chẽ đối với hệ thống làm mát gián tiếp. Mỗi động cơ phải có một bơm riêng, phải có bơm dự bị nước ngọt và nước biển, trong trang trí nhiều động cơ có thể dùng một bơm dự bị (cùng một buồng máy) và sản lượng của bơm phải đảm bảo nước cho động cơ lớn nhất. b. Ưu nhược điểm: + Nhiệt độ nước vào làm mát động cơ và thiết bị không phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường, quá trình làm mát ổn định. + Có thể tăng được nhiệt độ nước vào làm mát trong động cơ, giảm độ chênh nhiệt độ giữa nước làm mát và các chi tiết, nâng cao hiệu suất động cơ, kéo dài tuổi thọ của động cơ. + Nước ngọt tuần hoàn trong hệ thống thường được đưa qua xử lý, loại bỏ các tạp chất gây ăn mòn và tạo cáu bẩn, bề mặt các chi tiết, khoang làm mát trong động cơ ít bị đóng cáu tạo điều kiện cho việc truyền nhiệt tốt hơn, tăng tuổi thọ của động cơ. + Hệ thống làm mát gián tiếp có khả năng điều chỉnh được nhiệt độ nước làm mát theo các chế độ vận hành của động cơ. + Hệ thống làm việc an toàn, tính tin cậy cao, thiết bị dự phòng khá đầy đủ 9 4 3 2 1 + Hệ thống phức tạp, thiết bị nhiều, vận hành khó khăn. 1.2.5 Một số trang thiết bị của hệ thống: 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 1.2.5.1 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. nững 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 hoạc hai bơm mác song song (gọi là bơm nước dự phòng). Bơm nước này được lắp thông qua hệ thống van với bơm nước vòng kín hay vòng hở và làm 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. 10 . mát trên hệ thống lớn hơn định mức thắng lực căng lò xo thì van sẽ tự mở. CHƯƠNG 2. TÍNH TOÁN, THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT. 2.1. Nguyên lí hoạt động của hệ thống làm mát gián tiếp: - Hệ thống này. chính. + Hệ thống làm mát gián tiếp: nước ngọt tuần hoàn làm mát động cơ, nước ngoài tàu vào làm mát nước ngọt 1.2.4.1 Hệ thống làm mát trực tiếp a. Nguyên lý: Đây là hệ thống làm mát mà nước biển. mát dự phòng. 1.2.4 Giới thiệu mốt số hệ thống làm mát Có hai phương án thiết kế: + Hệ thống làm mát trực tiếp: nước biển trực tiếp là công chất tải nhiệt làm mát cho động cơ chính. + Hệ thống