thiết kế môn học máy phụ tàu thủy tính toán và thiết kế hệ thống làm mát

Ch­¬ng I : giíi thiÖu chung 1.Tìm hiểu về hệ thống 1.1.Khái niệm về 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 dung để làm mát động cơ là: nước, không khí, dầu…

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA ĐÓNG TÀU -oOo -

THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY PHỤ TÀU THỦY

ĐỀ BÀI:

TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ

HỆ THỐNG LÀM MÁT

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 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

+ 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

1.3 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 cóthể 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 sảnlượng để cung cấp nước ổn định ở công suất liên tục lớn nhất của máy Cácbơm 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

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 đểlàm 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

 55oC 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 5o và nghiêng ngang 15o vẫn làm việc bình thường

CHƯƠNG 2: TÍNH TOÁN HỆ THỐNG2.1.Giới thiệu hệ thống và thiêt bị

6 Két nước ngọt giãn nở ME 1 300 lit

+ Van thông biển,và cửa xả mạn

Là thiết bị dùng để đưa nước từ ngoài vào bên trong của tàu nhằm cung cấp nước cho các bơm hoạt động trong nhiều hoạt động của tàu thủy trong đó có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát của tàu

Kết cấu là loại van 1chiều có thể đưa nước vào trong tàu cung cấp cho các bơm và đóng lại trong trường hợp khi tàu gặp sự cố

Cửa xả mạn dung để đưa nước biển sau khi đã đi làm mát cho nước ngọt có nhiệt đọ cao được xae ra ngoài môi trường

+Các thiết bị vận chuyển trong hệ trục

Bao gồm:bơm, đường ống, van,ống nối,cút nối đây là những thiết bị dùng để vận chuyển nước để làm mát các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu như động cơ chính, máyphát,máy đèn…

Các thiết bị trên sử dụng để vận chuyển công chất làm mát nên dễ xảy

ra ăn mòn, xâm thực của nước biển, rỗ…

Trong hệ thống làm mát thường sử dụng bơm li tâm do có lưu lượng lớn

Hình 2.1.Bơm li tâm

+ Thiết bị lọc

Bao gồm máy lọc hoặc bầu lọc, thiết bị khử khí là những thiết bị dùng

để lọc tạp chất trước khi đưa nước đi làm mát thường có kết cấu là các màng lọc, hoặc máy lọc dạng ly tâm

Đây là những thiết bị làm việc trực tiếp với nước biển nên dễ xảy ra hiện tượng ăn mòn hóa học và ăn mòn điện hóa vì vậy cần phải được chế tạo bằng những vật liệu có khả năng chống lại các hiện tượng trên như mạ crom hoặc thấm nito

+ Thiết bị làm mát

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

+Thiết bị kiểm tra

Hình 2.3.Thiết bị đo áp suất

Chủ yếu là các thiết bị kiểm tra như đồng hồ đo nhiệt độ, rơ le báo nhiệt độcao và đồng hồ đo áp suất của nước làm mát trong đó nhiệt độ của nước làm mát được xác đinh 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.

+Thiết bị cảm biến

Là thiết bị cảm biến nhiệt độ cao ,rơle cảm biến thường được bố trí trên các đường ống dẫn nước đi làm mát cho động cơ.Thiết bị có khả năng

tự động đóng ngắt các van cung cấp nước làm mát cho động cơ Như trong

sơ đồ nguyên lí hệ thống các rơle tiếp tục nhả nhiệt cho nước biển nhiệt và các van ba ngả được bố trí một cách họp lí ,sao cho khi nhiệt độ của nước sau khi ra khỏi bầu làm mát mà vẫn chưa đạt yêu cầu thì lại được đưa trở lại bầu làm mát và

2.2.Nguyên lí hoạt động

+Sơ đồ 1: làm mát máy nén

Nước từ hidrophore nước ngọt qua két nước ngọt làm mát máy nén đi vào đường ống số 1 Từ đây nước ngọt làm mát được chia thành 3 nhánh.Nhánh thứ nhất: nước làm mát đi vào đường ống số 2,qua van 37 được bơm vào làm mát tổ máy nén sự cố sau đó đi qua van 36,vào đường ống số 7

Nhánh thứ 2: nước làm mát đi vào đường ống số 3,qua van 39 được bơm vào làm mát máy nén số 1sau đó ra đường ống 5,qua van 36,vào đường ống

Nước từ hidrophore nước ngọt qua két nước ngọt giãn nở đi vào

đường ống số 2 tới đường ống số 3 và được bơm vào làm mát động cơ Sau khi làm mát, nước làm mát có nhiệt độ cao đi vào đường ống số 6,qua van

43 vao máy sản suất nước ngọt rồi qua van 42,vào đường ống số 8 hoặc nước sau khi làm mát động cơ không qua van 43 mà đi qua van 44 dể vào đường số 8.Nước từ đường ống số 8 đi vào dường ống số 3,qua van 48 đi

ống số 3 tới làm mát động cơ hoàn thành chu trình.

Nước làm mát ra khỏi động cơ có nhiệt độ cao nên sinh ra hơi nước được đưa đến két nước ngọt giãn nở để tách hơi và bổ sung nước

+Sơ đồ 3: làm mát máy phát

Nước từ hidrophore nước ngọt qua két nước ngọt giãn nở đi qua van 27 vào đường ống số 1,tới đường ống số 2 và được bơm vào làm mát máy phát Saukhi làm mát,nước làm mát đi vào đường ống số 3,tới đường ống số 4,qua van 51,đương ống số 5,vào bầu làm mát và nhả nhiệt,sau đó ra đường ống số6,vào đường ống số 4,tới bầu làm mát LO và làm mát cho dầu bồi trơn rồi tiếp tục đến đường ống số 2 hoàn thành chu trình

Nước làm mát ra khỏi máy phát có nhiệt độ cao nên sinh ra hơi nước được đưa đến két nước ngọt giãn nở để tách hơi và bổ sung nước

+Sơ đồ 4: làm mát ME

Nước từ hidrophore nước ngọt qua két nước ngọt giãn nở đi vào

đường ống số 2,tới đường ống số 3 và được bơm vào làm mát động cơ Sau khi làm mát,nước làm mát có nhiệt độ cao đi vào đường ống số 6,tới đường ống số 9,qua van 54 đi vào bầu làm mát và nhả nhiệt,sau đó ra đường ống số

9 và quay lại đường ống số 3 tới làm mát động cơ hoàn thành chu trình.Nước làm mát ra khỏi động cơ có nhiệt độ cao nên sinh ra hơi nước được đưa đến két nước ngọt giãn nở để tách hơi và bổ sung nước

CHƯƠNG 3:TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG

3.1 Sản lượng bơm nước ngọt

Nước ngọt sau khi ra khỏi động cơ nhả nhiệt cho nước biển tại bầu sinh hàn và quay trở lại động cơ Nhiệt lượng mà nước ngọt lấy đi chủ yếu lànhiệt lượng do bản thân động cơ tỏa ra

Nước ngọt sau khi nhả nhiệt cho nước biển, được đưa qua nhận nhiệt của dầu nhờn rồi mới đi vào nhận nhiệt của động cơ Nhiệt lượng mà nước ngọt lấy đi bao gồm lượng nhiệt do dầu nhờn và động cơ nhả ra

Sản lượng nước ngọt được tính theo công thức chung sau:

) (

)

dc

r dc n

dc o v

dn

r dn n

dn o

Q t

t C

Q G

_ Nhiệt độ nước ngọt vào bầu sinh hàn dầu nhờn (oC)

_ Nhiệt độ nước ngọt ra khỏi động cơ (oC)

_ Nhiệt độ nước ngọt vào động cơ (oC) Nhiệt lượng mà nước ngọt nhận được từ động cơ hay chính là nhiệt lượng do động cơ tỏa ra căn cứ vào loại động cơ cụ thể mà xác định, có thể cho trong lý lịch của động cơ hoặc có thể được tính theo công thức sau:

Trong đó:

Ne _ Công suất có ích của động cơ (CV)

Ge _ Suất tiêu hao nhiên liệu (kg/CV.h)_ Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg)

 _ Hệ số nhiệt lượng do nước làm mát lấy đi, thường:

 = (1535)%

= qm.NeVới qm là nhiệt lượng đơn vị do dầu nhờn nhả ra, phụ thuộc vào chủng loại

của động cơ và vòng quay của động cơ:

Trong trường hợp có làm mát đỉnh piston, phải tính cả nhiệt lượng do

đỉnh piston tỏa ra

Tất cả các trị số nhiệt lượng được tính theo công thức trên là được

tính trong điều kiện thiết kế tức là động cơ làm việc ở phụ tải thiết kế, do đó

sản lượng của bơm phải được tăng lên Mặt khác, sau một thời gian sử dụng,

sản lượng của bơm giảm xuống do nhiều nguyên nhân như các chi tiết của

bơm bị mòn, đường ống có cáu cặn, Ngoài ra, còn phải xét đến một yếu tố

nữa là có trường hợp động cơ cần quá tải trong một thời gian nhất định

Chính vì những lý do như vậy, sản lượng của bơm thường được tăng lên so

3.1.2.Động cơ diesel lai máy phát

Vậy chọn két giãn nở có dung tích: V=1 m³

3.2.Tính bầu sinh hàn dầu nhờn,bầu sinh hàn nước ngọt

3.2.1 Tính bầu sinh hàn nước ngọt

Các công thức sử dụng lấy theo sách “Thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ ”

(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 ở cửa vào, t’b = 20oC

t’’nb - nhiệt độ nước biển ở cửa ra, t’’b = 35oC

t = 0,5.(75 + 60) - (20 + 35) = 40oC

K - hệ số truyền nhiệt

(kJ/m2.độ.h)Trong đó:

α1 - hệ số toả nhiệt từ chất lỏng đến ống (Kcal/m2.h.oC)

α2 - hệ số toả nhiệt từ ống đối với chất lỏng ngoài (Kcal/m2.h.oC)

δ - chiều dài của ống (m)

λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (Kcal/m2.h.oC)

Bộ làm mát sau một thời gian làm việc thường xuất hiện cáu cặn ở hai mặt sàng và trong ống, làm hệ số truyền nhiệt giảm xuống và giảm lượng nhiệt trao đổi, cho nên khi tính toán hệ số truyền nhiệt thường đưa thêm một hệ sốđiều chỉnh β vào trong công thức:

3.2.2 Tính bầu sinh hàn dầu nhờn:

- Diện tích truyền nhiệt:

(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’d + t’’d) - (t’nn + t’’nn)]

t’nn - nhiệt độ nước ngọt ở cửa vào, t’nn = 60oC

t’’nn - nhiệt độ nước ngọt ở cửa ra, t’’nn = 75oC

t’d - nhiệt độ dầu ở cửa vào, t’d = 80oC

t’’d - nhiệt độ dầu ở cửa ra, t’’d = 65oC

t = 0,5.(80 + 65) - (60 + 75) = 5 oC

K - hệ số truyền nhiệt

(kJ/m2.độ.h)Trong đó:

α1 - hệ số toả nhiệt từ chất lỏng đến ống (Kcal/m2.h.oC)

α2 - hệ số toả nhiệt từ ống đối với chất lỏng ngoài (Kcal/m2.h.oC)

δ - chiều dài của ống (m)

λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (Kcal/m2.h.oC)

Bộ làm mát sau một thời gian làm việc thường xuất hiện cáu cặn ở hai mặt sàng và trong ống, làm hệ số truyền nhiệt giảm xuống và giảm lượng nhiệt trao đổi, cho nên khi tính toán hệ số truyền nhiệt thường đưa thêm một hệ sốđiều chỉnh β vào trong công thức:

Diện tích trao đổi nhiệt của bầu sinh hàn dầu nhờn máy chính: F = 9,30 m2.

3.3.Chọn bơm nước làm mát máy chính và 2 máy đèn

Chọn bơm với các thông số sau:

Máy chính :lưu lượng Q=305 m³/h

Máy đèn :lưu lượng Q=20 m³/h

Cột áp H=20 m.c.n

3.5 Tính đường ống

Khi xây dụng 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

- Xả được bọt khí ra ngoài

Yêu cầu của dòng chảy 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:

(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:

(m)

Theo quy pham chọn ống có kích thước danh nghĩa d=235 (mm)

+) Đường ống nước ngọt đi làm mát máy đèn:

(m)

Theo quy pham chọn ống có kích thước danh nghĩa d=80 (mm)

3.6 Tính sản lượng bơm nước biển cho bầu làm mát nước ngọt

3.6.1.Máy chính

ST

T Hạng mục tính

Ký hiệ u Đơn vị Công thức - Nguồn gốc Kết quả

1 Công suất có ích

của động cơ

∑Ne

Nhiệt độ của nước

biển ra khỏi bầu

sinh hàn nước ngọt

8

Nhiệt độ của nước

biển vào bầu sinh

1 Công suất có ích

của động cơ

∑Ne

2 Suất tiêu hao

sinh hàn nước ngọt

8

Nhiệt độ của nước

biển vào bầu sinh

Vậy sản lượng bơm nước biển là: Q=35 m³/h

3.6.3 Chọn bơm nước biển làm mát nước ngọt.

Chọn bơm với các thông số sau:

Máy chính Lưu lượng Q=290 m³/h

- 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

- Xả được bọt khí ra ngoài.

Yêu cầu của dòng chảy 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:

-Đường kính ống đi làm mát bầu sinh hàn nước ngọt máy chính là:

(m)Theo quy phạm chọn ống có kích thước danh nghĩa d=230 mm

-Đường kính ống đi làm mát bầu sinh hàn nước ngọt máy đèn là:

(m)Theo quy phạm chọn ống có kích thước danh nghĩa d=80 mm