Mô phỏng cấu tạo và hoạt động của máy phân ly nhiên liệu trên tàu biển đông

Ở hệ thống này, ta thấy chức năng thiết bị phân ly 15 được dùng để làm sạch nhiên liệu tách nước, tạp chất cơ học và các thành phần keo nhựa ra khỏi nhiên liệu từ két dự trữ 14, rồi cấp

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 1

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN LY 2

I.1 Định nghĩa 2

I.2 Chức năng 2

I.2.1 Lọc sạch nhiên liệu 2

I.2.1.1 Hệ thống nhiên liệu điêden (nhiên liệu nhẹ) 3

I.2.1.2 Hệ thống nhiên liệu nặng 5

I.2.2 Chức năng lọc sạch nước lacanh 8

I.3 Nguyên lí hoạt động chung của máy phân ly phổ biến 11

I.4 Phân loại 15

I.5 Giới thiệu một số loại máy phân ly 17

I.5.1 Máy phân ly tháo cặn bằng ly tâm xung động 17

I.5.2 Máy phân ly có bộ tháo cặn liên tục 19

I.5.3 Máy phân ly AX-213 có tốc độ cao 20

I.6 Tính toán năng suất thiết bị phân ly 22

CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO MÁY PHÂN LY NHIÊN LIỆU CỦA TÀU 27

BIỂN ĐÔNG 27

II.1 Giới thiệu về tàu Biển Đông 27

II.2 Gới thiệu về máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông 27

II.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động 27

II.2.2 Các thông số kỹ thuật 28

II.2.3 Nguyên lý hoạt động 29

II.3 Đặc điểm cấu tạo của máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông 30

II.3.1 Cấu tạo tổng thể 30

II.3.2 Cấu tạo các bộ phận cơ bản 33

II 3.2.1 Thiết bị phân ly 33

II.3.2.2 Cơ cấu truyền động …… ……… …36

II.3.2.2.1 Trục đứng 36

II.3.2.2.2 Trục ngang 40

II.3.2.3 Nắp đậy, khóa, đế và một số thiết bị phụ khác 42

II.3.2.3.1 Nắp đậy 43

II.3.2.3.2 Thiết bị khóa trống 44

II.3.2.3.3 Thiết bị khóa nắp máy 44

II.3.2.3.4 Thiết bị hãm 45

II.3.2.4 Hệ thống cung cấp nước làm kín 48

II.3.2.5 Cảm biến tốc độ 49

II.3.2.6 Kính quan sát 50

II.3.2.7 Bơm kép 50

CHƯƠNG III MÔ PHỎNG CẤU TẠO VÀ HOẠT ĐỘNG MỘT SỐ BỘ PHẬN CHÍNH CỦA MÁY PHÂN LY NHIÊN LIỆU TRÊN TÀU BIỂN ĐÔNG 52

III.1 Khái niệm mô phỏng 52

III.2 Đặt vấn đề 52

III.2.1 Mục tiêu 52

III.2.2 Hướng giải quyết vấn đề 53

III.2.2.1 Khảo sát phần mềm ứng dụng: 53

III.2.2.2 Mô phỏng đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động 55

III.2.2.2.1 Mô phỏng cấu tạo 55

III.2.2.2.2 Mô phỏng nguyên lý hoạt động 69

III.2.2.3 Sử dụng phần mềm tạo phim mô phỏng đặc điểm cấu tạo và nguyên lý hoạt động máy phân ly 72

CHƯƠNG IV KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT Ý KIẾN 73

IV.1 Kết luận 73

IV.2 Đề xuất ý kiến 74

LỜI NÓI ĐẦU

Nhằm củng cố, nâng cao kiến thức công nghệ thông tin và áp dụng công nghệ thông tin vào chuyên nghành cơ khí, nằm trong mục tiêu đào tạo cho sinh viên ngành cơ khí Động lực tàu thủy của trường đại học Nha Trang và góp phần làm phong phú thêm các bài giảng về các hệ thống phục vụ động cơ diesel trang bị trên tàu thuỷ Trên cơ sở đó tôi chọn đề tài:

Mô phỏng cấu tạo và hoạt động của máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông

Nội dung:

1 Tổng quan về máy phân ly

2 Đặc điểm cấu tạo máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông

3 Mô phỏng cấu tạo và hoạt động một số bộ phận chính của máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông

4 Kết luận và đề xuất ý kiến

Với kiến thức và thời gian có hạn nên đề tài của tôi còn nhiều sai sót, kính mong sự chỉ dẫn của quý thầy giáo và các bạn đóng góp ý kiến để cho đề tài của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn: Ths Đoàn Phước Thọ và các thầy trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ tôi để hoàn thành đề tài này

Nha Trang, tháng 6 / 2011 Sinh viên thực hiện

Đỗ Hữu Phê

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ MÁY PHÂN LY I.1 Định nghĩa

Khi cần tách các tạp chất (nước, thành phần keo nhựa, tạp chất,…) ra khỏi một hỗn hợp chất lỏng Ta đưa hỗn hợp chất lỏng này vào một thiết bị quay với một vận tốc cao khi làm việc, tang trống của nó tạo ra một lực ly tâm rất lớn dùng để tách các tạp chất, nước, thành phần keo nhựa,… ra khỏi chất lỏng đưa vào máy Thiết bị

đó gọi là máy phân ly

I.2 Chức năng

Máy phân ly có nhiều chức năng như lọc sạch nhiên liệu, lọc sạch nước lacanh

và lọc sạch dầu

I.2.1 Lọc sạch nhiên liệu

Máy phân ly là một thiết bị nằm trong hệ thống nhiên liệu có chức năng lọc sạch nhiên liệu: Loại bỏ các tập chất, các thành phần keo nhựa và nước có trong nhiên liệu Góp phần cùng với các thiết bị khác trong hệ thống nhiên liệu đảm bảo cho hệ thống nhiên liệu của động cơ hoạt động tốt Đảm bảo nhiên liệu phun vào buồng đốt của động cơ tươi xốp, đúng thời điểm và đúng quy luật

Đa số các động cơ điêden tàu thủy làm việc bằng nhiên liệu điêden (nhiên liệu

nhẹ) Các động cơ điêden tàu thủy cỡ lớn dùng làm máy chính thường sử dụng nhiên liệu nặng Ở đó có trang bị hệ thống sử dụng hai loại nhiên liệu: nhiên liệu điêden và nhiên liệu nặng Nhiên liệu điêden được sử dụng khi khởi động, manơ và khi động cơ chính làm việc ở chế độ cơ động, còn nhiên liệu nặng được sử dụng cho chế độ hành trình của tàu

Để thấy rõ được chức năng của máy phân ly trong hệ thống nhiên liệu ta khảo sát một vài hệ thống nhiên liệu động cơ điêden tàu thủy sau:

I.2.1.1 Hệ thống nhiên liệu điêden (nhiên liệu nhẹ)

Sơ đồ nguyên lý của hệ thống nhiên liệu điêzen được thể hiện như sau:

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu điêden (nhẹ)

1 Động cơ điêden chính (máy chính); 2 Nồi hơi phụ độc lập; 3 Lọc thô; 4 Bơm cấp dẫn động điện; 5.Két nhiên liệu hàng ngày dùng cho nồi hơi; 6 Két nhiên liệu hàng ngày dùng cho động cơ chính; 7 Két nhiên liệu hàng ngày dùng cho động cơ phụ; 8 Bơm chuyển dẫn động tay; 9 Bơm chuyển dẫn động điện; 10 Lọc thô;

11 Ống chuyển nhiên liệu khỏi tàu; 12 Ống nhận nhiên liệu; 13 Lọc thô; 14 Két

dự trữ nhiên liệu; 15 Thiết bị phân ly; 16 Động cơ điêden phụ (máy phụ); 17 Két tháo; 18 Lọc thô kép

Ở hệ thống này, ta thấy chức năng thiết bị phân ly 15 được dùng để làm sạch nhiên liệu (tách nước, tạp chất cơ học và các thành phần keo nhựa ra khỏi nhiên liệu) từ két dự trữ 14, rồi cấp đến các két hàng ngày 5, 6, 7

Ngoài ra nhiên liệu rò rỉ từ các động cơ diêzen và từ đáy két hàng ngày được đưa về két tháo 17 Từ két tháo, nhiên liệu được đưa đến thiết bị phân ly 15 làm sạch rồi chuyển về các két hàng ngày

Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu này như sau:

Cả máy chính 1, máy phụ 16 và nồi hơi phụ độc lập 2 cùng sử dụng một loại nhiên liệu Từ két dự trữ 14, nhiên liệu được bơm chuyển (dẫn động điện) 9 hoặc bơm tay 8 hút và cấp theo đường ống qua lọc thô 10 vào các két hàng ngày của nồi hơi độc lập 5, của máy chính 6 và của máy phụ 7 Từ các két này, nhiên liệu tự chảy tương ứng qua các van chặn đóng mở nhanh đi đến các động cơ điêden phụ 16 và qua lọc kép 18 đến các động cơ điêden chính 1 Khi cần thì trên tuyến ống dẫn nhiên liệu đến các động cơ điêden sẽ được trang bị thêm các bơm chuyển

Trong các thiết bị điêden làm việc bằng nhiên liệu nhẹ người ta sử dụng một máy phân ly để tách nước, các tạp chất vô cơ và cơ học

I.2.1.2 Hệ thống nhiên liệu nặng

Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống nhiên liệu nặng của TBNL điêden

1 Bộ sấy hơi; 2 Két lắng đọng; 3 Két hàng ngày; 4 Lọc thô; 5 Bơm cấp nhiên liệu dẫn động điện; 6 Thiết bị làm mát; 7 Lọc thô; 8 Két nhiên liệu điêden hàng ngày; 9 Bơm chuyển nhiên liệu dẫn động điện; 10 Két dự trữ nhiên liệu điêden;

11 Động cơ chính; 12 Khối van hơi điều khiển mạch nhiên liệu; 13 Bơm chuyển nhiên liệu dẫn động điện; 14 Bộ điều tiết nhiệt; 15 Bộ sấy điện; 16 Lọc thô;

17 Lọc tinh kép; 18 bơm; 19 máy phân ly; 20 Bộ sấy điện; 21 Bơm 23 Bơm tay;

24 Bơm chuyển nhiên liệu dẫn động điện; 25 chuyển nhiên liệu dẫn động điện;

22 két nhiên liệu dự trữ;

Trong sơ đồ nguyên lý trên máy phân ly được ký hiệu 19 dùng để phân ly tách các tạp chất trong dầu FO sau đó nhiên liệu mới được bơm chuyển đến két dùng hàng ngày số 3

Dầu FO có một số tính chất mà cần phải đưa vào phân ly trước khi cho vào động cơ sử dụng:

Thành phần nhiên liệu FO: Dầu FO là phân đoạn nặng thu được khi chưng cất dầu thô parafin và asphalt ở áp suất khí quyển và trong chân không Các dầu

FO có điểm sôi cao

Một trong những tính chất của dầu FO là độ nhớt rất cao

Tính chất quan trọng thứ hai của dầu FO là điểm chớp cháy Điểm chớp cháy cực tiểu của tất cả các dầu là 65,5 0C (~ 150 0F)

Tính chất quan trọng thứ ba của dầu FO là hàm lượng nước Bởi vì các dầu nặng có tỉ trọng gần bằng tỉ trọng của nước nên phải giữ dầu không tiếp xúc với nước trong quá trình sản xuất và bảo quản vì nếu lẫn nước rất khó tách ra khỏi dầu Tính chất quan trọng cuối cùng là các dầu F O đ ề u chứa nhiều tập chất cơ học

Ví dụ, ở Anh những yêu cầu ở trên được chia thành các cấp độ khác nhau Với các dầu FO dùng cho động cơ đi biển của Anh như sau:

Bảng 1.1 Các cấp khác nhau của dầu FO

Vì những tính chất trên của dầu FO nên khi dùng ta phải dùng thiết bị phân ly Nếu không dùng thiết bị phân ly để làm sạch dầu thì:

Dầu có độ nhớt cao khó di chuyển trong hệ thống nhiên liệu

Dầu có nhiều nước không tốt cho quá trình cháy

Chất lượng dầu bôi trơn giảm rất nhanh

Nhiều chi tiết của động cơ bị đóng cặn bẩn và vòi phun hay bị tắc

Dầu có tạp chất nhiều làm mài mòn bơm cao áp, kim phun, pittông-xilanh của động cơ Từ đó tuổi thọ của động cơ sẽ giảm xuống

Vì vậy khi dùng dầu FO nhất thiết phải dùng máy phân ly làm sạch nhiên liệu Trong các TBNL điêden làm việc bằng nhiên liệu nặng, ngoài hệ thống nhiên liệu nặng, người ta còn trang bị thêm hệ thống nhiên liệu điêden để phục vụ cho việc khởi động động cơ chính và phục vụ chế độ cơ động tàu, cũng như cấp cho các động cơ điêden phụ Thiết bị phân ly thường là loại có dùng nước rửa các muối hòa tan có trong nhiên liệu

Để thấy rõ vai trò của máy phân ly trong hệ thống nhiên liệu nặng ta tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu này (hình 1.2) như sau:

Ở hệ thống này, nhiên liệu từ các két dự trữ 22, có trang bị bộ sấy hơi 1, được bơm chuyển nhiên liệu (dẫn động điện) 24 hoặc bơm tay 23 hút và cấp vào két lắng đọng 2, cũng được trang bị bộ sấy hơi 1 Từ két lắng đọng, nhiên liệu được bơm (dẫn động điện) 21 của thiết bị phân ly hút qua lọc thô 25 cấp vào bộ sấy 20 và máy phân ly 19 Nước nóng từ nồi hơi độc lập được cấp vào thiết bị phân ly để rửa nhiên liệu Nhiên liệu, sau khi ra khỏi máy phân ly 19, được bơm 18 cấp vào két hàng ngày 3, có trang bị bộ sấy 1 Két nhiên liệu bẩn được đặt gần thiết bị phân ly Nhiên liệu từ két hàng ngày 3, khi đi qua bộ lọc thô 4 nhờ bơm cấp 5 chuyển qua bộ sấy điện 15, lọc thô 16 và lọc tinh kép 17, vào khối van hơi điều khiển mạch nhiên liệu

12 Trong khối van 12, việc chuyển mạch cấp nhiên liệu nặng hoặc nhiên liệu nhẹ đến động cơ chính 11 được thực hiện nhờ tác động điều khiển

Nhiên liệu bẩn từ đáy các két hàng ngày, từ lọc và nhiên liệu rò rỉ từ các động

cơ được tập trung về két tháo Nhiên liệu bẩn từ két lắng đọng và cặn bã từ thiết bị phân ly được đổ vào két nhiên liệu bẩn

Phân ly là hình thức lọc sạch hiệu quả nhất vì nó không những tách khỏi nhiên liệu các tạp chất cơ học mà còn tách được cả nước và các thành phần keo nhựa Trong thiết bị điêden làm việc bằng nhiên liệu nặng, người ta trang bị hai máy phân ly mắc nối tiếp có tác dụng lọc sạch nhiên liệu sạch hơn Thông thường, trên các tàu biển, người ta trang bị (34) máy phân ly, một hoặc hai trong số đó đóng vai trò dự phòng

Nguyên tắc làm sạch của máy phân ly dựa trên cơ sở tác dụng của lực ly tâm xuất hiện khi máy làm việc, làm phân lớp các chất có tỷ trọng khác nhau theo hướng kính

I.2.2 Chức năng lọc sạch nước lacanh

Ngoài ra ta còn có thể thấy chức năng của máy phân ly qua sơ đồ sau đây:

Hình 1.3 Sơ đồ hoạt động thiết bị động cơ tàu thủy

Theo sơ đồ trên ta thấy, các hoạt động của thiết bị động cơ tàu thủy luơn cĩ khả năng tạo ra dầu lẫn vào nước rị rỉ trong lacanh buồng máy

Trong quá trình hoạt động do đặc điểm cấu tạo hệ động lực tàu thủy mà một lượng nước thường xuyên được tạo ra tích tụ dưới buồng máy, mặt khác do nhiên liệu, dầu bơi trơn của các máy mĩc rị rỉ ra ngồi tàu hay trong quá trình vận chuyển, vệ sinh cĩ sự rị rỉ dầu ra ngồi Dầu rị rỉ kết hợp với nước tạo thành một hỗn hợp Hỗn hợp này được gọi là nước lacanh

Bảng 1.2 Lượng nước lacanh sau một ngày đêm theo lượng chiếm nước của tàu

TT Lượng chiếm nước của tàu

Đặc điểm của nước lacanh:

-Tính chất lý hóa của nước la canh thay đổi thường xuyên theo thời gian và phụ thuộc vào nguồn gốc của nó được tạo thành

-Hàm lượng dầu trong nước la canh dao động trong một khoảng rộng, thường

-Trong nước lacanh bao giờ cũng có chất tẩy rửa, các cặn, các hạt với kích thước khác nhau từ 1030 micromet

-Mặc dù dầu không tan trong nước song trong thực tế hàm lượng dầu hòa tan

Nước lacanh này không được phép bơm thẳng ra ngoài biển mà phải xử lý theo đúng công ước quốc tế MARPOL 73/78

Trong sơ đồ này ta thấy trong quá trình tổ hợp máy lọc dầu ly tâm 9 và bộ hâm

8 lấy dầu từ két lắng (Settling Tank) để làm sạch rồi đưa tới két dùng ngày (Service Tank) cho động cơ thì luôn có một lượng dầu bẩn, tạp chất và nước được tách đưa

ra các két chứa dầu bẩn (Sludge Tank) Lượng dầu này được lọc lại lần nữa khi đi qua tổ hợp máy lọc ly tâm 19 và bộ hâm 8 để về két dầu tái sinh (Recover Tank) còn phần cặn, nước cho thải xuống két lacanh (Bilge Water Tank) Vì còn nhiều khả năng lẫn dầu từ nhiều nguồn khác nữa nên nước lacanh này phải được xử lý tiếp tại máy lọc nước lacanh (Oily Water Saperator) và chỉ cho phép nước sau khi lọc đạt tiêu chuẩn hàm lượng dầu trong đó bằng hoặc dưới 15 pmm (Phần triệu) thì mới được thải qua mạn

I.3 Nguyên lí hoạt động chung của máy phân ly phổ biến

Thiết bị được sử dụng để phân ly, tách nhỏ hoặc làm lắng đọng các phần tử rắn trong chất lỏng bằng cách tạo ra các tốc độ lắng đọng khác nhau dưới tác động của trường lực ly tâm đối với các pha nặng/nhẹ hoặc pha rắn có khối lượng riêng khác nhau và không thể hoà tan với nhau trong một hỗn hợp chất lỏng

Vật liệu (chất lỏng hỗn hợp) đi qua ống nạp vào tang trống và dưới tác động của trường lực ly tâm mạnh, chất lỏng hỗn hợp này đi qua các khoang phân ly của một bộ các cụm đĩa, bằng cách lấy các lỗ trung hoà như một mặt phẳng phân ly, chất lỏng có khối lượng riêng lớn hơn (pha nặng) sẽ đi qua các lỗ trung hoà dọc theo mặt (tường), chất lắng đọng nặng (các tạp chất ) tập trung tại khu vực chất lắng đọng, chất lỏng có khối lượng riêng thấp hơn (pha nhẹ) sẽ đi theo đĩa vào phía trong

và lên trên, tụ hợp lại và chảy đến bơm (ở phía dưới), như vậy các pha nặng (nhẹ) sẽ

là sản phẩm đầu ra thông qua bơm hướng tâm lớn (bé) tương ứng

Khi van điều khiển đưa nước làm kín vào tang trống đang quay với tốc độ lớn, nước làm kín sẽ đi vào khoang nước làm việc ở khu vực dưới pít tông trượt Áp suất

ly tâm phát sinh ở đây sẽ đẩy pít tông lên phía trên và đè chặt gioăng trên nắp tang trống, làm cho cổng xả chất lắng đọng đóng lại, như vậy làm kín khoang làm việc của tang trống

Khi van điều khiển đưa nước xả chất lắng đọng vào khoang phía trên đệm làm kín, áp suất ly tâm phát sinh sẽ đẩy pít tông trượt xuống phía dưới, thắng lực lò xo

và tác động mở 3 van thông đường, làm cho nước làm kín ở phía dưới pít tông trượt

xả ra ngoài một cách nhanh chóng Với tác động của lực ly tâm của các chất đang được xử lý trong tang trống, pít tông trượt rơi xuống phía dưới, các chất lắng nặng gom lại ở đây sẽ được xả nhanh ra ngoài từ cổng xả chất lắng đọng ở trên tang trống

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy phân ly như sau:

7 Két tháo; 8 Bơm chuyển; 9 Ống tràn

Hoạt động của sơ đồ thiết bị phân ly này như sau: Bơm 8 là bơm kép, nó vừa cấp năng lượng cho máy phân ly, vừa chuyển nhiên liệu sạch đến két nhiên liệu hàng ngày hay két phân ly Trước khi cấp vào máy phân ly 1, nhiên liệu được chuyển qua bộ sấy 2 để sấy nóng Cặn bẩn, do kết quả phân ly, được tập trung vào két nhiên liệu bẩn 3 Nhiên liệu đã lọc sạch được dẫn ra theo các ống 4 và 5 Khi máy phân ly được nạp quá đầy, nhiên liệu theo ống tràn 9 đổ về két tháo 7

Nhiên liệu nặng có chứa một số lượng lớn các chất keo nhựa, các tạp chất hòa tan và không hòa tan trong nước Khi đốt cháy, nó tạo thành tro và mài mòn nhanh

các chi tiết cặp pittông – xilanh của động cơ Do vậy, cần phải tăng cường biện pháp làm sạch nhiên liệu Thành phần chủ yếu của tro là các hạt natri, vanadi và lưu huỳnh Bằng cách dùng nước rửa nhiên liệu có thể loại khỏi nhiên liệu chừng 75% muối natri Vì vậy, trong hệ thống nhiên liệu nặng, người ta tiến hành rửa và làm

sạch nhiên liệu trong hai máy phân ly, được mắc nối tiếp nhau (Hình 1.6) Trong

máy phân ly thứ I (loại máy 3 pha) nhiên liệu và nước nóng được cấp vào đó, làm việc như một bộ lọc, đảm bảo việc rửa nhiên liệu bằng nước, loại bỏ nước và cặn bẩn khỏi nhiên liệu Còn máy phân ly thứ II (có thể là máy 3 pha hay 2 pha) đóng vai trò của máy làm trong, nó làm sạch nhiên liệu ở khâu cuối cùng Trước khi đi qua máy phân ly, nhiên liệu được sấy đến 0C

)7055(  Nước nóng để rửa nhiên liệu

có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của nhiên liệu ( 3 5)0C

Hình 1.5 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân ly nhiên liệu nặng

1 Đường ống cấp nhiên liệu vào két lắng đọng; 2 Két lắng đọng; 3, 4 Đường ống dẫn nhiên liệu đến bơm; 5 Bơm chuyển dẫn động điện; 6 Bộ sấy bằng hơi; 7 Máy phân ly 3 pha (purier) thứ I; 8 Đường ống dẫn nhiên liệu đến máy phân ly thứ II;

9 Máy phân ly thứ II; 10 Bơm chuyển dẫn động điện; 11 Đường ống dẫn nhiên liệu sạch; 12 Két nhiên liệu hàng ngày; 13 Đường ống nhiên liệu cấp cho hộ tiêu thụ; 14 Đường ống cấp nước nóng để rửa nhiên liệu; 15 Két nhiên liệu bẩn

Máy phân ly dạng đĩa được sử dụng phổ biến và tùy theo phương thức xả cặn, người ta xếp nó thành 2 nhóm sau:

- Máy phân ly xả cặn định kỳ, nghĩa là sau một thời gian hoạt động nhất định của máy, người ta tiến hành xả cặn một lần Có 3 kiểu xả cặn: xả cặn định kỳ bằng tay, xả cặn định kỳ tự động theo chương trình và xả cặn định kỳ tự động không theo chương trình

- Máy phân ly xả cặn liên tục, ở đó việc xả cặn được tiến hành liên tục đồng thời với quá trình phân ly

Hình 1.6 thể hiện máy phân ly tự động xả cặn định kỳ Trước khi xả cặn, nước được cấp vào máy đồng thời với việc ngừng cấp nhiên liệu Nhờ áp suất của nước cấp, đáy trượt 1 được nâng lên, ép vào nắp chụp và mở lối thông xả cặn đồng thời quá trình xả cặn diễn ra Do nước được cấp trong thời gian ngắn nên sau đó, áp suất nước giảm và đáy trượt 1 hạ xuống, kết thúc việc xả cặn

Hình 1.6 Cấu tạo máy phân ly xả cặn định kỳ a) Máy đang hoạt động phân ly

b) Máy đang xả cặn

(ngừng cấp nhiên liệu)

1 Đáy trượt; 2 Trống quay (phần trên)

I.4 Phân loại

Về mặt cấu tạo có 2 loại: Máy phân ly dạng đĩa nón và máy phân ly dạng

1 Đường ống dẫn nhiên liệu vào; 2 Nhiên liệu sạch; 3 Nước; 4 Tạp chất cơ học

Tùy thuộc vào ý nghĩa công nghệ người ta chia máy phân ly ra làm 2 loại:

-Máy phân ly 2 pha (clarifier) là loại máy phân ly tạo ra 2 pha: rắn và lỏng;

như vậy, thông thường sẽ không có đường xả nước ra

-Máy phân ly 3 pha (purifier) là loại máy phân ly tạo ra 3 pha: rắn, lỏng nặng

và lỏng nhẹ hay là tạp chất cơ học, nước và nhiên liệu sạch

Các máy phân ly purifier có thể làm việc theo chế độ clarifier khi có sự điều

chỉnh nhất định

Theo mục đích công nghệ máy phân ly chất lỏng được chia làm 5 nhóm như

sau:

-Các máy phân ly dùng để tách các chất lỏng không hòa tan với nhau (Ví dụ: như nước và paraffin) đồng thời loại cấu tử lơ lửng ra chất lỏng

-Bộ lọc để loại các cấu tử lơ lửng khỏi chất lỏng

-Bộ lọc là bộ phận được hoạt động chủ yếu phụ thuộc vào sự lắp ráp roto

-Máy cô đặc để tăng nồng độ các cấu tử lơ lửng, phân chia các sản phẩm nhũ tương

-Máy phân cấp để phân loại các cấu tử lơ lửng của huyền phù theo kích thước hay theo tỷ trọng các hạt

Theo phương pháp thải chất lắng từ rôto các máy phân ly được chia ra loại:

-Máy phân ly tháo bằng xung động ly tâm (tự tháo liệu)

-Loại máy phân ly tháo bằng ly tâm liên tục (có ống thổi thẳng)

-Loại máy phân ly tháo cặn bằng phương pháp thủ công khi dừng roto

Năng suất của máy phân ly phụ thuộc vào các tính chất hóa lý của vật liệu gia công, cũng như vào mức độ cô đặc được yêu cầu

Yếu tố phân chia của máy phân ly phụ thuộc vào các chỉ số kết cấu và được tính theo công thức:

Trong đó:

i : số đĩa

Tốc độ góc của trống, độ/s

 Góc nghiêng tạo ra giữa đĩa và mặt phẳng ngang, độ

Rmax và Rmin: Bán kính lớn nhất và bán kính bé nhất của đĩa, mm

I.5 Giới thiệu một số loại máy phân ly

I.5.1 Máy phân ly tháo cặn bằng ly tâm xung động

Máy phân ly làm lắng dạng đĩa được sử dụng để làm trong chất lỏng và tách các tạp chất của chất lỏng

Thuộc loại này bao gồm các máy phân ly kín dạng АСЭ-Б, ОДЛ-637, АСЭ có

bộ tháo cặn bằng xung động ly tâm

Máy phân ly dạng АСЭ-Б, (hình 1.8) gồm khung máy có 2 cơ cấu dẫn động trống quay có van để tháo chất lỏng giữa các đĩa, cơ cấu nhận và tháo 18, thủy trạm

7 và bộ hãm Bên trong vỏ máy phân ly lắp các cơ cấu dẫn động, tốc kế vòng 5, bộ hãm và thủy trạm Ở phần trên của vỏ có âu 8, bên trong nó có thùng chứa chất lỏng giữa các đĩa Âu 8 được lắp thêm hai đoạn ống để nạp và tháo chất lỏng lạnh trong quá trình phân ly Trống quay là bộ phận hoạt động cơ bản, dưới tác động của lực ly tâm trong không gian giữa các đĩa xảy ra hiện tượng tách các hạt lơ lửng từ chất lỏng được đưa vào phân ly Trong vỏ 11 của trống quay được lắp bộ giữ đĩa 14, bộ đĩa 15, pittông 13 và van 10 Thủy trạm được đặt trong âu để điều khiển đóng, tháo trống quay và mở các van

Trống quay được nhờ động cơ riêng biệt Động cơ được nói với trục ngang 4 qua khớp nối, do đó những biến đổi đáng kể của momen xoắn bị triệt tiêu Khớp ly hợp ma sát bảo đảm cho truyền động quay không đổi và nhịp nhàng

Chất lỏng được đưa vào phân ly theo ống nạp trung tâm 19 vào khoang trong của bộ giữ đĩa, sau đó vào khoang không gian chứa bùn 23 của trống Dưới tác dụng của lực ly tâm, những hạt nặng và lớn nhất của sinh khối bị bắn tới ngoại vi trống, còn chất lỏng có các hạt sinh khối nhỏ hơn thì vào túi của các đĩa hình nón Độ mỏng của lớp và tính phân tầng của dòng chảy sẽ bảo đảm tách những hạt sinh khối nhỏ nhất trong không gian giữa các đĩa ở trên bề mặt trong của các đĩa

Chất lỏng đã được làm trong chảy ngược lên theo các rãnh ngoài của bộ đĩa vào khoang của đĩa áp lực 17 và được tháo ra khỏi trống, còn các hạt sinh khối đã

được tách ra chuyển xuống theo bề mặt các đĩa vào khoảng không chứa bùn Khi khoảng không chứa bùn đã đầy thì ngừng nạp canh trường chất lỏng và nhờ hai cơ cấu van rót mà chất lỏng đã được làm trong từ khoảng không giữa các đĩa vào thùng chứa Nhờ có cơ cấu tháo mà sinh khối được đẩy vào thùng chứa bùn 22 Sau khi ngừng nạp nước đệm vào khoang trên pittông, đóng kín trống quay và chu kỳ công nghệ được lặp lại Để bít kín khoảng không gian chứa bùn trong máy phân ly kiểu

ly tâm có bộ tháo cặn bằng xung động cần phải tạo độ chênh lệch áp suất giũa chất lỏng bên trong trống và áp suất của phần tử đưa vào bề mặt kín Để thực hiện được điều đó có thể sử dụng chất đệm phụ, không khí, cũng có thể là lò xo hay các phần

tử đàn hồi khác

Hình 1.8 Máy phân ly tháo cặn bằng ly tâm xung động

I.5.2 Máy phân ly có bộ tháo cặn liên tục

Máy phân ly (Hình1.9) gồm khung 1 với cơ cấu dẫn động, trống quay 2 với các đĩa, trục và đoạn tháo chất lỏng canh trường đã xử lý 3 Dẫn động máy phân ly được thực hiện từ động cơ riêng biệt qua khớp nối ly hợp ma sát và bộ truyền trục vít bánh vít có tốc độ cao Trống quay được lắp đặt tự do trên trục con và được lắp vào các rảnh xẻ của trục bằng thanh giằng, nhờ đó đảm bảo việc tự điều chỉnh tâm của trống quay Bên trong trống được lắp các đĩa hình nón có các gờ trên bề mặt ngoài, khoảng cách giữa các đĩa bằng 0.8 mm Gia cố các túi trong ống quay nằm trong bộ giữ đĩa Ở phần dưới của máy theo vòng tròn phân bổ các rãnh xuyên qua được đặt các ống tháo chất

Hình 1.9 Máy ly tâm COC-501K-3

I.5.3 Máy phân ly AX-213 có tốc độ cao

Hình 1.10 Máy phân ly AX-213 của hãng α -Lavale Máy phân ly này có tốc độ quay cao có thể tách được các hạt có đường kính nhỏ đến 0.005 Năng suất của máy đạt 30 m3/h

Các hạt rắn được phân ly tập trung ở ngoại vi của trống quay ngoài vùng phân

ly và trong khoảng thời gian 4-5 phút thì tháo cặn ra ngoài nhằm tránh sự ngăn cản dòng tiếp theo Máy phân ly này làm việc liên tục, không cần phải ngừng để làm sạch, có hệ thống điều kiển quá trình tháo dỡ các hạt rắn, quá trình rửa không cần tháo trống quay và hoàn toàn được tự động hóa

Máy phân ly này được lắp trên bệ 13 có bốn chân giảm sốc 10, đảm bảo tính

ổn định và loại trừ dao động của máy khi hoạt động Bên trong vỏ có trục đứng, trống quay 2 được lắp chặt trên trục hình thành dạng lõi-ống Các ổ trục trên và dưới được lắp trong các bộ giảm xóc bằng cao su để loại trừ rung động Hệ bôi trơn bằng phun dầu tạo sương mù được tiến hành khi trục quay

Trống của máy phân ly được trang bị các túi 3 để gom hạt rắn Các mặt bên của túi được xếp thành góc để hướng các hạt rắn vào các ống xả Sự bố trí các ống

xả theo dọc trục cho phép đảm bảo sự hoàn chỉnh tường ngoài của trống và làm cho

nó có độ bền cơ học lớn Sự tồn tại vòng hãm làm cho đường kính nhỏ lại nhằm giảm khối lượng và tăng độ bền thiết bị nhưng cho phép đạt tốc độ cao

Động cơ 12 được lắp trên bệ, truyền động quay tới trục trống nhờ đai đơn dẹt Khớp nối từ tính 11 bảo đảm việc mở và dừng trục một cách êm thuận Máy phân ly này được trang bị bộ hãm bằng thủ công để tác động tới tang của thùng chứa dầu đặt ở trong đáy vỏ trục

Nạp chất lỏng phân ly ban đầu vào trống từ trên theo ống tâm cố định 1, rồi qua bộ phân phối để vào bộ đĩa 7, tại đây các hạt rắn được tách ra Các hạt rắn được bắn xuyên tâm theo hướng tác động của các lực ly tâm và được tháo xuống đĩa, rơi xuống mép đĩa và được đẩy ra khỏi khoảng giữa các đĩa vào ngoại vi đã được phân

bố của túi, tại đây các hạt được gom lại

Chất lỏng trong chảy lên miệng trống và được tháo ra nhờ đĩa áp lực 4 Trên đĩa áp lực có vật đệm kín 5

Tiến hành phun gián đoạn các hạt rắn, cứ 4 đến 5 phút phun một lần trong khi chất lỏng được nạp liên tục và không ngừng hoạt động Các ống xả dọc trục 6 được nối với các van Trong điều kiện bình thường, các van được đóng lại nhờ tấm chắn

lò xo Để đẩy các hạt rắn, tấm chắn hạ xuống nhờ thổi đột ngột không khí vào trục rỗng của trống Khi đó các van được mở ra và các hạt rắn được tháo vào vòng gom Các hạt rắn được tháo ra từ vòng gom vào xiclon, sau đó được tháo ra ngoài dưới áp suất của lực ly tâm

Thiết bị phân ly này gồm có máy phân ly 3, trạm điều khiển 2, tủ 1 có thiết vị chuyển mạch và bộ van 4 Tất cả các công đoạn được thực hiện ở chế độ tự động

Hình 1.11 Sơ đồ thiết bị phân ly AX-213 của hãng α -Lavale

I.6 Tính toán năng suất thiết bị phân ly

Hiệu suất phân ly tỉ lệ với với số vòng quay của trống, đường kính của nó, kích thước các hạt, với sự khác biệt giữa các pha rắn và pha lỏng Khi tăng độ nhớt của môi trường thì hiệu suất phân ly giảm

Năng suất phân ly tính theo thể tích huyền phù được nạp vào trong một giây (m3/s)

 - Góc nghiêng tạo nên côn đĩa,độ (=45-60)

Rmax và Rmin - Bán kính lớn nhất và bán kính nhỏ nhất của đĩa, m;

1 và 2 - Tỉ trọng pha rắn và môi trường, kg/m3;

 - Độ nhớt động học của hệ phân tán, Pa.s;

R - Bán kính quy đổi của hạt rắn, m;

Cd và Cc- Phần thể tích các hạt rắn trong huyền phù và trong chất cô, %; Công thức qui đổi được sử dụng để tính các máy phân ly bằng phương pháp phun Hệ số cô tính đến ảnh hưởng hàm lượng pha rắn hay tựa pha rắn.Trị số hệ số

cô phụ thuộc vào nồng độ huyền phù nạp vào máy và được nêu ở bảng sau:

40

50

60

0.6572 0.5712 0.4966 Tốc độ lắng của các hạt trong máy phân ly (m/s)

Đường kính các lỗ phun của máy phân ly (m)

Trong đó:

Q : Năng suất máy phân ly, m3/s;

Zc : Số lượng các lỗ;

Kch : Hệ số chảy,đối với cặn thường lấy bằng 0.7;

R : Khoảng cách từ trục quay của trống đến lỗ thoát của vòi phun;

r : Khoảng cách từ trục quay của trống đến bề mặt chất lỏng,m

Từ phương trình này có thể xác định nổng độ sinh khối trong huyền phù cô:

Trong các máy phân ly ngoài các với phun bên ngoài còn có các vòi phun bên trong được nối với nhau bằng các van Để cho máy phân ly hoạt động bình thường,

tỷ số kích thước giũa các vòi trong và vòi ngoài cần phải ở trong giới hạn:

1.7dngoài < dtrong < 2d Tổng công suất tiêu hao cho dẫn động máy phân ly (kW):

N= N c + N l+ N t+ N m

v : Tốc độ tháo chất cô qua vòi phun, m/s: v=0.08 R 2 r ;

 : Góc nghiêng của trục tâm vòi với đường tiếp tuyến, độ;

Qc: Tiêu hao chất cô qua vòi phun, m3/s

Nếu chất lỏng phế thải được tháo tự do tiêu hao công suất (Kw) để tháo có thể xác định theo công thức:

Nl =10-3Qlr

Trong đó:

Q l - Lưu lượng chất lỏng đã được làm trong, m3/h

Nếu chất lỏng trong được tháo ra nhờ đĩa áp lực thì tiêu hao công suất (kW) có thể được cho phép xác định tương tự như hoạt động của bơm:

Trong đó:

 - Tỷ trọng chất lỏng trong, kg/m3;

H - cột áp được đĩa tạo ra, kPa;

 - Hiệu suất của cơ cấu áp lực, có thể lấy bằng 0,5 Cột áp được tạo ra từ đĩa áp lực:

Công suất (kW) tiêu hao để thắng ma sát của trống với không khí:

Nmk=36,8.10-6r53Trong đó:

CHƯƠNG II ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO MÁY PHÂN LY NHIÊN LIỆU CỦA TÀU

BIỂN ĐÔNG II.1 Giới thiệu về tàu Biển Đông

Tàu Biển Đông là loại tàu đánh bắt hải sản có công suất lớn dùng nhiên liệu nhẹ hoạt động xa bờ Sau một thời gian hoạt động lâu dài, hiện nay toàn bộ hệ động lực của tàu được đưa về trung tâm thuyền viên của trường Đại học Nha Trang để làm mô hình giảng

dạy cho sinh viên nghành Động lực tàu thủy và một số nghành khác của trường

II.2 Gới thiệu về máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông

II.2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động

Hình 2.1 Sơ đồ nguyên lý hoạt động máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông

1 Bể chứa; 2 Lưới lọc; 3 Van một chiều; 4 Khoang hút của bơm; 5 Thiết bị sấy;

6 Máy phân ly; 7 Khoang đẩy của bơm; 8 Đường ống dẫn nhiên liệu về bể cấp;

9 Đường ống dẫn cặn ; 10 Kết phế liệu; 11 Đường ống dẫn hồi về thùng chứa

Máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông có chức năng loại bỏ các tập chất

cơ học và nước làm sạch nhiên liệu trước khi đưa vào động cơ sử dụng

Nguyên lý hoạt động của hệ thống hình 2.1 như sau: Nhiên liệu từ bể chứa 1,

qua lưới lọc sơ bộ trên đầu ống hút 2, van một chiều 3 được khoang hút 4 của bơm

đẩy qua thiết bị sấy 5 đến máy phân ly 6 Sau khi được tách nước hoặc tập chất ,

nhiên liệu sạch nhờ khoang đẩy 7 của bơm theo ống dẫn 8 về bể cấp nhiên liệu,

lượng nhiên liệu rò rỉ theo ống 11 hồi về thùng chứa 1 Còn nước hay tạp chất theo

ống dẫn 9 về bể phế liệu 10

II.2.2 Các thông số kỹ thuật

1 Loại máy phân ly

8 Không gian chứa bùn:

9.Thời gian khởi động:

1.5Kw 50 Hz (hoặc 60 hz), 3 pha Tốc độ 1500 rpm

7500 rpm

Hình 2.2 Mối quan hệ công suất và lưu lượng

II.2.3 Nguyên lý hoạt động

Thiết bị được sử dụng để phân ly tách nước, các chất rắn có trong nhiên liệu tàu Biển Đông bằng cách tạo ra các tốc độ lắng đọng khác nhau dưới tác động của trường lực ly tâm đối với các pha nặng/nhẹ hoặc pha rắn có khối lượng riêng khác nhau và không thể hoà tan với nhau trong nhiên liệu

Nhiên liệu từ két đi qua ống nạp vào tang trống và dưới tác động của trường lực

ly tâm mạnh, chất lỏng hỗn hợp này đi qua các khoang phân ly của một bộ các cụm đĩa, bằng cách lấy các lỗ trung hoà như một mặt phẳng phân ly, nước có khối lượng riêng lớn hơn (pha nặng) sẽ đi qua các lỗ trung hoà dọc theo mặt (tường) đĩa đến bơm; chất lắng đọng nặng (các tạp chất ) tập trung tại khu vực đáy của tang trống, dầu sạch có khối lượng riêng thấp hơn (pha nhẹ) sẽ đi theo đĩa vào phía trong và lên trên, tụ hợp lại và chảy đến bơm bánh răng, như vậy các pha nặng (nhẹ) sẽ là sản phẩm đầu ra thông qua bơm lớn (bé) tương ứng

Máy phân ly này xả cặn định kỳ, nghĩa là sau một thời gian hoạt động nhất định của máy, người ta tiến hành xả cặn một lần và xả cặn định kỳ bằng tay

II.3 Đặc điểm cấu tạo của máy phân ly nhiên liệu trên tàu Biển Đông

II.3.1 Cấu tạo tổng thể

Hình 2.3 Cấu tạo tổng thể máy phân ly MAB104B-14/24 trên tàu

Hình 2.4 Hình cắt cấu tạo tổng thể máy phân ly MAB104B-14/24

Bộ giảm chấn trục đứng

Các kích thước cơ bản:

Hình 2.5 Kích thước cơ bản của máy phân ly MAB104B-14/24

II.3.2 Cấu tạo các bộ phận cơ bản

II 3.2.1 Thiết bị phân ly

Tang trống là bộ phận quan trọng của máy phân ly, thực hiện chức năng phân

ly chất lỏng và quay với tốc độ rất cao, chính vì vậy có thể nói tang trống là trái tim của máy phân ly Tang trống được lắp chặt với trục đứng thông qua một ống côn có

độ chính xác cao Tang trống đã trải qua một quy trình cân bằng động chính xác, mỗi một bộ phận của tang trống đều có vị trí xác định của mình Mỗi một bộ phận của tang trống có số xuất xưởng riêng, không được phép hoán đổi các bộ phận và chi tiết của tang trống này với tang trông khác, vì như vậy sự cân bằng động của tang trống sẽ bị phá vỡ và sự rung động tăng thêm, làm hỏng máy phân ly Hỗn hợp chất lỏng cần phân ly đi vào máy tang trống bằng ống nạp liệu từ cổng vào ở phía trên máy phân ly, sau đó được chia vào các đĩa để được phân ly Các phần tử rắn và các phần tử thuộc pha nặng sẽ dịch chuyển đến thành tang trống theo mặt côn trong của các đĩa Nước sẽ dịch chuyển đế thành trống và được xả ra ngoài máy bởi các vòng trọng lực đặc biệt theo hướng đi qua đường dẫn ở giữa nắp tang trống và tấm chắn của đĩa Trong khi đó, các chất thuộc pha nhẹ sẽ dịch chuyển vào phía trục tâm của tang trống theo mặt côn ngoài của các đĩa và được đưa ra ngoài máy phân ly bởi các bơm Chất cặn sẽ tụ lại tại thành trong của tang trống và được xả ra định kỳ Nhằm chặn không cho các chất thuộc pha nhẹ xả ra ngoài theo kênh của pha nặng, trước khi đưa chất lỏng cần phân ly vào trống, ta phải đưa thêm vào tang trống một lượng lớn nước làm kín thông qua đường ống nạp liệu Tóm lại chỉ khi nạp xong và đủ nước làm kín mới có thể đưa vật liệu cần phân ly vào trong máy Do có sự cân bằng áp suất trong chất lỏng, một mặt phẳng ngăn cách được tạo thành giữa pha nhẹ và pha nặng Đường kính của vòng tỷ trọng được xác định thông qua một quá trình thử nghiệm và phụ thuộc vào tính chất của chất lỏng cần được phân ly

Hình 2.6 Các bộ phận thiết bị phân ly khi lắp

Hình 2.7 Cấu tạo từng bộ phận của thiết bị phân ly

II.3.2.2 Cơ cấu truyền động

Động cơ truyền động đến hộp số thông qua ly hợp ma sát, sau đó truyền động đến trục đứng để quay tang trống Ly hợp ma sát có thể bảo đảm sự khởi động chắc chắn của máy phân ly, sự tăng tốc trơn tru và có thể tránh được sự quá tải của động

cơ và hộp số Nhằm hạn chế sự hao mòn đến mức tối thiểu và sự ảnh hưởng bởi sự dao động của tang trống lên toàn bộ máy phân ly, trục thẳng đứng có sử dụng kết cấu ổ đỡ (vòng bi) tự lựa

Hình 2.8 Cấu tạo các bộ phận của trục đứng