Đồ án tốt nghiệp ngành đóng tàu Thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản thực phẩm tàu hàng 4000 tấn

Để đáp ứng đòi hỏi trên, việc tính toán và thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản thực phẩm trên tàu là không thể thiếu được.. Thì việc tính toán thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản thực ph

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

- & -

trường đại học hàng hải

Nhiệm vụ thiết kế tốt nghiệp

Sinh viên : Đỗ Văn Hải

Lớp : MTT 40_ ĐH1

Khóa : 1999 - 2003 Tên đề tài : Thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản

thực phẩm tàu hàng 4000 tấn

Hải Phòng: 1 - 2003

Phần I

giới thiệu chung

1 Giới thiệu chung về tàu

1.1 Xuất sứ của tàu

Tàu hàng 4000 T được thiết kế và đóng mới tại Việt Nam Được thiết kế bởi Trung Tâm tư vấn kỹ thuật công nghiệp tàu thủy thuộc Tổng công ty công nghiệp

tàu thủy Việt Nam thảo mãn “Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép

1997 của Đăng Kiểm Việt Nam (TCVN 6259: 1997)”, và bảo đảm các công ước

quốc tế SOLAS 73/78; MARPOL 73/78 và bổ sung năm 1993 Tàu được thiết kế

và đóng mới theo đơn đặt hàng của Công ty vận tải Biển Đông, có tên là “Sông Vân 01” Tàu được đóng tại Nhà máy Đóng tàu Nam Triệu

1.2 Loai tàu và công dụng

Loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn, có một boong chính liên tục và đáy đôi, buồng máy và thượng tầng bố trí phía đuôi tàu, lắp 01 máy chính loại Diesel (chạy dầu HFO) lai một chân vịt Tàu dùng để chở hàng bách hoá giữa các cảng biển ở khu vực Đông Nam á và biển Đông, trọng tải Ph= 4000 tấn

1.3 Tốc độ và tầm hoạt động

- Tốc độ tàu trong điều kiện thử với chiều sâu luồng lớn hơn 10 m, gió không quá cấp 30B “ Beaufort scale”, đạt được khoảng 12,5 hải lý/giờ

- Trọng điều kiện khai thác tàu đạt tốc độ 11,5 hải lý/giờ

- Dự trữ dầu nước trên tàu bảo đảm thời gian hoạt động liên tục 20 ngày

1.4 Vùng hoạt động và cấp tàu

- Tàu hoạt động trên tuyến biển quốc tế, trong vùng Đông Nam á và biển

Đông, thuộc vùng biển cấp không hạn chế

1.6.1 Bố trí dưới đáy đôi:

- Tàu bố trí đáy đôi từ suốt Sn 27 ữ Sn 120 với chiều cao h = 1200mm Buồng máy bố trí từ Sn 7ữ Sn 27

1.6.2 Không gian từ đáy đến boong chính:

* Khu vực I: Vùng đuôi tàu từ vách lái đến Sn7 gồm két chứa nước dằn, két

nước ngọt, khoang chứa két thải

- Vị trí: + Két nước ngọt mạn trái – mạn phải: Từ sườn lái đến Sn2

+ Két nước dằn: Từ Sn2 ữ Sn7 Khu vực giữa khoang bố trí một két thải dạng không liền vỏ

* Khu vực II: Khoang buồng máy:

- Khoang máy từ Sn7 đến Sn27 Trong khoang máy có chứa két dầu đốt hàng ngày, két nước ngọt dự trữ (mạn trái phải), két dầu bẩn, két dầu nhờn dự trữ, theo chiều dài khoang máy có kết cấu sàn lửng

- Bố trí các thiết bị trong buồng máy:

+ Trên sàn đáy: Bố trí máy chính ở giữa tàu, các tổ bơm phục vụ các

hệ thống tàu bè

+ Trên sàn boong lửng: Bố trí 02 tổ máy phát điện, nồi hơi, tổ điều hoà trung tâm, quạt thông gió, các trang thiết bị buồng máy và bảng điện chính

- Tàu có hai khoang hàng được ngăn bởi các vách ngang tại Sn79

- Từ Sn114 đến Sn120, két nước dằn mũi

- Từ Sn120 đến mũi, bố trí khoang dằn mũi, hầm xích neo

Khoang mũi từ Sn120 đến hết mũi, trong khoang mũi đặt 2 sàn Sàn thứ nhất cách đường chuẩn 3300mm, sàn thứ hai cách đường chuẩn 5000mm, từ sàn thứ hai đến boong chính khoảng Sn120 đến Sn123 bốt trí thùng xích neo

1.6.3 Bố trí trên boong chính:

- Trên boong chính chia làm 3 khu vực chính:

- Từ lái đến Sn31 boong nâng lái

- Từ Sn31 đến Sn114 là boong chính trên khu vực khoang hàng

- Từ Sn114 đến mũi boong nâng mũi

- Trên boong nâng mũi: Bố trí máy kéo neo các thang cuốn cáp, cột bít chằng buộc, lên xuống boong nâng bằng hai cầu thang đặt sát mạn

1.6.4 Bố trí trên boong nâng lái đến boong cứu sinh:

- Từ vách sườn lái đến vách Sn5 khu vực bố trí 02 tời cô dây, 02 tời cuốn dây,

02 cột bít thẳng hàn D219, 02 cột bít thẳng hàn D300, 02 sô ma con lăn Tại khu vực này bố trí hãm xích neo đuôi và tời neo đuôi

- Từ Sn5 đến Sn27: Bố trí khu vực ở và sinh hoạt của sĩ quan, bếp buồng ăn cho sĩ quan và thủy thủ, vệ sinh, vách ngoài của lầu cách mạn 1500mm Giếng hầm máy từ Sn10 đến Sn20, vách dọc giếng hầm máy cách tâm 1800mm

+ Vị trí bếp giữa tàu từ Sn5 đến Sn10

+ Buồng ăn của thủy thủ ở mạn trái từ Sn7 đến Sn17, tiếp đến là buồng vệ sinh sĩ quan

+ Buồng ăn của sĩ quan ở mạn phải từ Sn7 đến Sn15

+ Từ Sn15 đến Sn20 mạn phải bố trí buồng 2 sĩ quan

+ Phía trước từ Sn22 đến Sn27 bố trí 04 buồng cho 3 sĩ quan và máy trưởng( mạn phải)

+ Từ boong nâng lái đi lên boong cứu sinh có 3 cầu thang: Hai cái ngoài và một cái bên trong trong thượng tầng

+ Từ boong nâng lái xuống boong chính có 4 cầu thang: Hai cái ngoài và hai cái bên trong thượng tầng

1.6.5 Bố trí từ boong cứu sinh đến boong lái:

- Xung quanh giếng khoang máy là các kho và các buồng máy phát điện bờ,

ắc quy, WC sĩ quan mạn trái, bên mạn phải bố trí buồng điều hoà tập trung và buồng 1 sĩ quan Phía trước từ Sn22 đến Sn27 bố trí buồng ở của thuyền trưởng, máy trưởng, VTĐ và các sĩ quan khác

- Hai bên mặt boong sát mạn bố trí 2 xuồng cứu sinh và 2 phao tự thổi

- Từ boong cứu sinh xuống boong nâng lái có 3 cầu thang

+ 1 cầu thang bên trong tại Sn19 đến Sn20

+ 2 cầu thang bên ngoài tại Sn 5,5 đến Sn7

1.6.6 Bố trí từ boong lầu lái:

- Trên boong lầu lái từ Sn8 đến Sn27, bố trí nắp hầm máy, trên nắp hầm máy

bố trí quạt gió ống khói

- Từ Sn20 đến Sn27 bố trí buồng hải đồ và buồng lái

- Boong lầu lái xuống boong cứu sinh bằng hai cầu thang ở phía cuối từ Sn8

đến Sn27 và một cầu thang bên trong buồng lái

- Boong lầu lái lên nóc boong lầu lái bằng hai cầu thang đặt cách tâm 1700mm tại vị trí Sn16 đến Sn20

1.6.7 Bố trí từ nóc lầu lái:

Trên nóc lầu lái bố trí cột đèn hiệu la bàn chuẩn và thiết bị tín hiệu, âm thanh

1.7 Kết cấu của tàu

- Tàu được bố trí 04 boong phía trên boong chính, có chiều cao các boong ở mặt phẳng dọc tâm như sau:

+ Boong chính đến boong nâng đuôi : 2,5 m + Boong nâng đến boong cứu sinh : 2,4 m +Boong cứu sinh đến boong buồng lái : 2,4 m + Boong buồng lái đến nóc ca bin : 2,5 m + Boong chính đến boong nâng mũi : 2,5 m

* Số lượng vách ngang

Theo chiều dài tàu bố trí 06 vách ngang đặt tại vị trí các Sn2, 7, 27, 79, 94,

114 và 120 Vách ngang là loại vách phẳng có nẹp đứng và sống nằm

* Khoảng cách sườn thực

- Từ Sn114 đến hết mũi : a = 600 mm

* Chiều dày tôn vỏ và tôn boong

* Tôn vỏ:

+ Chiều dày tôn sống nằm : S = 14 mm

+ Chiều dày tôn đáy : S = 12 mm

+ Chiều dày tôn mạn giữa tàu : S = 12 mm

+ Tôn boong vùng giữa tàu : S =12 mm

+ Tôn boong vùng mũi và lái : S = 10 mm

250x14

+ Sống ngang, sống dọc : T

450x14

250x16

+ Xà ngang công xon : T

14S

400x16

= + Thành dọc quầy : S =14

250x14

150x12

* Số thuyền viên trên tàu:

- Theo cách bố trí các buồng ở của thuyền viên trên tàu bên vỏ và định biên tổng số thuyền viên theo Quy phạm:

+ Tổng số thuyền viên trên tàu là: 24 người

2 Giới thiệu về hệ động lực

2.1 Giới thiệu về động cơ chính:

Động cơ chính của tàu là loại động cơ Diesel:

- Ký hiệu: 8L28/32A, do hãng ZJMD - Trung Quốc sản xuất theo licence của MAN B&W

- Số lượng: 01 chiếc

- Kiểu 4 kỳ tác dụng đơn, hình thùng, xi lanh 1 hàng thẳng đứng, làm mát gián tiếp, bôi trơn cưỡng bức các te ướt, khởi động bằng không khí nén, tăng áp bằng tua bin khí xả, làm mát khí nạp

- Nếu chạy dầu FO : ge = 440 l/ h + Suất tiêu hao dầu nhờn : gm = 5,2 l/ h

2.2 Bộ truyền động, hệ trục và chân vịt:

- Bộ truyền động của hệ động lực là loại truyền động thông qua hộp số có tỉ số truyền: i = 3,425:1

- Tàu được bố trí 01 hệ trục chân vịt nằm trên mặt phẳng dọc tâm tàu Đường

tâm hệ trục song song và cách đường chuẩn 2000 mm Hệ trục chân vịt bao gồm

01 trục chân vịt với chiều dài toàn bộ hệ trục chân vịt là 5800 mm

- Hệ trục chân vịt được đỡ trên 02 gối đỡ Gối đỡ trước là gối đỡ babít được bôi trơn và làm mát bằng dầu nhờn Gối đỡ sau là gối đỡ kiểu gỗ Gay ắc được bôi trơn và làm mát bằng nước trích từ đường ống làm mát máy chính

- §iÖn ¸p : 230/400V; 3pha 4 d©y; 50 Hz

2.4 Tæ m¸y ph¸t ®iÖn bê:

- Ký hiÖu : CCFJ30J do h·ng §«ng Phong - Trung Quèc s¶n xuÊt

- §iÖn ¸p : 230/400V; 3 pha 4 d©y; 50Hz

2.6 Nåi h¬i phô:

- HÖ thèng nhiªn liÖu gåm c¸c thiÕt chÝnh bÞ sau: B¬m vËn chuyÓn, thiÕt bÞ sö

lý nhiªn liÖu, m¸y läc dÇu DO, m¸y läc dÇu FO, c¸c kÐt chøa, c¸c côm bÇu läc, bÇu h©m vµ b¬m cÊp dÇu trªn m¸y

+ KÐt dÇu bÈn gi÷a tµu tõ Sn 10 ÷ Sn 13; V = 16 m3

+ KÐt dÇu DO dù tr÷: 01 kÐt liÒn vá; V = 40 m3

+ KÐt dÇu FO dù tr÷ sè 1: 01 kÐt liÒn vá; V = 110 m3

+ KÐt dÇu FO dù tr÷ sè 2: 01 kÐt liÒn vá; V = 100 m3

+ KÐt dÇu FO dù tr÷ sè 3: 01 kÐt liÒn vá; V = 80 m3

+ KÐt trùc nhËt dÇu DO: 02 kÐt rêi; V = 2,5 m3

+ KÐt trùc nhËt dÇu FO: 02 kÐt rêi; V = 2,5 m3

+ KÐt trùc nhËt dÇu DO m¸y ph¸t sù cè: 01 kÐt rêi; V = 200 lÝt

+ KÐt l¾ng dÇu FO: 01 kÐt rêi; V = 10 m3

* B¬m vËn chuyÓn dÇu DO:

- §éng c¬ ®iÖn lai : 1,5 kW x 50Hz x 380 V ( kiÓu 7AA90- 4)

* B¬m vËn chuyÓn dÇu FO:

- §éng c¬ ®iÖn lai : 2,2 kW x 50Hz x 380 V ( kiÓu 7BA112M- 06)

* Tæ m¸y läc dÇu FO:

- Động cơ điện lai : 1,5 kW x 50Hz x 380 V ( kiểu 7AA90L - 4)

* Tổ máy lọc dầu nhờn:

- Số lượng : 01

- Ký hiệu : PU - 150S do Alpha laval sản xuất

- Lưu lượng : 800 ( lít/h)

- Số lượng : 01

- Ký hiệu : T -280 - D - 12/3 do Alpha laval sản xuất

- Lưu lượng : 34 - 42 ( m3/h)

- Khả năng lọc (A05) : 35 Micron (tuyệt đối) /35 Micron (danh nghĩa)

* Két dầu nhờn máy nén:

- Các buồng ở, buồng vệ sinh, nhà bếp, kho, buồng máy, đều được thông gió

tự nhiên bằng các cửa sổ mở cạnh và ống thông gió

- Các két nước, két dằn, khoang dằn, khoang lái đều được thông hơi tự nhiên

được dẫn lên ống khói Các đầu ra ống xả được trang bị các tấm chặn ngăn nước mưa vào đường ống

- Trên toàn bộ các đường ống xả đều phải được bọc cách nhiệt sao cho nhiệt

độ bên ngoài đường ống nhiệt độ không vượt quá 550C

phần ii

phân tích bố trí lựa chọn phương án

bố trí hệ thống

1 Giới thiệu chung về hệ thống làm lạnh bảo quản thực phẩm

1.1 Mục đích, yêu cầu:

- Do nhu cầu ngày càng lớn về vận chuyển hàng hoá trên biển và yêu cầu về

an toàn của các thuyền viên trên biển ngày càng cao Để đáp ứng một trong những yêu cầu đó là nhu cầu về lượng lương thực, thực phẩm dự trữ trên tàu phải bảo đảm chất lượng và số lượng cho mỗi thuyền viên và tất cả các thuyền viên trên tàu Để đáp ứng đòi hỏi trên, việc tính toán và thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản thực phẩm trên tàu là không thể thiếu được Đồng thời chúng ta cũng từng bước thay thế các bản thiết kế mua của nước ngoài bằng các thiết kế ở trong nước

do các Viện Thiết kế trong nước thiết kế Thì việc tính toán thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản thực phẩm là một trong những công việc mà các cán bộ phòng thiết kế phải làm Để đảm bảo đầy đủ thực phẩm cho thuyền viên trên tàu, khi tàu đang hành trình trên biển và lượng dự trữ do điều kiện thời tiết hoặc vì lý do kinh tế

- Chế độ bảo quản thực phẩm là vấn đề tương đối phức tạp và đã được nghiên cứu rất nhiều Nó luôn thay đổi theo điều kiện, tính chất sản phẩm, phương pháp làm lạnh và bảo quản Viêc chọn đúng chế độ bảo quản như nhiệt độ, độ ẩm, thông gió (vận tốc gió lưu thông trong buồng, số lần thay đổi không khí) cách xếp đặt, đóng gói sẽ làm tăng đáng kể chất lượng và thời gian bảo quản thực phẩm

- Việc thiết kế hệ thống làm lạnh bảo quản thực phẩm được thiết kế tuân theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu biển vỏ thép (TCVN 6259 - 1997) của Đăng kiểm Việt Nam 1997

- Hệ thống phải hoạt động tin cậy, đảm bảo tốt chất lượng của thực phẩm

- Trọng lượng kết cấu nhỏ gọn, rẻ, dễ kiếm, an toàn không làm ảnh hưởng xấu

đến đối tượng khác và thích ứng với các chế độ hoạt động

1.1.1 Thời gian hành trình của tàu:

- Thời gian hoạt động xa nhất (liên tục) của tàu: tht = 20 ngày

- Thời gian đỗ bến: tđb = (2 ữ 4) ngày

⇒ chọn: tđb = 3 ngày

- Thời gian phát sinh do thời tiết và sự cố: tps = (5 ữ 10) ngày Vậy tổng thời gian cần tính toán là: ∑t = tht + tđb + tps = 30 ngày

1.1.2 Nhu cầu thực phẩm của thuyền viên trong một ngày đêm là

Chế độ dinh dưỡng của thuyền viên là gồm 3 bữa ăn chính và thêm 2 bữa ăn phụ (sữa, hoa quả )

Để bù lại tối thiểu phần năng lượng mà mỗi thủy thủ đã tiêu hao trong một ngày đêm, và dựa vào “Quy phạm của Đăng kiểm Việt Nam” - Bộ Lao động, về lượng lương thực thực phẩm cho chế độ dinh dưỡng của mỗi thuyền viên trong một ngày đêm là:

Mỡ : 4 ữ 6 (kg/người.tháng)

Nước giải khát : 12 (kg/người.tháng)

Trong đó: Gạo và một số loại lương thực thực phẩm là những thứ không cần bảo quản Chúng có thể được để trong kho lương thực, nhà bếp chúng được bảo quản ở chế độ điều hoà không khí

Lượng thực phẩm cần bảo quản là: Cá, thịt, rau xanh, hoa qủa, trứng, nước giải khát, mỡ và dựa vào quy định của Đăng kiểm và Bộ Lao Động ta có chế độ dinh dưỡng thực tế cho một thủy thủ trong một ngày đêm là:

Thịt : 0,25 (kg) Cá : 0,15 (kg) Trứng : 0,10 (kg) Rau xanh : 0,30 (kg) Hoa quả : 0,20 (kg) Nước giải khát : 0,3 (kg)

1.1.3 Lượng thực phẩm cần bảo quản được xác định theo công thức

M = K n m τ ; (kg) Trong đó: K - hệ số dự trữ để tính tới phát sinh thực tế; K = 1,2 ữ 2

n - số lượng thuyền viên n = 24 người

m - nhu cầu thực phẩm của 1 thuyền viên trong 1 ngày

Độ ẩm tương

đối (%)

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

Tên thực phẩm

Giới hạn nhiệt độ ( 0 C)

Độ ẩm tương

đối (%)

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

Tên thực phẩm

Giới hạn nhiệt độ ( 0 C)

Độ ẩm tương

đối (%)

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

Độ ẩm không khí(%)

Thời gian bảo quản (tháng)

Compot quả Hộp sắt tây đóng

3 ữ 5

Tên thực

Nhiệt độ ( 0 C)

Độ ẩm không khí(%)

Thời gian bảo quản (tháng)

Bảng 2.4 Chế độ bảo quản sản phẩm động vật

Tên thực phẩm

Giới hạn nhiệt độ ( 0 C)

Độ ẩm tương

đối (%)

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

Thịt lợn tươi ướp

Thịt đón hộp kín 0 ữ 2 75 ữ 80 Đóng 12 ữ 18 tháng Cá tươi ướp đá từ

Tên thực phẩm

Giới hạn nhiệt độ ( 0 C)

Độ ẩm tương

đối (%)

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

Bơ muối ngắn

Bơ muối lâu ngày -18 ữ -20 75 ữ 80 Mở 36 tuần

Sữa bột đóng hộp 5 75 ữ 80 Đóng 3 ữ 6 tháng Sữa đặc có đường 0 ữ 10 75 ữ 80 Đóng 6 tháng

Bảng2.5: Chế độ bảo quản hàng đông lạnh trên tàu thủy

Tên thực

phẩm

Tiêu chuẩn chất hàng

Giới hạn nhiệt độ ( 0 C)

Độ ẩm tương đối (ϕ,%)

Hệ số tuần hoàn không khí (l/h)

Hệ số thông gió (n,1/24h)

Thịt làm lạnh 3,3 ữ 3,7 -3 ữ 1 70 ữ 90 8 ữ 10 2 ữ 4 Thịt làm đông 2,3 ữ 2,7 -18 ữ -19 70 ữ 95 4 ữ 6 1ữ 2 Cá làm đông

- ép trong hộp

- đựng trong

giỏ

1,8 ữ 2,2 3,0 ữ 3,5

-25 ữ -18 -25 ữ -18

Cá hộp 1,8 ữ 2,0 1 ữ 5 70 ữ 95

Trứng (trong

hộp) 3,0 ữ 3,5 -1 ữ 1 70 ữ 80 6 ữ 8 2 ữ 4 Bơ 2,0 ữ 2,4 -18 ữ -12 85 ữ 90 2 ữ 4 1 ữ 2 Thịt xông khói,

dăm bông 2,2 ữ 2,4 -3 ữ 2 70 ữ 95 3 ữ 5 1 ữ 2 Cá muối 2,0 ữ 2,2 -6 ữ -1 70 ữ 100

Rau 3,5 ữ 4,0 0 ữ 6 70ữ 90 10 ữ 40 2 ữ 4 Quả 2,2 ữ 2,8 1 ữ 4 70 ữ 85 30 ữ 40 2 ữ 4 Chuối 5 ữ 8 11,4 ữ 11,7 85 ữ 90 50 ữ 60 3 ữ 5

Dựa vào chế độ bảo quản thực phẩm và để kết cấu buồng lạnh được đơn giản,

ta ngăn kho bảo quản thực phẩm thành hai buồng lạnh và một buồng đệm Theo chế độ nhiệt độ trong mỗi kho bảo quản gần giống nhau

Thực nghiệm cho thấy: Đối với các sản phẩm sống như rau, hoa quả tươi, khi bảo quản lạnh không được đưa nhiêt độ bảo quản xuống thấp hơn qui định Khi nhiệt độ quá lạnh có thể làm giảm chất lượng của rau quả hoặc làm hỏng hẳn chúng ⇒ không sử dụng được nữa Các sản phẩm động vật chết có thể bảo quản

ở nhiệt độ thấp hơn quy định Nhiêt độ càng thấp thời gian bảo quản càng dài mà không làm giảm chất lượng sản phẩm Thịt lợn, bò, gia cầm, cá thường được bảo quản ở nhiệt độ từ: (-12 ữ -23)0C

Vậy chia kho lạnh thành hai buồng bảo quản và một buồng đệm với chế độ bảo quản như sau:

2.1 Chọn vị trí buồng bảo quản

Việc bố trí buồng bảo quản thực phẩm ở vị trí sao cho gọn, việc bố trí đường ống được đơn giản, gần nhà bếp để tiện cho việc lấy thực phẩm Thuận tiện cho việc xuất cũng như nhập thực phẩm

Do buồng máy và cabin của tàu được bố trí phía đuôi tàu (từ Sn7ữ Sn27) Do

đó việc bố trí máy nén và bầu ngưng được bố trí trong buồng máy, để cho việc đi ống từ máy nén, bầu ngưng đến buồng bảo quản được đơn giản, bố trí buồng bảo quản thực phẩm ở trên boong chính, theo bố trí bên vỏ ta có kho lạnh được bố trí

ở giữa tàu từ Sn2 ữ Sn6 Để nhiệt độ bảo quản trong hai buồng bảo quản luôn ổn

đinh ngay cả khi mở cửa kho lạnh, bố trí thêm 1 buồng đệm ở giữa hai buồng

- Theo kết cấu của tàu từ Sn6 ữ Sn8 là hành lang vào các buồng của boong chính, bên mạn trái của tàu từ Sn2 ữ Sn6 nhìn từ lái là buồng giặt phơi Còn bên mạn phải của tàu là kho lương thực được bố trí từ Sn2 ữ Sn6 và hành lang để đi vào buồng máy lái, hành lang rộng 1m Từ Sn-6 ữ Sn2 là buồng máy lái, buồng máy lái tiếp giáp với vách sau kho lạnh

- Từ những thiết kế kết cấu bên vỏ và cách bố trí các buồng ở trên ta có vị trí của các vách tiếp giáp như sau:

+ Vách trái kho thịt lạnh tiếp giáp với buồng giặt phơi có chiều rộng 3m + Vách phải tiếp giáp với hành lang đi vào buồng máy lái rộng 1m và kho lương thực rộng 3m

+ Vách sau tiếp giáp với buồng máy lái

+ Vách trước tiếp giáp với hành lang đi vào các kho và buồng rộng 1,2m

+ Giữa hai kho thịt lạnh và rau lạnh bố trí thêm 1 buồng đệm không khí để tránh hiện tượng nhiệt lượng xâm nhập vào kho lạnh khi mở cửa có chiều rộng 0,8m

+ Sàn kho lạnh tiếp giáp với buồng máy

+ Trần kho lạnh tiếp giáp với boong nâng lái

Vị trí cụ thể của các kho lạnh và buồng đệm được biểu diễn trên hình1

2.2 Diện tích sàn cần thiết của buồng:

q

1.M

*

S =Trong đó:

M : khối lượng sản phẩm cần bảo quản, (kg)

q : định mức chất hàng, (kg/m2sàn) Diện tích mặt sàn cần thiết thường lớn hơn (30 ữ 70)% diện tích tính toán do

có kể đến sự chiếm chỗ của kết cấu cách nhiệt, lắp đặt thêm thiết bị sản xuất nước đá, dàn bay hơi, lối đi, rãnh không khí, các đường ống bố trí trong kho lạnh

- Buồng I chứa rau, hoa qủa có chiều dài theo chiều rộng tàu là 3m

Diện tích sàn thực tế của buồng I là:

SI = 3 2,4 = 7,2 (m2)

- Buồng II chứa thịt, cá có chiều dài theo chiều rộng tàu là 1,2m

Diện tích sàn thực tế của buồng II là

SII = 1,2 2,4 = 2,88 (m2)

- Buồng III là buồng đệm có chiều dài theo chiều rộng tàu là 0,8m

Diện tích sàn thực tế của buồng III là:

3.1 Hệ thống làm lạnh không khí bay hơi trực tiếp

Làm lạnh bằng bay hơi trực tiếp là người ta cấp công chất làm lạnh lỏng vào dàn ống (các dàn bay hơi), hay các thiết bị làm lạnh không khí được bố trí ngay trong buồng lạnh Quá trình trao đổi nhiệt giữa không khí ở trong buồng lạnh với công chất làm lạnh sôi ở bên trong ống thông qua diện tích trao đổi nhiệt của các dàn ống Hệ thống làm lạnh bằng bay hơi trực tiếp có các ưu điểm sau

- Hệ thống gọn nhẹ do không cần bầu bay hơi không cần chất tải nhiệt trung gian và các thiết bị liên quan đến chất tải nhiệt trung gian

- Hệ thống làm việc ở nhiệt độ sôi cao hơn do đó chi phí công suất giảm

Tuy vậy hệ thống làm lạnh bằng bay hơi trực tiếp cũng tồn tại một nhược

điểm là có nguy cơ rò rỉ công chất làm lạnh vào hàng hoá bảo quản tại những chỗ nối hoặc những chỗ hở do chấn động của vỏ tàu hoặc do va đập của hàng hóa trong khi bốc xếp hoặc xếp không chặt

Chính vì lý do này mà Quy phạm không cho phép sử dụng hệ thống làm lạnh bằng bay hơi trực tiếp nhờ các dàn bay hơi trên các tàu đông lạnh chuyên dụng, chỉ cho phép sử dụng hệ thống làm lạnh bằng bay hơi trực tiếp với công chất làm lạnh là Frêon trong những buồng lạnh có dung tích nhỏ hơn 300m3

3.2 Hệ thống làm lạnh bằng không khí

Làm lạnh bằng không khí là người ta dùng quạt hút hút không khí làm lạnh ra

đưa qua các bộ sử lý không khí (đưa qua các bộ làm lạnh không khí) sau đó không khí lại được thổi trở lại hầm hàng

- Làm lạnh bằng không khí có các ưu điểm sau:

+ Nhờ có hệ số truyền nhiệt cao lên diện tích trao đổi nhiệt của bộ làm lạnh không khí nhỏ hơn

+ Hệ thống làm lạnh bằng không khí cho phép thực hiện thông gió và tuần hoàn không khí cưỡng bức trong các buồng lạnh, làm cho nhiệt độ của không khí phân bố đều hơn ngăn cản sự tạo thành nấm mốc trên các bề mặt gỗ của buồng lạnh cũng như trên hàng hoá

+ Làm lạnh bằng không khí tránh được hiện tượng rơi ẩm lên hàng hoá Tuy nhiên hệ thống làm lạnh bằng không khí cũng có nhược điểm như sau: + Do tồn tại quạt gió với công suất lớn nên chi phí lạnh tăng một lượng tương ứng với công suất động cơ lai quạt

+ Tồn tại các dòng nhiệt xâm nhập qua kết cấu cách nhiệt ở bộ làm lạnh không khí bố trí ở bên ngoài buồng lạnh Khi bố trí các bộ làm lạnh không khí ở bên trong buồng lạnh thì tránh được các tổn thất này tuy nhiên sẻ làm giảm không gian chở hàng và gây khó khăn cho việc bốc xếp hàng hoá

Những nhược điểm này làm giảm phạm vi ứng dụng của bộ làm lạnh không khí rất nhiều

Theo Quy phạm thì cho phép sử dụng hệ thống làm lạnh không khí với công chất làm lạnh là Freon trên tất cả các tàu không phụ thuộc vào dung tích hầm hàng Trừ một số tàu đánh cá được Đăng kiểm cho phép mới được sử dụng hệ thống làm lạnh bằng không khí với công chất làm lạnh là NH3

3.3 Hệ thống làm lạnh bằng nước muối

Ưu điểm cơ bản của hệ thống làm lạnh bằng nước muối là khai thác đơn giản khả năng tích lũy cao do nhiệt dung riêng của nước muối lớn Được sử dụng trên tất cả các tàu và với mọi loại công chất

3.4 Hệ thống làm lạnh hỗn hợp

Sử dụng hệ thống làm lạnh hỗn hợp có thể bù đắp các ưu nhược điểm của hệ thống làm lạnh bằng không khí và hệ thống làm lạnh bằng nước muối ở một mức nào đó

3.5 Kết luận

* Từ những phân tích về các hệ thống và chất công tác ở trên, thấy rằng hệ thống làm lạnh không khí bay hơi trực tiếp là rất thích hợp với việc bảo quản các

kho thực phẩm dưới tàu

* Vậy với nhiệm vụ thiết kế đề ra, chọn phương pháp trao đổi nhiệt giữa công chất làm lạnh và không khí trong kho thực phẩm là trao đổi trực tiếp nhờ các quạt thổi bố trí trong các kho lạnh

4 Lựa chọn công chất làm lạnh:

Trong quá trình phát triển của kỹ thuật làm lạnh, người ta đã thí nghiệm và

sử dụng rất nhiều chất hoá học để làm công chất làm lạnh

Công chất làm lạnh có thể được phân loại theo mức độ an toàn và độc hại theo

3 nhóm sau:

- Nhóm I: Các loại công chất an toàn

R113, R11, R31, R114, R12, R30, R22, R132, R744, R502, R13, R14, R500

-Nhóm II: Các công chất độc hại có thể cháy

Sau đây là các tính chất cơ bản của R12 và R22

Hữu hạn

Có khả năng hấp thụ

- Frêon 12 là có công thức hoá học là CF2Cl2 , ký hiệu thương mại R12 + Hay được dùng cho các máy lạnh thực phẩm dưới tàu, trong các hệ thống

điều hoà không khí của một số tàu, trong các tủ lạnh và tủ bảo quản

+ Đây là loại công chất rất an toàn, vì không độc hại, không cháy, không

nổ

+ Tính an toàn của R12 còn ở chỗ nó ngưng tụ ở áp suất không cao trong các điều kiện bình thường, R12 hoà tan trong dầu ở mọi điều kiện nhiệt độ công tác của máy lạnh Điều đó không những làm cho vấn đề hoàn dầu đơn giản mà còn tăng hiệu suất và sản lượng lạnh của hệ thống Vì R12 hoà tan lớp màng dầu trên bề mặt các ống của bầu bay hơi và bầu ngưng, cải thiện điều kiện truyền nhiệt ở các thiết bị trao nhiệt

+ Tuy nhiên khi hơi frêon hoà vào dầu sẻ làm giảm độ nhớt của dầu và khi máy nén ngừng hoạt động lượng frêon hoà vào dầu tăng thêm làm tăng dung dịch dầu - frêon trong các te máy nén Khi khởi động máy nén áp suất trong các te tăng nhanh, làm giảm frêon trong dầu sôi dẫn đến và làm gián đoạn cấp dầu

+ Nước hầu như không hoà tan trong R12, nước lẫn vào frêon không những tạo khả năng tác dụng lên kim loại, mà còn phá hoại hoạt động của máy nén lạnh như làm tắc van tiết lưu

+ Nếu R12 tinh khiết thì gần như không ăn mòn kim loại, nếu lẫn nước thì

ăn mòn sắt thép, thiếc, chì trong các mối hàn không ăn mòn đồng

+ Tính bền vững hoá học cao, cách điện tốt

+ Nặng hơn không khí

+ Khả năng hoà tan mỡ bôi trơn, phá huỷ cao su tự nhiên

+ Không màu, không mùi, không độc hại với con người, ở nhiệt độ cao có thể phân tích thành forgen rất độc

+ Sản lượng lạnh đơn vị thể tích của R12 không cao so với một số frêon thông dụng khác

* Ưu việt cơ bản của R22 so với R12 là sản lượng lạnh đơn vị thể tích lớn hơn Với cùng một sản lượng thể tích máy nén, sản lượng lạnh của máy nén R22 lớn hơn 60% so với máy nén R12

R22 có khả năng hấp thụ nước lớn hơn R12, do đó trường hợp tắc ẩm ở van tiết lưu ít gặp hơn

Theo [ 2] thì R12 bị đình chỉ sử dụng vào tháng 12 năm 1995 tại Viên, còn R22 thì cho phép sử dụng đến năm 2030 sẻ đình chỉ hoàn toàn Vì chúng là những hợp chất hoá học gây ra các lỗ thủng tầng ôzôn và hiện tượng lồng kính (làm nóng trái đất)

Vậy từ những phân tích và so sánh trên, cùng với đặc điểm của máy lạnh thiết

kế ta chọn công chất làm lạnh cho hệ thống là R22

5 Sơ đồ hệ thống

Vật liệu cách nhiệt phải có các yêu cầu sau:

- Yêu cầu cơ bản: phải có hệ số dẫn nhiệt nhỏ (λ = 0,02 ữ 0,05 W/m.độ)

- Phải có độ hút ẩm nhỏ (khả năng hút ẩm từ bên ngoài vào kết cấu của vật liệu cách nhiệt) Khi chứa ẩm trong vật liệu cách nhiệt thì sẻ làm tính dẫn nhiệt tăng, một lí do nữa là làm cho tính xốp của vật liệu cách nhiệt tăng, sẻ làm cho hệ thống bị nứt vở

- Không cháy hoặc khó cháy

- Không hấp thu mùi và cũng không phát sinh ra mùi khó chịu

- Không có phản ứng và không ăn mòn kim loại

- Có độ bền cần thiết (độ bền cơ học, bền nhiệt)

- Không độc hại với môi trường và con người

- Trọng lượng riêng nhỏ

- Giá thành rẻ, tuổi thọ cao

- Không gây nấm mốc và phát sinh vi khuẩn, không hấp dẫn chuột và một

khắc phục bằng phương pháp bổ xung

Đặc điểm vách cách nhiệt tàu thủy là:

- Không gian chứa vật liệu cách nhiệt được giới hạn bởi vỏ thép có kết cấu phức tạp; vỏ bao được liên kết với nhau nhờ các thanh gỗ Vì vậy cần chọn vật liệu có khả năng điền đầy tốt

- Ngày nay, các vật liệu cách nhiệt từ các chất hữu cơ nhân tạo ngày càng

được sử dụng rộng rãi sản xuất các tấm bọt xốp cách nhiệt Chúng đáp ứng tốt những yêu cầu cao của cách nhiệt lạnh, giá thành tương đối rẻ và rất thuận tiện trong việc lắp ráp Các nguyên liệu chủ yếu để chế tạo bọt xốp cách nhiệt là:

Polystyrol, Polyurethan, nhựa Phênol và Polyvinylclorit

Trong đó hai loại bọt xốp cách nhiệt quan trọng nhất là Polystyrol, Polyurethane, chúng được dùng làm nguyên liệu để chế tạo bọt xốp cách nhiệt và

được ứng dụng rộng rãi trong khoảng nhiệt độ từ +30 0C đến - 170 0C Bọt xốp Polystyrol (còn gọi là styrôpo) sản xuất trong thiết bị tĩnh, tạo bọt bằng chất tạo bọt hoặc bằng xử lý nhiệt ở khoảng 100 0C Nhiệt độ giới hạn trên la 700C Không được sử dụng cách nhiệt cho nhiệt độ cao hơn 700C Thông thường bọt xốp polystyrol là dễ cháy Tuy nhiên có thể cho thêm các phụ gia để chế tạo ra các loại bọt xốp polystyrol khó cháy hơn

Riêng bọt xốp polyurethan còn có ưu điểm rất lớn là có thể tạo bọt mà không cần gia nhiệt và không cần áp suất Các lỗ rỗng, các không gian giới hạn bởi các tấm cách ẩm, các không gian giới hạn giữa hai vỏ dễ dàng được bọt Polyurethan điền đầy nhờ phương pháp phun Với polyurethan người ta áp dụng phương pháp cách nhiệt rất kinh tế với hiệu quả cách nhiệt cao trong các buồng lạnh lắp ghép với các tấm hoặc đơn vị cách nhiệt tiêu chuẩn Ngay cả trong cách nhiệt các đường ống, các thiết bị và các bình, polyurethan cũng tỏ ra ưu điểm hơn các loại bọt xốp khác

Dựa vào các yêu cầu và phân tích ở trên ta chọn vật liệu cách nhiệt theo Bảng

59 - [7]; Bảng 11.3 - [ 6] và Phụ lục 3 - [1] là Polyurethan có các tính chất sau:

+ Hệ số dẫn nhiệt : λi = 0,023 ữ 0,03 (W/m.K);

Chọn : λi = 0,027 (W/m.K);

+ Khối lượng riêng nhỏ : ρ = 30 ữ 50 (kg/m3)

+ Hệ số trở ẩm khá nhỏ : à = 30 ữ 60

+ Nhiệt độ ứng dụng lớn nhất: tmax = 120 0C

+ Vật liệu khó cháy

+ Không ảnh hưởng đến chất lượng thực phẩm cần bảo quản

+ Dễ bị nhiễm ẩm ⇒λi↑ mạnh

- Để đề phòng hiện tượng nhiệt ẩm trong trường hợp máy lạnh ngừng hoạt

động, vệ sinh và thông gió các buồng lạnh cần bố trí thêm một lớp cách ẩm phía lạnh bằng giấy dầu, dày δgd = 1,5 mm

Các thông số cơ bản của giấy dầu theo Bảng 58 - [7]:

- Các khung xương liên kết vỏ bao bằng gỗ tấm xẻ (phía lạnh) với khung thép

+ Các khu vực khác : 200 x 20 (mm) + Gỗ thông có ghép mộng

được sấy khô chống co rút, biến dạng khi đã lắp ghép

+ Một số bu lông đầu 6 cạnh thô: M15 x 100, M15 x 120, M15 x 80 (mm) + Đinh thép: φ 4 x 65, φ 5 x 100 (mm)

gỗ chịu lực

Để bảo vệ kết cấu cách nhiệt khỏi ẩm, ta thêm một lớp giấy dầu giữa vật liệu cách nhiệt và lớp vỏ bọc

1.3 Thiết kế kết cấu cách nhiệt và chọn chiều dày cách nhiệt

Chiều dày tối thiểu của lớp cách nhiệt đảm bảo tránh đọng sương trên bề mặt ngoài của kết cấu cách nhiệt, đủ cứng vững và không biến dạng trong khi tàu hoạt

động trong điều kiện sóng gió khắc nghiệt nhất Để chọn được chiều dày vật liệu cách nhiệt tối ưu ta dựa vào các phương án thiết kế khác nhau, và vị trí cụ thể của từng buồng bảo quản cũng như kết cấu của từng vị trí Do đó chiều của kết cấu cách nhiệt ở mỗi vị trí khác nhau sẽ khác nhau

Vì không có đầy đủ số liệu để giải quyết bài toán tối ưu, như vậy ta chọn chiều dày vật liệu cách nhiệt cho buồng bảo quản thực phẩm nằm trong khoảng (140 ữ 250) mm

1.3.1 Kết cấu cách nhiệt vách mạn phải (nhìn từ lái), vách mũi, trần kho lạnh và các vách ngăn

- Kết cấu của trần, vách mũi buồng II, các vách ngăn, vách phải của các buồng đều là thép L đều cạnh có kích thước 100x100x8mm Để đơn giản cho việc thiết kế kết cấu cũng như trong quá trình tính toán chọn kết cấu ở các khu vực trên là như nhau:

- Sơ đồ kết cấu: