Nghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khí thải động cơ phục vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu khai thác thủy sản

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI LÊ GIA PHƯƠNG NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN LU

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LÊ GIA PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN

TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN

LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI, NĂM 2014

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO

TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

LÊ GIA PHƯƠNG

NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TẬN DỤNG NHIỆT KHÍ THẢI ðỘNG CƠ PHỤC VỤ SINH HOẠT CỦA NGƯ DÂN

TRÊN TÀU KHAI THÁC THỦY SẢN

CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ

MÃ SỐ : 60.52.01.03

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS BÙI HẢI TRIỀU

HÀ NỘI, NĂM 2014

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

i

LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan luận văn này không trùng lặp với các luận văn, luận án

và các công trình nghiên cứu ñã công bố

Mọi tài liệu, số liệu dùng trong tính toán, dẫn chứng ñều hợp lệ và trung thực Thông tin trích dẫn ñều ñược chỉ rõ nguồn gốc

Người cam ñoan

Lê Gia Phương

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

ii

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian làm việc nghiêm túc, ñề tài “Nghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khí thải của ñộng cơ phục vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu ñánh cá” ñã hoàn thành Với tình cảm chân thành, tôi xin ñược bày tỏ lòng biết ơn sâu

sắc tới thầy giáo- PGS.TS Bùi Hải Triều, người ñã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo

và giúp ñỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện ñề tài Tôi cũng xin chân thành cảm

ơn sự góp ý, chỉ bảo quý báu của các thầy, cô giáo trong bộ môn Cơ khí ñộng lực, khoa cơ khí trường ðại học nông nghiệp Hà Nội, và cuối cùng xin chân thành cảm ơn BGH trường trung cấp thủy sản và các bạn ñồng nghiệp khoa cơ ñiện ñã tạo ñiều kiện về thời gian cho tôi tham gia học tập ñể nâng cao trình ñộ chuyên môn nghiệp vụ, cảm ơn gia ñình, bạn bè ñã ñộng viên tôi trong quá trình học tập

Xin chân thành cảm ơn và chúc ñến quý thầy cô giáo, các bạn ñồng nghiệp lời chúc sức khỏe /

Hà Nội, tháng 5 năm 2014

Tác giả luận văn

Lê Gia Phương

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

1.1.2 Cơ cấu tàu thuyền khai thác thủy sản theo công suất máy 4 1.1.3 Cơ cấu tàu thuyền theo nghề khai thác thủy sản 5

1.1.5 Công nghệ khai thác thủy sản và bảo quản 10 1.2 Trang thiết bị trên tàu thuyền khai thác thủy sản 11 1.3 ðiều kiện làm việc của ngư dân trên tàu ñánh bắt hải sản 16 1.4 Trang bị ñộng lực trên tàu ñánh bắt thủy sản 17

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔN THẤT VÀ TẬN DỤNG

2.1 Phân tích cân bằng nhiệt của ñộng cơ và cơ sở lý thuyết về tổn thất nhiệt 23

2.1.2 Phân tích tổn thất do nhiệt của khí thải và nước làm mát: 29 2.2 Các nguyên lý làm mát của ñộng cơ tàu thuyền: 39

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

iv

2.3.2 Lựa chọn phương pháp gia nhiệt cho nước ngọt dùng trong sinh hoạt trên

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN THIẾT BỊ TẬN DỤNG NHIỆT

3.1 Lựa chọn ñộng cơ và tàu ñánh bắt cá nghiên cứu 49 3.2 Giới thiệu kết cấu và ñặc ñiểm kỹ thuật của ñộng cơ nghiên cứu 52 3.2.1 Các thông số kỹ thuật cơ bản của ñộng cơ 52 3.2.2 ðặc ñiểm cấu tạo ñộng cơ CUMMINS NTA855M-400HP 53 3.3 Thiết kế sơ bộ hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải: 56 3.3.1 Cơ sở lý thuyết chung bài toán thiết kế thiết bị trao ñổi nhiệt vách ngăn 57

3.3.3 Sơ bộ sơ ñồ hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải: 64 3.3.4 Thông số lựa chọn cho hệ thống tận dụng nhiệt: 65 3.4 Xác ñịnh các thông số nhiệt của nước ngọt và của khí thải : 65 3.4.1 Xác ñịnh các thông số nhiệt của nước ngọt: 65 3.4.2 Xác ñịnh các thông số nhiệt của khí thải: 67

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

v

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT

C0 C0= 5,67- hệ số bức xạ vật ñen tuyệt ñối -

cp1; cp2 Nhiệt dung riêng ñẳng áp của môi chất J/kg.0K

d1; d2 ðường kính ống ñồng dẫn nhiệt trong BGN mm

Gr Tiêu chuẩn Grashoff của chất lỏng và chất khí -

k0 Hệ số truyền nhiệt của vách khi không có bám bẩn bề mặt -

k Hệ số truyền nhiệt của vách khi kể ñến ảnh hưởng của hiện

Nu Tiêu chuẩn Nusselt của chất lỏng và chất khí -

Pr Tiêu chuẩn Prandtl của chất lỏng và chất khí -

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

vi

Q1 Nhiệt lượng do dòng môi chất nóng tỏa ra; W

Re Tiêu chuẩn Reynolds của chất lỏng và chất khí -

s1;s2 Bước ống dọc và bước ống ngang của chùm ống mm

tm Nhiệt ñộ trung bình nước ở ñiều kiện môi trường 0C

t1’; t2’ Nhiệt ñộ khí xả và nước vào thiết bị trao ñổi nhiệt 0C

t1’’; t2’’ Nhiệt ñộ khí xả và nước ra khỏi thiết bị trao ñổi nhiệt 0C

α1; α2 Hệ số tỏa nhiệt của khí xả và của nước W/m2.0K

α1’ Hệ số tỏa nhiệt ñối lưu của vách với dòng môi chất nóng W/m2.0K

α2’ Hệ số tỏa nhiệt ñối lưu của vách với dòng môi chất lạnh W/m2.0K

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

ρ1; ρ2 Khối lượng riêng của khí xả và của nước kg/m3

τ Hằng số thời gian của quá trình ñốt nóng nước s

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

viii

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1-2 Cơ cấu nghề khai thác theo công suất năm 2010 6

Bảng 2.1: Liệt kê các giá trị trung bình của các thành phần trong phương trình

Bảng 3-1: Bảng các thông số cơ bản tàu cá TH 90557TS 49 Bảng 3-2: Các thông số kỹ thuật cơ bản của ñộng cơ Cummins NTA855M400 52

Bảng 3-5: Kết quả tính toán thời gian gia nhiệt cho nước trong bình gia nhiệt 87 Bảng 3-6: Kết quả tính toán ảnh hưởng chế ñộ hoạt ñộng ñộng cơ ñến ñộ gia tăng

Bảng 3-7: Kết quả tính toán cách nhiệt bình trao ñổi nhiệt 91 Bảng 3- 8: Kết quả tính toán bọc cách nhiệt bình chứa nước nóng 93 Bảng 3-9: Kết quả tính toán nhiệt ñộ nước trong bình chứa khi lượng nước ñược

Bảng 3-10: Bảng thời gian gia nhiệt cho nước trong bình chứa khi bổ xung lượng

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

ix

DANH MỤC HÌNH

Hình 1-1 Sơ ñồ khối sản lượng thủy sản Việt Nam qua các năm 1995-2012 4 Hình 1-2: Sơ ñồ bố trí chung tàu khai thác thủy sản 11

Hình 1-7 Hình ảnh các thiết bị thông tin tín hiệu 13

Hình 1-13: Sơ ñồ bố trí hệ ñộng lực ñẩy tàu thuyền 18

Hình 2-2: Mối quan hệ giữa tổn thất ma sát với nhiệt ñộ nước làm mát 31 Hình 2-3: a Sự phụ thuộc ñộ nhớt vào các loại dầu nhờn khác nhau và nhiệt ñộ 33 Hình 2-4: Sự thay ñổi của τi phụ thuộc và nhiệt ñộ nước làm mát ra khỏi ñộng cơ 34 Hình 2-5: Sự thay ñổi của suất tiêu hao nhiên liệu có ích của các ñộng cơ khác

Hình 2-6: Biểu thị mối quan hệ giữa ñộ mài mòn H với nhiệt ñộ làm mát ñộng cơ

Hình 2.7 Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi 40

Hình 2-9 Sơ ñồ nguyên lý hệ thống làm mát gián tiếp 43 Hình 2-10: Sơ ñồ tận dụng hai nguồn nhiệt tách rời ở một ñộng cơ 46 Hình 2-11: Sơ ñồ tận dụng nhiệt với hệ thống làm mát nhiệt ñộ cao 47 Hình 2-12: Sơ ñồ tận dụng nhiệt khí xả và nhiệt không khí tăng áp ñộng cơ

47

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

x

Hình 3-1 Sơ ñồ kết cấu táu khai thác thủy sản 50

Hình 3.4 Sơ ñồ hệ thống làm mát vòng trong của ñộng cơ 54

Hình 3-10 Sơ bộ hệ thống tận dụng nhiệt khí xả ñộng cơ gia nhiệt cho nước ngọt 64

Hình 3-13 Mô hình trao ñổi nhiệt của hệ thống tận dụng nhiệt khí thải 82 Hình 3-14: Trao ñổi nhiệt chuyển tiếp qua thành ống 84 Hình 3-15: ðồ thị thời gian tăng nhiệt ñộ nước trong bình gia nhiệt 87 Hình 3-16 ðồ thị ảnh hưởng chế ñộ tải của ñộng cơ tới nhiệt lượng gia nhiệt

Hình 3-17: ðồ thị mối quan hệ giữa chiều dày cách nhiệt và mật ñộ tổn thất

Hình 3.18: ðồ thị biểu thị giá trị bọc cách nhiệt tới tổn thất nhiệt qua vách

Hình 3.19: ðồ thị quan hệ tỷ lệ phần trăm lượng nước nóng sử dụng và lượng

nước lạnh bổ xung, thời gian gia nhiệt cho nước trong bình chứa 96

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

1

MỞ ðẦU 1.Tính cấp thiết của ñề tài

Việt nam có bờ biển dài và rộng, chiều dài khoảng 3444 km, hơn 4200km2biển nội thủy, với hơn 2800 hòn ñảo vùng ñá ngầm lớn nhỏ xa gần bờ bao gồm

cả Hoàng Xa và Trường Xa mà Việt Nam tuyên bố chủ quyền có vùng nội thủy, lãnh hải, vùng ñặc quyền kinh tế và thềm lục ñịa ñược Chính phủ Việt Nam xác ñịnh gấp 3 lần diện tích ñất liền khoảng trên 1 triệu km2 Do ñó nguồn lợi thủy sản dồi dào, mang lại lợi ích kinh tế cao cho ñất nước nói chung và của ngư dân các tỉnh ven biển nói riêng

Nhìn chung phương tiện ñánh bắt thủy sản của cả nước ñang còn nhỏ lẻ lạc hậu Do chính sách ñầu tư và các chính sách của nhà nước ñều có tác ñộng trực tiếp ñến sản xuất, ngư dân chưa tiếp cận ñược các nguồn vốn lớn ñể ñầu tư phương tiện khai thác ðiều kiện khai thác thủy sản ngày càng khó khăn do khí hậu thời tiết, mở rộng vùng ñánh bắt

Cụ thể tàu cá của nước ta ñược phân loại cụ thể theo công suất ñể quản lý các tàu khi ñăng ký khai thác: loại dưới 20 CV, Từ 20CV ñến 90 CV, từ 90CV ñến

400 CV và từ 400CV ñến 1000CV

ðể nâng cao ñiều kiện khai thác, các tàu phải khai thác ở ngư trường rộng và khai thác dài ngày trên biển do ñó các tàu phải có công suất từ 90CV trở lên, thời gian khai thác dài ngày, thời tiết khí hậu khó khăn , trên tàu không ñược trang

bị thiết bị phục vụ như máy ñiều hòa, hệ thống nước nóng sinh hoạt ,một phần ảnh hưởng ñến sức khỏe của ngư dân dẫn ñến ảnh hưởng ñến năng suất lao ñộng

Do ñó ñể nâng cao hiệu quả sử dụng và khai thác ñộng cơ, chúng ta cần nghiên cứu và cải tiến các thiết bị có sử dụng nhiệt ñể giảm chi phí và phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho thuyền viên khi khai thác thủy hải sản dài ngày trên biển Tận dụng nhiệt khí thải ñộng cơ hiện nay ñang ñược nghiên cứu rộng rãi trong ngành vận tải biển và ngành khai thác thủy sản nó là một trong những phương pháp tiết kiệm nhiên liệu cho các hệ thống sử dụng nhiệt trên tàu thủy nói chung và trên tàu cá nói riêng Do ñiều kiện sử dụng và ñóng mới phương

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

2

tiện ở nước ta chủ yếu công suất nhỏ ,trình ựộ ngư dân hạn chế, nên trên tàu cá hầu như ắt sử dụng các thiết bị nhiệt trong khai thác thủy hải sản Do vậy chúng

ta luôn bị lạc hậu so với thế giới nói chung và ngay cả trong khu vực đông Nam

Á Sự phát triển mạnh mẽ về công nghệ thiết bị, do ựó chúng ta cần phải ựưa các thiết bị sử dụng nhiệt vào việc khai thác và bảo quản thủy hải sản, phục vụ nhu cầu sinh hoạt và ựể tiết kiệm chi phắ sử dụng, chúng ta cần nghiên cứu tận dụng nhiệt từ ựộng cơ ựể phục vụ các hệ thống có sử dụng nhiệt và phục vụ nhu cầu sinh hoạt cho các thuyền viên trên tàu

Từ những phân tắch trên tác giả tiến hành nghiên cứu ựề tài:

ỘNghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khắ thải của ựộng cơ phục vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu ựánh cáỢ

2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của ựề tài

Việc nghiên cứu, mô phỏng hệ thống tận dụng nhiệt khắ thải ựể gia nhiệt cho nước nóng nhằm giảm tiêu thụ ựiện và nhiên liệu ựốt sản xuất nước nóng dùng trong sinh hoạt

3 Mục ựắch của ựề tài

Nghiên cứu khả năng tận dụng nhiệt khắ thải ựộng cơ điezel tàu cá phục

vụ sinh hoạt của ngư dân trên tàu ựánh cá Nhằm tận dụng tối ựa nhiệt khắ thải của ựộng cơ và có thể triển khai rộng rãi và tiết kiệm nhiên liệu ựốt

4 đối tượng nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu

Nghiên cứu thiết kế sơ bộ hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt ựể gia nhiệt cho nước ngọt phục vụ nhu cầu sinh hoạt của ngư dân trên tàu khai thác thủy sản

5 Phương pháp nghiên cứu:

Nghiên cứu lý thuyết về thiết bị trao ựổi nhiệt và mô phỏng hoạt ựộng của thiết bị tận dụng nhiệt khắ thải

6 Cấu trúc của luận văn:

Chương 1: Tổng quan vấn ựề nghiên cứu

Chương 2: Cơ sở lý thuyết về tổn thất và tận dụng nhiệt của ựộng cơ ựốt trong Chương 3: Thiết kế tắnh toán thiết bị tận dụng nhiệt khắ thải ựộng cơ

Kết luận và kiến nghị

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

từ khai thác hải sản ñạt gần 2 tỷ USD, chiếm 33 % trong tổng kim ngạch xuất khẩu thủy sản (6,1 tỷ USD, 2011), tạo công ăn việc làm cho khoảng 850.000 lao ñộng trực tiếp trên biển và hàng triệu lao ñộng dịch vụ trên bờ thu mua, chế biến

Tuy nhiên, trong 10 năm trở lại ñây hoạt ñộng khai thác hải sản ñã nảy sinh một số tồn tại, bất cập như: Công tác quản lý tàu cá; nghề khai thác hải sản phát triển tự phát không kiểm soát ñược; tổ chức sản xuất trên biển mang tính nhỏ lẻ, phân tán, tự phát chưa có sự liên kết và hợp tác trong tổ chức sản xuất; công nghệ khai thác, bảo quản sản phẩm sau thu hoạch trên tàu còn lạc hậu so với các nước trong khu vực; tình trạng cạnh tranh trong khai thác ngày càng tăng, ñánh bắt bất hợp pháp vẫn diễn ra ñã làm suy giảm nguồn lợi hải sản vùng biển ven bờ Mặt khác, chúng ta còn thiếu thông tin về nguồn lợi, cơ sở dữ liệu nghề

cá ñể phục vụ cho công tác quản lý, qui hoạch khai thác hải sản; ñầu tư cơ sở hạ tầng còn dàn trải và thiếu ñồng bộ; hệ thống tổ chức quản lý khai thác và thực thi pháp luật chưa ñược kiện toàn

ðể khắc phục những tồn tại nêu trên, nhằm kiểm soát ñược hoạt ñộng tàu

cá trên biển, phát huy tối ña hiệu quả các nguồn lực, các hoạt ñộng hỗ trợ phục

vụ cho khai thác hải sản bền vững, gắn khai thác hải sản với bảo vệ nguồn lợi và môi trường sinh thái, góp phần ñảm bảo an ninh quốc phòng vùng biển ñảo của

tổ quốc và hội nhập quốc tế

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

4

1.1.1 Nguồn lợi hải sản:

Sản lượng khai thác tuy ở giới hạn cho phép (2,2 triệu tấn/năm), song nguồn lợi hải sản ñã có dấu hiệu tổn thương

Nguồn lợi hải sản ven bờ ñang bị khai thác quá mức do cường lực khai thác vùng gần bờ vượt quá giới hạn cho phép1; môi trường gần bờ ñã và ñang bị

ô nhiễm do việc xả các chất thải từ khu dân cư, các khu công nghiệp;tỉ lệ cá tạp,

cá chưa trưởng thành trong các mẻ lưới ngày càng cao, chiếm khoảng 40% - 80% sản lượng ñánh bắt tuỳ theo từng loại nghề, ñặc biệt là tàu lưới kéo; tình trạng khai thác bằng chất nổ, xung ñiện, hóa chất ñộc hại, ñánh bắt cá con, các loài ñang trong thời kỳ ñi ñẻ (mực, cá, ghẹ có trứng), mắt lưới kích thước nhỏ ñã và ñang làm nguồn lợi hải sản bị tổn thương và suy giảm mạnh

Hình 1-1 Sơ ñồ khối sản lượng thủy sản Việt Nam qua các năm 1995-2012

Trong khi ñó, nguồn lợi xa bờ ñược dự báo còn nhiều tiềm năng khai thác; theo ước tính của Viện Nghiên cứu Hải sản, trữ lượng nguồn lợi hải sản vùng biển

xa bờ có khả năng cho phép khai thác 1,5 triệu tấn; sản lượng hải sản khai thác xa

bờ năm 2010 ñạt 1,1 triệu tấn; như vậy, nguồn lợi hải sản xa bờ của một số loài cá nổi lớn, cá nổi nhỏ còn có khả năng cho phép khai thác (0,4 triệu tấn)

1.1.2 Cơ cấu tàu thuyền khai thác thủy sản theo công suất máy:

Trong giai ñoạn từ 2001 - 2010, tổng số tàu cá khai thác hải sản tăng từ 74.495 chiếc lên 128.449 chiếc, với tổng công suất 6,5 triệu cv; trong ñó, tàu nhỏ

1 101.488 chiếc tàu <90CV, chiếm 80,3% tổng số tàu thuyền cả nước

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Bảng 1-1: Cơ cấu tàu cá khai thác thủy sản

Nguồn: Cục Khai thác và Bảo vệ nguồn lợi thủy sản

1.1.3 Cơ cấu tàu thuyền theo nghề khai thác thủy sản:

Hiện nay, cả nước có 40 loại nghề khai thác thủy sản, ñược xếp vào 7 họ nghề chủ yếu như sau:

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

6

Năm 2010, nghề lưới kéo chiếm tỷ trọng khá lớn trong cơ cấu nghề khai thác của cả nước trên 18%; nghề lưới rê trên 37,9%; nghề câu 17,5%, trong ñó nghề câu vàng cá ngừ ñại dương chiếm khoảng 4% trong họ nghề câu; nghề lưới vây chỉ trên 4,9%; nghề cố ñịnh trên 0,3%; các nghề khác chiếm trên 13,1% (trong ñó có tàu làm nghề thu mua hải sản)

Tỷ trọng các loại nghề trong cơ cấu nghề năm 2010 so với năm 2001 ñã

có nhiều thay ñổi, nghề lưới kéo và nghề cố ñịnh có xu hướng giảm dần, nghề lưới rê tăng nhanh; ñiều này cho thấy hiệu quả của nghề lưới kéo và nghề cố ñịnh ñang ngày càng giảm sút và vùng hoạt ñộng của nghề này ñang bị hạn chế, bên cạnh ñó, tỷ trọng của nghề lưới vây và nghề câu cũng có chiều hướng giảm nhẹ

Nguồn: Cục Khai thác và Bảo vệ nguồn lợi thủy sản

Nghề lưới kéo, khoảng 22 nghìn tàu, chiếm 18% số tàu khai thác: Nghề lưới kéo phần lớn hoạt ñộng tại tuyến khơi, ñộ sâu khai thác từ 30m – 50m ñối với nghề lưới kéo ñơn và 60 – 80m ñối với nghề lưới kéo ñôi, ngư trường hoạt ñộng tập trung tại các vùng biển xa bờ , ñối tượng khai thác chính là các loài cá

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

7

ựáy, mực, bạch tuộc , số ngày hoạt ựộng 30 Ờ 60 ngày/chuyến, các ngư trường khai thác hiệu quả: ngư trường vịnh Bắc Bộ, đông, Tây Nam Bộ

Nghề lưới rê, khoảng 47 nghìn tàu, chiếm 38% số tàu khai thác: Nghề lưới

rê hầu như hoạt ựộng quanh năm, số ngày trung bình của chuyến biển từ 20ọ30 ngày/chuyến, ựối tượng khai thác chủ yếu là các loại cá có giá trị kinh tế cao như

cá ngừ cá thu , các ngư trường hoạt ựộng ựạt hiệu quả là ngư trường vịnh Bắc

Bộ (Thanh Hóa), ngư trường đông và Tây Nam Bộ (tàu các tỉnh Cà Mau, Kiên Giang, Bà Rịa Ờ Vũng Tàu)

Nghề câu, khoảng 22 nghìn tàu, chiếm 18% số tàu khai thác: Nghề câu có thời gian hoạt ựộng từ 18 Ờ 20 ngày/chuyến, sản lượng ựạt ựược không cao nhưng giá trị sản phẩm nghề câu cao, ựặc biệt là nghề câu cá ngừ ựại dương tại ngư trường các tỉnh Miền Trung

Nghề lưới vây, khoảng 6 nghìn tàu, chiếm 5% số tàu khai thác: đây là nghề hoạt ựộng quanh năm trừ những ngày biển ựộng, các ngư trường khai thác chủ yếu là ngư trường vịnh Bắc Bộ, đông Ờ Tây Nam Bộ, ựối tượng khai thác chắnh của nghề là cá nục, cá chim, cá ngừ hiệu quả kinh tế của nghề là tương ựối cao, trong vụ cá Bắc 2010 Ờ 2011, tại ngư trưởng vịnh Bắc Bộ nghề vây ựạt hiệu quả khá cao, ựặc biệt là ngư dân các tỉnh Nghệ An, Quảng Bình.( ) [18]

1.1.4 Năng suất, sản lượng khai thác hải sản:

Trong giai ựoạn từ 2001 Ờ 2010, sản lượng khai thác hải sản tăng trưởng bình quân năm ựạt 4,6%/năm (sản lượng khai thác hải sản năm 2001 là 1.481.200 tấn, tăng lên 2.226.600 tấn vào năm 2010); trong ựó, sản lượng cá luôn chiếm tỷ trọng lớn, chiếm khoảng 75% tổng sản lượng; tốc ựộ gia tăng sản lượng cá biển trong giai ựoạn 2001 - 2010 trung bình 4,4%/năm

Sản lượng khai thác hải sản xa bờ năm 2001 khoảng 456.000 tấn, chiếm 30,8% tổng sản lượng khai thác hải sản, ựến năm 2010 tăng lên khoảng 1.100.000 tấn, chiếm gần 50% tổng sản lượng khai thác hải sản; trong ựó, sản lượng khai thác cá ngừ khoảng 15.000 - 30.000 tấn/năm (sản lượng cá ngừ ựại dương ựạt khoảng 12.231 tấn/năm)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Tốc ñộ tăng trưởng bình quân năm (%)

Bảng 1-4 Năng suất khai thác thủy sản

1 Sản lượng/tàu thuyền tấn/chiếc 23,15 18,85 -2,3

2 Sản lượng/lao ñộng tấn/người 3,02 3,22 0,7

3 Sản lượng/công suất tấn/cv 0,49 0,37 -3,1

Nguồn: Cục Khai thác và Bảo vệ nguồn lợi thủy sản

Về khai thác và bảo vệ nguồn lợi thuỷ sản, năm 2012, tình hình khai thác hải sản tiếp tục gặp một số khó khăn, ảnh hưởng ñến sản lượng và hiệu quả sản xuất như 9 cơn bão và 6 ñợt áp thấp nhiệt ñới, giá dầu liên tục biến ñộng tăng, thiếu lao ñộng nghề cá, công tác dự báo ngư trường khai thác hải sản chưa ñược triển khai, tổn thất sau thu hoạch trong khai thác còn ở mức cao, công tác tổ chức lại sản xuất chưa ñược quan tâm ñúng mức, tình trạng ñược mùa - mất giá vẫn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

9

tiếp tục diễn ra, ựặc biệt là hiện tượng thương lái nước ngoài thu gom sản phẩm

ựã ảnh hưởng ựến hiệu quả khai thác của bà con ngư dân

Tuy nhiên, tại các ngư trường trọng ựiểm xuất hiện một số loài hải sản có

giá trị kinh tế cao, sản lượng lớn, các chắnh sách hỗ trợ của nhà nước ựối với khai

thác hải sản xa bờ giúp ngư dân yên tâm bám biển Tổng sản lượng khai thác

thuỷ sản ựạt 2,6 triệu tấn, tăng 10% so với năm 2011, trong ựó khai thác hải sản

ước ựạt 2,4 triệu tấn (tăng 9,6%) Riêng sản lượng cá ngừ ựại dương tại 3 tỉnh

trọng ựiểm miền Trung ựều cao hơn năm 2011 và ước ựạt trên 19 nghìn tấn [19]

Mặc dù có nhiều khó khăn do diễn biến bất thường của thời tiết, chi phắ

ựầu vào tăng ảnh hưởng ựến hiệu quả khai thác hải sản, nhưng vụ cá Bắc năm

2012 - 2013 ựã ựạt ựược kết quả tốt, nguồn lợi cá nổi xuất hiện nhiều, năng suất

và sản lượng một số nghề khai thác tăng, công tác chỉ ựạo sản xuất bước ựầu có

hiệu quả Những chuyển biến tắch cực trong công tác quản lý của các cấp và nỗ

lực của bà con ngư dân ựã ựem lại nhiều kết quả khả quan Tổng sản lượng khai

thác thủy sản vụ cá Bắc 2012-2013 ựạt 1.246 nghìn tấn (tăng 11,25% so với vụ

cá Bắc năm 2011 - 2012), trong ựó sản lượng khai thác biển ựạt 1.183 nghìn tấn

(tăng 10,56 so với vụ cá Bắc năm 2011 - 2012), sản lượng khai thác nội ựịa ựạt

63.000 tấn (tăng 26% so với vụ cá Bắc năm 2011 - 2012) Một số tỉnh có kết quả

sản xuất tốt, tăng từ 8 Ờ 18% như Nghệ An, Hà Tĩnh, đà Nẵng, Bến Tre, Trà

Vinh, Cà Mau và Kiên Giang Trong ba tháng ựầu năm 2013, sản lượng khai thác

thủy sản ựạt 694 ngàn tấn (ựạt 26,69% kế hoạch năm 2013), trong ựó khai thác

biển ựạt 645 nghìn tấn, ựạt 26,88% kế hoạch, khai thác nội ựịa ựạt 49 nghìn tấn,

bằng 24,50% kế hoạch Lý giải về sự tăng sản lượng khai thác vụ cá Bắc năm

2012 Ờ 2013, trong ựó có 4 yếu tố quan trọng Một là, tác ựộng từ cơ chế chắnh

sách, ựây là yếu tố quan trọng nhất là ựòn bẩy kắch thắch sản xuất, kắch thắch ngư

dân ựi biển; Hai là, ngành và ựịa phương ựã tiến hành tổ chức lại sản xuất như:

thành lập các tổ, ựội, hợp tác xãẦ ựóng mới tàu cá xa bờ; Ba là, ứng dụng các

tiến bộ kỹ thuật về khai thác, về bảo quản sản phẩm sau thu hoạch; Bốn là, sự

quyết tâm bám biển không sợ hy sinh, gian khổ của ngư dân trong cả nước.[20]

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

du nhập một số nghề khai thác thủy sản khác cũng ựã ựược thực hiện, như: Câu

cá rạn (mú, hồng) từ Hồng Kông (1990); câu cá ngừ ựại dương từ đài Loan, Nhật Bản (1992-1993); chụp mực kết hợp ánh sáng từ Thái Lan (1993); lưới kéo có ựộ

mở miệng lưới cao từ Trung Quốc (Giã cào bay, 1997-1998); ựặc biệt là lưới kéo ựáy, nghề lưới vây sử dụng máy dò ngang, rê 3 lớp khai thác mực nang, chụp cá, công nghệ bảo quản cá ngừ bằng nước biển

Các trang thiết bị trên tàu như máy thông tin, ựịnh vị, dò cá ựã ựược trang bị hầu hết trên các tàu cá xa bờ tùy theo từng nghề khác nhau; tuy nhiên, các trang thiết bị khai thác như tời thu thả lưới, máy lái tự ựộng, cẩu ựược sản xuất thủ công nên tuổi thọ thấp và hiệu quả không cao dẫn ựến nguy cơ mất an toàn; việc trang bị các thiết bị hiện ựại còn thấp và chậm, chỉ ựạt từ 1,09 Ờ 3,98%

- Phương thức bảo quản sản phẩm trên các tàu cá:

Phương thức bảo quản sản phẩm sau khai thác phổ biến là dùng ựá xay, ướp muối theo phương pháp truyền thống, sự hiểu biết của ngư dân về ựảm bảo vệ sinh an toàn thực phẩm trong sơ chế và bảo quản sản phẩm khai thác còn rất hạn chế; một số tàu câu cá ngừ hiện nay sử dụng vật liệu Polyurethane (PU) ựể làm hầm bảo quản, công nghệ bằng nước biển lạnh nhưng còn ắt và ựang thử nghiệm Hiện nay, chưa có tàu nào sử dụng công nghệ cấp ựông ngay trên tàu, thời gian lên cá và vận chuyển chậm dẫn ựến hao hụt lớn sau khai thác, gây lãng phắ nguồn lợi và hiệu quả kinh tế thấp

Tình trạng ngư dân sử dụng ựạm urê, hóa chất Choloramphenicol (CAP) ựể bảo quản sản phẩm ựánh bắt còn diễn ra ở một số ựịa phương; việc này ựã ảnh hưởng ựến sức khỏe của nhân dân và xuất khẩu (năm 2011 có nhiều lô hàng bị trả về do nhiễm các hóa chất trên); do vậy,việc tăng cường quản lý, kiểm soát qui trình bảo quản, xử lý nguyên liệu trên tàu của ngư dân là hết sức cần thiết

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

11

1.2 Trang thiết bị trên tàu thuyền khai thác thủy sản:

Trang thiết bị trên tàu cá là những dụng cụ gắn liền với tàu như thiết bị máy móc, thiết bị hệ thống lái, neo, chằng buộc, cần cẩu Trang thiết bị thường

là những dụng cụ quan trọng Vì thiếu trang thiết bị con tàu không thể hoạt ñộng

và không ñảm bảo cho việc khai thác thủy sản và ñiều kiện sinh hoạt cho thuyền viên trên tàu

Hình 1-2: Sơ ñồ bố trí chung tàu khai thác thủy sản

+ Trang thiết bị hệ thống lái: Là hệ thống ñược trang bị trên tàu ñể ñiều

chỉnh hướng chuyển ñộng của con tàu theo ý muốn của người ñiều khiển trong khi tàu hành trình cũng như khi tàu ra vào luồng lạch, neo ñậu hoặc cập cảng ðối với tàu khai thác thủy sản hệ thống thiết bị lái chủ yếu bằng cơ khí

Hệ thống lái bao gồm hai thiết bị chính sau:

-Bánh lái: Có nhiệm vụ thay ñổi hướng chuyển ñộng của con tàu và có cấu tạo (Hình 1-2)

Hình 1-3: Sơ ñồ bánh lái tàu cá

1.Tôn vỏ tàu 2.Ống bao trục bánh lái 3.Trục bánh lái

4.Bích nối trục bánh lái với bánh lái; 5.Bánh lái; 6.Ống ñỡ dưới trục bánh lái

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

12

-Máy lái: Sơ ñồ cấu tạo (Hình 1-4)

Hình 1-4: Sơ ñồ cấu tạo máy lái cơ khí

1.Ròng rọc (puly) 4.Thiết bị giới hạn góc bẻ lái 8.Dây cáp

2.Thiết bị giảm chấn 5.Dải quạt lái 9.Tang quấn xích 3.Tăng ñơ 6.Dây xích; 7.Trục lái 10.Vô lăng

+ Thiết bị hệ thống tời neo: Có nhiệm vụ cố ñịnh vị trí của tàu khi không

hành trình tại các vùng neo ñậu, Dùng ñể hãm tàu trong các tình huống khẩn cấp, khi tàu hành trình trong luồng hẹp, thời tiết xấu hoặc tầm nhìn bị hạn chế dễ xảy ra

va chạm, hỗ trợ khi tàu ra vào cầu cảng hoặc kéo tàu ra khỏi cạn khi tàu mắc cạn

Thiết bị trong hệ thống neo (Hình 1-4) bao gồm các thiết bị chính như: Neo, xích neo, máy tời neo, hầm chứa, phanh hãm

Hình 1-5: Cấu tạo neo có ngạnh

1.Thân neo 3.Nghạnh neo 5.Ma ní 7.Ngàm; 8.chốt

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

13

Hình 1-6: Sơ ñồ cấu tạo máy tời neo, tời lưới

1.ðộng cơ ñiện 3’.Bánh răng bị ñộng 6.Phanh cơ khí

2.Hộp số 4.Tay ñiều khiển 7.Tang quấn xích

3.Bánh răng chủ ñộng 5.Ly hợp 8.Ổ ñỡ trục

+ Thiết bị thông tin tín hiệu (hình1-7):

Hình 1-7 Hình ảnh các thiết bị thông tin tín hiệu

Hình 1-7,a Máy rò cá; Hình 1-7,b Thiết bị kết nối vệ tinh GPS

Hình 1-7,c Máy ICOM-718

a

Học viện Nông nghiệp Việt Nam Ờ Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

- Thiết bị kết nối vệ tinh GPS: (hình 1-7,b)

Máy thu phát tắn hiệu vệ tinh ựược lắp ựặt trên ựỉnh boong tàu, hoạt ựộng hoàn toàn tự ựộng, có khả năng chống va ựập cao và thắch ứng với mọi thời tiết khắc nghiệt trên biển

Với thiết bị này, các tàu khai thác, ựánh bắt thủy sản trên biển có thêm một kênh thông tin ựể cập nhật thông tin liên tục về dự báo khắ tượng, hải văn; ựặc biệt thông tin về bão, áp thấp nhiệt ựới Ngoài ra, các tàu ựược lắp ựặt thiết bị

GPS còn thu nhận ựược các bản tin thời tiết hàng ngày, có chứa các thông tin

thời tiết trên một khu vực rộng chung quanh tàu ựang hoạt ựộng

-Thiết bị liên lạc máy ICOM-718 (hình 1-7c)

Ngày nay, lưu lượng tàu ựánh bắt xa bờ tăng rất nhanh, việc trang bị các thiết bị thông tin liên lạc là rất cần thiết cho những chuyến ra khơi của bà con ngư dân Một trong những thiết bị thông tin liên lạc ựược dùng phổ biến nhất hiện nay là máy thu/phát MF/HF ICOM-718 Bởi vậy thiết bị liên lạc tầm xa này (ICOM-718) không còn xa lạ với bà con ngư dân Nó gắn liền với ngư dân trong suốt cuộc hành trình trên biển, giúp cho ngư dân thông tin liên lạc về ựất liền, thu các bản tin thời tiết, các bản tin bão ựể tránh, trú kịp thời và báo tin về hệ thống đài TTDH Việt Nam trên tần số 7903 kHz khi có sự cố không may xảy ra Thiết

bị thông tin liên lạc ICOM-718 là thiết bị ựiện tử, hoạt ựộng trong môi trường nước biển khắc nghiệt nên khả năng xảy ra các sự cố, lỗi cài ựặt là rất cao

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

15

+ Các loại lưới dùng trong ñánh bắt thủy sản:

-Lưới vây: Dùng ñể ñánh cá nổi

Hình 1-8: Cấu tạo của lưới vây

-Lưới kéo: Dùng ñể ñánh cá ñáy

Hình 1-9: Hình dạng tổng thể của lưới kéo -Lưới rê: Dùng ñể ñánh cá nổi

Hình 1-10: Cấu tạo lưới rê ba lớp

Lưới mắt nhỏ sé lọt qua mắt lớn tạo thành túi lưới

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

16

+ Trang thiết bị chữa cháy: Dùng ñể dập lửa nhanh chóng và thuận lợi,

trang bị các dụng cụ từ thô sơ ñến hiện ñại, từ những dụng cụ thao tác bằng tay cho tới hệ thống thiết bị tự ñộng

Hình 1- 11: Thiết bị bình chữa cháy CO 2

+ Trang thiết bị cứu sinh: Trên tất cả các tàu thủy ñều ñược trang bị

dụng cụ cứu sinh Dùng ñể cấp cứu thuyền viên trong trường hợp tai nạn phải bỏ tàu hoặc ñể cứu người trên tàu ngã xuống nước

Hình 1-12: Hình ảnh áo phao và phao tròn 1.3 ðiều kiện làm việc của ngư dân trên tàu ñánh bắt hải sản

Tương ứng với tăng số lượng tàu cá, lao ñộng trực tiếp khai thác thủy sản cũng tăng theo, từ 270.587 người (1990) lên gần 850.000 người (năm 2011), mỗi năm bổ sung khoảng 18-20 nghìn lao ñộng

Lao ñộng nghề cá phần lớn ñược ñào tạo theo phương thức "cha truyền con nối"; ðội ngũ thuyền trưởng, máy trưởng tàu cá hầu hết ít ñược ñào tạo qua trường lớp chính qui, thiếu các kiến thức cơ bản ñể có thể sử dụng ñược các thiết

bị hàng hải, khai thác, thiếu các kiến thức về luật hàng hải ñể có thể hoạt ñộng khai thác ở những vùng biển quốc tế

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

17

Trình ñộ văn hoá rất thấp: 8,4% mù chữ, 55,2% tốt nghiệp tiểu học, chỉ có 34,5% tốt nghiệp trung học cơ sở, 1,9% trung học phổ thông và 0,1% ñược ñào tạo qua các trường ñại học và trung học chuyên nghiệp [21]

Do trình ñộ văn hóa thấp, phong tục tập quán khác nhau ở từng vùng, ñiều kiện kinh tế ña phần còn khó khăn nên việc ñào tạo nghề, hướng dẫn kỹ thuật mới, khả năng tiếp nhận trình ñộ công nghệ… bị hạn chế

Tỷ lệ ăn chia mỗi chuyến biển phụ thuộc vào hình thức khai thác khác nhau; khai thác thủy sản theo hình thức ngư dân làm chủ thì tỷ lệ ăn chia thường

là chủ tàu 60% và thuyền viên 40% lợi nhuận (tổng doanh thu – chi phí (dầu, lương thực, thực phẩm, nước ñá))

Hầu như các chủ tàu cá không có hợp ñồng lao ñộng với ngư dân ñi biển, chỉ hợp ñồng thông qua thảo thuận miệng với nhau Vì vậy, khi tàu cá ñánh bắt không hiệu quả thường người lao ñộng chuyển sang các tàu cá ñánh bắt hiệu quả hơn Cho nên, tình trạng lao ñộng trên tàu cá thiếu, không ổn ñịnh xẩy ra ở hầu hết các tỉnh

Ánh sáng ban ngày với cường ñộ bức xạ vô cùng lớn, tia sáng ban ngày có khả năng xuyên rất sâu vào trong lòng nước (ñến 200m), ñã làm vô hiệu quá nguồn sáng nhân tạo nếu như chúng ñược thắp ban ngày Do vậy việc khai thác kết hợp ánh sáng vào ban ngày là gần như không thể thực hiện ñược

ðể khai thác ñược cá chủ yếu vào ban ñêm và dùng ñèn cao áp ñể tập trung ñàn cá và cách ñánh bắt này mới hiệu quả Do ñó thuyền viên lao ñộng chủ yếu vào ban ñêm, không quy ñịnh thời gian ñánh bắt cứ rò ñược cá cá là thả lưới

và kéo lưới Khi khai thác ñược tất cả các thuyền viên có mặt trên tàu phải lao ñộng và ñưa cá xuống các khoang hàng ñể bảo quản Do lao ñộng thủ công là chủ yếu và không có trang bị bảo hộ lao ñộng nên một phần gây mệt mỏi cho người lao ñộng, năng suất lao ñộng không cao

1.4 Trang bị ñộng lực trên tàu ñánh bắt thủy sản:

Hệ ñộng lực tàu thủy ñược cấu thành từ nhiều hệ thống phức hợp Trang

bị ñộng lực trên tàu cá nói chung dùng ñể lai chân vịt hoặc dùng ñể lai máy phát

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

18

ñiện Hệ ñộng lực có yêu cầu cao về kỹ thuật khai thác và vận hành nhằm ñảm bảo cho con người và phương tiện

ðối với tàu cá hiện nay, trang bị ñộng lực trên tàu chủ yếu có hệ ñộng lực

là (Máy chính- hệ trục- chân vịt) ðược nối từ máy chính (ñộng cơ ðiezel) tới chân vịt thông qua hệ trục làm cho con tàu chuyển ñộng Ngoài ra trên tàu cá còn trang bị máy phát ñiện nhằm sử dụng các trang thiết bị sử dụng ñiện như: Máy rò

cá, radio, la bàn, ñèn hiệu

1.4.1 Hệ ñộng lực ñẩy:

- Sơ ñồ bố trí trang bị ñộng lực (Máy chính- hệ trục- chân vịt) trên tàu cá:

Hình 1-13: Sơ ñồ bố trí hệ ñộng lực ñẩy tàu thuyền

1-ðộng cơ; 2-Trục ñộng cơ và khớp nối mềm; 3-Hộp số;

4-Máy phát ñiện ñồng trục; 5-Ống bao trục có ổ ñỡ; 6-Trục chân vịt; 7-Chân vịt

ðộng cơ lắp trên tàu cá hay còn gọi máy chính lắp trên các tàu khai thác thủy sản xa bờ thường có công suất từ 90 cv÷ 1000cv, các tàu cá lắp nhiều chủng loại ñộng cơ khác nhau và chiếm ña phần là ñộng cơ cũ Máy chính dùng ñể tạo công suất qua hệ trục và ñể con tàu chuyển ñộng, ñộng cơ trên tàu cá thường ñược bố trí dưới buồng lái và gần phía ñuôi tàu ñể làm giảm chiều dài hệ trục ñến chân vịt, ñảm bảo truyền lực từ máy chính ñến hệ trục chân vịt

Chân vịt dùng trên tàu cá thông thường là chân vịt ñịnh bước, và ñược ñặt gần bánh lái, trạng thái luôn luôn ngâm trong nước, cánh chân vịt thường từ 2 cánh trở lên và chiều quay thuận chiều kim ñồng hồ khi tàu tiến và ngược lại

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

19

1.4.2 Hệ thống máy phát ñiện:

Nhằm ñáp ứng nhu cầu sử dụng thiết bị trên tàu, nhu cầu sinh hoạt và vận hành các thiết bị sử dụng ñiện như: (hệ thống khởi ñộng ñộng cơ chính, hệ thống chiếu sáng, thiết bị thông tin tín hiệu hoặc hệ thống tời neo )

Trạm phát ñiện là nơi tạo ra và cung cấp ñiện cho toàn tàu Trạm phát ñiện bao gồm máy phát ñiện, ñộng cơ diezen lai máy phát, các khí cụ ñiện, các thiết bị bảo vệ, trạm phát và các thiết bị dẫn ñiện tạo thành lưới ñiện trên tàu ðể ñảm bảo cho con tàu trong mọi chế ñộ làm việc, ngoài máy phát ñiện chính còn có máy phát ñiện sự cố có công suất nhỏ và chỉ cung cấp ñiện cho một số thiết bị quan trọng như là thiết bị radio, ñèn hành trình, máy rò cá, la bàn, vô tuyến ñiện Trên tàu thủy nguồn sự cố phải kể cả ñến ắcqui

Trên tàu ñánh bắt thủy sản có máy phát ñiện nhằm tạo ra ñiện áp 24V DC dùng ñể sạc ắc quy Hệ thống nguồn ñiện lưu trữ trong ắc quy có ít nhất là ba bình ắc quy có dung lượng ñủ lớn, trong ñó có hai bình ñược ñấu nối trực tiếp tạo

ra ñiện áp 24V DC Hai bình ắc quy này ñược sử dụng cho quá trình khởi ñộng máy phát ñiện và ñược sạc trực tiếp từ hệ thống sạc của máy phát ñiện Bên cạnh

ñó, chúng còn ñược dùng cho các thiết bị thông tin liên lạc 718, M710,…; thiết bị ñịnh vị; hệ thống ñiện sinh hoạt (Tivi, ñầu ñĩa) v.v…Bình ắc quy còn lại dùng dự phòng khi có sự cố xảy ra ñối với một trong hai bình ắc quy nói trên

ICOM-Trên tàu cá thường ít trang bị các thiết bị, và ñiều kiện sử dụng thiết bị ñiện còn hạn chế do ñó công suất sử dụng ñiện phụ thuộc vào công suất, tải trọng

và kích thước của tàu Trên tàu bố trí hệ thống máy phát ñiện ðiện áp dưới tàu thường là dòng ñiện xoay chiều máy phát ñiện thường có công suất 30 KvA trở lên ðộng cơ ñể lai máy phát có công suất từ 15 cv÷ 150 cv ñể cung cấp cho các thiết bị trên tàu khi tàu hành trình và khai thác thủy sản

1.5 Khả năng tăng hiệu quả sử dụng ñộng cơ

ðộng cơ diezeel có nhiều ưu thế trong các ngành công nghiệp nói chung

và trong ngành vận tải , ñặc biệt trong ngành khai thác thủy sản nói riêng nó có nhiều ưu thế song tổn thất nhiệt của ñộng cơ hiện nay còn lớn và ñang còn là vấn

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

20

ñề cần phải nghiên cứu và giải quyết ñể nâng cao hiệu suất và tăng tính kinh tế của sử dụng của ñộng cơ cao hơn Vấn ñề chủ yếu là khả năng tận dụng nhiệt thất thoát của ñộng cơ ñể chuyển hóa nhiệt năng ñó thành công có ích cho các thiết bị tận dụng Ta có thể tận dụng nhiệt của nước làm mát ñộng cơ và nhiệt khí thải ñể phục vụ cho các nhu cầu sinh hoạt và kỹ thuật như chưng cất nước mặn, sưởi ấm phòng làm việc, sấy dầu trong các tàu trở dầu, dùng hơi cung cấp cho các tua bin phát ñiện Có thể tận dụng nhiệt của nước sau khi làm mát ñộng cơ ñể cấp nước cho nồi hơi, cho máy chưng cất nước trong tàu thủy Tận dụng lượng khí xả ñể quay tuốc bin khí máy nén tăng áp cho ñộng cơ, lượng nhiệt khí thải ñể ñốt lò nồi hơi Tận dụng ñồng thời năng lượng nhiệt của nước làm mát ñộng cơ và năng lượng nhiệt của khí thải bằng những thiết bị tận dụng có kết cấu hợp lý ta có thể tăng ñược hiệu quả kinh tế sử dụng ñộng cơ cao hơn

Hiện nay ở Việt Nam ngành công nghiệp ñóng tàu phát triển nhanh chóng Trong những năm gần ñây các nhà máy ñóng tàu của Việt Nam ñã ñóng những con tàu có trọng tải lớn ðộng cơ chính ñược lắp trên những con tàu này là ñộng

cơ diesel có công suất tới hàng chục ngàn mã lực Khí xả do ñộng cơ chính thải

ra có lưu lượng lớn, áp suất và nhiệt ñộ còn khá cao, khoảng 0,35 Mpa và 400oC , mang theo nguồn năng lượng lớn thải ra ngoài Nguồn năng lượng này chiếm khoảng 20% ñến 25% tổng nhiệt lượng sinh ra trong buồng cháy ñộng cơ, ngoài

ra nhiệt do nước làm mát thải ra chiếm khoảng 10% ñến 16% tổng nhiệt lượng sinh ra trong buồng ñốt Nếu tận dụng một phần nguồn nhiệt này sẽ góp phần tiết kiệm nhiên liệu và tăng hiệu suất của hệ ñộng lực tầu thủy Vấn ñề tận dụng nguồn năng lượng của khí xả do ñộng cơ thải ra ñã ñược thực hiện từ lâu ñối với các nước có ngành ñóng tàu phát triển Hiện nay tất cả nồi hơi khí xả ñang sử dụng trên các tàu vận tải biển của Việt Nam ñều ñược thiết kế, chế tạo tại các nước có nền công nghiệp phát triển.Với sự phát triển các ngành công nghiệp nói chung và ngành công nghiệp ñóng tàu nói riêng như những năm gần ñây, chúng ta cần phải tự thiết kế và chế tạo ñể sử dụng Cải tiến các loại nồi hơi khí xả hiện ñang sử dụng nhằm giảm chi phí chế tạo, thuận lợi cho quá trình bảo dưỡng, sửa chữa, tiến tới chế tạo trong nước là bước ñi hợp lý nhằm tăng cường tỷ lệ nội ñịa

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

21

hoá ngành ñóng tàu và giảm giá thành ñóng mới, nâng cao hiệu quả khai thác con tàu ðối với các ñộng cơ tàu thủy sử dụng nhiên liệu nặng bắt buộc phải sử dụng nguồn nhiệt ñể hâm sấy, vì thế trên tàu cần phải có nồi hơi ñể sinh hơi sấy nhiên liệu

và phục vụ các nhu cầu khác trên tàu Tùy thuộc loại tàu, công dụng của tàu, tùy thuộc nhu cầu hơi thực tế và phụ thuộc chủ tàu mà trên tàu thủy có thể bố trí nồi hơi phụ hoặc nồi hơi khí xả hoặc nồi hơi phụ– khí xả hoặc nồi hơi phụ và nồi hơi khí xả

Hiện nay tất cả các loại tàu có trọng tải lớn ñóng ở nước ngoài hay ñóng tại Việt

Nam ñều lắp nồi hơi do các hãng sản xuất nồi hơi nổi tiếng chế tạo Tuy nhiên ñối với các loại tàu trọng tải khoảng 3000 ñến 5000 tấn ñóng cho các chủ tàu Việt Nam, thường sử dụng ñộng cơ chính có công suất khoảng 1500 ñến 3000 mã lực chạy bằng nhiên liệu nặng, thường lắp nồi hơi của Trung Quốc hoặc lắp thiết bị sấy nhiên liệu bằng ñiện Nếu tự chế tạo ñược loại nồi hơi tận dụng nhiệt khí xả hay nồi hơi phụ tận dụng nhiệt khí xả sẽ khuyến khích các doanh nghiệp vận tải sử dụng, ñiều ñó làm giảm lượng nhiên liệu tiêu thụ, giảm ô nhiễm môi trường, góp phần giảm thiểu hiệu ứng nhà kính và cuối cùng tăng hiệu quả khai thác con tàu

Ngoài ra ñối với ñộng cơ tàu cá hiện nay công suất máy thường từ 90 CV÷ 1000 CV Vấn ñề tận dụng nhiệt khí thải ñang còn phải nghiên cứu và rất cần các nhà khoa học chú trọng nghiên cứu hiện nay ñã có một số nghiên cứu tận dụng nhiệt khí thải ñể chạy máy làm ñá nhưng chưa ñược ứng dụng…

Trong tương lai ñể nâng cao khả năng sử dụng nhiên liệu cháy trong xylanh làm việc của ñộng cơ bằng cách tận dụng nhiệt khí thải và nước làm mát ñộng cơ Ta biết rằng phần nhiệt do nước làm mát ñộng cơ mang ñi ñạt gần hai ñến ba phần, còn phần nhiệt tỏa ra do khí thải tương ứng với công có ích Do ñó nhiệt lượng tỏa ra từ nước làm mát ñộng cơ và khí thải lớn hơn gấp 1,5 lần so với nhiệt lượng biến thành công có ích Trong các thiết bị ñộng lực ñối với ñộng

cơ ñốt trong, việc làm mát ñộng cơ nhờ các hệ thống thông thường người ta chỉ

sử dụng nhiệt lượng của nước làm mát ñộng cơ hoặc nhiệt lượng của khí thải Cũng có khi có thiết bị ñộng lực sử dụng cả hai nguồn nhiệt ñó, nhưng nhờ hai

hệ thống riêng biệt Các hệ thống tận dụng nhiệt phải riêng biệt hai nguồn nhiệt

từ một ñộng cơ Với mục ñích tăng hiệu quả sử dụng ñộng cơ

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

1.6.2 Yêu cầu của ñề tài:

Thiết kế ñược sơ bộ hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải ñộng cơ dùng gia nhiệt cho nước ngọt

Xác ñịnh ñược các thông số nhiệt của dòng khí thải ñối với ñộng cơ tàu thuyền cần nghiên cứu

Thiết kế thiết bị trao ñổi nhiệt tận dụng nhiệt khí thải của ñộng cơ

Tính toán mô phỏng hoạt ñộng của hệ thống thiết bị tận dụng nhiệt khí thải

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

23

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ TỔN THẤT VÀ TẬN DỤNG

NHIỆT CỦA ðỘNG CƠ ðỐT TRONG 2.1 Phân tích cân bằng nhiệt của ñộng cơ và cơ sở lý thuyết về tổn thất nhiệt

2.1.1 Phân tích cân bằng nhiệt của ñộng cơ

Trong quá trình làm việc của ñộng cơ, chỉ một phần nhiệt lượng tỏa ra khi cháy nhiên liệu chuyển thành công cơ ích, phần còn lại truyền cho nước làm mát, khí xả và cháy không hoàn toàn ðể xác ñịnh phần nhiệt mất mát, trên cơ sở ñó tìm các biện pháp giảm phần tổn thất, nâng cao hiệu suất chung của thiết bị ñộng lực thì phải xác lập cân bằng nhiệt

+ Ý nghĩa của bài toán cân bằng nhiệt:

Khi ñộng cơ làm việc, các chi tiết của ñộng cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy, tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt ñộ rất cao, nhiệt ñộ ñỉnh piston có thể lên tới 9000c nhiệt ñộ các chi tiết cao có thể dẫn ñến các tác hại sau:

- Giảm sức bền, ñộ cứng vững và tuổi thọ chi tiết do suất hiện ứng suất nhiệt Làm thay ñổi tính chất cơ lý, hóa của vật liệu chế tạo chi tiết, ñặc biệt là các chi tiết phi kim loại

- Giảm khả năng bôi trơn của dầu, tăng cường ñộ mài mòn cho các cặp chi tiết có chuyển ñộng tương ñối với nhau

- Bó kẹt các chi tiết có chuyển ñộng tương ñối với nhau như cặp piston, xi lanh, trục khuỷu- bạc lót

- Giảm hệ số nạp dẫn ñến giảm công suất ñộng cơ

- Gây kích nổ trong ñộng cơ xăng

+ Giải quyết bài toán cân bằng nhiệt cho ta những lợi ích sau:

- ðưa ra các biện pháp giữ cho ñộng cơ làm việc ổn ñịnh ở nhiệt ñộ thích hợp trong tất cả các chế ñộ và ñiều kiện vận hành ðảm bảo sự làm việc của các chi tiết

- Tính toán ñược trị số tổn thất nhiệt trong ñộng cơ, giúp người nghiên cứu

có một hình dung cụ thể về mặt phân bố năng lượng trong quá trình làm việc của ñộng cơ và có thể tìm ra ñược những giải pháp nhằm giảm thiểu sự mất mát năng lượng hoặc sử dụng chúng vào công việc có ích khác

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

so với hiệu suất riêng của ñộng cơ

- Cân bằng nhiệt cho ta cơ sở ñể tính toán hàng loạt các thiết bị phụ dùng cho ñộng cơ Ví dụ: Thiết bị của hệ thống làm mát, bôi trơn Và ñể tính ñược những thiết bị kể trên cần phải biết ñược lượng nhiệt truyền cho nước làm mát, cho dầu bôi trơn, nhiệt do khí thải mang ra ngoài , vì vậy bài toán cân bằng nhiệt có ý nghĩa thực tế

- Ngoài ra cân bằng nhiệt còn là một biện pháp ñánh giá tổng hợp khả năng làm việc của ñộng cơ

+ Phương trình cân bằng nhiệt:

Tại một chế ñộ làm việc ổn ñịnh của ñộng cơ, tổng lượng nhiệt ñưa vào ñộng cơ ñược chuyển thành công có ích và các thành phần năng lượng mất mát (tổn thất) Phương trình cân bằng nhiệt ñược biểu diễn thông qua số lượng nhiệt quy dẫn trên một ñơn vị thời gian như sau (trang 214÷ 215-[2]):

Qo= Qe+Qlm+Qd+Qch+Qth+Qcl (2.1) Trong ñó:

Qo- Nhiệt lượng tổng cộng ñưa vào ñộng cơ tại chế ñộ làm việc ñã cho, (j/s)

Qe- Nhiệt lượng tương ñương với công có ích của ñộng cơ, (j/s)

Qlm- Nhiệt lượng tỏa ra cho môi chất làm mát, (j/s)

Qd- Nhiệt lượng tỏa ra cho dầu bôi trơn, (j/s)

Qch- Nhiệt lượng mất mát của nhiên liệu do cháy không hoàn toàn, (kJ)

Qth- Nhiệt lượng do khí thải mang ra ngoài, (j/s)

Qcl- Các thành phần còn lại của tổn thất nhiệt mà không tính toán vào các thành phần nói trên của phương trình, (j/s)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

qe+ qlm+ qd +qch+ qth+ qcl= 100% (2.2) Các thành phần của phương trình cân bằng nhiệt (2.2) ñược xác ñịnh như sau: + Nhiệt lượng tương ñương với công có ích của ñộng cơ (tr 245-[1])

Nhiệt lượng tương ñương với công có ích của ñộng cơ trong 1 giờ ñược xác ñịnh theo công thức:

Qe= Ne (W hoặc j/s) (2.3) Trong ñó Ne là công suất có ích của ñộng cơ, (kW);

+ Nhiệt lượng tổng cộng tiêu hao trong 1 giờ

Lượng nhiệt tổng cộng mà ñộng cơ tiêu hao trong 1 giờ ñược xác ñịnh theo công thức:

Qo= QH.Gnl (W hoặc j/s) (2.4) Trong ñó:

QH- nhiệt trị thấp của nhiên liệu Với nhiên liệu diesel có thể chọn

Cn- Nhiệt dung riêng của nước, (J/kgñộ) Cn= 4186 (kJ/kgñộ)

tnr- Nhiệt ñộ của nước làm mát ra ñộng cơ, (oC)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

26

tnv- Nhiệt ñộ của nước làm mát vào ñộng cơ, (oC) (tnr, tnv ñược xác ñịnh bằng cách ño trực tiếp trên bệ thử nhờ cảm biến)

Gn- Lượng nước tuần hoàn trong hệ thống làm mát, (kg/s)

Gn có thể ñược xác ñịnh bằng cách ño trực tiếp lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống làm mát hoặc cũng có thể xác ñịnh dựa vào thông số kết cấu ñã biết của bơm theo công thức tính lưu lượng của bơm ly tâm:

Trong ñó: D- ðường kính ngoài bánh công tác, (mm)

b- Chiều rộng bánh công tác tại lối ra, (mm)

Vr- Thành phần hướng kính của vận tốc tuyệt ñối tại lối ra, (m/s)

Vv- Hệ số hiệu dụng thể tích của bơm + Nhiệt lượng do khí thải mang ra ngoài

Nhiệt lượng do khí thải mang ra ngoài trong 1 giây ñược xác ñịnh theo công thức:

Qth= (Gnl+Gkk) Ckk (tkk- to) (W hoặc j/s) (2.7)

Trong ñó:

Gnl- Lượng tiêu thụ nhiên liệu, (kg/s)

Gkk- Lượng tiêu thụ không khí,(kg/s)

Ckk- Nhiệt dung riêng ñẳng áp của khí thải, Ckk= 1040 (J/kg.ñộ)

tkx- Nhiệt ñộ khí thải, (oC); (tkx ñược ño trực tiếp trên bệ thử nhờ cảm biến)

to- Nhiệt ñộ môi trường, (oC); (to ñược chọn theo nhiệt ñộ môi trường tại thời ñiểm ño)

+ Nhiệt lượng mất mát do nhiên liệu cháy không hoàn toàn

*Với α<1:

Qch= ∆QH Gnl,(W hoặc j/s) (2.8)

Trong ñó:

∆QH- Phần tổn thất nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn ðối với ñộng cơ

mà trong ñó ñốt cháy nhiên liệu không hoàn toàn tức không ñủ ôxy của không khí thì số lượng nhiệt ∆QH chính là phần giảm ñi của nhiệt lượng tỏa ra và ñược tính theo công thức:

∆QH= 120.106.(1- α) Mo (2.9)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

kk kmol O

H

32 4 13

21 , 0

1

(2-10)

(C,H,Onl- là số kg C,H2, và O2 cótrong 1 kg nhiên liệu)

- Với nhiên liệu diesel: Mo= 0,496 (kmol)

*Với α>1: Nhiệt lượng mất mát của nhiên liệu do cháy không hoàn toàn tương ñối nhỏ nên khi tính toán ta có thể tính phần nhiệt mất mát này vào trong thành phần của Qcl

+ Nhiệt lượng tỏa ra cho dầu bôi trơn

ðối với các ñộng cơ có két nước làm mát dầu bôi trơn thì thông thường trị

số Qd có thể ñược xác ñịnh bằng cách ño nhiệt lượng tỏa ra của dầu bôi trơn cho nước trong két mát dầu Trong trường hợp tổng quát Qd còn có thể ñược xác ñịnh bằng phương trình truyền nhiệt (tính cho 1 giờ):

Qd= Gd.(tdr-tdv) Cd (j/s) (2.11) Trong ñó:

Cd- Nhiệt dung riêng của dầu bôi trơn, (kJ/kg.ñộ)

tdr- Nhiệt ñộ của dầu bôi trơn khi ñi ra khỏi ñộng cơ, (oC)

tdv- Nhiệt ñộ của dầu bôi trơn khi ñi vào ñộng cơ, (oC)

Gd- Lưu lượng dầu tuần hoàn trong hệ thống bôi trơn, (kg/s) Tuy nhiên trong quá trình hoạt ñộng của ñộng cơ, nhiệt ñộ của dầu bôi trơn khi ra khỏi ñộng cơ còn phụ thuộc rất nhiều vào nhiệt ñộ của các bề mặt ma sát mà dầu ñi qua ñể bôi trơn dẫn ñến sai số lớn trong khi tính toán theo phương trình (2-11) Vì vậy ñể thuận tiện cho việc giải quyết bài toán cân bằng nhiệt, ta

có thể tham khảo giá trị của qd qua kết quả thực nghiệm của các nhà nghiên cứu

ñã ñưa ra: qd ≈ (6 7) % ñối với ñộng cơ Diesel Sơ ñồ thể hiện sự phân bố nhiệt năng của ñộng cơ trong quá trình làm việc ñược thể hiện trên (hình 2-1)

Học viện Nông nghiệp Việt Nam – Luận văn thạc sỹ Khoa học Kỹ thuật

Qi- Nhiệt lượng tương với công chỉ thị của ñộng cơ;

Qe- Nhiệt lượng tương với công có ích của ñộng cơ;

Qvách- Nhiệt lượng truyền nhiệt cho vách giới hạn thể tích trong xy lanh;

Qlm- Nhiệt lượng tỏa ra cho môi trường làm mát;

Q∑- Nhiệt lượng tổng cộng có trong khí thải

Qm- Nhiệt lượng tương ñương với công cho tiêu hao ma sát và cho việc dẫn ñộng cơ cấu phụ

Qms- Nhiệt lượng truyền cho môi trường làm mát do ma sát của piston và xéc măng

Qd- Nhiệt lượng tỏa ra cho dầu bôi trơn

Qch- Nhiệt lượng mất mát của nhiên liệu do cháy không hoàn toàn

Qth- Nhiệt lượng do khí thải mang ra ngoài

Qw- Nhiệt lượng ứng với ñộng năng của khí thải

Qbx- Nhiệt lượng mất mát do bức xạ

QT- Nhiệt lượng do khí thải trong ñường ống thải tỏa ra cho hệ thống làm mát

Qcl- Các thành phần còn lại của tổn thất nhiệt mà không tính toán vào các thành phần nói trên của phương trình cân bằng nhiệt