Đồ án tốt nghiệp Hệ thống làm lạnh

Dựa vào chế độ bảo quản thực phẩm và để kết cấu buồng lạnh được đơn giản, ta ngăn kho thực thẩm thành ba buồng lạnh với chế độ bảo quản như sau: Trong đó; - Kho thịt lạnh: Dùng để chứa t

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 GIỚI THIỆU CHUNG:

1.1.1 Loại tàu, công dụng

Tàu hàng 14500 tấn là loại tàu vỏ thép, kết cấu hàn điện hồ quang, một boong chính, một boong dâng lái và một boong dâng mũi Tàu được thiết kế trang bị 01 diesel chính 2 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt

Tàu được thiết kế để chở hàng hạt, hàng tổng hơp, thép cuộn,…

1.1.2 Vùng hoạt động, cấp thiết kế

Tàu hàng 14500 tấn được thiết kế thoả mãn Cấp không hạn chế theo Quy

phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép – 2003 (TCVN 6259 : 2003), do Bộ Khoa học Công nghệ và Môi trường ban hành

Phần hệ thống động lực được tính toán thiết kế thoả mãn tương ứng Cấp

không hạn chế theo TCVN 6259 : 2003.

1.1.3 Các quy ước, công ước quốc tế áp dụng:

Tàu sẽ được đóng tuân theo các qui định sau:

TCVN 6259 : 2003 – Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép, 2003(1) Công ước quốc tế về an toàn sinh mạng con người trên biển, 1974 (SOLAS, 74);

(2) Công ước quốc tế về mạn khô tàu biển, 1966 (LOAD LINES, 66);(3) Công ước quốc tế về ngăn ngừa ô nhiễm biển do tàu gây ra, 73/78 (MARPOL, 73/78);

(4) Qui tắc quốc tế tránh và trên biển, 1972 (COLREG, 72);

(5) Công ước đo dung tích tàu biển, 1969 (TONNAGE, 69);

(6) Nghị quyết của Tổ chức lao động quốc tế (ILO).

1.1.4 Các thông số chính của tàu

– Chiều dài giữa hai trụ L = 150 (m)

tại sàn lửng buồng máy) và 01 cầu thang sự cố.

Trong buồng máy lắp đặt 01 máy chính và các thiết bị phục vụ hệ thống động lực, hệ thống đường ống Hệ động lực sử dụng 01 hệ trục truyền động cho chong chóng định bước Máy chính khi được lắp lên bệ máy thông qua căn chockfast, căn mềm và các bulông bệ máy, đặc biệt là có các chân đỡ bệ máy

do nhà sản xuất cung cấp

Điều khiển các thiết bị được thực hiện tại chỗ trong buồng máy Điều khiển máy chính được thực hiện tại chỗ trong buồng máy hoặc từ xa trên buồng lái Một số bơm chuyên dụng có thể điều khiển từ xa trên boong chính như bơm vận chuyển dầu đốt, bơm nước vệ sinh, sinh hoạt, các quạt thông gió

Buồng máy có các kích thước chính:

Việc thiết kế quy trình công nghệ lắp ráp dựa trên cơ sở tài liệu của nhà sản xuất là chủ yểu và các quy trình lắp ráp đã và đang đuợc áp dụng hiện nay Quá trình lắp ráp được tiến hành bởi nhà máy Công tác kiểm tra, giám sát được thực hiện bởi các đăng kiểm viên và đại diện nhà máy

1.2.2 Máy chính

Máy chính có ký hiệu 6S35MC (MK-7) do hãng MAN B&W sản xuất, là

động cơ diesel 2 kỳ, 6 xilanh, đầu chữ thập, xếp hàng thẳng đứng, khởi động bằng không khí nén Động cơ được làm mát bằng nước ngọt và không khí Hệ thống bôi trơn cưỡng bức bằng dầu bôi trơn tuần hoàn cácte khô, khởi động bằng không khí nén

Thông số cơ bản của máy chính:

- Suất tiêu hao nhiên liệu quy định: 178 (g/KWh)

1.2.3 Tổ máy phát điện

1.2.3.1 Diesel lai máy phát

Diesel lai máy phát có ký hiệu MAN_6L16/24 do hãng Man B&W (Đức) sản xuất, là động cơ 4 kỳ tác dụng đơn, một hàng xy-lanh thẳng đứng, tăng áp bằng tuabin khí thải, làm mát gián tiếp hai vòng tuần hoàn, bôi trơn áp lực tuần hoàn kín, khởi động bằng không khí nén cao áp

Bảng 1.2 Số máy đèn sử dụng trong các điều kiện làm việc

1.2.3.3 Diesel lai máy phát dự phòng

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN NHU CẦU THỰC PHẨM

2.1 YÊU CẦU LƯỢNG LƯƠNG THỰC THỰC PHẨM

2.1.1 Thời gian để bảo quản lương thực thực phẩm:

- Tầm hoạt động của tàu khoảng 12500 hl và tốc độ trung bình là

13,5 hl/h

- Vậy thời gian hành trình của tàu: tht = 12500/13.5 = 926h ≈ 39 ngày

- Thời gian đỗ bến: tđb = 2 ÷ 4 ngày ⇒ chọn: tđb = 3 ngày

- Thời gian phát sinh do thời tiết và sự cố: tPS = (5÷10) ngày => Vậy tổng thời gian để bảo quản lương thực thực phẩm là: 50 ngày

2.1.2 Lượng thực phẩm cần bảo quản:

Lượng thực phẩm cần bảo quản xác định theo công thức:

M = K n m t

K - hệ số dự trữ để tính tới phát sinh thực tế; K = 1,2 ÷ 2

n - hố lượng thuyền viên; n = 25

m - nhu cầu lương thực thực phẩm của một thuyền viên trong một ngày đêm

t - thời gian của một hành trình (ngày)

m(kg/người.ngày)

t(ngày)

M(kg)

+ Chọn chế độ bảo quản của một số loại thực phẩm theo bảng 1.2; 1.3; 1.4 (Sách Hướng Dẫn Thiết Kế Hệ Thống Lạnh) ta có các bảng 2.2; 2.3; 2.4 sau:

Bảng 2.2 Chế độ bảo quản rau tươi.

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

MởĐóng

ĐóngĐóng

Nấm tươi 0 ÷ 2 Mở 1 ÷ 2 tuần 1 ÷ 2 tuần

Chế độ thông gió

Thời gian bảo quản

Bảng 2.3 Chế độ bảo quản hộp rau quả.

( 0 C)

Độ ẩm không khí

(%)

Thời gian bảo quản (tháng)

Compot quả Hộp sát tây đóng

Lạc nhân Gói -1 75 ÷ 85 5 Mứt rim

- thanh trùng trong

hộp kín

- thanh trùng

Hộp sắt tây đóng hòm

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

Pho mát cứng 1,5 ÷ 4 70 Mở 4 ÷ 12 tháng

Bảng 2.5 Chế độ bảo quản hàng đông lạnh trên tàu thuỷ

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)

-25 ÷ -18 -25 ÷ -18

-3 ÷ 2 70 ÷ 95

Thực nghiệm cho thấy: Đối với các sản phẩm sống như rau, hoa quả tươi, khi bảo quản lạnh không được đưa nhiệt độ bảo quản lạnh xuống thấp hơn quy định Khi nhiệt độ quá lạnh có thể làm giảm chất lượng của rau quả hoặc làm hăm chúng dẫn đến không sử dụng được nữa Các sản phẩm động vật chết có thế bảo quản ở nhiệt độ thấp hơn quy định Nhiệt độ càng thấp thời gian bảo quản càng dài mà không làm giảm chất lượng sản phẩm Theo trang

98 - [1] thì thịt lợn, gia cầm, cá thường được bảo quản đông ở nhiệt độ từ: (-32

÷ -12)0C

Dựa vào chế độ bảo quản thực phẩm và để kết cấu buồng lạnh được đơn giản, ta ngăn kho thực thẩm thành ba buồng lạnh với chế độ bảo quản như sau: Trong đó;

- Kho thịt lạnh: Dùng để chứa thịt, cá có nhiệt độ bảo quản theo bảng 2.1÷2.5 chọn là -180C, chế độ thông gió đóng

- Kho rau lạnh: Dùng để chứa rau, hoa quả, trứng… nhiệt độ bảo quản theo bảng 2.1÷2.5 chọn là: 20C, chế độ thông gió mở

- Kho đệm: nhiệt độ là 80C, chế độ thông gió đóng

Bảng 2.6 Thông số chính của các buồng lạnh.

STT Buồng bảo quản Nhiệt độ ( 0C ) Độ ẩm (%) Chế độ thông gió

2.3 VỊ TRÍ KHO LẠNH THỰC PHẨM.

2.3.1 Vị trí buồng bảo quản:

+ Theo bố trí bên vỏ ta có kho lạnh được bố trí từ sườn -2 đến sườn 6

+ Việc bố trí buồng bảo quản thực phẩm ở vị trí sao cho gọn, việc bố trí đường ống được đơn giản, ổn định nhiệt độ các buồng nhất, gần nhà bếp để tiện cho việc lấy thực phẩm.

+ Vách mạn phải của kho lạnh tiếp giáp với hành lang đi lại và nhà bếp.+ Vách phía mũi tàu tiếp giáp với buồng chứa máy lạnh

+ Vách phía lái tàu tiếp giáp với nhà kho

+ Sàn kho lạnh một phần tiếp xúc với két nước ngọt dự trữ, phần còn lại tiếp xúc với buồng máy

+ Kho lạnh nằm hoàn toàn trên mớn nước

+ Chiều cao kho lạnh: h = 2,5 m

Vị trí của kho lạnh được biểu diễn trên hình 2.1:

Buång chøa rau qu¶

5600

1200

Hình 2.1 Sơ đồ bố trí buồng lạnh

2.3.2 Các kích thước của các buồng bảo quản:

Diện tích mặt sàn cần thiết thường lớn hơn (20 ÷ 80)% 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…

Diện tích cần thiết kế của buồng thịt cá 5,12

Chiều dài của kho lạnh dọc theo chiều dài tàu:

- Khoảng cách 2 sườn liên tiếp là 0,7 (m)

+ Buồng II ( Buồng thịt)

Phần tiếp xúc két nước ngọt dự trữ:

SIIK

F = 1,2× 2,1 = 2,52 (m2)Phần tiếp xúc buồng máy:

SIIBM

F = (2,6- 1,2) × 2,1 = 2,94 (m2)

=> F SII=F SIIK+F SIIBM= 5,46 (m2)

+ Buồng III (Buồng đệm)

Phần tiếp xúc két nước ngọt dự trữ:

SIIIK

F = 1,2 × 2,1 = 2,52 (m2)Phần tiếp xúc buồng máy:

2.3.2.4 Diện tích vách đứng phía mũi tàu.

Phần vách đứng phía mũi tàu của buồng II:

VDMII

F = 2,5 × 2,1 = 5,25 (m2)Phần vách đứng phía mũi tàu của buồng III:

VDMIII

F = 2,5 × 2,1 = 5,25 (m2)

=> F VDM = F VDMII+ F VDMIII= 10,50 (m2)

2.3.2.5 Diện tích vách đứng mạn phải kho lạnh.

Phần vách đứng mạn phải của buồng I:

2.3.2.7 Diện tích vách ngăn kho lạnh.

Phần vách ngăn buồng I và buồng II:

VNI II

F − = 2,1 × 2,5 = 5,25 (m2)Phần vách ngăn buồng I và buồng III:

II

V = F SII × h = 5,46 × 2,5 = 13,65 (m3)

Diện tích vách đứng phía mũi, phía lái (m2)

Diện tích vách đứng mạn trái, mạn phải (m2)

Thể tích chưa bọc cách nhiệt (m3)

CHƯƠNG 3 TÍNH TOÁN KẾT CẤU CÁNH NHIỆT

- Phải có hệ số dẫn nhiệt nhỏ (λ → 0)

- Khối lượng riêng nhỏ

- Độ thấm hơi nước nhỏ (μ → 0)

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

- Bền ở nhiệt độ thấp và không có phản ứng và không ăn mòn kim loại tiếp xúc với nó

- Giá thành rẻ, tuổi thọ cao

- Không cháy hoặc khó cháy

- Không hấp thụ mùi cũng như không phát sinh mùi khó chịu

- Không độc hại với môi trường và con người

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

+ Đặc điểm vách cách nhiệt tàu thuỷ 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

+ Hiện nay, các vật liệu cách nhiệt từ các chất hữu cơ nhân tạo ngày càng được sử dụng rộng rãi Chúng có tính cách nhiệt tốt, giá thành tương đối

rẻ, kích thước, gia công dễ dàng, tính lắp ghép cao Các nguyên liệu chủ yếu

chế tạo bọt xốp cách nhiệt là: Polystyrol, Polyurethan, nhựa Polyvinyclorit, nhựa phênôl và nhựa urê phomađêhit.

+ Trong đó hai loại bọt xốp cách nhiệt quan trọng nhất là Polystyrol, Polyurethan:

- Polystyrol có độ bền nén tương đối lớn từ 0,1 đến 0,2 N/mm2 Nhiệt độ

sử dụng không vượt quá 800C Thường bọt polystirol dễ cháy nhưng cũng có loại không cháy do được pha trộn các phụ gia chông cháy

+ Hệ số dẫn nhiệt λi = 0,037 (W/m.K) + Khối lượng riêng ρ = 25 ÷ 40 (kg/m3)

- Riêng bọt xốp Polyurethan có ưu điểm rất lớn là có thể tạo bọt xốp mà không cần gia nhiệt, 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 Polyurethan điền đầy nhờ phương pháp phun Với Polyurethan người ta áp dụng cách nhiệt rất kinh tế với hiệu quả cách nhiệt cao trong các buồng lạnh lắp ghép với các tấm 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 là

Polyurethan

3.1.2 Xác định chiều dày cách nhiệt.

+ Chiều dày lớp cách nhiệt được xác định theo hai yêu cầu cơ bản:

1) Vách ngoài kết cấu bao che không được phép đọng sương nghĩa là độ dày lớp cách nhiệt phải đủ lớn để nhiệt độ bề mặt vách ngoài lớn hơn nhiệt độ đọng sương tS

2) Chọn chiều dày cách nhiệt sao cho giá thành một đơn vị lạnh là rẻ nhất (1000 kcal/h) và không biến dạng khi tàu hoạt động trong điều kiện khắc nhiệt nhất

Để chọn được chiều dày 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 dày 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 cách nhiệt cho buồng bảo quản thực phẩm nằm trong khoảng (140 ÷

250) mm

3.2 Tính toán kết cấu cách nhiệt:

+) Phương pháp xác định hệ số truyền nhiệt k của kết cấu cách nhiệt:

- Hệ số truyền nhiệt qua các cửa buồng lạnh được tính như của các vách ngăn, sự chênh lệch được bù trong hệ số tính toán

- Mỗi phương pháp tính toán đều có các giả thiết riêng Nhưng tất cả các phương pháp đều dựa trên một giả thiết chung sau:

+ Khi tính cách nhiệt các buồng lạnh tàu thủy có thể không tính tới nhiệt trở tỏa nhiệt từ hai phía (phía ngoài và trong vách) của kết cấu cách nhiệt 1/αn

và 1/αi Vì giá trị của nó không đáng kể so với nhiệt trở chung của toàn kết cấu (Sách: Thiết Kế HTLL )

+ Chọn phương pháp tính gần đúng: ″ phương pháp nhiệt vòng” đây là phương pháp tính dựa trên các giả thiết thu được từ phương pháp đồng dạng nhiệt - điện Nó tương đối đơn giản và gần đúng với số liệu thực tế nên được ứng dụng rất rộng rãi trong tính cách nhiệt tàu thuỷ

- Để xác định hệ số truyền nhiệt theo phương pháp nhiệt vòng, ngoài giả thiết chung còn phải dựa trên các giả thiết riêng sau:

+ Nhiệt độ của tất cả mọi điểm của kết cấu thép đều bằng nhau và bằng với nhiệt độ môi trường bao quanh kết cấu

+ Các mặt đẳng nhiệt song song với kết cấu thép ở những vùng phẳng của kết cấu

+ Dòng nhiệt do sườn tạo ra sẽ đi theo hình vòng tròn có tâm nằm tại đỉnh mép sườn

3.2.1 Kết cấu cách nhiệt sàn.

- Đặc điểm:

+ Chịu tải trọng của các giá treo đặt thực phẩm, chịu nghiêng, lắc, chúi trong quá trình hành hải

+ Dễ bị đọng nước khi tẩy tuyết, vệ sinh

- Vì vậy yêu cầu của sàn cần phải có độ vững chắc cần thiết, không thấm

ẩm, dễ vệ sinh

Chọn kết cấu cách nhiệt như hình 3.1:

+ d = 130 (mm): chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt

+ δ = 12 (mm): chiều dày lớp tôn sàn

+ S = 400 (mm): khoảng cách giữa các thanh gỗ thông

+ λi = 0,027 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của lớp Polyurethan

+ λa = 0,17 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của thanh gỗ

+ λb = 0,031 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của composit

Dòng nhiệt này được xác định theo công thức 3.12 (Thiết Kế HTLL).

q1

a

c d

+) q2 dòng nhiệt xuất phát từ tôn vách truyền qua lớp vật liệu cách nhiệt

có chiều dày d, qua lớp ván gỗ bảo vệ có chiều dày a và qua lớp composit xâm nhập vào buồng lạnh

Dòng nhiệt này được xác định theo công thức 3.12 (Thiết Kế HTLL)

3.2.2 Kết cấu cách nhiệt các vách ngăn :

Sơ đồ kết cấu các vách ngăn:

+ d = 120 (mm): chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt

+ S = 400 (mm): khoảng cách giữa các thanh gỗ thông

+ λi = 0,027 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của lớp Polyurethan

+ λa = 0,17 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của thanh gỗ

+ Đinh thép: Ø5 x 100 mm

+) Dòng nhiệt q1 truyền qua lớp ván gỗ bảo vệ thứ nhất truyền qua thanh

gỗ chịu lực xếp dọc, qua lớp ván gỗ bảo vệ thứ 2 vào buồng lạnh Dòng nhiệt này lưu thông trong vùng có bề rộng c

= +

Chọn sơ đồ kết cấu như hình 3.3:

+ d = 150(mm): chiều dài thanh gỗ

+ i = 100(mm): chiều dày lớp vật liệu cách nhiệt

+ S = 700(mm): khoảng cách giữa các thanh gỗ thông

+ λi = 0,027 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của lớp Polyurethan

+ λa = 0,17 (W/m.K): hệ số dẫn nhiệt của thanh gỗ

+ δMax= 2h

π

+ Đinh thép: Ø4 x 65 mm

- Dòng nhiệt q1 xuất phát từ đỉnh sườn qua lớp vật liệu cách nhiệt có chiều dầy i, qua lớp ván gỗ bảo vệ có chiều dày a vào buồng lạnh Dòng nhiệt này lưu thông trong vùng có bề rộng b

q2

2 /

2 0

a 2

2' 0

i a

π λ π

q3

4 a

- Hệ số truyền nhiệt thực tế kt lớn hơn hệ số truyền nhiệt tính toán do có

kể đến dòng nhiệt xâm nhập qua các mã gia cường, bu lông, đinh thép, lớp chống ẩm, lớp tôn tráng kẽm, các đường ống của hệ thống.v.v

- Theo công thức 3.29 (Sách Thiết Kế Hệ Thống Làm Lạnh) có:

3.3.1 Chi phí lạnh do nhiệt xâm nhập qua kết cấu cách nhiệt

3.3.1.1 Xác định nhiệt độ xung quanh kho lạnh:

a) Nhiệt độ các buồng bảo quản

Buồng 1: t1 = 20C

Buồng 2: t2 = -180C

Buồng 3: t 3 = 8 0 C

b) Nhiệt độ các vách tiếp xúc với không khí, chịu bức xạ mặt trời.

- Tiếp giáp với trần buồng lạnh là boong dâng lái là phần tiếp xúc với không khí ngoài trời chịu bức xạ của mặt trời Do đó một phần buồng lạnh tiếp xúc boong chịu bức xạ mặt trời

- Theo công thức 5.4 ( sách Hướng Dẫn Thiết Kế HTLL) nhiệt độ phần bức xạ mặt trời được xác định theo công thức sau:

ttrần = tbx =

k

t t k

+

+

+ α

+) α - hệ số trao nhiệt giữa không khí và mặt boong, theo [tr33 - 1]

khi tốc độ tàu v = (3 ÷ 17) m/s thì α được xác định theo công thức kinh nghiệm sau:

α =2,33 + 11,67 v

Vận tốc tàu thiết kế là v = 13,5(hl/h) = 6,945 (m/s)

⇒ α = 2,33 + 11,76 6 , 945 = 33,322 (W/m2.độ)

+) tt – nhiệt độ trong buồng lạnh

ttmax⇒ tbxmax , Vậy lấy tt = ttmax = 80C

t trần = t bx = 640 8.0,3854 33,322.34

33,322 0,3854

c) Nhiệt độ các vách tiếp xúc với không khí, không chịu bức xạ mặt trời.

+ Vách mạn phải tiếp giáp với bếp có tb= tkk+ 3 =34 + 3 = 370C

+ Phần sàn buồng lạnh tiếp xúc với két nước ngọt nên nhiệt độ dưới buồng lạnh tiếp xúc két nước ngọt chọn là 300C