MÁY TÀU THỦY chuong 7 may phu

Trong công nghiệp tμu thuỷ gồm các loại bơm, quạt gió, động cơ thuỷ lực, máy nén khí.... * Máy thuỷ lực thể tích lμ máy thuỷ lực mμ trong đó việc trao đổi năng lượng giữa chúng với bên n

TÀI LIỆU THAM KHẢO

MÁY TÀU THUỶ CHƯƠNG 7: MÁY PHỤ

Chương VII

Máy phụ tμu thuỷ

7-1 Máy thuỷ lực Máy thuỷ lực lμ các máy móc, trang thiết bị lμm việc (trao đổi năng lượng) với chất lỏng Trong công nghiệp tμu thuỷ gồm các loại bơm, quạt gió, động cơ thuỷ lực, máy nén khí

I Phân loại máy thủy lực

1 Theo phương thức trao đổi năng lượng giữa máy thuỷ lực vμ chất lỏng

Biểu thị trao đổi năng lượng của động cơ:

1 2

N

E2 < E1 ; E1 – E2 = N

2 Theo nguyên tắc trao đổi năng lượng

Chia thμnh máy thuỷ lực thể tích vμ máy thuỷ lực cánh dẫn

* Máy thuỷ lực thể tích lμ máy thuỷ lực mμ trong đó việc trao đổi năng lượng giữa chúng với bên ngoμi thực hiện nhờ sự nén chất lỏng trong những thể tích công tác kín vμ dưới áp suất thuỷ tĩnh nhất định

Ví dụ: Bơm piston, bơm bánh răng, bơm hoặc động cơ thuỷ lực cánh gạt

* Máy thuỷ lực cánh dẫn lμ máy thuỷ lực mμ trong đó việc trao đổi năng lượng thực hiện nhờ sự truyền động năng một cách liên tục thông qua cơ cấu chính của máy lμ các cánh quay với tốc độ đủ lớn

Ví dụ: Bơm ly tâm, bơm hướng trục, tua bin nước, khớp nối vμ biến tốc thuỷ lực

II Các thông số cơ bản của máy thủy lực

1 Lưu lượng (sản lượng)

Lưu lượng của máy thuỷ lực lμ lượng chất lỏng mμ máy thuỷ lực trao đổi tính trên một đơn vị thời gian

Tuỳ thuộc đơn vị đo ta có:

* Lưu lượng thể tích: Sản lượng chất lỏng tính theo đơn vị thể tích

p g

V - Tốc độ trung bình (tương đối) của chất lỏng

p - Áp suất tuyệt đối tại vị trí xác định

γ - Trọng lượng riêng chất lỏng tại áp suất đó

h - Độ cao hình học đối với một mặt chuẩn xác định

b) Cột áp của bơm: Lμ năng lượng của chất lỏng nhận được thông qua bơm, tính cho

một đơn vị trọng lượng chất lỏng Kí hiệu lμ H BB

vμo ra

vμo ra

G

E E

2 2

V h

p g

V

H B

γ γ

Đối với dòng chảy rối tại cửa ra vμ cửa vμo của bơm:

ư+

=

g

V g

V p p h h

h

p g

V h

p g

V

H B

22

22

1

2 1 2

2 2 1 2 1 2

1 1 1

2 1 2

2 2

2

2

α

α γ

γ

α γ

α

Với α1 - Hệ số điều chỉnh động năng ở cửa vμo

α2 - Hệ số điều chỉnh động năng ở cửa ra

ư

=

γ 1

2 1

2

p p h

h

H t

Cột áp động của bơm:

g

V g

V

H

22

1

2 1 2

c) Cột áp của động cơ thuỷ lực: Lμ năng lượng đơn vị mμ chất lỏng truyền qua động

cơ thuỷ lực Đây lμ trường hợp ngược lại của bơm Cách tính giống như bơm

3 Công suất: Có 2 loại - Công suất thuỷ lực (Ntl)

- Công suất lμm việc (Nlv)

* Công suất thuỷ lực của máy thuỷ lực lμ năng lượng mμ chất lỏng thực sự trao đổi

được với máy thuỷ lực trong một đơn vị thời gian

* Hiệu suất của bơm:

lv

B lv

tl

B

N

H Q N

N = ⋅ ⋅

η

N lv : Lμ công suất tiêu tốn trên trục lai bơm

* Hiệu suất của động cơ thuỷ lực:

/c

đ /c

N N

Máy bơm lμ máy thuỷ lực mμ sau khi trao đổi năng lượng, chất lỏng được vận chuyển

từ vị trí thấp đến vị trí cao hoặc từ vùng áp suất thấp đến vùng áp suất cao

II Phân loại máy bơm

1 Phân theo công dụng

- Bơm hμng: Đối với tμu dầu, tμu hμng hóa lỏng

- Bơm chuyển nhiên liệu, chuyển dầu nhờn phục vụ cho hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn

- Bơm lμm mát: Phục vụ các chức năng lμm mát trong thiết bị động lực của tμu

- Bơm ballast: Phục vụ cân bằng, dằn tμu

- Bơm la canh: Hút khô nước la canh buồng máy, hầm hμng

- Bơm cứu hoả: Phục vụ an toμn, chữa cháy

- Bơm vệ sinh

2 Phân theo nguyên lý trao đổi năng lượng

- Bơm cánh dẫn (bơm động năng): Hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷ lực cánh dẫn

- Bơm thể tích : Lμ bơm hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷ lực thể tích

- Các loại bơm đặc biệt khác: Hoạt động theo nguyên tắc vật lý riêng VD: Bơm phun tia, bơm chân không vòng nước

6.Phân loại theo đặc điểm kết cấu

- Bơm cánh gạt - Bơm rôto - Bơm bánh răng -Bơm piston -Bơm ly tõm

1 Sơ đồ vμ nguyên lý lμm việc

Trục bơm

Bánh cánh Cánh bơm

Vỏ bơm Cửa đẩy

Hình 7-2:.Sơ đồ cấu tạo bơm ly tâm

Miệng hút ở trung tâm bơm, còn miệng thoát theo phương tiếp tuyến Vỏ bơm lμm dạng xoáy ốc tạo ra khe hở với cánh bơm tăng dần về phía miệng thoát Cánh bơm có nhiều loại (loại cánh thẳng, loại cánh cong, cánh hút 1 mặt, cánh hút 2 mặt )

Trước khi bơm lμm việc cần phải lμm cho thân bơm (trong đó có bánh công tác) vμ ống hút được điền đầy chất lỏng - gọi lμ mồi bơm

Khi động cơ lai trục bơm quay, lμm bánh công tác quay, các phần tử chất lỏng ở trong bánh công tác do tác dụng của lực ly tâm bị dồn từ trong ra ngoμi, chuyển động theo các máng dẫn vμ đi vμo ống đẩy (quá trình đẩy)

Đồng thời ở lối vμo của bánh công tác tạo nên một vùng có áp suất chân không, vμ dưới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lối vμo của bơm, chất lỏng ở

bể hút liên tục được đưa vμo bơm theo đường ống hút (quá trình hút)

Quá trình hút vμ đẩy của bơm lμ quá trình liên tục tạo nên dòng chảy liên tục trong bơm

Điểm đặc trưng của bơm ly tâm lμ mỗi một phần tử công chất thu được năng lượng như nhau từ cánh bơm công tác, điều đó có nghĩa lμ công chất được tăng đều năng lượng của mình khi qua các cánh bơm

Nếu công chất đi qua tuần tự một số cánh công tác trên cùng một bơm (các cánh mắc nối tiếp) thì năng lượng công chất thu được tỷ lệ với số lần cánh Những bơm loại nμy

được gọi lμ bơm ly tâm nhiều cấp

Nếu công chất được tách ra vμ qua song song loạt cánh thì cột áp của công chất sau bơm như nhau nhưng lưu lượng gấp đôi Loại bơm nμy lμ bơm ly tâm một cấp lưu lượng lớn

3 Những lưu ý khi khai thác bơm ly tâm

- Sử dụng bơm phải tuân thủ tμi liệu kỹ thuật hướng dẫn của nhμ chế tạo

- Trước khi khởi động bơm cần mồi bơm cho đầy vμ xả khớ trong bơm một cách triệt

để Để khẳng định rằng bơm lμm việc với sản lượng đầy đủ, cần quan sát áp kế lắp đặt trên bơm

4 Các trục trặc thường xẩy ra đối với bơm ly tâm:

a) Sau khi khởi động bơm không cấp được chất lỏng

c) Bơm sử dụng công suất lớn hơn bình thường

- Lμm việc với quá mức về sản lượng

- Vận tốc bơm quá lớn

- Bơm lắp đặt không chính xác

- Ma sát cơ khí các chi tiết trong bơm

g) Bơm lμm việc có tiếng ồn không bình thường

- Sản lượng quá cao hoặc quá thấp so với định mức

1 Sơ đồ vμ nguyên lý lμm việc của bơm piston một hiệu lực

Khi piston (4) sang phải, thể tích buồng lμm việc tăng lên, áp suất ở đây giảm nên chất lỏng từ ống hút (7) qua van một chiều (8) vμo xi lanh (3)

Khi piston (4) sang trái, dưới áp lực của piston, chất lỏng trong xilanh bị nén qua van một chiều (9) vμo ống đầy (1) Ứng với mỗi vòng quay của trục động cơ thì loại bơm piston đơn (một cấp) nμy hút một lần vμ đẩy một lần

Nếu ban đầu chưa có chất lỏng, mμ chỉ có không khí trong khoang công tác của bơm thì chất khí cũng được hút vμ đẩy ra, cho đến khi lượng khí trong hệ thống hút giảm đi

đến một áp suất thích hợp, lúc đó chất lỏng được hút vμ điền đầy, chiếm chỗ phần chân không, sau đó lμ quá trình bơm chất lỏng diễn ra

2 Bơm piston hai hiệu lực

Hình 7-4 Bơm piston hai hiệu lực

Bơm piston 1 cấp có lưu lượng không đều Để đạt được độ đồng đều lớn hơn về lưu lượng, người ta sử dụng bơm piston có hai, ba hoặc nhiều hiệu lực tuy nhiên kết cấu phức tạp vμ cồng kềnh hơn

Nguyên lý hoạt động: Giả sử khi piston chuyển động sang phải, thể tích buồng bơm bên phải giảm lμm áp suất tăng van đẩy 6 bên phải mở, chất lỏng được đẩy ra cửa đẩy

Đồng thời thể tích bên trái buồng bơm tăng lμm áp suất giảm vμ van hút 7 bên trái mở chất lỏng được hút vμo bên trái buồng bơm Khi piston chuyển động về bên trái thì quá trình diễn ra ngược lại

Bơm piston 2 hiệu lực gồm một xilanh cùng 2 khoang công tác được phân chia bởi piston Piston lμm việc cả hai phía, có 2 van hút vμ 2 van đẩy Trong một chu kỳ lμm việc của bơm có 2 quá trình hút vμ 2 quá trình đẩy

3 Những điều chú ý trong khi khai thác bơm piston

Bơm piston có khả năng tự hỳt (không cần mồi), có khả năng lμm việc với cột áp cao trong khi lưu lượng không đổi

Cần thực hiện đầy đủ các yêu cầu vμ hướng dẫn sử dụng bơm của nhμ chế tạo khi khai thác

a) Chuẩn bị khởi động vμ cho chạy bơm

- Kiểm tra dầu mỡ bôi trơn ở các vị trí cần thiết

- Via thử vμi vòng xem bơm có bị kẹt không

- Kiểm tra vμ đóng mở các van công tác một cách chính xác

- Kiểm tra thiết bị lμm mát nhóm truyền động của bơm (nếu có)

- Định kỳ kiểm tra van an toμn, tránh kẹt

- Xem xét kỹ bên ngoμi, chắc chắn không có gì cản trở hoạt động của bơm

Sau khi tiến hμnh các công việc trên thì cho bơm hoạt động Nếu điều chỉnh được tốc

độ của bơm, thì nên tăng từ vòng quay từ nhỏ nhất đến định mức

b) Trong thời gian lμm việc của bơm cần theo dõi:

- Các chỉ số lμm việc của bơm (áp suất hút, đẩy )

- Kiểm tra dầu mỡ bôi trơn

- Kiểm tra nhiệt độ thân bơm, ổ đỡ

- Nếu bơm lμm việc với bình điều hòa thì định kỳ xả bớt không khí nén đến mức độ thích hợp

4 Một số trục trặc ở bơm piston vμ nguyên nhân

a) Nếu bơm không cấp được chất lỏng có thể vì:

- Hư hỏng các lò xo của cỏc van hỳt, đẩy

- Hồi chất lỏng về bơm qua van an toμn

- Piston quá mòn

- Không đảm bảo đủ vòng quay

- Các chi tiết của bơm lắp đặt không đúng kỹ thuật

c) Bơm lμm việc với công suất cao hơn bình thường

- Thiếu bôi trơn trong hệ truyền động

- Vòng quay của bơm quá cao

định khối lượng sửa chữa bơm

III Bơm bánh răng

1 Sơ đồ cấu tạo vμ nguyên lý hoạt động

Vỏ bơm Van an toàn Bỏnh răng Van hỳt Van đẩy

Cửa hỳt Cửa đẩy

- Khi động cơ lai hoạt động, bánh chủ động quay, dẫn bánh bị động quay ngược chiều với nó Chất lỏng từ khoang hỳt được các rãnh răng của hai bánh răng mang sang khoang đẩy

- Tại khoang đẩy , do các bánh răng vμo khớp, các đầu răng khớp vμo các rãnh răng nên chèn chất lỏng ra lμm áp suất tăng lên, chất lỏng (dầu) ra khỏi bơm theo đường đẩy

- Tại khoang hỳt chất lỏng (dầu) luôn bị các bánh răng mang đi nên lượng chất lỏng giảm, cỏc răng ra khớp nờn thể tớch cỏc rónh răng tăng áp suất giảm, chất lỏng sẽ được hút vμo khoang theo đường hút

- Khi áp suất trên đường đẩy lớn hơn định mức thì van sẽ mở cho 1 phần chất lỏng xả

về phía trước bơm để giảm bớt áp suất Với kết cấu của bơm hình 7-5 thì chiều quay thay đổi cửa hút vμ cửa đẩy không đổi nhờ có hai cặp van hút vμ đẩy

Hình 7-6 Bơm bánh răng nghiêng

2 Một số đặc điểm của bơm bánh răng

- Bơm cú thể làm việc với vũng quay cao n = 10000 - 20000v/ph

- Bơm bánh răng chỉ thích hợp với loại chất lỏng có độ nhớt vừa phải vμ tính bôi trơn tốt Thực tế chỉ thích hợp với việc bơm dầu nhất lμ dầu nhờn

- Bơm bánh răng có kết cấu đơn giản, kích thước gọn nên bền vμ chịu tải tốt

- Có khả năng tạo được áp suất khả cao (tới 2ữ30 Kg/cm2)

- Có sản lượng đều hơn nhiều so với bơm piston

- Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao

- Do khe hở giữa phần động vμ phần tĩnh khá bé vμ do lai truyền bằng răng nên rất nhạy cảm với các vật bẩn do vậy phải chú ý đến phin lọc vμ loại chất lỏng được bơm

- Bơm khụng điều chỉnh được lưu lượng và ỏp suất khi vũng quay khụng đổi

- Khi rôto quay, các rãnh có chứa cánh gạt trên thân rôto quay theo

- Do việc đặt lệch tâm rôto trong vỏ bao vμ cánh gạt luôn tỳ sát vμo vỏ nên giữa các cặp cánh với vỏ tạo thμnh các khoang công tác có sự biến đổi về thể tích

- Với chiều quay như hình vẽ, thể tích biến đổi từ 0 (điểm trờn cùng) vμ có giá trị max tại điểm dưới cùng Tạo nên vùng hút vμ nạp chất lỏng tạo nên khoang hút(nửa bên trái)

- Ở nửa vòng tròn bên phải, lμ vùng có thể tích nhỏ dần tạo nên khoang đẩy nén ép chất lỏng ra ngoμi Chất lỏng được vận chuyển một cách liên tục khi rôto quay

Để tăng hiệu quả thì người ta dùng nhiều cánh gạt cho bơm

- Nhiều chi tiết tiếp xúc với nhau nên ma sát cơ khí cao

- Ưu điểm cơ bản của bơm cỏnh gạt là cú thể điều chỉnh được lưu lượng khi vũng quay khụng đổi, bằng cỏch thay đổi độ lệch tõm e của roto và vỏ

- Thường sử dụng trong các hệ thống truyền động thuỷ lực đặc biệt lμ hệ thống cẩu vμ

đóng mở hầm hμng, do việc dễ điều chỉnh sản lượng vμ đảo chiều có thể áp dụng điều khiển tự động vμ từ xa khi lμ động cơ thuỷ lực

7-4 Máy nén khí

1 Nhiệm vụ của máy nén khí trên tμu thuỷ

- Cung cấp khí nén với áp suất cao (20-30)kG/cm2 phục vụ cho các hệ thống khởi

động, đảo chiều động cơ diesel tμu thuỷ, phục vụ cho các công việc điều khiển khai thác tμu như cấp gió cho còi hơi, cho máy tời cầu thang, phục vụ vệ sinh

- Cung cấp khí nén siêu cao áp (150-400) kG/cm2 phục vụ các mục đích quân sự như bắn ngư lôi, phóng tên lửa, nạp khí cho các trạm lặn dưới biển bằng bình khí ôxy

- Máy nén lạnh dùng trong hệ thống lạnh vμ điều hoμ không khí dưới tμu thuỷ

MNK được chia lμm 2 nhóm chính:

* Nhóm MNK thể tích: Như máy nén piston

* Nhóm MNK động lực: Vớ dụ máy nén ly tâm

2 Máy nén khí piston một cấp

Trong MNK piston một cấp, chất môi giới chỉ được nén một lần rồi đẩy vμo bình chứa

Các bộ phận chủ yếu của máy nén piston 1 cấp gồm có:

4 Bầu lọc giú

Hình 7-9:.Máy nén gió piston một cấp

Khi piston chuyển động từ trái sang phải (từ ĐCT đến ĐCD) van nạp mở khi đến 4, van xả đóng, áp suất trong xilanh giảm xuống(tạo thμnh chân không) vμ đưa không khí ngoμi trời vμo xi lanh qua van hút (clape hút3) Trên đồ thị quá trình nạp lμ 4-1, áp suất lúc nạp không thay đổi lμ p1

Tiếp theo lμ quá trình nén khí, piston chuyển động từ phải sang trái (ĐCD đến ĐCT) Trong quá trình nμy hai van nạp vμ thải đều đóng

Nén khí có thể tiến hμnh theo quá trình đẳng nhiệt, quá trình đa biến hoặc quá trình

đoản nhiệt áp suất tăng từ Pa đến P1

Sau đó lμ quá trình thải khí (p1 = const) van xả mở vμ van nạp đóng kín Khí thải sau khi nén được dẫn qua đường ống vμ nạp vμo chai giú 1 (thực chất lμ bình ổn áp đường 2-

3 trên đồ thị)

Trên chu trình lý thuyết, nén đoạn nhiệt công trên hao nhiều nhất, nén đẳng nhiệt công hao ít nhất Nhưng nén đẳng nhiệt rất khó khăn về chế tạo nên trong thực tế thường

được nén theo quá trình đa biến

3 Máy nén khí piston nhiều cấp

a Lý do phải dùng MNK nhiều cấp

Trong thực tế cần khí nén với áp suất cao vμ trung bình, nhưng MNK một cấp khó có thể duy trì với áp suất cao bởi các lý do sau:

- Nếu dùng MNK một cấp để nén khí tới áp suất cao thì nhiệt độ cuối quá trình nén rất lớn, vμ dẫn tới ôxy hoá dầu tự nhiên trên thμnh xilanh, piston dẫn tới kẹt các chi tiết chuyển động vμ các van (clape) hút, xả

- Khi áp suất cao, hiệu suất máy nén giảm nhiều

- Năng lượng dùng để nén khí trong MNK 1 cấp tăng lên rất nhiều so với dùng MNK nhiều cấp do vậy trên tμu thuỷ sử dụng các loại MNK nhiều cấp

-Trong mỏy nộn khớ nhiều cấp thỡ khớ nộn sau khi ra khỏi mỗi cấp sẽ được làm mỏt để tăng hiệu quả của mỏy nộn

b Sơ đồ kết cấu của mỏy nộn khớ hai cấp

Hình 7-10: Kết cấu máy nén khí hai cấp

6 Van hút vμ đẩy cấp II

7 Piston cấp II

8 Bầu lμm mát trung gian cấp II

4 Van đẩy cấp II

5 Đường khí đẩy cấp II

6 Van hút cấp II

7 Bầu lμm mát khí trung gian

8 Van đẩy cấp I

Hình 7-11: Sơ đồ máy nén khí hai cấp

Nguyên lý hoạt động: Với kết cấu của máy nén hình 7-11 Có piston bậc gồm hai kích thước khác nhau được lai truyền chuyển động tịnh tiến trong một xi lanh Chúng kết hợp với nhau tạo thμnh hai khoang công tác có thể tích khác nhau Chất khí được nạp vμo cấp

I qua đường hút cấp I qua van nạp cấp I, sau đó nén qua cửa đẩy cấp I, qua bầu lμm mát trung gian Tiếp tục được nạp hút qua van hút cấp II, vμo cấp II có thể tích nhỏ hơn vμ

được nén lần hai vμ đẩy qua van đẩy cấp II tới chai gió