Chương 7 máy phụ tàu thủy

Theo phơng thức trao đổi năng lợng giữa máy thuỷ lực và chất lỏng Bao gồm nhận năng lợng bơm, truyền năng lợng động cơ * Đối với máy thuỷ lực mà nhận năng lợng từ nguồn bên ngoài sau đóq

Chơng VII

Máy phụ tàu thuỷ

7-1 Máy thuỷ lựcMáy thuỷ lực là các máy móc, trang thiết bị làm việc (trao đổinăng lợng) với chất lỏng Trong công nghiệp tàu thuỷ gồm các loạibơm, quạt gió, động cơ thuỷ lực, máy nén khí

I Phân loại máy thủy lực

1 Theo phơng thức trao đổi năng lợng giữa máy thuỷ lực và chất lỏng

Bao gồm nhận năng lợng (bơm), truyền năng lợng (động cơ)

* Đối với máy thuỷ lực mà nhận năng lợng từ nguồn bên ngoài sau đóqua trao đổi, chất lỏng có đợc áp suất và chuyển động có vận tốcthì ta gọi đó là bơm

Biểu thị năng lợng trao đổi của bơm:

E1 < E2 ; E2 – E1 = N

* Ngợc lại đối với máy thuỷ lực mà cho năng lợng đi (truyền năng ợng) và kết quả là trạng thái năng lợng sau khi ra của máy thuỷ lực cógiá trị thấp hơn trạng thái năng lợng trớc khi vào máy thuỷ lực thì tagọi đó là động cơ thuỷ lực

l-Biểu thị trao đổi năng lợng của động cơ:

N

E2 < E1 ; E1 – E2 = N

2 Theo nguyên tắc trao đổi năng lợng

Chia thành máy thuỷ lực thể tích và máy thuỷ lực cánh dẫn

* Máy thuỷ lực thể tích là máy thuỷ lực mà trong đó việc trao đổinăng lợng giữa chúng với bên ngoài thực hiện nhờ sự nén chất lỏngtrong những thể tích công tác kín và dới áp suất thuỷ tĩnh nhất

Ví dụ: Bơm ly tâm, bơm hớng trục, tua bin nớc, khớp nối và biến tốcthuỷ lực

II.Các thông số cơ bản của máy thủy lực

a) Cột áp của trạng thái chất lỏng: Là giá trị cột áp của chất lỏng tại

một điểm nào đó trên đờng dòng (ống dẫn)

h

p g

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

p -Áp suất tuyệt đối tại vị trí xác định

 -Trọng lợng riêng chất lỏng tại áp suất đó

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

b) Cột áp của bơm: Là năng lợng của chất lỏng nhận đợc thông qua

bơm, tính cho một đơn vị trọng lợng chất lỏng Kí hiệu là H B

vào ra

vào ra

G

E E

p 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

Với 1 - Hệ số điều chỉnh động năng ở cửa vào

2 - Hệ số điều chỉnh động năng ở cửa ra

2

p p h

V

H

22

1

2 1 2

c) Cột áp của động cơ thuỷ lực: Là năng lợng đơn vị mà chất lỏng

truyền qua động cơ thuỷ lực Đây là trờng hợp ngợc lại của bơm Cáchtính giống nh bơm

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

N B

tl  

* Công suất làm việc của máy thuỷ lực là công suất mà máy thuỷlực trao đổi tại trục của nó (công suất trên trục quay của máy khi làmviệc)

tl

B

N

H Q N





N lv : Là công suất tiêu tốn trên trục lại bơm

* Hiệu suất của động cơ thuỷ lực:

/c

đ /c

đ Q H

N N

7-2 Bơm thuỷ lực và phân loại

I Định nghĩa máy bơm:

Máy bơm là máy thuỷ lực mà sau khi trao đổi năng lợng, chất lỏng

đợc vận chuyển từ vị trí thấp đến vị trí cao hoặc từ vùng áp suấtthấp đến vùng áp suất cao

II Phân loại máy bơm

1.Phân theo công dụng

- Bơm hàng: Đối với tàu dầu, tàu hàng hóa lỏng

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

- Bơm làm mát: Phục vụ các chức năng làm mát trong thiết bị

động lực của tàu

- Bơm ballast: Phục vụ cân bằng, dằn tàu

- Bơm la canh: Hút khô nớc la canh buồng máy, hầm hàng

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

- Bơm vệ sinh

2.Phân theo nguyên lý trao đổi năng lợng

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

- Bơm thể tích : Là bơm hoạt động theo nguyên lý của máy thuỷlực thể tích

- Các loại bơm đặc biệt khác: Hoạt động theo nguyên tắc vật lýriêng Ví dụ: Bơm phun tia, bơm chân không vòng nớc

6.Phân loại theo đặc điểm kết cấu

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

Khi động cơ lai trục bơm quay, làm bánh công tác quay, các phần

tử chất lỏng ở trong bánh công tác do tác dụng của lực ly tâm bị dồn

Trục bơm

Bánh cánh Cánh bơm

Vỏ bơm Cửa đẩy

từ trong ra ngoài, chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống

đẩy (quá trình đẩy)

Đồng thời ở lối vào của bánh công tác tạo nên một vùng có chânkhông và dới tác dụng của áp suất trong bể chứa lớn hơn áp suất ở lốivào của bơm, chất lỏng ở bể hút liên tục đợc đa vào bơm theo đờngống hút (quá trình hút)

Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục tạo nên dòngchảy liên tục trong bơm

Điểm đặc trng của bơm ly tâm là mỗi một phần tử công chất thu

đợc năng lợng nh nhau từ cánh bơm công tác, điều đó có nghĩa làcông chất đợc tăng đều năng lợng của mình khi qua các cánh bơm.Nếu công chất đi qua tuần tự một số cánh công tác trên cùng mộtbơm (các cánh mắc nối tiếp) thì năng lợng công chất thu đợc tỷ lệvới số lần cánh Những bơm loại này đợc gọi là bơm ly tâm nhiềucấp

Nếu công chất đợc tách ra và qua song song loạt cánh thì cột ápcủa công chất sau bơm nh nhau nhng lu lợng gấp đôi Loại bơm này

- Nhiệt độ ổ đỡ bơm không vợt quá 70 - 800C

- Khi bơm làm việc mà xuất hiện một số trục trặc thì cần phảixem xét và tìm nguyên nhân khắc phục ngay.

- Việc điều chỉnh sản lợng bơm cần chú ý tới tình trạng đờngống, tình trạng khớ trong hệ thốnh bơm nếu điều chỉnh van hút

4 Các trục trặc thờng sẩy ra đối với bơm ly tâm:

a) Sau khi khởi động bơm không cấp đợc chất lỏng.

c) Bơm sử dụng công suất lớn hơn bình thờng:

- Làm việc với quá mức về sản lợng

g) Bơm làm việc có tiếng ồn không bình thờng:

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

- Bơm lẫn không khí

- Bơm lắp đặt sai qui cách

- Bơm làm việc trong vùng xâm thực

II Bơm piston

Bơm piston là bơm mà chúng hoạt động theo nguyên lý của máythuỷ lực thể tích trong đó cơ năng của động cơ kéo bơm đợc biếnthành năng lợng của dòng chất lỏng đợc bơm và thực hiện nhờ pistonchuyển động tịnh tiến qua lại nén trực tiếp lên chất lỏng trongxilanh

1 Sơ đồ và nguyên lý làm việc của bơm piston một hiệu lực.

Khi piston (4) sang phải, thể tích buồng làm việc tăng lên áp suất ở

đây giảm nên chất lỏng từ ống hút (7) qua van một chiều (8) vào xilanh (3)

Khi piston (4) sang trái, dới áp lực của piston, chất lỏng trong xilanh

bị nén qua van một chiều (9) vào ống đầy (1).Ứng với mỗi vòngquay của trục động cơ lại thì loại bơm piston đơn (một cấp) này hútmột lần và đẩy một lần

Hình 7-3 Bơm piston một hiệu lực

Nếu ban đầu cha có chất lỏng, mà chỉ có không khí trong khoangcông tác của bơm thì chất khí cũng đợc hút và đẩy ra, cho đến khilợng khí trong hệ thống hút giảm đi đến một áp suất thích hợp, lúc

đó chất lỏng đợc hút và điền đầy, chiếm chỗ phần chân không,sau đó là 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 lu lợng không đều Để đạt đợc độ đồng đềulớn hơn về lu lợng, ngời ta sử dụng bơm piston có hai, ba hoặc nhiềuhiệu lực tuy nhiên kết cấu phức tạp và cồng kềnh hơn

Nguyên lý hoạt động: Giả sử khi piston chuyển động sang phải,thể tích buồng bơm bên phải giảm làm áp suất tăng van đảy 6 bênphải mở ,chất lỏng đợc đẩy ra cửa đẩy Đồng thời thể tích bên tráibuồng bơm tăng làm áp suất giảm và van hút 7 bên trái mở chất lỏng

đợc hút vào bên trái buồng bơm Khi piston chuyển động về bên tráithì quá trình diễn ra ngợc lại

Bơm piston 2 hiệu lực gồm một xilanh cùng 2 khoang công tác đợcphân chia bởi piston Piston làm việc cả hai phía, có 2 van hút và 2van đẩy Trong một chu kỳ làm việc của bơm có 2 quá trình hút và 2quá 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 làmviệc với cột áp cao trong khi lu lợng không đổi

Cần thực hiện đầy đủ các yêu cầu và hớng dẫn sử dụng bơm củanhà chế tạo khi khai thác

a) Chuẩn bị khởi động và cho chạy bơm:

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

- Via thử vài vòng xem bơm có bị kẹt không

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

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

- Định kỳ kiểm tra van an toàn, tránh kẹt

- Xem xét kỹ bên ngoài, chắc chắn không có gì cản trở hoạt độngcủa bơm.

Sau khi tiến hành các công việc trên thì cho bơm hoạt động Nếu

điều chỉnh đợc tốc độ của bơm, thì nên tăng từ vòng quay từ nhỏnhất đến định mức

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

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

- Kiểm tra dầu mỡ bôi trơn

- Kiểm tra nhiệt độ thân bơm, ổ đỡ

- Nếu bơm làm việc với bình điều hòa thì định kỳ xả bớt khôngkhí nén đến mức độ thích hợp

4 Một số trục trặc ở bơm piston và nguyên nhân

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

- H hỏng các lò xo của cỏc van hỳt,đảy

- Hồi chất lỏng về bơm qua van an toàn

- Piston quá mòn

- Không đảm bảo đủ vòng quay

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

c) Bơm làm việc với công suất cao hơn bình thờng

- Thiếu bôi trơn trong hệ truyền động

- Vòng quay của bơm quá cao

- Khi động cơ lai hoạt động, bánh chủ động quay, dẫn bánh bị độngquay ngợc chiều với nó Chất lỏng từ khoang hỳt đợc các vãnh răng củahai bánh răng mang sang khoang đẩy

Vỏ bơm Van an toàn Bỏnh răng Van hỳt Van đẩy Cửa hỳt

Cửa đẩy

- Tại khoang đẩy, do các bánh răng vào khớp - Các đầu răng khớp vàocác rãnh răng nên chèn chất lỏng ra làm áp suất tăng lên, chất lỏng (dầu)

ra khỏi bơm theo đờng đẩy

- Tại khoang hỳt chất lỏng(dầu) luôn bị các bánh răng mang đi nên ợng chất lỏng giảm, cỏc răng ra khớp nờn thể tớch cỏc rónh răng tăng áp suấtgiảm, chất lỏng sẽ đợc hút vào khoang theo đờng hút

l Khi áp suất trên đờng đẩy lớn hơn định mức thì van sẽ mở cho

1 phần chất lỏng xả về phía trớc bơm để giảm bớt áp suất.Với kết cấucủa bơm hình 7-5 thì chiều quay thay đổi cửa hút và cửa đẩykhông đổi nhờ có hai cặp van hút và đẩy

Hình 7-6 Bơm bánh răng nghiêng

Hình 7-7 Bơm bánh răng ăn khớp trong

Bơm bánh ăn khớp trong về nguyên lý hoạt động giống bơm bánhrăng ăn khớp ngoài

Chỉ về kích thớc nhỏ gọn hơn bơm bánh răng ăn khớp ngoài, vìmột bánh răng năm trong một bánh răng khác

2 Một số đặc điểm của bơm bánh răng

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

- Bơm bánh răng chỉ thích hợp với loại chất lỏng có độ nhớt vừa phải

và tính bôi trơn tốt Thực tế chỉ thích hợp với việc bơm dầu nhất làdầu nhờn

- Bơm bánh răng có kết cấu đơn giản, kích thớc gọn nên bền vàchịu tải tốt

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

- Có sản lợng đều hơn nhiều so với bơm piston

- Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao

- Do khe hở giữa phần động và phần tĩnh khá bé và do lai truyềnbằng răng nên rất nhạy cảm với các vật bẩn do vậy phải chú ý đến phinlọc và loại chất lỏng đợc 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 và cánh gạt luôn tỳ sátvào vỏ nên giữa các cặp cánh với vỏ tạo thành các khoang công tác có

sự biến đổi về thể tích

- Với chiều quay nh hình vẽ, thể tích biến đổi từ 0 (điểm trờncùng) và có giá trị max (điểm dưới cùng) Tạo nên vùng hút và nạp chấtlỏng tạo nên khoang hút (nửa bên trái)

- Ở nửa vòng tròn bên phải, là vùng có thể tích nhỏ dần tạo nênkhoang đẩy nén ép chất lỏng ra ngoài Chất lỏng đợc vận chuyểnmột cách liên tục khi rôto quay

Để tăng hiệu quả thì ngời ta dùng nhiều cách 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 vũngquay 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 đặcbiệt là hệ thống cẩu và đóng mở hầm hàng ,do việc dễ điều chỉnhsản lợng và đảo chiều có thể áp dụng điều khiển tự động và từ xakhi là động cơ thuỷ lực

7-4 Máy nén khí

1 Nhiệm vụ của máy nén khí trên tàu thuỷ

- Cung cấp khí nén với áp suất cao (20-30kg/cm2) phục vụ cho các

hệ thống khởi động, đảo chiều động cơ diesel tàu thuỷ, phục vụcho các công việc điều khiển khai thác tàu nh cấp gió cho còi hơi,cho máy tời cầu thang,phục vụ vệ sinh…

- Cung cấp khí nén siêu cao áp (150-400kg/cm2) phục vụ các mục

đích quân sự nh bắn ng lôi, phóng tên lửa, nạp khí cho các trạm lặndới biển bằng bình khí ôxy

- Máy nén lạnh dùng trong hệ thống lạnh và điều hoà không khí dớitàu thuỷ

MNK đợc chia làm 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 đợc nén một lần rồi

đẩy vào 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 (tạothành chân không) và đa không khí ngoài trời vào xi lanh qua van

hút (clape hút3) Trên đồ thị quá trình nạp là 4-1, áp suất lúc nạpkhông thay đổi là p1.

Tiếp theo là quá trình nén khí, piston chuyển động từ phải sangtrái (ĐCD đến ĐCT) Trong quá trình này hai van nạp và thải đều đóng.Nén khí có thể tiến hành theo quá trình đẳng nhiệt, quá trình

đa biến hoặc quá trình đoản nhiệt áp suất tăng từ Pa đến P1

Sau đó là quá trình thải khí(p1 = const) van xả mở và van nạp

đóng kín Khí thải sau khi nén đợc dẫn qua đờng ống và nạp vàochai giú 1(thực chất là bình ổn áp đờng 2-3 trên đồ thị)

Trên chu trình lý thuyết, nén đoản nhiệt công trên hao nhiềunhất, nén đẳng nhiệt công hao ít nhất Nhng nén đẳng nhiệt rấtkhó khăn về chế tạo nên trong thực tế thờng đợc 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 và trung bình, nhngMNK 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 độcuối quá trình nén rất lớn, và dẫn tới ôxy hoá dầu tự nhiên trên thànhxilanh, piston dẫn tới kẹt chi tiết chuyển động và các van (clape)hút, xả

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

- Năng lợng dùng để nén khí trong MNK 1 cấp tăng lên rất nhiều sovới dùng MNK nhiều cấp do vậy trên tàu thuỷ sử dụng các loại MNKnhiều cấp

-Trong mỏy nộn khớ nhiều cấp thỡ khớ nộn sau khi ra khỏi mỗi cấp sẽ được làm mỏt đểtăng 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

Hình 7-11: Sơ đồ máy nén

khí hai cấp

Nguyên lý hoạt động: Với kết cấu của máy nén hình 7-11 Có pistonbậc gồm hai kích thớc khác nhau đợc lai truyền chuyển động tịnhtến trong một xi lanh Chúng kết hợp với nhau tạo thành hai khoangcông tác có thể tích khác nhau Chát khí đợc nạp vào cấp I qua đờnghút cấp I qua van nap cấp I, sau đó nén qua của đẩy cấp I qua bầulàm mát trung gian Tiếp tục đợc nạp hút qua van hút cấp II vào cấp II

có thể tích nhỏ hơn và đợc nén lần hai và đẩy qua van đẩy cấp IItới chai gió

4 Van đẩy cấp II

5 Đờng khí đẩy cấp II

Việc lọc nhiên liệu (dầu đốt) và dầu bôi trơn (dầu nhờn) cho tầuthuỷ có một ý nghĩa thực tế hết sức quan trọng nhằm khai thác tàuthuỷ một cách an toàn và đạt hiệu quả kinh tế hơn.

Dầu đốt và dầu nhờn trong các kột, hệ thống thờng có lẫn ít nớc, cátbụi, vẩy sơn, phoi kim loại, muối, mỡ bôi trơn phải đợc làm sạch trớckhi đa vào sử dụng

Để loại bỏ nớc và tạp chất trong dầu đốt và dầu nhờn có nhiều

ph-ơng pháp kết hợp và hỗ trợ lẫn nhau Trớc khi tìm hiểu về các phph-ơngpháp lọc đặc biệt là nguyên lý làm việc của máy lọc dầu ly tâm,chúng ta cần tìm hiểu khái niệm về chất lỏng huyền phù và chấtlỏng nhũ tơng

Chất lỏng có các cặn bẩn không hoà tan gọi là chất lỏng huyềnphù, còn chất lỏng có các cặn bẩn hoặc hạt rắn hoà tan gọi là chấtlỏng nhũ tơng Dầu trên tàu thuỷ vừa là chất lỏng huyền phù vừa làchất lỏng nhũ tơng

*Có 3 phơng pháp chính lọc dầu bẩn sau đây:

1 Lọc qua bầu lọc: Chỉ lọc sạch các chất lỏng huyền phù có chứacác hạt rắn thể to

2 Lắng lọc nhờ trọng lực: Dựa trên cơ sở khác nhau về trọng lợngriêng của dầu, nớc và các hạt rắn để tiến hành tách chúng trong cáckột lắng

3 Lọc qua các máy lọc ly tâm: Dựa vào sự chênh lệch về lực lytâm giữa dầu, nớc, hạt rắn mà tách chúng ra

2.Nguyên lý lọc dầu ly tâm

Việc phân tách chất lỏng nhũ tơng hoặc huyền phù nhờ lực ly tâmdựa trên sự chênh lệch về khối lợng riêng giữa các thành phần củachúng đợc gọi là lọc ly tâm

Sự phân ly ly tâm khác với sự phân ly nhờ trọng lực ở chỗ: Lực tác

động phân ly trong trờng hợp đó là lực ly tâm chứ khụng phải là trọnglực

* Phân ly nhờ trọng lực: (lắng gạn tự nhiên)

- Lực phân ly trong lắng tự nhiên dựa trên cơ sở sự khác nhau về

tỷ trọng γdầu.< γnứơc.< γrắn γ:Là trọng lượng riờng

Lực ly tõm trong mụi trường trọng lực là:Pg = g(ζnặng – ζnhẹ )

ζ Khối lượng riờng

- Nhờ tỏc dụng của trọng lực trong hỗn hợp dầu đưa khi đưa dầu cú tạp chất,nước vàotrong kột lắng,sau một thời gian nước và tạp chất cú tỷ trọng lớn sẽ lắng xuống đỏy kột

và được xả ra ngoài

* Phân ly nhờ lực ly tâm (máy lọc dầu ly tâm)