CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 1.1.Giới thiệu chung §©y lµ b¶n thuyÕt minh chung vµ c¸c b¶n vÏ kÌm theo ®îc thiÕt lËp ®Ó thi c«ng ®ãng tµu vµ vËt liÖu ®îc cung cÊp cho kÕt cÊu cña tµu dÇu/ tµu chë ho¸ chÊt cã ch©n vÞt ®¬n, dÉn ®éng b»ng ®éng c¬ Diesel. (IMO TYPE II) Tµu ®îc thiÕt kÕ, l¾p ®Æt, cung cÊp thiÕt bÞ, thö c¸c kÕt cÊu vµ bµn giao tµu cho chñ tµu bëi c«ng ty ®ãng tµu theo nh hîp ®ång, b¶n thuyÕt minh chung, c¸c quy ph¹m quy ®Þnh cña ®¨ng kiÓm vµ c¸c ban ngµnh liªn quan.
Trang 1TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA ĐÓNG TÀU -oOo -
THIẾT KẾ MÔN HỌC MÁY PHỤ TÀU THỦY
ĐỀ BÀI:
TÍNH TOÁN VÀ THIẾT KẾ
HỆ THỐNG LÀM MÁT TÀU 7000 TẤN
Trang 2Hải Phũng 2012 Mục lục
CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG 3
1.1.Giới thiệu chung 3
1.1.2.Khái quát, miêu tả chung về con tàu (mô tả hình dáng tàu) .4
1.1.3.Mục đích của tàu- Phạm vi khai thác 5
1.1.4.Quốc gia 5
1.1.5.Khu vực hàng hải 5
1.1.6.Thụng số kỹ thuật cơ bản 5
1.2.Mỏy chớnh 6
1.2.1.Giới thiệu chung 6
1.2.2.Cỏc thụng số kỹ thuật 6
1.3.Hệ thống phát điện 7
1.3.1.Giới thiệu chung 7
1.3.2.Động cơ diesel 7
1.4.Chức năng và nguyờn lý hoạt động của hệ thống làm mỏt nước ngọt cho tàu dầu 7000 tấn 8
1.4.1.Chức năng của hệ thống 8
1.4.1.1.Khỏi niệm về hệ thống làm mỏt 8
1.4.1.2 Chức năng, cụng dụng và nhiệm vụ của hệ thống làm mỏt 8
1.4.2.Yờu cầu cơ bản 9
Trang 3CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 11
2.1.Nguyên lý hoạt động của hệ thống 11
2.1.1.Hệ thống làm mát nước ngọt 11
2.1.2 Hệ thống cấp nước ngọt cho máy đèn 11
2.2 Tính toán các trang thiết bị trong hệ thống 11
2.2.1 Sản lượng bơm nước ngọt 11
2.2.1.1 Máy chính 14
2.2.1.2.Diesel lai máy phát 16
2.2.2 Tính két giãn nở 17
2.2.3.Tính bầu sinh hàn nước ngọt 17
2.3.Chọn bơm nước làm mát máy chính và 2 máy diesel lai máy phát 19
2.4.Tính đường ống 19
CHƯƠNG 3 : KẾT LUẬN 21
3.1 Các kết quả tính các thiết bị 21
3.2 Các thiết bị trong hệ thống 22
Trang 4DANH MỤC BẢNG
Bảng 2.1 Các thông số tính của máy chính 14
Bảng 2.2 Các thông số tính của máy desel lai máy phát 16
Bảng 2.3 Các thông số tính toán của két giãn nở 17
Bảng 2.4.Tính toán bầu sinh hàn nước ngọt cho các máy 19
Bảng 3.5 Bảng thống kê các thông số của thiết bị đã tính được 21
Bảng 3.6 Bảng các thiết bị trong hệ thống 22
Trang 5CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG
1.1.Giới thiệu chung
Đây là bản thuyết minh chung và các bản vẽ kèm theo đợc thiếtlập để thi công đóng tàu và vật liệu đợc cung cấp cho kết cấucủa tàu dầu/ tàu chở hoá chất có chân vịt đơn, dẫn động bằng
động cơ Diesel (IMO TYPE II)
Tàu đợc thiết kế, lắp đặt, cung cấp thiết bị, thử các kết cấu
và bàn giao tàu cho chủ tàu bởi công ty đóng tàu theo nh hợp
đồng, bản thuyết minh chung, các quy phạm quy định của đăngkiểm và các ban ngành liên quan
Nhà đóng tàu trang bị, cung cấp cho tàu tất cả các hạng mục,kết cấu đợc yêu cầu bởi quy phạm đề cập trong phần 1.12, 1.13,1.14 trừ những hạng mục đề cập ở dới đợc chủ tàu cung cấp
Bất kỳ hạng mục nào không đợc đề cập trong bản thuyếtminh chung nhng đợc đăng kiểm và các ban ngành liên quan yêucầu cho kích thớc và loại tàu này sẽ đợc cung cấp và lắp đặt bởinhà đóng tàu
Nếu có sự mâu thuẫn trong hợp đồng và bản thuyết minhchung hoặc bản thuyết minh chung và các bản vẽ hớng dẫn, thìbản gốc đợc chọn nếu không sẽ theo thoả thuận 2 bên
Bất kỳ sửa đổi hoặc thay đổi nào trong quy phạm đợc đềcập trong điều khoản "các quy phạm" đợc ban hành và có hiệulực sau khi ký kết hợp đồng sẽ đợc bàn luận trong bản thay đổihợp đồng và các vấn đề sẽ đa ra thảo luận giữa chủ tàu và nhàmáy đóng tàu
Nếu chủ tàu muốn đóng tàu theo bản sửa đổi hoặc thay
đổi nêu trên, nhà đóng tàu sẽ đệ trình 1 văn bản bao gồm giá
Trang 6cả, tải trọng tàu, ngày giao tàu hoặc các hạng mục khác có ảnh ởng tới bản hợp động.
h-Các sửa đổi hoặc thay đổi sẽ có hiệu lực sau khi hai bên chủtàu và nhà đóng tàu chấp thuận và ký kết
Bản sửa đổi và các thay đổi sẽ đợc ghi lại trong biên bản ghinhớ hoặc trong văn bản viết tay đợc chủ tàu và nhà đóng tàuký
Các tài liệu này sẽ bổ xung cho (các đặc điểm chi tiết của hợp đồng) bản thuyết minh chung của hợp đồng
Kích thớc của tàu, thiết bị, và các bản vẽ về máy móc trừ các phần liên quan trong phần này sẽ đợc đo theo hệ mét
Nhìn chung, các thiết bị của tàu sẽ theo quy định KS, JIS,yêu cầu của đăng kiểm và tiêu chuẩn của nhà chế tạo và nhà
đóng tàu
Phải hoàn công trớc khi giao tàu
1.1.2.Khái quát, miêu tả chung về con tàu (mô tả hình dáng tàu)
Tàu có mũi quả lê, sống đuôi và boong dâng lái , boong dângmũi Ca bin, buồng nghi khí, và khoang máy đợc lắp đặt ở phíalái
Phần vỏ chính của tàu dới boong chính đợc chia cách bởi các váchngang, vách dọc thành các khoang, các khu vực sau:
Phía hớng lái của tàu đợc dùng làm buồng máy lái, các két nớcngọt, khoang cách ly và két dầu nặng
- Phần lái: Phần lái đợc lắp đặt buồng máy lái, các két nớcngọt, khoang cách ly và két dầu F.O
Trang 7- khu vực buồng máy
Buồng máy bố trí lắp đặt thiết bị nâng chính, các bệ sàn máyphụ, buồng điều khiển máy, xởng sửa chữa và kho chứa.v.v
Két dầu trực nhật và két phục vụ và két lắng dầu bôi trơn đợc
1.1.3.Mục đích của tàu- Phạm vi khai thác
Tàu đợc thiết kế để chở những hàng cùng với các cơ cấu kết cấucủa tàu nhng giới hạn chở hàng tơng đơng với nội thất trong bản thuyết chung minh bao gồm cả trọng lực riêng của hàng hoá
Các sản phẩm từ dầu
Các hoá chất, IMO loại II và III bao gồm hàng độc hại
Các hoá chất, các hàng không phân cấp theo IMO
Rau, dầu cá và dầu động vật
Các hàng chất lỏng khác sẽ đợc chở miễn là sự độc hại, khả năngphản ứng, khả năng gây cháy, áp suất hơi, mật độ, sự chống cựvới vật liệu két và các vật chất khác trong phạm vi giới hạn củabản thuyết minh chung về đóng tàu
Trang 8Sách hớng dẫn xếp tải hàng đợc cung cấp và danh mục hàng hóavận chuyển đệ trình cho chủ tàu phê duyệt
1.2.1.Giới thiệu chung
Máy chính đợc thiết kế và sản xuất dựa trên quy định chung của ngành hàng hải và nguyên tắc của đăng kiểm
Trang 9Vật liệu và thiết bị cho máy đợc sản xuất và các thiết bị van, ống, bích, bulông, ê cu, thiết bị đo v.v đợc cấp theo đúng tiêu chuẩn công nghiệp của Hàn Quốc và thực tế của nhà máy đóng tàu.
1.2.2.Cỏc thụng số kỹ thuật
Máy mang kí hiệu: Hanshin LH46L
Loại: Động cơ diesel tàu thuỷ 4 thì, tác dụng đơn, piston một hàng thẳng đứng, một tua bin tăng áp và một bầu làm mát
không khí ( sinh hàn gió)
Vòng quay tại công suất tối đa: 200 (RPM)
Dầu nhiên liệu (F.O) 3500 sec R.W No.1 ở 1000F
Suất (lợng) tiêu hao nhiên liệu: 136 g/HP.h + 3%
(Trị số calo thấp 10200 Kcal/kg)
Hệ thống đảo chiều (đảo chiều trực tiếp)
Khởi động và dừng: Bên cạnh máy, trong buồng điều khiển
máy, trên buồng lái
Hệ thống điều khiển tốc độ: Trên buuồng lái, buồng điều khiểnmáy
Hệ thống làm mát : Làm mát xi lanh bằng nớc ngọt
: Làm mát piston bằng dầu nhờn (L.O): Mỗi sinh hàn – nớc biển
1.3.Hệ thống phát điện
Trang 101.3.1.Giới thiệu chung
Máy phát điện chính nối với động cơ diesel sẽ đợc thiết kế vàlắp đặt để đảm bảo đủ tải điện cho các hoạt động của tàutrong khi chạy trên biển dới điều kiện môi trờng nh những tiêuchuẩn/ gợi ý của nhà sản xuất, để đáp ứng yêu cầu của đăngkiểm
Các yếu tố chi tiết để xác định công suất của máy phát xem nó
có thích hợp hay không sẽ dựa trên bảng tính chi tiết sự cân
Trang 11Phô kiÖn cho mçi 1 m¸y
C¸c thiÕt bÞ cÇn thiÕt kh¸c cho m¸y phµm m¸t : níc biÓn
1.4.Chức năng và nguyên lý hoạt động của hệ thống làm mát nước ngọt cho tàu dầu 7000 tấn
1.4.1.Chức năng của hệ thống
1.4.1.1.Khái niệm về hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ do nhiệt độ của chất khí cao, các chitiết của động cơ tiếp xúc với khí cháy đồng thời do ma sát với nhau nên nhiệt độcủa chúng lên rất cao, để tránh biến dạng cho các chi tiết và đảm bảo chất lượngdầu bôi trơn, để lượng không khí nạp được đảm bảo thì phải làm mát động cơ.Công chất dung để làm mát động cơ là: nước, không khí, dầu…
Xuất phát từ những yêu cầu trên, đòi hỏi hệ động lực phải có một hệ thốngtải phần nhiệt đó ra khỏi các thiết bị, máy móc, hay nói cách khác là phải có một
hệ thống làm mát các chi tiết, đảm bảo sự vận hành lâu dài tin cậy của các thiết bị
1.4.1.2 Chức năng, công dụng và nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Hệ thống làm mát cho hệ động lực trên tàu có nhiệm vụ chủ yếu là làm mátđộng cơ chính, động cơ phụ, máy nén khí, các gối trục chong chóng, cácthiết bị truyền động,
Trên cơ sở những nhiệm vụ như vậy, HTLM có các chức năng chủ yếu sau:
Trang 12+ Tải nhiệt lượng sinh ra ra khỏi các thiết bị
+ Do trên tàu, công chất tải nhiệt chủ yếu là nước biển, nên hệ thống phải đảm bảo sự lưu thông nước biển một cách tuần hoàn, liên tục và ổn định
+ Đo, kiểm tra, duy trì và điều chỉnh nhiệt độ nước làm mát theo từng chế
độ vận hành của các trang thiết bị
+ Gia nhiệt cho hệ thống lấy nước ngoài tàu (vào mùa đông), đảm bảocung cấp nước liên tục cho hệ thống, đồng thời đảm bảo nhiệt độ của nước ngoàitàu vào hệ thống
– Ngoài các chức năng chủ yếu trên, tùy thuộc vào phương thức làm mát, côngchất làm mát, mà hệ thống còn có những chức năng và nhiệm vụ khác
1.4.2.Yêu cầu cơ bản
– Động cơ chính phải có một bơm làm mát chính đủ sản lượng để cung cấpnước ổn định ở công suất liên tục lớn nhất của máy chính, và một bơm làm mát dựphòng có sản lượng đủ cung cấp nước làm mát ở điều kiện hành hải bình thường – Khi có hai máy chính trở lên và mỗi máy có bơm làm mát chính có khảnăng tạo ra tốc độ hành hải ngay cả khi một bơm không làm việc thì có thể khôngcần có bơm làm mát dự phòng với điều kiện là có một bơm dự trữ trên tàu
– Động cơ lai máy phát điện, máy phụ cần có một cặp bơm làm mát Trong
đó có một bơm làm mát chính và một bơm làm mát dự phòng đủ sản lượng đểcung cấp nước ổn định ở công suất liên tục lớn nhất của máy Các bơm này phảiđược nối với hệ thống để sẵn sàng sử dụng
– Tất cả các bơm dự phòng đều phải được dẫn động bằng nguồn năng lượngđộc lập
– Khi động cơ có lắp thiết bị tự động điều tiết nhiệt độ, bơm nước biển độc lập
có thể dùng để bơm nước làm mát nhiều động cơ
Trang 13– Nước biển lấy vào hệ thống phải được lấy qua ít nhất 2 cửa thông biển, mộtcửa ở mạn, một cửa ở đáy Trước van có lắp lưới lọc, có đường ống thông hơi, cóđường ống dẫn hơi nước hoặc khí nén áp suất cao vào để làm vệ sinh.
– Sau hộp van thông biển phải bố trí bầu lọc rác
– Nhiệt độ của nước biển sau làm mát không được vượt quá giới hạn 50 55oC để tránh ăn mòn và tạo các cáu cặn trong đường ống và thiết bị
– Ống dùng trong hệ thống có thể làm bằng đồng hoặc ống thép liền trángkẽm, các ống phải là ống liền
– Các chi tiết vỏ thép và hợp kim đồng phải được lắp cực kẽm để bảo vệ.– Đường ống xả ra ngoài mạn tàu phải được bố trí sao cho khi tàu lắc dọc 5o
và nghiêng ngang 15o vẫn làm việc bình thường
Trang 14CHƯƠNG 2 : TÍNH TOÁN HỆ THỐNG 2.1.Nguyên lý hoạt động của hệ thống
2.1.1.Hệ thống làm mát nước ngọt
Đầu tiên nước được lấy từ két dãn nở sẽ qua dường ống số 10 đi đến máychưng cất nước ngọt theo đường ống số 1 Tại đây nước sẽ được ngưng tụ để thuđược nước ngọt Sau đó nước ngọt sẽ qua đường ống số 2 đến các bơm làm mátnước ngọt chính rồi qua ống 3 xuống bầu làm mát nước ngọt nó sẽ nhả nhiệt chonước biển để nhiệt độ giảm xuống Sau khi đi qua bầu làm mát nước ngọt sẽ đượcchuyển đến van hằng nhiệt để kiểm tra nhiệt độ của nước xem đã đảm bảo nhiệt độtheo yêu cầu không Nếu đảm bảo yêu cầu thì nước sẽ được qua ống số 4 chạy đếnlàm mát máy chính Nếu không đủ nhiệt độ yêu cầu thi nước lai qua ống số 6 đểquay lại máy chưng cất
Khi đã làm mát máy chính xong thì nhiệt độ của nước ngọt sẽ cao, nó lạiđược đưa đến máy chưng cất nước ngọt để lặp lại quá trình Một phần hơi nước từmáy chính sẽ được đua lại về két dãn nở để làm ngưng tụ thành nước rồi tiếp tụcquá trình
Hệ thống còn được lắp đặt thêm bộ hâm nước để phòng trường hợp nước cónhiệt độ quá thấp , trước khi vào động cơ ta phải hâm cho nước tăng nhiệt độ lên
2.1.2 Hệ thống cấp nước ngọt cho máy đèn
Nguyên lý hoạt động tương tự như ở trên Nước được lấy từ két dãn nở chayxuống các bầu làm mát rồi cấp cho các máy Tại đây các nước được hút qua cácbơm làm mát và đưa vào các chi tiết làm mát, đưa qua xi lanh Khi nước có nhiệt
độ cao lại được đưa ra ngoài và tiếp tục chu trình Một phần hơi nước cũng đượcquay lại két dãn nở
2.2 Tính toán các trang thiết bị trong hệ thống
2.2.1 Sản lượng bơm nước ngọt
Trang 15Nước ngọt sau khi ra khỏi động cơ nhả nhiệt cho nước biển tại bầu sinh hàn
và quay trở lại động cơ Nhiệt lượng mà nước ngọt lấy đi chủ yếu là nhiệt lượng dobản thân động cơ tỏa ra
Nước ngọt sau khi nhả nhiệt cho nước biển, được đưa qua nhận nhiệt củadầu nhờn rồi mới đi vào nhận nhiệt của động cơ Nhiệt lượng mà nước ngọt lấy đibao gồm lượng nhiệt do dầu nhờn và động cơ nhả ra
Sản lượng nước ngọt được tính theo công thức chung sau:
) (
)
dc
r dc n
dc o v
dn
r dn n
dn o
Q t
t C
Q G
Qodn _ Lượng nhiệt mà nước ngọt nhận được từ dầu nhờn (kJ/h)
Qodc _ Lượng nhiệt mà nước ngọt nhận được từ động cơ (kJ/h)
Cn _ Tỷ nhiệt của nước ngọt (kJ/kg.độ)
tdnr _ Nhiệt độ nước ngọt ra khỏi bầu sinh hàn dầu nhờn (oC)
tdnv _ Nhiệt độ nước ngọt vào bầu sinh hàn dầu nhờn (oC)
tdcr _ Nhiệt độ nước ngọt ra khỏi động cơ (oC)
tdcv _ Nhiệt độ nước ngọt vào động cơ (oC)
Nhiệt lượng mà nước ngọt nhận được từ động cơ hay chính là nhiệt lượng
do động cơ tỏa ra căn cứ vào loại động cơ cụ thể mà xác định, có thể cho trong lýlịch của động cơ hoặc có thể được tính theo công thức sau:
Trong đó:
Ne _ Công suất có ích của động cơ (CV)
Ge _ Suất tiêu hao nhiên liệu (kg/CV.h)
QH _ Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (kJ/kg)
Trang 16 _ Hệ số nhiệt lượng do nước làm mát lấy đi, thường:
=(1535)%
Nhiệt lượng do dầu nhờn nhả ra được tính:
Qodn = qm.NeVới qm là nhiệt lượng đơn vị do dầu nhờn nhả ra, phụ thuộc vào chủng loại của động cơ và vòng quay của động cơ:
+ Động cơ tốc độ thấp: qm = 30 (Kcal/CV.h)+ Động cơ tốc độ cao: qm = 60 (Kcal/CV.h)Trong trường hợp có làm mát đỉnh piston, phải tính cả nhiệt lượng do đỉnhpiston tỏa ra
Tất cả các trị số nhiệt lượng được tính theo công thức trên là được tínhtrong điều kiện thiết kế tức là động cơ làm việc ở phụ tải thiết kế, do đó sản lượngcủa bơm phải được tăng lên Mặt khác, sau một thời gian sử dụng, sản lượng củabơm giảm xuống do nhiều nguyên nhân như các chi tiết của bơm bị mòn, đườngống có cáu cặn, Ngoài ra, còn phải xét đến một yếu tố nữa là có trường hợp động
cơ cần quá tải trong một thời gian nhất định Chính vì những lý do như vậy, sảnlượng của bơm thường được tăng lên so với trị số tính toán từ 1520%
Máy chính
Trang 192.2.1.2.Diesel lai máy phát
Bảng 2.2 Các thông số tính của máy desel lai máy phát
Trang 20Vậy chọn 2 bơm có cùng sản lượng nước ngọt cần làm mát máy điện là:
Công thức và nguồn gốc Kết quả Đơn vị
Vậy chọn két giãn nở có dung tích: V=1,5 m³ dùng chung cho cả 3 máy
2.2.3.Tính bầu sinh hàn nước ngọt
Các công thức sử dụng lấy theo sách “Thiết kế hệ thống động lực tàu thuỷ ”
- Diện tích truyền nhiệt:
(m2)Trong đó: Q - nhiệt lượng trao đổi qua bộ làm mát, kJ/h
t - hiệu nhiệt độ trung bình của bộ làm mát, độ
t = 0,5.[(t’nn + t’’nn) - (t’nb + t’’nb)]
t’nn - nhiệt độ nước ngọt ở cửa vào, t’nn = 75oC
Trang 21t’’nn - nhiệt độ nước ngọt ở cửa ra, t’’nn = 60oC
t’nb - nhiệt độ nước biển ở cửa vào, t’b = 20oC
t’’nb - nhiệt độ nước biển ở cửa ra, t’’b = 35oC
t = 0,5.(75 + 60) - (20 + 35) = 40oC
K - hệ số truyền nhiệt
(kJ/m2.độ.h)
Trong đó:
α1 - hệ số toả nhiệt từ chất lỏng đến ống (Kcal/m2.h.oC)
α2 - hệ số toả nhiệt từ ống đối với chất lỏng ngoài (Kcal/m2.h.oC)
δ - chiều dài của ống (m)
λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (Kcal/m2.h.oC)
Bộ làm mát sau một thời gian làm việc thường xuất hiện cáu cặn ở hai mặt sàng và trong ống, làm hệ số truyền nhiệt giảm xuống và giảm lượng nhiệt trao đổi, cho nên khi tính toán hệ số truyền nhiệt thường đưa thêm một hệ số điều chỉnh β vào trong công thức:
