111Equation Chapter 1 Section 1

TRUỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM
KHOA CƠ KHÍ – ĐÓNG TÀU
BỘ MÔN ĐỘNG LỰC – DIESEL
o0o
THIẾT KẾ MÔN HỌC

MÁY PHỤ TÀU THUỶ
Đề bài:
TÍNH TOÁN HỆ THỐNG LÀM MÁT NƯỚC NGỌT TÀU

HÀNG KHÔ 6500 TẤN
Sinh viên : Vũ Ngọc Tuân
Lớp : MTT50-ĐH2
Mã SV : 36372
Giáo viên hướng dẫn : Nguyễn Ngọc Thuân
Hải Phòng 2012
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 1
Lớp: MTT50-ĐH2

CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU CHUNG
1.1. Giới thiệu về tàu
1.1.1. Loại tàu, công dụng
Tàu hàng 6500 tấn phục vụ huấn luyện mang ký hiệu thiết kế SF-01-06 là loại
tàu vỏ thép, đáy đôi, kết cấu hàn điện hồ quang. Tàu được thiết kế trang bị 01
diesel chính 4 kỳ truyền động trực tiếp cho 01 hệ trục chân vịt. Tàu được thiết kế
dùng để chở hàng khô và huấn luyện.
1.1.2. Cấp thiết kế
Tàu hàng 6500 tấn phục vụ huấn luyện được thiết kế mãn Cấp không hạn chế
theo Quy phạm phân cấp và đóng tàu vỏ thép - 2003, do Bộ Khoa học Công nghệ

Công suất khai thác liên tục (CSR): 2250/3060 kW/PS
Vòng quay ứng với CSR: 227 rpm
1.1.5. Máy phát điện:
Số lượng: 02
Nguồn gốc: NHẬT BẢN
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 3
Lớp: MTT50-ĐH2
Nhà sản xuất: YANMAR
Công suất: 240 Cv
Vòng quay: 1200 rpm
Tần số phát: 60 Hz
Số pha: 3 pha
Hệ số công suất (cosφ): 0,8
Điện áp phát: 450 V
Tải định mức: 100%
1.2. Giới thiệu về hệ thống
1.2.1. Tính cần thiết của hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ do nhiệt độ của chất khí cao, các chi
tiết của động cơ tiếp xúc với khí cháy đồng thời do ma sát với nhau nên nhiệt độ
của chúng lên rất cao, để tránh biến dạng cho các chi tiết và đảm bảo chất lượng
dầu bôi trơn, để lượng không khí nạp được đảm bảo thì phải làm mát động cơ.
Công chất dùng 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 thống
tải 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.
1.2.2. 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 mát
động cơ chính, động cơ phụ, máy nén khí, các gối trục chong chóng, các thiết bị
truyền động,
Trên cơ sở những nhiệm vụ như vậy, HTLM có các chức năng chủ yếu sau:

cửa ở mạn, một cửa ở đáy. Trước van có lắp lưới lọc, có đường ống thông hơi, có
đường 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 ÷ 55
o
C
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 tráng kẽm,
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 5
o
và
nghiêng ngang 15
o
vẫn làm việc bình thường.
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 6
Lớp: MTT50-ĐH2
CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT NƯỚC
NGỌT
2.1. Các thiết bị của hệ thống làm mát
Đối với hệ thống làm mát đều cần phải có một số trang thiết bị kèm theo, đặc
biệt những thiết bị không thể thiếu là:
+ Bơm tuần hoàn nước ngọt và nước biển
+ Bầu sinh hàn nước ngọt
+ Bầu sinh hàn dầu nhờn
+ Diện tích đường ống
+ Két giãn nở
+ Các van điều khiển và điều chỉnh
2.1.1. Máy bơm

van điều chỉnh để phân dòng nước vòng kín qua hoặc không qua két.
2.1.3. Bầu sinh hàn nước ngọt
Là thiết bị dùng để lấy nhiệt của nước sau khi đi làm mát hệ thống nhiên
liệu. Sau khi lấy nhiệt từ động cơ hay thiết bị, nước ngọt được đưa qua bầu làm
mát. Tại đây nước ngọt sẽ nhả nhiệt cho nước biển, nhiệt độ của nước ngọt giảm
xuống. Trước khi nước ngọt vào làm mát cho động cơ thì nó đi qua làm mát cho
dầu nhờn.

Bầu làm mát nước ngọt Bầu làm mát dầu nhờn
Hình 2.2. Các bầu sinh hàn nước ngọt
2.1.4. Thiết bị kiểm tra
Chủ yếu là các thiết bị kiểm tra như đồng hồ đo nhiệt độ, rơ le báo nhiệt độ cao
và đồng hồ đo áp suất của nước làm mát trong đó nhiệt độ của nước làm mát được
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 9
Lớp: MTT50-ĐH2
xác định theo lí lịch máy hoặc có thể xác định dựa vào tính toán, áp suất của nước
làm mát được xác định qua thử nghiệm tại nơi sản xuất. Thông thường cột áp của
bơm nước tuần hoàn là 5-10 m.c.n.
2.1.5. Van an toàn
Là thiết bị dùng để bảo vệ hệ thống khi áp suất của nước làm mát nên cao quá
tiêu chuẩn thì van sẽ tự động mở để xả vợi nước ra ngoài.
Van an toàn hoạt động dựa trên lực căng của lò xo khi áp lực của nước làm
mát trên hệ thống lớn hơn định mức thắng lực căng lò xo thì van sẽ tự mở.
2.2. Nguyên lý hoạt động
Hệ thống nước làm mát của tàu là dạng làm mát gián tiếp gồm 2 vòng tuần
hoàn:
2.2.1. Vòng tuần hoàn kín
Nước ngọt sau khi làm mát máy chính có nhiệt độ cao đi qua V1 ra đường
ống số 1 tới tổ bơm làm mát nước ngọt, được 1 trong 2 bơm hoặc cả 2 bơm (thông
qua việc đóng mở van bớm V2, V3 và van 1 chiều, góc, kiểu vít V4, V5). Nước

Nước 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 do
bản thân động cơ tỏa ra.
Sản lượng nước ngọt được tính theo công thức chung sau:
0
.( )
dc
n
r v
m dc dc
Q
G
C t t
=
−
(kg/h)
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 11
Lớp: MTT50-ĐH2
Trong đó:
dc
o
Q
_ Lượng nhiệt mà nước ngọt nhận được từ động cơ (kJ/h)
m
C
_ Tỷ nhiệt của nước ngọt
(kJ/kg.độ)
r
dc
t

Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 12
Lớp: MTT50-ĐH2
nhiều nguyên nhân như các chi tiết của bơm bị mòn, đường ống 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, sản lượng của bơm
thường được tăng lên so với trị số tính toán từ 15÷20%.
2.3.2. Máy chính
Bảng 2.1. Bảng tính toán sản lượng bơm nước ngọt làm mát máy chính
ST
T
Hạng mục tính Kí
hiệu
Công thức và nguồn
gốc
Kết quả Đơn vị
1 Công suất có ích
của động cơ
Ne Thông số tàu 3060 Cv
2 Vòng quay n Thông số tàu 227 v/ph
3 Hệ số nhiệt lượng
do nước làm mát
lấy đi
α
Chọn
α
= (15÷35)%
20%
4 Nhiệt trị thấp của
nhiên liệu
H

8 Nhiệt độ nước ngọt
vào động cơ
v
dc
t
Thiết kế chỉ định 60
o
C
9 Nhiệt lượng nước
ngọt ra khỏi động
cơ
r
dc
t
Thiết kế chỉ định 75
o
C
10 Sản lượng nước
ngọt
n
G
0
.( )
dc
n
r v
m dc dc
Q
G
C t t

Lớp: MTT50-ĐH2
Loại bơm: Máy bơm trục ngang
Lưu lượng: 240
3
( / )m h
Công suất: 132000 (W)
Tốc độ vòng quay: 2900 (v/ph)
Trọng lượng: 122 (kg)
2.3.3. Diesel lai máy phát
Bảng 2.2. Bảng tính toán sản lượng bơm nước ngọt làm mát cho động cơ diesel lai
máy phát
ST
T
Hạng mục
tính
Kí
hiệu
Công thức và nguồn gốc Kết quả Đơn vị
1 Công suất
có ích của
động cơ
Ne Thông số tàu 240 Cv
2 Vòng
quay
n Thông số tàu 1200 v/ph
3 Hệ số
nhiệt
lượng do
nước làm
mát lấy đi

Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 15
Lớp: MTT50-ĐH2
nước ngọt
nhận từ
động cơ
7 Tỉ nhiệt
của nước
ngọt
m
C
Theo nhiệt độ nước làm mát 1,36 kJ/kg.độ
8 Nhiệt độ
nước ngọt
vào động
cơ
t
v
dc
Thiết kế chỉ định 65
o
C
9 Nhiệt
lượng
nước ngọt
ra khỏi
động cơ
t
r
dc
Thiết kế chỉ định 75

GQ
n
nb
+=
72,9
h
m
3
Vậy sản lượng nước ngọt cần làm mát 2 động cơ diesel lai máy phát là:
b
Q
= 72,9 m³/h
Vậy chọn bơm có các thông số sau:
Loại bơm ly tâm: Dragon 65-50-315
Hãng sản xuất: Dragon
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 16
Lớp: MTT50-ĐH2
Loại bơm: Máy bơm trục ngang
Lưu lượng: 96
3
( / )m h

Công suất: 75000 (W)
Tốc độ vòng quay: 2900 (v/ph)
Trọng lượng: 106 (kg)
Xuất xứ: United States
2.3.4. Tính két giãn nở
2.3.4.1. Két giãn nở máy chính
Bảng 2.3. Bảng tính toán két giãn nở máy chính


3060 Cv
2 Hệ số
tính toán
V
p

Chọn theo quy phạm 0,2
3 Dung
tích két
V
3
. .10
mc
p e
V V N
−
=
∑
0,612
m
3
1 Tổng công
suất của
động cơ
diesel lai
máy phát
∑
N
e
md

F
K t
=
∆
(m
2
)
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
= 75
o
C
t’’
nn
- nhiệt độ nước ngọt ở cửa ra, t’’
nn
= 60

=K
(kJ/m
2
.độ.h)
Trong đó:
α
1
- hệ số toả nhiệt từ chất lỏng đến ống (Kcal/m
2
.h.
o
C).
α
2
- hệ số toả nhiệt từ ống đối với chất lỏng ngoài (Kcal/m
2
.h.
o
C).
δ - chiều dài của ống (m).
λ - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống (Kcal/m
2
.h.
o
C).
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:
K

Công thức
Kết
quả
Đơn
vị
Máy
chính
Diện tích
trao đổi
nhiệt
F
.
Q
F
K t
=
∆
Q = 3510380,6 kJ/h
K = 4018,368 kJ/m
2
.h.
o
C
∆t = 40
o
C
21,8 m
2
Động
cơ

F = 2,57 m
2

Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 20
Lớp: MTT50-ĐH2
2.3.6. Tính đường ống
Khi xây dựng đường ống trong hệ thống làm mát cần phải chú ý tới các yếu tố
sau:
- Sự giãn nở của nước trong hệ thống đường ống.
- Sự bốc hơi của nước phải ít nhất.
- Tránh hấp thụ oxi.
- Ảnh hưởng của sự rò rỉ trong hệ thống.
- Đảm bảo được áp suất làm việc trong hệ thống.
- Xả được bọt khí ra ngoài.
Yêu cầu của dòng chảy của nước trong hệ thống làm mát là từ 0.5÷2 m/s.
Chọn V=2 m/s
Công thức tính đường kính ống trong hệ thống:
2
.
Q
d
v
π
=
(m)
Trong đó:
- Q: Lưu lượng bơm, m³/s
- V: Vận tốc dòng chảy, m/s
+) Đường ống nước ngọt đi làm mát động cơ chính:
1

2
110d
=
mm

CHƯƠNG 3 KẾT LUẬN
3.1. Thống kê trang thiết bị
Hệ thống bao gồm các trang thiết bị sau:
Máy chính: 1 chiếc
Máy phát điện: 2 chiếc
Bơm ly tâm: 3 chiếc
Bầu sinh hàn nước ngọt: 1 chiếc
Két giãn nở máy chính: 1 chiếc
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 22
Lớp: MTT50-ĐH2
Két giãn nở máy điện: 2 chiếc
3.2. Thống kê van
Bảng 3.1. Bảng liệt kê các loại van theo đường ống
STT Đường ống Loại van Số lượng
1 Số 1 - Van chặn, thẳng
- Van bướm
1
1
2 Số 2 - Van bướm 1
3 Số 3 - Van 1 chiều, góc, kiểu vít 2
4 Số 4
5 Số 5 - Diaphragm operated
valve, three way
1
6 Số 6 - Van chặn, thẳng 1

Loại bơm: Máy bơm trục ngang
Lưu lượng: 240
3
( / )m h
Công suất: 132000 (W)
Tốc độ vòng quay: 2900 (v/ph)
Trọng lượng: 122 (kg)
- Bơm nước ngọt làm mát động cơ diesel lai máy phát:
Loại bơm ly tâm: Dragon 65-50-315
Hãng sản xuất: Dragon
Loại bơm: Máy bơm trục ngang
Lưu lượng: 96
3
( / )m h

Công suất: 75000 (W)
Tốc độ vòng quay: 2900 (v/ph)
Trọng lượng: 106 (kg)
Xuất xứ: United States
Sinh viên: Vũ Ngọc Tuân Trang 24
Lớp: MTT50-ĐH2