HỆ THỐNG TÀU THỦY ( Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ ) - CHƯƠNG 2

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:30

Thêm vào BST

Báo xấu

246
lượt xem 87
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CÁC YẾU TỐ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG 2.1. ĐƯỜNG ỐNG 2.1.1. Khái niệm về đường kính danh nghĩa và áp suất danh nghĩa của đường ống Đường kính danh nghĩa hay còn gọi là đường kính lư lượng qui ước của đường ống là đường kính bên trong của nó, không phụ thuộc vào hình dạng bên ngoài của ống.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: HỆ THỐNG TÀU THỦY ( Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ ) - CHƯƠNG 2

Chương 2 CÁC YẾU TỐ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG 2.1. ĐƯỜNG ỐNG 2.1.1. Khái niệm về đường kính danh nghĩa và áp suất danh nghĩa của đường ống Đường kính danh nghĩa hay còn gọi là đường kính lư lượng qui ước của đường ống là đường kính bên trong của nó, không phụ thuộc vào hình dạng bên ngoài của ống. Ký hiệu:  hoặc Dy (cho đường ống chính), dy (cho đường ống nhánh). Đơn vị: mm. Áp suất danh nghĩa của đường ống là áp suất mà đường ống chịu được trong điều kiện khai thác lâu dài tại một nhiệt độ nhất định, của một dòng chất lỏng nhất định di chuyển trong đường ống. Ký hiệu: py. Đơn vị: kG/cm2. 2.1.2. Phân loại đường ống Đường kính ống, chiều dày thành ống và vật liệu chế tạo nó được xác định phụ thuộc vào tính chất vật lý, vào nhiệt độ, áp suất và tốc độ của dòng chất lỏng di chuyển trong ống. Vật liệu chế tạo ống thường là thép các bon, thép hợp kim, hợp kim đồng, hợp kim nhôm, nhựa hoặc vải tẩm cao su, v.v.… Đối với đường ống nước, ống thép tráng kẽm được sử dụng rộng rãi do chúng có tính chống gỉ cao hơn thép thông thường. Trên các tàu cánh ngầm, các xuồng hoặc trên các tàu vỏ hợp kim nhôm, để giảm khối lượng, người ta dùng ống hợp kim nhôm. 6
Ống làm bằng vật liệu đồng hoặc hợp kim đồng sử dụng cho các đường ống dẫn freon đường kính tới 20 mm của hệ thống làm lạnh. Các ống thép lót bên trong bằng polyetylen và ống polyetylen cũng được sử dụng trong hệ thống. Ống lót polyetylen sử dụng khi nhiệt độ công chất không quá 750C và áp suất đến 16 kG/cm2, còn ống polyetylen sử dụng khi nhiệt độ công chất không quá 500C và áp suất đến 10 kG/cm2. Các ống hợp kim được sử dụng trong hệ thống không khí nén, có lớp ngoài là lớp thép, lớp trong được tráng đồng đỏ. Còn trong một vài hệ thống (ví dụ: hệ thống chất thải) còn dùng ống thép có bọc lớp bakêlít. Trong đóng tàu, để giảm số lượng kích thước ống, ngoài tiêu chuẩn quốc gia, người ta còn đưa ra các tiêu chuẩn ngành. Điều đó cho phép hạ giá thành khi chế tạo, sửa chữa hệ thống. 2.1.3. Tính toán đường ống Ngoài các tiêu chuẩn qui định kích thước và yêu cầu kỹ thuật đối với ống, còn có các tiêu chuẩn xác định lưu lượng, áp suất danh nghĩa, áp suất làm việc, áp suất thử của ống, thiết bị và các bộ phận nối ống. Khi biết Dy và chiều dày thành ống, người ta chọn theo tiêu chuẩn đường kính ngoài của nó. Khi lựa chọn kích thước ống, sao cho đường kính Dy sai khác với đường kính trong ít nhất. Sai khác giữa chúng không quá10%. Chiều dày thành ống xác định từ tính toán sức bền ống, đối với ống kim loại thì chiều dày đó xác định như sau: d H .p  c ,mm. (2.1) s 200..[] K  p ở đây: p - áp suất tính toán, kG/cm2 , nó phụ thuộc vào áp suất làm việc pp trong ống và nó được lấy tương ứng theo Qui phạm, đối với đường ống hút bằng 1,25.pp nhưng không nhỏ hơn 2 kG/cm2, còn đối với ống đẩy bằng pp nhưng không nhỏ 10 kG/cm2. dH - đường kính ngoài của ống, mm.  - hệ số bền của mối hàn điện, bằng 0,9 - đối với các ống thép, chế tạo bằng phương pháp điện trở, (đối với ống không có mối hàn  = 1). []K - ứng suất kéo cho phép, kG/mm2, lấy đối với ống làm bằng thép các bon khi nhiệt độ công chất đến 3000C bằng 7,6 kG/mm2 (thép CT10) và 9,16 kG/mm2 (thép 20). Đối với ống đồng hoặc hợp kim nhẹ, []K được lấy theo Qui phạm. 7
c - giá trị hiệu chỉnh cho chiều dày tính toán, tính đến sơ suất có hại khi chế tạo ống, được lấy bằng 2 mm cho ống cán nóng và hàn; 1,5 mm - cho ống kéo và cán nguội; 1 mm - cho ống đồng và (0,7  1,4) mm - cho ống hợp kim có lớp bọc lót. Chiều dày thành ống tính theo công thức (1) phải làm tròn đến kích thước lớn hơn gần nhất tương ứng với tiêu chuẩn của ống. Cho phép lấy chiều dày nhỏ hơn gần nhất, nếu nó khác với giá trị tính toán không quá 3. Chiều dày thành ống tối thiểu của ống polyetylen (tỷ trọng nhỏ) có áp lực cao, xác định theo công thức sau: p T .d H ,cm. (2.2) s min  2. KT  p T ở đây: pT - áp suất thử thủy lực, kG /cm2, lấy theo tiêu chuẩn của Qui phạm. KT - ứng suất kiểm tra lấy đối với polyetylen (tỷ trọng nhỏ) bằng 70 kG/cm2. dH - đường kính ngoài của ống, cm. Áp suất danh nghĩa dùng làm chuẩn để chọn áp suất làm việc, mà nó là áp suất lớn nhất của môi chất chuyển dịch trong ống ở nhiệt độ làm việc thực tế. Áp suất mà ống phải chịu đựng khi thử gọi là áp suất thử. Áp suất danh nghĩa, áp suất làm việc và áp suất thử được qui định bởi Qui phạm. 2.2. CÁC CHI TIẾT NỐI ỐNG Khi lắp ráp các đường ống trên tàu, phải nối các đoạn ống với nhau và với cả thiết bị, máy móc và các trang thiết bị khác. Để làm điều đó, người ta sử dụng các chi tiết nối, chúng được gọi là các chi tiết nối ống hay thiết bị nối ống. Mối nối các ống có thể tháo được và không tháo được. Loại tháo được có: nối bằng mặt bích, nối bằng đai ốc - ống lồng, nối bằng ống lồng cứng, nối bằng ống lồng mềm. Loại không tháo được có: hàn, gắn keo.… Trong hệ thống tàu thủy, chủ yếu người ta dùng mối nối tháo được. Nó cho phép tháo dỡ và tháo lắp đường ống trong thời gian vận hành và khi sửa chữa. Nối không tháo được chỉ dùng ở những phần của đường ống mà nằm ở những chỗ khó tới hoặc không yêu cầu tháo dỡ trong những điều kiện bình thường của hệ thống. 2.2.1. Nối bằng mặt bích 8
Nối bằng mặt bích được sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống tàu thủy. Nó được sử dụng cho các ống có đường kính danh nghĩa Dy  20 mm. Mối nối bằng mặt bích có nhiều kiểu kết cấu khác nhau. Các kiểu mặt bích cho đường ống tàu thủy, được qui định bởi Qui phạm. Hình 2.1. Các mặt bích. a - mặt bích phẳng bằng thép hàn; b - mặt bích tự do trên đầu mút ống c - mặt bích tự do trên ống được gấp mép; d - mặt bích hàn. 1 - ống; 2 - mặt bích; 3 - đệm kín (gioăng); 4 - bu lông. Các mặt bích phẳng bằng thép hàn (hình. 1.a) có kết cấu đơn giản, làm việc tin cậy, thường dùng cho ống có áp suất danh nghĩa tới 16 kG/cm2, đường kính danh nghĩa Dy từ 20 đến 500 mm. Các mặt bích tự do (hình 2.1, b), khác với kiểu hàn ở chỗ nó có thể quay tự do trên ống để làm các lỗ khoét trùng nhau khi lắp bu lông, làm giảm nhẹ quá trình lắp ráp ống. 9
Các mặt bích tự do trên đầu mút ống bằng thép hàn có áp suất danh nghĩa đến 10 kG/cm2 và Dy từ 20 đến 500 mm. Các mặt bích tự do trên ống gấp mép có áp suất danh nghĩa đến 10 kG/cm2 và Dy từ 20 đến 150 mm, (khi py = 6, kG/cm2 cho phép Dy tới 350 mm). Các mặt bích tự do trên ống gấp mép bằng hợp kim nhôm khi py = 6 kG/cm2 và 10 kG/cm2 cho đường ống có Dy tương ứng từ 20  100 mm và 20  50 mm. Mặt bích trên ống đồng gấp mép cho py tới 10 kG/cm2 và Dy từ 20  150 mm, (khi py = 6 kG/cm2 cho phép Dy tới 350 mm). Đối với các ống thép và đồng các bích thường được chế tạo bằng thép, còn đối với ống bằng hợp kim nhôm các bích thường chế tạo từ hợp kim nhôm. Các mặt bích cũng có thể gắn chặt với ống nhờ ăn khớp ren. Trong trường hợp này bích có ren trong ăn khớp với ren ngoài của ống tại đầu ống. Các bích này dùng cho các đường ống gas. Để nối các ống polietilen, người ta dùng các mặt bích tự do làm bằng tectolist hoặc chất dẻo vinil. Để đảm bảo độ kín khít của mối nối, giữa bề mặt tiếp xúc của các mặt bích, người ta lắp gioăng. Chất lượng làm kín của các bích phụ thuộc vào sự cạo rà mặt bích, vật liệu gioăng, tính chính xác khi lắp ráp và độ đều khi xiết. Vật liệu gioăng được chọn dựa theo loại và thông số của công chất chảy trong ống (hình.1.d), còn ngay trên bề mặt mặt bích kim loại người ta tiện các rãnh tròn (2 hoặc 3 rãnh) với chiều sâu không quá 1 mm. 2.2.2. Nối bằng đai ốc - ống lồng Mối nối này thường sử dụng trong đường ống có đường kính danh nghĩa nhỏ, (Dy = 3  32 mm) khi áp suất danh nghĩa py đến 100 kG/cm2 (hình 2.2). Hình 2.2. Mối nối bằng đai ốc - ống lồng. 1 -ống; 2 - ống hãm; 3 - ống lồng; 4 - gioăng; 5 - đai ốc 10
Trong mối nối, độ kín khít được đảm bảo nhờ gioăng 3, được ép bằng ống lồng 4 choàng giữa đai ốc 1 và ống hãm 2, ống lồng 4 ăn khớp ren với đai ốc. Mối nối đai ốc - ống lồng với ống nước ngọt, không khí, hơi, dầu và các sản phẩm dầu mỏ thường được làm từ thép các-bon. Đối với nước biển, mối nối đai ốc - ống lồng được chế tạo bằng đồng thanh hoặc đồng thau. Gioăng cho mối nối đai ốc - ống lồng được làm bằng cao su amiăng. Trước khi lắp người ta phủ lên một lớp graphit. 2.2.3. Nối bằng ống lồng cứng Mối nối này thường sử dụng cho ống dẫn khí gas, nước ngọt. Nối bằng ống lồng cho phép đối với các đường ống có Dy  50 mm với py nhỏ hơn 5 kG/cm2. Ống lồng có nhiều loại: ống lồng thẳng; ống lồng cong; ống lồng 3 chạc và ống lồng 4 chạc. Vật liệu làm ống lồng thường là thép hoặc gang dẻo (hình 2.3). Trong mối nối, ở hai đầu ống người ta tiện ren, đầu một ống tiện ren dài hơn trên nó có đủ chỗ cho ống lồng và đai ốc hãm, còn trên đầu ống kia - chiều dài ren bằng khoảng một nửa chiều dài ống lồng. Các ống được nối bằng cách vặn ống lồng từ đầu ống có ren dài sang đầu kia của ống đến hết ren. Để đảm bảo độ kín cần thiết, người ta quấn quanh ren của ống sợi gai hoặc lanh hoặc cao su non và ép ốc hãm. Hình 2.3. Nối ống bằng ống lồng cứng. a - ống lồng thẳng; b - ống lồng cong 11
1 - đai ốc hãm; 2 - ống lồng; 3 - ống 2.2.4. Nối bằng ống lồng mềm Về kết cấu, các mối nối kiểu này gồm có ống lồng đàn hồi được làm từ vải tẩm cao su và các đai kim loại vít hai đầu ống lồng (hình 2.4). Nhược điểm của mối nối này là thời hạn sử dụng không lâu (khoảng 2  3 năm). Mối nối bằng ống lồng mềm thường sử dụng ở đoạn nối ống nhánh, nối các đường ống với động cơ và máy móc đặt trên các bộ phận giảm chấn. Hình 2.4. Nối ống bằng ống lồng mềm. 1- ống; 2 - ống lồng mềm; 3 - đai hãm. 2.3. PHỤ TÙNG, THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG Để cho mỗi hệ thống trên tàu có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình, trên đường ống của nó ta đặt các phụ tùng, thiết bị, nhờ nó thực hiện việc khởi động hệ thống, mở và đóng các bộ phận riêng biệt của đường ống, thay đổi chế độ làm việc của hệ thống, điều chỉnh áp suất công chất chảy trong ống.… 2.3.1. Phân loại phụ tùng, thiết bị 12
Phụ tùng, thiết bị của hệ thống có nhiều cách phân loại như: phân loại theo tính năng công dụng của phụ tùng, thiết bị; phân loại theo phương pháp dẫn động của phụ tùng, thiết bị, theo phương pháp chế tạo, v.v. … 2.3.1.1. Phân loại theo công dụng, tính năng của thiết bị Trường hợp này, phụ tùng, thiết bị của hệ thống tàu được phân thành các kiểu sau: Thiết bị chặn - chuyển: các van, van chêm (ngăn kéo), khoá vòi, hộp van, v.v.… Thiết bị an toàn: các van an toàn, lưới vào, phin lọc, v.v.… Thiết bị cho môi chất qua chỉ theo 1 chiều: các van một chiều, van chặn một chiều, van dẫn hướng, v.v.… Thiết bị điều chỉnh: các van tăng, giảm áp, van bướm, tay máy, v.v.… Thiết bị đặc biệt: van thông biển, vòi chữa cháy, van chêm đáy, v.v. … 2.3.1.2. Phân loại theo phương pháp chế tạo Theo phương pháp này, có thiết bị đúc, thiết bị hàn và thiết bị rèn. Thiết bị của hệ thống tàu thường được làm từ gang, thép và hợp kim màu (đồng thanh các loại, đồng thau). Đối với thiết bị làm việc trong nước biển, người ta hay dùng đồng thanh nhôm mangan mác. Những chi tiết riêng (đĩa, đế) của thiết bị bằng thép, gang được chế tạo từ hợp kim màu. Các thiết bị bằng chất dẻo đã được sử dụng, bởi nó nhẹ hơn thiết bị bằng kim loại và có thể làm việc trong môi trường ăn mòn. 2.3.1.3. Phân loại theo phương pháp dẫn động Theo phương pháp này, có thiết bị được dẫn động bằng tay, dẫn động bằng cơ giới hoá, hoặc điều khiển tự động. 13
2.3.2. Các loại thiết bị, phụ tùng cơ bản của hệ thống 2.3.2.1. Van chặn - chuyển Nhờ thiết bị này mà người ta thực hiện đóng, mở hoặc chuyển các đường ống trong các hệ thống (hình 2. 5). Các van chặn - chuyển có nhiều loại như: van thẳng, van chêm (ngăn kéo), van ba ngả và một kiểu đặc biệt của thiết bị chặn - chuyển là van hộp, nó gồm vài van (2  4 van) nằm trong thân chung v.v. Sau đây ta xét nguyên lý làm việc của van thẳng: Các van chặn thẳng (hình 2.5, a) thuộc loại thiết bị chặn phổ biến nhất trên tàu. Việc đóng chúng được thực hiện nhờ đĩa 9, được ép nhờ cần van 5 vào các bề mặt làm kín 10 và 11 trong đĩa và vỏ van 1. Khi quay tay van 3 thì cần van, nhờ có ren ở bề mặt ngoài của nó với ren trong của xy lanh van 4, chuyển động tương đối với thân van, nâng hoặc hạ nắp van. Để đảm bảo độ kín, ở chỗ cần van qua nắp 2 của thân van, người ta đặt vòng bít kín nước gồm có ống lót 6 được ép, đệm 7 và vòng tựa 8. Vị trí của đĩa van trong thân van được kiểm soát nhờ cái chỉ báo hành trình chuyển dịch giữa vạch chuẩn 0 và 3, nó tương ứng với việc mở và đóng hoàn toàn của van. Các van luôn được lắp trong các đường ống sao cho áp suất bên trong của chất lỏng trong ống tác động vào mặt dưới của đĩa. Trường hợp này độ kín của vòng bít được bảo đảm khi van đóng. 2.3.2.2. Van an toàn Để đề phòng áp suất trong đường ống tăng cao hơn áp suất qui ước, trên các hệ thống riêng, người ta đặt van an toàn làm việc tự động, bình thường van ở chế độ thường đóng. Chỉ khi, vì nguyên nhân nào đó, áp suất trong ống cao hơn áp suất qui ước, van mở và cho một lượng chất lỏng nào đó đi từ vùng có áp suất cao đến vùng có áp suất hơn (ví dụ: vào khí quyển). Sau khi một phần chất lỏng từ ống ra và áp suất trong đó hạ đến áp suất qui ước thì van đóng lại. Van như vậy giữ đường ống không bị phá hủy khi có sự tăng áp suất ngẫu nhiên cao hơn cho phép. Van an toàn để điều chỉnh đến áp suất nhất định được kẹp chì. Khả năng cho đi qua của van an toàn phải làm sao cho áp suất trong ống không thể vượt quá 1, 2 lần áp suất làm việc. 14
Hình 2.5. Van chặn - chuyển a - van thẳng; b - van chêm (ngăn kéo); c - van ba ngả. Để đề phòng các vật lạ (các mẩu sờn, mòn, v.v.) lọt vào máy móc và các thiết bị trên đường ống, ở đầu hút các ống người ta đặt các lưới hút hoặc chắn rác. Trong vài hệ thống, để làm sạch môi chất công tác, người ta dùng phin lọc 15
2.3.2.3. Van một chiều Trong các đường ống của các hệ thống mà ở đó cần đảm bảo chuyển động của chất lỏng chỉ theo một hướng đã cho và đồng thời ngăn ngừa chuyển động của nó theo hướng ngược lại, người ta lắp các van một chiều, van chặn một chiều, van dẫn hướng, v.v. 2.3.2.4. Van điều chỉnh (van giảm áp, van bướm tay máy) Các van điều chỉnh phục vụ việc điều chỉnh hướng dòng chảy hay áp suất làm việc của môi chất, gồm van giảm áp, van bướm, v.v. 2.4. DẪN ĐỘNG CÁC THIẾT BỊ Sự điều khiển thiết bị chặn - chuyển, nằm ở những chỗ có thể đến được, được tiến hành nhờ tay quay và vô lăng có ở trên thiết bị. Để điều khiển những thiết bị ở những chỗ không thể đến được, người ta sử dụng cơ cấu dẫn động. Nó được lắp ở chỗ thuận tiện cho việc vận hành. Các bộ dẫn động được dùng khi vị trí điều khiển thiết bị nằm ở xa nó (điều khiển từ xa). Liên quan đến những điều nói trên, cơ cấu dẫn động được chia ra là: dẫn động tại chỗ và điều khiển từ xa. Bộ điều khiển tại chỗ được thực hiện bằng tay, còn từ xa - bằng tay và cơ khí hoá hoặc điện khí hoá hoặc đường ống khí nén. Cơ cấu điều khiển từ xa là: truyền động bằng trục, bằng khí nén thủy lực và điện, còn tại chỗ - bằng trục. Bộ truyền phải đáp ứng được những yêu cầu cơ bản sau: Bảo đảm kiểm soát được sự đóng và mở của thiết bị. Loại bỏ khả năng tự động đóng mở của thiết bị không theo ý muốn của người điều khiển. Trong trường hợp cần thiết, cho phép sử dụng phương tiện điều khiển dự phòng. Các chi tiết của nó phải không phá hỏng tính chống thấm của các mặt lát bọc lót trên tàu, mà chúng đi qua. 16
Hình 2.6. Dẫn động trục 2.4.1. Dẫn động trục Sở dĩ gọi là bộ truyền động trục là do sự truyền động được thực hiện nhờ các trục, cùng với các bản lề và các bánh răng trong tổng thể tạo thành chuỗi điều khiển. Người ta dùng các ống có đường kính ngoài từ 15  45 mm làm trục. Sơ đồ cơ cấu dẫn động trục được cho trong hình 2.6. 17
Hình 2.7. Dẫn động van từ xa a - dẫn động bằng khí nén; b - dẫn động bằng thủy lực. 2.4.2. Dẫn động bằng khí nén Van với cơ cấu dẫn động khí nén được mô tả ở hình 2.7, a. Khi cấp khí nén qua ống 7 vào khoang trên của xy lanh 8, piston 4 chuyển dịch xuống và nhờ cần 3 nó ép đĩa 1 của van khi thắng được sức căng của lò xo. Để đóng van, người ta xả khí ra, 18
khi đó đĩa, dưới tác dụng của lò xo, được nâng lên và vòng làm kín 2 được đặt lên đế, khi đó piston trở về vị trí bên trên. Để mở van bằng tay, dùng vô lăng 5, khi nó quay theo chiều kim đồng hồ, trục 6 chuyển dịch xuống và mở van. Theo nguyên tắc thì các hệ thống dẫn động bằng khí không có nguồn khí nén riêng mà người ta sử dụng nó từ hệ thống không khí nén trên tàu hoặc trực tiếp từ đường ống chính hoặc từ bình đã chứa đầy khí. 2.4.3. Dẫn động bằng thủy lực Trên hình 2.7, b chỉ ra van chêm với cơ cấu dẫn động bằng thủy lực. Xy lanh thuỷ lực 8 được đặt trong thân van 1. Trong xy lanh có piston 5 chuyển dịch, nó nối với đĩa chêm bằng cần 10. Lối của cần vào thân van chêm và vào xy lanh thuỷ lực được làm kín bằng các vòng bít 2 và 3. Để mở van chêm, dầu được đưa vào khoang dưới của xy lanh theo đường 9. Để đóng nó, dầu theo đường 6 được đưa vào khoang trên của xy lanh. Lỗ 4 và 7 để đưa khí ra khi hệ thống được dầu điền đầy. Dầu được cấp vào xy lanh thuỷ lực theo các ống qua bộ phận phân phối đặc biệt (ngăn kéo), dầu đến đó từ ống góp nhờ bơm. Van chêm kiểu hình 2.7, b được đặt ở một số tàu dầu chạy biển. Điều khiển nó được thực hiện từ vị trí điều khiển công việc làm hàng. 2.4.3. Dẫn động bằng thủy lực Trên hình 2.7, b chỉ ra van chêm với cơ cấu dẫn động bằng thủy lực. Xy lanh thuỷ lực 8 được đặt trong thân van 1. Trong xy lanh có piston 5 chuyển dịch, nó nối với đĩa chêm bằng cần 10. Lối của cần vào thân van chêm và vào xy lanh thuỷ lực được làm kín bằng các vòng bít 2 và 3. Để mở van chêm, dầu được đưa vào khoang dưới của xy lanh theo đường 9. Để đóng nó, dầu theo đường 6 được đưa vào khoang trên của xy lanh. Lỗ 4 và 7 để đưa khí ra khi hệ thống được dầu điền đầy. Dầu được cấp vào xy lanh thuỷ lực theo các ống qua bộ phận phân phối đặc biệt (ngăn kéo), dầu đến đó từ ống góp nhờ bơm. Van chêm kiểu hình 2.7, b được đặt ở một số tàu dầu chạy biển. Điều khiển nó được thực hiện từ vị trí điều khiển công việc làm hàng. 2.5. CÁC MÁY MÓC CỦA HỆ THỐNG TÀU THUỶ 19
Trong hàng loạt các yếu tố, chi tiết kết cấu tạo thành hệ thống tàu thuỷ, các máy (các bơm, các quạt gió, các máy nén khí, v.v.) chiếm một vị trí quan trọng. Đặc biệt là bơm được sử dụng rộng rãi, chúng được sử dụng trong các hệ thống có chất lỏng chảy qua. Các quạt gió được dùng trong các hệ thống thông gió và điều hoà không khí, còn các máy nén khí - trong các hệ thống làm lạnh và điều khiển đẩy chất thải ra ngoài tàu. Chúng ta sẽ nghiên cứu những đặc điểm cơ bản và cấu tạo chung của các bơm và các quạt gió. 2.5.1. Phân loại bơm thuỷ lực Những cơ cấu này, hay chính xác hơn là các máy, chuyển cơ năng của động cơ dẫn động thành cơ năng của chất lỏng chuyển dịch. Dựa vào nguyên lý hoạt động, các bơm được chia thành ba nhóm: bơm thể tích, bơm kiểu cánh và bơm kiểu phụt. Bơm thể tích có: bơm piston và rôto (bánh vít, trục vít). Chúng hoạt động theo nguyên tắc thay thế (chuyển vị). Bơm kiểu cánh gồm: bơm ly tâm, bơm hướng trục và bơm xoáy. Nguyên tắc hoạt động của các bơm này dựa trên lực tương tác của cánh bơm với dòng chất lỏng chảy qua nó. Bơm kiểu phụt, thuộc nhóm hoàn toàn riêng biệt. Đối với nó thì định nghĩa bơm như là máy biến cơ năng của động cơ thành năng lượng của chất lỏng không được thích hợp. Nguyên tắc hoạt động của bơm kiểu phụt là, dựa vào việc sử dụng động năng của dòng công chất, được đưa đến nó để bơm chuyển chất lỏng. 2.5.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của bơm thuỷ lực Đặc trưng cơ bản của bơm thủy lực hay những thông số kỹ thuật của nó là những thông số biểu thị khả năng làm việc của bơm bất kỳ. Các thông số chủ yếu là: lưu lượng Q, cột áp H, công suất N, hiệu suất  và cột áp hút cho phép của bơm [ HCK]. 2.5.2.1. Lưu lượng của bơm Q Lưu lượng của bơm là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong một đơn vị thời gian. Đơn vị tính lưu lượng thể tích: m3/g; m3/s hoặc l/phút, v.v.… Đơn vị tính lưu lượng khối lượng: kg/s; t/g, v.v.… 20
Đơn vị tính lưu lượng trọng lượng: N/s hoặc daN/s, v.v.… Lưu lượng bơm được xác định nhờ thiết bị đo tức thời lắp trên đầu ống đẩy, ống Verturi, tấm chắn. Giả sử ta có vận tốc dòng chảy qua ống là v, m/s, diện tích tiết diện ngang của ống là F, m2, thì lưu lượng Q được tính theo công thức: Q =v.F , m3/s Q =3600.v.F , m3/g. hoặc (2.3) Phương pháp này chỉ xác định được lưu lượng trung bình của bơm trong một đơn vị thời gian. 2.5.2.2. Cột áp của bơm H 1. Phương trình năng lượng của bơm Để xét và biết được cột áp của bơm, ta đi xét năng lượng của chất lỏng trước, trong và sau khi ra khỏi bơm, tức là xét phương trình năng lượng của bơm. Giả sử ta cần đưa chất lỏng từ bể chứa A (bể hút) lên bể chứa B (bể đẩy) theo sơ đồ như hình 2.8. Năng lượng của chất lỏng tại cửa vào, cửa ra của bơm là E0 và E1 được tính như sau: 2 p1 v1 (2.4) E1    z1 .  2.g p2 v2  2  z2 . (2.5) E2   2.g trong đó: p1, v1, z1 là áp suất, vận tốc và cao độ của dòng chất lỏng tại cửa vào của bơm so với mặt thoáng bể hút. p2, v2, z2 là áp suất, vận tốc và cao độ của dòng chất lỏng tại cửa ra của bơm so với mặt thoáng bể hút. Ta đi xét độ chênh năng lượng của chất lỏng tại cửa vào và cửa ra của bơm. p 2  p1 v1  v 2 2 2 (2.6) E  E 2  E 1    (z 2  z1 )  2 .g Từ phương trình trên ta có các nhận xét như sau: Nếu E = 0, tức chất lỏng trong ống là chất lỏng lý tưởng, không có độ nhớt và không xảy ra tổn thất năng lượng. 21
Nếu hai tiết diện là rất gần nhau thì ít nhất chất lỏng phải cần một phần năng lượng để thắng áp lực thuỷ tĩnh, tức E > 0, do đó nếu không cấp thêm năng lượng cho bơm thì E < 0, là do một phần năng lượng bị tiêu tốn để thắng sức cản thủy lực trong ống. Do đó để chất lỏng chuyển động được từ bể hút lên bể đẩy, thì phần năng lượng do bơm cung cấp phải thắng được áp lực thủy tĩnh và tổn thất thủy lực trong ống. Nếu gọi tổn thất thủy lực trong đường ống là h thì tổn thất năng lượng viết dưới dạng đầy đủ là (E + h) và phương trình năng lượng dạng tổng quát là: p 2  p1 v 2  v1 2 2  (z 2  z 1 ) , (2.7) E  h   2.g 2. Cột áp của bơm Định nghĩa: cột áp của bơm là phần năng lượng mà bơm cần cung cấp cho một đơn vị khối lượng chất lỏng để nó chuyển động được từ vị trí này đến vị trí khác. Ký hiệu: H. Đơn vị: mét cột nước (m. c. n). Theo định nghĩa trên, thì cột áp của bơm là độ chênh năng lượng riêng (tính cho đơn vị) của chất lỏng khi ra khỏi bơm và khi vào bơm. Cột áp, như giá trị năng lượng có liên quan đến đơn vị khối lượng, có thứ nguyên tuyến tính (kg.m/kg = m). Thiết lập công thức tính cột áp H: xét bơm làm việc theo sơ đồ như hình 2.8, trong đó: zh- khoảng cách thẳng đứng từ cửa vào của bơm đến mặt thoáng bể hút, gọi là chiều cao hút. zđ - khoảng cách thẳng đứng từ mặt thoáng bể đẩy đén cửa ra của bơm, gọi là chiều cao đẩy. 22
Hình 2.8. Sơ đồ làm việc của bơm. Thiết lập công thức tính cột áp H: xét bơm làm việc theo sơ đồ như hình 2.8, trong đó: zh- khoảng cách thẳng đứng từ cửa vào của bơm đến mặt thoáng bể hút, gọi là chiều cao hút. zđ - khoảng cách thẳng đứng từ mặt thoáng bể đẩy đén cửa ra của bơm, gọi là chiều cao đẩy. y - độ chênh cao độ giữa cửa ra và cửa vào của bơm. z = zh + y + zđ - gọi là chiều cao dâng. v0, v1, v2, v3 và p0, p1, p2, p3 là vận tốc và áp suất của dòng chất lỏng tương ứng ở mặt thoáng bể hút, cửa vào, cửa ra của bơm và mặt thoáng bể đẩy. Để tính cột áp của bơm ta đi khảo sát phương trình năng lượng của dòng chất lỏng khi đi vào và đi ra khỏi bơm. Năng lượng của dòng chất lỏng tại cửa vào của bơm là: 2 p1 v 1 (2.8) Eh    zh.  2.g Năng lượng của dòng chất lỏng tại cửa ra của bơm là: 23
p2 v2  2  z h  y. (2.9) Ed   2.g Theo định nghĩa, ta có cột áp của bơm là: p 2  p1 v 2  v1 2 2  y ,m.c.n. (2.10) H  Ed  Eh    2.g trong đó: p1 = pa - pck; p2 = pa + pck với pa - áp suất khí quyển; pck - áp suất chân không. Áp suất p1, p2 được xác định nhờ đồng hồ chân không kế và áp kế lắp ở cửa vào và cửa ra của bơm. Trong công thức trên, nếu đường kính ống hút bằng đường kính ống đẩy, tức vận tốc v1 = v2 (vì cùng lưu lượng Q) và khoảng cách y đủ nhỏ để bỏ qua thì cột áp H được xác định như sau: p 2  p1 ,m.c.n. (2.11) H  Trong trường hợp không có các số liệu đo cụ thể, ta có thể xác định cột áp H của bơm dựa vào các số liệu yêu cầu của hệ thống mà bơm làm việc như: p0, p3, v0, v3, zh, zđ, y và z. Ta biết rằng, khi bơm làm việc ổn định thì cột áp của bơm phải bằng cột áp của hệ thống, tức bằng độ chênh năng lượng giữa cửa ra và cửa vào của hệ thống. Gọi E0, E3 là năng lượng của dòng chất lỏng tại cửa vào và cửa ra của hệ thống, ta c ó: p0 v2 p3 v2  0,  3 z, và (2.12) E0  E3   2.g  2.g Gọi tổn thất cột áp (tổn thất năng lượng) trên các đoạn ống hút và các đoạn ống đẩy là hh và hđ , thì ta có quan hệ năng lượng giữa cửa vào, cửa ra của bơm với năng lượng cửa vào, cửa ra của hệ thống là, Eh = E0 - hh và Eđ = E3 - hđ. Do đó, cột áp của bơm là: H = Eđ - Eh = E3 - E0 + hh + hđ hay: v3  v2 2 p3  p0 0  h h  h d ), m.c.n. (2.13) H  (z  )(  2.g Đây là công thức tổng quát tính cột áp tính cột áp của bơm thông qua các yêu cầu của hệ thống. Từ công thức trên, ta có nhận xét sau: Cột áp yêu cầu của bơm phải khắc phục được chiều cao dâng, ngoài ra còn phải khắc phục được độ chênh áp trên mặt thoáng bể hút, bể đẩy và khắc phục được tổn thất năng lượng trên các đoạn ống hút, ống đẩy. 24
Nếu gọi Ht là thành phần cột áp tiêu phí để khắc phục độ chênh áp tĩnh giữa cửa vào, cửa ra của hệ thống và đưa chất lỏng từ bể hút lên bể đẩy, thì nó đặc trưng cho thế năng của dòng chất lỏng tại bể đẩy, gọi là cột áp tĩnh. Nếu gọi Hđ là thành phần cột áp tiêu phí để khắc phục sự chênh tốc giữa cửa vào, cửa ra của hệ thống và để thắng được sức cản thủy lực trong đường ống, thì nó đặc trưng cho động năng của dòng chất lỏng, gọi là cột áp động. v2  v2 p3  p 0 ) , m.c.n. và H d  3 0 Khi đó, ta có: H t  (z   h h  h d , m.c.n.  2.g 2.5.3. Công suất và hiệu suất của bơ m Công suất yêu cầu của bơm là năng lượng mà bơm nhận được từ động cơ trong một đơn vị thời gian, còn gọi là công suất trên trục của bơm. Ký hiệu: N. Công suất thủy lực hay công suất có ích của bơm là phần năng lượng mà chất lỏng nhận được từ bơm trong một đơn vị thời gian. Ký hiệu: Ntl. Khi bơm làm việc, một phần năng lượng tiêu tốn trong bơm ở dạng tổn thất, như ma sát giữa trục bơm với thân bơm,…Nếu trừ từ công suất tiêu thụ N đi tất cả các tổn thất N trong bơm, thì ta có quan hệ giữa công suất có ích và công suất yêu cầu là: Ntl = N - N. Công suất có ích Ntl của bơm chính là gia số năng lượng của chất lỏng trong bơm trong một đơn vị thời gian. .Q.H .Q.H Ntl = G.H = .Q.H , kg.m/s = , cv = , kw. (2.14) 75 102 trong đó: G - là lưu lượng khối lượng của bơm, kg/s. Q - là lưu lượng thể tích của bơm, m3/s. H - là cột áp của bơm, m.c.n.  - khối lượng riêng của chất lỏng, kg/m3. Hiệu suất của bơm là tỷ số giữa công suất có ích và công suất yêu cầu của bơm. Ký hiệu: . Hiệu suất  của bơm đặc trưng cho tổn thất năng lượng trong bơm, ta có: N tl .100 . (2.15)  N 25