Giáo trình Thiết bị năng lượng

ái dừng lại ở vị trí mới. → Khi thay đổi góc lái (quay tiếp hoặc quay ngược lại) thì hệ thống tiếp tục tác dụng hoặc chuyển động ngược lại. Việc điều khiển cho vòng định hướng (stato) của bơm dịch chuyển càng nhanh thì Q tăng nhanh việc thực hiện bẻ lái càng nhanh. → Để đảm bảo áp suất trong hệ thống ổn định khi tàu gặp sóng gió (băng) người ta sử dụng hai van an toàn (15) &(16). Khi áp suất đột ngột tăng cao thì chất lỏng đẩy van hồi về đường ống hút. 6.5. Bơm và động cơ thuỷ lực piston – roto sử dụng cho thiết bị lái. 6.5.1. Khái niệm chung. − Máy thuỷ lực kiểu piston – roto thuộc loại máy thuỷ lực thể tích có đặc điểm sau: + Tạo được áp suất cao với Q không lớn lắm. + Có thể thay đổi Q một cách dễ dàng khi n & p = const. + p không phụ thuộc Q & n. + Hiệu suất tương đối cao. + Phạm vi điều chỉnh lớn. + n làm việc tương đối lớn → có thể nối trực tiếp với động cơ điện. − Nguyên lí làm việc giống như loại máy piston ghép. + Bộ phân công tác chủ yếu gồm nhiều piston hình trụ đặt trong các xylanh. Các xylanh này đặt trong các khối trụ tròn có chuyển động quay gọi là roto. Khi khối xylanh quay thì chuyển động tịnh tiến tương đối giữa piston & xylanh được thực hiện. Vì thế gọi là piston roto. + Bơm và động cơ piston – roto có kết cấu hoàn toàn giống nhau. Hai loại này có thể thay thế chức năng cho nhau. + Bơm piston – roto có thể làm việc như một động cơ nếu ta dẫn vào nó 1 dòng chất lỏng có áp suất đủ lớn và động cơ piston – roto có thể làm việc với moment quay không đổi hoặc thay đổi. Bơm piston – roto có thể làm việc với Q không đổi hoặc thay đổi. − Máy thuỷ lực piston – roto gồm 2 loại chính: + Bơm & động cơ piston – roto hướng kính. + Bơm & động cơ piston – roto hướng trục. Trang 48 6.5.2. Bơm & động cơ thuỷ lực piston – roto hướng kính. A b a e 1 2 B a) Cấu tạo: Gồm 2 phần: − Phần roto (quay) gắn với đầu trục. − Phần stato không quay nhưng tịnh tiến qua lại. Phần roto (1) đặt lệch tâm (1 khoảng e) trong stato (2). roto hình trụ bên trong có các xylanh và piston. Các piston không có cán di chuyển tịnh tiến trong xylanh. Các xylanh phân bố theo hướng kính (kiểu hình sao). Các piston quay theo roto. Phần stato là một đai hình trụ: mặt trong nhẵn bóng cho các đỉnh piston tì vào & dịch chuyển. Nó di chuyển ngang nhờ có tác động bên ngoài (người thực hiện). + A, B: không gian chứa dầu. Hình 27: Sơ đồ bơm & động cơ piston - roto + a, b: lỗ dẫn dầu. hướng kính b) Hoạt động: − Nếu là bơm thì quá trình hút được thực hiện khi các piston chuyển động hướng ra khỏi tâm roto (đi ra). Chất lỏng được hút qua roto vào các xylanh nhờ lỗ a và họng hút A. (các xylanh phía trên đường X – Y thực hiện quá trình hút nếu roto quay theo chiều kim đồng hồ). − Khi các xylanh đi qua đường X – Y thì các piston chuyển động hướng về tâm roto nên thực hiện quá trình đẩy. Đẩy chất lỏng trong xylanh đến họng đẩy B và ra hỏi bơm qua lỗ b. − Nếu roto quay ngược lại thì chất lỏng sẽ chuyển động ngược chiều (b: hút, a: đẩy). ™ Nếu là động cơ: thì ta dẫn chất lỏng vào họng A hoặc B. Một dòng chất lỏng có áp suất đủ lớn: dưới tác dụng của áp suất, các piston chuyển động và một đầu tì vào thành trong của stato, đẩy roto quay. Sau khi truyền áp năng cho các piston. Chất lỏng bị đẩy ra khỏi động cơ ở họng kia. − Để đầu piston luôn tì vào stato, ngoài lực li tâm của piston người ta còn đặt vào mỗi xylanh một lò xo để hổ trợ (áp dụng khi làm bơm còn khi làm động cơ thì không cần vì dầu có áp suất lớn đẩy piston luôn tì vào stato). c) Các thông số: ™ Lưu lượng: − Trong 1 vòng quay của roto, lượng chất lỏng mà piston đẩy được là (q) q = ed 2 4 2π . − Nếu có z piston và quay n (vòng/phút) thì : Q = q.n.z = ed 2 4 . 2π .n.z + Q: gọi là lưu lượng lí thuyết trung bình. + Q thay đổi theo e (nếu n = const) + Nếu e = 0 thì Q = 0. ™ Moment quay: − Monent trên roto, M tỉ lệ thuận với e. + e càng lớn thì M càng lớn. + e = 0 thì M = 0 và emax thì Mmax . Trang 49 →Vì vậy muốn thay đổi M trên trục roto ta điều chỉnh e mà không cần thay đổi P chất lỏng trong động cơ. 6.5.3. Bơm và động cơ thuỷ lực piston – roto hướng trục. a) Cấu tạo: Trang 50 − Trên roto người ta làm các xylanh có tâm song song với nhau & theo hướng trục của roto. − Piston trong xylanh có đầu luôn tì vào mặt đĩa nghiêng (đĩa này không quay chỉ thay đổi γ ). Vì đĩa (3) nghiêng nên các piston chuyển động tịnh tiến trong các xylanh (vừa quay vừa tịnh tiến). − Nắp (4) cố định lắp sát với roto. Bên trong nắp (4) có hai rãnh hình vòng cung (5) (rãnh xuyến) được ngăn cách nhau. Hai rãnh thông với hai lỗ dẫn chất lỏng a, b. b) Hoạt động: − Nếu máy là bơm: khi roto quay theo chiều mũi tên thì rãnh (5) bên trái là rãnh hút A, họng bên phải là họng đẩy B. Hình 28: Sơ đồ bơm piston – roto 5 BA a b AA A a b A 4 3 21 − Nếu dẫn vào máy một dòng chất lỏng có áp suất đủ lớn hướng trục thì roto sẽ quay. Lúc đó máy trở thành động cơ thuỷ lực. Qmax =Mmax. Q và M phụ thuộc vào γ (γ = 0 Q = 0). → ™ Nhận xét: − Cả 2 loại piston roto hướng kính và hướng trục tuy có kết cấu khác nhau nhưng nguyên lí làm việc giống nhau (trong hướng kính thì chuyển động của các piston được thực hiện trong 1 mặt phẳng, còn loại hướng trục thì chuyển động của các piston được thực hiện trong không gian). − Cả 2 loại bơm đều không có van hút và van đẩy nên có thể làm việc với vòng quay cao. − Loại hướng trục thường dùng trong các trường hợp cần có vòng quay cao và M thay đổi nhỏ. − Loại hướng kính được dùng khi cần M lớn và n tương đối nhỏ (máy lái, tời neo, cẩu). − Loại piston roto hướng trục chia làm 2 loại: + Loại đĩa nghiêng (khối roto quay, đĩa cố định) + Loại roto nghiêng → piston nối với đĩa bằng khớp cầu (đĩa thẳng đứng, roto nghiêng) − Loại roto hướng trục có kết cấu ưu điểm là họng hút và đẩy (các rãnh xuyến) có thể chế tạo với kích thước lớn hơn mà không làm tăng kích thước chung của máy. Do đó cho phép nâng cao n để có Q lớn hơn so với hướng kính. − Loại hướng trục còn có đặc điểm là moment quán tính của roto tương đối nhỏ, điều này có ý nghĩa quan trọng khi sử dụng máy làm động cơ. Số xylanh thường có từ 7– 9; dmin =5mm, n = 500 -700v/phút. − Nếu N lớn → n = 4000v/phút. Đặc biệt n = 10.000v/phút. nmin của động cơ = 5 – 10v/phút. 6.5.4. Ứng dụng của hệ thống thuỷ lực trên tàu thuỷ Các hệ thống thuỷ lực được áp dụng rộng rải trên tàu thuỷ trong các hệ thống phục vụ sau: − Các hệ thống máy lái, neo, tời, cẩu hàng. − Hệ thống đóng mở các van ballast, lacanh từ xa. − Hệ thống điện - thuỷ lực điều khiển cánh giảm lắc (tàu khách) − Hệ thống thuỷ lực điều khiển bước của chân vịt biến bước. a) Dầu nhờn sử dụng trong hệ thống thuỷ lực cần có các yêu cầu sau: − Độ nhớt → đảm bảo độ tin cậy. Độ nhớt phải ổn định trong phạm vi nhiệt độ công tác. − Ít tạp chất cơ học. − Có khả năng chống oxy hoá cao. − Không độc, không ăn mòn kim loại. − Ít hoà tan khí và có khả năng tạo nhủ tương. − Hệ số dẫn nhiệt cao, giá rẻ. b) Chú ý: − Thời gian thay dầu. Khi pH tăng gấp đôi pH ban đầu. Thường sử dụng sau 3 năm → thay mới. − Nếu dầu không có phụ gia → thay hàng năm. − Xả air vì không khí chịu nén → P giảm. BÀI 7: HỆ THỐNG MÁY LẠNH TÀU THUỶ 7.1. Giới thiệu chung Ngày nay dưới các tàu thuỷ được trang bị các loại máy lạnh khác nhau với các công dụng khác nhau, bao gồm: − Hệ thống lạnh thực phẩm: dùng để bảo quản thực phẩm phục vụ cuộc sống thuyền viên trên biển. − Hệ thống điều hoà không khí: điều hoà không khí tại phòng ở, phòng làm việc, nơi công cộng nhằm cải thiện đời sống và điều kiện làm việc cho thuyền viên. − Hệ thống lạnh hầm hàng: sử dụng cho các tàu vận tải hàng đông lạnh (thực phẩm, thịt cá, hoa quả, ...) và các tàu đánh cá xa bờ. − Container lạnh: thường dùng cho các tàu container chuyên dùng: ưu điểm của loại này bảo quản hành hoá tốt, bốc xếp nhanh. − Máy điều hoà không khí độc lập: tủ lạnh nhỏ thường dùng cho các tàu thuỷ nhỏ, chạy tuyến gần. 7.2. Một số kiến thức cơ bản 7.2.1. Nhiệt độ làm lạnh thích hợp: − Đối với thực phẩm là rau xanh, trái cây: 5 – 100C. − Đối với thịt các loại: từ -5 đến -100C. − Đối với hải sản: từ -10 đến -200C. − Đối với điều hoà không khí: + Nhiệt độ từ 18 – 280C. + Độ ẩm từ 50 – 60%. + Độ sạch của không khí: lọc bụi, mùi. 7.2.2. Sơ đồ máy lạnh cơ bản (sử dụng công chất Freon) − Máy nén (MN) Trang 51 − Bình ngưng (BN) Trang 52 − Van tiết lưu (VTL) − Dàn bay hơi (DBH) a) Nguyên lí hoạt động − Khi MN hoạt động (nhờ động cơ điện lai) hút công chất từ DBH ở trạng thái hơi bảo hoà. Ra khỏi MN là hơi quá nhiệt (áp suất đạt tới Pk) và đưa vào BN. Tại BN công chất được làm mát đến nhiệt độ ngưng tụ và trở thành thể lỏng đi vào VTL. Khi ra khỏi VTL công chất có trạng thái hơi ẩm (P giảm). − Khi đến DBH công chất nhận nhiệt của vật cần làm lạnh. Công chất sôi và bay hơi Hình 29:Sơ đồ một máy lạnh cơ bản (thành hơi bảo hoà) trở về MN. MN Hơi quá nhiệt Hơi bảo hoà Hơi ẩm (lỏng)Lỏng DBH VÙNG CAO ÁP VÙNG THẤP ÁPVTL SW BÌNH NGƯNG b) Nhận xét: − Máy lạnh có nhiệm vụ liên tục nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh có nhiệt độ thấp hơn nhiệt độ môi trường rồi nhả ra môi trường. Điều này không thể tự nhiên xảy ra được vì theo định luật nhiệt động lực học hai thì nhiệt lượng không thể tự nó truyền từ vật lạnh sang vật nóng. Điều này chỉ thực hiện được trên cơ sở tiến hành các chu trình nhiệt động, trong đó phải đưa thêm công ngoài để thực hiện chu trình (nên gọi là chu trình cacnô ngược). 7.2.3. Cấu tạo các thiết bị a) Máy nén: − Nhiệm vụ: Truyền năng lượng cho công chất lạnh, tạo áp suất cao, vận chuyển công chất trong hệ thống (N = 5 – 50kW). − Cấu tạo: Hiện nay thường sử dụng máy nén do động cơ lai có 2 loại máy nén thông dụng: + Máy nén kiểu piston (1, 2 cấp). + Máy nén trục vít. − Tuỳ theo công suất của hệ thống mà máy nén có 2 loại: + Máy nén hở: động cơ điện độc lập lai máy nén qua khớp nối hoặc dây curoa. Chỉ sử dụng cho hệ thống có công suất lớn. ™ Ưu điểm: − Dễ vận hành, sửa chữa và bảo quản. ™ Nhược điểm: − Công chất dễ dò lọt qua đầu trục. + Máy nén kín: động cơ điện và máy nén được đặt trong 1 block kín. ™ Ưu điểm: − Chống dò lọt công chất. ™ Nhược điểm: − Khó sửa chữa, chế tạo. − Chỉ sử dụng cho hệ thống có công suất (N) nhỏ. b) Bình ngưng. − Nhiệm vụ: Bình ngưng là thiết bị trao đổi nhiệt. Trong đó công chất trao nhiệt cho chất làm mát (nước, không khí) để thay đổi trạng thái từ hơi trở thành hơi bảo hoà khô hoặc hoá lỏng. − Cấu tạo: + Thường sử dụng BN dạng ống: công chất bao bọc bên ngoài ống còn nước biển thì đi trong ống (hệ thống lớn). output output F12 input S.W input + Hoặc công chất đi trong ống được không khí làm mát bên ngoài nhờ đối lưu tự nhiên (không có quạt) hoặc đối lưu cưỡng bức (có quạt). Chỉ sử dụng cho hệ thống nhỏ. + Ống bằng đồng. + Mặt sàn (lắp đầu ống) bằng đồng. Hình 30: Sơ đồ một bình ngưng + Vỏ hình trụ bằng thép. + Nắp 2 đầu bằng gang hoặc đồng. c) Dàn bay hơi − DBH là thiết bị trao đổi nhiệt trong đó công chất ở áp suất thấp nhận nhiệt của môi trường cần làm lạnh để sôi và bay hơi. Môi trường cần làm lạnh do trao nhiệt cho công chất nên lạnh đi (áp suất hơi thấp là do máy nén và VTL tạo ra) có các loại DBH sau: + DBH làm lạnh chất lỏng (thường là nước hoặc nước muối). + DBH làm lạnh không khí. + DBH làm ngưng tụ công chất khác. − Trên tàu thuỷ thường sử dụng DBH làm lạnh không khí để làm lạnh các buồng thực phẩm, hầm hàng và điều hoà không khí. − DBH làm lạnh không khí thường chia làm 2 loại: + DBH dùng đối lưu tự nhiên: không khí được lưu thông theo chiều thẳng đứng do sự chênh lệch tỉ trọng của không khí do chênh lệch nhiệt độ (không có quạt gió). + DBH dùng đối lưu cưỡng bức: quạt gió làm không khí lưu thông. ™ Cấu tạo: − DBH thường là dạng ống uốn cong có cánh hoặc không có cánh tản nhiệt, được bố trí trong buồng lạnh, hầm hàng, có thể bố trí các mặt của buồng lạnh (6 mặt). d) Van tiết lưu − VTL có nhiệm vụ làm giảm áp suất của công chất từ Pk (áp suất ngưng tụ) đến áp suất P0. Do phụ tải nhiệt ở DBH luôn thay đổi nên yêu cầu VTL phải cung cấp 1 lượng công chất phù hợp với sự thay đổi đó (khi phụ tải nhiệt lớn → phải cung cấp nhiều công chất và ngược lại). Sao cho DBH luôn luôn được lắp đầy công chất để hệ thống hoạt động kinh tế nhất (diện tích trao đổi nhiệt của DBH lớn nhất). − Yêu cầu cơ bản đối với VTL: + Dễ dàng điều chỉnh một cách chính xác lượng công chất lỏng đi qua. + Dễ dàng phát hiện khi có thể hơi đi qua. + Có khả năng lọc chất. + Công chất làm lạnh: dưới tàu thuỷ hiện nay thường sử dụng các loại công chất sau: NH3, R12, R22... Trang 53 Hình 31: Hình ảnh một van tiết lưu thật Hình 32: Van tiết lưu giản nở tỉnh nhiệt cân bằng trong ™ Amoniắc (NH3): − Chỉ còn tồn tại trên các tàu cũ (trước 1970). − Các tính chất cơ bản: + Nhiệt độ sôi ở P0 (áp suất khí quyển) là -33.50 C. + Aùp suất ngưng tụ ở 380 C là 14.1 kg/cm2 . + Năng suất làm lạnh đơn vị ở -150 C là 1312.69 kJ/kg. + Không hoà tan với dầu bôi trơn. + Hoà tan vô hạn với nước. + Nhẹ hơn không khí (nên cửa thông gió đặt trên cao) + Không ăn mòn kim loại nếu không lẫn nước. Khi gặp nước tạo thành dung dịch kiềm (NH4OH): ăn mòn nhiều kim loại đặc biệt là đồng và hợp kim của đồng. + Dễ cháy nổ, độc hại với người. + Giá rẻ, dễ kiếm (NH3 là nguyên liệu sản xuất phân đạm). ™ Freon: − Được sử dụng rộng rãi trên tàu: Trang 54 TT Các tính chất cơ bản R12 (CF2Cl2 ) R22 (CHF2Cl) 1 Nhiệt độ sôi ở Pkq -290C -40,80C 2 Aùp suất ngưng tụ ở 380C 8,7kg/cm2 14kg/cm2 3 Năng suất làm lạnh đơn vị ở -150C 158,62kJ/kg 218kJ/kg 4 Không màu, không mùi. Không độc hại. 5 Không cháy nổ, an toàn 6 Hoà tan vô hạn với dầu nhờn Hữu hạn 7 Ít hoà tan với nước 8 Nặng hơn không khí 9 Không ăn mòn kim loại 10 Nếu lẫn nước thì ăn mòn sắt, thép, chì, .... Không ăn mòn đồng e) Các thiết bị phục vụ hệ thống lạnh − Thiết bị tự động: + Tự động cấp công chất vào DBH, VTL tự động. + Tự động điều chỉnh nhiệt độ buồng lạnh (rơle nhiệt, tự động ngắt mạch điện máy nén hoặc mạch điện van điện từ cấp công chất vào DBH. − Thiết bị bảo vệ: + Rơle áp suất (cao, thấp, van an toàn) + Rơle áp suất dầu nhờn (khi PLO giảm → ngắt điện máy nén). ™ Dầu nhờn máy lạnh: − Nhiệm vụ: Bôi trơn máy nén: − Tích chất: + Nhiệt động đông đặt phải thấp hơn nhiệt độ sôi của công chất + Dẫn nhiệt tốt. + Cách điện tốt. + Tính bền vững hoá học cao. + Không tác dụng hoá học với công chất. + Phải tinh khiết, sạch. f) Các thiết bị khác − Pin lọc bẩn. − Pin lọc ẩm (silicagen) SiO2H2O: tách nước. − Bầu tách dầu (đặt giữa MN và BN) để giữ dầu lại và đưa về cacte máy nén nhằm tăng quá trình trao đổi nhiệt giữa F12 với môi trường (tách theo tỉ trọng và tách bằng chất hấp thụ dầu) − Bình tách lỏng:( đặt nơi cao nhất hệ thống) gần DBH hoặc trên đường ống hút. Nhiệm vụ: Giữ lại hạt công chất lỏng không bay hơi hết ở DBH chống thuỷ kích MN (thường dùng cho NH3, ít dùng Freon). − Bình chứa lỏng: lắp sau BN có nhiệm vụ luôn luôn dự trữ 1 lượng công chất lỏng nhất định: (nhốt công chất). − Bình tách không khí (dùng cho hệ thống lớn, hệ thống nhỏ xả air trên BN). − Thiết bị phá băng (bằng nhiệt trong, nhiệt ngoài). Trang 55 g) Giới thiệu một sơ đồ đơn giản: Chú thích: Trang 56 + 1,2,3 rơle nhiệt độ trong buồng lạnh I, II, III. + A, B, C: van điện từ cho DBH I, II, III. + RLT: rơle bảo vệ áp suất thấp. + RLC: rơle bảo vệ áp suất cao. ™ Trong thực tế các van A, B, C đặt trước các VTL khi nhiệt độ trong buồng đạt nhiệt độ bảo hoà → rơle ngắt điện VDT làm cho DBH tương ứng nghỉ làm việc. Nếu cả 3 DBH đều đóng → RLT hoạt động → ngắt MN. Hình 33: Sơ đồ hệ thống lạnh có nhiều buồng lạnh CBA 321 A B C Bầu tách lỏng VTL VTL S SW Nạp hơi Bình tách dầu BCL BN RLCRLT VTL pin lọc bẩn lọc ẩm nạp lỏng MN BÀI 8: HỆ THỐNG CHƯNG CẤT NƯỚC NGỌT 8.1. Khái niệm 8.1.1. Nhu cầu: − Nước để phục vụ HĐL (hơi nước, Diesel, ...) − Phục vụ sinh hoạt thuyền viên ( WC, ăn uống, ...) − Tiêu chuẩn: 150 lit/người ngày đêm (30 – 50 lít cho WC) 8.1.2. Nguyên lí: ra mạn bơm nc cất chuyển về kétbơm nc muối ra mạn buồng bay hơi bơm chân không SW FW Bình ngưng tụ − Gia nhiệt cho nước biển bay hơi. Sau đó cho hơi ngưng tụ ta được nước ngọt. − Nguồn nhiệt để gia nhiệt cho nước biển là FW sau khi làm mát Diesel (60 – 800C) và trong điều kiện áp suất thấp (chân không). ™ Xét 1 hệ thống chưng cất nước ngọt bay hơi kiểu bề mặt. 8.1.3. Các yêu cầu thiết bị chưng cất nước ngọt − Làm việc tin cậy. Hình 34: Hệ thống chưng cất nước ngọt cơ bản − Đảm bảo chất lượng nước cấp. − Ổn định sản lượng trong t = 1200 – 2000 giờ. − Không phải làm vệ sinh các bộ gia nhiệt (Q (m3/ngày) = (1,2 – 2,0) chi phí FW trong một ngày). − Tiêu tốn ít nhiệt năng, điện năng → giá thành thấp. ™ Sự tạo cặn cáu trong thiết bị chưng cất nước ngọt − Khi SW bay hơi → tạo cặn cáu trong bộ gia nhiệt → giảm hệ số truyền nhiệt và sản lượng (cặn chủ yếu là CaSO4 :sunphat canxi). ™ Các phương pháp xử lí cáu cặn. − Dùng phụ gia chống tạo cáu cặn: làm lắng đọng → thải cùng nước muối. − Sau 2000 – 2400 giờ hoạt động, tiến hành làm sạch các cáu cặn bằng phương pháp hóa học hoặc phương pháp cơ giới. + Cơ giới: cạo, thổi, ... → nặng nhọc. + Hoá học: dung dịch acid có nồng độ phù hợp,(HCl 3 -4% có chất hãm, chú ý quy trình an toàn, thời gian 2 – 3 h, 5h). Sau đó trung hoà acid bằng sođa: Na2CO3 → rửa nước. 8.2. Thiết bị chưng cất của hảng “atlat” dùng trên tàu Diesel. − Thiết bị bay hơi kiểu bề mặt (atlat của Đan Mạch có Q = 100 tấn/kg ngày) − Chú thích: Trang 57 1: Động cơ 2: Két nước giãn nở 3: SH nước ngọt 4: SH LO, gió tăng áp. 6:Bầu ngưng (ghép chung với bầu bay hơi). 7: Bơm chân không (phun tia) 8: Bơm SW 9: Bơm nước muối 10: Lưu lượng kế (nước cấp SW) 11: Bầu bay hơi (bề mặt gia nhiệt là các ống thẳng đứng có đường kính 19mm) 12:Bơm FW 13: Muối kế (nồng độ kế) 14: Van điện từ 15: Lưu lượng kế (nước cấp) 16: Bơm SW. ™ Cấu tạo: Vỏ của bầu bay hơi làm bằng thép, mặt trong có phủ một lớp chống ăn mòn. Hình 35: Sơ đồ hệ thống chưng cất nước ngọt Bầu bay hơi (11) và bình ngưng (6) được ghép chung một vỏ: gồm hai bầu hình trụ một nằm ngang và một thẳng đứng. ống tràn 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 3 1 Két giản nở ™ Các thông số: − Nhiệt độ bay hơi 380C. − Aùp suất tuyệt đối tương ứng 6.6 kPa − Nhiệt độ nước ngọt gia nhiệt 60 - 650C. − Độ giảm nhiệt độ nước ngọt: 5 - 150C (trong bầu bay hơi) − Độ tăng nhiệt độ của nước trong bầu ngưng từ 4 - 80C. Trang 58 − Nhiệt độ nước biển: 28 - 300C. − Nếu Q = 15 - 25 tấn/ngày thì chi phí 5kW/tấn nước cất. ™ Nguyên lí làm việc của hệ thống: Khi động cơ đã làm việc ổn định, ta điều chỉnh van nước ngọt. Sau khi làm mát động cơ đến thiết bị chưng cất nước ngọt. Trong bầu bay hơi (11) xảy ra quá trình trao đổi nhiệt giữa nước ngọt và nước biển (nước ngọt bên ngoài gia nhiệt cho nước biển bên trong ống. Do vậy xảy ra quá trình sôi và bay hơi trong ống ở áp suất thấp (chân không). Độ chân không được duy trì nhờ bơm phun tia (7) hút không khí ra, nước công tác do bơm (8) cấp. Để kiểm tra lưu lượng nước biển cấp ta dùng lưu lượng kế (10). Để duy trì mực nước biển trong bầu bay hơi ta dùng bơm (9) nhờ ống tràn. Bơm (9) còn có nhiệm vụ bơm nước biển ra khỏi bầu chưng cất nước ngọt khi hệ thống ngừng làm việc. Tại bầu ngưng (6) hơi nước biển được ngưng tụ nhờ trao đổi nhiệt cho nước biển do bơm (16) cấp. Nước ngưng được bơm (12) chuyển về két chứa. Sản lượng nước ngưng được kiểm tra thông qua lưu lượng kế (15). Chất lượng nước cất được kiểm tra nhờ nồng độ kế (13). Khi nồng độ của nước cất vượt quá giới hạn cho phép thì bộ cảm biến sẽ mỡ van điện từ (14) để nước cất còn mặn đưa trở lại bầu bay hơi. Để tránh hiện tượng các hạt nước biển lẫn trong hơi người ta lắp thiết bị phân li hơi phía dưới bầu ngưng. CHƯƠNG VII: MÁY PHỤ TÀU THUỶ − Trên tàu thuỷ có rất nhiều loại máy phụ để phục vụ cho hệ động lực và phục vụ cho thuyền viên... − Trong giới hạn của môn học chúng ta sẽ nghiên cứu 1 số loại máy phụ cơ bản sau: + Các loại bơm. + 1 số thiết bị: máy nén khí. Máy lọc, ... BÀI 1: CÁC LOẠI BƠM. 1.1. Giới thiệu chung: − Bơm được sử dụng rộng rãi dưới tàu thuỷ, nó để phục vụ hệ thống động lực tàu và các mục đích khác. − Bơm dùng để chuyển các loại chất lỏng khác nhau: FW, SW, LO, FO, DO, ... 1.1.1. Phân loại theo công dụng có 3 nhóm. + Nhóm phục vụ các hệ thống của tàu: bơm hút khô, bơm ballast, bơm nước vệ sinh, sinh hoạt, cứu hoả, bơm thuỷ lực. + Nhóm phục vụ hệ thống động lực: bơm nhiên liệu, LO, nước làm mát. + Nhóm phục vụ trên các tàu chuyên dùng: bơm hàng (tàu dầu, tàu hoá chất, tàu hút, ...) ™ Ghi chú: các thiết bị hút không khí và quạt cũng thuộc họ bơm. Chúng dùng để bơm không khí nhằm thông gió buồng máy, hầm hàng ... hoặc phục vụ nồi hơi, diesel. 1.1.2. Phân theo nguyên lí làm việc và kết cấu gồm: − Bơm cánh dẫn (việc trao đổi năng lượng giữa bơm với chất lỏng được thực hiện bằng năng lượng thuỷ động của dòng chảy qua bơm). Dòng chảy qua cánh dẫn là liên tục. Như vậy, bơm cánh dẫn dùng cánh dẫn để trao đổi năng lượng với chất lỏng. Bơm cánh dẫn gồm các loại: bơm li tâm, bơm xoáy, bơm hướng trục. − Bơm thể tích: thực hiện việc trao đổi năng lượng với dòng chất lỏng theo nguyên lí nén chất lỏng trong 1 thể tích kín dưới áp suất thuỷ tĩnh. Bơm thể tích gồm: bơm piston, bơm roto, bơm bánh răng, bơm trục vít, bơm piston roto hướng kính, hướng trục... − Bơm phun tia (bơm phụt): trong bơm này thế năng của dòng nước công tác (do một bơm có áp suất cao cung cấp) biến đổi thành động năng trong ống phun, dòng nước công tác đi vào buồng hút của bơm với tốc độ rất cao hút nước ra khỏi buồng này và qua ống loe, nước công tác và nước cần bơm trộn lẫn nhau được đẩy vào đường ống đẩy. 1.2. Các thông số cơ bản của bơm. 1.2.1. Sản lượng (còn gọi là lưu lượng) − Sản lượng là lượng chất lỏng mà bơm vận chuyển được trong 1 đơn vị thời gian. Có 2 loại sản lượng: + Sản lượng thể tích (Q) được tính bằng m3/s, m3/phút, m3/h. + Sản lượng trọng lượng (m) được tính bằng kg/s, kg/phút, kg/h. 1.2.2. Cột áp. − Là năng lượng đơn vị mà bơm truyền được cho chất lỏng. Tức là hiệu số năng lượng của chất lỏng ở cửa đẩy của bơm và cửa hút của nó. Kí hiệu: H, đơn vị: m/cột nước. − Về ý nghĩa hình học có thể xem cột áp như độ cao h có thể nâng 1kg chất lỏng lên đó nhờ năng lượng chứa trong nó. − Gọi: + E1: năng lượng của dòng chất lỏng ở ống hút + E2: năng lượng của dòng chất lỏng ở ống đẩy ΔE = E2 – E1 thì: H = g EΔ 2 2 1kq 1 h đ Z Z p h h p ph− Theo Becnuli thì: ΔE = ghCC +−+ 2 P1 - P2 21 2 2 γ − Trong đó: + P2, P1: áp suất trong ống hút và ống đẩy (bar). + C1, C2: tốc độ chất lỏng trong ống hút và ống đẩy (m/s). + g: gia tốc trọng trường (m/s2). Hình 36: Sơ đồ hệ thống xác định đặc tính ™ Cột áp và áp suất có mối quan hệ: H = γ P đường ống ⇒ Aùp suất do bơm tạo ra: ΔP = ΔE.γ = ( ghCC +−+ 2 P1 - P2 21 2 2 γ ).γ Trang 59 = (P2 – P1)+ 2 )( 21 2 2 CC −γ +γ .g.h. + γ : trọng lượng riêng của chất lỏng (kg/m3). 1.2.3. Độ cao hút (đặc tính quan trọng của bơm) − Là khoảng cách theo phương thẳng đứng từ bề mặt chất lỏng hút đến tâm của trục bơm (zh). − Muốn chất lỏng chảy từ bể hút vào bơm được phải tạo được sự chênh áp suất nhất định từ miệng hút của bơm và mặt thoáng của bể hút (P1 và Pkq). Độ chênh áp này còn gọi là cột áp hút của bơm. Cột áp hút dùng để khắc phục chiều cao hút (zh) tổn thất trên đường ống hút và tạo nên động năng cần thiết ở miệng vào của bơm. − Chiều cao hút cho phép của bơm [zh] phụ thuộc vào cột áp hút. Nó phải được tính toán để tránh hiện tượng xâm thực trong bơm (khi áp suất chất lỏng bằng áp suất hơi bảo hoà thì chất lỏng sẽ sôi tạo thành bọt khí trong dòng chảy. Các bọt khí này theo dòng chảy có áp suất cao lớn hơn áp suất bảo hoà sẽ ngưng tụ đột ngột thành chất lỏng có thể tích nhỏ hơn thể tích bọt khí. Như vậy trong dòng chảy sẽ hình thành những khoảng trống cục bộ thu hút các phần tử chất lỏng xung quanh xô tới với tốc độ rất lớn làm cho áp suất tại đó tăng lên đột ngột, áp suất lớn này truyền qua chất lỏng va đập lên bề mặt kim loại (vỏ, cánh bơm) phá hỏng, làm rỗ bề mặt). [Zh] = ∑+Δ+− hhhPP bha γγ ( + Pbh: áp suất hơi bảo hoà của chất lỏng ứng với nhiệt độ làm việc. + hΔ : cột áp dự trữ chống xâm thực. + ∑hh : tổn thất năng lượng trên đường ống hút. ™ Chú ý: − Hiện tượng xâm thực thường xảy ra trong vùng có áp suất nhỏ và nhiệt độ cao trong bơm, nhất là vùng chất lỏng có vận tốc và áp suất thay đổi đột ngột. − Khi có xâm thực: dòng chảy bị gián đoạn, bơm rung, có tiếng động bất thường, lưu lượng và cột áp giảm đột ngột. Nếu để kéo dài →pháhỏng bơm. − Nếu P1 = 0 tức Hh max = Hck max = γ aP = 10m cột nước. ™ Nhưng thực tế thì cột áp hút (Hh max) lớn nhất không bao giờ đạt đến 10m cột nước. Vì khi P1 giảm đến một mức nào đó bằng áp suất bảo hoà của chất lỏng → xảy ra xâm thực. 1.2.4. Công suất tiêu thụ của bơm − Là công suất của động cơ điện dẫn động chúng. đây là công suất cơ giới trên trục bơm (Nđ/c). 1.2.5. Công suất làm việc của bơm NB = η γ HQ. = η QP. vì H = γ P + η : hiệu suất toàn phần của bơm. + Nđ/cơ > NB: tránh quá tải động cơ điện. Trang 60 BÀI 2: BƠM PISTON 2.1. Định nghĩa: − Bơm piston là máy thuỷ lực biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng của dòng chất lỏng nhờ những cơ cấu công tác (piston) chuyển động tịnh tiến trong xylanh. − Khi piston tạo khoảng trống trong xylanh sẽ tạo nên độ chân không đảm bảo hút được chất lỏng vào bơm và piston truyền năng lượng cho chất lỏng bằng cách nén trực tiếp lên chất lỏng trong xylanh đưa ra cửa đẩy. 2.2. Phân loại: − Theo sự bố trí các xylanh: bơm đứng, bơm nằm. − Theo kết cấu: bơm piston trụ, bơm piston đĩa. − Theo cách dẫn động: + Truyền động gián tiếp: dùng biên, trục khuỷu. 5 6 2 43 1 + Truyền động trực tiếp: dùng hệ thống hơi nước. − Theo số khoang công tác trong các xylanh: + Bơm một hiệu lực. + Bơm nhiều hiệu lực. − Theo năng lượng dẫn động: + Bơm điện, bơm hơi nước (xylanh hơi, tuabin hơi) + Bơm dầu (Diesel). 2.3. Cấu tạo: Ví dụ bơm piston tác dụng đơn (một hiệu lực) 2.3.1. Nguyên lí hoạt động − Khi piston (5) đi lên thể tích xylanh (6) tăng lên → áp suất trong xylanh giảm xuống. Chất lỏng theo ống hút (1) nâng van hút (2) vào đầy xylanh (6). Khi piston đi xuống, chất lỏng trong xylanh bị nén → P tăng lên → thắng sức căng lò xo của van đẩy (4) khi đó chất lỏng theo ống đẩy (3) ra ngoài. 2.3.2. Chú ý: − Theo sơ đồ công tác trên, ta thấy sự chuyển động của chất lỏng trong bơm không liên tục. Khi chiều dài đường ống lớn sẽ làm tăng tổn thất thuỷ lực →vì vậy loại bơm này (một hiệu lực) có lưu lượng nhỏ và thường dùng cho bơm tay. − Để cải thiện sự điều hoà của bơm người ta có thể áp dụng các phương pháp sau: + Lắp thêm bình điều hoà ở trên ống hút và ống đẩy. + Sử dụng bơm nhiều hiệu lực (một xylanh công tác làm việc cả hai khoang: 2 mặt của piston đều có tác dụng). Loại bơm này đảm bảo chất lỏng chuyển động liên tục cả trên đường ống hút và ống đẩy. 2.3.3. Nhận xét: − Bơm piston có khả năng tự hút cao, không cần mồi. − Tạo được áp suất cao nhưng Q nhỏ, phù hợp với các yêu cầu về áp suất (bơm nước mồi, bơm lacanh). − Nhược điểm: sản lượng không đều. Trang 61 2.4. Sản lượng của bơm piston. − Q lí thuyết trung bình của bơm piston 1 hiệu lực Q = 60 .. 60 . nSFnq = − Trong đó: F = 4 . 2Dπ (dt của piston). + S: hành trình piston. + Qthực tế = 60. ηQ.k.Ftb.S.n + k: số hiệu lực. + Qη : hiệu suất lưu lượng. + Ftb: (k = 1) = F. + Ftb (k = 2) = F - Fcáu ™ Điều chỉnh Q của bơm piston: có 4 cách: − Thay đổi n (v/phút) của trục động cơ lai (chỉ dùng cho hơi nước). − Điều chỉnh bằng van hồi (nối buồng đẩy với buồng hút) − Thay đổi F bằng cơ cấu đặc biệt. − Thay đổi S bằng cơ cấu đặc biệt (bơm cao áp). BÀI 3: BƠM LI TÂM 3.1. Giới thiệu chung − Bơm li tâm thuộc loại bơm cánh dẫn. − Cơ cấu công tác của bơm (bánh cánh) chuyển động quay (không tịnh tiến). − Dưới tàu thuỷ bơm li tâm được sử dụng rộng rải để bơm chất lỏng (nước): lacanh, ballast, cứu hoả, sinh hoạt, ... 3.2. Cấu tạo − Vỏ: đúc bằng gang có hình xoắn ốc (2 nửa) − Trục: bằng thép do động cơ điện lai, trục tựa trên 1 hoặc 2 vòng bi, đầu có ren lắp êcu. − Bánh cánh công tác được lắp chặt với trục (có then) trên đó có các cánh (thẳng hoặc cong) được đúc chung thường bằng đồng. − Hộp kín nước đầu trục (trết) − Vành ma sát ngăn cách khoang hút với khoang đẩy. ™ Bơm li tâm có thể phân ra: bơm đứng (trục đứng), bơm nằm, bơm một cấp (một bánh cánh) và bơm nhiều cấp. Hình 37: Sơ đồ bơm li tâm 1: đường ống hút; 2: nắp bơm 3: ; 4: vỏ bơm 5: trết; 6: trục; 7: cánh bơm 8: rãnh thoát hình xoắn 9: rãnh cánh; 10: ống loe Trang 62 3.3. Nguyên lý hoạt động − Khi trục bơm, bánh công tác quay thì sẽ tạo ra độ chân không trong bơm và đường ống hút: cửa bơm ở phần chân cánh (phần tâm trục). − Chất lỏng được hút đến tâm của bơm. Khi bánh cánh quay sẽ xuất hiện lực li tâm. Chất lỏng chịu tác dụng của lực li tâm văng ra ngoài đến phần vỏ xoắn của bơm, từ đó chất lỏng được dẫn đến ống thoát của bơm: vì chất lỏng chuyển động với tốc độ cao nên để giảm tốc độ, tăng áp suất nhờ vỏ xoắn có tiết diện ngang tăng dần (ống loe). Động năng của chất lỏng biến thành năng lượng của áp suất. ™ Nhận xét: − Kết cấu bơm li tâm đơn giản hơn bơm piston. − Việc làm kín chất lỏng chống dò lọt qua vỏ người ta dùng hộp kín trục, chống tổn thất thể tích (H) ta dùng vành masát giữa vỏ và bánh cánh. − Do có sự chênh áp giữa khoang hút và khoang đẩy nên xuất hiện lực dọc trục hướng về phía hút. Để khắc phục lực này người ta có thể áp dụng các phương pháp sau: + Sử dụng gối đỡ chặn. + Khoang lỗ giảm áp ở bánh cánh. + Dùng bơm có 2 cửa hút ở 2 phía. − Bơm li tâm có Q lớn – đều, nhưng H nhỏ. Để khắc phục người ta sử dụng bơm đa cấp (mắc nối tiếp các bơm trên cùng 1 trục hoặc 2 bơm độc lập với nhau). − Khả năng tự hút kém: khắc phục bằng cách đặt bơm ở dưới mặt thoáng chất lỏng hoặc phải mồi hoặc lắp thêm bơm chân không. ™ Sản lượng, cột áp của bơm li tâm: − H, Q phụ thuộc chiều rộng của bánh cánh (D) và n. − Muốn tăng Q và H thì phải tăng (D) và n. (D tăng →bơm cồng kềnh). − Còn n tăng thì xuất hiện hiện tượng hổng (tạo thành khoang trống chứa đầy hơi chất lỏng và khí tách ra từ chất lỏng) phá huỷ sự làm việc bình thường của bơm. Do đó: + Muốn tăng H → mắc nối tiếp. + Muốn tăng Q → mắc song song. BÀI 4: BƠM BÁNH RĂNG 4.1. Giới thiệu chung − Bơm bánh răng thuộc nhóm bơm thể tích: cặp bánh răng quay trong vỏ bơm tạo độ chân không ở cửa hút và nén chất lỏng ở cửa đẩy nâng áp suất lên → ra ống đẩy. − Bơm bánh răng ở dưới tàu thuỷ được dùng để bơm các loại chất lỏng có độ nhớt lớn (LO, FO, DO) để phục vụ cho vận chuyển, bôi trơn, thuỷ lực, ... 4.2. Cấu tạo: − Vỏ: đúc bằng gang gồm 2 nửa (mặt phân cách vuông góc đường tâm trục) lắp chặt với nhau bằng các bulông. − Bánh răng: bằng thép, gồm 1 bánh chủ động do động cơ điện lai và 1 bánh bị động. Ổ đỡ đầu trục có thể là bạc hoặc vòng bi. Bánh răng có thể là răng nghiêng hoặc thẳng và thường ăn khớp ngoài. − Ngoài ra còn có hộp kín đầu trục để chống rò lọt và van an toàn bảo vệ bơm khi áp suất tăng cao. Trang 63 4.3. Nguyên lí hoạt động: − Khi bánh răng chủ động quay lai bánh răng bị động quay (ngược chiều nhau). Tại vùng cửa hút các răng nhả khớp làm tăng thể tích → áp suất giảm tạo chân không: chất lỏng được hút vào bơm nằm trong các rãnh răng được gạt theo chu vi sang khoang đẩy. Tại đây các răng vào khớp → V giảm xuống → P tăng lên → đẩy chất lỏng vào ống đẩy. − Để giảm bớt sự rò lọt chất lỏng giữa khoang đẩy và khoang hút người ta chế tạo khe hở giữa 2 bánh răng với nhau và giữa bánh răng với vỏ bơm rất nhỏ. Việc bôi trơn các ổ đỡ nhờ chính chất lỏng đi qua bơm. ™ Nhận xét: − Bơm bánh răng có khả năng tự hút tốt. − Áp suất nén cao. Do đó phải có van an toàn. − Nếu tăng P → Q giảm. − Cấu tạo bơm đơn giản, giá thành rẻ. − Nếu động cơ lai bơm (máy chính) đảo chiều mà vẫn muốn chất lỏng không đổi chiều thì người ta sử dụng 4 van 1 chiều BÀI 5: BƠM PHỤT 5.1. Giới thiệu chung − Bơm phụt có đặc điểm là không có chi tiết nào chuyển động. − Chất công tác để tạo năng lượng phụt có thể là: khí nén, hơi nước (từ nồi hơi) hoặc nước có áp lực. − Dưới tàu bơm phụt dùng để hút khô các khoang nước có nhiều tạp chất như bùn đất (hầm lĩn) hoặc dùng để hút chân không . 5.2. Cấu tạo. Hình 37: Sơ đồ cấu tạo một ống phun 1: ống hút; 2: ống phun; 3: ống hoà trộn; 4: ống loe 5.3. Nguyên lí làm việc. − Chất công tác đi qua ống phun (2) có áp suất từ 3÷5 kg/cm2 nhờ sự thu hẹp của tiết diện, tốc độ của chất công tác tăng lên → áp suất giảm xuống tạo độ chân không trong ống hút, chất lỏng cần bơm đi vào ống (1) và trộn với chất công tác ở ống (3) có dạng hình trụ. Ở đây tốc độ của chất công tác giảm còn tốc độ của chất lỏng được tăng lên. Khi ra khỏi ống trộn đến phần ống loe (4) thì hỗn hợp (chất công tác và chất lỏng) có tốc độ giảm dần và áp suất tăng dần. Nhờ đó, nó được đẩy vào ống đẩy nối với ống loe (4). − Chi phí chất công tác (nếu là nước) gần bằng khối lượng chất lỏng mà nó bơm được. ™ Nhận xét: − Kết cấu đơn giản. Trang 64 − Làm việc tin cậy, tuổi thọ cao. − Nhược điểm: hiệu suất thấp (đăïc biệt là khi dùng hơi làm chất công tác). BÀI 6: MÁY NÉN KHÍ. 6.1. Giới thiệu chung − Nhu cầu khí nén dưới tàu thuỷ: + Khởi động máy chính, máy đèn (P = 25÷30kg/cm2). + Phục vụ các hệ thống tự động điều khiển (P = 8÷10kg/cm2) + Phục vụ vệ sinh (8÷10kg/cm2) − Máy nén thường dùng là loại máy nén piston một cấp hoặc nhiều cấp (tuỳ theo yêu cầu về áp suất). − Số lượng máy nén khí: ít nhất phải có 2 máy nén trong đó có 1 máy nén độc lập. − Số lượng bình đựng khí nén (chai gió) phải đủ về thể tích để thoả mãn đăng kiểm. + Đối với động cơ trực tiếp lai chân vịt: 12 lần liên tục. + Đối với động cơ gián tiếp lai chân vịt: 6 lần liên tiếp. − Chai gió phải đảm bảo về mặt kết cấu, an toàn (có van nạp, van xả, van an toàn và van xả cặn, nước) ™ Khí nén trước khi nạp vào chai gió phải được làm mát (< 450C). Kết cấu máy nén piston 6.2. Cấu tạo máy nén piston − Giống như động cơ piston nhưng hệ thống van nạp, xả (clabê) thay cho supáp hút, xả. − Trục máy nén piston thường được lai bằng động cơ điện hoặc động cơ diesel. − Máy nén khí 1 cấp chỉ có 1 piston. − Máy nén khí 2 cấp có thể là 2 máy nén: 1 thấp áp và 1 cao áp. Giữa 2 máy nén có làm mát trung gian. Thường người ta chế tạo piston có 2 bậc để làm máy nén 2 cấp. Φ lớn là cấp thấp áp, Φ nhỏ là cấp cao áp. − Muốn có P >100kg/cm2 →phải sử dụng máy nén 2, 3, 4 cấp. − Máy nén khí được bôi trơn bằng dầu nhờn riêng sử dụng kiểu cácte ướt. − Việc làm mát máy nén người ta dùng hệ thống nước ngoài mạn tàu làm mát sơmi và nắp xylanh. − Hiện nay các máy nén khí thường làm việc tự động (start – stop) nhờ rơle áp suất của chai gió. BÀI 7: MÁY LỌC DẦU LO, FO, DO (LỌC LI TÂM) 7.1. Giới thiệu chung − Do chất lượng dầu đốt (FO, DO) khi chưa sử dụng không đảm bảo do có tạp chất và nước nên phải dùng máy lọc để loại bỏ. DO có thể không cần máy lọc nhưng FO phải lọc. − Đối với dầu nhờn của các hệ thống có két tuần hoàn người ta phải thường xuyên lọc lượng dầu nhờn trong hệ thống để loại bỏ các tạp chất, mạt kim loại, ... sinh ra trong quá trình làm việc của động cơ. − Máy lọc li tâm dựa trên nguyên lí dùng lực li tâm để tách các thành phần có khối lượng riêng khác nhau (dầu, nước, tạp chất cơ học). Khi các thành phần này cùng quay trong máy lọc thì thành phần nào có khối lượng riêng lớn hơn sẽ bị văng ra xa hơn (tính từ tâm quay). Vì vậy các tạp chất cơ học (bùn, đất) sẽ ở lớp ngoài cùng rồi đến nước và trong cùng là dầu sạch (3 pha). Trang 65 − Ngoài phương pháp lọc li tâm còn có 2 phương pháp khác được áp dụng đồng thời là: + Dùng bầu lọc (lưới, vật liệu lọc) để giữ lại các tạp chất có kích thước lớn. + Lắng lọc nhờ trọng lực: sử dụng các két lắng để tách các thành phần nặng hơn dầu ở đáy két. 7.2. Sơ đồ hệ thống lọc li tâm (FO). SƠ ĐỒ HỆ THỐNG LỌC LI TÂM (FO) Két dầu Tiêu thụ Hâm Két trực nhật Máy lọcKét lắng Két dự trữ đến két dầu cặn − Trên đây là sơ đồ cơ bản thường được áp dụng dưới tàu. − Việc hâm sấy dầu tại các két và bầu hâm trước khi đưa vào máy lọc. Có thể sử dụng điện trở hoặc hơi nước (đối với các tàu nhỏ thường hâm sấy bằng điện). 7.3. Kết cấu máy lọc li tâm − Máy lọc bao gồm các chi tiết: trống lọc, trục dẫn động, vỏ và 2 bơm do máy lọc lai (1 bơm cấp và 1 bơm chuyển) − Trống lọc được lắp chặt trên trục và cùng quay với trục. Trên trống người ta lắp các đĩa lọc hình nón cụt bằng thép trắng có khoan các lỗ trên đĩa (số lượng đĩa lọc có thể vài ba chục cái và xếp chồng lên nhau, cách nhau khoảng 5mm. Dầu cần lọc sẽ được cấp theo ống cấp và đi từ dưới lên trên. − Trục dẫn động do động cơ điện lai thông qua cặp bánh vít – trục vít nên tốc độ đạt đến hơn 10.000v/phút. Từ trục động cơ điện đến bánh vít có bộ li hợp ma sát (để tránh sự quá tải cho động cơ điện trong giai đoạn khởi động. Trục được đỡ nhờ các vòng bi và bộ giảm chấn − Cácte máy lọc chứa dầu nhờn để bôi trơn cho cặp bánh vít – trục vít. − Vành điều chỉnh: hình vành khăn bằng thép trắng được lắp chặt trên vỏ. Đường kính trong trên vành điều chỉnh phải được chọn cho phù hợp với loại chất lỏng cần lọc. Nó phụ thuộc vào tỉ số Wρ ρ0 (trọng lượng riêng của dầu và nước ở nhiệt độ phân li). Có thể chọn vành điều chỉnh bằng cách tra bảng hay đồ thị. Khi Wρ ρ0 tăng → Φ VĐC giảm và ngược lại. 7.4. Nguyên lí hoạt động. − Trước khi cấp dầu vào máy lọc ta phải khởi động đến vòng quay phù hợp. Sau đó phải cấp nước đệm (theo đường cấp dầu bẩn). Lượng nước này tạo được độ phân cách giữa dầu và nước trong quá trình phân li ngay từ giai đoạn đầu. Lượng nước đệm do nhà chế tạo quy định và được cấp từ từ. Trong quá trình khai thác máy lọc, nước đệm bị bay hơi hoặc dò lọt nên phải được bổ sung. Trang 66 − Mặt phân cách giữa dầu và nước do nước đệm tạo ra còn gọi là mặt trung hoà. Mặt trung hoà cần phải được duy trì ở một giá trị nhất định trong suốt quá trình lọc. Nếu mặt trung hoà dịch chuyển ra phía ngoài (xa tâm) có thể gây ra hiện tượng hỗn hợp dầu nước tràn ra đường nước (tràn dầu – mất dầu). Nếu mặt trung hoà dịch chuyển vào phía trong sẽ làm giảm hiệu quả phân li. − Dầu cần lọc (FO, LO) trước khi cấp vào máy lọc phải được hâm đến một nhiệt độ thích hợp để làm giảm độ nhớt và làm cho độ chênh lệch trọng lượng giữa dầu & nước, tạp chất tăng lên nhờ vậy hiệu quả lọc tăng lên. − Người ta hâm dầu ngay tại các két dự trữ, két lắng & hâm trước khi vào máy lọc. Nhiệt độ hâm dầu phụ thuộc vào loại dầu cần lọc – có thể tra theo bảng hoặc đồ thị (từ 50–1000C). − Khi dầu chưa lọc được cấp vào máy lọc nó sẽ nhận được lực li tâm do trống lọc quay (trên 10000 vòng/phút). Nước và tạp chất cơ học có trọng lượng riêng lớn hơn dầu bị bắn ra ngoài phía vỏ. Còn dầu đi từ đĩa này lên đĩa kia qua các lỗ trên đĩa và nằm ở khoảng gần tâm được đưa ra ngoài qua đường kính trong của vành điều chỉnh. Nước lẫn trong dầu được tách ra và đi ra khỏi máy lọc theo đường riêng. Tạp chất cơ học bị bắn ra xa bám vào vỏ máy lọc. − Cặn bùn được xả ra ngoài theo các phương pháp sau: + Xả định kì bằng tay (phải dừng trống lại, tháo nắp máy lọc nạo vét bùn, cặn ra). + Xả định kì tự động theo chương trình đã được lập trước. + Xả định kì tự động không theo chương trình, do người thực hiện. + Xả cặn liên tục (xả đồng thời với quá trình lọc – vòi xả cặn). − Sản lượng máy lọc (lít/h). Q của máy lọc phải phù hợp với lượng tiêu thụ của các động cơ. Trong khi khai thác máy lọc người ta có thể điều chỉnh Q bằng cách điều chỉnh lượng dầu cấp vào máy lọc. Khi điều chỉnh thì Q càng nhỏ → chất lượng lọc càng cao. Qmax: phụ thuộc vào độ nhớt, trọng lượng riêng, lượng tạp chất. BÀI 8: MÁY PHÂN LI DẦU NƯỚC 8.1. Giới thiệu chung − Máy phân li dầu nước là một thiết bị tách dầu lẫn trong nước (nước lacanh buồng máy) thiết bị này được lắp dưới tàu theo qui phạm của đăng kiểm dựa trên các qui định của IMO trong MARPOL73/78 (phụ lục I, qui định 9: điều kiện để xả nước nhiễm dầu ra biển). − Vì vậy việc lắp đặt máy phân li dầu nước dưới tàu là bắt buộc đối với các tàu là đối tượng của MARPOL 73/38 (150TDK: tàu dầu, 400TDK: tàu không phài tàu dầu). − Máy phân li dầu nước có các thông số cần quan tâm: + Q:sản lượng (2-4m3/h) phụ thuộc loại tàu. + Hàm lượng dầu còn lại trong nước (sau phân li) < 100ppm. < 15ppm. − Kết cấu của máy phân li dầu nước đơn giản, nhỏ gọn hơn máy lọc li tâm và tiêu tốn năng lượng ít hơn (không có hâm sấy). − Để kiểm tra và điều khiển việc xả nước nhiễm dầu ra biển người ta sử dụng hệ thống ODME (qui định 16 MARPOL). ™ Các phương pháp phân li sau: − Máy phân li kiểu trọng lực: dựa trên nguyên lí phân lớp của 2 chất lỏng có khối lượng riêng khác nhau: loại này chất lượng phân li kém (không đạt < 100ppm). Trang 67 − Máy phân li kiểu kết tụ: dựa trên nguyên lí làm tăng kích thước hạt dầu bằng cách cho dầu đi qua các bản mỏng. Các bản mao dẫn được chế tạo từ vật liệu đặc biệt như sợi hoá học có tính ưa dầu, kị nước. Loại này chất lượng lọc tốt, kết cấu đơn giản. Các loại vật liệu lọc thường dùng (giữ dầu lại cho nước qua). + Hạt polystyrol (hạt rắn) + Hạt polyuretan (hạt dẻo) + Loại sợi: polypropylen. Các bản mao dẫn dày khoảng 12mm với đường kính ống mao dẫn 5-15 mμ . Sau thời gian sử dụng phải vệ sinh hoặc thay mới, ™ 2 loại trọng lực và kết tụ thường được kết hợp với nhau (giai đoạn đầu là giai đoạn lắng để phân lớp theo trọng lực, giai đoạn 2 là kết tụ trong tấm lọc). 8.2. ví dụ: 1/ máy phân li dầu nước của hãng MITSUBISHI (<15ppm) 2/ máy phân li dầu nước của hãng TAIKO KIKAI (UST) loại này có ưu việt hơn có khả năng phân li tới 5 ppm, kích thước gọn nhẹ có Q = 0.15 – 5 m3/h. nước lacanh dầu dầu lắng lắng ống mao dẫn kết tụ nước kết cấu là 1 bình hình trụ đặt đứng chia làm 3 ngăn và nguyên lí phân li dựa vào nguyên lí trọng lực và kết tụ. − Nước lacanh được bơm vào máy phân li. Sau khi vào máy chúng ở lại ngăn I (trên cùng). Ở đây, dầu được tách ra theo nguyên lí trọng lực: đây là giai đoạn tách khô. Sau ngăn I, hỗn hợp dầu – nước xuống ngăn II: tại đây dầu được kết tụ lại gần 100% do đi qua các ống mao dẫn. Sau khi qua ngăn II, hàm lượng dầu còn < 10ppm. Hỗn hợp này tiếp tục qua ngăn III, ở đây cũng diễn ra sự phân li kiểu kết tụ, hàm lượng dầu < 5ppm. − Tại ngăn I, II có các van xả tự động lượng dầu ra ngoài. Ở ngăn III chỉ cần van xả bằng tay. − Mỗi ngăn còn có các van để lấy mẫu thử và có đặt các cảm biến dầu trong từng ngăn. ™ Vận hành máy: − Chạy bơm cấp nước biển sạch vào máy đến khi nào đầy máy (xả không khí ra ngoài) thì chuyển cho bơm đưa nước lacanh vào máy. − Khởi động thiết bị tự động hút khô gắn ở bên ngoài máy phân li. ™ Chú ý: mực nước biển trong máy phân li phải luôn luôn đầy trước khi nạp nước lacanh. Nếu thiếu thì hiệu quả phân li kém, thậm chí không phân li được do các bản kết tụ mất tác dụng. Trang 68