Hệ thống tàu thủy dùng cho ngành đóng tàu

Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ

HỆ THỐNG TÀU THỦY

DÙNG CHO NGÀNH ĐÓNG TÀU

ĐẠI HỌC HÀNG HẢI - NĂM 2006

MỤC LỤC

Chương,

mục

TÊN CHƯƠNG MỤC Trang số

LỜI NÓI ĐẦU 3

MỤC LỤC 4

Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ THỐNG TÀU THỦY 6

1.1 Khái niệm và ý nghĩa của hệ thống 6

1.2 Phân loại và các yêu cầu đối với hệ thống tàu thủy 6

Chương 2 CÁC YẾU TỐ KẾT CẤU CỦA HỆ THỐNG 8

2.1 Đường ống 8

2.2 Các chi tiết nối ống 9

2.3 Phụ tùng, thiết bị của hệ thống 12

2.4 Dẫn động thiết bị 15

2.5 Các máy móc của hệ thống tàu thủy 17

2.6 Các dụng cụ đo - kiểm tra và thiết bị 25

Chương 3 CƠ SỞ TÍNH TOÁN THỦY LỰC ĐƯỜNG ỐNG 29

3.1 Khái niệm chung 29

3.2 Phương pháp giải tích 32

3.3 Phương pháp tổn thất cột áp trên đơn vị chiều dài ống

của hệ thống ống

37

Chương 4 CÁC HỆ THỐNG HẦM TÀU 38

4.1 Tính năng của các hệ thống hầm tàu 38

4.2 Hệ thống hút khô 39

4.3 Hệ thống dằn 41

4.4 Hệ thống cứu đắm 44

Chương 5 HỆ THỐNG CỨU HỎA 47

5.1 Các hệ thống tín hiệu và các biện pháp cứu hỏa trên tàu 47

5.2 Hệ thống dập tắt bằng nước 48

5.3 Hệ thống dập tắt bằng bọt 52

Chương 6 CÁC HỆ THỐNG VỆ SINH 56

6.1 Khái niệm chung về hệ thống vệ sinh 56

6.2 Hệ thống cấp nước 56

6.3 Các hệ thống nhà vệ sinh, nước thải và thoát nước 62

Chương 7 CÁC HỆ THỐNG SƯỞI 67

7.1 Chức năng và yêu cầu cơ bản đối với hệ thống sưởi 67

7.2 Tính toán tổn thất nhiệt của các phòng được sưởi 67

7.3 Hệ thống sưởi bằng nước 70

7.4 Hệ thống sưởi bằng không khí 75

Chương 8 HỆ THỐNG THÔNG GIÓ VÀ ĐIỀU HÒA KHÔNG

KHÍ

78

8.1 Vai trò của các dạng thông gió 78

8.2 Thông gió chung cho toàn tàu 80

8.3 Thông gió buồng máy 82

8.4 Tính toán mạng lưới thông gió 86

8.5 Các hệ thống điều hòa không khí 87

Chương 9 CÁC HỆ THỐNG LÀM LẠNH 94

9.1 Khái niệm chung và chức năng của hệ thống làm lạnh 94

9.2 Các máy lạnh 94

9.3 Các kiểu hệ thống làm lạnh 96

9.4 Cách nhiệt buồng lạnh 97

9.5 Thiết bị làm lạnh kiểu nén khí tự động có hệ thống làm

lạnh nước muối

98

Chương 10 CÁC HỆ THỐNG CHUYÊN DỤNG TRÊN CÁC

TÀU DẦU

101

10.1 Tính năng và yêu cầu chung 101

10.2 Hệ thống làm hàng của tàu dầu 103

10.3 Hệ thống hâm nóng, làm mát dầu 107

10.4 Hệ thống thông hơi, thoát khí của tàu dầu 108

10.5 Hệ thống đo lượng hàng trong két 111

10.6 Hệ thống khí trơ 113

10.7 Hệ thống làm sach và rửa két 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO 116

LỜI NÓI ĐẦU

Các hệ thống tàu thủy bố trí trên tàu nhằm mục đích phục vụ cho sự làm việc

bình thường và an toàn của con tàu, cũng như đảm bảo điều kiện sống cần thiết

cho hành khách và cán bộ, thuyền viên trên tàu.

Nhờ có hệ thống tàu người ta có thể nhận và trả nước ballast (nước dằn),

phòng, phát hiện và chữa cháy, hút khô (vét nước) các khoang, két khi có nước

tích tụ trong đó, cung cấp nước ăn, nước rửa cho hành khách, thuyền viên, thải các

chất bẩn và nước bẩn, giữ các thông số cần thiết của không khí trong các khoang,

phòng.

Ngoài ra trên một số tàu, ví dụ như tàu dầu, tàu phá băng, tàu đông lạnh và

những tàu khác, do liên quan đến các điều kiện khai thác riêng. Ví dụ, như tàu dầu

được trang bị các hệ thống chuyên dụng dùng để bốc rót hàng lỏng, làm mát hoặc

hâm nóng để làm loãng nó, thuận tiện cho bốc rót hàng, rửa két và lọc sạch chúng.

Ngoài những hệ thống dùng chung cho toàn tàu, trên tàu còn có các hệ thống

khác phục vụ cho hệ thống động lực, các hệ thống này cung cấp nhiên liệu, dầu

nhờn, nước làm mát và khí nén cho máy chính.

Bài giảng Hệ thống tàu sẽ đề cập đến các sơ đồ nguyên lý, kết cấu và các cơ

sở tính toán các hệ thống tàu thủy và cả những yêu cầu đối với các hệ thống này.

Bài giảng dùng làm tài liệu học tập cho sinh viên ngành đóng tàu hoặc sinh

viên học ở các trường đường thủy. Ngoài ra còn có thể sử dụng cho các cán bộ kỹ

thuật nghiên cứu và khai thác hệ thống tàu.

Chương 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ CÁC HỆ THỐNG TÀU THỦY

1.1. KHÁI NIỆM VÀ Ý NGHĨA CỦA HỆ THỐNG

1.1.1. Định nghĩa

Hệ thống tàu thủy là một hệ bao gồm các máy, các thiết bị, các đường ống, các

van, các bộ phận nối ghép ống, các dụng cụ đo (nhiệt độ, tốc độ, áp suất) của dòng

chảy trong ống, v.v. tất cả chúng phải được nối ghép phù hợp với chức năng, công

dụng của mỗi hệ thống.

1.1.2. Các yếu tố kết cấu của hệ thống

Như định nghĩa, hệ thống tàu là tập hợp các yếu tố:

Các máy: các bơm (bơm thể tích, bơm cánh dẫn, v.v.), các quạt gió, máy thủy

lực, máy nén khí, v.v.…

Các đường ống: ống cứng, ống mềm, v.v.…

Các chi tiết nối ống: đai ốc-ống lồng, ống lồng, mặt bích, v.v.…

Các van dùng để đóng mở hoặc hướng dòng chất lỏng trong ống đi theo một

phương nào đó.

Bể chứa: khoang, két, xitéc, bình, v.v. để giữ công chất.

Các thiết bị khác (bộ hâm, làm mát, bay hơi, v.v.) phục vụ cho việc làm thay

đổi trạng thái của công chất.

Các phương tiện điều khiển hệ thống và kiểm tra sự làm việc của nó.

Các bộ phận như trên tạo thành hệ thống tàu gọi là các yếu tố kết cấu của hệ

thống.

Trong mỗi hệ thống cụ thể, có thể chỉ có một vài máy móc, thiết bị đã kể trên.

Điều này phụ thuộc vào tính năng của hệ thống và đặc điểm của chức năng mà nó

thực hiện.

1.1.3.Ý nghĩa của hệ thống

Trên mỗi một con tàu thường được trang bị các hệ thống khác nhau nhằm đảm

bảo tính hàng hải, tính an toàn cho nó. Ngoài ra hệ thống còn phục vụ cho việc

chuyên chở, vận chuyển, bảo quản hàng hoá trên tàu và phục vụ cho các nhu cầu

sinh hoạt của hành khách, thuyền viên. Vì vậy để nâng cao hiệu suất và tính kinh

tế của hệ thống thì mỗi hệ thống cần phải được cơ giới hoá, tự động hoá và điều

khiển từ xa.

1.2. PHÂN LOẠI VÀ CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI CÁC

HỆ THỐNG TÀU THỦY

Các hệ thống tàu thủy thường được phân loại hoặc là theo công chất chuyển

động trong đường ống, hoặc theo vai trò, chức năng mà nó đảm nhiệm.

1.2.1. Phân loại theo công chất lưu chuyển hệ thống

Theo loại công chất lưu chuyển trong ống, các hệ thống được chia ra thành hệ

thống ống dẫn: nước (nước ngọt, nước mặn, nước nóng, nước lạnh), ống dẫn hơi,

ống khí, ống gas và ống dẫn dầu.

Ưu điểm của sự phân loại này là, thuận tiện cho việc tính toán thủy lực đường

ống, nó phụ thuộc chủ yếu vào loại công chất mà hệ thống vận chuyển và chế độ

dòng chảy.

Nhược điểm, kiểu phân loại như trên sẽ không thuận tiện cho việc nghiên cứu

hệ thống, vì đôi khi ở một hệ thống này hay ở hệ thống khác người ta sử dụng cả

các đường ống nước, hơi, khí, v.v. Ví dụ hệ thống điều hoà không khí bao gồm cả

ống hơi, ống nước mặn và ống không khí.

1.2.2. Phân loại theo chức năng và công dụng của hệ thống

Theo chức năng và công dụng mà nó đảm nhiệm, hệ thống tàu thủy được chia

thành các nhóm:

Hệ thống hầm tàu.

Hệ thống phòng, phát hiện và chữa cháy.

Hệ thống vệ sinh và chất thải.

Hệ thống vi khí hậu nhân tạo và hệ thống chuyên dụng trên tàu dầu.

Ưu điểm của phương pháp phân loại này là, nó thuận tiện cho việc phân biệt,

so sánh giữa các hệ thống về kết cấu và đặc điểm làm việc.

1.2.3. Các yêu cầu đối với hệ thống tàu thủy

Mặc dù có sự đa dạng về hình thức kết cấu, nguyên lý hoạt động cũng như

chức năng, công dụng của nó, các hệ thống tàu thủy vẫn có những yêu cầu chung

đối với chúng. Những yêu cầu chung đó là:

Các hệ thống nhất thiết phải đơn giản, dễ sử dụng, làm việc tin cậy trong mọi

điều kiện khai thác bình thường của tàu cũng như khi tàu nghiêng, chúi, hoặc ngay

cả khi gặp tai nạn.

Khi thiết kế, chế tạo hệ thống phải dựa vào các tiêu chuẩn hoá để lựa chọn các

yếu tố kết cấu của hệ thống, cũng như các đặc trưng của dòng chảy (nhiệt độ, tốc

độ, áp suất, v.v.) để đảm bảo tính lắp lẫn khi sửa chữa, thay thế.

Để chế tạo hệ thống cần phải chọn các vật liệu đủ bền, có tính chống gỉ, chống

xâm thực cao, chịu mài mòn, chịu được nhiệt độ, áp suất, tốc độ cao trong điều

kiện khai thác lâu dài của một dòng chất lỏng nhất định chuyển động trong hệ

thống.

Bố trí hệ thống phải gọn nhẹ, kích thước phải là tối thiểu, không chiếm nhiều

diện tích, thể tích khoang, khối lượng phải không lớn. Đồng thời phải đảm bảo

tính thẩm mỹ cho con tàu, việc khai thác, sửa chữa, thay thế phải thuận tiện, lắp

đặt đường ống với số chỗ uốn cong là tối thiểu, lắp đặt thiết bị điều khiển chỉ cần

thiết ở những chỗ thực.

Việc bố trí hệ thống phải ảnh hưởng không nhiều đến khả năng làm hàng và

phải loại bỏ được những hư hỏng về mặt cơ học của chúng trong khi làm hàng của

tàu.

Sự làm việc của hệ thống phải đảm bảo không làm ô nhiễm môi trường vùng

biển, vùng bến mà tàu neo đậu do nước có chứa cặn dầu và các chất có hại khác.

Các thiết bị máy móc của hệ thống phải có tính kinh tế.

Ngoài ra, đối với mỗi hệ thống riêng, do đặc điểm làm việc của chúng còn có

những yêu cầu riêng, được nói ở các chương sau.

6

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.

7

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

50

0C 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:

c

200. .[ ] p

d .p

s

K

H 

  

 ,mm. (2.1)

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.

8

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:

KT T

T H

min 2. p

p .d

s

 

 ,cm. (2.2)

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

9

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.