HỆ THỐNG TÀU potx

HỆ THỐNG TÀU
Thành phố Hồ Chí Minh 10/2002
TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH
TRẦN CÔNG NGHỊ













HỆ THỐNG TÀU



Tài liệu học tập giành cho sinh viên ngành đóng tàu

Thành phố Hồ Chí Minh 10/2002



2
MỤC LỤC

Chương I: Hệ thống tàu
1. Đơn vị đo trong hệ thống SI 4
2. Ống trên tàu 4
3. Van tàu 8
4. Bơm dùng trong các hệ thống tàu 15
5. ngun tắc chung thiết kế hệ thống ống tàu 18
6. u cầu kỹ thuật cho các hệ thống ống 24
Chương II: Hệ thống hút khô và dằn tàu 30
1. Hệ thống hút khô 30
2. Hệ thống dằn nghiêng tàu 37
3. Hệ thống nước dằn 33
Chương III: Hệ thống phòng cháy chữa cháy 39

1. Yêu cầu về hệ thống phòng và chống cháy 39
2. Kết cấu chống cháy 39
3. Hệ thống phát hiện cháy 43
4. Hệ thống chữa cháy 51
Chương IV: Hệ thống điều hòa không khí 62
1. Hệ thống thông gió 62
2. Hệ thống điều hòa không khí 66
Chương V: Hệ thống cấp nước sinh hoạt, vệ sinh 73
1. Hệ thống cấp nước sinh hoạt 73
2. Hệ thống vệ sinh 74
Chương VI: Hê thống đặc biệt tàu dầu 77
1. Yêu cầu kỹ thuật hệ thống tàu dầu 77
2. Hệ thống chuyển hàng và bơm vét khoang 77
3. Hệ thống thoát khí hầm hàng 86
4. Hệ thống sưởi hàng 90
5. Hệ thống làm vệ sinh hầm hàng 91
Phụ lục 93
Tài liệu tham khảo 100


3
CHƯƠNG I
HỆ THỐNG TÀU THỦY
Hệ thống chung của tàu gồm hệ đường ống, các thiết bò, máy móc chuyên ngành,
dụng cụ đo vv… đảm trách chuyển dòch hàng lỏng, khí, không khí trong nội bộ tàu, nhờ
đó tàu hoạt động bình thường, đúng chức năng. Trong các hệ thống này không đề cập các
ống, thiết bò giành cho hệ thống máy tàu. Hệ thống này theo cách dùng các nhà đóng tàu
sử dụng tiếng Anh thuộc về các hệ thống phục vụ tàu (ship service systems) [3], theo cách
dùng trong sách tiếng Nga sẽ là hệ thống tàu [1],[2].
Các hệ thống chung của tàu trên tàu dân sự gồm: hệ thống hút khô, nước dằn, hệ

thống cứu hỏa, hệ thống cấp nước sinh hoạt, hệ thống nước vệ sinh, hệ thống điều hòa
không khí, hệ thống thông gió, hệ làm lạnh trên tàu có khoang hàng lạnh, hệ thống khí
nén, hệ thống đặc biệt trên tàu dầu.
1. Đơn vò đo trong hệ thống SI
Trong sách này sẽ sử dụng đơn vò đo theo hệ thống SI.
Chiều dài : m
Khối lượng : kg
Thời gian : giây, (viết tắt sec, s)
Lực : Newton, viết tắt N = 1kg.1m/s
2
.
Áp suất : Pascal = N/m
2

Mật độ : kg/m
3

Công, năng lượng : J = 1N. 1m
Công suất : W = 1J/1s

Công thức qui đổi đại lượng dùng từ hệ thống MKS sang SI
Mật độ : kG.s
2
/m
4
= 9,80665 kg/m
3
.
Lực : kG = 9,80665 N
Trọng lượng riêng : kG/m

3
= 9,80665 N/m
3

Công, năng lượng : kG.m = 9,80665 J
Công suất : lG.m/s = 9,80665 W; 1 ML = 735,499 W
Áp lực : 1 bar = 10
5
N/m
2
; (1 m cột nước) 1m cn = 9,80655 N/m
2
.
1 at = 1kG/cm
2
= 9.80665.10
4
N/m
2
≈ 0,1 MPa

2. Ống trên tàu
Các ống dùng trên tàu làm từ thép hoặc kim loại màu. Ống làm từ nhựa cũng được
phép dùng trên các tàu dân sự. Căn cứ chọn vật liệu ống thường từ tính chất chất lỏng
hoặc khí đi qua ống. Các chất này, trong thực tế sử dụng thường gặp: nước ngọt nóng hoặc
lạnh, nước biển, hơi nước, không khí, dầu, nhớt, sản phẩm từ dầu, hóa chất vv… Hoá chất
và những chất lỏng, khí hoạt tính cao chỉ được chuyển qua ống làm từ vật liệu chống ăn
mòn, chống phản ứng hóa học với các chất đi qua.
Ống trên tàu cũng như ống dùng trong công nghiệp phân biệt độ lớn qua đường
kính danh nghóa (đường kính qui ước) Dy, tính bằng mm trong hệ thống MKS. Đường kính

4
Dy sẽ dùng trong các bảng tính. Đường kính qui ước của ống luôn được tiêu chuẩn hóa.
Ống trong ngàmh đóng tàu có đường kính Dy theo dãy sau: 3, 6, 10, 15, 20, 25, 32, 40,
50, 70, 80, 100, 125, 150, 200, 250, 300, 350 , 400, 500. Chiều dày ống tính chọn theo
áp lực chất lỏng hoặc khí chảy qua.
Đường ống có thể chòu được áp lực thiết kế (áp lực qui ước, áp lực đònh mức), ký
hiệu p
y
, cùng giá trò áp lực tính bằng N/m
2
. Áp lực này luôn được tính trong điều kiện
môi trường, trong đó có nhiệt độ. Đơn vò đo dùng trước đây như đã nêu là

kG/cm
2
còn
ngày nay là Pascal. Ống thép theo qui ước, sẽ phải làm việc trong điều kiện môi trường
chòu nhiệt độ đến 200°C, ống đồng, laton, bron chòu nhiệt độ qui ước120°C. Trường hợp
ống phải làm việc trên nhiệt độ qui ước, các bảng tính riêng được đưa vào xem xét và
chọn lựa.
Những qui đònh sau đây ghi tại TCVN 6259-3:1997 (Qui phạm phân cấp và đóng
tàu biển vỏ thép, Phần 3: Hệ thống máy tàu).
Bảng 1.1
Áp suất thiết kế (p) và nhiệt độ thiết kế (t) Loại chất
Nhóm I Nhóm II Nhóm III
Hơi nước và dầu
nóng
p > 1,6 MPa hoặc
t > 300° C

p ≤ 1,6 MPa và t
≤ 300° C
p ≤ 0,7 MPa và t
≤ 170° C
p > 1,6 MPa hoặc
t > 150° C
p ≤1,6 MPa và t
≤ 150° C
p ≤ 0,7 MPa và t
≤ 60° C
p > 4,0 MPa hoặc
t > 300° C
p ≤ 4,0 MPa và
t ≤ 300° C
p ≤ 1,6 MPa và t
≤ 200° C
Độ bền ống phải nằm trong giới hạn các cơ quan có thẩm quyền cho phép sử dụng.
Theo qui đònh của Nhà nước Việt nam, thể hiện tại TCVN 6259-3:1997 đang nêu, ứng suất
cho phép của ống thép các bon và thép hợp kim thấp phải tính và chọn theo bảng, trang
132 phần 3 Qui phạm, theo đó:
6,1
;
7,2
2
20
1
t
E
f
R

f ==

trong đó R
20
- giới hạn bền kéo nhỏ nhất của vật liệu ở nhiệt độ trong phòng, (N/mm
2
),
E
t
- giới hạn chảy hoặc giới hạn qui ước của vật liệu ở nhiệt độ thiết kế, (N/mm
2
).
Các ống phải có độ dày đảm bảo khi bố trí vào các hệ thống trong tàu. Chiều dày
qui đònh của ống chòu áp lực bên trong xác đònh theo công thức ghi trong tiêu chuẩn Nhà
nước.
t
r
= t
0
+ b + C (mm)
trong đó
pfJ
pD
t
+
=
2
0
, với p – áp suất thiết kế (MPa), D – đường kính ngoài của ống,
(mm), f – ứng suất cho phép (N/mm

2
), J – hệ số bền của mối nối, = 1,0 cho ống liền, 0,85
ống hàn;

5
b - số bù thêm chiều dày bò biến mỏng khi uốn, b =
0
5,2
1
t
R
D

C – lượng bù thêm cho ăn mòn, (mm).
Trong mọi trường hợp chiều dày ống thép phải lớn hơn chiều dày qui phạm ghi tại
tiêu chuẩn đang đề cập, bảng 3/12.6(1) trang 135.

Hình 1. Nối ống trực tiếp
Các ống phải qua thử nghiệm áp lực. Áp lực sử dụng trong điều kiện thử lớn hơn áp
lực qui ước 1,25 – 2 lần. Cụ thể hơn, các ống nhóm I, II, các ống hơi nước, các ống cấp
nước, các ống khí nén và các ống dầu đốt có áp suất thiết kế trên 0,35MPa phải được thử
thủy lực cùng với các phụ tùng đã được hàn sau gia công, ở áp suất bằng 1,5 lần áp suất
thiết kế.
Ống trên tàu được sơn màu nhằm giúp người lắp ráp và người dùng phân biệt loại
hàng qua ống. Màu được sơn thành khoanh tròn ngoài ống, chiều dài khoanh từ 25 -
50mm, tại những vò trí dễ nhận thấy. Màu qui ước dùng như sau: ống hút khô màu đen,
ống hệ thống nước dằn vàng, hơi nước màu đỏ, đường nước ngọt màu xám, ống dẫn hệ
thống vệ sinh màu đen, ống dẫn khí hệ thống thông gió màu xanh nước biển, ống dẫn
không khí nói chung màu xanh da trời.
Các ống nối với nhau nhờ các mối nối tiêu chuẩn: 1) nối trực tiếp các đoạn ống và

2) nối bằng bích, các phụ tùng đường ống.
Nối ống trực tiếp theo dạng hàn giáp mép. Với các ống có đường kính danh nghóa
không lớn hơn 50mm có thể dùng cách hàn có ống lồng ngoài, tức hàn chồng mép nhờ
vòng đệm, hình 1.

6
Chỉ những đường ống có đường kính danh nghóa dưới 25mm thuộc nhóm I, II mới
được phép nối ren. Ống nhóm III với đường kính anh nghóa không lớn hơn 50mm được
phép nối ren.
Nối ống với mặt bích hoăïc phụ tùng đường ống phải phù hợp với điều kiện làm
việc, có kết cấu và độ bền thỏa mãn các yêu cầu ghi tại tiêu chuẩn nhà nước.

Hình 2. Nối ống bằng bích
Các đoạn ống nối giúp bắt ống qua các vật cách như boong, vách vv… có dạng
nêu tại hình 3. Cơ cấu chính của cụm chi tiết này gồm hai bích chờ ký hiệu 1, một bích 3
áp vào vách 2. Bản thân đoạn ống 4 bò hạn chế giữa hai bích chờ.
Phương án thứ hai bắt ống qua vách nhờ bích áp sát (trên) hoặc bích thông (dưới).
Các bích này được hàn trực tiếp vào vách, các ống cùng bích sẽ gắn vào bích này trong
giai đoạn tiếp theo.

Hình 3. Nối ống qua vách
Chi tiết nối và hướng ống theo góc xác đònh khá đa dạng. Hình 4 tiếp giới thiệu
các “cút” thường gặp trên tàu. Theo cách gọi khá quen trong nghề, ống nối cho phép bắt
hai đường ống vuông góc nhau tại hình 4a mang tên khủy tay hoặc đầu gối, hình 4b mối
nối 3 nhánh, hình 4c cút bốn nhánh.

7

Hình 4.
Để giảm độ căng ống, dọc đường ống và những khu vực thay đổi hướng người ta

phải bố trí các đoạn ống giãn nở, tiếng Anh: expansion arrangement, cho phép ống co
giãn khi thay đổi nhiệt độ hoặc biến dạng đủ lớn, hình 5.


Hình 5. Đoạn ống co giãn
3. Van tàu
Đóng mở đường ống dùng trên tàu thông qua các van. Vật liệu làm van gồm thép
cac bon, hợp kim đồng laton, bron, gang, kim loại nhẹ và chất dẻo. Van tàu thường chế
tạo trong hai dạng khác nhau, van nút (tiếng Anh: cock), đóng hoặc mở thông đường ống

8
qua van nhờ nút, và van (globe valve), đóng mở bằng cách đậy hoặc mở nắp miệng ống
nhờ nút đậy thường ở dạng đóa.
Hình 6 giới thiệu cấu tạo van nút, kiểu
van thông. Tên gọi các chi tiết, với phụ đề ghi
thuật ngữ tiếng Anh gồm: 1 – thân van (body),
2 – bulon tay vặn (lever bolt) , 3 – tay vặn
(lever), 4 – chặn ép tuyp (split ring), 5 – làm kín
(packing sleeve), 6 – nút (plug). Van nút được
chế tạo theo nhiều kiểu khác nhau, làm được
các chức năng khác nhau.


Sơ đồ làm việc của van nút được trình bày tại hình 7 và hình 8.

Hình 6. Van nút

Hình 7.
Bảng đầu tiên trên hình 8, đánh dấu bằng I, trình bày nguyên tác mở và đóng van
thông. Bảng II trình bày cách làm việc van ba ngả, nút có lỗ thông dạng chữ L, bảng III

van ba ngả , nút có lỗ thông hình chữ T, còn IV van nút đa ngả vào và ra.

Hình 8. Làm việc của van nút

9
Van dùng trên các tàu, nêu tại hình 9 mang những tên gọi khác nhau, làm những
việc khác nhau. Van a) van chặn, b), c) van một chiều, d) van thông một chiều, e) hộp
van. Trong số các van đang nêu, van c) còn có tên gọi đầy đủ van điều chỉnh có khả năng
thay cho các van cùng nhóm làm những chức năng khác nhau.

Hình 9. Van chặn

Hình 9e.
Các chi tiết đặc trưng van chặn thường gặp, hình 9a, gồm: 1 – thân van (body), 2 –
nắp van (bonnet), 3 – cán (stem), 4 – trục, 5 – tay quay (handwheel), 6 – chặn làm kín
(gland), 7 – vòng làm kín (gland packing), 8 – nắp chặn (disk).

10
Van tiết lưu dùng khi cần hạ áp suất dòng chất lỏng trong đoạn ống. Van nhóm này
còn có tên gọi van bướm. Thay đổi độ lớn khe hở để dòng chảy đi qua làm thay đổi vận
tốc dòng. Hậu quả tăng vận tốc dòng chảy là áp lực trong dòng sẽ giảm như trình bày tại
đònh lý Bernoulli. Kết cấu tiêu biểu van tiết lưu trình bày tại hình 10. Cánh bướm 1 gắn cố
đònh với trục 3, chuyển động lên xuống qua lỗ trục của nắp 4. Điều chỉnh mức cao hoặc
thấp của trục bằng cách chỉnh đai ốc 7. Thiết bò 6 bao che đầu trục, đai ốc chùm kín các
chi tiết vừa nêu.

Hình 10. Van tiết lưu Hình 11 Van an toàn
Van an toàn rất cần thiết trong tất cả hệ thống ống nhằm tránh cho hệ thống ống
bò hỏng do tăng áp. Kết cấu của van an toàn thường gặp gồm những chi tiết: bu lông điều
chỉnh 1 bố trí tại nắp ống xả 2. Lò xo trụ 4 bò ép giữa hai đóa 3 phía trên, và dưới có

nhiệm vụ chặn lỗ thoát của van dưới đóa chặn 5. Toàn bộ thiết bò đặt trong thân van 7.
Thông qua lỗ quan sát 6, gọi là window để theo dõi phần trong van. Trường hợp áp suất
trong hệ thống đúng mức qui đònh, van ở tư thế nằm im, như trình bày tại hình 11, song khi
áp lực này bò tăng quá 10% áp lực đònh mức, chất lỏng hoặc khí với áp lực lớn trong ống
thắng lực nén lò xo, đẩy đóa 5 lên cao và thoát ra ngoài. Khi áp lực trở lại giá trò ban
đầu, lò xo ấn đóa 5 chèn kín ống xả.
Trong thực tế người ta còn dùng
van tiết áp làm van an toàn cho những
trường hợp cần thiết. Cấu tạo van kiểu
hai trình bày tại hình 12. Khác với van
an toàn vừa nêu, lỗ thoát từ van nhóm
này dẫn đến đường ống qui đònh, không
nhất thiết phải xả ra khí quyển như đã
trình bày tại hình 11. Trường hợp áp lực
trong đường ống dẫn bò tăng quá mức
qui đònh, châùt lỏng hoặc khí chảy theo
đường mũi tên, chuyển sang hệ thống
ống qui đònh để tiếp tục xử lý mà
không phải thải.

11

Hình 12
Van giảm áp dùng điều chỉnh áp lực trong đường ống, bằng cách đó giữ cho áp lực
ổn đònh trong suốt quá trình làm việc. Giảm áp lực trong ống thực hiện tự động. Hình 13
trình bày kết cấu van giảm áp tiêu biểu. Thân van 1 có ba miệng dạng bích nối ống. Hai
bích mộp nằm phía trái hình, nối ống dẫn vào, bích bên phải là đầu ra. Cụm thiết bò điều
chỉnh khe hở van nằm trên tấm màng 4, bắt qua bích phía trên. Lò xo 5 giữa hai đóa có thể
cân chỉnh độ căng nhờ vít 6. Nguyên lý làm việc của van điều áp rất đơn giản. Giả sử
dòng đầu vào với áp lực p

1
đảm bảo áp lực đầu ra p
2
. Nếu vì lý do nào đó, p
1
tăng quá
mức đònh và làm tăng giá trò p
2
. Trường hợp này chất lỏng sẽ theo rãnh 7 để tràn vào
khoảng không dưới tấm 4 rồi tiếp tục nén lò xo, mở rộng phần chứa chất lỏng do tăng áp
p
2
. Hậu quả việc này là áp lực p
2
bò giảm để rồi trở về giá trò qui đònh.
Kết cấu van cùng kiểu còn có dạng như nêu tại hình 13b.

Hình 13. Van điều áp (giảm áp)
Van nêm dùng rộng rãi trong tàu. Van kiểu này thường được đặt tại những vò trí
khó tiếp cận còn tay điều khiển được nối dài lên những vò trí thích hợp cho công việc điều
khiển, ví dụ tại các sàn thoáng hoặc trên boong tàu. Hình 14 trình bày van nêm dùng trong
tàu dầu. Van nêm đường kính lớn Dy từ 300 đến 800 đang có mặt trên tàu.
Van xả một chiều dùng nhiều trong hệ
thống vệ sinh những tàu đóng trước đây nhằm
tự động xả nước vệ sinh ra mạn hoặc đáy tàu
mà không cho phép nước bên ngoài mạn chảy
ngược vào tàu, hình 15.






Hình 14

Hình 15

12
Van xả với tấm chắn xoay quanh trục đứng làm chức năng tương tự van xả đang
trình bày tại hình 15 song kết cấu có đổi thay. Lá chắn cửa van quay quanh trục đứng ,
cho phép đóng kín hoàn toàn hoặc mở với mức đònh trước. Khi lá chắn mở hết cỡ, vuông
góc với mặt phẳng qua miệng van, nước sẽ tháo ra với mức cao nhất. Điều khiển lá chắn
xoay qua hệ thống vặn bằng tay hoặc nhờ thiết bò thủy lực. Hình 16 trình bày cửa van
đóng mở bằng thủy lực 1 và cả bằng tay nhờ tay quay 2.

Hình 16.

Van dạng này có kết cấu hết sức đơn giản song phạm vi làm việc không rộng vì
độ kín không cao, chỉ đảm bảo kín khi áp lực dưới 0,5 MPa. Van dùng trong tàu dầu,
trong khoang hành, hệ thống ống dẫn khí, và hệ thống khí trơ. Đường kính danh nghóa các
ống cùng van dạng này từ Dy 400 đến Dy 1000.
Ống thăm (ống đo) trên tàu dùng trong việc đưa các thước đo vào các két nằm
sâu trong tàu. Đường kính ống dùng trong việc này thường vào khoảng 30 – 50mm. Miệng
ống thường bố trí tại boong, đậy kín bằng nắp khi không đo đạc, hình 17. Ống đo mức
nước trong két có thể thực hiện theo các dạng nêu tại hình 18.

Hình 17.

13
Điều khiển van
Thông thường tay
vặn van gắn liền trên van.
Trực tiếp vặn tay vặn để
điều khiển van đóng hoặc
mở. Những van bố trí tại
những vùng dễ đến và rộng
chỗ thao tác có kết cấu
dạng này. Tuy nhiên các
van trên tàu phần lớn bố trí
tại những vò trí khó đến,
hoặc những khu vực không
gian chật chội, không đủ
chỗ cho người thao tác vặn
tay vặn gắn liền. Trong
những trường hợp này cần
thiết trang bò những thiết bò truyền động, điều khiển từ xa.
Truyền động điện, truyền

động thủy lực, truyền động bằng
khí nén dùng phổ biến trong lónh
vực này. Truyền động cơ khí
dùng trong điều khiển van có
mặt trên hầu hết các tàu.
Nguyên lý làm việc truyền động
cơ khí giới thiệu tại hình 19.


Điều khiển van từ xa phải thỏa mãn các yêu cầu sử dụng và yêu cầu an toàn.

Hình 19
• Đảm bảo đóng, mở van trong mọi trường hợp khi có yêu cầu.
• Đảm bảo van không tự đóng, mở khi không có tín hiệu điều khiển.
• Trong mọi trường hợp, thiết bò đóng, mở van dự phòng sẵn sàng thay thế cho
thiết bò chính.
Hệ thống điều khiển van bằng cơ khí trình bày tại hình 20.



14

Hình 20. Truyền động các dăng
Hai ví dụ tiếp theo giới thiệu cách điều khiển van bằng khí nén, hình 21a và điều
khiên van chêm nhờ hệ thống thủy lực, 21b.

Hình 21
4. Bơm dùng trong các hệ thống tàu
Thường gặp trên tàu các bơm piston, hình 22a và bơm ly tâm, hình 22b.
Các thông số đặc trưng bơm người thiết kế phải xác đònh khi thiết kế hệ thống bao

gồm: năng suất, cột áp, công suất động cơ kéo bơm, hiệu suất bơm và chiều cao tối đa
cột hút.

15

Hình 22a 22b
Bơm piston gồm xi lanh 2, piston 1 hoạt động trong đó cùnh van 3, 4. Khi piston
chuyển động lên, vùng áp suất thấp xuất hiện trong xi lanh, van số 4 bò nước đẩy, mở ra
đón nước vào. Khi piston chuyển động xuống, nước bò dồn nén, ép van 3 mở, nước tháo ra
theo đường ống. Nước chuyển động trong hệ thống này như trình bày bằng các mũi tên.
Bơm piston làm việc hiệu quả song bản thân bơm quá nặng nề, cồng kềnh. Tiếng
ồn do bơm piston gây ra thường lớn.
Bơm ly tâm tiêu biểu gồm thân bơm 2, bánh công tác 1 cùng các cánh trên đó. Bánh
công tác quay nhờ động cơ đặt bên ngoài. Cánh bơm như thiết bò máy thủy lực chuyển
hóa năng lượng cơ học cho nước, làm cho nước qua cánh bò đẩy ra vòng xoắn 4 để rồi
hướng ra ống dẫn 5.
Năng suất bơm ký hiệu Q, chỉ lượng nước qua bơm trong đơn vò thời gian. Trong hệ
mét, năng suất tính bằng m
3
/s, còn trong thực tế sử dụng chúng ta quen dùng đơn vò đo
m
3
/h hoặc thỉnh thoảng còn thay m
3
bằng tấn khối lượng. Đơn vò dùng cho bơm cỡ nhỏ có
thể là lít/phút.
Cột áp bơm đo bằng mét cột nước, m cn.
Năng lượng cần cho bơm làm việc, đẩy khối nước qua bơm trong đơn vò thời gian,
tính bằng m
3

/s, và nâng đến cột áp H tính bằng m, được hiểu như sau:
η
ρ
1000
gHQ
P = (kW)
trong đó: ρ - mật độ nước, kg/m
3
, g - gia tốc trường trái đất, m/s
2
, η - hiệu suất bơm.
Bơm ly tâm có thể đạt hiệu suất η = 0,6 ÷ 0,75.
Bơm ly tâm được sản xuất theo hai tư thế, bơm đứng và bơm ngang. Bơm đứng
thường có kích thước gọn, chiếm không gian không quá rộng khi bố trí. Kết cấu bơm đứng
tiêu biểu như tại hình 23. Kết cấu chính gồm thân bơm 3, bánh công tác 4 gắn trên trục
11, động cơ điện 8. Đai ốc hãm 2 vừa bắt chặt bánh công tác vào trục, vừa làm nhiệm vụ
hãm toàn bộ kết cấu tại vò trí đã đònh trong bất cứ điều kiện nào. Ống hút 1 đặt dưới cùng.

16

Hình 23. Bơm ly tâm đứng

Hình C Bơm dầu trong tàu dầu
Vòng quay bánh công tác bơm tàu thủy thường được được thiết kế để quay với
vòng quay đủ lớn, tương ứng vòng quay động cơ điện thông dụng. Nhờ điều này bơm ly

17
tâm phổ biến rất rộng rãi trong công nghiệp, kể cả trong ngành tàu thuyền. Kết cấu của
bơm giản đơn, chế tạo bơm không phải là công nghệ quá khó. So với bơm khác kiểu, kích
thước phủ bì bơm ly tâm nhỏ hơn, khối lượng bơm nhỏ hơn.

Bản thân bơm li tâm không thể tự hút nước khi khởi động mà yêu cầu phải có
nước ém sẵn trên bánh công tác để nó đẩy nước đi như qui đònh. Trước khi khởi động bơm
người ta phải “mồi nước” nhằm đáp ứng yêu cầu đang nêu.
Các bơm li tâm dùng cho các hệ thống tàu tổ chức theo tư thế ngang được gắn thêm
bơm chân không nhỏ làm chức năng bơm mồi. Bơm ly tâm đặt ngang, kiểu tự mồi trình
bày tại hình 24. Trong bơm này bánh công tác bơm ly tâm 1 và bánh công tác bơm chân
không đóng vai trò chức năng bơm mồi cùng gắn trên một trục ngang. Trên hình chúng ta
còn nhìn thấy cơ cấu dẫn không khí ra khỏi bơm gồm ta lắc 5, ống xả 4. Bơm chân không
dùng vào việc này thiết kế theo hai kiểu, làm việc khác nhau. Kiểu bơm chân không giới
thiệu tại hình làm việc liên tục cùng bơm ly tâm, tỏ ra thích hợp trong hệ thống hút khô,
dằn tàu. Kiểu thứ hai chỉ làm đúng chức năng mồi nước, không tham gia bơmkhi đã xong
phần việc chính.

Hình 25. Bơm ly tâm kiểu tự mồi
5. Công thức tính lưu lượng, vận tốc dòng chảy trong ống
Cơ sở xác đònh các thông số cơ bản hệ thống đường ống là các phép tính thủy lực
hệ đường ống thuộc bô môn “Cơ học chất lỏng”. Những công thức cần thiết, sử dụng trong
giáo trình nhắc lại tại đây giúp bạn đọc hệ thống cách tính.

18
Từ nguyên lý bảo tồn vật chất có thể thấy rằng, lượng chất lỏng qua mặt cắt bất
kỳ hệ đường ống phải được bảo toàn. Khối lượng m
1
chất lỏng chảy qua mặt cắt I, diện
tích a
1
phải bằng khối lượng m
2
chảy qua mặt cắt II, diện tích a
2

trong cùng ống đó.
Trường hợp vận tốc dòng chảy đo tại các mặt cắt ngang ống như nhau, bằng v, lượng chất
lỏng chảy qua được tính là Q = a.v; và G = ρQ = ρav. Xét dòng chất lỏng không nén, ρ
= const, qua hai tiết diện khác nhau a
1
và a
2
, công thức cuối cho phép viết:
a
1
v
1
= a
2
v
2
. (1)
Trong tính toán dòng chảy chất lỏng trong đường ống người ta sử dụng đònh luật
Bernoulli để xác đònh thay đổi áp lực khi vận tốc đổi thay. Với chất lỏng không nén, mật
độ phụ thuộc vào áp lực, công thức Bernoulli mang dạng
1
:
0)(
2
12
2
1
2
212
=−+

−
+
−
zzg
vvpp
ρ
(2)
hoặc dưới dạng:
constgz
Vp
=++
2
2
ρ

Ví dụ 1: Từ đo đạc có thể xác đònh áp lực chất lỏng p
1
, p
2
qua mặt I diện tích a
1
và II diện
tích a
2
của đường ống, trong đó a
2
< a
1
. Xác đònh vận tốc dòng v
2

tại mặt cắt II của ống.
Từ phương trình (2) có thể viết:
2
)(
2
1
2
2
12
21
vv
zzg
pp −
=−+
−
ρ
, trong đó z
2
= z
1.
Từ (1) có thể viết: Q = a
1
v
1
= a
2
v
2
và v
1

= v
2
a
2
/ a
1
Thay vào

phương trình Bernoulli có thể nhận:
2
1
2
2
21
2
1
2
a
a
pp
v
−
−
=
ρ
và
2
1
2
2

21
2
1
2
a
a
pp
aQ
−
−
=
ρ

Tính đến ma sát giữa dòng chất lỏng với thành ống công thức Bernoulli (2) được
viết thành:
0)(
2
1
12
2
12
=−++− gzz
D
fL
vpp
ρρ
(3)
trong đó f – hệ số ma sát, L – chiều dài đoạn ống, tính từ mặt cắt 1 đến mặt cắt 2,
D – đường kính trong của ống,
v

- vận tốc trung bình trong ống.
Công thức (3) còn được hiểu như sau:
1
2
11
2
2
2
22
222
gz
vp
D
fLv
gz
vp
++=+++
ρρ
(4)

1
Xem thêm James E. J., “Introduction to Fluid Mechanics”, New Delhi 1983

19
Ví dụ 2: Tính tổn thất áp lực dòng chảy trong ống cho hai trường hợp sau. Dòng chảy nước
mật độ ρ = 998 kg/m
3
, lưu lượng chất lỏng 5 L/s ; Ống tròn đường kính trong d = 6 cm, dài
20m; Hệ số ma sát f = 0,02.
a) Chòu tổn thất áp lực khi nằm ngang

v = Q/a = [5.10
-3
m
3
/s] /[ (π/4)(0,06)
2
m
2
] = 1,768 m/s
=−=−
D
fL
vpp
2
12
2
1
ρ
-10,40 kPa.
b) Trường hợp ống nâng lên cao, góc nâng 5°.
Độ cao ống thay đổi z
2
– z
1
= 20.sin 0,1 = 1,997m.
=−−−=− gzz
D
fL
vpp
ρρ

)(
2
1
12
2
12
-29,95 kPa.
Phương trình Bernoulli còn thể hiện dưới dạng của chiều cao vận tốc v
2
/2g, chiều
cao cột áp (head), p/ρg và chiều cao z.
0
2
)(
2
2
1
2
2
12
12
2
=
−
+−+
−
+×
g
vv
zz

g
pp
g
v
D
fL
ρ
(5)
Đại lượng (fL/D)v
2
/2g trình bày tổn thất cột áp h
f
do ma sát.
Hệ số ma sát f của dòng chảy tầng trong ống tròn tính theo công thức trong thủy
lực học đường ống: f = 64/Re
D
, trong đó số Reynolds có dạng:
μ
ρ
Dv
D
=Re

Hệ số nhớt của nước μ tính bằng (m
2
/s). Hệ số ma sát có thể đọc từ đồ thò 14 sau
đây. Hệ số f được xét như hàm của số Reynolds Re, đồng thời có thể xét như hàm phụ
thuộc vào độ nhám thành ống.
Tổn thất áp lực dòng chảy trong van, cút được tính theo công thức kinh nghiệm
2

2
1
vKp
ρ
−=Δ
(6)
g
v
Kh
2
2
−=Δ

Hệ số K dùng cho trường hợp dòng chảy qua cút, cùi chỏ, van đọc theo bảng.
Thiết bò K
Cùi chỏ 45° 0,35
Cùi chỏ 90° 0,75
Góc 90
°, bán kính lớn 0,45
Nối ống (hình 1) 0,04
Van xả, hình 12, mở 0,20
¾ mở 0,9

20
½ mở 4,5
¼ mở 24,0
Van chặn, hình 9, mở 6,4
½ mở 9,5
Nối 3 ngả 0,4

Hình 26.
Hệ số k
i
, i = 1, 2, … có thể tham khảo theo bảng sau.


21




22


Ví dụ 3: Tính áp lực tại vò trí cuối ống của hệ thống ống bố trí như tại hình 27 gồm
hai cùi chỏ 90
°, hai 45°, một van thông có nắp quay. Đoạn ống lớn 100m ống d
1
= 15cm,

23
đoạn sau 30m, d
2
= 7,5cm. Q = 0,01m
3
/s, nhiệt độ nước 20°C; đồng đo áp lực tại điểm đầu
p
1
= 250 kPa.

Hình 27.
Công thức Bernoulli áp dụng vào trường hợp cụ thể này có dạng:
ρ
ρ
2
2
2
2
5,7
2
5,7
2
15
2
15
2
1
2
11
22
2222
p
gz
v
v
K
v
D
fL
v

K
v
D
fL
gz
vp
d
ddd
+++
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×+
⎟
⎟
⎠

⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
+
⎟
⎟
⎠
⎞
⎜
⎜
⎝
⎛
×=++
∑
∑
(*)
vận tốc trong ống d15:
()
5659,0
)15,0(4/
01,0
2
15
===
π
A
Q
v

m/s
và trong ống d7,5: :
()
264,2
)075,0(4/
01,0
2
5,7
===
π
A
Q
v
m/s
Hệ số nhớt của nước tại 20°C: 10
-6
m
2
/s
4
6
15
10.489,8
10
15,05659,0
Re =
×
=
−
;

5
6
5,7
10.698,1
10
075,0264,2
Re =
×
=
−
;
từ đồ thò có thể xác đònh f
15
= 0,025; f
7,5
= 0,027.
Mặt khác (∑)
15
= 0,75 + 0,75 = 1,5; (∑)
7,5
= 0,33 +0,35 + 0,35 +0,2 =1,23
Thay các giá trò trên vào phương trình (*) có thể nhận:
p
2
– p
1
= -134 kPa, và p
2
= 250 – 134 = 116 kPa.
NGUYÊN TẮC CHUNG THIẾT KẾ HỆ THỐNG TÀU

Thiết kế hệ thống giống như thiết kế thân tàu hoặc bố trí các hệ thống động lực
tàu, trải qua ba giai đoạn: thiết kế sơ bộ, thiết kế kỹ thuật và sau đó thiết kế cho thi công.
Căn cứ vào thiết kế tàu, trong đó có kích thước chính tàu, phân khoang, bố trí buồng
máy, bố trí khoang hàng, kiểu hàng vận chuyển trên tàu để xác đònh các thông số cần thiết
cho hệ thống. Những đặc tính chính hệ thống phải được xác đònh nagy từ giai đoạn đầu là
chất lỏng hoặc khí đi qua hệ thống ống, đường đi của ống, vò trí đặt van , vò trí đặt thié6t
bò điều khiển. Vật liệu ống phải được nêu trong giai đoạn này. Các phép tính thủy lực
được sử dụng chọn lưu lượng chất lỏng, khí qua ống, đường kính ống, chiều cao cột áp và
sau đó lưu lượng bơm.

24
Trong giai đoạn thiết kế kỹ thuật xác đònh chính thức các thông số hệ thống vừa
phát thảo. Trong giai đoạn này phải xác đònh đủ thiết bò đường ống, phụ tùng và các chi
tiết đi kèm. Các phép tính thủy lực, năng lượng thực hiện trên cơ sở các dữ liệu thực tế.
Thiết kế phục vụ thi công bao gồm bản vẽ chi tiết , hướng dẫn thi công, hướng dẫn
lắp và qui trình thử.

YÊU CẦU KỸ THUẬT CHO CÁC HỆ THỐNG
• Độ tin cậy hệ thống phải cao, đảm bảo tàu khai thác an toàn và bền
• Các chi tiết tham gia các hệ thống thuộc dạng thống nhất hoá, tiêu chuẩn hóa,
tạo điều kiện lắp ráp thuận lợi, thay thế dễ dàng
• Các hệ thống phải bố trí hợp lý, chiếm không gian ít nhất, chi phí vật liệu ít
nhất trên cơ sở đảm bảo an toàn hoạt động.
• Vật liệu làm hệ thống nhất thiết là vật liệu chòu được tác động môi trường
biển và chòu tác động hóa học, cơ học từ các chất chảy qua hệ thống
• Bố trí hệ thống tại những vò trí không bò thiết bò khác của tàu gây hư hại, ví dụ
không bố trí hệ thống nhạy cảm tại vùng cẩu hàng thường xuyên hoạt động và có thể
có sự cố.
• Hoạt động các hệ thống không gây ô nhiểm môi trường, không làm bẩn vùng
nước tàu đậu hoặc đi qua, không cho phép xẩy ra rò rỉ dầu và các sản phẩm từ dầu.

Bố trí hệ thống ống và máy móc, thiết bò, phụ tùng
Đường ống chính của mỗi hệ thống được qui hoạch cụ thể, sắp xếp theo dạng
chuẩn: bố trí thẳng hàng hay còn gọi hệ thống tuyến tính, bố trí vòng kín và bố trí hỗn
hợp.
Bố trí thẳng đơn giản hơn cả, chi phí vật tư thiết bò không nhiều, được sử dụng phổ
biến trên tàu. Theo sơ đồ dạng này, hình 16a, ống chính 1 chạy thẳng, dọc tàu. Các nhánh
ống 2 bố trí tại nơi có nhu cầu và nối vào ống chính. Hệ thống thông biển gồm van thông
biển (kingstone) 5 nới với ống xả (hút) 4 để đến bơm 3. Bơm nối liền hai cụm thiết bò vừa
nêu với nhau.
Hệ thống vòng gồm hai hệ đường ống, mỗi hệ đường ống tương tự hệ thống tuyến
tính nêu trên đặt gần mạn, chạy song song với nhau. Hai hệ thống dùng chung cụm bơm,
van thông biển, hình 16b. Có thể nhận xét từ đầu, lượng vật tư thiết bò cho hệ thống vòng
lớn hơn hệ thống tuyến tính, tuy nhiên lợi thế do hệthống vòng đưa lại nhiều. Tuổi thọ của
hệ thống cao hơn vì thời gian chòu tải của nó không căng thẳng bằng hệ thống trước. Tính
cơ động cải thiện hơn và quan trọng nhất hệ thống bên mạn này có thể thay thế hệ thống
bên mạn kia trường hợp một bên có sự cố.
Hệ thống hỗn hợp thực tế là thiết kế hệ thống vòng có tính đến tiết kiệm vật tư,
thiết bò. Những vùng trung gian, hệ thống tuyến tính thay thế hệ thống vòng làm giảm
đáng kể ống và các phụ tùng. Tàu lớn người ta thường dùng hệ thống hỗn hợp khi thiết kế
hệ thống.

25