HỆ THỐNG TÀU THỦY ( Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ ) - CHƯƠNG 4 pot

38

Chương 4

CÁC HỆ THỐNG HẦM TÀU

4.1.TÍNH NĂNG CỦA CÁC HỆ THỐNG HẦM TÀU

Các hệ thống hầm tàu được chia ra thành: hệ thống hút khô (hệ thống vét nước
đáy khoang), hệ thống nước dằn (ballast) và hệ thống cứu đắm.
Hệ thống hút khô phục vụ cho việc, thải một lượng không lớn nước tích tụ trong
các khoang, két của tàu. Nó được bố trí trên tất cả các tàu.
Hệ thống nước dằn được dùng để hút và thải nước dằn với mục đích, thay đổi
mớn nước, độ nghiêng và chúi của tàu. Nó chỉ được trang bị cho tàu, mà trên đó để
cho khai thác bình thường, yêu cầu phải nhận nước dằn.
Hệ thống cứu đắm được sử dụng để đẩy một khối lượng lớn nước có thể tràn vào
tàu khi thủng khoang.
Các hệ thống hầm tàu được bố trí theo các sơ đồ nhất định. Tuỳ theo kích thước
và tính năng của tàu, nó có thể được bố trí theo các nguyên tắc khác nhau, các
nguyên tắc cơ bản đó là: nguyên tắc tập trung, nguyên tắc phân nhóm và nguyên tắc
độc lập (hay tự bốc).



39



Hình 4.1. Các sơ đồ nguyên tắc bố trí hệ thống hầm tàu

Các hệ thống hầm tàu bố trí theo nguyên tắc tập trung, tất cả các khoang được bố
trí một hệ thống đưa nước về một trạm bơm, một trạm điều khiển.
Nhược điểm của nó là, khi có nhiều khoang thì cần nhiều ống và nhiều lỗ khoét
qua các vánh ngăn kín nước để dẫn ống qua.
Ở nguyên tắc bố trí phân nhóm, cứ một nhóm khoang bố trí một hệ thống đường
ống, một trạm bơm và đưa về một trạm điều khiển. Tức là, mỗi một đường ống chính
kết thúc bằng một hộp van, từ đó có các nhánh ra đến các khoang của tàu.
Ưu điểm là độ dài chung của hệ thống ống, trong trường hợp này sẽ nhỏ hơn so
với hệ thống bố trí theo nguyên tắc tập trung.
Nhược điểm, việc bố trí các hộp van ở một vài khoang gây nên bất tiện trong thời
gian khai thác.
Ở các sơ đồ bố trí theo nguyên tắc độc lập (tự bốc), mỗi khoang tàu nằm giữa hai
vách ngăn kín nước, được trang bị bơm riêng, được đặt trong khoang với tất cả các
thiết bị điều khiển. Trong trường hợp này, tuổi thọ của hệ thống được đảm bảo là cao
nhất, nhưng nó yêu cầu số lượng đáng kể bơm và xuất hiện thêm các lỗ khoét ở các
mạn tàu cho các đường ống đi tới bơm.
Hiện nay, các hệ thống hầm tàu của tàu chủ yếu bố trí theo nguyên tắc tập trung
và phân nhóm.
b)

a)

c)


40


4.2. HỆ THỐNG HÚT KHÔ

Trong quá trình khai thác con tàu, trong thân của nó dần dần tích tụ một lượng
nước nào đó. Nó có thể rò qua các chỗ không kín ở các chỗ nối ống và thiết bị, qua
các vòng bít của bơm, và qua các ống đặt trục, có thể xuất hiện do ngưng tụ hơi nước
và rò rỉ của vỏ tàu và v.v. Hệ thống hút khô dùng để thải nó ra khỏi thân tàu. Nhờ có
hệ thống như vậy, người ta làm khô hầm hàng, buồng máy, các khoang mũi, các hầm
xích neo và các khoang khác, mà ở đó nước có thể tích tụ lại.
Hệ thống đang xét gồm có các phương tiện hút khô (các bơm, các thiết bị
phụt,v.v.), đường ống hút khô và các thiết bị kiểm tra mức nước trong hầm.
Để dùng làm bơm hút khô tự bốc, người ta có thể sử dụng các bơm nước dằn hoặc
các bơm khác, được chỉ định dùng chung cho toàn tàu. Cũng cho phép sử dụng bơm
cứu hoả làm một trong các phương tiện hút khô, với điều kiện là sự hút khô buồng
máy sẽ được thực hiện bằng một bơm phụt.

4.2.1. Hệ thống hút khô bố trí theo theo nguyên tắc tập trung
Như thấy rõ, từ hình 4.2, a, các bơm hút khô và toàn bộ thiết bị nằm trong buồng
máy, từ đó có thể điều khiển hệ thống. Nước ở các giếng lắng 3 dưới đáy đôi tàu
(dung tích từ 350  400 lít) theo đường ống nhánh qua hộp van chặn một chiều 8 về
đáy đôi buồng máy, từ đáy đôi buồng máy nước được xả qua mạn nhờ bơm hút khô 1
và van chặn một chiều 2 hoặc nước - tích tụ tại két nước đáy đôi 6, sau đó nó được
đưa lên trạm trên bờ hoặc trạm nổi để làm sạch. Trong trường hợp tai nạn, nó được
thải trực tiếp ra mạn.
Hệ thống hút khô bố trí theo nguyên tắc tập trung thì tạo ra được sự tiện lợi lớn
cho việc bảo dưỡng nó. Tuy nhiên trong trường hợp này, như đã nhận xét, đòi hỏi số
lớn ống và lỗ khoét ở các vách ngăn ngang kín nước để đặt các đường ống.

4.2.2. Hệ thống hút khô bố trí theo nguyên tắc phân nhóm
Trên hình 4.2, b mô tả nguyên lý hoạt động của hệ thống hút khô làm việc theo
nguyên tắc phân nhóm. Từ bơm hút khô đến mũi và đuôi tàu, người ta đặt một ống
chính (ống thẳng), nó nối với các khoang bằng các ống nhánh có van chặn một chiều

và thiết bị dẫn động từ boong. Việc bố trí các thiết bị dẫn động là bắt buộc trong sơ
đồ như vậy. Ở các van nằm trong buồng máy có thể không cần các thiết bị dẫn động
như vậy.


41

Ở sơ đồ bố trí theo nguyên tắc phân nhóm, chi phí ống giảm đáng kể và khối
lượng của hệ thống giảm, nhưng sự điều khiển hệ thống lại phân tán.
Các đường ống chính trong các khoang được chế tạo từ ống polyetylen, trong
buồng máy - bằng hợp kim nhôm - man gan.



Hình 4.2. Sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống hút khô.
a - bố trí theo nguyên tắc tập trung.
1 - bơm hút khô; 2 - van chặn một chiều; 3 - lưới hút; 4 - van chặn;
5 - van ba ngả; 6 - két nước đáy đôi; 7 - hộp lọc rác bẩn;
8 - hộp van chặn một chiều; 9 - nối lên bờ hoặc công trình nổi
b - bố trí theo nguyên tắc phân nhóm.
1 - bơm hút khô; 2 - van chặn một chiều; 3 - lưới hút (giếng lắng); 4 - van chặn một
chiều
với cơ cấu dẫn động boong; 5 - van chặn; 6 - van ba ngả; 7 - két nước đáy đôi;





42

8 - nối lên bờ hoặc công trình nổi.

4.2.4. Tính toán đường kính của đường ống
Đường kính trong các đường ống hút chính nối trực tiếp với bơm, được tính theo:
,25)HB.(L.5,2D
Cy
 mm. (4.1)
ở đây: L
C
- tổng chiều dài của các khoang được hút khô, m.
B - chiều rộng tàu, m.
H - chiều cao mạn tàu, m.
Đường kính trong của ống đẩy được chọn bằng hoặc nhỏ hơn đường kính ống hút
chính một chút.
Khi xác định đường kính các ống nhánh hút từ các khoang, cũng như các ống hút
của bơm tay, cần phải sử dụng công thức:
,25)Hb.(5,4d
y
 mm. (4.2)
ở đây: l - chiều dài khoang được hút khô, m.
b - chiều rộng lớn nhất của khoang được hút khô, m.
Không phụ thuộc vào kết quả thu được, các đường kính ống chính và các ống phụ
phải không nhỏ hơn 44 mm. Đường kính trong của các ống hút của các bơm tay có
thể lấy bằng đường kính cửa hút của bơm.
Từ đường kính của ống hút chính, người ta đi xác định lưu lượng của bơm:
,v.d.28263600.v.
4
d.
Q
2

2


 m
3
/g. (4.3)
ở đây: d - đường kính ống hút chính của bơm, m, tính theo công thức (4.1).
v - vận tốc dòng nước trong đường ống chính, m/s.
Theo Qui phạm, tốc độ v phải không nhỏ hơn 2 m/s. Khi v = 2 m/s, công thức
(4.3) có dạng:
,d.5652Q
2
 m
3
/g. (4.4)
Theo lưu lượng tính được, người ta chọn bơm, lấy cột áp tổng cộng của bơm là: H


43

= 15  20 m.c.n.
Sau khi xác định các kích thước ống và chọn bơm, cần phải kiểm tra lại thủy lực
đường ống của nó.
Đường ống đẩy chính của hệ thống hút khô ngắn hơn ống hút rất nhiều, nên tổn
thất cột áp trong nó thường không tính. Vận tốc nước trong đường ống chính như vậy
không được quá 4 m/s.

4.3. HỆ THỐNG NƯỚC DẰN

Hệ thống nước dằn (ballats) được trang bị cho các tàu để thay đổi chiều chìm,

khắc phục độ nghiêng, độ chúi của tàu nhằm đảm bảo tư thế, điều khiển và khai thác
bình thường của tàu.
Hệ thống nước dằn gồm có: các két chứa nước dằn, các bơm và hệ thống ống để
nhận và thải nước, các ống đo hay các phương tiện khác để kiểm tra khối lượng nước
dằn nhận vào, các ống cho khí vào và ra khỏi két dằn.

4.3.1. Các yêu cầu cơ bản của hệ thống dằn
Nó phải đảm bảo bơm đầy hoặc hút cạn một két bất kỳ hoặc đồng thời một vài
hoặc tất cả, cũng như khi cần thiết phải bảo đảm chuyển nước dằn từ một két này
sang một két khác.
Các két nước dằn đặt càng thấp càng tốt, mục đích là cải thiện tính ổn định cho
tàu.
Kết cấu của nó phải loại trừ khả năng nước chảy từ mạn cũng như từ các két nước
dằn vào các két và các khoang khác.





44

Hình 4.3. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dằn dọc.
a - bố trí theo nguyên tắc tập trung; b - bố trí theo nguyên tắc phân nhóm,
1 - bơm; 2 - hộp van; 3 - van chặn một chiều; 4 - ống hút; 5 - van thông biển đáy;
6 - van với thiết bị dẫn động trên boong

Để bố trí các két dằn, thường người ta dùng các khoang phía mũi và lái, các
khoang ngay hai bên mạn với mục đích tạo ra mô men gây nghiêng, chúi lớn nhất
mặc dù khối lượng nước dằn không lớn, tiết kiệm dung tích khoang hàng. Trên các
tàu có đáy đôi - sử dụng cả các két đáy.

Thể tích các két dằn và bố trí chúng phải thỏa mãn để nó đảm bảo nhận một
lượng dằn cần thiết cho việc thay đổi mớn nước, nghiêng và chúi của tàu.
Các két nước dằn phải bố trí thiết bị đo mức nước thích hợp được dẫn lên boong.

4.3.2. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống nước dằn
Trên hình 4.3 chỉ ra sơ đồ nguyên lý của hệ thống dằn. Nước, theo nguyên tắc
dòng tự chảy, chảy qua van thông biển đáy 5 vào các két dằn thông qua hộp van 2,
các đường ống chính và nhánh. Khi cần điều chỉnh mực nước và thời gian dằn, người
ta sử dụng bơm nước dằn 1.
Trong trường hợp hút nước dằn ra, nước tích tụ tại ống hút 4 được bơm 1 hút qua
hộp van 2 xả ra mạn qua van chặn một chiều 3.
Ngoài nhiệm vụ dằn, hệ thống còn làm nhiệm vụ cứu đắm.



45



Hình 4.4. Sơ đồ nguyên lý hệ thống dằn dọc
1- van thông biển đáy; 2 - van chặn dẫn động trục; 3 - bơm; 4 - van chặn;
5 - van chêm; 6 - van kiểu phao nổi; 7 - ống kiểm tra của hệ thống tiêu nước;
8 - đường ống tiêu nước chính; 9 - hộp van chặn

Trên hình 4.4 chỉ ra sơ đồ nguyên lý hệ thống dằn dọc xây dựng theo nguyên tắc
phân nhóm. Hệ thống thiết bị cho phép điền đầy két chứa từ van thông biển 1 hay từ
bơm dự trữ 3 trang bị cho hệ thống nước dằn. Nước dằn được hút ra bởi bơm dự trữ
3. Sơ đồ cũng chỉ ra vị trí các van kiểu phao nổi 6 trong két mà các van này tự động
dừng khi đủ nước trong két.
Trên hình 4.5 biểu diễn sơ đồ nguyên lý của hệ thống dằn ngang bố trí theo

nguyên tắc phân nhóm , nước tự chảy qua van thông biển 1 vào các bể dằn tại hai
mạn qua cửa nhận nước 16. Khi cần điều chỉnh mực nước trong các két dằn, người ta
dùng bơm 2.



46



Hình 4.5. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống dằn ngang
bố trí theo nguyên tắc phân nhóm
1 - van thông biển; 2 - bơm; 3 - van dẫn hướng dẫn động bằng trục;
4 - van chặn dẫn động trục; 16 - cửa nhận nước vào két dằn với phao chỉ báo mực
nước; 17 - cửa hút nước khỏi bể; 20 - giếng lắng của hệ thống cứu đắm
đường nét liền - đường ống của hệ thống dằn; đường nét đứt - đường ống
của hệ thống cứu đắm.

4.3.3. Tính toán đường kính của ống
Đường kính trong của các nhánh ống hút của hệ thống ống ballast cho các két
riêng, được tính theo công thức:
,V.18d
3
K
 mm. (4.5)
trong đó: V
K
- là thể tích két chứa nước dằn, m
3
.

47

Đường kính được lấy cuối cùng của ống nhánh không được lấy nhỏ hơn đường
kính tính theo công thức (4.5). Khi xác định nó cũng có thể dùng bảng đã cho trong
Qui phạm.
Khi tính lưu lượng bơm, cần phải sử dụng công thức:
,v.d.2826Q
2
 m
3
/g. (4.6)
ở đây: d - đường kính trong của ống, m.
v - vận tốc dòng trong ống, m/s.
Cột áp các bơm nước dằn lấy từ 10  20 m.c.n. Theo lưu lượng tính được và cột
áp đã lấy, người ta chọn được bơm ballast.
Sau đó, người ta xác định sức cản trên đường ống hút của bơm khi hút nước ra từ
két xa nhất. Về nguyên tắc, nó không khác với tính toán đường ống hút của hệ thống
hút khô. Mục đích tất nhiên của việc tính toán là xây dựng đặc tính đường ống và đưa
nó lên đặc tính bơm [H]
ch.f
= f(Q), ([H]
ch.f
- cột áp chân không cho phép). Theo đồ thị,
người ta tìm được lưu lượng thực tế mà bơm tạo ra khi làm việc mà với đường ống đã
cho như thế nào. Trong trường hợp cần thiết người ta tăng các đường kính ống và
tính toán lại.
Thời gian yêu cầu để hút khô các két ballast:
Q

V
C
OC
 . (4.7)
trong đó: V
C
- tổng dung tích của các két dằn.
Thường thời gian hút khô các két dằn của các tàu hàng không quá (5  6)g. Nó
còn phải tương xứng với thời gian bốc dỡ hàng. Trên các tàu dầu, ví dụ, nó gần bằng
thời gian hút tải chính.
Hệ thống nước dằn cần phải có ít nhất một bơm phục vụ. Để bơm, có thể sử dụng
bơm có chức năng chung toàn tàu có đủ lưu lượng, trong số đó có bơm cứu hỏa và
hút khô. Nếu các khoang dằn được dự tính cả cho việc giữ nhiên liệu lỏng, thì không
được phép sử dụng bơm cứu hỏa làm bơm dằn.
Đường ống dằn có thể được đặt ở khoảng giữa hai đáy (đáy đôi) cũng như trên
mặt đáy thứ hai. Ở trường hợp thứ hai, nó phải được bảo vệ khỏi khả năng có hại cho
hàng hoá.

4.4. HỆ THỐNG CỨU ĐẮM



48

Để thải ra khỏi tàu lượng nước chảy vào thân tàu do thủng khoang hoặc rò nước,
nhiều tàu, người ta bố trí hệ thống cứu đắm, như tàu kéo cảng, tàu kéo chuyên tuyến,
tàu kéo-đẩy cứu hộ, tàu hàng, v.v. Hệ thống cứu đắm tiến hành hút nước từ các
khoang ngập nước của các tàu bị tai nạn, và ở các tàu cứu hỏa - cứu hộ đặc biệt.

Hình 4.6. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống cứu hộ tàu

Với mục đích đánh giá khả năng của các phương tiện cứu đắm, của các tàu lai dắt,
người ta xác định: lưu lượng nước Q chảy vào khoang tàu qua lỗ thủng là bao nhiêu,
khi áp suất mạn là không đổi. Để làm điều này, có thể sử dụng công thức sau:
.H.g2.F 3600Q
pp
 (4.8)
trong đó: F
p
- diện tích lỗ thủng, m
2
.
H
p
- độ sâu của tâm lỗ thủng dưới mớn nước, m.
 - Hệ số lưu lượng, lấy bằng 0,6.
Các đường kính ống hút và rót của hệ thống cứu đắm được lấy bằng đường kính
các ống của bơm rót.


49



Hình 4.7. Sơ đồ hệ thống cứu đắm tàu lai dắt - cứu hộ biển.

Hệ thống cứu đắm của tàu lai dắt-cứu hộ biển đáng được chú ý hơn (hình 4.7). Nó
được trang bị bơm ly tâm tự hút 1 có thể nhận nước từ mạn bất kỳ. Các ống hút 7 của

nó được nối với hộp van 6 được đặt trên boong ở cạnh các mạn. Gắn vào hộp van có
các ống mềm 5 có lưới hút 2. Bơm hút nước ra mạn theo ống 8. Để thải nước ngập từ
buồng máy và nồi hơi, nước tới bơm có ống 4, có trang bị lưới hút 2 và van chêm 3.
Sơ đồ tính toán hệ thống cứu đắm chỉ ra trên hình 4.6, đường ống chính là 1-2-3-
4. Nếu chúng ta lấy mặt phẳng đi qua trục bơm làm trục so sánh, thì theo định luật
bảo toàn năng lượng, ta có:
3221
2
33
2
aa
hh
g2
vp
az
g2
vp





(4.9)
trong đó: p
a
- áp suất khí quyển
v
a
- vận tốc nước trên bề mặt khoang thủng
p

3
- áp suất của dòng nước tại cửa vào của bơm
v
3
- vận tốc dòng nước tại cửa vào của bơm
h
1-2
và h
2-3
- tổn thất cột áp của đoạn ống 1 - 2 và 2 - 3
Từ sơ đồ hình 4.5 ta thấy rằng: a = T - h - b, vận tốc v
a
 0, đại lượng


3a
pp
là
chiều cao hút của bơm H
h
đặc trưng cho khả năng làm việc của bơm và bằng [H]
chf

với tốc độ của bơm bằng tốc độ của dòng chảy trong đoạn ống 2 -3, phương trình
năng lượng có dạng:


50

 

 
g2
v
.1bhTzH
2
3
qchf
 (4.10)
trong đó: 
q
- hệ số tổn thất cột áp qui đổi
Tốc độ dòng chảy trong đoạn ống 2 -3 là:


1
bhTz]H[g2
v
q
chf
3


 (4.11)
Vận tốc dòng chảy trong ống mềm xác định theo công thức sau:
2
m
m
d 3600
Q.4
v


 (4.12)
Từ vận tốc v
3
và v
m
ta tính được tổn thất cột áp h
1-2
và h
2-3
theo chiều chìm T, từ
đó ta tìm được mối quan hệ Q = f(T).
Khi chiều chìm T biến đổi do ngập khoang, ta chọn được bơm hút theo lưu lượng
Q và cột áp của bơm cho phù hợp.

51