Tính toán mô hình hệ thống BALLAST phục vụ công tác giảng dạy thực hành

I

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin chân thành cảm ơn đến quý thầy cô Khoa Máy tàu thủy Trường
Đại Học Giao Thông Vận Tải TP. HCM, đặc biệt xin chân thành cảm ơn thầy TS.
Nguyễn Duy Trinh đã tận tình hướng dẫn trong suốt thời gian thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn tới bạn bè và gia đình đã chia sẻ, giúp đỡ động viên trong suốt
quá trình học tập và nghiên cứu.
Mặc dù đã cố gắng hết sức thực hiện đề tài trong phạm vi và khả năng cho
phép để đạt kết quả tốt nhất nhưng chắc chắn rằng không tránh khỏi những thiếu
sót. Tác giả rất mong sự thông cảm và đóng góp ý kiến quý báu của quý thầy cô và
bạn bè.

Tác giả

Ks. Cao Văn Hoàn


II

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan Luận văn này là công trình khoa học do tôi thực hiện dưới
sự hướng dẫn khoa học của Tiến sĩ Nguyễn Duy Trinh. Ngoài các nội dung tham
khảo trong tài liệu đã được liệt kê trong phần tài liệu tham khảo, Luận văn này
không hề sao chép nội dung của bất kỳ công trình khoa học nào tương tự.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm trước pháp luật về những lời cam đoan
của mình.
Tác giả

Ks. Cao Văn Hoàn

III

MỤC LỤC


IV

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU
Ký hiệu

Đơn vị đo
m

,

Giải thích
Chiều rộng tàu

m

Khoảng cách từ tâm nổi B tới tâm nghiêng
M trong mặt cắt ngang

m

Khoảng cách từ tâm nổi B tới tâm nghiêng
M trong mặt cắt dọc
Hệ số đầy thể tích
Hệ số đầy mặt cắt giữa tàu

m

Chiều cao tàu

Tấn

Lượng chiếm nước toàn bộ

Tấn

Lượng chiếm nước tàu không

Tấn

Trọng tải

Tấn

Tấn trọng tải

m

Chiều cao tâm nghiêng ngang

m

Chiều cao tâm nghiêng dọc

m2/s

Gia tốc trọng trường

N

Trọng lực

N

Lực đẩy Acsimet

m

Chiều dài tàu

m3

Hệ số đầy thể tích

-

Hệ số đầy mặt giữa tàu

-

Hệ số đầy đường nước

-

Hệ số đầy lăng trụ

Tấn

Lượng chiếm nước

m3

Thể tích phần chìm


V

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
BWM

Ballast Water Management

C.B.T

Clean Ballast Tanks

COW

Crude Oil Washing

DW

Deadweight

DWT

Deadweight

IMCO

International Governmental Maritime
Consultative Organization

IMO

International Maritime Organization

LOT

Load On Top

MARPOL

Marine Polution

S.B.T

Slop Bill Tank

WBT

Water Ballast Tank


VI

DANH MỤC CÁC BẢNG


VII

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


8

LỜI MỞ ĐẦU
Hiện nay, ngành vận tải biển vận chuyển 80%~85% khối lượng hàng hoá lưu
thông trên toàn thế giới, với khoảng 3 ~ 5 tỷ tấn hàng hàng năm và một khối lượng
tương tự như vậy được vận chuyển nội trong các nước và khu vực.
Việt Nam nằm bên bờ Tây của Biển Đông, một biển lớn và thuộc loại quan
trọng nhất của khu vực châu Á - Thái Bình Dương cũng như của thế giới. Từ bao
đời nay, vùng biển, ven biển và hải đảo đã gắn bó chặt chẽ với mọi hoạt động sản
xuất và đời sống của dân tộc Việt Nam. Theo Tuyên bố ngày 12/7/1977 của Chính
phủ Việt Nam và Công ước của Liên Hợp Quốc về Luật biển năm 1982 thì nước
Việt Nam có một vùng biển rộng khoảng 1 triệu km 2, gấp 3 lần diện tích đất liền.
Vùng biển và ven biển nước ta có vị trí hết sức quan trọng cả về kinh tế, chính trị và
an ninh - quốc phòng, nên từ lâu Đảng và Nhà nước ta đã rất quan tâm đến phát
triển kinh tế biển, vùng ven biển và hải đảo.
Thực hiện chủ trương phát triển kinh tế biển của Đảng và Nhà nước, trong
những năm qua, cùng với việc đẩy mạnh quá trình đổi mới và mở cửa, các lĩnh vực
kinh tế biển cũng được tăng cường và đã thu được những kết quả rất đáng khích lệ.
So với thời kỳ trước, kinh tế biển của Việt Nam trong giai đoạn đổi mới vừa qua đã
có bước chuyển biến đáng kể.
Việt Nam đã xây dựng được đội tàu biển quốc gia với tổng trọng tài là

2.322.703 DWT (gấp 2 lần số lượng tàu và 2,3 lần về trọng tải so với 1997, bình
quân tăng 6,4% về số lượng và 11% về trọng tải/năm). Nòng cốt của đội tàu biển
quốc gia là đội tàu của Tổng công ty Hàng hải Việt Nam (VINALINES), với số
lượng đội tàu trọng tải khoảng 1.125.159 DWT, chiếm khoảng 50% tổng trọng tải
của đội tàu quốc gia. Không chỉ tăng năng lực vận tải mà còn có sự thay đổi cơ bản
về cơ cấu, chất lượng đội tàu, tạo thêm thị trường và trực tiếp tham gia thị trường
khu vực, khách hàng nước ngoài đã sử dụng trên 50% năng lực đội tàu của Việt
Nam.


9

Qui mô cảng ngày càng tăng, cuối năm 1995 nước ta chỉ có hơn 70 cảng
biển, thì đến nay Việt Nam đã xây dựng được hệ thống cảng biển gồm hơn 90 cảng
lớn nhỏ với 25.617 (m) cầu bến, trải dài từ Nam chí Bắc; ngoài ra còn có trên 10
khu chuyển tải để tăng cường khả năng thông qua của hàng hóa và tạo điều kiện cho
những tàu có trọng tải lớn ra vào cảng dễ dàng, an toàn. Khối lượng hàng hóa qua
cảng tăng nhanh, năm 1991 là 17,9 triệu tấn; năm 1995 tổng năng lực thông qua là
52,40 triệu tấn/năm; năm 1999 đạt 63 triệu tấn và đến hết năm 2002, tổng công suất
qua cảng của Việt Nam hơn 100 triệu tấn/năm, tốc độ tăng bình quân 17%/năm.
Bước đầu hiện đại hoá phương tiện xếp dỡ, qui hoạch và sắp xếp lại kho bãi, xây
dựng và nâng cấp thêm các cầu cảng nên năng lực xếp dỡ được nâng cao, giải
phóng tàu nhanh. Một số cảng đã và đang được nâng cấp và mở rộng như Hải
Phòng, Cái Lân, Đà Nẵng, Quy Nhơn, Nha Trang, Sài Gòn, Cần Thơ. So sánh với
quốc tế, nhìn chung quy mô cảng còn nhỏ nhưng thời gian qua hệ thống cảng biển
Việt Nam đã đảm nhiệm thông qua hầu hết lượng hàng ngoại thương của ta và hỗ
trợ một phần việc trung chuyển hàng hóa xuất nhập khẩu của Lào, góp phần đưa
nước ta từng bước tiếp cận và hội nhập với khu vực và thế giới. Hơn 80% khối
lượng hàng xuất nhập khẩu được vận chuyển thông qua hệ thống cảng biển.
Trình độ, năng lực đóng, sửa chữa tàu so với trước đây đã có tiến bộ vượt

bậc, hiện đại hóa một bước theo hướng tập trung quy mô lớn, bước đầu có phân
công chuyên môn hóa, vươn ra đóng tàu cỡ lớn, chuyên dùng đạt chất lượng đăng
kiểm quốc tế. Một số doanh nghiệp đang đầu tư lớn hiện đại để đóng tàu lớn (3 - 5
vạn tấn). Liên doanh Vinashin - Huyndai đã chính thức đi vào hoạt động được 2 ụ
tàu có thể sữa chữa tàu từ 50.000 đến 400.000 tấn.
Mặc dù kinh tế biển của nước ta đạt được những kết quả bước đầu không
nhỏ, nhưng nhìn chung quy mô kinh tế biển của Việt Nam còn nhỏ bé và đang ở
trình độ thấp. Nếu so với các nước trên thế giới và khu vực thì Việt Nam còn thấp
thua nhiều mặt. Đến nay quy mô kinh tế biển vẫn chưa tương xứng với tiềm năng
kinh tế biển của nước ta. Xét về giá trị tuyệt đối, giá trị thu được từ hoạt động kinh


10

tế biển của Việt Nam so với giá trị từ hoạt động kinh tế biển của một số nước đều ở
mức thấp hoặc rất thấp.
Để duy trì và phát triển hơn nữa kinh tế vận tải biển Việt Nam nói riêng và
kinh tế Việt Nam nói chung. Ngoài việc khai thác hiệu quả những đội tàu trong
nước, chúng ta còn nâng cao trình độ kiến thức của thuyền viên Việt Nam với các
nước trên thế giới bằng cách nâng cao chất lượng đào tạo. Đào tạo lý thuyết kết hợp
với thực hành, khi sinh viên nắm vững lý thuyết thì họ sẽ thực hành tốt. Nếu ở
những nước Châu Âu và Hàn Quốc, cứ sau mỗi khóa học sinh viên được đi xuống
tàu thực tế để kiểm nghiệm những kiến thức lý thuyết đã học trên lớp. Nhưng ở
nước ta, kinh tế của các trường đào tạo về lĩnh vực Hàng hải còn chưa cho phép ta
thực hiện điều này. Do vậy muốn sinh viên ngành Hàng hải sau khi ra trường có thể
cạnh tranh tốt với họ thì ta chỉ còn cách là đầu tư, xây dựng mô hình, phòng xưởng
học giống như một con tàu. Điều này sẽ giúp cho sinh viên không những nắm chắc
lý thuyết mà còn vững thực hành ngay khi còn ngồi trên ghế nhà trường.

11

3
TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

3.1 Tính cấp thiết của đề tài
Trên một con tàu, có rất nhiều hệ thống cũng như trang thiết bị máy móc. Để
giúp cho con tàu hoạt động hiệu quả tốt nhất thì ngoài việc khai thác hệ động lực
tốt, chúng ta còn dựa vào nhiều yếu tố khác. Vấn đề an toàn khi tàu chạy không
hàng, cũng như lúc nhận và trả hàng. Để đảm bảo độ ổn định của tàu, khai thác tàu
hiệu quả, an toàn thì việc khai thác tối ưu hệ thống nước dằn tàu là rất quan trọng.
Khi tàu không có hàng, thì ta phải bơm nước biển vào để dằn tàu, cân bằng tàu, cho
tàu chạy an toàn. Còn khi nhận hàng, thì Đại phó phải bố trí việc xếp hàng phù hợp
với tàu và nếu cần thì ta bổ xung thêm nước dằn vào các két Ballast. Điều này sẽ
giúp cho tàu hoạt động an toàn hơn, hiệu quả kinh tế trong khai thác sẽ cao hơn.
Nhận thức được tầm quan trọng của kinh tế vận tải biển là vô cùng quan
trọng. Do được sự quan tâm của Bộ Giao thông vận tải, Trường ĐH GTVT Tp.
HCM đã được đầu tư và mở rộng về cơ sở hạ tầng cũng như trang thiết bị máy móc,
phòng thực hành cho sinh viên học tập và nghiên cứu. Trường là nơi đạo tạo về lĩnh
vực Hàng hải lớn nhất phía Nam. Nhà trường đã đầu tư rất nhiều cơ sở phòng học,
phòng thực hành cho sinh viên ngành Khoa học Hàng hải, Kỹ thuật tàu thủy… Nhà
trường có một tàu UT Glory cho sinh viên thực tập, có nhà xưởng cho sinh viên
thực hành. Song song đó nhà trường cũng đang xây dựng và thiết kế thêm nhiều
chương trình, thiết bị thực hành nhằm giúp cho sinh viên trường có điều kiện học
tập tốt nhất. Tuy không thể đáp ứng được tất cả các môn học thực hành cho sinh
viên nhưng nhà trường cũng đang hoàn thiện cho từng môn học.
Tuy nhiên, do điều kiện về kinh tế và địa hình nên nhiều môn học không thể
xuống tàu thực hành được. Để giải quyết vấn đề này nhà trường đã có giải pháp đưa
sinh viên xuống xưởng để học thực hành. Hiện phòng thực hành máy của nhà
trường đã có các máy móc, trang thiết bị trong buồng máy để phục vụ cho những

12

môn học thực hành. Tuy vậy vẫn còn một số hệ thống chưa có, như là hệ thống hút
khô, hệ thống dằn tàu…
Những lý do chính đặt ra yêu cầu thực hiện đề tài đó là:
-

Nền kinh tế thế giới đang dần phục hồi, nguồn hàng ngày càng được cải
thiện, nhu cầu về thuyền viên đang gia tăng. Để tăng tính cạnh tranh cho
đội ngũ thuyền viên Việt Nam thì việc giúp sinh viên thực hành nhiều thao

-

tác trong quá trình học là một việc cần thiết.
Hệ thống này phải được tính toán thiết kế một cách khoa học để giúp cho
sinh viên khoa Hàng hải, khoa Máy tàu và khoa Kỹ thuật tàu thủy có một

-

mô hình thực hành hiệu quả nhất.
Cần thiết có một mô hình hệ thống Ballast phục vụ cho công tác giảng dạy
thực hành của giáo viên trong khoa Máy tàu thủy, nâng cao chất lượng học
tập của sinh viên và thuyền viên tại trường.

3.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
3.2.1 Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài làtính toán lựa chọn xây dựng mô hình hệ
thống Ballast tàu dầu thực tế phù hợp với phòng thực hành Khoa Máy tàu thủy.

3.2.2 Phạm vi nghiên cứu
Các vấn đề về tính toán lựa chọn mô hình hệ thống Ballast phục vụ công tác
giảng dạy phòng thực hành Khoa Máy tàu thủy – Trường Đại học Giao thông vận
tải TP. HCM và xây dựng quy trình vận hành hệ thống.

3.3 Phương pháp nghiên cứu
-

Phân tích, tổng hợp
• Dựa trên cơ sở lý thuyết về thủy lực và máy thủy lực tính toán các
thiết bị cho mô hình.
• Dựa trên những kiến thức về lý thuyết tàu kết hợp về điều kiện thực
tế lựa chọn kích thước cho mô hình.


13

• Kết hợp giữa kết quả tính toán tỷ lệ đồng dạng và không gian phòng
-

thực hành để lựa chọn kích thước mô hình hệ thống.
Thực nghiệm
• Chế tạo hệ thống Ballast.
• Xây dựng quy trình vận hành hệ thống Ballast.

3.4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của luận án
Ý nghĩa khoa học: Với kết quả nghiên cứu về lý thuyết của luận văn sẽ tạo
điều kiện thuận lợi để xây dựng một hệ thống Ballast phù hợp với phòng học thực
hành. Kết quả này có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho các tác giả sau có
thể phát triển thêm. Mặt khác, đây cũng là cơ sở khoa học cho các nhà máy đóng

tàu khi xây dựng đóng mới những con tàu hiện đại.
Ý nghĩa thực tiễn: Kết quả nghiên cứu sẽ được ứng dụng trực tiếp cho công
tác giảng dạy tại phòng thực hành.

3.5 Kết cấu của luận văn
Luận văn được chia làm 3 chương chính:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Trong chương này tác giả đã nêu được tính cấp thiết của đề tài, đối tượng,
phạm vi nghiên cứu qua đó tác giả đã chọn được phương pháp nghiên cứu tối ưu
nhất. Từ sản phẩm của đề tài, đã đáp ứng được ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực
tiễn.
Chương 2: Cơ sở lý thuyết
Ở chương 2, tác giả đã nêu được những cơ sở cơ bản nhất về thủy lực và máy
thủy lực. Từ đó sẽ là cơ sở để tính toán xây dựng cho chương 3. Đồng thời, nội
dung trong chương này cũng đã nêu được tầm quan trọng của hệ thống Ballasttrên
tàu. Những quy định về xây dựng mô hình hệ thống, quy định về thải nước Ballast
theo tiêu chuẩn IMO.


14

Chương 3: Tính toán mô hình Ballast phục vụ công tác giảng dạy thực
hành
Từ những cơ sở khoa học của chương 2 tác giả đã vận dụng và tính toán đưa
ra được số liệu để lựa chọn các thiết bị phục vụ cho hệ thống. Qua đó xây dựng mô
hình hệ thống Ballast hoàn chỉnh cho phòng thực hành.Để kiệm nghiệm lại kết quả
tính toán, tác giả đã xây dựng chương trình Matlab để chạy thử mô hình.
Kết luận và kiến nghị
Trong phần này, tác giả đã nêu lên những vấn đề đạt được và chưa đạt được
qua quá trình thực hiện đề tài. Từ những vấn đề chưa đạt được, tác giả đã xây dựng

hướng phát triển của mô hình hệ thống.


15

CHƯƠNG 4
CƠ SỞ LÝ THUYẾT

1

Cơ sở tính toán hệ thống thủy lực và máy thủy lực

4.1.1 Khái niệm chung về máy thủy lực
Máy thủy lực là danh từ chung để chỉ các máy làm việc bằng cách trao đổi
năng lượng với chất lỏng theo các nguyên lý thủy lực học nói riêng và cơ học chất
lỏng nói chung, ví dụ: Bơm dùng cơ năng của động cơ để vận chuyển chất lỏng; tua
bin nước nhận dòng năng lượng của nước để biến thành cơ năng kéo các máy làm
việc… Ngày nay, máy thủy lực được dùng rất phổ biến trong nhiều lĩnh vực sản
xuất cũng như sinh hoạt. Có thể nói hầu như không một ngành kỹ thuật nào không
sử dụng máy thủy lực.
4.1.2 Phân loại máy thủy lực
Ta biết rằng trong bất kỳ một dòng chất lỏng chuyển động nào cũng tiềm
tàng một năng lượng nhất định; tác dụng của máy thủy lực là trao đổi (nhận hoặc
truyền) năng lượng với dòng chất lỏng chuyển động qua nó để kéo các máy làm
việc hoặc vận chuyển chất lỏng. Theo tính chất trao đổi năng lượng với chất lỏng,
máy thủy lực được chia làm hai loại:
-

Loại máy thủy lực tiếp thu cơ năng của dòng chất lỏng để kéo các máy
làm việc khác, có tác dụng như một động cơ, được gọi chung là động

cơ thủy lực (như tua bin nước, các loại động cơ thủy lực trong máy

-

công cụ…).
Ngược lại loại máy thủy lực truyền cơ năng cho chất lỏng để tạo nên
áp suất hoặc vận chuyển chất lỏng, được gọi là bơm (như các loại
bơm, quạt…).


16

Theo nguyên lý tác dụng của máy thủy lực với chất lỏng trong quá trình làm
việc, người ta chia máy thủy lực thành nhiều loại khác nhau, nhưng chủ yếu có hai
loại:
-

Máy thủy lực cánh dẫn
Máy thủy lực thể tích
Máy thủy lực khác

Hình 2.1Sơ đồ về phân loại máy thủy lực
Theo sơ đồ trên, thì máy thủy lực được chia ra làm nhiều loại nhưng chỉ có
bơm ly tâm là phù hợp nhất để dùng bơm nước cho hệ thống Ballast.

4.2 Tổng quan về bơm ly tâm
Bơm là loại máy thủy lực biến đổi cơ năng của động cơ thành năng lượng để
vận chuyển chất lỏng hoặc tạo nên áp suất cần thiết trong hệ thống truyền dẫn thủy
lực.

17

4.2.1 Ưu điểm bơm ly tâm
Bơm ly tâm thuộc loại bơm cánh dẫn, được dùng phổ biến nhất trong các loại
bơm vì một số ưu điểm sau:
-

Bơm được nhiều loại chất lỏng, như nước, dầu, nhiên liệu, hóa chất,

-

kể cả hỗn hợp của chất lỏng và chất rắn.
Phạm vi sử dụng lớn và năng suất cao.
Cột áp H từ 10 tới hàng nghìn mét cột nước;
Lưu lượng Q từ 2 đến 70.000 (m 3/h). Công suất từ 1 đến 6.000 (kW).

-

Số vòng quay n từ 730 tới 6.000 (v/p)
Kết cấu gọn, chắc chắn, làm việc tin cậy.
Hiệu suất của bơm tương đối cao so với các loại bơm khác .
Chỉ tiêu kinh tế tốt (giá thành tương đối rẻ).

4.2.2 Kết cấu và nguyên lý làm việc của bơm ly tâm

Hình 2.2Sơ đồ nguyên lý hoạt động bơm ly tâm
Volute casing: vỏ bơm

Vanes: Lòng cánh bơm

Discharge: Cửa đẩy

Suction: Cửa hút

Impeller: Bánh công tác


18

Hình 2.3Cấu tạo bơm ly tâm
1: Bánh công tác

4: Bộ phận dẫn hướng ra (buồng xoắn ốc)

2: Trục bơm

5: Ống hút

3: Bộ phận dẫn hướng vào

6: Ống đẩy

Trước khi bơm làm việc cần điền đầy chất lỏng trong thân bơm và đường ống
hút (mồi bơm). Khi bơm làm việc, bánh công tác quay làm các phần tử chất lỏng ở
trong bánh công tác bị dồn ra ngoài dưới ảnh hưởng của lực li tâm. Chất lỏng
chuyển động theo các máng dẫn và đi vào ống đẩy với áp suất cao hơn ⇒đó là quá
trình đẩy của bơm. Đồng thời, ở lối vào của bánh công tác tạo nên vùng có chân
không và dưới tác dụng của áp suất trong bể hút lớn hơn áp suất ởcửa vào , chất
lỏng ở bể hút liên tục bị đẩy vào bơm theo đường ống hút ⇒đó là quá trình hút của

bơm. Quá trình hút và đẩy của bơm là quá trình liên tục ⇒ dòng chảy qua bơm liên
tục và ổn định. Bộ phận dẫn hướng ra (buồng xoắn ốc) có tác dụng dẫn chất lỏng ra
được điều hòa, ổn định và biến một phần động năng thành áp năng. Sự truyền năng
lượng giữa bơm và chất lỏng được thực hiện qua các cánh dẫn. Năng lượng chủ yếu
là động năng ⇒ bơm có cột áp động Hđ.
4.2.3 Những lưu ý và các hư hỏng thường gặp ở bơm ly tâm
Những lưu ý khi khai thác bơm ly tâm:


19

-

Sử dụng bơm phải tuân thủ tài liệu kỹ thuật hướng dẫn của nhà chế

-

tạo.
Trước khi khởi động bơm cần phải mồi bơm cho đầy và xả khí trong
bơm một cách triệt để. Để khẳng định rằng bơm làm việc với sản

-

lượng đầy đủ, cần quan sát áp kế lắp đặt trên bơm.
Nhiệt độ ổ đỡ bơm không vượt quá 70 – 800C.
Khi bơm làm việc mà suất hiện một số trục trặc thì cần phải xem xét

-

và tìm nguyên nhân khác phục ngay.

Việc điều chỉnh sản lượng bơm cần chú ý tới tình trạng đường ống,
tình trạng khí trong hệ thống bơm nếu điều chỉnh van hút.

Các trục trặc thường xảy ra đối với bơm ly tâm:
Sau khi khởi động bơm không cấp được chất lỏng:
-

Không mồi bơm triệt để.
Hút lẫn không khí.
Van đẩy vẫn còn đóng.
Độ cao đặt bơm quá lớn.
Cánh bơm bị tắc hoặc phin lọc quá bẩn.
Bơm quay không đúng chiều.
Vận tốc quá nhỏ.

Bơm hoạt động với lưu lượng không đủ:
-

Do lẫn không khí vào bơm.
Ống hút bị bẩn nhiều.
Cánh công tác bị tắc hoặt phin lọc bẩn.

Bơm sử dụng công suất lớn hơn bình thường:
-

Làm việc quá mực về sản lượng.
Vận tốc bơm quá lớn.
Bơm lắp đặt không chính xác.
Ma sát cơ khí các chi tiết trong bơm.

Ổ đỡ, vòng bi quá nóng:
-

Bơm lắp đặt không tốt.
Bôi trơn kém.


20

-

Bạc hoặc ổ bị quá chặt.
Không làm mát ổ đỡ tốt.

Bơm làm việc rung động:
-

Bơm lắp đặt sai quy cách.
Mất cân bằng động của bánh cánh.
Bị tắc bánh cánh.
Bánh cánh quá mòn.
Bánh cánh bị bám bẩn quá nhiều.
Trục bơm bị cong vênh.

Bơm làm việc có tiếng ồn không bình thường:
-

Sản lượng quá cao hoặc quá thấp so với định mức.
Bơm lẫn không khí.
Bơm lắp đặt sai qui cách.

Bơm làm việc trong vùng xâm thực.

4.2.4 Các thông số cơ bản của bơm ly tâm
Những số liệu kỹ thuật biểu thị khả năng và đặc tính làm việc của bơm ly tâm
được gọi là các thông số làm việc. Nói chung bơm ly tâm có các thông số làm việc
cơ bản sau:
4.2.4.1 Lưu lượng
Lưu lượng là lượng chất lỏng chảy qua bơm trong một đơn vị thời gian. Lưu
lượng có thể được đo theo thể tích, khối lượng hoặc trọng lượng. Ký hiệu và đơn vị
chuẩn tương ứng là: Q(m3/s), G (N/s) và M (kg/s)
Lưu lượng được xác định bằng lưu lượng kế, bằng đồng hồ đếm lượng chất
lỏng chảy qua nó trong một khoảng thời gian, hoặc đo gián tiếp qua lượng chất lỏng
bơm chuyển vào một két nào đó trong một khoảng thời gian rồi chia lượng này cho
khoảng thời gian đã xác định ta tính ra được lưu lượng trung bình. Ngoài ra còn có
lưu lượng tức thời, thể tích riêng tính cho một vòng quay của bơm ...


21

Hình2.4Sơ đồ xác định một số thông số cơ bản của bơm và hệ thống
Trong quá trình xét đến lưu lượng của máy thuỷ lực, ta nên quan tâm đến
định luật liên tục của dòng chảy Xem hình 2-4.Giả sử ta xét đoạn ống hút từ 0-0
đến 1-1, có các thông số tương ứng là vận tốc chất lỏng v 0 (m/s), diện tích tiết diện
A0 (m2) và v1, A1. Khi đó phương trình củađịnh luật liên tục của dòng chảy có dạng:
(2.1)
Trong đó:
-

:
:

:
:

vận tốc chất lỏng ở cửa hút của bơm
vận tốc chất lỏng ở cửa đẩy của bơm
diện tích tiết diện ở cửa hút của bơm
diện tích tiết diện ở cửa đẩy của bơm

4.2.4.2 Cột áp
Khả năng trao đổi năng lượng của bơm với dòng chất lỏng được thể hiện bằng
mức chênh lệch năng lượng đơn vị của dòng chất lỏng ở hai mặt cắt trước và sau
máy thủy lực. Kí hiệu cột áp: H (mét cột nước). Năng lượng đơn vị được xác định
theo biểu thức Becnuli:
(2.2)


22

Trong đó E1 và E2 tương ứng là năng lượng đơn vị của chất lỏng tại các cửa
hút và cửa đẩy của bơm.
Từ đây, ta có công thức xác định cột áp của bơm:
(2.3)
Thay các giá trị vào ta được:
(2.4)
4.2.4.3 Công suất thủy lực của bơm
Công suất thủy lực của bơm là cơ năng mà chất lỏng trao đổi với máy trong
một đơn vị thời gian; kí hiệu là . Lập công thức thứ nguyên công suất của bơm:
Công suất bơm phụ thuộc vào trọng lượng riêng của chất lỏng lưu lượng qua
bơm Q và cột áp của bơm H. Do đó ta có thể viết:

Hay viết dưới dạng thứ nguyên:

Cân bằng số mũ hai vế:
Theo M: 1 = a
Theo L: 2 = -2a + 3b + c
Theo T: - 3 = -2a – b
Từ đó ta suy ra: a = 1, b = 1, c = 1; nghĩa là:

Hằng số C phụ thuộc vào đơn vị ta chọn.
(Tham khảo sách Thủy lực và máy thủy lực – Chương 10 Cơ sở lỹ thuyết thứ
nguyên và tương tự).
(2.5)


23

Trong đó:
-

: công suất thủy lực của máy thủy lực (kW)
: Lưu lượng chất lỏng qua máy thủy lực ()
H: Chiều cao cột áp đẩy của máy thủy lực (m)
: Khối lượng riêng của chất lỏng
Công suất trên trục vào của máy thủy lực lớn hơn công suất thủy lực một
lượng bằng tổng các tổn thất trong máy thủy lực và trong qúa trình truyền động
công suất từ đầu trục vào máy thủy lực đến bánh cánh.
(2.6)
Thông thường ηb= 0.65-0.85
4.2.4.4 Hiệu suất bơm
Hiệu suất bơm đánh giá tổn thất năng lượng trong quá trình máy trao đổi

năng lượng với chất lỏng, kí hiệu là
(2.7)
4.2.4.5 Mo men của bơm
Mômen trên trục bơm được xác định:
(2.8)
Trong đó:

-

: Mômen trên trục bơm (Nm)
: Công suất bơm (W)
: tốc độ quay của bơm (vòng/giây)
4.2.5 Cơ sở tính toán tổn thất năng lượng trongtruyền động thủy lực
Tính toán thủy lực đường ống là một trong những vấn đề cơ bản khi thiết kế
hệ thống tàu thủy. Nó là cơ sở để chọn đường kính trong của ống, vận tốc chuyển
động của chất lỏng, lưu lượng và cột áp của các máy thủy lực. Ta có hai loại tổn
thất:


24

•

Tổn thất dọc đường sinh ra trên toàn bộ bề dài dòng chảy đều hoặc
không đều đổi dần. Là tổn thất xảy ra dọc theo đường di chuyển của
dòng chảy do sự ma sát của chất lỏng với thành rắn tiếp xúc (Xem
hình 2.5)

Hình 2.5Hệ đường ống thẳng
•

Tổn thất cục bộ sinh ra tại những nơi cá biệt, ở đó dòng chảy bị biến
dạng đột ngột. Ví dụ: tổn thất tại nơi ống uốn cong, ống mở rộng, nơi
có đặt khóa nước v.v...

Hình 2.6Hệ đường ống đặc biệt
Để xác định các loại tổn thất này, thì ta có các phương pháp xác định sau:
4.2.5.1 Xác định cột áp tổn thất trong hệ thống ống theo hãng bơm IMO
Tổn thất dọc đường ống có thể xác định được khi biết đường kính trong của
ống, độ nhớt và tốc độ chảy của chất lỏng lưu chuyển trong ống. Với mỗi loại
đường kính ống ta có một đồ thị tra tổn thất thủy lực. Khi biết độ nhớt ta chọn được
một đường cong dốc lên trên đồ thị, rồi áp lưu lượng định mức vào trục tung, từ đó
kẻ một đường ngang cho gặp đường cong có chỉ báo độ nhớt tại một điểm. Từ điểm
đó dóng thẳng xuống trục hoành ta có được chỉ số tổn thất cột áp (Htt) của mỗi
100 mét chiều dài ống, tính theo số mét cột chất lỏng.(Tham khảo hình 2.7)
Nếu ống có đường kính trong ID=50 (mm), chuyển nước có độ nhớt khoảng
1 mm2/s (1cSt), lưu lượng chảy là 400 (l/min). Tổn thất áp suất dọc đường, tra bảng,
sẽ là khoảng 20m cột nước/100m chiều dài ống.


25

Để xác định tổn thất cục bộ tại các van, các đoạn ống cong... được tính theo
Bảng (2.1). Mỗi chi tiết như vậy có tổn thất áp suất tương đương với tổn thất áp suất
của một số mét ống là tích số của một hệ số với đường kính ống tính theo milimet.
Ví dụ: Một van đĩa cầu (globe valve) có tổn thất cục bộ tại van tương đương
(500÷ 1000) x d. Vậy, nếu ta chọn hệ số ở khoảng giữa là (750 x d) thì tổn thất áp
suất tại van tương đương với tổn thất áp suất của (750 x d) = 750 x 50(mm) = 37,5
(mét ống). Tổn thất áp suất tại van tính bằng số mét cột chất lỏng sẽ là: