GIÁO TRÌNH hệ thống tàu thủy (ths nguyễn văn võ)

Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ

Hệ thống tu thủy
Dùng cho ngành đóng tàu

đại học hng hải - năm 2006


Thạc sĩ. Nguyễn Văn Võ

Hệ thống tu thủy
Dùng cho ngành đóng tàu

đại học hng hải - năm 2006


Chơng 1
Khái niệm chung về các hệ thống tu 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 đờng 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 đợc nối ghép phù hợp với chức năng, công
dụng của mỗi hệ thống.

1.1.2. Các yếu tố kết cấu của hệ thống
Nh 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 đờng 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 hớng dòng chất lỏng trong ống đi theo một
phơng 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 phơng tiện điều khiển hệ thống và kiểm tra sự làm việc của nó.
Các bộ phận nh 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 thờng đợc 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 đợc 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 thờng đợc phân loại hoặc là theo công chất chuyển động
trong đờng ống, hoặc theo vai trò, chức năng mà nó đảm nhiệm.

1.2.1. Phân loại theo công chất lu chuyển hệ thống
Theo loại công chất lu chuyển trong ống, các hệ thống đợc chia ra thành hệ
thống ống dẫn: nớc (nớc ngọt, nớc mặn, nớc nóng, nớc lạnh), ống dẫn hơi, ống
khí, ống gas và ống dẫn dầu.

6


u điểm của sự phân loại này là, thuận tiện cho việc tính toán thủy lực đờng ống,
nó phụ thuộc chủ yếu vào loại công chất mà hệ thống vận chuyển và chế độ dòng
chảy.
Nhợc điểm, kiểu phân loại nh trên sẽ không thuận tiện cho việc nghiên cứu hệ
thống, vì đôi khi ở một hệ thống này hay ở hệ thống khác ngời ta sử dụng cả các
đờng ống nớc, hơi, khí, v.v. Ví dụ hệ thống điều hoà không khí bao gồm cả ống
hơi, ống nớc 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 đợc 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.
u điểm của phơng 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 nh 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 thờng của tàu cũng nh 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 nh các đặc trng 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 đợc 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 thớc phải là tối thiểu, không chiếm nhiều diện
tích, thể tích khoang, khối lợng 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 đờng 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 hởng không nhiều đến khả năng làm hàng và phải
loại bỏ đợc những h 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 trờng vùng biển,
vùng bến mà tàu neo đậu do nớc 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, đợc nói ở các chơng sau.



7


Chơng 2
các yếu tố kết cấu của hệ thống
2.1. Đờng ống
2.1.1. Khái niệm về đờng kính danh nghĩa và áp suất danh nghĩa của
đờng ống
Đờng kính danh nghĩa hay còn gọi là đờng kính l lợng qui ớc của đờng
ống là đờng kính bên trong của nó, không phụ thuộc vào hình dạng bên ngoài của

ống.
Ký hiệu: hoặc Dy (cho đờng ống chính), dy (cho đờng ống nhánh).
Đơn vị: mm.
áp suất danh nghĩa của đờng ống là áp suất mà đờng ống chịu đợc trong điều
kiện khai thác lâu dài tại một nhiệt độ nhất định, của một dòng chất lỏng nhất định di
chuyển trong đờng ống.
Ký hiệu: py.
Đơn vị: kG/cm2.

2.1.2. Phân loại đờng ống
Đờng kính ống, chiều dày thành ống và vật liệu chế tạo nó đợc 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 thờng là thép các bon, thép hợp kim, hợp kim đồng, hợp
kim nhôm, nhựa hoặc vải tẩm cao su, v.v.
Đối với đờng ống nớc, ống thép tráng kẽm đợc sử dụng rộng rãi do chúng có
tính chống gỉ cao hơn thép thông thờng. Trên các tàu cánh ngầm, các xuồng hoặc
trên các tàu vỏ hợp kim nhôm, để giảm khối lợng, ngời ta dùng ống hợp kim nhôm.
ống làm bằng vật liệu đồng hoặc hợp kim đồng sử dụng cho các đờng ống dẫn
freon đờng kính tới 20 mm của hệ thống làm lạnh.
Các ống thép lót bên trong bằng polyetylen và ống polyetylen cũng đợc 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
500C và áp suất đến 10 kG/cm2.
Các ống hợp kim đợc sử dụng trong hệ thống không khí nén, có lớp ngoài là lớp
thép, lớp trong đợc 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 lợng kích thớc ống, ngoài tiêu chuẩn quốc gia,
ngời ta còn đa ra các tiêu chuẩn ngành. Điều đó cho phép hạ giá thành khi chế tạo,
sửa chữa hệ thống.

2.1.3. Tính toán đờng ống
Ngoài các tiêu chuẩn qui định kích thớc và yêu cầu kỹ thuật đối với ống, còn có
các tiêu chuẩn xác định lu lợng, 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, ngời ta chọn theo tiêu chuẩn đờng kính
ngoài của nó. Khi lựa chọn kích thớc ống, sao cho đờng kính Dy sai khác với đờng
kính trong ít nhất. Sai khác giữa chúng không quá10%.



8


Chiều dày thành ống xác định từ tính toán sức bền ống, đối với ống kim loại thì
chiều dày đó xác định nh sau:
s=

d H .p
+ c ,mm.
200..[] K + p

(2.1)

ở đây: p - áp suất tính toán, kG/cm2 , nó phụ thuộc vào áp suất làm việc pp trong ống
và nó đợc lấy tơng ứng theo Qui phạm, đối với đờng ống hút bằng 1,25.pp
nhng không nhỏ hơn 2 kG/cm2, còn đối với ống đẩy bằng pp nhng không nhỏ
10 kG/cm2.
dH - đờng kính ngoài của ống, mm.
- hệ số bền của mối hàn điện, bằng 0,9 - đối với các ống thép, chế tạo bằng

phơng 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 đợc lấy theo Qui
phạm.
c - giá trị hiệu chỉnh cho chiều dày tính toán, tính đến sơ suất có hại khi chế
tạo ống, đợc 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 ữ 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 thớc lớn hơn
gần nhất tơng 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:
s min =

p T .d H
,cm.
2. KT + p T

(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 - đờng 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 đợc qui định bởi Qui phạm.

2.2. Các chi tiết nối ống
Khi lắp ráp các đờng 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, ngời ta sử dụng các chi tiết
nối, chúng đợc gọi là các chi tiết nối ống hay thiết bị nối ống.
Mối nối các ống có thể tháo đợc và không tháo đợc. Loại tháo đợc có: nối
bằng mặt bích, nối bằng đai ốc - ống lồng, nối bằng ống lồng cứng, nối bằng ống
lồng mềm. Loại không tháo đợc có: hàn, gắn keo.
Trong hệ thống tàu thủy, chủ yếu ngời ta dùng mối nối tháo đợc. Nó cho phép
tháo dỡ và tháo lắp đờng ống trong thời gian vận hành và khi sửa chữa. Nối không
tháo đợc chỉ dùng ở những phần của đờng ống mà nằm ở những chỗ khó tới hoặc
không yêu cầu tháo dỡ trong những điều kiện bình thờng của hệ thống.



9


2.2.1. Nối bằng mặt bích
Nối bằng mặt bích đợc sử dụng rộng rãi nhất trong hệ thống tàu thủy. Nó đợc
sử dụng cho các ống có đờng kính danh nghĩa Dy 20 mm. Mối nối bằng mặt bích
có nhiều kiểu kết cấu khác nhau. Các kiểu mặt bích cho đờng ống tàu thủy, đợc 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 đợc 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, thờng dùng cho ống có áp suất danh nghĩa tới 16 kG/cm2, đờng 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.
Các mặt bích tự do trên đầu mút ống bằng thép hàn có áp suất danh nghĩa đến 10
kG/cm2 và Dy từ 20 đến 500 mm.
Các mặt bích tự do trên ống gấp mép có áp suất danh nghĩa đến 10 kG/cm2 và Dy
từ 20 đến 150 mm, (khi py = 6, kG/cm2 cho phép Dy tới 350 mm). Các mặt bích tự do
trên ống gấp mép bằng hợp kim nhôm khi py = 6 kG/cm2 và 10 kG/cm2 cho đờng ống
có Dy tơng ứng từ 20 ữ 100 mm và 20 ữ 50 mm. Mặt bích trên ống đồng gấp mép
cho py tới 10 kG/cm2 và Dy từ 20 ữ 150 mm, (khi py = 6 kG/cm2 cho phép Dy tới 350
mm). đối với các ống thép và đồng các bích thờng đợc chế tạo bằng thép, còn đối
với ống bằng hợp kim nhôm các bích thờng chế tạo từ hợp kim nhôm.



10


Các mặt bích cũng có thể gắn chặt với ống nhờ ăn khớp ren. Trong trờng hợp
này bích có ren trong ăn khớp với ren ngoài của ống tại đầu ống. Các bích này dùng
cho các đờng ống gas.
Để nối các ống polietilen, ngời ta dùng các mặt bích tự do làm bằng tectolist
hoặc chất dẻo vinil.
Để đảm bảo độ kín khít của mối nối, giữa bề mặt tiếp xúc của các mặt bích, ngời
ta lắp gioăng. Chất lợng làm kín của các bích phụ thuộc vào sự cạo rà mặt bích, vật
liệu gioăng, tính chính xác khi lắp ráp và độ đều khi xiết. Vật liệu gioăng đợc chọn
dựa theo loại và thông số của công chất chảy trong ống (hình.1.d), còn ngay trên bề
mặt mặt bích kim loại ngời ta tiện các rãnh tròn (2 hoặc 3 rãnh) với chiều sâu không
quá 1 mm.

2.2.2. Nối bằng đai ốc - ống lồng
Mối nối này thờng sử dụng trong đờng ống có đờng kính danh nghĩa nhỏ, (Dy
= 3 ữ 32 mm) khi áp suất danh nghĩa py đến 100 kG/cm2 (hình 2.2).

Hình 2.2. Mối nối bằng đai ốc - ống lồng.
1 -ống; 2 - ống hãm; 3 - ống lồng; 4 - gioăng; 5 - đai ốc

Trong mối nối, độ kín khít đợc đảm bảo nhờ gioăng 3, đợc ép bằng ống lồng 4
choàng giữa đai ốc 1 và ống hãm 2, ống lồng 4 ăn khớp ren với đai ốc.
Mối nối đai ốc - ống lồng với ống nớc ngọt, không khí, hơi, dầu và các sản phẩm
dầu mỏ thờng đợc làm từ thép các-bon.
Đối với nớc biển, mối nối đai ốc - ống lồng đợc chế tạo bằng đồng thanh hoặc
đồng thau.
Gioăng cho mối nối đai ốc - ống lồng đợc làm bằng cao su amiăng. Trớc khi
lắp ngời ta phủ lên một lớp graphit.

2.2.3. Nối bằng ống lồng cứng
Mối nối này thờng sử dụng cho ống dẫn khí gas, nớc ngọt. Nối bằng ống lồng
cho phép đối với các đờng ống có Dy 50 mm với py nhỏ hơn 5 kG/cm2.
ống lồng có nhiều loại: ống lồng thẳng; ống lồng cong; ống lồng 3 chạc và ống
lồng 4 chạc. Vật liệu làm ống lồng thờng là thép hoặc gang dẻo (hình 2.3).
Trong mối nối, ở hai đầu ống ngời ta tiện ren, đầu một ống tiện ren dài hơn trên
nó có đủ chỗ cho ống lồng và đai ốc hãm, còn trên đầu ống kia - chiều dài ren bằng
khoảng một nửa chiều dài ống lồng. Các ống đợc nối bằng cách vặn ống lồng từ đầu
ống có ren dài sang đầu kia của ống đến hết ren.
Để đảm bảo độ kín cần thiết, ngời ta quấn quanh ren của ống sợi gai hoặc lanh
hoặc cao su non và ép ốc hãm.

11


Hình 2.3. Nối ống bằng ống lồng cứng.
a - ống lồng thẳng; b - ống lồng cong
1 - đai ốc hãm; 2 - ống lồng; 3 - ống

2.2.4. Nối bằng ống lồng mềm
Về kết cấu, các mối nối kiểu này gồm có ống lồng đàn hồi đợc làm từ vải tẩm
cao su và các đai kim loại vít hai đầu ống lồng (hình 2.4).
Nhợc điểm của mối nối này là thời hạn sử dụng không lâu (khoảng 2 ữ 3 năm).
Mối nối bằng ống lồng mềm thờng sử dụng ở đoạn nối ống nhánh, nối các
đờng ống với động cơ và máy móc đặt trên các bộ phận giảm chấn.

Hình 2.4. Nối ống bằng ống lồng mềm.
1- ống; 2 - ống lồng mềm; 3 - đai hãm.

2.3. Phụ tùng, thiết bị của hệ thống
Để cho mỗi hệ thống trên tàu có thể hoàn thành nhiệm vụ của mình, trên đờng
ống của nó ta đặt các phụ tùng, thiết bị, nhờ nó thực hiện việc khởi động hệ thống, mở
và đóng các bộ phận riêng biệt của đờng ống, thay đổi chế độ làm việc của hệ thống,
điều chỉnh áp suất công chất chảy trong ống.

2.3.1. Phân loại phụ tùng, thiết bị
Phụ tùng, thiết bị của hệ thống có nhiều cách phân loại nh: phân loại theo tính
năng công dụng của phụ tùng, thiết bị; phân loại theo phơng pháp dẫn động của phụ
tùng, thiết bị, theo phơng pháp chế tạo, v.v.

2.3.1.1. Phân loại theo công dụng, tính năng của thiết bị


12


Trờng hợp này, phụ tùng, thiết bị của hệ thống tàu đợc phân thành các kiểu sau:
Thiết bị chặn - chuyển: các van, van chêm (ngăn kéo), khoá vòi, hộp van, v.v.
Thiết bị an toàn: các van an toàn, lới vào, phin lọc, v.v.
Thiết bị cho môi chất qua chỉ theo 1 chiều: các van một chiều, van chặn một
chiều, van dẫn hớng, v.v.
Thiết bị điều chỉnh: các van tăng, giảm áp, van bớm, tay máy, v.v.
Thiết bị đặc biệt: van thông biển, vòi chữa cháy, van chêm đáy, v.v.


2.3.1.2. Phân loại theo phơng pháp chế tạo
Theo phơng pháp này, có thiết bị đúc, thiết bị hàn và thiết bị rèn.
Thiết bị của hệ thống tàu thờng đợc làm từ gang, thép và hợp kim màu (đồng
thanh các loại, đồng thau).
Đối với thiết bị làm việc trong nớc biển, ngời ta hay dùng đồng thanh nhôm
mangan mác.
Những chi tiết riêng (đĩa, đế) của thiết bị bằng thép, gang đợc chế tạo từ hợp kim
màu.
Các thiết bị bằng chất dẻo đã đợc sử dụng, bởi nó nhẹ hơn thiết bị bằng kim loại
và có thể làm việc trong môi trờng ăn mòn.

2.3.1.3. Phân loại theo phơng pháp dẫn động
Theo phơng pháp này, có thiết bị đợc dẫn động bằng tay, dẫn động bằng cơ
giới hoá, hoặc điều khiển tự động.

2.3.2. Các loại thiết bị, phụ tùng cơ bản của hệ thống
2.3.2.1. Van chặn - chuyển
Nhờ thiết bị này mà ngời ta thực hiện đóng, mở hoặc chuyển các đờng ống
trong các hệ thống (hình 2. 5).
Các van chặn - chuyển có nhiều loại nh: van thẳng, van chêm (ngăn kéo), van ba
ngả và một kiểu đặc biệt của thiết bị chặn - chuyển là van hộp, nó gồm vài van (2 ữ 4
van) nằm trong thân chung v.v. Sau đây ta xét nguyên lý làm việc của van thẳng:
Các van chặn thẳng (hình 2.5, a) thuộc loại thiết bị chặn phổ biến nhất trên tàu.
Việc đóng chúng đợc thực hiện nhờ đĩa 9, đợc ép nhờ cần van 5 vào các bề mặt làm
kín 10 và 11 trong đĩa và vỏ van 1. Khi quay tay van 3 thì cần van, nhờ có ren ở bề
mặt ngoài của nó với ren trong của xy lanh van 4, chuyển động tơng đối với thân
van, nâng hoặc hạ nắp van. Để đảm bảo độ kín, ở chỗ cần van qua nắp 2 của thân van,
ngời ta đặt vòng bít kín nớc gồm có ống lót 6 đợc ép, đệm 7 và vòng tựa 8.
Vị trí của đĩa van trong thân van đợc kiểm soát nhờ cái chỉ báo hành trình
chuyển dịch giữa vạch chuẩn 0 và 3, nó tơng ứng với việc mở và đóng hoàn toàn của
van.
Các van luôn đợc lắp trong các đờng ống sao cho áp suất bên trong của chất
lỏng trong ống tác động vào mặt dới của đĩa. Trờng hợp này độ kín của vòng bít
đợc bảo đảm khi van đóng.

2.3.2.2. Van an toàn
Để đề phòng áp suất trong đờng ống tăng cao hơn áp suất qui ớc, trên các hệ
thống riêng, ngời ta đặt van an toàn làm việc tự động, bình thờng van ở chế độ
thờng đóng. Chỉ khi, vì nguyên nhân nào đó, áp suất trong ống cao hơn áp suất qui
ớc, van mở và cho một lợng chất lỏng nào đó đi từ vùng có áp suất cao đến vùng có



13

áp suất hơn (ví dụ: vào khí quyển). Sau khi một phần chất lỏng từ ống ra và áp suất
trong đó hạ đến áp suất qui ớc thì van đóng lại. Van nh vậy giữ đờng ống không
bị phá hủy khi có sự tăng áp suất ngẫu nhiên cao hơn cho phép. Van an toàn để điều
chỉnh đến áp suất nhất định đợc kẹp chì.
Khả năng cho đi qua của van an toàn phải làm sao cho áp suất trong ống không
thể vợt quá 1, 2 lần áp suất làm việc.

Hình 2.5. Van chặn - chuyển
a - van thẳng; b - van chêm (ngăn kéo); c - van ba ngả.

Để đề phòng các vật lạ (các mẩu sờn, mòn, v.v.) lọt vào máy móc và các thiết bị
trên đờng ống, ở đầu hút các ống ngời ta đặt các lới hút hoặc chắn rác. Trong vài
hệ thống, để làm sạch môi chất công tác, ngời ta dùng phin lọc

2.3.2.3. Van một chiều


14


Trong các đờng ống của các hệ thống mà ở đó cần đảm bảo chuyển động của
chất lỏng chỉ theo một hớng đã cho và đồng thời ngăn ngừa chuyển động của nó
theo hớng ngợc lại, ngời ta lắp các van một chiều, van chặn một chiều, van dẫn
hớng, v.v.

2.3.2.4. Van điều chỉnh (van giảm áp, van bớm tay máy)
Các van điều chỉnh phục vụ việc điều chỉnh hớng dòng chảy hay áp suất làm
việc của môi chất, gồm van giảm áp, van bớm, v.v.

2.4. Dẫn động các thiết bị
Sự điều khiển thiết bị chặn - chuyển, nằm ở những chỗ có thể đến đợc, đợc tiến
hành nhờ tay quay và vô lăng có ở trên thiết bị. Để điều khiển những thiết bị ở những
chỗ không thể đến đợc, ngời ta sử dụng cơ cấu dẫn động. Nó đợc lắp ở chỗ thuận
tiện cho việc vận hành.
Các bộ dẫn động đợc dùng khi vị trí điều khiển thiết bị nằm ở xa nó (điều khiển
từ xa).
Liên quan đến những điều nói trên, cơ cấu dẫn động đợc chia ra là: dẫn động tại
chỗ và điều khiển từ xa. Bộ điều khiển tại chỗ đợc thực hiện bằng tay, còn từ xa bằng tay và cơ khí hoá hoặc điện khí hoá hoặc đờng ống khí nén.
Cơ cấu điều khiển từ xa là: truyền động bằng trục, bằng khí nén thủy lực và điện,
còn tại chỗ - bằng trục.
Bộ truyền phải đáp ứng đợc những yêu cầu cơ bản sau:
Bảo đảm kiểm soát đợc sự đóng và mở của thiết bị.
Loại bỏ khả năng tự động đóng mở của thiết bị không theo ý muốn của ngời
điều khiển.
Trong trờng hợp cần thiết, cho phép sử dụng phơng tiện điều khiển dự phòng.
Các chi tiết của nó phải không phá hỏng tính chống thấm của các mặt lát bọc lót
trên tàu, mà chúng đi qua.

Hình 2.6. Dẫn động trục

2.4.1. Dẫn động trục
Sở dĩ gọi là bộ truyền động trục là do sự truyền động đợc thực hiện nhờ các trục,
cùng với các bản lề và các bánh răng trong tổng thể tạo thành chuỗi điều khiển.



15

Ngời ta dùng các ống có đờng kính ngoài từ 15 ữ 45 mm làm trục. Sơ đồ cơ cấu dẫn
động trục đợc cho trong hình 2.6.

Hình 2.7. Dẫn động van từ xa
a - dẫn động bằng khí nén; b - dẫn động bằng thủy lực.

2.4.2. Dẫn động bằng khí nén
Van với cơ cấu dẫn động khí nén đợc mô tả ở hình 2.7, a. Khi cấp khí nén qua
ống 7 vào khoang trên của xy lanh 8, piston 4 chuyển dịch xuống và nhờ cần 3 nó ép
đĩa 1 của van khi thắng đợc sức căng của lò xo. Để đóng van, ngời ta xả khí ra, khi
đó đĩa, dới tác dụng của lò xo, đợc nâng lên và vòng làm kín 2 đợc đặt lên đế, khi
đó piston trở về vị trí bên trên.



16


Để mở van bằng tay, dùng vô lăng 5, khi nó quay theo chiều kim đồng hồ, trục 6
chuyển dịch xuống và mở van.
Theo nguyên tắc thì các hệ thống dẫn động bằng khí không có nguồn khí nén
riêng mà ngời ta sử dụng nó từ hệ thống không khí nén trên tàu hoặc trực tiếp từ
đờng ống chính hoặc từ bình đã chứa đầy khí.

2.4.3. Dẫn động bằng thủy lực
Trên hình 2.7, b chỉ ra van chêm với cơ cấu dẫn động bằng thủy lực. Xy lanh thuỷ
lực 8 đợc đặt trong thân van 1. Trong xy lanh có piston 5 chuyển dịch, nó nối với đĩa
chêm bằng cần 10. Lối của cần vào thân van chêm và vào xy lanh thuỷ lực đợc làm
kín bằng các vòng bít 2 và 3. Để mở van chêm, dầu đợc đa vào khoang dới của xy
lanh theo đờng 9. Để đóng nó, dầu theo đờng 6 đợc đa vào khoang trên của xy

lanh. Lỗ 4 và 7 để đa khí ra khi hệ thống đợc dầu điền đầy.
Dầu đợc cấp vào xy lanh thuỷ lực theo các ống qua bộ phận phân phối đặc biệt
(ngăn kéo), dầu đến đó từ ống góp nhờ bơm.
Van chêm kiểu hình 2.7, b đợc đặt ở một số tàu dầu chạy biển. điều khiển nó
đợc thực hiện từ vị trí điều khiển công việc làm hàng.

2.4.3. Dẫn động bằng thủy lực
Trên hình 2.7, b chỉ ra van chêm với cơ cấu dẫn động bằng thủy lực. Xy lanh thuỷ
lực 8 đợc đặt trong thân van 1. Trong xy lanh có piston 5 chuyển dịch, nó nối với đĩa
chêm bằng cần 10. Lối của cần vào thân van chêm và vào xy lanh thuỷ lực đợc làm
kín bằng các vòng bít 2 và 3. Để mở van chêm, dầu đợc đa vào khoang dới của xy
lanh theo đờng 9. Để đóng nó, dầu theo đờng 6 đợc đa vào khoang trên của xy
lanh. Lỗ 4 và 7 để đa khí ra khi hệ thống đợc dầu điền đầy.
Dầu đợc cấp vào xy lanh thuỷ lực theo các ống qua bộ phận phân phối đặc biệt
(ngăn kéo), dầu đến đó từ ống góp nhờ bơm.
Van chêm kiểu hình 2.7, b đợc đặt ở một số tàu dầu chạy biển. điều khiển nó
đợc thực hiện từ vị trí điều khiển công việc làm hàng.

2.5. Các máy móc của hệ thống tàu thuỷ
Trong hàng loạt các yếu tố, chi tiết kết cấu tạo thành hệ thống tàu thuỷ, các máy
(các bơm, các quạt gió, các máy nén khí, v.v.) chiếm một vị trí quan trọng. Đặc biệt
là bơm đợc sử dụng rộng rãi, chúng đợc sử dụng trong các hệ thống có chất lỏng
chảy qua. Các quạt gió đợc dùng trong các hệ thống thông gió và điều hoà không
khí, còn các máy nén khí - trong các hệ thống làm lạnh và điều khiển đẩy chất thải ra
ngoài tàu.
Chúng ta sẽ nghiên cứu những đặc điểm cơ bản và cấu tạo chung của các bơm và
các quạt gió.

2.5.1. Phân loại bơm thuỷ lực
Những cơ cấu này, hay chính xác hơn là các máy, chuyển cơ năng của động cơ

dẫn động thành cơ năng của chất lỏng chuyển dịch. Dựa vào nguyên lý hoạt động, các
bơm đợc chia thành ba nhóm: bơm thể tích, bơm kiểu cánh và bơm kiểu phụt.
Bơm thể tích có: bơm piston và rôto (bánh vít, trục vít). Chúng hoạt động theo
nguyên tắc thay thế (chuyển vị).



17


Bơm kiểu cánh gồm: bơm ly tâm, bơm hớng trục và bơm xoáy. Nguyên tắc hoạt
động của các bơm này dựa trên lực tơng tác của cánh bơm với dòng chất lỏng chảy
qua nó.
Bơm kiểu phụt, thuộc nhóm hoàn toàn riêng biệt. đối với nó thì định nghĩa bơm
nh là máy biến cơ năng của động cơ thành năng lợng của chất lỏng không đợc
thích hợp. Nguyên tắc hoạt động của bơm kiểu phụt là, dựa vào việc sử dụng động
năng của dòng công chất, đợc đa đến nó để bơm chuyển chất lỏng.

2.5.2. Các thông số kỹ thuật cơ bản của bơm thuỷ lực
Đặc trng cơ bản của bơm thủy lực hay những thông số kỹ thuật của nó là những
thông số biểu thị khả năng làm việc của bơm bất kỳ. Các thông số chủ yếu là: lu
lợng Q, cột áp H, công suất N, hiệu suất và cột áp hút cho phép của bơm [ HCK].

2.5.2.1. Lu lợng của bơm Q
Lu lợng của bơm là lợng chất lỏng mà bơm vận chuyển đợc trong một đơn vị
thời gian.
Đơn vị tính lu lợng thể tích: m3/g; m3/s hoặc l/phút, v.v.
Đơn vị tính lu lợng khối lợng: kg/s; t/g, v.v.
Đơn vị tính lu lợng trọng lợng: N/s hoặc daN/s, v.v.
Lu lợng bơm đợc xác định nhờ thiết bị đo tức thời lắp trên đầu ống đẩy, ống

Verturi, tấm chắn. Giả sử ta có vận tốc dòng chảy qua ống là v, m/s, diện tích tiết diện
ngang của ống là F, m2, thì lu lợng Q đợc tính theo công thức:
Q =v.F , m3/s
hoặc Q =3600.v.F , m3/g.
(2.3)
Phơng pháp này chỉ xác định đợc lu lợng trung bình của bơm trong một đơn
vị thời gian.

2.5.2.2. Cột áp của bơm H
1. Phơng trình năng lợng của bơm
Để xét và biết đợc cột áp của bơm, ta đi xét năng lợng của chất lỏng trớc,
trong và sau khi ra khỏi bơm, tức là xét phơng trình năng lợng của bơm. Giả sử ta
cần đa chất lỏng từ bể chứa A (bể hút) lên bể chứa B (bể đẩy) theo sơ đồ nh hình
2.8.
Năng lợng của chất lỏng tại cửa vào, cửa ra của bơm là E1 và E2 đợc tính nh
sau:
p 1 v 12
+
+ z1 .
2.g
p 2 v 22
+
+ z2 .
E2 =
2.g

E1 =

(2.4)
(2.5)

trong đó: p1, v1, z1 là áp suất, vận tốc và cao độ của dòng chất lỏng tại cửa vào của
bơm so với mặt thoáng bể hút.
p2, v2, z2 là áp suất, vận tốc và cao độ của dòng chất lỏng tại cửa ra của bơm
so với mặt thoáng bể hút.
Ta đi xét độ chênh năng lợng của chất lỏng tại cửa vào và cửa ra của bơm.
E = E 2 E 1 =

p 2 p 1 v 12 v 22
+
+ (z 2 z1 )

2 .g

(2.6)

Từ phơng trình trên ta có các nhận xét nh sau:
Nếu E = 0, tức chất lỏng trong ống là chất lỏng lý tởng, không có độ nhớt và
không xảy ra tổn thất năng lợng.



18


Nếu hai tiết diện là rất gần nhau thì ít nhất chất lỏng phải cần một phần năng
lợng để thắng áp lực thuỷ tĩnh, tức E > 0, do đó nếu không cấp thêm năng lợng
cho bơm thì E < 0, là do một phần năng lợng bị tiêu tốn để thắng sức cản thủy lực
trong ống. Do đó để chất lỏng chuyển động đợc từ bể hút lên bể đẩy, thì phần năng
lợng do bơm cung cấp phải thắng đợc áp lực thủy tĩnh và tổn thất thủy lực trong

ống. Nếu gọi tổn thất thủy lực trong đờng ống là h thì tổn thất năng lợng viết dới
dạng đầy đủ là (E + h) và phơng trình năng lợng dạng tổng quát là:
E + h =

p 2 p 1 v 22 v 12
+
+ (z 2 z 1 ) ,

2.g

(2.7)

2. Cột áp của bơm
Định nghĩa: cột áp của bơm là phần năng lợng mà bơm cần cung cấp cho một
đơn vị khối lợng chất lỏng để nó chuyển động đợc từ vị trí này đến vị trí khác.
Ký hiệu: H.
Đơn vị: mét cột nớc (m. c. n).
Theo định nghĩa trên, thì cột áp của bơm là độ chênh năng lợng riêng (tính cho
đơn vị) của chất lỏng khi ra khỏi bơm và khi vào bơm. Cột áp, nh giá trị năng lợng
có liên quan đến đơn vị khối lợng, có thứ nguyên tuyến tính (kg.m/kg = m).
Thiết lập công thức tính cột áp H: xét bơm làm việc theo sơ đồ nh hình 2.8,
trong đó: zh- khoảng cách thẳng đứng từ cửa vào của bơm đến mặt thoáng bể hút, gọi
là chiều cao hút.
zđ - khoảng cách thẳng đứng từ mặt thoáng bể đẩy đén cửa ra của bơm, gọi
là chiều cao đẩy.

Hình 2.8. Sơ đồ làm việc của bơm.
Thiết lập công thức tính cột áp H: xét bơm làm việc theo sơ đồ nh hình 2.8,
trong đó: zh- khoảng cách thẳng đứng từ cửa vào của bơm đến mặt thoáng bể hút, gọi
là chiều cao hút.

zđ - khoảng cách thẳng đứng từ mặt thoáng bể đẩy đén cửa ra của bơm, gọi
là chiều cao đẩy.



19


y - độ chênh cao độ giữa cửa ra và cửa vào của bơm.
z = zh + y + zđ - gọi là chiều cao dâng.
v0, v1, v2, v3 và p0, p1, p2, p3 là vận tốc và áp suất của dòng chất lỏng tơng
ứng ở mặt thoáng bể hút, cửa vào, cửa ra của bơm và mặt thoáng bể đẩy.
Để tính cột áp của bơm ta đi khảo sát phơng trình năng lợng của dòng chất lỏng
khi đi vào và đi ra khỏi bơm.
Năng lợng của dòng chất lỏng tại cửa vào của bơm là:
Eh =

p 1 v 12
+
+ zh.
2.g

(2.8)

Năng lợng của dòng chất lỏng tại cửa ra của bơm là:
Ed =

p 2 v 22
+
+ z h + y.

2.g

(2.9)

Theo định nghĩa, ta có cột áp của bơm là:
H = Ed Eh =

p 2 p 1 v 22 v 12
+
+ y ,m.c.n.

2.g

(2.10)

trong đó: p1 = pa - pck; p2 = pa + pck với pa - áp suất khí quyển; pck - áp suất chân
không.
áp suất p1, p2 đợc xác định nhờ đồng hồ chân không kế và áp kế lắp ở cửa vào và
cửa ra của bơm.
Trong công thức trên, nếu đờng kính ống hút bằng đờng kính ống đẩy, tức vận
tốc v1 = v2 (vì cùng lu lợng Q) và khoảng cách y đủ nhỏ để bỏ qua thì cột áp H
đợc xác định nh sau:
H=

p 2 p1
,m.c.n.


(2.11)

Trong trờng hợp không có các số liệu đo cụ thể, ta có thể xác định cột áp H của
bơm dựa vào các số liệu yêu cầu của hệ thống mà bơm làm việc nh: p0, p3, v0, v3, zh,
zđ, y và z. Ta biết rằng, khi bơm làm việc ổn định thì cột áp của bơm phải bằng cột áp
của hệ thống, tức bằng độ chênh năng lợng giữa cửa ra và cửa vào của hệ thống.
Gọi E0, E3 là năng lợng của dòng chất lỏng tại cửa vào và cửa ra của hệ thống, ta
có:
E0 =

p 0 v 20
+
,
2.g

và

E3 =

p 3 v 32
+
+z,
2.g

(2.12)

Gọi tổn thất cột áp (tổn thất năng lợng) trên các đoạn ống hút và các đoạn ống
đẩy là hh và hđ , thì ta có quan hệ năng lợng giữa cửa vào, cửa ra của bơm với
năng lợng cửa vào, cửa ra của hệ thống là, Eh = E0 - hh và Eđ = E3 - hđ.
Do đó, cột áp của bơm là: H = Eđ - Eh = E3 - E0 + hh + hđ hay:
H = (z +

p3 p0
v 2 v 20
+ h h + h d ), m.c.n.
)+( 3

2.g

(2.13)

Đây là công thức tổng quát tính cột áp tính cột áp của bơm thông qua các yêu cầu
của hệ thống. Từ công thức trên, ta có nhận xét sau:
Cột áp yêu cầu của bơm phải khắc phục đợc chiều cao dâng, ngoài ra còn phải
khắc phục đợc độ chênh áp trên mặt thoáng bể hút, bể đẩy và khắc phục đợc tổn
thất năng lợng trên các đoạn ống hút, ống đẩy.
Nếu gọi Ht là thành phần cột áp tiêu phí để khắc phục độ chênh áp tĩnh giữa cửa
vào, cửa ra của hệ thống và đa chất lỏng từ bể hút lên bể đẩy, thì nó đặc trng cho
thế năng của dòng chất lỏng tại bể đẩy, gọi là cột áp tĩnh.



20


Nếu gọi Hđ là thành phần cột áp tiêu phí để khắc phục sự chênh tốc giữa cửa vào,
cửa ra của hệ thống và để thắng đợc sức cản thủy lực trong đờng ống, thì nó đặc
trng cho động năng của dòng chất lỏng, gọi là cột áp động.
p3 p0
v 32 v 20
+ h h + h d , m.c.n.
) , m.c.n. và H d =

Khi đó, ta có: H t = (z +
2.g


2.5.3. Công suất và hiệu suất của bơm
Công suất yêu cầu của bơm là năng lợng mà bơm nhận đợc từ động cơ trong
một đơn vị thời gian, còn gọi là công suất trên trục của bơm. Ký hiệu: N.
Công suất thủy lực hay công suất có ích của bơm là phần năng lợng mà chất
lỏng nhận đợc từ bơm trong một đơn vị thời gian. Ký hiệu: Ntl.
Khi bơm làm việc, một phần năng lợng tiêu tốn trong bơm ở dạng tổn thất, nh
ma sát giữa trục bơm với thân bơm,Nếu trừ từ công suất tiêu thụ N đi tất cả các tổn
thất N trong bơm, thì ta có quan hệ giữa công suất có ích và công suất yêu cầu là:
Ntl = N - N.
Công suất có ích Ntl của bơm chính là gia số năng lợng của chất lỏng trong bơm
trong một đơn vị thời gian.
Ntl = G.H = .Q.H , kg.m/s =

.Q.H
.Q.H
, cv =
, kw.
75
102

(2.14)

trong đó: G - là lu lợng khối lợng của bơm, kg/s.
Q - là lu lợng thể tích của bơm, m3/s.
H - là cột áp của bơm, m.c.n.
- khối lợng riêng của chất lỏng, kg/m3.

Hiệu suất của bơm là tỷ số giữa công suất có ích và công suất yêu cầu của bơm.
Ký hiệu: .
Hiệu suất của bơm đặc trng cho tổn thất năng lợng trong bơm, ta có:
=

N tl
.100 %.
N

(2.15)

Từ đó, công suất cần thiết của bơm:
N=

N tl .Q.H
.Q.H
=
, cv =
, kw.

75.
102.

(2.16)

2.5.4. Cột áp hút cho phép của bơm (hay vị trí đặt bơm tối đa)
2.5.4.1. Cột áp hút
Bất kỳ một loại bơm khi làm việc cũng có hai quá trình, quá trình hút và quá trình
đẩy. Khả năng làm việc của bơm không chỉ phụ thuộc vào quá trình đẩy mà còn phụ
thuộc vào quá trình hút của nó.

Trong quá trình hút chất lỏng, bánh công tác của bơm phải tạo nên độ chênh áp
giữa cửa vào của bơm và áp suất mặt thoáng bể hút. độ chênh áp này đợc gọi là cột
áp hút của bơm, nhờ cột áp này mà chất lỏng mới chảy đợc từ bể hút vào bơm.
Do đó, cột áp hút của bơm là: H h =

p 0 p1
, m.c.n.


(2.17)

Mặt khác, phơng trình Béc-nu-li viết cho dòng chất lỏng chảy từ bể hút đến cửa
vào của bơm là:
p 0 v 20 p 1 v 12
+
=
+
+ z h + h h .
2.g
2.g



(2.18)

21


Từ đó ta có:
p 0 p 1 v 12 v 20

Hh =
=
+ z h + h h , m. c.n.

2.g

(2.19)

Vì v0 rất nhỏ, nên có thể bỏ qua, do đó:
Hh =

v 12
+ z h + h h , m.c.n.
2.g

(2.20)

Từ công thức trên ta thấy, cột áp hút của bơm phải đủ để khắc phục đợc chiều
cao hút, khắc phục đợc tổn thất thủy lực trong đoạn ống hút và tạo nên động năng
cần thiết để dòng chất lỏng chảy từ bể hút đến bơm.
Cột áp hút của bơm phụ thuộc vào trị số áp suất trên mặt thoáng của bể hút, mà áp
suất này thờng có giá trị nhất định. Nếu p0 = pa (áp suất khí quyển), thì khả năng hút
tối đa của bơm ứng với p1 = 0 là: Hh = Hck = 9,81 m.c.n. Do đó điều kiện làm việc
đợc của bơm là:
Hh =

v 12
+ z h + h h Hck, m.c.n.
2.g

(2.21)

Thực tế cột áp hút của bơm không bao giờ đạt đợc 9,81 m.c.n, bởi vì khi áp suất
p1 tại cửa vào của bơm nhỏ tới một giá trị nào đó, bằng áp suất pd của hơi bão hòa của
chất lỏng, thì hiện tợng xâm thực trong bơm xảy ra. Để tránh hiện tợng này, ngời
ta qui định cột áp chân không cho phép [ H ]ck ứng với từng loại bơm và đợc ghi vào
hồ sơ kỹ thuật của bơm. Khi đó điều kiện đầy đủ để bơm làm việc đợc là:
Hh =

v 12
+ z h + h h [H]ck, m.c.n.
2.g

(2.22)

2.5.4.2. Chiều cao hút cho phép của bơm (hay vị trí đặt bơm tối đa)
Từ phơng trình trên, ta thấy chiều cao hút của bơm thoả mãn:
z h [H] ck (

v 12
+ h h ) , m.
2.g

(2.23)

Do đó, chiều cao hút cho phép của bơm là:
[z] h = [H] ck (

v 12
+ h h ), m.

2.g

(2.24)

Công thức trên dùng để xác định chiều cao hút cho phép khi biết cột áp chân
không cho phép của bơm [H]ck.
Trong trờng hợp không có [H]ck trong hồ sơ kỹ thuật của bơm, ta cũng có thể
xác định đợc chiều cao hút cho phép của bơm theo điều kiện không xảy ra xâm thực.
Nh đã biết, áp suất tại cửa vào của bơm phải lớn hơn áp suất của hơi bão hòa của
chất lỏng (p1 > pd), ứng với một nhiệt độ làm việc nhất định nào đó thì mới tránh đợc
hiện tợng xâm thực trong bơm. Từ đó ta có phơng trình:
p 1 v 12 p d
+

+ h ,
2.g


(2.25)

Mặt khác, từ phơng trình liên tục Béc-nu-li viết cho dòng chất lỏng chảy từ mặt
thoáng bể hút đến cửa vào của bơm là:
p
p 1 v 12
+
+ z h + h h = a ,
2.g


(2.26)

Thế hai phơng trình vào nhau ta có: z h

pa
p
( d + h h + h ) , m.



Do đó, chiều cao hút cho phép của bơm là:



22


[ z] h =

pa
p
( d + h h + h ) ,m.



(2.27)

ở công thức trên, h - cột áp dự trữ chông xâm thực đợc xác định theo công thức
kinh nghiệm của Rút-đơ-nhép, nh sau:
4

h 10.(

n. Q 3
) , m.c.n.
C

(2.28)

trong đó: n - vận tốc quay của bánh công tác của bơm, vg/ph.
Q - lu lợng thể tích của bơm, m3/s.
C - hệ số phụ thuộc vào kiểu kết cấu của bơm, C = 800 ữ 1000.

2.5.5. Các kiểu kết cấu của bơm
Có nhiều loại và kết cấu của bơm. ở đây chúng ta chỉ xét ngắn gọn các bơm
thờng đợc sử dụng trong hệ thống tàu thủy.
Bơm piston. Trớc kia, trong các hệ thống tàu thủy, bơm piston đợc sử dụng
rộng rãi, do các bơm piston có khả năng tự hút tốt, nhng có kích thớc và khối lợng
lớn do tính chất chạy chậm quyết định bởi sự chuyển động không đều của piston.
Ngoài ra, kết cấu của chúng phức tạp hơn các bơm cánh dẫn nhiều.
Trong các hệ thống hiện đại, rất hiếm khi gặp bơm piston. Chúng đợc sử dụng
chủ yếu trong các hệ thông lọc của tàu dầu để giải phóng các két khỏi các cặn của
hàng.
Để hút khô các hầm nhỏ, ngời ta dùng các bơm piston tay.
Bơm ly tâm. Hiện nay trong các hệ thống tàu thủy, ngời ta hay dùng các bơm ly
tâm nhất. Khi bánh công tác quay, nó tác dụng lực lên dòng chất lỏng và truyền cơ
năng cho chất lỏng. Sự tăng áp suất chất lỏng trong bánh đợc tạo ra chủ yếu là nhờ
tác dụng của lực ly tâm.
ở bơm ly tâm, cửa vào của chất lỏng vào bánh công tác theo hớng trục, còn cửa
ra - theo hớng kính.
Các bơm ly tâm có loại thẳng đứng, có loại nằm ngang. Bơm đặt đúng dành đợc

nhiều sự u tiên hơn vì nó chiếm ít diện tích.
Nhợc điểm cơ bản của bơm ly tâm là không có khả năng tự hút, hay còn gọi là
hút khan hoặc hiện tợng e, khi trong đờng ống có không khí. Cho nên trớc khi
khởi động bơm ly tâm, bơm và đờng ống phải đợc điền đầy chất lỏng. Với mục
đích này bơm đợc cung cấp một thiết bị tự hút đặc biệt - bơm chân không, dùng để
đẩy không khí khỏi đờng ống hút, nhờ nó mà bơm và đờng ống đợc điền đầy chất
lỏng. Nếu bơm nằm thấp hơn mực chất lỏng trong bể chứa, thì không cần trang bị
thiết bị tự hút cho bơm.
Bơm chân không, là các bơm hút khô, làm việc trong các hệ thống hút khô.
Khi chọn bơm ly tâm cho hệ thống tàu thủy, cần phải biết các đặc tính của nó, là
các quan hệ theo đồ thị cột áp H, công suất N và hiệu suất đối với lu lọng Q khi
vận tốc quay của bơm cố định n, vg/ph (hình 2.9). Chúng đợc xây dựng nhờ thử bơm
trên bệ thử và đa vào các Catalogue. Nếu kết hợp đặc tính của đờng ống với đặc
tính H = f(Q) của bơm (hình 2.10), thì có thể xác định đợc chế độ làm việc của bơm.
điểm A, giao điểm của đờng đặc tính bơm và ống, đợc gọi là điểm làm việc của
bơm. Nó chỉ ra rằng, bơm làm việc với đờng ống đã cho, sẽ đảm bảo lu lợng Q1 và
cột áp H1. Nếu thay đổi đặc trng của ống gây ra sự dịch chuyển của điểm A theo
đờng đặc tính của bơm, và dĩ nhiên, gây ra thay đổi chế độ làm việc của bơm.



23


Hình 2.9. Đặc tính của bơm ly tâm.

Hình 2.10. Xác định cột áp làm việc
của bơm

Khi xây dựng đặc tính ống, ngời ta sử dụng mối quan hệ:

H TP = h CT + K.Q 2TP , m.c.n.
(2.28)
trong đó:
hCT - chiều cao cấp tĩnh, bằng tổng chiều cao hình học và chiều cao áp suất,
chiều cao áp suất có nghĩa là chiều cao ứng với áp suất d (hộp khí nén,
đờng ống cứu hỏa, v.v.).
K - đại lợng không đổi, xác định đối với mỗi đờng ống, nó bao gồm các
trị số tính toán không đổi của các công thức xác định tổn thất thủy lực.
QTP - lu lợng chất lỏng qua ống.
Tởng tợng bây giờ, trong ống chất lỏng đợc cấp không phải bằng 1 bơm mà là
2, chúng đợc nối với ống song song. Khi nối song song thì sẽ bảo đảm cấp nhiều
chất lỏng hơn vào đờng ống. Chúng ta giả sử rằng, các bơm là nh nhau và đặc tính
H = f(Q) của mỗi bơm đợc mô tả bằng đờng cong 1 (hình 2. 11, a).

Hình 2.11. Sự phối hợp làm việc của các bơm ly tâm.
a - khi làm việc song song; b - khi làm việc nối tiếp.

Đặc tính tổng 2 của hai bơm song song nhận đợc bằng cách cộng lu lợng của
chúng lại khi các cột áp nh nhau (hình 2.11, a). Đem đặc trng ống 3 so với các đặc
tính này ta sẽ nhận đợc các điểm làm việc A1 và A2 xác định đợc lợng chất lỏng
mà bơm vận chuyển trong đềng ống bằng một và hai bơm làm việc song song.



24


Trong thực tế còn gặp các bơm làm việc nối tiếp. Khi mắc nối tiếp, cột áp của
bơm nâng cao (hình 2.11, b). Trên hình vẽ, đờng cong 1 là đờng đặc tính của một
bơm, còn đờng cong 2 là đặc tính của bơm khác.

Đặc tính tổng cộng 3 của hai bơm làm việc nối tiếp nhận đợc bằng cách cộng
cột áp của chúng khi cùng lu lợng.
Giao của đặc tính 3 của các bơm với đặc trng của đờng ống 4 ở điểm A, xác
định chế độ làm việc của hai bơm ly tâm mắc nối tiếp.
Bơm xoáy lốc. Khi lu lợng nhỏ và cột áp lớn, ngời ta dùng bơm xoáy lốc.Hoạt
động của chúng, cũng nh của bơm ly tâm, dựa trên cơ sở truyền năng lợng từ cánh
bơm cho dòng chất lỏng.
Hiệu suất của bơm xoáy lốc thấp hơn bơm ly tâm và không vợt quá 40 ữ 50%.
Điều này hạn chế phạm vi sử dụng chúng.
Bơm xoáy lốc đợc sử dụng ở các hệ thống cấp nớc.
Ngời ta dùng động cơ điện làm động cơ dẫn động cho các bơm của các hệ thống
tàu thủy.
Bơm phụt (phun). Bơm phun có loại thuỷ lực và hơi. ở bơm phun hơi, công chất
là hơi. Trong các hệ thống của tàu hơi nớc, ngời ta dùng hầu nh rất ít bơm phun
thủy lực.
Quạt gió. Quạt truyền cho không khí năng lợng cần thiết để nó chuyển dịch
trong đờng ống. Các thông số cơ bản của quạt bao gồm: lu lợng Q, cột áp H, công
suất tiêu thụ N và hiệu suất .
Khác với bơm, cột áp trong các quạt đo bằng mm cột nớc (mm.c.n). Cột nớc cao
1 mm tạo ra áp lực bằng 1 kg/m2.
Lu lợng và cột áp quạt thờng đợc ngời ta đa ra xuất phát từ giả thiết rằng,
không khí đợc nạp vào là tiêu chuẩn, tức là không khí, ở nhiệt độ 200C, trọng lợng
riêng =1.2 kg/m3, độ ẩm tơng đối 50% và áp suất 760 mm.Hg. điều này cho phép
so sánh các quạt với nhau, xác định các khả năng sử dụng chúng để làm việc ở các
thông số khác nhau của không khí, đánh giá các giá trị của cột áp và lu lợng.
Công suất tiêu thụ của bơm đợc xác định bằng công thức:
N=

Q.H
Q.H

=
, cv
3600.75. 270000.

hoặc N =

Q.H
, kw.
367200.

(2.29)

trong đó: Q - tính bằng, m3/g; H - tính bằng, mm.c.n.
Các quạt có quạt hớng trục và quạt ly tâm. Trong các hệ thống tàu thủy, các quạt
ly tâm đợc sử dụng rộng rãi nhất.

2.6. Các dụng cụ đo - kiểm tra và thiết bị
Để kiểm tra trạng thái của môi chất chảy trong đờng ống củ các hệ thống tàu,
ngời ta dùng ma-nô-mét, chân không kế và nhiệt kế. Ma-nô-mét dùng đo áp suất của
môi chất cao hơn áp suất khí quyển, còn chân không kế - dùng đo áp suất môi chất
thấp hơn khí quyển. Nhiệt kế thủy ngân phục vụ việc đo nhiệt độ môi chất. Trên các
thang chia của ma-nô-mét và nhiệt kế có vạch đỏ để chỉ các thông số làm việc lớn
hơn cho phép.
Lợng chất lỏng trong két, bình (xi-téc), hiện nay đợc đo chủ yếu bằng các ống
đo (còn gọi là thớc đo) và cái đo mức chất lỏng ở dạng các cột chỉ báo với thiết bị
phao. Ngoài ra còn sử dụng thiết bị chỉ báo mức chất lỏng từ xa.



25

Hình 2.12. ống đo mức nớc
a - ống bao; b - ống rọi hàn với bệ

2.6.1. Thớc đo mức nớc
ống đo 4 (hình 2.12, a), nhờ ống nối 3, liên kết đợc với ống 2 của boong, ống 2
này đợc trang bị nắp 1.
Đầu dới của ống lắp chặt trên thanh giằng 5. Để đo mức chất lỏng, ngời ta hạ
vào ống thớc đo 7. Để loại bỏ sự va đập, dới cửa dới của ống, ngời ta hàn nổi tấm
6.
Thớc đo đợc làm ở dạng thanh răng kim loại hoặc kẻ vạch ở dạng thớc kẻ gồm
nhiều đoạn. Chúng có thể đợc chia độ theo đơn vị dài, thể tích hoặc khối lợng chất
lỏng. Thanh đo đợc nối chặt với nắp của ống đo hoặc để gần ống đo.
Các thớc đo đã có số hiệu chuẩn cho dung tích đã cho, gọi là biểu kế (hình 2.12,
b). Các ống đo dẫn ra từ chỗ sâu nhất của két theo đờng thẳng. Đôi khi, bắt buộc nó
phải cong, nhng không cản trở sự di chuyển của thớc đo.

2.6.2. ống khí
Thờng ống đo đợc gộp với ống không khí, các ống bảo đảm lối ra cho không khí
của xi-téc khi đầy và dẫn không khí khí quyển vào khi thải chất lỏng ra. ống đo nối
với ống không khí, ống này có cửa với lỗ thủng để hạ thớc đo vào xi-téc. ở phần trên
của ống (dới lớp bọc lót của két), ngời ta làm các rãnh xẻ dọc nối ra của không khí.
ống không khí, đợc đặt cách biệt với lớp lát (trên boong) của két.



26

Để loại trừ khả năng các chất bẩn và nớc rơi vào xi-téc, đầu bên ngoài của ống
đợc uốn cong 1800 (dạng cổ ngỗng). Đôi khi, ngời ta còn trang bị nắp chụp bảo vệ.
ống khí đợc dẫn ra từ điểm cao nhất của két. Tổng diện tích của mặt cắt của nó
phải không nhỏ hơn diện tích mặt cắt của các ống chất lỏng. Trong mọi trờng hợp,
đờng kính trong của ống không khí không nhỏ hơn 40 mm, còn ống đo - không nhỏ
hơn 25 mm.

2.6.3. Cột chỉ báo mức nớc
Các cột chỉ báo làm việc theo nguyên tắc của các bình thông nhau. Cấu tạo của
cột đơn giản nhất đo mực nớc đợc đa ra trên hình 2.13, a.
ống xy lanh trụ thủy tinh 2 đờng kính 15 ì 3,5 mm có đầu dới đợc lắp ghép và
làm kín trng vỏ đồng thanh 1, còn đầu trên đợc nối kín với ống nối kim loại 4. ống
đợc báo vệ bị phá huỷ nhờ vỏ 6. Các đầu của cột đợc vặn thêm vào vật hàn 5 nằm
trên thành két. Lợng nớc nằm ở trong két đợc xác định theo thang chia 3. Tách
riêng cột và két đợc thực hiện nhờ có tay quay 8 nằm trong đó.

Hình 2.18. Cột chỉ báo mức nớc.
a - cột chỉ báo hình trụ; b - cột chỉ báo bằng phao.

2.6.3.1 Chỉ báo mức nớc bằng phao
Trên hình 2.13, b. biểu diễn sơ đồ chỉ báo mực chất lỏng bằng phao. Khi chiều cao
mức chất lỏng trong xi-téc thay đổi, thì vị trí phao 4 và đối trọng 3 đợc nối bằng dây
cáp mềm, sẽ thay đổi. để giảm ma sát, cáp chuyển dịch theo con lăn 1. Bên ngoài của
vỏ xi-téc có thang chia độ với điểm không ở bên trên và điểm cực đại ở dới. Khi
thay đổi mực chất lỏng thì phao và đối trọng, nối với nó bằng cáp, sẽ chuyển dịch, đối
trọng chỉ trên thang chia mức chất lỏng có trong xi-téc.

2.6.3.2 Thiết bị chỉ báo chất lỏng từ xa

27


Các bộ chỉ báo chất lỏng từ xa có nhiều kiểu khác nhau. Nh dụng cụ YYMEK 60 (Thiết bị chỉ báo mức chất lỏng bằng điện của tàu), dùng để đo mức nớc, nhiên
liệu lỏng và dầu, trong các xi-téc và khoang, két của tàu.
Cảm biến nằm ngoài xi-téc trong ống đặc biệt với mặt bích ở mức đợc chấp nhận
qui ớc là không đối với xi-téc đã cho. Thiết bị ở bên trong xi-téc trong ống đợc
thừa nhận.
Ngoài dụng cụ và thiết bị kiểu đo-kiểm tra, trong các hệ thống tàu thủy còn sử
dụng các dụng cụ đặc biệt, ví dụ nh: thiết bị phân tích khí thải, ẩm kế và v.v.



28