Chương 1 TONG QUAN VE BOM VA HE THONG THUY LỰC SU DUNG TREN TAU THUY 1. Khái quát chung 1. Tổng quan về tình hình nghiên cứu bơm và hệ thông thủy lực trên tàu thủy a. Sơ lược về lịch sử phát triển Lịch sử phát triển các loại máy bơm, máy quạt gió, hệ thống thủy lực gắn liền với sự phát triển của phương tiện sản xuất, của việc tưới nước cho đất đai, cây trồng; của công nghiệp khai thác quặng mỏ, luyện kim, giao thông vân tải V.
Việc phát minh và ứng dụng các định luật về thuỷ lực học, việc phát minh ra máy hơi nước, động cơ diesel, động cơ điện, tua bin hơi, tua bin khí và lò phản ứng hạt nhân v. đã xúc tiến việc sáng chế những máy phụ (máy bơm, quạt gió, máy nén, hệ thống thủy lực. Nền kinh tế của các nước trên thế giới hiện nay đang sử dụng hàng triệu máy bơm, máy quạt, máy nén khí các loại v. để phục vụ cho sự phát triển của các ngành kinh tế khác nhau.
Những chiếc máy phụ đầu tiên phục vụ cho hệ thống năng lượng tàu thủy chỉ mới xuất hiện cách đây 160 năm, tuy nhiên sau đó chỉ một thời gian ngắn đã phát triển mạnh mẽ. Những công trình của các nhà khoa học nỗi tiếng như: M. có ý nghĩa quan trọng đổi với xác lập lí thuyết hiện đại cho máy phụ (đó là các công trình nghiên cứu vẻ cơ học chất lỏng). Người đầu tiên phát minh ra bơm li tâm là kĩ sư người Nga A.
Máy quạt hướng trục được kĩ sư Cheplov phát minh năm 1854. Năm 1896, kĩ sư cơ khí — giáo su Bricss lan đầu tiên đẻ xuất một phương án khoa học để tính toán thiết kế bơm li tâm theo lí thuyết đòng tia của Ơle. Hiện nay các tàu thủy của chúng ta được trang bị nhiều máy phụ hoàn thiện đạt tiêu chuẩn kĩ thuật quốc tế của nhiều quốc gia trên thế giới với các yêu cầu kĩ thuật khác nhau, yêu cầu khai thác bảo dưỡng, bảo quản khác nhau đòi hỏi chúng ta phải tìm tòi nghiên cứu, hiểu biết để khai thác, sửa chữa tốt. Nền khoa học kĩ thuật thế giới đang không ngừng phát triển.
Việc ứng dụng khoa học kĩ thuật tiên tiến vào lĩnh vực sản xuất, trang bị kĩ thuật hiện đại cho con tàu cũng không ngừng phát triển, do đó việc khai thác, bảo quản, bảo dưỡng và sửa chữa cũng đòi hỏi một trình độ chuyên môn vững vàng và ngày càng nâng cao. Đó chính là hệ quả của qui luật phát triển của khoa học kĩ thuật trong thời đại hiện nay. Tình hình nghiên cứu về bơm và hệ thống thủy lực trên tàu thủy hiện nay: * Ngoài nước Công nghệ thông tin đã được ứng dụng rộng rãi trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội. Trong lĩnh vực Giáo dục-đào tạo, công nghệ mô phỏng đã phát triển mạnh mẽ và mang lại những hiệu qua to lớn, trong đó, xây dựng các phòng thực hành ảo đang là hướng phát triển mạnh mẽ nhất trong các trường đại học và đào tạo nghề.
Tuy nhiên, xây dựng phòng thực hành ảo về bơm và hệ thong thuy lực thường sử đụng trên tàu thuỷ là những nội dung cụ thẻ, tác giả chỉ tìm thấy một số loại bơm được mô phỏng đơn lẻ trong các trang web www. * Trong nước: Hiện nay, ở nước ta đã có nhiều đề tài nghiên cứu vẻ vấn đề mô phỏng và đã áp dụng có hiệu quả ở các trường như: Mô phỏng ca bin tập lái xe ở các trường đào tạo lái xe; Mô phỏng ca bm tập lái tàu thuỷ ở trường đại học Hàng hải, Học viện Hải quân. Mô phỏng tập lái máy bay trong đào tạo phi công.và nhiều để tài về mô phỏng áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Tuy nhiên, mô phỏng thực hành ảo cho bơm và hệ thống thủy lực chưa có đề tài nào được nghiên cứu.
Những khái niệm cơ bản, phân loại bơm và các hệ thông thủy lực trên tàu thủy. Những khái niệm cơ bản Hệ thống năng lượng của một tàu thủy hiện đại là một tập hợp rất lớn các trang thiết bị máy móc, bao gồm: các động cơ chính; các hệ thống, máy móc bỗ trợ phục vụ cho hoạt động của hệ động lực; các máy móc, trang thiết bị đảm bảo sức sống; đường ống và trang bị nhiều kiểu loại máy móc khác nhau. Để đảm bảo cho sự hoạt động của con tàu, đảm bảo sức sống con tàu và để tạo điều kiện sinh hoạt bình thường cho các thành viên trên tàu, yêu câu phải vận chuyển và cung cấp cho nhiều nguồn tiêu thụ chất lỏng và chất khí khác nhau (nước ngọt, nước biến, dầu cháy, dầu nhờn, khí nén, các chất sinh hoạt. Những máy móc và cấu kiện dùng để vận chuyển và gia công cần thiết (như sấy nóng, làm nguội, nén, lọc.) các chất lỏng và chất khí được gọi là máy phụ.
Mỗi một máy phụ là một phần của một hệ thống hoàn toàn xác định. Hệ thống toàn tàu: là tập hợp gồm các máy phụ, các đường ống , két chứa, các thiết bị bổ trợ khác nhằm thực hiện những chức năng xác định. Trong một hệ thống thường có bơm, các loại loại van, hệ thống đường ống và nhiều thiết bị khác. Bơm: là một máy thuỷ lực có chức năng truyền năng lượng của động cơ lai cho chất lỏng chảy qua nó.
Hệ thông thuỷ lực: là một tập hợp các bơm, đường ống, các thiết bị đo, các thiết bị phụ tùng khác lắp theo một sơ đồ nhất định nhằm thực hiện việc chuyển dịch chất lỏng để làm một nhiệm vụ cụ thể nào đó. Trên những tàu thủy hiện đại, máy phụ và hệ thống chiếm đến 15+30% trọng lượng và kích thước của hệ thống năng lượng toản tàu. Phân loại bơm Bơm có thể phân loại theo các cách sau: - Theo nguyên tắc hoạt động: + Bơm thể tích; + Bơm cánh dẫn; + Bơm phun tia. - Theo chức năng và dạng cua chất lỏng: + Bơm nước cứu hoả; + Bơm hút khô; + Bơm nhiên liệu; + Bơm dầu nhờn v.
Bơm thể tích bao gồm: Bơm piston, bánh răng, trục vít, cánh gạt v. trong đó việc gia tăng năng lượng cho chất lỏng được thực hiện nhờ sự ép chất lỏng của các bộ phận công tác (như piston, các răng, phiến gạt, cánh gạt. Việc tăng áp suất cửa đây và giảm áp suất cửa hút để duy trì cột áp của bơm và tạo dòng liên tục của chất lỏng qua bơm là nhờ sự thay đổi thể tích công tác (tăng thể tích ở cửa vào và giảm thể tích ở cửa ra). Bơm cánh dẫn có các loại bơm li tâm, hướng trục, xoáy lốc.
Trong các loại bơm này việc truyền năng lượng của động cơ lai cho chất lỏng xảy ra khi chất lỏng chảy tràn qua bánh cánh công tác và chịu tác dụng lực của các cánh quay tròn. Trong bơm xoáy lốc được ứng dụng kết hợp cả hai nguyên lí thể tích và cánh dẫn đề tăng khả năng cột áp của bơm. Trong bơm phun tia việc chuyển vận chất lỏng bơm và sự luân chuyển năng lượng của nó diễn ra nhờ động năng của dòng chất lỏng hoặc chất khi. Phân loại hệ thống thủy lực Căn cứ vào mục đích sử dụng người ta phân ra các loại hệ thống thuý lực như sau: - Hệ thống cấp nước sinh hoạt; - Hệ thống thoát nước; - Hệ thống nước cứu hoả; - Hệ thống truyền động thuỷ lực v.
` Trên tàu thuỷ có các loại hệ thống thuỷ lực như: - Các hệ thống đảm bảo hoạt động của con tàu và đấu tranh sức sống tàu như: hệ thống cứu hoả; hệ thống hút khô; hệ thống nước vệ sinh; hệ thống chuyền dầu, nước cân bằng tàu. - Các hệ thống đảm bảo cho hoạt động của hệ động lực tàu như: hệ thống nước làm mát, hệ thống cấp nhiên liệu; hệ thống dầu bôi trơn. ~- Các hệ thống truyền động thuỷ lực như: hệ thống truyền động tời, neo; hệ thống truyền động lái; hệ thống điều khiển động cơ, điều khiển chân vịt biến bước. - Các hệ thống đảm bảo cho sinh hoạt như: hệ thống nước ngọt, hệ thống nước vệ sinh.
Tuỳ theo chức năng mà hệ thống thuỷ lực được thiết lập theo sơ đề tuyến tính, sơ đồ vòng tròn hay sơ đồ hỗn hợp. Nguyên tắc thiết kế có thể là cục bộ, nhóm hay tập trung. Các thành phân cơ bản của hệ thống thủy lực Một hệ thống thuỷ lực bao gồm các phân tử cơ bản sau: bơm và động cơ thuỷ lực; cơ cấu phân phối; cơ cấu điều chỉnh; lọc chất lỏng; cơ cấu làm kín; đường ống và các bộ nối ống: thiết bị đo. Bơm và động cơ thuỷ lực, cơ cấu phân phối, cơ cấu điều chỉnh chúng ta đã khảo sát ở phần trên, ở phần này chúng ta chỉ xét về đường ống.
Đường ống của các hệ thống thuỷ lực nói chung có những kích thước xác định do một tiêu chuẩn nào đó qui định. Các tàu của Liên Xô cũ sử dụng đường ống theo tiêu chuân FOCT còn tàu của ta đóng theo TCVN. Các đường ống được đặc trưng bằng đường kính, bề đày ống và vật liệu chế tạo. Theo tỉ số giữa bề dày thành ống (ð) và đường kính (đ) có thể phân loại đường ống theo ba loại: -_ Ống mỏng: ‘ < 0,0023; -.
§ -_ Ông vừa: ậ = 0,0023 + 0,04; - Ong day: i > 0,04; Cũng có thé phân loại đường ống theo chức năng và theo áp lực như: - _ Ông thoát (chịu áp suất nhỏ dùng đề thoát nước); - Ong cap (chiu ap suất lớn); - Ong ap luc; - Ong cao ap vv. Đường kính trong của đường ống (đ) được xác định theo giá trị vận tốc cho phép của chất lỏng trong đường ống hoặc là chọn theo đường ông nỗi của thiết bị mà đường ống đang xét phải lắp vào. Để cho đường kính của đường ống trùng khớp với đường kính của ống nói hay kích thước của bích nối, dung cụ đo và của các chỉ tiết nối ghép người ta đưa vào khái niệm đường kính qui ước (Dy) là đường kính tiêu chuẩn hoá của phụ tùng. Đường kính thực của ống có thể sai khác 15% so với Dy.
Trong ngành đóng tàu của Liên Xô cũ sử dụng một số đường kính qui ước: 3, 6, 10, 15, 20, 25, 32, 40, 50, 70, 80, 100, 150, 200, 250, 300, 350, 400, 500, 600, 700, 800, 1000 (mm). Bề dày đường ống được chọn theo áp lực chất lỏng có tính đến dự trữ cho mài mòn và ăn mòn hoá học của đường ống. Cần phân biệt ba loại áp suất cho đường ống, đó là áp suất công tác, áp suất qui ước và áp suất thử nghiệm.
