L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL CHƯƠNG I TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 9 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1. Lựa chọn công thức và chương trình tính Phần tính nhiệt của động cơ sử dụng chương trình tính tự động theo phần mềm QB. Tên đầy đủ là: “ Chương trình tính nhiệt độ trung bình của chu trình công tác”, thuộc đề tài nghiên cứu khoa học: “Nghiên cứu mô phỏng chu trình công tác của động cơ Diesel”. Chủ nhiệm đề tài: PGS.TS Lê Viết Lượng. 1.1.1. Các thông số nhập vào chương trình − Nhiệt độ môi chất đầu quá trình nạp P a = 195.000 (Pa); − Nhiệt độ môi trường T 0 = 303 ( 0 K); − Áp suất môi trường P 0 = 130.300 (Pa); − Lượng cấp nhiên liệu b = 575 (kg/h); − Tỉ số nén ε = 12,5 − Nhiệt độ khí sót T r = 800 ( 0 K); − Áp suất khí sót P r = 182.000 (Pa); − Vòng quay của động cơ n = 7500 (v/p); − Đường kính xilanh D = 280 (mm); − Hành trình piston S = 385 (mm). 1.1.2.Các công thức sử dụng trong chương trình − Nhiệt trị thấp của nhiên liệu Q H = 100[339C + 1256H – 109(O - S) – r w (9H - W)] Trong đó: + C,H,O,S,W_ Hàm lượng phần trăm của các chất theo trọng lượng có trong nhiên liệu + r w _ Nhiệt ẩm hoá hơi của nước trong nhiên liệu ứng với áp suất 101,2 (kPa) r w = 2512 (kj/kg); − Tốc độ trung bình của piston 30 Sn C m = (m/s); − Hệ số khí sót γ r = )( . 0 ra r r s PP P T TT − ∆+ ε trong đó: + 0 T∆ _ Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới vào xilanh: CT o )105( 0 ÷=∆ + s T _ Nhiệt độ sấy nóng khí nạp mới vào xilanh: as TT = − Nhiệt độ khí sót VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 10 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL n n K K P p TT 1 0 0 −         = − Nhiệt độ không khí cuối quá trình nạp. T a = r rrk TTT γ γ + +∆+ 1 0 − Diện tích bề mặt xung quanh thể tích công tác khi piston ở ĐCD 12 2 0 − += ε ππ DSD F (m 2 ); − Diện tích xác chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác )sin5,0cos1(5,0 2 0 ϕλϕππ +−−+= DSDSFF vx (m 2 ); trong đó: + ϕ _ Góc quay trục khuỷu (rad); − Thể tích công tác của xilanh SDV s 2 4 1 π = (m 3 ); − Thể tích buồng cháy 1 1 − = ε sc VV (m 3 ); − Thể tích công tác của xilanh ở ĐCD asa VVV += (m 3 ); − Thể tích công tác tính theo góc quay trục khuỷu )sin5,0cos1(25,0 2 ϕλϕπ +−+= DSVV cvx (m 3 ); − Lượng không khí khô lý thuyết để đốt cháy hoàn toàn một kg nhiên liệu L 0 = 21,0 1 32 0 32412 ( −++ SHC ) − Hiệu suất nạp không kể đến hàm lượng ẩm ras sa n TP TP γε ε η −− = 1 1 1 − Hiệu suất nạp có kể đến hàm lượng ẩm d r r nnt ++ + = γ γ ηη 1 1 trong đó: d_ Hàm lượng ẩm, n B G G d = VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 11 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL B G _ Lượng không khí khô nạp vào xilanh trong một chu trình n G _ Lượng không khí ẩm nạp vào xilanh trong một chu trình − Lượng không khí thực tế nạp vào xilanh trong một chu trình (không kể đến hàm lượng ẩm của không khí) sncB VG ρη = (kg); − Hệ số dư lượng không khí không kể đến hàm lượng ẩm 0 Gg G ct B = α trong đó: + ct g _ Lượng nhiên liệu cấp cho động cơ trong một chu trình (kg); + 0 G _ Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu; 00 LG s µ = − Hệ số dư lượng không khí có kể đến hàm lượng ẩm d t 61,11+ = α α − Thời gian cháy trì hoãn tính theo công thức của V.X.Xêmnov ( ) 294,0 635,0 4,8217 kfkfm i TPC = τ trong đó: + kf T _ Nhiệt độ trong xilanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu; + kf P _ Áp suất trong xilanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu; − Hệ số truyền nhiệt từ vách qua ống lót xilanh 4 4 3 12,1 DCTP mkckccm = α trong đó: + kc T _ Nhiệt độ cháy; + kc P _ Áp suất cháy; − Bề mặt trao đổi nhiệt với môi chất công tác       + − += ϕ ε π π S S D D F w 12 2 (m 2 ); − Phần trăm nhiệt lượng toả ra tính theo công thức Vibe                 − −= +1 908,0exp m z x ϕ γϕ − Các thông số đặc trưng cho chu trình công tác + Áp suất chỉ thị trung bình VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 12 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL s i i V L P = (MPa); + Công suất chỉ thị 60 nzPiV N is i = (kW); + Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị iss ns i PTLR P g 0 3600 αµ η = ; (kg/kWh) + Hiệu suất chỉ thị Hsn iss i QP PTLR η αµ η 0 = ; (%) + Áp suất có ích trung bình mic PPP −= ; + Hiệu suất cơ giới i c m P P = η ; + Công suất có ích của động cơ mie NN η .= ; + Suất tiêu hao nhiên liệu có ích m i e g g η = ; + Hiệu suất có ích của động cơ mie ηηη = ; + Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ eeh NgB = (kg/h). 1.1.3. Chương trình tính: phần phụ lục (Trang 61). 1.2. Kết quả tính − Nhiệt độ cực đại của chu trình T zmax = 2135,78 (K); − Áp suất cực đạicủa chu trình P zmax = 12,434 (Mpa); VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 13 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL − Áp suất chỉ thị trung bình i P = 3,013 (MPa); − Công suất chỉ thị i N = 2678,78 (kW); − Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị i g = 0,2189 (kg/kWh); − Hiệu suất chỉ thị i η = 0,393 − Áp suất có ích trung bình c P = 2,8117 (MPa); − Hiệu suất cơ giới m η = 0,933 − Công suất có ích của động cơ e N = 2499,58 (kW); − Suất tiêu hao nhiên liệu có ích e g = 0,2346 (kg/kWh); − Hiệu suất có ích của động cơ e η = 0,3670 − Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ h B = 586,5 (kg/h). CHƯƠNG II THIẾT KẾ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 14 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1. Lựa chọn hệ thống trao đổi khí 2.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí − Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí trong xilanh động cơ: nạp khí vào xilanh và đẩy khí đã làm việc ra khỏi xilanh đảm bảo đủ lượng khí và đúng thời gian qui định. − Các kiểu cơ cấu phân phối khí trong động cơ Diesel hiện nay thường được sử dụng: + Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap + Cơ cấu phân phối khí kiểu van trượt + Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap và van trượt. 3 1 2 4 a b Hình 2.1. Cơ cấu phối khí kiểu xupap (a); kiểu van trượt(b). 1-Block; 2- Xilanh; 3- Píston; 4- Cửa nạp; 5- Cửa xả; 6- Xupap; 7- Gugiông; 8- Nắp xilanh. − Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap: Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap được sử dụng rộng rãi vì cơ cấu này đơn giản, đảm bảo tính an toàn, tin cậy trong quá trình làm việc. Cơ cấu này gồm có: Trục phân phối khí, hệ thống truyền động cho nó, con đội, thanh đẩy, đòn gánh, các xupap nạp, xả và đế xupap. Cơ cấu này sử dụng cho động cơ bốn kỳ. − Cơ cấu phân phối khí kiểu van trượt có ưu điểm như: đảm bảo tiết diện lưu thông, dễ dàng làm mát cơ cấu phối khí, độ ồn nhỏ nhưng kết cấu phức tạp, giá thành cao và chủ yếu sử dụng sử dụng trong động cơ hai kỳ quét vòng. VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 15 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL Hình 2.2. Cơ cấu phối khí kiểu xupapvà van trượt 1- Block; 3- Píston; 5- Cửa xả; 7- Gugiông 2- Xilanh; 4- Cửa nạp; 6- Xupap; 8- Nắp xilanh. − Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap và van trượt: thưòng sử dụng cho động cơ hai kì nạp qua cửa và thải bằng xupap, khi đó piston làm nhiệm vụ van trượt, sử dụng cho động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupap. − Khi tính toán và thiết kế hệ thống cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau đây : + Có cường độ chịu lực tốt. + Đóng mở đúng thời gian quy định. + Độ mở lớn để đảm bảo đủ lượng không khí cấp cho chu trình và tại chỗ thay đổi tiết diện phải có góc lượn lớn để giảm sức cản cho dòng khí và để dòng khí dễ lưu động. + Kết cấu xupap phải đảm bảo thoát nhiệt tốt. + Cần đảm bảo các lực tác dụng lên xupap trùng với đường tâm xupap để tránh làm cong đuôi xupap. + Ít mòn và độ ồn bé. + Dễ chế tao, dễ điều chỉnh, dễ sửa chữa và giá thành rẻ. 2.1.2. Lựa chọn hệ thống trao đổi khí Chọn hệ thống trao đổi khí kiểu xupap treo 1- Phân loại hệ thống trao đổi khí kiểu xupap Với động cơ đốt trong kiểu piston trao đổi khí bằng xupap có hai phương án bố trí xupap là: xupap đặt và xupap treo. VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 16 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL Hình 2.3. Phương án bố trí xupap đặt và xupáp treo − Phương án bố trí xupap đặt chỉ dùng cho động cơ có tỉ số nén thấp Nhược điểm: + Kết cấu buồng cháy không gọn nên nhiệt lượng tổn thất lớn làm giảm hiệu suất + Việc tăng tỉ số nén rất khó khăn nên ít được sử dụng. − Phương án bố trí xupap treo được sử dụng rộng rãi trong động cơ Diesel 4 kì và một số động cơ xăng. Ưu điểm: + Kết cấu buồng cháy nhỏ gọn, do đó tăng được lượng nhiệt dùng cho quá trình cháy. + Tăng tỉ số nén một cách dễ dàng. Nhược điểm: + Các chi tiết chuyển động gây nhiều độ ồn lớn. + Chế tạo phức tạp hơn. + Làm tăng chiều cao của động cơ. Kết luận : Với những ưu, nhược điểm nêu trên, chọn kết cấu phân phối khí kiểu xupap và phương án bố trí xupap là xupap treo. 2- Bố trí xupap trên nắp xilanh a) Loại hai xupap Đây là loại dùng nhiều nhất, trong động cơ bốn kì có một xupap xả và một xupap nạp. VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 17 L U Ậ N V Ă N T Ố T N G H I Ệ P TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL a b c Hình 2.4. Bố trí hai xupap trên nắp xilanh Hình a: Xupap bố trí song song với đường trục, loại này dùng một cam để truyền động. Hình b: Xupap bố trí thẳng góc với đường trục. Đường nạp thải bố trí đối xứng qua nắp xilanh. Dùng một hay hai trục cam để truyền động. Hình c: Xupap bố trí nghiêng một góc với đường trục. Đường nạp thải bố trí đối xứng qua nắp xilanh. Dùng một hay hai trục cam để truyền động. b) Loại ba xupap Mỗi nắp xilanh có ba xupap. a b Hình 2.5. Bố trí ba xupap trên nắp xilanh Hình a: Một xupap nạp có đường kính tương đối lớn, hai xupap thải có đường kính bé hơn. Hình b: Hai xupap nạp, một xupap xả có đường kính lớn hơn. So với bốn loại xupap thì loại này không có ưu điểm gì đặc biệt và cấu tạo cũng không đơn giản nên ít dùng. c) Loại bốn xupap Dùng trong động cơ cao tốc, công suất lớn trong đó có hai xupap nạp và hai xupap xả. VŨ THANH NGÂN Trang: LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU 18 [...]... điều kiện áp dụng thực tế, đối với động cơ 4 kỳ công suất 2500 KW ta chọn phương án dẫn động cơ giới cho xupap c) Tính toán khe hở nhiệt cho cơ cấu truyền động (hình 3.3) k Hình 3.2 Khe hở nhiệt của cơ cấu truyền động 1- Trục cam ; 2- Con đội ; 3- Xupap ; 4- Cò mổ Khi động cơ từ trạng thái nguội được nóng dần lên, thì thân động cơ cũng như các chi tiết của cơ cấu truyền động cho xupap đều nóng lên và... dùng xupáp treo Độngcơ Diesel chỉ dùng phương án bố trí xupap treo vì dung tích buồng cháy của động cơ Diesel nhỏ, tỉ số nén rất cao Khi dùng cơ cấu phân phối khí xupap treo, buồng cháy rất gọn, diện tích mặt truyền nhiệt nhỏ Vì vậy giảm được tổn thất nhiệt và tăng hiệu suất động cơ Cơ cấu phân phối khí xupap treo còn làm cho dạng đường nạp thải thanh thoát hơn khiến sức cản khí động nhỏ Đồng thời, do... thiết kế hệ thống phân phối khí Khi thiết kế cơ cấu phân phối khí, cần chú ý đến những vấn đề sau : − Cường độ của quá trình làm việc (đặc biệt là quá trình thải khí) , mức độ tải trọng cũng như tốc độ quay của động cơ làm cho điều kiện làm việc của xupap thêm nặng nề vì làm tăng thêm lượng nhiệt đi qua xupap và lực quán tính của các chi tiết trong cơ cấu phối khí cũng tăng lên − Kết cấu của nắp xilanh... 0,75 Kết quả : 0 Aq = 0,00001632 (m2s) Kiểm tra lại theo công thức : 0 Aq Aq = ( 0,9 ÷ 1,1) VŨ THANH NGÂN LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU Trang: 28 TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL LUẬNVĂNTỐTNGHIỆP 0 Aq Aq = 1,04 ⇒ Thoả mãn CHƯƠNG III THIẾT KẾ MỘT SỐ THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG PHỐI KHÍ VŨ THANH NGÂN LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU Trang: 29 LUẬNVĂNTỐTNGHIỆP TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL 3.1 Những chú ý khi thiết kế hệ thống. ..LUẬNVĂNTỐTNGHIỆP TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL Hình 2.6 Bố trí bốn xupap trên nắp xilanh 3- Phương án dẫn động xupap Có hai loại dẫn động cho xupap: dẫn động cơ giới cho xupap và dẫn động thuỷ lực cho xupap a) Dẫn động cơ giới (hình 2.7): Hình 2.7 Cơ cấu dẫn động cơ giới cho xupap 1- Trục cam ; 2- Con đội ; 3- Đũa đẩy ; 4- Cò mổ ; 5- Xupap − Nguyên lí hoạt động : Dẫn động cơ giới cho xupap bằng cơ cấu con đội, đũa... Hình dáng và kết cấu của nấm xupap ảnh hưởng đến: − Tính cứng chắc của nấm xupap Đó là yếu tố quan trọng để đảm bảo hình dáng của xupap chính xác lúc động cơ làm việc, ảnh hưởng gián tiếp đến năng lực làm việc của xupáp − Trọng lượng xupap tức là lực quán tính tịnh tiến lớn hay nhỏ − Hình dáng của dòng khí, ảnh hưởng trực tiếp đến mức độ hoàn thiện của quá trình thay đổi công chất − Điều kiện công nghệ... độ của động cơ Dĩ nhiên, độ dãn dài tỉ lệ với nhiệt độ và phụ thuộc vào vật liệu chế tạo Trong các động cơ được làm mát bằng nước, độ giãn nở nhiệt của các chi tiết truyền động cho xupáp thường lớn hơn độ giãn nở nhiệt của thân động cơ VŨ THANH NGÂN LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU Trang: 32 TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL LUẬNVĂNTỐTNGHIỆP Vì vậy, nếu ở trạng thái nguội, trong các chi tiết của cơ cấu truyền động. .. tự động điều chỉnh khe hở nhiệt của xupap Phương pháp này có độ tin cậy cao và cấu tạo đơn giản Việc giảm khối lượng các phần động sẽ hạn chế được lực quán tính của cơ cấu dẫn động cho xupap và giảm được độ mài mòn các bề mặt làm việc của xupap gây ra do tác động của các xung lực − Nguyên lí hoạt động: Cơ cấu này được sử dụng cho các động cơ Diesel hiện đại bao gồm: Con đội thuỷ lực (2) được dẫn động. .. tăng được tiết diện lưu thông của dòng khí Những điều đó làm cho hệ số nạp tăng lên 5% ÷ 7% Tuy vậy, cơ cấu phân phối khí xupap treo cũng tồn tại một số khuyết điểm cơ bản của cơ cấu này là dẫn động xupap phức tạp và làm tăng chiều cao của động cơ Ngoài ra, bố trí xupap treo làm cho nắp xilanh trở nên hết sức phức tạp, rất khó đúc và độ ồn lớn 3.2.2 Điều kiện làm việc của Xupáp Trong quá trình làm... phương án dẫn động cơ giới cho xupap 2.2 Tính toán sơ bộ kích thước của cơ cấu phối khí VŨ THANH NGÂN LỚP MTT44-ĐH2, KHOA ĐÓNG TÀU Trang: 20 LUẬNVĂNTỐTNGHIỆP TÍNH NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL 2.2.1 Tính toán sơ bộ kích thước của cơ cấu nạp và của cơ cấu thải t Hình 2.9 Xupap Dùng một xupap thải có dạng hình nấm có các thông số cơ bản sau đây : − Đường kính họng của nấm xupap : d h = ( 0,26 ÷ 0,35) D Trong đó . NHIỆT ĐỘNG CƠ DIESEL 2.1. Lựa chọn hệ thống trao đổi khí 2.1.1. Nhiệm vụ và yêu cầu đối với hệ thống phân phối khí − Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí trong xilanh động. này gồm có: Trục phân phối khí, hệ thống truyền động cho nó, con đội, thanh đẩy, đòn gánh, các xupap nạp, xả và đế xupap. Cơ cấu này sử dụng cho động cơ bốn kỳ. − Cơ cấu phân phối khí kiểu van trượt. thường được sử dụng: + Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap + Cơ cấu phân phối khí kiểu van trượt + Cơ cấu phân phối khí kiểu xupap và van trượt. 3 1 2 4 a b Hình 2.1. Cơ cấu phối khí kiểu xupap (a);