Mở đầu 1. Lý do lựa chọn đề tài Trong việc nghiên cứu, tính toán thiết kế động cơ Diesel thì thiết kế hệ thống phục vụ của nó là rất quan trọng. Các hệ thống có một vai trò to lớn trong quá trình hoạt động của động cơ. Góp phần nâng cao công suất, hiệu suất và tuổi thọ của động cơ. Trong quá trình khai thác động cơ Diesel tàu thuỷ, việc quan tâm và nghiên cứu các hệ thống phục vụ sẽ giúp cho động cơ đảm bảo luôn hoạt động ở tình trạng kĩ thuật tốt nhất. Đồng thời cũng tránh đợc quá trình hỏng hóc do quá trình sử dụng sai các hệ thống phục vụ. Ngày nay các động cơ Diesel tàu thuỷ ngày càng hiện đại hoá. Điều đó đòi hỏi các hệ thống phục vụ nó cũng phải hoàn thiện dần. Tiến tới nâng cao công suất động cơ và nâng cao tính kinh tế của hệ thống. 2. Mục đích đề tài Tính toán thiết kế ba hệ thống phục vụ động cơ Diesel tàu thuỷ là: Hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn và hệ thống làm mát. Trong đó cần tính toán các thiết bị của ba hệ thống nh cụm bơm, các bầu lọc, các bầu sinh hàn, các két phục vụ động cơ. 3. Nội dung đề tài. Gồm ba chơng: Chơng 1 : Tính nhiệt của chu trình công tác động cơ Diesel Chơng 2 : Tính toán thiết kế một số hệ thống phục vụ động cơ. Phần 1: Thiết kế hệ thống nhiên liệu Phần 2: Thiết kế hệ thống bôi trơn Phần 3: Thiết kế hệ thống làm mát Chơng 3: Tìm hiểu một số loại bơm cao áp 4. Phơng pháp nghiên cứu của đề tài Mô tả nguyên lí hoạt động của toàn bộ hệ thống từ đó tính toán cụ thể một số thiết bị trong hệ thống cụ thể. 5. Phạm vi của đề tài Đề tài chỉ có giới hạn trong phạm vi tính toán thiết kế hệ thống phục vụ của động cơ Diesel công suất 2940kw. 6.ý nghĩa khoa học và thực tiễn 4 +ý nghĩa khoa học: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống phục vụ động cơ Dieseltàu thuỷ. Cách tính toán thiết kế chúng, từ đó tối u hoá các hệ thống phục vụ. + ý nghĩa thực tiễn: Tính toán và đa vào sản xuất một số thiết bị của các hệ thống nhiên liệu cho các loại động cơ Diesel tàu thuỷ . 5 6 Chơng II tính toán thiết kế một số hệ thống phục vụ động cơ ĐIESEL công suất 2940kw 2.1. Thiết kế hệ thống nhiên liệu. 2.1.1. Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu. Quá trình cấp nhiên liệu tốt hay xấu đều ảnh hởng đáng kể đến công suất và tuổi thọ của các chi tiết. Do đó hệ thống nhiên liệu cần đảm bảo một số yêu cầu sau: a. Yêu cầu về lợng nhiên liệu: - Lợng nhiên liệu cấp cho mỗi xi lanh phải đúng theo yêu cầu cần thiết cho mỗi chu trình công tác của động cơ (Đảm bảo định thời, định chất và định lợng) có thể dễ dàng điều chỉnh lu lợng theo phụ tải ban đầu. - Lợng nhiên liệu phun vào các xi lanh của động cơ phải đều nhau (chênh lệch về l- ợng nhiên liệu giữa các xi lanh không vợt quá 5%). - Dự trữ đủ lợng nhiên liệu cho thời gian hành trình của tầu. b.Yêu cầu về thời điểm và thời gian cấp nhiên liệu. - Nhiên liệu phun vào xi lanh phải đúng thời điểm quy định ( Đúng góc phun sớm) - Nếu phun sớm quá, lúc này nhiệt độ và áp suất khí nén trong xi lanh còn thấp, nhiên liệu phun vào khả năng bốc hơi chậm, quá trình cháy sẽ khó khăn, gây lãng phí nhiên liệu, áp suất cháy thấp, công suất giảm, động cơ nhả khói đen. Mặt khác 7 do phun sớm quá sẽ có hiện tợng cháy trớc khi piston lên đến ĐCT, gây phản áp làm cho động cơ chạy bị rung. - Nếu phun muộn quá, nhiên liệu không có thời gian chuẩn bị cháy, thời gian cháy rớt kéo dài, áp suất khí cháy thấp, công suất động cơ giảm, lãng phí nhiên liệu, động cơ xả khói đen. - Thời gian phun nhiên liệu phải hợp lý phải bảo đảm phun hết lợng nhiên liệu. Thời gian phun kéo dài sẽ làm quá trình cháy không tập trung, có hiện tợng cháy rớt làm giảm công suất động cơ, giảm tuổi thọ và lãng phí nhiên liệu. c. Yêu cầu về áp suất phun. - áp suất phun nhiên liệu phải đủ lớn để đảm bảo nhiên liệu sau khi ra khỏi đầu phun hoá sơng hoàn toàn và có sức xuyên suốt không gian vùng đốt để hoà trộn với khí nén trong xi lanh. - áp suất phun nhiên liệu hoàn toàn phụ thuộc vào kết cấu buồng cháy, kết cấu đầu phun và loại nhiên liệu. d. Yêu cầu về trạng thái phun. - Nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đảm bảo sao cho các hạt nhiên liệu phun ra phải tơi, chùm tia phải phù hợp với hình dáng buồng cháy để hoá hơi tốt. - Quá trình phun phải dứt khoát, lúc bắt đầu và kết thúc phun không có hiện tợng nhỏ giọt, sau khi phun xong đầu phun phải khô. 2.1.2. Lựa chọn phơng án thiết kế Hệ thống nhiên liệu của động cơ điesel có kết cấu rất phức tạp và nhiều chi tiết có độ chính xác cao, cách bố trí kết cấu hệ thống đối với từng động cơ là khác nhau. Do đó việc lựa chọn phơng án thiết kế dựa trên cơ sở phân loại các hình thức của hệ thống nhiên liệu nh sau: 2.1.2.1. Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp 1. Sơ đồ 8 1- Két trực nhật, 2- Bầu lọc nhiên liệu, 3- Bơm vận chuyển nhiên liệu, 4- Bơm cao áp, 5- Đờng ống cao áp, 6- Vòi phun Hình 2.1 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun gián tiếp 2. Nguyên lý hoạt động - Thời điểm phun nhiên liệu do cam khống chế thông qua việc dẫn động vòi phun. - áp lực phun và lợng nhiên liệu do bơm cao áp đảm nhiệm. Bơm 3 lấy dầu từ két 1 đa đến bơm cao áp 4. Bơm cao áp cấp nhiên liệu cao áp lên đờng ống 5 tới các vòi phun và đợc phun vào động cơ khi vòi phun mở. - Hệ thống này ít dùng vì có nhiều nhợc điểm nh: Truyền động cồng kềnh, kim phun bị bao bọc bởi 1 lớp nhiên liệu cao áp nên dễ hỏng hóc. 2.1.2.2. Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp. 1. Sơ đồ cấu tạo. 2 13 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 1- Bơm vận chuyển nhiên liệu , 2- Bơm vận chuyển nhiên liệu dự phòng, 3- Bầu hâm, 4-Thiết bị đo dầu dò, 5- Két đựng dầu dò,6- Két dầu cặn bẩn, 7,8- Bầu lọc, 9- Van duy trì áp suất dầu đốt, 10- Đồng hồ đo áp suất , 11- Đồng hồ đo nhiệt độ, 12- Két dầu FO, 13-Két dầu DO,14- Vòi phun, 15- Bơm cao áp. 9 Hình 2.2 - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp 2. Nguyên lý hoạt động. - Bơm chuyển nhiên liệu 1 hút nhiên liệu từ két chứa qua bầu lọc thô 16 cung cấp nhiên liệu qua bầu lọc tinh 7 tới bơm cao áp 15. - Đồng hồ áp suất 10 dùng để kiểm tra áp suất trong không gian cấp nhiên liệu vào bơm cao áp. Số tổ bơm cao áp bằng số xi lanh của động cơ. Bơm cao áp chuyển nhiên liệu qua đờng ống cao áp tới vòi phun đa vào xi lanh động cơ. Lợng dầu hồi sẽ theo đờng ống dầu hồi về két chứa. - Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm đ- ợc theo các đờng ống dầu trở về két chứa. - Nhiên liệu đi vào xi lanh bơm cao áp không đợc lẫn không khí vì không khí sẽ làm cho hệ số nạp của bơm không ổn định, thậm chí còn làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu. Vì vậy trong hệ thống tại nhng nơi có khả năng tích tụ không khí phải bố trí các van xả khí để xả hết không khí lẫn trong hệ thống. - u điểm: Kết cấu gọn nhẹ độ tin cậy cao, việc bảo quản chăm sóc vận hành dễ dàng và độ tin cậy cao. Ngày nay, hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp đợc sử dụng rất phổ biến bởi những u điểm vợt trội của nó. Do vậy đề tài này cũng chọn hệ thống này để cấp nhiên liệu cho động cơ. 2.1.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu 2.1.3.1. Sơ đồ nguyên lý.(sơ đồ Hình 2-2) 2.1.3.2. Nguyên lý làm việc. Đã trình bày trong mục (2.1.2.2). 2.1.4. Thiết kế hệ thống nhiên liệu 2.1.4.1. Tính toán bơm cao áp. 1. Nhiệm vụ bơm cao áp Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xi lanh động cơ đảm bảo: - Nhiên liệu có áp suất cao, tạo chênh áp lớn trớc và sau lỗ phun - Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và theo quy luật mong muốn - Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xi lanh động cơ. - Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lợng nhiên liệu cấp cho chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ. 2. Phân loại bơm cao áp. Bơm cao áp dùng trên động cơ điêsel có rất nhiều loại khác nhau. Dựa vào cách điều chỉnh nhiên liệu mà phân các loại sau: 10 a. Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng van tiết lu loại này piston của bơm có kết cấu hình trụ không có gì đặc biệt. b. Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng mặt cam vát. Đặc điểm của piston nh trên, cam có dạng mặt vát để điều chỉnh hành trình có ích của piston. c. Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng ngăn kéo piston, loại này trên piston có rãnh xoắn và rãnh thẳng thông với cửa sổ cấp nhiên liệu trên xi lanh. Loại bơm này dựa vào thời điểm cấp đợc chia thành 3 loại: - Loại điều chỉnh thời gian bắt đầu cấp - Loại điều chỉnh thời gian kết thúc cấp - Loại điều chỉnh hỗn hợp Mặc dù có nhiều loại nh vậy, nhng hầu hết các động cơ điezel ngày nay đều dùng loại bơm cao áp thay đổi lợng nhiên liệu bằng cách dùng rãnh xoắn trên piston (piston ngăn kéo) loại này còn gọi là bơm Bô sơ. 3. Kết cấu bơm bô sơ. 11 8 7 6 a 5 4 c b 3 2 1 a- Cửa cấp, b- Rãnh xoắn, c- Cửa xả, 1-Cam, 2- Con lăn, 3- Lò xo, 4- Lò xo cao áp, 5- Van cao áp, 6- Piston, 7- Thanh răng, 8- Xi lanh Hình 2.3 - Kết cấu bơm bô sơ a. Đặc điểm cấu tạo 12 - Bơm đợc cấu tạo bằng các loại thép hợp kim có khả năng chịu áp suất cao và có khả năng chịu đợc tải trọng thay đổi theo chu kỳ, và chống mòn tốt nh XBR, 25X5M. - Với các chi tiết của cặp piston xi lanh bơm cao áp thì các mặt ma sát có độ cứng không nhỏ hơn HRC58, mặt đầu không nhỏ hơn HRC55, với cặp piston xi lanh đợc chế tạo bằng thép 25C5M cần thấm Ni tơ. - Cặp chi tiết van cao áp và đế van cũng yêu cầu cao về mặt công nghệ. Vật liệu chế tạo là thép hợp kim XBR, sau khi nhiệt luyện độ cứng phải đạt HRC56-62và HRC 60-64 - Cặp chi tiết chính xác là piston 6 và xi lanh 8 của bơm đợc chọn lắp theo bộ. Trên xi lanh 8 có lỗ cấp nhiên liệu a và lỗ dầu hồi c. Để điều chỉnh lợng nhiên liệu dùng thanh răng 7 làm thay đổi hành trình có ích của piston. Trên piston 6 có phay rãnh xoắn b và rãnh thẳng để thay đổi lợng cấp nhiên liệu. b. Nguyên lý hoạt động - Hành trình thứ nhất: Khi động cơ hoạt động trục khuỷu quay lai trục cam bơm cao áp. Khi con lăn 2 tiếp xúc với bề mặt trụ của cam 1 thì piston 6 ở điểm chết dới. Piston bắt đầu đi lên lò xo 3 bị nén lại. Lúc này nhiên liệu ở trong xi lanh bắt đầu tràn qua lỗ dầu cấp a và nhiên liệu bắt đầu bị nén lại. áp suất nhiên liệu bên trong xi lanh bắt đầu tăng lên tới khi áp lực này thắng lực của lò xo 4 thì van cao áp 5 mở ra, nhiên liệu đợc cấp lên đờng ống cao áp đi tới vòi phun để phun vào xi lanh động cơ. Quá trình cấp cứ diễn ra cho đến khi mép xoắn b trùng với mép của cửa tràn c do đó áp suất dầu giảm đột ngột dẫn đến lò xo 4 đóng van cao áp 5 lại, mặc dù có thể lúc đó piston vẫn còn đi lên điểm chết trên. - Hành trình thứ 2: Khi con lăn tiếp xúc bên kia vấu cam thì lò xo 3 giãn dần và kéo theo piston 6 từ điểm chết trên đi xuống, lúc đầu tạo chân không trong xi lanh mà cha hút nhiên liệu vào, cho đến khi đỉnh piston mở cửa cấp a, và cửa hồi c nhiên liệu trong khoang chứa lỗ nhập a và c đi vào xi lanh. Piston thực hiện hút nhiên liệu cho đến khi đến ĐCD. c. Phơng pháp điều chỉnh nhiên liệu Đối với bơm cao áp loại điều chỉnh lợng nhiên liệu bằng rãnh xoắn trên piston thì l- ợng nhiên liệu đợc cấp phụ thuộc hoàn toàn vào thời gian từ lúc bắt đầu cấp đến lúc kết thúc cấp. Thời điểm bắt đầu cấp là thời điểm mép trên đỉnh piston lằm trên mép trên của cửa cấp dầu. Thời điểm kết thúc cấp khi mép của rãnh xoắn nằm trên mép dới của cửa hồi dầu. Do vậy muốn thay đổi lợng nhiên liệu cấp cần thay đổi thời 13 [...]... làm mát động cơ nên làm giảm sức trở của tầu Từ những u điểm của hệ thống làm mát kiểu tuần hoàn kín hơn hẳn hệ thống làm mát tuần hoàn hở nên chọn hệ thống làm mát kiểu tuần hoàn kín làm phơng án thiết kế 2.3.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát 2.3.4.1 Sơ đồ nguyên lý ( Hình 2.14 ) 2.3.4.2 Nguyên lý hoạt động ( trình bày ở mục 2.3.3.2) 2.3.5 Thiết kế hệ thống làm mát 2.3.5.1 Tính toán bơm làm... số cơ bản của bơm cao áp Các thông số của bơm cao áp đợc xác định theo lợng nhiên liệu cấp cho chu trình khi động cơ chạy ở chế độ thiết kế a Thể tích nhiên liệu chu cấp cho một chu trình ở chế độ thiết kế Vct = g e Ne. 120.n.i. nl (lít) (2-1) Trong đó ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ; ge = 212 (g/K W.h) Ne - Công suất thiết kế của động cơ ; Ne = 2940 KW i - Số xi lanh của động cơ. .. to c Tính toán - Việc tính toán máy phân ly dầu nhờn là tính chọn Vì vậy chỉ cần tính dung tích của máy phân ly, từ đó sẽ chọn loại máy có dung tích phù hợp với kết quả tính Dung tích của máy lọc ly tâm xác định theo công thức: 1,36.g m Ne Q= (lít/h) (7-8) 33 Trong đó: Q - Dung tích của máy lọc gm- Suất tiêu hao dầu nhờn của động cơ; gm = 1,25 (kg/cv.h) Ne - Công suất có ích của động cơ; Ne = 2940... phức tạp , 2.2.3 Tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn Phơng pháp bôi trơn cỡng bức, các te khô đợc lựa chọn làm phơng án thiết kế 2.2.3.1 Tính toán bơm dầu nhờn 1 Nhiệm vụ của bơm dầu nhờn Cung cấp dầu nhờn với áp suất nhất định, tạo điều kiện cho dầu tuần hoàn dễ dàng tới tất cả các chi tiết, các bề mặt cần bôi trơn và làm mát 2 Cấu tạo bơm Bơm dùng trong hệ thống bôi trơn thờng là bơm bánh răng hay bơm... thoát trở về đờng ống hút của khoang trớc rồi lại vào bơm 4 .Tính toán bơm Việc tính toán bơm dầu nhờn là tính chọn Do đó thông số cần tính là lu lợng và cột áp của bơm sau đó căn cứ vào đó để chọn cho phù hợp a Cột áp của bơm Cột áp của bơm sẽ đợc tính theo công thức sau: H=P/ (7- 1) Trong đó: H - Cột áp của bơm P - áp suất đẩy của bơm; chọn P = 0,2 (MN/m2) - Trọng lợng riêng của dầu bôi trơn; = 9,2.103... nhiệm vụ hệ thống bôi trơn là : - Giảm ma sát mài mòn giữa các bề mặt của các chi tiết chuyển động tơng đối - Làm mát các chi tiết khi động cơ hoạt động - Làm công chất trong một số hệ thống chuyền động - Chống han gỉ cho các bề mặt khi động cơ ngừng làm việc lâu ngày b Yêu cầu - Dầu bôi trơn phải lọc sạch, không lẫn tạp chất và nớc - ít bị ô xi hoá, có nhiệt độ bén lửa phù hợp với công suất động cơ -... mát động cơ Diesel hiện nay thờng dùng hệ thống làm mát với chất làm mát là nớc Dựa theo kiểu tuần hoàn của nớc thì hệ thống chia làm 2 loại: Hệ thống làm mát kín và hệ thống làm mát hở 2.3.3.1 Hệ thống làm mát hở a Sơ đồ cấu tạo 8 4 5 6 7 Cửa thông biển Bầu lọc 2 3 1 1,2- Bơm vận chuyển ,3- Sinh hàn khí nạp, 4- Sinh hàn dầu nhờn hộp số, 5- Sinh hàn dầu nhờn máy chính, 6- Thiết bị đo áp suất ,7 -Thiết. .. ngọt, 11- Két giãn nở , 12- Thiếtbị đo nhiệt độ , 1 3Thiết bị đo áp suất, 14,15 Van điều tiết nhiệt độ Hình 2.14 - Sơ đồ hệ thống làm mát kín 2 Nguyên lý hoạt động Khi động cơ hoạt động, nớc ngọt vào làm mát cho động cơ còn nớc mặn sẽ làm mát cho dầu nhờn và nớc ngọt a Hệ thống nớc ngọt Bơm 2 do động cơ lai lấy nớc ở bầu sinh hàn nớc ngọt két bổ sung để làm mát cho động cơ Nớc vào làm mát cho xi lanh,... 1h; G = 513 (kg/h) - Trọng lợng riêng của nhiên liệu; = 0,85.103 (kg/m3 ) T - Thời gian đảm bảo cho động cơ làm việc; chọn T = 8h Thay các giá trị vào công thức (6-1) ta đợc kết quả: V = 5,3 (m3) Chọn V = 6 (m3) 2.2 Thiết kế hệ thống bôi trơn 2.2.1 Nhiệm vụ yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn a Nhiệm vụ Trong quá trình hoạt động của động cơ các chi tiết chuyển động tơng đối với nhau, bề mặt tiếp xúc... lợng của bơm chuyển nhiên liệu phải lớn hơn 2- 3.5 lần lợng nhiên liệu cực đại cấp cho động cơ Chọn : Q = 3,5.G (3-1) Trong đó : G- Lợng nhiên liệu cực đại cấp cho động cơ trong 1h (Động cơ quá tải 10%) G = 1,1.G (3-2) G - Lợng nhiên liệu cấp cho động cơ chạy ở chế độ định mức trong 1h G = ge Ne (3-3) Trong đó : ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ; ge = 212 (g/KW.h) Ne - Công suất thiết kế . cao công suất động cơ và nâng cao tính kinh tế của hệ thống. 2. Mục đích đề tài Tính toán thiết kế ba hệ thống phục vụ động cơ Diesel tàu thuỷ là: Hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn và hệ thống. công tác động cơ Diesel Chơng 2 : Tính toán thiết kế một số hệ thống phục vụ động cơ. Phần 1: Thiết kế hệ thống nhiên liệu Phần 2: Thiết kế hệ thống bôi trơn Phần 3: Thiết kế hệ thống làm mát Chơng. cứu, tính toán thiết kế động cơ Diesel thì thiết kế hệ thống phục vụ của nó là rất quan trọng. Các hệ thống có một vai trò to lớn trong quá trình hoạt động của động cơ. Góp phần nâng cao công suất,