Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA Độc lập-Tự do- Hạnh phúc --------*****------- ----------- *****---------- Khoa : Cơ khí giao thông Bộ môn: Máy động lực NHIỆM VỤ THIẾT KẾ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Họ và tên sinh viên : Trương Chí Thọ Lớp : 04C4A Ngành : Cơ khí động lực I. Tên đề tài KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ D226B- 4D II. Số liệu ban đầu: III. Nội dung phần thuyết minh và tính toán - Mục đích và ý nghĩa của đề tài - Tổng quan về hệ thống làm mát động cơ - Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D - Kiểm tra và chẩn đoán hư hỏng hệ thống làm mát của động cơ - Tính toán nhiệt, xây dựng đồ thị công động cơ D226B- 4D - Tính toán, kiểm nghiệm quạt gió, bơm nước, két làm mát của động cơ D226B- 4D - Lập quy trình công nghệ chế tạo trục bơm nước - Kết luận IV. Nội dung bản vẽ - Sơ đồ các hệ thống làm mát động cơ (A 3 ) - Bản vẻ các chi tiết hệ thống làm mát động cơ (A 3 ) - Mặt cắt ngang, dọc động cơ D226B- 4D (A 3 ) - Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D (A 3 ) - Bản vẻ các chi tiết hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D (A 3 ) - Bản vẻ chế tạo trục bơm nước (A 3 ) V. Ngày giao nhiệm vụ: 19 - 2 -2009 VI. Ngày hoàn thành nhiệm vụ: 29 - 05 - 2009 Thông qua bộ môn 1 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D Ngày tháng .năm 2009 Ngày tháng .năm 2009 Tổ trưởng bộ môn Giáo viên hướng dẫn TS. Dương Việt Dũng PGS.TS. Trần Văn Nam Kết quả điểm đánh giá Ngày tháng năm 2009 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG 2 Sinh viên đã hoàn thành và nộp toàn bộ báo cáo cho bộ môn Ngày tháng .năm 2009 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D MỤC LỤC Lời nói đầu Trang 1. Mục đích và ý nghĩa đề tài . 2. Tổng quan về hệ thống làm mát động cơ 2.1. Mục đích và yêu cầu của hệ thống làm mát 2.2. Nhiệm vụ của hệ thống làm mát . 2.2.1. Làm mát động cơ và máy nén khí 2.2.2. Làm mát dầu bôi trơn . 2.3. Hệ thống làm mát bằng nước 2.3.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi 2.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên 2.3.3. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức 2.3.4. Hệ thống làm mát bằng nước ở nhiệt độ cao . 2.3.5. Kết cấu các cụm chi tiết chính của hệ thống làm mát bằng nước 2.4. Hệ thống làm mát động cơ bằng không khí ( gió) 2.4.1. Hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên ngoài 2.4.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống làm mát bằng không khí .25 2.5. So sánh ưu khuyết điểm của kiểu làm mát bằng nước và kiểu làm mát bằng không khí . . . 3. Giới thiệu khái quát về động cơ D226B- 4D . 3.1. Giới thiệu về động cơ D226B- 4D 3.2. Các thông số của động cơ D226B- 4D . 3.3. Thân máy 3.4. Nhóm trục khuỷu, bánh đà, piston, thanh truyền 3.5. Cơ cấu phân phối khí 3.5.1. Nắp xilanh 3.5.2. Bộ phận dẫn động đóng mở xupap 3.6. Hệ thống nhiên liệu động cơ D226B- 4D . 3.7. Hệ thống bôi trơn động cơ D226B- 4D 3.8. Hệ thống cung cấp không khí và tăng áp cho động cơ D226B- 4D 3 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 4. Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D . 4.1. Sơ đồ hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D . 4.2. Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát bằng nước động cơ D226B- 4D 4.2.1. Bơm nước 4.2.2. Van hằng nhiệt . 4.2.3. Quạt gió . 4.2.4. Két làm mát . 4.2.5. Nắp két 4.2.6. Dung môi làm mát . 4.3. Các hư hỏng thường gặp và cách khắc phục sửa chữa . 4.3.1. Những điều cần chú ý khi làm việc trên hệ thống làm mát . 4.3.2. Các hư hỏng và cách khắc phục sửa chữa . 4.4. Các phương pháp kiểm tra hư hỏng hệ thống làm mát 4.4.1. Kiểm tra và bổ sung nước làm mát 4.4.2. Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát 4.4.3. Kiểm tra hiện tượng tắc két nước 4.4.4. Kiểm tra van hằng nhiệt 4.4.5. Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai 4.4.6. Thông rửa hệ thống làm mát 4.5. Các phương pháp cấp, xả nước trong hệ thống làm mát 5. Tính toán nhiệt, xây dựng đồ thị công động cơ D226B- 4D 5.1. Tính toán chu trình nhiệt động cơ D226B- 4D . 5.1.1. Thông số cho trước 5.1.2. Thông số chọn 5.1.3. Tính toán các thông số của các quá trình . 5.2. Xây dựng đồ thị công 6. Tính toán kiểm nghiệm quạt gió, bơm nước, két làm mát của động cơ D226B- 4D . 6.1. Tổng quan về lý thuyết truyền nhiệt qua vách có cánh . 6.2. Các thông số của két nước, bơm nước và quạt gió . 6.3. Tính toán kiểm tra két nước 6.4. Xác định lượng nhiệt động cơ truyền cho nước làm mát . 6.5. Xác định lượng nhiệt két nước làm mát truyền ra môi trường . 6.6. Tính kiểm nghiệm quạt gió . 6.7. Tính kiểm nghiệm bơm nước 7. Lập quy trình công nghệ chế tạo trục bơm nước 88 4 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 7.1. Quy trình chế tạo . 7.2. Các nguyên công chế tạo 88 Kết luận …………………………………… 91 Tài liệu tham khảo……………………………………………………… .………… .92 LỜI NÓI ĐẦU Được làm sinh viên là niềm mong ước của bao người sau khi học hết chương trình phổ thông. Em rất may mắn được học tại khoa Cơ Khí Giao Thông, trường Đại Học Bách Khoa Đà Nẵng. Sau những năm học tại trường, với sự hướng dẫn và dạy dỗ tận tình của quý thầy cô, em đã tích lũy được cho mình những kiến thức cơ bản của sinh viên ngành Cơ Khí Động Lực. Sau thời gian thực tập tốt nghiệp tại Công ty cổ phần chế tạo máy Dzĩ An- tỉnh Bình Dương, em thấy được vai trò rất quan trọng của Động Cơ để ứng dụng cho sự nghiệp công nghiệp hóa- hiện đại hóa của đất nước, em đã tìm hiểu rất nhiều về các hệ thống của động cơ để nó có thể làm việc tốt và hiệu quả. Để hoàn thành chương trình học của mình, em chọn đề tài “Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D”, đây là động cơ được ứng dụng rất nhiều để sản xuất máy phát điện Vietgen tại công ty. Trong quá trình làm đề tài, do kiến thức còn nhiều hạn chế, không thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong được sự giúp đỡ và hướng dẫn của quý thầy cô. Đặc biệt nhờ sự hướng dẫn trực tiếp của thầy Trần Văn Nam, em đã hiểu thêm được rất nhiều vấn đề, em nhận thấy mình cần phải học rất nhiều nữa để có thể trở thành người kỹ sư tốt được đào tạo tại trường. Cuối cùng, em xin chân thành gửi lời cảm ơn đến quý thầy cô trong trường, trong khoa đã tạo điều kiện tốt nhất để em hoàn thành được chương trình học của mình. Đà Nẵng: Ngày 28 , tháng 05 , năm 2009 Sinh viên thực hiện Trương Chí Thọ 5 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 1. MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA ĐỀ TÀI Đối với động cơ tĩnh tại cũng như động cơ sử dụng trên ôtô máy kéo, ., để cho động cơ làm việc ổn định và hiệu quả cao thì ngoài kết cấu hợp lý, các chi tiết bền vững, đòi hỏi cần phải có sự làm việc tốt của các hệ thống như: Hệ thống nhiên liệu, hệ thống bôi trơn, hệ thống khởi động, hệ thống làm mát.…. Vì vậy công suất, sức bền, tuổi thọ, hiệu suất làm việc của động cơ phụ thuộc rất lớn vào sự làm việc của các hệ thống này. Trong thời gian thực tập tốt nghiệp tại Công ty cổ phần chế tạo máy Dzĩ An- tỉnh Bình Dương, đây là công ty chuyên sản xuất các loại máy phát điện, vì vậy việc chọn loại động cơ để phục vụ nhu cầu sản xuất của công ty là rất quan trọng. Em nhận thấy động cơ D226B- 4D được sử dụng tại công ty là rất nhiều, đây là loại động cơ do Trung Quốc sản xuất với công nghệ tiên tiến nhất trên thế giới. Được sự giúp đỡ của công ty, em đã khảo sát động cơ và nhận thấy hệ thống làm mát là rất quan trọng và có ý nghĩa quyết định đến hiệu quả của động cơ. Vì vậy, trong đồ án tốt nghiệp này em chọn đề tài Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D. Hình 1.1. Máy phát điện Vietgen sử dụng động cơ D226B- 4D. Mục đích của đề tài là: - Nắm vững các kiến thức về hệ thống làm mát cho động cơ đốt trong. 6 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D - Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D. Phương pháp kiểm tra sửa chữa hệ thống làm mát. - Vận dụng lý thuyết truyền nhiệt, tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát bơm nước, quạt gió theo các thông số thực tế và rút ra nhận xét. Với mục đích trên đề tài này có ý nghĩa rất lớn đối với sinh viên ngành động lực, giúp hiểu thêm về kết cấu, nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát động cơ cũng như các hệ thống khác trên động cơ. Thông qua việc làm đề tài này đã góp phần củng cố lại các kiến thức đã được học và thực tập, giúp cho sinh viên có thể nghiên cứu, làm việc một cách độc lập. Từ đó, tạo điều kiện thuận lợi cho công việc sau này của người kỹ sư tương lai. 2. TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ 2.1. MỤC ĐÍCH VÀ YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT 2.1.1. Mục đích của hệ thống làm mát Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy như: Piston, xecmăng, xupap, nắp xilanh, thành xilanh chiếm khoảng 25 ÷ 35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt, nhiệt độ của các chi tiết máy cao gây ra những hậu quả xấu như: làm giảm sức bền, tuổi thọ của các chi tiết máy, giảm độ nhớt của dầu bôi trơn nên làm tăng tổn thất ma sát. Vì vậy cần thiết phải làm mát động cơ. Hệ thống làm mát động cơ có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi đến môi chất làm mát để đảm bảo cho nhiệt độ của các chi tiết không quá nóng nhưng cũng không quá nguội. Động cơ quá nóng sẽ gây ra các hiện tượng như đã nói, còn quá nguội tức là động cơ được làm mát quá nhiều vì vậy tổn thất nhiệt cho dung dịch làm mát nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít do đó hiệu suất nhiệt của động cơ thấp, ngoài ra do nhiệt độ động cơ thấp ảnh hưởng đến chất lượng dầu bôi trơn, độ nhớt của dầu bôi trơn tăng, dầu bôi trơn khó lưu động vì vậy làm tăng tổn thất cơ giới và tổn thất ma sát, ảnh hưởng lớn đến các chỉ tiêu kinh tế và công suất động cơ. Động cơ D226B- 4D có hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn cưỡng bức, một vòng kín, nước tuần hoàn trong hệ thống nhờ bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu. 2.1.2. Yêu cầu của hệ thống làm mát Đối với động cơ D226B- 4D cũng như các động cơ khác thì hệ thống làm mát phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất cho làm mát bé. - Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng 83÷95 0 C và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷115 0 C. 7 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D - Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu cũng như điều kiện đường sá, kết cấu nhỏ gọn, dễ bố trí. 2.2. NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT 2.2.1. Làm mát động cơ và máy nén khí Hệ thống làm mát có nhiệm vụ chính là làm mát động cơ, bảo đảm động cơ có nhiệt độ ổn định trong suốt quá trình làm việc. Ngoài ra, hệ thống cũng có nhiệm vụ không kém phần quan trọng đó là rút ngắn thời gian chạy ấm máy, nhanh chóng đưa động cơ đạt đến nhiệt độ làm việc. Bên cạnh đó hệ thống làm mát còn làm mát cho máy nén khí nhằm tăng hiệu suất cho máy nén khí. Đường nước làm mát máy nén khí được trích từ đường nước chính làm mát động cơ 2.2.2. Làm mát dầu bôi trơn Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt độ của dầu bôi trơn tăng lên không ngừng do các nguyên nhân cơ bản sau: - Dầu bôi trơn phải làm mát các trục, tỏa nhiệt lượng sinh ra trong quá trình ma sát các ổ trục ra ngoài. - Dầu bôi trơn tiếp xúc trực tiếp với các chi tiết máy có nhiệt độ cao như cò mổ, đuôi xupáp, piston . Để đảm bảo nhiệt độ làm việc của dầu ổn định, giữ độ nhớt dầu ít thay đổi và đảm bảo khả năng bôi trơn, vì vậy cần phải làm mát dầu bôi trơn. Đường dầu bôi trơn được khoan song song với đường nước làm mát động cơ. Khi nước làm mát động cơ đồng thời làm mát luôn cho dầu bôi trơn, nhằm hạ nhiệt độ cho dầu bôi trơn. 2.3. HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG NƯỚC Hệ thống làm mát bằng nước được chia ra nhiều kiểu khác nhau như: Làm mát bằng nước kiểu bốc hơi, kiểu đối lưu tự nhiên, kiểu tuần hoàn cưỡng bức và làm mát ở nhiệt độ cao. Mỗi kiểu làm mát đều có những ưu nhược điểm khác nhau và thích hợp cho từng điều kiện làm việc của từng động cơ. 2.3.1. Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ thống này không cần bơm, quạt. Bộ phận chứa nước có hai phần: Khoang nước bao quanh thành xilanh (8), khoang nắp xilanh (5) và thùng chứa nước bay hơi (2) ở phía trên. Sơ đồ nguyên lý của hệ thống như sau: 8 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 2 1 5 6 7 8 9 10 11 3 4 Hình 2.1: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi. 1- Thùng nhiên liệu 2- Khoang chứa nước bốc hơi 3,4- Xupap 6- Thân máy 5- Nắp xilanh 8- Xi lanh 7- Piston 10- Trục khuỷu 9- Thanh truyền 11- Cácte chứa dầu Khi động cơ làm việc, tại những vùng nước bao xung quanh buồng cháy nước sẽ sôi. Nước sôi có tỷ trọng bé hơn nên nổi lên trên mặt thoáng của thùng chứa để bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống dưới điền chỗ cho nước nóng nổi lên, do đó tạo thành lưư động đối lưu tự nhiên. Căn cứ vào nhiệt lượng của động cơ và cách bố trí động cơ đứng hay nằm để thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi này. Với việc làm mát kiểu bốc hơi nước, lượng nước trong thùng sẽ giảm nhanh, do đó cần phải bổ sung nước thường xuyên và kịp thời. Vì vậy, kiểu làm mát này không thích hợp cho động cơ dùng trên phương tiện vận tải. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi do kết cấu đơn giản và đặt tính lưu động đối lưu đã nói ở trên nên hệ thống này được dùng cho các động cơ đốt trong kiểu xilanh nằm ngang, đặc biệt các động cơ trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ. Nhược điểm của hệ thống làm mát này là thất thoát nước nhiều và hao mòn xilanh không đều. 9 Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D 2.3.2. Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ sự chênh lệch áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh mà không cần bơm. Cột nước nóng trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước. 4 3 2 5 6 7 8 9 1 Hình 2.2: Hệ thống làm mát bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên. 1- Đường nước 2- Xilanh 3- Đường dẫn nước vào két làm mát 4- Nắp két 5- Két nước 6- Quạt gió 7- Đường nước làm mát động cơ 8- Buồng cháy Nước nhận nhiệt của xilanh trong thân máy, làm cho khối lượng riêng nước giảm nên nước nổi lên trên. Trong khoang của nắp xilanh, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao quanh buồng cháy: nắp xilanh, xupap… nhiệt độ của nước tiếp tục tăng lên và khối lượng riêng nước tiếp tục giảm, nên nước nổi lên trên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát (5). Quạt gió (6) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két. Do đó, nước trong két được làm mát làm cho khối lượng riêng nước tăng, nước sẽ chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn. Độ chênh áp lực phụ thuộc vào độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước, do đó cường độ làm mát có thể tự động điều chỉnh theo phụ tải. Khi mới khởi động do sự chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước nóng và nguội bé nên chênh lệch áp lực giữa hai cột nước bé. Vì vậy, nước lưu động chậm, động cơ chóng đạt nhiệt độ ở chế độ làm việc. Sau đó phụ tải tăng thì độ chênh lệch nhiệt độ của hai cột nước cũng tăng theo, tốc độ lưu động của nước cũng tăng theo. Độ chênh áp lực cũng còn phụ thuộc vào hiệu độ chênh chiều cao trung bình của hai cột nước, do đó phải luôn luôn đảm bảo mức nước của thùng chứa phải cao hơn ở nước ra của động cơ. Tuy nhiên, hệ thống có nhược điểm là nước lưu động trong hệ thống có vận tốc bé vào khoảng V = 0,12÷0,19 m/s. Điều đó dẫn đến chênh lệch nhiệt độ nước vào và nước ra lớn, vì vậy mà thành xilanh được làm mát không đều. Muốn khắc phục 10