BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ - PHẦN 2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - CHƯƠNG 4

Chia sẻ: Nguyễn Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:13

Thêm vào BST

Báo xấu

428
lượt xem 78
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ VÀ CÓ ÍCH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4.1 Đồ thị công chỉ thị. Đồ thị công chỉ thị được vẽ trong hệ tọa độ P-V. Đó là mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của xy lanh trong một chu trình công tác. Đồ thị công chỉ thị có thể được xây dựng bằng tính toán hay đo trực tiếp trên động cơ. Nếu đồ thị công chỉ thị được đo trực tiếp trên động cơ bằng thiết bị đo đồ thị công thì được gọi là đồ thị công chỉ thị...

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ - PHẦN 2 LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC - CHƯƠNG 4

CHƯƠNG 4 CÁC THÔNG SỐ CHỈ THỊ VÀ CÓ ÍCH CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 4.1 Đồ thị công chỉ thị. Đồ thị công chỉ thị được vẽ trong hệ tọa độ P-V. Đó là mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của xy lanh trong một chu trình công tác. Đồ thị công chỉ thị có thể được xây dựng bằng tính toán hay đo trực tiếp trên động cơ. Nếu đồ thị công chỉ thị được đo trực tiếp trên động cơ bằng thiết bị đo đồ thị công thì được gọi là đồ thị công chỉ thị thực tế. Hình (4-1) là đồ thị công chỉ thị của động cơ diesel 4 kỳ. Đặc điểm của đồ thị này là nó được giới hạn bởi hai điểm là điểm chết trên và điểm chết dưới của piston. Đối với động cơ diesel 2 kỳ (Hình 4-2) có một phần hành trình bị tổn thất. Hình 4.1 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 4 kỳ. Hình 4.2 Đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel 2 kỳ. http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 63
Sau đây chúng ta sẽ trình bày phương pháp xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng tính toán: Để xây dựng đồ thị công chỉ thị bằng tính toán, trước hết ta xác định các điểm đặc biệt của chu trình: a(Pa,Va); b(Pb,Vb); c(Pc,Vc); z1(Pz1,Vc); z(Pz,Vz). Nối điểm a, b, c, z1, z lại với nhau bằng các đoạn thẳng ta được: Đường đẳng tích: cz1. Đường đẳng áp: z1z. Đường đẳng tích: ba. Để xây dựng đường cong nén và đường cong giãn nở, ta tiến hành như sau: Chọn một giá trị VX1 nằm trong khoảng công tác của xy lanh. Áp suất PX1 tương ứng trên đường cong nén được tính như sau: n1 ⎛V ⎞ Px1 = Pa .⎜ a ⎟ ⎜V ⎟ ⎝ x1 ⎠ Giá trị áp suất PX2 nằm trên đường giãn nở bằng: n2 ⎛V ⎞ Px 2 = Pb .⎜ b ⎟ ;Vb = Va ⎜V ⎟ ⎝ x⎠ Bằng cách chọn giá trị Vx và tiến hành tính toán tương tự ta sẽ xác định được các điểm trên đường cong nén và đường cong giãn nở. Nối các điểm này với nhau bằng một đường cong trơn ta sẽ được đường cong nén và đường cong giãn nở của chu trình công tác. Hình 4.3 Xây dựng đồ thị công chỉ thị của động cơ Diesel. Để cho tiện, thường chọn tỷ lệ xích trên trục tung là mp (kG/cm2/mm). Còn tỷ lệ xích trên trục hoành là mv (cm3/mm). Việc xây dựng đồ thị công chỉ thị cho động cơ 2 kỳ và 4 kỳ là như nhau. Nhưng với động cơ 2 kỳ thì thể tích Va được tính là: Va = Vc + Vs .(1 − ψ s ) http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 64
h ψ S : là hệ số tổn thất hành trình, ψ S = S So với đồ thị công chỉ thị thực tế, đồ thị công chỉ thị tính toán có những điểm khác biệt như sau: Do trong tính toán ta chọn giá trị n1, n2 là không đổi do đó đường cong nén và đường cong giãn nở sẽ khác với đường cong nén và đường cong giãn nở có n1, n2 thay đổi. Tại các điểm đặc biệt a, b, c, z1, z của đồ thị công chỉ thị thực tế là những đường cong liên tục. Vì vậy sau khi xây dựng đồ thị theo phương pháp trên ta phải lượn góc các điểm này bằng những đường cong. Như vậy giữa đồ thị công trước và sau lượn góc sẽ có diện tích khác nhau được đánh giá bằng hệ số lượn góc. Hệ số lượn góc là ϕd được định nghĩa là: F1 ϕd = Fc Trong đó: F1: Diện tích đồ thị công sau khi lượn góc. Fc: Diện tích đồ thị công khi chưa lượn góc. 4.2. Áp suất chỉ thị và có ích bình quân Khi xem xét một chu trình công tác thực tế, chúng ta có thể đánh giá sự hoàn thiện của chu trình về mặt lợi dụng nhiệt, liên quan đến mức độ hoàn thiện của các qúa trình riêng biệt trong đó thông qua các thông số như áp suất chỉ thị trung bình, công suất chỉ thị và hiệu suất chỉ thị. 4.2.1 Áp suất chỉ thị bình quân Áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng công chỉ thị trên một đơn vị thể tích công tác của xy lanh. Trên đồ thị công chỉ thị, áp suất chỉ thị bình quân được xác định bằng bình quân tung độ diện tích đồ thị công chỉ thị chia theo hành trình có ích của piston. (Hình 4-4). Hình 4-4 Đồ thị công chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 65
Nếu gọi công mà chất khí thực hiện được trong một chu trình là Li thì áp suất chỉ thị bình quân được tính: Li (kG/cm2) (4-1) pi = VS .104 Áp suất chỉ thị bình quân có thể được xác định bằng tính toán hay đo trực tiếp trên động cơ làm việc. Trong tính toán, sau khi xây dựng được đồ thị công chỉ thị và tiến hành lượn góc các điểm đặc biệt ta xác định được Pi khi tính toán: F (4-2) pi = .m p l Trong đó: F: là diện tích đồ thị công chỉ thị tính toán sau khi đã lượn góc (mm2) mp: là tỷ lệ xích trên trục tung (kG/cm2/mm) l: là chiều dài đồ thị trên trục hoành (mm) Để cho tiện sau khi xây dựng xong đồ thị công chỉ thị tính toán ta tiến hành đo diện tích đồ thị và xác định được giá trị pi' gọi là áp suất chỉ thị bình quân của chu trình sau khi lượn góc. Áp suất chỉ thị bình quân của chu trình sau khi lượn góc được tính: Đối với động cơ 4 kỳ: pi = ϕ d . pi' Trong đó ϕd là hệ số lượn góc (hay hệ số điền đầy đồ thức): Động cơ 4 kỳ: ϕd = 0,95 ÷ 0,97 Đối với động cơ 2 kỳ: pi = ϕ d . pi' (1 −ψ S ) Ở đây: đối với động cơ 2 kỳ quét thẳng: ϕd = 0,94 ÷ 0,96 Trong động cơ diesel 2 kỳ quét vòng, do phần diện tích baa’ không được tính vào diện tích của đồ thị công chỉ thị (Hình 4-5). Vì vậy phần diện tích này đủ bù cho các phần diện tích bị mất đi do lượn góc tại các điểm đặc biệt. Do đó với loại động cơ này ta chọn ϕd = 1. P z’ z c b a’ a k V Vc Vs Hình 4.5 Đồ thị công chỉ thị tính toán của động cơ Diesel 2 kỳ. http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 66
Trong thực tế, đồ thị công chỉ thị của động cơ thấp tốc có thể được xác định bằng một thiết bị đo đồ thị công gọi là indicator. Khi đó ta sẽ có áp suất chỉ thị trung bình thực tế. Phương pháp tính toán bằng lý thuyết để xác định áp suất chỉ thị trung bình được áp dụng như sau: Gọi Li là công thực hiện của chất khí trong một chu trình công tác. Ở đây cần lưu ý là các công trong hành trình bơm của động cơ 4 kỳ được tính vào công tiêu hao cho cơ giới. Khi đó ta có: Li = Lz1z + Lzb - Lac (4-3) Công của chất khí thực hiện trên đoạn z1z được tính: ( ) L z1 z = Pz .V z − Pz1 .V z1 = Pz . V z1 − V z Công mà chất khí thực hiện trên đoạn zb là công của qúa trình đa biến và được tính: 1 .(Pz .V z − Pb .Vb ) L zb = n2 − 1 Công trên đoạn ac là công của qúa trình nén đa biến, do đó được tính: 1 .(Pc .Vc − Pa .Va ) Lac = n1 − 1 Do đó: PZVZ − PVb PCVC − PaVa (4-4) Li = pZ (VZ − VC ) + − b n2 − 1 n1 − 1 Áp suất chỉ thị trung bình của chu trình chưa lượn góc sẽ là: Li (kG/cm2) pi = VS .104 Trong công thức này: Li được đo bằng kg.m Vs được đo bằng m3. Thay các giá trị sau vào công thức (4-4): Pz = λ.Pc ; P = Pz = λ .Pc Pc Pa = b δ δ εn n2 n2 1 V Vz = ρ a =ε Vc Vc Ta có: λ.ρ pc 1 1 1 [λ ( ρ − 1) + (kG/cm2) (4-5) pi' = .(1 − n2 ) − .(1 − n1 )] ε −1 δ − 1 n1 − 1 ε −1 n2 − 1 Áp suất chỉ thị trung bình (bình quân) của chu trình là một trong những thông số quan trọng để kiểm tra qúa trình sinh công và phụ tải của động cơ. Trong khi động cơ làm việc bình thường, việc xác định Pi cho phép đánh giá chất lượng làm việc cũng như sự đồng đều trong qúa trình công tác của các xy lanh. Ngoài ra các xy lanh làm việc không bình thường, hay sau khi điều chỉnh, thay thế bơm cao áp, sau sửa chữa và thay thế các chi tiết nhóm piston-xy lanh, sau khi chuyển sang sử dụng loại nhiên liệu khác, hay tải động cơ thay đổi v.v… thì cần phải xác định lại giá trị Pi. Giá trị áp suất chỉ thị bình quân của các xy http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 67
lanh động cơ bình thường không được vượt qúa 2,5% giá trị áp suất trung bình bình quân của toàn bộ động cơ được tính như sau: Pi1 + Pi 2 + ... + Pin Pitb = n Trong đó: Pi1, Pi2…Pin là áp suất chỉ thị bình quân của xy lanh số 1, số 2,…,số n. n là số xy lanh của động cơ. Việc xác định áp suất chỉ thị bình quân của chu trình bằng việc đo đồ thị công chỉ thị thực hiện đối với các động cơ thấp tốc. Đối với các động cơ trung tốc và cao tốc do tốc độ vòng quay cao nên khó có thể đo được đồ thị công. Do vậy đối với các loại động cơ này, để đánh giá phụ tải của các xy lanh và sự làm việc đồng đều của nó, người ta sử dụng một thông số khác, đó là: áp suất trung bình theo thời gian, áp suất cháy cực đại Pz và nhiệt độ của khí xả của các xy lanh. Hình 4-6 Đồ thị công khai triển. Áp suất trung bình theo thời gian Pi được tính như sau: Ft Pi = .m p Lt Trong công thức trên: Ft: là diện tích đồ thị công khai triển (mm2) Lt: là chiều dài đồ thị công khai triển (mm) mp là tỷ lệ xích (kG/cm2/mm) Giữa áp suất trung bình theo thời gian và áp suất chỉ thị bình quân Pi có sự khác nhau. Đối với động cơ diesel 2 kỳ thì Pt > Pi, còn đối với động cơ diesel 4 kỳ thì do hành trình bơm nên Pt < Pi. 4.2.2 Áp suất có ích bình quân Áp suất chỉ thị bình quân là một thông số được đo (hoặc tính toán) ở trong xy lanh động cơ nhưng nếu quy về vị trí tại đầu ra của trục khuỷu động cơ thì ta phải tính đến phần tổn hao cho các tổn thất cơ giới. Nếu gọi Pm là áp suất quy ước nhằm để khắc phục các tổn thất cơ giới thì khi đó áp suất có ích bình quân được tính: P e = Pi – P m http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 68
Trong đó Pe là áp suất có ích bình quân. Các tổn thất cơ giới của động cơ bao gồm: - Các tổn thất cho lai dẫn: Lai dẫn trục cam, các bơm phụ, máy nén tăng áp v.v… - Các tổn thất cho ma sát. - Các tổn thất cho hành trình bơm ở các động cơ 4 kỳ. Sự khác biệt giữa Pe và Pi còn có thể được đánh giá thông qua một thông số khác, đó là hiệu suất cơ giới ηm : Pe ηm = Pi pe = pi .ηm Vậy: (4-6) 4.3 Công suất chỉ thị và có ích của động cơ: 4.3.1 Công suất chỉ thị: (Ni [KW], [CV], [HP], [BHP]) Công suất chỉ thị là công suất được xác định trong xy lanh của động cơ. Công suất là công sinh ra trong một đơn vị thời gian. Do đó, để xác định công suất chỉ thị, ta cần phải bắt đầu từ công chỉ thị của động cơ. Biết được áp suất chỉ thị trung bình Pi ta có thể tính được công chỉ thị của một chu trình Li = pi .VS .104 (Kg.m) Trong đó: Vs là thể tích công tác của xy lanh (m3) π .D 2 Vs = .S 4 D: Đường kính xy lanh (m) S: Hành trình piston (m) Khi đó công chỉ thị của một vòng quay là: Pi .Vs .10 4 L= vq i m Trong đó: m là hệ số kỳ: Với động cơ 4 kỳ: m = 2 Với động cơ 2 kỳ: m = 1 Công của n vòng quay sẽ là: Pi .Vs .n.10 4 Ln = i m , trong đó n là số vòng quay (vòng). Với động cơ có số xy lanh là i, khi đó ta có công chỉ thị của động cơ với n vòng quay sẽ là: Pi .Vs .n.i.10 4 L= dc i m Nếu n ở trên được tính trong một đơn vị thời gian (vòng/phút), ta có công thức tính công suất của động cơ như sau: http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 69
π .D 2 pi .n.i.104 (mã lực chỉ thị) Ni = .S . 4 60.75.m Trong đó: 60 là hệ số quy đổi thời gian từ (vòng/phút) sang (vòng/giây) 75 là hệ số chuyển đổi sang mã lực. D 2 .S .n.i. pi Vậy: (mã lực chỉ thị) (4-7) N i = 0, 785. 0, 45.m Trong công thức trên D: Đường kính xy lanh (m) S: Hành trình piston (m) n: Tốc độ quay của động cơ (vòng/phút) i: Số xy lanh của động cơ m: Hệ số kỳ: + Động cơ 4 kỳ: m = 2 + Động cơ 2 kỳ: m = 1 pi: Áp suất chỉ thị bình quân (kG/cm2) Với động cơ cụ thể các giá trị D, S, i là hằng số. Do đó ta có thể viết: Ni = K.pi.n D 2 .S .i Trong đó: K = 0, 785. 0, 45.m Công suất có ích: Ne Công suất có ích là công suất được xác định tại mặt bích đầu ra của trục khuỷu của động cơ. Công suất có ích bằng công suất chỉ thị trừ đi các tổn thất cho cơ giới và được tính như sau: Ne = Ni – Nm Trong đó: Nm là công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới. Hoặc là: N e = Ni .ηm Trong đó ηm là hiệu suất cơ giới. Chú ý rằng: Pe = Pi .ηm D 2 .S .n.i.Pe Vậy: (mã lực có ích ) (4-8) N e = 0,785. 0,45.m Hay: Ne = K.pe.n (mã lực có ích) (4-9) 4.3.3 Công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới Nm = Ni − Ne Công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới bao gồm: - Công suất tiêu hao cho ma sát - Công suất tiêu hao để dẫn động các cơ cấu phụ - Công suất tiêu hao trong các hành trình bơm trong các động cơ bốn kỳ. http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 70
Với một động cơ cụ thể, công suất tiêu hao cho các tổn thất cơ giới phụ thuộc vào tốc độ quay của động cơ theo quan hệ sau: N m = A.n β Trong đó: A, β là các hệ số kinh nghiệm phụ thuộc vào loại động cơ. Giá trị của β thường năm trong khoảng sau: - Động cơ cao tốc: β = 1,5 ÷ 2,0 - Động cơ thấp tốc: β = 1,2 ÷ 1,2 4.4 Các hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ 4.4.1 Hiệu suất nhiệt - Hiệu suất nhiệt ηi là hiệu suất chỉ tính đến nhiệt lượng cấp vào Qcap và nhiệt lượng thải Qthai tất yếu cho nguồn lạnh mà không tính đến bất kỳ một tổn thất nhiệt nào khác Qcap − Qthai Qthai Q ηt = (4-10) =1− =t Qcap Qcap Qcap 4.4.2 Hiệu suất chỉ thị - Hiệu suất chỉ thị ηi tính đến cả tổn thất nhiệt cho nguồn lạnh (tổn thất nhiệt cho khí xả) và các tổn thất khác như cháy không hoàn toàn, tổn thất cho nước làm mát, môi trường: Qmat. Qcap − Qthai − Qmat Qi ηt = (4-11) = Qcap Qcap Trong đó Qi là phần nhiệt lượng biến thành công suất chỉ thị. Qi = 632,3.N i Trong đó: Ni là công suất chỉ thị [mã lực] 632,3 là hệ số quy đổi từ mã lực thành kcal. Qcap = Gnl .QH Trong đó : Gnl là lượng nhiên liệu cung cấp. [kg] QH là nhiệt trị thấp nhất của nhiên liệu [kcal/kg] Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu có nhiệt trị thấp là QH [kcal/kg], hiệu suất chỉ 632,3.N i 632,3.N i ηi = thị được tính là: (4-12) = Gnl .QH QH 4.4.3 Hiệu suất có ích - Hiệu suất có ích ηe tính đến tất cả tổn thất trong hiệu suất chỉ thị và tổn thất cơ giới trong động cơ Qcap − Qthai − Qmat − Qcogioi Qe ηe = (4-13) = Qcap Qcap Trong đó Qe là phần nhiệt lượng biến thành công suất có ích Qe = 632,3.N e http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 71
Khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu có nhiệt trị thấp là QH [kcal/kg], hiệu suất có ích được tính là : 632,3.N e 632,3.N e ηe = = (4-14) Gnl .QH QH Trong đó : Ne là công suất có ích [mã lực] 632,3 là hệ số quy đổi giữa mã lực và kcal. 4.4.4 Hiệu suất cơ giới Quan hệ giữa hiệu suất có ích và hiệu suất chỉ thị được xác định thông qua một đại lượng được gọi là hiệu suất cơ giới ηm ηe = ηi .ηm ηe N e N ηm = = =1− m Do đ ó : (4-15) ηi N i Ni Pe P ηm = =1− m hoặc : Pi Pi Trong đó Pm là áp suất quy ước chi phí cho các tổn thất cơ giới. 4.4.5 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi Gnl [kg/(mlct.h)] hoặc [g/(mlct.h)] gi = Ni Trong đó: Gnl [kg/h] là lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ để sinh ra công suất chỉ thị Ni [mã lực] Mặt khác, 632,3.N i 632,3 ηi = = Gnl .QH g i .QH Do đó có thể tính gi thông qua ηi như sau: 632,3 gi = (4-16) ηi .QH 4.4.6 Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge Gm [kg/(mlci.h)] hoặc [g/(mlci.h)] ge = Ne Trong đó: Gm [kg/h] là lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ để sinh ra công suất có ích Ne [mã lực] Mặt khác, trong một giờ ta lại có: 632,3.N e 632,3 ηe = = Gnl .QH g e .QH Do đó có thể tính ge thông qua ηe như sau: 632,3 ge = (4-17) ηe .QH http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 72
4.5 Quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân Để đánh giá tính kinh tế của động cơ cần phải căn cứ vào suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi, giá trị gi biến đổi phụ thuộc vào nhiều thông số. Một trong những thông số cơ bản đó là phụ tải của động cơ, được đánh giá thông qua áp suất chỉ thị bình quân pi. Việc xác lập mối quan hệ giữa hai thông số này cần dựa trên hai mối quan hệ sau đây: 632,3 ηi = (4-18) gi .QH Q ηi = i Và: (4-19) Qcap Xét trong trường hợp đốt 1 kg nhiên liệu ở hệ số dư lượng không khí α đã cho, ta có: Qi = A.Li 1 Trong đó A là đương lượng nhiệt của công: A = 427 Mà công chỉ thị của một chu trình: Li = Pi .Vs .104 Nhưng để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu thì phải thực hiện qua nhiều chu trình công tác. Gọi ΣVs là tổng thể tích công tác của xy lanh do piston tạo ra sau nhiều hành trình để đốt cháy hết 1 kg nhiên liệu. Li = Pi .∑Vs .10 4 Khi đó: Pi .∑Vs .104 Do đó: Qi = A.Li = 427 ηn = o = ∑ o V V Từ công thức: Vs ∑Vs ∑V = ∑ V ta có: o ηs n Pi .∑Vs .104 Pi .∑Vo .104 Do đó: Qi = = 427.η n 427 Ta lại có : Qcap = Gnl .QH = QH (vì Gnl = 1kg) Pi .∑Vo .104 632,3 Qi ηi = Vậy : = = 427.η n .QH QH g i .QH 427.η n .632,3 27.η n Suy ra : (4-20) gi = = Pi .∑Vo .10 Pi .∑Vo 4 Chú ý rằng ΣVs là thể tích không khí cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu. Viết phương trình trạng thái cho không khí với thông số tạo cửa nạp (P0, T0), ta có : Po .Vo = L.848.To http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 73
L.848.To Suy ra : Vo = Po Chuyển thứ nguyên của P0 từ (kG/cm2) sang (kG/m2), khi đó : L.848.To Vo = Po .104 Thay ΣVs = V0 ở trên vào công thức (4-20) ta được : 27.η n .Po .104 gi = Pi .L.848.To 318,4.η n .Po .104 Vậy: (4-21) gi = Pi .L.848.To Đối với động cơ có tăng áp, ta chỉ cần thay các thông số trước cửa nạp là Ps, Ts 318,4.η n . po Khi đó : (4-22) gi = α .Lo .To . pi - Đối với động cơ hai kỳ, khi sử dụng công thức trên, hệ số nạp trong đó phải tính đến tổn thất hành trình. - Mối quan hệ giữa gi và pi như trong các công thức trên là tỷ lệ nghịch, nhưng trên thực tế khi muốn tăng pi thì phải tăng lượng nhiên liệu làm hệ số dư lượng không khí α giảm, do đó gi chưa hẳn đã giảm. Khi xem xét trên đặc tính phụ tải, khi tăng pi giai đoạn đầu thì gi giảm. Tiếp theo do hệ số dư lượng không khí α giảm, tổn thất nhiệt giảm, chất lượng quá trình cháy tốt dẫn tới gi đạt giá trị cực tiểu. Nếu tiếp tục tăng pi thì hiệu quả quá trình cháy giảm do hệ số dư lượng không khí α giảm nhiều gây thiếu không khí. Trong giai đoạn này suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi tăng. 4.6 Cân bằng nhiệt động cơ diesel 4.6.1 Khái niệm chung Khi động cơ diesel hoạt động, nhiên liệu cung cấp vào xy lanh động cơ và được đốt cháy trong đó. Phần nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra không được chuyển hoàn toàn thành công mà người ta phải tính toán, đánh giá chính xác thành phần năng lượng bị tổn thất và những nguyên nhân nào đó. Vấn đề nghiên cứu và đánh giá các thành phần tổn thất giúp cho chúng ta có những biện pháp để hạn chế hoặc để lợi dụng chính những tổn thất đó. Việc hạn chế hoặc lợi dụng các tổn thất nhiệt trong diesel thường kèm thao các thiết bị hoặc hệ thống thiết bị, do đó khi đánh giá chính xác tổn thất người ta mới có những cơ sở để đặt những thiết bị hoặc hệ thống đó. Cân bằng nhiệt động cơ còn giúp cho chúng ta kiểm tra lại các tính toán trong bài toán thuận nói trên. 4.6.2 Phương trình cân bằng nhiệt : Phương trình cân bằng nhiệt được viết: Q0 = Qe+ Qlm + Qkx + Qck +Qcl (4-23) Trong đó: Q0 : Nhiệt lượng do nhiên liệu cháy hoàn toàn đưa vào động cơ. Qe : Nhiệt lượng tương đương với công có ích do động cơ sản ra. http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 74
Qlm : Nhiệt lượng do nước làm mát mang ra Qkx : Nhiệt lượng do khí xả mang ra Qck : Nhiệt lượng do cháy không hoàn toàn nhiên liệu Qcl: Tổng cộng các thành phần mất mát còn lại không tính toán cụ thể được. Viết phương trình dưới dạng phần trăm: (4-24) qe + qlm + qkt + qck + qcl = 100% Các thành phần được tính toán: Qo = Gnl.QHp Trong đó: Gnl là lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giờ của động cơ (kg/h) QHp: Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (Kcal/kg) hay (Kj/kg) Qlm = Gn .Cn .(tn1 − tn 2 ) + Gd .Cd .(td 1 − td 2 ) (4-25) Trong đó: Gn , Gd , Cn , Cd : Lưu lượng và nhiệt dung riêng của nước và dầu nhờn. tn 2 , tn1 , td 1 , td 2 : Nhiệt độ nước và dầu nhờn khi vào và ra khỏi động cơ. (4-26) Qkx = Gkx .C p .T kx − Gkk .C p .t kk kx kk Trong đó: Gkx , C p , T kx : lưu lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ khí cháy sau tổ hợp tua kx bin khí máy nén hoặc ở ống xả với động cơ không tăng áp. Gkk , C p , t kk : lưu lượng, nhiệt dung riêng và nhiệt độ của không khí sạch trước kk máy nén tăng áp hoặc ống hút của động cơ không tăng áp. Thông thường: qe : 29 ÷ 42% qlm : 15 ÷ 35% qkx : 25 ÷ 45% qck : 0 ÷ 5% Qcl : 2 ÷ 5% Câu hỏi ôn tập chương: 1. Neâu teân goïi, coâng thöùc tính toaùn caùc thoâng soá sau vaø moái quan heä giöõa chuùng: Ni, Ne, Nm, gi, ge,, pe, pi 2. Caùc thoâng soá chæ thò vaø coù ích cuûa ñoäng cô, phöông phaùp xaùc ñònh coâng suaát chæ thò Ni coâng suaát coù ích Ne? 3. Trình baøy moái töông quan giöõa caùc thoâng soá coù ích vaø chæ thò, moái töông quan giöõa hieäu suaát vaø taûi cuûa ñoäng cô. http://www.ebook.edu.vn Động cơ Diesel tàu thủy - Đại học GTVT TP.HCM - 2008 75