Giáo trình Thiết bị năng lượng tàu thủy

Chia sẻ: Mr Hoango9 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:68

Thêm vào BST

Báo xấu

203
lượt xem 74
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình Thiết bị năng lượng tàu thủy gồm 3 phần. Phần 1 - Hệ thống thiết bị năng lượng hơi nước tàu thủy gồm chương 1 nồi hơi tàu thủy, chương 2 tua bin hơi. Phần thứ 2 - Hệ thống thiết bị động lực diesel tàu thuỷ gồm nội dung chương 3 động cơ đốt trong, chương 4 các hệ thống phục vụ động lực chính tàu thuỷ, chương 5 buồng máy – hệ trục. Phần thứ 3 - Các hệ thống phục vụ cho tàu gồm nội dung chương 6 giới thiệu chung, chương 7 máy phụ tàu thủy.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình Thiết bị năng lượng tàu thủy

PHAÀN THÖÙ I: HEÄ THOÁNG TBNL HÔI NÖÔÙC TAØU THUYÛ CHÖÔNG I: NOÀI HÔI TAØU THUYÛ BAØI 1: SÔ ÑOÀ HEÄ THOÁNG TBNL HÔI NÖÔÙC TAØU THUYÛ 1.1. Caùc thieát bò cuûa heä thoáng Ñeán sinh hoaït Baà u saáy hôi Ñeá n maùy phuï Tuabin Hoäp soá Caá p khoâng khí Chaân vòt Caáp NL NOÀ I HÔI Ra maï n taøu 8 Fin loï c BN nöôùc bieån Baà u haâm nöôùc caá p 2 Hôi NH Hôi haâm Bôm Bôm caá p nöôùc nöôùc bieån ngöng Bôm caáp Baà u haâm nöôùc caá p 1 Hình 1: Sô ñoà heä thoáng tbnl hôi nöôùc taøu thuyû Trang 1
1.2. Nguyeân lyù hoaït ñoäng − Taïi NH thöïc hieän quaù trình saûn xuaát hôi nöôùc (gia nhieät cho nöôùc → hôi) bieán ñoåi hoaù naêng cuûa chaát ñoát thaønh hôi. − Baàu saáy hôi: bieán hôi baûo hoaø → hôi quaù nhieät − ÔÛ tuabin: nhieät naêng cuûa hôi bieán thaønh ñoäng naêng cuûa doøng hôi do hôi giaûn nôû trong caùc oáng phun, ñoäng naêng cuûa hôi taùc ñoäng leân caùc caùnh tuabin laøm tuabin quay. − Vì ntb cao neân phaûi giaûm xuoáng thoâng qua hoäp soá (coù theå theâm tuabin thöïc hieän quaù trình chaïy luøi). − Taïi baàu ngöng (BN): hôi nöôùc ñöôïc laøm maùt ñeå ngöng tuï thaønh nöôùc. − Nöôùc ngöng ñöôïc bôm nöôùc ngöng huùt ra ñöa qua baàu haâm caáp 1. Sau ñoù ñöôïc bôm caáp nöôùc noài bôm qua baàu haâm caáp 2 ñeán NH. + Heä thoáng TBNL hôi nöôùc taøu thuyû laøm vieäc theo chu trình kín + Löôïng hôi, nöôùc thaát thoaùt seõ ñöôïc boå sung. BAØI 2: SÔ ÑOÀ HEÄ THOÁNG TUABIN NOÀI HÔI TAØU THUYÛ 2.1. Noài hôi oáng nöôùc 2.1.1.Keát caáu: gioù Quaït gioù Noài hôi oáng nöôùc goàm caùc thieát bò chính sau: − Noài hôi: + Baàu hôi, baàu nöôùc. Nöôùc + Cuïm oáng (noái hai baàu). Baà u hôi − Buoàng ñoát: khoâng gian thöïc hieän quaù trình chaùy cuûa chaát ñoát cung caáp nhieät cho noài hôi. − Boä quaù nhieät (saáy hôi). − Boä haâm nöôùc tieát kieäm: taän duïng nhieät khoùi loø Hôi QN haâm nöôùc tröôùc khi caáp vaøo noài hôi nhaèm taêng hieäu Buoà ng ñoá t suaát cuûa noài hôi (ηNH), giaûm öùng suaát nhieät. − Boä saáy khoâng khí tieát kieäm: taän duïng nhieät khoùi Suù ng phun loø ñeå saáy noùng khoâng khí caáp vaøo buoàng ñoát → chaùy Bôm daàu toát hôn → taêng hieäu suaát cuûa noài hôi Baà u nöôù c − Thieát bò caáp nöôùc: bôm, loïc, ..... Chuù yù: Pbôm > Pnoài . − Thieát bò caáp nhieân lieäu: keùt, baàu haâm, Hình 2: Sô ñoà noài hôi oáng nöôùc bôm, suùng phun, ... − Thieát bò ñieàu khieån, kieåm tra: aùp keá, nhieät keá, oáng thuyû, van an toaøn, van xaû caën. − Thieát bò töï ñoäng ñieàu chænh: + Ñieàu chænh quaù trình chaùy. + Ñieàu chænh nöôùc noài hôi. + Ñieàu chænh nhieät ñoä hôi quaù nhieät. Trang 2
2.1.2.Nguyeân lyù laøm vieäc − ÔÛ buoàng ñoát: Do nhieân lieäu ñöôïc phun söông coäng vôùi khoâng khí → moài löûa. Hoån hôïp chaùy taïo ngoïn löûa vaø khoùi loø coù nhieät ñoä cao → truyeàn nhieät cho cuïm oáng nöôùc soâi gaàn buoàng ñoát (I). ÔÛ ñaây coù cöôøng ñoä hoaù hôi lôùn hôn ôû cuïm oáng nöôùc soâi xa buoàng ñoát (II). Maät ñoä hoãn hôïp trong cuïm (I) nhoû hôn cuïm (II) neân seõ taïo thaønh voøng tuaàn hoaøn töï nhieân trong NH. Hôi nöôùc taäp trung treân baàu hôi & thoaùt ra ngoaøi qua maët saøng ñeå taùch hôi & haït nöôùc ñeán boä quaù nhieät. − Khoùi loø ñi töø buoàng ñoát → cuïm oáng → saáy hôi → haâm → oáng khoùi. 2.2. Noài hôi oáng löûa Boä saáy kk Hôi baûo hoaø − Keát caáu & nguyeân lyù hoaït ñoäng: Boä haâm Thanh chaèng Hình 3: Sô ñoà noài hôi oáng löûa phuï daøi Thanh OÁng löûa chaèng ngaén DO Hoäp löûa khoâng khí Buoàng ñoát Voû noài hôi BAØI 3: PHAÂN LOAÏI NOÀI HÔI 3.1. Theo coâng duïng: − NH chính − NH phuï − NH kinh teá: taän duïng nhieät khí xaû ñoäng cô. 3.2. Theo caùch queùt loø: − NHON − NHOL: goàm coù OL xuoâi chieàu & OL ngöôïc chieàu. − NH hoãn hôïp (OL + ON) 3.3. Theo caùch tuaàn hoaøn cuûa nöôùc vaø hôi − NH tuaàn hoaøn töï nhieân − NH tuaàn hoaøn cöôõng böùc (duøng bôm tuaàn hoaøn). 3.4. Theo aùp suaát NH − NH thaáp aùp: < 20 kg − NH trung aùp: töø 20 ñeán 45 kg/cm2 − NH cao aùp: > 45kg/cm2. 3.5. Theo nhieân lieäu: − NH ñoát than. − NH ñoát daàu. − NH söû duïng naêng löôïng haït nhaân. Trang 3
BAØI 4: CAÙC THOÂNG SOÁ CHÍNH CUÛA NOÀI HÔI 4.1. AÙp suaát: − Laø aùp suaát cuûa hoãn hôïp nöôùc + hôi taùc duïng leân baàu noài vaø thaønh oáng. (aùp suaát hôi quaù nhieät). 4.2. Nhieät ñoä: − Nhieät ñoä hôi baõo hoaø (tröôùc saáy) − Nhieät ñoä hôi quaù nhieät (sau saáy) − Nhieät ñoä nöôùc caáp. 4.3. Saûn löôïng: − Löôïng sinh hôi trong moät ñôn vò thôøi gian (kg/h, taán/h) 4.4. Hieäu suaát :ηN (%): − Laø tæ soá giöõa nhieät löôïng coù ích cho NH treân nhieät löôïng do chaát ñoát taïo ra. Q ηN = P i QH * B BAØI 5: CAÙC THIEÁT BÒ PHUÏC VUÏ NOÀI HÔI 5.1. Thieát bò an toaøn: − Goàm coù van an toaøn, aùp keá, nhieät keá Van an toaøn : + Pmôû = 1,03.Pctaùc . + Pñoùng < Pctaùc : 0.3 – 0.5 kg/cm2 5.2. Thieát bò chæ baùo möïc nöôùc noài: − OÁng thuyû. 5.3. Thieát bò caáp nöôùc (töï ñoäng caáp nöôùc). − Bôm (Pbôm >Pnoài ) − Loïc (khoâng khí, taïp chaát. daàu...) − Haâm nöôùc. − Thieát bò laøm saïch noài hôi: + Xöû lí nöôùc baèng hoaù chaát. + Gaïn maët, xaû ñaùy khi noài hôi laøm vieäc. 5.4. Thieát bò phuïc vuï quaù trình chaùy: − Bôm nhieân lieäu. − Haâm saáy (FO) − Suùng phun nhieân lieäu. − Thieát bò ñieàu chænh töï ñoäng quaù trình chaùy. 5.5. Thieát bò caáp khoâng khí: − Quaït, saáy khoâng khí... Trang 4
BAØI 6: NHIEÂN LIEÄU SÖÛ DUÏNG CHO NOÀI HÔI 6.1. Khaùi nieäm Laø nhöõng vaät chaát töï nhieân hay nhaân taïo ñöôïc ñoát trong buoàng ñoát cuûa noài hôi thöïc hieän quaù trình bieán ñoåi hoaû naêng thaønh nhieät naêng. Goàm: − Chaát raén: than ñaù, cuûi. − Chaát loûng: DO, FO. − Naêng löôïng nguyeân töû. 6.2. Yeâu caàu cuûa nhieân lieäu: − Coù löôïng sinh nhieät cao (nhieät trò ño baèng kJ/kg, kJ/m3 ) nhaèm ñeå giaûm löôïng döï tröõ. − Coù ñoä beàn vöõng khi baûo quaûn treân taøu (khoâng töï boác chaùy). − Ñoâï tro, ñoä aåm, haøm löôïng S, V thaáp: + S → SO2, SO3 ⎯⎯ ⎯→ H2SO4 H 2O + V chaùy taïo thaønh V2O5 coù nhieät ñoä noùng chaûy thaáp (6850C) baùm leân thaønh oáng, voû. Laøm xuùt taùc cho phaûn öùng aên moøn. BAØI 7: NÖÔÙC CAÁP CHO NOÀI HÔI 7.1. Yeâu caàu ñoái vôùi nöôùc caáp noài hôi. − Nöôùc ngöng (töø hôi nöôùc) phaûi tinh khieát. − Nöôùc khoâng bò laãn nöôùc bieån, roø loït ôû bình ngöng. − Nöôùc khoâng coù daàu (töø caùc phuï taûi: maùy hôi, tua bin... ) − Nöôùc khoâng laãn khoâng khí. − Nöôùc boå sung phaûi ñaûm baûo chaát löôïng. 7.2. Caùc phöông phaùp loïc nöôùc noài. 7.2.1.Duøng thuoác choáng ñoùng caùu caën: Xuùt NaOH, K2CO3, Na3PO4: caùc chaát naøy phaûn öùng hoaù hoïc vôùi caùc muoái cöùng trong nöôùc laøm cho muoái cöùng laéng thaønh caùu buøn ñeå xaû ra ngoaøi. Coù theå cho tröïc tieáp vaøo noài hôi hoaëc pha ôû keùt. 7.2.2.Loïc caën Nöôùc qua löôùi loïc, caùc ngaên than coác ôû beå loïc, caën caùu seõ bò giöõ laïi. 7.2.3.Loïc daàu Duøng khaên boâng, vaûi gai, xô möôùp, ... 7.2.4.Khöû khí − Ñun soâi thì caùc chaát khí hoaø tan seõ bay hôi. − Pha caùc chaát haáp thuï oxy nhö: N2H4, Na2SO3. 7.2.5.Ñònh kì gaïn maët xaû ñaùy − Gaïn maët: Ca/1 laàn (gaïn chaát noåi, maøng daàu) − Xaû ñaùy: ngaøy/laàn (xaû caïn buøn laéng ñoïng). Trang 5
CHÖÔNG II: TUA BIN HÔI KHAÙI NIEÄM − Tuabin hôi laø 1 ñoäng cô nhieät duøng ñeå bieán ñoåi nhieät naêng cuûa hôi thaønh coâng cô hoïc. − Ñoäng cô quay lieân tuïc 1 chieàu (khoâng coù cô caáu bieân, truïc khuyûu) neân laøm vieäc oån ñònh, coù hieäu suaát vaø coâng suaát cao (hôn 1 trieäu kW) − Treân taøu thuyû duøng laøm ñoäng cô chính lai chaân vòt hoaëc lai maùy phaùt ñieän, bôm, quaït... BAØI 1: CAÁU TAÏO VAØ NGUYEÂN LÍ LAØM VIEÄC. 1.1. Caáu taïo: − Baùnh ñoäng laép chaët vôùi truïc − Baùnh tónh laép vôùi voû coù gaén oáng phun. − Hoäp kín hôi (löôïc). voû 1.2. Nguyeân lí laøm vieäc: Hôi nöôùc coù aùp suaát vaø nhieät ñoä cao khi ñi qua oáng caùnh ñoäng phun thì aùp suaát vaø nhieät ñoä giaûm xuoáng nhöng toác ñoä oáng phun doøng hôi taêng leân ñi vaøo caùnh coâng taùc. ÔÛ ñaây doøng hôi baùnh ñoäng ñoåi chieàu chuyeån ñoäng cong theo loøng maùng cuûa caùnh coâng taùc neân xuaát hieän löïc li taâm. Caùc phaàn töû hôi va ñaäp vaøo loøng caùnh taïo neân söï cheânh leäch aùp suaát giöõa phía buïng vaø phía löng cuûa caùnh coâng taùc laøm cho baùnh caùnh truïc hoäp kín ñoäng quay lai truïc quay. Nhö vaäy trong tuabin coù 2 quaù trình chuyeån hoaù naêng löôïng: − Trong oáng phun: khi hôi ñi qua nhieät naêng bieán thaønh ñoäng naêng cuûa doøng hôi. − Khi ñi qua raõnh caùnh coâng taùc ñoäng naêng cuûa doøng hôi bieán thaønh coâng cô hoïc laøm quay caùnh. Cöù 1 baùnh tónh + 1 baùnh ñoäng thì goïi laø 1 taàng cuûa tua bin. Tuabin coù theå 1 taàng hoaëc nhieàu taàng Hình 4: Tuabin hôi moät taàng (taàng cao aùp, taàng trung aùp, taàng thaáp aùp). 1.3. Öu nhöôïc ñieåm cuûa tuabin hôi. 1.3.1.Öu ñieåm: − Ñoäng cô hoaït ñoäng lieân tuïc, voøng quay cao (15000 rpm), quay moät chieàu neân taûi troïng ít thay ñoåi → khoâng thay ñoåi veà öùng suaát nhieät, giaûm maøi moøn, eâm, tuoåi thoï cao, laøm vieäc tin caäy. − Baûo quaûn vaän haønh ñôn giaûn, buoàng maùy saïch seõ (khoâng bò roø ræ daàu, nöôùc ra ngoaøi). − Coâng suaát lôùn (1 tuabin coù theå coù coâng suaát = 100.000 CV) − Hieäu suaát: + Lôùn hôn so vôùi maùy hôi, tuabin khí. Trang 6
+ Nhoû hôn so vôùi ñoäng cô ñoát trong: (maùy hôi: < 16%, tuabin khí: ≈ 30%, tuabin hôi: 35%, ñoäng cô ñoát trong: 45%) − Laép döôùi taøu: troïng taâm thaáp → khoâng coù moment laät. 1.3.2.Nhöôïc ñieåm − Heä thoáng coàng keành, phöùc taïp (chæ laép cho taøu lôùn). − Khôûi ñoäng, vaän haønh chaäm (do phaûi saáy). − Voøng quay quaù lôùn → phaûi coù boä truyeàn ñoäng. − Khoâng ñaûo chieàu ñöôïc: neáu lai chaân vòt phaûi coù theâm moät tuabin luøi → laøm toån thaát coâng suaát cuûa heä thoáng do luoân phaûi lai tuabin luøi (khaéc phuïc baèng caùch söû duïng chaân vòt bieán böôùc). BAØI 2: PHAÂN LOAÏI TUABIN HÔI TAØU THUYÛ 2.1. Phaân loaïi theo chöùc naêng − Tuabin chính: lai chaân vòt. − Tuabin phuï: lai caùc thieát bò phuï: maùy phaùt ñieän, bôm, ... 2.2. Phaân loaïi theo caáu taïo − Tuabin nhieàu thaân: 2 thaân: + Thaân cao aùp (ñaët tuabin cao aùp). + Thaân thaáp aùp (ñaët tuabin thaáp aùp) − Tuabin moät thaân: toaøn boä caùc taàng chæ caáu taïo moät truïc goàm phaàn cao aùp vaø phaàn thaáp aùp. 2.3. Phaân loaïi theo ñaët tính quaù trình laøm vieäc: − Tuabin xung kích: thöôøng ñöôïc öùng duïng ôû vuøng cao aùp. − Tuabin phaûn kích: thöôøng ñöôïc aùp duïng ôû vuøng trung aùp, thaáp aùp. − Tuabin hoãn hôïp: xung kích +phaûn kích. Trang 7
PHAÀN THÖÙ II: HEÄ THOÁNG THIEÁT BÒ ÑOÄNG LÖÏC DIESEL TAØU THUYÛ CHÖÔNG III: ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG BAØI 1: GIÔÙI THIEÄU CHUNG 1.1. Nguyeân lí chung: 1.1.1.Ñoäng cô ñoát trong − Ñoäng cô ñoát trong laø moät ñoäng cô nhieät. − Nhieân lieäu ñöôïc ñoát chaùy chuyeån hoaù töø nhieät naêng → cô naêng xaûy ra beân trong ñoäng cô. 1.1.2.Giôùi thieäu sô ñoà caáu taïo. 1.1.3.Nguyeân lí laøm vieäc − Nhieân lieäu chaùy trong xylanh ñoäng cô baèng hai caùch: + Töï boác chaùy khi bò neùn ñeán aùp suaát, nhieät ñoä thích hôïp. + Bò ñoát chaùy cöôõng böùc nhôø nguoàn löûa beân ngoaøi. − Saûn phaåm chaùy coù aùp suaát cao, nhieät ñoä cao tieán haønh quaù trình giaûn nôû, taùc duïng leân ñænh piston, ñaåy piston ñi xuoáng. − Nhôø cô caáu bieân – truïc khuyûu: bieán chuyeån ñoäng tònh tieán cuûa piston thaønh chuyeån ñoäng quay cuûa truïc khuyûu. − Vieäc thaûi khí cuû vaø naïp khí môùi do caùc supaùp thöïc hieän qua caùc cô caáu truyeàn ñoäng. − Vieäc cung caáp nhieân lieäu vaøo xylanh do heä thoáng nhieân lieäu (bôm cao aùp, voøi phun, ...) thöïc hieän. − Ñoäng cô ñöôïc laøm maùt & boâi trôn nhôø heä thoáng laøm maùt vaø heä thoáng daàu nhôøn. 1.2. Öu nhöôïc ñieåm cuûa ñoäng cô ñoát trong 1.2.1.Öu ñieåm − Hieäu suaát coù ích cao (40 – 45%) trong khi ñoù caùc thieát bò khaùc nhö TB khí (30%), TB hôi (30 - 35%), maùy hôi (
BAØI 2: PHAÂN LOAÏI ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG 2.1. Theo caùch thöïc hieän chu trình coâng taùc. − Ñoäng cô 4 kì: chu trình coâng taùc ñöôïc hoaøn thaønh trong thôøi gian 4 haønh trình cuûa piston (2 voøng quay truïc khuyûu). − Ñoäng cô 2 kì: chu trình coâng taùc ñöôïc hoaøn thaønh trong thôøi gian 2 haønh trình cuûa piston töông öùng vôùi 1 voøng quay truïc khuyûu. 2.2. Theo nhieân lieäu: − Ñoäng cô chaïy baèng nhieân lieäu loûng nheï (xaêng, coàn, benzen,...) vaø chaïy baèng nhieân lieäu loûng naëng (DO, FO). − Ñoäng cô chaïy baèng nhieân lieäu khí (khí thieân nhieân, khí neùn, khí theå loûng) − Ñoäng cô chaïy baèng nhieân lieäu khí loûng (nhieân lieäu chính laø khí- nhieân lieäu moài laø nhieân lieäu loûng) goïi laø ñoäng cô gazoâdiesel. − Ñoäng cô chaïy baèng nhieàu loaïi nhieân lieäu. 2.3. Theo phöông phaùp hình thaønh khí hoãn hôïp − Ñoäng cô hình thaønh hoãn hôïp (khí- nhieân lieäu) ôû beân ngoaøi. − Ñoäng cô hình thaønh hoãn hôïp (khí- nhieân lieäu) ôû beân trong (ñöa khoâng khí vaøo beân trong neùn ñeán cuoái quaù trình → caáp nhieân lieäu söông). 2.4. Theo phöông phaùp ñoát chaùy khí hoãn hôïp − Ñoäng cô ñoát cöôõng böùc: buzi (nguoàn löûa beân ngoaøi). − Ñoäng cô töï chaùy (Töï boác chaùy khi bò neùn ñeán aùp suaát, nhieät ñoä thích hôïp). 2.5. Theo daïng cuûa chu trình coâng taùc − Ñoäng cô laøm vieäc theo chu trình V = const (quaù trình chaùy cuûa nhieân lieäu tieán haønh ôû V = const). − Ñoäng cô laøm vieäc theo chu trình P = const (chaùy vôùi P = const). − Ñoäng cô laøm vieäc theo chu trình hoãn hôïp (vöøa V vöøa P = const) 2.6. Theo phöông phaùp naïp − Ñoäng cô khoâng taêng aùp: (vieäc naïp khoâng khí vaøo xylanh do cheânh leäch aùp suaát). − Ñoäng cô coù taêng aùp: Pnaïp >Pkq . Khi taêng Qnaïp → cho pheùp taêng nhieân lieäu → taêng coâng suaát (N). 2.7. Theo toác ñoä trung bình cuûa piston S .n Cm = [m/s] 30 Trong ñoù: + S: haønh trình cuûa piston . + n: voøng quay cuûa ñoäng cô. − Ñoäng cô thaáp toác: Cm < 6 m/s (100 – 250 rpm) − Ñoäng cô trung toác: Cm = 6 -9 m/s (250 – 750 rpm). − Ñoäng cô cao toác: Cm > 9 m/s (750 – 1500 rpm). 2.8. Theo khaû naêng thay ñoåi chieàu quay cuûa truïc khuyûu − Ñoäng cô chæ quay 1 chieàu. − Ñoäng cô ñaûo chieàu (döøng ñoäng cô, dòch truïc cam → khôûi ñoäng laïi). Trang 9
2.9. Theo phöông thöùc taùc duïng löïc leân ñænh piston − Ñoäng cô taùc duïng ñôn (chu trình coâng taùc chæ thöïc hieän ôû phía treân ñænh piston). Hay coøn goïi laø ñoäng cô moät hieäu löïc. − Ñoäng cô taùc duïng keùp (chu trình coâng taùc ôû khoâng gian treân vaø döôùi cuûa piston). Hay coøn goïi laø ñoäng cô hai hieäu löïc. − Ñoäng cô coù piston ñoái ñænh (2 piston chung moät buoàng ñoát). 2.10. Phaân theo caáu taïo ñoäng cô − Theo soá xylanh: + Ñoäng cô moät xylanh. + Ñoäng cô nhieàu xylanh. − Theo caùch phaân boá xylanh: + Xylanh boá trí moät haøng thaúng ñöùng. + Xylanh boá trí hai haøng chöõ V. + Xylanh boá trí hình sao. − Theo caáu taïo thanh truyeàn: + Ñoäng cô khoâng baøn tröôït. + Ñoäng cô coù patanh – baøn tröôït. 2.11. Theo coâng duïng − Ñoäng cô chính: lai chaân vòt. − Ñoäng cô phuï: lai maùy phaùt hoaëc MP khaùc. BAØI 3: NGUYEÂN LYÙ LAØM VIEÄC CUÛA ÑOÄNG CÔ ÑOÁT TRONG 3.1. Nhöõng khaùi nieäm vaø ñònh nghóa: 3.1.1.Quaù trình coâng taùc cuûa ñoäng cô Laø toång soá taát caû nhöõng söï bieán ñoåi xaûy ra ñoái vôùi moâi chaát coâng taùc beân trong xylanh ñoäng cô cuõng nhö ôû heä thoáng naïp vaø thaûi gaén lieàn vôùi noù. Moâi chaát coâng taùc luoân luoân bieán ñoåi veà chaát cuõng nhö veà löôïng: − Thay ñoåi veà thaønh phaàn hoaù hoïc khi ñoát chaùy nhieân lieäu. − Thay ñoåi veà theå tích do piston luoân chuyeån ñoäng. − Thay ñoåi veà aùp suaát, nhieät ñoä. − Thay ñoåi veà troïng löôïng do thaûi khí vaø naïp khí. 3.1.2.Chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô. − Laø toång coäng taát caû nhöõng phaàn cuûa quaù trình xaûy ra theo thôøi gian, trong moät giai ñoaïn (thôøi kì) ôû moät xylanh cuûa ñoäng cô. − Trong ñoäng cô Diesel: + Ñoäng cô 4 kì phaûi caàn 4 haønh trình cuûa piston môùi hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô. + Ñoäng cô 2 kì phaûi caàn 2 haønh trình cuûa piston môùi hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô. Trang 10
3.1.3.Kyø cuûa ñoäng cô: (hay coøn goïi laø thì) Laø chæ soá haønh trình cuûa piston khi hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc. − 4 kyø: thöïc hieän 4 quaù trình huùt, neùn, noå, xaû trong 4 haønh trình cuûa piston (4S). − 2 kyø: thöïc hieän 4 quaù trình huùt, neùn, noå, xaû trong 2 haønh trình cuûa piston (2S). 3.1.4.Ñieåm cheát cuûa piston − Laø vò trí maø taïi ñoù piston ñoåi chieàu chuyeån ñoäng. − Piston coù 2 ñieåm cheát: ÑCT vaø ÑCD. 3.1.5.Haønh trình cuûa piston (S) − Laø khoaûng caùch giöõa hai ñieåm cheát. − S = 2R (R: baùn kính quay cuûa taâm coå khuyûu). 3.1.6.Theå tích buoàng chaùy (buoàng neùn): kí hieäu laø Vc. Laø theå tích cuûa xylanh khi piston ôû ñieåm cheát treân. 3.1.7.Theå tích coâng taùc cuûa xylanh (Vh) Laø hieäu soá giöõa Vmax vaø Vc. πD 2 [Vh = Vmax - Vc] = S (m3: 1xl). 4 3.1.8.Tæ soá neùn cuûa ñoäng cô: ( ε ) Laø tæ soá giöõa Vmax vaø Vc. V V + Vh V ε = max = c =1+ h Vc Vc Vc 3.2. Nguyeân lí laøm vieäc cuûa ñoäng cô diesel 4 kì : P y z z' c'' ÑCT c' C'' 1 C' 6 d 1 3 b' d1 d2 b P0 r' r 4 r' a V b' Vc Vh b S 5 d2 a 2 ÑCD ÑCT ÑCD Hình 5: Ñoà thò coâng chu trình vaø ñoà thò phaân phoái khí cuûa ñoäng cô 4 kì Trang 11
ϕ1 = 18 – 300 ϕ2 = 18 - 450 ϕ3 = 10 - 300 ϕ4 : Goùc truøng ñieäp cuûa supaùp. ϕ5 = 35 – 450 ϕ6 = 18 - 250 − Xeùt khi piston ôû vò trí ÑCT. Taïi ñaây ta coù: + Vmin = Vc + ϕ = 00 (goùc quay truïc khuyûu : 4 kì: ϕ = 0 - 7200 3.2.1.Haønh trình thöù nhaát: haønh trình naïp − Khi piston ôû ÑCT → Vc chöùa ñaày saûn phaåm chaùy coøn soùt laïi cuûa chu trình tröôùc. Ñieåm ñaët tröng cho traïng thaùi cuûa noù laø ñieåm r. Pr = P0 (aùp suaát khí quyeån). − Khi truïc khuyûu quay: piston dòch chuyeån xuoáng, V taêng leân → taïo chaân khoâng. Khi P < P0 thì khoâng khí ñöôïc huùt vaøo xylanh nhôø supaùp naïp ñaõ môû (luùc naøy supaùp xaû ñoùng). − Treân ñoà thò coâng thì haønh trình naïp öùng vôùi ñöôøng cong rr’a. − Ñeå caûi thieän quaù trình naïp toát hôn (ñaåy khí soùt, taêng khí naïp: ngöôøi ta cho supaùp naïp môû sôùm tröôùc khi piston ñeán ÑCT (môû taïi ñieåm d1). Goùc môû sôùm laø ϕ 1=d1r. Thöôøng ϕ 1: 180 – 300 − Ñoàng thôøi supaùp naïp ñöôïc ñoùng muoän hôn so vôùi ÑCD (taïi ñieåm d2), goùc ñoùng muoän laø ϕ 2 = ad2. Thöôøng thì ϕ 2 = 180 – 450: vôùi ñoäng cô khoâng taêng aùp. Vì supaùp naïp môû sôùm, ñoùng muoän neân thôùi gian naïp thöïc teá cuûa quaù trình naïp lôùn hôn thôùi gian cuûa haønh trình naïp. 3.2.2.Haønh trình thöù hai: haønh trình neùn − Piston ñi töø ÑCD ñeán ÑCT, theå tích xylanh giaûm daàn khoâng khí bò neùn laïi, do ñoù nhieät ñoä vaø aùp suaát taêng leân (cuoái quaù trình neùn thì Tc = 600 – 8000C vaø Pc = 3,0 – 5,0 Mpa). − Vì supaùp naïp ñoùng muoän neân thôøi gian cuûa quaù trình neùn nhoû hôn thôøi gian cuûa haønh trình neùn. − Ñeå quaù trình chaùy cuûa nhieân lieäu toát hôn (coù thôøi gian chuaån bò chaùy) ngöôøi ta cho phun nhieân lieäu (qua BCA – voøi phun) vaøo xylanh sôùm hôn so vôùi ÑCT, goùc phun sôùm laø ϕ 3= c’c’’ (thöôøng ϕ 3 = 10 – 300) − Thôøi gian chuaån bò chaùy daøi hay ngaén phuï thuoäc raát nhieày yeáu toá: tính chaát cuûa nhieân lieäu, chaát löôïng haït nhieân lieäu, nhieät ñoä vaø aùp suaát cuûa khoâng khí neùn & söï hoaø troän cuûa hoãn hôïp. 3.2.3.Haønh trình thöù ba: haønh trình chaùy vaø giaûn nôû − Piston ñi töø ÑCT xuoáng ÑCD. Haønh trình naøy bao goàm quaù trình chaùy vaø quaù trình giaûn nôû. − Sau khi keát thuùc giai ñoaïn chuaån bò chaùy, soá nhieân lieäu trong xylanh ñöôïc chaùy nhanh. Aùp suaát (P) taêng leân ñoät ngoät (töø c’’ ñeán y). Sau ñoù quaù trình chaùy ñöôïc tieán haønh töông ñoái ñeàu hôn vì soá nhieân lieäu ñöôïc caáp vaøo boác chaùy nhanh hôn (P ≈ const). − Treân ñoà thò giai ñoaïn chaùy laø giai ñoaïn yz. − Taïi z (môùi quaù trình chaùy) − Quaù trình chaùy keát thuùc hoaøn toaøn taïi z’. Töø z’ laø quaù trình giaûn nôû cuûa saûn phaåm chaùy ñaåy piston xuoáng ÑCD. − Aùp suaát khí chaùy trong quaù trình giaûn nôû truyeàn tröïc tieáp cho piston ñeå sinh coâng coù ích. Vì vaäy haønh trình thöù ba naøy ñöôïc goïi laø haønh trình coâng taùc (ñöôøng c’’y z b’’). 3.2.4.Haønh trình thöù tö : haønh trình thaûi − Piston ñi töø ÑCD leân ÑCT (supaùp xaû môû, saûn phaåm chaùy bò ñaåy ra khoûi xylanh). Trang 12
− Ñeå caûi thieän quaù trình thaûi, ñeå giaûm Pr ôû giai ñoaïn thaûi (seõ giaûm ñöôïc coâng tieâu hao piston ñaåy khí thaûi ra ngoaøi. Ngöôøi ta cho supaùp xaû môû sôùm (tröôùc ÑCD) moät goùc ϕ 5 ≈ 35 – 450 = b’b. − Taïi ñieåm b: + Pb = 0,25 – 0,5 Mpa. + Tb = 650 – 7500C. − Ñoàng thôøi ñeå ñaåy saïch saûn phaåm chaùy, supaùp xaû laïi ñöôïc ñoùng muoän hôn so vôùi ÑCT (ñieåm r’). Goùc ñoùng muoän laø ϕ 6 =rr’ (18 – 250) − Cuoái quaù trình thaûi: + Pr’ = 0,103 – 0,105 Mpa. + Tr’ = 350 – 4500C. − Do coù söï môû sôùm vaø ñoùng muoän cuûa supaùp xaû neân thôøi gian cuûa quaù trình thaûi lôùn hôn thôøi gian cuûa haønh trình thaûi. − Treân ñoà thò troøn ta thaáy coù giai ñoaïn caû hai supaùp ñeàu môû: goïi laø goùc truøng ñieäp cuûa supaùp: ϕ 4 = ϕ 1 + ϕ 6 vaø ϕ 4 truøng vôùi d1r’. − Sau khi keát thuùc quaù trình thaûi töùc ñoäng cô ñaõ hoaøn thaønh moät chu trình coâng taùc thì moät chu trình coâng taùc môùi tieáp theo ñöôïc baét ñaàu. − Thoâng qua ñoà thò ta coù moät soá keát luaän: + Toaøn boä chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô 4 kì thöïc hieän trong hai voøng quay truïc khuyûu hay 4 haønh trình cuûa piston. + Trong 4 haønh trình chæ coù haønh trình chaùy giaûn nôû (haønh trình thöù 3) laø chaát coâng taùc sinh coâng (coâng döông). Coøn 3 haønh trình coøn laïi (naïp, neùn, thaûi) laø 3 haønh trình tieâu toán coâng (coâng aâm). Coâng naøy ñöôïc thöïc hieän nhôø moment quaùn tính cuûa caùc chi tieát quay cuûa ñoäng cô: baùnh ñaø, truïc khuyûu. Hoaëc nhôø coâng cuûa caùc xylanh khaùc (ñoäng cô nhieàu xylanh). + Thôøi ñieåm ñoùng môû caùc supaùp, phun nhieân lieäu khoâng truøng vôùi ÑCT, ÑCD cuûa piston ñöôïc goïi laø thôøi ñieåm phaân phoái khí. Söï löïa choïn caùc goùc phaân phoái khí coù aûnh höôûng raát nhieàu ñeán coâng suaát (N) vaø tính kinh teá cuûa ñoäng cô. 3.3. Nguyeân lyù laøm vieäc cuûa ñoäng cô Diesel 2 kì Moät vaøi ñaëc ñieåm veà caáu taïo, nguyeân lí laøm vieäc cuûa ñoäng cô diesel 2 kì. − Caùc cöûa naïp khí môùi, xaû khí cuû ñöôïc khoeùt beân hoâng sômi xylanh cuûa ñoäng cô (cöûa naïp moät beân, cöûa thaûi moät beân. Moãi cöûa baèng ½ chu vi xylanh). Meùp treân cuûa cöûa xaû cao hôn cöûa naïp, meùp döôùi hai cöûa baèng nhau vaø truøng vôùi ÑCD cuûa piston. Vieäc ñoùng môû caùc cöûa naïp vaø xaû do piston thöïc hieän. − Ñaëc bieät coù loaïi ñoäng cô hai kì khoâng coù cöûa xaû treân thaân sômi xylanh thì phaûi coù supaùp xaû treân naép xylanh (goïi laø ñoäng cô hai kì queùt thaúng). − Ñoäng cô hai kì baét buoäc Pqueùt > Pkq (>1,15 at) môùi thöïc hieän ñöôïc quaù trình naïp queùt khí ñöôïc. Vì vaäy phaûi coù maùy neùn khoâng khí (bôm piston, bôm roto, ...). hoaëc duøng hoác döôùi cuûa piston cuøng vôùi khoâng gian caùcte laøm bôm queùt. − Chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô hai kì tieán haønh nhö sau: Trang 13
ÑCT P z a b k' c d k c' 0 51 0 51 b' 66 0 k d Xaû a ÑCD V Vc VS ÑCT Cöû a ÑCD naïp Hình 6: Ñoà thò coâng chæ thò vaø ñoà thò phaân phoái khí cuûa ñoäng cô 2 kì 3.3.1.Haønh trình thöù nhaát: haønh trình chaùy vaø giaûn nôû − Xeùt khi piston ñi töø ÑCT xuoáng ÑCD: ôû haønh trình naøy ñoäng cô thöïc hieän quaù trình chaùy vaø giaûn nôû (sinh coâng) (ñoaïn z – b). − ÔÛ cuoái quaù trình giaûn nôû khi meùp treân cuûa piston ñi qua meùp treân cuûa cöûa xaû, xylanh thoâng vôùi beân ngoaøi, saûn phaåm chaùy coù P > Pkq neân töï do thaûi ra ngoaøi cho tôùi khi aùp suaát trong xylanh giaûm xuoáng baèng hoaëc lôùn hôn moät chuùt so vôùi aùp suaát khí queùt (Pkq) ôû cöûa naïp. − Piston tieáp tuïc ñi xuoáng: Khi meùp treân cuûa piston ñi qua meùp treân cuûa cöûa naïp (môû cöûa naïp) Pqueùt > Pkq → ñöa khí naïp vaøo xylanh (vì hai cöûa naïp vaø xaû cuøng môû neân khí môùi ñaåy khí xaû ra ngoaøi ñoàng thôøi naïp ñaày khí môùi vaøo xylanh: hai quaù trình thöïc hieän ñoàng thôøi neân coøn goïi laø giai ñoaïn queùt khí. Keát thuùc khi piston ôû ÑCD. − Quaù trình queùt – xaû: bkda. 3.3.2.Haønh trình thöù hai: haønh trình neùn − Khi piston ñi töø ÑCD leân ÑCT: quaù trình queùt cuûa khoâng khí saïch vaãn tieáp tuïc cho ñeán khi piston ñoùng cöûa naïp. Sau khi ñoùng cöûa naïp khoâng khí môùi vaãn xaû ra ngoaøi moät ít (vì luùc naøy cöûa xaû vaãn môû). − Quaù trình neùn baét ñaàu khi piston ñoùng kín cöûa xaû vaø keát thuùc khi piston ôû ÑCT (ñoaïn a–c). AÙp suaát vaø nhieät ñoä cuûa khoâng khí taêng daàn. Tröôùc ÑCT moät goùc 5–300 thì nhieân lieäu ñöôïc phun vaøo (goùc phun sôùm) taïo ñieàu kieän cho quaù trình chaùy, gaàn ÑCT thì quaù trình chaùy baét ñaàu (c_z) − Khi piston ñi xuoáng thì moät chu trình môùi laïi baét ñaàu. Trang 14
3.4. Moät soá keát luaän: − Chu trình coâng taùc cuûa ñoäng cô thöïc hieän trong hai haønh trình cuûa piston hoaëc moät voøng quay truïc khuyûu. − Phaûi toán moät coâng ñeå lai maùy neùn (6 – 12 Ni). − Khi queùt khí coù moät phaàn khí naïp bò doø loït do laãn trong saûn phaåm chaùy → toån thaát khí naïp . − Moät phaàn haønh trình cuûa piston duøng vaøo vieäc queùt vaø thaûi khí. 3.5. So saùnh hai loaïi ñoäng cô 4 kì vaø 2 kì: − Neáu hai ñoäng cô cuøng caùc kích thöôùc (D, S, n, i) thì veà maët lyù thuyeát N2k=2N4k. Nhöng thöïc teá chæ lôùn hôn 1,6 – 1,8 laàn do phaûi toán moät phaàn coâng suaát cho maùy neùn khí vaø moät phaàn cuûa haønh trình ñeå queùt thaûi vaø bò doø loït khí naïp. − Quaù trình thaûi khí cuû vaø naïp khí môùi cuûa 4 kì toát hôn (hoaøn haûo hôn) vaø caùc quaù trình naøy ñöôïc thöïc hieän trong hai haønh trình. − Caáu taïo cô caáu queùt khí 2 kì ñôn giaûn hôn 4 kì (queùt voøng khoâng coù supaùp naïp, xaû). Nhöng 2 kì phaûi coù maùy neùn khí. − Ñoäng cô 2 kì thì moment quay bieán ñoåi ñieàu ñaën hôn (vì caû chu trình chæ trong hai haønh trình cuûa piston) − Ñoäng cô 4 kì deå choïn goùc phaân phoái khí vì chæ caàn thay ñoåi cô caáu cam (vò trí, bieán daïng) treân truïc phaân phoái (thay ñoåi sôùm muoän) − Goùc öùng vôùi quaù trình chaùy_ giaûn nôû cuûa 4K > 2K: + Ñoäng cô 4K gaàn baèng 1400. + Ñoäng cô 2K gaàn baèng 100 – 1200. − Baèng phöông phaùp taêng aùp coù theå taêng coâng suaát ñoäng cô 4K deå hôn vì öùng suaát nhieät vaø heä thoáng taêng aùp cuûa noù cuõng ñôn giaûn hôn 2K − Tính kinh teá cuûa hai loaïi ñoäng cô gaàn nhö nhau (140 – 190 g/mlh). 3.6. Caùc hình thöùc queùt khí ôû ñoäng cô hai kì. − Quaù trình thaûi saûn phaåm chaùy vaø naïp khoâng khí môùi ôû ñoäng cô hai kì chieám khoaûng 120 – 1500 goùc quay truïc khuyûu (4K > 3600). Trong quaù trình aáy xaûy ra quaù trình hoaø troän giöõa khí môùi vaø saûn phaåm chaùy vaø moät soá vuøng (goùc cheát) trong xylanh khoâng khí queùt khoâng tôùi ñöôïc. − Chaát löôïng cuûa quaù trình thaûi saûn phaåm chaùy vaø naïp khoâng khí môùi cuûa ñoäng cô 2K phuï thuoäc vaøo ñaëc ñieåm cuûa heä thoáng queùt vaø thaûi − Döïa vaøo phöông höôùng vaän ñoäng cuûa doøng khoâng khí queùt ngöôøi ta chia thaønh hai loaïi: queùt voøng vaø queùt thaúng. 3.6.1.Queùt voøng: − Doøng khoâng khí ñi ñöôøng voøng: caùc cöûa naïp vaø thaûi ñaët ôû phaàn döôùi cuûa xylanh vaø ñöôïc ñoùng môû nhôø piston. − Döïa vaøo vò trí caùc cöûa ngöôøi ta chia ra: + Queùt voøng ñaët ngang: cöûa thaûi ñoái dieän cöûa queùt. + Queùt voøng ñaët moät beân: cöûa thaûi vaø cöûa queùt ñaët moät beân vaùch xylanh + Queùt voøng ñaët xung quanh: cöûa thaûi , cöûa queùt ñaët xung quanh. + Queùt voøng ñaët hoãn hôïp: keát hôïp. − Chieàu cao cuûa cöûa thaûi vaø cöûa queùt ôû heä thoáng queùt voøng coù 3 tröôøng hôïp: + Meùp treân cöûa thaûi cao hôn meùp treân cöûa queùt Trang 15
+ Meùp treân cöûa thaûi thaáp hôn meùp treân cöûa queùt. Neáu chæ coù moät haøng cöûa queùt thì taát caû cöûa queùt phaûi laép van moät chieàu. Neáu coù hai haøng cöûa queùt thì chæ caàn laép van moät chieàu cho haøng cöûa queùt phía treân. + Meùp treân cöûa thaûi ngang vôùi meùp treân cöûa queùt (phaûi laép van moät chieàu töï ñoäng trong cöûa queùt. 3.6.2.Heä thoáng queùt thaúng: Doøng khoâng khí queùt chæ theo moät chieàu. Caùc cô caáu cuûa heä thoáng queùt ñöôïc ñaët ôû hai ñaàu xylanh (cöûa queùt ôû döôùi xylanh, supaùp xaû ôû naép xylanh). ÔÛ ñoäng cô ñoái ñænh thì cöûa xaû ôû moät phía xylanh do moät piston ñieàu khieån, coøn cöûa naïp thì ôû phía beân kia vaø do piston kia ñieàu khieån. BAØI 4: MOÄT VAØI THOÂNG SOÁ KÓ THUAÄT CUÛA ÑOÄNG CÔ P 4.1. Aùp suaát chæ thò bình quaân [Pi]: Laø aùp suaát quy öôùc trung bình khoâng ñoåi cuûa khí trong xylanh coâng taùc, taùc duïng leân piston trong thôøi gian moät haønh trình cuûa noù, thöïc hieän moät coâng baèng coâng cuûa F (Li) toaøn boä chu trình khi P thay ñoåi. Aùp suaát chæ thò bình quaân (Pi) laø tæ soá giöõa coâng chæ thò (Li) cuûa chu trình vôùi theå tích coâng taùc (Vs) cuûa xylanh. Li Pi = (1) Vs Pi Veà yù nghóa hình hoïc: Pi laø chieàu cao trung bình cuûa dieän tích ñoà thò coâng theo moät tæ leä xích naøo ñoù. V − Pi laø moät thoâng soá quan troïng ñeå kieåm tra quaù trình Vc Vs coâng taùc vaø taûi ñoäng cô. Ñoä cheânh leäch giaù trò Pi giöõa caùc xylanh khoâng ñöôïc lôùn hôn ±2,5% giaù trò trung bình cuûa s ÑCD ÑCT ñoäng cô. − Muoán thay ñoåi Pi cuûa töøng xylanh ta coù theå thay ñoåi Hình 7: Ñoà thò coâng chæ thò cuûa löôïng nhieân lieäu caáp cho chu trình. Trong khai thaùc ñoäng ñoäng cô Diesel 4 kì cô neáu taûi giöõa caùc xylanh khoâng ñoàng ñeàu seõ gaây quaù taûi cuïc boä cho töøng xylanh, aûnh höôûng xaáu ñeán ñoä tin caäy, tuoåi thoï, tính kinh teá cuûa ñoäng cô. − Ñoái vôùi ñoäng cô thaáp toác coù theå ño ñöôïc ñoà thò coâng chæ thò baèng INDICATOR. Töø ñoù coù theå tính ñöôïc Pi. Ñoái vôùi ñoäng cô khoâng taêng aùp: Pi = 0,3 – 1 Mpa. Ñoái vôùi ñoäng cô coù taêng aùp: Pi = 2,0 Mpa hoaëc lôùn hôn. 4.2. Coâng suaát chæ thò 4.2.1.Coâng suaát chæ thò cuûa ñoäng cô Coâng suaát öùng vôùi coâng chæ thò cuûa chu trình goïi laø coâng suaát chæ thò − Theo (1) thì Li = Pi.Vs (kJ) hay Nm. − Coâng suaát chæ thò cuûa moät xylanh: Trang 16
VS .Pi .n Ni = (w). 30.z + z : soá kì (4kì: z = 4; 2 kì: z = 2) + n: voøng quay ñoäng cô (v/phuùt). Vaäy Ni cuûa caû ñoäng cô : Ni = Ni (XL). i (soá xylanh). Hoaëc: Pi .π .D 2 .S .n.i Ni = (w). 120.z 4.2.2.Coâng suaát coù ích cuûa ñoäng cô (Ne). − Laø coâng suaát ño ñöôïc taïi bích ra cuûa truïc ñoäng cô. ÔÛ ñoù coâng suaát cuûa ñoäng cô ñöôïc truyeàn cho phuï taûi (chaân vòt, maùy phaùt, ...) − Ne < Ni : moät löôïng baèng coâng cuûa taát caû caùc löïc caûn: + Coâng tieâu hao cho ma saùt. + Coâng daãn ñoäng bôm, cô caáu phaân phoái + Ñoäng cô 2 kì: maùy neùn, ... − Neáu goïi Nm laø coâng suaát cô giôùi (coâng cuûa caùc loaïi caûn trôû treân) thì: Ne =Ni – Nm. − Tæ soá giöõa Ne vaø Ni goïi laø hieäu suaát cô giôùi cuûa ñoäng cô. N ηm = e (0,05 – 0.93). Ni − Tích soá giöõa Pi vaø ηm goïi laø aùp suaát coù ích trung bình cuûa ñoäng cô (Pe) Pe = η.Pi (N/m2) Hoaëc : Ne = ηm.Ni Ne = ηm.Pi π .D 2 S .n.i (w). 120.z 4.3. Hieäu suaát chæ thò Hieäu suaát cuûa ñoäng cô laø tæ soá giöõa nhieät löôïng bieán thaønh coâng coù ích vaø nhieät löôïng caáp vaøo chu trình. Nhieät löôïng caáp cho ñoäng cô goàm 2 phaàn: − Phaàn Q coù ích = 40 – 45% − Phaàn Q bò toån thaát: + Do khí xaû mang ñi: 20 – 25%. + Do laøm maùt mang ñi: 25 – 30%. + Do toån thaát khaùc (toaû ra moâi tröôøng): 8 – 10%. Coù 2 loaïi hieäu suaát: 4.3.1.Hieäu suaát chæ thò: L ηI = i QCV + Li: coâng chæ thò cuûa ñoäng cô. + Li = 3600.Ni (sinh ra trong 1 giôø) + QCV: nhieät löôïng caáp cho ñoäng cô trong 1 giôø. Trang 17
− Neáu trong 1 giôø ñoát heát Bkg nhieân lieäu coù Qthaáp (QH: nhieät löôïng toaû ra khi ñoát 1kg nhieân lieäu: kj/kg) thì QCV = B.QH. 3600 N i 3600 ηI = = B.QH B QH Ni B Maø = gi (suaát tieâu hao nhieân lieäu chæ thò cuûa ñoäng cô: g/mlh). Ni 3600 Vaäy: ηI = g i QH 4.3.2.Hieäu suaát coù ích: L ηe = e QCV 3600 Bieán ñoåi töông töï: ηe = g e QH − Trong ñoù: + ge: suaát tieâu hao nhieân lieäu coù ích cuûa ñoäng cô. Laø thoâng soá cô baûn ñaët tröng cho ñoäng cô. Noù ñaùnh giaù tính kinh teá vaø möùc ñoä hoaøn haûo cuûa ñoäng cô. + Ñoái vôùi ñoäng cô taøu thuyû thì ge = 200 – 240g/kWh. BAØI 5: CAÙC PHÖÔNG PHAÙP NAÂNG CAO COÂNG SUAÁT CHO ÑOÄNG CÔ Töø: Ne = ηm.Pi π .D 2 S .n.i 120.z = Pe π .D S .n.i 2 . 120.z Theo treân coù caùc phöông phaùp taêng coâng suaát nhö sau: 5.1. Giaûm soá kì cuûa ñoäng cô (giaûm z) − Neáu duøng ñoäng cô 2 kì: z = 2 giaûm 2 laàn so vôùi ñoäng cô 4 kì. Vì vaäy treân lyù thuyeát N2kì = 2N4kì . Vaø ôû thöïc teá: N2kì = (1,6 – 1,8)N4kì. − Vì vaäy haàu heát caùc ñoäng cô côõ lôùn ñeàu duøng ñoäng cô 2 kì. 5.2. Taêng soá xylanh (i): − Hieän nay i=12; ñoäng cô chöõ V thì i= 16; ñoäng cô hình sao thì i= 32 – 56. Nhöng maø i caøng lôùn thì soá chi tieát lôùn → giaûm ñoä cöùng vöõng ñoäng cô (truïc khuyûu) → giaûm ñoä tin caäy, coâng taùc baûo döôõng, söûa chöõa khoù khaên. 5.3. Taêng kích thöôùc D, S cuûa ñoäng cô − Ñoäng cô thaáp toác: + D = 750 – 1100mm. + S = 1500 – 2200mm. D,S caøng lôùn → kích thöôùc ñoäng cô caøng lôùn → chieàu cao 12m, chieàu daøi 22m, chieàu cao sômi 3m, H supaùp 1,5m. Neáu tieáp tuïc taêng D, S seõ gaây khoù khaên veà coâng ngheä cheá taïo, vaät lieäu. Trang 18
5.4. Taêng soá voøng quay (n) − Ñoäng cô Diesel n = 3000 v/phuùt. − Ñoäng cô xaêng n = 4500 – 8000 v/phuùt. Neáu vöôït quaù n treân seõ daãn ñeán taêng ñoä maøi moøn, taêng phuï taûi nhieät, phuï taûi cô → giaûm tuoåi thoï ñoäng cô. Ví duï: + n = 100 – 150 v/phuùt: sau 50.000 – 60.000h môùi ñaïi tu. + n = 1500 – 2000 v/phuùt: sau 1000 – 5000h phaûi ñaïi tu. 5.5. Naâng cao veà maët kó thuaät thieát keá vaø cheá taïo Caûi tieán thieát keá nhaèm giaûm khí soùt, taêng ηI, ηm, taêng heä soá naïp → caûi thieän quaù trình chaùy → ↑ N ñoäng cô (taêng raát ít). 5.6. Taêng aùp cho ñoäng cô Nghóa laø taêng aùp suaát naïp (Pnaïp) cho ñoäng cô vaø taêng khoái löôïng rieâng ( ρ K ) cuûa khoâng khí naïp vaøo xylanh ñoäng cô. Nhaèm laøm taêng khoái löôïng khoâng khí naïp vaøo xylanh trong moãi chu trình → cho pheùp taêng löôïng nhieân lieäu caáp cho chu trình → N taêng. Taêng aùp laø moät trong nhöõng bieän phaùp taêng coâng suaát toát nhaát neân hieän nay ñöôïc aùp duïng roäng raûi treân ñoäng cô taøu thuyû. BAØI 6: CAÙC PHÖÔNG PHAÙP TAÊNG AÙP CHO ÑOÄNG CÔ Neáu goïi P0: laø aùp suaát cuûa khoâng khí tröôùc maùy neùn PK: laø aùp suaát cuûa khoâng khí sau maùy neùn. P Thì λk = k : goïi laø tæ soá taêng aùp suaát. P0 − Ñoäng cô taêng aùp thaáp thì λk = 1,3 – 1,9 → N taêng 1,5 laàn. − Ñoäng cô taêng aùp trung bình thì λ k = 1,9 – 2,5 → N taêng 2,0 laàn. − Ñoäng cô taêng aùp cao thì λ k = 2,5 – 3,5 → N taêng 2,5 – 3,0 laàn. Caùc loaïi maùy neùn khí thöôøng duøng cho taêng aùp − Maùy neùn kieåu piston. − Maùy neùn kieåu li taâm (caùnh quaït). − Maùy neùn kieåu Roto. Phöông phaùp daãn ñoäng maùy neùn khí − Daãn ñoäng baèng cô giôùi → taêng aùp baèng truyeàn ñoäng cô giôùi (do ñoäng cô chính hoaëc ñoäng cô ñieän lai). − Daãn ñoäng baèng tuabin khí thaûi → taêng aùp baèng tuabin khí thaûi. − Keát hôïp caû hai phöông phaùp treân → taêng aùp hoãn hôïp. Laøm maùt khí taêng aùp − Khoâng khí sau khi bò neùn ôû MN thì nhieät ñoä taêng leân (80 – 1000C). Ñeå taêng ñöôïc maät ñoä cuûa khoâng khí vaø haï thaáp öùng suaát nhieät cuûa caùc chi tieát thuoäc nhoùm piston –xylanh ngöôøi ta phaûi laøm maùt khoâng khí neùn tröôùc khi ñöa vaøo ñoäng cô. Trang 19
− Vieäc laøm maùt ñöôïc thöïc hieän taïi caùc baàu laøm maùt (baàu sinh haøn) khí taêng aùp. Coâng chaát laøm maùt thöôøng laø nöôùc ngoaøi maïn taøu (nöôùc ñi trong oáng, khoâng khí beân ngoaøi). 6.1. Taêng aùp baèng truyeàn ñoäng cô giôùi 6.1.1.Giôùi thieäu: − Ngöôøi ta thöôøng söû duïng maùy neùn piston, maùy neùn roto vaø do truïc khuyûu cuûa ñoäng cô daãn ñoäng thoâng qua boä truyeàn ñoäng coù theå laø: + Baùnh raêng. + Xích. + Ñai (daây curoa). − Ñaëc bieät ôû nhöõng ñoäng cô coù patanh baøn tröôït ngöôøi ta thöôøng taän duïng khoâng gian phía döôùi cuûa piston laøm maùy neùn taêng aùp. 6.1.2.Nhaän xeùt: − Hieäu quaû taêng aùp theo phöông phaùp naøy keùm. − Pk ≤ 0,15 – 0,16Mpa. Neáu muoán taêng Pk → coâng suaát tieâu thuï cho maùy neùn seõ taêng leân (vöôït quaù 10%) → ηñ/cô giaûm xuoáng. + MN roto thì: Pk = 0,150 – 0,155 Mpa. + MN li taâm thì: Pk < 0,28 Mpa. N e = N i – N m – Nk + Nm: coâng suaát toån thaát cô giôùi + Nk: coâng suaát toån thaát do lai maùy neùn. − Neáu tieáp tuïc taêng Pk → Tk ↑ → Nk taêng. Do ñoù Ne taêng raát ít, thaäm chí coøn giaûm neáu nhö soá taêng coâng suaát chæ thò ( Δ Ni) nhoû hôn soá taêng coâng suaát tieâu thuï cho maùy neùn ( Δ Nk). 6.2. Taêng aùp baèng tuabin khí thaûi Ñaây laø bieän phaùp toát nhaát ñeå laøm taêng coäng suaát ñoäng cô vaø naâng cao caùc chæ tieâu kinh teá, kó thuaät cuûa ñoäng cô. Hieän nay ñang ñöôïc aùp duïng roäng raûi cho ñoäng cô Diesel. 6.2.1.Giôùi thieäu sô ñoà Khí thaûi sau khi ra khoûi ñoäng cô ñöôïc ñöa ñeán tuabin, nhôø naêng löôïng cuûa khí thaûi laøm cho truïc tuabin quay. Treân truïc tuabin coù laép moät maùy neùn (li taâm). Maùy neùn huùt khoâng khí ôû ngoaøi trôøi (P0) neùn leân Pk roài ñöa vaøo ñoäng cô (tröôùc khi vaøo ñoäng cô khí neùn ñöôïc laøm maùt). Hình 8: Sô ñoà taêng aùp baèng Tuabin khí thaûi Trang 20