Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết lập mô hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:139

Thêm vào BST

Báo xấu

35
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án nhằm nghiên cứu thiết lập được mô hình chẩn đoán, để đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel máy chính tàu cá. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của luận án này.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Kỹ thuật: Nghiên cứu thiết lập mô hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HỒ ĐỨC TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỂ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY CHÍNH TÀU CÁ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHÁNH HÒA - 2021
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG HỒ ĐỨC TUẤN NGHIÊN CỨU THIẾT LẬP MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN ĐỂ ĐÁNH GIÁ TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY CHÍNH TÀU CÁ VIỆT NAM LUẬN ÁN TIẾN SĨ Ngành đào tạo: Kỹ thuật Cơ khí động lực Mã số: 9520116 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS. TS. Trần Thanh Hải Tùng TS. Quách Hoài Nam KHÁNH HÒA - 2021
Công trình đƣợc hoàn thành tại Trƣờng Đại học Nha Trang Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: PGS.TS. Trần Thanh Hải Tùng TS. Quách Hoài Nam Phản biện 1: PGS.TS. Phan Văn Quân Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Hoàng Vũ Phản biện 3: PGS.TSKH. Đỗ Đức Lƣu
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan các kết quả nghiên cứu của đề tài: “Nghiên cứu thiết lập mô hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình khoa học nào khác cho tới thời điểm này. Khành Hòa, ngày tháng 01 năm 2021 Tác giả luận án Hồ Đức Tuấn
LỜI CẢM ƠN Trong quá trình thực hiện luận án, tôi luôn nhận đƣợc sự tạo điều kiện của Ban Giám hiệu, quý Phòng, Khoa của Trƣờng Đại học Nha Trang. Đặc biệt là sự hƣớng dẫn tận tình của PGS. TS. Trần Thanh Hải Tùng – Đại học Đà Nẵng và TS. Quách Hoài Nam – Trƣờng Đại học Nha Trang, đã truyền thụ kiến thức và động viên để tôi hoàn thành công trình nghiên cứu. Qua đây, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến sự giúp đỡ này. Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Khoa Kỹ thuật giao thông - Trƣờng Đại học Nha Trang đã giúp đỡ và có những ý kiến đóng góp quý báu cho luận án. Xin chân thành cảm ơn cán bộ và nhân viên Trung tâm thí nghiệm thực hành Trƣờng Đại học Nha Trang, các đồng nghiệp công tác tại Trung tâm đăng kiểm xe cơ giới tỉnh Khánh Hòa, đã hỗ trợ về nhân lực và trang thiết bị để quá trình thực nghiệm đƣợc hoàn thành. Tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, đơn vị và các đồng nghiệp đã giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu thực hiện luận án. Xin trân trọng cảm ơn! Khành Hòa, ngày tháng 01 năm 2021 Tác giả luận án Hồ Đức Tuấn i
MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ...................................................................................................................i MỤC LỤC……………………………………………………………………………..ii DANH MỤC HÌNH VẼ ..................................................................................................v DANH MỤC KÝ HIỆU .................................................................................................xi TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ......................................... xiii MỞ ĐẦU .........................................................................................................................1 I. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI .....................................................................................1 II. MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU .......................................................................................3 III. ĐỐI TƢỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ..........................................................3 III.1. Đối tƣợng nghiên cứu .............................................................................................3 III.2. Phạm vi nghiên cứu ................................................................................................3 III.2.1. Về lý thuyết và mô phỏng ...................................................................................3 III.2.2. Về thực nghiệm ...................................................................................................4 IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU .....................................................................................4 V. PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ..............................................................................4 VI. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ TÍNH THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI LUẬN ÁN ..........4 VI.1. Ý nghĩa khoa học ....................................................................................................4 VI.2. Tính thực tiễn của đề tài .........................................................................................4 VII. KẾT CẤU LUẬN ÁN .............................................................................................5 Chƣơng 1. TỔNG QUAN................................................................................................6 1.1. Xu hƣớng sử dụng và phát triển động cơ diesel .......................................................6 1.2. Đặc điểm cấu tạo và sử dụng động cơ diesel dùng cho tàu cá Việt Nam ................8 1.2.1. Đặc điểm cấu tạo ...................................................................................................8 1.2.2. Đặc điểm sử dụng ................................................................................................11 1.3. Khái quát về công tác đăng kiểm của máy chính tàu cá.........................................12 1.4. Tình hình nghiên cứu trên thế giới và Việt Nam về chẩn đoán động cơ diesel .....13 1.4.1. Nghiên cứu trên thế giới ......................................................................................13 1.4.2. Các nghiên cứu ở Việt Nam ...............................................................................17 Kết luận Chƣơng 1: .......................................................................................................20 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÂY DỰNG MÔ HÌNH CHẨN ĐOÁN TRẠNG THÁI KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU CÁ CÔNG SUẤT NHỎ ..........21 ii
2.1. Lý thuyết về chẩn đoán trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel .............................21 2.1.1. Trạng thái kỹ thuật và chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ diesel ..................21 2.1.2. Các thông số đánh giá và chẩn đoán trạng thái kỹ thuật ....................................22 2.1.3. Yêu cầu đối với các thông số chẩn đoán ............................................................23 2.1.4. Bộ thông số chẩn đoán........................................................................................24 2.1.5. Phƣơng pháp xác định bộ thông số chẩn đoán ...................................................33 2.2. Quan hệ thông số đánh giá trạng thái kỹ thuật với thông số chẩn đoán ...............34 2.2.1. Quan hệ của công suất và suất tiêu hao nhiên liệu với thông số chẩn đoán .......34 2.2.2. Quan hệ phát thải bồ hóng và NOx với thông số chẩn đoán ...............................38 2.3. Phƣơng pháp chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ diesel hiện nay ..................41 2.3.1. Chẩn đoán trạng thái kỹ thuật bằng mô phỏng quá trình phun nhiên liệu .........42 2.3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm ..................................................................................46 2.4. Đề xuất mô hình chẩn đoán trạng thái kỹ thuật động cơ diesel máy chính tàu cá47 Kết luận Chƣơng 2: .......................................................................................................52 Chƣơng 3. ĐÁNH GIÁ ÁNH HƢỞNG CỦA ÁP SUẤT PHUN, ÁP SUẤT CUỐI KỲ NÉN ĐẾN QUY LUẬT CUNG CẤP NHIÊN LIỆU, CÔNG SUẤT VÀ MỨC PHÁT THẢI Ô NHIỄM CỦA ĐỘNG CƠ YANMAR 4CHE BẰNG MÔ PHỎNG .............54 3.1. Mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel máy chính tàu cá (Yanmar 4CHE) trên phần mềm AVL Boost/Hydsim .................................................................54 3.1.1. Cơ sở của mô phỏng ...........................................................................................54 3.1.2. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu ....................................58 3.1.3. Kết quả nghiên cứu mô phỏng trên phần mềm AVL Boost/Hydsim .................63 3.2. Tính toán công suất và phát thải bằng phần mềm Matlab ....................................86 Kết luận Chƣơng 3: .......................................................................................................89 Chƣơng 4. NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM ...............................................................90 4.1. Bố trí thiết bị thực nghiệm ....................................................................................90 4.2. Quy hoạch thực nghiệm ........................................................................................92 4.2.1. Điều kiện và môi trƣờng thực nghiệm ................................................................92 4.2.2. Quy trình đo và xử lý số liệu thực nghiệm .........................................................93 4.3. Kết quả nghiên cứu thực nghiệm ..........................................................................93 4.3.1. Trƣờng hợp thực nghiệm với áp suất phun ở tình trạng ban đầu...............................93 4.3.2. Trƣờng hợp thử nghiệm với áp suất phun giảm (điều chỉnh lò xo vòi phun) ....97 iii
4.4. Xây dựng công thức cho mô hình chẩn đoán .....................................................103 Kết luận Chƣơng 4: .....................................................................................................109 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ..............................................................................111 KẾT LUẬN .................................................................................................................111 KHUYẾN NGHỊ .........................................................................................................112 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ LIÊN QUAN LUẬN ÁN ........113 TÀI LIỆU THAM KHẢO ...........................................................................................114 PHỤ LỤC…………………………………………………………………………...119 iv
DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Thành phần bồ hóng từ khí thải động cơ diesel ..............................................6 Hình 1.2. Sự kết hợp các công nghệ mới trong chế tạo động cơ diesel ..........................7 Hình 1.3. Chủng loại động cơ sử dụng cho máy chính tàu cá tại Duyên Hải Nam Trung Bộ (a) và tại các tỉnh có biển ở khu vực phía nam (b) ..................................................11 Hình 1.4. Sự thay đổi nồng độ khói theo tình trạng vòi phun .......................................14 Hình 1.5. Các mức độ hƣ hỏng nhóm bao kín buồng cháy động cơ diesel ...................16 Hình 2.1. Thống kê hƣ hỏng thƣờng gặp của ĐC diesel ...............................................24 Hình 2.2. Sơ đồ mô tả chu trình công tác của ĐC diesel .............................................25 Hình 2.3. Mối quan hệ giữa đặc tính phun và các đặc tính khác của ĐC diesel ...........28 Hình 2.4. Mặt cắt ngang một vòi phun tiêu chuẩn với kim phun ..................................29 Hình 2.5. Các đặc tính phun ..........................................................................................30 Hình 2.6. Các pha của tiến trình phun ...........................................................................31 Hình 2.7. Thống kê hƣ hỏng của các bộ phận HTPNL ĐC thủy ..................................32 Hình 2.8. Tần xuất hƣ hỏng các bộ phận của BCA .......................................................32 Hình 2.9. Vị trí lắp đặt các cảm biến .............................................................................34 Hình 2.10. Biến thiên áp suất cháy p, tốc độ phun nhiên liệu mf, tốc độ tỏa nhiệt Qn ..37 Hình 2.11. Quá trình nghiên cứu mô phỏng ..................................................................42 Hình 2.12. Các trạng thái hình thành tia phun nhiên liệu lỏng......................................43 Hình 2.13. Sự phân bố hạt nhiên liệu trong chùm tia ....................................................45 Hình 2.14. Mô hình vật lý tia phun nhiên liệu ..............................................................45 Hình 2.15. Mô đun hóa các bộ phận để chẩn đoán hƣ hỏng động cơ ...........................46 Hình 2.16. Sơ đồ mô hình chẩn đoán TTKT động cơ diesel máy chính tàu cá ...........48 Hình 3.1. Sơ đồ quá trình mô phỏng .............................................................................58 Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun nhiên liệu động cơ Yanmar 4CHE ............59 Hình 3.3. Mô hình biên dạng cam - bơm cao áp đến đƣờng ống cao áp ......................61 Hình 3.4. Mô hình ống cao áp đến vòi phun .................................................................61 Hình 3.5. Mô hình kết nối chung hệ thống nhiên liệu động cơ Yanmar 4CHE ............62 Hình 3.6. Độ nâng biên dạng cam theo tình trạng ban đầu ...........................................63 Hình 3.7. Độ dịch chuyển piston theo phƣơng ngang ...................................................64 Hình 3.8. Vận tốc của piston theo phƣơng ngang .........................................................64 v
Hình 3.9. Đồ thị so sánh tốc độ phun khi thay đổi tốc độ động cơ ở trƣờng hợp không có hƣ hỏng (trạng thái ban đầu) .....................................................................................64 Hình 3.10. Đồ thị so sánh diễn biến áp suất trong ống cao áp khi thay đổi tốc độ động cơ ở trƣờng hợp không có hƣ hỏng (trạng thái ban đầu) ...............................................65 Hình 3.11. Đồ thị so sánh áp suất phun khi thay đổi tốc độ động cơ ở trƣờng hợp không có hƣ hỏng (trạng thái ban đầu) ..........................................................................65 Hình 3.12. Đồ thị so sánh hành trình nâng kim phun khi thay đổi tốc độ động cơ ở trƣờng hợp không có hƣ hỏng (trạng thái ban đầu) .......................................................65 Hình 3.13. Đồ thị so sánh cấu trúc tia phun khi thay đổi tốc độ động cơ ở trƣờng hợp không có hƣ hỏng (trạng thái ban đầu) ..........................................................................66 Hình 3.14. Các thông số phun khi hệ thống phun nhiên liệu ở tình trạng ban đầu .......66 Hình 3.15. Hành trình nâng kim và thông số tia phun của hệ thống nhiên liệu ............67 Hình 3.16. So sánh thông số áp suất khi A giảm 4% so với tình trạng ban đầu ...........68 Hình 3.17. Diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 6%, 8%, 10% ............................................................................69 Hình 3.18. Hành trình nâng kim tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 6 ÷ 10% ..71 Hình 3.19. Góc nón tia phun với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 6%, 8%, 10% (a) và độ xuyên sâu tƣơng ứng (b) ................................................................................................72 Hình 3.20. Diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 12%, 14%, 16% ........................................................................72 Hình 3.21. Hành trình nâng kim tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 12 ÷ 16% 75 Hình 3.22. Góc nón tia phun với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 12%, 14%, 16% (a) và độ xuyên sâu tƣơng ứng (b) ................................................................................................75 Hình 3.23. Diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 18 ÷ 20% ...................................................................................77 Hình 3.24. Góc nón tia phun với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 18%, 20% (a) và độ xuyên sâu tƣơng ứng (b) ................................................................................................78 Hình 3.25. Diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp B hƣ hỏng 6 ÷ 10% .....................................................................................79 Hình 3.26. Góc nón tia phun với các trƣờng hợp B hƣ hỏng 6%, 8%, 10% (a) và độ xuyên sâu tƣơng ứng (b) ...........................................................................................80 vi
Hình 3.27. Diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp B hƣ hỏng 12 ÷ 16% ...................................................................................81 Hình 3.28. Hành trình nâng kim tƣơng ứng với các trƣờng hợp B hƣ hỏng 12 ÷ 16% 82 Hình 3.29. Góc nón tia phun với các trƣờng hợp B hƣ hỏng 18%, 20% (a) và độ xuyên sâu tƣơng ứng (b) ......................................................................................84 Hình 3.30. So sánh ảnh hƣởng của A và B khi giảm 10% so với tình trạng ban đầu đến thông số áp suất trong ống cao áp (a) và áp suất phun (b) ............................................85 Hình 3.31. So sánh ảnh hƣởng của A và B khi giảm 16% so với tình trạng ban đầu đến thông số góc nón tia phun (a) và độ xuyên sâu tia phun (b)..........................................85 Hình 3.32. Quy luật thay đổi của công suất và phát thải bồ hóng theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất trong ống cao áp giảm 14%...........................................................87 Hình 3.33. Quy luật thay đổi của công suất và phát thải bồ hóng theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất trong ống cao áp giảm 16%...........................................................87 Hình 3.34. Quy luật thay đổi của công suất và phát thải NOx theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất trong ống cao áp giảm 16% .................................................................88 Hình 3.35. Quy luật thay đổi của bồ hóng và phát thải NOx theo áp suất cuối kỳ nén ứng với áp suất trong ống cao áp giảm 16% .................................................................88 Hình 4.1. Sơ đồ bố trí chung các thiết bị trong phòng thử nghiệm ...............................90 Hình 4.2. Động cơ và các thiết bị trong phòng thử nghiệm (a), cảm biến đo áp suất trong ống cao áp (b) .......................................................................................................91 Hình 4.3. Diễn biến áp suất trong ống cao áp trƣờng hợp áp suất ở TTBĐ..................94 Hình 4.4. Công suất động cơ với áp suất phun ở tình trạng ban đầu ............................95 Hình 4.5. Phát thải NOx của ĐC với áp suất phun ở tình trạng ban đầu .......................96 Hình 4.6. Phát thải bồ hóng của động cơ với áp suất phun ở tình trạng ban đầu ..........96 Hình 4.7. Diễn biến áp suất trong ống cao áp giảm khi điều chỉnh lò xo vòi phun ......97 Hình 4.8. So sánh áp suất trong ống cao áp với các trƣờng hợp khác nhau ..................98 Hình 4.9. So sánh công suất ĐC ở tốc độ 1400 v/p ......................................................99 Hình 4. 10. So sánh phát thải NOx ở tốc độ 1400 v/p ...................................................99 Hình 4.11. So sánh phát thải bồ hóng ở tốc độ 1400 v/p ............................................100 Hình 4.12. So sánh công suất ĐC ở tốc độ 1800 v/p ..................................................101 Hình 4.13. So sánh phát thải NOx ở tốc độ 1800 v/p ..................................................101 Hình 4.14. So sánh phát thải bồ hóng ở tốc độ 1800 v/p ............................................102 vii
Hình 4.15. Phổ quy luật công suất theo độ giảm áp suất trong ống cao áp và áp suất cuối kỳ nén...................................................................................................................106 Hình 4.16. Phổ quy luật phát thải bồ hóng theo độ giảm áp suất trong ống cao áp và áp suất cuối kỳ nén ...........................................................................................................107 Hình 4.17. Phổ quy luật phát thải NOx theo độ giảm áp suất trong ống cao áp và áp suất cuối kỳ nén ...........................................................................................................107 Hình 4.18. Đồ thị tổng hợp các hàm nội suy thể hiện ảnh hƣởng của áp suất trong ống cao áp, áp suất cuối kỳ nén đến công suất, phát thải bồ hóng và NOx ........................108 viii
DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Số lƣợng động cơ diesel sản xuất và phạm vi ứng dụng (Đơn vị: x100) .......8 Bảng 1.2. Thông số kỹ thuật của một số động cơ diesel phun nhiên liệu trực tiếp.......10 Bảng 1.3. Khối lƣợng kiểm tra đăng kiểm Thiết bị động lực .......................................13 Bảng 2.1. Các thông số đầu vào của hệ thống nhiên liệu và áp suất nén ảnh hƣởng đến diễn biến áp suất và quá trình hình thành hỗn hợp cháy ...............................................48 Bảng 3.1. Chế độ mô phỏng ..........................................................................................57 Bảng 3.2. Giá trị áp suất cuối kỳ nén và mức độ sụt giảm so với tình trạng ban đầu ...57 Bảng 3.3. Các phần tử cơ bản trong mô hình mô phỏng ...............................................59 Bảng 3.4. Thông số diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun ở các trƣờng hợp A giảm 6 ÷ 10% ......................................................................................................68 Bảng 3.5. Thông số hành trình nâng kim tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 6%, 8%, 10% ...................................................................................................70 Bảng 3.6. Thông số tia phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 6 ÷ 10% ........71 Bảng 3.7. Thông số diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun ở các trƣờng hợp A giảm 12 ÷ 16% ....................................................................................................73 Bảng 3. 8. Hành trình nâng kim tƣơng ứng với các trƣờng hợp A hƣ hỏng 12 ÷ 16% .74 Bảng 3.9. Diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun khi A giảm 18 ÷ 20% .76 Bảng 3.10. Cấu trúc tia phun khi A giảm 18 20% .....................................................76 Bảng 3.11. Thông số diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun ở các trƣờng hợp B giảm 6 ÷ 10% ......................................................................................................78 Bảng 3.12. Thông số diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun ở các trƣờng hợp B giảm 12 - 16% ...............................................................................80 Bảng 3.13. Thông số diễn biến áp suất trong ống cao áp và áp suất phun ở các trƣờng hợp B giảm 18 ÷ 20% ...............................................................................82 Bảng 3.14. Thông số tia phun tƣơng ứng với các trƣờng hợp B hƣ hỏng 18 ÷ 20% ....83 Bảng 3.15. So sánh ảnh hƣởng của A và B đến mức độ sụt giảm áp suất trong ống cao áp và áp suất phun ..................................................................................84 Bảng 4.1. Thông số cơ bản động cơ diesel Yanmar 4CHE ...........................................91 Bảng 4.2. Chế độ thực nghiệm ......................................................................................92 Bảng 4.3. So sánh giữa mô phỏng và thực nghiệm về công suất và phát thải của ĐC khi áp suất phun giảm so với TTBĐ............................................................................103 ix
DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT BCA - VP Bơm cao áp – vòi phun Cam_proflie Biên dạng cam CO Cacbon monoxyde CV Mã lực 0 0 CA Crank angle (Độ góc quay trục khuỷu) CR Compression ratio (Tỷ số nén) DI Dirrect injection (Phun trực tiếp) DHNTB Duyên hải Nam Trung Bộ ĐCĐT Động cơ đốt trong ĐC Động cơ ĐCT Điểm chết trên ĐCD Điểm chết dƣới HC Hydrocacbon HTPNL Hệ thống phun nhiên liệu Inj Injection (Phun nhiên liệu) IVC Inlet valve closure (Xupáp nạp đóng) NXB Nhà xuất bản pc Áp suất cuối kỳ nén pinj Áp suất phun pOCA Áp suất trong ống cao áp PM Particulate metter (Phát thải hạt) SĐCT Sau điểm chết trên SMD Sauter Mean Diameter (Đƣờng kính trung bình hạt nhiên liệu) SOC Start Oil Combustion (Bắt đầu cháy) SOI Start Oil Injection (Bắt đầu phun) TĐCT Trƣớc điểm chết trên TCVN Tiêu chuẩn Việt Nam TTBĐ Tình trạng ban đầu TTKT Trạng thái kỹ thuật v/ph Vòng /phút x
DANH MỤC KÝ HIỆU CHỮ LA TINH Ah : Diện tích mặt cắt lỗ phun, mm2 au : Hệ số của dòng xoáy trong tia phun, - b : Khoảng cách giữa các hạt trong mô hình của Williams, - Cd : Hệ số giãn dòng của vòi phun, - D : Đƣờng kính hạt nhiên liệu, mm Dc : Đƣờng kính xy lanh, mm Dh : Đƣờng kính khoang phun, mm D0 : Đƣờng kính ban đầu của hạt nhiên liệu, mm dh : Đƣờng kính lỗ phun, mm g : Gia tốc trọng trƣờng, m/s2 K : Hệ số xâm thực lỗ phun, - lb : Chiều dài phân rã tia phun, m lh : Chiều dài lỗ phun, mm md : Khối lƣợng hạt nhiên liệu, g mf : Lƣợng nhiên liệu cấp chu trình, g/ct minj : Tốc độ phun lƣu lƣợng nhiên liệu, g/h n : Tốc độ động cơ, vòng/phút Oh : Số Ohnesorge, - pc : Áp suất trong xy lanh tại thời điểm phun nhiên liệu, bar pg : Áp suất của chất khí, bar pinj : Áp suất phun nhiên liệu, bar pv : Áp suất hóa hơi trong lỗ phun, bar Reg : Số Reynolds pha khí, - Rel : Số Reynolds pha lỏng, - r : Bán kính hạt nhiên liệu, mm rc : Bán kính tới hạn hạt nhiên liệu, mm rh : Bán kính cong đầu vào lỗ phun, mm S : Độ xuyên sâu tia phun, - Ss : Hành trình piston, m T : Nhiệt độ, K xi
TKH : Thời gian phân rã hạt nhiên liệu, s Tw : Nhiệt độ vách xy lanh, K t : Thời gian, s tb : Thời gian phân rã tia phun, m/s Vt : Thể tích tia phun, cm3 vg : Vận tốc của dòng khí, m/s vl : Vận tốc ban đầu của tia phun nhiên liệu, m/s vrel : Vận tốc tƣơng đối của hạt nhiên liệu và khí bao quanh, m/s Weg : Số weber pha khí, m xi : Các tọa độ, CHỮ HY LẠP bar Δp : Độ chênh áp (pinj – pc), độ Δθ : Thời gian phun nhiên liệu, kJ/kgs ε : Động năng tiêu tán rối, - θ : Vùng không gian chiếm chỗ của các hạt nhiên liệu, - θs : Góc nón tia phun, độ υ : Góc quay trục khuỷu, độ υCD : Góc cháy trễ, độ υinj : Góc phun sớm, độ υSOC : Góc bắt đầu cháy, độ υSOI : Góc bắt đầu phun, độ xii
TÓM TẮT NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN Đề tài luận án: “Nghiên cứu thiết lập mô hình chẩn đoán để đánh giá trạng thái kỹ thuật của động cơ diesel má chính tàu cá Việt Nam”. Ngành/Chuyên ngành: Kỹ thuật cơ khí động lực Mã số: 9520116 Nghiên cứu sinh: Hồ Đức Tuấn Khóa tuyển sinh năm: 2016 Ngƣời hƣớng dẫn: PGS.TS. Trần Thanh Hải Tùng TS. Quách Hoài Nam Cơ sở đào tạo: Trƣờng Đại học Nha Trang Nội dung: - Đã tổng hợp các công thức thực nghiệm để hình thành mô hình đơn giản cho phép đánh giá nhanh ảnh hƣởng của áp suất phun (pinj) và áp suất cuối kỳ nén (pc) đến công suất (công thức 2.19), mức phát thải bồ hóng (công thức 2.23), mức phát thải NOX (công thức 2.28) của động cơ diesel công suất nhỏ. - Tính toán mô phỏng hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) của động cơ diesel kiểu cơ khí truyền thống (Yanmar 4CHE) bằng phần mềm AVL Boost/Hydsim; tính toán công suất và mức phát thải của động cơ diesel Yanmar 4CHE dựa theo các công thức thực nghiệm trên cơ sở ứng dụng phần mềm Matlab. - Thực nghiệm khảo sát ảnh hƣởng của áp suất phun (thông qua việc điều chỉnh sức căng của lò xo kim phun) đến một số thông số vận hành cơ bản (công suất, mức phát thải bồ hóng và NOX) của động cơ diesel Yanmar 4CHE. - Xây dựng đƣợc mô hình chẩn đoán TTKT động cơ diesel máy chính tàu cá công suất nhỏ. TM. Tập thể hƣớng dẫn Nghiên cứu sinh (Ký và ghi rõ họ tên) (Ký và ghi rõ họ tên) PGS.TS. Trần Thanh Hải Tùng Hồ Đức Tuấn xiii
SUMMARY OF NEW CONTRIBUTIONS OF THE THESIS Thesis title: “Establishing a diagnostic model to evaluate the technical status of main diesel engines of vietnamese fishing vessels”. Mayor: Power Mechanical Engineering Major code: 9520116 PhD Student: Ho Duc Tuan Supervisor: Assoc. Prof. Tran Thanh Hai Tung Ph.D. Quach Hoai Nam Education Institution: Nha Trang University Key Findings: - Experimental formulas have been synthesized to form a simple model that allows a quick assessment of the effects of injection pressure (pinj) and end-of- compression pressures (pc) on power (formula 2.19), and soot emitting levels (formula 2.23), NOx emissions (formula 2.28) of the diesel engine. - Computed and simulated a traditional mechanical fuel injection system of the diesel engine (Yanmar 4CHE) by AVL Boost/ Hydsim software; Calculated the power and emissions of the diesel engine Yanmar 4CHE based on the experimental formulas on the application of the Matlab software. - Experimented investigation of the effect of the injection pressure (by adjusting spring tension of the injector) on the basic operating parameters (power, soot emissions, and NOX ) of the Yanmar 4CHE diesel engine. - Built a diagnostic model for the technical states of the small-power main diesel engine for the fishing vessels. Supervisor Ph.D. Student Trần Thanh Hải Tùng, Assoc. Prof. PhD. Hồ Đức Tuấn xiv
MỞ ĐẦU I. LÝ DO THỰC HIỆN ĐỀ TÀI Với những ƣu điểm về công suất và hiệu suất cao, động cơ (ĐC) diesel đang chứng tỏ vai trò chƣa thể thay thế khi đƣợc sử dụng trong nhiều lĩnh vực của nền kinh tế nhƣ: Giao thông vận tải, nông nghiệp, công nghiệp…, đặc biệt đây là loại ĐC đƣợc trang bị chủ yếu trong các phƣơng tiện giao thông đƣờng thủy nói chung và trang bị cho máy chính tàu cá ở Việt Nam nói riêng. Do đó, việc nghiên cứu để đảm bảo chất lƣợng, hiệu suất ĐC diesel và nâng cao độ an toàn trong quá trình khai thác, sử dụng là yêu cầu cần thiết. Do nằm trong vùng nhiệt đới gió mùa, cộng với sự biến đổi khí hậu nên hàng năm vùng biển Việt Nam xảy ra 10 ÷ 20 cơn bão và “siêu” bão, chƣa kể đến các cơn lốc xoáy bất ngờ. Việc bảo đảm an toàn cho ngƣời và tàu cá hoạt động sản xuất ở ngoài khơi luôn là mối quan tâm của ngƣời dân và là sự trăn trở của các ngành, các cấp nói chung và của hệ thống đăng kiểm tàu cá nói riêng. Tính đến năm 2018, cả nƣớc có 96.000 tàu cá trong đó có 46.491 tàu có chiều dài từ 6 ÷ 12m, 8.914 tàu có chiều dài từ 12 ÷ 15m, 27.484 tàu có chiều dài từ 15 ÷ 24m, 2.958 tàu có chiều dài từ 24m trở lên. Tàu làm bằng gỗ chiếm 98,6%, còn lại là tàu làm bằng thép hoặc các vật liệu mới. Số tàu này ngoài việc tham gia phát triển kinh tế biển còn góp phần quan trọng bảo vệ an ninh chủ quyền biển, đảo quốc gia [5]. Tàu đánh cá có thể hoạt động ở vùng biển cách bờ đến 200 hải lý và hầu nhƣ không có cảng trú, các ĐC diesel dùng làm máy chính trên tàu đa số là máy cũ, chất lƣợng máy xuống cấp, thiếu các thiết bị đo lƣờng, kiểm tra; không có hồ sơ kỹ thuật phục vụ cho công tác vận hành và bảo dƣỡng sửa chữa. Điều đó dẫn đến giảm độ an toàn, tin cậy trong quá trình khai thác; hiệu quả sử dụng thấp làm tăng giá thành sản phẩm và đặc biệt là có thể hƣ hỏng đột ngột trên biển gây nguy hiểm cho ngƣời và tàu [13]. Theo số liệu thống kê tại Công ty bảo hiểm phi nhân thọ - Bảo Việt Khánh Hòa, trong 86 tàu bị tai nạn do hệ động lực tàu cá gây ra từ năm 2011 đến năm 2016, có 46 trƣờng hợp do máy chính, 14 trƣờng hợp do hộp số, 06 trƣờng hợp do hệ trục chân vịt, 25 trƣờng hợp do chân vịt. Thống kê này cho thấy, phần lớn các tai nạn của đội tàu này là do sự cố máy chính. 1