Nghiên cứu chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung - cao tốc

Chia sẻ: Danh Tuong Vi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:7

0
9
lượt xem
1
download

Nghiên cứu chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung - cao tốc

Mô tả tài liệu
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo giới thiệu hỗn hợp dầu thực vật, dầu DO và chất phụ gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel. Bộ tạo hỗn hợp được thiết kế và chế tạo dựa trên các thông số đầu vào: Nhiệt độ sấy, tỷ lệ pha dầu thực vật, tiêu hao nhiên liệu của động cơ diesel tàu thủy công suất nhỏ (dưới 90Hp). Nhiên liệu từ đầu ra của Bộ tạo hỗn hợp tự động này được thử nghiệm trên động cơ 4CHK YANMAR DIESEL đối chứng với phương pháp tạo hỗn hợp thủ công.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực vật và chất phụ gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung - cao tốc

Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 2/2011<br /> <br /> THOÂNG BAÙO KHOA HOÏC<br /> <br /> NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO THIẾT BỊ PHỐI TRỘN HỖN HỢP DẦU DO,<br /> DẦU THỰC VẬT VÀ CHẤT PHỤ GIA LÀM NHIÊN LIỆU CHO ĐỘNG<br /> CƠ DIESEL TÀU THỦY TRUNG - CAO TỐC<br /> STUDY ON MANUFACTURE MIXTURE FOR MIXING DIESEL OIL, VEGETABE OIL AND ADDITIVE<br /> TO USE AS FUEL FOR MEDIUM - HIGH SPEED MARINE DIESEL ENGINES<br /> Phùng Minh Lộc1, Mai Đức Nghĩa2<br /> 1-Trường Đại học Nha Trang, 2-Trường SQ Không quân<br /> TÓM TẮT<br /> Bài báo giới thiệu hỗn hợp dầu thực vật, dầu DO và chất phụ gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel. Bộ<br /> tạo hỗn hợp được thiết kế và chế tạo dựa trên các thông số đầu vào: Nhiệt độ sấy, tỷ lệ pha dầu thực vật, tiêu<br /> hao nhiên liệu của động cơ diesel tàu thủy công suất nhỏ (dưới 90Hp). Nhiên liệu từ đầu ra của Bộ tạo hỗn<br /> hợp tự động này được thử nghiệm trên động cơ 4CHK YANMAR DIESEL đối chứng với phương pháp tạo hỗn<br /> hợp thủ công.<br /> Từ khóa: Nhiên liệu sinh học, động cơ Diesel, phụ gia nhiên liệu, dầu thực vật.<br /> ABSTRACT<br /> This paper presents a mixture of vegetable oils, diesel oils and additives as fuel for diesel engines. The<br /> automatic Mixture is designed and manufactured based on the input parameters: drying temperature, ratio<br /> of vegetable oil, fuel consumption of small marine diesel engines (less than 90Hp). The fuel mixture from the<br /> Mixture are tested on 4CHK Yanmar engine and confronting with manual mixed methods.<br /> Keywords: fuel, diesel engines, additives, vegetable oil.<br /> <br /> I. MỞ ĐẦU<br /> 1. Hỗn hợp dầu thực vật, dầu DO và chất phụ<br /> gia làm nhiên liệu cho động cơ diesel.<br /> Hiện nay, có thể chia công nghệ sử dụng<br /> dầu thực vật làm nhiên liệu thay thế cho động cơ<br /> diesel (cả trong nước và nước ngoài) thành hai<br /> hướng chính:<br /> 1.1. Xử lý về mặt hoá học để dầu thực vật<br /> có được những tính chất tương đương với die-<br /> <br /> 1.2. Xử lý về mặt cơ - lý để dầu thực vật<br /> đạt được một số yêu cầu cơ bản của nhiên liệu<br /> DO. Theo hướng này, công nghệ chủ yếu theo<br /> 2 nhánh sau:<br /> - Thứ nhất, chế tạo Bộ chuyển đổi hoặc Bộ<br /> phun nhiên liệu chuyên dùng có thể sử dụng đến<br /> 100% dầu thực vật (SVO). Công nghệ này phức<br /> tạp, can thiệp sâu vào kết cấu nên chỉ ứng dụng<br /> cho động cơ vừa và lớn<br /> <br /> sel dầu mỏ (DO). Dầu qua xử lý như vậy gọi là<br /> <br /> - Thứ hai, tạo hỗn hợp dầu thực vật, chất<br /> <br /> Biodiesel. Theo hướng này công nghệ chủ yếu<br /> <br /> phụ gia và dầu DO đạt tiêu chuẩn nhiên liệu dùng<br /> <br /> là hoá dầu để sản xuất nhiên liệu theo qui mô<br /> <br /> cho động cơ diesel. Công nghệ theo nhánh này<br /> <br /> công nghiệp, giá thiết bị rất cao.<br /> <br /> đơn giản, phù hợp với động cơ công suất nhỏ.<br /> TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 71<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> Việc chọn dầu dừa làm nhiên liệu đã được<br /> <br /> Soá 2/2011<br /> nhất [10].<br /> <br /> lý giải [4], chọn dung môi là dầu diesel tiện dụng<br /> <br /> Bộ phối trộn gồm hai phần chính:<br /> <br /> và phù hợp với Đề án phát triển nhiên liệu sinh<br /> <br /> - Phần điều khiển<br /> <br /> học đến năm 2015, tầm nhìn đến năm 2020 của<br /> <br /> - Phần thao tác bao gồm: các bộ phận<br /> <br /> chính phủ<br /> Xuất phát từ cơ sở lý thuyết nhiên liệu dùng<br /> cho động cơ diesel; hình thành hỗn hợp cháy và<br /> <br /> truyền động khuấy trộn hỗn hợp, cụm gia nhiệt.<br /> II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU<br /> <br /> cháy nhiên liệu trong động cơ, hai vấn đề cần ưu<br /> <br /> 1. Xây dựng phương án thiết kế Bộ tạo hỗn<br /> <br /> tiên giải quyết khi sử dụng nhiên liệu thay thế là:<br /> <br /> hợp<br /> <br /> Xử lý độ nhớt: 100% hệ thống nhiên liệu<br /> <br /> 1.1. Thông số đầu vào<br /> <br /> động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ hiện tại dùng dầu<br /> <br /> - Nhiệt độ gia nhiệt: 800C<br /> <br /> diesel nhẹ, độ nhớt thấp. Hệ thống này không<br /> <br /> - Tỷ lệ pha vào dầu DO: Phụ gia Nano fuel<br /> <br /> thể hoạt động với nhiên liệu có độ nhớt cao hơn<br /> <br /> bosster (0,125)%;<br /> <br /> dầu DO, dầu dừa độ nhớt cao, vì vậy cần pha<br /> <br /> Dầu dừa trong khoảng (10-25)%<br /> <br /> loãng bằng dầu DO và sấy nóng để hỗn hợp đạt<br /> <br /> - Tiêu hao nhiên liệu giờ ở chế độ toàn tải:<br /> <br /> độ nhớt tương đương dầu diesel.<br /> Cải thiện chất lượng quá trình cháy: Nhìn<br /> <br /> 18(l/h)<br /> 1.2. Lựa chọn phương án<br /> <br /> chung, chất lượng quá trình cháy giảm khi tăng tỉ<br /> <br /> Thiết bị phối trộn được ứng dụng trong việc<br /> <br /> lệ dầu dừa, vì vậy cần pha chất phụ gia vào hỗn<br /> <br /> nghiên cứu, tạo ra nhiên liệu mới cho động cơ<br /> <br /> hợp. Chất phụ gia chọn theo tiêu chí giảm tiêu<br /> <br /> tàu thủy trung và cao tốc. Vì vậy, nó phải đáp<br /> <br /> hao nhiên liệu và ô nhiễm môi trường [5], pha<br /> <br /> ứng các yêu cầu về tính đơn giản, dễ sử dụng,<br /> <br /> trước vào dầu DO với tỉ lệ pha theo hướng dẫn<br /> <br /> giá thành hạ… nhưng vẫn phải đảm bảo độ tin<br /> <br /> của nhà sản xuất.<br /> <br /> cậy trong quá trình làm việc. Các chi tiết chính<br /> <br /> 2. Công nghệ tạo nhiên liệu hỗn hợp:<br /> 2.1. Ước định giới hạn tỉ lệ pha dầu dừa: (X1,X2)<br /> - Cận dưới, pha dầu dừa vào hỗn hợp<br /> <br /> của thiết bị gồm:<br /> - Thùng phối trộn: thùng được chế tạo bằng<br /> nhôm bên trong có các cánh dẫn hướng tạo<br /> <br /> (không gia nhiệt) với tỉ lệ X1% sao cho độ nhớt<br /> nằm ở giới hạn trên của tiêu chuẩn dầu DO.<br /> - Cận trên, pha dầu dừa vào hỗn hợp và gia<br /> nhiệt đến 800C (trên nhiệt độ này độ nhớt giảm<br /> không đáng kể) với tỉ lệ X2% đủ lớn nhưng độ<br /> nhớt vẫn nằm trong tiêu chuẩn dầu của DO.<br /> 2.2. Bộ tạo hỗn hợp được nghiên cứu thiết kế,<br /> chế tạo dựa trên cơ sở:<br /> Các thông số đầu vào: Nhiệt độ sấy, tỷ lệ<br /> pha dầu dừa (X1,X2), tiêu hao nhiên liệu của<br /> động cơ diesel tàu thủy công suất nhỏ (dưới<br /> 90Hp); Máy đồng thể đã được sử dụng trong<br /> các lĩnh vực công nghiệp...dùng để trộn hai hoặc<br /> nhiều chất lỏng vào nhau thành một thể đồng<br /> <br /> 72 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG<br /> <br /> Hình 1. Phương án thiết kế thiết bị<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 2/2011<br /> <br /> dòng chảy rối; trong thùng có đặt cánh khuấy; bên ngoài có đặt các điện trở gia nhiệt nhằm tăng<br /> nhanh quá trình đồng thể và đảm bảo độ nhớt hợp lý cho hỗn hợp khi phối trộn.<br /> - Động cơ, trục cánh khuấy, thùng chứa dầu, bộ phận điều khiển, các cảm biến và màn hình<br /> hiển thị. Phương án thiết kế được xây dựng như hình 1.<br /> 2. Thiết kế, chế tạo thiết bị<br /> 2.1. Lực cản trên cánh khuấy và chọn động cơ<br /> Cánh khuấy trộn khi chuyển động quay trong thùng chứa hỗn hợp<br /> sẽ tạo ra dòng xoáy của chất lỏng. Cánh khuấy là một yếu tố quan trọng<br /> quyết định dòng lưu chuyển của chất lỏng. Trong các loại cánh khuấy<br /> <br /> Hình 2. Cánh đĩa tua-bin<br /> <br /> thì cánh tua-bin được sử dụng chủ yếu khuấy ở tốc độ trung bình và<br /> tốc độ cao với các mục đích khuấy để phân tán, hòa tan và huyền phù.<br /> Như vậy dựa trên tính chất đồng thể của nhiên liệu. Chọn cánh khuấy<br /> trộn hỗn hợp dạng đĩa tua-bin trên hình 2. Để tính toán cho cánh khuấy<br /> ta coi phần đĩa cánh khuấy là tấm mỏng ngập trong chất lỏng và tính<br /> lực cản của chất lỏng lên diện tích tiếp xúc của lá cánh khuấy theo công<br /> thức [8].<br /> <br /> Trong đó:<br /> <br /> (π.n)2 2<br /> Fcv = Cv.ρ.S. <br /> .R<br /> 302.2<br /> <br /> Hình 3. Sơ đồ tính lực cản<br /> <br /> (1)<br /> <br /> - Fcv là lực cản của chất lỏng lên bề mặt tiếp xúc của lá cánh khuấy<br /> <br /> - Cv là hệ số lực cản của hỗn hợp; Cv =1,17<br /> - ρ là khối lượng riêng của hỗn hợp<br /> <br /> - R là bán kính cánh khuấy; R =70.10-3cm<br /> - n là tốc độ quay của cánh khuấy; n =1200v/p<br /> - S là diện tích bề mặt tiếp xúc lá cánh khuấy<br /> Trong quá trình khuấy trộn độ nhớt của dầu thực vật là yếu tố tạo nên sức cản lớn, loại dầu thực<br /> <br /> vật được chọn là dầu dừa có khối lượng riêng: ρ = 0.915g/cm3 [7], với kích thước lá cánh khuấy đã<br /> chọn như trên hình 3, thay vào công thức (1) ta có:<br /> <br /> (π.n)2 2<br /> (12.102)2<br /> -6<br /> 2<br /> Fcv = Cv.ρ.S. <br /> .<br /> R<br /> =<br /> 1,17.0,915.497,9.10<br /> .3,14<br /> .<br /> <br /> (70.10-3)2 ⇒ Fcv = 20,6N<br /> 302.2<br /> 302.2<br /> Mô men xoắn trên trục cánh khuấy:<br /> <br /> Mz: Mz = Fcv.R ⇒ Mz = 20,6. 70.10-3 = 1442Nmm<br /> <br /> Công suất động cơ được tính như sau:<br /> <br /> π.n<br /> 3.14.1200<br /> Ne = Mz .ω = Mz . ⇒ Ne = 1142.10-3  = 181W<br /> 30<br /> 30<br /> Từ kết quả có được, chúng tôi chọn động cơ servo. Động cơ này có tỉ số mô men kéo và quán<br /> tính cao cho phép tăng nhanh tốc độ, hãm nhanh và dừng chính xác.<br /> 2.2. Thiết kế trục cánh khuấy, khớp nối và gối đỡ trục<br /> Từ kích thước thùng phối trộn đã chọn tiến hành tính toán cho trục, khớp nối và gối đỡ trục.<br /> 2.3. Tính công suất gia nhiệt hỗn hợp<br /> Gọi Q là tổng nhiệt lượng cần thiết gia nhiệt hỗn hợp đến 800C:<br /> <br /> Q = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 ; (2)<br /> <br /> TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 73<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 2/2011<br /> <br /> Q1 = m1. c1.∆t ; Q2 = m2. c2.∆t ; Q3 = m3. c3.∆t ; Q4 =<br /> m4. c1.∆t. Là nhiệt lượng cần thiết làm nóng 1, 2, 3, 4, lên 800C<br /> với<br /> <br /> và m1, c1; m2, c2; m3, c3; m4, c4 là khối lượng và nhiệt dung riêng<br /> của 1, 2, 3, 4 như trên sơ đồ hình 5. Thay các số liệu đã thực<br /> nghiệm vào (2), được Q=1081537,2(J)<br /> Theo định luật bảo toàn năng lượng:<br /> <br /> U2 t ⇒ Q = 1081537,2 = <br /> U2 t<br /> Q=<br /> R<br /> R<br /> <br /> 2202 .360 = 16,11Ω<br /> U2<br /> ⇒ R = <br /> t = <br /> 1081537,2<br /> 1081537,2<br /> <br /> Hình 4. Sơ đồ tính toán điện trở nhiệt:<br /> 1,3-Thùng nhôm; 2-Nnước;<br /> 4-Hỗn hợp nhiên liệu<br /> <br /> 2202 = 3000W<br /> U2 = <br /> ⇒ R = 16,11Ω ⇒ P = <br /> R<br /> 16,11<br /> là công suất cần thiết của điện trở gia nhiệt theo số liệu tính toán.<br /> 2.4. Thiết kế thiết bị điều khiển<br /> 2.4.1. Xây dựng sơ đồ khối hệ thống điều điều khiển<br /> Căn cứ vào yêu cầu đầu vào và đầu ra của thiết bị đã được lựa chọn, xây dựng sơ đồ khối hệ<br /> thống điều khiển cho thiết bị như hình 5.<br /> <br /> Cảm biến báo mức DO<br /> trong két trung gian<br /> Cảm biến báo mức SVO<br /> trong két trung gian<br /> Cảm biến báo mức chất<br /> lỏng trong két đồng thể<br /> Cài đặt tốc độ khuấy<br /> Cảm biến tốc độ động cơ<br /> Cài đặt nhiệt độ hỗn hợp<br /> Cảm biến<br /> t0 nước<br /> Cảm biến<br /> t0 hỗn hợp<br /> <br /> Khuyếch<br /> đại tín hiệu<br /> <br /> Cài đặt thời gian khuấy<br /> Giao tiếp bàn phím<br /> Đồng bộ tín hiệu<br /> <br /> Microcontroll<br /> Giám sát mức chất<br /> lỏng trong két đồng thể<br /> và các két trung gian<br /> Tính toán giá trị tốc độ<br /> động cơ và điều khiển<br /> tốc độ động cơ theo giá<br /> trị cài đặt<br /> Điều khiển nhiệt độ<br /> hỗn hợp theo giá trị<br /> cài đặt<br /> Cho phép bắt đầu, kết<br /> thúc tiến trình;<br /> <br /> Mạch công suất<br /> điều khiển các<br /> solenoid cấp DO<br /> và SVO<br /> Mạch công suất<br /> điều khiển động<br /> cơ khuấy<br /> Điều khiển công<br /> suất cấp cho các<br /> điện trở gia nhiệt<br /> <br /> Hiển thị LCD<br /> <br /> thu thập, xử lí và<br /> tính toán số liệu;<br /> xuất dữ liệu ra LCD<br /> <br /> Hình 5. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển tự động Bộ phối trộn nhiên liệu<br /> <br /> 74 ❖ TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG<br /> <br /> Taïp chí Khoa hoïc - Coâng ngheä Thuûy saûn<br /> <br /> Soá 2/2011<br /> <br /> Sơ đồ hệ thống điều khiển gồm 3 khối chính là khối<br /> đầu vào, khối xử lí trung tâm và khối đầu ra. Nhiệm vụ của<br /> khối đầu vào bao gồm việc thu thập các tín hiệu đo lường<br /> từ các cảm biến, tín hiệu điều khiển từ thiết bị điều khiển<br /> và gửi tới bộ xử lí trung tâm. Bộ xử lí trung tâm sau khi<br /> nhận tín hiệu sẽ tiến hành chuyển đổi, tính toán, phân tích<br /> và xuất các tín hiệu điều khiển cho khối đầu ra. Khối đầu<br /> ra bao gồm thiết bị hiển thị và các mạch điều khiển các cơ<br /> cấu chấp hành.<br /> 2.4.2. Thiết kế chế tạo mạch điều khiển trung tâm<br /> <br /> Hình 6. Mạch điều khiển trung tâm<br /> sau khi chế tạo<br /> <br /> Mạch điều khiển sẽ bao gồm các khối: khối nguồn, khối khuyếch đại tín hiệu cho các cảm<br /> biến, khối đo tốc độ, khối hiển thị LCD, khối điều khiển van điện từ, khối điều khiển mạch công suất<br /> cho motor và các điện trở gia nhiệt, giao tiếp bàn phím và cuối cùng là khối xử lí trung tâm. Khối xử lí<br /> trung tâm gồm 2 vi điều khiển Atmega16, hai vi điều khiển này liên lạc với nhau theo quan hệ chủ tớ.<br /> Chương trình được viết bằng ngôn ngữ C, được soạn thảo bằng phần mềm AVRCodevision và được<br /> biên dịch thành file.HEX. Tập tin chương trình điều khiển sẽ được nạp vào ROM của ATMEGA16.<br /> 2.5. Xây dựng bản vẽ lắp thiết bị phối trộn<br /> Bản vẽ lắp được trình bày trên hình 7.<br /> <br /> Hình 7. Bản vẽ lắp thiết bị phối trộn<br /> <br /> TRÖÔØNG ÑAÏI HOÏC NHA TRANG ❖ 75<br /> <br />

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

Đồng bộ tài khoản