Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 15

Chia sẻ: Do Van Nga Te | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:10

Thêm vào BST

Báo xấu

192
lượt xem 48
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Để đảm bảo quá trình cháy tốt phải xả hết sản vật cháy của chu trình trước ra khỏi xilanh và nạp đầy khí sạch mới vào. Khối lượng không khí nạp vào xilanh càng nhiều thì lượng nhiên liệu có thể đốt cháy càng lớn, nên công thu được tăng lên. Như vậy chất lượng làm sạch và khối lượng không khí nạp là những yếu tố quyết định công suất phát ra của động cơ. Đối với động cơ 2 kỳ, để đảm bảo chất lượng trao đổi khí sẽ phức tạp hơn hơn động cơ 4 kì....

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Phân tích cấu tạo, tính năng kỹ thuật họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C22, Chương 15

Chương 15: Hệ thống khí nạp và hệ thống khí xả Để đảm bảo quá trình cháy tốt phải xả hết sản vật cháy của chu trình trước ra khỏi xilanh và nạp đầy khí sạch mới vào. Khối lượng không khí nạp vào xilanh càng nhiều thì lượng nhiên liệu có thể đốt cháy càng lớn, nên công thu được tăng lên. Như vậy chất lượng làm sạch và khối lượng không khí nạp là những yếu tố quyết định công suất phát ra của động cơ. Đối với động cơ 2 kỳ, để đảm bảo chất lượng trao đổi khí sẽ phức tạp hơn hơn động cơ 4 kì. Xilanh động cơ 4 kì làm sạch sản vật cháy bằng một hành trình piston. Trong thời gian mở trùng điệp các xupáp động cơ 4 kỳ có tăng áp diễn ra quá trình quét xilanh. Tổng thời gian nạp, xả khoảng 400- 450 góc quay trục khuỷu. Do đó đảm bảo chất lượng trao đổi khí tốt. Trong khi đó đối với động cơ 2 kỳ, các quá trình làm sạch và nạp không khí vào xilanh diễn ra tất cả khoảng 120-150 góc quay trục khuỷu, chiếm một phần hành trình nén. Phần lớn quá trình xả khí diễn ra với quá trình nạp không khí vào xilanh do đó không tránh khỏi hiện tượng tiếp xúc và hoà trộn một phần sản vật cháy với không khí. Chính vì thế ở động cơ hai kỳ việc sử dụng máy nén là rất quan trọng, vì quá trình trao đổi khí ở động cơ hai kỳ cần không khí nạp có áp suất lớn để đẩy khí cháy ra ngoài. Họ động cơ S70 MC-C có các cửa quét khí được bố trí theo hướng tiếp tuyến, lẹch với bán kính trung bình của xilanh một góc  , và hướng lên một góc  tạo chuyển động xoáy lên của dòng khí quét giúp không khí quét gạt hết sản vật cháy ra ngoài làm cho quá trình quét khí được thực hiện triệt để hơn. Kết hợp với việc tăng áp sử dụng phương pháp tăng áp bằng tuabin đẳng áp, đường xả từ xilanh ra có dạng loe (diffusor), xupáp xả được dẫn dẫn động bằng thủy lực và được đóng mở có giảm chấn lò xo và xupáp
được xoay tròn để tránh kẹt xupáp và các kết cốc bám trên bề mặt làm việc của xupáp. Chuyển động xoay của xupáp thực hiện được là nhờ lực tác dụng của khí xả lên kết cấu cánh được bố trí ở thân xupáp. Đây là họ động sơ thấp tốc có tỉ số S/D # 4. Do là động cơ hai kỳ quét thẳng qua xupáp xả có hành trình S cực lớn kết hợp với việc sử dụng tuabin nén khí nên quá trình quét thải rất sạch do đó hiệu suất của động cơ cao. 2.4.4.1. Hệ thống khí nạp. Họ động cơ S70 MC-C sử dụng phương pháp tăng áp bằng tuabin khí xả cho việc nạp khí, việc nạp khí được thực hiện bằng các cửa nạp thông qua sự dịch chuyển lên xuống của piston. Mục đích của việc sử dụng tuabin tăng áp:
Tăng lượng khí nạp vào xilanh công tác của động cơ trong quá trình nạp, làm cho nhiên liệu phun vào buồng cháy được đốt cháy hoàn toàn hơn làm tăng công suất động cơ. Ưu điểm của phương pháp này là: + Tận dụng được động năng của dòng khí xả. + Tăng công suất động cơ. Nhưng mặt khác nó cũng làm tăng sức cản trên đường khí xả và cấu tạo các hệ thống phục vụ cho hệ thống tăng áp phức tạp. 3 2 4 1 5 6 7 Hình 2.40. Hình vẽ sơ đồ tăng áp hệ thống khí nạp. 1. Xilanh 5. Ống góp khí quét 2. Xupáp xả 6. Hộp làm mát khí quét 3. Ống góp khí xả 7. Thiết bị tách nước lẫn trong khí quét. 4. Tuabin-máy nén Nguyên lý làm việc của hệ thống khí nạp: Khí xả từ động cơ qua xupáp xả được dẫn vào ống góp khí xả (3) sau đó nó được dẫn vào máy nén (4) làm quay tuabin máy nén sau đó khí xả thoát ra ngoài qua ống xả. Tuabin-máy nén quay hút
không khí nén vào qua bộ lọc không khí, sau đó không khí được máy nén đẩy đến hộp làm mát khí quét (6) tại đây không khí quét được làm mát hạ
thấp nhiệt độ xuống sau đó được đẩy đến ống góp khí quét rồi vào khoang khí quét, khi piston dịch chuyển xuống điểm chết dưới không khí được đưa vào buồng đốt. Khi động cơ đã hoạt động bình thường thì lượng khí xả thoát ra đủ để dẫn động tuabin quay cung cấp đầy đủ lượng không khí cần thiết cho quá trình cháy của động cơ tuy nhiên lúc động cơ khởi động hoặc làm việc ở các chế độ tải nhỏ hay không tải thì lượng khí xả thoát ra không đủ để lai tuabin cung cấp lượng khí nạp cần thiết cho động cơ, lúc này phải hỗ trợ khởi động bằng 2 quạt phụ (hai quạt này được dẫn động bằng động cơ điện) hút không khí từ không gian sau bộ làm mát khí tăng áp, không gian này được nối với ống dẫn khí tăng áp bằng một van lá, và sau khi áp suất tăng áp tăng lên đạt giá trị cần thiết thì quạt điện này sẽ được tự động cắt. 2 1 3 Hình 2.41. Hình vẽ bố trí quạt phụ. 1. Môtơ điện 3. Thiết bị làm mát khí nạp 2. Quạt đường khí của quạt phụ .….....đường khí của máy nén Các bộ phận chính: Bộ tuabin tăng áp gồm có hai phần chính là tuabin khí và máy nén cùng các cơ cấu phụ như bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, các hệ thống bôi trơn và làm mát…v.v. + Tua bin khí là thiết bị biến đổi nội năng và thế năng của
chất khí thành cơ năng. Quá trình biến đổi này được thực hiện nhờ có sự tác động tương hỗ giữa dòng khí và cánh tuabin. Nội năng và thế năng của chất khí trước tiên được biến đổi thành động năng sau đó là quá trình biến đổi động năng thành cơ năng (quay bánh công tác) trong tuabin. Các quá trình này được thực hiện trong cánh hướng và bánh công tác.
+ Máy nén ly tâm là một thiết bị cơ khí dùng để chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng dòng chảy, máy nén ly tâm dựa vào tác dụng của lực ly tâm để tăng áp suất cho không khí (từ po lên pk), và làm cho không khí có lưu lượng Gk (kg/s) từ phần không gian này chuyển qua phần không gian khác. Họ động cơ S70MC-C sử dụng tuabin hướng trục và máy nén ly tâm. Ta có thể lựa chọn và trang bị cho họ động cơ các loại tuabin và máy nén của các hãng sau: - ManB&W - ABB (gồm 2 loại là TPL và VTR) cũng do ManB&W chế tạo. - MHI (Misubishi). Dưới đây là hình vẽ kết cấu của một cụm TB-MN của loại ABB kiểu VTR. Nó bao gồm 1 tuabin hướng trục lắp trên cùng một trục với máy nén ly tâm, trục của TB-MN được đỡ bởi 2 ổ lăn đặt ngoài. Cụm TB-MN này được trang bị bộ giảm âm rất tốt. 3 4 2 1 5 Hình 2.42. Hình vẽ cấu tạo tuabin-máy nén ABB kiểu VTR. 1. Ổ lăn 4. Cánh tuabin 2. Lưới lọc 5. Trục rôto. 3. Bánh cánh máy nén Nguyên lý hoạt động: khí xả sau khi thoát ra khỏi van khí xả
được góp vào ống góp khí xả sau đó nó đi vào tuabin tác động vào cánh tuabin làm quay trục rôto, do đó cũng làm quay bánh cánh máy nén (cũng gắn trên trục rôto). Nếu bánh cánh máy nén đang có chuyển động quay ở một tốc độ nào đó, thì sau khi không khí qua cửa đi vào sẽ cùng quay với bánh cánh máy nén rồi lưu động theo rãnh thông giữa các cánh của bánh. Do đó chuyển động tuyệt đối của dòng không khí đi vào bánh công tác sẽ là tổng hợp
của chuyển động theo, quay tròn của bánh cánh máy nén và chuyển động tương đối của dòng chảy trong rãnh cánh. Bánh cánh máy nén đang quay, truyền công cho không khí làm tăng áp suất và tốc độ của không khí trong rãnh cánh. Lúc dòng khí đi tới miệng ra của bánh cánh máy nén, dưới tác dụng của lực ly tâm chuyển động quay, dòng khí đi qua miệng ra của bánh với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào gây tác dụng hút không khí phía trước cửa đi vào bánh. So với các phương pháp tăng áp khác thì phương pháp tăng áp bằng tuabin khí thải được sử dụng rộng rãi và phổ biến nhất vì chúng có những ưu điểm vượt trội: + Có kích thước gọn nhẹ hơn so với các hệ thống tăng áp khác mà vẫn thõa mãn được mức độ tăng áp cần thiết. + Tận dụng năng lượng của khí thải, động cơ không tiêu hao một phần nào công suất để dẫn động máy nén. + Có sự phối hợp tự động trong quá trình làm việc của động cơ và tổ hợp tubin máy nén. Khi động cơ làm việc ở chế độ thấp tải thì năng lượng chứa trong khí thải ít, công sinh ra của tuabin cũng như công suất máy nén nhỏ, phù hợp với lượng nhiên liệu cung cấp cho mỗi chu trình công tác, khi tăng tải động cơ thì năng lượng chứa trong khí thải cũng tăng theo, kết quả là công suất của tuabin tăng, đảm bảo cho máy nén cung cấp đủ không khí theo yêu cầu của động cơ. Tuy nhiên hệ thống này cũng tồn tại một số mặt hạn chế sau:
+ Kết cấu tuabin-máy nén phức tạp, tốc độ quay của rôto rất cao, làm việc với khí thải có nhiệt độ cao nên dễ hư hỏng. + Tính tăng tốc và khởi động kém hơn so với các loại khác, thông thường để khởi động phải dùng một quạt phụ.