28044 93948 1 pb 0187

TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Lê Hữu Sơn ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ THỐNG NẠP VÀ XẢ KHÍ ĐẾN QUÁ TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 3AL25/30 INFLUENCE OF THE AIR INTAKE AND EXHAUST SYSTEM ON THE WORKING PROCESS OF DIESEL ENGINES 3AL25/30 LÊ HỮU SƠN TÓM TẮT: Hệ thống nạp xả khí có nhiệm vụ cung cấp khí tươi vào xi-lanh xả hết khí cháy khỏi xi-lanh Chất lượng làm việc hệ thống trao đổi khí động diesel ảnh hưởng lớn đến tính an tồn tính kinh tế động diesel, nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống nạp xả khí đến qua trình công tác động diesel quan trọng Bài viết trình bày số kết nghiên cứu ảnh hưởng hệ thống trao đổi khí đến chế độ làm việc động diesel 3AL25/30 Từ khóa: hệ thống nạp xả khí, động diesel ABSTRACT: The air intake and exhaust system is responsible for introducing fresh air into the cylinder and exhausting all burned air out of the cylinder The working quality of the air exchange system in the diesel engine greatly affects the safety and economy of diesel engines, So studying the impact of charging and exhaust system on the work of the diesel engine is very important This article presents some of the research results of the influence of the air echange system on the working functions of diesel engines Key words: air intake and exhaust system, diesel engines sức cản thiết bị đường nạp đường xả Hệ thống trao đổi khí bao gồm hệ thống cấp khơng khí vào xi-lanh hệ thống thải khí cháy từ động Sự ổn định hệ thống cấp khơng khí vào xilanh gây nên yếu tố sau: - Giảm khối lượng khí nạp, làm giảm số kinh tế động cơ, tăng ứng suất nhiệt thiết bị buồng đốt, làm tăng mài mòn hư hỏng thiết bị buồng đốt - Giảm áp suất khí nạp, xuất dịng khí ngược chiều (hiện tượng bơm), giảm tiết diện ống xả, muội bẩn cửa xả ĐẶT VẤN ĐỀ Chất lượng làm việc hệ thống nạp xả khí (cịn gọi hệ thống trao đổi khí) động diesel có ảnh hưởng lớn đến chất lượng làm việc động Hệ thống trao đổi khí làm việc an tồn, hiệu tin cậy nâng cao cách đáng kể công suất hiệu suất động Chất lượng làm việc động lại tác động trực tiếp đến chất lượng làm việc hệ thống trao đổi khí Vì mối quan hệ động hệ thống trao đổi khí mối quan hệ ảnh hưởng qua lại lẫn Chất lượng hiệu làm việc thơng số hệ thống trao đổi khí phụ thuộc chủ yếu vào  PGS.TS Trường Đại học Văn Lang, Email:lehuuson@vanlanguni.edu.vn 27 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 02 / 2017 cửa nạp, gây nên cháy khoang pít-tơng Tổn thất áp suất thiết bị hệ thống trao đổi khí nhìn chung dễ dàng xác định được, vậy, dễ dàng tìm vị trí nguyên nhân gây nên hư hỏng hệ thống Tổn thất áp suất gây nên hình dáng kích thước đường ống dẫn khí thay đổi Trong trình hoạt động, tổn thất áp suất khí nạp gây nên nguyên nhân sau: bẩn phin lọc khơng khí, bẩn máy nén, bẩn lối khí lưu thơng sinh hàn khí, bẩn hệ thống điều khiển đóng mở van nạp xả, bẩn lưới lọc bảo vệ trước tuốc-bin, bẩn ống phun cánh động tuốc-bin, bẩn lối khí qua nồi khí xả, bẩn lưới lọc bảo vệ phía cuối đường khói Để thấy rõ tác động hệ thống trao đổi khí đến q trình làm việc động cơ, giới thiệu số kết nghiên cứu cho động diesel 3AL25/30 Các kết thu đo đạc, tính tốn mơ thay đổi thông số nạp xả động 3AL25/30 ẢNH HƢỞNG CỦA CÁC THIẾT BỊ TRÊN ĐƢỜNG NẠP-XẢ CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL 3AL25/30 Các thiết bị đường nạp-xả bao gồm: phin lọc khơng khí, máy nén, sinh hàn gió tăng áp, cửa nạp - cửa xả (van nạp-van xả), tuốc-bin, hệ thống đường xả Bảng Ảnh hưởng sức cản khí phin lọc TT Thơng số Đơn vị đo Định mức 10 11 12 13 14 Pi n ge Pd nT Gk Pk tk PS tS PMAX tMAX PT tT bar 1/phút g/kWh bar 10 1/ph m3/s bar o C mmH2O o C bar o K bar o C 15.05 750 226.26 1.25 37.66 0.70 1.01 580.22 230 456.25 109.92 1949.9 8.18 449.43 Các ký hiệu: Pi - áp suất thị; n - vòng quay động cơ; ge - suất tiêu hao nhiên liệu; Pd - 20 14.98 748,63 227.09 1.17 36.39 0.68 0.95 588.86 215.40 463.99 107.61 1982.4 8.08 457.45 Độ tăng sức cản % 40 60 14.85 14.63 745,45 739.95 229.03 232.45 1.01 0.76 34.51 31.44 0.63 0.55 0.83 0.65 609.33 647.60 185.16 141.75 492.75 544.92 102.56 94.83 2060.4 2211.7 7.88 7.55 478.05 521.78 75 14.35 732.82 237.00 0.48 27.73 0.46 0.48 702.73 99.42 616.76 85.98 2438.9 7.16 595.08 áp suất khí tăng áp; nT - vòng quay tuốc-bin; Gk, Pk, tk - khối lượng, áp suất, nhiệt độ khí xả vào tuốc-bin; 28 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Lê Hữu Sơn PS, tS - áp suất, nhiệt độ khí nạp; PT, TT - áp suất nhiệt độ khí xả khỏi động PMAX, tMAX - áp suất nhiệt độ cực đại xi-lanh Phin lọc khơng khí q trình khai thác thường bị đóng cáu bẩn lưới lọc, làm giảm diện tích lối khí lưu thơng, làm tăng sức cản khí phin lọc Sức cản khí phin lọc tăng gây nên hậu sau: giảm hệ số dư lượng khơng khí, tăng nhiệt độ khí xả, làm dịch chuyển điểm làm việc máy nén phía giới hạn tượng bơm (ho), làm rối loạn dịng khí nạp làm cho chế độ làm việc máy nén khó khăn hơn, làm giảm vịng quay động có tay ga nhiên liệu (phin lọc bị bẩn nhiều) Ảnh hưởng sức cản khí phin lọc tới thơng số làm việc động 3AL25/30 thể Bảng 1, kết thu dựa nghiên cứu, đo đạc tính tốn mơ động Độ chênh lệch áp suất trước sau phin lọc thường ghi hồ sơ kỹ thuật máy Độ chênh lệch áp suất trước sau phin lọc bằng: ∆P=P0-Pr=50÷60mmH2O Độ chênh lệch áp suất cho phép bằng: ∆Pchophép=1,5∆Pđm ∆Pđm = độ chênh áp định mức Thông thường độ chênh áp 100mmH20 cần phải vệ sinh phin lọc Máy nén hệ thống trao đổi khí động 3AL25/30 máy nén ly tâm Kết cấu nguyên lý làm việc máy nén ly tâm làm cho phần lớn cáu bẩn khơng khí bị đọng lại đường ống khí nạp, thơng thường màng dầu dẻo Màng dầu hợp chất cac-bua hyđrô tạo thành q trình ơxy hóa nhiên liệu dầu nhờn bơi trơn, phân tử dầu khống chất khơng khí nạp mang vào hệ thống Bề dày lớp dầu bẩn khác khoảng 0,3→0,4mm lớp dầu bẩn lối khí lưu thơng làm tăng tổn thất ma sát dịng khí thay đổi hình dáng lối khí nạp Nơi đóng cáu bẩn nhiều miệng ống hút vào máy nén Chiều dày lớp dầu bẩn cạnh ống hút vào cánh công tác máy nén lên tới mm, làm thay đổi góc khí nạp vào máy nén, làm giảm hiệu suất máy nén Diện tích miệng ống hút vào máy nén giảm tới 10→12% thấy rõ sau 300→400h làm việc, thơng qua biểu hiện: giảm hiệu suất máy nén ηk, giảm lượng khơng khí nạp Gk, giảm áp suất khí nạp q trình qt khí động đi, làm tăng nhiệt độ khí xả, làm giảm tốc độ quay máy nén nk, làm đặc tính giới hạn „bơm‟ chuyển dịch bên phải từ A đến A1, gần với đặc tính làm việc máy nén, làm cho hệ thống dễ tính ổn định (Hình 1) Hình Ảnh hưởng muội bẩn máy nén đến điểm làm việc hệ thống trao đổi khí 29 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 02 / 2017 a - điểm làm việc máy b - điểm làm việc máy bẩn A - đặc tính thủy động hệ thống máy A1- đặc tính thủy động hệ thống máy bẩn Áp suất khí nạp giảm q trình qt khí động đi, cơng suất động vị trí tay ga giảm đi, làm giảm vòng quay động cơ, làm tăng ứng suất nhiệt động cơ, làm tăng q trình mài mịn sơ-mi xi-lanh xéc-măng, làm thời gian kỳ sửa chữa giảm đáng kể Trong thực tế khai thác, đánh giá tình trạng kỹ thuật máy nén thực chủ yếu kinh nghiệm khai thác Để chẩn đốn tình trạng kỹ thuật máy nén thường sử dụng thông số như: áp suất khí nạp, nhiệt độ khí xả, vịng quay máy nén, dao động trục máy nén Định kỳ vệ sinh máy nén làm giảm ảnh hưởng cáu bẩn đường khí nạp Để vệ sinh máy nén thường dùng nước sạch, không pha thêm hợp chất hoá học Nước cấp vào máy nén dạng hạt nhỏ, nhờ vòng quay lớn máy nén (8000†20000 vịng/phút), có động lớn tẩy rửa cáu bẩn Thời gian tiếp xúc ngắn hạt nước bề mặt lối khí nạp lưu thơng, làm cho việc tẩy rửa cáu bẩn hợp chất hóa học khơng có hiệu Sinh hàn gió tăng áp động diesel 3AL25/30 có kết cấu dạng ống, làm mát nước Trong q trình khai thác, sinh hàn gió thường bị đóng cáu bẩn phía nước làm mát phía gió tăng áp (khí nạp) Phía nước làm mát bị đóng muội cứng cặn bẩn, phía gió tăng áp bị đóng muội bẩn, làm giảm hệ số trao đổi nhiệt sinh hàn Tăng sức cản khí nạp sinh hàn gió giảm lượng nước làm mát ảnh hưởng xấu đến hiệu làm việc sinh hàn, làm giảm lưu lượng khí nạp, giảm áp suất tăng áp khí nạp, giảm tốc độ quay tuốc-bin tăng áp, tăng nhiệt độ khí xả Khi sinh hàn bị bẩn nhiều, tốc độ động bị giảm (với tay ga nhiên liệu khơng đổi) Sức cản khí nạp sinh hàn đánh giá dựa vào độ giảm áp suất khí nạp qua sinh hàn Độ giảm áp suất khí nạp qua sinh hàn ghi lý lịch máy Nếu khơng có giá trị ∆Psh hồ sơ máy, thường lấy ∆Psh=100÷300mmH20, giá trị ∆Psh cho phép 150% giá trị định mức nêu Đặc tính sinh hàn gió tăng áp thể Hình Hình Đặc tính sinh hàn gió tăng áp Gn – lưu lượng nước làm mát Trạng thái kỹ thuật sinh hàn kiểm tra hiệu nhiệt độ khơng khí nhiệt độ nước mát khỏi sinh hàn Trong điều kiện bình thường: ∆t=td-tnr=10÷12oC Nếu ∆t vượt 20oC, chứng tỏ sinh hàn bẩn Trong thực tế nhiệt độ khí nạp td ống góp khí nạp (sau sinh hàn) 35→45oC, cần ý để không làm ngưng tụ nước có khơng khí 30 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Lê Hữu Sơn sinh hàn gió Tăng td để tránh ngưng tụ nước không khí, làm tăng thể tích khí nạp giảm hàm lượng khí nạp vào động cơ, tăng ứng suất nhiệt tăng nhiệt độ khí xả Các nghiên cứu td tăng 1oC, nhiệt độ khí xả tăng 1,5oC Trạng thái bề mặt sinh hàn phía nước xác định hiệu nhiệt độ nước làm mát: ∆tn=tnr-tnv Thường ∆tn < 80C, ∆tn> 8oC bề mặt trao đổi nhiệt phía nước bị bẩn Bảng Ảnh hưởng sức cản khí nạp sinh hàn đến thông số làm việc động 3AL25/30 TT Thông số Đơn vị đo Định mức 10 11 12 13 14 Pi n ge Pd nT Gk Pk tk PS tS PMAX tMAX PT TT bar 1/phút g/kWh bar 10 1/ph m3/s bar o C mmH2O o C bar o K bar o C 15.03 750 226.26 1.25 37.66 0.70 1.01 580.22 230 456.25 109.92 1949.9 8.18 449.43 Muội bẩn đóng van nạp van xả làm diện tích cửa xả bị giảm, diện tích cửa xả bị giảm tới 40% (trong trường hợp đặc biệt tới 90%) làm tăng nhanh sức cản đường nạp xả động cơ, làm đặc tính động dốc hơn, áp suất tăng áp không đổi (không tăng), lượng khí nạp giảm, cơng suất động giảm, vòng quay tuốc-bin tăng áp giảm Điểm làm việc hệ thống chuyển bên trái gần tới đường giới hạn “bơm”- (điểm làm việc chuyển từ a sang b), tuốc-bin tăng áp dễ bị “ho” (Hình 3) đến chế độ làm việc động Khi tay ga nhiên liệu không đổi, van nạp, van xả bị bẩn làm tăng nhiệt độ khí Độ tăng sức cản sinh hàn [%] 0.50 1.00 2.00 2.50 15.03 14.97 14.81 14.41 750 748.34 744.49 734.37 226.26 227.26 229.62 235.99 1.25 1.16 0.97 0.53 37.24 36.22 33.96 28.52 0.70 0.68 0.62 0.48 1.01 0.94 0.79 0.51 580.22 590.66 615.79 690.20 230.00 215.51 176.76 107.47 451.67 466.53 501.69 600.76 109.92 107.15 101.10 87.80 1949.9 1989.1 2085.3 2386.4 8.18 8.06 7.82 7.24 449.42 459.17 484.97 577.43 xả lượng khơng khí cấp vào động giảm Hiện tượng khắc phục cách tăng hệ số khí thừa λ=2†2,2 Hình Ảnh hưởng sức cản van nạp, van xả Lưới bảo vệ tuốc-bin bị muội bẩn đáng kể chế độ làm việc động 31 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG Số 02 / 2017 khơng đảm bảo, cháy khơng hồn tồn, bơi trơn xi-lanh khơng thích hợp; làm tăng sức cản đường xả ảnh hưởng rõ ràng đến điều kiện làm việc động Q trình qt khí đi, nhiệt độ khí xả tăng lên ít; cơng suất, vịng quay tuốcbin giảm Điểm làm việc hệ thống chuyển dịch chuyển bên trái gần tới đường giới hạn “bơm” Nếu tải động khơng đổi, nhiệt độ khí xả vào tuốc-bin tăng lên, tượng xảy giống trường hợp van nạp, van xả bị bẩn Đặc tính động dịch chuyển bên trái phía giảm lượng khí nạp vào động cơ, giảm chênh lệch áp suất khí quét Các cố thường gặp khai thác tuốc-bin bẩn đường ống dẫn khí xả, hỏng cánh tuốc-bin tạp chất rắn gây nên (như mẩu xéc-măng bị gãy, tạp chất học v.v ) Nguyên nhân bẩn đường ống dẫn, ống phun, rãnh công tác chất lượng q trình cháy kém, bơi trơn xi-lanh q nhiều Cánh tuốc-bin bị ăn mịn nhiệt độ cao Muội bẩn cánh động, đường ống dẫn khí xả làm thay đổi tuyến hình cánh động, đường ống dẫn, làm giảm diện tích lối khí đi, làm giảm hiệu suất tuốc-bin, hậu là: tăng áp suất trước tuốc-bin mức độ giãn nở khí xả tầng, tăng lượng tuốc-bin nhận được, tăng vận tốc quay tuốc-bin khí xả áp suất tăng áp, tăng nhiệt độ khí xả lượng tiêu hao nhiên liệu Tăng sức cản khí xả từ động ra, làm tăng đối áp động cơ, điều kiện làm việc động khó khăn hơn, làm tăng áp suất xi-lanh thời kỳ thải làm tăng hệ số khí sót xi-lanh, tăng nhiệt độ đầu q trình nén xi-lanh, tăng tổn thất cơng để đưa khí xả khỏi xilanh, giảm lượng khí nạp vào xi-lanh Gd Lượng khí nạp vào xi-lanh giảm đi, làm giảm hệ số khơng khí thừa λ, làm cho q trình cháy muộn hơn, dịch sang thời kỳ giãn nở, làm tăng nhiệt độ khí xả, tăng tổn thất nhiệt khí xả tạo ra; làm tăng phụ tải nhiệt thiết bị buồng đốt, nhiệt độ thành vách thiết bị buồng đốt tăng lên; giảm cơng hữu ích sinh ra, giảm hiệu suất động cơ, tăng lượng tiêu hao nhiên liệu Bảng Ảnh hưởng sức cản khí xả qua tuốc-bin đến thơng số làm việc động 3AL25/30 TT Thông số Đơn vị đo Định mức 10 11 12 13 Pi n ge Pd nT Gk Pk tk PS tS PMAX bar 1/phút g/kWh bar 10 1/ph m3/s bar o C mmH2O o C bar 15.03 750 226.26 1.25 37.66 0.70 1.01 580.22 230 456.25 109.92 32 Độ tăng sức cản tuốc-bin [%] 0.5 1.0 1.5 2.0 15.03 15.12 15.21 15.30 750.43 752.17 754.44 756.66 226.00 224.96 223.61 222.29 1.26 1.38 1.50 1.63 37.60 38.78 40.34 41.93 0.71 0.74 0.78 0.82 1.04 1.13 1.25 1.39 577.59 567.28 554.51 542.55 234.71 254.41 281.92 311.77 446.93 431.00 411.12 391.98 110.64 113.61 117.55 121.61 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG TT Thông số 15 17 18 tMAX PT TT Đơn vị đo o K bar o C Lê Hữu Sơn Định mức 1949.9 8.18 449.43 Đối áp đường xả, đoạn ống khí xả khỏi động vào tuốc-bin có giá trị khác loại động khác hãng chế tạo động quy định Thơng thường đối áp khí xả vào tuốc-bin ΔPT = 100÷150 mm H2O [5], khơng đo áp suất khí xả vào tuốc-bin, ta kiểm tra nhiệt độ khí xả Để đảm bảo thông số tăng áp động cơ, phải định kỳ vệ sinh tuốc-bin nước (sau 3000h đến 5000h hoạt động) Hệ thống đường xả động bao gồm thiết bị: đường ống xả, thiết bị lọc muội bẩn, nồi khí xả, bầu giảm thanh, lưới lọc ống xả, thiết bị gây nên sức cản lớn đường xả nồi Độ tăng sức cản tuốc-bin [%] 0.5 1.0 1.5 2.0 1940.0 1901.7 1854.7 1810.6 8.20 8.32 8.48 8.65 449.08 442.43 435.05 429.08 khí xả bầu giảm Các thiết bị đường xả bị muội bẩn, làm giảm diện tích lối khí làm tăng đối áp đường xả, ảnh hưởng đến chế độ làm việc tuốc-bin khí xả như: làm giảm mức độ giãn nở tuốc-bin, làm giảm công suất tốc độ phát tuốc-bin khí xả, làm giảm áp suất khí nạp vào động cơ, giảm lượng khí nạp vào động cơ, q trình qt khí hơn, nhiệt độ khí xả động tăng lên, tay ga nhiên liệu không đổi, tốc độ động giảm đi, muội bẩn đáng kể, đặc tính làm việc hệ thống dịch chuyển gần đường giới hạn “bơm” Bảng Ảnh hưởng sức cản khí xả qua bầu giảm âm tới thơng số làm việc động 3AL25/30 TT Thông số Đơn vị đo Định mức 10 11 12 13 14 Pi N ge Pd nT Gk Pk tk PS tS PMAX tMAX PT TT bar 1/phút g/kWh bar 103.1/ph m3/s bar o C mmH2O o C bar o K bar o C 15.03 750 226.26 1.25 37.66 0.70 1.01 580.22 230 456.25 109.92 1949.9 8.18 449.43 Ảnh hưởng đối áp đường xả nhiều trường hợp lường 0.50 14.95 747.87 227.55 1.14 35.75 0.67 0.92 593.63 324.71 472.84 106.38 2000.4 8.03 461.99 Độ tăng sức cản [%] 1.00 2.00 14.80 14.71 744.25 741.90 229.77 231.23 0.96 0.85 33.39 31.90 0.61 0.58 0.79 0.72 617.37 633.63 485.49 623.70 509.07 533.54 100.77 97.46 2009.15 2155.8 7.80 7.66 487.67 507.69 2.50 14.60 739.17 232.94 0.73 30.17 0.73 0.68 653.37 852.33 563.19 93.79 2235.0 7.50 535.00 trước Thông thường cho phép độ giảm áp suất đường xả 33 ... 1. 39 577.59 567.28 554. 51 542.55 234. 71 254. 41 2 81. 92 311 .77 446.93 4 31. 00 411 .12 3 91. 98 11 0.64 11 3. 61 117 .55 12 1. 61 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC VĂN LANG TT Thông số 15 17 18 tMAX PT TT Đơn vị đo... tuốc-bin [%] 0.5 1. 0 1. 5 2.0 15 .03 15 .12 15 . 21 15.30 750.43 752 .17 754.44 756.66 226.00 224.96 223. 61 222.29 1. 26 1. 38 1. 50 1. 63 37.60 38.78 40.34 41. 93 0. 71 0.74 0.78 0.82 1. 04 1. 13 1. 25 1. 39 577.59... 0. 51 580.22 590.66 615 .79 690.20 230.00 215 . 51 176.76 10 7.47 4 51. 67 466.53 5 01. 69 600.76 10 9.92 10 7 .15 10 1 .10 87.80 19 49.9 19 89 .1 2085.3 2386.4 8 .18 8.06 7.82 7.24 449.42 459 .17 484.97 577.43 xả