Đang tải... (xem toàn văn)
Trường đại học Bách Khoa TP HCM KHOA GIAO THÔNG oOo BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU THỦY 1 Giảng viên hướng dẫn Nguyễn Vương Chí Người thực hiện Nguyễn Tấn Thành MSSV 2114788 Ngày 15, tháng12, năm[.]
Trường đại học Bách Khoa TP.HCM KHOA GIAO THÔNG oOo BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU THỦY Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Vương Chí Người thực hiện: Nguyễn Tấn Thành MSSV: 2114788 Ngày 15, tháng12, năm 2022 123docz Mục lục oOo Bài 1: I Giới thiệu chung .3 II Sơ đồ cấu tạo: Nguyên lý hoạt động đồ thị công thị .5 Sơ đồ pha phối khí Mô tả động .3 Tìm hiểu khác biệt động nhận theo đề với động khác loại Bài 10 I Tính tốn chu trình cơng tác 10 II Vẽ đồ thị công thị 14 III So sánh kết theo tính tốn đồ thị 16 123docz I Bài 1: Giới thiệu chung Được thành lâp̣ năm 1912 người sáng lập Magokichi Yamaoka (1888-1962) có trụ sở Osaka, NhâṭBản, Yanmar tập đồn hàng đầu Nhật Bản lĩnh vực sản xuất máy móc nơng nghiệp Với 100 năm lịch sử hình thành phát triển, tập đoàn Yanmar tên khơng thể thiếu nói đến thiết bị máy găṭđâp̣ liên hơp,̣ máy cày, máy cấy, đông̣ nổ, máy xây dưng,̣ máy phát điêṇ đặc biệt máy thủy Động thủy Yanmar đa dạng từ mẫu thương mại (Commercial Marine) đến phi thương mại (Recreational Marine) với dòng khác phù hợp với nhiều nhu cầu sử dụng Trong báo cáo này, tìm hiểu mẫu Yanmar 6HAE Yanmar 6HAE mẫu máy thủy kì, xilanh tốc độ cao với trọng lượng nhẹ, độ tin cậy cao Sơ lược động cơ: Loại: động cao tốc có tăng áp, kỳ làm mát nước Số xilanh: Công suất: 165 kW Tốc độ quay định mức: 2000 vòng/phút Kiểu buồng đốt: phun nhiên liệu trực tiếp Hệ thống tăng áp: tăng áp khí thải có làm mát khí nạp Hệ thống khởi động: điện Áp suất nổ lớn / tỷ số nén: 85/15,6 Thứ tự nổ xilanh: 1-4-2-6-3-5-1 Phương thức bôi trơn: bôi trơn cưỡng Kích thước chung: 2008×885×1097 (dài × rộng × cao) (mm) Trọng lượng khơ: 1145 kg Tốc độ piston trung bình: 10 m/s (động cao tốc) Hành trình x kích thước xilanh: 150×130 (mm) Khả trữ nước sạch: 45 Hệ thống bôi trơn: bôi trơn cưỡng bơm bánh Hướng vịng quay (nhìn từ phía lái): ngược chiều kim đồng hồ II Mô tả động Sơ đồ cấu tạo: 123docz Hình Sơ đồ cấu tạo động đốt dẫn hướng piston Nắp áp lực Bình chứa nước Bơm nước biển Bơm nước Lọc dầu bôi trơn Motor khởi động Lọc nhiên liệu Bơm nhiên liệu Tay giảm áp 10 Kim phun 11 Núm tắt động 12 Nắp che đánh lửa 13 Nắp lọc dầu 14 Lỗ dầu bơi trơn 15 Que thăm dầu 16 Máy phát điện 17 Máy bơm tiếp nhiên liệu Hình Các phận bên động Yanmar 6HAE 123docz Nguyên lý hoạt động đồ thị công thị Kỳ – kỳ nạp: Đầu kỳ 1, piston ĐCT Lúc thể tích buồng nén cịn đầy khí sót chung trình trước, áp suất khí sót bên xilanh cao áp suất khí Trên hình 3, vị trí bắt đầu kỳ tương ứng với điểm r xupap nạp bắt đầu mở trước ĐCT Việc nạp sớm nhằm làm giảm sức cản cho trình nạp, nghĩa cửa nạp phải mở rộng dần piston xuống kỳ Trên hình 3, đường nạp thể qua đường r-a Xupap nạp thường đóng muộn sau piston qua ĐCD chút Hình Kỳ – kỳ nạp Kỳ hai – kỳ nén: Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, xupap nạp xupap xả đóng, mơi chất bên xilanh bị piston nén lại Cuối kỳ nạp, piston ĐCD, áp suất mơi chất bên xilanh cịn nhỏ áp suất đường ống nạp Khi piston dịch chuyển từ ĐCD đến ĐCT, thể tích xilanh bị giảm xuống, áp suất nhiệt độ môi chất liên tục tăng lên từ điểm a tới điểm c Cửa nạp thường đóng muộn để lợi dụng chênh áp xilanh đường ống nạp động dịng khí lưu động đường ống nạp để nạp thêm môi chất vào xilanh 123docz Áp suất mơi chất cuối q trình nén phụ thuộc vào tỷ số nén, mức độ tản nhiệt thành vách xilanh, độ kín buồng đốt, áp suất mơi chất đầu trình nén Việc tự bốc cháy hỗn hợp khí cần thời gian định ngắn Muốn sử dụng tốt nhiệt lượng nhiên liệu cháy sinh điểm bắt đầu kết thúc trình cháy phải lân cận trước ĐCT Do đó, việc phun nhiên liệu vào xilanh phải thực trước piston đến ĐCT Hình Kỳ hai – kỳ nén Kỳ ba – kỳ cháy giãn nỡ: Được thực piston dịch chuyển từ ĐCT đến ĐCD Đầu kỳ 3, số hỗn hợp khơng khí tạo cuối q trình nén bốc cháy nhanh Do có nhiệt lượng lớn tỏa ra, làm nhiệt độ áp suất môi chất tăng mạnh Dưới tác dụng lực đẩy áp suất môi chất tạo ra, piston tiếp tục bị đẩy xuống, thực trình giãn nở xilanh Quá trình giãn nở kết thúc xupap xả bắt đầu mở Việc mở sớm xupap xả trước ĐCT có làm giảm chút cơng q trình giãn nở, nhiên lại làm giảm cơng thải khí kỳ 123docz Hình Kỳ ba – kỳ cháy giãn nở Kỳ bốn – kỳ thải: Trong kỳ này, động thực trình xả sản vật cháy khỏi xilanh Piston dịch chuyển từ ĐCD đến ĐCT, đẩy sản vật cháy từ xilanh qua xupap nạp vào đường ống thải Do áp suất bên xilanh cuối q trình thải cịn cao nên xupap xả mở trước piston đến ĐCT góc khoảng 20-60° góc quay trục khuỷu Để xả sản vật cháy, xupap xả khơng đóng ĐCT mà sau chút, sau piston qua khỏi ĐCT khoảng 10-60° góc quay trục khuỷu, nghĩa la bắt đầu kỳ 123docz Hình Kỳ bốn – kỳ thải Sơ đồ pha phối khí Sơ đồ pha phân phối khí biểu diễn góc nạp thải kỳ: + Ở kỳ I: ta thấy có góc góc nạp sớm vị trí điểm chết trên, để đảm bảo hút nhiều khơng khí khơng bị thất nên xuất góc này, gần kết thúc kì I xuất góc nạp muộn để tránh bị lọt khơng khí ngồi + Ở kỳ III: xuất góc thải muộn hay gọi góc cháy sớm, để piston xuống, ngưng phun dầu, thời gian phun dầu vừa đủ để tiếp tục cháy + Ở kỳ IV: xuất góc thải mở sớm, để khí ngồi tránh tổn hao cơng thốt, gần kết thúc kì IV xuất góc thải muộn, để đẩy hồn tồn khơng khí ngồi xilanh => thải mở Tùy theo tốc độ nhanh hay chậm động để điều chỉnh góc thải muộn, sớm, nạp muộn, sớm, trùng điệp cho hợp lý Tìm hiểu khác biệt động nhận theo đề với động khác loại Bên cạnh động 6HAE, ta mẫu động khác 6HA series 6HAM-E, 6HA-THE, 6HA2M-WHT, , 123docz Đa phần động 6HA series giống đường kính xilanh, số xilanh hệ thống bôi trơn hệ thống tăng áp Những điểm khác nằm trọng lượng, thể tích động cơ, Điểm giống: + Đường kính xilanh: 130 mm + Số xilanh: + Số kỳ: + Hệ thống tăng áp: tăng áp khí thải có làm mát khí nạp + Hệ thống bôi trơn: bôi trơn cưỡng bơm bánh + Thứ tự đánh lửa xilanh: 1-4-2-6-3-5-1 Điểm khác: Động 6HAE Hành trình xilanh Kích thước chung Cơng suất kW Trọng lượng khơ Thể tích 6HAM-E 6HA2M-WHT 6HA2M-WDT 150 165 2008×885×1097 1585×1016×1260 165 173 1145 11946 257 298 1455 1465 13140 123docz Bài Tính tốn chu trình cơng tác I Bảng số liệu: STT Thơng số Công suất xilanh Nhiệt độ môi trường 0, Áp suất mơi trường 0, Hệ số khí sót Tỷ số nén 10 Mức gia nhiệt khơng khí nạp từ vách xi lanh ∆ , 10 14 0.12 290 0.103 0.04 15.6 Áp suất tăng áp , 12 13 27.5 2000 , Tốc độ quay , / 11 Yanmar 6H Tổn thất áp suất bình làm mát khơng khí ∆ , Mức giảm nhiệt độ khơng khí nạp làm mát ∆ , 0.004 28 Phần hành trình piston tổn thất để quét khí - Chỉ số nén đa biến máy nén Hệ số dư lượng khơng khí 1.6 1.9 C = 0.8 Khối lượng thành phần nhiên liệu, kg/kg nhiên liệu H = 0.1 15 16 17 18 Nhiệt trị thấp nhiên liệu Hệ số sử dụng nhiệt điểm z, Hệ số sử dụng nhiệt điểm b, Tỷ số tăng áp suất cháy λ 41870 0.75 0.9 1.5 19 Hệ số lượn góc biểu đồ công thị 0,96 20 21 Hiệu suất khí 0,75 850 , / Nhiệt độ khí sót , Bảng kể tính tốn q trình cơng tác: THƠNG SỐ CƠNG THỨC KẾT QUẢ TÍNH TỐN Q TRÌNH NẠP Nhiệt độ khơng khí sau máy nén −1 1,6−1 0,12 0,103 , ( ) = 290( ) 1,6 307,1 123docz Nhiệt độ khơng khí trước cấu −∆ 279,1 = 307,1 − 28 nạp , Nhiệt độ khơng +∆ + 312,596 279,1 + 10 + 0,04 × 850 = khí nạp cuối q trình + 0,04 1+ nạp , Áp suất khơng khí trước cấu −∆ 0,116 = 0,12 − 0,04 nạp , Áp suất khơng khí nạp cuối q trình 0,11252 0,97 = 0,97 × 0,116 nạp , Hệ số nạp ŋ × −1 × × 15,6 1+ =15,6 − 279,1 0,11252 × 0,116 × 312,596 0,89 × + 0,04 TÍNH TỐN Q TRÌNH NÉN Nhiệt dung mol đẳng tích khơng khí ′ ̅ , ⁄ 19,26+0,0025T , Nhiệt dung mol đẳng tích sản vật cháy ̅ ′′ , ⁄ , Nhiệt dung riêng hỗn hợp khơng khí khí sót hành trình nén ̅ , ⁄ Chỉ sốvà 20,47+0,0036T ̅ ′′ + [ (1 + ) − ] ̅ 19,285+0,0025T ′ (1+ ) 0,04(20,47 + 0,0036T) + [1,9(1 + 0,04) − 0,04] × (19,26 + 0,0025T) = 1,9(1 + 0,04) , Dựa vào phương trình tính nhiệt dung riêng hỗn hợp khơng khí khí sót = 19,285 hành trình nén, Chỉ số nén đa biến trung bình 1,3736 8,314 1−1= + (1 + −1 ) 8,314 = 19,285 + 0,0025 × 312,596 × (1 + 15,6 −1 ) = 0,0025 Áp suất cuối 4,9 =1 = 0,11252 × 15,61,3736 trình nén , Nhiệt độ cuối q 897,556 =1−1 = 312,596 × 15,61,3736−1 trình nén , TÍNH TỐN Q TRÌNH CHÁY Lượng khơng khí 1,9 thực tế cho trình cháy L, kmol/kg nhiên liệu 0,21 12 ( + Hệ số biến đổi − 32 )= 0,87 0,21 ( 12 0,126 + − + phân tử lý thuyết 1+ 32 × 0,126 + 0,004 =1+ 0,94 0,004 32 ) 1,0336 0,94 (hóa học) 32×1,9× 1,9 1,0323 Hệ số biến đổi 0+ = 1,0336 + 0,04 phân tử thực tế + 0,04 1+ Lượng nhiên liệu cháy điểm z, 0,833 / = 0,75/0,90 Hệ số biển đổi −1 phân tử điểm 1,027 1,0336 − 1+ =1+ + 0,04 1+ z, × 0,8333 Nhiệt dung riêng trung bình đẳng tích điểm z, ̅, ⁄ , Nhiệt dung riêng trung bình đẳng tích điểm b, 19,812+0,003T ( + ) "+[(1+ )−( + )]′ = + = (1+ )+( −1) (1,064 × 0,833 + 0,04)(20,47 + 0,0036 ) + [1,9(1 + 0,04) − (0,833 + 0,04)](19,26 + 0,0025 ) 1,9(1 + 0,04) + (1,064 − 1)0,833 ( + ) ̅′′ + ( − 1)(1 + ) ̅ 19,915+0,0031T ′ = (1+ )+( −1) (1,064 + 0,04)( 20,47 + 0,0036T) + (1,9 − 1)(1 + 0,04)(19,26 + 0,0025T) = ̅, ⁄ , 1,9(1 + 0,04) + (1,064 − 1) + Nhiệt độ cháy 1764,85 cực đại , +[ ′ + 8,314 + ( " + 8,314 )] =(1+) " 0,75×41870 + [19,26 + 0,0025 + 8,314 × 1,5 + 0,04(20,47 + 0,94 0,0036 + 8,314 × 1,5)]897,556 = 1,027(1 + 0,04)(20,47 + 0,0036 + 8,314) Áp suất cháy cực 7,38 = 1,5 × 4,92 đại , TÍNH TỐN Q TRÌNH GIÃN NỞ Tỷ số giãn nỡ 1,027 sớm 1,5 = 1,385 1764,85 872,438 × Tỷ số giãn nở 11,264 / = 15,6/1,385 sau Chỉ số giãn nở 1,229 − ) 8,314 ( trung bình 2 −1= ( − ) + ( + ) − ( + ) (1+ ) 1,027 8,314(1764,85 × − 1,0323 ) = 41870(0,9 − 0,75) 1,027 + (19,812 + 0,003 × 1764,85)1764,85 − (19,915 + 0,0031 ) 1,0323 0,94(1 + 0,04) × 1,0323 Nhiệt độ cuối 1013,61 1764,85 trình giãn nở −1 = 1,229−1 11,264 , Áp suất cuối 0,3763 7,38 trình giãn nở , 2 = 11,264 , XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CHỈ THỊ Áp suất thị trung bình lý −1 [ ( − 1) + −1 (1 − −1 )− −1 (1 − thuyết ′ , 1,5 × 1,385 [1,5(1,385 − 1) + (1 − ) 1,229−1 15,6 − 1 )] = −1 4,92 1,229 − 11,264 0,9171 − 1,3736 − Áp suất thị trung bình thực tế (1 − )] 15,61,3736−1 0,88 ′ = 0,9171 × 0.96 , Suất tiêu hao 0,129 0,116 × 0.89 nhiên liệu thị 433 = 433 1,5 × 0,94 × 279,1 × 0,88 , kg/(kW,giờ) Hiệu suất thị 3600 0,667 3600 = 0,129 × 41870 XÁC ĐỊNH CÁC THƠNG SỐ CĨ ÍCH Áp suất có ích trung 0,748 = 0,88 × 0,85 bình , Suất tiêu hao 0,152 0,129 nhiên liệu có ích = 0,85 , kg/(kW.giờ) Hiệu suất có ích 0,567 = 0,667 × 0,85 động II Vẽ đồ thị cơng thị Ta có thông số để vẽ đồ thị công thị: + Chỉ số nén đa biến trung bình: = 1,229 + Tỷ số giãn nở sớm: = 1,385 11 = 1,3736 + Chỉ số giãn nở đa biến trung bình: + Tỷ số nén: ε = 15,6 + Áp suất cuối trình nén: = 4,9 + Áp suất cháy cực đại:= 7,38 15 - Chọn tỷ lệ trục hoành: - = Bảng số liệu xây dựng đồ thị công thị: lg( ) lg( ) ( )1 , = 0,05 / ị , , tỷ lệ trục tung lg( ) ( )2 , , 0.000 0.000 1.000 4.93 98.60 - - - - 1.25 0.097 0.133 1.359 3.628 72.56 - - - - 1.385 0.141 0.194 1.564 3.151 63.03 0.174 1.492 7.380 147.60 1.5 0.176 0.242 1.746 2.824 56.48 0.216 1.646 6.691 133.82 1.75 0.243 0.334 2.157 2.285 45.70 0.299 1.989 5.536 110.72 0.301 0.414 2.592 1.902 38.04 0.370 2.344 4.698 93.96 2.25 0.352 0.484 3.047 1.618 32.36 0.433 2.709 4.065 81.30 2.5 0.398 0.547 3.522 1.400 28.00 0.489 3.084 3.571 71.43 123docz ... = 11 ,264 , XÁC ĐỊNH CÁC CHỈ TIÊU CHỈ THỊ Áp suất thị trung bình lý ? ?1 [ ( − 1) + ? ?1 (1 − ? ?1 )− ? ?1 (1 − thuyết ′ , 1, 5 × 1, 385 [1, 5 (1, 385 − 1) + (1 − ) 1, 229? ?1 15,6 − 1 )] = ? ?1 4,92 1, 229 − 11 ,264... 0.000 1. 000 4.93 98.60 - - - - 1. 25 0.097 0 .13 3 1. 359 3.628 72.56 - - - - 1. 385 0 .14 1 0 .19 4 1. 564 3 .15 1 63.03 0 .17 4 1. 492 7.380 14 7.60 1. 5 0 .17 6 0.242 1. 746 2.824 56.48 0. 216 1. 646 6.6 91 133.82 1. 75... 1, 0323 ) = 418 70(0,9 − 0,75) 1, 027 + (19 , 812 + 0,003 × 17 64,85 )17 64,85 − (19 , 915 + 0,00 31 ) 1, 0323 0,94 (1 + 0,04) × 1, 0323 Nhiệt độ cuối 10 13, 61 1764,85 trình giãn nở ? ?1 = 1, 229? ?1 11, 264 , Áp