Nghiên cứu chi tiết chế tạo máy làm sạch dầu bôi trơn di động cho động cơ diesel lai máy phát trên tàu thủy

GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo PHÍ HỒNG MẠNH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY LÀM SẠCH DẦU BÔI TRƠN DI ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL LAI MÁY PHÁT TRÊN TÀU THỦY CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ VĂN VANG TP.HCM – 5.2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM - oOo PHÍ HỒNG MẠNH NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CHẾ TẠO MÁY LÀM SẠCH DẦU BÔI TRƠN DI ĐỘNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL LAI MÁY PHÁT TRÊN TÀU THỦY CHUYÊN NGÀNH: KHAI THÁC BẢO TRÌ TÀU THỦY MÃ SỐ: 60520116 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS LÊ VĂN VANG TP HCM 5- 2018 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Khái niệm 1.2 Công dụng dầu bôi trơn 1.3 Yêu cầu dầu bôi trơn 1.4 Phân loại dầu bôi trơn 10 1.5 Các đặc tính dầu bơi trơn 11 1.5.1 Độ nhớt: 11 1.5.2 Chỉ số độ nhớt VI (Viscosity Index) 12 1.5.3 Tính chống gỉ chống ăn mòn 17 1.5.4 Độ kiềm tổng (Total base number – TBN) 18 1.5.5 Kiểm nghiệm ăn mòn mảnh đồng 19 1.5.6 Nhiệt độ vẩn đục, nhiệt độ đông đặc 19 1.5.7 Nhiệt độ chớp cháy (Flash point) 20 1.5.8 Độ ổn định oxy hóa (Oxidiation stability) 20 1.5.9 Tính tạo bọt dầu bôi trơn (Foaming characteristics) 21 1.5.10 Chức hệ thống bôi trơn 22 1.5.11 Chăm sóc vận hành hệ thống bôi trơn động 23 1.5.12 Xử lý, làm dầu bôi trơn 26 1.6 Hệ thống dầu bôi trơn động diesel: 40 1.6.1 Các thiết bị hệ thống bôi trơn 40 1.6.2 Hệ thống bôi trơn 41 Chương THIẾT KẾ MÁY LÀM SẠCH DẦU BÔI TRƠN DI ĐỘNG 43 2.1 Giới thiệu chung máy làm dầu bôi trơn thiết kế 43 2.1.1 Sơ đồ nguyên lí kết cấu thiết bị 44 2.1.2 Nguyên lý làm việc hệ thống 45 2.1.3 Tính tốn, lựa chọn thiết bị hệ thống 46 2.1.4 Các thông số khai thác thiết bị 58 Chương MÔ PHỎNG NGUYÊN LÍ LÀM VIỆC CỦA THIẾT BỊ 59 3.1 Giới thiệu chung phần mềm ANSYS 59 3.2 Quy trình mơ thiết bị 63 3.2.1 Xây dựng mơ hình 3D thiết bị - Geometry 63 3.2.2 Chia lưới – Meshing 65 3.2.3 Mô – ANSYS Fluent 69 3.3 Mô hệ thống 72 3.3.1 Xây dựng mơ hình hình học 3D thiết bị hệ thống Geometry 73 3.3.2 Chia lưới – Meshing 77 3.3.3 Gán thông số cho dòng chất lỏng cấu tạo phin lọc 78 3.4 Kết mô 81 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 84 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 85 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Lê Văn Vang Ngoài nội dung tham khảo tài liệu liệt kê phần “Tài liệu tham khảo”, số liệu, kết qủa nêu luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Phí Hồng Mạnh LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến thầy hướng dẫn Tiến sĩ Lê Văn Vang, người tận tình hướng dẫn phương pháp nội dung nghiên cứu trình thực luận văn Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lịng biết ơn đến thầy Khoa Máy tàu thủy tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả trình học tập trường Đại học Giao thơng Vận tải Tp Hồ Chí Minh trình làm luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến tất người thân, bạn bè đồng nghiệp động viên, giúp đỡ tác giả qúa trình học tập trình làm luận văn Do thời gian có hạn, kiến thức kinh nghiệm cịn hạn chế nên luận án khơng tránh khỏi có thiếu sót Rất mong nhận góp ý thầy cơ, chun gia, bạn bè đồng nghiệp để luận án hoàn thiện LỜI MỞ ĐẦU Ngày nay, để tàu hoạt động ổn định biển cần có nhiều máy móc thiết bị hỗ trợ, số đó, thiết bị điện đóng vai trị quan trọng, điển thiết bị dẫn đường, đa, thiết bị điện thu phát tín hiệu, thiết bị thơng tin liên lạc, đèn hiệu… Vì vậy, nguồn điện tàu vấn đề thiết yếu cần phải có Nói cách khác, máy phát điện để tạo nguồn điện tàu thủy đóng vai trị quan trọng hoạt động toàn tàu Do đặc thù bị cô lập hoạt động biển nên tàu cần phải trang bị máy phát điện để cung cấp lượng điện cho thiết bị điện tàu, nhằm đảm bảo tàu hoạt động, đảm bảo an tồn ổn định Trên tàu thủy thường có nhiều máy phát điện, thơng thường có máy phát điện làm việc, máy cịn lại ln trạng thái sẵn sàng hoạt động để đảm bảo có điện để cung cấp cho thiết bị điện tàu điều kiện hành hải Hiện nay, máy phát điện thường dẫn động động đốt trong, mà phổ biến động diesel Để động diesel làm việc an toàn, ổn định, đạt hiệu kinh tế cao cần có nhiều hệ thống phục vụ cho nó, có hệ thống bơi trơn Trong loại hệ thống bơi trơn hệ thống bơi trơn các-te ướt hệ thống đơn giản nhất, dễ vận hành đem lại hiệu cao Tuy nhiên, hệ thống bơi trơn các-te ướt có số nhược điểm dễ bị khí cháy từ buồng đốt động xâm nhập, bội số tuần hoàn nhỏ, lại thường không trang bị thiết bị lọc lọc dầu hiệu hệ thống bôi trơn khác nên dầu nhờn nhanh bị nhiễm bẩn, giảm phẩm chất làm giảm chất lượng bôi trơn, ảnh hưởng đến tuổi thọ động cơ, chu kỳ thay dầu ngắn Khi chu kỳ thay dầu ngắn lại khơng làm giảm hiệu kinh tế động mà liên quan đến vấn đề ô nhiễm môi trường phải xử lý lượng dầu cũ thay Ở nước chưa có cơng trình nghiên cứu giải vấn đề xử lý dầu bôi trơn cho động diesel lai máy phát điện tàu thủy, nhằm làm tăng thời gian sử dụng dầu bôi trơn, giúp làm giảm số lần thay dầu mà đảm bảo yếu tố hiệu kinh tế Vì thế, đề tài nghiên cứu đề cập đến vấn đề nghiên cứu, thiết kế để đến chế tạo máy làm dầu bôi trơn di động cho động diesel lai máy phát điện tàu thủy nhằm giải vấn đề thiết tồn đọng nêu Thiết bị cần phải gọn nhẹ, di chuyển cách dễ dàng, làm hiệu tốn không nhiều chi phí thay dầu Tính cấp thiết tầm quan trọng đề tài Như trình bày phần trên, việc tạo thiết bị di động làm dầu bơi trơn hiệu cho động diesel lai máy phát điện tàu thủy đóng vai trị quan trọng vấn đề tăng tuổi thọ sử dụng dầu bôi trơn, qua làm giảm chi phí vận hành, tăng hiệu kinh tế hệ động lực mà đảm bảo hoạt động an toàn, tin cậy cho động Bên cạnh đó, chu kỳ thay dầu bơi trơn tăng lên làm giảm lượng dầu bẩn thải mơi trường, góp phần bảo vệ mơi trường Vì vậy, tác giả định thực đề tài nghiên cứu khoa học “Nghiên cứu thiết kế chế tạo máy làm dầu bôi trơn di động cho động diesel lai máy phát tàu thủy” nhằm giải vấn đề tồn đọng nêu Mục tiêu nghiên cứu Chế tạo máy làm dầu bôi trơn di động làm dầu bơi trơn cho động diesel lai máy phát điện tàu thủy máy móc tương tự với giá thành rẻ thay dầu bôi trơn Đối tượng phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu đề tài máy làm dầu bôi trơn nguyên lý li tâm - Phạm vi nghiên cứu đề tài tính tốn thiết kế chế tạo máy làm dầu bôi trơn cho động diesel tàu thủy Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu vận dụng kiến thức dầu bôi trơn, công nghệ làm dầu số thiết bị làm dầu để từ thiết kế, chế tạo máy làm dầu bôi trơn di động cho động diesel cỡ nhỏ tàu thủy Chương CƠ SỞ LÍ THUYẾT 1.1 Khái niệm Dầu nhờn (dầu nhớt) hay gọi dầu bôi trơn loại dầu dùng để bôi trơn cho chi tiết chuyển động động hệ thống máy móc Dầu nhờn hỗn hợp bao gồm dầu gốc phụ gia, thường gọi dầu nhờn thương phẩm Phụ gia thêm vào với mục đích giúp cho dầu nhờn thương phẩm có tính chất phù hợp với tiêu đề mà dầu gốc khơng có 1.2 Cơng dụng dầu bôi trơn Công dụng 1: Bôi trơn bề mặt có chuyển động tương nhằm mục đích làm giảm ma sát giảm mài mịn, tăng tuổi thọ chi tiết Cơng dụng 2: Rửa bề mặt ma sát chi tiết Trên bề mặt ma sát, trình làm việc thường có mạt kim loại tróc khỏi bề mặt Dầu bôi trơn trôi mạt kim loại sau giữ lại thiết bị lọc hệ thống bôi trơn, tránh cho bề mặt làm việc bị cào xước Do động chạy rà sau lắp ráp, sửa chữa, nhiệu mạt kim loại sót lại lắp ráp mạt kim loại q trình chế tạo có nhấp nhô bề mặt sinh chạy rà, phải dùng dầu bơi trơn có độ nhớt nhỏ để tăng khả rửa trôi mạt bẩn bề mặt Công dụng 3: Làm mát số chi tiết Do ma sát bề mặt chi tiết làm việc piston - xi lanh, cổ trục khuỷu - bạc lót làm phát sinh nhiệt Mặt khác, số chi tiết piston, vòi phun cịn nhận nhiệt khí cháy truyền đến Do nhiệt độ số chi tiết cao, phá hỏng điều kiện làm việc bình thường động bị gãy, bị kẹt, giảm độ bền chi tiết… Nhằm làm giảm nhiệt độ chi tiết này, dầu từ hệ thống bơi trơn có nhiệt độ thấp nhiệt độ chi tiết dẫn đến chi tiết có nhiệt độ cao để tản nhiệt cho chi tiết 72 Hình 3-11 Gán điều kiện biên - Lựa chọn Phương pháp Giải pháp (Solution Method) Hình 3-12 chọn phương pháp 3.3 Mơ hệ thống Quy trình mơ hệ thống trình bày mục 3.2, mục tác giả trình bày q trình mơ thiết bị Trong đó, bước xây dựng mơ hình hình học 3D thiết bị tác giả sử dụng phần mềm Autodesk Inventor; bước chia lưới mô trình làm việc thiết bị tác giả sử dụng phần mềm mô ANSYS Fluent 73 3.3.1 Xây dựng mơ hình hình học 3D thiết bị hệ thống - Geometry - Xây dựng mơ hình hình học 3D phin lọc li tâm: Thiết bị đóng vai trị quan trọng máy làm li tâm di động phin lọc li tâm, kết cấu phin lọc li tâm thể hình dưới: Hình 3-13: Xây dựng mơ hình hình học 3D phin lọc li tâm phần mềm Inventor - Xây dựng mơ hình hình học 3D bơm dầu: Bơm dầu dùng hệ thống loại bơm bánh ăn khớp ngồi, hình 3.2 mô kết bơm phần mềm Autodesk Inventor 74 Hình 3-14: Mơ hình 3D bơm dầu - Xây dựng mơ hình hình học 3D bầu hâm dầu Để gia tăng hiệu phân li li tâm phin lọc li tâm, hệ thống bao gồm bầu hâm dầu hình hộp chữ nhật dầu chứa bên bầu hâm hâm nóng thiết bị hâm dầu điện Hình 3-15: Bầu hâm dầu 75 Hình 3-16: Thiết bị hâm dầu điện Hình 3-17: Két chứa dầu nhờn 76 Hình 3-18: Đường ống Hình 3-19: Hình khối 3D hệ thống làm dầu nhơn li tâm di động Sau xây dựng mơ hình hình học 3D phần mềm Autodesk Inventor ta import vào môi trường ANSYS Fluent để tiến hành bước 77 Hình 3-20: Mơ hình hệ thống mơi trường mơ ANSYS Fluent 3.3.2 Chia lưới – Meshing Mô số áp suất vận tốc Phin lọc: Gán điều kiện biên chia lưới: 78 Hình 3-21 Gán điều kiện biên cho phin lọc Hình 3-22 Chia lưới cho phin lọc 3.3.3 Gán thơng số cho dịng chất lỏng cấu tạo phin lọc 79 Hình 3-23 gán thông số kỹ thuật cho chất lỏng vật liệu Lựa chọn: Dầu nhờn lựa chọn dầu Shel S2P100 chuyên dùng cho máy 80 Hình 3-24 Thơng số dầu nhờn Shell Corena S2P100 Hình 3-25 Nhập thơng số dầu nhờn vào hệ thống Lựa chọn vật liệu cấu tạo thành vách phin lọc Nhơm: Có Density: 2719 kg/cm3 Hình 3-26 Lựa chọn vật liệu cấu tạo cho phin lọc Lựa chọn dịng dầu vào phin lọc: 81 Hình 3-27 Dịng dầu Shell Corena S2P100 Lựa chọn Từ thông số đầu vào ta có tốc độ đầu dầu vào phin lọc 1,5m/s Áp suất dòng dầu vào phin lọc bar Nhập tốc độ dòng dầu áp suất dịng dầu vào phin lọc ta có: Hình 3-28 Nhập tốc độ áp suất dòng dầu phần mềm Ansys 17.1 3.4 Kết mô 82 Phân bố áp suất trường vận tốc dầu nhờn: Hình 3-29 Kết mô 83 Nhận xét Đơn vị: Pa x 10^5 4.25 x 10^5 4.5 x 10^5 4.75 x 10^5 x 10^5 Dựa vào phần mềm ansys CFDs ta có kết mô phân bố áp suất dầu bên phin lọc quay vòng quay phin lọc đặt 4000 Vp, Lưu lượng 16l/p Sự phân có áp suất dầu tập trung vào phần dầu với áp suất màu đỏ Nhìn vào file kết ta có nhận thấy trường vận tốc bên phin lọc.được bố trí lỗ phun phin lọc Đúng lý thuyết phần mềm thể trường tốc đố lỗ phun có tốc độ lớn 84 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI Kết luận Luận văn giải mục tiêu đặt ban đầu chạy mơ q trình làm việc thiết bị làm dầu bôi trơn di động sử dụng phin lọc li tâm Thông qua kết chạy mô tác giả nhận thấy trình làm đầu bơi trơn thiết bị hiệu Phần mềm mô tả chuyển động dòng lưu chất qua phin lọc để từ điều chỉnh lưu lượng áp suất dầu dầu thiết bị để đạt hiệu phân li tối ưu Hướng phát triển đề tài Dựa kết mô phỏng, tác giả phát triển thêm ý tưởng đưa vào sản xuất, chế tạo thiết bị nhằm mục đích xử lý dầu bôi trơn cho động diesel cỡ nhỏ tàu thủy 85 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] PGS TS Nguyễn Bốn (1996), Giáo trình Thiết bị trao đổi nhiệt, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [2] PGS TS Võ Chí Chính, TS Hồng Dương Hùng, KS Lê Quốc, KS Lê Hoài Anh (2007), Kĩ thuật nhiệt, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [3] TS Bùi Hồng Dương (2012), “Sơ đồ khối”, Giáo trình Cơ sở Điều khiển Tự động Cảm biến, tr 25 – 26 [4] Nguyễn Phước Hoàng, Phạm Đức Nhuận, Nguyễn Thạch Tân, Đinh Ngọc Ái, Đặng Huy Chi (1996), Thủy lực Máy thủy lực, NXB Giáo dục, Hà Nội [5] Nguyễn Đức Lợi (2008), Bài tập Tính tốn Kĩ thuật lạnh, NXB Bách Khoa, Hà Nội [6] Th S Trần Văn Lịch (2007), Giáo trình Kĩ thuật nhiệt, NXB Hà Nội, Hà Nội [7] PGS TS MTr Lê Hữu Sơn (2012), “Truyền nhiệt tính thiết bị trao đổi nhiệt”, Giáo trình Kĩ thuật nhiệt, tr 81 – 140 [8] PGS TS MTr Lê Hữu Sơn (2013), “Bầu ngưng”, Giáo trình Thiết bị trao đổi nhiệt Tàu thủy, tr 24 – 30 [9] Hồng Đình Tín (2007), Truyền nhiệt Tính tốn Thiết bị Trao đổi nhiệt, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [10] PGS TS Trần Văn Vang (2011), Bài tập Kĩ thuật nhiệt, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [11] TS Trần Xoa, TS Nguyễn Trọng Khuông, KS Hồ Lê Viên (2006), Sổ tay Q trình Thiết bị cơng nghệ Hóa chất, NXB Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội [12] Engineering Thermal Innovation (2007), “Chapter 10: Boiling Heat Transfer Inside Plain Tubes”, Engineering Data Book III, Wolverine Tube, INC 86 [13] V M Cherkassky (1980), Pumps, Fans and Compressors, Mir Publishers, Moscow [14] John W Rose (2007), Heat-transfer coefficients, Wilson plots and accuracy of thermal measurements, University of London, London E1 4NS, UK [15] United Nations Educational, Scientific and Cultural Organization; Intergovernmental Oceanographic Commission (2010), The international thermodynamic equation of seawater – 2010: Calculation and use of thermodynamic properties, USA [16] U.S Department of Energy Washington, D.C 20505 (1992), Doe Fundamentals Handbook Thermodynamics, Heat Transfer and Fluid Flow, USA