Đề tài nghiên cứu khoa học cấp trường nghiên cứu, quy hoạch hệ thống trang thiết bị thí nghiệm công nghệ cơ khí theo định hướng cad cam

MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Nhiên liệu sử dụng cho động diesel tàu thủy…………… .7 1.1.1 Vấn đề an ninh lượng .7 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường 1.2 Tổng quan nhiên liệu biogas sử dụng cho động diesel .10 1.2.1 Tính chất nhiên liệu biogas 10 1.2.2 Yêu cầu khí biogas sử dụng cho động diesel .12 ề Đ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ SANG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS 14 gh in tà 2.1 Phương án chuyển đổi song song sử dụng nhiên liệu biogas cho động diesel 14 n iê 2.2 Đề xuất phương án hoán cải hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động diesel tàu thủy cỡ nhỏ 16 2.2.1 Ưu nhược điểm phương án 16 u 2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho động diesel sử dụng biogas 17 oa kh c họ CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TỐN CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ 21 3.1 Đối tượng áp dụng .21 3.1.1 Động lựa chọn cho việc tính tốn chuyển đổi 21 3.1.2 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu động 22 3.2 Tính tốn thiết bị hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động diesel 23 3.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động diesel sử dụng nhiên liệu biogas 23 3.2.2 Tính tốn thiết bị hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas .24 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Tên bảng Trang Ước tính nguồn dự trữ dầu mỏ giới năm 1995-2025 (tỷ thùng) Biểu thị giá trị trung bình thành phần có khí 11 biogas Hàm lượng CH4 theo lý thuyết 11 Bảng 1.4 Một số tính chất biogas 11 Bảng 1.5 Các tiêu chí theo tiêu chuẩn DVGW G 260 13 Bảng 1.6 Tiêu chuẩn biogas Thụy Điển 13 Bảng 1.7 Tiêu chuẩn biogas Đức 13 Bảng 3.1 Động diesel thủy Nga K657 M2 6Ч12/14 Bảng 3.2 Hệ số dao động dịng khí Bảng 3.3 Bảng xác định hành trình làm việc van theo góc quay α in 36 Bảng 3.4 Bảng xác định tiết diện lưu thông van theo góc quay α 36 Đ Bảng 1.3 ề 21 tà 28 n iê gh u oa kh c họ DANH SÁCH HÌNH ẢNH Số hình Hình 1.1 Hình 1.2(a) Hình 1.2(b) Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 2.1 Tên hình Trang Bản đồ phân bố trữ lượng dầu mỏ giới Lưu lượng khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch từ 1970 -2025 Lượng khí thải CO2 chia theo khu vực1990-2025 Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 1000 năm gần Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 100 năm gần Động sử dụng nhiên liệu biogas lai máy phát điện 10 10 16 Nguyên lý cấp biogas nhiên liệu diesel mồi điều Động diesel thủy Nga K657 M2 6Ч12/14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu DO động diesel lai máy 22 u phát kh Bơm cao áp cụm 20 22 n 23 oa Sơ đồ hệ thống nhiên liệu biogas động diesel lai máy phát c họ Hình 3.4 tốc kết hợp iê Hình 3.3 Nguyên lý cấp biogas nhiên liệu diesel mồi điều gh Hình 3.2 in Hình 3.1 18 tà Hình 2.3 tốc độc lập ề Đ Hình 2.2 23 Hình 3.5 Bộ hòa trộn kiểu van điều khiển áp suất Hình 3.6 Bộ hịa trộn chiều 25 Hình 3.7 Bộ hịa trộn trực giao 25 Hình 3.8 Sơ đồ tính tốn kích thước hịa trộn 26 Hình 3.9 Kết cấu hịa trộn với họng hình vành khăn 31 Hình 3.10 Kết cấu van 32 Hình 3.11 Kết cấu van cánh 33 Hình 3.12 Kết cấu van cầu 33 Hình 3.13 Sơ đồ tính tốn van cánh cấp biogas 34 Hình 3.14 Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động 37 24 Số hình Tên hình Trang Hình 3.15 Vị trí lấy tín hiệu điều khiển 38 Hình 3.16 Sơ đồ tính tốn cấu điều khiển van cấp khí 39 Hình 3.17 Vị trí đặt chốt giới hạn nhiên liệu 40 Hình 3.18 Cơ cấu giới hạn bơm cao áp 40 ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Năng lượng vấn đề giới đặc biệt quan tâm Nhiên liệu hóa thạch chiếm tỉ trọng lớn loại lượng sử dụng Tuy nhiên sản phẩm cháy nhiên liệu hóa thạch gây nhiều nhiễm mơi trường nặng nề, đặc biệt bầu khí Ngồi nguồn nhiên liệu hóa thạch có xu hướng cạn kiệt, theo nghiên cứu chục năm nguồn dầu mỏ cạn kiệt Để đối phó với tình trạng có nhiều nguồn lượng thay nghiên cứu đưa vào sử dụng Biogas loại lượng tái tạo sinh từ lượng mặt trời, ề Đ sản phẩm cháy biogas không phát thải CO2 gây ảnh hưởng tới tà môi trường Hiện việc sử dụng biogas cho động đốt xe giới in động lai máy phát điện nhiều nước giới Việt iê gh Nam nghiên cứu ứng dụng thành công n Đối với ngành vận tải biển động diesel sử dụng phần đa nhằm đa dạng hóa ứng dụng biogas động đốt trong, định u chọn đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG NHIÊN kh LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ” oa Mục đích nghiên cứu đề tài họ Nghiên cứu thiết kế hoán cải động diesel tàu thủy nguyên thủy trở c thành thành động sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas-diesel Trong động sau hốn cải chạy với biogas theo kiểu nhiên liệu hỗn hợp, nhiên liệu diesel đóng vai trị đánh lửa cho hỗn hợp biogas/khơng khí; hoạt động với nhiên liệu diesel động ban đầu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài nghiên cứu hoán cải động diesel lai máy phát điện trở thành động hoạt động với nhiên liệu hỗn hợp biogas/diesel với nội dung chính: nghiên cứu thiết bị cần thiết cho việc hoán cải động sang sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas-diesel Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu khả sử dụng nhiên liệu biogas cho động diesel tàu thủy nhỏ lai máy phát điện Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đóng góp vào nghiên cứu động chạy nhiên liệu hỗn hợp biogas/diesel cho động diesel tàu thủy nhỏ Đa dạng hóa ứng dụng nhiên liệu biogas thân thiện với môi trường động đốt ề Đ n iê gh in tà u oa kh c họ CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Nhiên liệu sử dụng cho động diesel tàu thủy 1.1.1 Vấn đề an ninh lượng Vấn đề lượng giới tranh luận góc độ kỹ thuật, kinh tế môi trường Các nguồn lượng sử dụng nhiều ngày than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên lượng hạt nhân trở nên cạn kiệt Dầu mỏ nguồn lượng hóa thạch mà phải nhắc tới Những vấn đề loại nhiên liệu trữ lượng, sản lượng khai thác, giá ln ln chủ đề mang tính toàn cầu Bảng 1.1 trữ lượng dầu ước Đ ề tính cụ thể khu vực giới kể từ năm 1995 đến 2025 Trữ lượng tà in phát “Proved reserves” lấy đánh giá trữ lượng hàng năm gh giới xuất Tạp chí Dầu Khí Những ước tính tăng trữ lượng n iê trữ lượng chưa phát dựa sở báo cáo Đánh giá u đoàn khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) (hình 1.1) Dầu mỏ Thế giới năm 2000 “World Petroleum Assessment 2000” Liên oa kh Các sản phẩm dầu mỏ, dạng lượng hóa thạch dầu (DO, nhiên liệu chưng cất), dầu nặng gọi dầu ma dút (HFO) nhiên c họ liệu truyền thống sử dụng cho động tàu thủy từ trước tới Do khơng sớm tìm nguồn lượng thay thích hợp nguồn lượng cung cấp cho ngành vận tải biển thời gian tới phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng Bảng 1.1: Ước tính nguồn dự trữ dầu mỏ giới năm 1995-2025 (tỷ thùng) Lãnh thổ nước Trữ lượng Sự gia tăng trữ Trữ lượng chưa thăm dò lượng thăm dò Tổng Mỹ 22,7 76,0 83,0 181,7 Canada 178,9 12,5 32,6 224,0 Mexico 15,7 25,6 45,8 87,1 Japan 0,1 0,1 0,3 0,5 Lãnh thổ nước Trữ lượng Sự gia tăng trữ Trữ lượng chưa thăm dò lượng thăm dò Tổng 3,6 2,7 5,9 12,1 Tây Âu 18,2 19,3 34,6 72,1 Nga 78,0 137,7 170,8 386,5 Đông Âu 1,4 1,5 1,4 4,2 Trung Quốc 18,3 19,6 14,6 52,5 Nam Mỹ 98,8 90,8 125,3 314,9 Ấn Độ 5,4 3,8 6,8 16,0 11,0 14,6 23,9 49,5 Châu Phi 87,0 73,5 124,7 285,2 Trung Đông 726,8 269,2 1248,5 Tổng 1265,8 730,1 2934,8 OPEC 869,5 tà 938,9 395,6 400,5 1665,6 Không OPEC 396,3 334,5 538,4 1269,2 Các nước phát triển Châu Á Đ Úc 252,5 ề n iê gh in u oa kh c họ Hình 1.1: Bản đồ phân bố trữ lượng dầu mỏ giới 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường Nếu q trình cháy hỗn hợp khơng khí nhiên liệu buồng đốt động lý tưởng sản phẩm cháy khí CO2, H2O, N2, phần nhỏ SO2 Tuy nhiên khơng đồng hỗn hợp khơng khí nhiên liệu tính phức tạp tượng lý, hố xảy q trình cháy nên sản phẩm cháy có chất gây ô nhiễm môi trường Trong sản phẩm cháy độc hại động đốt COx, HC, NOx nhân tố gây nhiễm mơi trường, biến đổi khí hậu, gây hại cho sức khỏe người Khí CO2 nhân tố gây tăng hiệu ứng nhà kính sản phẩm cháy nhiên liệu hóa thạch làm cho bề mặt trái đất tăng dần lên Khi nhiệt độ bầu khí gia tăng gây nhiều tác hại đặc biệt dâng lên mực nước biển Mực nước biển tăng lên 0,2-0,4m nhiệt độ khí Đ tăng 10C Việt Nam nước xem bị ảnh ề hưởng nặng nề tượng nước biển dâng lên Ngoài ra, nhiệt độ bề mặt tà in trái đất tăng lên tượng sa mạc hóa, đất đai cằn cỗi diễn nhanh n iê gây hại tới sức khỏe người gh gây nên ảnh hưởng lớn ngành nơng nghiệp Khí NOx, CO chất độc u oa kh c họ Hình 1.2 (a): Lưu lượng khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch từ 1970 2025 (b): Lượng khí thải CO2 chia theo khu vực1990-2025 (tỷ CO2) Hình 1.3: Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 1000 năm gần ề Đ n iê gh in tà u kh Hình 1.4: Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 100 năm gần oa Bảo vệ môi trường yêu cầu nước, khu vực họ mà có ý nghĩa phạm vi toàn cầu Tùy theo điều kiện quốc gia, c luật lệ tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường áp dụng thời điểm mức độ khắt khe khác Cho nên, thời gian tới nguồn lượng thay lượng mặt trời, hydro, gió sinh học ngày trở nên quan trọng 1.2 Tổng quan nhiên liệu biogas sử dụng cho động diesel 1.2.1 Tính chất nhiên liệu biogas Khí biogas sản phẩm q trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu Thành phần khí biogas chủ yếu CH4, CO2 thành phần khác N, H2S, O, CO,v.v… Mê tan sử dụng nhiên liệu thành phần 10 - Lượng nhiên liệu tổng biogas diesel cấp cho động là: Gnl = GnlD + GnlB = 19,08 + 0,657 =19,737 [kg/h] - Thành phần phần trăm khối lượng nhiên liệu diesel kg hỗn hợp là: Dhh  GnlD 0,657 100%  100%  3,33% Gnl 19,737 - Thành phần phần trăm khối lượng khí biogas kg hỗn hợp là: Bhh  GnlB 19,08 100%  100%  96,67% Gnl 19,737 - Nhiệt trị hỗn hợp diesel/biogas là: [kJ/kg] ề Đ QH = QHD.Dhh + QHB.Bhh = 42530.0,0333 + 27840.0,9667 = 28330 in tà b Tính tốn đường kính buồng hịa trộn Cơng thức xác định đường khính buồng hỗn hợp là: gh n 1000 [mm] (3.3) n iê d b  an Vh i +Vh thể tích công tác xy lanh,  1,4 3,14.1,2  1,58256 [dm3] oa  D kh Vh  S u Trong đó: + db đường kính buồng hịa trộn (mm); c + n tốc độ quay động cơ, n = 1500 [v/p]; họ + i số xylanh có chung hòa trộn, i = 6; + an hệ số dao động dịng khí, phụ thuộc vào số lượng xylanh có chung hịa trộn: Bảng 3.2: Hệ số dao động dịng khí Số xylanh Hệ số an 24,2 17,1 14,15 13 12,85 11,9 Với thông số ta có: d b  11,9 1,58256.6 28 1500  45 1000 [mm] - Chiều dài buồng hòa trộn xác định sau: lb = (0,8÷1,8)db chọn lb = 1,2.db = 1,2.45=54 [mm] c Tính tốn đường kính họng khuếch tán - Chọn đường kính họng sơ bộ: Theo kinh nghiệm đường kính họng khuếch tán chọn sơ bộ: dh = (0,6÷0,8)db chọn dh = 0,8db = 0,8.45 = 36 [mm] - Độ chân không họng khuếch tán Δph: Độ chân không họng khuếch tán xác định công thức sau: p h   kk   D  n.i  n   S      d h  2.60  h   (3.4)  ề Đ tà Trong đó: + S hành trình piston, S=140 [mm] gh in + D đường kính xylanh, D = 120 [mm] + n tốc độ động cơ, n= 1500 [v/p] iê n + dh đường kính họng khuếch tán, dh = [mm] u + µh: hệ số lưu lượng ca hng (àh= 0,8 ữ 0,9), ta chn + n hệ số khí nạp,  Pa T0 15 0,9.293   0,92   P0 Ta   r 15  1.305  0,005 c họ n  oa kh µh = 0,85 Với : ε tỉ số nén động cơ, ε = 15 ; γr hệ số khí sót, γr = 0,005 ; T0, P0 nhiệt độ áp suất khơng khí, T0= 293[0K] P0 = [kG/cm2]; Ta, Pa nhiệt độ áp suất xy lanh cuối trình nạp, Pa = 0,9.P0 = 0,9 [kG/cm2] Ta  T0  Tsn  Tr  r 293  10  700.0,005 0   305 [ K] (Tr = 700 [ K] nhiệt độ 1  r  0,005 khí sót) Vậy ph   1,15  3  120  1500.6 0.92  140.10     36  2.60 0,85  Δph = 9169 [N/m2] 29 - Tốc độ dịng khơng khí qua họng khuếch tán Wkk tính sau : 2p h Wkk  [m/s]  kk (3.5) Trong đó: + ρkk khối lượng riêng khơng khí, ρkk =1,15 (kg/m3) + Δph độ chân không họng khuếch tán, Δph =9169 (N/m2) Thay số vào ta có : 2.9169 = 126 1,15 Wkk  [m/s] - Xác định đường kính xác họng: Đ ề Mối quan hệ tiết diện họng lưu lượng khơng khí xác định tà  d h2 Wkk  kk (3.6) n Trong đó: [m3/h] iê gh Gkk   h f h Wkk  kk   h in theo biểu thức : u + Gkk lưu lượng không khí qua họng khuếch tán, xác định n.i 1500.6  kk  0,92.1,58256 .1,15  0,1256 120 120.1000 kh Gkk   v Vh tiết diện lưu thông họng khuếch tán [m2] c  d h2 họ + fh  oa + µh: hệ số lưu lượng họng, µh = 0,85 [4] [kg/s] + ρkk khối lượng riêng không khí, [kg/m3] + Wkk tốc độ dịng khơng khí qua họng khuếch tán.[m/s] Vậy ta có đường kính họng khuếch tán xác định sau: dh  4Gkk 4.0,1256   0,36 (m) = 36  h Wkk  kk 0,85.3,14.126.1,15 Vậy chọn đường kính họng dh = 36 [mm] d Tính đường kính cấp biogas Tốc độ dịng khí biogas qua ống cấp xác định qua biểu thức : 30 [mm] 2ph Wb  [m/s] b (3.7) Trong đó: + Δph độ chân khơng họng khuếch tán, Δph=9169 [N/m2] + ρb khối lượng riêng khí biogas ρb =0,9 [kg/m3] Wb  2.9169  142,7 0.9 [m/s] Vậy tiết diện lỗ cấp biogas là: Fvp  GnlB 19,08   4,126.10 5 Wb  b 142,7.0,9.3600 [m2] (3.8) [mm] (3.9) Vậy đường kính lỗ cấp biogas là: 4.4,126.10 5  7,25.10 3 (m) = 7,25 3,14 in tà   ề 4.Fvp Đ d vp  gh 110 55 iê 45 n u kh 36 oa Ø7 họ c 130 10° 55 16 45 60 110 Hình 3.9: Kết cấu hịa trộn với họng hình vành khăn Để thuận tiện cho gia công chế tạo chọn: - Đường kính buồng hịa trộn: db = 45 [mm]; - Chiều dài buồng hòa trộn: lb = 55 [mm]; 31 - Đường kính họng khuếch tán: dh = 36 [mm]; - Đường kính lỗ cấp biogas: dvp = [mm] 3.2.2.2 Van cấp khí a Nhiệm vụ Van cấp khí thiết bị dùng để điều chỉnh lưu lượng khí biogas vào động phù hợp với chế độ tải khác Do việc tính tốn van cấp khí dựa sở lượng khí biogas qua tiết diện lưu thông van vào xylanh động phù hợp với chế độ tải động b Các yêu cầu van cấp khí Kích thước van phải phù hợp với lưu lượng khí biogas cần nạp; - Điều khiển dễ dàng; - Sức cản dịng khí nhỏ nhất; - Đảm bảo làm kín tốt khơng để khí biogas rị rỉ môi trường ề Đ - iê gh in tà c Các loại van cấp khí n Có nhiều loại van cấp khí khác nhằm điều chỉnh lưu lượng biogas vào oa Van côn: Van côn thể hình 3.10 kh - u van cấp khí chia thành loại sau: động dễ dàng thuận lợi Dựa phần tử điều chỉnh dịng mơi chất, c họ Hình 3.10: Kết cấu van côn Đầu nối ống biogas; Thân van; Van cơn; Trục dẫn động van I Khí biogas từ két chứa; II Khí biogas vào hịa trộn 32 Ưu điểm: Điều chỉnh lưu lượng biogas dễ dàng xác; Khả làm kín tốt; Việc thiết kế gia công chế tạo đơn giản; Có thể sử dụng đa dạng với loại động khác Nhược điểm: Yêu cầu cao chế tạo van côn bề mặt tựa van - Van cánh: Kết cấu đơn giản, dễ điều chỉnh ề Đ in tà Hình 3.11: Kết cấu van cánh gh Thân van; Vít giữ van; Van; Càng dẫn động van iê n Ưu điểm: Điều chỉnh lưu lượng biogas dễ dàng, điều khiển nhẹ nhàng; Kết u cấu van đơn giản, gọn nhẹ; Độ chân không sau cánh van lớn làm cho tốc độ kh dòng biogas nạp vào động cao làm tăng khả hịa trộn với khơng khí c họ kém; Khả kiểm sốt lưu lượng qua van khó oa Nhược điểm: Sức cản dịng khí biogas nạp vào lớn; Khả làm kín Hình 3.12: Kết cấu van cầu Van cầu; Cơ cấu khiển van; Thân van 33 Formatted: Indent: First line: 0.75 cm - Van cầu: ưu điểm có khả điều chỉnh lưu lượng xác, làm kín tốt, nhiên chế tạo phức tạp, giá thành cao Dựa đặc điểm loại van phương án lựa chọn van cấp khí dạng cánh phù hợp d Tính tốn thiết kế van cấp khí dạng cánh Sơ đồ tính tốn thiết kế van cánh thể hình 3.13 ề Đ in tà gh Hình 3.13: Sơ đồ tính tốn van cánh cấp biogas 60 Wb 2n [m3] (3.10) u Qbiogas  4.S o n iê Lượng biogas thực tế cung cấp cho động chu trình Qbiogas: kh Trong đó: oa + So tiết diện lưu thông biogas đường cung cấp; c + Wb tốc độ dòng biogas qua van tiết lưu; họ + n tốc độ động cơ; + Qbiogas lượng biogas cấp cho động chu trình, lượng biogas cháy hồn tồn với lượng khơng khí cực đại nạp vào tất các xy lanh động chu trình (xem động làm việc với 100% biogas): Qbiogas  100 16.%CH i.Vh 100 400  16.%CH 23.29 Thay thông số vào ta có: 34 [4] [m3] (3.11) Qbiogas  100 6.1,58256.10 3  1,23.10 3 400 16.70 100  16.70 23.29 [m3] Tiết diện đường ống cấp biogas: So  2.n.Qbiogas [m2] 4.60.Wb (3.12) Thay thông số vào ta có: So  2.1500.1,23.10 3  1,08.10 4 4.60.142,7 [m2] Đường kính ống cung cấp biogas: So   D 4.S o   4.1,08.10 4  0,012 3.14 [m] ề Đ  D tà Chọn đường kính ống cấp D =15[mm]  D 3,14.15  177 [mm2] n iê  gh So  in Vậy tiết diện thực của ống cấp biogas là: Tùy theo chế độ tải động mà lượng biogas điều chỉnh van u cấp khí vào động nhằm đảm bảo cơng suất động phù hợp với yêu cầu Ta tìm mối quan hệ D, L, góc quay van α oa kh phụ tải + α góc quay van (độ); c họ Trong đó: + D đường kính làm việc lớn van [mm]; + L hành trình làm việc van cánh [mm] Hành trình làm việc van cánh xác định công thức sau: L D sin  15 sin   2 (3.132) Chọn chiều dày van cánh [mm] góc α = 80o xem van cánh đóng hồn tồn Do đó, góc làm việc van cánh nằm khoảng 0o ÷ 80o 35 Bảng 3.3: Bảng xác định hành trình làm việc van theo góc quay α α (độ) L (mm) α (độ) L (mm) α (độ) L (mm) 0,66 30 3,75 55 6,15 10 1,3 35 4,30 60 6,50 15 1,95 40 4,82 65 6,80 20 2,57 45 5,3 70 7,05 25 3,17 50 5,75 75 7,25 Tiết diện bị chặn: D L 2 (3.143) [mm2] (3.154) [mm ] ề Đ Sc   in tà Vậy tiết diện lưu thông là: gh Slt = So - Sc n iê Ta có bảng 3.4 xác định diện tích lưu thơng van theo góc quay van cánh u Bảng 3.4: Bảng xác định tiết diện lưu thơng van theo góc quay α kh L [mm] Sc [mm2] Slt [mm2] 0,66 15,55 161,45 10 1,3 30,62 146,38 15 1,95 45,92 131,08 20 2,57 60,52 116,48 25 3,17 74,65 102,35 30 3,75 88,31 88,69 35 4,30 101,27 75,73 40 4,82 113,51 63,49 45 5,3 124,82 52,18 50 5,75 135,41 41,59 55 6,15 144,83 32,17 c họ 36 oa α [độ] α [độ] L [mm] Sc [mm2] Slt [mm2] 60 6,50 153,08 23,92 65 6,80 160,14 16,86 70 7,05 166,03 10.97 75 7,25 170,74 6,26 3.2.2.4 Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động Theo kết phân tích chương 2, để điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động chế độ công tác khác nhau, hệ thống sử dụng Đ điều tốc vốn trang bị cho động từ trước Bộ điều tốc có nhiệm vụ ề điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel cấp cho động Khi động chuyển sang tà gh in làm việc với nhiên liệu biogas lượng nhiên liệu diesel trì mức định, lượng cấp nhiên liệu biogas điều chỉnh theo tải Do iê n hệ thống cần phải thiết kế thêm cấu điều khiển lượng nhiên liệu biogas cấp liên kết điều tốc van cấp khí cấu giới hạn lượng nhiên u oa kh liệu cấp Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động thể hình 3.146 c họ Hình 3.14: Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động 1.Cần đặt độ; Bơm bosch; Cơ cấu giới hạn răng; Van kim bù; Van cấp khí; Bộ điều tốc khí 37 a Cơ cấu điều khiển van cấp khí biogas Cơ cấu điều khiển van cấp khí biogas lấy tín hiệu từ cấu điều khiển bơm cao áp điều tốc Tùy thuộc vào yêu cầu tải, cấu điều khiển thay tác động vào bơm cao áp tác động vào van cánh bướm để thay đổi độ mở diện tích tiết lưu thay đổi lượng khí biogas cấp vào xilanh Theo yêu cầu, vị trí van cánh phải đóng hồn tồn mà bơm cao áp vị trí “0” Chiều dài đẩy chọn b = 30 [cm] Gọi α = 800 góc đóng hồn tồn van cánh, góc quay cần ề Đ quay α = 800 tà in Gọi H khoảng cách dịch chuyển trục điều tốc (H=15 [mm]), gh khoảng cách dịch chuyển cần đẩy a = 2H = 2.15 = 30 [cm] n iê Ta có mối quan hệ khoảng cách dịch chuyển cần đẩy chiều a2 30   23,5 2(1  cos ) 2(1  cos80) oa c kh Vậy chiều dài cần quay van cánh là: u dài cần quay a2 = 2.c2 – 2.c2.cosα [mm] (3.165) c họ Hình 3.15: Vị trí lấy tín hiệu điều khiển 38 ề Đ in tà iê gh Hình 3.16: Sơ đồ tính tốn cấu điều khiển van cấp khí n Xy lanh lực điều tốc; Thanh truyền; Cần đẩy; Cần quay van cánh; u Van cánh oa kh b Cơ cấu giới hạn nhiên liệu Theo yêu cầu nhiên liệu diesel sử dụng khởi động, động họ làm việc chế độ khơng tải đóng vai trị đốt mồi chế độ tải cao, c cần có cấu giới hạn bơm cao áp để trì lượng định nhiên liệu diesel (khoảng – 10% tổng lượng nhiên liệu cấp), nhiên liệu biogas đáp ứng yêu cầu phần tải lại Yêu cầu cấu giới hạn lượng nhiên liệu diesel: Phải đảm bảo hoạt động ổn định chế độ không tải sử dụng nhiên liệu diesel, có khả tăng giảm lượng nhiên liệu cần thiết; trường hợp van cung cấp nhiên liệu biogas bị cố, động nhận thêm tải cách tăng lượng nhiên liệu diesel vào động cơ; bên cạnh thiết bị phải hoạt động tin cậy, dễ bảo dưỡng hiệu chỉnh 39 Hình 3.17: Vị trí đặt chốt giới hạn nhiên liệu Cấu tạo: cấu giới hạn nhiên liệu thiết kế bao gồm ống bao Đ ề hoán cải với vít điều chỉnh lắp đầu ống bao (hình 3.18) Sự tà in dịch chuyên trục bơm cao áp hạn chế việc thay iê gh đổi vị trị vít điều chỉnh giới hạn lượng nhiên liệu diesel cấp n vào xilanh động u oa kh c họ Hình 3.18: Cơ cấu giới hạn bơm cao áp 40 KẾT LUẬN Dựa sở nghiên cứu tính toán hệ thống nhiên liệu biogas cho động Nga K657 M2 6Ч12/14 Phòng thực hành Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, đưa số kết luận sau: - Đã nghiên cứu, tìm phương án hốn cải; - Đã tính tốn thiết bị cho hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas áp dụng cho động cụ thể; - Việc hoán cải động diesel sang sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas diesel không làm thay đổi lớn đến kết cấu động ban đầu phí cho thiết bị phục vụ cấp nhiên liệu biogas hoán cải động khơng lớn, việc ề Đ hốn cải chủ yếu thay đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu, điều tốc hệ in tà thống nạp khí - Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu biogas cho động tàu thủy gặp gh số vấn đề vấn đề lưu trữ tàu, yêu cầu khắt khe an toàn iê n tàu thủy nguồn cung cấp chưa phổ biến - Do đề tài nằm phạm vi nghiên cứu lý thuyết nên chưa thể u kh đánh giá hết tất tính sử dụng nhiên liệu biogas oa động diesel tàu thủy c họ 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] GS.TS Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội [2] Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Trương Lê Bích Trâm, Lê Minh Tiến (2007), “Sử dụng khí biogas động đốt cỡ nhỏ“, Tuyển tập cơng trình khoa học hội nghị tồn quốc lần thứ 8, 6-7/12/2007, Hà Nội [3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Xuân Thạch, Lê Minh Tiến, Trần Thanh Đ Hải Tùng , Trương Lê Bích Trâm , Nguyễn Thị Thanh Xuân (2013), Động ề biogas, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội tà in [4] Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Trương Lê Bích Trâm, Trần Thanh Hải Tùng gh (2009), “Xác dịnh kích thước van cung cấp Biogas cho động hai nhiên liệu toàn quốc, tập 1, trang 139 – 149, Đà Nẵng n iê Biogas/Diesel nhiều xi lanh cỡ lớn”, Tuyển tập Hội Nghị Cơ Học Thuỷ Khí u [5] Htps://sites.google.com/site/vnggenergy/buctranhthegioi kh Tài liệu tiếng nước oa [6] Dominik Rutz Teodorita Al Seadi, Heinz Prassl, Michael Kottner, Tobias họ Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen (2008), Biogas handbook, University c of Southern Denmark Esberg, Niels Bohrs Vẹ 9-10, DK – 6700 Esbjerg, Denmark [7] James L Walsh - Charles C Ross - Micheal S Smith (1988), Handbook on Biogas untilization, US Department of Energy [8] Klaus von Mitzlaff (1988), Engine for biogas, Deutsche Gesellschft fur Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH 42