Thiết kế hệ thống tăng áp của động cơ cho động cơ toyota 7mgte

TRƯỜNG ĐẠI HỌC LÂM NGHIỆP KHOA CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG TRÌNH -  - KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ CHO ĐỘNG CƠ TOYOTA 7MGTE Giáo viên hướng dẫn: Lê Thái Hà Sinh viên thực hiện : Tống Đức Hòa Lớp : 63 – CTO Hà Nội, 2022 MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Lịch sử phát triển tăng áp cho động đốt II CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ 3.1 Giới thiệu chung động Toyota 7M-GTE 3.2 Các chi tiết hệ thống động Toyota 7M-GTE 11 IV LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TĂNG ÁP TỐI ƯU 27 4.1 Biện pháp tăng áp có máy nén 27 4.2 Biện pháp tăng áp khơng có máy nén 33 4.3 So sánh ưu nhược điểm hệ thống tăng áp có máy nén hệ thống tăng áp khơng có máy nén 38 4.4 Tăng áp cho động xăng 39 4.5 Kết luận phương án tăng áp 40 V TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ TOYOTA 7M-GTE 41 5.1 Chọn tuabin khí 41 5.2 Chọn máy nén khí 43 5.3 Lắp đặt hệ thông tăng áp động 49 5.4 Tính tốn thơng số làm việc TB-MN 51 5.5 Tính tốn phận máy nén ly tâm 55 5.6 Tính chọn phận tuabin hướng trục 60 VI MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP 64 6.1 XÁC ĐINH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 64 6.2 Phân tích hư hỏng hệ thông tăng áp 65 6.3 Phương pháp tháo lắp kiểm tra hệ thống tăng áp động 66 6.4 Các ý sử dụng hệ thống tăng áp 66 KẾT LUẬN 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 LỜI NÓI ĐẦU Ngành tơ ln ngành mũi nhọn đóng góp lớn vào GDP nước lớn giới với 3.25% GDP Mỹ, 5% GDP Trung Quốc, 4% GDP Đức 12% GDP Thái Lan Tại Việt Nam, ngành ô tô chiếm tới 3% GDP nước - theo số liệu năm 2019 Động đốt phận quan trọng ví “trái tim” song hành phát triển với ngành ô tô giới Động ngày cải tiến nâng cao công suất, phương pháp nâng cao công suất hiệu sử dụng hệ thống tăng áp cho động Vì mà em chọn đề tài “Thiết kế hệ thống tăng áp động cho động Toyota 7MGTE” cho khóa luận tốt nghiệp Qua đề tài em muốn hiểu rõ chất trình làm việc động có hệ thống tăng áp, đồng thời đưa phương pháp tăng áp tốt để nâng cao cơng suất động có cách khắc phục nhược điểm Tuy nhiên, hạn chế thời gian, kiến thức tài liệu tham khảo nên phạm vi đồ án em trình bày hết vấn đề liên quan tìm hiểu sâu mối quan hệ hệ thống với hệ thống khác Vì khơng tránh khỏi sai sót vấn đề thực Rất mong quan tâm bảo thầy cô bạn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Thái Hà, thầy khoa Cơ điện & Cơng trình bạn, người trực tiếp giúp đỡ, dẫn góp ý cho em suốt thời gian thực đồ án vừa qua Hà Nội, ngày 01 tháng 09 năm 2022 Sinh viên thực I MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật thời gian qua động đốt không ngừng cải tiến hoàn thiện Nhờ ưu điểm vượt trội nhiều mặt, đặc biệt hiệu suất cao phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên động đốt ngày chiếm ưu tuyệt đối lĩnh vực vận tải giao thông đường bộ, đường thủy, phát điện dự phòng….Với cải thiện mặt kỹ thuật kết cấu làm cho công suất động không ngừng tăng lên Tuy nhiên, thiết kế động người ta phải cân nhắc bên công suất lớn bên kích thước, trọng lượng nhỏ gọn Có cách thỏa mãn hai yêu cầu sử dụng tuabin tăng áp hay máy nén tăng áp Nó cho phép đốt cháy lượng lớn nhiên liệu lượng khơng khí lớn nén vào, kết tạo công suất lớn cho động có kích thước xác định Nhờ có tuabin tăng áp làm tăng lượng khơng khí nạp cho chu trình động nên có thể: - Tăng áp khơng khí đưa vào xylanh làm tăng cơng suất động - Tăng tính động lực học động - Giảm tiêu hao nhiên liệu cho động cơ, giảm chất độc hại khí xả nhờ hồn thiện q trình cháy Với động khơng tăng áp thí áp suất có ích trung bình pe < 0,7÷0,9 Mpa sử dụng hệ thống tăng áp nâng áp suất có ích trung bình lên đến ÷ 1,2 Mpa (Nếu làm lạnh trung gian cho khơng khí phía sau máy nén đưa áp suất có ích trung bình pe = Mpa) * Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống tăng áp có nhược điểm sau: - Làm tăng phụ tải khí phụ tải nhiệt động phải đặt yêu cầu khắt khe chế tạo chi tiết nhóm piston, bạc trục, xupap,… - Phải tạo hệ thống nhiên liệu với quy luật cấp nhiên liệu khắt khe, vịi phun có áp suất phun cao Vì vậy, nhiên cứu đề tài đưa lựa chọn phương pháp tăng áp tốt để nâng cao cơng suất động đồng thời có cách khắc phục nhược điểm 1.1 Lịch sử phát triển tăng áp cho động đốt Động đốt có bước phát triển thăng trầm nhiều nguyên nhân khác người ta hy vọng vào nguồn động lực khác có đặc tính tốt hơn, lo sợ cạn kiệt nguồn nhiên liệu, vấn đề ô nhiễm môi trường gây mơi trường sức khỏe người Với bước phát triển kỳ diệu, vượt bậc nghiên cứu, chế tạo động xăng động diesel đánh bại nghi ngờ tồn phát triển nó.Với ưu điểm vượt trội nhiều mặt, đặc biệt hiệu suất cao phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên ĐCĐT chiếm ưu tuyệt đối số lĩnh vực vận tải đường bộ, đường thủy, phát điện dự phòng…Lịch sử phát triển hệ thống tăng áp gắn liền với lịch sử phát triển ĐCĐT 1.1.1 Lịch sử phát triển tăng áp cho động xăng Năm 1885 Gottlieb Deimler có đăng ký phát minh số DRP 34.926 tăng áp cho động đốt cháy cưỡng Trong thời kỳ này, hộp trục khuỷu dùng máy nén, trình nạp vào xy lanh lúc chia thành giai đoạn : -Cuối trình giãn nở, khí hộp trục khuỷu tràn vào xy lanh đẩy khí cháy ngồi -Q trình nạp bình thường -Quá trình nạp thêm vào xylanh cuối hành trình nạp Với nguyên lý tăng áp tương tự, Wilhelm Maybach thiết kế cho động chữ V, công suất tăng lên không đáng kể nên hãng Deimler loại bỏ phương án Sau chiến tranh giới thứ nhất, hãng Deimler khơi phục thí nghiệm phát triển hệ thống tăng áp cho động máy bay, xe đua xe thể thao Ngày động xăng sử dụng tăng áp máy nén tăng áp dao động cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất…hoặc kết hợp tăng áp với tăng áp tuốc bin khí 1.1.2 Lịch sử phát triển tăng áp cho động diesel Năm 1896 Rudolf Diesel đăng ký phát minh số 67207 tăng áp cho động tự bốc cháy thực trình nén nhiều cấp động xylanh cách bố trí thêm bơm nén trước đường nạp, phát minh đăng ký tên DRP 95.680 ngày 06/03/1896 Cuối năm 1896 Rudoif Diesel chế tạo thành cơng động dùng thể tích phía piston để nén khí nạp vào bình phụ, đế hành trình nạp, khí có áp suất cao từ bình nén vào xylanh Qua phân tích kết có từ thí nghiệm phát minh khơng ứng dụng tổn thất lớn Năm 1929 hãng Werkspoor cho đời động tăng áp hộp trục khuỷu lắp tàu chở dầu Megava tập đoàn dầu mỏ Anglo Saxon Thành tựu phát triển tăng cho động diesel phát triển từ thành tựu tăng áp đáng kể cho ĐCĐT 1.1.3 Tăng áp cho động máy bay Động đốt sử dụng cho máy bay tăng áp cho đóng vai trị quan trọng mật độ khơng khí giảm nhiều tăng độ cao Năm 1910 máy bay tăng áp dẫn động khí xuất đạt độ cao 5,2km Năm 1917 hãng Rateau Pháp chế tạo thử nghiệm động xăng tăng áp tuốc bin khí chưa sử dụng vào thời điểm được, đến chiến tranh giới lần thứ II hoàn chỉnh Năm 1939 hãng Junkers chế tạo đưa vào bay thử động kỳ tăng áp tuốc bin cho máy bay II CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhằm mục đích tăng cơng suất cho động đốt người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy đơn vị dung tích xylanh đơn vị thời gian, tức tăng khối lượng nhiệt phát không gian thời gian cho trước Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy đơn vị thời gian Công suất động tính: Ne = 𝑝𝑝𝑒𝑒 𝑖𝑖.𝑉𝑉ℎ 𝑛𝑛 Vh = 𝜋𝜋.𝐷𝐷2 𝑆𝑆 30𝜏𝜏 Trong đó: Pe : Áp suất có áp trung bình ( i : Số xylanh 𝑀𝑀.𝑁𝑁 𝑚𝑚2 ) Vh : Dung tích xylanh n : Số vòng quay phút (v/phút) 𝜏𝜏 : Số kỳ xylanh Để tăng cơng suất Ne có phương pháp sau: - Các giải pháp kết cấu: + Tăng số chu trình đơn vị thời gian cách tăng số vòng quay n động Hiện nay, giới hạn số vòng quay lớn động đốt khoảng 11000 v/phút đến 12000 v/phút, giá trị số vịng quay thích hợp khoảng 5000 v/phút đến 7000 v/phút Khi tăng số vòng quay động đốt gây khó khăn cho việc thực q trình, đặc biệt trình cháy Tác hại làm cho tốc độ trượt trung bình piston tăng dẫn đến làm tăng tổn thất ma sát, mài mịn chi tiết tăng lực qn tính + Thay đổi số kỳ từ kỳ thành kỳ Nhờ tỉ số kỳ sinh công so với vịng quay động kỳ gấp đơi đơng kỳ nên tăng nhiệt lượng giải phóng đơn vị thời gian, thực tế công suất động kỳ lớn động kỳ khoảng 50% đến 70%, song q trình thay đổi khí động kỳ chưa hoàn chỉnh nên sinh tổn thất lớn nhiễm tăng + Tăng dung tích cơng tác Vh số xylanh I kéo theo kích thước, thể tích, trọng lượng động tăng Hiện nay, động hàng xylanh có tới 12 xylanh, động cao tốc chữ V có tới 16 xylanh động hình có tới 32 đến 56 xylanh Nếu tăng số xylanh nhiều làm cho số chi tiết động tăng lên nhiều ( 50000 đến 100000 chi tiết) làm giảm độ cứng vững hệ trục khuỷu Do đó, mặt làm giảm độ tin cậy độ an toàn trình làm việc động Mặt khác, việc bảo dưỡng, sửa chữa sử dụng thêm phức tạp Việc dùng biện pháp cải tiến điều chỉnh xác thông số cấu tạo thông số điều chỉnh động nhằm tăng hiệu suất thị, hiệu suất giới hệ số nạp làm cho cơng suất có ích động tăng lên - Phương pháp tăng áp + Tăng khối lượng khơng khí nạp vào xylanh cách tăng khối lượng riêng khơng khí 𝜌𝜌𝐾𝐾 Muốn phải tiến hành nén môi chất nạp trước đưa vào xylanh, tức tăng áp suất môi chất nạp Do khối lượng nạp vào xylanh tăng nên người ta tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy dung tích Như vậy, cho ta khả tăng lượng nhiệt phát dung tích cho trước Biện pháp làm tăng khối lượng riêng môi chất trước nạp vào động cách tăng áp suất gọi tăng áp cho động III GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ 3.1 Giới thiệu chung động Toyota 7M-GTE Động Toyota 7M- GTE sản xuất từ năm 1986 đến 1993 lắp dòng xe Toyota Supra Động Toyota 7M- GTE động sử dụng nhiên liệu xăng, hàng xy lanh, dung tích xy lanh 3,0l sử dụng 24 xu páp (4 xu páp cho xy lanh) cho phép tăng hiệu trao đổi khí khơng làm tăng đường kính xy lanh q lớn Nắp máy làm từ hợp kim nhôm, sử dụng hệ thống cung cấp nhiên liệu phun xăng điện tử EFI (Electronic fuel injection), xy lanh đúc liền thân máy, thân máy thuộc nhóm vỏ thân chịu lực Ngồi ra, động Toyota 7M- GTE sử dụng hệ thống đại vừa có khả tăng cơng suất động lại giảm mức tiêu hao nhiên liệu Với tính vượt trội động 7M- GTE cơng suất lớn, kích thước nhỏ gọn hoàn toàn đáp ứng yêu cầu khắt khe dòng xe Toyota Supra thể thao sành điệu 3.1.1 Tổng thành cụm chi tiết động Hình 3.1: Mặt cắt dọc động Toyota 7M- GTE 13 Chọn máy nén có đường kính 0,03 m (R=0,015m), đường kính ngồi 0,08 m (R=0,04 m) + Vận tốc đầu vào ρ1 = Va = P1 R.T1 m ρ1 Α = = Vt = Nrt = 101000 293 ×287 = 1,2kg/m3 0,2269 1,2 ×[(π.0,042 )−(π.0,0152 )] 42499 ×2 × π 60 = 44,29 m/s × 0,04 = 178 m/s Vrelatice = �44,292 + 1782 = 183 m/s + Góc dịng chảy với trục máy nén α = tan−1 � 183 � = 76,39o 44,29 Hình 5.10: Cấu tạo máy nén 5.5 Tính tốn phận máy nén ly tâm a) Đường ống cửa vào: Dùng để dẫn hướng khơng khí vào bánh cơng tác, đảm bảo dịng khí phân bố bị cản, thường dùng hai loại sau : - Ống hướng trục : Dịng khí hút vào bánh cơng tác theo hướng trục - Ống hướng kính : Dịng khí hút vào bánh cơng tác theo hướng kính Đường ống cửa vào loại ống kính phải chuyển hướng nên làm tăng tổn thất lưu động gây phân bố khơng dịng khí Trong đường ống vào loại hướng trục lại có ưu điểm : Gọn nhẹ, đơn giản, đảm bảo 55 dòng khí vào bị cản nên ta chọn đường ống cửa vào loại hướng trục để lắp cho máy nén b) Bánh công tác: Là chi tiết quan trọng máy nén, gồm phần: Bánh dẫn hướng bánh lắp cánh Bánh dẫn hướng chuyển dòng khí từ hướng trục sang hướng kính, bánh lắp cánh, dịng chảy từ ngồi Cơng dẫn động máy nén truyền cho khơng khí rãnh cánh làm tăng áp suất, nhiệt độ tốc độ dịng khí Bánh cơng tác chế tạo đúc xác gia cơng theo chương trình máy phay nhiều trục Mặt tạo hình bánh cơng tác có loại sau: - Bánh cơng tác kiểu kín: Ít tổn thất lưu động, hiệu suất cao, cấu tạo phức tạp, cường độ kém, khó hoạt động tốc độ cao, thường dùng tuabin tăng áp loại lớn với mức độ tăng áp thấp - Bánh công tác nửa hở: Tổn thất lưu động lớn so với bánh công tác kiểu kín có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, độ cứng cường độ tốt c) Vành tăng áp: Được chia thành loại: - Vành tăng áp khơng có cánh: Cấu tạo đơn giản, dễ thích nghi thay đổi chế độ làm việc hiệu suất thấp nên dùng máy nén loại nhỏ - Vành tăng áp có cánh: Các cánh có tác dụng dẫn hướng cho dịng khí nén từ bánh cơng tác Giữa bánh công tác vành tăng áp có khe hở gọi đoạn tăng áp không cánh, khe hở cần để giảm cường độ âm tạo không gian chuyển tiếp dịng khí từ bánh cơng tác đến vành tăng áp có cánh giúp dịng khí vào vành tăng áp ổn định Vành tăng áp có cánh có khả chuyển hóa tốt từ động sang áp năng, hiệu suất cao chúng có cấu tạo phức tạp, thích ứng thay đổi chế độ nên thường dùng tuabin tăng áp cỡ lớn d) Vỏ xoắn ốc: Là nơi tập trung khí nén Có loại sau: - Vỏ có tiết diện ngang thay đổi : Tổn thất lưu động ít, tiết diện đường khí tăng dần theo chu vi - Vỏ có tiết diện ngang khơng đổi : Được xác định theo lưu lượng lớn máy nén Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo tổn thất lưu động lớn 56 Ở ta chọn vỏ xoắn ốc có tiết diện ngang hình trịn chế tạo hợp kim nhơm Sau tính tốn ta có sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc máy nén sau: Hình 5.11: Sơ đồ cấu tạo nguyên lý làm việc máy nén Nguyên lý cấu tạo máy nén: - Cấu tạo: Máy nén lắp tuabin tăng áp loại máy nén ly tâm, dùng để chuyển lượng khí thành lượng dòng chảy máy nén, dựa vào tác dụng lực ly tâm để tăng áp cho không khí làm cho khơng khí có lưu lượng Gk từ phần không gian qua phần không gian khác Nếu bánh cơng tác có chuyển động quay tốc độ đó, sau khơng khí qua cửa vào bánh cơng tác quay với bánh cơng tác dịng khí chảy theo rãnh thơng cánh bánh Do đó, chuyển động dịng khí vào bánh cơng tác tổng hợp chuyển động theo quay tròn bánh công tác chuyển động tương đối dịng chảy rãnh cánh Bánh cơng tác quay, truyền cơng cho khơng khí làm tăng áp suất tốc độ dịng khí rãnh cánh, lúc dịng khí tới miệng bánh cơng tác tác dụng lực ly tâm chuyển động quay, dịng khí với tốc độ lớn, đồng thời tạo nên tượng chân không cục cửa vào, gây tác dụng hút khơng khí phía trước cửa vào khỏi cửa với tốc độ lớn tạo nên dòng 57 chảy liên tục rãnh cánh Phía ngồi cửa bánh cơng tác có vành tăng áp Khơng khí qua chuyển phần động thành áp làm cho áp suất khơng khí tiếp tục tăng lên đồng thời tốc độ giảm xuống.Vỏ xoắn ốc thu thập khơng khí nén từ vành tăng áp tiếp tục chuyển động thành áp sau qua ống nối vào xylanh động qua ống nạp - Nguyên lý làm việc máy nén Ở tiết diện 0-0 khơng khí có thơng số sau: Nhiệt độ T0, áp suất P0, tốc độ C0 Ở tiết diện 1-1 khơng khí hút chia vào khoảng cách nên tốc độ dịng khí tăng lên C1, đồng thời nhiệt độ, áp suất giảm xuống tới T1, P1 Tại tiết diện 2-2 bánh cánh máy nén dạng cánh hở, cánh có dạng rãnh co thắt, tốc độ tuyệt đối, áp suất nhiệt độ dịng khí tăng lên giá trị C2, P2, T2 Tại tiết diện 3-3 khơng khí từ bánh cánh nạp vào vành khe hở hướng kính (ống giảm tốc khơng cánh) sau nạp vào ống giảm tốc có cánh Tại đây, tiết diện loe rộng theo hướng chuyển động dịng khí nên giảm tốc độ xuông C3, đồng thời áp suất nhiệt độ dịng khí tăng lên P3, T3 Sau khỏi ống giảm tốc, khơng khí nạp vào ống tăng áp dạng vỏ xoắn ốc, tốc độ dịng khí tiếp tục giảm áp suất nhiệt độ tiếp tục tăng Sau dịng khí khỏi vỏ xoắn ốc máy nén tiết diện k-k, dịng khí có thơng số Ck, Pk, Tk e) Đặc tính máy nén Trong nghiên cứu thiết lập đường đặc tính MN ta rút thơng số ảnh hưởng đến chúng nhiệt độ áp suất chất khí đầu vào MN Vì cần thiết phải xây dựng đường đặc tính MN có xét đến ảnh hưởng nhiệt độ áp suất môi trường Trục tung biểu diễn lưu lượng khối lượng m K thay giá trị m K quay khác thay ω T0 T0 p0 đặc tính tương ứng với tốc độ ,với T =300 K, p =1013milibar Với thay đổi hình dạng đường đặc tính MN không thay đổi môi trường sử dụng khác 58 Trong thực tế, vùng làm việc MN nằm giới hạn ổn định vùng ứng với lưu lượng nhỏ, vùng lại (phía lưu lượng lớn) khơng sử dụng MN ly tâm cịn bị hạn chế lí khác lưu lượng tăng đến giá trị đó, hiệu suất MN giảm mạnh, điều dẫn đến giảm nhanh tỉ số tăng áp suất lưu lượng tăng chậm Ngồi cịn cần phải ý đến nóng lên khí qua MN Sự tăng nhiệt độ khí sau MN phụ thuộc vào hiệu suất đoạn nhiệt MN Hiệu suất MN tỉ số độ chênh nhiệt độ nén đoạn nhiệt ( ∆ T đoạn nhiệt) với độ chênh nhiệt độ nén thực tế ( ∆ T thực tế) Để giảm nóng lên khí tăng áp nhằm tăng khối lượng khí sau MN cần đảm bảo cho MN làm việc khu vực có hiệu suất nhiệt cao Từ đường đặc tính MN ta có nhận xét sau: Với tốc độ không đổi,ban đầu π K = p1 tăng giảm m K tới p0 π K max đó, tiếp tục giảm m K làm π K giảm Với tốc độ không đổi, giảm m K thấp giá trị đó, MN bắt đầu ổn định Dịng khí qua MN có dao động lớn, làm tăng dao động cánh làm khí nén phun cửa hút, gây tiếng ồn lớn, đồng thời áp suất cửa giảm dao động mạnh Đó giới hạn ổn định MN Mỗi tốc độ khác có điểm giới hạn, nối tất điểm với đường giới hạn ổn định Động điezen không cho phép MN hoạt động gần sát giới hạn ổn định Với tốc độ không đổi, π K giảm tăng lưu lượng Tăng lưu lượng tới giá trị tiết diện MN đạt tới điều kiện tới hạn, tức số M dòng chảy 1, lúc tiếp tục giảm π K lưu lượng gọi “lưu lượng nút” lưu lượng giới hạn MN tốc độ Mỗi tốc độ có giới hạn tương ứng Khu vực lớn lưu lượng giới hạn gọi khu vực nút Hoạt động khu vực nút π K giảm nhanh, thường cho MN làm việc khu vực η K >0,7 59 Ta thấy, ứng với tốc độ vòng quay khác nhau: Khi số vòng quay lớn tốc độ giảm áp suất nhanh, lưu lượng tăng hay nói cách khác số vịng quay nhỏ đường đặc tính phẳng Điều đặc tính áp suất thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phương tốc độ (1/n ) lưu lượng thay đổi tỉ lệ nghịch với tốc độ (1/n) Như tăng áp cao, phạm vi làm việc hẹp 5.6 Tính chọn phận tuabin hướng trục a) Vỏ cửa vào: Dùng để dẫn hướng hướng sản vật cháy vào miệng phun bánh công tác Để giảm tổn thất lưu lượng cho dòng chảy cần đảm bảo tiết diện ngang thông thay đổi từ từ theo quy luật định, mặt vỏ phải nhẵn, bóng, Vỏ cửa vào có loại sau: - Vỏ cửa vào không làm mát: Dùng tuabin tăng áp có giá đỡ - Vỏ cửa vào làm mát: Dùng tuabin tăng áp có giá đỡ ngồi b) Vỏ cửa ra: Là để đưa sản vật cháy sau qua bánh cơng tác ngồi Đường khí thải ngồi trời có u cầu tương tự vỏ cửa vào: Bề mặt phải bóng, nhẵn, Vỏ cửa có loại loại làm mát không làm mát Căn vào điều kiện làm việc động lắp đầu máy xe lửa ta chọn vỏ cửa loại làm mát c) Vành miệng phun: Gồm cánh lắp hai vành vành ngồi, tạo nên đường thơng hướng trục cánh vành Cấu tạo vành miệng phun có hai loại: - Kết cấu liền: Các cánh, vành vành làm thành chi tiết liền qua cơng nghệ đúc xác công nghệ hàn Loại chế tạo đơn giản điều chỉnh tiết diện cửa hỏng cánh khơng thể thay - Kết cấu lắp: Các cánh, vành vành vành làm thành chi tiết rời dùng công nghệ lắp mộng công nghệ tán lắp thành vành miệng phun hồn chỉnh Loại kết cấu lắp thay đổi tiết diện cửa 60 miệng phun phạm vi rộng thay đổi có cánh bị hỏng nên ta dùng vành miệng phun loại kết cấu lắp Tuy nhiên loại có nhược điểm cơng nghệ chế tạo lắp ghép phức tạp giá thành cao d) Bánh cơng tác: Có hai loại Hình 5.12: Cách lắp ghép cánh đĩa bánh công tác a) Loại liền; b) Loại lắp ghép; 1-Cánh; 2-Đĩa; 3-Chốt khóa - Bánh cơng tác loại liền: Cánh đĩa bánh công tác hàn cứng với Loại có ưu điểm dễ chế tạo có có chi tiết bị hỏng khơng thay sử dụng - Bánh công tác tác loại lắp ghép: Dùng công nghệ ghép mộng để lắp cánh để lắp cánh vào bánh cơng tác khóa mộng khóa Loại sử dụng mà có hư hỏng chi tiết thay nên ta sử dụng để lắp hệ thống tăng áp động Tuy nhiên có nhược điểm cơng nghệ chế tạo lắp ghép phức tạp e) Trục quay: Có hai loại - Loại liền: Có thể hàn trực tiếp rèn thành khối gia công - Loại lắp ghép: Được ghép thông qua mối ghép then hoa Loại sử dụng rộng rãi thực tế g) Đặc tính tuabin Đường đặc tính tuabin biểu diễn quan hệ lưu lượng khối lượng khí xả với tỉ số giãn nở số vịng quay khác rơ to tuabin Dịng chảy qua tuabin tuân theo quy luật sau: 61 - Nếu áp suất đầu vào không đổi, lưu lượng khối lượng tăng nhiệt độ giảm - Năng lượng chứa đơn vị khối lượng khí hàm số nhiệt độ áp suất - Tốc độ tuabin hàm số tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến dịng khí) Với lượng thể tích cho trước, tiết diện vào phân phối nhỏ tốc độ chuyển động theo lớn Hình 5.13: Dạng đường đặc tính tuabin T g -nhiệt độ khí xả; δ = pg p0 -tỷ số giãn nở khí xả cánh tuabin; m g - lưu lượng khối lượng khí xả;η T -hiệu suất đoạn nhiệt tuabin Trên hình 29 đặc tính tuabin tăng áp động cơ, đố để thấy rõ nhân tố đặc trưng dòng chảy đến q trình làm việc tuabin, trục hồnh biểu diễn đại lượng mg nT pg nhằm loại trừ ảnh hưởng áp suất tốc độ 62 vòng quay đến đặc tính tuabin ứng với số vịng quay biểu diễn qua đại lượng nT Tg Nếu lưu lượng khối lượng khí xả khơng đổi mà nhiệt dộ giảm lưu lượng thể tích giảm áp suất khí xả giảm làm cho tỷ số giản nở giảm theo.Trong trường hợp điểm làm việc tuabin A, B, C, D Khác máy nén, tuabin không tồn vùng làm việc không ổn định tuabin áp suất giảm dần theo phương chuyển động dịng khí nên tách dịng khơng thể xuất Hình dạng đường đặc tính tuabin hồn tồn khác với hình dạng phẳng nằm ngang máy nén, việc phối hợp tuabin máy nén vấn đề không đơn giản Để đảm bảo làm việc ổn định, tức đảm bảo làm việc hài hoà mặt lý thuyết người ta phải thay đổi tiết diện vào tuabin Đây giải pháp phức tạp mặt kết cấu điều khiển Đặc tính tuabin cho thấy m g hàm số độ giản nở nên tốc độ tuabin n T tăng áp suất đầu giảm-tức tăng độ cao làm việc thiết bị (cột áp làm việc) mật độ khơng khí giảm (khối lượng riêng khơng khí giảm) nên m g giảm theo Vì nhân tố ảnh hưởng đến m g tăng áp tuabin-máy nén tăng độ cao phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ 63 VI MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP 6.1 XÁC ĐINH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC 6.1.1 Động khó tăng tốc, giảm công suất tiêu hao nhiên liệu lớn 6.1.1.1 Nguyên nhân: - Áp suất tăng áp thấp - Tắc hệ thống nạp khí - Rị rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống thải - Rị rỉ hệ thống thải - Sai lệch điều kiện vận hành TB- MN 6.1.1.2 Khắc phục - Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp Nếu áp suất tăng áp khơng đạt giá trị u cầu chuyển sang thực bước Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào loại động - Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, tượng lọt khí bích nối đường nạp vào máy nén MN với động cơ, đóng cặn đường nạp, - Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối động đường thải, đường thải với TB với bình ổn áp …, kiểm tra tượng tắc đường ống thải - Kiểm tra quay cánh MN: Nếu cánh MN khơng quay khó quay tháo cụm TB- MN kiểm tra độ rơ dọc trục khe hở hướng kính bánh cánh MN Cách kiểm tra sau: Đưa đầu đo đồng hồ vào lỗ vỏ tuabin cho tiếp xúc với đầu trục Dịch chuyển trục theo phương dọc đo độ rơ dọc trục Từ lỗ đầu ra, đưa đầu đo đồng hồ đo qua lỗ ống cách ổ đỡ để đầu đo tiếp xúc với tâm trục tuabin Dịch chuyển trục lên xuống, đo độ rơ hướng kính Q trình đo tiến hành dẫn nhà chế tạo Nếu giá trị đo không đảm bảo định phải thay cụm TB- MN 64 6.1.2 Có tiếng ồn bất thường 6.1.2.1 Nguyên nhân - Có tượng chi tiết lắp ghép với cụm TB- MN với thân nó, ống xả bị rị rung động - Sai lệch điều kiện vận hành TB- MN 6.1.2.2 Khắc phục - Kiểm tra bulông ghép cụm TB- MN, bulông Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt khơng hay bị biến dạng khơng, từ có biện pháp sửa chữa thay cần - Kiểm tra bích nối hệ thống nạp, thải với động với cụm TB- MN Siết chặt lại bulông thay tùy thuộc vào tình hình cụ thể Kiểm tra biến dạng ống xả - Kiểm tra khe hở dọc trục hướng tâm bánh cánh MN, kiểm tra trục TB- MN ổ đỡ - Kiểm tra xem có vật lạ rơi vào hệ thống khơng 6.2 Phân tích hư hỏng hệ thông tăng áp 6.2.1 Thiếu dầu bôi trơn - Việc thiếu dầu có ảnh hưởng lớn tới làm việc bình thường ổ trục, quay rơto, đệm làm kín, chí làm gãy trục gây cố lớn - Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt độ ổ trục (60- 90)0C thiếu dầu lên tới 4000C Điều dẫn đến cháy dầu, biến dạng trục, tróc dính vật liệu ổ lên trục dẫn đến va đập cánh rôto lên vỏ 6.2.2 Vật lạ rơi vào TB - Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN hậu khó lường Có thể gây gãy, vỡ cánh MN, TB gây hao mòn nhanh bề mặt ma sát 6.2.3 Dầu bẩn - Dầu bôi trơn cụm TB- MN thường lấy từ động sau lọc Nếu dầu bẩn dẫn tới chất lượng bơi trơn khơng đảm bảo, làm 65 tắc đường ống dẫn dầu gây tượng thiếu dầu làm cào xước, bào mòn bề mặt ma sát - Dầu bẩn lọc khơng tốt, tượng cháy dầu dẫn đến pha trộn dầu với lượng muội dầu cháy tích tụ cặn dầu vị trí khó lưu thơng dầu hệ thống 6.3 Phương pháp tháo lắp kiểm tra hệ thống tăng áp động 6.3.1 Kiểm tra hệ thống nạp khơng khí - Kiểm tra rị rỉ hay tắc kẹt đường ống nối lọc khí đường nạp, đường nạp với cụm TB- MN cụm TB- MN với đường ống nối với động hư hỏng hệ thống cần khắc phục tương xứng sau: + Tắc lọc khí: Làm thay + Vỏ bị hư hỏng biến dạng: Sửa chữa thay + Rò ri đầu nối: Kiểm tra đầu nối sửa chữa + Nứt vỡ phụ kiện: Sửa chữa thay 6.3.2 Kiểm tra hệ thống thải - Kiểm tra rò rỉ hay tắc kẹt đường ống nối động với đầu vào cụm TB- MN đầu cụm với đường thải + Biến dạng phụ kiện: Sửa chữa thay + Vật lạ rơi vào rãnh: Vệ sinh + Lọc dầu: Sửa chữa thay + Nứt vỡ phụ kiện: Thay 6.4 Các ý sử dụng hệ thống tăng áp Để đảm bảo cho hệ thống tăng áp làm việc tin cậy nâng cao tuổi thọ turbo ta cần ý đến vấn đề sau: - Không dừng động sau ôtô vận hành tốc độ cao, tải lớn leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu động bị cắt dẫn tới thiếu cung cấp cho bề mặt ma sát hệ thống tăng áp vốn làm việc tốc độ cao Hiện tượng gây cháy TB gây hư hỏng nặng cho cụm TBMN Do đó, cần phải có thời gian chạy khơng tải động khoảng (20-120)s 66 trước dừng động Thời gian chạy không tải dài hay ngắn tùy thuộc vào mức độ hoạt động động trước định dừng - Tránh tăng tốc đột ngột sau động khởi động lạnh - Động phải vận hành điều kiện có lọc khí, tránh trường hợp vật lạ rơi vào hệ thống - Nếu cụm TB- MN có cố cần phải thay trước tiên cần phải kiểm tra nguyên nhân gây hư hỏng theo bước sau tháo bỏ phần cần: + Mức dầu chất lượng dầu động Điều kiện vận hành trước động Đường dầu dẫn tới cụm TB- MN + Việc kiểm tra cần thiết để tránh cố sau sửa chữa thay cụm TB- MN - Tuân thủ đầy đủ dẫn tháo lắp cụm TB- MN Không đánh rơi, va đập chi tiết sau tháo vào vật cứng Không di chuyển chi tiết cách cầm vào phận dễ bị biến dạng - Trước di chuyển TB- MN cần phải che kín đường nạp, đường thải phễu kiểm tra dầu để tránh xâm nhập bụi bẩn vật lạ - Nếu thay TB- MN cần phải kiểm tra tích tụ cặn bẩn đường ống dẫn dầu Nếu cần thiết, thay đường ống - Khi tháo cụm TB- MN cần tháo tồn đệm bị dính chặt vào bích ống dẫn dầu bích nối khác TB- MN - Nếu thay bulông đai ốc thực có bulông, đai ốc theo định để đảm bảo không bị đứt biến dạng - Nếu thay TB- MN, cầm đổ (20- 50)cc dầu vào phễu đổ dầu TBMN quay cánh nén tay để đưa dầu tới ổ trục - Nếu đại tu thay động cơ, sau lắp, cắt cung cấp nhiên liệu quay tay động vòng 30s để phân phối dầu đến khắp nơi động cơ, sau cho động chạy khơng tải khoảng 60s 67 KẾT LUẬN Sau 16 tuần miệt mài tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp tăng áp động đốt trong, đồng thời thiết kế phận hệ thống tăng áp đến đồ án em hồn thành Qua q trình tìm hiểu nghiên cứu để thực đồ án, kiến thức thực tế kiến thức em nâng cao Em hiểu sâu sắc hệ thống tăng áp động đốt trong, đặc biệt hệ thông tăng áp động 7M-GTE Biết kết cấu nhiều điều mẻ từ thực tế Em học tập nhiều kinh nghiệm công tác bảo dưỡng sửa chữa hệ thống tăng áp động đốt nói chung, khái quát kiến thức chuyên ngành cốt lõi Để hoàn thành đồ án trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy cô khoa Cơ điện Công trình, Trường đại học Lâm Nghiệp, hướng dẫn bảo em từ kiến thức sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy LÊ THÁI HÀ tận tình bảo giúp đỡ hướng dẫn em suốt trình thực đồ án Tuy nhiên, thời gian có hạn, kiến thức tài liệu tham khảo nhiều hạn chế thiếu kinh nghiệm thực tiễn đồ án không tránh khỏi sai sót mong thầy quan tâm góp ý 68 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn “Tăng áp Động Cơ Đốt Trong” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2005 [2] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong” Nhà xuất Giáo dục, 2000 [3] Lê Viết Lượng “Lý Thuyết Động Cơ Đốt Trong” Nhà xuất Giáo dục, 2000 [4] Turbocharging Giáo sư Professor Naser Sayma Trường đại học Sussex, Vương quốc anh [5] Khai thác động 7M-GTE xe Toyota Supra https://khotrithucso.com 69