thuyết minh đồ án thiết kế máy tàu tính toán thiết kế động cơ d66 0320

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG - THUYẾT MINH ĐỒ ÁN THIẾT KẾ MÁY TÀU GVHD : Ths Dương Đình Nghĩa SVTH : Nguyễn Thị Trang MSSV : 103180229 LỚP : 18KTTT NHÓM : 18.20A Đà Nẵng, tháng 08 năm 2021 Tính tốn thiết kế động (D66-0320) Mục lục CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1.1.Các thơng số tính 1.2 Đồ thị công 1.2.1Các thông số xây dựng đồ thị 1.2.1.2 Xây dựng đường nén 1.2.1.3 Xây dựng đường giãn nở 1.2.1.4 Biểu diễn thông số 1.2.2.Cách vẽ đồ thị 1.3 Đồ thị BRICK 11 1.3.1 Phương pháp 11 1.3.2.Đồ thị chuyển vị 12 1.4 Xây dựng đồ thị vận tốc V(α) 14 1.4.1.Phương pháp 14 1.4.2.Đồ thị vận tốc V(α) 16 1.5 Đồ thị gia tốc 17 1.5.1 Phương pháp 17 1.5.2 Đồ thị gia tốc j = f(x) 18 1.6 Vẽ đồ thi lực quán tính 20 1.6.1 Phương pháp 20 1.6.2 Đồ thị lực quán tính 20 1.7 Đồ thị khai triển: PKT, PJ, P1 – α 22 Tính tốn thiết kế động (D66-0320) 1.7.1 Vẽ đồ thị Pkt – α 22 1.7.2 Vẽ đồ thị Pj – α 23 1.7.3 Vẽ đồ thị P1 – α 23 1.7.4 Đồ thị khai triển Pkt, Pj, P1 – α 23 1.8 Xây dựng đồ thị T, Z, N – α 28 1.8.1 Sơ đồ lực tác dụng lên cấu trục khủy truyền 28 1.8.2 Xây dựng đồ thị T, N, Z - α 28 1.9.Đồ thị ∑T – α 39 1.10 Đồ thị phụ tải tác dụng lên chốt khuỷu 45 1.11 Đồ thị khai triển Q(α) 49 1.12 Đồ thị phụ tải tác dụng lên đầu to truyền 52 1.13.Đồ thị mài mòn chốt khuỷu 55 PHẦN - PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM ĐỘNG CƠ CHỌN THAM KHẢO ( WARTSILA 46F ) : 64 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ WARTSILA 46F: 64 2.1.Piston, truyền : 67 2.1.1.Piston 69 2.1.2 Thanh truyền 71 2.2.Trục khuỷu , trục cam, bánh van bánh đa 72 2.3 Trục Khủy động : 72 2.4.Trục cam bánh van : 73 2.5.Bánh đà : 74 2.6.Hệ thống làm mát : 75 2.7.Hệ thống dầu bôi trơn : 76 Tính tốn thiết kế động (D66-0320) 2.8.Hệ thống nhiên liệu: 78 2.9.Hệ thống tăng áp : 79 2.10.Cơ cấu phân phối khí: 80 PHẦN 3: PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ 75 3.1 Xupap Error! Bookmark not defined 3.2 Ống dẫn hướng xupap: Error! Bookmark not defined 3.3 Lò xo xupap: Error! Bookmark not defined 3.4 Trục cam 86 3.5 Con đội 86 3.6 Nguyên lý làm việc cấu phân phối khí : 87 Tính tốn thiết kế động (D66-0320) LỜI NÓI ĐẦU Động đốt ngày phát triển mạnh, giữ vai trò quan trọng nhiều nghành kinh tế quốc dân nông nghiệp, giao thông vận tải đường bộ, đường sắt,đường biển, đường không nhiều nghành công nghiệp khác Sản lượng động đốt ngày giới đạt mức triệu khả tăng cao Tuy nhiên, đường phát triển lên nghành động đốt nói chung nghành cơng nghiệp đóng tàu nói riêng nước khác Tuỳ thuộc chủ yếu vào nguồn lực nghành khí mức độ cơng nghiệp hố nước Để thuận lợi cho việc nghiên cứu người ta chia động đốt thành nhiều phần ,nhiều hệ thống.Trong có phần cấu phân phối khí quan trọng Việc khảo sát hệ thống động giúp cho sinh viên hiểu thêm kiến thức học Do việc khảo sát nguyên hoạt động, điều kiện làm việc cấu phân phối giúp sinh viên hiểu vấn đề Được giúp đỡ tận tình thầy Dương Đình Nghĩa em hồn thành xong đồ án Nhưng lần đầu bắt tay vào làm đồ án chuyên nghành nên khơng thể tránh khỏi sai sót em kính mong thầy cô khoa bảo thêm Em xin chân thành cảm ơn giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn thầy Dương Đình Nghĩa thầy khoa Đà Nẵng, ngày tháng năm 2021 Sinh viên Nguyễn Thị Trang Tính tốn thiết kế động (D46-0321) CHƯƠNG 1: TÍNH TỐN XÂY DỰNG BẢN VẼ ĐỒ THỊ 1.1.Các thơng số tính THƠNG SỐ KỸ THUẬT KÝ HIỆU GIÁ TRỊ DIESEL Nhiên liệu i/ Số xy lanh / Số kỳ 6/4 In-line Cách bố trí 1-3-5-6-4-2 Thứ tự làm việc Tỷ số nén  15 Đường kính (mm) D 460 Hành trình piston S 580 Cơng suất cực đại (kW) Ne 7860 Số vòng quay (vg/ph) n 655 Tham số kết cấu λ 0.25 Áp suất cực đại (MN/M2) pz 8.2 Khối lượng nhóm piston (kg) mpt 99.7 Khối lượng nhóm truyền (kg) mtt 116.3 Góc đánh lửa sớm (độ) s 27 Góc phân phối khí (độ) α1 47 α2 53 α3 42 α4 10 SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế động (D46-0321) Hệ thống nhiên liệu Bocsh PE inline pump Hệ thống bôi trơn Cưỡng cácte ướt Hệ thống làm mát Hai vịng (vịng ngồi: nước biển) Hệ thống nạp Turbo Charger Intercooler Hệ thống phân phối khí 24 Valve, OHV Các thơng số cần tính tốn Xác định tốc độ trung bình động cơ: 𝐶𝑚 = 𝑆.𝑛 30 = 580.10−3 655 30 = 12,66(𝑚/𝑠) [1] Trong đó: S=2R [m]: Hành trình dịch chuyển piston xilanh n [vòng/phút]: Tốc độ quay động Do Cm > m/s nên động động tốc độ cao hay động cao tốc + Chọn trước: n1 = 1,35 [2] n2 = 1,26 [2] + Áp suất khí cuối kỳ nạp: “pa” Chọn áp suất đường nạp (tăng áp tuabin khí): pk = 0,15 [MN/m2] [2] Đối với động bốn kỳ tăng áp ta chọn: pa = (0,9 - 0,96)pk [2] Vậy chọn: pa = 0,95.pk = 0,1425 [MN/m2] + Áp suất cuối kì nén: pc = pa.εn1 = 0,1425.151,35= 5,51 [MN/m2] [2] + Chọn tỷ số giãn nở sớm(động diesel): ρ = 1,5 + Áp suất cuối trình giãn nở sớm: 𝑝𝑏 = 𝑝𝑧 𝛿1𝑛2 = 𝑝𝑧 𝜀 𝑛2 ( ) 𝜌 = 8,2 15 1,26 ( ) 1,5 = 0,450 [ 𝑀𝑁 𝑚2 ] [2] + Thể tích cơng tác:Vh SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa Tính toán thiết kế động (D46-0321) 𝑉ℎ = S π.D2 = 5.8.𝜋.4.62 = 96,39 [𝑑𝑚2 ] [2] + Thể tích buồng cháy: Vc 𝑉𝑐 = 𝑉ℎ = −1 93.39 15−1 = 6,89[𝑑𝑚3 ] [2] + Vận tốc góc trục khuỷu:  = .𝑛 30 = .655 30 = 68,59 [𝑟𝑎𝑑⁄𝑠] + Áp suất khí sót (động cao tốc) : Vì hầu hết động thải qua bình tiêu âm nên pth = (0.9-1.0)pk Chọn 0.95 o Áp suất trước tuabin: pth = 1pk =1.0,15 = 0,15[MN/m2] [2] o Áp suất khí sót (chọn): pr = 1.05pth = 1,05 0,15= 0,16 [MN/m2] [2] 1.2 Đồ thị công 1.2.1Các thông số xây dựng đồ thị 1.2.1.1 Các thông số cho trước + Áp suất cực đại: pz = 8,2 [MN/m2] + Góc phun sớm: φs = 27o + Góc phân phối khí: α1 = 47o α2 = 35o α3 = 45o α4 = 28o SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế động (D46-0321) 1.2.1.2 Xây dựng đường nén Gọi Pnx, Vnx áp suất thể tích biến thiên theo trình nén động Vì trình nén trình đa biến nên: 𝑛 𝑃𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥1 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑛 [2] 𝑛1 =>𝑃𝑛𝑥 𝑉𝑛𝑥1 = 𝑃𝑐 𝑉𝑐 =>𝑃𝑛𝑥 = 𝑃𝑐 ( Đặt 𝑖 = 𝑉𝑛𝑥 𝑉𝑐 , ta có: 𝑃𝑛𝑥 = 𝑉𝑐 𝑛 ) 𝑉𝑛𝑥 𝑃𝑐 𝑖 𝑛1 Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh thành  khoảng, i = 1, 2, 3,… 1.2.1.3 Xây dựng đường giãn nở Gọi Pgnx, Vgnx áp suất thể tích biến thiên theo trình giãn nở động Vì trình giãn nở q trình đa biến nên ta có: 𝑛 𝑃𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 𝑛 [2] 𝑛2 =>𝑃𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑔𝑛𝑥 = 𝑃𝑧 𝑉𝑧 =>𝑃𝑔𝑛𝑥 = 𝑃𝑧 ( Ta có: Vz = .Vc Đặt 𝑖 = 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑉𝑐 =>𝑃𝑔𝑛𝑥 = , ta có: 𝑃𝑔𝑛𝑥 = 𝑉𝑧 𝑉𝑔𝑛𝑥 )𝑛 𝑃𝑧 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛 ( ) 𝑉𝑧 = 𝑃𝑧 𝑉𝑔𝑛𝑥 𝑛 ( ) .𝑉𝑐 𝑃𝑧 𝑛2 𝑖 𝑛21 Để dễ vẽ ta tiến hành chia Vh « thể tích cơng tác » thành  khoảng, i = 1, 2, 3,… SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa Tính tốn thiết kế động (D46-0321) - Thông thường sau chế tạo, bánh đà trục khuỷu lắp ghép với cân động Giữa trục khuỷu bánh đà có kết cấu định vị để đảm bảo vị trí tương quan không thay đổi 2.6 Hệ thống làm mát Hệ thống làm mát nước chia thành hệ thống làm mát nhiệt độ cao nhiệt độ thấp Hệ thống nước làm mát nhiệt độ cao hoạt động liên tục mức nhiệt độ cao để làm cho dao động nhiệt độ thành phần xi lanh nhỏ tốt ngăn ngừa ăn mòn làm mát Để thu hồi nhiệt tối đa, làm mát khơng khí nạp chia thành phần nhiệt độ cao thấp Máy bơm điều khiển động cung cấp tùy chọn cho ứng dụng hàng hải Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống làm mát động wartsila 46F 2.7 Hệ thống dầu bơi trơn : Động có sẵn với tích hợp hồn chỉnh hệ thống dầu bơi trơn với bơm dầu bôi trơn, lọc dầu bôi trơn làm mát dầu bôi trơn SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 70 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) lắp đặt riêng buồng máy Bể chứa dầu thuộc loại khô, tức dầu hệ thống riêng biệt bể chứa cần thiết Hệ thống dầu bơi trơn tích hợp bao gồm: -Bơm dầu bơi trơn điều khiển động (loại trục vít) với van an tồn tích hợp -Van điều chỉnh áp suất giữ áp suất trước ổ trục mức không đổi -Mô-đun dầu bôi trơn bao gồm làm mát dầu bôi trơn, đầy đủ lọc tự động dòng chảy van điều nhiệt -Bộ lọc chạy đặc biệt trước ổ trục chính, đường trục cam tăng áp -Bộ lọc ly tâm cho báo chất lượng dầu bôi trơn -Trên động nội tuyến, mô-đun dầu bôi trơn nằm đầu đối diện với tăng áp -Việc lọc dầu bôi trơn dựa chế tự động lọc xả ngược Điều yêu cầu tối thiểu bảo trì không cần hộp mực lọc dùng lần -Kết nối cho phụ trợ dự phòng SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 71 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) Hình 2.9: Sơ đồ hệ thống bơi trơn động wartsila 46F Nguyên lý làm việc: -Dầu nhờn chứa cácte bơm dầu hút qua phao lọc từ đáy máy đưa tới bầu lọc, tạp chất lọc sạch, sau dầu vào đường dầu thân máy đến bơi trơn ổ trục trục khuỷu Một phần dầu từ ổ đỡ chảy qua lổ dầu khoan bên trục khuỷu đến ổ đỡ truyền Phần dầu tiếp tục chảy qua khe dầu truyền, sau phun vào phận truyền động, bôi trơn piston, xilanh Đồng thời từ đường dầu , dầu cịn theo rảnh dầu đến bơi trơn ổ đỡ trục cam theo rảnh dầu bôi trơn chi tiết truyền động xupáp Sau thực vịng tuần hồn dầu rơi trở cácte 2.2.5 Hệ thống phun nhiên liệu : SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 72 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) Hình 2.9: Hình ảnh hệ thống nhiên liệu động wartsila 46F Các đường ống hệ thống nhiên liệu phận đặt Hộp nóng mang lại an toàn tối đa nhiệt độ trước gia nhiệt cao Các ống dẫn nhiên liệu bên Hộp nóng che chắn cẩn thận Hệ thống thiết kế để tạo xung áp suất tối thiểu Nhiên liệu rò rỉ từ đường ống, van phun máy bơm thu gom hệ thống đường ống kín, giúp Hộp nóng động ln khơ 2.2.6 Hệ thống tăng áp SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 73 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) Hình 2.10: Hệ thống tăng áp Wärtsilä 46 cung cấp hệ thống Spex (Ống xả đơn) tăng áp hiệu suất cao Hệ thống tăng áp Spex hệ thống khí xả kết hợp ưu điểm nạp xung áp suất không đổi So với hệ thống áp suất không đổi, hiệu ứng phun xung khí mang lại hiệu suất tuabin tốt tải phần Hệ thống Spex thực tế khơng bị nhiễu Điều có nghĩa sai lệch nhỏ việc thu gom xi lanh nhiệt độ khí thải đồng 2.2.6 Hệ thống phân phối khí SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 74 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) Trong trình làm việc mặt nấm xupap chịu tác động phụ tải động phụ tải nhiệt lớn , đặc biệt xupap tải thường dễ bị nóng bị dịng khí ăn mịn Vật liệu để làm xupap thường dùng loại thép hợp kim 40X 40XH Đối với động wartsila 46F có lớp mạ crom thân xupap đĩa xupap bọc thép phủ đá Hình 2.11: Xupap Cơ cấu phân phối khí SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 75 Tính toán thiết kế động (D46-0321) Cơ cấu phân phối khí thân máy động wartsila 46F gồm chi tiết : - Trục cam, đội, đũa đẩy, cị mổ, xupap, ống hẫn hướng xupap, … Hình 2.15: Mặt cát hình chiếu cạnh cấu phân phối khí Nguyên lý làm việc : Khi động làm việc trục khuỷu dẫn động trục cam quay , vấu cam tác động vào đội, đũa đẩy lên tác động vào cò mổ làm cò mổ quay đẩy xupap xuống thực trình nạp thải khí Lúc lị xị xupap bị nén lại Khi cam tiếp tục quay qua ví trí tác động lị xo xupap đóng kín lại vào bệ đỡ , cị mổ, đội trở ví trí ba đầu , xupap đóng Kích thước xupap nạp : SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 76 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) Kích thước xupap xả : - Đế xupap : : SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 77 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) PHẦN - PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ : Cơ cấu phân phối khí có nhiệm vụ điều khiển q trình trao đổi khí xilanh u cầu cấu phân phối khí phải thải nạp đầy Người ta phân phối khí thành lại sau : -Cơ cấu phân phối khí dùng cam xupap dùng phổ biến động đốt có kết cấu đơn giản , điều chỉnh dễ dàng - Cơ cấu phân phối khí dùng van trượt có ưu điểm tiết diện thơng qua lớn khó chế tạo 3.1 - Xupap: Theo kết cấu người ta chia xupap thành phần : nấm, thân, đuôi - Nấm xupap : phần quan trọng nấm bề mặt làm việc với góc vát anpha Góc anpha nhỏ , tiết diện thơng qua xupap lớn dịng khí bị SVTH: Nguyễn Thị Trang GVHD:Dương Đình Nghĩa 78 Tính tốn thiết kế động (D46-0321) ngoặt làm tăng sức cản lưu động dịng khí mặt khác chiều dày nấm mỏng ảnh hưởng đến sức bền nấm hầu hết xupap thải thường có anpha 45 cịn xupap nạp thơng thương 30< anpha