Báo cáo bài tập lớn thiết bị năng lượng tàu thủy 1 tìm hiểu về Động cơ hãng, loại, kích thước, thông số chủ yếu của Động cơ

Nhưng khi so sánh về công suất một xilanh cả hai đều như nhau MAN B&W MAN B&W K80ME-C9.2-TII Giải thích kí kiệu động cơ: Bảng giải thích các kí tự tên của động cơ K: Động cơ có hành trìn

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA TP.HCM



BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN THIẾT BỊ NĂNG LƯỢNG TÀU THỦY 1

Họ và tên: Trần Phẩm Lương MSSV: 2013723

Lớp: L01 STT: 17 Động cơ mẫu: MAN B&W K80ME-C9.2-TII

Thành phố Hồ Chí Minh – 2022

2

Mục lục

Bài số 1 3

1 Tìm hiểu về động cơ: hãng, loại, kích thước, thông số chủ yếu của động cơ. 3 2 Mô tả động cơ: sơ đồ cấu tạo, nguyên lý hoạt động, đồ thị công chỉ thị, pha phối khí 8

3 Tìm hiểu thêm những khác biệt của động cơ được nhận theo đề bài với các động cơ cùng loại khác: 12

Bài số 2 13

1 Tính toán chu trình công tác 13

Quá trình nạp 13

Quá trình nén 14

Quá trình cháy 15

Quá trình giãn nở 16

2 Vẽ đồ thị công chỉ thị 17

3 So sánh kết quả tính toán và theo đồ thị: 19

Tài liệu tham khảo 21

SE, một trong những nhà cung cấp xe thương mại lớn nhất thế giới

Lịch sử hình thành và phát triển

Tập đoàn MAN SE được thành lập vào năm 1898 từ sự sáp nhập của hai công ty Maschinenbau-AG Nürnberg và Maschinenfabrik Augsburg AG, với tên gọi ban đầu là Vereinigte Maschinenfabrik Augsburg und Maschinenbaugesellschaft Nürnberg A.G.,

4

Augsburg (United Machine Works Augsburg and Nuremberg Ltd) Đến năm 1908, công ty được đổi tên thành Maschinenfabrik Augsburg Nürnberg AG, gọi tắt là MAN

Cơ khí kỹ thuật là lĩnh vực hoạt động chính của công ty trong thời gian đầu và dưới sự điều hành của Heinrich von Buz, MAN đã phát triển từ một cơ sở kinh doanh tầm trung đến doanh nghiệp lớn ở thời điểm năm 1913 Thành công sớm của MAN chủ yếu dựa trên sự cách tân về công nghệ, kỹ thuật Năm 1921, MAN được mua lại bởi Gutehoffnungshütte Actienverein für Bergbau und Hüttenbetrieb (GHH)

Do tác động của khủng hoảng kinh tế và Chiến tranh thế giới thứ hai, tình hình kinh doanh của công ty gặp nhiều khó khăn và phải chuyển sang sản xuất các phương tiện phục vụ chiến tranh như động cơ diesel cho tàu ngầm, thiết giáp, pháo, đầu đạn, linh kiện súng

Sau Chiến tranh thế giới thứ hai, quân đội Đồng minh tiến hành giải thể Tập đoàn GHH

và không cho phép công ty sản xuất tích hợp sắt, thép, khai mỏ Do đó, GHH và MAN chuyển hướng sang phát triển lĩnh vực cơ khí, xây dựng nhà máy, sản xuất xe thương mại và máy in Quá trình chuyển đổi này dẫn đến nhiều thương vụ mua bán và sáp nhập như vụ chuyển nhượng cổ phiếu của hãng đóng tàu Deutsche Werft năm 1966/1967 Năm 1971, công ty mua lại phân nhánh sản xuất xe tải và xe bus Büssing; sau đó là công ty sản xuất máy in Faber&Schleicher năm 1979

Năm 1986, công ty tiến hành tái cấu trúc và trở thành một tập đoàn độc lập về kinh tế, trụ sở chính được dời từ Oberhausen về Munich và đổi tên thành MAN AG

Năm 2006, MAN AG ký kết thỏa thuận liên minh theo tỉ lệ 50:50 với công ty ô tô Ấn

Độ Force Motors nhằm sản xuất xe tải và xe bus cho thị trường nội địa cũng như quốc

tế Theo đó, MAN AG đã cho xây dựng một nhà máy sản xuất xe tải tại Pithampur, Madhya Pradesh và tung ra thị trường mẫu xe tải đầu tiên vào năm 2007 Cuối năm

2011, MAN mua lại cổ phiếu từ đối tác Ấn Độ và công ty trên trở thành công ty con của MAN

Tháng 7/2011, Tập đoàn Volkswagen AG mua lại 55,9% cổ phiếu và 53,7% vốn cổ phần của MAN SE Volkswagen AG dự định sáp nhập MAN và Scania để thành lập nên công ty sản xuất xe tải lớn nhất châu Âu

Do tìm không thấy động cơ MAN B&W K90 ME-C9 nên em xin được dùng động cơ MAN B&W K80ME-C9.2-TII để thay thế Sự khác nhau giữa hai động cơ nằm ở đường kính xy lanh Nhưng khi so sánh về công suất một xilanh cả hai đều như nhau

MAN B&W MAN B&W K80ME-C9.2-TII

Giải thích kí kiệu động cơ:

Bảng giải thích các kí tự tên của động cơ

K: Động cơ có hành trình piston ngắn

Đường kính piston là 80cm

ME: Điều khiển trao đổi khí bằng trục cam kết hợp điện tử

6

C: Compact engine Động cơ nhỏ gọn

9: Mark number Số hiệu

2: Version number Phiên bản số

TII: IMO Tier level Được chỉ định dành cho các thông số thiết kế và hiệu suất đã được nâng cấp và tối ưu hóa để tuân thủ với Tổ chức Hàng hải Quốc tế (IMO), quy định phát thải Tier II

S – Super long Stroke (3.8)

G – Ultra long stroke (4.7)

Nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ:

Trong động cơ hai kỳ việc làm sạch sản vật cháy và nạp môi chất mới vào trong xilanh, nghĩa là quá trình trao đổi khí, được thực hiện trong thời kỳ khi piston ở vị trí gần với ĐCD, khi cơ cấu trao đổi khí mở Ở động cơ hai kỳ, việc thải sạch khí xả khỏi xilanh không phải bằng piston như động cơ bốn kỳ, mà bằng không khí (diesel) hoặc hỗn hợp nhiên liệu không khí (động cơ xăng và nhiên liệu khí) đã được nén tới 1 áp suất xác định Không khí hoặc hỗn hợp nhiên liệu không khí được nén trước nhờ một bơm quét khí hoặc máy nén tăng áp riêng Trong quá trình thay đổi khí trong động cơ hai kỳ không tránh khỏi một phần môi chất nạp mới bị lẫn với khí xả đi ra ngoài xilanh qua cơ cấu

xả của động cơ Vì vậy, bơm quét khí hoặc máy tăng áp của động cơ cần phải được tính đến tổn hao khí quét này

Khí thải trong xilanh được thoát ra ngoài qua cửa xả hoặc xupap xả (số lượng xupap xả

có thể từ 1 dến 4) Khí nạp mới vào trong xilanh trên các động cơ diesel hiện nay chỉ thực hiện qua cửa Các cửa quét và cửa thải được bố trí ở phần dưới của xilanh công tác, nếu xả khí bằng xupap thì các xupap xả được đặt ở trên nắp xilanh

Kỳ 1 - nén: Tương ứng với hành trình piston di chuyển từ ĐCD đến ĐCT Trong xi lanh thực hiện quá trình quét và xả khí của chu trình trước Đầu kì 1, tiếp tục quá trình quét

và hút môi chất mới vào trong xi lanh (đường m-c trên đồ thị công) Không khí từ áp suất p0 được máy nén nén đến áp suất Ps để thực hiện quá trình quét và nạp khí mới Thời điểm đóng kín cửa quét và cửa xả sẽ quyết định thời điểm kết thúc quá trình thay đổi môi chất Cửa quét có thể đóng đồng thời hoặc muộn hơn so với cửa xả Áp suất môi chất cuối quá trình phụ thuộc vào áp suất Ps và thường lớn hơn áp suất khí quyển Quá trình nén bắt đầu khi kết thúc quá trình thải và quét khí Trước khi piston đến ĐCT một khoảng (10-30 độ)gqtk nhiên liệu được phun vào xi lanh

Như vậy trong kỳ một, động cơ kết thúc chu trình thải của chu kì trước, quét và nạp đầy môi chất vào xilanh trong ở đầu hành trình, sau đó thực hiện chu trình nén

Kỳ 2 – cháy và giãn nở tương ứng với hành trình piston đi từ ĐCT đến ĐCD Trong xilanh thực hiện quá trình cháy và giãn nở sinh công Piston mở cửa xả trước, do chênh

áp bên trong và bên ngoài xilanh sản vật cháy bắt đầu thoát ra ngoài đường ống xả, lúc

ấy áp suất bên trong xilanh bắt đầu giảm nhanh Khi piston mở cửa quét thì áp suất bên trong xilanh xấp xỉ bằng áp suất khí quét trong không gian 1 Không khí đi vào cửa quét

và tiếp tục đẩy sản vật cháy qua cửa xả (hoặc xupap xả) ra ngoài và nạp đầy môi chất mới vào trong xilanh Quá trình này gọi là quá trình thay đổi môi chất

Như vậy ở kỳ hai, trong xilanh thực hiện quá trình cháy của nhiên liệu và tỏa nhiệt, giãn

nở môi chất, xả khí thải, thực hiện một phần việc quét và nạp đầy môi chất mới

10

Sơ đồ hoạt động của động cơ hai kỳ quét vòng qua cửa xả

Đồ thị công chỉ thị khai triển p=f(phi) của động cơ diesel hai kỳ được cho trên hình 1.8 Công có ích của động cơ được xác định bằng diện tích md’b’czbdm với trục hoành Công dương của khí công tác trong xilanh ở kỳ 2 và công âm trong kỳ 1

Pha phân phối khí có giá trị khác nhau đáng kể, phụ thuộc vào sơ đồ trao đổi khí Pha phân phối khí của động cơ quét khí qua cửa xả luôn đối xứng qua ĐCD, còn quét thẳng qua xupap có thể đối xứng hoặc không đối xứng Cửa quét thường mở từ 40-65 độ gqtk trước ĐCD, còn cửa xả từ 60-70 độ gqtk trước ĐCD Xupap xả thường mở ở góc (70-

95 độ) gqtk trước ĐCT và đóng lại ở 55-80 độ gqtk sau ĐCT

Đồ thị công chỉ thị khai triển của động cơ hai kỳ

đã đặc biệt phát triển cả phần cứng và phần mềm để có được một giải pháp tích hợp cho

hệ thống điều khiển động cơ

Bộ tăng áp nhiên liệu bao gồm một bộ phận đơn giản pít tông được cung cấp bởi một pít tông thủy lực được kích hoạt bằng áp suất dầu Áp suất dầu được kiểm soát bởi một van tỷ lệ điều khiển điện tử Van xả được mở bằng thủy lực phương tiện của bộ truyền động van xả hai giai đoạn được kích hoạt bởi dầu điều khiển từ một thiết bị điện tử van được kiểm soát Các van xả được đóng lại bởi 'lò xo không khí' Trong hệ thống thủy lực, dầu bôi trơn thông thường được sử dụng như là môi chất bôi trơn, làm mát Nó được lọc và điều áp bởi một bộ nguồn thủy lực lắp trên động cơ hoặc đặt trong buồng máy

Tất cả các động cơ ME/ME-C đều dùng khí đốt tự nhiên hoạt động như động cơ nhiên liệu kép với áp suất cao, phun khí, được chỉ định -GI (Gas Injection) Công suất, tốc độ

và hiệu suất gộp giống như đối với động cơ ME-C tương ứng

Động cơ MAN B&W ME/ME-C/ME-GI-TII được chỉ định dành cho các thông số thiết

kế và hiệu suất đã được nâng cấp và tối ưu hóa để tuân thủ với Tổ chức Hàng hải Quốc

tế (IMO), quy định phát thải Tier II

Hệ thống có thể được mở rộng thêm bằng tùy chọn hệ thống, chẳng hạn như:

• Hệ thống PMI Auto-tuning điều chỉnh quá trình đốt cháy áp lực cho hiệu suất tối ưu

• Hệ thống Giám sát Tình trạng, phiên bản CoCoS-EDS Full với giao diện AMS và các đường cong tham chiếu cho các chức năng chẩn đoán

Quá trình nạp

Mức gia nhiệt không khí nạp từ vách xi lanh ΔT ,K 10

Tổn thất áp suất trong bình làm mát không khí Δp lm 0.005

Mức giảm nhiệt độ không khí nạp do làm mát ΔT lm 135

Phần hành trình piston tổn thất để quét khíψ p 0.1

Chỉ số nén đa biến trong máy nénn k 1.7

tính Nhiệt độ không khí sau máy nén T , k

K

1

0

k k

n n k o

p T p

0.3

298 * 0.1

14

Quá trình nén

Nhiệt dung mol đẳng tích của

không khí C , kJ/(mol.K) v' 19.26+0.0025T =19.26+0.0025*960.88 21.662 Nhiệt dung mol đẳng tích của

sản vật cháy C , kJ/(mol.K) v'' 20.47+0.0036T = 20.47+ 0.0036*960.88 23.929 Nhiệt dung riêng của hỗn hợp

vc vc

a b

p T ε

Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z, ξ z 0.9

Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm bξ b 0.98

Tỷ số tăng áp suất khi cháy λ 1.12

αL

+ +

8 * 0.12 0.001 1

γ

+ + 1.0229 0.003

1 0.003

+

= +

+ + 1.023 1

1 0.003

-= + +

2.7 * 2.7

T T

b l

= 1.02*1751.3171.12 960.88

1.661

Tỷ số giãn nở sau δ

e r

= 151.661

z n

T d

z n

p

Các điểm tung độ của đường cong nén và giãn nở đa biến được tính theo công thức sau:

Đối với quá trình nén:

ở đây V V/ c= ε xlà tỉ số thể tích tại thời điểm đang xét với thể tích buồng nén, thực chất

là tỉ số nén ứng với thời điểm đang xét

Biểu đồ chỉ thị công lý thuyết của chu trình công tác trong trường hợp này là một hệ trục tọa độ vuông góc p- V V/ c không có thứ nguyên Thể tích tuyệt đối tương ứng với giá trị tương đối V V/ c, dễ dàng tìm được bằng cách nhân tỷ số V V/ c với thể tích V c

2 0.30 0.71 2.58 4.51 90.26 0.39 2.44 10.27 205.47 2.5 0.40 0.94 3.51 3.33 66.50 0.51 3.25 7.71 154.15

3 So sánh kết quả tính toán và theo đồ thị:

Bảng tính toán áp suất trung bình lý thuyết và biểu đồ

Tài liệu tham khảo

Nguyễn Thạch (2018) Giáo trình Động cơ đốt trong tàu thủy NXB Đại học Quốc gia

TP.HCM

MAN B&W K80ME-C9-TII Project Guide Electronically Controlled Two stroke

Engines Truy cập từ :

https://man es.com/applications/projectguides/2stroke/content/printed/k80mec9.pdf