Giáo trình động cơ đốt trong 2 - Chương 7 pptx

Nhiệt độ của dầu bôi trơn Như chúng ta đã biết, ngoài công dụng làm trơn các bề mặt ma sát để giảm tổn thất ma sát trong quá trình động cơ làm việc, dầu bôi trơn còn có một tác dụng khá

Chương 7

TÍNH TOÁN SỨC BỀN CÁC CHI TIẾT CỦA HỆ THỐNG BÔI TRƠN

I YÊU CẦU TRONG TÍNH TOÁN HỆ THỐNG BÔI TRƠN

I.1 Nhiệt độ của dầu bôi trơn

Như chúng ta đã biết, ngoài công dụng làm trơn các bề mặt ma sát để giảm tổn thất ma sát trong quá trình động cơ làm việc, dầu bôi trơn còn có một tác dụng khác rất quan trong là làm mát các bề mặt này (đặt biệt là ổ trục) Dầu bôi trơn tải nhiệt lượng do ma sát sinh ra khỏi các bề mặt, nhằm bảo đảm nhiệt độ làm việc bình thường cho các bề mặt ma sát

Trong quá trình tính toán để xác định nhiệt độ của dầu bôi trơn, cần phải đảm bảo những yêu cầu sau:

- Nhiệt lượng của động cơ truyền cho dầu bôi trơn phải cân bằng với nhiệt lượng do két làm mát dầu tản ra ngoài

- Chênh lệch nhiệt độ của dầu trong két làm mát thường chọn bằng chênh lệch nhiệt độ của dầu khi vào và khi ra khỏi động cơ

Nhiệt độ trung bình của dầu bôi trơn trong két thường vào khoảng (75  85)oC Nhiệt độ trung bình của không khí qua két làm mát dầu trong điều kiện làm việc nặng có thể chọn bằng 45oC

I.2 Lưu lượng dầu bôi trơn

Lượng dầu bôi trơn phụ thuộc vào số ổ trục và tổng diện tích ma sát Do dầu nhờn còn có nhiệm vụ làm mát ổ trục nên có thể xác định lượng dầu nhờn qua ổ trục bằng phương pháp tính toán nhiệt của ổ trượt Sau đó tổng hợp lại để tìm lưu lượng dầu nhờn cần cung cấp cho các mặt ma sát của động cơ

Mặc khác cũng có thể tính lưu lượng dầu nhờn theo phương pháp tính cân bằng nhiệt động cơ

Vì nhiệt lượng do dầu nhờn tải đi phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái nhiệt của ổ trục, trạng thái nhiệt và trạng thái công suất của động cơ

Theo số liệu thực nghiệm, đối với các loại động cơ đốt trong hiện nay, nhiệt lượng do dầu nhờn đem đi Qd thường chiếm khoảng 1,5  2% tổng nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong xylanh sinh

ra Vì vậy có thể xác định Qd như sau :

r

d (0,015 0,020)Q

Nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra trong một giờ Qr xác định theo phương trình sau:

e

e r

N 632 Q



 Trong đó: e – hiệu suất có ích của động cơ đốt trong

35 , 0 25 , 0



) 35 , 0 25 , 0 (

) 020 , 0 015 , 0 (





Từ đó có thể tính lưu lượng cần thiết của dầu bôi trơn cung cấp cho các mặt ma sát:

t c

Q V

d

d d





Trong đó:  – mật độ dầu nhờn;   0,85 (kg/l)

cd – tỷ nhiệt của dầu nhờn

cd = 0,5 kcal/kgoC

t = 10  15o

C Thay (7-1) vào (7-2) ta có: Vd = (7  10).Ne (l/h)

Nếu làm mát đỉnh piston: Vd = (20  25).Ne (l/h)

Để đảm bảo cung cấp đủ lượng dầu nói trên, bơm dầu thường phải cung cấp lưu lượng lớn gấp vài lần Do đó, lưu lượng Vb’ của bơm dầu có thể xác định như dưới đây:

Vb’ = (2  3,5).Vd (l/h)

- Đối với động cơ xăng:

Vb’ = (14  20).Ne (l/h)

- Đối với động cơ Diesel:

Vb’ = (20  40).Ne (l/h) Trong hệ thống bôi trơn cácte khô, lưu lượng của các bơm hút (Vhu) thường chọn lớn hơn lưu lượng của các bơm nén (Vbn):

Vhu = (2  2,5).Vbn Nếu xét đến hiệu suất của bơm, lưu lượng lý thuyết của bơm dầu xác định theo công thức sau:

b

' b b

V V



 Trong đó: b – hiệu suất cung cấp của bơm dầu

- Đối với bơm bánh răng: b = 0,7  0,8

- Đối với bơm phiến trượt: b = 0,8  0,9

Căn cứ vào các thông số kích thước của bánh răng bơm dầu, có thể xác định lưu lượng dầu (Vb) theo công thức sau:

6 b

2 6

b o

Trong đó : do – đường kính vòng chia (mm)

H – chiều dày của bánh răng (mm)

nb – vòng quay của bơm dầu (vg/ph)

m – môđuyn của răng (mm)

Z – số răng

Đối với bơm phiến trượt: 6

b

b 0,12Fbn 10

Trong đó: F – diện tích chứa dầu của bơm (mm2)

b – chiều dài của phiến trựơt (mm)

nb – số vòng quay của bơm phiến trượt (vg/ph)

II XÁC ĐỊNH KÍCH THƯỚC VÀ CÔNG SUẤT DẪN ĐỘNG BƠM

II.1 Xác định kích thước bơm

Trong quá trình thiết kế bơm dầu, kích thước và tỷ số truyền được lựa chọn sao cho kích thước của bơm nhỏ gọn nhất mà vẫn bảo đảm được lưu lượng cần thiết và tốc độ quay vòng của của bánh răng không vượt quá giới hạn cho phép (thường vào khoảng 6  8m/s)

Kích thước của bơm ảnh hưởng trực tiếp đến lưu lượng và hiệu suất của bơm (b) Nhưng hiệu suất của bơm lại thay đổi theo các thông số sau:

- Khe hở hướng kính và khe hở cạnh: khi tăng khe hở hướng kính và khe hở cạnh, do hiện tượng rò dầu từ khoang dầu cao áp sang khoang dầu thấp áp nên làm giảm hiệu suất bơm

- Nhiệt độ của dầu vào: khi nhiệt độ của dầu còn thấp (nhỏ hơn 60oC), độ nhớt của dầu lớn nên khó điền đầy khe hở của các bánh răng (bơm bánh răng) Khi nhiệt độ dầu tăng lên, làm độ nhớt của dầu giảm nên dầu dễ rò về khoang áp suất thấp và hiệu suất bơm giảm

- Tốc độ dẫn động bơm: khi tốc độ thấp (1200 vg/ph), do ảnh hưởng của rò dầu lớn nhất nên hiệu suất bơm giảm dần khi nhiệt độ tăng

II.2 Công suất dẫn động của bơm

Công suất dẫn động bơm dầu có thể tính theo công thức sau :

27000

1 )

p p ( V

1

m



Trong đó: m – hiệu suất cơ giới của bơm dầu nhờn

Khi xét đến tổn thất ma sát và tổn thất thủy động:m = 0,85  0,90

Vb – lưu lượng lý thuyết cua bơm dầu (l/h)

pdr và pdv – áp suất dầu ra và áp suất dầu vào bơm (kG/cm2)

III TÍNH TOÁN LỌC DẦU

III.1 Tính toán bầu lọc thấm

III.1.1 Bầu lọc thấm dùng lõi lọc kim loại

Tính toán khả năng lọc của loại bầu lọc dùng lõi lọc kim loại chủ yếu là xác định khả năng thông qua của bầu lọc bằng hệ số tiết diện thông qua ktp

- Hệ số tiết diện thông qua ktp được xác định theo công thức sau:

 % , s

) 360 1 ( 100

ktp













s – chiều dày của phiến lọc (mm)

 – góc chiếm chỗ của phiến gạt (độ)

Hệ số tiết diện thông qua của các loại lọc thấm thường

vào khoảng 0,28  0,32

- Tiết diện thông qua Ftp của lõi lọc xác định theo

công thức sau:

2 d

b

v

V

Trong đó: Vb – lưu lượng của bơm dầu (l/ph)

vd – tốc độ trung bình của dầu qua lọc (cm/s) Có thể chọn vd theo bảng 7.1

Bảng 7.1 Tốc độ trung bình của dầu nhờn qua lọc

Kiểu lọc thấm vd , (cm/s)

- Diện tích lọc F của lõi lọc xác định theo công thức sau:

tp

tp k

F

- Chiều cao của lõi lọc

d

E h



Trong đó: d – đường kính trung bình của lõi lọc (cm)

2

d d

III.1.2 Bầu lọc thấm dùng lõi lọc bằng dạ, bằng giấy

Tính toán loại lọc này rất khó vì thường không xác định được tiết diện thông qua một cách chính xác Vì vậy, khi thiết kế nên tham khảo kích thước của những loại lọc tinh của động cơ có công suất tương đương Có thể căn cứ vào tổng dung tích công tác của động cơ để lựa chọn sơ bộ kích thước lõi lọc theo số liệu thống kê trong bảng 7.2

Tính kiểm nghiệm khả năng lọc của bầu lọc thấm theo công thức sau đây:





 CF p

Trong đó: V1 – lưu lượng dầu qua lọc (l/ph)

F – diện tích thông qua lý thuyết tính theo công thức: F  dh

Hình 7.1 Lõi lọc kim loại

o

s



p – độ chênh áp của bầu lọc (của áp suất dầu vào và ra)

dr

p

thường có thể chọn: p 11,5 (kG/cm2)

– độ nhớt của dầu

C – hệ số lưu thông, theo số liệu thực nghiệm:

- Đối với các loại lõi lọc bằng hàng len, da, giấy thấm: C = 0,015

- Đối với các loại lõi lọc bằng hàng sợi bông, lụa: C = 0,006

Thể tích công tác

Vh (l)

Đường kính lõi lọc

d (mm)

Chiều cao lõi lọc

h (mm)

III.2 Tính toán bầu lọc ly tâm

Tính toán kiểm nghiệm bầu lọc ly tâm chủ yếu là xác định số vòng quay của roto và đường kính của roto

- Phản lực tác dụng trên đường tâm lỗ phun khiến roto quay, xác định theo công thức sau:

) v v ( g

G ) v v ( 2

m















30

R n f 2

V g

V F

Trong đó: m và G – khối lượng và trọng lượng dầu nhờn qua một lỗ phun trong một giây

vd – tốc độ của tia dầu phun ra khỏi lỗ phun

vr – tốc độ vòng của tâm lỗ phun

 – mật độ của dầu nhờn

V – lưu lượng của dầu nhờn phun qua một lỗ phun trong một giây

n – số vòng quay của roto trong một phút

f – diện tích tiết diện lỗ phun

R – khoảng cách từ tâm lỗ phun đến tâm trục roto

 – hệ số co dòng của dầu nhờn chảy qua tiết diện lỗ phun

Bảng 7.3 giới thiệu hệ số co dòng  và hệ số lưu lượng 1 của dòng dầu qua lỗ phun của bốn loại lỗ phun giới thiệu trên hình 7.2

Bảng 7.3 Hệ số  và 1 của các dạng lỗ phun

Hệ số dạng lỗ phun  1

IV TÍNH KÉT LÀM MÁT DẦU

Việc tính toán két làm mát dầu bôi trơn là ta đi xác định các thông số cơ bản sau

Nhiệt lượng của động cơ truyền cho dầu nhờn:

) t t ( V c

Qd  d d dr  dv , (kcal/h) Nhiệt lượng này cân bằng với nhiệt lượng do két làm mát dầu tản ra ngoài, vì vậy:

) t t ( V c

Qd  d k dvk  drk , (kcal/h) Trong đó:

Vd, Vk – lưu lượng dầu nhờn tuần hoàn trong động cơ và lưu lượng dầu chảy qua két

làm mát

tdv, tdr – nhiệt độ dầu vào và ra khỏi động cơ (oC)

tdvk, tdrk – nhiệt độ dầu vào và ra khỏi két làm mát dầu (oC)

cd – tỷ nhiệt của dầu nhờn (kcal/kgoC)

 – mật độ dầu nhờn (kg/l)

Hình 7.2 Các dạng lỗ phun thường dùng trong bầu lọc ly tâm

 5,5

120o

10

l

13o

10

 2

4

210

13o

13o

1

2

10

Trong hệ thống bôi trơn cácte khô, dầu nhờn được làm mát liên tục, vì thế Vd = Vk

Diện tích cản nhiệt cần thiết của két làm mát dầu xác định theo công thức sau:

) t t ( K

Q F

k d k

d

2 ) Trong đó:

Kd – hệ số truyền nhiệt tổng quát giữ dầu nhờn và môi chất làm mát (kcal/m2hoC)

td, tk – nhiệt độ trung bình của dầu nhờn trong két và của môi chất làm mát (oC)

2

t t

d



2

t t

k



 Chênh lệch nhiệt độ của dầu trong két làm mát thường chọn bằng chênh lệch nhiệt độ của dầu khi vào và khi ra khỏi động cơ Do đó, (td – tk) = (tdr – tdv)

- Đối với động cơ xăng, thường chọn:

10 20 C t

t



- Đối với động cơ Diesel, thường chọn:

20 40 C t

t

 Nhiệt độ trung bình của dầu nhờn trong két thường vào khoảng (75  85)oC Nhiệt độ trung bình của không khí qua két làm mát dầu trong điều kiện làm việc nặng có thể chọn bằng 45oC

Hệ số truyền nhiệt Kd phụ thuộc khá nhiều nhân tố truyền nhiệt

- Đối với loại két làm mát dầu dùng kiểu ống thẳng và nhẵn

100 300kcal/m h C

- Đối với loại két làm mát dầu dùng kiểu ống tạo dòng dầu chảy xoáy

700 1000kcal/m h C

-