khảo sát cân bằng nhiệt động cơ diesel sông công dsc-80

1 LờI NóI ĐầU động cơ đốt trong là động cơ nhiệt, có nhiệm vụ biến nhiệt năng thành cơ năng. Quá trình động cơ hoạt động, thực tế chỉ có khoảng 20ữ40% tổng lợng nhiệt đa vào động cơ là đợc chuyển thành công có ích, số còn lại bị thất thoát do nhiều nguyên nhân, trong đó chủ yếu là thất thoát nhiệt truyền cho nớc làm mát và do khí thải mang ra ngoài. Mặt khác, tình trạng kỹ thuật, hiệu quả làm việc cũng nh tuổi thọ của động cơ phụ thuộc rất nhiều vào trạng thái nhiệt của nó. Nếu động cơ quá nóng sẽ dẫn tới tình trạng làm bó kẹt các chi tiết có chuyển động tơng đối với nhau (cặp pít tông-xi lanh ), tăng cờng độ mài mòn do khả năng bôi trơn của dầu giảm Còn nếu nhiệt độ động cơ quá thấp sẽ làm tăng độ nhớt của dầu bôi trơn, gây khó khăn cho việc bôi trơn các chi tiết, làm tăng tổn thất cơ giới cho dẫn động quạt gió, bơm nớc, bơm dầu Vì vậy để nâng cao hiệu suất nhiệt cho động cơ, giúp cho động cơ làm việc ổn định ở nhiệt độ thích hợp, tận dụng đợc những phần nhiệt bị thất thoát phục vụ cho mục đích khác, đòi hỏi chúng ta phải biết kiểm tra, đánh giá và tính toán đợc trị số các thành phần nhiệt chuyển đổi trong động cơ. Trên cơ sở đó có thể đa ra những biện pháp nhằm giảm thiểu sự tổn thất nhiệt, nâng cao hiệu suất sử dụng nhiệt cho động cơ. Bài toán cân bằng nhiệt cho động cơ đợc đặt ra chính là một trong những nội dung quan trọng giải quyết các vấn đề nêu ra ở trên. Giải quyết tốt bài toán cân bằng nhiệt có ý nghĩa quan trọng đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định, kéo dài tuổi thọ, là cơ sở góp phần phục vụ cho việc nghiên cứu, cải tiến nhằm đạt đợc hiệu quả kinh tế cao nhất trong quá trình sử dụng động cơ. Em đợc giao nhiệm vụ làm đồ án tốt nghiệp với đề tài: Khảo sát cân bằng nhiệt của động cơ Diesel Sông Công DSC-80. Đề tài đợc hoàn thành với tổng số 70 trang thuyết minh khổ A4 và 06 bản vẽ khổ A0, với bố cục nh sau: 2 Chơng 1: Đặc điểm kết cấu động cơ diesel Sông Công DSC-80 (19 trang) Chơng 2: Cơ sở lý thuyết của bài toán cân bằng nhiệt (12 trang). Chơng 3: Thực nghiệm khảo sát cân bằng nhiệt động cơ DSC-80 (29 trang). Kết luận. Phụ lục 1: Chơng trình tính toán khảo sát cân bằng nhiệt động cơ DSC-80 Đồ án đợc thực hiện với sự hớng dẫn tận tình của thầy hớng dẫn, cùng các thầy trong Bộ môn Động cơ - Khoa Động lực. Ngoài ra em còn nhận đợc sự tạo điều kiện của Ban Quản lý Đào tạo, Phòng Kỹ thuật trong việc tổ chức thực nghiệm trên bệ thử KI-2139B tại Phòng thí nghiệm Động cơ. Mặc dù đã rất nỗ lực nhng chắc chắn đồ án sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót do hạn chế về mặt kiến thức và thời gian. Vì vậy, em rất kính mong đợc sự chỉ bảo của các thầy giáo, sự góp ý của các bạn đồng nghiệp để Đồ án tốt nghiệp của em đợc hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn! Hà nội, ngày 12 tháng 6 năm 2008 Học viên Nguyễn Xuân Đạt 3 Chơng 1. ĐặC ĐIểM KếT CấU Động cơ diesel sông công dsc-80 1.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ DSC-80 Động cơ DSC-80 là động cơ diesel 4 kỳ, không tăng áp, bốn xy lanh bố trí thành một hàng thẳng đứng, làm mát cỡng bức bằng nớc kiểu 1 vòng tuần hoàn kín, buồng cháy thống nhất. Động cơ DSC-80 đợc khởi động nhờ một động cơ phụ là động cơ xăng 2 kỳ, một xy lanh có dùng bộ chế hoà khí. Động cơ đợc lắp trên máy kéo MT-80 (ở Việt Nam do nhà máy Diesel Sông Công chế tạo và gọi là DSC-80, ở BELARUS gọi là -241). Động cơ DSC-80 cũng đợc đặt trên các tàu thuyền đánh cá và dùng cho các loại phà, sà lan cỡ nhỏ. Các thông số kỹ thuật chính của động cơ đợc thể hiện trong Bảng 1.1: Bảng 1.1. Bảng các thông số kỹ thuật chính của Động cơ DSC-80 TT thông số Đơn vị tính Giá trị 01 Mã hiệu động cơ: DSC-80 02 Đờng kính xy lanh: D mm 110 03 Hành trình pít tông: S mm 125 04 Thể tích công tác của các xy lanh: V h dm 3 4,75 05 Thứ tự đánh số của các xy lanh (nhìn từ phía quạt gió) 1-2-3-4 06 Thứ tự công tác của các xy lanh 1-3-4-2 07 Tỷ số nén: 16 08 Công suất định mức: N eđm KW (ml) 58,88 (80) 09 Số vòng quay ứng với công suất định mức vg/ph 2200 10 Số vòng quay không tải cực đại vg/ph 2380 11 Số vòng quay không tải ổn định nhỏ nhất vg/ph 600 4 12 Góc phun sớm nhiên liệu độ GQTK 25-27 13 Suất tiêu hao nhiên liệu g/KW.h 180 14 Mô men xoắn cực đại: M emax Nm (KG.m) 272 (28) 15 Số vòng quay trục khuỷu tơng ứng: n M vg/ph 1385 16 Bơm nhiên liệu: TH - 5 - Bơm cao áp: (BCA) 4 phân bơm, một hàng - Bơm thấp áp: lắp cùng một khối với BCA 17 Bộ điều tốc: cơ học, đa chế độ, có bộ hiệu chỉnh lợng cung cấp nhiên liệu cực đại 18 Vòi phun -22: kiểu kín, nhiều lỗ phun. 19 Bầu lọc không khí: hai tầng nối tiếp, - Tầng 1: làm sạch theo nguyên lý ly tâm khô và tự động phun bụi ra ngoài. - Tầng 2: lọc thấm qua các cuộn lọc bằng các tông. 20 Trọng lợng khô của động cơ kg 430 21 Dầu bôi trơn: M10, M10 22 Thể tích thùng chứa nhiên liệu Số thùng nhiên liệu lít thùng 130 02 23 Lợng nớc trong hệ thống làm mát lít 19 24 Lợng dầu trong hệ thống bôi trơn động cơ lít 15 1.2. Đặc điểm kết cấu một số cơ cấu, hệ thống của động cơ DSC-80 Mặt cắt dọc và mặt cắt ngang của động cơ DSC-80 đợc trình bày trên Hình 1.1 và Hình 1.2. 1.2.1. Cơ cấu khuỷu trục thanh truyền 5 C¬ cÊu khuûu trôc thanh truyÒn (CCKTTT) dïng ®Ó biÕn chuyÓn ®éng 6 7 tịnh tiến của pít tông thành chuyển động quay của trục khuỷu và ngợc lại. CCKTTT gồm hai nhóm chi tiết cơ bản: - Nhóm chi tiết cố định: Khối xy lanh, nắp máy, nắp xy lanh - Nhóm chi tiết chuyển động: Pít tông, trục pít tông, trục khuỷu, thanh truyền, bánh đà, pu-li 1.2.1.1. Nhóm chi tiết cố định * Khối xy lanh Khối xy lanh (Hình 1.1 và Hình 1.2) là chi tiết lớn nhất của động cơ, nó xác định kích thớc cho cả động cơ. Đồng thời, nó còn là nơi lắp đặt hầu hết các chi tiết, cơ cấu, hệ thống khác của động cơ nh: CCKTTT, hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát Khối xy lanh đợc đúc bằng gang xám, liền khối với nửa trên các te theo kết cấu dạng thân xi lanh - hộp trục khuỷu để tăng độ cứng vững, giảm bớt đợc số lợng bề mặt lắp ghép, hạn chế khả năng biến dạng cục bộ và sự tập trung ứng suất, tăng khả năng bao kín cho động cơ. Khối xy lanh làm việc trong điều kiện nặng nề, có thể bị biến dạng do chịu tác dụng của ứng suất cơ học, ứng suất nhiệt, ngoài ra còn bị mài mòn do ma sát và ăn mòn hoá học. ở phần dới của các vách ngăn đứng cũng nh thành trớc và thành sau của khối xy lanh có đặt các gối đỡ của trục khuỷu. Các gối đỡ cổ trục chính đợc chia thành hai nửa để thuận tiện cho việc lắp bạc trợt và đợc cố định với nhau bằng các gu giông. ở góc trái bên trên của khối xy lanh, dọc theo thành ngoài có rãnh nớc, có bốn lỗ đối diện với bốn xy lanh. Phần phải bên trên của khối xy lanh đợc ngăn bằng vách ngăn đứng là ngăn của con đội. Các đũa đẩy trợt trong lỗ của vách ngang. Ngăn con đội có nắp đậy kín. Các te dầu (hay nửa dới hộp trục khuỷu) có nhiệm vụ bao kín khoang trục khuỷu và chứa dầu bôi trơn. Do khối thân xy lanh đợc đúc liền với nửa 8 trên hộp trục khuỷu bằng gang có độ cứng vững cao nên bề mặt phân chia với nửa dới hộp trục khuỷu đi qua đờng tâm trục khuỷu. Các te dầu đợc đúc bằng hợp kim nhôm, bề mặt lắp ghép với khối thân máy có gờ tăng độ cứng vững, bao kín nhờ đệm làm bằng amiăng. Phía dới đáy có gờ đúc dày, có gia công lỗ ren lắp nút xả dầu. Mặt bên các te có gia công lỗ để lắp que thăm dầu. * Nắp xy lanh Nắp xy lanh (Hình 1.1 và Hình 1.2) đợc đúc bằng gang thành một khối liền cho cả 4 xy lanh và đợc cố định với thân máy bằng các đai ốc và gu dông. Nắp xy lanh là nơi lắp đặt cơ cấu phối khí: vòi phun, bugi, cụm xu páp ngoài ra, còn bố trí một số chi tiết của hệ thống làm mát, hệ thống thải nạp của động cơ. Quá trình làm việc, nắp xy lanh chịu tải trọng nhiệt cao, ứng suất nhiệt lớn, chịu ăn mòn hoá học và chịu ứng suất ban đầu do lực xiết của gu giông. Giữa nắp xy lanh và thân máy có đệm làm kín bằng amiăng. Trên nắp xy lanh có gia công các lỗ để lắp xu páp nạp và xu páp thải, trên gờ miệng lỗ gia công mặt côn 45 0 để tạo đế xu páp. Họng nạp có đờng kính lớn hơn họng xả. Mỗi xy lanh có 1 xu páp nạp và 1 xu páp thải. Các xu páp đợc bố trí thành hàng dọc theo nắp máy. ống nạp và ống thải đợc cố định với nắp xy lanh bằng các gu giông, giữa chúng có đệm amiăng làm kín. Trên nắp xy lanh còn đợc gia công 4 lỗ để lắp vòi phun. Các lỗ này đợc ép các ống lót bằng đồng, mặt ngoài của các ống lót tiếp xúc với nớc vì vậy vòi phun sẽ đợc làm mát tốt hơn. Các khoang chứa nớc làm mát trong nắp xy lanh đợc nối thông với nhau và với áo nớc ở thân máy thông qua các lỗ. ở phía trên phần trớc của nắp máy có khoang để gom nớc. Trong khoang này có lắp van hằng nhiệt để đa nớc về két mát hoặc trực tiếp về bơm nớc. * ống lót xy lanh ống lót xy lanh động cơ DSC-80 thuộc loại ống lót ớt, vai tựa trên, phía dới đợc làm kín với khoang hộp trục khuỷu bằng các gioăng cao su. 9 ống đợc đúc bằng gang xám hợp kim C 21- 40 đợc lắp tự do vào lỗ của khối xy lanh và đợc ép chặt xuống nhờ nắp xy lanh qua một tấm đệm vào mép trên của xy lanh. Quá trình làm việc, ống lót xy lanh chịu tác dụng của áp lực khí cháy, chịu nhiệt độ cao và bị ăn mòn hoá học. Đặc biệt, nó bị ăn mòn ma sát rất lớn khi pít tông chuyển động tỳ vào thành xy lanh. Vì vậy, để tăng độ cứng và có khả năng chống mòn cao, mặt trong của xy lanh đợc tôi cao tần với độ sâu từ 1ữ2mm, sau đó đợc mài láng bóng với độ chính xác cao để giảm ma sát giữa xéc măng, pít tông với thành ống lót xy lanh. Việc nhiệt luyện nhằm mục đích đảm bảo độ cứng và giảm tốc độ mài mòn. Để đảm bảo chính xác và chắc chắn khi lắp ghép, đầu trên và ở mặt ngoài đai dới của ống lót có gia công các vai tựa và gờ định vị. 1.2.1.2. Nhóm chi tiết chuyển động * Pít tông Pít tông đợc đúc bằng hợp kim nhôm, đỉnh pít tông cùng với thành ống lót xy lanh và nắp xy lanh tạo thành khoang công tác của xy lanh động cơ. Pít tông có nhiệm vụ tiếp nhận lực khí thể và truyền cho trục khuỷu động cơ thông qua thanh truyền. Pít tông gồm ba phần: đỉnh, đầu và thân pít tông (Hình 1.3). - Đỉnh pít tông đợc đúc khoang lõm sâu ở chính giữa tạo buồng cháy phù hợp với phơng pháp tạo hỗn hợp theo kiểu màng M của động cơ. - Đầu pít tông có tiện bốn rãnh để lắp các xéc măng, ba rãnh trên lắp xéc măng khí, rãnh còn lại lắp xéc măng dầu. Rãnh lắp xéc măng dầu có khoan hàng lỗ hớng tâm đờng kính 4 mm để dầu qua đó chảy về các te động cơ. - Thân pít tông làm nhiệm vụ dẫn hớng cho pít tông, trên thân gia công 2 bệ để lắp chốt pít tông, ở hai đầu của các bệ chốt có tiện 2 rãnh để lắp khóa hãm chốt. Phía mặt ngoài của các bệ chốt pít tông đợc gia công vát dạng ôvan để ngăn ngừa sự bó kẹt pít tông trong xy lanh do giãn nở vì nhiệt khi động cơ làm việc. Trên phần thân về phía dới còn có rãnh lắp xéc măng dầu. 10 2 1 1- xéc măng khí và rãnh xéc mămg khí; 2- xéc măng dầu và rãnh xéc măng dầu; 3- thân pít tông; 4- khóa hãm; 5- chốt pít tông; 6- bạcchốt pít tông; 7- thanh truyền; 8- bu lông thanh truyền; 9- bạc đầu to thanh truyền; 10- nắp đầu to; 11- đệm khóa Hình 1.3. Kết cấu cụm thanh truyền, pít tông động cơ DSC-80 * Chốt pít tông Chốt pít tông đợc chế tạo bằng thép cacbon C45 có dạng hình trụ rỗng, mặt ngoài đợc gia công chính xác, tôi cao tần để đạt độ cứng 55-60 HRC. Chốt pít tông đợc lắp với bệ chốt và đầu nhỏ thanh truyền theo kiểu bơi. Chốt đợc hãm bằng hai vòng khóa bằng thép lò xo để hạn chế dịch chuyển dọc trục. * Xéc măng Xéc măng đợc chế tạo bằng gang với hàm lợng hợp kim cao, để tránh bó kẹt và để lắp ghép khe hở miệng xéc măng ở trạng thái lắp ghép trong xy lanh khoảng 0,4 - 0,8 mm. Khi lắp các xéc măng khí với pít tông vào xy lanh [...]... triển động cơAVL-Đại học Bách Khoa Hà nội Nhiệt độ nớc 06 đi vào và đi ra tnv , tnr [0C] tkx [0C] động cơ 07 Nhiệt độ khí xả Xác định bằng cảm biến đo nhiệt độ nớc Cảm biến nhiệt độ khí xả ChƯƠng 3 thực nghiệm khảo sát cân bằng nhiệt 33 động cơ dsc-80 3.1 Mục đích, chế độ và đối tợng thử nghiệm 3.1.1 Mục đích thử nghiệm Mục đích của việc thử nghiệm khảo sát cân bằng nhiệt động cơ diesel Sông Công DSC-80. .. đối với động cơ Diesel Sơ đồ thể hiện sự phân bố nhiệt năng của động cơ trong quá trình làm việc đợc thể hiện trên Hình 2.1 Hình 2.1 Sơ đồ cân bằng nhiệt bên trong động cơ đốt trong Trong đó: Qo - nhiệt lợng tổng cộng do nhiên liệu đa vào động cơ tại chế độ làm việc đã cho; Qi - nhiệt lợng tơng đơng với công chỉ thị của động cơ; Qe - nhiệt lợng tơng đơng với công có ích của động cơ; Qvách- nhiệt lợng... điện), do vậy khi tiến hành đo các thông số phục vụ việc khảo sát cân bằng nhiệt động cơ DSC-80 trên bệ thử KI-2139B chỉ đợc tiến hành trong dải tốc độ động cơ từ 1500 1900 vg/ph 3.1.3 Đối tợng thử nghiệm Đối tợng thử nghiệm là động cơ diesel Sông Công DSC-80 do Công ty Diesel Sông Công sản xuất Thông số kỹ thuật và những nét chính về kết cấu động cơ DSC - 80 đã đợc trình bày trong chơng 1 3.2 Trang thiết... số làm việc của động cơ phục vụ cho việc giải bài toán khảo sát cân bằng nhiệt Quá trình thực nghiệm cần xác định đợc các đại lợng sau: - Tốc độ động cơ - Công suất có ích của động cơ - Lợng tiêu thụ nhiên liệu của động cơ - Nhiệt độ của nớc làm mát khi ra và vào động cơ - Nhiệt độ khí xả Với các số liệu thực nghiệm đo đợc đó, tính toán trị số các thành phần trong phơng trình cân bằng nhiệt, xác định... bị đo để xác định các thông số khảo sát cân bằng nhiệt của động cơ DSC-80 đo nhiệt độ khí xả; d4- Đầu đo nhiệt độ nớc làm mát khi đi ra động cơ; d5- Đầu đo nhiệt độ nớc làm mát khi đi vào động cơ Balance 733S; 9- Két nớc làm mát động cơ; d1- Đầu đo tốc độ vòng quay động cơ; d2- Đầu đo áp suất dầu bôi trơn; d3- Đầu khiển; 5- Bảng hiển thị các thông số vận hành của động cơ; 6- Máy tính; 7- Hộp đấu dây... lợng nhiệt truyền cho nớc làm mát, cho dầu bôi trơn, nhiệt do khí thải mang ra ngoài vì vậy, bài toán cân bằng nhiệt có ý nghĩa thực tế - Cân bằng nhiệt cho phép kiểm tra lợng nhiệt sử dụng có ích, lợng nhiệt tổn thất có bằng tổng lợng nhiệt đa vào động cơ hay không Nếu 23 không bằng nhau thì cần phải tính toán lại Ngoài ra cân bằng nhiệt còn là một biện pháp đánh giá tổng hợp khả năng làm việc của động. .. tiết nhiệt rồi lại tiếp tục đi vào áo nớc của nắp xy lanh Nh vậy khi trục khuỷu động cơ cha chuyển động thì trong hệ thống làm mát đã có nớc lu thông kiểu xy phông nhiệt Nớc nóng từ động cơ khởi động đi vào nắp khối xy lanh 14 15 của động cơ chính làm cho động cơ chính nóng lên và do đó quá trình khởi động động cơ chính đợc nhẹ nhàng Sự lu thông của nớc ở động cơ chính Tuỳ thuộc vào trạng thái nhiệt. .. xác định nh sau: 2.2.1 Nhiệt lợng tơng đơng với công có ích của động cơ Nhiệt lợng tơng đơng với công có ích của động cơ trong 1giây đợc xác định theo công thức: Qe = Ne [J] (2.4) Trong đó: Ne - là công suất có ích của động cơ, [W]; (Ne - đợc đo trực tiếp) 2.2.2 Nhiệt lợng tổng cộng tiêu hao trong 1 giây Lợng nhiệt tổng cộng mà động cơ tiêu hao trong 1 giây đợc xác định theo công thức: Qo= QH Gnl... xác định hiệu suất sử dụng nhiệt của động cơ, làm cơ sở để đề ra những biện pháp giảm thiểu sự mất mát nhiệt, nâng cao hiệu suất sử dụng nhiệt 3.1.2 Chế độ thử nghiệm Quá trình thử nghiệm đợc tiến hành sau khi động cơ đã làm việc ổn định, nhiệt độ của nớc làm mát, nhiệt độ của dầu bôi trơn đã đạt tới nhiệt độ làm việc bình thờng của động cơ Chế độ thử nghiệm động cơ diesel DSC-80 đợc tiến hành trong... các vị trí cần bôi trơn làm tăng ma sát giữa các chi tiết chuyển động, đồng thời tiêu hao công suất cho dẫn động bơm dầu, bơm nớc quạt gió tăng Để động cơ làm việc bình thờng thì nhiệt độ nớc làm mát cần đợc duy trì trong khoảng 80-900C Sự lu thông của nớc trong động cơ khởi động: Khi bắt đầu khởi động động cơ khởi động, nớc đợc hâm nóng trong áo nớc của động cơ khởi động và bị nớc lạnh của nắp khối . điểm kết cấu động cơ diesel Sông Công DSC-80 (19 trang) Chơng 2: Cơ sở lý thuyết của bài toán cân bằng nhiệt (12 trang). Chơng 3: Thực nghiệm khảo sát cân bằng nhiệt động cơ DSC-80 (29 trang) 3 Chơng 1. ĐặC ĐIểM KếT CấU Động cơ diesel sông công dsc-80 1.1. Các thông số kỹ thuật cơ bản của động cơ DSC-80 Động cơ DSC-80 là động cơ diesel 4 kỳ, không tăng áp, bốn xy lanh. động cơ đốt trong là động cơ nhiệt, có nhiệm vụ biến nhiệt năng thành cơ năng. Quá trình động cơ hoạt động, thực tế chỉ có khoảng 20ữ40% tổng lợng nhiệt đa vào động cơ là đợc chuyển thành công