Đồ án tốt nghiệp ngành cơ khí đóng tàu Tính toán thiết kế ba hệ thống phục vụ động cơ Diesel tàu thuỷ

Danh mục các bản vẽ và đồ thị 1 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp 17 2 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp 18 4 Sơ đồ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp 23 7 Sơ đồ nguyên lý làm

Mở đầu

1 Lý do lựa chọn đề tài

Trong việc nghiên cứu, tính toán thiết kế động cơ Diesel thì thiết kế hệ thống phục vụ của nó là rất quan trọng Các hệ thống có một vai trò to lớn trong quá trình hoạt động của động cơ Góp phần nâng cao công suất, hiệu suất và tuổi thọ của

Chương 1 : Tính nhiệt của chu trình công tác động cơ Diesel

Chương 2 : Tính toán thiết kế một số hệ thống phục vụ động cơ

Phần 1: Thiết kế hệ thống nhiên liệu

Phần 2: Thiết kế hệ thống bôi trơn

Phần 3: Thiết kế hệ thống làm mát

Phần 4: Tìm hiểu một số loại bơm cao áp

4 Phương pháp nghiên cứu của đề tài

Mô tả nguyên lí hoạt động của toàn bộ hệ thống từ đó tính toán cụ thể một số thiết bị trong hệ thống cụ thể

5 Phạm vi của đề tài

Đề tài chỉ có giới hạn trong phạm vi tính toán thiết kế hệ thống phục vụ của loại động cơ Diesel tàu thuỷ cỡ lớn

6.ý nghĩa khoa học và thực tiễn

+ý nghĩa khoa học: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của hệ thống phục vụ động cơ Dieseltàu thuỷ Cách tính toán thiết kế chúng, từ đó tối ưu hoá các hệ thống phục

vụ

+ ý nghĩa thực tiễn: Tính toán và đưa vào sản xuất hệ thống nhiên liệu cho các loại

động cơ Diesel tàu thuỷ cỡ lớn

Chương 1: Tính nhiệt của chu trình công tác động cơ điêsel 6

Chương 2: Thiết kế một số hệ thống phục vụ động cơ 16

2.1.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu 19

2.3.4 Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát 54

Danh mục các bản vẽ và đồ thị

1 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp 17

2 Sơ đồ hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp 18

4 Sơ đồ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp 23

7 Sơ đồ nguyên lý làm việc của bơm piston 32

Chương 1: Tính nhiệt của chu trình công tác động cơ Diesel

1.1 Lựa chọn công thức và chương trình tính

Chu trình động cơ hoàn thành sau hai vòng quay trục khuỷu đối với động cơ

bốn kỳ và sau một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ hai kỳ.Tuy nhiên trong một chu trình công tác cả hai động cơ phải thực hiện các quá trình nạp, nén,

nổ, xả Để xác định mối quan hệ giữa các thông số của chu trình công tác của động cơ thì phải tính chu trình công tác Việc tính chu trình công tác có thể tính theo phương pháp cổ điển hoặc phương pháp mới Để lựa chọn phương pháp tính cần phải đánh giá các phương pháp đó

1.1.1 Đánh giá phương pháp cổ điển tính chu trình công tác của động cơ Điêsel

Để tính chu trình công tác của động cơ cần phải nghiên cứu, tính toán các quá trình công tác : Nạp, nén, cháy giãn nở và xả trên cơ sở nhiệm vụ thiết kế và

động cơ mẫu lựa chọn Sau khi tính các quá trình sẽ xác định được các thông số môi chất tại các điểm đặc trưng Trong qúa trình tính sẽ lựa chọn được các hệ số, các chỉ

số đặc trưng cho chu trình phụ thuộc vào loại động cơ thiết kế Dựa vào kết quả tính toán xây dựng đồ thị công chỉ thị, đây là công đoạn chủ yếu để xác định các thông

số chỉ thị và có ích của động cơ

Theo phương pháp cổ điển, để tính chu trình công tác của động cơ cần phải giả thiết quá trình nén và giãn nở đa biến với chỉ số đa biến trung bình n1 và n2 quá trình cấp nhiệt đẳng tích và đẳng áp thay cho quá trình cháy nhiên liệu được đặc trưng bởi tỉ số tăng áp suất trong quá trình cháy λ, chỉ số giãn nở sớm ρ Ngoài ra

để tính các thông số của chu trình còn phải chọn nhiều hệ số khác như: Hệ số lợi dụng nhiệt, hệ số biến đổi phân tử

Từ cách tính chu trình công tác theo phương pháp cổ điển có thể rút ra một số nhận xét sau đây:

- Không xét được ảnh hưởng của góc phối khí

- Sử dụng quá trình hệ số lựa chọn nên không đảm bảo độ chính xác

- Không xét được ảnh hưởng của góc phun sớm, quy luật cấp nhiên liệu, lượng nhiệt trao đổi với nước làm mát

- Không xét được các thông số động học quá trình cháy và mối quan hệ giữa các thông số này với lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu

- Với phương pháp này rất khó nghiên cứu các thông số công tác khi động cơ làm việc theo các đường đặc tính điều chỉnh, đặc tính bộ phận, đặc tính chong chóng và ảnh hưởng của điều kiện khai thác tới chất lượng làm việc của động cơ

Trong đề tài này sử dụng phương pháp cân bằng năng lượng để nghiên cứu

Để áp dụng phương pháp này phải giả thiết môi chất trong thể tích công tác của xi lanh tại thời điểm bất kỳ đều ở trạng thái cân bằng, nghĩa là môi chất trong xi lanh

là một hệ thống nhiệt động cân bằng Nếu bỏ qua sự rò lọt môi chất qua xéc măng trong quá trình nén và giãn nở thì hệ thống nhiệt động là hệ kín

Như vậy, với phương pháp này thì môi chất trong thể tích làm việc của xi lanh trong quá trình luôn tuân theo định luật thứ nhất

Phương trình cân bằng năng lượng của môi chất được biểu diễn thông qua công thức:

ϕ ϕ

dL d

dU d

dQ = +

dL - Độ thay đổi công theo góc quay của trục khuỷu (KT 0/TK)

ϕ - Góc quay của trục khuỷu thay đổi từ 0 đến ϕct , tính từ ĐCT lúc bắt đầu quá trình nạp

Biến thiên nội năng của môi chất tính theo công thức:

ϕ ϕ

dm u d

dT Cv m d

.dT

Cv

a Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình nén

Môi chất công tác gồm khí sạch và khí sót nên phương trình nhiệt động có dạng:

ϕ

dT Cvr m Cv m d

CV = a + b.T - Nhiệt dung riêng của không khí a = 19,88 ; b = 0,00275

CVr = c + d.T - Nhiệt dung riêng của sản vật cháy c = 21,81; d = 0,003853

Nhiệt lượng các chi tiết truyền cho môi chất tính theo công thức:

τ α

ϕ

d Fvx Tkc Tvx d

dU d

FVX - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2

τ : Thời gian trao đổi nhiệt (s)

n d

d

6

dU d

dU

vk

6 ).

.( −

=

ϕ ϕ

b Sự thay đổi các thông số trong quá trình cháy

Góc bắt đầu cháy nhiên liệu tính theo công thức

dm

ct.

=

Gct lượng nhiên liệu phun vào xi lanh trong 1 chu trình (kg)

Tốc độ cháy tương đối tính theo thực nghiệm

Khối lượng không khí giảm xuống trong quá trình cháy:

Gbx = Gb – G0 gct.x Sản vật cháy tăng lên

∫ Phần trăm nhiên liệu đã cháy ứng với thời điểm xét

Nhiệt lượng cấp cho môi chất công tác

ϕ ϕ

dQ d

dQ d

dQ = ƯW + X

Lượng nhiệt toả ra do cháy phần nhiên liệu cấp kW/kg

ϕ

dx g Q d

dQ

ct H X

.

=

c Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình giãn nở

Trong quá trình giãn nở kết thúc quá trình cấp nhiên liệu vào bên trong xi lanh, còn khối lượng sản vật cháy giữ không đổi cho đến khi mở cửa thải

Dựa theo các phương trình nêu trên sẽ xác định được áp suất môi chất công tác và từ đó tính được nhiệt độ theo phương trình trạng thái của môI chất

1.1.3 Một số công thức dùng trong quá trình tính toán

- Tốc độ trung bình của piston Cm (m/s)

k - Tỉ số giữa diện tích đỉnh piston và diện tích lỗ xu páp

- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

n n

∆.P lm - Độ giảm áp suất áp trong bầu làm mát

- áp suất không khí cuối quá trình nạp

w s a

T w

C p p

576

10

(

).

(

r a r

r s

r

P P T

P t T

−

∆ +

=

ε γ

ε - Tỉ số nén lí thuyết

Pr , Tr áp suất và nhiệt độ khí sót

∆t = 5 ữ 10 0C Độ tăng nhiệt độ không khí do tiếp xúc với vách

- Nhiệt độ không cuối quá trình nạp

r

r r s

a

T t T T

= 1

.

- Diện tích bề mặt xung quanh xi lanh công tác khi piston ở ĐCT

1

2

. 2

0

− +

=

ε π

F

- Diện tích bề mặt của các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác

) sin 5 , 0 cos 1 (

5 , 0

1

D S

V S = π

- Thể tích buồng cháy

1

1

−

=

ε S

V

- Thể tích công tác của xi lanh khi piston ở điểm chết trên

S C

- Thể tích công tác của xi lanh tính theo góc quay trục khuỷu

) sin 5 , 0 cos 1 (

25 ,

P

.

=

ρ

21 , 0

L o

- Hệ số nạp không kể đến hàm lượng ẩm

r a s

s a H

T P

T P

γ ε

ε η

1

- Hệ số nạp kể đến hàm lượng ẩm

d r

r H

Ht

+ +

+

=

γ

γ η

η

1

1

D -hàm lượng ẩm của không khí vào xi lanh

- Lượng không khí thực tế nạp vào xi lanh trong 1 chu trình không kể đến hàm lượng ẩm của không khí (kg)

S S H

) (

4 , 8217

kf kf

C

=

τ

Tkf - Nhiệt độ môi chất trong xi lanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu

Pkf - áp suất môi chất trong xi lanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu

- Hệ số truyền nhiệt từ khí tới vách ống lót xi lanh

kc kc m

mc = 2 , 47 3 C . P .T α

Pkc , Tkc - áp suất và nhiệt độ khí cháy

- Bề mặt trao đổi nhiệt tức thời của vách với mô chất công tác

ε π

π

S

S D

D

F w

1 2 2

S ϕ- Độ dịch chuyển tức thời của piston

) sin 5 , 0 cos 1

- Lượng nhiệt toả ra và tốc độ toả nhiệt tính theo công thứcVibe

Phần trăm nhiệt lượng toả ra theo góc quay trục khuỷu

- Tốc độ toả nhiệt theo góc quay trục khuỷu

=

+ 1

908 , 6 exp

1 908 , 6

m

z z

z

m d

dx

ϕ

θ ϕ ϕ

θ ϕ ϕ ϕ

m - Chỉ số đặc trưng cho sự phát triển sự cháy chọn theo thực nghiệm m = 0,3 - 1

z

ϕ - Thời gian cháy (ϕ z = 50 ữ 130 0) góc quay khuỷu

θ - Góc cháy ban đầu θ = ϕ fs+ ϕ i

P =

Li- C«ng chØ thÞ cña chu tr×nh

- C«ng suÊt chØ thÞ

60 V P n z i

N i = S µ s i

- SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu chØ thÞ

α µ

η

.

3600

0 s i s

H S i

P T L R

P

g =

- HiÖu suÊt chØ thÞ

H s H

i s s

i

P Q

P T L R η

α µ

η

.

. 0

=

- ¸p suÊt cã Ých trung b×nh

m i

c P - P

P =

Pm - ¸p suÊt tæn hao c¬ giíi

- HiÖu suÊt c¬ giíi

i

c m P

g g η

=

- HiÖu suÊt cã Ých

m i

η =

- SuÊt tiªu hao nhiªn liÖu trong 1h: Bh = ge.Ne

Chương 2: Thiết kế một số hệ thống phục vụ động cơ

2.1 Thiết kế hệ thống nhiên liệu

2.1.1 Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu

Quá trình cấp nhiên liệu tốt hay xấu đều ảnh hưởng đáng kể đến công suất và tuổi thọ của các chi tiết Do đó hệ thống nhiên liệu cần đảm bảo một số yêu cầu sau:

a Yêu cầu về lượng nhiên liệu:

- Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi xi lanh phải đúng theo yêu cầu cần thiết cho mỗi chu trình công tác của động cơ (Đảm bảo định thời, định chất và định lượng) có thể

dễ dàng điều chỉnh lưu lượng theo phụ tải ban đầu

- Lượng nhiên liệu phun vào các xi lanh của động cơ phải đều nhau (chênh lệch về lượng nhiên liệu giữa các xi lanh không vượt quá 5%)

- Dự trữ đủ lượng nhiên liệu cho thời gian hành trình của tầu

b.Yêu cầu về thời điểm và thời gian cấp nhiên liệu

- Nhiên liệu phun vào xi lanh phải đúng thời điểm quy định ( Đúng góc phun sớm)

- Nếu phun sớm quá, lúc này nhiệt độ và áp suất khí nén trong xi lanh còn thấp, nhiên liệu phun vào khả năng bốc hơi chậm, quá trình cháy sẽ khó khăn, gây lãng phí nhiên liệu, áp suất cháy thấp, công suất giảm, động cơ nhả khói đen Mặt khác

do phun sớm quá sẽ có hiện tượng cháy trước khi piston lên đến ĐCT, gây phản áp làm cho động cơ chạy bị rung

- Nếu phun muộn quá, nhiên liệu không có thời gian chuẩn bị cháy, thời gian cháy rớt kéo dài, áp suất khí cháy thấp, công suất động cơ giảm, lãng phí nhiên liệu,

động cơ xả khói đen

- Thời gian phun nhiên liệu phải hợp lý phải bảo đảm phun hết lượng nhiên liệu Thời gian phun kéo dài sẽ làm quá trình cháy không tập trung, có hiện tượng cháy rớt làm giảm công suất động cơ, giảm tuổi thọ và lãng phí nhiên liệu

c Yêu cầu về áp suất phun

- áp suất phun nhiên liệu phải đủ lớn để đảm bảo nhiên liệu sau khi ra khỏi đầu phun hoá sương hoàn toàn và có sức xuyên suốt không gian vùng đốt để hoà trộn với khí nén trong xi lanh

- áp suất phun nhiên liệu hoàn toàn phụ thuộc vào kết cấu buồng cháy, kết cấu đầu phun và loại nhiên liệu

d Yêu cầu về trạng thái phun

- Nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đảm bảo sao cho các hạt nhiên liệu phun ra phải tơi, chùm tia phải phù hợp với hình dáng buồng cháy để hoá hơi tốt

- Quá trình phun phải dứt khoát, lúc bắt đầu và kết thúc phun không có hiện tượng nhỏ giọt, sau khi phun xong đầu phun phải khô

2.1.2 Lựa chọn phương án thiết kế

Hệ thống nhiên liệu của động cơ đIêzel có kết cấu rất phức tạp và nhiều chi

tiết có độ chính xác cao, cách bố trí kết cấu hệ thống đối với từng động cơ là khác nhau Do đó việc lựa chọn phương án thiết kế dựa trên cơ sở phân loại các hình thức của hệ thống nhiên liệu như sau:

2.1.2.1 Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp

1 Sơ đồ

1- Két trực nhật, 2- Bầu lọc nhiên liệu, 3- Bơm vận chuyển nhiên liệu,

4- Bơm cao áp, 5- Đường ống cao áp, 6- Vòi phun

Hình 2.1 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun gián tiếp

2 Nguyên lý hoạt động

- Thời điểm phun nhiên liệu do cam khống chế thông qua việc dẫn động vòi phun

- áp lực phun và lượng nhiên liệu do bơm cao áp đảm nhiệm Bơm 3 lấy dầu từ két

1 đưa đến bơm cao áp 4 Bơm cao áp cấp nhiên liệu cao áp lên đường ống 5 tới các vòi phun và được phun vào động cơ khi vòi phun mở

- Hệ thống này ít dùng vì có nhiều nhược điểm như: Truyền động cồng kềnh, kim phun bị bao bọc bởi 1 lớp nhiên liệu cao áp nên dễ hỏng hóc

2.1.2.2 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp

1 Sơ đồ cấu tạo

1,15- Van tràn, 2- Đường ống cao áp, 3,4,5- Các đường dàu hồi, 6- Van, 7- Bầu lọc thô,8- Van

tay, 9- Bơm cấp nhiên liệu bằng tay, 12- Động cơ, 13- Đồng hồ đo áp suất bơm cao áp,

14- Lưới lọc, 11- Bơm cao áp, 16- Nút, 18- Miệng hút, 19- Két nhiên liệu,

20- Bầu lọc tinh, 21- Bơm nhiên liệu

Hình 2.2 - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp

2 Nguyên lý hoạt động

- Bơm chuyển nhiên liệu 21 hút nhiên liệu từ thùng chứa qua miệng hút 18 và bầu lọc thô 7 cung cấp nhiên liệu qua bầu lọc tinh 20 tới bơm cao áp 11 Van tràn 1 dùng để hạn chế áp suất nhiên liệu trên đường ống và để xả nhiên liệu thừa vào ống dầu hồi 5 trở về thùng chứa

- Đồng hồ áp suất 13 dùng để kiểm tra áp suất trong không gian cấp nhiên liệu vào bơm cao áp Số tổ bơm cao áp bằng số xi lanh của động cơ ( Sơ đồ nguyên lý không biểu thị số tổ bơm cao áp) Bơm cao áp chuyển nhiên liệu qua đường ống cao áp 2 tới vòi phun đưa vào xi lanh động cơ

- Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm

được theo các đường ống dầu hồi 3 trở về két chứa

- Nhiên liệu đi vào xi lanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không khí sẽ làm cho hệ số nạp của bơm không ổn định, thậm chí còn làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu Vì vậy trong hệ thống tại nhưng nơi có khả năng tích tụ không khí phải bố trí các van xả khí để xả hết không khí lẫn trong hệ thống

- Khi động cơ ngừng hoạt động lâu ngày, nhiên liệu trong hệ thống bị rò qua những chỗ không kín khít, vì vậy trước khi khởi động động cơ phải sử dụng 1 bơm tay hoặc bơm điện 9 lắp song song với bơm chuyển nhiên liệu 21 để bơm nhiên liệu

đầy vào hệ thống Sau đó phải khoá van 8 để cắt bơm 9 ra khỏi hệ thống rồi mới khởi động động cơ

- ưu điểm: Kết cấu gọn nhẹ độ tin cậy cao, việc bảo quản chăm sóc vận hành dễ dàng và độ tin cậy cao

Ngày nay, hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp được sử dụng rất phổ biến bởi những ưu điểm vượt trội của nó Do vậy đề tài này cũng chọn hệ thống này để cấp nhiên liệu cho động cơ

2.1.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu

2.1.3.1 Sơ đồ nguyên lý.(sơ đồ Hình 2-2)

2.1.3.2 Nguyên lý làm việc

Đã trình bày trong mục (2.1.2.2)

2.1.4 Thiết kế hệ thống nhiên liệu

2.1.4.1 Tính toán bơm cao áp

1 Nhiệm vụ bơm cao áp

Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xi lanh động cơ đảm bảo:

- Nhiên liệu có áp suất cao, tạo chênh áp lớn trước và sau lỗ phun

- Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và theo quy luật mong muốn

- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xi lanh động cơ

- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lượng nhiên liệu cấp cho chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ

2 Phân loại bơm cao áp

Bơm cao áp dùng trên động cơ điêsel có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cách điều chỉnh nhiên liệu mà phân các loại sau:

a Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng van tiết lưu loại này piston của bơm

có kết cấu hình trụ không có gì đặc biệt

b Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng mặt cam vát Đặc điểm của piston như trên, cam có dạng mặt vát để điều chỉnh hành trình có ích của piston

c Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng ngăn kéo piston, loại này trên piston có rãnh xoắn và rãnh thẳng thông với cửa sổ cấp nhiên liệu trên xi lanh Loại bơm này dựa vào thời điểm cấp được chia thành 3 loại:

- Loại điều chỉnh thời gian bắt đầu cấp

- Loại điều chỉnh thời gian kết thúc cấp

- Loại điều chỉnh hỗn hợp

Mặc dù có nhiều loại như vậy, nhưng hầu hết các động cơ điezel ngày nay

đều dùng loại bơm cao áp thay đổi lượng nhiên liệu bằng cách dùng rãnh xoắn trên piston (piston ngăn kéo) loại này còn gọi là bơm Bô sơ

3 Kết cấu bơm bô sơ

6 a

a- Cöa cÊp, b- R·nh xo¾n, c- Cöa x¶, 1-Cam, 2- Con l¨n, 3- Lß xo, 4- Lß xo cao ¸p,

5- Van cao ¸p, 6- Piston, 7- Thanh r¨ng, 8- Xi lanh

H×nh 2.3 - KÕt cÊu b¬m b« s¬

a Đặc điểm cấu tạo

- Bơm được cấu tạo bằng các loại thép hợp kim có khả năng chịu áp suất cao và có khả năng chịu được tải trọng thay đổi theo chu kỳ, và chống mòn tốt như XBR, 25X5M

- Với các chi tiết của cặp piston xi lanh bơm cao áp thì các mặt ma sát có độ cứng không nhỏ hơn HRC58, mặt đầu không nhỏ hơn HRC55, với cặp piston xi lanh

được chế tạo bằng thép 25C5M cần thấm Ni tơ

- Cặp chi tiết van cao áp và đế van cũng yêu cầu cao về mặt công nghệ Vật liệu chế tạo là thép hợp kim XBR, sau khi nhiệt luyện độ cứng phải đạt HRC56-62và HRC 60-64

- Cặp chi tiết chính xác là piston 6 và xi lanh 8 của bơm được chọn lắp theo bộ Trên xi lanh 8 có lỗ cấp nhiên liệu a và lỗ dầu hồi c Để điều chỉnh lượng nhiên liệu dùng thanh răng 7 làm thay đổi hành trình có ích của piston Trên piston 6 có phay rãnh xoắn b và rãnh thẳng để thay đổi lượng cấp nhiên liệu

b Nguyên lý hoạt động

- Hành trình thứ nhất: Khi động cơ hoạt động trục khuỷu quay lai trục cam bơm cao

áp Khi con lăn 2 tiếp xúc với bề mặt trụ của cam 1 thì piston 6 ở điểm chết dưới Piston bắt đầu đi lên lò xo 3 bị nén lại Lúc này nhiên liệu ở trong xi lanh bắt đầu tràn qua lỗ dầu cấp a và nhiên liệu bắt đầu bị nén lại áp suất nhiên liệu bên trong

xi lanh bắt đầu tăng lên tới khi áp lực này thắng lực của lò xo 4 thì van cao áp 5 mở

ra, nhiên liệu được cấp lên đường ống cao áp đi tới vòi phun để phun vào xi lanh

động cơ Quá trình cấp cứ diễn ra cho đến khi mép xoắn b trùng với mép của cửa tràn c do đó áp suất dầu giảm đột ngột dẫn đến lò xo 4 đóng van cao áp 5 lại, mặc

dù có thể lúc đó piston vẫn còn đi lên điểm chết trên

- Hành trình thứ 2: Khi con lăn tiếp xúc bên kia vấu cam thì lò xo 3 giãn dần và kéo theo piston 6 từ điểm chết trên đi xuống, lúc đầu tạo chân không trong xi lanh mà chưa hút nhiên liệu vào, cho đến khi đỉnh piston mở cửa cấp a, và cửa hồi c nhiên

liệu trong khoang chứa lỗ nhập a và c đi vào xi lanh Piston thực hiện hút nhiên liệu cho đến khi đến ĐCD

c Phương pháp điều chỉnh nhiên liệu

Đối với bơm cao áp loại điều chỉnh lượng nhiên liệu bằng rãnh xoắn trên piston thì lượng nhiên liệu được cấp phụ thuộc hoàn toàn vào thời gian từ lúc bắt

đầu cấp đến lúc kết thúc cấp Thời điểm bắt đầu cấp là thời điểm mép trên đỉnh piston lằm trên mép trên của cửa cấp dầu Thời điểm kết thúc cấp khi mép của rãnh xoắn nằm trên mép dưới của cửa hồi dầu Do vậy muốn thay đổi lượng nhiên liệu cấp cần thay đổi thời điểm kết thúc cấp bằng cách xoay piston Thời gian cấp nhiên liệu tương ứng với chiều cao của piston tính từ đỉnh tới mép của rãnh xoắn

Hình 2.4 - Sơ đồ điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp

- Khi cửa cấp ở vị trí O thì nhiên liệu không được cấp tới vòi phun

- Khi cửa cấp ở vị trí 1, lượng nhiên liệu cấp tới vòi phun tăng dần

- Khi cửa cấp ở vị trí 2, lượng nhiên liệu tăng lên so với vị trí 1

- Khi cửa cấp ở vị trí 3 lượng cấp tăng lên so với vị trí 2

e ct

i n

Ne g V

ρ

τ

120

.

= (lít) (2-1) Trong đó

ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ; ge = 206 (g/K W.h)

Ne - Công suất thiết kế của động cơ ; Ne = 1760 KW

i - Số xi lanh của động cơ ; i = 8

τ - Số kì của động cơ ; τ = 4

n - Vòng quay của động cơ ; n = 775 (v/p)

ρnl - Khối lượng riêng của nhiên liệu ; ρnl = 850 (g/dm3)

Thay các giá trị vào công thức được kết quả : Vct = 0,0023 (lít)

b Khoảng thời gian phun nhiên liệu (tính từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp)

n

t p p

6

ϕ

= (2-2) Trong đó:

tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu

ϕp- Góc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp; chọn ϕp = 200

n - Vòng quay thiết kế động cơ; n = 775 (v/p)

Thay các giá trị vào công thức (2-2) được kết quả: tp = 0,004 (s)

c Lưu lượng trung bình của một tổ bơm

p

ct tb t

V

Q = (2-3) Trong đó:

Qtb - Lưu lượng trung bình của 1 tổ bơm

Vct -Thể tích nhiên liệu cấp cho 1 chu trình ở chế độ thiết kế; Vct = 0,0023 (lít)

tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu; tp = 0,004 (s)

Thay các giá trị vào công thức (2-3) được kết quả: Qtb = 0,575(lít/s)

d Đường kính của piston bơm cao áp

p c p

c ct p

C

n V k d

.

6

4

η ϕ π

nC - Vòng quay của trục cam dẫn động bơm cao áp Chọn dạng cam lồi thì sẽ có: nC

= n/2 ( n là vòng quay thiết kế của động cơ)

k - Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp cực đại với tốc độ trung bình

Thay các giá trị vào công thức (2-4) ta được kết quả: dp = 30,6(mm)

Chọn theo tiêu chuẩn thì dp = 30 (mm) tra bảng được hành trình piston S = 42 (mm)

e Hành trình có ích của piston bơm cao áp

c p

ct a f

V h

η

.

=Trong đó:

Vct = 2300 (mm3)

fp - Diện tích đỉnh piston bơm cao áp fp = 700 (mm2)

ηc - Hệ số cung cấp của bơm cao áp; chọn ηc = 0,6

- Điều khiển áp suất phun nhiên liệu, đảm bảo nhiên liệu phun vào buồng đốt ở dạng sương mù, tạo điều kiện cho quá trình hoà trộn cháy tốt

2 Kết cấu

11

12 11

1- Kim phun, 2- Bệ đầu phun, 3- Êcu tròng, 4- Thân vòi phun, 5- Đũa đẩy,

6- Đĩa lò xo, 7- Lò xo, 8- Vít điều chỉnh, 9,12- Rãnh hình vành khăn, 10- Nắp nối với ống nhiên liệu, 11- Đường dẫn nhiên liệu

Hình 2.5 - Kết cấu vòi phun

Vòi phun là một trong những bộ phận quan trọng của hệ thống nhiên liệu Thực tế có rất nhiều loại vòi phun, việc sử dụng vòi phun loại nào phụ thuộc hoàn toàn vào hệ thống nhiên liệu:

- Vòi phun nhiên liệu hở: Dùng cho hệ thống phun kiểu khí nén

- Vòi phun nhiên liệu kín dùng van: Dùng cho hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp

- Vòi phun kiểu kín dùng kim phun: Loại này dùng cho hệ thống phun nhiên liệu bằng bơm cao áp kiểu trực tiếp

Trong 3 loại này thì loại thứ 3 có nhiều ưu điểm nhất Hiện nay cũng đang

được sử dụng phổ biến

được mở ra, nhiên liệu được phun vào buồng đốt của động cơ với áp suất cao

- Khi bơm cao áp thôi cấp nhiên liệu (tương ứng với thời điểm kết thúc cấp) áp lực nhiên liệu trên đường 11 giảm đột ngột, lò xo 7 giãn ra ép kim phun 1 đóng kín lỗ phun kết thúc quá trình phun nhiên liệu vào động cơ

- Đối với loại vòi phun kín, đầu phun 2 có nhiều kiểu khác nhau, nhưng dựa vào số

lỗ tia phun có thể chia thành hai loại: Loại có nhiều lỗ và loại có một lỗ tia Do các

ưu điểm chế tạo đơn giản, không bị tắc lỗ tia, chất lượng nhiên liệu không cần cao

mà ngày nay loại đầu phun có một lỗ tia được sử dụng rộng rãi cho các loại nhiên liệu nặng

4 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với một số chi tiết của vòi phun

a Lò xo

Do lò xo hoạt động trong môi trường dễ bị rỉ tốc độ tải đặt lên lò xo rất nhanh

đồng thời phụ tải tác dụng vào lò xo không đều nên khi lò xo làm việc độ cứng của

nó phải đạt 100 ữ 400 Nmm

b Thân và đầu vòi phun

- Được chế tạo theo tiêu chuẩn

- Có tính lắp lẫn hoàn toàn

5 Tính toán một số thông số cơ bản của vòi phun

a Tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình

n

V k Q

k - Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp cực đại với độ trung bình; k = 1,2

ϕp - Góc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp ϕp = 250

Vct - Thể tích nhiên liệu cấp cho một chu trình ở chế độ thiết kế Vct = 2,3 (cm3)

n - Vòng quay thiết kế của động cơ; n = 775 (v/p)

Thay các giá trị vào công thức (2-5) được kết quả QMax = 513 (cm3/s)

b Tổng tiết diện lưu thông của lỗ phun

Σài.fi =

) (

2

.

z p

nl Max

p P

Q

−

ρ (2-6)

Trong đó:

Σài.fi - Tổng tiết diện lưu thông của các lỗ phun

ρnl - Khối lượng riêng của nhiên liệu ρnl = 0,85 (kg/dm3)

PP - áp suất nhiên liệu trong thân vòi phun

Chọn Pp = 35 (MN/m2 )

PZ - áp suất cháy lớn nhất của động cơ PZ = 11,7 (MN/m2 )

Thay các giá trị vào công thức (2-6) được kết quả: Σài.fi = 4,8 (mm2 )

c Diện tích tiết diện lưu thông của một lỗ phun

f1 = Σài.fi/ i (2-7)

Trong đó:

i - Số lỗ phun trên 1 vòi phun; chọn i = 6

f1 - Tiết diện lưu thông của 1 lỗ vòi phun

Σài.fi - Tổng tiết diện lưu thông của các lỗ phun

e Lực ép nhỏ nhất của lò xo ( lực ép ban đầu)

4

.

2 0

2 2

b b

k po

d P d d P

−

−

=

cl PO

O Z

b

k

P P

P P d

d

(2-10) Trong đó:

PZ - áp suất cháy lớn nhất của động cơ; PZ = 11,7 (MN/m2)

Pcl - áp suất còn lại trên đường cao áp sau khi phun; Chọn Pcl = 11(MN/m2)

Thay các giá trị vào công thức (2-10) ta được: db = 3,03 (mm);

k po

.

max

π (2-11)

Trong đó:

c - Độ cứng của lò xo vòi phun

Pp0 - áp suất bắt đầu đẩy mở van kim PP0 = 15 (MN/m2)

dk - Đường kính phần dẫn hướng của thân van kim

A - Lực ép nhỏ nhất của lò xo A = 317 (MN/m2)

2

2 cos 2 sin 2 sin

''

k k

k

x

k k

k k x k

k

x

d

x d

x

f

α α

α α

α π

Thay các giá trị vào biểu thức (2-11) ta được: c = 240 (N/mm)

g Đường kính kim phun d 1

δ =

k

v f

f (2-14) Trong đó:

δ -Tỉ số giữa tiết diện hình vành khăn trên van kim và tiết diện thân van kim

chọn δ = 0,5

fv - Tiết diện hình vành khăn

fv = ( 2)

1 2

dk - Đường kính phần dẫn hướng của van kim

d - Đường kính kim phun

2 Cấu tạo

- Hệ thống sử dụng bơm piston để vận chuyển nhiên liệu

- Piston 2 được dẫn động bằng trục cam của bơm cao áp thông qua con đội 1, vận

động ngược lại của piston là do lò xo 4 điều khiển Khi piston chuyển dịch theo lực tác dụng của lò xo, nhiên liệu qua van hút 3 đi vào không gian chứa lò xo của bơm, lúc ấy trong không gian phía con đội nhiên liệu được bơm vào đường ống dẫn tới bầu lọc khi piston dịch chuyển theo lực đẩy trên con đội thì nhiên liệu từ không gian chứa lò xo chỉ có một phần đi vào không gian phía con đội vì trong không gian này có con đội 1 nên không thể chứa hết số nhiên liệu từ không gian chứa lò xo đẩy

ra, số nhiên liệu dôi ra sẽ đi tới bình lọc

- Trong trường hợp không có nhiên liệu tuần hoàn trong hệ thống áp suất thấp thì lượng nhiên liệu do bơm chuyển nhiên liệu cấp phải bằng lượng nhiên liệu phun vào

động cơ Lúc ấy vận động của piston do lực lò xo tạo ra sẽ ngừng lại ngay khi áp suất nhiên liệu trên đường dẫn tới bầu lọc và tới không gian phía con đội tạo ra lực

đẩy trên piston cân bằng với lực đẩy của lò xo Như vậy lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ được điều chỉnh tự động qua sự thay đổi hành trình có ích của piston

- Thông thường bơm chuyển nhiên liệu có thể tạo ra áp suất từ 0,15 ữ 0,2 MN/m2

4 Tính toán bơm chuyển nhiên liệu

Việc tính toán bơm chuyển nhiên liệu là cần xác định được lưu lượng và cột

áp của bơm Qua đó lựa chọn bơm có lưu lượng và cột áp tương đương với giá trị lưu lượng và cột áp đã tính được

a Lưu lượng của bơm

Để đảm bảo nhiên liệu được cấp liên tục cho bơm cao áp làm việc ngay cả khi các bầu lọc bị cáu bẩn gây sức cản lớn quá giới hạn cho phép thì lưu lượng của bơm chuyển nhiên liệu phải lớn hơn 2- 3.5 lần lượng nhiên liệu cực đại cấp cho

động cơ

Chọn : Q = 3,5.G’ (3-1) Trong đó :

G’- Lượng nhiên liệu cực đại cấp cho động cơ trong 1h (Động cơ quá tải 10%)

G’ = 1,1.G (3-2)

G - Lượng nhiên liệu cấp cho động cơ chạy ở chế độ định mức trong 1h

G = ge Ne (3-3) Trong đó :

ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ; ge = 206 (g/KW.h)

Ne - Công suất thiết kế của động cơ; Ne = 1760 (KW)

Thay các giá trị vào công thức (3-1), (3-2), (3-3) được kết quả: Q = 1396 (kg/h)

H - Cột áp của bơm

P - áp suất đẩy của bơm

γ - Trọng lượng riêng của nhiên liệu; γ = 8,5.103 (N/m3)

Thay các giá trị vào công thức (3- 4) ta được:

Vậy cần chọn bơm chuyển nhiên liệu có: Cột áp: H = 24 mH2O

Lưu lượng: Q = 1396 (kg/h)

2.1.4.4 Tính chọn bầu lọc nhiên liệu

1.Nhiệm vụ của bầu lọc

- Là sản phẩm đã được tiêu chuẩn hoá dùng để lọc bẩn lẫn trong nhiên liệu dùng cho động cơ

- Khi thiết kế cần chọn khả năng thông qua của bầu lọc bằng khoảng 2 lần số lượng nhiên liệu đi qua bầu lọc

2 Cấu tạo bầu lọc

Gồm bầu lọc thô và bầu lọc tinh

1- Êcu, 2- Cốc lọc, 3,4- Phiến lọc, 5,8- Đường nối ống, 6- Êcu, 7- Nắp, 9- Bao lụa,

10- Lưới lọc, 11,15- Lò xo, 12- Êcu, 13- Đĩa, 14- Gujông

Hình 2.9 - Kết cấu bầu lọc tinh

3 Nguyên lý hoạt động

Gồm 2 bầu lọc nối tiếp nhau:

- Bầu lọc thô: Đặt giữa thùng nhiên liệu và bơm vận chuyển Các phiến tròn 5

và phiến hình sao 6 xếp xen kẽ nhau Phiến tròn dầy 0,15 mm xung quanh có 6 lỗ hình ô van, các phiến hình sao dày 0,07 mm

Do các phiến xếp xen kẽ nhau nên tạo các khe hở 0,07mm Nhiên liệu sau khi vào không gian của vỏ 11 sẽ đi qua các khe hở Những tạp chất có kích thước từ

0,07mm trở lên thì bị giữ lại Nhiên liệu sạch đi theo các lỗ ô van trên phiến tròn đi lên nắp bầu lọc và đi tới bơm chuyển nhiên liệu qua đầu nối 8

- Bầu lọc tinh: Các phiến 4 làm bằng sợi bông mịn hơn các phin lọc 3 Các phiến 4 và 3 xếp xen kẽ nhau rồi lồng ra ngoài bao lụa 16 và lưới lọc 10 Nhiên liệu sau khi ra khỏi bơm được chuyển vào bầu lọc qua đầu nối 8 Nhiên liệu sẽ thấm qua phiến 3,4 và rồi qua bao lụa 16, lưới lọc 10 vào không gian lưới lọc Dầu sạch từ lõi lọc theo đường ống 9 tới đầu nối 8 rồi đi tới bơm cao áp

4 Tính toán bầu lọc

Đối với bầu lọc nhiên liệu trước hết phải tính toán năng lực thông qua rồi căn

cứ vào đó để chọn loại bầu lọc cho phù hợp

Lượng nhiên liệu cần lọc qua bộ lọc khi động cơ làm việc ở chế độ quá tải 10% là:

γ

β1 '

G

= (4-1) Trong đó:

β1- Lượng nhiên liệu cần qua bộ lọc

G’- Lượng nhiên liệu cực đại cấp cho động cơ trong 1h G’ = 397 (kg/h)

γ - Trọng lượng riêng của nhiên liệu; γ = 0,85.103 (kg/m3)

Thay các giá trị vào công thức (4-1) được: β1 = 0,467 (m3/h)

Các ống cao áp cần thoả mãn những yêu cầu sau:

- Sức cản thuỷ lực nhỏ, giữ kín tốt kể cả áp suất nhiên liệu tới 120MN/m2 và dưới tác dụng của dao động phụ tải đột ngột ống không bị nứt vỡ

- Vật liệu chế tạo ống là thép 10 hoặc thép 20, đường kính trong 2 ữ10cm khi chọn ống cần chú ý đến tốc độ nhiên liệu chạy trong ống Tốc độ này vào khoảng 60ữ80 m/s là đạt yêu cầu

- Chỗ nối ống phải tháo nắp được nhưng không được để rò rỉ nhiên liệu

- Các đường ống dẫn nhiên liệu áp suất thấp chế tạo bằng đồng đỏ hoặc thép

6 Tính toán két trực nhật

a Nhiệm vụ của két trực nhật

Trực tiếp cung cấp nhiên liệu sạch cho động cơ dùng hàng ngày Thể tích két phảI đảm bảo cho động cơ làm việc ở chế độ thiết kế trong khoảng 4 ữ24 giờ

b Tính thể tích két

Thể tích két trực nhật được tính theo công thức sau:

T

G k

γ

= (6-1) Trong đó:

V- Thể tích két trực nhật

k - Hệ số dự trữ két; chọn k = 1,1

G -Lượng nhiên liệu động cơ tiêu thụ trong 1h; G = 362 (kg/h)

γ - Trọng lượng riêng của nhiên liệu; γ = 0,85.103 (kg/m3 )

T - Thời gian đảm bảo cho động cơ làm việc; chọn T = 8h

Thay các giá trị vào công thức (6-1) ta được kết quả: V = 3,75 (m3)

Chọn V = 4 (m3)