Đồ án tốt nghiệp ngành cơ khí đóng tàu Thiết kế động cơ Diesel, công suất 2940 KW

0 Mở đầu Sau 5 năm học tập tại tr ờng, để đánh giá lại kiến thức tr ớc khi b ớc vào thực tiễn sản xuất, em đ ợc giao đề tài tốt nghiệp với nhiệm vụ: Thiết kế động cơ Diesel 2940 mã lực. Đ ợc sự h ớng dẫn của cô giáo Đặng Khánh Ngọc và những kiến thức đã đ ợc học tập trong tr ờng, kết hợp với thực tiễn sản xuất, sau 3 tháng làm việc em đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp với những nội dung chủ yếu bao gồm các phần sau: Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Khoa Đóng Tàu: TRNG I HC HNG HI VIT NAM. c bit l cụ giỏo ng Khỏnh Ngc ó tn tỡnh giỳp giỳp Em trong quỏ trỡnh thc hin ti. Do bn than cha cú kinh nghim thc t nờn ti ca En cũn nhiu thiu sút mong cỏc thy cụ ch bo, phờ bỡnh ti ca Em c hon thin. Em xin chõn thnh cm n. 1 Mở đầu 1. Tính thời sự của đề tài. Sự phát triển của ngành giao thông vận tải đánh giá tốc độ tăng tr ởng và phát triển nền kinh tế quốc gia. Vì vậy, giao thông vận tải giữ một vai trò cực kì quan trọng. Trong bối cảnh đất n ớc ta hiện nay, giao thông vận tải càng khẳng định vai trò của nó và đang phát triển không ngừng, hoà chung với sự phát triển đó ngành vận tải thuỷ cũng đã và đang khặng định mình bằng những đội tàu lớn và hiện đại. Trên đa số các con tàu v ợt đại d ơng cũng nh các tuyến trong n ớc, động cơ Diezel vẫn đang đ ợc sử dụng làm động cơ chính và việc khai thác hệ động lực tàu thủy đã áp dụng nhiều thành tựu khoa học kỹ thuật. Ngày nay công nghiệp đóng tàu phát triển một cách nhảy vọt. Tuy nhiên phần lớn các động cơ Diezel đều nhập từ n ớc ngoài, để đặt nền móng cho nghành công nghiệp chế tạo động cơ Diesel thì việc thiết kế một động cỏ để đặt đ ợc các chỉ tiêu về kinh tế, kỹ thuật là vô cùng quan trọng. Tr ờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam là một tr ờng chuyên nghiệp đào tạo một bộ phận kỹ s đóng tàu và có nhiệm vụ trang trí, sửa chữa hệ thông động lực tàu thủy. Sau mỗi khoá học, mỗi sinh viên đ ợc nhận một đề tài tốt nghiệp nhằm nghiên cứu tổng hợp lại những kiến thức đã đ ợc học tập ở tr ờng, làm nâng cao chất l ợng đội ngũ cán bộ kỹ thuật phục vụ tốt cho ngành . 2.Mục đích của đề tài. Thiết kế động cơ Diesel, công suất 2940 KW. 3.Nội dung chính của đề tài. Mỏ đầu Ch ơng 1. Lựa chọn ph ơng án thiết kế. Ch ơng 2. Thiết kế động cơ Diesel, công suất 2940 KW. 2.1 Tính các thông số của chu trình công tác động cơ Diesel 2.2 Tính toán động học và động lực họccủa cơ cấu biên khuỷu. 2.3 Tính kết cấu, nghiệm bền một số chi tiết 2 2.4 : Tính toán các hệ thống phục vụ. Ch ơng 3. : Kết luận. 4. Ph ơng pháp nghiên cứu của đề tài. - Về lý thuyết sử dụng các tài liệu liên quan đến thiết kế động cơ Diesel của thầy Lê Viết L ợng. - ứng dụng phần mềm tính chu trình công tác để tính toán các thông số kỹ thuật của động cơ, động học và động lực học của các hệ thống nhằm phục vụ cho việc tính toán thiết kế động cơ Diesel. 5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài. Đề tài chỉ giới hạn trong việc thiết kế động cơ Diesel nhằm đáp ứng đ ợc công suất 2940 KW để thỏa mãn nhu cầu thiết kế. 6. í nghĩa khoa học và thực tiễn. Đề tài có ý nghhĩa khoa học và thực tiễn, nghiên cứu và làm rõ đ ợc ph ơng pháp thiết kế động cơ Diesel nói chung và động cơ Diesel tàu thủy nói riêng đáp ứng đ ợc công suất thiết kế và điều kiện làm việc của động cơ. Từ đó có thể áp dụng vào sản xuất và cải tiến nâng cao đ ợc chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật cho động cơ và làm giảm thiểu h hỏng các chi tiết. Đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên trong ngành cơ khí đóng tàu và các nghành cơ khí khác. MC LC Ch ơng, mục Tên ch ơng mục Trang số Nhiệm vụ th Mục lục Bảng quy đổi đơn vị Mở Đầu 1. Lí do chọn đề tài 2. Mục đích 3. Ph ơng pháp và phạm vi nghiên cứu 4. ý nghĩa thực tế của đề tài nghiên cứu Chng 1. lựa chọn ph/ơng án thiết kế . Chng 2. thiết kế động cơ diesel, công suất 2940 kw 2.1. Tính các thông số của chu trình công tác động cơ Diesel 2.1.1. Lựa chọ công thức tính. 2.1.2. kết quả tính toán 2.2 Tính toán động học và động lực học của cơ cấu biên khuỷu 2.2.1. Tính toán động học của cơ cấu biên khuỷu 2.2.2. Tính toán động lực học của cơ cấu biên khuỷu 2.2.2.1. Tính các thông số cần cho tính toán. 2.2.2.2. Xây dựng đồ thị công. 2.2.2.3. Lập bảng biểu diễn các hành trình công tác. 2.2.2.4. Tính g óc công tác và lựa chọn các thứ tự làm việc của các xilanh. 2.2.2.5. Đồ thị tổng lực tiếp tuyến. 2.2.2.6. Đồ thị lực tác dụng lên cổ biên. 2.2.2.7. Đồ thị lực tác dụng lên bạc biên. 2.2.2.8. Đồ thị lực tác dụng lên cổ trục. MC LC Ch ơng, mục Tên ch ơng mục Trang số 2.2.2.9. Đồ thị mài m òn. 2.2.3 Tính toàn bánh đà. 2.3. Tính toán kết cấu và nghiệm bền một số chi tiết cơ bản của động cơ. 2.3.1. Tính toán kết cấu và nghiệm bền một số chi tiết cố định của động cơ. 2.3.2. Tính toán kết cấu và nghiệm bền một số chi tiết chuyển động của động cơ 2.4. Tính chọn thiết bị một số hệ thống phục vụ động cơ. 2.4.1. Hệ thống nhiên liệu. 2.4.2. Hệ thống bôi trơn. 2.4.3. Hệ thống làm mát. 2.4.4. Hệ thống khởi động. Ch ơng 3. Kết luận và kiến nghị. TI LIU THAM KHO Các bản vẽ dùng để báo cáo tốt nghiệp 3 ch ¬ng 1 Lùa chän ph ¬ng ¸n thiÕt kÕ 4 Để đáp ứng nhu cầu vận chuyển hàng hoá trong và ngoài ớc ngày càng phát triển, ngoài đ ơng sắt, đ ờng bộ, đ ờng hàng không thì đ ờng biển đóng một vai trò hết sức quan trọng, do vậy để phát triển ngành Hàng Hải Việt Nam thì việc đóng mới, sửa chữa, nâng cấp một con tàu vận chuyển là rất cần thiết. Khi đóng mới một con tàu thì ng ời ta quan tâm đến công suất, tính an toàn, tính kinh tế, khả năng quay vòng cho mỗi chuyến đi của con tàu. ở đây nhiệm vụ là thiết kế động cơ 2940 kw. Để đáp ứng nhiệm vụ đó là phải chọn ra động cơ mẫu. Ta xét một số động cơ đ ợc chọn là: Một số loại động cơ đã đ ợc sản xuất : 1. Động cơ của hãng BURMEISTER AND WAIN chế tạo. Ký hiệu: K98FF; Công suất có ích Ne = 4100 cv; Đ ờng kính xilanh D = 98 cm; Hành trình của piston S = 200 cm; Số xilanh i = 6 -12; Vòng quay của động cơ n = 104 (v/p); Động cơ tàu thủy đảo chiều truyền động trực tiếp, hai kỳ có con tr ợt, kiểu động cơ chữ F. 2. Động cơ của hãng MITSUBISHI (Nhật) chế tạo Ký hiệu : UEC 85/180; Công suất có ích Ne = 3800 cv; Đ ờng kính xilanh D = 850 cm; Hành trình của piston S = 180 cm; Số xilanh i = 9; Vòng quay của động cơ n = 118 v/p; Động cơ Điesel hai kỳ, tăng áp bằng tuabin khí xả, quét thẳng qua xupáp, có guốc tr ợt. 3. Động cơ của hãng MAN (Đức chế tạo) Ký hiệu: KSZ105/180; Công suất có ích Ne = 4000 cv; 5 Đ ờng kính xilanh D = 105 cm; Hành trình của piston S = 180 cm; Số xilanh i = 6-12 V; Vòng quay của động cơ n = 106 v/p; Động cơ hai kì, có bàn tr ợt, tăng áp, không khí đ ợc làm mát. 4. Động cơ của hãng KOBEDIESEL-MITSUBISHI (Nhật chế tạo) Ký hiệu:UET 45/75C; Công suất có ích Ne= 3800 cv; Đ ờng kính xilanh D = 450 mm; Hành trình của piston S = 7500 mm; Số xilanh i = 6; Vòng quay của động cơ n = 17 v/p; Động cơ Điesel hai kỳ, tăng áp bằng tuabin khí xả, quét thẳng qua xupáp, không có guốc tr ợt. 5. Động cơ của hãng SULZER (Thụy sĩ) Ký hiệu: RND105; Công suất có ích Ne = 4000 cv; Đ ờng kính xilanh D = 105 cm; Hành trình của piston S = 180 cm; Số xilanh i = 10; Vòng quay của động cơ n = 108 v/p; Là động cơ hai kì, tăng áp bằng tua bin khíu xả, có guốc tr ợt. 6. Động cơ của hãng HANSHIN (Nhật). Ký hiệu: LH46LA; Công suất có ích N = 2942 kw; Đ ờng kính xilanh D = 460 mm; Hành trình của piston S = 880 mm; Số xilanh i = 6; Vòng quay của động cơ n = 210 v/p; Là động cơ 4 kì, tấp tốc, tăng áp bằng tua bin khí xả. 6 Sau khi tham khảo một số động cơ trên ta thấy động cơ của hãng HANSHIN chế tạo có nhiều u điểm phù hợp với nhiệm vụ thiết kế. - Đáp ứng đ ợc công suất. - Là động cơ thấp tốc không cần hộp số để giảm tốc , kích th ớc nhỏ gọn dễ bố trí trong buồng máy. - Là động cơ tăng áp , kích th ơc nhỏ gọn nên công suất lớn. - Hiệu suất cao. - 7 - Ch ¬ng 2 ThiÕt kÕ ®éng c¬ diezel c«ng suÊt 2940 kw [...]... tế của động cơ đốt trong và đến nay vẫn được sử dụng trong thực tế kĩ thuật và quá trình học tập Tuy nhiên, để nghiên cứu sâu các quá trình công tác của động cơ và để dự đoán thì phương pháp này chưa đủ hoàn thiện do các giả thiết đề ra khi thiết kế như đã nhận xét ở mục 2.1 Động cơ tàu thuỷ hiện đại chủ yếu là động cơ tăng áp bằng tuabin khí xả Các quá trình công tác trong xi lanh của động cơ và... Hiệu suất có ích: e = 3600.1000 QH g ct -Suất tiêu hao nhiên liệu trong 1 giờ Bh, kg/h Bh= 60.Vs z.n.i p s n à s R. L0 Ts - 23 2.1.2 Kết quả tính toán - Công suất tính được : Ne = 2945 KW - Sai số công suất : Ne = 100 % (Nem Ne )/Nem = 100% (2945 2940 ) /2940= 0,17(%) Ne = 0,17 (%) < 1(%) thỏa mãn - 24 - 23 2.2 tính toán động học và động lực học cơ cấu biên khuỷu 2.2.1 Tính toán động học của cơ cấu... trình công tác động cơ Diezel 2.1.1 Lựa chọn công thức tính, 2.1.1.1 Cơ sở lý thuyết mô phỏng chu trình công tác của động cỏ Diesel theo phương pháp cân bằng năng lượng Chu trình công tác của động cơ Diesel hoàn thành sau hai vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ 4 kì và hoàn thành sau một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ 2 kì Tuy nhiên trong một chu trình công tác cả hai loại động cơ đều... của động cơ, hoặc động cơ mẫu : nk=1,5 2 chỉ số nén đa biến trong máy nén -Nhiệt độ không khí trước xupáp nạp, oK : Ts=Tk-Tlm (2.19) Tlm: độ giảm nhiệt độ trong bầu làm mát không khí tăng áp,độ : -áp suất không khí trước xupap nạp,Mpa : Ps = Pk k Plm (2.20) Plm : độ giảm áp suất trong bấu làm mát không khí tăng áp,Mpa : pk: áp suất tăng áp lấy theo lý lịch động cơ hoặc động cơ mẫu ,Mpa : -áp suất. .. pm=am+bmCm- áp suất tổn hao cơ giới, Mpa; Đối với động cơ có buồng cháy thống nhất: am= 0,088; bm= 0,0118; Đối với động cơ có buồng cháy trước: am= 0,103; bm= 0,0135; Đối với động cơ buồng cháy phân cách: am= 0,103; bm= 0,015 - Hiệu suất cơ giới m : m = Pe Pi (2.55) - Công suất có ích Ne (kw) : Ne= Hoặc Vs i.n.z QH i n m s 60 à s L0 (2.56) N e = N i m - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, kg/ (kw. h):... theo các công thức khác nhau phụ thuộc vào loại động cơ Tất cả các công thức tính hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót - 19 xilanh đều là công thức thực nghiệm ứng với các điều kiện cụ thể, vì vậy không thể sử dụng công thức chung áp dụng cho các loại động cơ Dưới đây là một công thức thực nghiệm tính hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót xilanh : + Công thức Nuxent áp dụng cho động cơ Diesel... trình công tác của động cơ Diesel Để tính chu trình công tác của động cơ cần nghiên cứu, tính toán các quá trình công tác : nạp, nén, cháy, giãn nở trên cơ sở nhiệm vụ thư thiết kế và động cơ mẫu lựa chọn Sau khi tính các quá trình sẽ xác định được thông số môi chất tại các điểm đặc trưng Trong quá trình tính chu trình sẽ lựa chọn được các hệ số, các chỉ số đặc trưng cho chu trình phụ thuộc vào loại động. .. 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 trong quá trình nén... toán động lực học của cơ cấu biên khuỷu Tính toán động lực học của cơ cấu biên khuỷu nhằm mục đích xác định các lực do hợp lực của lực quán tính và lực khí thể tác dụng lên các chi tiết ở mỗi vị trí của trục khuỷu để phục vụ cho việc tính toán sức bền, nghiên cứu trạng thái mài mòn của các chi tiết máy và tính toán cân bằng động cơ 2.2.2.1 Đồ thị chuyển vị, vận tốc và gia tốc: áp dụng phương pháp đồ. .. liệu ( lấy theo động cơ hoặc động cơ mẫu); i - thời gian cháy trễ của nhiên liệu - áp suất chỉ thị trung bình pi, Mpa: pi=Li/Vs (2.50) Li - công chỉ thị của chu trình,kj - Công suất chỉ thị, kw: Mi=i.Vs.pi n.z/60 (2.51) i-Số xilanh; z- hệ số kỳ - Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị, kg/ (kw. h): Gi= 3600 p s n à s R. L0 Ts Pi ( 2.52) - Hiệu suất chỉ thị: i = à s R. L0 Ts Pi Qh Ps n - áp suất có ích trung