đồ án kỹ thuật điện điện tử Xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel trong tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung broadcrown bcd-380s

CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ 2-1.Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp 2-2.Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện 112-3.Chế độ làm việc kinh tế

MỤC LỤC Trang

1 TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIEZEL-MÁY PHÁT

1-1 Tình hình sử dụng tổ hợp động cơ diezel-máy phát cấp điện

1-2.Năng lượng sử dụng và sự biến đổi năng lượng trong tổ hợp

1-3 Phân tích quá trình tiêu thụ năng lượng của động cơ diezel

2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ

2-1.Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp

2-2.Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện 112-3.Chế độ làm việc kinh tế của các phụ tải theo quan diểm

2-4.Phương pháp xác định lượng tiêu hao nhiên liệu của

động cơ diezel trong tổ hợp động cơ -máy phát 19

3 XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ

DIEZEL TRONG TỔ HỢP ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP

3-1.Tổng hợp các thông số có liên quan đến tính toán tiêu hao

nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung 24

3-1-2.Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp động cơ mát phát Broadcrown 253-1-3.Công suất đIện năng tiêu thụ trên đoàn tầu 26

3-1-4.Chi phí nhiên liệu ở chế độ không tảI của động cơ trong tổ hợp 303-2 Phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liẹu

3-2-2 Môi trường khai thác và khí hậu thời tiết 31

3-2-4.Yếu tố về hành khách đI tầu và tác nghiệp trên cung đoạn

3-3 Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel khi

3-3-2.Tính theo thống kê thực tế và khảo sát thực nghiệm 353-3-3 Kiến nghị định mức mới đối vơi tổ hợp động cơ máy phát

1 TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL- MÁY PHÁT

Từ lý do đó ngành đường sắt đã thay đổi phương thức cấp điện cổ điển bằngphương thức cấp điện tập trung theo từng giai đoạn và loại nguồn điện sử dụng làđiện áp xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha Phương án khởi đầu được sử dụng đó là: dùng

tổ hợp động cơ Bông sen 12 mã lực, kéo máy phát điện một chiều LK5 của Trungquốc, phương thức cấp điện này đã có được một số tiến bộ nhất định, song cũngbộc lộ nhiều khuyết điểm nhất là về chiếm dụng không gian lắp đặt quá nhiều, cồngkềnh, chất lượng động cơ Bông sen kém, mức độ ô nhiễm môi trường cao, bất tiệnkhi điều chỉnh số lượng toa xe do nhu cầu vận tải Một bước thay đổi nữa là sử

dụng tổ hợp động cơ diesel YANMAR 60L của Nhật bản kéo máy phát điện khôngđồng bộ ba pha do nhà máy chế tạo điện cơ sản xuất, cấp dòng xoay chiÒu ba pha

có điện áp 220/380VAC, nhờ biến áp hạ xuống 28V, qua bộ chỉnh lưu thành dòngmột chiều cấp cho các phụ tải làm việc

Từ những năm 1996 đến năm 2001 ngành đã đầu tư mua những loại MPĐ

có công suất từ 100- 300KWA lắp đặt trên một toa xe ( gọi là toa xe BVPĐ hoặcCV-PĐ) một hoặc hai tổ hợp Những tổ hợp của MPĐ này của hãng Cummin,FGWilson, Jubilee… đã cung cấp nguồn điện 380V/220V cho các đoàn tầu từ 12 -

15 toa xe, các toa xe này được trang bị các loại thiết bị hiện đại như máy ĐHKK,Tivi, thùng đun nước sôi, các loại đèn chiếu sáng…

Đối với các lọai MPĐ loại này vẫn còn thể hiện nhiều nhược điểm: công suấtnhỏ, không phải thiết kế để đặt lên toa xe do đó không chịu được rung, va đập nêntuổi thọ giảm , hay hỏng bất thường (độ tin cậy thấp)

Từ năm 2001 đến nay tổ hợp MPĐ Broadcroawn 380S đã được đưa vào sửdụng thử nghiệm Sau một thời gian sử dụng nó được đánh giá là loại tổ hợp MPĐ

có chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế phù hợp với ngành Đường sắt ViệtNam và từ đó đến nay đã được sử dụng trên toàn bộ các đoàn tầu có đẳng cấp caocủa Đường sắt Việt nam với số lượng như sau: XNVDTXK HN là 27 tổ hợp,XNTX Đà nẵng là 03 tổ hợp và XNTXKSG là 21 tổ hợp

Cơ cấu chủng loại tổ hợp động cơ diesel máy phát đang sử dụng trong ngànhđường sắt Việt nam thể hiện trong bảng 1-2.

cơ diezel máy phát điện Quá trình đó được trình bày trên hình 1-1

Hình 1-1 Quá trình biến đổi và chuyển giao năng lượng ở tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung.

HN- hoá năng của nhiên liệu diesel

Q-nhiệt lượng nhận được từ nhiên liệu

A-Công cơ học do nhiệt năng sinh ra

A

HN

E- Điện năng được tạo ra từ máy phát điện

Dạng biến đổi và chuyển giao năng lượng diễn ra nh sau :

m i

K N

Trong đó :

Ni-Công suất chỉ thị của động cơ diesel [kw];

-Phần công suất hữu Ých dùng cho các thiết bị phụ của động cơ diesel   0 05  15N E;

m

 -Hiệu suất cơ khí của động cơ diesel ( m  0 80  0 84);

Nh vậy công suất của động cơ diesel chuyển thành công suất của máy phát có dạng:

Trong tổ hợp động cơ diesel máy phát điện, công suất tiêu thụ của các phụtải bị giới hạn bởi độ lớn của công suất cấp NP Công suất tiêu thụ của các phụ tảiquyết định mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel.

Hiệu suất của các quá trình biến đổi năng lượng được trình bày trong bảng 3

1-Bảng 1-3: Hiệu suất của các quá trình biến đổi năng lượng

Bảng 1-3

1 Cơ năng-> cơ năng Turbin nước

Động cơ gió

0.900.46

2 Nhiệt -> cơ năng Turbin hơi nước

Động cơ hơi nước

0.400.20

3 Nhiên liệu -> cơ năng Động cơ diezel

Động cơ xăng

0.36 0.25

4 Nhiên liệu-> nhiệt-> cơ

-> điện năng

Nhà máy nhiệt điện

Hệ thống hơi nước khí cháy

0.40 0.55

8 Hoá năng-> điện năng Ắc quy

Pin khí cháy

0.700.60

10 Năng lượng mặt trời->

Bảng 1-4

N Sè toa

xe

Tên tổ hợp động cơ -máy phát

Mác tầu

sè chuyến

Tiêu hao [lít]

So với ĐM

n

i

n

B B

Để có cơ sở khoa học phân tích chi phí nhiên liệu của dộng cơ diesel trong tổhợp động cơ máy phát cấp điện tập trung phải sử dụng chỉ tiêu chi phí nhiên liệuđơn vị dạng :

V

B b

Ki

Ki hi

Trong đó : n Ni 

1 Tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải;

Bhi-Chi phí nhiên liệu theo giờ chạy trên đoạn đường thứ " i";

VKi-Tốc độ chạy bình quân trên đoạn đường thứ "i";

Từ công thức (1-4) ta tính được mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezeltrong các tổ hợp động cơ máy phát khác nhau, được trình bày trong bảng 1-4

1-4 Chọn đề tài nghiên cứu

Xuất phát từ quá trình khai thác tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tậptrung, cho đến nay vấn đề định mức nhiên liệu cho động cơ diesel vẫn mang tínhthời sự và cần phải giải quyết vấn đề này bằng một phương pháp luận khoa họcđược kiểm nghiệm từ thực tiễn để kiến nghị một chương trình định mức hợp lýhơn Chính vì lý do đó đề tài nghiên cứu được hình thành có tên :

" Xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu cho tổ hợp động cơ diesel máy phátcấp điện tập trung Đối tượng nghiên cứu là tổ hợp động cơ diesel máy phát

BROADCROWN BCD-380S phục vụ trực tiếp cho ngành đường sắt Việt nam.

Về ý nghĩa khoa học của đề tài, được thể hiện ở chỗ hình thành phươngpháp luận cho viêc xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơdiesel máy phát cấp điện tập trung

Về ý nghĩa thực tiễn của đề tài là giải quyết một vấn đề kỹ thuật trong ngànhđường sắt, đề xuất chương trình định mức tiêu hao nhiên liệu cụ thể cho tổ hợpđộng cơ diesel máy phát cấp điện tập trung, phục vụ trực tiếp cho tổ chức khai tháccác đoàn tầu khách trên mạng lưới đường sắt quốc gia.

Nội dung cần giải quyết bao gồm :

-Tổng quan về tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung

-Năng lượng sử dụng và qúa trình biến đổi và chuyển giao năng lượng

-Tổng hợp về tình hình tiêu thụ nhiên liệu trong tổ hợp động cơ -máy phát

-Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện

-Chế độ làm việc của phụ tải theo quan điểm chi phí nhiên liệu nhỏ nhất

-Phương pháp luận xác định tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ -máy phát.-Tính toán theo lý thuyết và tổ chức thử nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu để lựa chọn định mức cụ thể cho các tổ hợp khac nhau

Các bước tiến hành bao gồm:

-Nghiên cứu lý thuyết về kinh tế nhiên liệu

-Thu thập tài liệu về định mức cấp phát và định mức khai thác trong những năm

2003 đến quý II /2005

-Tổng hợp các cụm động cơ máy phát đang sử dụng trên đường sắt

-Tổ hợp động cơ- máy phát cấp điện tập trung Broadcrown BCD-380S và cácthông số kỹ thuật của nó

-Tính toán lý thuyết và đo đạc thực nghiệm

-Xây dựng chương trình định mức và hướng dẫn sử dụng

Đề tài được thực hiện tại :

+ Bộ môn Cơ Khí Ôtô trường đại học GTVT Hànội

+ Xí nghiệp Vận dụng toa xe khách Hànội

Với :

+ Sự hướng dẫn khoa học của :

1 Tiến sĩ Nguyễn Văn Bang

2 Tiến sĩ Nguyễn Đức Toàn

+ Sự trợ giúp của máy vi tính và máy đo tiêu hao nhiên liệu hiện có

+ Sù giúp đỡ của các nhà khoa học chuyên ngành ở bộ môn cơ khí ô tô,bộmôn đầu máy toa xe ,trường đại học GTVT Hà nội

+ Sự giúp đỡ của bạn bè đồng nghiệp trong ngành đường sắt Việt nam

2 CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY PHÁT

CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG.

2-1 Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát.

Trên hình 2-1 trình bày sơ đồ cấu trúc của tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung

1 2

3 4

5

6 7

Hình 2-1 Sơ đồ cấu trúc của tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung.

1 - Động cơ diezel; 2 - Bộ điều chỉnh chế độ làm việc của động cơ diezel;

3 - Máy phát điện một chiều; 4 - Máy phát điện xoay chiều;

X

3

5 - Bộ biến tần hoặc biến pha; 6 - Phụ tải một chiều; 7 - Phụ tải xoay chiều;

Từ sơ đồ nguyên lý ( hình 2-1.) có thể miêu tả quá trình làm việc của tổ hợpđộng cơ diezel máy phát điện như sau: Hoá năng của nhiên liệu biến thành cơ năngtrên trục động cơ diesel dùng để kéo máy phát điện taọ ra điện áp và cường độdòng điện cấp cho các phụ tải làm việc trong quá trình khai thác đoàn tầu trênđường sát Phụ tải của máy phát bao gồm các thiết bị tiêu thụ điện năng khác nhaunhư : hệ thống máy điều hoà không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thông hâm nóngnước,

Chức năng của tổ hợp động cơ diesel máy phát điện là : tạo ra một điện áp ổnđịnh, cấp theo yêu cầu của các loại phụ tải khác nhau, mà chế độ làm việc của phụtải lại luôn thay đổi, phụ thuộc vào các điều kiện môi trường thiên nhiên và xãhội Từ đó khó có thể xây dựng được một định mức tiêu hao nhiên liệu hoàn chỉnhcho tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung cho đoàn xe

2-2 Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát điện

Trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung,có thể các dạngbiến đổi năng lượng theo hai chiều : cơ thành điện, điện thành cơ (xem hình 2-1)

Về nguyên tắc động cơ diesel phải làm việc ở phạm vi hẹp của tốc độ quay để bảođảm hiệu suất nhiệt cao và các chỉ tiêu về độc hại là thấp nhất Ứng với phạm vi

Êy, động cơ diesel sẽ làm việc ở chế độ kinh tế nhất Theo khía cạnh khác, động cơdiesel chỉ cho phép quá tải không quá 10%, vì thế phải lựa chọn tổ hợp sao chomáy phát tiếp nhận công suất từ động cơ diesel có giá trị ổn định, không phụ thuộcvào quá trình điều khiển tốc độ quay và mômen quay của động cơ diesel, nghĩa là :

S

 tèc độ quay trên trục động cơ diesel;

Mặt khác không phụ thuộc vào các thông số dòng tức thời cấp cho phụ tải từmáy phát và công suất điện có dạng :

Trên hình 2-2 Trình bày các đặc tính chủ yếu của động cơ diesel khi thanhrăng nhiên liệu ở vị trí lớn nhất

Hình 2-2.Các đặc tính tốc độ của động cơ diezel

Đối với máy phát điện một chiều cũng như máy phát điện xoay chiều, không

có loại đặc tính ngoài tự nhiên nào thoả mãn yêu cầu ứng với một tốc độ quay nhấtđịnh của động cơ diezel, máy phát có một công suất ổn định khi tải thay đổi, nghĩa

là thoả mãn điều kiện : NP = UI = const Để có đặc tính dạng hypecbol công suấtkhông đổi phải sử dụng bộ điều chỉnh sao cho đặc tính ngoài của máy phát tiếp cậnvới đặc tính công suất không đổi của động cơ diesel Trên hình 2-3 trình bày mốiquan hệ đó

K K

- Umax - Điện ỏp cực đại của mỏy phỏt

- UZ - Điện ỏp định mức của mỏy phỏt

- KC- Hệ số kết cấu của mỏy phỏt và bằng:

Đặc tính công suất không

đổi của động cơ diesel

động cơ diesel Đoạn 2-3 đặc tính có dạng hypecbol, ở đây máy phát bị hạn chế bởicông suất định mức của động cơ diesel và có khả năng khai thác triêt để công suấtcủa động cơ diesel Đoạn 3-4 biểu thị hạn chế dòng cực đại của máy phát điện, phụthuộc vào điều kiện phát lửa, phát nóng và không thể khai thác triệt để công suấtcủa động cơ diesel.

Hình 2-4 trình bày sơ đồ khối hệ điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát điệnxoay chiều đồng bộ

Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát điện có ảnh hưởng rấtlớn đến kinh tế nhiên liệu Chính vì lẽ đó trong khai thác phải quan tâm đến côngviệc hợp lý của các hệ thống trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tậptrung

2-3 Chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung.

T2

Như đã biết, đặc tính làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát phụ thuộcvào đối tượng phục vụ của nó, ở đây đối tượng phục vụ của nó là các phụ tải dướidạng :

-Hệ thống làm mát đoàn tầu bằng điều hoà không khí

-Hệ thống làm mát đoàn tầu bằng quạt điện

- Yếu tố về khí hậu thời tiết

- Yếu tố về môi trường vận dụng

- Yếu tố về hành khách đi tầu

- Yếu tố về lưu thông và tác nghiệp khi cần thiết

Trong điều kiện hiện tại rất khó xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố

về mặt định tính và đăc biệt về mặt định lượng đến chế độ làm việc kinh tế của tổhợp động cơ máy phát Ơ' đây phân tích chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơmáy phát theo các công việc của các hệ thống thuộc bản thân đông cơ diesel vàmáy phát trong quá trình khai thác

- Đặc tính làm việc của động cơ diezel

Các thông số đánh giá chế độ làm việc kinh tế của động cơ diesel được xácđịnh bởi các hệ số sau :

+ Chi phí nhiên liệu khai thác đơn vị [g/kWh]

+ Hiệu suất khai thác của động cơ diesel [ Km]

+ Hệ số khai thác lợi dụng công suất của động cơ diesel [KN]

Các chỉ tiêu này phải kể đến thời gian làm việc của động diesel khi không tải

và quá trình chuyển tiếp sảy ra nếu có

- Chuyển hoá năng lượng sảy ra ở tổ hợp động cơ máy phát

Việc chuyển hoá này biểu thị bằng các hiệu suất thành phần và ở mức độ lớnphụ thuộc vào sự lợi dụng năng lượng hợp lý ở bản thân động cơ, ảnh hưởng đếnchuyển hoá này phải kể đến :

+ Đặc tính làm việc của các phụ tải

+ Đại lượng công suất tiếp nhận để cấp cho các thiết bị phụ

+ Quá trình rối loạn công việc của động cơ

Hiệu suất khai thác của động cơ diesel khá cao, điều đó cũng có nghĩa là khả nănglợi dụng năng lưọng cấp cho các phụ tải làm việc khá tốt

- Chế độ làm việc hợp lý của hệ thống và các thiết bị phụ.

Vấn đề này có ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế nhiên liệu của tổp hợp động cơ máyphát Hệ thống và các thiết bị phụ chủ yếu phải kể đến là :

[%]



) (N Z f

-Hệ thống làm mát động cơ diezel và máy phát điện.

Hệ thống này tiếp nhận phần công suất khá lớn của động cơ diezel , (trường hợpđặc biệt lên đến 6% công suất định mức) vì thế phải dành sự quan tâm thích đángcho vấn đề này Có thể thực hiện giảm chi phí năng lượng thông qua :

+ Sử dụng hệ thống làm mát nhiệt độ cao ( 110-1250C) nhờ thế có thể :

* Giảm công suất để dẫn quạt làm mát tới 30%,từ đó giảm chi phí nhiên liệu củađộng cơ diezel

* Giảm đến 3.5 lần thể tích làm mát

* Cải thiện tốt công việc của động cơ diezel

+ Tối ưu hoá hệ thống dẫn động quạt làm mát Dẫn động bằng cơ khí,thuỷlực cơ khí cùng với thay đổi vị trí góc cánh quạt cho khả năng chi phí nhiên liệunhỏ nhất Đồng thời cũng phải chú ý rằng hệ thống dẫn động quạt bằng động cơđiện xoay chiều có tần số thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của nước mang lại hiệuquả kinh tế khá lớn nhờ giảm chi phí nhiên liêụ

+ Cực tiểu hoá sức cản động học trong các đường ống lưu thông của hệthống làm mát và điều chỉnh cưả chớp cũng có tác dụng giảm chi phí nhiên liệucủa động cơ diezel

+ Làm mát tối ưu máy phát điện sẽ cho khả năng giảm chi phí nhiên liệu khánhiều Một điều đáng chú ý là công suất của máy điện bị hạn chế bởi nhiệt độ phátnóng cho phép Số nhiệt lượng toả ra tỷ lệ với bình phương của cường độ dòng điện

đó Việc duy trì được nhiệt độ ổn định (tiệm cận với nhiệt độ cho phép) là lời giải

lý tưởng, đồng thời thay đổi năng suất làm mát của quạt theo nhiệt độ của khôngkhí ở cửa vào là cần thiết Trên hình 2-6 trình bày sự phụ thuộc của nhiệt độ củacuộn dây máy điện vào năng suất làm mát của quạt khi nhiệt độ không khí ở cửavào khác nhau

Hình 2-7 Sự phụ thuộc nhiệt độ cuộn dây máy điện vào nhiệt độ không khí ở đầu vào T i [ 0 C] khi năng suất làm mát của quạt Q W [m 3 /s] khác nhau:

Q W1 >Q W2 >Q W5

Để duy trì nhiệt độ phát nóng ổn định, phương án dẫn động và điều chỉnhnăng suất làm mát của quạt theo một thông số và hai thông số có dạng :

) (W

) (I t0f

Trong đó:

- Iw - Dòng điện phần ứng

- tw- Nhiệt độ cuộn dây phần ứng

- t0- Nhiệt độ không khí ở đầu vào

Thực hiện theo phương án này chi phí nhiên liệu sẽ giảm đáng kể so với cácphương thức dẫn động và điều chỉnh hiện nay

Vai trò của cơ sở kỹ thuật trong việc tiết kiệm năng lượng trong khai thác tổ hợp động cơ máy phát

Thời gian khai thác của tổ hợp động cơ diesel máy phát có thể kếo dài hàngvài ba chục năm, chính vì vậy việc đảm bảo trạng thái kỹ thuật tốt của tổ hợp sẽdẫn đến giảm chi phí nhiên liệu, ngựơc lại sẽ gia tăng chi phí nhiên liệu Về lĩnhvực này yếu tố ảnh hưởng lớn đến gia tăng chi phí nhiên liệu bao gồm :

- Trạng thái kỹ thuật không tốt của hệ thống nhiên liệu và hệ thống cấpkhông khí

- Trạng thái không tốt của hệ thống xả khí

Một chỉ tiêu chất lượng không thể không kể đến đó là hiệu suất khai thác của

tổ hợp động cơ máy phát, hiệu suất này có dạng :

h

PT P e

h

K KT

QB

N QB

 Hiệu suất của phụ tải;

Q - Nhiệt lượng của nhiên liệu;

Bh- Chi phí nhiên liệu theo giê;

Dạng đồ thị thể hiện hiệu suất khai thác của tổ hợp động cơ diesel máy phátđiện được thể hiện ở hình 2-8

Để đánh giá chất lượng làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát trongquá trình khai thác có thể sử dụng hàm mục tiêu sau:

 g U N U f U k U

Trong đó : gU - Chi phí nhiên liệu khai thác ở vị trí mức phụ tải thứ " u "

Nu - Công suất của động cơ diesel ứng với vị trí mức phụ tải thứ "u"

fu - Giá trị hàm mật độ phân bố tải của tổ hợp động cơ diesel máy pháttrong quá trình làm việc

ku - Hệ sè thay đổi tải trong quá trình khai thác

2-4 Phương pháp xác định lượng tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ diezel máy phát điện.

Trước hết có thể tổng hợp các phương pháp tính chi phí nhiên liệu trong quátrình khai thác phương tiện giao thông có liên quan đến dạng biến đổi năng lượng :Hoá năng->cơ năng->điện năng Trong trường hợp khai thác vận tải đường sắt dơn

vị sử dụng để tính toán và phân tích tính ưu việt của quá trình khai thác là :

- Sử dụng năng lượng điện : W t.km.h đối với vận tải hàng hoá

h W

.

.

đối với vận tải hành khách

- Sử dụng nhiên liệu :t.lit km hoặc : t.km g  đối vận tải hàng hoá

. hoặc: HK g.km đối với vận tải hành khách

Để nhận được các thông số trên, trong khai thác phương tiện đường sắt tồntại nhiều phương pháp tính Ở đây ta quan tâm đến:

- Phương pháp công suất khai thác :

 B t B t [kg]

Trong đó :

- BU - chi phi nhiên liệu đơn vị thời gian ở mức phụ tải thứ "u"[kg/h]

- tU - thời gian động cơ diezel làm việc ở mức phụ tải thứ "u"[h]

- BJ - Chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian khi không tải [kg/h]

- t J  Tổng thời gian làm việc không tải [h]

-Phương pháp năng lượng :

- t ch  Tổng thời gian chạy trên cung đoạn vận dụng [h]

- B0 - Chi phí nhiên liệu thời gian khi không tải [kg/h]

t0  Tổng thời gian động cơ làm việc không tải [h]

Từ biểu thức (2-11); (2-12) hoàn toàn có thể tính chi phí nhiên liệu đơn vịtrong khai thác vận tải dưới dạng :

g L M

B b

H H

.

và :   

km HK

g L M

B b

K K

Trong đó:

- MH - Khối lượng hàng hoá được vận chuyển (tấn)

- MK - Khối lượng hành khách được vẩn chuyển (HK)

- L - Chiều dài của cung chặng vận tải

Trong trường hợp tổ động cơ máy phát cấp điện tập trung, phụ tải ở dạngcông suất tiêu thụ điện năng [kWh], chính vì vậy chi phí nhiên liệu đơn vị cần xácđịnh để phân tích tính kinh tế nhiên liệu của động cơ diesel phải có dạng :

g N

B b

Trong đó : B - Tổng lượng nhiên liệu cần thiết để tổ hợp động cơ máy phátlàm việc theo cung đoạn vận chuyển cùng với đoàn tầu;

N W  Tổng công suất phụ tải nhận năng lượng điện từ máy phát

Để tính toán tổng lượng tiêu hao nhiên liệu B có thể sử dụng phương trình(2-11) hoặc (2-12), song ở đây phải dùng thông số gU [g/kW.h] ở chế độ làm việcđịnh mức của động cơ diesel, khi đó phương trình (2-11) có dạng :

ct ct

t T

t

Trong đó : t ct  Tổng thời gian chậm tầu trong một ngày đêm [phút]

Tkh-Tổng thời gian kế hoạch chạy trong một ngày đêm [phút]

NZ - Công suất định mức khai thác của động cơ diezel sau khi đã trừ số phầntrăm công suất cấp cho hệ thống và thiết bị phụ của bản thân động cơ , ở đây có thểlấy 6-10% tức là :

] [ ) 9 0 94 0 ( ) 1

ge-Suất hao nhiên liệu của động cơ ở chế độ định mức [kg/kW.h]

N Wi T Wi  Tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải [kw.h]

Trong thực tế có thể sử dụng công thức sau để tính chi phí nhiên liệu trong tổhợp động cơ máy phát :

] [ ] ) (

.

Về mặt định tính : B A.X i (2-21)

Với : Xi - Mật độ hàm phân bố phụ tải làm việc.

Trên hình 2-9 trình bày mối quan hệ giữa B và Xi

Trong thực tế có thể sử dụng phương pháp thống kê toán học để xác định chiphí nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát với mô hình bài toán như sau :

Trên tuyến đường sắt A-B có Mn số chuyến tầu theo tên gọi : X1,X2, ,,Xi.Trên cácchuyến tầu đó, sử dụng toa xe cấp điện tập trung ứng với các phụ tải tiêu thụ điệnnăng có tích : N ni.t ni[kW.h] cùng với chi phí nhiên liệu BXi [kg] tưong ứng

B

B 100 / 100

B 50 / 100

0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Xi[%]

Hình 2-9 Sự phụ thuộc của chi phí nhiên liệu vào [%] phụ tải tiêu thụ.

Hãy tính chi phí nhiên liệu theo đơn vị công suất tiêu thụ làm cơ sơ cho việc

đề xuất định mức cấp phát và định mức khai thác cho các mác tầu trên

Để xây dựng mô hình bài toán ta lập biểu thống kê có dạng như bảng 2-1

Bảng 2-1.Các thông số càn thiết để lập mô hình bài toán tính chi phí nhiên liệu

Bảng 2-1

N Sè

chuyến

Mác tầu

Công suất phụ tải tiêu thụ dạng N ni t ni[kW.h] B[kg] b[g/kWh]

Trong đó : Nni-công suất tiêu thụ điện năng của các phụ tải được trang bị trên sốchuyến tầu Mn

tni-Thời gian làm việc tương ứng của các phụ tải đó

Lời giải của bài toán trên có dạng sau :

N

B b

ni ni

t N b

B

n

ni ni

Mô hình (2-19); (2-20); (2-22) và (2-23) dùng để tính toán thử nghiệm đốivới tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown BCD-380S sử dụng ở các đoàn tầu :E1/2, S1/2, SE1/2, SP1/2, V1/2, CL5/6 trên tuyến đường sắt thống nhất Đồng thời

có thể áp dụng các mô hình đó để tính cho các tổ hợp động cơ máy phát khác hiện

có, đang khai thác trên các mác tầu cụ thể , theo các cung đoạn vận dụng khácnhau

Về nguyên tắc mô hình toán học trên hoàn toàn có thể đảm bảo độ chính xáccho phép và đảm bảo tính phù hợp với thực tế Song trong điều kiện ở nước ta khó

có thể hài lòng với mô hình bài toán này bởi vì :

- Không thể thống kê chính xác thời gian làm việc của các phụ tải khác nhautrên cung đoạn vận chuyển

- Sự biến động của khí hậu thời tiết rất phức tạp mà chính nó lại ảnh hưởngrất lớn đến tiêu hao nhiên liệu

- Các yếu tố về hành khách, về tác nghiệp không theo mét quy luật nào cảlàm cho kết quả tính toán khó bảo đảm độ tin cậy cao trong vận dụng

- Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác chưa đề cặp được hết

Chính vì vậy phải sử dụng hệ số hiệu chỉnh xuất phát từ đo đạc cụ thể đốivới số lượng đoàn tầu đủ lớn để đảm bảo cho định mức khi đề xuất có độ tin cậychấp nhận được Đồng thời có tác động tích cực theo hướng tiết kiệm nhiên liệutrong quá trình khai thác các phương tiện giao thông trên mạng lưới đường sắtQuốc gia.

Để giải bài toấn theo các mô hình trên các giữ kiện cần có bao gồm :

- Thông số kỹ thuật của tổ hợp động cơ máy phát cần khảo sát

- Lịch trình chạy tầu trên tuyến đường sắt Thống nhất

- Thành phần các phụ tải nhận năng lưọng từ tổ hợp động cơ-máy phát cùng vớicông suất định mức của chúng [kW]

- Thời gian làm việc thực tế của các phụ tải đó

- Thời gian chậm tầu nếu có

- Thống kê lượng tiêu hao nhiên liệu thực tế theo khung thời gian phản ảnh haitrạng thái khí hậu thời tiết khác nhau, cô thể :

+ Khung thời gian 1 : từ tháng 4 đến tháng 9 ( trạng thái mùa nóng )

+ Khung thời gian 2 : từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau (trạng thái mùalạnh)

Sơ đồ khối để giải bài toán (2-20) có dạng ( hình 2-10.)

më m¸y nhËp c¸c tham sè phôc vô tÝnh to¸n

TÝnh chi phÝ nhiªn liÖu cho tæ hîp §C-MFTheo m« h×nh (2-20)