Tính toán lựa chọn bộ tăng áp tuabin khí lắp cho động cơ AMZ 237

 Đề Tài: Tính toán lựa chọn bộ tăng áp tuabin khí lắp cho động cơ AMZ 236 Giáo viên hướng dẫn Giáo viên hướng dẫn : : Sinh viên thực hiện Sinh viên thực hiện : : Lớp Lớp : : , ngày tháng năm LỜI NÓI ĐẦU Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuối cùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sư của trường đại học Bách Khoa Đà Nẵng mà mọi sinh viên trước khi bước vào thực tế công việc phải thực hiện. Nó giúp cho sinh viên tổng hợp và khái quát lại kiến thức từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành. Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế của một kỹ sư tương lai. 1 Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hàng trăm năm. Để hiểu rõ hơn về lịch sử phát triển của các quá trình tăng áp cho tới các biện pháp tăng áp và cuối cùng là những hư hỏng thông thường cũng như việc tính toán kiểm nghiệm bộ tuabin tăng áp. Trong đó, tăng áp tuabin khí là một loại tăng áp phổ biến hiện nay. Do vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu một cách toàn diện về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt trong nói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khí cụ thể của một động cơ nói riêng là rất cần thiết. Chính vì vậy, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “TÍNH TOÁN LỰA CHỌN BỘ TĂNG ÁP TUABIN KHÍ LẮP CHO ĐỘNG CƠ AMZ 236”. Tuy nhiên do những hạn chế về thời gian, kinh nghiệm thực tiễn, kiến thức cũng như tài liệu tham khảo, nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày được hết các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệ thống khác. Vì thế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện. Rất mong có được sự quan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thấy cô cùng các bạn. Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo DƯƠNG VIỆT DŨNG; cùng toàn thể thầy cô khoa cơ khí giao thông và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ, chỉ dẫn, góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này. Đà Nẵng, ngày tháng năm Sinh viên thực hiện. Đặng Văn Đông 2 1.MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Động cơ đốt trong có những bước phát triển thăng trầm do nhiều nguyên nhân khác nhau. Ví dụ người ta hy vọng vào một nguồn động lực khác có các đặc tính khác tốt hơn hoặc lo sợ về sự cạn kiệt của nguồn nhiên liệu được biểu hiện ở cuộc khủng hoảng vào những năm 70 của thế kỷ XX. Thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm do nó gây ra đối với môi trường và sức khỏe của con người. Tuy nhiên, những bước phát triển kỳ diệu, vượt bật trong nghiên cứu chế tạo động cơ xăng cũng như động cơ diesel đã đánh bại mọi nghi ngờ về sự tồn tại và phát triển của nó. Nhờ những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên động cơ đốt trong ngày nay chiếm ưu thế tuyệt đối trong mọi lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thuỷ, phát điện dự phòng, Lịch sử phát triển ngành động cơ đốt trong luôn gắn liền với lịch sử phát triển hệ thống tăng áp của nó. Ngày nay, hầu hết các động cơ xăng hiện đại đều sử dụng các loại tăng áp không có máy nén như: tăng áp dao động và cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất, hoặc kết hợp các tăng áp này với tăng áp tua bin khí. Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dụng với hầu hết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp. Thành tựu tăng áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể nhất cho động cơ đốt trong. 3 Nhằm mục đích tăng công suất cho động cơ đốt trong người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy ở một đơn vị dung tích xi lanh trong một đơn vị thời gian, tức là tăng khối lượng nhiệt phát ra trong một không gian và thời gian cho trước.Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy trong một đơn vị thời gian bằng cách thay đổi các thông số còn lại như sau: Tăng số chu trình trong một đơn vị thời gian bằng cách tăng số vòng quay n của động cơ. Hiện nay, giới hạn số vòng quay lớn nhất của động cơ đốt trong ở khoảng 11000 vg/ph đến 12000 vg/ph, những giá trị số vòng quay thích hợp nhất chỉ ở khoảng 5000 vg/ph đến 7000 vg/ph. Khi tăng số vòng quay của động cơ đốt trong sẽ gây khó khăn cho việc thực hiện các quá trình, đặc biệt là quá trình cháy. Tác hại hơn nữa là làm cho tốc độ trượt trung bình của piston tăng dẫn đến làm tăng tổn thất ma sát, mài mòn các chi tiết của nó và tăng lực quán tính. Thay đổi số kỳ từ 4 kỳ thành 2 kỳ. Nhờ tỉ số của kỳ sinh công so với vòng quay của động cơ 2 kỳ gấp đôi của động cơ 4 kỳ nên có thể tăng nhiệt lượng giải phóng trong một đơn vị thời gian, nhưng thực tế công suất động cơ hai kỳ lớn hơn động cơ 4 kỳ khoảng 50% đến 70%, song cho đến nay quá trình thay đổi khí của động cơ hai kỳ chưa hoàn chỉnh nên sinh ra tổn thất lớn và ô nhiễm tăng. Hiện nay, động cơ 2 kỳ được sử dụng chủ yếu là động cơ diesel và động cơ xăng công suất nhỏ hoặc công suất rất lớn. Tuy vậy, trong xu thế phát triển nhằm hoàn thiện quá trình quét thải, phun xăng trực tiếp, động cơ 2 kỳ có tiềm năng phát triển lớn. Tăng dung tích công tác V h hoặc số xi lanh i sẽ kéo theo kích thước, thể tích, trọng lượng của động cơ tăng. Hiện nay, động cơ một hàng xi lanh có tới 12 xi lanh, động cơ cao tốc chử V có tới 16 xi lanh và động cơ hình sao có tới 32 đến 56 xi lanh. Nếu tăng số xi lanh nhiều hơn nữa sẽ làm cho số chi tiết của động cơ tăng lên quá 4 nhiều (50.000 đến 100.000 chi tiết) làm giảm độ cứng vững của hệ trục khuỷu. Do đó, một mặt làm giảm độ tin cậy và độ an toàn trong quá trình làm việc của động cơ. Mặt khác, việc bảo dưỡng, sửa chữa và sử dụng thêm phức tạp. Việc dùng các biện pháp cải tiến và điều chỉnh chính xác các thông số cấu tạo và thông số điều chỉnh động cơ nhằm tăng hiệu suất chỉ thị, hiệu suất cơ giới và hệ số nạp cũng chỉ có thể làm cho công suất có ích của động cơ tăng lên rất ít. Tăng khối lượng không khí nạp vào xi lanh bằng cách tăng khối lượng riêng của không khí . Muốn vậy phải tiến hành nén môi chất nạp trước khi đưa vào xi lanh, tức là tăng áp suất của môi chất nạp. Do khối lượng nạp vào xi lanh tăng nên người ta có thể tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy trong dung tích đó. Như vậy, cho ta khả năng tăng lượng nhiệt phát ra trong dung tích cho trước. Biện pháp làm tăng khối lượng riêng của môi chất trước khi nạp vào động cơ bằng cách tăng áp suất của nó được gọi là tăng áp cho động cơ. Mục đích cơ bản của tăng áp cho động cơ đốt trong là làm cho công suất của nó tăng lên. Nhưng đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau: + Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất. + Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ ĐC ứng với một đơn vị công suất. + Giảm giá thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất. + Hiệu suất của đông cơ tăng, đặc biệt là tăng áp bằng tua bin khí và do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm. + Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại. + Giảm độ ồn của động cơ. 5 K ρ Với bộ tăng áp tuabin khí tận dụng năng lượng khí xả để dẫn động máy nén tăng áp thì hiệu suất của động cơ tăng áp cao, nâng cao công suất và giảm ô nhiễm môi trường. Do vậy với loại tăng áp này thì hiện nay dùng rất phổ biến trên các loại phương tiện giao thông vận tải. 2.GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ AMZ 236 2.1.Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ Động cơ AMZ 236 là loại động cơ có 6 xylanh thuộc họ động cơ diesel bốn kỳ do nhà máy ôtô IAROX LAP sản xuất. Động cơ này được lắp trên xe ôtô tải MAZ – 500 là loại ôtô hai trục, trục chủ động nằm phía sau, trọng tải 7,5 tấn dùng để vận chuyển những hàng thông dụng và những hàng khối lớn trên các đường mặt cứng. Trọng tải tổng cộng của rơ moóc xe kéo theo là 12 tấn. Tốc độ lớn nhất của xe chạy trên đường bằng khi chở hết trọng tải và không kéo theo rơ moóc là 75 km/h. Ôtô MAZ – 500 là kiểu gốc được chế tạo ở nhà máy ôtô Minxcơ từ năm 1963. Trên cơ sở ôtô gốc MAZ – 500, nhà máy đã chế tạo các kiểu ôtô khác như MAZ – 503, MAZ – 504 cũng như sử dụng loại động cơ AMZ 236. Các thông số kỹ thuật của động cơ AMZ 236 được giới thiệu ở bảng 1-1. Bảng 2-1 Các thông số kỹ thuật động cơ AMZ 236 STT Thông số Số liệu kỹ thuật Đơn vị 1 Loại động cơ Diesel 2 Số kỳ 4 3 Số xylanh 6 4 Sự bố trí xylanh Hình chữ V góc 90 0 5 Thứ tự làm việc 1-4-2-5-3-6 6 Đường kinh xylanh 130 mm 6 7 Hành trình pittông 140 mm 8 Tỷ số nén 16,5 9 Thể tích làm việc 11,15 lít 10 Công suất định mức 132 kW 11 Tần số quay của trục khuỷu ứng với công suất định mức 2100 Vòng/phút 12 Mômen xoắn lớn nhất 667 N.m STT Thông số Số liệu kỹ thuật Đơn vị 13 Tần số quay của trục khuỷu ở mômen xoắn lớn nhất 1600 Vòng/phút 14 Tần số quay của trục khuỷu khi chạy không tải Min 550.650 Vòng/phút Max 2275 Vòng/phút 15 Suất tiêu hao nhiên liệu 219 g/(kW.h) 16 Phương pháp tạo hỗn hợp Phun trực tiếp 17 Pha phân phối khí Góc mở sớm xu 20 Độ 7 páp nạp Góc đóng muộn xu páp nạp 46 Độ Góc mở sớm xu páp xả 66 Độ Góc đóng muộn xu páp xả 20 Độ 18 Góc phun sớm 18 Độ 19 Khối lượng động cơ khi chưa có hộp số 895 kg *Mặt cắt ngang của động cơ AMZ 236 8 Hình 2-1 Mặt cắt ngang động cơ. 1-Các te; 2- Máy phát; 3,16 - Thanh truyền; 4-Pittông; 5-Xylanh; 6- Cổ góp thải; 7- Vòi phun; 8- Bơm cao áp; 9- Bầu lọc; 10- Đường ống nạp; 11- Cổ góp hút; 12- Xupáp; 13- Bulông ; 14-Thân máy; 15-Trục Cam; 17- Trục khuỷu 9 *Mặt cắt dọc của động cơ AMZ 236 Hình 2-2 Mặt cắt dọc động cơ. 1-Bầu lọc tinh; 2-Bộ điều chỉnh góc phun sớm; 3-Puli quạt gió; 4- Trục con đội; 5- Quạt gó; 6-Puli trục khuỷu; 7-Đối trọng; 8- Bơm dầu bôi trơn; 9- Bầu lọc không khí;10- Bộ điếu tốc; 11- Bơm chuyển nhiên liệu; 12- Trục cam; 13- Bánh đà; 14-Thân máy; 15-Má khuỷu;16- Bulông xả dầu. 2.2.Đặc điểm các cụm chi tiết chính của động cơ AMZ 236 2.2.1.Nhóm pittông Trong nhóm piston gồm piston, xécmăng, chốt piston và vòng hãm chốt piston. Piston là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xilanh và nắp xy lanh tạo thành buồng cháy. Điều kiện làm việc của piston là rất khắc nghiệt, trong quá 10 15 14 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 13 16 [...]... đặc tính ngồi 132.00 600.35 Hình 3-2 Đặc tính ngồi của động cơ AMZ 236 chưa tăng áp 4.PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT BỘ TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ AMZ 236 4.1.Giới thiệu chung các hệ thống tăng áp trên động cơ 4.1.1.Phân loại tăng áp Tất cả các biện pháp nhằm tăng áp suất của khơng khí nạp vào trong xi lanh động cơ ở cuối q trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trong động. .. SỌNG ẠP SÚT TÄÚC ÂÄÜ pháp tăng áp trên MÀÕC NÄÚI TIÃÚP MÀÕC SONG SONG động cơ đốt trong 4.1.2.Biện pháp tăng áp nhờ máy nén Nếu mơi chất được nén nhờ máy nén được dẫn động từ trục khuỷu động cơ thì tổ hợp động cơ đốt trong- máy nén được gọi là động cơ tăng áp cơ khí (hoặc cơ giới) Nếu máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong thì tổ hợp động cơ đốt trong- tua bin... nén được gọi là động cơ tăng áp tua bin khí a) Tăng áp cơ khí Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là: máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ Các sơ đồ tăng áp cơ giới (Hình 4-2) P T P T' P K MN ÂC P0 a) LM P K b) P K P T MN P 0 Hình 4-2 Sơ đồ tăng áp cơ giới a- Sơ đồ tăng áp cơ ÂC TB KN c)... vào trong xi lanh động cơ ở cuối q trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua đó làm tăng lượng khí nạp mới vào trong động cơ, được gọi là tăng áp cho động cơ Dựa vào nguồn năng lượng để nén khơng khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành tăng áp có máy nén và tăng áp khơng có máy nén theo sơ đồ sau (Hình 4-1) 35 TÀNG ẠP Hình 4-1 KHÄNG CỌ MẠY NẸN CỌ MẠY NẸN Các phương DÁÙN ÂÄÜNG... phối khí được lắp ở phía đẩu trục khuỷu Tuy lắp kiểu này khiến cho hệ thống dẫn động cơ cấu phân phối khí chịu ảnh hương của dao động xoắn trục khuỷu làm sai lệch pha phân phối khí và chịu tải trọng phụ do dao động xoắn gây ra nhưng nếu lắp bánh răng dẫn động ở phía đi trục khuỷu sẽ làm cho kết cấu trục khuỷu và bánh răng dẫn động trở nên phức tạp so với khi lắp bánh răng dẫn động ở đầu trục khuỷu 3.TÍNH... việc ở áp suất 4,6 [bar], van này có tác dụng đảm bảo cho áp suất của dầu bơi trơn trong hệ thống có trị số khơng đổi 2.3.3.Hệ thống phân phối khí: Cơ cấu phối khí dùng để thực hiện q trình thay đổi khí, thải sạch khí thải ra ngồi trong kỳ thải và nạp đầy khí nạp mới vào xilanh động cơ trong kỳ nạp Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các u cầu sau: + Đóng mở đúng thời gian quy định + Độ mở lớn để dòng khí. .. chỉnh khe hở nhiệt cho xupap -Xu páp là chi tiết có điều kiện làm việc khắc nghiệt Khi làm việc nấm xupap chịu tải trọng động và tải trọng nhiệt rất lớn nên u cầu nấm xupap phải có độ cứng vững cao -Trục cam đặt giữa hai hàng xy lanh để dẫn động tất cả các xu páp -Con đội ở cơ cấu phân phối khí AMZ 236 dùng con đội con lăn  Phương án bố trí xu páp và trục cam: Động cơ AMZ 236 là động cơ ε = 16,5 diezel... nên cơ cấu phân phối khí dùng xu páp được bố trí theo phương 20 án xu páp treo, tạo điều kiện thuận lợi cho việc bố trí đường nạp và đường thải một cách thanh thốt khiến sức cản khí động giảm nhỏ Đường kính xy lanh 130 mm nên việc dùng hai xu páp cho một xy lanh (một nạp, một thải) thuận tiện cho việc bố trí vòi phun Các xu páp nạp và thải được bố trí cùng một dãy nên dẫn động của cơ cấu phân phối khí. .. hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn, làm động cơ rung động, mất cân bằng Kết cấu của một trục khuỷu gồm có: Cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu, đối trọng Ngồi ra trên trục khuỷu còn có đường ống dẫn dầu bơi trơn, chốt định vị, các bánh răng dẫn động trục cam, bơm dầu bơi trơn và puly dẫn động quạt gió, máy nén khí Hình 2-5 Trục khuỷu động cơ AMZ 236 Đầu trục khuỷu được lắp bộ giảm dao động xoắn và... dẫn động ở đầu trục khuỷu 3.TÍNH TỐN NHIỆT ĐỘNG CƠ AMZ 236 21 3.1.Các thơng số cho trước của động cơ: Cơng suất định mức có ích của động cơ: Ne = 132 kW Số vòng quay định mức: n = 2100 vòng/phút Tỷ số nén: ε = 16,5 Suất tiêu hao nhiên liệu: ge = 280 g/kW.h Đường kính xi lanh: D = 130 mm Hành trình pittơng: S = 140 mm Số xylanh: i=6 τ Số kỳ: =4 Pha phối khí động cơ 4 kỳ: + Góc mở sớm xupap nạp: ϕ 1 = 200