Nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp

LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học SPKT Hưng Yên, Viên khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi trong quá trình làm luận văn. Tôi xin chân thành cám ơn GS.TS. Phạm Minh Tuấn đã hướng dẫn tôi hết sức tận tình và chu đáo về mặt chuyên môn để tôi có thể thực hiện và hoàn thành luận văn đúng tiến độ. Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Trung cấp nghề số 12BQP, các phòng, ban, khoa và cán bộ giáo viên khoa công nghệ ô tô đã hậu thuẫn và động viên tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Tôi xin được bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy phản biện, các thầy trong hội đồng chấm luận văn đã đồng ý đọc, duyệt và góp ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn chỉnh luận văn này. Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, những người đã động viên, khuyến khích tôi trong suốt quá trình tôi tham gia nghiên cứu và thực hiện đề tài này. Hưng Yên, tháng năm 2015 Học viên MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ viii MỞ ĐẦU 1 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 2. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2 2.1. Mục đích của đề tài 2 2.2. Đối tượng nghiên cứu 2 2.3. Phương pháp nghiên cứu 2 3. Ý NGHĨA KHOA HỌC VÀ THỰC TIỄN 1 4. TÓM TẮT NỘI DUNG LUẬN VĂN 3 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 4 1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 4 1.2. NHỮNG ĐIỀU KIỆN CẦN ĐỂ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ THÀNH ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 5 1.3. NHỮNG VẤN ĐỀ PHẢI GIẢI QUYẾT KHI CẢI TIẾN TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ 6 1.4. GIỚI THIỆU VÀ PHÂN TÍCH NHỮNG NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ VỀ LĨNH VỰC NÀY 6 1.4.1. Trên thế giới 7 1.4.2. Tại Việt Nam 10 1.5. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 1.6. CÁCH TIẾP CẬN KHI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP. 12 1.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 13 CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH KỸ THUẬT CẢI TIẾN VÀ ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠ D243 15 2.1. TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ÁP SUẤT TĂNG ÁP ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AVLBOOST VÀ AVLEXICTE 15 2.1.1. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trong phần mềm AVLBoost 15 2.1.2. Cơ sở lý thuyết mô phỏng trên phần mềm AVLExcite Designer 25 2.1.3. Xác định tỷ số tăng áp 31 2.2. THIẾT KẾ LỰA CHỌN BỘ TUỐC BIN MÁY NÉN 32 2.2.1. Thiết kế lựa chọn bộ TBMN 32 2.2.2. Tính toán lựa chọn cụm TBMN 33 2.3. NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN: HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU, ĐƯỜNG NẠP THẢI, LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN. 36 2.3.1. Cơ sở tính toán, cải tiến các hệ thống khi thực hiện tăng áp 36 2.3.2. Lựa chọn tỷ sổ nén phù hợp cho động cơ khi tăng áp 36 2.3.3. Nghiên cứu cải tiến hệ thống nhiên liệu, đường nạp thải, làm mát và bôi trơn 37 2.3.4. Thiết kế hệ thống nạp và thải 41 2.3.5. Cải tiến hệ thống làm mát 47 2.3.6. Cải tiến hệ thống bôi trơn 48 2.4. XÂY DỰNG QUI TRÌNH CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ KHÔNG TĂNG ÁP THÀNH ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP 49 2.5. KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 53 CHƯƠNG 3: THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ 54 3.1. MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 54 3.1.1. Mục tiêu thí nghiệm 54 3.1.2. Phạm vi thí nghiệm 54 3.2. TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM 54 3.2.1. Động cơ thử nghiệm 54 3.2.2. Băng thử động cơ 55 3.2.3. Thiết bị đo khí thải 57 3.2.4. Các thiết bị khác 59 3.3. ĐIỀU KIỆN THỬ NGHIỆM 61 3.4. QUI TRÌNH THÍ NGHIỆM 62 3.4.1. Quy trình 62 3.4.2. Bố trí lắp đặt và hiệu chinh động cơ trên băng thử 62 3.5. KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 64 3.5.1. Đánh giá tính năng kinh tế và kỹ thuật của động cơ trước và sau khi tăng áp 64 3.5.2. Đánh giá các thông số làm việc của động cơ trước và sau khi tảng áp 66 3.5.3. So sánh độ khói trước và sau tảng áp 70 3.6. ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 72 3.7. KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 73 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỀN 74 4.1. KẾT LUẬN CHUNG. 74 4.2. KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN. 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải ĐCĐT Động cơ đốt trong AVLBoost Phần mềm mô phỏng chu trình nhiệt động của động cơ AVLExcite Designer Phần mềm tính toán trục khuỷu CFD Tính toán động lực học chất lưu có sự trợ giúp của máy tính Gambit Công cụ hỗ trợ chia lưới Fluent Phần mềm mô phỏng động lực học dòng chảy FDM Phương pháp sai phân hữu hạn FVM Phương pháp thể tích hữu hạn FEM Phương pháp phân tử hữu hạn Catia Phần mềm đồ họa Catia Ansys Phần mềm tính toán thể tích kết cấu GTVT Giao thông vận tải HTBT Hệ thống bôi trơn HTLM Hệ thống làm mát HTNL Hệ thống nhiên liệu BCA Bơm cao áp PSA Thiết bị đo áp suất khí PTN Phòng thí nghiệm ETB Băng thử động lực học cao APA Phanh điện APA MP Mô phỏng TN Thí nghiệm TB Tuabin MN Máy nén TBMN Cụm tuabin máy nén EMCON Hệ thống điều khiển động cơ và băng thử DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Các hệ số của phương trình trao đổi nhiệt tại cửa nạp và thái 22 Bảng 3.1. Thông sổ kỹ thuật thiết bị đo áp suất tăng áp PSA1 59 Bảng 3.2. Thông sổ kỹ thuật cảm biển nhiệt độ TM902C 60 Bảng 3.3. Kết quả thử nghiệm động cơ D243 nguyên bản 64 Bảng 3.4. Kết quả thử nghiệm động cơ D243 tăng áp 64 Bảng 3.5. Kết quả so sánh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu giữa mô phòng và thực nghiệm của động cơ D243 tăng áp 72 Bảng 3.6. Kết quả so sánh tỷ số tăng áp và hệ số dư lượng không khí giữa mô phỏng và thực nghiệm của động cơ D243 tăng áp 72 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1. Mô hình cân bằng năng lượng trong xylanh 18 Hình 2.2. Cấu trúc bộ phân mềm CFD Fluent 43 Hình 2.3. Ứng dụng CFD Fluent mô phỏng động cơ đốt trong 45 Hình 2.4. Quy trình cải tiến tăng áp bằng TBMN cho động cơ diesel đang lưu hành 52 Hình 3.1. Sơ đồ bổ trí thiết bị thử nghiệm 56 Hình 3.2. Lắp đặt động cơ trên băng thử Meiden 56 Hình 3.3. Tủ điều khiến và màn hình hiển thị Meiden 57 Hình 3.4. Thiết bị đo độ khói AVL Dismoke 4000 58 Hình 3.5. Cấu tạo buồng đo độ khói 58 Hình 3.6. Thiết bị đo áp suất tăng áp PSA1 59 Hình 3.7. Lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ đường nạp, thải động cơ 60 Hình 3.8. Thiết bị đo lưu lượng khí nạp. 61 Hình 3.9. Lắp đặt động cơ trên băng thử 63 Hình 3.10. Lắp đặt cụm TBMN lên động cơ 63 Hình 3.11. Bổ trí lắp đặt HTLM 64 Hình 3.12. So sảnh công suất và suất tiêu hao nhiên liệu 65 Hình 3.13. Tỷ số tăng áp theo tốc độ động cơ 66 Hình 3.14. So sánh lượng không khí nạp 67 Hình 3.15. So sánh hệ số dư lượng không khi 68 Hình 3.16. So sánh áp suất dầu bôi trơn 69 Hình 3.17. So sánh nhiệt độ nước làm mát 70 Hình 3.18. So sánh độ khói trong khí thải 71 MỞ ĐẦU 1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện nay ở Việt Nam có khá nhiều động cơ diesel không tăng áp đang lưu hành có độ bền rất cao. Phần lớn những động cơ này có nguồn gốc từ các nước xã hội chủ nghĩa cũ hoặc nhập khẩu gần đây từ Hàn Quốc ở dạng đã qua sử dụng. Do đã qua sử dụng một thời gian khá dài nên động cơ suy giảm công suất, tăng tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhiều độc hại. Một trong những biện pháp hiệu quả là trang bị thêm tuốc binmáy nén thành động cơ tăng áp nhằm tăng công suất, bên cạnh đó phần nào có thể giảm tiêu thụ nhiên liệu và phát thải độc hại, qua đó tận dụng được khả năng khai thác của động cơ. Trong những năm gần đây ở Việt Nam có một số công trình cải tiến động cơ không tăng áp thành động cơ tăng áp. Tuy nhiên, những công trình này chủ yếu dựa trên kinh nghiệm của các tác giả từ Liên Xô cũ thiết kế mặc định tăng công suất 30%, ngoài ra không cải tiến triệt để các hệ thống phụ như làm mát, bôi trơn nhằm đáp ứng điều kiện làm việc bình thường của động cơ sau tăng áp. Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp” là cần thiết và do đó học viên đã chọn đề tài này làm luận văn thạc sĩ của mình. 2. LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Ngành giao thông vận tải luôn đóng vai trò to lớn tới sự phát triển của nền kinh tế nước ta cũng như các nước khác trên thế giới, từ những yêu cầu đó, ngành công nghiệp động cơ đốt trong đã ra đời từ rất sớm và đã có nhiều cải tiến đột phá, nhưng tùy vào điều kiện kinh tế và khoa học kỹ thuật từng nước mà đội ngũ các kỹ sư, nhà khoa học… luôn nghiên cứu các giải pháp cải tiến các loại động cơ để thỏa mãn các yêu cầu về kinh tế và môi trường của con người. Ở Việt Nam hiện nay có khá nhiều động cơ diesel không tăng áp đang lưu hành có độ bền rất cao. Do đã sử dụng, nên động cơ suy giảm công suất, tăng tiêu thụ nhiên liệu và phát thải nhiều độc hại. Từ thực tế trên, ở Việt Nam đã có nhiều đề tài nghiên cứa, cải tiến những động cơ này, nhưng chưa mang tính tổng thể, mà chỉ điều chỉnh hoặc cải tiến một phần, một số hệ thống nhất đinh lên hiệu quả không cao, chính vì vầy việc nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel đang lưu hành thành động cơ tăng áp là nghiên cứu kết hợp giữa mô phỏng với thực nghiệm trên các thiết bị hiện đại, cải tiến đồng bộ và đưa ra giải pháp khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế ở Việt Nam để nâng cao tính năng kỹ thuật của động cơ diesel thế hệ cũ bằng tuabin khí thải. Kết quả nghiên cứu góp phần định hướng giải quyết nhu càu nâng cao tính năng vận hành của các loại động cơ diesel thế hệ cũ, đặc biệt là động cơ diesel tính năng vận hành thấp nhưng dư thừa về độ bền. Quy trình cải tiến có thể áp dụng cho bất kỳ loại động cơ diesel không tăng áp nào thừa bền, đảm bảo được tính khoa học và khả thi trong thực tiễn. 3. MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Mục đích của đề tài Hiểu được việc xây dựng và lý giải được qui trình kỹ thuật cải tiến động cơ diesel không tăng áp có độ bền cao đang lưu hành thành động cơ tăng áp nhằm tăng công suất và qua đó tận dụng khả năng khai thác động cơ. 3.2. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu tổng quan về động cơ tăng áp. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết trang bị tuốc bin máy nén cho động cơ diesel không tăng áp. Tìm hiểu áp dụng cho một trường hợp cụ thể là động cơ diesel D243 do Công ty diesel Sông Công sản xuất. Tìm hiểu đánh giá thử nghiệm động cơ sau tăng áp trên băng thử động cơ. 3.3. Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu đánh giá về các bước xây dựng quy trình kỹ thuật cải tiến và thí nghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thử đối với động cơ diesel D243 không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin máy nén. 4. TÓM TẮT CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI Luận văn trình bày tập trung vào tìm hiểu, đánh giá các nội dung chính sau: Đánh giá khả năng tăng áp của đông cơ được lựa chọn để tăng áp, thông qua các phần mềm như AVLBoost để tính nhiệt động học động cơ và phần mềm AVLExcite để kiểm bền động cơ nguyên thủy. Xác định tỷ số tăng áp bằng cách: chọn tỷ số tăng áp sau đó sử dụng phần mề AVLBoost để tính nhiệt động học động cơ và phần mềm AVLExcite để kiểm bền động cơ sao cho ứng với tỷ số tăng áp được chọn Thiết kế cải tiến động bộ các hệ thống trên động cơ cho phù hợp với TBMN được lựa chọn trên quan điểm không thay đổi quá nhiều kết cấu động cơ nhưng phải tăng được công suất và giảm thiểu khói đen và phát thải động cơ. Để tăng thêm tính khả thi trước khí được ứng dụng thì mục đích chính của đề tài là nghiên cứu đánh giá về các bước xây dựng quy trình kỹ thuật cải tiến và thí nghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thử đối với động cơ diesel D243 không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin máy nén. 5. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lí thuyết, trong đó chủ yếu là sử dụng những kiến thức đã học và tham khảo tài liệu về cải tiến động cơ diesel không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin máy nén để thực hiện luận văn. CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN 1.1. KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP Động cơ không tăng áp, trực tiếp hút không khí từ ngoài trời, do bị hạn chế về lượng không khí hút vào xylanh nên khả năng nâng cao công suất động cơ không lớn. Nếu dùng một máy nén riêng để nén trước không khí rồi đưa vào xylanh động cơ sẽ làm tăng mật độ không khí, qua đó làm tăng khối lượng không khí nạp vào xylanh mỗi chu trình, vì vậy làm tăng công suất động cơ. Phương pháp này được gọi là tăng áp. Tăng áp đối với không khí đưa vào xylanh có thể làm tăng công suất động cơ rất nhiều và làm giảm tiêu hao nhiên liệu. Khi động cơ được tăng áp sẽ cho phép đốt được nhiều nhiên liệu hơn do vậy công suất động cơ sẽ được cải thiện đáng kể. Ngoài ra, áp suất khí nạp cao sẽ làm cải thiện quá trình hình thành hỗn hợp trong động cơ và sẽ góp phần cải thiện quá trình cháy. Điều này dẫn đến hiệu suất động cơ sẽ tăng lên, đồng thời sẽ làm giảm lượng các chất phát thải độc hại trên một đơn vị công suất. Đặc biệt trong những năm gần đây, nhờ sự vượt bậc trong lĩnh vực nghiên cứu chế tạo tuabin (TB) và máy nén (MN) nên phạm vi sử dụng cho máy nén ngày càng rộng, áp suất tăng áp ngày một nâng cao. Nếu áp suất có ích trung bình pe của động cơ diesel không tăng áp thường không quá 0,7 ÷ 0,9 MPa thì đối với động cơ tăng áp thấp đạt được 1,0 ÷ 1,2 MPa, còn tăng áp cao có thể đạt tới 1,5 ÷ 1,9MPa. Nhìn chung, tăng áp là biện pháp hiệu quả để nâng cao công suất của động cơ diesel, tăng áp cho phép cải thiện một số chi tiết như sau. Giảm thể tích toàn bộ động cơ trên một đơn vị công suất. Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ trên một đơn vị công suất. Giảm giá thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất. Cải thiện hiệu suất của động cơ, đặc biệt là khi tăng áp băng TB khí. Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại.

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài nghiên cứu riêng Các số liệu và nội dung luận văn hoàn toàn trung thực chưa công bố công trình khác Hưng Yên, tháng Học viên i năm 2015 LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành cảm ơn Trường Đại học SPKT Hưng Yên, Viên khoa học, Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện cho trình làm luận văn Tôi xin chân thành cám ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn hướng dẫn tận tình chu đáo mặt chuyên môn để thực hoàn thành luận văn tiến độ Tôi xin cám ơn Ban giám hiệu trường Trung cấp nghề số 12-BQP, phòng, ban, khoa cán giáo viên khoa công nghệ ô tô hậu thuẫn động viên suốt trình học tập nghiên cứu Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy phản biện, thầy hội đồng chấm luận văn đồng ý đọc, duyệt góp ý kiến quý báu để hoàn chỉnh luận văn Cuối xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, bạn bè, người động viên, khuyến khích suốt trình tham gia nghiên cứu thực đề tài Hưng Yên, tháng Học viên ii năm 2015 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼVÀ ĐỒTHỊ viii MỞĐẦU .1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .1 LỊCH SỬNGHIÊN CỨU MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Mục đích đề tài 3.2 Đối tượng nghiên cứu 3.3 Phạm vi nghiên cứu TÓM TẮT CÁC LUẬN ĐỂ I M CƠBẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚ I Luận văn trình bày tập trung vào tìm hiểu, đánh giá nội dung sau: .3 Đánh giá khả tăng áp đông lựa chọn để tăng áp, thông qua phần mềm AVL-Boost để tính nhiệt động học động phần m ềm AVL-Excite để kiểm bền động nguyên thủy .3 Xác định tỷ số tăng áp cách: chọn tỷ số tăng áp sau s d ụng ph ần m ề AVL-Boost để tính nhiệt động học động phần mềm AVL-Excite để kiểm bền động cho ứng với tỷ số tăng áp chọn PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU .3 CHƯƠNG TỔNG QUAN .4 1.1 KHÁI QUÁT VỀĐỘNG CƠTĂNG ÁP 1.2 NHỮNG ĐỀ I U KIỆN CẦN ĐỂ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ THÀNH ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP .5 1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ PHẢI GIẢI QUYẾT KHI CẢI TIẾN TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ .6 1.4 GIỚI THIỆU VÀ PHÂN TÍCH NHỮNG NGHIÊN CỨU TRONG NƯỚC VÀ QUỐC TẾ VỀ LĨNH VỰC NÀY 1.4.1 Trên giới .7 1.4.2 Tại Việt Nam 10 1.5 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 12 1.6 CÁCH TIẾP CẬN KHI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐỘNG CƠTĂNG ÁP 12 iii 1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG .13 CHƯƠNG 15 NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG QUY TRÌNH KỸTHUẬT CẢI TIẾN VÀ ÁP DỤNG CHO ĐỘNG CƠD243 15 2.1 TÍNH TOÁN LỰA CHỌN ÁP SUẤT TĂNG ÁP ỨNG DỤNG PH ẦN M ỀM AVL-BOOST VÀ AVL-EXICTE 15 2.1.1 Cơ sơ lý thuyết mô phần mềm AVL-Boost 15 2.1.1.1 Giới thiệu chung .15 2.1.1.2 Phương trình nhiệt động học thứ 17 2.1.1.3 Trao đổi nhiệt trao đổi chất .19 2.1.1.4 Tính toán cụm TB-MN 23 2.1.2 Cơ sơ lý thuyết mô phần mềm AVL-Excite Designer .25 2.1.2.1 Giới thiệu chung .25 2.1.2.2 Cơ sơ lý thuyết UR-M53 25 2.1.2.3 Xác định ứng suất góc lượn theo phương pháp FVV 30 2.1.3 Xác định tỷ số tăng áp 31 2.2 THIẾT KẾ LỰA CHỌN BỘTUỐC BIN - MÁY NÉN 32 2.2.1 Thiết kế lựa chọn TB-MN 32 2.2.2 Tính toán lựa chọn cụm TB-MN 33 2.3 NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN: CƠCẤU PHỐI KHÍ, HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU, ĐƯỜNG NẠP THẢI, LÀM MÁT VÀ BÔI TRƠN 36 2.3.1 Cơ sơ tính toán, cải tiến hệ thống thực tăng áp .36 2.3.2 Lựa chọn tỷ sổ nén phù hợp cho động tăng áp 36 2.3.3 Nghiên cứu cải tiến cấu phối khí, hệ thống nhiên liệu, đường nạp thải, làm mát bôi trơn 37 2.3.3.1 Cải tiến cấu phối khí 37 2.3.3.2 Cải tiến hệ thống cung cấp nhiên liệu 38 2.3.4 Thiết kế hệ thống nạp thải .41 2.3.4.1 Giới thiệu chung .41 2.3.4.2 Cơ sơ lý thuyết phần mềm mô CFD Fluent .42 2.3.5 Cải tiến hệ thống làm mát .47 2.3.6 Cải tiến hệ thống bôi trơn 48 2.4 XÂY DỰNG QUI TRÌNH CẢI TIẾN ĐỘNG CƠKHÔNG TĂNG ÁP THÀNH ĐỘNG CƠTĂNG ÁP 49 2.5 KẾT LUẬN CHƯƠNG .53 CHƯƠNG 54 THÍ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢCẢI TIẾN ĐỘNG CƠ 54 3.1 MỤC TIÊU THÍ NGHIỆM 54 3.1.1 Mục tiêu thí nghiệm .54 3.1.2 Phạm vi thí nghiệm 54 iv 3.2 TRANG THIẾT BỊ THÍ NGHIỆM .54 3.2.1 Động thử nghiệm 54 3.2.2 Băng thử động 55 3.2.3 Thiết bị đo khí thải 57 3.2.4 Các thiết bị khác 59 3.2.4.1 Thiết bị đo áp suất khí tăng áp .59 3.2.4.2 Thiết bị đo nhiệt độ 60 3.2.4.3 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp 61 3.3 ĐỀ I U KIỆN THỬNGHIỆM 61 3.4 QUI TRÌNH THÍ NGHIỆM 62 3.4.1 Quy trình .62 3.4.2 Bố trí lắp đặt hiệu chinh động băng thử .62 3.5 KẾT QUẢVÀ THẢO LUẬN .64 3.5.1 Đánh giá tính kinh tế kỹ thuật động trước sau tăng áp 64 3.5.2 Đánh giá thông số làm việc động trước sau tảng áp 66 3.5.2.1 Tỷ sổ tăng áp 66 3.5.2.2 Hệ số dư lượng không khí .67 3.5.2.3 Đánh giá áp suất dầu bôi trơn 69 3.5.2.4 Đánh giá nhiệt độ động 69 3.5.3 So sánh độ khói trước sau tảng áp 70 3.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢMÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM 72 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG .73 CHƯƠNG 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỀN 74 4.1 KẾT LUẬN CHUNG 74 4.2 KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải ĐCĐT Động đốt AVL-Boost AVL-Excite Phần mềm mô chu trình nhiệt động động Designer Phần mềm tính toán trục khuỷu CFD Tính toán động lực học chất lưu có trợ giúp máy tính Gambit Công cụ hỗ trợ chia lưới Fluent Phần mềm mô động lực học dòng chảy FDM Phương pháp sai phân hữu hạn FVM Phương pháp thể tích hữu hạn FEM Phương pháp phân tử hữu hạn Catia Phần mềm đồ họa Catia Ansys Phần mềm tính toán thể tích kết cấu GTVT Giao thông vận tải HTBT Hệ thống bôi trơn HTLM Hệ thống làm mát HTNL Hệ thống nhiên liệu BCA Bơm cao áp PSA Thiết bị đo áp suất khí PTN Phòng thí nghiệm ETB Băng thử động lực học cao APA Phanh điện APA MP Mô TN Thí nghiệm TB Tuabin MN Máy nén TB-MN Cụm tuabin máy nén EMCON Hệ thống điều khiển động băng thử DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Bảng 2.1 Các hệ số phương trình trao đổi nhiệt cửa nạp thái .22 Bảng 3.1 Thông sổ kỹ thuật thiết bị đo áp suất tăng áp PSA-1 .59 Bảng 3.2 Thông sổ kỹ thuật cảm biển nhiệt độ TM-902C 60 vi Bảng 3.3 Kết thử nghiệm động D243 nguyên 64 Bảng 3.4 Kết thử nghiệm động D243 tăng áp 64 Bảng 3.5 Kết so sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu mô phòng thực nghiệm động D243 tăng áp 72 Bảng 3.6 Kết so sánh tỷ số tăng áp hệ số dư lượng không khí mô thực nghiệm động D243 tăng áp 72 vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ ĐỒ THỊ Hình 2.1 Mô hình cân lượng xylanh 18 Hình 2.2 Cấu trúc phân mềm CFD Fluent 43 Hình 2.3 Ứng dụng CFD Fluent mô động cơđốt .45 Hình 2.4 Quy trình cải tiến tăng áp TB-MN cho động diesel lưu hành 52 Hình 3.2 Lắp đặt động băng thử Meiden 56 Hình 3.3 Tủ điều khiến hình hiển thị Meiden 57 Hình 3.4 Thiết bị đo độ khói A VL Dismoke 4000 58 Hình 3.5 Cấu tạo buồng đo độ khói .58 Hình 3.6 Thiết bị đo áp suất tăng áp PSA-1 59 Hình 3.7 Lắp đặt cảm biến đo nhiệt độ đường nạp, thải động 60 Hình 3.8 Thiết bị đo lưu lượng khí nạp 61 Hình 3.9 Lắp đặt động băng thử .63 Hình 3.10 Lắp đặt cụm TB-MN 63 lên động 63 Hình 3.11 Bổ trí lắp đặt HTLM 64 Hình 3.12 So sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu 65 Hình 3.13 Tỷ số tăng áp theo tốc độ động .66 Hình 3.14 So sánh lượng không khí nạp .67 Hình 3.15 So sánh hệ số dư lượng không 68 Hình 3.16 So sánh áp suất dầu bôi trơn .69 Hình 3.17 So sánh nhiệt độ nước làm mát 70 Hình 3.18 So sánh độ khói khí thải 71 viii MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Hiện Việt Nam có nhiều động diesel không tăng áp lưu hành có độ bền cao Phần lớn động có nguồn gốc từ nước xã hội chủ nghĩa cũ nhập gần từ Hàn Quốc dạng qua sử dụng Do qua sử dụng thời gian dài nên động suy giảm công suất, tăng tiêu thụ nhiên liệu phát thải nhiều độc hại Một biện pháp hiệu trang bị thêm tuốc bin-máy nén thành động tăng áp nhằm tăng công suất, bên cạnh phần giảm tiêu thụ nhiên liệu phát thải độc hại, qua tận dụng khả khai thác động Trong năm gần Việt Nam có số công trình cải tiến động không tăng áp thành động tăng áp Tuy nhiên, công trình chủ yếu dựa kinh nghiệm tác giả từ Liên Xô cũ thiết kế mặc định tăng công suất 30%, không cải tiến triệt để hệ thống phụ làm mát, bôi trơn nhằm đáp ứng điều kiện làm việc bình thường động sau tăng áp Vì vậy, đề tài “Nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động diesel lưu hành thành động tăng áp” cần thiết học viên chọn đề tài làm luận văn thạc sĩ LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU Ngành giao thông vận tải đóng vai trò to lớn tới phát triển kinh tế nước ta nước khác giới, từ yêu cầu đó, ngành công nghiệp động đốt đời từ sớm có nhiều cải tiến đột phá, tùy vào điều kiện kinh tế khoa học kỹ thuật nước mà đội ngũ kỹ sư, nhà khoa học… nghiên cứu giải pháp cải tiến loại động để thỏa mãn yêu cầu kinh tế môi trường người Ở Việt Nam có nhiều động diesel không tăng áp lưu hành có độ bền cao Do sử dụng, nên động suy giảm công suất, tăng tiêu thụ nhiên liệu phát thải nhiều độc hại Từ thực tế trên, Việt Nam có nhiều đề tài nghiên cứa, cải tiến động này, chưa mang tính tổng thể, mà điều chỉnh cải tiến phần, số hệ thống đinh lên hiệu không cao, vầy việc nghiên cứu xây dựng qui trình kỹ thuật cải tiến động diesel lưu hành thành động tăng áp nghiên cứu kết hợp mô với thực nghiệm thiết bị đại, cải tiến đồng đưa giải pháp khả thi, phù hợp với điều kiện thực tế Việt Nam để nâng cao tính kỹ thuật động diesel hệ cũ tuabin khí thải Kết nghiên cứu góp phần định hướng giải nhu càu nâng cao tính vận hành loại động diesel hệ cũ, đặc biệt động diesel tính vận hành thấp dư thừa độ bền Quy trình cải tiến áp dụng cho loại động diesel không tăng áp thừa bền, đảm bảo tính khoa học khả thi thực tiễn MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1 Mục đích đề tài Hiểu việc xây dựng lý giải qui trình kỹ thuật cải tiến động diesel không tăng áp có độ bền cao lưu hành thành động tăng áp nhằm tăng công suất qua tận dụng khả khai thác động 3.2 Đối tượng nghiên cứu - Nghiên cứu tổng quan động tăng áp - Nghiên cứu sở lý thuyết trang bị tuốc bin - máy nén cho động diesel không tăng áp - Tìm hiểu áp dụng cho trường hợp cụ thể động diesel D243 Công ty diesel Sông Công sản xuất - Tìm hiểu đánh giá thử nghiệm động sau tăng áp băng thử động 3.3 Phạm vi nghiên cứu Phạm vi nghiên cứu luận văn nghiên cứu đánh giá bước xây dựng quy trình kỹ thuật cải tiến thí nghiện, đánh giá kết sau cải tiến băng thử động diesel D243 không tăng áp thành động diesel tăng áp tuốc bin - máy nén Đường nước vào két Quạt gió Đường nước két Hình 3.11 Bổ trí lắp đặt HTLM 3.5 KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.5.1 Đánh giá tính kinh tế kỹ thuật động trước sau tăng áp Kết thử nghiệm đo đối chứng động D243 nguyên tăng áp đưa Bảng 3.3 Bảng 3.4 Bảng 3.3 Kết thử nghiệm động D243 nguyên Tốc độ Ne (v/ph) 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200 (kW) 26,68 32,10 40,65 47,11 49,56 50,35 54,08 Gkk (kg/h) Lamda 107,21 128,00 139,03 174,49 217,12 241,45 261,67 1,16 1,06 1,04 1,04 1,14 1,25 1,21 ge pdầu T nước pkk (g/kWh) 281,26 283,49 280,77 274,28 267,14 268,21 278,51 (bar) 2,69 2,80 2,86 2,89 2,88 2,91 2,85 (°C) 69 78 80 80 81,2 83 84 (bar) - ge pdầu T nước pkk (bar) 3,00 (°C) 70 (bar) 1,2 Độ khói 100 100 100 96 84 71 63 Bảng 3.4 Kết thử nghiệm động D243 tăng áp Tốc độ Ne (v/ph) 1000 (kW) 38,24 1200 Gkk (kg/h) Lamda 156,51 1,09 (g/kWh) 243,24 49,20 190,23 1,03 256,16 3,24 79,5 1,2 100 1400 56,33 212,86 1,08 258,47 3,28 80,5 1,3 92 1600 66,56 252,58 1,13 248,91 3,20 81,2 1,31 80 1800 70 24 315,66 1,16 256,48 3,18 81,6 ỉ,33 70 2000 72 22 333,53 1,23 245,23 3,20 84 1,35 65 2200 76,64 390,53 1,29 252,73 3,00 85,9 1,38 58 64 Độ khói 100 Hình 3.12 thể so sánh đặc tính công suất tiêu hao nhiên liệu động D243 trước sau tăng áp Kết cho thấy công suất cải thiện rõ rệt dải tốc độ làm việc động Tại chế độ định mức n = 2200 v/ph công suất đạt giá trị lớn 76,64 kW, tăng 41,7% so với động chưa tăng áp Trên toàn dải tốc độ, công suất tăng trung bình khoảng 42% Hình 3.12 So sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu Suất tiêu hao nhiên liệu động tăng áp cải thiện rõ rệt với mức giảm suất tiêu hao nhiên liệu trung bình 16,1% toàn dải tốc độ Tại chế độ định mức suất tiêu hao nhiên liệu giảm 19,67% tương ứng với 232,3 (g/kWh) Như vậy, động D243 sau tăng cải thiện rõ rệt tính kỹ thuật tính kinh tế 65 3.5.2 Đánh giá thông số làm việc động trước sau tảng áp 3.5.2.1 Tỷ sổ tăng áp Áp suất tăng áp thông số quan trọng để đánh giá hiệu trình tăng áp Áp suất tăng áp hiệu làm việc cụm TB-MN định Kết nghiên cứu cho thấy, cụm TB-MN làm việc đạt hiệu cao tốc độ vòng quay lớn, lúc lượng khí thải lớn Tuy nhiên, chế độ vòng quay thấp hiệu làm việc cụm TB-MN giảm, cụ thể tốc độ nhỏ 1200 v/ph, tỷ số tăng áp đạt khoảng 1,32 (Hỉnh 3.13) Sở dĩ có kết cụm TB-MN GT2554 thiết kế cho dải công suất định, mà không thiết kế cho riêng mẫu động D243 nên đường đặc tính chưa thực phù hợp Hình 3.13 Tỷ số tăng áp theo tốc độ động b Lưu lượng không khí nạp Hình 3.13 Tỷ số tăng áp theo tốc độ động 66 Hình 3.14 So sánh lượng không khí nạp Lượng không khí nạp thông số quan trọng cho việc đánh giá khả tăng công suất cho động Hình 3.14 thể so sánh lượng không khí nạp rong hai trường hợp động có tăng áp không tăng áp Kết cho thấy toàn dải làm việc tốc độ lượng không khí nạp vào tăng rõ rệt động tăng áp Lượng khí nạp tăng lớn 53,10% tốc độ 1400 v/ph tăng trung bình 46,46% toàn dải tốc độ làm việc Như cụm TB-MN làm việc hiệu quả, tận dụng lượng khí thải để đưa thêm không khí vào xylanh 3.5.2.2 Hệ số dư lượng không khí Hệ số dư lượng không khí thông số đánh giá tính đậm hay nhạt hỗn hợp không khí - nhiên liệu Để tăng công suất động cần phải tăng lượng 67 nhiên liệu đốt cháy, nhiên trường hợp cụm TB-MN làm việc không hiệu làm cho hỗn hợp nhiên liệu đậm làm giảm hiệu trình cháy Do hệ số dư lượng không khí λ thông số quan trọng để đánh giá mức độ tăng áp đặc biệt hiệu cụm TB-MN lựa chọn So sánh giá trị hệ số dư lượng không khí λ theo tốc độ vòng quay động có tăng áp thể Hình 3.15 Nhìn chung động D243 sau tăng áp, lượng khí nạp tăng lên, đồng thời lượng nhiên liệu cung cấp cho chu trình hiệu chỉnh Do hệ số λ thay đồi toàn dải tốc độ động Điều cho thấy, việc điều chỉnh tăng thêm lượng nhiên liệu cung cấp sau động tăng áp phù hợp Hình 3.15 So sánh hệ số dư lượng không 68 3.5.2.3 Đánh giá áp suất dầu bôi trơn Áp suất bơm dầu thông số quan trọng trọng đánh giá khả bôi trơn cho động Đối với động nghiên cứu sau tăng áp phải trích đường dầu từ đường dầu để bôi trơn cho TB-MN, làm giảm lượng dầu bôi trơn cho động Trong nghiên cứu tính toán lại đưa cải tiến cho bơm dầu để làm tăng lưu lượng trì áp suất dầu bôi trơn để đảm bảo điều kiện làm việc bình thường cho động Kết so sánh áp suất dầu bôi trơn trước sau tăng áp thể Hình 3.16 Tốc độ (v/phút) Hình 3.16 So sánh áp suất dầu bôi trơn Nhìn chung, áp suất dầu trường hợp tăng áp trì đảm bảo áp suất làm việc khoảng 3,2 kG/cm Điều cho thấy việc tỉnh toán cải tiến HTBT phù hợp 3.5.2.4 Đánh giá nhiệt độ động Nhiệt độ động thông số quan trọng để đánh giá hiệu làm việc HTLM sau cải tiến Kết thử nghiệm nhiệt độ nước làm mát trước (chưa cải tiến) sau tăng áp (đã cải tiến) thể Hình 3.17 Đồ thị cho thấy, 69 sau tăng áp với HTLM cải tiến, nhiệt độ động gần không thay đổi, tăng lên chưa tới 1% Nhiệt độ làm việc trung bình động khoảng 80°c Điều cho thấy HTLM làm việc hiệu quả, đảm bảo khả tản nhiệt cho động 3.5.3 So sánh độ khói trước sau tảng áp Độ khói thông số quan trọng đánh giá hiệu trình cháy động Trong trường hợp trình cháy thiếu oxy làm tăng độ khói khí thải Hình 3.18 thể so sánh độ khói khí thải động hai trường hợp tăng áp chưa tăng áp Tốc độ (v/phút) Hình 3.17 So sánh nhiệt độ nước làm mát 70 Hình 3.18 So sánh độ khói khí thải Kết cho thấy trình cháy động sau tăng áp cải thiện làm giảm độ khói động λ cải thiện chút vùng tốc độ cao thể Hình 3.16 Tuy nhiên tốc độ vòng quay thấp 1400 v/ph độ khói đạt tới 100, động rơi vào vùng giới hạn khói đen Muốn khắc phục, phải dùng loại TB biến hình [14,24] phải có biện pháp bổ trợ MN khí [10] MN điện Tuy nhiên, biện pháp phức tạp không phù hợp trang bị loại động cũ, lưu hành Để hạn chế phát thải khói đen, không nên cho động hoạt động dải tốc độ thấp 71 3.6 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM Kết bảng 3.5 thể công suất suất tiêu thụ nhiên liệu động D243 táng áp mô thực nghiệm sai lệch không nhiều Giá trị công suất trung bình sai lệch 3,55%, giá trị suất tiêu thụ nhiên liệu trung bình sai lệch 3,22% Bảng 3.5 Kết so sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu mô phòng thực nghiệm động D243 tăng áp Công suất (kW) Tốc độ (v/phút) Mô Suất tiêu hao nhiên liệu (g/kWh) Thực Sai lệch nghiệm % Mô Thực nghiệm Sai lệch 1000 39,20 38,24 -2,54 248,64 243,24 -2,17% 1400 60,20 56,33 -6,43 237,28 258,47 8,93% 1600 66,17 66,56 0,59 230,48 248,91 8,00% 1800 73,30 70,24 -4,17 228,96 256,48 12,02% 2000 75,73 72,22 -4,63 236,9 245,23 3,52% 2200 80,00 76,64 -4,20 251,08 252,73 0,66% Bảng 3.6 Kết so sánh tỷ số tăng áp hệ số dư lượng không khí mô thực nghiệm động D243 tăng áp Tỷ số tăng áp (-) Tốc độ (v/phút) Mô 1000 1,31 1400 Thực Hệ số dư lượng không khí (-) Thực Sai lệch Mô 1,33 1,53% 1,047 1,01 1,49% 1,34 1,33 -0,75% 1,080 0,86 -4,63% 1600 1,37 1,44 1,074 0,85 1800 1,41 1,46 3,55% 1,074 0,97 5,21% 2000 1,45 1,48 2,07% 1,082 1,10 7,21% nghiệm 5,11% 72 nghiệm Sai lệch 0,56% 2200 1,47 1,50 2,04% 1,177 1,22 4,50% So sánh kết mô thực nghiệm hai thông số tỷ số tăng áp hệ số dư lượng không khí thể Bảng 3.6 Tỷ số tăng áp sai lệch trung bình khoảng 2,22% hệ số dư lượng không khí sai lệch trung bình 3,11% toàn giải tốc độ Với kết sai lệch không đáng kể công suất, suất tiêu thụ nhiên liệu tỷ số tăng áp hệ số dư lượng không khí, cho thấy việc sử dụng kết mô phân mềm AVN-Boost làm sở để tính toán lựa chọn cụm TBMN để thực cải tiến tăng áp cho động phù hợp rút ngắn thời gian chi phí cho việc chuyển đổi động từ không tăng áp thành tăng áp TB-MN 3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG Kết thực nghiệm cho thấy động D243 sau tăng áp có ưu điểm sau - Công suất tăng, đạt 76,64 kW Tăng 41,7% tốc độ n = 2200 v/ph, tăng trung bình khoảng 42% toàn giải tốc độ nghiên cứu - Tính kinh tế cải thiện rõ rệt, mức tiêu hao nhỏ 245,23g/kWh, giảm khoảng 8,6%, trung bình giảm 8,9% - Lượng không khí nạp vào tăng rõ rệt động tăng áp, cụ thể tăng lớn 53,10% 1600 v/ph, tăng trung bình 46,46% toàn giải tốc độ làm việc - Hệ số dư lượng không khí trì sau tăng áp - Thành phần khói đen động có cải thiện chút vùng tốc độ cao tăng áp cho λ lớn chút, vùng tốc độ thấp thành phần gần không thay đổi so với trường hợp không tăng áp - Qua trình đánh giá phân tích cho thấy kết mô phần mềm AVL-Boost làm sở để tính toán cải tiến tăng áp cho động phù hợp 73 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỀN 4.1 KẾT LUẬN CHUNG Tăng áp cho động cố độ bền cao lưu hành giải pháp kỹ thuật hợp lý Việt Nam nhằm tận dụng khả khai thác hiệu động - Đưa quy trình công nghệ khả thi thực tăng áp cho động lưu hành: + Sử dụng phần mềm mô AVL-Boost, AVL-Excite để tính toán khả tăng áp lựa chọn tỷ số tăng áp + Sử dụng phần mềm mô AVL-Boost, AVL-Excite, Ansys để kiểm tra sức bền chi tiết động sau tăng áp + Tính toán, thiết kế điều chỉnh cải tiến hệ thống làm mát, bôi trơn, đường nạp- thải + Thiết kế, chế tạo, láp đặt, hiệu chỉnh thử nghiệm động sau tăng áp - Đã áp dụng quy trình cho động diesel D243 cũ lưu hành: + Sử dụng phần mềm AVL-Boost xây dựng mô hình động D243 nguyên đánh giả độ xác mô hình bàng số liệu đo đạc thử nghiệm + Xây dựng mô hình động D243 tăng áp AVL-Boost AVLExcite Designer để đánh giá khả tăng áp động + Mô chu trình công tác động cờ kiểm nghiệm bền trục khuỷu tỷ số tăng áp khác nhau, từ lựa chọn tỷ số tăng áp hợp lý π k = 1,5 Với tỷ số tăng áp chọn, tính toán lựa chọn cụm TB-MN Garett (GT2554R) đáp ứng yêu cầu tăng áp Tính toán chu trình công tác kiểm nghiệm bền lại động với cụm TB-MN - Chế tạo, lắp đặt Công ty Diesel Sông Công: + Chọn mua cụm TB-MN Garett GT2554R đáp ứng yêu cầu tăng áp + Chế tạo đường nạp, thải đảm bảo lắp ghép thuận lợi có kết cấu phù hợp 74 + Chế tạo puly bơm nước sở kế thừa puly nguyên cách tiện giảm kích thước puly theo kết tính toán cải tiến + Chế tạo cặp bánh bơm dầu theo kết tính toán cải tiến, hiệu chỉnh lại sức căng lò xo van an toàn bơm dầu - Kết thử nghiệm Công ty Diesel Sông Công: + Công suất đạt 76,64 kW 2200 v/ph, tăng 41,4%, suất tiêu thụ nhiên liệu nhỏ 245,23 g/kWh, giảm 8,6%, giảm trung bình 8,9% toàn dài tốc độ + Cụm TB-MN làm việc hiệu vùng tốc độ cao, tăng lượng khí nạp vào xylanh trung bình 46,46% Điều cho thấy cải tiến hệ thống nạp, thải trang bị cụm TB-MN Garett GT2554R phù hợp + Độ khói giảm tối đa 16,7% giảm trung bình 7,9% + Nhiệt độ làm mát ổn định 80°c Điều cho thấy việc cải tiến HTLM phù hợp + Áp suất dầu bôi trơn trì 3,2 kG/cm Động làm việc bình thường trình thử nghiệm Điều cho thấy việc cải tiến HTBT phù hợp 4.2 KIẾN NGHỊ PHƯƠNG HƯỚNG PHÁT TRIỂN Qua khảo sát đánh giá thí nghiệm đề tài thấy đề tài cải tiến động diesel không tăng áp thành động diesel tăng áp Việt Nam điều kiện thực tế khả thi phù hợp Tuy nhiên nghiên cứu đánh giá hệ thống dừng lại phòng thí nghiệm Để đề tài ứng dụng rộng rãi vào thực tiễn, cần thiết phải làm bổ sung thêm nghiên cứu chuyên sâu sau: - Đánh giá độ ổn định hệ thống nạp, thải hệ thống bôi trơn, làm mát - Thử nghiệm bền động thử nghiệm trường để đánh giá khả làm việc hệ thống thời gian dài điều kiện làm việc thực tế 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Cù Huy Thành (2005), “ Nghiên cứu hoàn thiện cấu phân phối khí động diesel thủy hóa”, Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Đại học Bách khoa Hà Nội Lê Đình Vũ (2006) Nghiên cứu ảnh hưởng hình dáng hình học hệ thống thải đến tiêu kinh tế - lượng động diesel kỳ tăng áp tuốc bin biến áp Luận án Tiến sĩ kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân Nguyễn Đại An (2002), “Nghiên cứu hoàn thiện hệ thống nạp-thải thủy hóa” Nguyễn Tất Tiến (2003), “Lý thuyết động đốt trong”, NXB giáo dục Phạm Minh Tuấn (2013), “Lý thuyết động cơ”, NXN KH&KT Hà Nội Võ Nghĩa – Lê Anh Tuấn (2004), “Tăng áp động đốt trong”, NXB KH&KT Hà Nội Lê Đình Vũ (2010) Nghiên cứu cường hóa động B6 tăng áp tuốc bin khí thải Đề tài cấp Bộ (Bộ quốc phòng), nghiệm thu 11/2010 Nguyễn Tiến Hán, Nguyễn Duy Vinh, Khổng Vũ Quảng, Phạm Minh Tuấn (2012) Nghiên cứu ảnh hưởng thời điểm phun, áp suất phun tỷ số nén đến đặc tính động D243 sau tăng áp Tạp chí KHCN, ĐHCN Hà Nội, số 9/2012 Nguyễn Tiến Hán (2014) Nghiên cứu khả tăng áp động diesel lưu hành Luận án Tiến sĩ kỹ thuật động nhiệt, Trường ĐHBK Hà Nội Tiếng anh 10 Aaron Edward Teo Sheng Jye, et.al, “Effects of Mechanical Turbo Compounding on a Turbocharged Diesel Engine” 2013-01-0103/TSAE-13AP0103 11 AVL Excite Desiger (2011), Theory, pape 2- 111 12 AVL Excite Desiger (2013), Theory, Version 2013.1, edition 4/2013 13 AVL- List GmbH (2009), BOOST v.2009 Users Guide & Theory, HansList- Platz 1, A- 8020 Graz, Austria 76 14 Byongil, Takashi Shiraishi, “Development of Variable Two- stage Turbocharger for Passenger Car Diesel Engines” Mitsubishi Heavy Industries Technical Review Vol 47 No 4, December 2010 15 Chen, H, “Turbine wheel design for Garret advanced variable geometry turbines for commercial vehicle applications” Institution of Mechenical Engineers (Great Britain), 8th International Conference on Turbochargers and Turbocharging, pp317- 328, 2006, IBBN: 1845691741, 9781845691745 16 Colin R Ferguson and Allan T Kirkpatrick (2001), “Internal Combustion Engine: Applied Thermoscience”,Second edition, John Wiley & Sons, Inc., 17 Desmond E Winterbone and Richard J Pearson (2010), “Theory of Engine Manifold Design- Wave action method for IC engines” Professional Engineering Publising Limited, London and Bury St Edmunds, UK 18 Desmond E Winterbone and Richard J Pearson (2010), “Design Techniques for Engine Manifolds- Wave action methods for IC engines” Society of Automotive Engineers, Inc Warrendale, Pennsylvania, USA 19 Donghe Han, Seung K Han, Bong H Han and Woo T Kim, “Development of 2.0L Turbocharged DISI Engine for Downsizing Application” SAE paper No 2007- 01- 0259 20 George E.Totten (2006), “Handbook of Lubrication and Tribulogy”, Volume 1, Application and Maintenace, 2th Edition, Taylor and Francis 21 Gunter P Merler, Christian Schawars (2009), “Combustion Engines Development”, Springer Heidelberg Dordrecht, London, NewYork 22 Grant Lumsden, Dave OudeNijeweme, Neil Fraser and Hugh Blaxill, “Development of a Turbocharged Direct Injection Downsizing Demonstrator Engine”, SAE paper No 2009-01-1503 23 Heywood, J and Welling, O., “Trends in Performance Characteristics of Modern Automobile SI and Diesel Engines” SAE Int J Engines 2(1):1650- 1662, 2009, doi: 10.4271/2009-01-1892 77 24 Hiroschi Uchida, et.al, “Transient Performance Prediction of the Tubocharging System with the variable Geometry Tubocharges”, TOYOTA Central R&D Labs.Ins 25 Horst Bauer, Robert Bosch GmbH (2003), “Diesel-Engine Manegement: An Overview”, Robert Bosch GmbH, ISBN: 3934584624, 9783934584624 26 Klaus Mollenhauer, Helmut Tschoke (2010), “Hanbook of Diesel Engines”, Springer Heidelberg Dordrecht, London, NewYork 27 P Hoecker, F.Pfluger, Dr.J.W.Jaisle, Dr.S.Munz, “Modern turbocharging designs for passenger car diesel engines” BorgWarner Turbosystems 28 Richar van Basshuysen, Fred Schafer, “Internal combustion engine handbook”, SAE International, Siamens VDO, Automotive 29 Unified Requirements: M53- Calculation of Crankshafts for I.C.Engines 30 Wiliam P Attard, Steven Konidaris, Elisa Toulson and Harry C Watson, “The Feashibility of Downsizing a 1.25 Liter Normally Aspirated Engine to a 0.43 Liter Highly Turbocharged Engine”, SAE paper No 2007-24-0083 31 Xinqian Zheng, et.al, “Stability Improvement of Turbocharger Centrifugal Compressor by Asymmetric Vaneless Diffuser Treatment” Turbine Technical Conference and Exposition, Volume 6C: Turbomachinery, San Antonio, Texas, USA, June 3-7, 2013, ISBN: 978-0-7918-5524-9 78 [...]... trình kỹ thuật cải tiến và thí nghiện, đánh giá kết quả sau cải tiến trên băng thử đối với động cơ diesel D243 không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin - máy nén 5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Phương pháp nghiên cứu của luận văn là nghiên cứu lí thuyết, trong đó chủ yếu là sử dụng những kiến thức đã học và tham khảo tài liệu về cải tiến động cơ diesel không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp. .. hiện tăng áp bằng TB-MN Ví dụ như: các hãng sản xuất động cơ diesel của Belarus đã thực hiện cải tiến tăng áp bằng TBMN cho hầu hết các họ động cơ ЯMЗ và D do hãng sản xuất, cụ thể là động cơ D243 cải tiến thành động cơ D245 với công suất tăng từ 59,6 kW lên 77 kW, động cơ ЯMЗ 240 cải tiến tăng áp thành động cơ ЯMЗ 240H với công suất tăng từ 268 7 kW lên 372,5 kW trong khi thề tích công tác của động cơ. .. của đề tài này là nghiên cứu một cách đầy đủ, bài bản các vấn đề khi tiến hành cường hóa động cơ đang lưu hành bằng phương pháp tăng áp TB khỉ thải Trên cơ sờ quy trình cải tiến này, có thể áp dụng trên bất kỳ động cơ diesel chưa tăng áp nếu thừa bền Đề tài tập trung giải quyết tổng thể bài toán cải tiến tăng áp cho động cơ diesel đang lưu hành theo hướng: lựa chọn tỷ số tăng áp phù hợp thông qua tính... nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu lí thuyết, trong đó chủ yếu là sử dụng những kiến thức đã học và tham khảo tài liệu về cải tiến động cơ diesel không tăng áp thành động cơ diesel tăng áp bằng tuốc bin - máy nén được thực hiện tại phòng thử động cơ nhiều xylanh, phòng thí nghiệm động cơ đốt trong, Viện cơ khí động lực, Trường Đại học Bách khoa Hà Nội 1.6 CÁCH TIẾP CẬN KHI NGHIÊN CỨU CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ TĂNG... thấy rằng, các nghiên cứu nhằm giảm kích thước động cơ, tăng công suất riêng, tăng hiệu suất, cải thiện đặc tính kinh tế, kỹ thuật và phát thải của động cơ mà các hãng sản xuất động cơ trên thế giới đang hướng tới vẫn chủ yếu tập trung cải tiến động cơ bằng phương pháp tăng áp cao Toàn bộ các hệ thống và cơ cấu của động cơ được tính toán, thiết kế cải tiến để đảm bảo áp ứng các yêu cầu kỹ thuật khi thực... đơn vị công suất - Cải thiện hiệu suất của động cơ, đặc biệt là khi tăng áp băng TB khí - Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại 4 1.2 NHỮNG ĐIỀU KIỆN CẦN ĐỂ CẢI TIẾN ĐỘNG CƠ THÀNH ĐỘNG CƠ TĂNG ÁP Tăng áp suất khí nạp (p k) cùng với lượng nhiên liệu cung cấp (G nl) khi thực hiện tăng áp cho động cơ sẽ làm tăng áp suất có ích trung bình p e Mặt khác khi nâng cao mức độ tăng áp, pe càng tăng nhanh sẽ dấn... tăng áp Tăng áp đối với không khí đưa vào xylanh có thể làm tăng công suất động cơ rất nhiều và làm giảm tiêu hao nhiên liệu Khi động cơ được tăng áp sẽ cho phép đốt được nhiều nhiên liệu hơn do vậy công suất động cơ sẽ được cải thiện đáng kể Ngoài ra, áp suất khí nạp cao sẽ làm cải thiện quá trình hình thành hỗn hợp trong động cơ và sẽ góp phần cải thiện quá trình cháy Điều này dẫn đến hiệu suất động. .. đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định trong điều kiện tải trọng cơ và phụ tải nhiệt tăng sau khi tăng áp, các hệ thống như hệ thống làm mát (HTLM), hệ thống bôi trơn (HTBT) cần phải được cải tiến Như vậy, khi thực hiện cải tiến tăng áp bằng TB-MN cho động cơ diesel đang lưu hành, nhất thiết cần phải xác định khả năng thừa bền của động cơ để từ đó là cơ sở để xác định tỷ số tăng áp Trên cơ sở đó tiếp... phỏng nhiệt động học AVL – Boost để tính toán nhiệt, phần mềm AVL – Excite Designer tính toán các ứng suất tác dụng lên động cơ trước và sau khi tăng áp, tính toán cải tiến các hệ thống bằng Matlab, kiểm nghiệm bền một số chi tiết bằng Ansys 5 1.3 NHỮNG VẤN ĐỀ PHẢI GIẢI QUYẾT KHI CẢI TIẾN TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ Từ những yêu cầu cần thiết để cải tiến động cơ diesel thường thành động cơ tăng áp, ta cần đảm... đầu và cải tiến các cơ cấu, hệ thống cơ bản của động cơ như sau: - Yêu cầu đối với cải tiến Động cơ cải tiến là những động cơ diesel thường đã và đang sử dụng tại Việt Nam, phải có tính thừa bền cao, không phải thay đổi quá nhiều về kết cấu hệ thống của động cơ, việc cải tiến thay thế phải thuận lợi, phù hợp với điều kiện công nghệ kỹ thuật của Việt Nam như hiện nay cũng như chi phí thấp và động cơ sau ... 64 Hình 3.12 So sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu 65 Hình 3.13 Tỷ số tăng áp theo tốc độ động .66 Hình 3.14 So sánh lượng không khí nạp .67 Hình 3.15 So sánh hệ số dư... So sánh hệ số dư lượng không 68 Hình 3.16 So sánh áp suất dầu bôi trơn .69 Hình 3.17 So sánh nhiệt độ nước làm mát 70 Hình 3.18 So sánh độ khói khí thải 71 viii MỞ ĐẦU LÝ... nghiệm động D243 tăng áp 64 Bảng 3.5 Kết so sánh công suất suất tiêu hao nhiên liệu mô phòng thực nghiệm động D243 tăng áp 72 Bảng 3.6 Kết so sánh tỷ số tăng áp hệ số dư lượng không khí