TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

T ng vòng quay n v/p, công suất động cơ cũng sẽ T ng vòng quay n v/p, công suất động cơ cũng sẽ ăă tang, việc tang tốc độ quay của động cơ cũng bị hạn chế trong một phạm vi rất nhỏ.. • N

7.5 Tang áp động cơ diesel bốn kỳ.

7.6 Tang áp động cơ diesel hai kỳ.

7.7 Sơ đồ hệ thống tang áp động cơ diesel hai kỳ.

7.8 Làm mát không khí tang áp.

7.9 Khai thác tổ hợp tua bin khí máy nén tang áp.

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

• Cơ sở lý luận để tang công suất động cơ diesel tàu thuỷ

có thể bắt đầu từ công thức tính công suất có ích của

động cơ Ne [ml-mã lực]:

• Phân tích công thức trên có thể thấy rằng việc tang công

suất cho động cơ có thể bao gồm các biện pháp sau:

Z

Sni D

p

e

45.0

785

=

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

• Tang số xi lanh i sẽ tang đ ợc công suất cho động cơ

Hiện nay động cơ một hàng có tới 12 xylanh, động cơ chu V có tới 16 xylanh, động cơ hinh sao có tới 32ữ56 xylanh

• Nếu tang số l ợng xylanh nhiều hơn nua sẽ làm tang số l

ợng các chi tiết của động cơ, giảm độ cứng vung của

trục khuỷu, giảm độ an toàn, tin cậy của động cơ, mặt khác việc bảo d ỡng và sử dụng thêm phức tạp

Z

Sni D

p

e

45.0

785

=

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

2. T ng đ ờng kính xi lanh D và hành trinh piston S T ng đ ờng kính xi lanh D và hành trinh piston S ăă

Trong các động cơ thấp tốc D đã đạt tới 740ữ1100mm,

S tới 1500ữ2200mm

• Kích th ớc xylanh càng lớn thi kích th ớc bên ngoài

động cơ cũng càng lớn Chiều cao động cơ tới

11ữ12mét, chiều dài tới 12ữ22 mét

• Nếu tiếp tục t ng D, S sẽ gây nhiều khó khan cả về mặt Nếu tiếp tục t ng D, S sẽ gây nhiều khó khan cả về mặt ăă

công nghệ lẫn vật liệu chế tạo

Z

Sni D

p

e

45 0

785

=

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

3. T ng vòng quay n (v/p), công suất động cơ cũng sẽ T ng vòng quay n (v/p), công suất động cơ cũng sẽ ăă

tang, việc tang tốc độ quay của động cơ cũng bị hạn

chế trong một phạm vi rất nhỏ

• Nếu tang tốc độ quay của động cơ qúa cao sẽ làm tang

độ mài mòn, tang phụ tải nhiệt, và phụ tải động lực học của các chi tiết, do đó rút ngắn tuổi thọ của chúng

Z

Sni D

p

e

45 0

785

=

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

4. Dùng động cơ hai kỳ thay cho động cơ bốn kỳ (Z sẽ

tang hai lần) trên lý thuyết có thể tang gấp đôi công

p

e

45 0

785

=

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

5. Tang áp suất có ích trung binh pe bằng cách tang khối l

ợng riêng của không khí nạp γkk, đồng thời tang l ợng nhiên liệu cấp cho một chu trinh và đốt cháy hoàn toàn

l ợng nhiên liệu đó sẽ tang đ ợc pe

• Công suất động cơ đ ợc tang lên bằng cách tang đồng

thời cả không khí và nhiên liệu, trên cơ sở giu nguyên kích th ớc cơ bản gọi là tang áp

Z

Sni D

p

e

45 0

785

=

ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

• Mức độ tang công suất của động cơ nhờ tang áp so với

chính động cơ đó trong điều kiện ch a tang áp đ ợc đánh giá bằng hệ số λ ta gọi là mức độ tang áp

• Trong đó, Ne và Neta là công suất có ích, pe và peta là áp

suất có ích trung binh của động cơ ch a tang áp và động cơ đã tang áp;

• Dối với các động cơ chế tạo tr ớc nhung nam 1980, hệ số

λ ta có giá trị phổ biến từ 1.5 đến 2

e

ta e e

ta e ta

p

p N

N

=

=

λ

• Trong động cơ tang áp, ng ời ta có thể sử dụng máy

nén thể tích hoặc cánh dẫn để nén không khí nạp

• Máy nén thể tích có thể là máy nén piston, máy nén

trục vít, máy nén dùng hốc d ới piston của động cơ

• Các máy nén có thể đ ợc truyền động trực tiếp từ

động cơ, hoặc đ ợc dẫn động bởi động cơ điện, hoặc tua bin khí xả

• Tuỳ theo việc dẫn động máy nén, ng ời ta phân biệt

các hinh thức tang áp cơ giới, tang áp tua bin khí xả

và tang áp hỗn hợp

7.2ưCácưphươngưphápưtAngưáp

Không có khả nang duy tri ổn định hệ số d l ợng không khí cho động cơ khi thay đổi phụ tải.

Hệ số d l ợng không khí giảm khi tang phụ tải

7.2.2 Tang áp tua bin khí máy nén :

ơng pháp dùng tua bin sử dụng nang

l ợng khí xả lai máy nén gió kiểu ly

tâm đ ợc gắn đồng trục với ro to tua

áp tua bin khí máy nén có thể tang

• ưu điểm:

1. Tang hiệu suất cơ giới của động cơ

2. Có khả nang duy tri đ ợc hệ số d l ợng không khí α,

khi động cơ thay đổi phụ tải trong khoảng từ (40ữ100) pe %

• Nh ợc điểm:

• ưở chế độ phụ tải nhỏ hiệu suất của máy nén, tua

bin thấp, do đó hệ số d l ợng không khí α giảm

choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.1 Phân bố nang l ợng khí

xả động cơ diesel.

• Quá trinh xả trong động cơ

diesel bắt đầu tại thời điểm

mở cơ cấu xả (điểm b)

• Có hai giai đoạn trong quá

trinh xả

• Giai đoạn thứ nhất là xả tự

do diễn ra với tốc độ rất lớn

choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.1 Phân bố nang l ợng khí

xả động cơ diesel.

• Giai đoạn thứ hai diễn ra d ới

tác động của piston hoặc khí

pT

p0T E2

pb

∆ V

trong tua bin khí máy nén từ

áp suất pT đến áp suất pOT (sau

tua bin, tua bin khÝ m¸y

nÐn tang ¸p cã hai lo¹i:

a. Tang ¸p xung, khi ¸p suÊt

khÝ x¶ tr íc tua bin thay

tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.2 Tang áp xung.

• Dây là hinh thức tang áp mà tua bin khí xả sử

dụng nhiều nhất thành phần nang l ợng xung

E1

• Sử dụng nang l ợng xung là sử dụng trực tiếp

động nang cho việc sinh công của tua bin.

• Dể thực hiện mục đích đó, một số các biện

pháp sau đây đ ợc thực hiện:

1 Hạn chế dãn nở khí xả sau khi ra khỏi xylanh bằng cách dùng ống xả có kích th ớc nhỏ, tua bin đặt gần xi lanh,

tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.2 Tang áp xung.

2.Tang góc mở sớm xupap xả để tạo xung khí xả lớn,

3.Các xylanh nổ liền nhau không bố trí cùng chung một ống xả để tránh ảnh h ởng lẫn nhau giua xung của các

xi lanh,

4.ống xả của các xi lanh th ờng đ ợc chế tạo riêng biệt;

5.Việc nối chung đ ờng ống xả với nhau không quá ba xi lanh có thứ tự nổ cách xa nhau,

• Khí xả đ ợc cấp đến tua bin

theo hai nhóm xi lanh (số

Turbin Comp.Turbin Comp.

Turbin Comp.Turbin Comp.

chuyển hoá thành nhiệt

nang với nhiệt độ tang cao,

áp suất binh ổn tr ớc khi

cấp đến cho tua bin

p

b

v

E1 ec

tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.ư

7.3.3 Tang áp đẳng áp

• Hinh bên biểu diễn sơ đồ

tang áp cấp khí kiểu đẳng

• Từ bầu góp chung này, khí

xả đ ợc cấp đến tua bin

tang áp

Air cooler

Turbin Comp.

Air Receiver

∆ V

• Dây là điều kiện đảm bảo

hiệu suất công tác của tua

bin rất cao

p

b

v

E1 ec

∆ V

1. Việc sử dụng trực tiếp xung nang l ợng khí xả, đó

chính là động nang rất lớn của khí xả trong giai đoạn xả tự do

2. Chính vi thế, tốc độ của tua bin tang rất nhanh và có

khả nang cung cấp đủ khí nạp cho diesel ngay cả khi

động cơ hoạt động ở chế độ nhỏ tải

3. Tính tang tốc của động cơ sử dụng tang áp xung rất

tốt

1. HiÖu suÊt c«ng t¸c cña tua bin rÊt kÐm

2. Do cÇn t¹o xung, gãc më sím xup¸p x¶ tang, nªn ¶nh

1. Tính t ng tốc của động cơ rất kém Tính t ng tốc của động cơ rất kém ăă

2. ĐĐối với động cơ hai kỳ khi hoạt động ở chế độ phụ tải ối với động cơ hai kỳ khi hoạt động ở chế độ phụ tải

nhỏ thi không có khả n ng quét khí cho xi lanh.ă

3. Trong tr ờng hợp này, hệ thống t ng áp th ờng phải Trong tr ờng hợp này, hệ thống t ng áp th ờng phải ăă

trang bị thêm quạt gió phụ

• Sau khi qua cụm ống

phun đ ợc biến đổi nang l

ợng thành động nang,

thổi vào cánh tua bin để

quay rô to tua bin

® îc ®Èy vµo buång nÐn

kiÓu èng xo¾n tang ¸p

(compressed air out)

nÐn­tAng­¸p­diesel­tµu­thuû.

7.4.1 Nguyªn lý lµm viÖc.

• ĐĐ êng khÝ x¶ tho¸t ra êng khÝ x¶ tho¸t ra

khái tæ hîp tua bin m¸y

nÐn ® îc nèi víi ® êng

nÐn­tAng­¸p­diesel­tµu­thuû.

7.4.2 KÕt cÊu tua bin khÝ

m¸y nÐn

a. Th©n phÝa tua bin

• 7 Th©n phÝa tua bin

nÐn­tAng­¸p­diesel­tµu­thuû.

7.4.2 KÕt cÊu tua bin khÝ m¸y

nÐn

c ThiÕt bÞ t ng hiÖu suÊt c«ng ă

• Nhằm mục đích biến đổi thế

và nhiệt nang của khí xả

thành động nang thổi vào

cánh công tác của tua bin.

với ống xoắn tang áp,

• Có tac dụng biến đổi động

nang dòng không khí ra khỏi

cánh máy nén thành áp nang

chấn động, bảo vệ vòng bi khỏi

các h hỏng do rung động gây lên.

nénưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

e Dầu bôi trơn.

• Tổ hợp tua bin khí máy nén tang áp có thể áp dụng các

hinh thức bôi trơn cho vòng bi (hoặc bạc), bao gồm:

Hệ thống độc lập với bơm độc lập;

Dùng khoang dầu với bơm dầu do rô to tua bin lai

Dùng chung với hệ thống bôi trơn của động cơ

• Hệ thống dầu bôi trơn độc lập bao gồm các két, các

bơm dầu độc lập, các van và đ ờng ống

đầu trục do chính rô to lai

• Tang áp cho động cơ lần đầu tiên đ ợc áp dụng cho diesel

bốn kỳ

• Ngoài việc lắp đặt thiết bị:

Tổ hợp tua bin khí máy nén

Làm mát không khí nạp,

Dộng cơ có tang áp sẽ phải có một số thay đổi nh sau:

Thay đổi các thiết bị cung cấp nhiên liệu (bơm cao áp, vòi phun) để tang l ợng nhiên liệu phun cho chu trinh

Thay đổi góc của pha phối khí và tang kích th ớc của cơ cấu phân phối khí (xu pap hút và xả) để đảm bảo l u l ợng khí lớn hơn đi qua động cơ

Dộng cơ có tang áp phải thiết kế lại để đảm bảo độ bền cơ nhiệt, cơ phù hợp với điều kiện làm việc nặng nề hơn

• Do có các hành trinh bơm riêng biệt, động cơ bốn kỳ

làm việc không hoàn toàn phụ thuộc vào quá trinh quét khí xi lanh nhờ chênh lệch áp suất không khí nạp và khí xả

Tang áp cho động cơ hai kỳ phức tạp hơn rất nhiều so với

động cơ bốn kỳ do các đặc điểm sau đây:

• Phải đảm bảo độ chênh áp suất ∆p = ps − px > 0 trong tất

• Vi vậy, công suất tiêu thụ của máy nén (do tua bin cung

cấp) cao hơn

• Khi áp suất chỉ thị binh quân bằng nhau, nhiệt độ khí xả

động cơ hai kỳ th ờng thấp hơn động cơ bốn kỳ (đ/c hai kỳ: tkx = 3500 ữ 4000 C ; đ/c bốn kỳ: tkx = 4000 ữ 4500 C)

• Dây cũng là khó khan gặp phải khí tang công suất của

tua bin

• Khi tang áp, ứng suất nhiệt và ứng suất cơ của các động

cơ hai kỳ th ờng cao hơn so với động cơ bốn kỳ

• Chính vi vậy, hệ thống tang áp của động cơ hai kỳ th ờng

phức tạp hơn rất nhiều so với động cơ bốn kỳ

• Sự khác nhau về thiết kế, trang bị phụ th ờng gặp trong

các động cơ hai kỳ có thể bao gồm:

• Các thiết kế đ ợc tính toán, thử nghiệm chặt chẽ hơn

nhằm đảm bảo hiệu suất cao của cả tua bin và máy nén

• Các động cơ hai kỳ thấp tốc, công suất lớn th ờng trang

bị tổ hợp tua bin khí máy nén tang áp đẳng áp

• Các thiết bị giảm mất mát không khí nạp (đặc biệt khi ở

pha tổn thất nạp) nh van xoay, van một chiều

• Quạt gió phụ để bổ xung không khí nạp ở chế độ phụ tải

nhỏ

giảm ứng suất nhiệt của

động cơ Quan hệ áp suất tang áp và áp

suất có ích binh quân

(1, làm mát đến 25 0 C; 2, làm mát đến 50 0 C; 3, không làm mát)

2.0 1.5 2.5 pk/p0

pe

1 2 3

• Tuỳ thuộc vào mức độ tang

áp, nhiệt độ làm mát th ờng đ

ợc quy định cao hơn nhiệt độ

ng ng tụ hơi n ớc trong không

pe

1 2 3

• Hinh bªn cho ta mèi quan hÖ

hiÖu qu¶ giua ¸p suÊt cã Ých

binh qu©n pe vµ ¸p suÊt tang

pe

1 2 3

m¸y­nÐn­TAng­¸p.

7.9.1 Do søc c¶n thuû lùc:

cét ¸p lèi vµo vµ lèi ra cña phin

läc kh«ng khÝ vµo m¸y nÐn

cét ¸p lèi vµo vµ lèi ra cña bÇu

lµm m¸t kh«ng khÝ tang ¸p.

7.9.2 Do vßng quay:

bin

TAngưáp.

7.9.2 Các thiết bị đo và chỉ báo.

a Nhiệt kế:

• Các nhiệt kế đo nhiệt độ khí

xả vào và ra tua bin

• Các nhiệt kế đo nhiệt độ

không khí sau máy nén, vào