Nghiên cứu thiết kế các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ

Nghiên cứu thiết kế các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu Biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏNghiên cứu thiết kế các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu Biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏNghiên cứu thiết kế các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu Biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏNghiên cứu thiết kế các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu Biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏNghiên cứu thiết kế các thiết bị trong hệ thống nhiên liệu Biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ

MỤC LỤC MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Nhiên liệu sử dụng cho động diesel tàu thủy…………… .7 1.1.1 Vấn đề an ninh lượng .7 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường 1.2 Tổng quan nhiên liệu biogas sử dụng cho động diesel .10 1.2.1 Tính chất nhiên liệu biogas 10 1.2.2 Yêu cầu khí biogas sử dụng cho động diesel .12 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHƯƠNG ÁN CHUYỂN ĐỔI ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ SANG SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS 14 2.1 Phương án chuyển đổi song song sử dụng nhiên liệu biogas cho động diesel 14 2.2 Đề xuất phương án hoán cải hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động diesel tàu thủy cỡ nhỏ 16 2.2.1 Ưu nhược điểm phương án 16 2.2.2 Nguyên lý điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho động diesel sử dụng biogas 17 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU TÍNH TOÁN CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ THỐNG CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ 21 3.1 Đối tượng áp dụng .21 3.1.1 Động lựa chọn cho việc tính toán chuyển đổi 21 3.1.2 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu động 22 3.2 Tính toán thiết bị hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động diesel 23 3.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động diesel sử dụng nhiên liệu biogas 23 3.2.2 Tính toán thiết bị hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas .24 KẾT LUẬN 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO 42 DANH SÁCH BẢNG BIỂU Số bảng Bảng 1.1 Bảng 1.2 Tên bảng Ước tính nguồn dự trữ dầu mỏ giới năm 1995-2025 (tỷ thùng) Biểu thị giá trị trung bình thành phần có khí biogas Trang 11 Bảng 1.3 Hàm lượng CH4 theo lý thuyết 11 Bảng 1.4 Một số tính chất biogas 11 Bảng 1.5 Các tiêu chí theo tiêu chuẩn DVGW G 260 13 Bảng 1.6 Tiêu chuẩn biogas Thụy Điển 13 Bảng 1.7 Tiêu chuẩn biogas Đức 13 Bảng 3.1 Động diesel thủy Nga K657 M2 6Ч12/14 21 Bảng 3.2 Hệ số dao động dòng khí 28 Bảng 3.3 Bảng xác định hành trình làm việc van theo góc quay α 36 Bảng 3.4 Bảng xác định tiết diện lưu thông van theo góc quay α 36 DANH SÁCH HÌNH ẢNH Số hình Hình 1.1 Hình 1.2(a) Hình 1.2(b) Hình 1.3 Hình 1.4 Hình 2.1 Hình 2.2 Hình 2.3 Hình 3.1 Hình 3.2 Hình 3.3 Hình 3.4 Tên hình Bản đồ phân bố trữ lượng dầu mỏ giới Lưu lượng khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch từ 1970 -2025 Lượng khí thải CO2 chia theo khu vực1990-2025 Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 1000 năm gần Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 100 năm gần Động sử dụng nhiên liệu biogas lai máy phát điện Nguyên lý cấp biogas nhiên liệu diesel mồi điều tốc độc lập Nguyên lý cấp biogas nhiên liệu diesel mồi điều tốc kết hợp Động diesel thủy Nga K657 M2 6Ч12/14 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu DO động diesel lai máy phát Bơm cao áp cụm Trang 9 10 10 16 18 20 22 22 23 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu biogas động diesel lai máy phát 23 Hình 3.5 Bộ hòa trộn kiểu van điều khiển áp suất 24 Hình 3.6 Bộ hòa trộn chiều 25 Hình 3.7 Bộ hòa trộn trực giao 25 Hình 3.8 Sơ đồ tính toán kích thước hòa trộn 26 Hình 3.9 Kết cấu hòa trộn với họng hình vành khăn 31 Hình 3.10 Kết cấu van côn 32 Hình 3.11 Kết cấu van cánh 33 Hình 3.12 Kết cấu van cầu 33 Hình 3.13 Sơ đồ tính toán van cánh cấp biogas 34 Hình 3.14 Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động 37 Số hình Tên hình Trang Hình 3.15 Vị trí lấy tín hiệu điều khiển 38 Hình 3.16 Sơ đồ tính toán cấu điều khiển van cấp khí 39 Hình 3.17 Vị trí đặt chốt giới hạn nhiên liệu 40 Hình 3.18 Cơ cấu giới hạn bơm cao áp 40 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Năng lượng vấn đề giới đặc biệt quan tâm Nhiên liệu hóa thạch chiếm tỉ trọng lớn loại lượng sử dụng Tuy nhiên sản phẩm cháy nhiên liệu hóa thạch gây nhiều ô nhiễm môi trường nặng nề, đặc biệt bầu khí Ngoài nguồn nhiên liệu hóa thạch có xu hướng cạn kiệt, theo nghiên cứu chục năm nguồn dầu mỏ cạn kiệt Để đối phó với tình trạng có nhiều nguồn lượng thay nghiên cứu đưa vào sử dụng Biogas loại lượng tái tạo sinh từ lượng mặt trời, sản phẩm cháy biogas không phát thải CO2 gây ảnh hưởng tới môi trường Hiện việc sử dụng biogas cho động đốt xe giới động lai máy phát điện nhiều nước giới Việt Nam nghiên cứu ứng dụng thành công Đối với ngành vận tải biển động diesel sử dụng phần đa nhằm đa dạng hóa ứng dụng biogas động đốt trong, định chọn đề tài “NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ CÁC THIẾT BỊ TRONG HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ” Mục đích nghiên cứu đề tài Nghiên cứu thiết kế hoán cải động diesel tàu thủy nguyên thủy trở thành thành động sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas-diesel Trong động sau hoán cải chạy với biogas theo kiểu nhiên liệu hỗn hợp, nhiên liệu diesel đóng vai trò đánh lửa cho hỗn hợp biogas/không khí; hoạt động với nhiên liệu diesel động ban đầu Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đề tài nghiên cứu hoán cải động diesel lai máy phát điện trở thành động hoạt động với nhiên liệu hỗn hợp biogas/diesel với nội dung chính: nghiên cứu thiết bị cần thiết cho việc hoán cải động sang sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas-diesel Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý thuyết: nghiên cứu khả sử dụng nhiên liệu biogas cho động diesel tàu thủy nhỏ lai máy phát điện Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Đóng góp vào nghiên cứu động chạy nhiên liệu hỗn hợp biogas/diesel cho động diesel tàu thủy nhỏ Đa dạng hóa ứng dụng nhiên liệu biogas thân thiện với môi trường động đốt CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU BIOGAS SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1 Nhiên liệu sử dụng cho động diesel tàu thủy 1.1.1 Vấn đề an ninh lượng Vấn đề lượng giới tranh luận góc độ kỹ thuật, kinh tế môi trường Các nguồn lượng sử dụng nhiều ngày than đá, dầu mỏ, khí tự nhiên lượng hạt nhân trở nên cạn kiệt Dầu mỏ nguồn lượng hóa thạch mà phải nhắc tới Những vấn đề loại nhiên liệu trữ lượng, sản lượng khai thác, giá luôn chủ đề mang tính toàn cầu Bảng 1.1 trữ lượng dầu ước tính cụ thể khu vực giới kể từ năm 1995 đến 2025 Trữ lượng phát “Proved reserves” lấy đánh giá trữ lượng hàng năm giới xuất Tạp chí Dầu Khí Những ước tính tăng trữ lượng trữ lượng chưa phát dựa sở báo cáo Đánh giá Dầu mỏ Thế giới năm 2000 “World Petroleum Assessment 2000” Liên đoàn khảo sát Địa chất Mỹ (USGS) (hình 1.1) Các sản phẩm dầu mỏ, dạng lượng hóa thạch dầu (DO, nhiên liệu chưng cất), dầu nặng gọi dầu ma dút (HFO) nhiên liệu truyền thống sử dụng cho động tàu thủy từ trước tới Do không sớm tìm nguồn lượng thay thích hợp nguồn lượng cung cấp cho ngành vận tải biển thời gian tới phải đối mặt với tình trạng thiếu hụt nghiêm trọng Bảng 1.1: Ước tính nguồn dự trữ dầu mỏ giới năm 1995-2025 (tỷ thùng) Lãnh thổ nước Trữ lượng Sự gia tăng trữ Trữ lượng chưa thăm dò lượng thăm dò Tổng Mỹ 22,7 76,0 83,0 181,7 Canada 178,9 12,5 32,6 224,0 Mexico 15,7 25,6 45,8 87,1 Japan 0,1 0,1 0,3 0,5 Lãnh thổ nước Trữ lượng Sự gia tăng trữ Trữ lượng chưa thăm dò lượng thăm dò Tổng Úc 3,6 2,7 5,9 12,1 Tây Âu 18,2 19,3 34,6 72,1 Nga 78,0 137,7 170,8 386,5 Đông Âu 1,4 1,5 1,4 4,2 Trung Quốc 18,3 19,6 14,6 52,5 Nam Mỹ 98,8 90,8 125,3 314,9 Ấn Độ 5,4 3,8 6,8 16,0 11,0 14,6 23,9 49,5 Châu Phi 87,0 73,5 124,7 285,2 Trung Đông 726,8 252,5 269,2 1248,5 Tổng 1265,8 730,1 938,9 2934,8 OPEC 869,5 395,6 400,5 1665,6 Không OPEC 396,3 334,5 538,4 1269,2 Các nước phát triển Châu Á Hình 1.1: Bản đồ phân bố trữ lượng dầu mỏ giới 1.1.2 Vấn đề ô nhiễm môi trường Nếu trình cháy hỗn hợp không khí nhiên liệu buồng đốt động lý tưởng sản phẩm cháy khí CO2, H2O, N2, phần nhỏ SO2 Tuy nhiên không đồng hỗn hợp không khí nhiên liệu tính phức tạp tượng lý, hoá xảy trình cháy nên sản phẩm cháy có chất gây ô nhiễm môi trường Trong sản phẩm cháy độc hại động đốt COx, HC, NOx nhân tố gây ô nhiễm môi trường, biến đổi khí hậu, gây hại cho sức khỏe người Khí CO2 nhân tố gây tăng hiệu ứng nhà kính sản phẩm cháy nhiên liệu hóa thạch làm cho bề mặt trái đất tăng dần lên Khi nhiệt độ bầu khí gia tăng gây nhiều tác hại đặc biệt dâng lên mực nước biển Mực nước biển tăng lên 0,2-0,4m nhiệt độ khí tăng 10C Việt Nam nước xem bị ảnh hưởng nặng nề tượng nước biển dâng lên Ngoài ra, nhiệt độ bề mặt trái đất tăng lên tượng sa mạc hóa, đất đai cằn cỗi diễn nhanh gây nên ảnh hưởng lớn ngành nông nghiệp Khí NOx, CO chất độc gây hại tới sức khỏe người Hình 1.2 (a): Lưu lượng khí thải CO2 từ việc đốt nhiên liệu hóa thạch từ 1970 2025 (b): Lượng khí thải CO2 chia theo khu vực1990-2025 (tỷ CO2) Hình 1.3: Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 1000 năm gần Hình 1.4: Thay đổi nhiệt độ khí nồng độ CO2 100 năm gần Bảo vệ môi trường yêu cầu nước, khu vực mà có ý nghĩa phạm vi toàn cầu Tùy theo điều kiện quốc gia, luật lệ tiêu chuẩn ô nhiễm môi trường áp dụng thời điểm mức độ khắt khe khác Cho nên, thời gian tới nguồn lượng thay lượng mặt trời, hydro, gió sinh học ngày trở nên quan trọng 1.2 Tổng quan nhiên liệu biogas sử dụng cho động diesel 1.2.1 Tính chất nhiên liệu biogas Khí biogas sản phẩm trình phân hủy kỵ khí hợp chất hữu Thành phần khí biogas chủ yếu CH4, CO2 thành phần khác N, H2S, O, CO,v.v… Mê tan sử dụng nhiên liệu thành phần 10 - Lượng nhiên liệu tổng biogas diesel cấp cho động là: Gnl = GnlD + GnlB = 19,08 + 0,657 =19,737 [kg/h] - Thành phần phần trăm khối lượng nhiên liệu diesel kg hỗn hợp là: Dhh  GnlD 0,657 100%  100%  3,33% Gnl 19,737 - Thành phần phần trăm khối lượng khí biogas kg hỗn hợp là: Bhh  GnlB 19,08 100%  100%  96,67% Gnl 19,737 - Nhiệt trị hỗn hợp diesel/biogas là: QH = QHD.Dhh + QHB.Bhh = 42530.0,0333 + 27840.0,9667 = 28330 [kJ/kg] b Tính toán đường kính buồng hòa trộn Công thức xác định đường khính buồng hỗn hợp là: d b  an Vh i n 1000 [mm] (3.3) Trong đó: + db đường kính buồng hòa trộn (mm); +Vh thể tích công tác xy lanh, Vh  S  D  1,4 3,14.1,2  1,58256 [dm3] + i số xylanh có chung hòa trộn, i = 6; + n tốc độ quay động cơ, n = 1500 [v/p]; + an hệ số dao động dòng khí, phụ thuộc vào số lượng xylanh có chung hòa trộn: Bảng 3.2: Hệ số dao động dòng khí Số xylanh Hệ số an 24,2 17,1 14,15 13 12,85 11,9 Với thông số ta có: d b  11,9 1,58256.6 28 1500  45 1000 [mm] - Chiều dài buồng hòa trộn xác định sau: lb = (0,8÷1,8)db chọn lb = 1,2.db = 1,2.45=54 [mm] c Tính toán đường kính họng khuếch tán - Chọn đường kính họng sơ bộ: Theo kinh nghiệm đường kính họng khuếch tán chọn sơ bộ: dh = (0,6÷0,8)db chọn dh = 0,8db = 0,8.45 = 36 [mm] - Độ chân không họng khuếch tán Δph: Độ chân không họng khuếch tán xác định công thức sau: p h   kk   D  n.i  n   S      d h  2.60  h   (3.4)  Trong đó: + S hành trình piston, S=140 [mm] + D đường kính xylanh, D = 120 [mm] + n tốc độ động cơ, n= 1500 [v/p] + dh đường kính họng khuếch tán, dh = [mm] + µh: hệ số lưu lượng họng (µh= 0,8 ÷ 0,9), ta chọn µh = 0,85 + ηn hệ số khí nạp, n   Pa T0 15 0,9.293   0,92   P0 Ta   r 15  1.305  0,005 Với : ε tỉ số nén động cơ, ε = 15 ; γr hệ số khí sót, γr = 0,005 ; T0, P0 nhiệt độ áp suất không khí, T0= 293[0K] P0 = [kG/cm2]; Ta, Pa nhiệt độ áp suất xy lanh cuối trình nạp, Pa = 0,9.P0 = 0,9 [kG/cm2] Ta  T0  Tsn  Tr  r 293  10  700.0,005 0   305 [ K] (Tr = 700 [ K] nhiệt độ 1  r  0,005 khí sót) Vậy ph   1,15  3  120  1500.6 0.92  140.10     36  2.60 0,85  Δph = 9169 [N/m2] 29 - Tốc độ dòng không khí qua họng khuếch tán Wkk tính sau : 2p h Wkk  [m/s]  kk (3.5) Trong đó: + ρkk khối lượng riêng không khí, ρkk =1,15 (kg/m3) + Δph độ chân không họng khuếch tán, Δph =9169 (N/m2) Thay số vào ta có : 2.9169 = 126 1,15 Wkk  [m/s] - Xác định đường kính xác họng: Mối quan hệ tiết diện họng lưu lượng không khí xác định theo biểu thức : Gkk   h f h Wkk  kk   h  d h2 Wkk  kk [m3/h] (3.6) Trong đó: + Gkk lưu lượng không khí qua họng khuếch tán, xác định Gkk   v Vh n.i 1500.6  kk  0,92.1,58256 .1,15  0,1256 120 120.1000 [4] [kg/s] + µh: hệ số lưu lượng họng, µh = 0,85 + fh   d h2 tiết diện lưu thông họng khuếch tán [m2] + ρkk khối lượng riêng không khí, [kg/m3] + Wkk tốc độ dòng không khí qua họng khuếch tán.[m/s] Vậy ta có đường kính họng khuếch tán xác định sau: dh  4Gkk 4.0,1256   0,36 (m) = 36  h Wkk  kk 0,85.3,14.126.1,15 Vậy chọn đường kính họng dh = 36 [mm] d Tính đường kính cấp biogas Tốc độ dòng khí biogas qua ống cấp xác định qua biểu thức : 30 [mm] 2ph Wb  [m/s] b (3.7) Trong đó: + Δph độ chân không họng khuếch tán, Δph=9169 [N/m2] + ρb khối lượng riêng khí biogas ρb =0,9 [kg/m3] Wb  2.9169  142,7 0.9 [m/s] Vậy tiết diện lỗ cấp biogas là: Fvp  GnlB 19,08   4,126.10 5 Wb  b 142,7.0,9.3600 [m2] (3.8) [mm] (3.9) Vậy đường kính lỗ cấp biogas là: d vp  4.Fvp   4.4,126.10 5  7,25.10 3 (m) = 7,25 3,14 110 55 45 36 Ø7 130 10° 55 16 45 60 110 Hình 3.9: Kết cấu hòa trộn với họng hình vành khăn Để thuận tiện cho gia công chế tạo chọn: - Đường kính buồng hòa trộn: db = 45 [mm]; - Chiều dài buồng hòa trộn: lb = 55 [mm]; 31 - Đường kính họng khuếch tán: dh = 36 [mm]; - Đường kính lỗ cấp biogas: dvp = [mm] 3.2.2.2 Van cấp khí a Nhiệm vụ Van cấp khí thiết bị dùng để điều chỉnh lưu lượng khí biogas vào động phù hợp với chế độ tải khác Do việc tính toán van cấp khí dựa sở lượng khí biogas qua tiết diện lưu thông van vào xylanh động phù hợp với chế độ tải động b Các yêu cầu van cấp khí - Kích thước van phải phù hợp với lưu lượng khí biogas cần nạp; - Điều khiển dễ dàng; - Sức cản dòng khí nhỏ nhất; - Đảm bảo làm kín tốt không để khí biogas rò rỉ môi trường c Các loại van cấp khí Có nhiều loại van cấp khí khác nhằm điều chỉnh lưu lượng biogas vào động dễ dàng thuận lợi Dựa phần tử điều chỉnh dòng môi chất, van cấp khí chia thành loại sau: - Van côn: Van côn thể hình 3.10 Hình 3.10: Kết cấu van côn Đầu nối ống biogas; Thân van; Van côn; Trục dẫn động van I Khí biogas từ két chứa; II Khí biogas vào hòa trộn 32 Ưu điểm: Điều chỉnh lưu lượng biogas dễ dàng xác; Khả làm kín tốt; Việc thiết kế gia công chế tạo đơn giản; Có thể sử dụng đa dạng với loại động khác Nhược điểm: Yêu cầu cao chế tạo van côn bề mặt tựa van - Van cánh: Kết cấu đơn giản, dễ điều chỉnh Hình 3.11: Kết cấu van cánh Thân van; Vít giữ van; Van; Càng dẫn động van Ưu điểm: Điều chỉnh lưu lượng biogas dễ dàng, điều khiển nhẹ nhàng; Kết cấu van đơn giản, gọn nhẹ; Độ chân không sau cánh van lớn làm cho tốc độ dòng biogas nạp vào động cao làm tăng khả hòa trộn với không khí Nhược điểm: Sức cản dòng khí biogas nạp vào lớn; Khả làm kín kém; Khả kiểm soát lưu lượng qua van khó Hình 3.12: Kết cấu van cầu Van cầu; Cơ cấu khiển van; Thân van 33 Formatted: Indent: First line: 0.75 cm - Van cầu: ưu điểm có khả điều chỉnh lưu lượng xác, làm kín tốt, nhiên chế tạo phức tạp, giá thành cao Dựa đặc điểm loại van phương án lựa chọn van cấp khí dạng cánh phù hợp d Tính toán thiết kế van cấp khí dạng cánh Sơ đồ tính toán thiết kế van cánh thể hình 3.13 Hình 3.13: Sơ đồ tính toán van cánh cấp biogas Lượng biogas thực tế cung cấp cho động chu trình Qbiogas: Qbiogas  4.S o 60 Wb 2n [m3] (3.10) Trong đó: + So tiết diện lưu thông biogas đường cung cấp; + n tốc độ động cơ; + Wb tốc độ dòng biogas qua van tiết lưu; + Qbiogas lượng biogas cấp cho động chu trình, lượng biogas cháy hoàn toàn với lượng không khí cực đại nạp vào tất các xy lanh động chu trình (xem động làm việc với 100% biogas): Qbiogas  100 16.%CH i.Vh 100 400  16.%CH 23.29 Thay thông số vào ta có: 34 [4] [m3] (3.11) Qbiogas  100 6.1,58256.10 3  1,23.10 3 400 16.70 100  16.70 23.29 [m3] Tiết diện đường ống cấp biogas: So  2.n.Qbiogas [m2] 4.60.Wb (3.12) Thay thông số vào ta có: So  2.1500.1,23.10 3  1,08.10 4 4.60.142,7 [m2] Đường kính ống cung cấp biogas: So   D  D 4.S o   4.1,08.10 4  0,012 3.14 [m] Chọn đường kính ống cấp D =15[mm] Vậy tiết diện thực của ống cấp biogas là: So   D  3,14.15  177 [mm2] Tùy theo chế độ tải động mà lượng biogas điều chỉnh van cấp khí vào động nhằm đảm bảo công suất động phù hợp với yêu cầu phụ tải Ta tìm mối quan hệ D, L, góc quay van α Trong đó: + D đường kính làm việc lớn van [mm]; + α góc quay van (độ); + L hành trình làm việc van cánh [mm] Hành trình làm việc van cánh xác định công thức sau: L D sin  15 sin   2 (3.132) Chọn chiều dày van cánh [mm] góc α = 80o xem van cánh đóng hoàn toàn Do đó, góc làm việc van cánh nằm khoảng 0o ÷ 80o 35 Bảng 3.3: Bảng xác định hành trình làm việc van theo góc quay α α (độ) L (mm) α (độ) L (mm) α (độ) L (mm) 0,66 30 3,75 55 6,15 10 1,3 35 4,30 60 6,50 15 1,95 40 4,82 65 6,80 20 2,57 45 5,3 70 7,05 25 3,17 50 5,75 75 7,25 Tiết diện bị chặn: Sc   D L 2 (3.143) [mm2] (3.154) [mm ] Vậy tiết diện lưu thông là: Slt = So - Sc Ta có bảng 3.4 xác định diện tích lưu thông van theo góc quay van cánh Bảng 3.4: Bảng xác định tiết diện lưu thông van theo góc quay α α [độ] L [mm] Sc [mm2] Slt [mm2] 0,66 15,55 161,45 10 1,3 30,62 146,38 15 1,95 45,92 131,08 20 2,57 60,52 116,48 25 3,17 74,65 102,35 30 3,75 88,31 88,69 35 4,30 101,27 75,73 40 4,82 113,51 63,49 45 5,3 124,82 52,18 50 5,75 135,41 41,59 55 6,15 144,83 32,17 36 α [độ] L [mm] Sc [mm2] Slt [mm2] 60 6,50 153,08 23,92 65 6,80 160,14 16,86 70 7,05 166,03 10.97 75 7,25 170,74 6,26 3.2.2.4 Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động Theo kết phân tích chương 2, để điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động chế độ công tác khác nhau, hệ thống sử dụng điều tốc vốn trang bị cho động từ trước Bộ điều tốc có nhiệm vụ điều chỉnh lượng nhiên liệu diesel cấp cho động Khi động chuyển sang làm việc với nhiên liệu biogas lượng nhiên liệu diesel trì mức định, lượng cấp nhiên liệu biogas điều chỉnh theo tải Do hệ thống cần phải thiết kế thêm cấu điều khiển lượng nhiên liệu biogas cấp liên kết điều tốc van cấp khí cấu giới hạn lượng nhiên liệu cấp Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động thể hình 3.146 Hình 3.14: Cơ cấu điều khiển lượng nhiên liệu cấp cho động 1.Cần đặt độ; Bơm bosch; Cơ cấu giới hạn răng; Van kim bù; Van cấp khí; Bộ điều tốc khí 37 a Cơ cấu điều khiển van cấp khí biogas Cơ cấu điều khiển van cấp khí biogas lấy tín hiệu từ cấu điều khiển bơm cao áp điều tốc Tùy thuộc vào yêu cầu tải, cấu điều khiển thay tác động vào bơm cao áp tác động vào van cánh bướm để thay đổi độ mở diện tích tiết lưu thay đổi lượng khí biogas cấp vào xilanh Theo yêu cầu, vị trí van cánh phải đóng hoàn toàn mà bơm cao áp vị trí “0” Chiều dài đẩy chọn b = 30 [cm] Gọi α = 800 góc đóng hoàn toàn van cánh, góc quay cần quay α = 800 Gọi H khoảng cách dịch chuyển trục điều tốc (H=15 [mm]), khoảng cách dịch chuyển cần đẩy a = 2H = 2.15 = 30 [cm] Ta có mối quan hệ khoảng cách dịch chuyển cần đẩy chiều dài cần quay a2 = 2.c2 – 2.c2.cosα Vậy chiều dài cần quay van cánh là: c a2 30   23,5 2(1  cos ) 2(1  cos80) Hình 3.15: Vị trí lấy tín hiệu điều khiển 38 [mm] (3.165) Hình 3.16: Sơ đồ tính toán cấu điều khiển van cấp khí Xy lanh lực điều tốc; Thanh truyền; Cần đẩy; Cần quay van cánh; Van cánh b Cơ cấu giới hạn nhiên liệu Theo yêu cầu nhiên liệu diesel sử dụng khởi động, động làm việc chế độ không tải đóng vai trò đốt mồi chế độ tải cao, cần có cấu giới hạn bơm cao áp để trì lượng định nhiên liệu diesel (khoảng – 10% tổng lượng nhiên liệu cấp), nhiên liệu biogas đáp ứng yêu cầu phần tải lại Yêu cầu cấu giới hạn lượng nhiên liệu diesel: Phải đảm bảo hoạt động ổn định chế độ không tải sử dụng nhiên liệu diesel, có khả tăng giảm lượng nhiên liệu cần thiết; trường hợp van cung cấp nhiên liệu biogas bị cố, động nhận thêm tải cách tăng lượng nhiên liệu diesel vào động cơ; bên cạnh thiết bị phải hoạt động tin cậy, dễ bảo dưỡng hiệu chỉnh 39 Hình 3.17: Vị trí đặt chốt giới hạn nhiên liệu Cấu tạo: cấu giới hạn nhiên liệu thiết kế bao gồm ống bao hoán cải với vít điều chỉnh lắp đầu ống bao (hình 3.18) Sự dịch chuyên trục bơm cao áp hạn chế việc thay đổi vị trị vít điều chỉnh giới hạn lượng nhiên liệu diesel cấp vào xilanh động Hình 3.18: Cơ cấu giới hạn bơm cao áp 40 KẾT LUẬN Dựa sở nghiên cứu tính toán hệ thống nhiên liệu biogas cho động Nga K657 M2 6Ч12/14 Phòng thực hành Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam, đưa số kết luận sau: - Đã nghiên cứu, tìm phương án hoán cải; - Đã tính toán thiết bị cho hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas áp dụng cho động cụ thể; - Việc hoán cải động diesel sang sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas diesel không làm thay đổi lớn đến kết cấu động ban đầu phí cho thiết bị phục vụ cấp nhiên liệu biogas hoán cải động không lớn, việc hoán cải chủ yếu thay đổi hệ thống cung cấp nhiên liệu, điều tốc hệ thống nạp khí - Tuy nhiên việc sử dụng nhiên liệu biogas cho động tàu thủy gặp số vấn đề vấn đề lưu trữ tàu, yêu cầu khắt khe an toàn tàu thủy nguồn cung cấp chưa phổ biến - Do đề tài nằm phạm vi nghiên cứu lý thuyết nên chưa thể đánh giá hết tất tính sử dụng nhiên liệu biogas động diesel tàu thủy 41 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tiếng việt [1] GS.TS Nguyễn Tất Tiến (2000), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội [2] Bùi Văn Ga, Trần Thanh Hải Tùng, Trương Lê Bích Trâm, Lê Minh Tiến (2007), “Sử dụng khí biogas động đốt cỡ nhỏ“, Tuyển tập công trình khoa học hội nghị toàn quốc lần thứ 8, 6-7/12/2007, Hà Nội [3] Bùi Văn Ga, Trần Văn Nam, Lê Xuân Thạch, Lê Minh Tiến, Trần Thanh Hải Tùng , Trương Lê Bích Trâm , Nguyễn Thị Thanh Xuân (2013), Động biogas, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội [4] Bùi Văn Ga, Lê Minh Tiến, Trương Lê Bích Trâm, Trần Thanh Hải Tùng (2009), “Xác dịnh kích thước van cung cấp Biogas cho động hai nhiên liệu Biogas/Diesel nhiều xi lanh cỡ lớn”, Tuyển tập Hội Nghị Cơ Học Thuỷ Khí toàn quốc, tập 1, trang 139 – 149, Đà Nẵng [5] Htps://sites.google.com/site/vnggenergy/buctranhthegioi Tài liệu tiếng nước [6] Dominik Rutz Teodorita Al Seadi, Heinz Prassl, Michael Kottner, Tobias Finsterwalder, Silke Volk, Rainer Janssen (2008), Biogas handbook, University of Southern Denmark Esberg, Niels Bohrs Vẹ 9-10, DK – 6700 Esbjerg, Denmark [7] James L Walsh - Charles C Ross - Micheal S Smith (1988), Handbook on Biogas untilization, US Department of Energy [8] Klaus von Mitzlaff (1988), Engine for biogas, Deutsche Gesellschft fur Technische Zusammenarbeit (GTZ) GmbH 42 [...]... nhiên liệu khi động cơ làm việc ở chế độ không tải Động cơ có hai hệ thống nhiên liệu độc lập: Hệ thống nhiên liệu diesel và hệ thống nhiên liệu biogas Hai hệ thống này phải đảm bảo sự làm việc tin cậy, gọn gàng, thuận tiện trong vận hành Khi hệ thống nhiên liệu biogas có vấn đề động cơ có thể chuyển sang hoạt động với nhiên liệu diesel mà không cần thêm các tác động kỹ thuật phức tạp nào Với hai hệ thống. .. Động cơ sử dụng bơm cao áp cụm (hình 3.3) kết hợp với bộ điều tốc cơ khí Hình 3.3: Bơm cao áp cụm 3.2 Tính toán các thiết bị của hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ diesel 3.2.1 Sơ đồ hệ thống cung cấp nhiên liệu cho động cơ diesel khi sử dụng nhiên liệu biogas Hình 3.4: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu biogas của động cơ diesel lai máy phát 1 Động cơ diesel; 2 Máy phát điện; 3 Bơm cao áp; 4 Bộ... suất động cơ bị suy giảm Các điều kiện này nhiều lúc ảnh hưởng tới khả năng tự đánh lửa của động cơ 15 Hình 2.1: Động cơ sử dụng nhiên liệu biogas lai máy phát điện 2.2 Đề xuất phương án hoán cải hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ diesel tàu thủy cỡ nhỏ 2.2.1 Ưu nhược điểm của các phương án Theo các kết quả nghiên cứu lý thuyết công suất động cơ sẽ bị giảm xuống khi chuyển sang sử dụng nhiên. .. 3.1: Động cơ diesel thủy của Nga K657 M2 6Ч12/14 3.1.2 Đặc điểm hệ thống nhiên liệu của động cơ Hình 3.2: Sơ đồ hệ thống nhiên liệu DO của động cơ diesel lai máy phát 1 Động cơ diesel; 2 Máy phát điện; 3 Bơm cao áp; 4 Bộ điều tốc; 5 Két trực nhật DO ; 6 Bơm boost ; 7 Bơm tay ; 8 Phin lọc gió 22 Động cơ nguyên thủy sử dụng nhiên liệu diesel (DO), có sơ đồ hệ thống nhiên liệu như hình 3.2 Động cơ sử... khi động cơ chạy thuần túy với nhiên liệu diesel thì công suất sẽ bị giảm Dựa trên các ưu nhược điểm của các phương án chuyển đổi sử dụng nhiên liệu biogas cho động cơ diesel, tác giả đề xuất phương án chuyển đổi song song: Động cơ sử dụng đồng thời cả hai loại nhiên liệu, trong đó nhiên liệu DO được sử dụng để đốt mồi và nhiên liệu khí biogas là chính, khi cần thiết động cơ có thể trở lại sử dụng nhiên. .. cháy của nhiên liệu diesel cao hơn Do đó, khi động cơ chạy ở tốc độ cao và thành phần khí biogas thay thế 14 ở mức cao thì nhiệt độ động cơ cần được theo dõi nhằm tránh cho xu páp xả có nguy cơ quá tải về nhiệt Giảm tốc độ động cơ hay tỉ lệ nhiên liệu biogas thay thế nhiên liệu diesel là biện pháp áp dụng để giảm nhiệt độ động cơ Hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel ban đầu của động cơ vẫn hoạt động bình... điều chỉnh lượng nhiên liệu cấp cho chu trình Khi chuyển động cơ diesel thành động cơ nhiên liệu hỗn hợp chạy bằng nhiên liệu biogas/ diesel thì bộ điều tốc điều khiển lượng nhiên liệu diesel ban đầu cần được giữ nguyên để cho phép động cơ hoạt động với nhiên liệu diesel bất cứ khi nào cần thiết Có hai phương án được áp dụng để điều chỉnh lượng cấp biogas: Sử dụng chính bộ điều tốc nguyên thủy đề điều chỉnh... Van cấp biogas; 5 Van khóa biogas; 6 Cấp biogas; 7 Đường ống nạp; 8 Vòi phun; 9: Đường ống xả 18 Để khởi động động cơ việc trước tiên là khởi động động cơ hoạt động ở chế độ chỉ sử dụng nhiên liệu diesel Quy trình vận hành và chuyển từ chế độ hoạt động 100% nhiên liệu biogas thực hiện theo các bước: (1) Đóng van khóa biogas; (2) Khởi động động cơ sử dụng 100% nhiên diesel và để động cơ hoạt động ổn... biogas cho động cơ diesel Tính năng của động cơ sử dụng nhiên liệu hỗn hợp biogas/ diesel gần giống với tính năng của động cơ khi sử dụng hoàn toàn nhiên liệu diesel với điều kiện là nhiệt trị của biogas không quá thấp Đối với động cơ sử dụng nhiên liệu khí biogas, một lượng không khí sẽ được thay thế bằng khí biogas cho nên nếu hệ số dư lượng không khí vẫn duy trì ở 1,2-1,3 thì tổng lượng nhiên liệu. .. CUNG CẤP NHIÊN LIỆU BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY CỠ NHỎ 3.1 Đối tượng áp dụng 3.1.1 Động cơ được lựa chọn cho việc tính toán chuyển đổi Động cơ diesel thủy lai máy phát điện tại phòng thực hành Khoa Máy tàu biển – Trường Đại học Hàng hải Việt Nam được lựa chọn để nghiên cứu chuyển đổi sang sử dụng nhiên liệu hỗ hợp biogas/ diesel Hình 3.1 là hình ảnh của động cơ diesel thủy của Nga K657 M2 6Ч12/14