Nghiên cứu xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý sự làm việc của hệ thống phân phối khí và nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy

LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý làm việc hệ thống phân phối khí nhiên liệu động Diesel tàu thủy ” công trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố công trình khác Tôi xin cam đoan thông tin trích dẫn luận văn ghi rõ nguồn gốc Hải Phòng, ngày 15 tháng 09 năm 2015 Tác giả LÊ VĂN THỨC LỜI CÁM ƠN Sau thời gian học tập nghiên cứu Viện Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam, đến luận văn Thạc sỹ kỹ thuật chuyên ngành Khai thác bảo trì tàu thủy hoàn thành Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn chân thành đến: - Trường Đại học Hàng Hàng Việt Nam - Ban lãnh đạo, thầy cô giáo Viện Đào tạo Sau Đại học – Trường Đại học Hàng Hải Việt Nam tạo điều kiện giúp đỡ trình học tập thực luận văn - Thầy giáo TS Nguyễn Văn Tuấn, người tận tình hướng dẫn giúp đỡ suốt trình thực đề tài Do kiến thức hạn chế phải đảm bảo công tác trình thực hiên luận văn, nguồn tài liệu tham khảo chưa phong phú nên luận văn tránh khỏi thiếu sót Tôi mong nhận nhiều ý kiến đóng góp quý báu Thầy Cô giáo, nhà khoa học bạn đồng nghiệp Tôi xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình 1.1 Tên hình Sơ đồ nguyên lý làm việc cấu phân phối khí điển 1.2 1.3 1.4 1.5 1.6 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 1.12 1.13 1.14 1.15 1.16 hình sử dụng cho động diesel bốn kỳ pha phân phối khí động kì đồ thị pha phân phối khí động kì chi tết nhóm xupap xupap hộp Phân bố nhiệt cán xupap Cơ cấu xoay xupap Cơ cấu truyền động xupap Cơ cấu truyền động cho trục cam Cơ cấu đóng mở xupap thủy lực Hệ thống nhiên liệu trực tiếp Đồ thị góc cấp nhiên liệu BCA kiểu van điều chỉnh thời điểm đầu BCA kiểu van điều chỉnh thời điểm cuối BCA kiểu van điều chỉnh hỗn hợp Piston BCA kiểu rãnh xéo (BOS 1.17 BCA kiểu rãnh xéo 1.18 1.19 1.20 1.21 2.1 2.2 2.3 3.1 3.2 3.3 3.4 Nguyên lý làm việc BCA kiểu Piston rãnh xéo Kết cấu vòi phun Kết cấu loại đầu vòi phun Kết cấu van chiều có vành giảm tải Trục cam với cam phân phối khí Trục cam nhiên liệu Thông số cam Đồng hồ so dò Số liệu đo độ nâng cam Bảng số liệu xác định khe hở nhiệt xupap Sứt vỡ vấu cam Trang 11 12 13 14 16 17 21 22 23 27 29 32 MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nghiên cứu đặc điểm kết cấu hệ thống phân phối khí nhiên liệu, xác định xác góc đóng mở xupap khí góc phun sớm nhiên liệu qua ta biết trình cấp không khí nhiên liệu vào động có thời điểm hay không đồng thời điều chỉnh thông số cho phù hợp với tải tình trạng kĩ thuật động từ nâng cao chất lượng hòa trộn hỗn hợp không khí nhiên liệu, cải thiện trình cháy hoàn thiện chu trình công tác động đốt Đối với động diesel, chất lượng trình cháy chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố có chất lượng nhiên liệu, thời gian cháy trễ, thời điểm bắt đầu cháy, thời điểm kết thúc cháy, thời gian cháy, diễn biễn tốc độ tỏa nhiệt theo góc quay trục khuỷu, nhiệt tỏa chu trình công tác Điều kiện quan trọng đảm bảo chất lượng cháy nhiên liệu xi lanh động tạo nên hỗn hợp nhiên liệu không khí đồng Để đạt điều đó, động Diesel tàu thủy yêu cầu đảm bảo phù hợp cân đối lượng không khí nạp, thời điểm cấp nhiên liệu, áp suất phun nhiên liệu, đường kính lỗ phun, độ nhớt nhiên liệu, thể tích buồng đốt điều kiện khai thác Các thông số thiết bị nhiện liệu, kết cấu buồng cháy, cấu nạp, vòng quay động đảm bảo chất lượng phun sương hòa trộn hỗn hợp tốt thiết kế ứng với chế độ định mức (vòng quay phụ tải định mức) Khi thay đổi chế độ làm việc động làm chất lượng phun sương, hòa trộn hỗn hợp xấu ảnh hưởng tới tính kinh tế, độ tin cậy tuổi thọ động Trong trình khai thác động chi tiết cam khí, cam nhiên liệu bị mài mòn, trạng thái kỹ thuật xấu dẫn đến thời điểm đóng mở xupap nạp, xả thời điểm cấp nhiên liệu sai khác dẫn đến lượng không khí nhiên liệu bị sai khác làm ảnh hưởng đến trình tạo hỗn hợp khí nhiên liệu chất lượng cháy giảm, làm ảnh tới thông số thị, có ích, ứng suất cơ, nhiệt động Do vậy, để biết thời điểm cấp, xả khí công tác thời điểm cấp nhiên liệu yếu tố đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng tới độ tin cậy, tính kinh tế tuổi thọ động Với lý trên, chọn đề tài “Nghiên cứu xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý làm việc hệ thống phân phối khí nhiên liệu động Diesel tàu thủy” Mục đích nghiên cứu Xây dựng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý làm việc hệ thống phân phối khí nhiên liệu động diesel tàu thủy Ngoài đề cập đến số hư hỏng đặc trưng liên quan đến cam phương án giải tốt Đối tượng phạm vi nghiên cứu đề tài Đối tượng nghiên cứu đề tài hệ thống phân phối khí nhiên liệu động diesel máy tàu biển Việt Nam Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu dựa sở lý thuyết biên dạng cam qua xác định xác thời điểm trao đổi khí cấp nhiên liệu động diesel Trên sở nghiên cứu lý thuyết đặc điểm kết cấu vào thực tế sửa chữa nhằm xác định xác góc đóng mở xupap, góc phun sớm nhiên liệu tàu biển Việt Nam Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Cung cấp kiến thức bản, khoa học đặc điểm kết cấu trình công tác hệ thống phân phối khí, hệ thống nhiên liệu, mà chủ yếu cam động Ý nghĩa thực tiễn Trong thực tế khai thác kỹ thuật tàu biển, cam ( khí nhiên liệu) thường gây sai lệch thời điểm phân phối ( đóng mở xupap phun nhiên liệu) chưa có phương pháp chuẩn mực để xác định Đề tài dựa sở khoa học để xác định xác mức độ sai lệch này, giúp xác định xác nguyên nhân hư hỏng phương pháp hiệu chỉnh hợp lý Ngoài ra, nội dung đề tài dùng làm tài liệu học tập, nghiên cứu vận hành khai thác động diesel tàu biển CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CƠ CẤU PHÂN PHỐI KHÍ VÀ HỆ THỐNG NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG TRỤC CAM CHO ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 1.1 Đặc điểm cấu phân phối khí sử dụng trục cam động diesel tàu thủy 1.1.1 Nhiệm cụ cấu phân phối khí Nhiệm vụ chủ yếu cấu phân phối khí điều khiển trình nạp khí vào xi-lanh thải sản phẩm cháy khỏi xi-lanh Động diesel bốn kỳ sử dụng cấu phân phối khí có xupap Cơ cấu gồm có: trục phân phối khí, cấu truyền động, cam, cần đẩy, đội, đòn gánh, xupap hút xả Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý làm việc cấu phân phối khí điển hình sử dụng cho động diesel bốn kỳ Nguyên lý làm việc cấu sau: trục cam (1) dẫn động động thong qua cấu bánh răng, phần lồi cam tác dụng lên lăn đội (2) cần đẩy (3) lên tác động vào đòn gánh (5), đầu đòn gánh tác động vào cán xe xupap (9), xupap xuống, xupap bắt đầu mở lăn đội (2) không tiếp xúc với phần lồi cam Lúc lò xo (7) có tác dụng kéo xupap lên xupap đóng lại Khi động làm việc thời gian dài, nhiệt độ chi tiết động tăng, sựu giản nở nhiệt vật liệu làm kích thước cán xupap, cần đẩy tăng, trường hợp cán xupap đòn gánh khe hở động làm việc đòn gánh có xu hướng tỳ vào cán xupap xupap đóng không kín Do đó, tất động dung cấu dẫn động cho xupap khí phải có khe hở cán xupap đòn gánh, đòn gánh cần đẩy, khe hở gọi “khe hở nhiệt” Giá trị khe hở phụ thuộc vào vật liệu chế tạo cán xupap, cần đẩy, chế độ nhiệt xupap, khe hở nhiệt xupap xả thường lớn xupap nạp xupap xả làm việc với khí xả nhiệt độ cao dẫn đến giãn nở nhiệt nhiều xupap nạp Tuy nhiên thực tế số động để đơn giản người ta cho phép khe hở nhiệt xupap nạp khe hở nhiệt xupap xả giá trị khe hở nhiệt nhà chế tạo quy định Nếu khe hở nhiệt nhỏ xupap không đóng kín, chí không khởi động động cơ, ngược lại khe hở lớn động làm việc có tiếng gõ, thời gian mở xupap diện tích lưu thong dòng khí qua xupap giảm ảnh hưởng đến công suất hiệu suất động Pha phân phối khí thời điểm đóng, mở quy luật chuyển động xupap Hình 1.2 pha phân phối khí động kì Hình 1.2 miêu tả đồ thị tròn trình trai đổi khí động diesel kỳ đồi thị cho ta thấy, thời điểm đóng xupap nạp để thực trình nén điển chết (ĐCD) mà muộn gọi góc đóng muộn nhằm mục đích lợi dụng quán tính dòng không khí nạp vào Cuối trình dãn nở, xupap xả mở sớm thời điểm ĐCD nhằm mục đích phân bố lượng cho thiết bị tận dụng nhiệt khí xả tăng cường trình xả tự Cuối trình xả cưỡng xupap không đóng thời điểm ĐCD mà muộn hay gọi góc đóng muộn nhằm lợi dụng quán tính dòng khí cháy khỏi buồng đốt Cũng nhằm mục đích đó, đồng thời để quét buồng đốt, xupap nạp mở sớm hơn, trước ĐCT trước xupap xả đóng Giai đoạn xupap nạp xả mở gọi giai đoạn trùng pha Động hai kỳ quét vòng xupap phân phối khí Trong trường hợp này, chức cấu phân phối khí thay cửa quét, xả chuyển động piston Pha quét thải động hai kỳ xupap xác định chiều cao cửa quét, xả quy luật chuyển động piston Hình 1.3 đồ thị pha phân phối khí động kì Đối với động hai kỳ quét thẳng qua xupap, khí quét qua cửa quét than xilanh, khí xả qua xupap xả Cơ cấu đóng mở xupap xả điều khiển cấu phân phối khí động bốn kỳ, khác tốc độ quay trục cam tốc độ trục khuỷu 1.1.2 Những yêu cầu cấu phân phối khí Cơ cấu phân phối khí có Các chi tiết chủ yếu nhóm ảnh hưởng trực tiếp tới trình làm việc động cơ, phải đáp ứng yêu cầu sau: - Các xupap nạp, xả phải đóng, mở thời điểm Độ mở xupap phải đủ lớn để khí lưu thông dễ dàng Các xupap phải đóng kín, không rò lọt khí 1.1.3 Cấu tạo chi tiết cấu phân phối khí i Xupap xupap là: xupap, ống lót dẫn hướng, lò xo, đĩa chắn lò xo vòng chắn lò xo ( hình 1.4) Hình 1.4 chi tết nhóm xupap Xupap: Trong trình làm việc, xupap chịu tải trọng lớn,nhất va đập vào đế chịu tác dụng nhiệt độ cao Ứng suất lớn mà xupap phải chịu đến 750kg/cm2 10 thông qua góc trùng điệp xupáp Lượng sản vật cháy hòa trộn với không khí 50 đường ống tăng áp hành trình nạp nạp vào xi lanh với không khí nén, làm giảm lượng khí nạp Tỷ số pr/ps lớn rò lọt ngược sản vật cháy lớn (hình 4.4) Rò l ọt ngược sản vật cháy vào bình không khí tăng áp tăng lên tăng góc trùng điệp Điều làm giảm nhanh hệ số nạp vùng pr>ps Bởi với động thường xuyên phát công suất định mức tỷ số op r/ps>1 để giảm rò lọt ngược sản vật cháy tăng hệ số nạp góc trùng điệp cần phải bố trí nhỏ (10÷30 ) Với động thường xuyên phát công suất định mức mà tỷ số p r/ps