Ảnh hƣởng của chế độ làm mát tới các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của động cơ HANSHIN 5UEC37LA

i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin ca m đoan “Ảnh hƣởng chế độ làm mát tới tiêu kinh tế, kĩ i i thuật động HANSHIN 5UEC37LA” cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chƣa đƣợc công bố cơng trình khác Tơi xin cam đoan thơng tin trích dẫn luận văn đƣợc ghi rõ nguồn gốc Tác giả Nguyễn Văn Nam i LỜI CÁM ƠN Luận văn thạc sỹ đƣợc hoàn thành năm 2015 trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam Trong trình thực luận văn, em nhận đƣợc giúp đỡ nhiệt tình gia đình, bạn bè, thầy cô giáo Viện đào tạo Khoa Sau Đại học, trƣờng Đại học Hàng Hải Việt Nam Trong đó, khơng thể khơng kể đến vai trò quan trọng TS Nguyễn Trí Minh - Chủ nhiệm khoa Máy tàu biển trƣờng Đại Học Hàng Hải Việt Nam, ngƣời tận tình giúp đỡ em tiến hành nghiên cứu hoàn thành luận văn Do thời gian nghiên cứu đề tài Luận văn không dài, kiến thức nhƣ nguồn thơng tin hạn chế, Luận văn khơng tránh khỏi thiếu sót định Vì vậy, em mong nhận đƣợc góp ý, nhận xét thầy cô giáo, đồng nghiệp bạn học viên để Luận văn đƣợc hoàn thiện Xin chân thành cám ơn! ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 1.1 Đặc điểm loại công chất đƣợc sử dụng cho hệ thống làm mát động Diesel tàu thủy 1.2 Các hệ thống làm mát động Diesel 1.3 Các thiết bị hệ thống làm mát 16 1.4 Yêu cầu nƣớc làm mát động 24 CHƢƠNG 2: ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ KĨ THUẬT ĐỘNG CƠ DISEL VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT TRONG ĐỘNG CƠ 28 2.1 Ảnh hƣởng củ hệ thống làm mát tới tiêu kinh tế kĩ thuật động Diesel 28 2.2 Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt động 40 CHƢƠNG : ẢNH HUỞNG CỦA THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ NƢỚC LÀM MÁT ĐẾN Q TRÌNH CƠNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESELHANSHIN 5UEC37LA 63 3.1 Giới thiệu động Diesel tàu biển loại HANSHIN 5UEC37LA 63 3.2 Thứ tự tính tốn ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát đến q trính cơng tác động Diesel HANSHIN 5UEC37LA 64 3.3 Xây dựng sơ đồ thuật tốn tính tốn ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát đến q trình cơng tác động Diesel HANSHIN 5UEC37LA 65 3.4 Giới thiệu phần mềm tính tốn 67 iii 3.5 Kết tính tốn lý thuyết ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến q trình cơng tác động 67 3.6 Kết thử ngiệm động HANSHIN 5UEC37LA khai thác thực tế 71 3.7 Đánh giá kết 75 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Số hình Tên hình 1 Hệ thống làm mát hở 1.2 Hệ thống làm mát kín 1.3 Hệ thớng làm mát kiểu bốc 10 1.4 Hệ thống làm mát bằng nƣớc đối lƣu tƣ̣ nhiên 11 1.5 Hệ thống làm mát cƣỡng bƣ́c kiểu hai vòng tuần hoàn 12 1.6 Hệ thống làm mát vòng hở 13 1.7 1.8 Trang Sơ độ hệ thống làm mát cƣỡng bƣ́c nhiệt độ cao kiểu bốc bên ngoài Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của nƣớc và nhiệt của khí thải 14 15 1.9 Bơm ly tâm 16 1.10 Cụm bơm làm mát máy 17 1.11 Kết cấu bơm nƣớc kiểu piston 17 1.12 Bơm bánh 18 1.13 Kết cấu bơm nƣớc kiểu bánh 19 1.14 Sơ đồ bơm cánh hút 20 1.15 Sinh hàn dạng ống 21 1.16 Sinh hàn dạng 22 1.17 Van điều tiết nhiệt độ 23 2.1 Sự phụ thuộc tốc độ toả nhiệt vào tải động 28 2.2 2.3 Sự phụ thuộc độ toả nhiệt vào tải động (a) hệ số dƣ lƣợng khơng khí (b) Sự phụ thuộc vào tW2 lƣợng nhiệt đƣợc dẫn vào nƣớc làm mát Qw 29 30 2.4 Sự phụ thuộc vào tw2 tổn thất ma sát 32 2.5 Sự phụ thuộc vào tw2của độ nhớ dầu bôi trơn 32 v 2.6 Sự phụ thuộc vào tw2 Ne, ge, tr 33 2.7 Ảnh hƣởng tw2 đến độ mài mòn chi tiết 35 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 Sự phụ thuộc tđsvào hệ số dƣ lƣợng không khí hàm lƣợng lƣu huỳnh có nhiên liệu Ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát tw2 hàm lƣợng lƣu huỳnh có nhiên liệu đến tốc độ ăn mòn Biểu diễn trạng thái hóa hợp H2SO4 H2O Sự phụ thuộc vào tw2 phá hủy xâm thực bề mặt xy lanh Sự phụ thuộc nhiệt độ bề mặt làm mát hệ số trao nhiệt vào nhiệt độ nƣớc làm mát 36 36 36 39 43 Các đƣờng cong thay đổi thông số trao đổi nhiệt theo góc 2.13 quay trục khuỷu áp suất tăng áp 110kPa (đƣờng liền); 56 180kPa (đƣờng gạch gạch); 240 (đƣờng gạch chấm) 3.1 Động diesel tàu biển loại HANSHIN 5UEC37LA 64 Sơ đồ thuật toán tính tốn ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát 3.2 đến q trình cơng tác động Diesel tàu thủy loại 67 HANSHIN 5UEC37LA 3.3 3.4 3.5 Quá trình trao đổi nhiệt khí thể vách xilanh nhiệt độ nƣớc làm mát 70oC Quá trình trao đổi nhiệt môi chất công tác vách xilanh nhiệt độ nƣớc làm mát 75oC Quá trình trao đổi nhiệt môi chất công tác vách xilanh nhiệt độ nƣớc làm mát 80oC 68 69 69 3.6 Đồ thị công khai triển nhiệt độ nƣớc làm mát 80oC 72 3.7 Đồ thị công khai triển nhiệt độ nƣớc làm mát 75oC 73 3.8 Đồ thị công khai triển nhiệt độ nƣớc làm mát 70oC 73 vi MỞ ĐẦU Tính cấp thiết đề tài Nghiên cứu ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến trình hoạt động động biện pháp để nâng cao tuổi thọ nhƣ hiệusuất động đốt trong trình khai thác, vận hành Đối với động diesel, chất lƣợng trình làm mát chịu ảnh hƣởng nhiều yếu tố nhƣ đặc điểm hệ thống làm mát nhƣ tình trạng kĩ thuật phận cấu thành lên hệ thống Trong quá trì nh làm việc của động , nhiên liệu cháy xila nh động có một lƣợng nhiệt lớn tỏa , một phần chuyển thành công , một phần còn lại tỏa ngồi khơng khí , hoặc các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp máy,….) Ngoài nhiệt lƣợng còn đƣợc sinh ma sát giƣ̃a các bề mặt làm việc của các chi tiết động Nhƣ vậy nếu khônglàm mát hay làm mát không đủ sƣ́c thì các chi tiết sẽ nóng lên quá nhiệt độ cho phép gây nhiều tác hại nhƣ : ứng suất nhiệt lớ n, sƣ́c bền giảm dẫn đến làm hỏng chi tiết, tăng tổn thất ma sát vì nhiệt độ lớn làm mất tác dụng bôi trơn của dầu nhờn Ở nhiệt độ (200-3000C) dầu nhớt sẽ bị bốc cháy , nhóm piston bị bó kẹt xilanh giãn nở, hệ sớ nạp ɳ v sẽ giảm.Vì hệ thống làm mát giƣ̃ một vai trò quan trọng giúp động làm việc ổn đị nh Các thông số thiết bị đo, kết cấu hệ thống, nhƣ cách thức xử lý có cố hệ thống làm mát động đảm bảo chất lƣợng làm mát tốt đƣợc thiết kế ứng với chế độ định mức (vòng quay phụ tài định mức) Khi thay đổi chế độ làm việc động làm chất lƣợng làm mát động xấu ảnh hƣởng tới tính kinh tế, độ tin cậy tuổi thọ động Trong trình khai thác động thiết bị hệ thống làm mát bị ăn mòn, tắc bẩn trạng thái kỹ thuật xấu đi: phin lọc bẩn, bơm không đủ lƣu lƣợng, bầu làm mát bị tắc bẩn rò lọt …v.v, làm giảm chất lƣợng làm mát, làm ảnh hƣởng rõ rệt tới chất lƣợng làm mát chi tiết động cơ, ảnh hƣởng tới thông số thị, có ích, ứng suất cơ, nhiệt động Do vậy, điều kiện khai thác yếu tố đóng vai trò quan trọng ảnh hƣởng tới độ tin cậy, tính kinh tế tuổi thọ động Chất lƣợng làm mát tốt hay xấu ảnh hƣởng trực tiếp đến thông số kĩ thuật nhƣ tiêu kinh tế kèm theo Các thông số nhƣ lƣu lƣợng nƣớc làm mát, chất lƣợng nƣớc mát nhƣ tình trạng kĩ thuật hệ thống ảnh hƣởng trực tiếp đến trình khai thác tính an tồn động nói riêng nhƣ tàu nói chung Do với hệ thống làm mát làm việc không ổn định sẽ kéo theo hệ khó lƣờng với điều kiện làm việc tàu khắc nghiệt Với lý em chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng chất lượng làm mát đến tiêu kinh tế kĩ thuật động Diesel HANSHIN 5UEC37LA”làm luận văn tốt nghiệp mình, với mong muốn tìm hiểu kỹ ảnh hƣởng việc làm mát động diesel tàu thủy Mục đích nghiên cứu Đề tài đƣa nguồn thơng tin chi tiết, đầy đủ cung cấp cho ngƣời vận hành máy tàu thủy vai trò tầm quan trọng hệ thống làm mát động nhằm tăng cơng suất tuổi thọ động Phân tích ảnh hƣởng trinh làm mát động Diesel chế độ làm việc khác động Diesel Ảnh hƣởng trình tới tiêu kinh tế kỹ thuật động diesel tàu thủy Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu đề tài Phạm vi đối tƣợng nghiên cứu đề tài tập trung nghiên cứu ảnh hƣởng tính chất nhiên liệu tới q trình cháy động diesel MANB&W 6S60MC Phƣơng pháp nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu dựa sở lý thuyết trình truyền nhiệt động diesel Sử dụng tổng hợp nhiều phƣơng pháp nhƣ: Phƣơng pháp điều tra thu thập số liệu; Phƣơng pháp phân tích thống kê; Phƣơng pháp nghiên cứu thực tế; Phƣơng pháp chuyên gia nhằm nghiên cứu ảnh hƣởng chất lƣợng nhiên liệu đến q trình cơng tác động Đề tài nghiên cứu cho tất động máy tàu thủy sử dụng hệ thống làm mát kín (hai vòng tuần hồn nƣớc làm mát) Xây dựng chƣơng trình tính tốn q trình tản nhiệt của động cơ, sở phân tích kết thu đƣợc đƣa kết luận cho phƣơng pháp nghiên cứu Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài Ý nghĩa khoa học Xây dựng đƣợc mơ hình tính tốn ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát tới trình cháy động diesel tàu thủy trình khai thác Ý nghĩa thực tiễn Việc nắm bắt đƣợc ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến chất lƣợng trình cháy có ý nghĩa quan trọng cho việc điều chỉnh chế độ khai thác động phù hợp để động làm việc ổn định, an toàn hiệu CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 1.1 Đặc điểm loại công chất đƣợc sử dụng cho hệ thống làm mát động Diesel tàu thủy 1.1.1 Nhiệm vụ hệ thống làm mát Trong quá trì nh làm việc của động , nhiên liệu cháy xilanh động có một lƣợng nhiệt lớn tỏa , một phần chuyển thành công , một phần còn lại tỏa ngồi khơng khí , hoặc các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh, piston, nắp máy,….) Ngoài nhiệt lƣợng sinh ma sát bề mặt làm việc chi tiết động Nhƣ vậy nếu không làm mát hay làm mát không đủ sƣ́c thì các chi tiết sẽ nóng lên nhiệt độ cho phép gây nhiều tác hại nhƣ : ứng suất nhiệt lớn , sƣ́c bền giảm dẫn đến làm hỏng các chi tiết , tăng tổn thất ma sát vì nhiệ t độ lớn làm mất tác dung bôi trơn của dầu nhờn Ở nhiệt độ (200-3000C) dầu nhớt sẽ bi bốc cháy, nhóm piston bị bó kẹt xilanh giản nở , hệ sớ nạp ɳ v sẽ giảm, dễ gây cháy kí ch nổ ở động xăng Vì vậy hệ thống làm mát giữ mợt vai trò quan trọng giúp động làm việc ổn đị nh Hệ thống làm mát có tác dụng làm mát đợng quá trì nh làm việc Vì trình làm việc nhiệt lƣợng sinh quá trì nh cháy chỉ đƣợc sƣ̉ dụng khoản g 25% để chuyển thành n ăng, khoảng 45% mất theo khói xả ma sát, còn lại 30% qua quá trì nh làm mát động Hệ thống làm mát phải giƣ̃ cho nhiệt độ các chi tiết động ở một nhiệt độ nhất đị nh không đƣợc quá nóng cũng không quá lạnh - Hệ thống làm mát có nhiệm vụ mang phần nhiệt từ chi tiết động (ví dụ: Sơ mi xilanh, đỉnh piston, nắp xilanh,…) bị nóng lên q trình làm việc tiếp xúc với khí cháy ma sát ngồi Bước Tính tốn ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến sụ thay đổi nhiệt lƣợng tỏa theo góc quay trục khuỷu sử dụng công thức lý thuyết phần chƣơng II phần mềm Matlap sau xây dựng đồ thị để so sánh, đánh giá ảnh hƣởng chế độ làm mát tới trình cháy động Bước Sử dụng kết thực nghiệm (đã thực tàu) cách đo đồ thị công khai triển xi lanh cụ thể tính tốn cơng suất để so sánh thấy rõ ảnh hƣởng hệ thống làm mát đến q trình cơng tác động cơở nhiệt độ cụ thể Bước Đánh giá kết để thấy ảnh hƣởng rõ nét chất lƣợng làm mát đến q trình cơng tác động bao gồm áp suất cháy, nhiệt độ cháy, công suất động diesel 3.3 Xây dựng sơ đồ thuật tốn tính tốn ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát đến q trình cơng tác động diesel HANSHIN 5UEC37LA Trên sở bƣớc tính tốn ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát đến trình công tác động diesel HANSHIN 5UEC37LA, kết hợp với số liệu ban đầu động diesel HANSHIN 5UEC37LA, xây dựng sơ đồ thuật tốn tính tốn nhƣ sau: Các giả thiết phân tích q trình truyền nhiệt xy lanh động Để đơn giản bớt biểu thức tính tốn ta có giả thiết sau: - Dòng nhiệt khơng ổn định đƣợc thay dòng nhiệt ổn định điều kiện lƣợng nhiệt đƣợc truyền giữ nguyên không đổi chế độ làm việc cho trƣớc; - Nhiệt độ khí, nhiệt độ vách nhiệt độ nƣớc khơng thay đổi; - Hình dáng phức tạp vách xy lanh thay vách phẳng (đối với trƣờng hợp tỷ số chiều dày vách đƣờng kính xy lanh nhỏ); 65 - Diện tích bề mặt truyền nhiệt coi nhƣ khơng thay đổi Q trình truyền nhiệt xy lanh tạm chia làm ba pha nối tiếp nhau: - Truyền nhiệt từ khí nóng đến vách xy lanh; - Truyền nhiệt qua vách; - Truyền nhiệt từ vách đến nƣớc làm mát Số liệu ban đầu động cụ thể thông số gồm: + Điều kiện ban đầu: Coi xilanh khối trụ đồng chất, trao đổi nhiệt xi lanh khí thể hệ kín, thơng số cần thiết để bắt đầu tính tốn nhƣ áp suất nhiệt độ khơng khí tăng áp; áp suất, nhiệt độ, thành phần khí nạp lúc bắt đầu nén xilanh hệ số dƣ luợng khơng khí… Trong tính tốn ta coi thơng số điều kiện ban đầu không đổi + Thông số thể về hệ thống làm mát động cơ: Các thông số chất lƣợng làm mát bao gồm thông số cụ thể hệ thống ( lƣu lƣợng Q, nhiệt độ đầu vào, nƣớc làm mát…) Những thông số thay đổi chế độ tải nhƣ đƣợc so sánh chế độ tải để từ rút đƣợc thay đổi chất lƣợng làm mát sẽ ảnh hƣởng tới trình công tác động nhƣ + Các thơng số kết cấu: Đƣờng kính sơ mi xi lanh, số xi lanh, hệ số kỳ, hành trình piston, thể tích buồng đốt….Trong tính tốn thơng số ln không đổi động định + Các thông số điều chỉnh động cơ: Các thông số điều chỉnh thông số đặc trƣng cho chế độ làm việc, trạng thái kĩ thuật động nhƣ vòng quay, lƣợng nhiên liệu cấp cho chu trình, góc phun sớm nhiên liệu, tiết diện thơng qua thiết bị phun, tuabin, mức độ làm mát gió tăng áp, độ chênh áp suất phin lọc máy nén bầu làm mát khơng khí tăng áp…Trong tính tốn thơng số coi khơng đổi Dựa vào phƣơng pháp tính thơng số chu trình nghiên cứu, điều kiện ban đầu, điều kiện biên, thông số kết cấu, thông số điều chỉnh kết cấu cụ thể động tiến hành lập sơ đồ khối 66 Khi nhập máy tính cần phân thành khối: - Số liệu đầu vào - Các thông số kết cấu động - Các thơng số điều chỉnh - Tính tốn cho kết - Vẽ đồ thị so sánh phép thử đồ thị - Đánh giá kết thơng qua đồ thị Hình 2Sơ đồ thuật tốn tính tốn ảnh hưởng chất lượng làm mát đến q trình cơng tác động Diesel tàu thủy loại HANSHIN 5UEC37LA 3.4 Giới thiệu phần mềm tính tốn MATLAB phần mềm cung cấp mơi trƣờng tính tốn số lập trình cơng ty MathWorks thiết kế MATLAB cho phép tính tốn số với ma trận, vẽ đồ thị hàm số hay biểu đồ thông tin, thực thuật toán, tạo giao diện ngƣời dùng liên kết với chƣơng trình máy tính viết nhiều ngơn ngữ lập trình khác Nó tích hợptính tốn, hiển thị lập trình mơi trƣờng dễ sử dụng Với thƣ viện Toolbox, MATLAB cho phép mơ tính tốn, thực nghiệm nhiều mơ hình thực tế kỹ thuật Từ công thức lý thuyết ta sử dụng tiện ích phần mềm để xây dựng lên đƣờng đặc tính từ đánh giá cách rõ nét đặc tính động cơ.Giao diện phần mềm tính tốn đƣợc thể cụ thể rõ nét thông qua phần mục lục 3.5 Kết tính tốn lý thuyết ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến q trình cơng tác động Để tính tốn giá trị để nêu rõ ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến q trình cháy ta tính cho 03 chế độ làm mát với nhiệt độ cụ thể thay đổi nhiệt độ đầu vào nhiệt độ nƣớc mát 67 Hình 3Q trình trao đổi nhiệt khí thể vách xilanh nhiệt độ nước làm mát 70oC 68 Hình 4Quá trình trao đổi nhiệt môi chất công tác vách xilanh nhiệt độ nước làm mát 75oC Hình 5Quá trình trao đổi nhiệt môi chất công tác vách xilanh nhiệt độ nước làm mát 80oC Khi bắt đầu hành trình nén, khơng khí tăng áp đƣợc điền đầy vào xilanh động với nhiệt độ ban đầu Ta Khi piston lên nhiệt độ khơng khí tăng dần bị nén phần tăng nhiệt độ nhận nhiệt lƣợng từ thành vách xilanh Khi piston tới gần điềm chết nhiệt độ khơng khí tăng lên gần bằn nhiệt độ thành vách xilanh đẫn tới trình trao đổi nhiệt từ vách cho khơng khí giảm đồng thời bề mặt diện tích trao đổi nhiệt giảm Mặt khác thời điểm nhiên liệu đƣợc cấp vào buồng đốt động cơ, nhiên liệu sẽ nhận nhiệt khơng khí nóng buồng đốt động để bốc hình thành điểm cháy cục cháy hoàn toàn tỏa nhiệt mãnh liệt giãn nở tạo áp lực khí thể tác dụng lên đỉnh piston đẩy piston xuống sinh công Khi piston xuống, lúc nhiệt độ khí cháy tăng lên nhanh cao nhiệt độ thành vách xi lanh động nhiệt đƣợc truyền phần cho vách xilanh, phần nhiệt lại ngồi theo khí xả động 69 Từ đồ thị ta thấy ứng với nhiệt độ nƣớc mát cụ thể nhiệt độ thành vách xilanh dẫn đến giá trị áp suất, nhiệt độ nhiệt lƣợng tỏa xilanh động thay đổi theo Cụ thể với thay đổi ta đƣợc Q1 = 2900 > Q2 = 2700> Q3 = 2500 ( Kj/kg) Nhận xét: - Với loại động cụ thể ta thay đổi nhiệt độ nƣớc làm mát có ảnh hƣởng trực tiếp đến q trình hòa trộn nhiên liệu, q trình hình thành điểm cháy buồng đốt, nhiệt độ vách xilanh thấp nhiệt độ cuối trình nén thấp nhiên liệu cấp vào động với góc phun sớm nhƣ cũthì thời gian trì hỗn cháy kéo dài dẫn đến chất lƣợng cháy áp suất cháy giảm nhiệt lƣợng tỏa xilanh động tăng sảy tƣợng cháy rớt - Đối với động diesel cháy rớt hay cháy đƣờng giãn nở dẫn tới lực khí cháy tác động lên đỉnh piston thấp → công suất phát không hiệu lại nhiệt độ lớn cao dẫn đến tuổi thọ động giảm khai thác với thời gian dài - Khi nhiên liệu cháy nhiệt độ cao sinh cao nhƣng áp lực lớn lại giảm dẫn đến lƣợng tiêu thụ nhiên liệu cao nhƣng không đạt công suất lớn - Nhiệt độ nƣớc làm mát thấp đẫn đến giảm khả sấy nóng khơng khí đầu q trình nạp nhƣ cuối trình nén dẫn đến trình cháy diễn xi lanh xa điểm chết (TDC) piston lực tác dụng tác dụng lớn cho piston không thời điểm cơng suất phát thấp - Ngồi nhiệt độ thành vách xilanh thấp đẫn đến ăn mòn hóa học xilanh tăng lên, có ngƣng tụ nƣớc cách sản phẩm cháy bề mặt gƣơng xilanh điển hình ăn mòn điểm sƣơng Vì khai thác ta cần quan tâm tránh khai thác nhiệt độ nƣớc làm mát xuống thấp - Từ hìnnh 3.5 thấy ta nâng nhiệt độ nƣớc làm mát lên cao q trình truyền nhiệt sảy khó khăn hay nói cách khác nhiệt lƣợng khí cháy sinh truyền cho nƣớc làm mát Điều có lợi cho trình khai thác đặc biệt giảm suất tiêu hao nhiên liệu lƣợng nhiệt cho nƣớc làm mát không 70 nhiều khoảng 6% nhiệt trị sinh đốt cháy nhiên liệu, xong điều gây ảnh hƣởng lớn đến tuổi thọ động cơ, gây lên ứng suất nhiệt tạo vết nứt sơ mi xilanh - Khi nâng cao nhiệt độ nƣớc làm mát bề mặt xilanh có lợi mặt công suất phát ra, giảm suất tiêu hao nhiên liệu xong công nghệ vật liệu chế tạo máy chƣa đáp ứng đƣợc điều kiện này, vật liệu chế tạo phải đặc biệt chi phí đầu tƣ ban đầu lớn muốn lâng cao nhiệt độ nƣớc làm mát ta cần ý đến nhiệt độ sôi nƣớc làm mát Sẽ nguy hiểm cho động nhƣ gây cháy dầu bơi trơn, bó kẹt cắp piston xilanh - Khi nhiệt độ nƣớc làm mát cao dẫn đến khơng cuối q trình nén đƣợc sấy nóng với nhiệt độ cao Khi Tc cao, nhiên liệu cấp vào bay bốc cháy thời gian trì hỗn cháy bị giảm Nếu nhiệt độ Tc cao thời gian chuẩn bị cháy ngắn lại nhiều nhiên liệu cháy trƣớc điểm chết làm động cháy cứng, hoạt động có tiếng gõ xilanh, điều ảnh hƣởng xấu đến tuổi thọ động nhƣ công suất bị giảm đáng kể - Từ đồ thị trao đổi nhiệt khí cơng tác với vách xilanh động ta thấy vùng nhiệt độ xilanh động vùng xéc măng thứ hay vùng lân cận buồng đốt không đƣợc vƣợt 190oC để đảm bảo độ hao mòn phần dƣới ống lót xilanh sử dụng nhiên liệu có hàm lƣợng lƣu huỳnh cao nhiệt độ bề mặt ống lót xilanh khơng đƣợc vƣợt nhiệt độ điểm sƣơng oxit lƣu huỳnh nƣớc 3.6 Kết thử ngiệm động HANSHIN 5UEC37LAđang khai thác thực tế Dƣới đồ thị công khai triển đƣợc thực dƣới tàu hay nói cách khác loại động HANSHIN 5UEC37LA Ứng với nhiệt độ nƣớc làm mát vào động ta tiến hành đo cơng khai triển chế độ tải (cùng vòng quay điều kiện bên ngoài) với chế độ mà lý thuyết tính tốn để thấy rõ thời điểm nhiệtđộ nhƣ điều kiện tải nhƣ ta thu đƣợc kết trung bình tƣơng ứng với giá trị sau: 71 Nhiệt độ nƣớc làm mát vào 80oC 110 bar p φ Hình 3.6Đồ thị cơng khai triển nhiệt độ nước làm mát 800C Khi tàu khai thácvới tải ổn định ta tiến hành đo áp suất cháy cực đại xi lanh động nhiệt độ khí xả nhiệt độ nƣớc làm mát vào 80oC Giá trị giá trị trung bình xi lanh động ta lấy 01 đồ thị công khai triển tƣơng đƣơng giá trị trung bình làm đại diện Pztb = 11.0 Mpa, Tkx tb= 355 0C Nhiệt độ nƣớc làm mát vào 75oC Hình 7Đồ thị công khai triển nhiệt độ nước làm mát 750C Khi tàu khai thácvới tải ổn định ta tiến hành đo áp suất cháy cực đại xi lanh động nhiệt độ khí xả nhiệt độ nƣớc làm mát vào 75oC Giá trị giá trị trung bình xi lanh động ta lấy 01 đồ thị công khai triển tƣơng đƣơng giá trị trung bình làm đại diện Giá trị giá trị trung bình xi lanh Pztb = 10.8 Mpa, Tkx tb= 363 0C Nhiệt độ nƣớc làm mát 70oC Hình 8Đồ thị cơng khai triển nhiệt độ nước làm mát 70oC Khi tàu khai thácvới tải ổn định ta tiến hành đo áp suất cháy cực đại xi lanh động nhiệt độ khí xả nhiệt độ nƣớc làm mát vào 70oC Giá trị 72 giá trị trung bình xi lanh động ta lấy 01 đồ thị công khai triển tƣơng đƣơng giá trị trung bình làm đại diện Giá trị giá trị trung bình xi lanh Pztb = 10.65 Mpa, Tkx tb= 372 0C Nhận xét: + qua khai thác thự tế khởi động động xảy trình trao đổi nhiệt mãnh liệt khí với vách ống lót xilanh động nhƣng có phần nhiệt lƣợng đƣợc truyền tới nƣớc làm mát , phần nhiệt lớn lại tích tụ lại làm nóng xilanh vách ống lót xilanh khởi động động trạng thái nguội lạnh, nhiệt độ ơng lót xilanh khơng lớn nhƣng tốc độ biến thiên nhiệt độ gradien nhiệt độ vách lớn Để loại trừ ứng suất vƣợt ứng suất cho phép trƣớc khởi động động cơ, thời tiết lạnh phải sấy nóng nƣớc ấm Sau sấy nóng động cơ, ứng suất nhiệt ống lot xilanh sẽ giảm xuống Thời gian đạt chế độ nhiệt độ ổn định phụ vào kích thƣớc kết cấu chi tiết nhóm piston – ơng lót xilanh, vòng quay động Điển hình động HANSHIN 5UEC37LA thời gian hâm sấy theo nhà sản xuất 20-30 phút Khi động dừng đột ngột nhiệt độ nhóm piston - ống lót xilanh động tăng lên bơm nƣớc bơm dầu ngừng hoạt động qua khai thác thực tế dừng sau phút nhiệt độ đỉnh piston sẽ tăng lên khoảng 250-270oC Nếu nhiệt độ ta tiến hành khởi động dễ dẫn đến tƣợng rạn nứt co ngót điển hình trƣờng hợp dừng đảo chiều động Khi khởi động lại gây nứt đỉnh piston tác dụng ứng suất cục Để đảm bảo động hoạt động bình thƣờng phải đảm bảo thời gian từ chế độ định mức đến dừng động từ 30-60 phút có chế độ làm mát thích hợp trừ trƣờng hợp khẩn cấp Sau dừng bơm nƣớc bơm dầu tiếp tục hoạt động thời gian không nhỏ 30 phút Khi khởi động động cơ, đặc biệt sau thời gian dừng lâu thời tiết lạnh nhiệt độ khơng khí buồng máy thấp 8oC cần sƣởi nóng động hâm nóng dầu nhờn két tuần hoàn cate nhiệt độ 25-32oC 73 Trong trình khai thác, công suất động thƣờng phải thay đổi cho phù hợp với tải bên ngồi, vòng quay thông sốcủa hệ thống nhiên liệu, hệ thống phân phối khí thay đổi theo Khi làm việc chế độ ( chế độ khai thác khác với chế độ định mức), chất lƣợng cung cấp nhiên liệu, lƣợng khí nạp cấp vào xilanh động khơng tƣơng ứng, chấ lƣợng hòa chộn nhiên liệu sấu rõ rệt dẫn đến chất lƣợng trình cháy xấu đi, cháy đƣờng giãn nở tất điều làm giảm cơng suất nhƣ tăng ứng suất nhiệt chi tiết chủ yếu động tăng hàm lƣợng chất có hại cho mơi trƣờng Hiện tƣợng thƣờng sảy động chuyển tiếp từ trạng thái ổn định sang trạng thái nhƣ tăng giảm tốc độ Khi tải động thay đổi xung dòng với dung động động làm cho trao đổi nhiệt khơng khí xi lanh từ vách đến nƣớc làm mát, nhƣ độ chênh nhiệt độ vách vách chi tiết tiếp xúc với khí cơng tác thay đổi theo thời gian Trong thời gian chuyển tiếp trang thái nhiệt lớp vật liệu tiếp xúc với môi chất công tác có chênh lệch lớn ứng suất nhiệt chúng khơng đồng đều, trạng thái chuyển tiếp lớp vật liệu luôn bị kéo nén biến dạng, biến dạng sảy thƣớng xuyên dẫn đến vết rạn nứt Trong qua trình làm việc dầu bơi trơn dƣới tác dụng suất nén xéc măng, áp suất cháy rung động với tần số thay đổi dầu bôi trơn sẽ thấm dần vào vết ran phát triển dần lên, vết nứt xuất Nhƣ qua trình khai thác động chế độ chuyển tiếp ứng suất chi tiết động tăng lên, tích tụ biến dạng dƣ vƣợt giơi hạn cho phép góp phần phá hỏng vật liệu +Qua khai thác thực tế cho động diesel HANSHIN 5UEC37LA thay đổi vùng hoạt động (từ vùng nóng sang lạnh ngƣợc lại) thể rõ nét qua thơng số khai thác nhƣ hình vẽ Thơng số áp suất cháy cực đại phát xi lanh động giảm rõ, thông số đánh giá công suất phát động + Qua thực nghiệm thể rõ nhiệt độ nƣớc làm mát giảm xuống áp suất cháy thơng qua đồ thị cơng khai triển buồng đốt thấp hay nói cách 74 khác lực tác động lên đỉnh piston thấp dẫn đến công suất phát động thấp + Khi nhiệt độ nƣớc làm mát cao làm cho động cháy cứng dẫn đến tuổi thọ động sẽ giảm khai thác lâu dài 3.7 Đánh giá kết Từ phƣơng pháp tính tính tốn lí thuyết (lí thuyết động Diesel) cho ta kết tƣơng thực tế Tổng hợp từ kết tính tốn Từ kết tính tốn cho ta tổng quan ảnh hƣởng chất lƣợng nhiên liệu đến động cụ thể HANSHIN 5UEC37LA có chênh lệch lớn thơng số nhƣ áp lực khí cháy, nhiệt độ nhiệt lƣợng tỏa phát sinh xi lanh động tác động lên đỉnh piston hay nói cách khác cơng suất phát động Làm mát tốt, nhiệt độ cuối trình nén phù hợp áp lực khí cháy tác dụng lên đỉnh piston lớn dẫn đến công suất phát cao đồng thời kéo dài tuổi thọ động Sự đánh giá tổng hợp ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát trình cơng tác động HANSHIN 5UEC37LA giá trị áp suất, nhiệt độ nhiệt lƣợng tỏa rahay công suất động cho ngƣời khai thác nhìn rõ nét thơng số so sánh cụ thể Với kết giúp cho ngƣời khai thác máy tàu biển nói riêng động Diesel nói chung thấy rõ nét ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát đến q trình cơng tác động từ khai thác đánh giá cao quan tâm đến thay đổi vùng hoạt động động đồng thời quan tâm đến thiết bị hệ thống làm mát đảm bảo chất lƣợng nƣớc làm mát trƣớc vào động bao gồm nhƣ sinh hàn, phin lọc,van điều chỉnh nhiệt độ…Các thiết bị quan trọng mà ngƣời khai thác biết tính ƣu việt chúng sâu sắc sẽ phát huy tối đa công suất động cơ, quan tâm đến phƣơng pháp sử lý để giảm tới mức tối thiểu ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát, đảm bảo tính kinh tế tuổi 75 thọ động Qua đề tài tóm tắt đƣợc tính ƣu việt thơng qua kết nghiên cứu lí thuyết, thực tế thể rõ nét đầy đủ 76 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Trong trình nghiên cứu ảnh hƣởng chất luợng làm mát tới trình hoạt động động diesel luận văn giải đuợc vấn đề sau: Luận văn đề cập đến ảnh hƣởng thông số nhiệt độ nƣớc làm mát đến tiêu kinh tế kĩ thuật động Diesel Luận văn xây dựng thuật toán đánh giá đuợc ảnh hƣởng chất lƣợng làm mát đến q trình cơng tác động (kết cho thấy nâng cao nhiệt độ nƣớc làm mát giảm suất tiêu hao nhiên liệu, tăng đuợc cơng suất động cơ) Có kết nhƣ giảm thiểu đƣợc nhiệt lƣợng cho nƣớc làm mát Luận văn xây dựng tính tốn qua cho ta thấy cụ thể lƣợng nhiệt trao đổi với nƣớc làm mát ứng với nhiệt độ cụ thể loại động Diesel để thấy rõ tầm ảnh hƣởng thông số nhiệt độ hệ thống làm mát động Diesel Luận văn xây dựng chƣơng trình phần mềm Matlab tính tốn ảnh huởng chất luợng làm mát đến trình khai thác động HANSHIN 5UEC37LA, loại động kỳ quét thẳng xupáp mở thủy lực, qua phần mềm sử dụng cho nhiều loại động tƣơng tự Luận văn góp phần phát triển lý thuyết q trình cháy nhiên liệu động cơ, vấn đề quan trọng trình làm việc động đánh giá đƣợc cụ thể ảnh hƣởng nhiệt độ nƣớc làm mát đến q trình cơng tác động HANSHIN 5UEC37LA nói riêng mà cho tất loại động Diesel nói chung Kiến nghị Để luận văn đƣợc hoàn thiện cần đánh giá ảnh hƣởng chất lƣợng hệ thống làm mát mà thông số quan tâm nhiệt độ nƣớc làm mát tất loại động diesel để từ có đầy đủ thơng số để đánh giá cụ thể loại động 77 Đánh giá nghiên cứu ảnh hƣởng thông số nhiệt độ hệ thống làm mát đến trình cháy động giai đoạn chuyển tiếp 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trần Hữu Nghị (1990),Chế độ làm việc của động Diesel tàu thủy, nhà xuất Giao thông vận tải Trần Hữu Nghị (1995),Những cố động Diesel tàu thủy, Nhà xuất Giao thông vận tải Nguyễn Văn Bình (1997),Nguyên lý động đốt trong, NXB Đại học trung học chuyên nghiệp, Hà Nội Bùi Văn Ga (2002),Tính tốn q trình cháy của nhiên liệu động đốt trong, NXB Đại học Bách Khoa Đà Nẵng Lê Viết Lƣợng (2000),Lý thuyết động Diesel, NXB giáo dục Hà Nội Phạm Xuân Mai (2002),Tính tốn nhiệt động lực học động đốt trong, NXB đại học Quốc Gia TPHCM John Wiley and Sons (1985),An introduction to Fire Dynamics, Dougal Drysdate Press HK Versteeg (1995),An introduction to Computational Fluid Dynamics the Finite volume method, Prentice Hall Uriel Frisch (1995),Matlab and using in engineering, Cambridge University Press 79 ... trọng hệ thống làm mát động nhằm tăng công suất tuổi thọ động Phân tích ảnh hƣởng trinh làm mát động Diesel chế độ làm việc khác động Diesel Ảnh hƣởng trình tới tiêu kinh tế kỹ thuật động diesel... mức) Khi thay đổi chế độ làm việc động làm chất lƣợng làm mát động xấu ảnh hƣởng tới tính kinh tế, độ tin cậy tuổi thọ động Trong trình khai thác động thiết bị hệ thống làm mát bị ăn mòn, tắc... 1.2 Các hệ thống làm mát động Diesel 1.3 Các thiết bị hệ thống làm mát 16 1.4 Yêu cầu nƣớc làm mát động 24 CHƢƠNG 2: ẢNH HƢỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT TỚI CÁC CHỈ TIÊU KINH