Chg_7 [Compatibility Mode]

01/11/2015 CHƯƠNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ 7.1 Khái quát 7.2 Những hệ thống tăng áp chủ yếu 7.3 Giơí hạn nâng cao công suất tăng áp 7.4 Sơ lược tăng áp động kỳ động xăng Mục đích Nghiên cứu phương pháp làm tăng cơng suất động cơ, qua nêu bật phương pháp tăng áp biện pháp tốt Đi sâu phân tích số phương pháp tăng áp chủ yếu tính kinh tế hạn chế phương pháp 01/11/2015 7.1 Khái quát: 7.1.1 Các phương pháp tăng công suất riêng động (công suất lít) Cơng suất có ích Ne động tính theo biểu thức: Pe Vh i.n Ne  30 Ne  Pe Vh  i  n 30 Trong đó: QH : MJ/kg Vh : lit Pe : MN/m2 Ne : Kw M1 : KmolK2/Kmolnl D, S : m  Thay đổi thông số kết cấu (t , D, S, i)  Tăng số vòng quay n Cm,  Tăng áp suất có ích trung bình Pe Tăng đường kính D hành trình S piston: Tăng kích thước xilanh D S làm cho Ne tăng lên thực chất bị hạn chế Kích thước xilanh lớn kích thước bên ngồi động lớn  công nghệ chế tạo vật liệu khó khăn, mặt khác ứng suất nhiệt tăng lên nhiều 01/11/2015 D lớn tản nhiệt ít, ứng suất nhiệt tăng Hiện động FIAT có D/S = 1020/1800 MAN có D/S = 1060/1900 Số kỳ : Số kỳ giảm cơng suất Ne tăng lên Điều kiện làm việc xilanh khắt khe, tuổi thọ giảm, ứng suất nhiệt tăng Tăng số xilanh i: Tăng i làm tăng công suất động Hiện động hàng có tới 12 xilanh, Động chữ V có 20 xilanh, Động hình có 56 xilanh (máy bay, tàu thủy hình nhánh) Càng nhiều chi tiết dễ hư hỏng, giảm độ cứng vững trục khuỷu, giảm độ tin cậy, an toàn trình làm việc bảo dưỡng sử dụng phức tạp 01/11/2015 Tăng số vòng quay Ne tỉ lệ bậc với số vòng quay n Khi tăng n tốc độ trung bình piston, tải trọng quán tính nhiệt tăng lên, n tăng gây mài mịn, tăng ứng suất nhiệt lên chi tiết cấu trục khủyu, truyền, làm giảm tuổi thọ Khi tăng n thời gian dành cho chu trình bị ngắn lại, thời gian cho q trình cháy ngắn lại gây cháy rớt nhiều Hiện xe Honda cỡ 10.500 vịng/phút, ơtơ máy kéo 3.000-6.000 vịng/phút Tăng áp suất có ích trung bình Pe Thiết kế cải tiến, điều chỉnh xác thơng số kết cấu thông số điều chỉnh động nhằm làm giảm , tăng hi, hm, hv Tăng  làm tăng hi, tăng Pe, Ne Tuy nhiên tăng  đến giá trị tương đối hi tăng chậm, mặt khác làm giảm hm Trong động xăng  bị hạn chế kích nổ, động Diesel  dùng lớn, tăng ảnh hưởng xấu tới trình hỗn hợp (do Vc nhỏ) giảm hm cơng suất bị giảm Hồn thiện q trình hình thành hỗn hợp cháy tạo điều kiện giảm  tăng h 01/11/2015 Tóm lại: Nói chung tất biện pháp gặp trở ngại kết qủa thu đựơc không cao Tăng Pk/Tk (Pk/Tk Rk) biện pháp tăng công suất động tốt tăng mật độ k Thực chất phương pháp tăng áp Nhờ tăng áp, lượng khơng khí nạp vào xilanh chu trình tăng lên, đốt nhiều nhiên liêụ vâỵ cơng suất động tăng lên Tăng áp không gây ảnh hưởng xấu mà số trường hợp lại cải thiện thông số chu trình Khi thơng số khác giữ nguyên, công suất riêng động tăng lên tỉ lệ với k Tỉ số áp suất có ích trung bình (hay cơng suất riêng) động sau tăng áp với trước tăng áp gọi mức độ tăng áp t p N  T  eT  eT pe Ne Có thể tính gần đúng: m P  T   K   Po  m: số đa biến máy nén T=1,5  2,1 lớn 01/11/2015 Tăng áp có lợi vì: Kích thước động cũ, điều kiện làm việc động không thay đổi, Công suất tăng lên nhiều (2, lần), giảm bớt tiêu hao nhiên liệu mã lực giờ, hi, hv tăng lên  p  T k  T  s   p0  m 1 m 7.1.2 Các phương pháp tăng áp: Để nạp cưỡng khơng khí khí hỗn hợp vào xilanh động có nhiều phương pháp khác Người ta chia thành:  Tăng áp tốc độ,  Tăng áp quán tính,  Tăng áp khí,  Tăng áp turbin khí  Tăng áp hỗn hợp 01/11/2015 Tăng áp tốc độ: Tăng áp tốc độ dựa sở biến đổi động dịng khí có tốc độ cao thành áp suất tĩnh Về nguyên lý cấu tạo thực cách đặt phía trước thiết bị chuyển động ngược hướng với dịng khí ống loe hứng khơng khí Khí nhận có áp suất cao đưa vào xilanh động Thường sử dụng ô tô, mô tô đua Các thiết bị vận chuyển mặt đất thường đạt 40 - 60 m/s (180 - 200 km/h), áp suất dư nhận khơng đủ đảm bảo nâng cao cơng suất có hiệu Vì khơng dùng Tăng áp qn tính: Tăng áp quán tính dựa sở dao động khí tham gia q trình trao đổi khí nhờ lựa chọn xác kích thước hình học đường ống nạp, thải (đường ống nạp có kích thước l dài) 01/11/2015 Điều chỉnh hệ thống thải để đầu trình nạp lúc supap mở, gần supap thải có độ chân khơng khí thải khỏi xilanh nhiều hơn, xilanh Hiệu tương tự cuối trình nạp, thời kỳ nạp thêm, đường ống nạp gần supap nạp có áp suất cao P0 khí vào xilanh nhiều Đầu trình nạp thường để piston xuống đoạn mở supap nạp, chênh áp lớn tạo điều kiện để tốc độ dịng khí vào nhanh, khiến cho áp suất tụt đột ngột, cột khí tăng tốc dọc đường ống, tăng lượng môi chất nạp vào xilanh 01/11/2015 Tăng áp quán tính làm tiêu hao nhiên liệu nhiều so với không tăng áp, công âm nạp lớn Hiện không dùng rộng rãi Tăng áp máy nén: Tăng áp khí, turbin khí, hỗn hợp có chung ngun tắc dùng máy nén riêng để nén khơng khí hỗn hợp đến áp suất nạp vào xilanh động Chúng khác phương pháp dẫn động máy nén  Tăng áp khí, máy nén dẫn động từ trục khủyu động  Tăng áp turbin khí, máy nén dẫn động turbin khí thải  Tăng áp hỗn hợp có máy nén dẫn động khí trực tiếp từ trục khủyu có dẫn động turbin khí 01/11/2015 7.2 Những hệ thống tăng áp máy nén chủ yếu 7.2.1 Tăng áp khí: Sơ đồ hệ thống: Máy nén dẫn động trực tiếp từ trục khủyu động qua truyền Bộ truyền cố định thay đổi tỉ số truyền cách dùng hộp số thủy lực hay vi sai Trong trường hợp có khả tạo phù hợp chế độ làm việc máy nén động cơ, làm cho động có đặc tính kéo tốt Máy nén dùng nhiều loại khác Sơ đồ hệ thống tăng áp khí DC Po, To 10 01/11/2015 So sánh tăng áp turbin xung tăng áp turbin đẳng áp Khi lưu lượng khí thải phạm vi tăng áp thấp, turbin xung cho công suất lớn tận dụng phần (tới 50%) động khí thải Năng lượng turbin đẳng áp nhận phần nhỏ sau biến thành nhiệt Nhưng tăng dần áp suất tăng áp Pk, áp suất trước turbin PT tăng theo, phần động dịng khí thải so với lượng chung giảm dần hiệu suất turbin xung thấp dần Vì tốt nên sử dụng turbin xung tăng áp với Pk  0,19 MN/m2 Tổn thất “bơm” tăng áp turbin xung nhỏ Tăng áp turbin xung tạo điều kiện quét khí khỏi xilanh tốt cuối hành trình thải áp suất xilanh nhỏ Động tăng áp turbin xung có đặc tính kéo tốt giảm số vịng quay tính chất xung dịng khí thải tăng lên, xilanh có điều kiện quét nên Pk hv lớn Me lớn 19 01/11/2015 Tăng áp turbin đẳng áp có hiệu suất cao thơng số khí trước turbin khơng đổi, ln trì phù hợp tốc độ dịng khí tốc độ vịng cánh Ngược lại, turbin xung thơng số khí trước turbin thay đổi, tốc độ dịng khí thay đổi Trong qn tính tốc độ góc của rơto turbin chu trình lại khơng thay đổi Vì phù hợp tồn khoảnh khắc Hiệu suất turbin thấp Turbin đẳng áp dễ bố trí động khơng yêu cầu khắc khe đường ống nạp Công suất tính kinh tế động tăng áp turbin Vì động turbin máy nén có liên hệ khí thể nên chế độ làm việc động ta có: NT = N k Vì cơng suất có ích động là: NeT = NiT - Nm Khi tăng áp Nm khơng đổi, cơng suất có ích động tăng theo công suất thị NiT Tính kinh tế động tăng áp chủ yếu đặc trưng hiệu suất khí hmT, hiệu suất thị hi gần không đổi 20 01/11/2015 Ưu khuyết điểm tăng áp turbin khí Ưu điểm: - Tăng tính kinh tế động - Tự động điều chỉnh áp suất tăng áp phù hợp với phụ tải Khi tăng phụ tải áp suất nhiệt độ trước turbin tăng, công suất turbin tăng, máy nén nhận công suất lớn cho áp suất Pk phù hợp với phụ tải - Dễ bố trí thiết bị tăng áp khơng có liên hệ với trục khủyu Khuyết điểm - Động khó khởi động cơng suất turbin thấp nên Pk bé - Tính tăng tốc động Do quán tính nhiệt động quán tính khối lượng chuyển động quay turbin máy nén, tăng tốc áp suất tăng áp không tăng kịp thời, trình tăng tốc chậm lại - Đặc tính kéo động khơng tốt Khi giảm số vịng quay lưu lượng khí thải giảm, cơng suất turbin nhỏ đi, áp suất Pk thấp xuống, khơng khí nạp vào xilanh mơmen phát khơng lớn 21 01/11/2015 - Khó thực động kỳ khơng có hành trình bơm, lượng khí thải nhỏ lẫn nhiều khí quét chế độ tải nhỏ, trung bình khởi động cơng suất turbin không đủ cung cấp cho máy nén để tạo Pk cần thiết 7.2.3 Tăng áp hỗn hợp - Tăng áp hỗn hợp vừa có ưu điểm tăng áp khí vừa có ưu điểm tăng áp turbin khí, đồng thời hạn chế khuyết điểm chúng - Do có turbin khí quay máy nén nhờ tận dụng lượng khí thải nên tính kinh tế động khơng bị xấu mà tạo phù hợp phụ tải áp suất Pk, tính khởi động, tăng tốc động cải thiện đặc tính kéo động tốt 22 01/11/2015 Hệ thống tăng áp hỗn hợp dùng turbin máy nén có liên hệ khí với trục khuỷu động Pth,Tth T ĐC N Pk,Tk Po,To Hệ thống tăng áp cấp mắc nối tiếp, máy nén dẫn động tuabin cấp 1, máy nén dẫn động khí cấp Pk1Tth T N Pk2 Pk1 ĐC N Po, To Pk, Tk 23 01/11/2015 Hệ thống tăng áp hỗn hợp mắc song song Pk1Tth ĐC T N Pk1 Pk2 N Po, To P0, T0 7.3 Giới hạn nâng cao công suất tăng áp Tăng áp biện pháp tốt nhằm nâng cao công suất động song có giới hạn định Giới hạn định ứng suất cơ, nhiệt chi tiết, tính kinh tế hiệu động 24 01/11/2015 Do ứng suất nhiệt: Khi tăng áp tăng áp suất cực đại xilanh nên tải trọng học chi tiết động tăng lên Để đảm bảo động làm việc chắn cần phải gia cố chi tiết động Mặt khác ngồi ứng suất cơ, tăng áp cịn làm cho ứng suất nhiệt nắp xilanh, supap, xilanh đặc biệt piston tăng lên Sở dĩ tăng áp làm tăng lượng nhiệt đưa vào đơn vị thể tích xilanh, tăng nhiệt độ cuối trình nén Tc, kéo dài trình cháy, tăng hệ số truyền nhiệt từ khí vào thành xilanh kết nhiệt độ gradien nhiệt độ chi tiết tăng lên, ứng suất nhiệt tăng Nhiệt độ tăng cịn làm xấu điều kiện bơi trơn, từ ảnh hưởng khơng tốt đến q trình làm việc động 25