Nhiệt độ và áp suất trong trong xy lanh động cơ B6 sau khi cường hóa bằng tăng áp tăng lên, dẫn đến tải trọng cơ - nhiệt trên các ổ đỡ của động cơ cũng tăng theo. Bài báo tính toán lại hệ thống bôi trơn của động cơ B6 trên xe PT-76 sau khi cường hóa bằng tăng áp nhằm mục đích duy trì tình trạng bôi trơn tại các ổ đỡ của động cơ gần tương tự như khi chưa tăng áp.
THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Tính tốn hệ thống bơi trơn động B6 xe PT-76 sau cường hóa tăng áp Calculation of the boosted B6 engine’s lubrication system on the PT-76 multi-purpose vehicle Lương Đình Thi, Nguyễn Hà Hiệp Học viện Kỹ thuật Quân sự, thidongluc33@yahoo.com Tóm tắt Nhiệt độ áp suất trong xy lanh động B6 sau cường hóa tăng áp tăng lên, dẫn đến tải trọng - nhiệt ổ đỡ động tăng theo Bài báo tính tốn lại hệ thống bôi trơn động B6 xe PT-76 sau cường hóa tăng áp nhằm mục đích trì tình trạng bơi trơn ổ đỡ động gần tương tự chưa tăng áp Kết tính tốn cho thấy, sau động đươc tăng áp với tỷ số tăng áp k = 1,6 1,8, chiều dày nhỏ màng dầu lưu lượng dầu lưu thông qua màng dầu giảm, áp suất lớn màng dầu tăng Áp suất bơm dầu bôi trơn cần điều chỉnh từ phạm vi atm đến 11 atm, lưu lượng bơm dầu bôi trơn cần điều chỉnh từ phạm vi 3,8 4,6 m3/h đến 4,6 5,2 m3/h Từ khóa: Áp suất, nhiệt độ, lưu lượng, màng dầu, dầu bôi trơn, ổ đỡ Abstract The high temperature and pressure of the boosted B6 engine lead to the thermomechanical loads in the engine bearings increase correspondingly This paper calculated the lubrication system of the B6 engine on the PT-76 boosted by using a turbocharger to maintain the lubricant condition in bearing as before using turbocharger Obtained results show that the minimum film thickness and lubricant flow rates decrease whereas the maximum oil film pressure increases The pressure of lubricant oil need to be adjusted from the range of atm to 11 atm and the flow rate of lubricant oil need to be adjusted from the range of 3,8 4,6 m3/h to 4,6 5,2 m3/h Keywords: Pressure, temperature, flow rate, oil film, lubricant, bearing Đặt vấn đề Động B6 nguyên động chưa tăng áp, lắp xe PT-76 [5] Động nghiên cứu để cường hóa cơng suất tua bin khí thải với máy nén có tỷ số nén khoảng k = 1,6 1,8 [3] Sau tăng áp cơng suất có ích động tăng lên 25%, áp suất, nhiệt độ xy lanh mật độ dòng nhiệt truyền cho dầu bôi trơn tăng lên đáng kể Áp suất xy lanh ảnh hưởng trực tiếp lên ổ đỡ động làm giảm chiều dày màng dầu, tăng áp suất tiếp xúc dẫn đến chế độ bôi trơn thay đổi, làm cho ma sát tăng, mài mòn học lớn Nhiệt độ môi chất xy lanh mật độ dòng nhiệt truyền cho dầu bơi trơn tăng dẫn đến nhiệt độ dầu bôi trơn tăng cao, độ nhớt chất lượng dầu giảm xuống Các yếu tố gây ảnh hưởng xấu đến chế độ bôi trơn, phá vỡ tình trạng bơi trơn vốn có động Vì vậy, sau tăng áp cho động cơ, cần phải tính tốn điều chỉnh thơng số hệ thống bơi trơn để đảm bảo tình trạng bôi trơn động nguyên Trong hệ thống bơi trơn, điều chỉnh thơng số làm việc cụm chi tiết như: áp suất lưu lượng bơm dầu, thay đổi kết cấu két làm mát dầu thay đổi lưu lượng quạt gió [1, 2] Đối với động B6, khoang động lực xe kín khít nên việc thay đổi két làm mát dầu thực được, xe khơng dùng quạt gió mà dùng hệ thống thải kiểu ejector để làm mát nên lưu lượng khơng khí làm mát phụ thuộc lưu lượng áp suất HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 99 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 khí thải [5] Vì vậy, cần điều chỉnh áp suất lưu lượng bơm dầu để đáp ứng yêu cầu bơi trơn, việc điều chỉnh thực bơm dầu bôi trơn động Xây dựng mơ hình tính tốn Modul GT-Crank phần mềm GT-Suite sử dụng để mơ phỏng, tính tốn thơng số đặc trưng hệ thống bơi trơn [4] Các bề mặt ma sát động gồm: piston - xy lanh, piston - xéc măng, xéc măng - xy lanh, ổ đỡ đầu nhỏ truyền, ổ đỡ đầu to truyền, ổ đỡ trục khuỷu,… bề mặt cần bôi trơn động Các yếu tố ảnh hưởng đến chiều dày màng dầu, áp lực màng dầu nhiệt độ dầu bôi trơn gồm: áp suất nhiệt độ mơi chất xy lanh, kích thước khối lượng chi tiết, tốc độ trục khuỷu, lưu lượng áp suất dầu bơi trơn Mơ hình động B6 thể hình Hình Mơ hình động lực học động B6 Các thơng số động thể bảng Bảng Các thơng số động B6 Thông số TT Kiểu động Cơng suất có ích định mức (ngun thủy) Cơng suất có ích định mức (sau tăng áp) Tốc độ định mức trục khuỷu động Số xy lanh Áp suất dầu bôi trơn cửa bơm Lưu lượng dầu bôi trơn bơm Đơn vị Giá trị Diesel, kỳ, hàng, làm mát chất lỏng kW 178,8 kW 225 v/p 1800 atm 69 m3/h 3,8 4,6 Các thông số kết cấu cần thiết cho mơ hình tham khảo từ tài liệu [5] Các thơng số tính chất dầu bôi trơn thể bảng TT Bảng Các thông số tính chất dầu bơi trơn động B6 Tính chất Trị số Độ nhớt Động học (ASTM D 445) tại: 40 °C mm2/s 142 ÷ 152 100 °C mm2/s 15 ÷ 16 Chỉ số độ nhớt (VI) 98 Tỉ trọng @15°C kg/l (ASTM D 4052) 0,890 Điểm chớp cháy hở °C (ASTM D) 230 ÷ 240 Điểm rót chảy °C (ASTM D 97) -33 -27 -12 ÷ - 15 Trị số kiềm tổng, mg KOH/g 12 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 100 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Kết tính tốn hệ thơng bơi trơn động B6 Chế độ tính tốn lựa chọn chế độ công suất định mức (100% tải, tốc độ 1800 v/p) Các kết thể cho động không tăng áp (B6) động tăng áp (B6TA) Các vị trí lựa chọn để tính tốn thơng số thể tình trạng bơi trơn gồm: ổ đỡ đầu nhỏ thanh truyền, ổ đỡ đầu to truyền, ổ đỡ trục khuỷu Chiều dày nhỏ màng dầu ổ đỡ thể hình Màng dầu ngăn cách bề mặt chuyển động tương đối tiếp xúc trực tiếp với nhau, làm giảm hệ số ma sát mức độ mài mòn chúng Đây thơng số quan trọng định đến chế độ bôi trơn bề mặt có ảnh hưởng lớn đến hệ số ma sát mức độ mài mòn Chiều dày nhỏ màng dầu (m) Chú thích Đầu nhỏ truyền động B6 Đầu nhỏ truyền động B6TA Đầu to truyền động B6 Đầu to truyền động B6TA Ổ đỡ trục khuỷu động B6 Ổ đỡ trục khuỷu động B6TA Độ GQTK Hình Chiều dày nhỏ màng dầu ổ đỡ Giá trị nhỏ trung bình chiều dày nhỏ màng dầu chu trình cơng tác thể bảng Bảng Giá trị nhỏ trung bình chiều dày nhỏ màng dầu Ổ đỡ đầu nhỏ Ổ đỡ đầu to Ổ đỡ trục khuỷu B6 B6TA B6 B6TA B6 B6TA Giá trị nhỏ (m) 4,47 4,04 13,71 12,83 7,76 8,12 Giá trị trung bình (m) 6,98 6,19 19,66 18,67 15,42 14,31 Kết tính tốn hình bảng cho thấy, sau tăng áp cho động cơ, chiều dày nhỏ màng dầu tất ổ đỡ giảm xuống Sự suy giảm chiều dày màng dầu áp lực ổ đỡ tăng lên độ nhớt dầu bôi trơn giảm xuống Theo kết tính tốn nghiên cứu trước [3], để tăng cơng suất có ích thêm khoảng 25% áp suất lớn chu trình cơng tác tăng lên khoảng 38 40%, áp lực ổ đỡ tăng theo Sự suy giảm chiều dày màng dầu dẫn đến việc phá vỡ trạng thái bôi trơn ma sát ướt nửa ướt động không tăng áp dẫn đến hệ số ma sát mức độ mài mòn học tăng Do đó, động sau tăng áp cần phải điều chỉnh thông số hệ thống bơi trơn để trì chiều dày nhỏ màng dầu động không tăng áp Trong ba vị trí khảo sát trên, ổ đỡ đầu nhỏ truyền nơi có màng dầu mỏng nên cần đặc biệt ý đến vị trí Áp suất lớn màng dầu ổ đỡ thể hình Giá trị áp suất ổ đỡ thường lớn, áp suất tăng cao vượt ngưỡng chịu đựng màng dầu dẫn đến phá hủy màng dầu bơi trơn Giá trị lớn nhất trung bình áp suất lớn màng dầu chu trình cơng tác thể bảng HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 101 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Áp suất lớn màng dầu (atm) Chú thích Đầu nhỏ truyền động B6 Đầu nhỏ truyền động B6TA Đầu to truyền động B6 Đầu to truyền động B6TA Ổ đỡ trục khuỷu động B6 Ổ đỡ trục khuỷu động B6TA Độ GQTK Hình Áp suất lớn màng dầu Bảng Giá trị lớn trung bình áp suất lớn màng dầu Ổ đỡ đầu nhỏ Ổ đỡ đầu to Ổ đỡ trục khuỷu B6 B6TA B6 B6TA B6 B6TA Giá trị lớn (atm) 1354,51 1784,68 448,14 625,77 319,34 474,56 Giá trị trung bình (atm) 172,11 223,76 94,28 112,88 96,51 111,93 Lưu lượng dầu lưu thông qua màng dầu (cm3/s) Áp suất lớn màng dầu động tăng áp tăng mạnh áp lực ổ đỡ tăng, áp lực dầu tăng nên độ dày màng dầu ổ đỡ giảm kết hình Kết tính tốn cho thấy, áp suất lớn màng dầu đạt ổ đỡ đầu nhỏ truyền, giá trị tăng từ 1354,51 atm (động không tăng áp) đến 1784,68 atm (động tăng áp) Với giá trị áp suất này, khơng thể thay đổi kích thước ổ đỡ đầu nhỏ truyền nên cần theo dõi làm việc động tăng áp bệ thử xe, cần thiết phải tiến hành thay loại dầu bơi trơn có bổ sung chất phụ gia chịu cực áp Lưu lượng dầu lưu thông qua ổ đỡ thể hình Thơng số ảnh hưởng đến chiều dày màng dầu, khả làm mát, làm bao kín dầu bơi trơn Chú thích Đầu nhỏ truyền động B6 Đầu nhỏ truyền động B6TA Đầu to truyền động B6 Đầu to truyền động B6TA Ổ đỡ trục khuỷu động B6 Ổ đỡ trục khuỷu động B6TA Độ GQTK Hình Lưu lượng dầu lưu thông qua ổ đỡ Giá trị lớn trung bình lưu lượng dầu qua màng dầu chu trình cơng tác thể bảng Kết tính tốn hình bảng cho thấy, sau tăng áp cho động cơ, lưu lượng dầu lưu thông qua màng dầu tất ổ đỡ giảm xuống Sự suy giảm làm giảm chiều dày màng dầu, làm tăng nhiệt độ dầu dẫn đến chất lượng bôi trơn giảm xuống Vì vậy, cần điều chỉnh tăng lưu lượng bơm dầu để đảm bảo chất lượng bôi trơn HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 102 THE INTERNATIONAL CONFERENCE ON MARINE SCIENCE AND TECHNOLOGY 2016 Bảng Giá trị lớn trung bình lưu lượng dầu qua màng dầu Ổ đỡ đầu nhỏ Ổ đỡ đầu to Ổ đỡ trục khuỷu B6 B6TA B6 B6TA B6 B6TA Giá trị lớn (cm /s) 1,883 1,727 341,684 333,129 147,436 124,778 Giá trị trung bình (cm /s) 0,416 0,37 24,669 24,514 31,432 29,472 Các kết tính tốn cho thấy, động B6 tăng áp có điều kiện bơi trơn ổ đỡ so với động nguyên thủy, tác động tổng hợp áp suất nhiệt độ khí cháy xy lanh Để cho động sau tăng áp trì trạng thái bôi trơn ban đầu, áp suất lưu lượng bơm dầu bôi trơn phải điều chỉnh Việc điều chỉnh thơng số khơng thể đưa tình trạng bôi trơn trạng thái ban đầu, mục tiêu đặt làm cho giá trị trung bình giá trị lớn nhất/nhỏ độ dày nhỏ màng dầu lưu lượng dầu qua ổ đỡ động tăng áp xấp xỉ giá trị ban đầu động không tăng áp Theo kết tính tốn, áp suất bơm dầu cần điều chỉnh đến 11 atm, tỷ lệ tăng áp suất khoảng 18 50%; lưu lượng bơm dầu cần điều chỉnh đến 4,6 5,2 m3/h, tỷ lệ tăng lưu lượng khoảng 13 21% Sau điều chỉnh thông số làm việc bơm dầu tiến hành tính tốn lại hệ thống bơi trơn, đại lượng thể tình trạng bơi trơn động tăng áp thay đổi gần giống động nguyên thủy Đối với áp suất lớn màng dầu, sử dụng dầu bơi trơn có phụ gia cực áp để thay Sau điều chỉnh áp suất bơm đến phạm vi hệ thống bơi trơn làm việc bình thường hệ thống cho phép làm việc với áp suất cao 14 atm [3, 5] So sánh tình trạng bơi trơn vị trí khảo sát cho thấy, ổ đỡ đầu nhỏ truyền nơi có điều kiện làm việc nặng nề Ở chế độ làm việc khác, áp suất xy lanh tăng lên chế độ nhiệt động giảm mạnh nên ảnh hưởng chung đến trạng thái bôi trơn tốt so với chế độ cơng suất định mức (tình trạng bơi trơn chế độ công suất tốc độ định mức khắc nghiệt nhất), chế độ bơi trơn đảm bảo Kết luận Sau tăng áp cho động cơ, tình trạng bơi trơn ổ đỡ so với động nguyên thủy, chiều dày nhỏ màng dầu giảm, áp suất lớn màng dầu tăng lưu lượng lưu thơng dầu qua màng dầu giảm Để trì tình trạng bơi trơn động cơ, cần điều chỉnh thông số làm việc bơm dầu Áp suất bơm cần điều chỉnh từ phạm vi atm đến 11 atm (tỷ lệ tăng áp suất khoảng 18 50%), lưu lượng bơm cần điều chỉnh từ phạm vi 3,8 4,6 m3/h đến 4,6 5,2 m3/h (tỷ lệ tăng lưu lượng khoảng 13 21%) Sau điều chỉnh, tình trạng bơi trơn động tăng áp xấp xỉ động không tăng áp, thông số kết cấu két làm mát dầu hệ thống thải ejector giữ nguyên Do áp suất lớn màng dầu tăng lên nên cần phải tiến hành thay loại dầu bơi trơn có bổ sung chất phụ gia chịu cực áp không thay đổi loại dầu bơi trơn phải rút ngắn định kỳ thay dầu bơi trơn Trong q trình khai thác cần ý đến ổ đỡ đầu nhỏ truyền nơi có điều kiện làm việc nặng nề Tài liệu tham khảo [1] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến Kết cấu, tính tốn động đốt trong, Tập 2&3 NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp 1979 [2] Lại Văn Định, Vy Hữu Thành Kết cấu, tính tốn động đốt trong, Tập Học viện Kỹ thuật Quân 2003 [3] Lê Đình Vũ Báo cáo tổng kết đề tài “Nghiên cứu cường hóa động B6 tăng áp tua bin khí thải” Đề tài NCKH cấp Bộ Quốc Phòng 2010 [4] GT-Suite, Engine Performance Tutorials Gamma Technologies, Inc [5] Танковые двигатели В-2 и В-6 Техническое описание М.: Военное издательство 1975 HỘI NGHỊ QUỐC TẾ KHOA HỌC CÔNG NGHỆ HÀNG HẢI 2016 103 ... nửa ướt động không tăng áp dẫn đến hệ số ma sát mức độ mài mòn học tăng Do đó, động sau tăng áp cần phải điều chỉnh thông số hệ thống bôi trơn để trì chiều dày nhỏ màng dầu động không tăng áp Trong... TECHNOLOGY 2016 Áp suất lớn màng dầu (atm) Chú thích Đầu nhỏ truyền động B6 Đầu nhỏ truyền động B6TA Đầu to truyền động B6 Đầu to truyền động B6TA Ổ đỡ trục khuỷu động B6 Ổ đỡ trục khuỷu động B6TA Độ... Hình Mơ hình động lực học động B6 Các thơng số động thể bảng Bảng Các thơng số động B6 Thơng số TT Kiểu động Cơng suất có ích định mức (ngun thủy) Cơng suất có ích định mức (sau tăng áp) Tốc độ