Nghiên cứu thiết kế bộ ổn định nhiệt độ nước làm mát và dầu bôi trơn động cơ cho băng thử elbe

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Đà Nẵng, 2018 ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số : 8520116 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS LÊ MINH TIẾN Đà Nẵng, 2018 LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết trình bày luận văn trung thực chưa cơng bố cơng trình khác Tác giả luận văn Nguyễn Hoàng LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến: Thầy giáo hướng dẫn: TS Lê Minh Tiến tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Các Thầy, Cơ Khoa Cơ khí giao thông, Trường Đại Học Bách Khoa, Đại học Đà Nẵng ln tận tình dẫn, giúp đỡ suốt trình học tập nghiên cứu Lãnh đạo Trung tâm Đăng Kiểm Xe Cơ Giới Đà Nẵng tạo điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn Gia đình tồn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Tác giả NGUYỄN HOÀNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE Tóm tắt: Đề tài tập trung nghiên cứu ổn định nhiệt độ nước làm mát dầu bôi trơn động Trên sở hệ thống băng thử kiểu khí, ta thiết kế lắp đặt hệ thống làm mát bao gồm thiết bị làm mát băng thử, cảm biến, thiết lập mạch điều khiển điện tử Arduino UNO R3 chương trình máy tính để ổn định nhiệt độ nước làm mát băng thử Elbe Hệ thống làm việc cách xác, trì nhiệt độ cần thiết cấp cho băng thử Từ khóa: Nước làm mát, băng thử cơng suất, dầu bôi trơn, arduino, động Abstract: This thesis focused on TEMPERATURE STABILITY OF COOLANT and the engine lubricating oil Based on a mechanical dynamometer system, we design and install cooling systems including kip coolers, sensors, Arduino UNO R3 control circuits and computer programs It is possible to stabilize the cooling water temperature on LBE POWER DYNAMOMETER ENGINE The system is working correctly, maintain the required temperature for dynamometer Key words: Coolant, power dynamometer, lubricant, arduino, engine MỤC LỤC MỞ ĐẦU .1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU .4 1.1 TỔNG QUAN CÁC KIỂU BĂNG THỬ CÔNG SUẤT ĐỘNG CƠ .4 1.1.1 Băng thử khí 1.1.2 Băng thử thủy lực .6 1.1.3 Băng thử điện 10 1.2 TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU CÁC HỆ THỐNG ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT TRÊN BĂNG THỬ CÔNG SUẤT CỦA THẾ GIỚI VÀ VIỆT NAM .14 1.2.1 Tình hình nghiên cứu hệ thống ổn định nhiệt độ nước làm mát băng thử công suất giới 14 1.2.2 Tình hình nghiên cứu hệ thống ổn định nhiệt độ nước làm mát dầu bôi trơn cho động băng thử công suất việt nam 15 1.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 16 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 17 2.1 CÁC CHỈ TIÊU KINH TẾ - KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ 17 2.1.1 Công suất động 17 2.1.2 Hiệu suất 17 2.2 CÁC ĐẶC TÍNH VỀ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG 18 2.3 LÝ THUYẾT TÍN HIỆU VÀ CẢM BIẾN 20 2.3.1 Lý thuyết tín hiệu 20 2.3.2 Lý thuyết cảm biến 20 2.4 LÝ THUYẾT VỀ ĐO LƯỜNG .21 2.4.1 Khái niệm kỹ thuật đo lường .21 2.4.2 Cơ sở kỹ thuật đo lường 22 2.5 LÝ THUYẾT VỀ TÍNH TOÁN TRAO ĐỔI NHIỆT 24 2.5.1 Các định luật phương trình dẫn nhiệt 26 2.5.2 Trao đổi nhiệt đối lưu 31 2.5.3 Truyền nhiệt qua vách có cánh 32 2.6 KẾT LUẬN 34 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU THỰC NGHIỆM 35 3.1 GIỚI THIỆU PHƯƠNG PHÁP LÀM MÁT BĂNG THỬ 35 3.1.1 Giới thiệu băng thử 35 3.1.2 Các phương án làm mát 36 3.2 GIỚI THIỆU ĐỘNG CƠ NGHIÊN CỨU .36 3.2.1 Các phương án bôi trơn động đốt 39 3.3 THIẾT KẾ CHẾ TẠO 45 3.3.1 Tính tốn trao đổi nhiệt băng thử .45 3.3.2 Tính tốn trao đổi nhiệt động nằm băng thử 47 3.3.3 Tính tốn két làm mát nước hệ thống làm mát 48 3.3.4 Tính tốn quạt gió hệ thống làm mát .52 3.3.5 Thiết kế, chế tạo thiết bị 53 3.3.6 Thiết kế lắp đặt hệ thống điều khiển điện tử cho hệ thống làm mát 61 3.3.7 Xây dựng chương trình điều khiển 68 3.4 TÍNH TỐN KÉT LÀM MÁT DẦU BƠI TRƠN ĐỘNG CƠ 73 3.4.1 Tính tốn lưu lượng dầu bơi trơn lưu lượng bơm dầu 73 3.4.2 Tính tốn két làm mát dầu bôi trơn động 74 3.5 KẾT LUẬN 75 CHƯƠNG THỰC NGHIỆM, KẾT QUẢ .76 4.1 THỰC NGHIỆM ĐO 76 4.1.1 Mục đích thực nghiệm 76 4.1.2 Hệ thống thực nghiệm 76 4.1.3 Quy trình thực 77 4.2 KẾT QUẢ ĐO .78 4.2.1 Hệ thống hoạt động với nhiệt độ đầu vào hệ thống làm mát T1 = 550C với thời gian 10 phút 78 4.2.2 Hệ thống hoạt động với nhiệt độ đầu vào hệ thống làm mát T1 = 500C với thời gian 14 phút 79 4.2.3 Hệ thống làm việc đồng thời với băng thử .79 4.3 KẾT LUẬN 80 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 81 TÀI LIỆU THAM KHẢO 82 PHỤ LỤC 83 MỤC CÁC KÝ HIỆU Ký hiệu la tinh Kí hiệu Tên gọi Thứ ngun pe Áp suất có ích trung bình Ne Cơng suất động kW Vh Thể tích cơng tác động dm3 Me Moment xoắn có ích N.m ge Suất tiêu hao nhiên liệu Gnl Tiêu hao nhiên liệu kg/h Qkt Nhiệt trị thấp 1kg nhiên liệu J/kg L0 Lượng khơng khí lý thuyết đốt kiệt 1kg nl Ký hiệu Hy lạp  Hệ số dư lượng không khí v Hệ số nạp i Hiệu suất thị m Hiệu suất giới θ Góc đánh lửa sớm  Tỉ số nén  Số kỳ động  Số xilanh MN/m2 kg/kW.h DANH MỤC CÁC BẢNG Số hiệu bảng Tên bảng Trang 3.1 Bảng thông số kỹ thuật động DE12TIS 38 3.2 Thông số bơm DK THT 1.5DK-24 1HP 57 3.3 Thông số Arduino Uno R3 62 81 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN KẾT LUẬN Qua trình nghiên cứu chế tạo hệ thống làm mát cho băng thử chế tạo thành cơng có kết luận sau: Hệ thống làm mát thiết lập nhiệt độ ổn định cần thiết cung cấp cho hệ thống khác Hệ thống sử dụng cảm biến có độ xác cao có sẵn thị trường nên dễ dàng cần thay Tính kỹ thuật hệ thống ổn định nhiệt độ nước làm mát phù hợp với việc sử dụng cho băng thử cơng suất động Hệ thống hồn tồn đáp ứng mục tiêu phục vụ công tác đào tạo sinh viên chuyên ngành nghiên cứu động HƯỚNG PHÁT TRIỂN Do giới hạn nội dung nghiên cứu nên đề tài chưa thể giải vấn đề tồn Tiếp tục nghiên cứu, chế tạo hồn chỉnh hệ thống làm mát dầu bơi trơn cho động nằm băng thử Hiện băng thử công suất EBLE chưa hoàn chỉnh nên hệ thống ổn định nhiệt độ nước làm mát chưa kết nối hoàn chỉnh lên băng thử Vì vậy, có hệ thống băng thử cơng suất, việc đo đạt tính kỹ thuật động giúp ích cho việc hồn thiện hệ thống ổn định nước làm mát 82 TÀI LIỆU THAM KHẢO Trong nước: [1] Bài giảng kỹ thuật đo lường cảm biến, Trường Đại học Sư Phạm Kỹ Thuật Thành phố Hồ Chí Minh [2] Trần Thanh Út (2016), Nghiên cứu thiết kế chế tạo bệ thử động cỡ nhỏ, Đồ án tốt nghiệp kỹ sư [3] GS.TS Nguyễn Tất Tiến (2003), Nguyên lý động đốt trong, NXB Giáo Dục, Hà Nội [4] Lê Duy Hưng, Trần Xuân Bình (2010), “Nghiên cứu chế tạo đo mô men xoắn dùng cảm biến biến dạng kết hợp với trục xoắn”, Báo cáo Sinh viên nghiên cứu khoa học lần thứ Đại học Đà Nẵng [5] Lê Văn Kiên (2010), Nghiên cứu đề xuất giải pháp kỹ thuật sử dụng phanh thủy lực Dynomite 13 Dual Rotor phòng thí nghiệm động môn động lực [6] PGS.TS Trần Hồng Hà (2015), Nhiệt kỹ Thuật, Nhà xuất Hang Hải [7] Ths Đặng Đình Được (2012), Nghiên cứu ứng dụng phần mềm LabVIEW thí nghiệm động đốt trong, Luận văn thạc sĩ [8] PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng, Cảm biến kỹ thuật đo, Tài liệu lưu hành nội bộ, Khoa khí giao thơng – Đại học bách khoa Đà Nẵng Nước ngoài: [9] Mohammad Sami Ahmad (2011), Friction and indicated power measurement for diezel engine [10] Dr Gitano Horizon (2001), Small Engine Dynamometer testing performing Dynamometer Testing on Eombustion Engines [11] Mohd Hasnun Arif Bin Hassan (2012), “Design of a dynamometer-engine coupling shaft”, reseach report submitted inpartial fulfiliment of the requirements for the degree of master of engineering, faculty of engineering university of Malaya Kuala Lumpur 2012 Trang web : [12] https://en.wikipedia.org/wiki/Dynamometer power [13] http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3 [14] http://www.valeksrl.com.ar/manuales/teco/variadoresdrive/n2/N2manual.pdf 83 PHỤ LỤC Phụ lục 4.1 Giá trị đo hệ thống làm mát làm việc 550 Thời gian[s] 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 220 240 260 280 300 320 340 360 380 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 Nhiệt độ T1[0C] 55 54.3 53.3 52.7 52.3 51.2 50.5 50.3 50.2 50.1 50 49.5 49.3 48.5 48.1 47.8 47.5 47.3 47 46.9 46.8 46.7 45.5 45 44.8 45.5 44.8 43.3 43 42.8 Nhiệt độ T2[0C] 54.2 40.5 39.7 38.4 37.7 37.6 37.3 37.3 37.2 37.1 37.1 37.1 36.8 36.3 36.3 36.2 35.8 34.6 34.4 34.2 34 33.9 33.7 33.3 33.2 33.6 33.6 34.4 33.7 33.5 Tốc độ cánh quạt [vòng/phút] 1602 1587 1590 1587 1593 1563 1599 1566 1560 1578 1596 1539 1578 1569 1557 1590 1563 1578 1578 1581 1593 1584 1566 1560 1569 1581 1578 1560 1581 84 600 42.5 33.4 1587 Phụ lục 4.2 Giá trị đo hệ thống làm mát làm việc 500C Thời gian[s] 30 60 90 120 150 180 210 240 270 300 330 360 390 420 450 480 510 540 570 600 630 660 690 720 750 780 810 840 Nhiệt độ T1[0C] 50 49.7 49 48.1 47.4 47.1 46.1 45.8 45.4 45 44.8 44.5 44.2 43.8 42.9 42 41.8 41.2 41.1 41 40.8 40.5 40.2 40 39.6 39.4 39 37 36 Nhiệt độ T2[0C] 49.5 44.1 38 36 35.2 35.2 35.1 34.8 34.7 34.4 34.3 34 34 34.2 33.8 33.8 33.5 33.2 33.2 33.1 33 32.9 32.8 32.6 32.4 32.2 33 34 33.5 Tốc độ cánh quạt [vòng/phút] 1602 1587 1590 1587 1593 1563 1599 1566 1560 1578 1596 1539 1578 1569 1557 1590 1563 1578 1578 1581 1593 1584 1566 1560 1569 1581 1578 1560 85 Phụ lục 4.3 Giá trị đo hệ thống làm mát làm việc 400C Nhiệt độ Nhiệt độ Tốc độ cánh quạt 0 Thời gian[s] T1[ C] T2[ C] [vòng/phút] 40 36 429 20 39 35.3 390 40 38.6 35.1 405 60 37 34.8 411 80 36.6 34.3 390 100 36 35 330 120 35.3 34.3 270 140 35 35 300 160 36 36 330 180 36.2 33 360 200 37 34 390 220 38 33.5 420 240 37 34 390 260 36 33.8 360 280 35 32.5 300 300 35.5 36 270 320 38 37 366 340 37 36 396 360 36.5 35.5 363 380 37 36.5 330 400 38 36.5 396 420 36.2 36 309 440 35 33.2 291 460 37 35 318 480 37.2 36.2 342 500 36 35 309 520 35.9 35.5 279 540 35.2 34 279 560 37 35 309 580 38.1 36.7 345 600 37 36.2 312 ... NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE Tóm tắt: Đề tài tập trung nghiên cứu ổn định nhiệt độ nước làm mát dầu bôi trơn động Trên sở hệ thống băng thử kiểu khí, ta thiết kế lắp... HỌC BÁCH KHOA NGUYỄN HOÀNG NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ BỘ ỔN ĐỊNH NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM MÁT VÀ DẦU BÔI TRƠN ĐỘNG CƠ CHO BĂNG THỬ ELBE LUẬN VĂN THẠC SĨ Chuyên ngành : KỸ THUẬT CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Mã số : 8520116... làm việc khơng ổn định Vì lý tốc độ động lớn nA*, mơ men động lớn mơ men bệ thử, làm cho tốc độ động tiếp tục tăng tốc độ động nhỏ nA*, mô men động nhỏ mô men bệ thử, làm cho tốc độ động tiếp tục