Các chỉ tiêu về tính năng kinh tế kĩ thuật của động cơ luôn luôn phụ thuộc vào chất lượng của chu trình công tác, được thể hiện qua hai thông số chính là: áp suất chỉ thị trung bình p [r]
(1)Chƣơng CÁC CHỈ TIÊU VỀ TÍNH NĂNG KINH TẾ KỸ THUẬT CỦA ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG
4.1 CÁC CHỈ TIÊU CHÍNH
Người ta dùng tiêu sau để so sánh tính kinh tế kỹ thuật động đốt trong:
- Công suất động cơ; - Hiệu suất động cơ; - Tuổi thọ độ tin cậy; - Khối lượng;
- Kích thước bao
Mỗi loại tiêu kể giữ vai trò chủ yếu khác theo công dụng điều kiện sử dụng động Trước tiên cần làm rõ khái niệm nội dung loại tiêu
4.1.1 Công suất động
Công suất yêu cầu máy công tác hệ thống động lực sử dụng động Cơng suất có ích công suất thu từ đuôi trục khuỷu, từ truyền cho máy cơng tác Cơng suất có ích tiêu quan trọng định khả sử dụng động để dẫn động máy công tác hệ thống động lực cụ thể
4.1.2 Hiệu suất có ích động
Hiệu suất có ích thể số phần trăm nhiệt lượng chuyển thành cơng có ích tổng số nhiệt lượng cấp cho động cơ, kết đốt cháy nhiên liệu xi lanh tạo Hiệu suất có ích cao lượng nhiên liệu tiêu hao cho KW nhỏ, nhờ làm giảm số lượng nhiên liệu tiêu hao giờ, điều có ý nghĩa quan trọng động dùng thiết bị vận tải, để chạy quảng đường định cần nhiên liệu dự trữ, nhờ chở nhiều hàng hơn, tiền chi phí cho nhiên liệu giá thành vận tải nhỏ
4.1.3 Tuổi thọ độ tin cậy hoạt động động
Tuổi thọ động thời gian sử dụng kỳ sửa chữa (tính theo Km thiết bị vận tải ) Độ tin cậy phản ánh qua tỉ số sử dụ ng tốt {khơng có hỏng hóc, khơng mài mịn thái q, khơng bị giảm cơng suất v.v } toàn số sử dụng kể số hỏng hóc thời gian khắc phục hỏng hóc khoảng thời gian kỳ sửa chữa Do thước đo độ tin cậy có tính xác suất
Độ tin cậy phụ thuộc vào chất lượng chế tạo, lắp ghép điều chỉnh tính ổn định chất lượng vật liệu chế tạo động
(2)Tuổi thọ động phụ thuộc vào tính hồn thiện mặt cấu tạo chi tiết động mức độ cường hoá động theo tải (pe) tốc độ (n) Chất lượng nhiên liệu, dầu nhờn, điều kiện sử dụng chế độ làm việc động ảnh hưởng lớn đến tuổi thọ Động diesel cỡ lớn tốc độ thấp, sau thời gian chạy † vạn phải doa thay xi lanh Còn động diesel cao tốc cỡ nhỏ sau † nghìn phải doa xi lanh Chỉ tiêu độ tin cậy tuổi thọ gây ảnh hưởng trực tiếp tới giá thành động suất thiết bị vận tải
4.1.4 Khối lƣợng động
Khối lượng động gắn liền với lượng vật liệu (kim loại phi kim loại) dùng chế tạo động trực tiếp ảnh hưởng tới giá thành động Khối lượng Gđ (kg) phụ thuộc vào yếu tố chu trình cơng tác đặc điểm cấu tạo động Khối lượng động lại có liên quan mật thiết tới tuổi thọ Thơng thường động cao tốc, nhẹ thường có tuổi thọ thấp, cịn động lớn, thấp tốc, nặng thường có tuổi thọ cao
Người ta thường dùng suất khối gđ làm tiêu so sánh mặt khối lượng giữ động cơ: gđ =Gđ /Neqđ (Kg/kW)
Giá trị gđ biến động phạm vi rộng, gđ =1,3 ÷ 70 (Kg/KW) Các loại động gđ nằm giới hạn sau:
Động cường hóa ít: 18 gđ < 40 Kg/KW
Động cường hoá mức độ vừa: 8< gđ < 18 Kg/KW Động cường hoá cao: 1,3 < gđ < Kg/KW
Người ta cịn dùng khái niệm khối lượng lít, khối lượng động quy lít thể tích công tắc xi lanh: GL = Gđ /i.Vh (Kg/l); (trong đó: i-số xi lanh; Vh (l) – thể tích cơng tắc xi lanh)
4.1.5 Kích thƣớc bao
Kích thước bao định ba kích thước: dài (L), rộng (B), cao (H) khối chữ nhật, đo điểm giới hạn khối động Để đánh giá mức độ sử dụng kích thước trên, người ta dùng tiêu sau:
Ne / LBH – đánh giá mức đo sử dụng thể tích mà động chiếm Ne / LB – đánh giá mức độ sử dụng diện tích đặt động
(3)vài chế độ dùng nhiều nhất, chiều cao trọng tâm động … Trong số trường hợp cụ thể, tiêu quan trọng tiêu
Trong phạm vi môn học nguyên lý động cần hiểu kỹ hai tiêu đầu Các tiêu tính kinh tế kĩ thuật động ln ln phụ thuộc vào chất lượng chu trình cơng tác, thể qua hai thơng số là: áp suất thị trung bình pi hiệu suất thị i, trước tiên cần hiểu kỹ hai thơng số
4.2 CÁC THƠNG SỐ CHỈ THỊ
4.2.1 Công thị Li áp suất thị trung bình pi
Trong chu trình cơng tác động kỳ, có kỳ thứ kỳ sinh cơng, q
trình cháy hỗn hợp khí sinh lượng nhiệt biến thành công xi lanh – gọi công thị
Kết tính tốn nhiệt vẽ đồ thị cơng - gọi đồ thị cơng tính tốn lý thuyết Trên hình 4.1 4.2 đường acz,zbna đường cong tính tốn afedgxu đường cong hiệu đính động diesel Đường cong afkzba đường cong tính tốn afkz,
1lx đường cong hiệu đính động xăng
- Đối với đồ thị cơng tính tốn, ta có cơng chu trình tính tốn: ac
zb z z '
i L L L
L ' (4.1)
+ Cơng Lz,z cơng q trình giãn nở đẳng áp p = const:
) ( V p ) ( V p V V V p V p V p
L z c c c
c z c z c z z z z
z,
(4.2)
+ Công giãn nở đa biến zb:
1 n b z z z zb V V 1 n V p
L (4.3)
Nhân chia vế phải đẳng thức với Vc, thay z b c z V V , V V c z .p
p , được:
n c c zb 2 1 n V p
L (4.4)
+ Công nén đa biến tính theo a a c c
1 V V n n a a
ac p V p V
1 n V dV V p L c a 1
, đưa
(4) n c c n a c c c ac 1 1 1 n V p V V 1 n V p
L (4.5)
Thay giá trị Lz‟z, Lzb Lac vào zz zb ac '
i L L L
L ' , được:
n 1
1 n c c '
i 2 1
1 1 n 1 1 n V p
L (4.6)
- Gọi )
m N (
p,i 2 áp suất thị trung bình tính theo lý thuyết (chưa hiệu đính) chu trình cơng tác cơng thị đơn vị thể tích cơng tác xi lanh chu trình thể qua biểu thức:
' i p = h ' i V L
, (J/m3 N/m2 = Pa) (4.7)
Thay L'i vào, được:
n1
1 n n a h ' i '
i 2 1
1 1 1 n 1 1 n 1 p V L
p (4.8)
Trong n1 a c p
p
1 1 V V h c
Nếu thay 1, lúc p,i chu trình cấp nhiệt đẳng tích (động xăng)
n1
1 n n a h ' i '
i 2 1
1 1 1 n 1 1 n p V L
p (4.9)
đó: L'i (J, N.m ); Vh (m
3
(5)Hinh 4.1 Đồ thị công hiệu đính p =f(V) ĐC-D
Sau hiệu đính đồ thị cơng tính tốn, đồ thị sát với thực tế diện tích nhỏ hơn, sai lệch hai đồ thị thể diện tích gạch chéo Sự sai lệch tính tốn lý thuyết chu trình thực tế diễn biến trình cháy thực tế khơng hồn tồn phù hợp với giả thiết cấp nhiệt đẳng tích đẳng áp tính tốn, ảnh hưởng góc độ phối khí, đánh lửa sớm, phun sớm gây
Người ta dùng hệ số điền đầy đồ thị công ' i i d
L L
để bù trừ vào khác biệt Trong Li cơng thị thực tế Vì vậy, áp suất thị trung bình pi chu trình thực tế, động kỳ là:
, i d h ,
i d h
i
i .p
V L . V
L
p (4.10)
Thông thường người ta dùng MPa (MN/m2) làm đơn vị tính áp suất từ ta có: pi = 10-6
h i
V L
(6)Hình 4.2 Đồ thị cơng hiệu đính p =f(V) ĐC-X
Theo thực nghiệm giá trị d 0,920,95 Giá trị d động xăng lớn động diesel Trong giá trị d nhỏ dùng cho động diesel cao tốc giá trị lớn dùng cho động xăng
Động xăng kỳ d 0,930,97 Động diesel kỳ d 0,900,96 Động kỳ d 0,971,00
Khi hiệu đính áp suất cực đại z
p đông xăng, chọn: pz1 0,85pz
Trong pz- Áp suất cực đại chu trình theo tính tốn lý thuyết 0,85 hệ số hiệu đính cho phù hợp với thực tế
(7)Như pita tông chuyển động xi lanh, hợp lực khí thể PP tác dụng đẩy pít tơng xi lanh là:
PP = (p – po) D2
(N) (4.11) đó: D (m) – đường kính xi lanh
Hợp lực khí thể FP đẩy pít tông chuyển dịch vi lượng hành trình dS, tạo vi lượng cơng dLi, theo biểu thức:
dLi = Pp.dS = ( p – po ) D2
dS= ( p – po ) dV (4.12) đó: dV vi lượng biến thiên thể tích cơng tác
Đồ thị cơng p = f(V) p =f() (trong góc quay trục khuỷu) thiết bị xác định đồ thị (indicateur) vẽ động hoạt động Tung độ đồ thị phản ánh giá trị áp suất xi lanh, cịn hồnh độ đồ thị vị trí đỉnh pít tơng vị trí bán kính quay trục khuỷu phản ánh thể tích xi lanh góc quay trục khuỷu
Khái niệm áp suất thị trung bình pi khái niệm quan trọng, thường gặp giáo trình tài liệu khoa học nghiên cứu động đốt Do cần phải làm rõ thêm vài khía cạnh khái niệm
Hiện giá trị pi nằm giới hạn sau:
- Động khơng tăng áp: pi = 0,7 ÷ 1,2 MPa
- Động tăng áp đạt pi = 3,0 MPa lớn
4.2.2 Công suất thị động
Công môi chất xi lanh tạo chu trình xác định qua đồ thị cơng p-V gọi đồ thị cơng, cơng gọi cơng thị chu trình Li (như trình bày phần trên)
Dựa theo định nghĩa pi , tính Li nhờ biểu thức sau:
Li = piVh (N.m) (4.13) đó: Vh- tính theo m3; pi - theo Pa = N/m2
Cơng thị Li xác định cơng hành trình “bơm”, khơng tính cơng hành trình “bơm”
Cơng suất thị động – cơng suất công thị Li tạo giây
Nếu: n (vòng /s)- số vòng quay trục khuỷu giây;
(8)m - số chu trình giây xi lanh; Sẽ được:
m =
30
n 60
n 2
, chu trình /s (4.14) Nếu số xi lanh động i ta có:
m = n i n .i
30 .
60 2
(4.15) Ni = Li.i.m =Vh.pi.i.m =
30 . . .V in
pi h
(4.16)
4.2.3 Hiệu suất thị suất tiêu hao nhiên liệu thị
Tính kinh tế chu trình đặc trưng thông số hiệu suất thị ivà
suất tiêu hao nhiên liệu thị gi Được xác định công thức:
tk nl
i i
Q G
N
;
i nl i
N G
g , kg/W.s m3/W.s (4.17)
Từ ta có:
tk i i
Q g
1
(4.18)
i: Là tỷ số nhiệt lượng chuyển thành công thị Li với nhiệt lượng cấp cho động thời gian
Nếu lấy thời gian chu trình:
tk i
i i
Q g
L
(4.19)
Trong đó:
Gnl – Lưu lượng tiêu hao nhiên liệu giây (kg/s m3/s)
Qtk – Nhiệt trị thấp kg nhiên liệu (J/Kg J/m3), nhiệt lượng thu
khơng tính đến nhiệt ẩn hóa hơi nước chứa sản phẩm cháy
Như vậy, hiệu suất thị i tỷ số nhiệt lượng chuyển thành công thị với nhiệt lượng cấp cho động nhiên liệu đốt cháy xi lanh tạo đơn vị thời gian (thường tính giây)
i khác t chỗ có tính đến tổn thất nhiệt truyền cho vách xi lanh, cháy khơng hồn tồn, phân giải sản vật cháy, tổn thất khí thải…
Từ Li = pi.Vh pk.v.Vh 8314.M1.Tk đó:
k
v V V
(9)v k ct k h p g T M V 8314 1
; Được:
v k ct k i i p g T M p L 8314 1 k v tk k i i p Q T p M 8314
(4.20)
trong đó: Qtk = J/kg; M1 = kmol/kg
- Đối với động diesel: M1 Movà
k k k k p T 8314
thay vào i , được:
k v tk i o i Q p L
(4.21)
- Đối với động xăng:
hk o nl o L M M
1 k hk k k p T 8314
, thì:
k v tk i o i Q p L ) (
(4.22)
- Đối với động ga: Qtm nhiệt trị thấp 1m3 khí tiêu chuẩn (OoC 760mmHg) QtM nhiệt trị thấp 1kmol, thì:
k v tm k i i Q T p M 15 , 371
, hoặc:
kk k v tm i i Q p M
(4.23)
trong đó: 371,15 – hệ số từ tỷ số , 22 8314
;
hk - phân tử lượng hịa khí (Kg/Kmol)
- Đối với động kỳ, trị số pi v phải tính theo thể ích hành trình có ích
của pít tơng - S‟
Từ thấy rằng:iphụ thuộc vào
tk
Q
M1
tm
Q
M1 (số nghịch đảo Kmol môi
chất mới)
k k i i p T p , ,
k
(10)i tk i
Q g
(4.24)
Từ:
k v tk
k i i
p Q
T p M
8314
, được:
k i
v k i
T p M
p 10 12
g (Kg/W.s), (4.25)
trong Qtk = J/Kg Hoặc
k i
v k i
T p M
p 432
g (g/KW.h) (4.26)
Đối với động chạy nhiên liệu khí, suất tiêu hao nhiên liệu thể khí v1
xác định:
s W
m Q
v
t
tm
,
1
1 , đó: Qtm tính theo J/m3, tính theo i được:
h kW
m T
p M
p v
k i
v k
,
10
269
3
1
(4.27)
* Giá trị:
gi kg/kw.h (g/ml.giờ) i% Động xăng 210 – 340 (155 – 250) 44 - 25 Động diesel kỳ 150 – 200 (110 – 145) 56 - 43 Động diesel kỳ 170 – 220 (125 – 160) 50 – 40 Động gaz 35 - 28
4.3 TỔN HAO CƠ GIỚI VÀ CÁC THƠNG SỐ CĨ ÍCH 4.3.1 Tổn hao giới
Một phần Ni động tiêu hao cho thân động mà khơng lợi dụng có ích Phần cơng suất dùng để khắc phục lực cản bên động – gọi công suất giới Nm, bao gồm
a Nms – Tiêu hao cho ma sát chi tiết động
b Nđg - Tiêu hao cho ma sát chi tiết chuyển động với khơng khí (thanh truyền
- trục khuỷu – bánh đà…)
c Ndđ – Tiêu hao cho dẫn động chi tiết cấu phụ cho động
d Nb – tiêu hao cho tổn thất bơm (đặc trưng chopi, tăng áp pi > ; làm tăng Ni)
e Nqk – Tiêu hao cho quét khí động kỳ