§éng c¬ ®èt trong lµ lo¹i ®éng c¬ nhiÖt ®îc sö dông réng r•i nhÊt. §éng c¬ nhiÖt ®îc chia thµnh hai lo¹i: §éng c¬ ®èt trong; §éng c¬ ®èt ngoµi: M¸y h¬i níc; tua bin h¬i; ®éng c¬ Schirlinger... Nh÷ng ®éng c¬ nµy kh«ng ®îc giíi thiÖu trong gi¸o tr×nh. ë ®éng c¬ ®èt trong, qu¸ tr×nh ®èt ch¸y nhiªn liÖu, qu¸ tr×nh gi¶i phãng nhiÖt n¨ng vµ qu¸ tr×nh biÕn mét phÇn nhiÖt n¨ng thµnh c«ng c¬ häc ®îc thùc hiÖn bªn trong xy lanh ®éng c¬. §éng c¬ ®èt trong bao gåm ®éng c¬ pÝt t«ng; ®éng c¬ hçn hîp; ®éng c¬ tuabin khÝ vµ ®éng c¬ ph¶n lùc.
Chơng Động đốt nguồn lợng 1.1 Những đặc điểm động đốt Động đốt loại động nhiệt đợc sử dụng rộng rÃi Động nhiệt đợc chia thành hai loại: - Động đốt trong; - Động đốt ngoài: Máy nớc; tua bin hơi; động Schirlinger Những động không đợc giới thiệu giáo trình động đốt trong, trình đốt cháy nhiên liệu, trình giải phóng nhiệt trình biến phần nhiệt thành công học đợc thực bên xy lanh động Động đốt bao gồm động pít tông; động hỗn hợp; động tuabin khí động phản lực Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động đốt đợc giới thiệu h×nh 1.1 A O B Hình 1-1 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo động đốt kiểu pít t«ng Hép trơc khủu; Xy lanh; Xu páp thải; Xu páp nạp; Nắp máy; Pít tông; Thanh truyền; Trục khuỷu; Các te dới động đốt kiểu pít tông, chi tiết chủ yếu xy lanh 2; hộp trơc khủu 1; pÝt t«ng 6; trun 7; trơc khuỷu 8; xu páp thải ; xu páp nạp Nhiên liệu không khí cần thiết để đốt cháy đợc đa vào xy lanh động Khí cháy đợc tạo đốt cháy hỗn hợp công tác có áp suất nhiệt độ cao tác dụng lên đỉnh pít tông làm cho pít tông dịch chuyển bên xy lanh Chuyển động pít tông qua truyền đợc truyền đến trục khuỷu biến chuyển động tịnh tiến pít tông thành chuyển ®éng quay cđa trơc khủu Do tÝnh chÊt chun ®éng tịnh tiến pít tông, nhiên liệu động đợc đốt cháy gián đoạn theo chu kỳ chu trình công tác phải trải qua hàng loạt trình chuẩn bị động tua bin khí, trình nén đợc thực buồng cháy đặc biệt Nhiên liệu đợc cung cấp vào buồng cháy qua vòi phun Không khí cần thiết để đốt cháy đợc nén vào buồng cháy nhờ máy nén khí đặt trục với bánh xe công tác tua bin (hình 1.2) Hình 1-2 Sơ đồ nguyên lý động tuabin khí Vòi phun; Buồng cháy; Thiết bị dẫn hớng; Bánh xe công tác; Máy nén khí Sản phẩm cháy qua thiết bị dẫn hớng tác dụng lên cánh bánh xe công tác tua bin Khác với động pít tông, động tua bin khí thực đốt cháy liên tục nhiên liệu buồng cháy, trình cháy liên tục Tua bin khí có phận công tác dạng cánh với prôfin đặc biệt lắp đĩa làm việc với tốc độ cao Việc sử dụng động tua bin khí có bố trí vài dÃy cánh liên tiếp (tuabin nhiỊu cÊp) sÏ cho phÐp sư dơng cã hiƯu lợng khí cháy Nhợc điểm động tua bin làm việc không kinh tế động pít tông, đặc biệt chế độ tải cục Mặt khác cánh tuabin chịu ứng suất nhiệt lớn phải chịu tác dụng nhiệt độ cao Nếu giảm nhiệt độ khí cháy vào tua bin để nâng cao tuổi thọ cho cánh tua bin công suất tính kinh tế động bị giảm Hiện nay, tua bin khí đợc sử dụng rộng rÃi nh thiết bị phụ (thiết bị tăng áp) động pít tông động phản lực đà đợc sử dụng nh thiết bị động lực độc lập Việc nâng cao chất lợng vật liệu chịu nhiệt hoàn thiện việc làm mát cho cánh tua bin nh việc hoàn thiện sơ đồ nhiệt động cho phép nâng cao tiêu công tác phạm vi sử dụng động tua bin khí tơng lai động phản lực nhiên liệu lỏng, nhiên liệu không khí đợc nén đến áp suất định trớc cung cấp vào buồng cháy Sản phẩm cháy giÃn nở loa sau đẩy m«i trêng xung quanh Sù phơt khái loa dòng khí cháy nguyên nhân làm xuất phản lực (lực đẩy) động (xem hình 1.3) Đặc điểm động phản lực lực đẩy hầu nh không phụ thuộc vào tốc độ chuyển động thiết bị phản lực, công suất tăng lên tăng tốc độ dòng khí vào động cơ, nghĩa tăng tốc độ chuyển động Ngời ta đà sử dụng tính chất sử dụng động phản lực ngành hàng không Nhợc điểm động phản lực tính kinh tế không cao tuổi thọ thấp Hình 1-3 Sơ đồ nguyên lý động phản lực Thùng chứa khí nén; Thùng chứa nhiên liệu; Bơm; Buồng cháy; Loa Động hỗn hợp loại động đốt bao gồm phần động pít tông, vài máy nén thiết bị giÃn nở nh vài thiết bị cấp nhả nhiệt máy công tác Năng lợng thiết bị động lực truyền cho phận tiêu thụ công suất nhờ trục khuỷu động pít tông trục máy giÃn nở khác truyền đồng thời hai trục Số lợng máy nén máy giÃn nở nh kiểu loại kết cấu chúng, liên hệ chúng với với phần pít tông phụ thuộc vào công dụng điều kiện sử dụng động tổ hợp Một dạng tổ hợp đợc sử dụng rộng rÃi động đốt kiểu pít tông đợc tăng áp tua bin khí (hình 1.4) Khí thải có áp suất nhiệt độ cao động pít tông cung cấp lợng cho cánh tua bin khÝ Tua bin khÝ sÏ dÉn ®éng máy nén khí 3, máy nén khí nén không khí đợc cung cấp từ khí trời đến áp suất định để nạp cho động pít tông Do mà làm tăng đợc khối lợng không khí nạp vào xy lanh động so với động không tăng áp 10 Hình 1-4 Động hỗn hợp Phần động pít tông; Tua bin khí; Máy nén khí Động đốt kiểu pít tông động hỗn hợp có phần pít tông động có tính kinh tế cao Do đợc sử dụng rộng rÃi ngành giao thông vận tải nh trạm lợng tĩnh Các động có tuổi thọ đủ lớn, có kích thớc trọng lợng tơng đối nhỏ Nhợc điểm loại động có cấu tạo phức tạp hạn chế khả nâng cao tốc độ vòng quay trục khuỷu, đặc biệt động có kích thớc lớn Trong giáo trình giới thiệu động đốt kiểu pít tông loại động đợc sử dụng phổ biến phơng tiện vận tải 1.2 Lịch sử phát triển ngành động đốt Chiếc động đốt giới đợc chế tạo vào năm 1860 Pháp kỹ s Lơnoa thiết kế Đây loại động hai kỳ chạy nhiên liệu khí đốt cháy tia lửa điện Năm 1876 kỹ s ngời Đức Ôttô đà chế tạo thành công động 11 bốn kỳ chạy nhiên liệu khí nhng lợng tiêu hao nhiên liệu nhỏ hai lần so với động Lơnoa động đà đợc dùng nhiều công nghiệp nớc Nga, động chạy nhiên liệu khí đợc chế tạo vào năm 1908 nhà máy Kôlômensky, sau đợc chế tạo nhà máy khác Các động tĩnh chạy dầu hỏa loại nhiên liệu nặng xuất vào năm 1884 ữ 1890 Những động làm việc với tính kinh tế không cao, cã st tiªu hao nhiªn liƯu ge ≥ 0,4 kg/kW.h Động hai kỳ nhà máy mang tên E.Noben (nay nhà máy Ruski-Diezen) chế tạo vào năm 1893 đà đợc giải cao triển lÃm Chicagô năm 1899 Cũng nhà máy đà chế tạo động bốn kỳ đốt cháy nén, khác với động Diezen thiết kế (1897) chỗ động làm việc dầu thô dầu hỏa Động có suất tiêu hao nhiên liệu ge = 0,3 kg/kW.h thấp 30% so với động chạy dầu hỏa Chỉ chuyển sang chạy dầu thô động diezen có tính kinh tế cao Điều giải thích động diesel đợc sử dụng rộng rÃi tất nớc nớc Nga từ ngày đầu chế tạo động cơ, ngời ta ®· quay vỊ víi viƯc thiÕt kÕ ®éng c¬ theo kết cấu nguyên nớc Trong số phải kể đến động diesel bốn kỳ không tăng áp, có đảo chiều dùng cho tàu thủy với công suất 89 kW, đợc chế tạo vào năm 1908 Cùng năm nhà máy ngời ta đà chế tạo động hai kỳ nằm ngang vào năm 1911 đà chế tạo động hình chữ V với công suất 147 kW với khối lợng tính đơn vị công suất nhỏ thời 13,6 kg/kW Cùng với việc chế tạo động cơ, ngời ta bắt đầu nghiên cứu vấn đề mặt lý thuyết chu trình công tác kết cấu động Ngay từ năm 1906 V.I.Grineviski đà đa phơng pháp tính toán chu trình công tác, sau đà đợc nhà bác học N.R.Briling, E.K.Madeng, B.S.Strôkin hoàn thiện thêm 12 Cơ sở lý thuyết chu trình công tác động hỗn hợp sơ đồ kết cấu đà đợc V.I.Grineviski nghiên cứu đề xuất vào năm 1906 sau A.N.Selest vào năm 1912 Sau cách mạng xà hội chủ nghĩa Tháng 10 vỹ đại, ngành chế tạo động đà phát triển với tốc độ nhảy vọt Trong năm kế hoạch năm năm ngời ta đà tiến hành tổ chức việc chế tạo động đốt cho tất lĩnh vực kinh tế quốc dân Từ năm 1928 đến năm 1941 đà chế tạo 14 loại động diesel kiểu mới, có động tàu thủy 1470 kW 3100 kW Đà thành lập viện nghiên cứu khoa học chuyên ngành phòng thiết kế nhà máy Trong số phải kể đến phòng thiết kế tổng công trình s Klimov, Konstantinop, Mikulin, Iakoplep Một phát triển bật ngành chế tạo động năm gần sử dụng rộng rÃi động tăng áp tua bin khí, điều cho phép hoàn thiện cách đáng kể tiêu kinh tế, kỹ thuật động Việt Nam ngành chế tạo động đốt thời kỳ bắt đầu phát triển Chúng ta đà chế tạo quy mô công nghiệp số loại động diesel dùng nông nghiệp, vận tải đờng sôngv.v Nhà máy diesel lớn nớc ta Liên Xô thiết kế viện trợ toàn nhà máy Diesel Sông Công (DISOCO) đà sản xuất thành công quy mô công nghiệp động diesel DSC80 dùng máy kéo MTZ50 hàng loạt phụ tùng thay cho động IFA-W50 động khác Cùng với mạng lới nhà máy chế tạo, đà xây dựng đợc hệ thống nhà máy đại tu xe máy tất lĩnh vực kinh tế quốc dân nh quốc phòng 1.3 Đánh giá động đốt nh nguồn lợng 13 Sở dĩ động đốt đợc sử dụng phổ biến tất lĩnh vực đời sống có nhiều u điểm Việc thực chu trình công tác xy lanh với tổn thất nhiệt nhỏ nhờ chênh lệch nhiệt độ cao nguồn nóng nguồn lạnh khiến cho động có tính kinh tế cao u điểm lớn động đốt trong, đặc biệt động diesel Một u điểm động đốt nối với nguồn tiêu thụ lợng động có khả thay đổi công suất mô men khoảng rộng Động đốt dùng ôtô, máy kéo, xe tăng, đầu máy xe lửa, tàu thủy nghĩa có khả thích ứng cao với nguồn tiêu thụ lợng Các thiết bị động lực dùng động đốt có lợng dự trữ hành trình ứng với lần nạp nhiên liệu cao Bằng chứng điều chuyến bay phi công anh hùng Liên Xô Skalốp Grômốp máy bay AHT25 từ Moskva qua bắc cực đến châu Mỹ Các tàu thủy lắp động đốt chạy hàng nghìn dặm mà không cần vào cảng Một u điểm động đốt dễ khởi động Động làm việc vùng có nhiệt độ thấp đợc trang bị thiết bị sấy nóng để dễ dàng khởi động động Sau khởi động, động nhanh chóng nhận tải làm việc tốt khoảng thay đổi rộng công suất số vòng quay chế độ chuyển tiếp không ổn định Động đốt lại có đặc tính phanh tốt, điều cã ý nghÜa sư dơng chóng ngµnh giao thông vận tải Động diesel có u điểm làm việc đợc với loại nhiên liệu khác (động đa nhiên liệu) Song động đốt kiểu pít tông có nhiều nhợc điểm So với động tua bin khí tua bin công suất không lớn làm việc ồn, tốc độ cần thiết để khởi động lớn khởi động phải tách động khỏi thiết bị tiêu thụ công suất, khí thải độc hại làm « nhiƠm m«i trêng Do sù tån t¹i cđa chun động tịnh tiến pít tông nên làm hạn chế việc 14 tăng số vòng quay động nguyên nhân gây cân động 1.4 Các lĩnh vực sử dụng động đốt Động đốt đợc chế tạo với công suất vài chục kw đến vài nghìn kw đợc sử dụng rộng rÃi tất lĩnh vực khác kinh tế quốc dân nh quốc phòng, đặc biệt ngành giao thông vận tải nông nghiệp Động nguồn lợng chủ yếu xe ôtô Trong năm gần đây, đà đạt đợc số thành tựu việc phát triển số loại động khác song động có đặc tính xa so với động đốt kiểu pít tông giai đoạn thí nghiệm Công suất động ôtô ngày đà vợt giá trị 1500 kW Trong ngành vận tải đờng sắt nớc phát triển, hầu nh đầu máy nớc đà đợc thay đầu máy chạy điện đầu máy diesel, có đến nửa động diesel Cũng đà có thí nghiệm dùng động tuabin khí để kéo đầu máy xe lửa, song loại động cha đợc sử dụng rộng rÃi Công suất đầu máy diesel đạt tới 3000 kW Trong ngành đánh cá, động đốt đợc sử dụng hầu nh tất tàu Trong ngành hàng hải, động đốt đợc sử dụng phổ biến tàu cỡ vừa với công suất đến 20.000 kW phơng tây ngời ta đà sử dụng động đốt có công suất tới 29.400 kW, chí đà chế tạo động công suất tới 37.500 kW Việc sử dụng rộng rÃi động diesel tàu thủy lý động diesel công suất lớn công suất trung bình làm việc với nhiên liệu nặng, giá thấp nhiều so với nhiên liệu diesel Việc xuất động đốt làm thúc đẩy phát triển ngành hàng không phơng tây ngời ta đà chế tạo động diesel tăng áp công suất tới 3.750 kW cho 15 máy bay Sau xuất động phản lực đà làm cho tốc độ bay máy bay tăng lên lớn động đốt kiểu pít tông đợc sử dụng máy bay tập lái, máy bay thể thao máy bay vận tải Động đốt nguồn lợng chủ yếu việc giới hóa nông nghiệp Trên máy kéo, máy liên hiệp máy nông nghiệp khác ngời ta sử dụng động đốt mà chủ yếu động diesel (trừ máy công suất nhỏ) Công suất động máy kéo đà không ngừng tăng lên, đà đạt tới 350 kW lớn Không có động đốt nói tới phát triển ngành máy xây dựng Động đốt đợc dùng máy ủi, máy cào đất, máy san nền, cần trục, xe chở bêtông, máy trộn bêtông Trong trạm lợng tĩnh tại, động đốt đợc dùng để kéo máy phát điện, động đốt đợc dùng để kéo máy nén máy bơm để cung cấp khí đốt, dầu mỏ, nhiên liệu lỏng theo đờng ống Để mà hiệu động ngời ta dùng chữ chữ số giới thiệu cách mà hiệu động Nga số hÃng chế tạo động tiếng khác * Theo cách mà hiệu Nga: - động bốn kỳ - động hai kỳ P - động đảo chiều C - động tàu thủy có khớp đảo chiều - động có hộp số K - động có guốc trợt H - động có tăng áp Theo chữ số: Chữ số thứ số xy lanh Chữ số phân số đờng kính xy lanh theo cm, chữ số dới phân số hành trình pít tông theo cm Chữ số cuối lần cải tiến thứ 16 Ví dụ: động diesel 8H-14/14: động tám xy lanh, bốn kỳ tăng áp, đờng kính xy lanh 14 cm, hành trình pít tông 14 cm §éng c¬ diesel 3ДCП-19/30: §éng c¬ ba xy lanh, hai kỳ dùng tàu thủy có khớp đảo chiều hộp số, đờng kính xy lanh 19 cm, hành trình pít tông 30 cm Động diesel KPH 55/120: Động tám xy lanh, hai kỳ có guốc trợt, đảo chiều quay, tăng áp, đờng kính xy lanh 55 cm, hành trình pít tông 120 cm * Theo cách mà hiệu hÃng MAN (Cộng hoà liên bang Đức): V - động kỳ; Z - động kỳ; K - động có đầu chữ thập; O - động hình thùng; C, D, E - động có tăng áp thấp, trung bình cao; L có làm mát không khí trung gian; T có buồng đốt phân chia; số đầu số xylanh; tử số phân số - đờng kính xylanh, cm; mẫu số hành trình pít tông, cm Ví dụ: động K6Z57/80C động có đầu chữ thập, xylanh, kỳ, đờng kính xylanh 57 cm, hành trình pít tông 80 cm, có tăng ¸p b»ng tuabin khÝ x¶ * Theo c¸ch m· hiƯu hÃng SKODA (Cộng hoà Séc): S không tự đảo chiều; R - đảo chiều; L máy quay trái; P máy quay phải; PN tăng áp tuabin khí xả; số đầu số xylanh; số thø hai - ®êng kÝnh xylanh, mm; sè la m· số lần cải tiến Ví dụ: 6L350PN - động tăng áp tuabin khí xả, có chiều quay trái, xylanh, đờng kính xylanh 350 mm * Theo c¸ch m· hiƯu cđa h·ng FIAT (Italia): S, SS - động có tăng áp; T có bàn trợt đờng kính xylanh đến 600 mm; C, B - động đợc cải tiến; R - động kỳ đảo chiều; chữ số - đờng kính xylanh, mm Ví dụ: 480TS - động có tăng áp kiểu bàn trợt, đờng kính xylanh 480 mm 17 ... khiến cho động có tính kinh tế cao u điểm lớn động đốt trong, đặc biệt động diesel Một u điểm động đốt nối với nguồn tiêu thụ lợng động có khả thay đổi công suất mô men khoảng rộng Động đốt dùng... lắp động đốt chạy hàng nghìn dặm mà không cần vào cảng Một u điểm động đốt dễ khởi động Động làm việc vùng có nhiệt độ thấp đợc trang bị thiết bị sấy nóng để dễ dàng khởi động động Sau khởi động, ... động đốt kiểu pít tông loại động đợc sử dụng phổ biến phơng tiện vận tải 1.2 Lịch sử phát triển ngành động đốt Chiếc động đốt giới đợc chế tạo vào năm 1860 Pháp kỹ s Lơnoa thiết kế Đây loại động