Đồ án thiết kế hệ thống nạp thải động cơ RV70n dùng Biogas

Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI .4 1.1 Tổng quan nhiên liệu dùng cho động diesel 1.1.1 Giới thiệu nhiên liệu diesel 1.1.2 Những tính chất nhiên liệu diesel 1.2 Tổng quan nhiên liệu Biogas .6 1.2.1 Ưu điểm nhiên liệu biogas 1.2.2 Thành phần khí biogas 1.2.3 Những tính chất biogas 1.2.4 Yêu cầu Biogas sử dụng động đốt 1.2.5 Tình hình phát triển biogas 1.2.6 Ứng dụng Biogas 10 1.3 Mục đích, ý nghĩa đối tượng áp dụng đề tài 11 1.3.1 Mục đích 11 1.3.2 Ý nghĩa 11 1.3.3.Đối tượng áp dụng đề tài 11 KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ RV70-N 12 2.1 Giới thiệu chung động 12 2.1.1 Đặc tính kỹ thuật động 12 2.1.2 Kết cấu chi tiết động 14 2.2 Khảo sát hệ thống nhiên liệu 16 2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu .16 2.2.2 Nguyên lý làm việc 16 2.2.3 Kết cấu chi tiết 17 2.3 Khảo sát hệ thống nạp thải .20 2.3.2 Bình lọc khơng khí 20 2.3.3 Ống xả 21 TÍNH TỐN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ RV70-N 21 3.1 Tính tốn chu trình nhiệt động sử dụng nhiên liệu diesel 22 3.1.1 Các số liệu ban đầu 22 3.1.2 Các thông số chọn 22 3.1.3 Kết tính tốn .23 3.1.4 Đồ thị công .28 3.2 Tính tốn chu trình nhiệt động sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) với % lượng diesel làm mồi 32 3.2.1 Các giả thiết q trình tính tốn .32 3.2.2 Tính tốn chu trình nhiệt động sử dụng 5% lượng diesel làm mồi 33 3.2.3 Tính tốn chu trình nhiệt động sử dụng lượng diesel chế độ không tải 42 3.2.4 Đồ thị công .44 3.3 So sánh, nhận xét 46 3.3.1 So sánh 46 3.3.2 Nhận xét 50 Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas TÍNH TOÁN CẢI TIẾN ĐƯỜNG ỐNG NẠP ĐỘNG CƠ RV70-N SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU BIOGAS .50 4.1 Cơ sở lý thuyết .50 4.2 Các phương pháp cung cấp Biogas vào động 51 4.2.1 Phương án 1: Phun biogas vào trước xupap nạp .51 4.2.2 Phương án 2: Cung cấp biogas đường ống nạp 53 4.2.3 Phương án 3: Phun biogas trực tiếp vào buồng cháy .57 4.2.4 Chọn phương án cung cấp Biogas 58 4.3 Thiết kế, tính tốn phương án chọn 58 4.3.1 Thiết kế, tính tốn hịa trộn 58 4.3.2 Thiết kế, tính tốn van tiết lưu Biogas 69 4.3.3 Thiết kế tính tốn điều tốc .75 4.4 Sơ đồ hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) 91 QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT ĐƯỢC CẢI TIẾN 93 5.1 Quy trình chế tạo họng Ventury .93 5.2 Quy trình chế tạo van tiết lưu Biogas .98 5.3 Quy trình công nghệ chế tạo điều tốc 101 5.3.1 Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi .102 5.3.2 Xác định trình tự gia cơng bề mặt 102 5.3.3 Trình tự thực nguyên công 102 5.3.4 Lắp đặt điều tốc biogas lên giá động - máy phát điện 104 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TỐN BẰNG PHẦN MỀM VISUAL BASIC 105 6.1 Giới thiệu .105 6.2 Form nhiệm vụ đề tài .105 6.3 Form thông số động 105 6.4 Form thông số biogas 106 6.5 Form thông số chọn .107 6.6 Form kết tính tốn nhiệt 108 6.7 Form tính tốn họng Ventury .110 6.8 Form tính tốn van tiết lưu (van côn) 111 6.9 Form tính tốn điều tốc 112 6.10 Nhận xét .112 LẮP ĐẶT- CHẠY THỬ NGHIỆM .113 7.1 Mục đích, yêu cầu việc thử nghiệm .113 7.1.1 Mục đích .113 7.1.2 Yêu cầu 113 7.2 Địa điểm mơ hình lắp đặt thí nghiệm 113 7.2.1 Địa điểm 113 7.2.2 Mô hình lắp đặt .114 7.3 Chạy thử nghiệm 115 7.4 Đo xử lý kết thí nghiệm 116 7.4.1 Đo tiêu hao nhiên liệu diesel chạy không tải hỗn hợp (diesel + biogas) .116 7.4.2 Đo tải máy phát điện .116 7.5 Nhận xét .118 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 119 Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 LỜI NÓI ĐẦU Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển vũ bão ngày nhu cầu lượng cần thiết, nguồn lượng dự trữ than đá, dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên thủy điện có hạn, khiến cho nhân loại có nguy thiếu lượng trầm trọng Việc tìm kiếm khai thác nguồn lượng hướng quan trọng kế hoạch phát triển lượng Hiện quy mơ tồn cầu, Biogas nguồn lượng lớn Tổng sản lượng ứng dụng chiếm đến 10 % tổng lượng giới Ở nước ta có gần 80% dân số sống nông thôn, nhu cầu sử dụng nguồn lượng chỗ để phát điện nhằm giảm chi phí lượng trở nên xúc, đặc biệt nơi sản xuất nông nghiệp tập trung, trại chăn ni có sẵn hầm biogas Để tận dụng nguồn lượng chỗ này, việc nghiên cứu sử dụng khí Biogas dùng cho động đốt chạy máy phát điện trở nên phổ biến Vì em chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas” Sau thời gian miệt mài tìm hiểu nghiên cứu, với nổ lực thân với giúp đỡ q thầy giáo khoa Cơ Khí Giao Thông, đặc biệt thầy PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng tận tình hướng dẫn em suốt trình làm đồ án, đề tài em hồn thành Tuy nhiên, với trình độ Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas kinh nghiệm thực tế hạn chế, hẳn đề tài cịn nhiều thiếu sót Kính mong q thầy giáo giúp đỡ góp ý để đề tài em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Đà Nẵng, ngày 04 tháng 06 năm 2010 Sinh viên thực Thái Văn Ngọc GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI Trên thị trường có động thiết kế đặc biệt để sử dụng biogas, động thuộc nhóm động đặc chủng nên đắt tiền Vả lại động chạy biogas, không chạy nhiên liệu lỏng nên khơng phù hợp với hầm biogas cỡ nhỏ, có trữ lượng biogas hạn chế Ở nước ta, hầm biogas trở nên quen thuộc nông thôn Tuy nhiên qui mơ sản xuất cịn nhỏ nên thể tích hầm biogas phổ biến khoảng vài chục m 3, không đủ sức cung cấp nhiên liệu liên tục cho động Vì vậy, ngồi biogas, động cần phải chạy xăng dầu truyền thống cần thiết Giải pháp đơn giản cải tạo loại động sử dụng nhiên liệu lỏng phổ biến thành động tĩnh chạy biogas-nhiên liệu lỏng Trong đề tài em tiến hành nghiên cứu cải tạo trình cung cấp nhiên liệu, thiết kế hệ thống nạp thải cho động VYKINO RV70-N chạy hai nhiên liệu song song Biogas- Diesel Động tự cháy nén chạy biogas cải tạo từ động diesel làm việc theo ngun lý: cơng suất trình cháy biogas sinh ra, lượng diesel tối thiểu phun mồi để đánh lửa hỗn hợp Lượng diesel phun mồi chỉnh mức thấp Để động tĩnh làm việc hai nhiên liệu, hệ thống cung cấp nhiên liệu nguyên thủy động phải giữ nguyên Vì phần cần tính tốn thiết kế hệ thống cung cấp biogas sở hệ thống nhiên liệu diesel có sẵn Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas 1.1 Tổng quan nhiên liệu dùng cho động diesel 1.1.1 Giới thiệu nhiên liệu diesel Nhiên liệu lỏng dùng cho động Diesel chủ yếu loại sản phẩm q trình chưng cất dầu mỏ Nó hỗn hợp nhiều Cacbuahydro có kết cấu phân tử khác nhau, định tính chất lý hố nhiên liệu ảnh hưởng nhiều tới trình bốc cháy nhiên liệu Trong loại nhiên liệu truyền thống sử dụng phương tiện vận tải, Diesel nguồn nhiên liệu quan trọng sử dụng phổ biến tính ưu việt Dầu Diesel phần Hydrocacbon lấy từ dầu mỏ, có nhiệt độ sơi nằm khoảng 200 - 3000C Dầu Diesel có màu nâu nhạt, nặng xăng nhẹ nước Dầu Diesel phải có tính chất sau đây: + Tính bốc có tính tự cháy tốt để đảm bảo cho q trình cháy hồn tồn, tăng hiệu suất, giảm ô nhiễm + Cháy ổn định, không làm rung động nổ + Có độ nhớt thích hợp để đảm bảo nhiên liệu dễ cháy nhiệt độ thích hợp, đồng thời phải đảm bảo phun sương vào buồng cháy bôi trơn cho cặp pistonbơm cao áp tốt + Nhiên liệu phải cháy kiệt, xả hết thừa, đóng muội vịi phun, buồng cháy 1.1.2 Những tính chất nhiên liệu diesel a) Nhiệt trị: Diesel nhiên liệu có nhiệt trị tương đối cao: Qtk = 42,530 [MJ/kg] b) Tính bay hơi: Tính bay nhiên liệu diesel ảnh hưởng lớn đến tạo thành hỗn hợp nhiên liệu khơng khí Để đánh giá độ bay nhiên liệu diesel dùng tiêu: thành phần điểm sôi, tỷ trọng hay khối lượng riêng, màu sắc nhiên liệu diesel Tỷ trọng nhiên liệu diesel dùng cho loại động khoảng (0,820 ÷ 0,920) [kg/lít] phù hợp c) Tính lưu động nhiệt độ thấp tính phun sương: Một tiêu chất lượng nhiên liệu diesel lưu chuyển dễ dàng hệ thống cung cấp phun nhiên liệu vào buồng cháy động Tính chất đặc biệt yêu cầu động làm việc vùng có nhiệt độ thấp Thơng thường độ nhớt diesel, 20 0C từ 1,5 tới 6,0 phù hợp Nhiên liệu diesel mùa đơng có độ nhớt thấp mùa hè d) Tính tự cháy: Để đánh giá khả tự cháy nhiên liệu diesel người ta dùng đại lượng có tính quy ước trị số xetan (TSXT) Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas Trị số xetan cao khơng cần thiết gây lãng phí nhiên liệu, số thành phần nhiên liệu trước cháy, nhiệt độ cao xilanh bị thiếu oxy nên phân huỷ thành cacbon tự do, tạo muội theo phản ứng: t C C x H y → xC + y H2 Nếu TSXT thấp xảy q trình cháy kích nổ nhiên liệu có nhiều thành phần khó bị oxy hố, lượng nhiên liệu phun vào xilanh nhiều xảy trình tự cháy, dẫn đến cháy lúc gây toả nhiệt mạnh, áp suất tăng mạnh, động rung giật, … gọi cháy kích nổ Thơng thường loại nhiên liệu diesel có TSXT vào khoảng (40 ÷ 50) sử dụng tốt động hoạt động vào mùa hè TSXT vào khoảng (50 ÷ 55) tốt cho động làm việc vào mùa đông e) Tính ổn định hố học Phụ thuộc vào hàm lượng thành phần keo, thành phần nhẹ có diesel Nếu hàm lượng thành phần lớn tính ổn định hóa học diesel thấp f) Tính ăn mịn kim loại + Hàm lượng lưu huỳnh tổng số + Độ axit (Tolal Acid Number-TAN) + Hàm lượng nước Theo dự tính lượng dầu mỏ cạn kiệt vòng 50 năm nữa, đồng thời nhu cầu sử dụng lượng ngày tăng Giá dầu mỏ thường xuyên biến động xu hướng chung tăng nhanh nguyên nhân làm giá thị trường Việc tìm nhiên liệu thay dầu mỏ ứng dụng trở thành mục tiêu nhiều nghiên cứu Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm nông nghiệp) giải pháp tốt khơng giải vấn đề lượng mà cịn giải vấn đề mơi trường 1.2 Tổng quan nhiên liệu Biogas Biogas gọi khí sinh học hỗn hợp khí sản sinh từ phân hủy hợp chất hữu tác dụng vi khuẩn môi trường yếm khí Hỗn hợp chiếm tỉ lệ gồm: CH4: 60 - 70% CO2: 30 - 40% Phần lại lượng nhỏ khí: N 2, H2,CO,CO2…CH4 có số lượng lớn khí chủ yếu tạo lượng khí đốt Lượng CH chịu ảnh hưởng trình Thiết kế hệ thống nạp-thải động RV70-N dùng Biogas phân hủy sinh học Phụ thuộc loại phân, tỉ lệ phân nước, nhiệt độ môi trường, tốc độ dịng chảy… hệ thống phân hủy khí sinh học kỵ khí 1.2.1 Ưu điểm nhiên liệu biogas * Về mặt mơi trường: + Giảm lượng khí phát thải CO 2, giảm lượng khí thải nguyên nhân gây hiệu ứng nhà kính, tránh thảm họa môi trường + Không có chứa hợp chất lưu huỳnh (