Đề xuất giới hạn độ giảm tỉ số nén cho động cơ diesel máy chính tàu cá việt nam

Bài viết này sẽ trình bày kết quả nghiên cứu về độ giảm tỉ số nén cho phép của động cơ diesel, làm cơ sở đề xuất tiêu chuẩn phục vụ đăng kiểm máy chính tàu cá nước ta. Mời các bạn cùng tham khảo!

Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2021 ĐỀ XUẤT GIỚI HẠN ĐỘ GIẢM TỈ SỐ NÉN CHO ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY CHÍNH TÀU CÁ VIỆT NAM PROPOSED COMPRESSION REDUCTION LIMIT FOR COMPRESS IGNITION ENGINE OF VIETNAMESE FISHING VESSELS MACHINE Phùng Minh Lộc1, Phạm Trọng Hợp1, Mai Đức Nghĩa2 Trường Đại học Nha Trang Trường Sĩ Quan Không quân Tác giả liên hệ: Phùng Minh Lộc (Email: locpm@ntu.edu.vn) Ngày nhận bài: 28/01/2021; Ngày phản biện thơng qua: 04/03/2021; Ngày duyệt đăng: 29/03/2021 TĨM TẮT Với động diesel - nhiên liệu tự bốc cháy trình nén, vậy, tỉ số nén định hiệu suất công suất động Do hao mòn, tỉ số nén tất yếu giảm, báo đề xuất giới hạn độ giảm sở sụt giảm cơng suất cho phép Từ khóa: Tỉ số nén, động diesel tàu cá, công suất, hiệu suất ABSTRACT Characteristics of a diesel engine – that the fuel ignites itself by the compression process Therefore, the compression ratio determined the engine's efficiency and power Compression ratio decreases due to wear This article proposed the levels of limit based on the decrease of maximum allowable power Keywords: Compression ratio, fishing vessel diesel engine, power, efficiency I ĐẶT VẤN ĐỀ Đăng kiểm quan nhà nước có chức kiểm tra, giám sát, xác nhận việc tuân thủ tiêu chuẩn bảo đảm an toàn vận hành phương tiện giới đường đường thủy, an tồn người hàng hóa phương tiện Đăng kiểm tàu cá thực việc quản lý kỹ thuật, kiểm tra an toàn kỹ thuật từ thiết kế, đóng đến q trình khai thác, nhằm đảm bảo an toàn cho người tàu cá điều kiện định Tàu cá có chiều dài từ 12 mét trở lên, lắp máy có tổng cơng suất máy từ 20 CV trở lên thuộc diện phải đăng kiểm Hiện nay, vấn đề tổ chức, xây dựng lực lượng, đầu tư sở vật chất phục vụ cơng tác đăng kiểm tàu cá nói chung máy nói riêng hệ thống quan đăng kiểm tàu cá chưa quan tâm thỏa đáng Cơng tác kiểm tra an tồn kỹ thuật máy gần khơng có thiết bị kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật, diễn biến an tồn kỹ thuật tuổi thọ máy Về quản lý kỹ thuật, chưa xây dựng tiêu chuẩn, quy phạm, quy trình kiểm tra an tồn kỹ thuật máy (chủ yếu dựa vào quy chuẩn tàu giao thơng) Vì điều này, báo trình bày kết nghiên cứu độ giảm tỉ số nén cho phép động diesel, làm sở đề xuất tiêu chuẩn phục vụ đăng kiểm máy tàu cá nước ta II ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU Đối tượng nghiên cứu: Mối quan hệ công suất với tỉ số nén động diesel Phương pháp nghiên cứu: - Lý thuyết chu trình thông số công tác động diesel - Thực nghiệm bệ thử: Động hãng Yanmar - 4CHE động thủy sử dụng nhiều cho tàu cá, có thơng số kỹ thuật phù hợp với đối tượng nghiên cứu TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 43 Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản III KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO LUẬN Cơ sở lý thuyết Các thông số chu trình cơng tác động diesel đặc biệt công suất suất tiêu hao nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào thông số hệ thống nạp, độ kín buồng cháy thơng số hệ thống phun (hình 1) [5] Số 1/2021 Nghiên cứu tập trung thơng số phản ánh độ kín buồng cháy, là: Tỉ số nén ε = Va / Vc (1) Áp suất cuối trình nén pc = pa.εn1 (2) Với động diesel, giá trị tỉ số nén khoảng ε = (13 – 21) Qua điều tra, tỉ số nén động diesel máy tàu cá số tỉnh Nam Trung dao động khoảng từ (16 – 17) (Bảng 1) [1] Hình Sơ đồ mơ tả chu trình cơng tác động diesel Bảng 1.Tỉ số nén động diesel tàu cá TT Hãng Mitsubishi Yanmar Cummins Komatsu Daewoo 44 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Mã hiệu 6D22 6D S6BF-MTK 6CHE 6TY120 4LH-HT N14 NTC 6BT 6M 6D 6M125A 6D2366 V158TIE DE12 Tỉ số nén 17 16 17 16,4 16 17 17 17 17 17 17 17 17 17 17 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Tỉ số nén hình học thay đổi không nhiều theo thời gian, tỉ số nén thực tế giảm hao mòn làm hở buồng cháy tại: Piston xéc măng lót xylanh, xupáp đế xupáp, gioăng nắp xi lanh Lượng nhiên liệu động tiêu thụ để sinh đơn vị cơng suất có ích đơn vị thời gian gọi lượng tiêu hao nhiên liệu riêng có ích, gọi tắt suất tiêu hao nhiên liệu có ích (ge) Đơn vị g/kW.h Có thể tính suất tiêu hao nhiên liệu công thức sau [4]: (3) Trong đó: Ah: Diện tích mặt cắt lỗ phun, [cm2]; ρl: Khối lượng riêng nhiên liệu, [g/cm3]; Cd: Hệ số giãn dòng vòi phun, [-]; pc: Áp suất cuối kỳ nén, [bar]; pinj: Áp suất phun nhiên liệu, [bar]; Ne: Cơng suất có ích động cơ, [kW] Cơng thức (3) cho thấy, ge Ne phụ thuộc vào nhiều yếu tố, có pc Hiển nhiên, tỉ số nén thay đổi áp suất xy lanh Số 1/2021 thay đổi ngược lại (công thức 2) Thay đổi tỉ số nén gia tăng thể tích buồng cháy hao mịn hay ngun nhân khác làm thay đổi trình cháy dẫn đến thay đổi công suất suất tiêu hao nhiên liệu động Độ lệch nhỏ tỉ số nén động diesel máy tàu cá hãng phổ biến (bảng 1), điều kiện thuận lợi để nghiên cứu thực nghiệm đề xuất giới hạn độ giảm cho phép Kết thực nghiệm Nghiên cứu thực phanh thủy lực, phòng thí nghiệm động Trường Đại học Nha Trang Động thử nghiệm động diesel thủy Yanmar - 4CHE, xy lanh, phun trực tiếp hãng Yanmar có kết nối đo tiêu thụ nhiên liệu, hệ thống phanh thủy lực đo công suất Dynomite 13 dual - rotor hãng Land – Sea, Hoa Kỳ (hình 2) Thơng số động trình bày bảng Quá trình thực nghiệm thực sau: Thay đổi gioăng nắp xi lanh để thay đổi tỉ số nén tiến hành đo giá trị đo suất tiêu hao nhiên liệu tăng tương ứng với độ giảm công suất đến ngưỡng 15% [3] Bảng Thông số động thực nghiệm Thông số Kiểu buồng cháy/ phun nhiên liệu Số xilanh Đường kính xilanh x hành trình piston (mm) Cơng suất định mức (Hp/rpm) Tỉ số nén Tốc độ thử nghiệm (rpm) Áp suất phun (bar) Để xác định độ giảm tỉ số nén, sử dụng phương pháp mở rộng thể tích buồng cháy cách thay đổi chiều dày gioăng khối xy lanh nắp xi lanh Thứ tự gioăng dùng tính tốn thay đổi thể tích buồng cháy bao gồm gioăng có chiều dày: b0, b1, b2, b3, b4 Trong đó, b0 gioăng nguyên mẫu động Tương ứng với gioăng tính tỷ số nén gồm: ε0, ε1, ε2, ε3, ε4 Các giá trị chiều dày gioăng áp dụng tính tốn phục vụ thực nghiệm có thị trường đảm bảo mức độ thay đổi lân cận tỷ Động 4CHE Thống nhất/ phun trực tiếp 105x125 70/2300 16,4 1400 220 số nén ≤ 5% (bảng 3) [2] Thực nghiệm tiến hành dựa sở lý thuyết xây dựng đường đặc tính, số điểm đo độ tin cậy giá trị đo điểm Thời gian ghi nhận số liệu cho lần đo 1000 chu kỳ, số liệu thu cho lần đo trung bình giá trị có tần suất xuất nhiều thời gian ghi nhận Kết đo công suất suất tiêu hao nhiên liệu theo trường hợp tỷ số nén (bảng 3) thể bảng TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 45 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Số 1/2021 Hình Sơ đồ bố trí thí nghiệm Bảng Tổng hợp kết tính tốn thay đổi tỷ số nén Tỷ số nén ε0 ε1 ε2 ε3 ε4 Gioăng b0 b1 b2 b3 b4 Giá trị 16,40 15,86 15,50 15,10 14,64 Khi tỉ số nén giảm, áp suất nhiệt độ cuối trình nén giảm, vận động xốy lốc yếu, nhiên liệu khó bay dẫn đến trình hình thành hỗn hợp cháy cháy nhiên liệu xấu Độ giảm tỷ số nén -3,53% -5,50% -8,53% -10,72% Nhiên liệu cháy khơng hồn tồn cháy rớt đường dãn nở, khiến giảm hiệu suất nhiệt, dẫn đến giảm công suất, tăng suất tiêu hao nhiên liệu theo công thức (3) Bảng Công suất suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi theo độ giảm tỉ số nén Độ giảm tỉ số nén so với nguyên mẫu (%) (nguyên mẫu) -3,53% -5,50% -8,53% -10,72% 46 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG Độ giảm công suất (%) - 3,74 - 8,04 - 9,96 - 15,08 Độ tăng suất tiêu hao nhiên liệu (%) + 3,89 + 8,75 + 11,06 + 17,77 Tạp chí Khoa học - Cơng nghệ Thủy sản Kết bảng cho thấy, giảm tỉ số nén đến 10,7%, cơng suất giảm 15% suất tiêu hao nhiên liệu tăng đến khoảng 18% Nghĩa là, máy tàu cá: (1) Khơng phát đủ công suất yêu cầu, cần lưu ý rằng, độ giảm công suất so với công suất thiết kế mà công suất quy đổi TCVN 1685-75 quy định cách quy đổi công suất động diesel không tăng áp sau: (4) : Neq: cơng suất quy đổi, [kW] Ne: cơng suất đo thí nghiệm, [kW] B: áp suất khí thí nghiệm, [mm Hg] Pn: phần áp suất nước khơng khí ẩm điều kiện nhiệt độ độ ẩm tương đối khơng khí phịng thí nghiệm, [mm Hg] t: nhiệt độ khơng khí phịng thí nghiệm đo khoảng cách 1,5 m từ miệng hút khơng khí động cơ, [ºC] Với nhiệt độ độ ẩm cao khí hậu nước ta, cơng suất quy đổi nhỏ cơng suất đo từ (10-15)%, tổng độ sụt giảm công Số 1/2021 suất so với cơng suất thiết kế lên đến (25-30)% Điều dẫn đến công suất không đáp ứng lương yêu cầu liên hợp vỏ tàu chân vịt, tàu gặp nguy hiểm dơng gió (2) Tiêu hao nhiên liệu lớn, giá thành sản phẩm tăng cao, đặc biệt khai thác xa bờ IV KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận Khi giảm áp suất cuối kỳ nén cơng suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên Để công suất động diesel máy tàu cá khơng sụt giảm q 15% so với công suất quy đổi, mức độ cho phép giảm tỉ số nén nên giới hạn không 10% Tỉ số nén thời điểm kiểm tra dễ dàng xác định theo công thức (2), đo áp suất cuối kỳ nén pc với số nén đa biến trung bình khoảng n1= (1,32 - 1,34) [5] Kiến nghị Kế thừa nghiên cứu này, đề xuất nghiên cứu giới hạn thông số hệ thống phun nhiên liệu hình Cơ quan đăng kiểm tàu cá thuộc Tổng cục Thủy sản, Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn cần sớm tổ chức xây dựng quy chuẩn an toàn kỹ thuật cho động diesel máy tàu cá Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phùng Minh Lộc (2020), Khảo sát thơng số kiểm định động diesel máy tàu cá, Báo cáo khoa học đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2020-TSN-02 Trần Văn Thông (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng áp suất cuối kỳ nén đến tính kỹ thuật động diesel, Luận văn thạc sĩ, Trường đại học Nha Trang Nguyễn Tất Tiến (2004), Giáo trình Kỹ thuật sửa chữa tơ, máy nổ, Nhà xuất Giáo dục Hồ Đức Tuấn, Mai Đức Nghĩa (2019), Nghiên cứu đề xuất thông số chẩn đốn trạng thái kỹ thuật cho máy tàu cá Việt Nam, Tạp chí Khoa học Cơng nghệ thủy sản số 01/2019 Tiếng Anh Carten Baumgarten, 2006 Mixture formation in internal cobustion engines, Germany TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 47 ... Với động diesel, giá trị tỉ số nén khoảng ε = (13 – 21) Qua điều tra, tỉ số nén động diesel máy tàu cá số tỉnh Nam Trung dao động khoảng từ (16 – 17) (Bảng 1) [1] Hình Sơ đồ mơ tả chu trình cơng... thuật cho động diesel máy tàu cá Việt Nam TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt Phùng Minh Lộc (2020), Khảo sát thông số kiểm định động diesel máy tàu cá, Báo cáo khoa học đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2020-TSN-02... suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên Để công suất động diesel máy tàu cá khơng sụt giảm 15% so với công suất quy đổi, mức độ cho phép giảm tỉ số nén nên giới hạn không 10% Tỉ số nén thời