Phân tích kết cấu và tính toán thiết kế hệ thống làm mát bằng chất lỏng

PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG I. ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG LÀM MÁT 1. Mục đích hệ thống làm mát. Trong quá trình làm việc của động cơ đốt trong, nhiệt truyền cho các chi tiết máy tiếp xúc với khí cháy (như piston, xéc măng, xupáp, nắp xy lanh, thành xy lanh) chiếm khoảng 25÷35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy trong buồng cháy tỏa ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng mãnh liệt, như nhiệt độ ở đỉnh piston có thể lên tới 600OC, còn nhiệt độ ở nấm xu páp có khi lên đến 900OC, nhiệt độ các chi tiết máy cao sẽ gây ra các hậu quả xấu sau: Phụ tải nhiệt của các chi tiết máy cao, sẽ làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ của chúng. Do nhiệt độ cao, độ nhớt của dầu bôi trơn giảm, nên tổn thất ma sát tăng. Có thể gây kẹt bó piston trong xylanh, do hiện tượng giãn nở nhiệt. Giảm hệ số nạp. Đối với động cơ xăng, dễ phát sinh hiện tượng cháy kích nổ. Để khắc phục hậu quả trên, cần thiết phải làm mát động cơ. 2. Nhiệm vụ hệ thống làm mát. Thực hiện truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ các chi tiết không quá nóng cũng không quá nguội. Giúp duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong một phạm vi nhất định để có thể bôi trơn tốt nhất giúp động cơ hoạt động bình thường. Bảo vệ chống ăn mòn. Kéo dài tuổi thọ cho động cơ. 3. Yêu cầu hệ thống làm mát. Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất bé cho làm mát. Bảo đảm nhiệt độ của môi chất làm mát tại cửa ra van hằng nhiệt ở khoảng 83 ÷ 95oC và nhiệt độ của dầu bôi trơn trong động cơ khoảng 95÷115 oC. Bảo đảm động cơ làm việc tốt ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu. 4. Phân loại hệ thống làm mát. Hệ thống làm mát bằng nước được chia làm nhiều kiểu khác nhau: Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi. Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên. Hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức. Căn cứ vào số vòng tuần hoàn và kiểu tuần hoàn, người ta chia hệ thống làm mát thành các loại: một vòng tuần hoàn kín, một vòng tuần hoàn hở, hai vòng tuần hoàn ( trong đó một vòng kín và một vòng hở).

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ GIAO THƠNG - - Báo cáo môn học: THIẾT KẾ CÁC HỆ THỐNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Đề tài: PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG GVHD: Lớp HP: Nhóm: PGS.TS Dương Việt Dũng 17Nh18 Đà Nẵng, tháng 11 năm 2020 PHẦN I: PHÂN TÍCH KẾT CẤU VÀ ĐIỀU KIỆN LÀM VIỆC CỦA THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG I ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG LÀM MÁT Mục đích hệ thống làm mát Trong trình làm việc động đốt trong, nhiệt truyền cho chi tiết máy tiếp xúc với khí cháy (như piston, xéc măng, xupáp, nắp xy lanh, thành xy lanh) chiếm khoảng 25÷35% nhiệt lượng nhiên liệu cháy buồng cháy tỏa Vì chi tiết thường bị đốt nóng mãnh liệt, nhiệt độ đỉnh piston lên tới 600OC, cịn nhiệt độ nấm xu páp có lên đến 900OC, nhiệt độ chi tiết máy cao gây hậu xấu sau: - Phụ tải nhiệt chi tiết máy cao, làm giảm sức bền, độ cứng vững tuổi thọ chúng - Do nhiệt độ cao, độ nhớt dầu bôi trơn giảm, nên tổn thất ma sát tăng - Có thể gây kẹt bó piston xylanh, tượng giãn nở nhiệt - Giảm hệ số nạp - Đối với động xăng, dễ phát sinh tượng cháy kích nổ Để khắc phục hậu trên, cần thiết phải làm mát động Nhiệm vụ hệ thống làm mát - Thực truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ chi tiết khơng q nóng khơng q nguội - Giúp trì nhiệt độ dầu bơi trơn phạm vi định để bôi trơn tốt giúp động hoạt động bình thường - Bảo vệ chống ăn mịn - Kéo dài tuổi thọ cho động Yêu cầu hệ thống làm mát - Làm việc êm dịu, tiêu hao công suất bé cho làm mát - Bảo đảm nhiệt độ môi chất làm mát cửa van nhiệt khoảng 83 ÷ 95oC nhiệt độ dầu bơi trơn động khoảng 95 ÷115 oC - Bảo đảm động làm việc tốt chế độ điều kiện khí hậu Phân loại hệ thống làm mát Hệ thống làm mát nước chia làm nhiều kiểu khác nhau: - Hệ thống làm mát kiểu bốc SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG - Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên - Hệ thống làm mát kiểu cưỡng Căn vào số vịng tuần hồn kiểu tuần hồn, người ta chia hệ thống làm mát thành loại: vịng tuần hồn kín, vịng tuần hồn hở, hai vịng tuần hồn ( vịng kín vòng hở) c 10 11 Hình 1.1 Sơ đồ hệ thống làm mát 1- Két làm mát nước; - Van nhiệt; 3- Ống dẫn khơng khí; 4- Ống dẫn nước làm mát; 5- Nắp đậy; 6- Cảm biến mức nước; 7- Thùng chứa; 8- Ống dẫn nước ra; 9- Làm mát dầu; 10- Bơm nước; 11- Quạt gió II KẾT CẤU CÁC BỘ PHẬN CHÍNH CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Két làm mát  Yêu cầu điều kiện làm việc: Két làm mát có tác dụng tiếp nhận lượng nước nóng từ động để truyền nhiệt từ nước khơng khí để hạ nhiệt độ nước lại đưa trở vào làm mát động Vì yêu cầu két nước phải hấp thụ toả nhiệt nhanh Ðể đảm bảo u cầu phận tản nhiệt két nước thường làm đồng thau vật liệu có hệ số tỏa nhiệt cao Kích thước bên ngồi hình dáng két làm mát phụ thuộc vào bố trí chung, chiều cao động cơ, chiều cao mui xe, kết cấu tản nhiệt Nhưng tốt bề mặt đón gió két làm mát nên có dạng hình vng tỷ lệ diện tích chắn gió quạt đặt sau két làm mát diện tích đón gió két tăng lên SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG  Cấu tạo nguyên lý làm việc: Hình 1.2 Két cấu két nước 1- Ống nước nguội vào làm mát động cơ; 2- Ngăn 580 duới; 3- Nước nguội; 4Ống tản nhiệt; 5- Khoang nước trên, 6- Nắp két; 7Ống nước nóng từ động két nước để tản nhiệt; 83 Khoang nước 660 50 Khi động làm việc, nhiệt độ sinh q trình cháy truyền mơi trường xung quanh, làm cho nước làm mát động nóng dần lên Dưới áp lực bơm nước, nước nóng đẩy vào bình chứa nước phía két nước Nước nóng chảy ống, đồng thời tỏa nhiệt thành ống, nhiệt từ thành ống truyền cho cánh tản nhiệt truyền mơi trường khơng khí, cánh tản nhiệt có tác dụng tăng khả truyền nhiệt Nước sau trao đổi nhiệt với môi trường, nhiệt độ giảm xuống Nước nguội chảy theo đường ống két xuống bình chứa phía két làm mát, theo đường ống thoát vào làm mát động phận khác Ðánh giá chất lượng két làm mát hiệu làm mát cao tức hệ số truyền nhiệt phận tản nhiệt lớn, công suất tiêu tốn để dẫn động bơm nước, quạt gió Cả hai tiêu phụ thuộc vào yếu tố sau: - Khả dẫn nhiệt vật liệu làm két tản nhiệt SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG - Khả truyền nhiệt đối lưu két - Kết cấu két.(diện tích bề mặt truyền nhiệt) Ðể giải vấn đề thứ nhất, người ta dùng vật liệu chế tạo ống tản nhiệt có hệ số dẫn nhiệt cao như: đồng, nhôm Vấn đề thứ hai thực cách tăng tốc độ lưu động môi chất thải nhiệt (nước) môi chất thu nhiệt (không khí) nhằm tăng hệ số truyền nhiệt đối lưu chúng.Tuy nhiên, tăng tốc độ lưu động đòi hỏi phải tăng công suất tiêu hao cho dẫn động bơm nước quạt gió Vấn đề thứ ba bao gồm việc chọn hình dáng kích thước ống tản nhiệt, cách bố trí ống két Kết cấu bơm nước a Bơm ly tâm Bơm ly tâm dùng phổ biến hệ thống làm mát loại động Làm việc lợi dụng lực ly tâm nước nằm cánh để dồn nước từ ngồi làm mát Hình 1.3 Bơm nước kiểu ly tâm 1, 8- Phớt; 2- Trục bơm; 3- Cánh bơm; 4- Nắp bơm; 5- Thân bơm; 6- Ổ bi cầu; 7- Puli Bơm nước ly tâm dùng ô tô lắp mặt đầu thân máy dẫn động quay bơm nước đai truyền nhờ puli (7) Nắp bơm (4) thân bơm (5) chế tạo gang, cánh bơm (3) thường chế tạo đồng chất dẻo Để giảm kích thước bơm tỷ số truyền trục bơm nước (2) trục khuỷu thường chọn gần (đối với động cao tốc) 1,6 (đối với động tốc độ thấp) Nước chỗ vào cánh có áp suất: 0,02 ÷ 0,04 Mpa tốc độ 1,0 m/s SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Cột áp bơm tạo khoảng 0,05 ÷ 0,15 Mpa tốc độ nước đường ống dẫn vào bơm không vượt 2,5 ÷ 3m/s Công suất tiêu hao để dẫn động bơm chiếm khoảng 0,5 ÷ 1,0% cơng suất có ích động tức (0,005 ÷ 0,01)Ne Trục bơm đặt hai ổ bi cầu 6, để bao kín dầu mỡ bôi trơn ổ bi dùng phớt bao kín phớt Bơm ly tâm có đặc tính cấp nước đồng đều, kích thước khối lượng nhỏ, không ồn hiệu suất cao Tuy nhiên nhược điểm bơm li tâm không tạo vùng áp thấp đủ hút nước không (2,94 ÷ 4,9).104 N/m2), khơng có lực tự hút, nên trước khởi động phải nạp đầy nước vào ống hút bơm, đồng thời phải xả khơng khí hết khỏi bơm b Bơm piston Bơm nước kiểu piston thường dùng hệ thống làm mát động tàu thủy tốc độ thấp Ở động tốc độ cao để tránh lực quán tính lớn khối lượng chuyển động bơm để tránh tượng va đập thủy lực cho chu trình cấp nước khơng liên tục bơm nên người ta dùng loại Bơm nước piston có q trình hoạt động sau: Piston bơm (2) đồng chuyển động xylanh dẫn hướng (1,3) vỏ bơm (4) Piston nối với truyền (5) chuyển động nhờ trục khuỷu (6) Khi piston (2) xuống, nước qua van (7) vào khoang chứa bên piston (2) Khi piston lên, nước khoang bị đẩy qua van (8) vào hệ thống làm mát SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Hình 1.4 Kết cấu bơm nước kiểu piston 1,3- Xilanh dẫn hướng; 2- Piston; 4- Vỏ bơm; 5- Thanh truyền; 6- Trục khuỷu bơm piston; 7,8- Van nước; 9- Lò xo van nước; 10- Nắp van c Bơm bánh Hình Kết cấu bơm nước kiểu bánh 1- Trục truyền động bơm; 2, 3- Bạc; 4- Đệm; 5- Vòng cao su; 6- Ren hồi dầu; 7- Vành chắn dầu; 8- Bánh răng; 9- Ổ bi cầu; 10- Phớt bao kín; 11 Bánh bị động  Phân tích kết cấu: Bơm quay nhờ bánh ăn khớp với hệ thống bánh truyền động từ trục khuỷu Trục truyền động bơm đầu dẫn động đặt ổ bi cầu 9, đầu lắp bánh bơm tựa hai bạc 3, bạc bơi trơn nhờ đệm tét-tơ-lít vịng cao su Cịn bao kín dầu bơi trơn ổ bi vòng chắn dầu ren hồi dầu  Điều kiệm làm việc: SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Bơm bánh thường dùng để bơm nước cho hệ thống làm mát động tàu thủy Vì bơm bánh làm việc với nước nước sông hay nước biển bẩn làm cho bánh chóng mịn Vì trường hợp người ta bố trí cặp bánh truyền lực vỏ ngồi bơm, vỏ bơm không chịu lực truyền  Vật liệu chế tạo: - Bánh thường sử dụng chất liệu inox 304 inox 316 Đây liệu chịu hầu hết tất chất lưu bơm, kể chất ăn mòn - Để giảm mài mòn bánh bơm, người ta chế tạo hai bánh bơm vật liệu tet-tơ-lít làm cao su lưu hóa - Vỏ máy bơm làm từ chất liệu gang, thép không rỉ inox d Bơm cánh hút Hình 1.6 Sơ đồ kết cấu nguyên lí làm việc bơm cánh hút 1, 4- Ổ trục bơm; 2, 3- Hai nửa thân bơm; 5- Bánh công tác bơm; 6, 7- Rãnh chứa nước; 8- Trục bơm; 9- Bánh dẫn động bơm; 10- Cửa nước vào bơm; 11 Cửa nước  Kết cấu bơm gồm: Nửa trước nửa sau Các nửa vỏ bơm lắp với nắp trục bulong Bánh công tác cố định trục 8, trục dẫn động bánh côn Nửa vỏ sau có cửa vào 10 nửa vỏ trước có cửa 11 Bên nửa vỏ có rãnh vịng cung  Ngun lí làm việc: Ban đầu, dung tích cơng tác cánh mồi đầy nước (vị trí I) Khi cánh quay nước nằm 22 cánh dịch chuyển theo (vị trí II) Do chiều sâu rãnh tăng dần nên dung tích cánh tăng SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG lên Do tăng dung tích nên bơm hình thành độ chân khơng Nhờ có độ chân không nước hút vào qua cửa 10, cánh quay tiếp tục nửa vịng chiều sâu rãnh bắt đầu giảm dần nước bị nén theo cửa 11 vào hệ thống làm mát  Điều kiện làm việc: Bơm cánh hút thường dùng cho mạch (mạch hở) hệ thống làm mát động tàu thủy Nó hút nước từ bên ngồi vỏ tàu (nước sông nước biển) để làm mát nước mạch hệ thống làm mát  Vật liệu chế tạo: Bơm thường chế tạo từ vật liệu thép, inox, đồng, sắt mạ e Bơm guồng Bơm gồm có: bánh cơng tác (bánh guồng) quay vỏ nắp Trên bánh công tác người ta phay rãnh hướng kính Vỏ nắp có làm rãnh xốy thơng với cửa hút cửa Khi bánh cơng tác quay, nước vào rãnh tác dụng lực li tâm, phần tử nước chuyển động từ quay theo cánh theo rãnh xoắn ốc vỏ bơm qua cửa thoát vào hệ thống làm mát động Loại bơm guồng động diezel 20 mã lực dùng để cung cấp nước cho hệ thống làm mát hở (nước sau qua động thải ) Cột áp loại bơm guồng cao cột áp bơm ly tâm khoảng ÷ lần hiệu suất thấp b = 0,25 ÷ 0,45, bơm li tâm b = 0,65 ÷ 0,9 So với bơm cánh hút hiệu suất bơm guồng cao khoảng lần SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu bơm guồng 1- Nắp bơm; 2- Bánh công tác; 3- Vỏ bơm; 4- Cửa thoát; 5- Rãnh xoắn ốc; 6- Rãnh guồng; 7- Cánh guồng; 8- Cửa hút Dung môi làm mát Nước làm mát động phải có khả chống đông cứng nhiệt độ môi trường 00C Khi nước làm mát bị đơng cứng, thể tích giãn nở làm cho đường ống cứng bên két nước làm mát bị vỡ gây hư hỏng két nước Đồng thời mạch nước bên động giãn nở gây nứt vỡ động dẫn đến hư hỏng nghiêm trọng Bên cạnh đó, nước làm mát khơng gây ăn mịn hay oxi hóa cho động Bởi chi tiết bên động chế tạo hoàn toàn kim loại, đặt biệt thân máy chế tạo từ hợp kim nhôm Nhôm hợp kim nhôm chất dễ bị oxi hóa tiếp xúc với chất gây ăn mịn axít, nước thường có khả gây ăn mòn lớn với thân máy, gây hư hỏng cho động Khi đường ống nước bên động bị oxi hóa, sinh cặn bẩn làm tắc nghẽn mạc nước làm mát động cơ, làm cho nước làm mát tuần hồn được, nhiệt độ động tăng cao dẫn đến nhiệt Khi nhiệt độ động cao dẫn đến hệ lụy khác như: độ nhớt nhớt bôi trơn giảm khơng cịn khả bơi trơn tiết bị mài mòn nghiêm trọng dẫn tới chi phí đại tu sửa chữa tốn Nhiệt độ động cao ngun nhân tình trạng kích nổ động xăng, kích nổ xảy gây cháy nổ ô tô nguy hiểm cho người ngồi xe Do đó, việc lựa chọn nước làm mát quan trọng động Nước làm mát sử dụng thường dung dịch Ethylene Glycol, chất lỏng hữu khơng gây ăn mịn hóa học oxi hóa, đồng thời nhiệt độ sơi nhiệt độ đóng băng thích hợp cho động SVTH: NHĨM Trang 10 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Khoảng cách từ quạt đến két phụ thuộc vào việc tổ chức dịng khí làm mát tiếp phận nắp xe Khi có lắp hướng dịng khí khoảng cách cho phép đến 80 ÷ 100 mm Nếu khơng khơng nên vượt 10 ÷ 15 mm Số cánh tăng làm suất tăng theo không nên vượt cánh Cánh quạt dập thép có chiều dày 1,2 ÷ 1,6 mm bắt chặt vào mayơ, trước lắp phải cân Loại cánh quạt chế tạo vật liệu polyme khơng cần cân Để giảm tiếng ồn, loại quạt cánh chế tạo theo hình chữ X với góc hai cánh 70 ÷ 110 Quạt dẫn động đai truyền hình thang, tốc độ đai truyền khơng vượt 30 ÷ 35 m/s Trên số động quạt dẫn động xích, cịn dẫn động bánh gặp Tỷ số truyền động quạt nằm khoảng: 1,0 ÷ 1,3 Ngồi cịn có phận áo làm mát Áo làm mát hình thành khỏang trống nằm thành nắp máy với thành buồng đốt Đặc biệt chỗ bố trí đường xả cần tăng cường làm mát  Hư hỏng: Quạt gió sử dụng lâu ngày, chịu tác động nhiệt độ cao nên lớp keo cách điện chảy làm motor quạt bị hư, cánh quạt nhựa giịn bị gãy, vỡ làm quạt không đồng tâm không sử dụng Khi quạt bị hư ta nên thay quạt giải nhiệt phù hợp Van nhiệt  Nhiệm vụ: Là thiết bị điều chỉnh nhiệt tạo chuyển đổi liên tục chu trình làm mát nhỏ chu trình làm mát lớn để động đạt chế độ vận hành giữ cho nhiệt độ dao động Khi động bắt đầu vận hành,van nhiệt đóng Khi động nóng lên van nhiệt mở, điều cho phép hay không cho phép nước làm mát qua két - Bằng cách đóng đường nước dẫn tới két động lạnh, động ấm lên nhanh chóng nhiệt độ động giữ lại động thay két làm mát, nhờ rút ngắn thời gian hâm nóng động đạt đến nhiệt độ làm việc động cơ, tiêu hao nhiên liệu, giảm lượng khí xả điều chỉnh nhiệt tác động chủ yếu lên  Việc tiêu thụ nhiên liệu - Việc SVTH: NHÓM Trang 12 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG  Thành phần khí thải  Sự hao mịn  Phân loại: • Van nhiệt dùng chất lỏng làm chất giãn nở (van nhiệt kiểu hộp xếp) Hình 1.9 Van nhiệt kiểu hộp xếp a Trạng thái đóng b Trạng thái mở Van nhiệt kiểu hộp xếp gồm có bầu chứa chất lỏng dễ bay Phần bầu bắt chặt vào thân van nhiệt, van hàn vào phần bầu chứa Khi nhiệt độ làm mát thấp khoảng 80 0C, van nhiệt đóng lại toàn chất lỏng qua ống chuyển để trở bơm nước, áp suất bầu chứa tăng lên, làm cho bầu chứa giãn dài nâng van lên Nước nóng qua ống vào bình tản nhiệt Van mở rộng hồn tồn nhiệt độ 950C • Van nhiệt dùng chất rắn làm chất giãn nở Hình 1.10 Van nhiệt dùng chất rắn a Trạng thái đóng b Trạng thái mở Bầu chứa đầy xerezin 8(lấy từ dầu mỏ) đậy kín màng cao su Ở nhiệt độ 700C, xerezin nóng chảy giãn nở đẩy màng 9, cữ chặn 12 chuyển SVTH: NHÓM Trang 13 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG động lên phía Lúc van mở nước làm mát bắt đầu chảy tuần hoàn qua tản nhiệt Khi nhiệt độ giảm xuống xerezin đơng đặc lại giảm thể tích Dưới tác dụng lị xo trở 11, van đóng lại màng hạ xuống • Van nhiệt kiểu lị xo xoắn Kết cấu van nhiệt dùng lò xo bimetan gồm hai dải kim loại có hệ số giãn nở dài khác Dải thép hợp kim có hệ số nở dài 1,5.10 -6, dải đồng có hệ số nở 20.10-6 Van nhiệt loại làm việc tốt đắt tiền  Hư hỏng van nhiệt - Độ đàn hồi thân van cấu cánh van làm việc Nguyên nhân chất chứa thân van bị rị rỉ, đó, van khơng mở mở khơng đủ gây nóng động hoạt động với công suất lớn - Nếu van nhiệt khơng đóng nhiệt độ nước cịn thấp khiến động chạy lâu đạt nhiệt độ làm việc làm tăng lượng tiêu hao nhiên liệu - Van nhiệt hư hỏng không mở, nhiệt độ động tăng nhanh chóng vận hành thông thường sau khoảng từ đến 15 phút sau chạy, đèn báo nhiệt độ động sáng lên Nắp két nước  Nhiệm vụ: - Làm kín két làm mát khơng cho nước làm mát văng giảm hao hụt bốc - Giữ áp suất két, làm cho nhiệt độ sôi chất làm mát tăng lên giúp tăng hiệu làm mát mà không cần tăng kích thước két Hình 1.11 Kết cấu nắp két nước SVTH: NHÓM Trang 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG  Hoạt động: Khi áp suất hệ thống làm mát tăng lên, điểm sôi nước làm tăng cao 1000C Sự chênh lệch nhiệt độ nước làm mát bên ngoài, nước nóng khả truyền nhiệt két nước nhanh Tùy áp suát hệ thống làm mát làm tăng hiệu bơm Ở động nắp két nước có hai van: Van giảm áp: dùng để khống chế áp suất dư hệ thống làm mát giới hạn nhỏ 1,2 kG/cm2, nâng cao nhiệt độ nước làm mát lên 110 – 120 0C, làm giảm bớt hao hụt nước bốc Nếu áp suất ngăn két nước cao 1,2 kG/cm2 áp lực đủ sức để thắng lực căng lò xo van, nắp van mở để khơng khí nước ngồi qua lỗ Hình 1.12 Van giảm áp mở - Van chân không: nối thơng hệ thống làm mát với khơng khí bên ngồi Khi nhiệt độ động giảm làm áp suất ngăn két nước giảm xuống thấp 0,94 kG/cm2 khơng khí ngồi trời vào phía van đẩy nắp van khơng khí xuống vào ngăn nắp két nước, để đề phòng két nước bị vỡ tượng giảm áp sinh SVTH: NHÓM Trang 15 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Hình 1.13: Van chân khơng mở Nắp két nước có bề ngồi tương đối đơn giản, phận vô quan trọng hệ thống làm mát Cũng két nước phận khác hệ thống làm mát, chúng làm việc môi trường nhiệt độ cao việc bảo dưỡng khơng thường xun thường vài năm Tuy nhiên kim loại, nhựa, đặc biệt cao su nắp bị hỏng bị bẩn theo thời gian Vì vậy, nắp két nước phải phải kiểm tra cẩn thận kiểm tra hệ thống làm mát PHẦN II TÍNH TỐN HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG I TÍNH TỐN KÉT NƯỚC • Nhiệt lượng động truyền cho nước làm mát Nhiệt lượng từ động truyền cho mơi trường làm mát xác định phương trình cân nhiệt động cơ: Trong đó: Q0 – Nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động động làm việc trạng thái phụ tải cho; SVTH: NHÓM Trang 16 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Qe – Nhiệt lượng tương đương với với cơng có ích động cơ; Qth – Nhiệt lượng khí thải đem ngồi; Qch – Nhiệt lượng tổn thất cháy khơng hồn tồn; Qđ – Nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn; Qcl – Nhiệt lượng tương ứng với tổn thất nhiệt khác khơng tính vào thành phần nói phương trình cân nhiệt; o Hệ thống làm mát nước Đối với hệ thống làm mát nước, trạng thái nhiệt ổn định, nhiệt độ từ động truyền cho nước làm mát coi gần số lượng nhiệt đưa tản nhiệt truyền vào khơng khí Nhiệt lượng Qlm tính theo phương trình cân nhiệt tính theo cơng thức kinh nghiệm: Trong đó: q’lm – Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát ứng với đơn vị công suất đơn vị thời gian (J/kW.s) + Đối với động xăng: q’lm = 1263 ÷ 1360 (J/kW.s) + Đối với động diesel: q’lm = 1108 ÷ 1138 (J/kW.s) Ne - Cơng suất có ích động (kW) Xác định lượng nước Glm tuần hoàn hệ thống đơn vị thời gian: (kg/s) Trong đó: cn – Tỷ nhiệt nước làm mát (J/kg.s) ∆tn – Hiệu nhiệt độ nước vào nước tản nhiệt • Tiết diện lưu thơng chất lỏng qua két Hình 2.1 Sơ đồ kết cấu ống nước SVTH: NHÓM Trang 17 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG  Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1 Hình 2.2 Sơ đồ kết cấu két nước F1 = F0.n Với : F0 - Là diện tích tiếp xúc chất lỏng ống ( n - Là số ống két nước F0 = h.po h - Chiều dài ống (m) po - Chu vi thành ống po = 2.c +  Tiết diện lưu thông chất lỏng két SVTH: NHÓM Trang 18 ) THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG S = n So (m2) So - Là tiết diện lưu thông chất lỏng qua ống nước.(m2) Trong đó: So = +b.c n - Là số ống nước két  Tính diện tích két nước tiết xúc với khơng khí F2 Hình 2.3 Sơ đồ tính tốn két nước F2 = F3 + F4 F3 - Diện tích ống nước tiếp xúc với khơng khí F4 - Diện tích cánh tản nhiệt tiếp xúc với khơng khí • Tính F3: F3 = F3’ - F3’’ F3’ diện tích mặt ngồi ống nước F3’ = P1.h.n Với : P1 chu vi tiết diện ống; P1 = 2.c + (mm); h chiều dài làm việc ống mm; ’’ + F3 diện tích mặt ngồi ống tiếp xúc với cánh tản nhiệt ; F3’’ = P1.n.’.m Với : ’ độ dày cánh tản nhiệt ; m số lớp cánh tản nhiệt; • Tính F4 F4 = m.b’.l.i.k Với : m số lớp cánh tản nhiệt; k số cánh tản nhiệt; b’ bề rộng cánh tản nhiệt l chiều dài cánh tản nhiệt; i số bề mặt tiếp xúc khơng khí cánh tản nhiệt ; Ta có : F2 = F3 + F4 • Kiểm nghiệm khả tản nhiệt két nước thông qua thông số thực tế két nước: Xác định kích thước mặt tản nhiệt sở lý thuyết truyền nhiệt SVTH: NHÓM Trang 19 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Truyền nhiệt tản nhiệt chủ yếu đối lưu Két nước tản nhiệt động ơ tơ máy kéo có mặt tiếp xúc với nước nóng mặt tiếp xúc với khơng khí Do truyền nhiệt từ nước khơng khí truyền nhiệt từ mơi chất đến môi chất khác qua thành mỏng Như q trình truyền nhiệt phân làm ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt sau: - Từ nước đến mặt thành ống bên trong: ; (J/s) Qua thành ống: ; (J/s) Từ mặt thành ống đến khơng khí: ; (J/s) Trong đó: Qlm – Nhiệt lượng động truyền cho nước làm mát nhiệt lượng nước dẫn qua tản nhiệt α , α2 – Hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống, thành ống tản nhiệt đến khơng khí (W/m2.độ) δ – Chiều dày thành ống (m) F1, F2 – Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước nóng, với khơng khí (m2) tδ1, tδ2 – Nhiệt độ bề mặt thành ống tn, tkk – Nhiệt độ trung bình nước làm mát tản nhiệt khơng khí qua tản nhiệt Giải phương trình ta được: • • k – Hệ số truyền nhiệt két nước Nhiệt độ trung bình nước làm mát két nước; • Trong đó: tnr, tnr – Nhiệt độ nước vào két nước Nhiệt độ trung bình khơng khí làm mát: Nhiệt độ khơng khí vào phía trước tản nhiệt lấy 49 0C Chênh lệch nhiệt độ khơng khí qua tản nhiệt ∆tkk = 20 ÷ 300C Vậy: tkkr = tkkv + ∆tkk • Hệ số α1 xác định cơng thức thực nghiệm Trị số thí nghiệm hệ số α1 thay đổi khoảng α1 = 2326 – 4070 (W/m2.độ) • Hệ số λ đồng λ = 83,9 – 126 (W/m.độ), hợp kim nhơm 104,8 ÷ 198 (W/m.độ), cịn thép khơng gỉ 9,3 – 18,6 (W/m.độ) • Hệ số α2 phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ khơng khí ωkk Khi thay đổi ωkk từ 5-60 m/s hệ số α thay đổi đồng biến từ 40,6 ÷ 303 (W/m2.độ) SVTH: NHĨM Trang 20 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG  Hệ số k cho tản nhiệt kiểu ống xác định theo đồ thị k = f(ωkk) hình 2.4 Theo số liệu thí nghiệm, xác định bề mặt làm mát tản nhiệt, lấy k ≈ α2 tính gần α2 = 11,38 ωkk0.8 (W/m2.độ) Trong : ωkk – Tốc độ khơng khí qua tản nhiệt (m/s) Hình 2.4 Quan hệ hệ số truyền nhiệt k với tốc độ gió ωkk Khi khơng tính tổn thất nhiệt: Qlm = Ckk.Gkk.(tkkr – tkkv) Do đó: tkkr = tkkv +  Nhiệt độ nước khỏi két nước tnr = tnv -  Với động ô tô máy kéo, trị số Gkk tính theo cơng thức thực nghiệm: Gkk = ( 0,053 ÷ 0,102)Ne, kg/s  Diện tích F2 tính theo cơng thức thực nghiệm: F2 = f2.Ne Trong đó: f2 – Hệ số diện tích làm mát két nước ứng với đơn vị cơng suất m2/kW; Ne – Cơng suất có ích cực đại động (kW) - Với động ô tơ du lịch f2 = 0,136 ÷ 0,313 m2/kW (0,10 – 0,23 m2/mã lực),động ô tô tải f2 = 0,024 ÷ 0,408 m2/kW )0,15 – 0,30 m2/mã lực) cho động máy kéo f2 = 0,408 ÷ 0,543 m2/kW (0,30 – 0,40 m2/mã lực) Dung tích hệ thống làm mát chất lỏng ứng với đơn vị công suất (Vlm/Ne) thường khoảng: o Động ô tô du lịch: 0,163.10-3 ÷ 0,354.10-3 m3/kW (0,12 ÷ 0,26 l/mã lực) o Động ô tô tải: 0,272.10-3 ÷ 0,816.10-3 m3/kW (0,20 ÷ 0,60 l/mã lực) o Động máy kéo: 0,816.10-3 ÷ 2,04.10-3 m3/kW (0,6 ÷ 1,5 l/mã lực) SVTH: NHÓM Trang 21 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG II TÍNH TỐN BƠM NƯỚC Lưu lượng nước tuần hoàn hệ thống làm mát phụ thuộc vào nhiệt lượng nước làm mát mang chênh lệch nhiệt độ nước động cơ, xác định theo cơng thức: (kg/s) Trong đó: Qlm − Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát (J/s); Cn − Tỷ nhiệt nước (J/kg độ); tnr, tnv − Nhiệt độ nước nhiệt độ nước vào động Sức cản chuyển động nước hệ thống làm mát tính theo cột nước H phụ thuộc vào sức cản phận: két nước, ống dẫn, vách nước thân nắp máy Thường sức cản tổng quát hệ thống làm mát tính tốn gần lấy H = 3,5 ÷ 15 mH2O  Xác định kích thước bơm nước • Lưu lượng bơm nước xác định theo cơng thức sau: (kg/s) Trong đó: η − Hệ số tổn thất bơm: η = 0,8 ÷ 0,9 Kích thước chủ yếu bơm phải vào chuyển động chất lỏng bơm Với loại bơm ly tâm phân tử chất lỏng đồng thời tham gia hai chuyển động - Vận tốc vòng: Nước quay cánh bơm với vận tốc u (tại điểm vào A: vận tốc u1 ; điểm B, vận tốc u2 ) - Vận tốc tương đối theo hướng tiếp tuyến với cánh quạt w (tại A: vận tốc tương đối w1; B vận tốc tương đối w2 ) Như phân tử nước chuyển động với vận tốc tuỵệt đối : c = u + w; (tại A có vận tốc tuyệt đối c1 ; B có vận tốc tuyệt đối c2 ) SVTH: NHĨM Trang 22 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Hình 2.5 Sơ đồ tính tốn bơm nước ly tâm Lỗ nước vào bơm phải đảm bảo cung cấp đủ lượng nước tính tốn cần thiết, kích thước tính theo cơng thức: (m2) Trong đó: Gb − Lượng nước tính tốn bơm (kg/s); r1 − Bán kính bánh cơng tác (m); r0 − Bán kính bánh cơng tác (m); c1 − Vận tốc tuyệt đối nước vào cánh, ÷ (m/s); ρn − Mật độ nước (kg/m3); Từ phương trình rút ra: (m) Bán kính ngồi r2 bánh cơng tác xác định từ vận tốc vòng u2 điểm B (m/s) Vậy: (m) Trong đó: α1, α2 − Góc phương trình vận tốc c1, u1, c2 α1 = 900 α2 = ÷ 12 ; β 1, β2 − Góc kẹp phương vận tốc tương đối w với phương u theo hướng ngựơc lại (ở A có β1, B có β2); thường β2= 12 ÷ 150, tăng β2 cột nước bơm tạo nên tăng, người ta dùng bơm với β2 = 35 ÷ 500, đặc biệt có bơm β2= 900; g - Gia tốc trọng trường =9,81 m/s2; H - Cột áp bơm (m); ηb - Hiệu suất bơm = 0,6 ÷ 0,7; ωb - Tốc độ vịng bánh cơng tác (1/s); nb - Số vịng quay bánh cơng tác (vg/p) Thơng thường α1= 900 β1 xác định theo công thức: Trị số β1 nằm khoảng 40 ÷ 550 nhỏ Quan hệ tốc độ u1, u2 biểu thị theo công thức sau: u1 = u2 Chiều cao cánh bơm lối vào lối xác định: (m) (m) Trong đó: δ1, δ2 - Chiều dày cánh lối vào lối ra, tính (m) lấy: δ1= δ2= δ3 = ÷ mm ; cr - Tốc độ ly tâm nước lối (m/s); z - Số cánh bánh cơng tác thơng thường z = ÷ ; SVTH: NHÓM Trang 23 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Bơm nước dùng cho động ô tô máy kéo ngày thường có : b1 = 12 ÷ 35 mm ; b2 = 10 ÷ 25 mm ; III TÍNH TỐN QUẠT GIĨ  Năng suất Q - xác định lượng hỗn hợp khí - khơng khí vận chuyển đơn vị thời gian Cơng suất quạt tính sau: Q=V/t [m / s] đó: V: thể tích dịng chuyển động mơi chất cơng tác [m ]; t : thời gian [s]  Đầu - đại diện cho lượng lượng truyền cho môi chất khí-khơng khí vận chuyển qua quạt Áp suất quạt thường biểu thị đơn vị áp suất Tổng áp suất quạt tạo bao gồm thành phần tĩnh động: P p = P st + P dyn Trong đó: P p - áp suất toàn phần [Pa]; P st - áp suất tĩnh [Pa]; P dyn - áp lực động (P dyn = ρω /2) [Pa]; ω tốc độ trung bình mơi chất cơng tác [m / s]; ρ khối lượng riêng môi chất làm việc [kg / m ]  Công suất đặc trưng cho mức lượng cần thiết để chuyển động môi trường làm việc Chúng chia thành cung cấp hữu ích Cơng suất đầu vào lượng truyền từ ổ đĩa đến quạt, công suất thực phản ánh giá trị thực lượng tiêu thụ để di chuyển môi chất làm việc Giá trị công suất đầu vào lớn giá trị hữu ích, điều giải thích tổn thất khác q trình truyền lượng Cơng suất quạt xác định theo biểu thức sau: N = (Q · P) / (1000 · ŋ) [kW] đó: Q - cơng suất quạt [m / s]; Р - áp suất quạt tạo [Pa]; ŋ - hiệu suất quạt Lượng khơng khí, áp suất động quạt tạo công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc vào số vòng quay trục quạt: lượng khơng khí tỷ lệ bậc nhất, áp suất tỷ lệ bậc hai công suất tỷ lệ bậc ba với số vịng quay SVTH: NHĨM Trang 24 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG Khi tính tốn quạt gió, cần lưu ý: Khi tính quạt gió động tơ nên tính đến ảnh hưởng tốc độ gió gây tốc độ chuyển động tơ Do lưu lượng thực tế quạt thường lớn lưu lượng tính tốn Gkk  Mức độ lớn bé lưu lượng thực tế phụ thuộc vào tốc độ ô tơ Khi tốc độ tơ lớn, lưu lượng gió thực tế qua két nước tăng lên, nên lưu lượng khơng khí quạt cung cấp giảm xuống rõ rệt Lưu lượng quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước quạt gió, xác lưu lượng quạt gió theo cơng thức sau đây: Sơ đồ tính tốn giới thiệu hình: Trong đó: (kg/s) - (thường chọn ρk= 1,1 - Khối lượng riêng khơng khí (kg/m3) R,r - Bán kính ngồi bán kính quạt (m); b - Chiều rộng cánh (m); q = (1 ÷ 2)n - Số vịng quay quạt (vg/ph) n - Số vòng quay trục khuỷu α - Góc nghiêng cánh Z - Số cánh ηkk - Hệ số tổn thất tính đến sức cản dịng khơng khí cửa nắp đầu xe.Hệ số ηkk phụ thuộc vào tỷ số fn diện tích tiết diện cửa khơng khí nắp đầu xe Quan hệ hệ số ηkk với tỷ số Cơng suất tiêu thụ quạt gió xác định theo cơng thức sau: kW SVTH: NHĨM Trang 25 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG SVTH: NHÓM Trang 26 ...THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG I ĐẶC ĐIỂM HỆ THỐNG LÀM MÁT Mục đích hệ thống làm mát Trong trình làm việc động đốt trong, nhiệt... động làm việc tốt chế độ điều kiện khí hậu Phân loại hệ thống làm mát Hệ thống làm mát nước chia làm nhiều kiểu khác nhau: - Hệ thống làm mát kiểu bốc SVTH: NHÓM Trang THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG... thước két Hình 1. 11 Kết cấu nắp két nước SVTH: NHÓM Trang 14 THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT BẰNG CHẤT LỎNG  Hoạt động: Khi áp suất hệ thống làm mát tăng lên, điểm sôi nước làm tăng cao 10 00C Sự chênh