Sử dụng thiết bị điện quang дФC-10, MФC-2 và дФC-31 để so sánh vạch phổ, yếu tố cần phân tích với các dải vạch phổ mẫu. Dòng ánh sáng do tia lửa điện hoặc hồ quang điện lọt qua khe hở nhỏ của một tấm chắn và nhờ thiết bị quang học là
nhiễu xạ ánh sáng hoặc lăng kính thạch anh tạo thành dải vạch phổ. Chùm tia sáng có chiều dài sóng thích ứng với từng yếu tố phân tích lọt qua khe lọc sóng nhờ gương phản chiếu gần đến cực âm của tế bào quang điện. Nhưng xung điện từ ống điện quang được gom vào bộ tụ nối với cực dương của mạng điện. Trị số nạp tỷ lệ với thời gian phơi sáng và cường độ vạch phổ. Ưu điểm cơ bản của phương pháp ghi chép điện quang là nhận được kết quả phân tích rất nhanh. Loại thiết bị điện quang có nhiều dải và nhiều chương trình có khả năng giản quyết tốt mọi vấn đề kiển tra chất lượng hàng loạt mẫu dầu nhớt cần phân tích.
1. Nguồn sáng; 2- Tấm thạch anh; 3- Bộ tụ; 4 - Thấu kính; 5- Khe hẹp; 6,7,8- Gương; 9- Ống điện quang; khe đi ra; 12- Bộ phân ly ánh sáng.
Hình 2.6:Sơ đồ quang học của thiết bị điện quang có
Hình 2.6 là thiết bị điện quang có bộ phận chiếu xạ. Ánh sáng từ nguồn 1 đi qua tấm thạch anh 2, bộ tụ 3 đến khe hở 5 hướng thẳng vào gương phẳng 6 đến gương 12 của bộ khuếch xạ, ánh sáng đi qua khe hẹp 10 tới gương phẳng 8 và 7 chùm ánh sáng tập chung vào cực âm của ống điện quang 9. Trong thiết bị loại дФC-10 và MФС-2 dùng ống quang điện Ф1mm với cực âm bằng hợp kim ăngtimon xesi và một ống kính màu tím cho tia tử ngoại qua.
2.2.4.2.Thiết bị quang điện phân tích
Để sử dụng có hiệu quả thiết bị quang điện cần phải có phương pháp phân bố định lượng điều đặn vào vùng hồ quang, hoặc vào vùng tia lửa điện, cho phép tiến hành phân tích với độ phơi sáng nào đó trong một đơn vị thời gian phải bảo đảm có cường độ vạch phổ cần thiết. Trong cùng một khoảng thời gian đốt cháy mẫu dầu số lượng ánh sáng chiếu vào ống điện quang tỷ lệ với hàm lượng yếu tố phân tích.
Để thiết bị lượng tử kế có độ cảm quang cao, người ta sử dụng thiết bị nhân điện quang và sơ đồ khuếch đại tương ứng tạo khả năng phân tích hàm lượng tạp chất nhỏ nhất chỉ vào khoảng 3 – 5 g/l trong chế độ đốt mẫu bằng hồ quang. Sai số bình phương trung bình của 40 lần thí nghiệm phân tích một mẫu dầu không vượt quá ± 13%. Công trình nghiên cứu của K.Kahsnitz (Đức) đã giới thiệu kết cấu và nguyên lý hoạt động của thiết bị lượng tử kế có điện cực quay dùng để xác định kim loại hoặc các yếu tố khác trong dầu mỏ, đặc biệt là trong dầu nhớt. Đồng thời K.Kahsnitz cũng đã nghiên cứu đến ảnh hưởng của hàm lượng và tác dụng tương hỗ của các thành phần đến kết quả phân tích. Sai lệch không lớn hơn 7%. Thời gian phân tích có kể cả giai đoạn chuẩn bị mẫu dầu và tính toán nhanh, không quá 7 ph.
Tổng hợp nhiều kết quả nghiên cứu và thực nghiệm đã cho thấy rằng phương pháp tiên tiến nhất đốt cháy mẫu dầu để phân tích nhanh bằng điện quang phổ là phương pháp dùng đĩa điện cực quay nhúng trong dầu.
Phương pháp này còn có nhược điểm là phải sử dụng chế độ phóng điện gián đoạn, vì nếu đốt cháy mẫu dầu bằng hồ quang (phóng điện liên tục) sẽ làm mẫu dầu bị nóng lên và thiết bị sẽ rất bẩn. Để xác định yếu tố hàm lượng thấp thì chế độ phóng điện liên tục bảo đảm có độ nhạy và độ ổn định cao hơn.
Ngoài ra thiết bị điện quang дФC-10 và MФC-2 khi chế độ phóng điện gián đoạn sẽ không ghi được trị số hàm lượng thấp của các tạp chất trong dầu. Phương pháp này ngày một hoàn thiện hơn.
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý, phương pháp đốt cháy mẫu dầu trong
chế độ hồ quang điện:
1- đĩa điện cực than dưới; 2- điện cực than trên; 3- phễu hình nón; 4- bể chứa dầu; 5- động cơ điện; 6- ống thổi không khí; 7- bộ góp; 8- giá đỡ; 10- trục đĩa điện cực; 11- khung bằng chất dẻo.
Hình 2.7 động cơ điện làm quay đĩa này tiếp xúc với dầu chứa trong một bể nhỏ, dầu được định lượng điều đặn trong khoảng giữa hai điện cực. Để nâng cao độ nhạy, độ ổn định và biền vững của việc phân tích quang phổ người ta dùng cách đốt mẫu dầu trong dòng không khí. Để nhằm mục đích đó người ta đã tăng độ thông gió bằng cách đưa gần phễu hình nón hứng lấy dòng không khí và sản vật cháy từ buồng khí đi ra. Dòng không khí từ vòi thổi hướng thẳng vào khe hở giữa hai điện cực làm nguội đĩa điện cực và mẫu dầu, đẩy sản vật phân ly và đã cháy ra, làm sạch vùng cháy.
Nếu được chọn đúng theo mẫu chuẩn thông số về kích thước đĩa điện cực, tốc độ quay, chiều sâu đĩa điện cực nhúng vào dầu, mức độ thông gió và cường độ dòng điện thu có thể liên tục tạo được một màng dầu khô trên mặt đĩa điện cực. Trong thời gian điện cực quay cuốn dầu lên cho tới khi dầu đi vào vùng có tia lửa điện thì màng dầu đã được bốc hơi và sây khô do đó sự đốt cháy mẫu dầu diễn ra trong dạng khô. Đó là cách rất ưu việt đảm bảo nâng cao tính ổn định khí đốt với chế độ phóng điện hồ quang. Đây là chế độ chỉ có thể thực hiện được khi dùng cách tạo một dòng không khí tuần hoàn cưỡng bức trong vùng phóng điện. Khi có cường độ dòng điện tại đầu máy phát có thể đạt bằng hoặc lớn hơn 8A. Như vậy bảo đảm đốt cháy màng dầu, đồng thời nâng cao được cường độ quang phổ vạch bảo đảm độ nhiễu xạ khi dùng thiết bị điện quang kiểu дФС-10 hoặc MФС-2.
Khi áp dụng phương pháp đốt cháy mẫu dầu trong chế độ hồ quang bằng đĩa điện cực quay có kết hợp sử dụng dòng khí thổi vào vùng đốt cháy, cần chú ý một số điểm đặc biệt có ảnh hưởng đến độ ổn định của chếđộ làm việc và đến kết quả phân tích đó là:
1) Khi nâng cao cường độ dòng điện thì độ nhạy của việc phân tích sẽ tăng
lên, nhưng khi những thông số khác giữ nguyên (cường độ tuần hoàn của không khí, tốc độ vòng quay của đĩa điện cực) mà tăng quá cao, cường độ dòng điện sẽ dẫn đến hiện tượng làm giảm thấp độ ổn định của kết quả phân tích, do đĩa điện cực bị đốt quá nóng làm tổn thất dầu ở khay chứa và hình thành đệm khí giữa điện cực
và bề mặt màng dầu. Tuy có một số dầu ở phía phần dưới đĩa điện cực nhưng không ảnh hưởng đến kết quả phân tích.
2) Khi giảm bớt cường độ thông gió cưỡng bức miền hồ quang cũng tạo khả năng nâng cao phần nào độ nhạy của thiết bị, nhưng khi đó xuất hiện hiện tượng nguy hiểm là hình thành những màng hơi nước hoặc màng khí bọc điện cực, làm giảm độ ổn định của kết quả phân tích. Ngoài ra, việc giảm cường độ thông gió củng làm điện cực dưới quá nóng và làm sự dẫn dầu vào khe hai điện cực bị xấu đi.
3) Giảm chiều dày đĩa điện cực khi giữ nguyên tốc độ quay sẽ nâng cao độ nhạy của thiết bị và nâng cao độ ổn định của quá trình phân tích. Khi đó sẽ làm giảm bớt sự sai lệch của tia hồ quang so với trục quang học của thiết bị. Tuy vậy giảm chiều dày đĩa điện cực nhỏ hơn 2 mm sẽ làm bề mặt điện cực bị đốt cháy và làm thay đổi khe hở giữa hai điện cực. Ngoài ra chế tạo đĩa điện cực chiều dày 1,5 – 2 mm sẽ có nhiều phế phẩm.
4) Khi đường kính điện cực dưới là 13,5 mm, chiều dày là 3 mm và nâng cao tốc độ vòng quay lên hơn 8 – 10 vg/ph thì độ nhạy sẽ giảm đi, độ ổn định của kết quả phân tích cũng thấp đi. Vì như vậy là vô tình ta phá vỡ nguyên tắc hồ quang đốt cháy màng dầu đã khô (nếu tăng số vòng quay màng dầu di chuyển vào vùng hồ quang nhanh nên chưa kịp khô đã bị đốt cháy), nhưng khi giảm vòng quay nhỏ hơn 3vg/ph thì đòi hỏi phải kéo dài thời gian đốt, dẩn đến tình trạng dẩn dầu vào vùng hồ quang bị sấu đi.
5) Để kết quả có tính ổn định cao cần phải bảo đảm yêu cầu điện cực luôn luôn tiếp xúc với bề mặt dầu trong suốt giai đoạn phơi sáng. Cũng trong thời gian đó, không được nhúng đĩa điện cực xuống dầu quá độ sâu 0,5 mm, vì như vậy sẽ làm mẫu dầu bị quá nóng, làm bắn toé dầu và kết quả kém ổn định.
Muốn bảo đảm thu được kết quả tốt khi đốt cháy mẫu dầu bằng điện cực quay, ta cần phải chọn được chế độ làm việc thích hợp nhất, bảo đảm chế độ ổn định của các chỉ số khi dầu có cùng một trị số hàm lượng tạp chất, phải có phương pháp hiệu chỉnh kết quả phân tích. Yêu cầu cơ bản để thu được kết quả ổn định là cần phải bảo đảm dầu trong khay chứa có độ nhớt đồng nhất, nhiệt độ và tạp chất phân bố một
cách đồng điều trên bề mặt điện cực. Có thể bảo đảm được điều này khi đốt sơ bộ trước 20 ph. Trong thời gian đó nhiệt độ dầu tại điểm tiếp xúc với điện cực quay ổn định và trên bề mặt đĩa điện cực hình thành một màng dầu khô có chiều dày điều nhau. Mặc dù nhiệt độ ban đầu khác nhau, lúc đó độ nhớt của dầu củng gần như giống nhau do ta cố định được các chỉ số của sơ đồ ghi khi lặp lại thí nghiệm nhiều lần một mẫu chẩn và mẫu phân tích với những nhiệt độ ban đầu khac nhau. Màu sắc của hồ quan giai đoạn cuối của nung nóng có thay đổi khi dầu ở dạng lỏng ngừng dẩn vào miền phóng hồ quang thì nguồn sáng phát ra từ chất than sẽ có sắc tím. Khi phân tích dấn nhớt để so sánh hàm lượng các yếu tố kim loại và phân tích mẫu các chất ôxít kim loại dạng bột thì căn cứ vào màu sắc hồ quang ta có thể xác định một cách đúng đắn giai đoạn nung nóng.
CHƯƠNG 3
THỰC NGHIỆM XÁC ĐỊNH MỘT SỐ THÔNG SỐ TÍNH NĂNG,
CƯỜNG ĐỘ HAO MÒN CỦA ĐỘNG CƠ D12
3.1. Mục đích của thực nghiệm
Từ việc nghiên cứu lý thuyết về ma sát, cường độ hao mòn và cơ chế hao mòn của động cơ đốt trong đã trình bày ở phần một. Cơ sở lý thuyết và thiết bị dùng để phân tích dầu bôi trơn chẩn đoán kỹ thuật động cơ đốt trong (phần hai), ta thấy rằng các quá trình ma sát, hao mòn diễn biến rất phức tạp ảnh hưởng đến các thông số tính năng kỹ thuật, độ an toàn, tuổi thọ của động cơ.
Trong phạp vi của đề tài, chúng tôi sử dụng phương pháp phân tích dầu bôi trơn để nghiên cứu cường độ hao mòn động cơ, nhiệt độ nước làm mát, nhiệt độ khí xả, lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ, suất tiêu hao nhiên liệu có ích, áp suất cuối kỳ nén, …của động cơ Diesel D12. Với việc phân tích hàm lượng mài mòn trong dầu bôi trơn giúp chúng ta biết được hành trình hoạt động giữa hai kỳ sửa chữa mang lại hiệu quả kinh tế cao trong kiểm tra sửa chữa.
Việc tiến hành thực nghiệm trên động cơ Diesel D12 tại xương bộ môn cơ khí của trường Đại Học Nha Trang là một điều kiện thuận lợi để nghiên cứu cường độ hao mòn bằng phương pháp phân tích dầu bôi trơn. Không cần phải tháo rời động cơ. Phân tích mẫu dầu bôi đã lấy được bằng thiết bị quang phổ hấp thu nguyên tử AAS, tại Viện Nghiên Cứu Công Nghệ Sinh Hoc & Môi Trường của trường Đại Học Nha Trang.
3.2. Thiết bị nghiên cứu thực nghiệm
Chúng tôi tiến hành thực nghiệm trên mô hình động cơ Diesel D12 lai đinamô tại phòng thí nghiệm Bộ môn Động lực, trình bày trên hình 3.1.
1.Động cơ Diesel D12; 2. Máy phát điện xoay chiều một pha; 3. Cốc đo nhiên liệu; 4. Hộp cảm biến tốc độ và nhiệt độ nước làm mát; bình đựng nhiên liệu Diesel; 6. quạt làm mát nước; 7. két nước; 8. bơm nước; 9. hộp vôn kế máy phát; 10. bảng điện điều khiển cụm phụ tải; 11. giá đỡ; 12. đường dẩn nhiên liệu; 13. đường nước
lên làm mát; 14. bệ đỡ; 15. cảm biến đo tốc độ; 16. công tắc điều khiển bơm nước và quạt làm mát nước; 17. ổ cắm điện; 18. đồng hồ đo áp lực dầu bôi trơn; 19. đồng hồ báo ampe kế; 20. đồng hồ báo vôn kế; 21. các cuộn may xo tiêu thụ điện năng của máy phát điện; 22. cảm biến nhiệt độ nước làm mát động cơ; 23. nhiệt kế đo nhiệt độ khí xả; 24. bầu lọc nhiên liệu; 25. bơm cao áp.
Một số thiết bị chính được mô tả như sau:
Thiết bị chỉ sử dụng với mục đích nghiên cứu không tham ra sản xuất.
1) Động cơ Diesel D12. (Hình 3.2). Nhãn hiệu CHANGCHAI công suất 12Hp,
(thông số kỹ thuật ở bảng 3.1). Lắp ráp tại Công Ty TNHH Thương Mại Và Dịch Vụ Lắp Máy Miền Nam, khu công nghiệp Hoà Khánh - Quận Liên Chiểu Đà Nẵng. Động cơ hoạt động sẽ mang tải, lai máy phát điện có công suất là 7.5 kW dòng điện được lấy ra từ máy phát điện sẽ tiêu thụ qua cụm phụ tải có dãi công suất hoạt động là 0,5kW; 1 kW; 1,5 kW; 2kW; 2,5kW; 3kW; 3,5 kW; 4 kW; 4,5 kW; 5kW; 5,5 kW; 6 kW; 6,5 kW; 7 kW; 7,5 kW.
Với dải công suất trên của cụm phụ tải. Ta chọn hiệu suất của máy phát như sau: p= 0,8, hiệu suất truyền
động cơ khí chọn td =0,9,
ảnh hưởng của điều kiện môi trường đến sự làm việc của động cơ mt=0,85. (Với 1 kW = 1.341 Hp). [6] Vậy động cơ Diesel D12 trong quá trình thực nghiệm có thể hoạt động với các mức tải như sau:
1,09 Hp; 2,19 Hp; 3,28 Hp; 4,38 Hp; 5,47 Hp; 6,57
Hp; 7,66 Hp; 8,76 Hp; 9,85 Hp; 10,95 Hp; 12,04 Hp; 13,14 Hp; 14,23 Hp; 15,33 Hp; 16,42 Hp.
Công suất của máy phát điện là 7,5 kW (10,05 Hp) và công suất định mức của động cơ khảo nghiệm là 12 Hp. Vậy trong khi thực nghiệm điều chỉnh bảng điện điều khiển cụm phụ tải để tránh trường hợp quá tải.
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật của động cơ Diesel D12
Nhãn hiệu Kiểu Cách Khởi động THÔNG SỐ KỸ THUẬT Đường kính xylanh 95 (mm) Hành trình piston 115 (mm) Công suất định mức 12 (Hp) Thể tích xylanh 0,815 (lít) Tỷ số nén 20 : 1 Tốc độ quay định mức 2000 (v/ph) Áp suất trung bình của chu trình 6,63 (kg/cm²) suất tiêu hao nhiên liệu riêng 185 (g/Hp.h)
Áp suất phun dầu 120 ± 5(kg/cm²)
Trọng lượng 155 (kg) CHAN G CH AI Đ ỘNG C Ơ DIES EL S195. M ỘT M ÁY KI ỂU N ẰM KH ỞI ĐỘNG B ẰNG T AY Q UAY, L ÀM MÁT B ẰNG N Ư ỚC CÓ QUẠ T GIÓ
2) Máy phát điện
Trong phần nghiên cứu khảo nghiệm, Máy phát điện dùng cho động cơ lai tạo ra dòng điện xoay chiều một pha cung cấp cho cụm phụ tải. Cụm phụ tải có nhiệm vụ là hộ tiêu thụ công suất do động cơ phát ra với mức tiêu thụ có thể dễ dàng điều chỉnh được qua bảng điện điều khiển bằng công tắc.
Hình 3.3 là máy phát điện xoay chiều một pha
A.C.SYNCHRONOUS _
GENERATOR. Kích từ theo phương pháp kích từ song song.
Bảng 3.2: Thông số kỹ thuật của máy phát điện
Thông số Giá trị Ký hiệu máy ST – 75 Điện áp định mức 230/115 (V) Tần số 50 (Hz) Số vòng quay 1500 (r/min) Hiệu suất 0,8 – 0,85