Phương pháp này không khả thi trong thực tế, vì pha chế thủ công bằng tay sẽ không đảm bảo cho sự đồng nhất hỗn hợp sau khi pha, mặt khác quá trình này không thể áp dụng ở quy mô lớn nên chỉ áp dụng trong quá trình tạo mẫu thử nghiệm.
2.6.1.2 Pha nhiên liệu theo qui mô công nghiệp:
Hỗn hợp nhiên liệu J-D theo tỉ lệ 22,5%J được pha chế ngay trong các nhà máy quy mô lớn và được phân phối đến các điểm cấp nhiên liệu.
Khi sử dụng hỗn hợp này chỉ cần thêm động tác gia nhiệt đến 800C và đưa vào sử dụng kết hợp với các thiết bị đồng thể hóa nhiên liệu.
2.6.1.3 Thiết bị đồng thể hóa hỗn hợp nhiên liệu:
Theo phương pháp thực hiện, máy đồng thể có thể chia ra làm 2 loại: thiết bị với cơ cấu công tác quay và thiết bị với cơ cấu công tác cố định (không chuyển động).
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại máy đồng thể có thể được giới thiệu như sau:
+ Máy đồng thể loại van. + Máy đồng thể loại quay. + Máy đồng thể loại rung. + Máy đồng thể siêu âm. + Máy đồng thể thủy động.
Qua phân tích các các loại thiết bị đồng thể khác nhau cho thấy thiết bị đồng thể thủy động (MĐTTĐ) làm việc theo nguyên tắc xâm thực là có thể ứng dụng để xử lý hỗn hợp nhiên liêu J-D. Thiết bị này có kết cấu đơn giản, tiêu thụ năng lượng thấp phù hợp với động cơ diesel công suất nhỏ.
Sơ đồ cấu tạo của máy đồng thể như trên hình 2.3. Trong thiết bị này chất lỏng dưới áp suất chảy qua khe hẹp với tốc độ lớn va đập vào thành A tạo quá trình đồng thể.
Ngoài ra, so với các máy đồng thể loại cơ khí và van, MĐT loại này không cần có bơm cao áp chuyên dùng (với áp suất bơm đến 16 ÷ 25 MPa), bảo đảm sự làm việc của MĐTTĐ là phân tán chất không tan lẫn trong dầu, và có thể lắp đặt dễ dàng. Kích thước tổng thể của MĐTTĐ loại này được xác định bởi năng suất của bơm đảm bảo cho MĐT làm việc và thường có kích thước nhỏ hơn so với các loại MĐT khác có cùng năng suất. Năng suất của
A
Hình 2.3: Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể thủy động
MĐTTĐ có thể lựa chọn trong giới hạn rộng phụ thuộc vào thể tích và chất lượng hỗn hợp nhiên liệu cần xử lý, điều này các loại MĐT khác không thể đáp ứng được.
Nguyên lý làm việc của máy đồng thể thủy động-siêu âm:
Đặc điểm của đầu máy đồng thể này (Hình 2.4) là sự kết hợp giữa máy đồng thể thuỷ động và dao động siêu âm tự phát sinh do dao động đàn hồi của chất lỏng trong buồng cộng hưởng. Ưu điểm của của loại đồng thể này là kích thước nhỏ gọn, tiêu hao năng lượng ít.
Nguyên tắc quá trình đồng thể thuỷ động được giải thích theo sơ đồ trên Hình 2.5.
Hình 2.5: Sơ đồ cơ chế quá trình đồng thể thuỷ động
1. Sự biến dạng của hạt chất lỏng không tan, 2. Gradient tốc độ chất lỏng ; A. Vùng xảy ra quá trình đồng thể.
Ban đầu quả cầu chất không tan bị dồn đến ở cửa vào của kênh hẹp có tốc độ dòng chảy tăng dần, hình dạng quả cầu bị kéo dài thành hình elip. Sau đó trong khe hẹp, trường tốc độ dòng chảy tiếp tục tăng lớn kéo dài hình elip thành hình trụ tròn xoay, quá trình này làm tăng diện tích bề mặt của quả cầu lớn hơn diện tích bề mặt ban đầu. Đây là quá trình tiêu hao năng lượng để thắng các lực hút phân tử và sức căng bề mặt của quả cầu. Khi thoả mãn điều kiện:
L > 3,14 D (2.2) trong đó: L - chiều dài của hình elip.
D - đường kính trung bình mặt cắt ngang của hình trụ tròn xoay. thì theo lý thuyết mao dẫn, hình trụ tròn xoay chuyển sang giai đoạn không ổn định và tự vỡ thành những hạt có kích thước nhỏ hơn. Giai đoạn này kèm theo là sự gia tăng bề mặt của quả cầu đến giá trị S2 > S1 và là quá trình tự phân rã.
Giai đoạn cuối cùng là quá trình cân bằng động giữa sự tái tạo lại các hạt lớn khi có sự va chạm với nhau giữa các hạt nhỏ, đồng thời với quá trình tự phân rã các hạt lớn thành các hạt bé hơn.
Áp suất cần thiết để phá vỡ một hạt có bán kính r là:
pk = 2 / r (2.3) ở đây: - sức căng bề mặt của hạt.
r - bán kính trung bình của hạt.
Từ (2.3) ta thấy rằng quá trình tự phân rã càng khó khi kích thước hạt càng bé.
Sau khi thực hiện quá trình đồng thể thuỷ động, dòng chất lỏng được chảy vào buồng cộng hưởng theo phương tiếp tuyến để phát sinh dao động đàn hồi. Trong buồng cộng hưởng dao động đàn hồi siêu âm chất lỏng xuất hiện và được khuyếch đại, thực hiện quá trình đồng thể bằng cơ chế siêu âm một lần nữa.
Tóm lại: khi sử dụng đại trà bên cạnh việc trang bị hệ thống khuấy trộn tự động như đã nêu trên cần trang bị thêm bộ đồng thể hóa hỗn hợp nhiên liệu kiểu thủy động nhằm làm tăng chất lượng hỗn hợp nhiên liệu, tăng chất lượng quá trình cháy.
2.6.2 Phương pháp gia nhiệt cho hỗn hợp:
Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu khi sử dụng nhiên liệu thay thế trong phạm vi đề tài là hệ thống nhiên liệu kép: nhiên liệu diesel chạy khi khởi động và tắt máy; hỗn hợp nhiên liệu J-D chạy ở chế độ lâu dài. Do vậy, hệ thống chuẩn bị cần thực hiện các nhiệm vụ: sấy ổn nhiệt hỗn hợp nhiên liệu J-D để giảm độ nhớt, lọc và đảm bảo sự làm việc độc lập của 2 loại nhiên liệu.
Hình 2.6: Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu, với bộ sấy bằng nước làm mát
1.Két nước ngọt dự trữ; 2.Két nước làm mát động cơ; 3. Nhiệt kế; 4. Đường dầu Diesel; 5. Nhiên liệu đến BCA; 6. Van 3 ngã; 7. Lọc tinh; 8. Cần gạt; 9. Bình chứa hỗn hợp nhiên liệu J-D; a,b,c: Các van;
10. Bình chứa nước nóng; 11. Phao tự cấp hỗn hợp nhiên liệu; 12. Phao tự cấp nước; 13.Két dự trữ hỗn hợp nhiên liệu.
2.6.2.1 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy bằng nước làm mát
Nguyên lý hoạt động
Khi khởi động, mở van ba ngã 6 để dầu diesel đến Bơm cao áp. Cho động cơ chạy ấm, bình 2 và 10 thông nhau, mở van b để hỗn hợp nhiên liệu J-D chảy vào bình 9 để bắt đầu sấy. Quan sát nhiệt kế 3, nếu nhiệt độ hỗn hợp đạt yêu cầu ≥ 800C thì xoay van 6 để động cơ làm việc với nhiên liệu thay thế. Nếu nhiệt độ quá cao thì mở van a và c.
Hình 2.7: Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy bằng khí xả; 1.Dòng khí xả; 2. Hỗn hợp nhiên liệu J-D trong bộ sấy; 3. Tay gạt;
4. Lọc nhiên liệu; 5. Ống dẫn dầu Diesel; 6.Van ba ngã;
7. Nhiên liệu đến BCA; 8. Buồng sấy; 9. Quạt hút khí xả; 10. Nhiệt kế; 11. Calorific; 12. Cửa gió; 13.Đường khí xả vào;
14.Van điều chỉnh lưu lượng khí xả; 15.Khí xả; 16 .Khí xả từ động cơ; 17.Khí xả ra khỏi buồng sấy.
2.6.2.2 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy bằng khí xả.
Nguyên lý hoạt động
Khi khởi động, mở van ba ngã (6) để dầu diesel đến bơm cao áp. Quạt hút (9) làm việc hút khí xả vào buồng sấy (8). Calorific (4) có tác dụng làm nóng khi khí xả chưa đủ nhiệt độ. Quan sát nhiệt kế (10), nếu nhiệt độ hỗn hợp đạt yêu cầu ≥ 800C thì xoay van (6) để động cơ làm việc với nhiên liệu thay thế.
Hình 2.8: Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy điện ắc qui. 1. Két hỗn hợp nhiên liệu J-D; 2. Van phao; 3. Bộ sấy; 4. Lọc thô; 5. Lọc tinh; 6. Dầu đến BCA; 7. Động cơ; 8. Máy phát; 9. Tiết chế;
10. Ắc qui; 11. Bộ điều khiển; 12. Que đun; 13. Cảm biến nhiệt
2.6.2.3 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy điện ắc qui
Nguyên lý hoạt động
Trên bộ điều khiển (11) cài mức thang nhiệt độ (80±2)0C. Khi đóng cầu dao điện, bộ sấy hoạt động, nhiệt từ que đun (12) sấy nóng hỗn hợp nhiên liệu J-D báo qua nhiệt kế. Khi nhiệt độ dầu đạt mức yêu cầu, cảm biến (13) truyền tín hiệu đến bộ điều khiển (11) ngắt điện que đun.
Khi nhiệt độ xuống thấp, bộ điều khiển (11) sẽ đóng điện cho que đun gia nhiệt cho hỗn hợp.
Van phao tự cấp và ổn định mức nhiên liệu trong bộ sấy.
2.6.2.4 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy điện xoay chiều:
Sơ đồ bố trí và nguyên lý hoạt động tương tự như đối với bộ sấy điện một chiều nhưng không có bộ tiết chế và ắc qui. Dòng diện được truyền trực tiếp từ máy phát xoay chiều tới que đun.
2.6.3 Kết luận:
Như vậy để đưa hỗn hợp nhiên liệu J-D vào sử dụng cho động cơ diesel cần phải có những cải tiến nhất định đối với hệ thống nhiên liệu, bên cạnh đó cần có biện pháp sấy nóng nhiên liệu phù hợp với từng điều kiện sử dụng đồng thời phải đồng thể hóa hỗn hợp nhiên liệu như đã niêu trên để hoàn thiện quá trình cháy trong động cơ diesel. Cụ thể là:
2.6.3.1 Hệ thống nhiên liệu thay thế cho trạm diesel-máy phát điện và động cơ chính tàu thủy: và động cơ chính tàu thủy:
Đối với các động cơ cỡ lớn có các hệ thống phục vụ chuyên biệt như trên các tàu lớn hay các trạm diesel-máy phát điện thì có thể áp dụng phương pháp pha và gia nhiệt tự động (hình 2.9):
Nguyên lý hoạt động của hệ thống: Mọi thông tin, tín hiệu xuất nhập điều qua trung tâm điều khiển ECU (3). Ở đây các chế độ gia nhiệt cũng như thành phần của hỗn hợp J-D sử dụng đều được nhập từ bàn phím. Các cảm biến lưu lượng C1,C2 lấy tín hiệu lưu lượng của dầu diesel từ két diesel (1) và Jatropha (2) từ két đưa về ECU, sau khi các tín hiệu được sử lý ECU phát tín hiệu cho phép đóng mở các van V1,V2 để hỗn hợp nhiên liệu sau các van đạt tỉ lệ yêu cầu. Hỗn hợp nhiên liệu tạo thành tiếp tục chảy về két khuấy trộn và gia nhiệt (4). Tại đây hỗn hợp nhiên liệu được khuấy đều bởi bộ trộn(5) đồng thời được gia nhiệt bởi thiết bị gia nhiệt (6). Vận tốc khuấy trộn và nhiệt độ sấy được điều khiển trực tiếp bởi ECU với tín hiệu nhiệt độ được lấy từ cảm biến nhiệt C3. Nhiên liệu sau khi được khuấy đều và gia nhiệt được cấp vào động cơ.
Vấn đề đặt ra ở đây là kết cấu của các cánh khuấy trộn được thiết kế sao cho hỗn hợp nhiên liệu được khuấy đều thành một thể tương đối đồng nhất, sau đó dùng thiết bị đồng thể hóa kiểu thủy động để khắc phục hiện tượng phân lớp (tách pha) nhằm tăng chất lượng quá trình cháy của động cơ diesel.
Để giảm chi phí năng lượng cho hệ thống nhiên liệu mới cũng như tận dụng triệt để nguồn nhiệt của động cơ diesel trên các tổ diesel-máy phát điện,
Hình 2.9: Hệ thống pha trộn và gia nhiệt tự động cho hỗn hợp nhiên liệu J-D. 1,2_Các két dầu; 3_Trung tâm điều khiển ECU;
4_Két khuấy trộn và gia nhiệt; 5_Bộ trộn; 6_Thiết bị gia nhiệt; C1,C2_Cảm biến lưu lượng; C3_Cảm biến nhiệt độ;
Hình 2.10: Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu bằng bộ sấy khí xả cho các tổ diesel-máy phát điện công suất lớn ;
1.Dòng khí xả; 2. Hỗn hợp nhiên liệu J-D trong bộ sấy; 3. Tay gạt; 4. Lọc nhiên liệu; 5. Ống dẫn dầu Diesel; 6.Van ba ngã;
7. Nhiên liệu đến BCA; 8. Buồng sấy; 9. Quạt hút khí xả; 10. Nhiệt kế; 11. Calorific; 12. Cửa gió; 13.Đường khí xả vào;
14.Van điều chỉnh lưu lượng khí xả; 15.Khí xả;
các tàu công suất lớn có thể tận dụng nhiệt khí xả để sấy nóng hỗn hợp nhiên liệu. Hệ thống được bố trí như hình như đã giới thiệu ở mục 2.6.2.2.
2.6.3.2 Hệ thống nhiên liệu thay thế cho động cơ ôtô:
Vì đặc trưng không gian bố trí của ô tô nhỏ nên các thiết bị sử dụng trên ô tô luôn đòi hỏi phải gọn nhẹ nhất có thể. Do đó giải pháp đưa ra là sử dụng bộ phối trộn tự động và sấy nóng hỗn hợp nhiên liệu thay thế bằng nguồn điện một chiều của máy khởi động.
Hình 2.11: Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu với bộ sấy bằng nguồn điện một chiều.
1. Két hỗn hợp nhiên liệu J-D; 2. Van phao; 3. Bộ sấy; 4. Lọc thô; 5. Lọc tinh; 6. Dầu đến BCA; 7. Động cơ; 8. Máy phát; 9. Tiết chế; 10. Ắc qui; 11. Bộ điều khiển; 12. Que đun; 13. Cảm biến nhiệt.
Khi đó két nhiên liệu diesel ban đầu của ô tô được thay thế bằng hai két nhiên liệu diesel và Jatropha mới với tỉ lệ thích hợp (phải bảo đảm 22,5%J).
2.6.3.1 Hệ thống nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel dùng trong nông nghiệp: nông nghiệp:
Các máy nông nghiệp thông thường là các máy nhỏ, không có các hệ thống phục vụ chuyên biệt. Do đó hỗn hợp nhiên liệu được pha sẵn theo qui mô công nghiệp bằng bộ phối trộn tự động (hoặc bằng tay tùy vào điều kiện sử dụng) và được gia nhiệt bằng nước làm mát.
Hình 2.12: Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu cho các động cơ diesel dùng trong nông nghiệp với bộ sấy bằng nước làm mát.
1.Két nước ngọt dự trữ; 2.Két nước làm mát động cơ; 3. Nhiệt kế; 4. Đường dầu Diesel; 5. Nhiên liệu đến BCA; 6. Van 3 ngã; 7. Lọc tinh; 8. Cần gạt; 9. Bình chứa hỗn hợp nhiên liệu J-D; a,b,c: Các van;
10. Bình chứa nước nóng; 11. Phao tự cấp hỗn hợp nhiên liệu; 12. Phao tự cấp nước; 13.Két dự trữ hỗn hợp nhiên liệu.
Như vậy hệ thống nhiên liệu được trang bị trên các động cơ diesel phục vụ nông nghiệp là hệ thống nhiên liệu song song. Khi nhiệt độ nước làm mát còn thấp chưa sấy nóng hỗn hợp nhiên liệu được thì sử dụng hệ thống nhiên liệu DO sau đó khi nhiên liệu thay thế đạt đực mức nhiệt độ cho phép 800 thì chuyển sang sử dụng nhiên liệu thay thế.
Hâm nóng và chạy nhiên liệu thay thế
- Khởi động và chạy ấm động cơ bằng dầu diesel, tốc độ quay: (1.000 -1.600) v/ph
+ Nhiệt độ nước ngọt: (75-90)0C + Nhiệt độ dầu bôi trơn: (60-70)0C
- Sấy nóng nhiên liệu thay thế, nhiệt độ sấy: (78 ÷ 82)0C - Cắt dầu diesel, chuyển động cơ sang sử dụng nhiên liệu mới
Với điều kiện hiện có ở phòng thí nghiệm động cơ thì giải pháp tạo mẫu thí nghiệm được chọn là: hỗn hợp nhiên liệu được pha bằng tay và gia nhiệt bằng nguồn điện xoay chiều.
2.6.4 Quy trình vận hành động cơ với nhiên liệu thay thế:
Chuẩn bị khởi động động cơ
- Chuẩn bị nhiên liệu - Chuẩn bị động cơ
Dừng động cơ
- Cắt tải, đóng van nhiên liệu thay thế.
- Chạy nguội động cơ theo qui định bằng dầu diesel, tốc độ quay: (1.600 -1.000) v/ph
Mắc phụ tải động cơ
- Đóng tải, cho động cơ làm việc với tải thấp; - Nâng dần tải của động cơ đến công suất sử dụng
2.6.4.1 Chuẩn bị khởi động động cơ
- Cấp nhiên liệu diesel và nhiên liệu dầu thực vật vào các két độc lập của hệ thống chuẩn bị nhiên liệu.
- Xả gió hệ thống nhiên liệu.
- Chuẩn bị các hệ thống khác của động cơ theo qui định.
2.6.4.2 Hâm nóng và chạy nhiên liệu thay thế
- Khởi độngđộng động cơ bằng dầu diesel.
- Chạy ấm động cơ theo qui định: không tải, nâng dần tốc độ từ (1.000 - 1.600) v/ph, đồng thời sấy nóng nhiên liệu thay thế đến khoảng 80oC.