Động cơ 4JA1-TC sử dụng hệ thống tăng âp bằng Turbo khí thải RHF4, Turbo do
Hêng Ishikawajima-Harima sản xuất. Cụm Turbo tăng âp bao gồm một Tuabin
dạng hướng kính vă một Mây nĩn dạng li tđm.
3.2.1. Sơ đồ bố trí hệ thống tăng âp trín động cơ 4JA1-TC:
a. Sơ đồ bố trí:
1 2 3 4 5 6 7 89 9
14 13 12 11 10
Hình 3 – 6 Sơ đồ bố trí hệ thống tăng âp trín động cơ (tham khảo)
1- Bầu lọc; 2- Ống nạp trước mây nĩn; 3- Động cơ; 4- Ống thải;5- Ống dẫn khí nạp văo bầu âp suất; 6- Ống nạp sau mây nĩn;7- Cụm Tuabin-Mây nĩn; 8- Bầu âp suất; 9- Van xả; 10- Trục khuỷu; 11- Piston; 12- Xilanh; 13- Xupâp nạp; 14- Xupâp thải
b. Nguyín lý lăm việc:
Khí thải từ động cơ 3 khơng thải trực tiếp ra mơi trường mă tiếp tục theo đường ống 4 đi văo khoang tuabin vă lăm quay tuabin của cụm TB-MN tăng âp, do kết cấu đồng trục nín khi tuabin quay lăm mây nĩn quay theo. Mây nĩn hút khơng khí từ mơi trường qua bầu lọc 1, theo đường ống 2 qua cửa nạp văo mây nĩn, nĩn khơng khí cĩ âp suất P0 (âp suất khí trời) lín đến âp suất Pk vă nạp văo động cơ trong mỗi chu trình cơng tâc.
Ø44 44 Ø 38 .4 15 E 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 C A B D 3 2 1 14 9 173 Ø 34 Ø 30 .4 Ø32 Ø 8 Ø5
Hình 3 – 7 Kết cấu tổng thể cụm Tua bin-Mây nĩn RHF4
1- Vỏ tuabin; 2- Cânh tuabin; 3,9- Xĩc măng lăm kín tuabin; 4-Vịng cùm; 5- Âo nước lăm mât;6- Ống đỡ trục TB-MN; 7- Vịng lăm kín; 8- Vỏ mây nĩn; 10- Cânh mây nĩn; 11- Í cu ; 12 - Mặt bích; 13,14 – Bạc chặn; 15- Vỏ giữa A- Khí thải động cơ ra khỏi tuabin; B- Khí nạp văo mây nĩn;
C- Khí nạp văo động cơ; D- Đường dầu bơi trơn văo; E- Đường ra dầu bơi trơn
* Nguyín lý lăm việc của cụm tuabin- mây nĩn:
Khí xả của động cơ đi văo khoang tua bin vă âp lực của nĩ lăm cho câc cânh tuabin 2 quay. Do cânh tuabin vă cânh mây nĩn 3 gắn đồng trục nín ở khoang mây nĩn câc cânh mây nĩn sẽ hút khơng khí từ bín ngoăi văo vă nĩn lăm tăng âp lực của khơng khí rồi dẫn văo câc xi lanh. Khí xả được dẫn ra ở cửa thôt A của cụm tăng âp để ra ngoăi khơng khí.
3.2.2.1. Tuabin RHF4: a. Nguyín lý lăm việc:
Tua bin trong bộ Turbo tăng âp RHF4 lă loại hướng kính, nĩ như một động cơ (nguồn động lực) dùng để chuyển năng lượng của sản vật chây cĩ âp suất vă nhiệt độ nhất định thănh cơng cơ học dẫn động mây nĩn khí. Sản vật chây với âp suất PT = 0,14 [MN/m2], nhiệt độ TT = 1344,5 [oK] vă tốc độ CT = 95,08[m/s] đi văo vỏ tua bin tới vănh miệng phun. Trong miệng phun một phần âp năng của sản vật chây được chuyển thănh động năng. Ra khỏi miệng phun dịng khí đi theo hướng α1 = 150, lúc năy âp suất sản vật chây từ PT giảm xuống P1 = 0,0924 [MN/m2], nhiệt độ từ TT giảm xuống T1 = 1326[oK] đồng thời tốc độ dịng khí từ CT tăng lín C1 = 202,18 [m/s]. Với tốc độ C1 = 202,18 [m/s] dịng khí đi văo bânh cơng tâc đang quay theo
tốc độ U1 = 51,34 [m/s], tạo nín tốc độ tương đối W1 = 153,17 [m/s] của dịng khí văo rênh của bânh cơng tâc. Sản vật chây tiếp tục giản nở trong rênh thơng chuyển từ hướng kính sang dần hướng trục, truyền động năng cho câc cânh để chuyển thănh cơng lăm quay bânh cơng tâc. Khi ra khỏi bânh cơng tâc, sản vật chây cĩ âp suất P2 = 0,102 [MN/m2], nhiệt độ T2 = 1325,4 [oK], tốc đơ tuyệt đối C2 = 131,83 [m/s] của dịng khí từ bânh cơng tâc đi ra bằng vectơ của tốc độ tương đối W2 = 157,17 [m/s] vă tốc độ theo U2 = 51,34 [m/s]. Do một phần động năng của dịng khí đê chuyển thănh cơng của bânh cơng tâc, nín C2 nhỏ hơn C1 nhiều. Động năng do C2 của dịng khí từ bânh cơng tâc đi ra khơng được sử dụng lại mă bị tổn thất gọi lă tổn thất tốc độ dư. b. Đặc điểm cấu tạo vă nhiệm vụ của câc bộ phận chính của tuabin:
+ Vỏ tua bin: 52 40 33 9 53 10 10 28 Ø 64 Ø 84 Ø 68 Ø 62 Ø 49 Ø 44 1.25 1.25 1.2 5 2 Hình 3 – 8 Kết cấu vỏ tuabin RHF4
Vỏ của tua bin RHF4 khơng lắp cânh, vỏ tua bin luơn tiếp xúc với khí xả động cơ cĩ nhiệt độ cao nín nĩ được chế tạo bằng gang hợp kim chịu nhiệt.
Do vỏ của tua bin RHF4 khơng lắp cânh nín cấu tạo rất đơn giản, kích thước vă khối lượng nhỏ nhờ đĩ giảm được giâ thănh của Turbo.
Do vănh tăng âp cĩ tiết diện giảm dần từ cửa văo đến cửa ra nín tổn thất lưu động ít do đĩ lăm tăng hiệu suất của tua bin.
Tuy nhiín với kết cấu vỏ khơng lắp cânh thì địi hỏi nhă sản xuất phải cĩ trình độ cao về mặt thiết kế vă kỹ thuật chế tạo.
Ø34 34 Ø44 Ø8 Ø 15 .4 11 Ø 13 Ø5 20 9 4 11.5 13 9 37.5 10 4 3 2 1 Ø34 3.5 1.8 40°10° 2 1 7.5 2 2 1.25 2
Hình 3 – 9 Kết cấu cânh vă trục tua bin RHF4
1- Cânh tua bin; 2- Xĩc măng; 3- Rênh dầu; 4- Trục tua bin
+ Bânh cơng tâc tua bin RHF4 dạng hình sao gồm cĩ 9 cânh dẫn phđn bố đều trín đĩa quay tạo nín câc rênh thơng nhỏ hướng kính, đường kính ngoăi Φ = 44 (mm) vă đường kính trong Φ = 34 (mm) vă được đúc liền với trục tua bin. Lă chi tiết rất quan trọng của tua bin, luơn hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao, tốc độ lớn, liín tục nhận lực xung của sản vật chây cĩ tính ăn mịn mạnh nín bânh cơng tâc lă chi tiết chịu tâc dụng lớn nhất về lực, nhiệt, dao động vă ăn mịn trong tuabin nín nĩ được chế tạo từ thĩp hợp kim chịu nhiệt.
+ Trục tua bin RHF4 được đúc liền với cânh tua bin, nĩ cĩ tâc dụng dẫn động mây nĩn quay theo tua bin. Vì tốc độ quay của trục tua bin rất lớn từ (20000 ÷ 60000) v/ph nín giữa trục vă bạc lĩt, ống lĩt phải được bơi trơn bằng dầu cấp từ động cơ. + Bạc lĩt, bạc chặn, ống lĩt trục tua bin RHF4: 1 2 8 5 13 4 1 1 0 8 5 1 2 2 1.1
204 4 R2.5 R22 1.2 R3 0.4 8 2 20 1.5 6 6 3 8.5 16 R4 9 9 14 3 6 30 1 8 4 1.5 3 14 Ø 2 2 2 5 Ø 3 R9 (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Hình 3 – 10 Kết cấu bạc lĩt, bạc chặn, ống lĩt trục vă chốt định vị tua bin RHF4 Do cânh tua bin vă cânh mây nĩn của turbo RHF4 quay ở tốc độ rất cao nT = 28646 (v/ph) nín câc bạc lĩt, bạc chặn được chế tạo bằng thĩp hợp kim vă được lắp theo kiểu lắp lỏng hoăn toăn (bạc bơi) để đảm bảo hấp thụ câc rung động từ trục, bơi trơn trục vă bạc. Câc ổ bạc năy được bơi trơn bằng dầu động cơ vă quay tự do giữa trục vă vỏ để trânh kẹt ở tốc độ cao. Ống lĩt trục thì được cố định bằng chốt định vị nhằm trânh cho đường dầu khơng bị tắt.
Dầu động cơ khơng bị rị rỉ nhờ câc xĩc măng lăm kín dầu lắp trín trục. c. Đặc tính của tua bin (TB) RHF4:
Đường đặc tính của TB RHF4 biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng của khí xả với tỉ số giên nở của nĩ ở câc số vịng quay khâc nhau của rơto TB. Dịng chảy qua TB tuđn theo câc quy luật sau:
- Nếu âp suất đầu văo khơng đổi, lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ giảm. - Năng lượng trong một đơn vị khối lượng khí lă hăm số của nhiệt độ vă âp suất. - Tốc độ của TB lă hăm số của tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến của dịng khí).
Hình 3 - 11 giới thiệu đặc tính của TB RHF4, trục hoănh được biểu diễn bằng
đại lượng g T g P n m
nhằm loại trừ ảnh hưởng của âp suất vă tốc độ vịng quay đến đặc
tính của TB ứng với câc số vịng quay của nĩ được biểu diễn qua đại lượng
g T
T n
. Nếu lưu lượng khối lượng mg của khí xả lă khơng đổi mă nhiệt độ giảm thì lưu lượng thể tích giảm vă do đĩ âp suất của khí xả giảm lăm cho tỉ số giản nở cũng giảm theo. Trong trường hợp đĩ câc điểm lăm việc của TB sẽ lă A,B,C,D.
Khâc với mây nĩn, đối với Tuabin RHF4 khơng tồn tại vùng lăm việc khơng ổn định. 2 1 1,5 δT 2,5 A B C D nT Tg Const nT=Const Pg mg.nT 2 1,5 Tg giảm
Hình 3 – 11 Đặc tính của Tua bin RHF4
Đặc tính của TB RHF4 cịn cho thấy mg lă hăm số của độ giên nở nín tốc độ của tua bin nT sẽ tăng khi âp suất đầu ra giảm- tức nếu tăng độ cao lăm việc của thiết bị (cột âp lăm việc) mật độ khơng khí giảm (khối lượng riíng của khơng khí giảm) nín mg cũng giảm theo.
Ø14 14 Ø2 7 Ø14 8 Ø 44 Ø 52 Ø 76 Ø9 20 9 2 11 Ø 12 Ø 16 Ø 46 Ø 68 Ø 60 Ø 84 Ø 2 54° Ø1.6 10 2 1.25 1.25 1.25 1.2 5
Hình 3 – 12 Cấu tạo vỏ giữa Turbo RHF4
1- Âo nước lăm mât; 2- Đường dầu bơi trơn D- Đường dầu văo; E- Đường dầu ra
Vỏ giữa lă bộ phận rất quan trọng của turbo RHF4, nĩ được đúc bằng gang hợp kim. Vỏ giữa lă nơi bố trí hệ thống lăm mât vă hệ thống bơi trơn cho turbo.
+ Nước lăm mât động cơ theo câc đường ống đi đến âo nước lăm mât turbo, sau khi đi qua câc âo nước năy để lăm mât turbo, nước lăm mât lại tiếp tục theo đường ống về kĩt nước lăm mât động cơ.
+ Tương tự, dầu bơi trơn cũng theo câc đường ống đến bơi trơn cho turbo. Sau khi đến cửa dầu văo, dầu bơi trơn được chia thănh 2 nhânh để theo câc đường ống khoan trong vỏ giữa Φ = 2 (mm) để đi đến bơi trơn cho trục tuabin, ống lĩt, bạc chặn. Sau khi bơi trơn bạc chặn, dầu bơi trơn lại tiếp tục theo lỗ khoan Φ = 1,2 (mm) trong bạc chặn năy để đi đến bơi trơn cho câc bạc lĩt. Cuối cùng dầu bơi trơn lại về khoang trống phía trong vỏ giữa để theo đường ống trở về cạc te dầu của động cơ.
Ngoăi ra, vỏ giữa cịn lă nơi để bố trí trục tuabin, câc bạc lĩt, ống lĩt, bạc chặn vă chốt định vị nhằm trânh khơng cho ống lĩt trục quay theo trục tua bin.
3.2.2.3. Mây nĩn RHF4:
Mây nĩn lắp trong bộ turbo RHF4 lă loại mây nĩn ly tđm, nĩ cĩ tâc dụng chuyển năng lượng cơ khí thănh năng lượng của dịng chảy trong mây nĩn, dựa văo tâc dụng lực ly tđm để tăng âp cho khơng khí từ âp suất P0 bằng âp suất khí trời lín âp suất Pk vă lăm cho khơng khí cĩ lưu lượng Gk từ phần khơng gian năy qua phần khơng gian khâc.
Mây nĩn RHF4 được dẫn động quay từ tua bin, lợi dụng văo chuyển động quay đĩ để truyền cơng cơ học cho khơng khí tạo nín lực quân tính ly tđm của câc phần tử khí, lăm cho khơng khí chuyển động từ phần năy sang phần khâc của dịng chảy trong rênh của một bânh cơng tâc. Khi đi ra khỏi bânh cơng tâc khơng khí cĩ âp suất vă tốc độ cao tạo nín độ chđn khơng cục bộ ở trước miệng văo của bânh cơng tâc (bị hút văo). Quâ trình cứ tiếp tục khi khơng khí đi văo vănh tăng âp. Do tiết diện lưu thơng tăng dần nín một phần động năng biến thănh âp năng lăm cho khơng khí được giảm tốc vă tăng âp suất. Sau đĩ khơng khí tiếp tục văo trong vỏ xoắn ốc. Khi đĩ âp suất tăng cao vă nhiệt độ tăng cao đi văo xilanh động cơ để tăng âp cho động cơ.
b. Đặc điểm cấu tạo vă nhiệm vụ của câc bộ phận trong mây nĩn RHF4: + Vỏ mây nĩn RHF4: 8 21 R2 R3 26 20 10 27 32 4 12 Ø 98 Ø 118 Ø 86.4 Ø 60.4 30 4.5 56 Ø 52 37 7 Ø 38.4 1.25 1.25 2 1.25
Hình 3 – 13 Cấu tạo vỏ mây nĩn Turbo RHF4
Vỏ mây nĩn RHF4 được đúc bằng hợp kim nhơm. Bín trong cĩ bânh cơng tâc lắp đồng trục với bânh cơng tâc của tua bin khí. Bânh cơng tâc được bắt chặt văo trục rơto của tua bin khí bằng ícu. Khi rơto của tuabin quay, truyền chuyển động cho bânh cơng tâc của mây nĩn, bânh cơng tâc mây nĩn sẽ truyền động năng cho dịng
khí văo mây nĩn. Khơng khí ra khỏi bânh cơng tâc của mây nĩn, văo vănh tăng âp, rồi tiếp tục văo buồng xoắn trước khi đi văo xilanh động cơ.
Đường ống cửa văo: Dùng để dẫn hướng khơng khí đi văo bânh cơng tâc, đảm bảo dịng khí phđn bố đều ít bị cản. Đường ống cửa văo trong hệ thống tăng âp của động cơ 4JA1-TC cĩ dạng ống hướng trục, như vậy dịng khí sẽ được hút văo bânh cơng tâc theo hướng trục. Sử dụng ống dạng năy do cĩ ưu điểm: Đơn giản, gọn găng đảm bảo dịng khí văo đủ vă ít bị cản.
+ Bânh cơng tâc: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
252.3 2.3 50° 15 Ø 50 Ø5 Ø 30 .4 Ø 11 3 3.7 0.8
Hình 3 – 14 Cấu tạo bânh cơng tâc mây nĩn RHF4
Bânh cơng tâc mây nĩn RHF4 được chế tạo từ hợp kim nhơm, nĩ cĩ dạng hình sao gồm cĩ 6 cânh dẫn phđn bố đều trín đĩa quay tạo nín câc rênh thơng nhỏ hướng kính với đường kính ngoăi Φ = 50 (mm) vă đường kính trong Φ = 30,4 (mm).
Đđy lă chi tiết quan trọng nhất của mây nĩn, kết cấu gồm 2 phần: bânh dẫn hướng vă bânh lắp câc cânh. Bânh dẫn hướng cĩ nhiệm vụ chuyển dịng khí từ hướng trục sang hướng kính, rồi trong bânh lắp câc cânh, dịng chảy đi từ trong ra ngoăi. Cơng dẫn động mây nĩn được truyền cho khơng khí trong câc rênh cânh lăm tăng âp suất, nhiệt độ vă tốc độ dịng khí tại đđy. Bânh cơng tâc của bộ tăng âp năy cĩ dạng nửa hở, nín tổn thất lưu động nhiều hơn so với kiểu kín, cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, độ cứng vă cường độ đều tốt.
Vănh tăng âp: Vănh tăng âp mây nĩn RHF4 dạng khơng cânh, cấu tạo đơn giản, dễ thích nghi khi thay đổi chế độ lăm việc, tuy nhiín hiệu suất khơng cao khoảng 0,8. Vỏ xoắn ốc: Lă nơi tập trung khí nĩn, trín mây nĩn RHF4, vỏ năy nĩ cĩ dạng hình trịn, tiết diện ngang của vỏ tăng dần theo chu vi nín phù hợp với quy luật chuyển động của dịng khí trong vỏ dẫn đến tổn thất lưu động ít.
Cơ sở để thănh lập đặc tính cung cấp khí cho mây nĩn ly tđm lă phương trình Euler. Phương trình năy cho phĩp thiết lập mối quan hệ giữa cơng cung cấp của mây nĩn cho 1 kg khí đi qua bânh cơng tâc như sau:
) / ( , 1 1 2 2C U C Nm kg U m L h u u k lt = = ± (3.1) Trong đĩ:
L- Cơng cung cấp tương ứng với lượng khí mk (kg); U1, U2- Tốc độ vịng ở cửa văo vă cửa ra;
C1u, C2u- Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến; hlt- Cơng lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí;
Cơng thức (3.1) trín mang dấu “–“ khi α <900 vă mang dấu “+” khi α >900.