- Bình chứa gas lỏng phải được chế tạo bằng vật liệu bền,chịu được va đập và có dạng hình trụ nằm ngang.
- Bình chứa gas lỏng phải đảm bảo chất lượng kỹ thuật khi nhiệt độ và áp suất trong và ngoài thay đổi .
- Kết cấu bình chứa gas lỏng phải được bố trí phù hợp với van vào ,van ra và các thiết bị phụ trợ khác .
- Đảm bảo yêu cầu kỹ thuật.
- Đảm bảo các yêu cầu thao tác sử dụng dễ dàng. - Phải đảm bảo tính kinh tế và công nghệ phù hợp.
- Phù hợp với các tiêu chuẩn của các nhà cung cấp gas lỏng.
3.2 Xác định kích thước của bình chứa.
1.yêu cầu đặt ra
- Việc xác định kích thước của bình chứa gas lỏng phụ thuộc vào các yếu tố sau :
-Phụ thuộc yêu cầu dự trữ cần thiết để có thể hoạt động được sau một khoảng hành trình xe chạy nhất định
- Không gian lắp đặt bình chứa gas lỏng , theo sự lựa chọn các phương án lắp đặt thì tối ưu nhất ở dưới hàng ghế phía sau cùng , do đó phụ thuộc vào kích thước của không gian đặt bình :
Dài x Rộng x Cao
- Bảo dưỡng sửa chữa bình chứa, việc cung cấp gas lỏng phải được dễ dàng thuận tiện.
Do yêu cầu , mục đích sử dụng và mục đích của đề tài tốt nghiệp là thiết kế cho xe Ford Transit chạy song song cả hai loại nhiên liệu là xăng và gas
lỏng mà xe không có khoang trống lớn nên bình gas lắp đặt trên xe không được quá lớn sẽ làm ảnh hưởng đến không gian trong xe làm mất đi một số chức năng của xe .
2, Xác định kích thước
Tính lượng gas tiêu thụ trong 1 giờ :
Với động cơ xe Ford transit dung tích xi lanh là 2 lít tốc độ quay tối đa là 5950 vòng/phút mức tiêu thụ nhiên liệu gas là 10 (m3/h) . Nhưng trong thực tế không phải động cơ lúc nàocũng hoạt động ở mức tối đa mà chỉ hoạt động ở công suất lớn nhất là 2700vòng/phút vậy lượng hỗn hợp cần tiêu thụ trong 1 giờ là : .0.85 137,7( ) 1000 . 2 2700 . 60 . 2 3 h m Vhh = =
Lượng gas tiêu thụ trong 1 h là Vgas = 137,7.0,033 = 4,544 ( )
3
h m
Trong 1 giờ lượng gas tiêu thụ hết 4,544 ( )
3
h m
= 4544 (lít)
Trong đó 1kg gas lỏng có thể tích là 1,8 lít , một lít gas lỏng có thể tích là 242 lít ở thể khí
Trong 1 giờ lượng gas lỏng tiêu thụ là Vgas lỏng = 18,77 242
4544
= (lít)
Ta phải thiết kế bình gas sao cho xe chạy được khoảng 3giờ vì vậy lượng gas tiêu thụ trong 3giờ là : V= 18,77.3 = 56,31 (lít).
Bình gas chỉ được phép nạp đầy là 85 % thể tích dung tích bình chứa là Vbình= 85 , 0 31 , 56 = 66,24 (lít) Bình gas cần thiết kế có thể tích là 66 lít .
Do điều kiện bình gas đặt ở dưới gầm ghế cho nên đường kính của bình gas không được quá lớn chọn đường kính của bình là : D = 320 mm.
Tương ứng chiều dài của bình gas là :L = 850 mm
Hình 3.1 Kích thước bình chứa Tính độ dày của lớp vỏ bình
Áp suất bình gas bình thường là 13÷14 KG/cm2 và khi áp suất trong bình lên đến 16 KG/cm2 thì van an toàn phải xả để đảm bảo bình chứa . Nhưng trong kỹ thuật sản xuất bình chứa gas lỏng thì bình phải được thử nghiệm với áp suất là 28 KG/cm2 ,vậy trong thiết kế ta phải chế tạo bình chịu được áp suất là 28 KG/cm2 Pb : Áp suất khí quyển Pb = 10,13 N/cm2 Pa : Áp suất trong bình Pa = 28.10 = 280 N/cm2 t : Độ dày của bình
Hình 3.2 Kết cấu bình chứa gas lỏng Pb t Pa Pb L
Theo sức bền vật liệu với bình chịu áp suất cao bên trong : Bình bị kéo dọc trục một lực P p = pa. π.a2 – pb.π.b2 Ứng suất kéo dọc trục : σz = ) .(b2 a2 P − π = .( ) . . . . 2 2 2 2 a b b p a pa b − − π π π
Trong đó b : Bán kính ngoài của bình b = 16 cm a : Bán kính trong của bình a = ( 16- t ) cm Ứng suất do lực ngang gây ra là :
22 1 r C C t = − σ Trong đó: r = a 2 2 2 2 2 1 . . a b b p a p C a − − = 2 2 2 2 2 . ) ( a b b a p p C a b − − − = Chọn vật liệu làm bình là Thép hợp kim có [σ] = 800 N/mm2
Giải ra ta được t = 6 mm chiều dày của bình là 0,006 (m) Bình gas lỏng có chiều dài là L = 850 mm
chiều dài thân bình L1 = 750 mm đường kính là D = 320 mm độ dày thành bình là t = 6 mm
hai đầu là hai chỏm cầu bán kính cầu là Rc = 210(mm) bán kính đáy là bán kính bình gas r = D/2 = 160(mm) chiều cao chỏm cầu là h = 50 (mm)
bình gas được hàn 4 chân để lắp đặt lên khung và cố định bình không bị dịch chuyển khi xe chuyển động .
3, Tính thể tích bình chứa
Bình chứa có phần thân ở giữa là hình trụ có chiều dài L1=750 mm = 7,52dm
Đường kính là D= 320mm = 3,2 dm r = 1,6 dm
Hai đầu là hai chỏm cầu có bán kính chỏm cầu là R = 210mm = 2,1 dm chiều cao chỏm cầu h = 50 mm = 0,5 dm Thể tích của bình chứa V = Vthan +2.Vcau
V = π.r2.L1 + 2.(π.h.(R- 3 h )) = 3,14.1,62.7 + 2.(3,14.2,1.(2.1-0,5/3) V = 65,8 dm3 ≈66 (lít)
Chương IV THIẾT KẾ LẮP ĐẶT 4.1 Bố trí chung hệ thống ga lỏng trên ô tô .
- Sơ đồ bố trí chung hệ thông cung cấp nhiên liệu ga lỏng trên ô tô :
Hình 4.1 Sơ đồ chung hệ thống cung cấp nhiên liệu Trong đó : 1. Van nạp 2. Thùng xăng 3. Thùng xăng 4. Bầu lọc xăng 5. Van chính 6. Vòi phun xăng 7. Bộ hòa trộn 8. Bộ giảm áp
9. Cơ cấu định lượng 10.Bầu lọc khí
11. Bộ hoá hơi
12. Bảng đồng hồ kiểm tra 13. Van tiêu thụ
14. Van kiểm tra mức độ đầy 15. Van an toàn
Theo sơ đồ trên thì khí từ bình chứa đi theo ống dẫn qua van ,bộ hoá hơi và bình lọc vào bộ giảm áp, ở đây áp suất của khí được giảm tới áp suất làm việc và tiếp tục đi vào bộ hoà trộn khí. Hỗn hợp khí từ bộ hòa trộn khí đi vào các xi lanh của động cơ.
Bình chứa để khí gas hóa lỏng, chế tạo từ tấm thép bằng phương pháp hàn , ở bình chứa có lắp các van tiêu thụ hơi và khí lỏng, đồng hồ báo mức khí lỏng, van an toàn (van an toàn mở ra khi áp suất trong bình chứa 16 KG/cm2)
van nạp khí và van kiểm tra mức độ đầy của bình chứa khí hoá lỏng .Bình chứa chỉ nạp đầy khí hoá lỏng khoảng 85 % thể tích , còn phía trên của khí hoá lỏng có lớp hơi đệm.
Các van có cấu tạo giống nhau và chỉ khác nhau bởi số lượng và sự bố trí các đầu nối để nối các ống dẫn.
Bộ bốc hơi phục vụ để cho khí hoá lỏng bốc hơi và được bố trí ở ống xả hoặc đường nước nóng của két nước làm mát động cơ.
Bộ giảm áp dùng để giảm áp suất của khí hóa lỏng tới áp xuất làm việc và ngăn cản không khí đi vào bộ trộn khi động cơ không làm việc, bộ giảm áp hai cấp kiểu màng mỏng đòn bẩy có hai buồng .Trong buồng sơ cấp áp suất của khí giảm xuống đến 2,5 ÷3,0 KG/cm2 , trong buồng thứ cấp thì áp suất cao hơn áp xuất không khí chút ít (từ 10 – 12 mm của cột nước ). Các buồng ăn thông với nhau bằng các lỗ và các xupáp. Trong buồng sơ cấp có màng bằng vải tráng cao su , lò xo , đòn bẩy dạng trục khuỷu , xupáp, đầu nối cùng với bầu lọc,van an toàn, nắp và êcu điều chỉnh.Về mặt cấu tạo thì buồng thứ cấp giống buồng sơ cấp nhưng không có đầu nối cùng với bình lọc và van an toàn, nhưng có lắp thêm bộ giảm tải chân không , cơ cấu định lượng và van ngược.
Bộ định lượng hình côn kiểu đinh vít , gồm có vỏ với mặt bích, hình côn, bánh đà nhỏ và ống nối. Quay bánh đà nhỏ ra hoặc vào có thể điều
chỉnh chính xác vị trí vỏ với ổ và như vậy là điều chỉnh tiết diện thông qua của khí.
Bộ trộn khí phục vụ điều chế hỗn hợp khí ở những ôtô chạy gas , tạo ra hỗn hợp cháy cung cấp cho buồng đốt của động cơ.
Vì vậy ,có thể áp dụng hai phương án công nghệ bố trí hệ thống nhiên liệu LPG lên ô tô ở Việt Nam .
- Ô tô chỉ sử dụng duy nhất một loại nhiên liệu LPG :
Phương pháp này có ưu điểm là hệ thống nhiên liệu đơn giản ,việc bố trí hệ thống LPG dễ dàng và có thể tối ưu hóa hệ thống . Phương pháp này nên thực hiện tại các nhà máy sản xuất ,lắp ráp ô tô ,cho phép hạ giá thành chế tạo, thích hợp cho xe hoạt động trên các tuyến đường ngắn (Taxi ,xe buýt).
- Ô tô sử dụng song song xăng và LPG :
Phương pháp thích hợp cho giai đoạn đầu , khi thói quen sử dụng LPG cho ô tô chưa phổ biến, không cho phép đầu tư nhiều trạm nạp LPG.Nhược điểm quan trọng của phương án là xe bị tai nạn xăng dễ bị tràn ra khỏi bình gây bốc cháy và nếu thời gian cháy kéo dài sẽ kích động làm nổ bình LPG, gây nguy hiểm cho người sử dụng.
Trong đề tài “thiết kế lắp đặt hệ thống gas lỏng lên xe Ford Transit” , với “phần thiết bị thiết bị đóng mở an toàn và lắp đặt tổng thể” và sử dụng song song cả hai loại nhiên liệu xăng và gas thì hệ thống dùng nhiên liệu LPG bao gồm các chi tiết là :
- Bình chứa gas lỏng (Bình LPG) . - Bộ giảm áp – hóa hơi.
- Bộ hoà trộn. - Các van an toàn . - Các van điều khiển .
- Các cụm chính của hệ thống gas lỏng được thiết kế và chế tạo với thông số kỹ thuật phù hợp với xe ô tô Ford Transit. Trong điều kiện hiện nay công nghệ của Việt Nam chưa cao thì một số chi tiết đòi hỏi công nghệ cao thì ta phải nhập của nước ngoài phương án tối ưu là phải chọn các chi tiết sao cho hợp lý nhất cho việc lắp đặt
a, Bộ trộn :
- Thông số chính của bộ trộn là đường kính họng khuyếch tán,thông số này ảnh hưởng đến lưu lượng khí nạp và công suẩt động cơ. Bộ trộn chuẩn được chọn theo lưu lượng không khí cần thiết Vnap .
- Đối với động cơ bốn kì :
v h hh n V V η 1000 . 2 . 60 . max = (m2/h) Trong đó : - Vh : Thể tích công tác xi lanh .
- Vhh :lưu lượng không khí nạp yêu cầu. - nmax : Tốc độ cực đại của động cơ .
- µv : Hệ số nạp (hay còn gọi là hiệu suất thể tích) . Thường chọn : µ v = 0,80 ÷ 0,85.
- Trên thế giới có nhiều hãng chế tạo bộ trộn , trong đó có hãng IMPCO .Bộ trộn của hãng IMPCO dùng cho các loại động cơ có các thông số kỹ thuật sau: Model IMPCO 50 50- 100 100 112 575 200 225 425 Vnạp Max(inh3) 91 108 170 202 202 276 325 460
- Bộ này có chức năng chuyển đổi gas hoá lỏng sang trạng thái hơi trước khi đưa vào bộ trộn. Nó thường được chọn kèm theo bộ trộn.
c. Bình chứa gas hóa lỏng :
- Ở trạng thái lỏng ở các mức áp suất cho phép dung tích làm việc Vb của bình được chọn theo dung tích của thùng nhiên liệu xe nguyên thuỷ hoặc tính chọn lại theo quãng đường lớn nhất cho phép của xe theo thiết kế mới , theo như tính toán thì bình gas lỏng lắp trên xe Ford Transit có dung tích là 66 lít .
d. Các bộ phận khác trong hệ thống .
- Các van an toàn bình chứa ( van an toàn áp suất) ,van đường ống (van an toàn lưu lượng) , được chế tạo theo như đã tính toán .
- Vị trí lắp đặt bộ trộn gas hoá lỏng được đặt phía thượng lưu của bộ chế hoà khí.
4.2 Các yêu cầu khi lắp đặt hệ gas lỏng lên ôtô
Ở điều kiện và áp suất bình thường LPG tồn tại ở trạng thái hơi . Khi thiết kế lắp đặt trên ôtô thì LPG được hoá lỏng bằng cách nén vào bình chứa chịu áp lực và nhiệt độ bình thường . Do vậy LPG luôn ở trạng thái bão hoà , thiết lập một cân bằng lỏng – hơi nên với một tỷ lệ butan/propan nhất định áp suất LPG hoàn toàn phụ thuộc vào nhiệt độ mà không phụ thuộc vào lượng lượng LPG trong bình chứa . Khi nhiệt độ tăng , áp suất trong bình chứa tăng và ngược lại , xuất phát từ điều kiện trên nên khi lắp đặt hệ thống gas lỏng trên ôtô cần tránh nơi có nhiệt độ cao như gần động cơ ,gần ống xả .
LPG có độ nhớt rất thấp khoảng 0.3 cst ở 20oC do đó LPG lỏng có tính linh động cao ,có thể bị dò rỉ thẩm thấu mà nước và xăng không thể dò được nên trong thiết kế lắp đặt không được gần nguồn lửa ,nhất là khi lắp đặt trên xe Ford Transit thì lắp trong khoang xe nên gas không được phép dò ra ngoài gây ngạt cho hành khách .
vị trí lắp đặt phải thuận tiện cho công tác bơm và tiếp gas , phải dễ cho công tác lắp đặt và sửa chữa .
Vị trí lắp đặt này phải đảm bảo khối lượng gia công là nhỏ đảm bảo hiệu quả kinh tế .
Đảm bảo chắc chắn ,chịu được tải trọng động khi phanh đột ngột ,khi va đập và cả khi đâm nhau .
Không ảnh hưởng đến hình dáng của xe cơ sở , khoảng sáng gầm xe, đảm bảo khí động học .
4.3 Vị trí lắp đặt bình gas lỏng
Như đã trình bày ở chương 1 bình gas lỏng được lắp ở vị trí hàng ghế cuối cùng .Với hàng ghế cuối cùng thì ta có thể bỏ đi để làm khoang để hành lý hoặc nâng cao hàng ghế này lên rồi đặt lên bình gas ở dưới .
4.4 Tính toán lắp đặt
Khi lắp đặt hệ thống gas lỏng lên xe Ford Transit thì bình gas sẽ được đặt lên đế bình có hai đai gia cường , và 4 bu lông – đai ốc để giữ bình gas định vị với đế bình . Có bốn bu lông ở đế bình để giữ cho cả cụm lắp đặt không bị dịch chuyển trong quá trình ô tô chuyển động.
Kết cấu lắp đặt hệ thống gas Hình 4.2 kết cấu lắp đặt bình gas 1 : Đai giữ bình 2 : Bu lông đai ốc 3 : Bình gas 4 : Sàn xe 5 : Chân đế bình gas 6 : Bu lông đế 4 5 2 1 3 6
Chân đế có nhiệm vụ nâng đỡ bình chứa, giữ ở vị trí cân bằng nhất định cho bình chứa không bị dịch chuyển,không bị xoay khi có tải trọng động chân đế được hàn với đai và hàn với đế . Đế được hàn bởi hai thanh thép góc và thanh thép bản ,với thép góc cách đều (TCVN 1657 -75) có số hiệu là 5,chiều dày của bản 4 mm chiều cao của bản 60 mm, chiều dài của thép góc là 60 mm, thanh thép bản có chiều dài bằng 300 mm , bề rộng 60 mm chiều cao 15 mm. Đai giữ bình gas là thép thanh (tiết diện hình chữ nhật) , uốn lại gồm hai nửa :
+ Một nửa riêng
+ một nửa hàn với chân đế 1,Tính toán chân đế bình
Ta đi tính chân đế bình trong 3 trường hợp
+ Tính với tải trọng tác dụng thẳng đứng(nén đúng tâm) Tổng trọng lượng tác dụng lên chân giá là :
G = Gv + G gas + G đai
Trong đó :
G v :Trọng lượng bình gas Hình 4.3 Sơ đồ lực tác dụng lên đế bình Gv = σthep.2.π.r.t.L1 +σthep.2.V2cau = σthep.π.t.D.L1 + 2.t.σthep.2.π.R.h