Đăng ký Đăng nhập
Trang chủ Nghiên cứuảnh hưởng của trạng thái kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến quá trình c...

Tài liệu Nghiên cứuảnh hưởng của trạng thái kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến quá trình công tác của động cơ disesel hanshin6lu32

.PDF
75
438
138

Mô tả:

Nghiên cứuảnh hưởng của trạng thái kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến quá trình công tác của động cơ disesel hanshin6lu32
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu khoa học của riêng tôi, các tƣ liệu, số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chƣa từng đƣợc công bố trong bất cứ công trình nào khác. Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã đƣợc ghi rõ nguồn gốc Tác giả luận văn KS. Nguyễn Văn Kiên i LỜI CẢM ƠN Đƣợc sự giúp đỡ tận tình của thầy giáo TS. Phạm Xuân Dƣơng cùng các thầy cô và các bạn đồng nghiệp, tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp thạc sỹ đúng hạn. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy giáo hƣớng dẫn TS. Phạm Xuân Dƣơng và các thầy khác đã giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài này. Tuy nhiên do thời gian có hạn nên đề tài này khó tránh khỏi những sai sót nhất định. Kính mong đƣợc sự gúp đỡ của các thầy để đề tài của tôi hoàn thành tốt hơn. Xin chân thành cảm ơn! ii MỤC LỤC Lời cam đoan .............................................................................................................. i Lời cảm ơn................................................................................................................. ii Mục lục ..................................................................................................................... iii Danh mục các bảng ................................................................................................... v Danh mục các hình ................................................................................................... vi Mở đầu....................................................................................................................... 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ DIESEL ..................... 3 1.1. Hệ thống tăng áp diesel tàu thủy .................................................................... 3 1.2. Ảnh hƣởng của chất lƣợng tăng áp tới các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ ................................................................................................................ 12 1.3. Thiết bị trao đổi nhiệt ................................................................................... 16 1.4. Sự cần thiết của việc làm mát trung gian cho không khí tăng áp ................ 20 1.5 Ảnh hƣởng của tổ hợp tuabin khí máy nén đến các thông số động cơ Diesel ................................................................................................................... 21 Chƣơng 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA QUÁ TRÌNH TRAO ĐỔI NHIỆT TRONG SINH HÀN GIÓ TĂNG ÁP VÀ CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƢNG CHO CHU TRÌNH LÀM VIỆC CỦA ĐỘNG CƠ ................................................. 26 2.1. Cơ sở lý thuyết ............................................................................................. 26 2.2. Ảnh hƣởng của trạng thái kỹ thuật tới sự cộng tác của các sinh hàn làm mát gió tăng áp .................................................................................................... 47 2.3. Nghiên cứu sự ảnh hƣởng của trạng thái kỹ thuật tổ hợp tuabin khí, máy nén và sinh hàn gió tăng áp tới quá trình công tác của động cơ ......................... 53 CHƢƠNG 3. ẢNH HUỞNG CỦA CHẤT LUỢNG NHIÊN LIỆU ĐẾN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL HANSHIN 6LU32 ............................. 58 3.1. Giới thiệu về động cơ diesel tàu biểnHanshin loại 6LU32 .......................... 58 3.2 Thứ tự tính toán ảnh hƣởng của chất lƣợng tình trạng kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến quá trình công tác của động cơ diesel Hanshin 6LU32 ............. 59 iii 3.3 Xây dựng sơ đồ thuật toán tính toán ảnh hƣởng của nhiệt độ đầu quá trình nạp đến quá trình công tác của động cơ diesel Hanshin 6LU32 ......................... 60 3.4 Giới thiệu về phần mềm tính toán ................................................................. 61 3.5. Kết quả tính toán lý thuyết ảnh hƣởng của tình trạng kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến quá trình công tác của động cơ ........................................................ 62 3.6. Tổng hợp từ kết quả tính toán. ..................................................................... 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................. 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 68 iv DANH MỤC CÁCBẢNG Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Thông số chính của tuabin tăng áp hƣớng kính 7 1.2 Thông số chính của tuabin tăng áp hƣớng trục 7 v DANH MỤC CÁCHÌNH Số hình Tên hình Trang 1.1 Tăng áp dẫn động cơ khí 4 1.2 Tăng áp tuabin khí 4 1.3 Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp 5 1.4 Tăng áp hỗn hợp lắp song song 5 1.5 Hai loại cơ bản của hệ thống tăng áp tuabin 8 Quan hệ giữa ge và pe của động cơ Diesel với các mức độ 1.6 tăng áp khác nhau.1-không tăng áp; 2-pk=1,5Mpa; 3- 15 pk=0,21Mpa 1.7 1.8 1.9 1.10 1.11 Sơ đồ phân loạithiết bị trao đổi nhiệt trong hệ thống động lực Diesel tàu thủy 17 Một số loại sinh hàn gió tăng áp trên động cơ Diesel tàu thủy 18 Ống dẹt bố trí so le có cánh hình chữ nhật Ống dẹt bố trí song song có cánh hình chữ nhật Ống dẹt bố trí so le có cánh gợn sóng 18 18 19 1.12 Ống dẹt bố trí song song có cánh gợn sóng 19 1.13 Ống tròn bố trí song song có cánh tròn 19 1.14 Ống tròn bố trí so le có cánh tròn 19 1.15 Ống tròn bố trí song song có cánh gợn sóng 19 1.16 Ống tròn bố trí so le có cánh gợn sóng 22 1.17 1.18 2.1 Sự phụ thuộc của áp suất không khí nạp vào sức cản của sinh hàn gió tăng áp Sự thay đổi hệ số nạp ηn và hệ số khí sót γr của động cơ hai kỳtheo tỷ số pr/ps ở các vòng quay khác nhau Xác định hệ số điều chỉnh εφ vi 23 24 36 2.2 Quá trình trao đổi nhiệt của hai chất lỏng cùng chiều 39 2.3 Quá trình trao đổi nhiệt của hai chất lỏng ngƣợc chiều 40 2.4 Ảnh hƣởng của tổn thất áp suất đến hệ số tổn thất ξ 51 2.5 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 Đặc tính cột áp lƣu lƣợng của tổ hợp máy nén đƣờng ống và sinh hàn gió tăng áp Động cơ diesel tàu biển loại Hanshin 6LU32 Ảnh hƣởng của nhiệt độ khí nạp TC1 đến áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu. Ảnh hƣởng của nhiệt độ khí nạp TC2 đến áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu. Ảnh hƣởng của nhiệt độ khí nạp TC3 đến áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu Ảnh hƣởng của nhiệt độ khí nạp đến áp suất cháy theo góc quay trục khuỷu vii 52 59 61 63 63 64 MỞ ĐẦU 1.Tính cấp thiết của đề tài Đối với các động cơ diesel tàu thủy, một trong những yếu tố quan trọng là độ tin cậy và trọng lƣợng, kích thƣớc nhỏ gọn. Do động cơ diesel bố trí tăng áp bằng tuabin khí xả có công suất trên một đơn vị trọng lƣợng lớn nên chúng đƣợc ứng dụng phổ biến trong hệ động lực tàu thủy. So với động cơ không tăng áp thì chúng còn có một số ƣu điểm khác nhƣ: suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất ở các chế độ gần chế độ định mức; tuổi thọ cao và độ ồn nhỏ. Với động cơ tăng áp, trạng thái kỹ thuật của hệ thống nạp có ảnh hƣởng lớn tới tính kinh tế và độ tin cậy của động cơ, trong một số trƣờng hợp có thể làm xấu quá trình làm việc của động cơ dẫn đến giảm kinh tế cũng nhƣ tuổi thọ của nó. Để khai thác loại động cơ này có hiệu quả và đảm bảo độ tin cậy, điều quan trọng nhất là phải duy trì trạng thái kỹ thuật của hệ thống nạp, các thông số trạng thái không khí nạp trong phạm vi cho phép. Nắm rõ sự liên quan chặt chẽ giữa các thông số đầu vào với các thông số làm việc của động cơ diesel nhƣ công suất, suất tiêu hao nhiện liệu, tải trọng cơ và nhiệt lên các chi tiết làm việc của động cơ ở các chế độ khác nhau là đặc biệt quan trọng trong khai thác động cơ. Các thông số trạng thái của không khí nạp trong xy lanh ở đầu hành trình nén và lƣợng không khí nạp mới có ảnh hƣởng lớn đến toàn bộ chu trình công tác của động cơ và dẫn đến thay đổi áp suất có ích bình quân, hiệu suất chỉ thị… Mặc dù, đã có một số tài liệu đề cập tới vấn đề này, tuy nhiên việc nghiên cứu cụ thể ảnh hƣởng của trạng thái kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp tới các thông số công tác của động cơ thì chƣa có tài liệu nào nghiên cứu. Vì lý do đó nên tôi chọn đề tài tốt nghiệp thạc sỹ: “ Nghiên cứuảnh hưởng của trạng thái kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến quá trình công tác của động cơ dieselHanshin6LU32” 2. Mục đích nghiên cứu của đề tài Phân tích sự ảnh hƣởng của trạng thái kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp tới quá trình công tác động cơ diesel tàu thủy. Từ đó làm cơ sở cho việc quản lý kỹ thuật 1 và khai thác hiệu quả sinh hàn gió tăng áp trong quá trình khai thác sử dụng để nâng cao công suất động cơ. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của đề tài Đối tƣợng nghiên cứu của đề tài là nghiên cứu ảnh hƣởng của trạng thái kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp tới các thông số công tác của động cơ diesel tàu thủy. Trong điều kiện hiện tại, luận văn chỉ giới hạn nghiên cứu ảnh hƣởng trạng thái kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp tới công suất chỉ thị và công suất có ích của động cơ. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu của đề tài Nghiên cứu mô hình ảnh hƣơng của trạng thái kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp tới các thông số công tác động cơ diesel tàu thủy. Sử dụng phần mềm Matlab để xác định ảnh hƣởng của trạng thái kĩ thuật sinh hàn gió tăng áp đến các thông số công tác của động cơ diesel tàu thủy. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài Trên cơ sở các mô hình toán học, đề tài phân tích ảnh hƣởng trạng thái kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp tới quá trình công tác của động cơ diesel, từ đó đề xuất các giải pháp xử lý. Trên cơ sở các bài toán tính nhiệt, đề tài đã phân tích, đánh giá đƣợc trạng thái kỹ thuật hiện tại của sinh hàn gió tăng áp. Từ kết quả nghiên cứu của đề tài làm cơ sở cho việc quản lý kỹ thuật sinh hàn gió tăng áp, khai thác hiệu quả trong quá trình khai thác sử dụng nhằm nâng cao công suất động cơ. 2 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ DIESEL 1.1. Hệ thống tăng áp diesel tàu thủy 1.1.1. Khái niệm về hệ thống tăng áp động cơ Động cơ không tăng áp, trực tiếp nạp không khí từ ngoài trời, do bị hạn chế về số lƣợng không khí nạp vào xy lanh nên khả năng nâng cao công suất động cơ không lớn. Nếu dùng một máy nén riêng để nén không khí trƣớc rồi đƣa vào xy lanh động cơ sẽ có thể làm tăng mật độ không khí, qua đó tăng khối lƣợng không khí nạp vào xy lanh mỗi chu trình. Nhƣ vậy, trong mỗi chu trình công tác của động cơ lƣợng nhiên liệu đƣợc đƣa vào xy lanh nhiều hơn, làm tăng công suất động cơ khi mà khối lƣợng và kích thƣớc động cơ tăng lên không nhiều. Cách làm ấy đƣợc gọi là tăng áp. Với động cơ diesel, tăng áp là biện pháp cƣờng hóa Pe tốt nhất. Đặc biệt thời gian gần đây, kỹ thuật chế tạo tuabin và máy nén sử dụng năng lƣợng khí xả nên phạm vi sử dụng tăng áp ngày một mở rộng và áp suất tăng áp Pk ngày một nâng cao làm cho không những tính năng động lực học của động cơ tốt hơn động cơ không tăng áp mà còn giảm suất tiêu hao nhiên liệu. Nếu áp suất có ích trung bình của động cơ diesel không tăng áp Pe thƣờng không quá 0,7 – 0,9 Mpa thì Pe của động cơ diesel tăng áp rất dễ đạt 1,0 – 2,0 Mpa, nếu nâng cáo áp suất tăng áp Pk và làm mát trung gian cho không khí phía sau máy nén có thể đƣa áp suất có ích trung bình Pe của động cơ thực nghiệm tới 4Mpa. Nhiều động cơ tăng áp đang chế tạo hiện nay đã đạt đƣợc Pe≥3Mpa. Tuy nhiên càng nâng cao mức độ tăng áp, động cơ diesel đƣợc cƣờng hóa càng nhanh về Pe sẽ làm tăng phụ tải cơ khí cũng nhƣ phụ tải nhiệt của động cơ, do đó phải đặt ra những yêu cầu khắt khe khi chế tạo các chi tiết của nhóm piston, xy lanh, xupap, nắp xy lanh, bạc trục, bạc biên… Ngoài ra cũng đòi hỏi tạo ra hệ thống nhiên liệu mới với quy luật cấp nhiên liệu khắt khe hơn, vòi phun có áp suất cao hơn và hệ thống tăng áp tuabin khí hoàn hảo hơn. 3 1.1.2. Các phương pháp tăng áp chủ yếu Dựa vào nguồn năng lƣợng để nén không khí trƣớc khi đƣa vào động cơ, ngƣời ta chia các phƣơng pháp tăng áp thành bốn nhóm sau: 1.1.2.1. Tăng áp dẫn động cơ khí (hình 1.1) Truyền động từ trục khuỷu động cơ, qua bánh răng, xích tải dây đai dẫn động máy nén khí kiểu ly tâm, kiểu rôto, cánh gạt hoặc kiểu trục vít… Hình 1.1. Tăng áp dẫn động cơ khí Hình 1.2. Tăng áp tuabin khí 1-Máy nén; 2- Hệ thống truyền động 1-động cơ; 2-làm mát trung gian; T-tuabin; K-máy nén 1.1.2.2. Tăng áp nhờ năng lượng khí thải Nguồn năng lƣợng để nén không khí đƣợc lấy từ khí thải. Nhóm này lại đƣợc chia ra làm hai loại: 4 1.1.2.2.1.Tăng áp tuabin khí (hình 1.2). Máy nén K đƣợc dẫn động bởi tuabin khí T, hoạt động nhờ năng lƣợng khí thải của động cơ. Không khí từ ngoài trời qua máy nén đƣợc nén tới áp suất pk>po rồi vào xy lanh động cơ. Do tăng áp tuabin khí đƣợc dẫn động nhờ năng lƣợng khí thải, không phải tiêu thụ công suất động cơ nhƣ tăng áp cơ khí, nên có thể làm tăng tính kinh tế của động cơ, nói chung có thể giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 3-10%. Động cơ tăng áp cao, thƣờng lắp két làm mát trung gian nhằm giảm nhiệt độ, qua đó nâng cao mật độ không khí tăng áp đi vào động cơ. Tăng áp tuabin còn tạo điều kiện giảm ồn, giảm thành phần độc hại trong khí xả, do đó loại này đang đƣợc sử dụng nhiều nhất hiện nay. Những động cơ diesel có công suất từ 35kW đến 35000kW phần lớn đều dùng tăng áp tuabin khí (tới 70 ÷ 80%); 1.1.2.2.2.Tăng áp bằng sóng khí. Khí thải của động cơ tiếp xúc trực tiếp với không khí trên đƣờng tới xy lanh, trong bộ tăng áp bằng sóng khí, để nén số không khí này trƣớc khi nạp vào động cơ. 1.1.2.3. Tăng áp hỗn hợp (hình 1.3 và hình 1.4) Hình 1.3. Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp Hình 1.4. Tăng áp hỗn hợp lắp song song 5 Trên một số động cơ, ngoài phần tăng áp tuabin khí còn dùng thêm một bộ tăng áp dẫn động cơ khí. Ví dụ trên động cơ hai kỳ, để có áp suất khí quét cần thiết phải khởi động cũng nhƣ chạy ở tốc độ thấp và tải nhỏ, phải sử dụng tăng áp hỗn hợp. Tăng áp hỗn hợp đƣợc thực hiện theo hai phƣơng án: Lắp nối tiếp (hình 1.3) và lắp song song (hình 1.4). 1.1.2.4. Tăng áp nhờ hiệu ứng động của dao động áp suất Lợi dụng hiện tƣợng lƣu động không ổn định của dòng khí trên đƣờng ống dẫn, do tính gián đoạn của các quá trình nạp, thải của động cơ gây ra bằng cách bố trí hợp lý kích thƣớc các đƣờng nạp và thải nhằm làm tăng không khí nạp vào xy lanh mỗi chu trình. Trong thực tế sử dụng, ngoài bốn cách tăng áp chính kể trên còn có các hệ thống tăng áp và các phƣơng án tổ hợp khác thích hợp cho từng trƣờng hợp cụ thể, thỏa mãn nhu cầu tăng áp cho động cơ. 1.1.3. Phân loại tuabin tăng áp Tuabin tăng áp gồm hai phần chính là máy nén và tuabin khí cùng các cơ cấu phụ nhƣ bạc đỡ trục, thiết bị bao kín, các hệ thống bôi trơn và làm mát v.v… Dựa vào dòng chảy khí xả trong tuabin ngƣời ta chia thành hai loại: tuabin tăng áp hƣớng trục và tuabin tăng áp hƣớng kính. Cả hai loại trên đều đƣợc phát triển song song. Nói chung tuabin tăng áp hƣớng kính dùng cho những trƣờng hợp cần lƣu lƣợng nhỏ (đƣờng kính ngoài của bánh công tác nhỏ hơn 180mm), còn tuabin tăng áp hƣớng trục dùng cho các trƣờng hợp cần lƣu lƣợng lớn (đƣờng kính ngoài của bánh công tác lớn hơn 260mm). Với trƣờng hợp đƣờng kính ngoài của bánh công tác từ 180 ÷ 260mm, ngƣời ta dùng cả hai loại trên. 1.1.3.1. Tuabin tăng áp hướng kính Ngƣời ta thƣờng dùng tuabin hƣớng kính một tầng và máy nén ly tâm một tầng. Các thông số chính của tuabin tăng áp hƣớng kính đƣợc giới thiệu trên bảng 1-1 6 Bảng 1.1. Thông số chính của tuabin tăng áp hƣớng kính Đƣờng kính bánh công tác Nhiệt độ Tốc độ cực đại ntk(v/ph) Công Lƣu Tỷ số cực đại cho Hiệu suất lƣợng tăng áp phép của máy nén động cơ Gk(kg/s) π*k khí thải ηk tăng áp suất của ttk(oC) D2(mm) 35 – 220 25000-250000 0,01-2,5 1,4-3,5 550-950 Ne(kW) 0,67-0,80 15-750 Tuabin tăng áp lƣu lƣợng nhỏ thƣờng sử dụng tuabin tăng áp hƣớng kính vì với lƣu lƣợng nhỏ, suất tiêu hao nhiên liệu của tuabin hƣớng kính cao hơn tuabin hƣớng trục, ngoài ra còn có thêm những ƣu nhƣợc điểm đặc biệt: quán tính nhỏ, tính tăng tốc tốt, dung tích cấu tạo đơn giản, 1.1.3.2.Tuabin tăng áp hướng trục Tuabin do tuabin hƣớng trục và máy nén tạo nên. Các thông số chính của tuabin tăng áp hƣớng trục đƣợc giới thiệu trên bảng 1-2 Bảng 1.2. Thông số chính của tuabin tăng áp hƣớng trục Tỷ Đƣờng kính bánh Tốc độ cực công tác đại ntk(v/ph) D2(mm) 220 – 1000 5000-35000 Nhiệt độ Lƣu số cực đại Hiệu suất lƣợng tăng cho phép máy nén Gk(kg/s) áp của khí ηk π*k thải ttk(oC) ~4 500-700 1,5-3,5 0,75-0,86 Công suất của động cơ tăng áp Ne(kW) 150-30000 Tuabin tăng áp thƣờng có đặc điểm: lƣu lƣợng lớn, hiệu suất cao, thích hợp với động cơ diesel có công suất cớ lớn và cỡ vừa. 1.1.4. Các hệ thống tăng áp tuabin khí Dựa vào phƣơng thức và mức độ sử dụng năng lƣợng của sản vật cháy, ngƣời ta chia các hệ thống tăng áp tuabin thành hai loại: hệ thống đẳng áp và hệ thống biến áp (hoặc biến áp) 7 1.1.4.1. Hệ thống đẳng áp (hình 1.5a) Trong hệ thống đẳng áp, khí xả từ các xy lanh đƣợc đƣa vào một đƣờng ống góp chung, với dung tích đủ lớn, tạo ra áo suất ổn định, trƣớc khi đi vào tuabin, nhờ đó hiệu suất tuabin khá cao. Ngoài ra đƣờng thông trong tuabin đƣợc giảm tƣơng đối, rung động do dòng khí tạo ra đối với cánh tuabin ít đi nên cánh ít hỏng a) b) Hình 1.5. Hai loại cơ bản của hệ thống tăng áp tuabin a) Hệ thống đẳng áp; b) hệ thống biến áp; I-đƣờng nạp; II-đƣờng thải Cấu tạo đƣờng ống thải của hệ thống đẳng áp đơn giản, dễ bố trí, bảo dƣỡng, giá thành chế tạo nhỏ, rất thích hợp với động cơ chữ V. Có thể lựa chọn tƣơng đối tự do số lƣợng và cách bố trí tuabin tăng áp, về mặt phân nhóm ống thải cũng nhƣ chiều dài ống thải đều không hạn chế. Với áp suất tăng áp pk lớn, năng lƣợng khí thải đƣợc sử dụng tốt trong hệ thống đẳng áp, lúc đó năng lƣợng biến áp suy giảm không thể gây ra phản xạ trở lại trong miệng phun, giảm đƣợc tổn thất công trong quá trình thải của động cơ. Nhờ đó khi động cơ chạy ở tải lớn, suất tiêu hao nhiên liệu có ích tƣơng đối thấp. Ngày nay động cơ diesel bốn kỳ áp suất tăng áp ngày một nhiều, do đó hệ thống đẳng áp đƣợc sử dụng ngày càng nhiều, phần lớn động cơ hai kỳ cũng sử dụng hệ thống đẳng áp. Tuy nhiên dùng hệ thống đẳng áp, khi động cơ chạy ở các chế độ: tải nhỏ, khởi động thấp tốc và tăng tốc tính năng của động cơ kém hơn so với hệ 8 thống biến áp. Hệ thống đẳng áp rất thích hợp cho động cơ tĩnh tại và động cơ tàu thủy. 1.1.4.2. Hệ thống tăng áp kiểu xung (hình 1.5b) Đặc điểm của hệ thống này là tìm mọi cách duy trì dao động áp suất trên đƣờng thải. Vì vậy thƣờng lắp các tuabin tăng áp gần sát với các xy lanh đồng thời tạo các đƣờng ống thải từ xy lanh ra nhỏ và ngắn. Mặt khác để tránh hiện tƣợng can thiệp xảy ra trên ống thải phải phân nhóm hợp lý, ghép các xy lanh không có hoặc có rất ít thời gian trùng điệp và chung một nhóm. Đƣờng thải trong hệ thống biến áp phải thỏa mãn các yêu cầu sau: - Cấu tạo của ống thải đơn giản, thống nhất, không gây các đƣờng ngoặt đột ngột, không có chỗ thắt hoặc phình đột ngột, bán kính chuyển hƣớng của dòng chảy phải lớn, tìm một cách rút ngắn đƣờng thải; - Mỗi nhóm đƣờng ống thải, tốt nhất cần tạo các mạch xung có khoảng cách góc quay bằng nhau. Tiết diện lƣu thông của đƣờng thải phải nhỏ, lấy xấp xỉ bằng tiết diện lớn nhất của xupap thải và bằng tiết diện ống dẫn vào tuabin; - Đối với tuabin tăng áp cần đƣa xung áp suất thải của xy lanh vào tuabin theo thứ tự và với khoảng cách góc đều nhau để giảm bớt tổn thất. Vì vậy khi chọn trình tự làm việc của các xy lanh cần lƣu ý đến yêu cầu bố trí ống thải của hệ thống biến áp. Ngoài ra, còn có các hệ thống tăng áp khác nhƣ: tăng áp cơ khí; tăng áp khí động; tăng áp phức hợp và tăng áp bằng sóng khí. 1.1.5. Các yếu tố ảnh hưởng tới trạng thái kỹ thuật của tổ hợp tuabin khí máy nén 1.1.5.1. Ảnh hưởng của yếu tố thời gian Sau một thời gian làm việc tình trạng kỹ thuật của tuabin khí máy nén xấu đi rất nhiều, điều này làm hiệu suất của hệ thống cũng bị suy giảm. Sau một thời gian làm việc sẽ gây ra cho tổ hợp tuabin khí máy nén những tác động sau: 9 - Trục rôto có thể bị cong, khi đó rô to sẽ không còn cân bằng sẽ làm rung động mạnh toàn dàn máy nén và cánh tuabin. Do vậy sự chảy của dòng khí lên prophin cánh xấu đi gây ra tách dòng, gián đoạn dòng nên hệ số dự trữ chống mất ổn định của máy nén sẽ giảm đi nhiều. - Các cánh bị mài mòn, méo, dập xƣớc ngoài việc gây mất cân bằng cũng làm dòng chảy của không khí xấu đi. - Dàn cánh tuabin không cứng, vững do sợi dây liên kết giữa các cánh bị đứt, lỏng hoặc mòn cũng làm dòng khí vào máy nén bị dao động. - Đƣờng không khí nén tới phần làm kín khí xả trên trục rôto bị tắc ngẽn do muội sẽ làm rò lọt khí xả và muội ở khu vực ổ làm kín. Sức cản ma sát rôto tăng lên, hiệu suất máy nén giảm và lƣu lƣợng khí xả giảm. - Các vòng bi, ổ đỡ bị mài mòn quá mức, việc điều chỉnh các khe hở dọc trục và hƣớng kính giữa các bộ phận của rô to với vỏ tuabin, máy nén không chính xác sẽ làm rô to bị rung động và giảm hiệu suất công tác của tuabin máy nén, vòng quay máy nén và lƣu lƣợng không khí giảm. - Tình trạng dầu bôi trơn sau một thời gian làm việc sẽ kém dần, nên khả năng bôi trơn trục rô to kém đi sẽ làm mất cân bằng cho trục rô to. - Sau thời gian làm việc muội bẩn sẽ bám vào các cánh hƣớng, phin lọc gió máy nén làm các cánh tuabin, máy nén mất cân bằng gây rung động tuabin, máy nén, gây lệch dòng khí làm giảm vòng quay và hiệu suất tuabin khí máy nén. - Do các cơ sở gia công khác với thiết kế, chất lƣợng thấp, không đúng kích thƣớc và hình dáng động học nguyên mẫu. Các cánh tuabin máy nén xấu, vòng bi hoặc bạc đỡ trục rô to không đồng tâm sẽ làm cho dòng chảy bao phủ lên cánh xấu đi (do rung động của rô to) làm chế độlàm việc của tổ hợp tuabin máy nén dễ rơi vào vùng mất ổn định. 1.1.5.2. Ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật động cơ Trạng thái kỹ thuật động cơ có ảnh hƣởng rất lớn đến trạng thái kỹ thuật của tổ hợp tuabin khí máy nén. Khi trạng thái kỹ thuật của động cơ kém đi có thể do: tình trạng kỹ thuật của vòi phun, bơm cao áp, tình trạng kỹ thuật của nhóm piston-xy 10 lanh, tình trạng kỹ thuật của nhóm xupap hút, xả… làm cho quá trình cháy kém, cháy không hoàn toàn, nhiệt độ khí xả cao, trong khí xả có nhiều CO. Khi khí xả có nhiệt độ cao và có nhiều CO đƣa tới giãn nở trong tuabin làm cho muội bám trên các cánh tuabin và ống phun, làm tăng tổn thất trong tuabin, vòng quay tuabin giảm. 1.1.5.3. Ảnh hưởng do người khai thác - Do trình độ và ý thức của ngƣời khai thác có thể dẫn đến trạng thái kỹ thuật của tổ hợp tuabin khí máy nén ngày càng xấu đi, thậm chí có thể gây ra sự cố cho tuabin, máy nén. - Do khai thác không đúng với quy trình hƣớng dẫn của nhà chế tạo nhƣ: không vận hành đúng, do không vệ sinh tổ hợp tuabin khí máy nén định kỳ, làm cho hiệu suất của tổ hợp tuabin khí máy nén giảm đi. - Do không thƣờng xuyên vệ sinh phin lọc máy nén mà máy nén thông thƣờng hút khí trực tiếp từ trong buồng máy có rất nhiều hơi dầu và bụi bẩn, các bụi bẩn và hơi dầu bám vào phin lọc máy, làm giảm lƣu lƣợng không khí vào máy nén. Ở vòng quay không đổi thì làm lƣu lƣợng không khí ra khỏi máy nén cũng giảm làm áp suất pk giảm. Nhƣ vậy hiệu suất máy nén sẽ giảm. - Do vệ sinh tổ hợp tuabin máy nén không đúng quy trình nhà chế tạo 1.1.5.4. Ảnh hưởng của trạng thái kỹ thuật của tổ hợp tuabin khí máy nén đến các thông số áp suất tăng áp, vòng quay tuabin. Khi trạng thái kỹ thuật tuabin khí máy nén kém đi làm cho vòng quay tuabin giảm, vòng quay máy nén giảm làm giảm áp suất gió tăng áp, lƣu lƣợng không khí nạp vào động cơ giảm. Trên (hình 2.4) là đồ thị biểu diễn mối quan hệ giữa cột áp và lƣu lƣợng của máy nén khi vòng quay trên trục tuabin thay đổi. Do tình trạng kỹ thuật của động cơ diesel, do tình trạng của cánh hƣớng, cánh động tuabin, tình trạng của chính tổ hợp tuabin khí kém làm vòng quay của rô to tuabin giảm (vòng quay rô to máy nén giảm) 11 1.2. Ảnh hƣởng của chất lƣợng tăng áp tới các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuật của động cơ 1.2.1. Tăng áp là một trong các đường hướng hiệu nghiệm để nâng cao công suất NL và NF của động cơ Ta thấy công suất ldm2 diện tích đỉnh piston NF phụ thuộc và tỷ lệ thuận với ρk và hệ số nạp ηv. Khi tăng áp sẽ làm tăng áp suất pk phía trƣớc xupap nạp nhờ đó làm tăng ρk. Nhƣ vậy NL và NF tỷ lệ thuận với ρk, do đó tỷ lệ thuận với Pk và tỷ lệ nghịch với Tk. Khi tăng áp cả pk và Tk đều tăng, muốn cho NL và NF là hàm tuyến tính pk cần phải giữ cho Tk không đổi hoặc ít thay đổi, muốn vậy cần làm mát trung gian cho không khí tăng áp sau máy nén, trƣớc khi nạp vào động cơ. Biện pháp trên chẳng những đảm bảo cho NL và NF là hàm tuyến tính của pk mà còn có tác dụng hạn chế mức tăng nhiệt độ môi chất trong chu trình qua đó hạn chế phụ tải nhiệt, kéo dài tuổi thọ cho các chi tiết động cơ. Khi tăng pk sẽ làm tăng tỉ số pa/pk(pa– áp suất cuối quá trình nạp, đầu quá trình nén) nhờ đó ηvsẽ tăng. Ta thấy rằng: pT/pkcó ảnh hƣởng lớn tới ηvkhi thực hiện quét buồng cháy; góc trùng điệp φ1-4 càng lớn ảnh hƣởng trên càng mạnh. Với góc trùng điệp φ1-4nhất định, chỉ cần giảm pT/pktới giá trị nào đó sẽ đạt ηv cực đại, sau đó tiếp tục giảm pT/pk, ηvsẽ không bị ảnh hƣởng, điều đó nói rõ lúc đó khí sót đã đƣợc quét sạch khỏi buồng cháy. Động cơ sau khi tăng áp sẽ làm cho tỷ số pT/pkgiảm dần khi tăng pk; tạo điều kiện thuận lợi cho việc quét buồng cháy. Nếu chọn hợp lý góc trùng điệp φ1-4và tổ chức tốt quá trình quét buồng cháy sẽ đạt đƣợc mục tiêu nâng cao hệ số nạp ηv và làm tăng lƣợng môi chất mới nạp vào động cơ. Hệ số nạp ηv của các loại động cơ diesel thƣờng nằm trong phạm vi: + Động cơ diesel bốn kỳ không tăng áp - Động cơ thấp tốc: ηv= 0,8 ÷ 0,90 - Động cơ cao tốc: ηv= 0,75 ÷ 0,85 12 + Động cơ diesel bốn kỳ tăng áp: ηv= 0,90 ÷ 1,05 Biện pháp cƣờng hóa đối với động cơ diesel đƣợc thực hiện theo hai cách sau: cách thứ nhất tăng số vòng quay n của động cơ, phát triển động cơ cao tốc và cách thứ hai là tăng áp suất và giảm nhiệt độ môi chất mới trƣớc khi nạp vào động cơ, phát triển động cơ tăng áp làm mát trung gian cho khí nén. Nâng cao số vòng quay của động cơ bị hạn chế bởi nhiều yếu tố liên quan đến tổ chức chu trình, vật liệu và công nghệ chế tạo v.v…, tăng áp trên cơ sở không thay đổi số vòng quay n mà chỉ là tăng mật độ qua đó làm tăng khối lƣợng môi chất mới nạp vào xy lanh trong mỗi chu trình. Ngƣời ta đã sử dụng rộng rãi biện pháp tăng áp tuabin khí nhằm tránh dùng công suất có ích để dẫn động máy nén khí, nhờ đó tiết kiệm năng lƣợng của động cơ. 1.2.2. Tăng áp tuabin khí là một trong các biện pháp hiệu nghiệm nhằm tiết kiệm năng lượng Trong số năng lƣợng nhiệt cung cấp cho động cơ không tăng áp, chỉ có khoảng 30 – 40% đƣợc chuyển thành công có ích, nhiệt vật lý của khí thải đem ra ngoài trời chiếm khoảng 40 – 50%. Nếu dùng tuabin khí để số khí thải có nhiệt độ cao kể trên đƣợc tiếp tục giãn nở sinh công, trƣớc khi thải ra ngoài trời và dùng công ấy để dẫn động máy nén tăng áp ( tránh dùng công suất có ích của động cơ) sẽ có thể nâng cao công suất có ích và cải thiện tính kinh tế của động cơ. Tăng áp tuabin khí chính là một thiết bị thực hiện việc thu hồi một phần năng lƣợng của khí thải, số năng lƣợng thu hồi này chiếm tới 5-10% toàn bộ năng lƣợng nhiệt cấp cho động cơ. 1.2.2.1. Ảnh hưởng của tăng áp tuabin khí tới ηi Mối quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge, hiệu suất chỉ thị ηi và hiệu suất cơ giới ηm đƣợc thể hiện ở công thức sau: ge = 3,6.10 6 η 𝑖 .η 𝑚 .𝑄 , g/kW.h(1-1) 13
- Xem thêm -

Tài liệu liên quan