ĐỒ ÁN THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ 9UEC52LSE

Ngày nay cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đóng tàu nước ta đang có những bước phát triển mạnh mẽ. Chúng ta đã đóng và hạ thủy thành công những con tàu với tải trọng hàng chục ngàn tấn và đang bắt tay vào việc đóng những con tàu tải trọng lên đến hàng trăm nghìn tấn. Và cũng chính vì lí do đó mà yêu cầu nắm vững về đặc điểm cấu tạo cũng như tính năng kỹ thuật, việc vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các động cơ có công suất lớn được trang bị trên tàu là rất quan trọng. Đề tài “Động cơ 2 kỳ thấp tốc hãng MITSUBISHI.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT TP HCM

VIỆN HÀNG HẢI

Giáo viên hướng dẫn: LÊ VĂN VANG

Sinh viên thực hiện: NHÓM 6

Phan Thị Dạ Uyên

Đinh Gia Vĩ Đoàn Xuân Vũ

Võ Tá Vương Nguyễn Hoàng Vy

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nền công nghiệp đóng tàu nước ta đang có những bước phát triển mạnh

mẽ Chúng ta đã đóng và hạ thủy thành công những con tàu với tải trọng hàng chục ngàn tấn và đang bắt tay vào việc đóng những con tàu tải trọng lên đến hàng trăm nghìn tấn

Và cũng chính vì lí do đó mà yêu cầu nắm vững về đặc điểm cấu tạo cũng như tính năng kỹ thuật, việc vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các động cơ có công suất lớn được trang bị trên tàu là rất quan

trọng

Đề tài “ Động cơ 2 kỳ thấp tốc hãng MITSUBISHI ”

Tuy nhiên trong quá trình tìm hiểu vấn đề, nhóm em còn hạn chế về mặt kiến thức, mặt khác những tài liệu về loại động cơ này không nhiều (chỉ có được tài liệu chuyên sâu khi đã mua động cơ của hãng, nếu mua riêng tài liệu chuyên sâu thì giá rất cao) và tài liệu đa phần là tiếng Anh nên chắc chắn trong quá trình tìm hiểu không thể tránh được những sai sót Vì vậy nhóm em rất mong sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cô và các bạn để đề tài này được hoàn thiện hơn

Nhóm em xin chân thành cảm ơn thầy Lê Văn Vang đã

hướng dẫn tận tình và cho nhóm em nhiều ý kiến quý báu cho việc hoàn thành bài tập lớn môn học này

Trang 2

MỤC LỤC

PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ 5

1 Giới thiệu về động cơ 9UEC52LSE 5

PHẦN II TÍNH TOÁN THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ .5

I CHỌN CÁC THÔNG SỐ BAN ĐẦU 16

1 Chọn nhiên liệu sử dụng cho động cơ 16

2 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu 17

3 Thông số môi trường 17

4 Tốc độ trung bình của piston 17

5 Tỷ số nén ε 17

6 Hệ số dư lượng không khí α 18

7 Tổn thất hành trình φs .18

II QUÁ TRÌNH NẠP 18

1 Áp suất cuối quá trình nạp Pa 18

2 Thông số trạng thái của khí sót 18

3 Nhiệt độ cuối quá trình nạpTa 19

4 Hệ số nạp η H 20

III QUÁ TRÌNH NÉN 20

1 Chỉ số nén đa biến n 1 .20

2 Áp suất cuối quá trình nénp c 20

3 Nhiệt độ cuối quá trình nénT c 20

Trang 3

IV QUÁ TRÌNH CHÁY 20

1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệuL0 20

2 Lượng không khí thực tế L: 21

3 Lượng mol sản phẩm cháy khi cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu: 21

4 Lượng mol sản phẩm cháy tăng lên: 21

5 Hệ số thay đổi phân tử lý thuyết β0: 21

6 Hệ số thay đổi phân tử thực tế 21

7 Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm b:ξb 21

8 Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z: ξz 21

9 Hệ số thay đổi phân tử tại điểm z: 22

10 Tỷ nhiệt mol trung bình của không khí và sản phẩm cháy [kcal/kmol.0K] 11 Áp suất cháy cực đại Pz và tỷ số tăng áp suất λ 22

12 Phương trình cân bằng nhiệt tại điểm z 22

13 Tính nhiệt độ khí xả tại điểm z 23

14 Tỷ số giãn nở sớm 23

15 Tỷ số giãn nở sau 23

V QUÁ TRÌNH GIÃN NỞ 23

1 Chỉ số giãn nở đa biến n 2 23

2 Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở 24

3 Áp suất cuối quá trình giãn nở 24

4 kiểm nghiệm lại theo nhiệt độ khí sót T r 24

Trang 4

VI CÁC THÔNG SỐ ĐẶC TRƯNG 24

1 Hệ số lượng góc đồ thị ξ, chọn theo hướng dẫn: 24

2 Áp suất chỉ thị bình quân lý thuyết .25

3 Áp suất chỉ thị bình quân thực tế 25

4 Hiệu suất cơ giớiηm 25

5 Áp suất có ích bình quân Pe 25

6 Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị 25

7 Hiệu suất chỉ thị 25

8 Hiệu suất có ích 26

9 Công suất chỉ thị của động cơ 26

10 Công suất có ích của động cơ 26

PHẦN III: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ 27

1 Các thông số cơ bản xây dựng đồ thị công chỉ thị 27

2 Lập bảng tính toán xây dựng đồ thị công chỉ thị P-V 28

PHẦN IV: NHẬN XÉT VÀ KẾT LUẬN ……….29

Trang 5

PHẦN 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ

A Sơ lược về Mitsubishi

Công ty Mitsubishi đầu tiên là một công ty chuyển hàng thành lập bởi Yataro

Iwasaki (1834–1885) năm 1870 Năm 1873, tên công ty được đổi thành Mitsubishi

Shoukai

Công ty chuyển sang lĩnh vực khai thác than năm 1881 sau khi mua mỏ

than Takashima và đảo Hashima năm 1890, sử dụng sản phẩm làm nguyên liệu cho

đội tàu thủy hơi nước Công ty cũng bắt đầu đa dạng hóa kinh doanh sang các lĩnh

vực đóng tàu, bảo hiểm, xếp gỡ hàng và thương mại Sau này sự đa dạng hóa được tiếp tục với việc Mitsubishi xâm nhập thêm vào các lĩnh vực khác như sản xuất giấy, thép, thủy tinh, hàng điện tử, tàu sân bay, khai thác dầu mỏ và bất động sản Khi Mitsubishi xây dựng thành một nghiệp đoàn lớn, nó đóng vai trò quan trọng trong quá trình hiện đại hóa công nghiệp Nhật Bản

Vì quá trình đa dạng hóa, Mitsubishi sau đó đã thành lập ba công ty con:

• Mitsubishi Bank (giờ là một phần Mitsubishi UFJ Financial Group) thành lập năm

1919 Sau khi sáp nhập với ngân hàng Tokyo năm 1996, và UFJ Holdings năm 2004, đây trở thành ngân hàng lớn nhất Nhật Bản

• Mitsubishi Corporation, thành lập năm 1950, công ty thương mại lớn nhất Nhật Bản

• Mitsubishi Heavy Industries, bao gồm ba công ty công nghiệp

o Mitsubishi Motors, nhà sản xuất ô tô lớn thứ sáu của Nhật Bản

o Mitsubishi Atomic Industry, một công ty năng lượng nguyên tử

o Mitsubishi Chemical Holdings, công ty hóa chất lớn nhất Nhật Bản

B Chọn động cơ:

Chọn động cơ Mitsubishi 2 kì thấp áp quét thẳng có tăng áp 9UEC52LSE

- Động cơ 9UEC52LSE được phát triển bởi Mitsubishi Heavy Industries Marine Engine

Engine với công nghệ ban đầu là sản phẩm kết hợp các công nghệ tiên tiến nhất

- Nó được sử dụng trong một loạt các tàu như tàu chở dầu, tàu chở hàng rời, tàu chở ô tô,

xe tải, tàu container và tàu đa năng

- Động cơ 9UEC52LSE thân thiện với môi trường và có lợi thế ngay cả khi hoạt động tốc

độ chậm

- 9UEC52LSE còn có những ưu điểm sau:

Trang 6

• Hiệu suất môi trường cao

- Nox thấp

- Hoạt động không khói

• Hiệu quả kinh tế cao

- Tiêu thụ nhiên liệu thấp

- Chi phí bảo dưỡng rẻ

8 Công suất tối đa: 15345 Kw

Công ty TNHH Công nghiệp nặng Mitsubishi (MHI) đã phát triển một tàu chở hàng lớn, tốc độ cao, có thể roll- on/roll-off (là một thuật ngữ trong ngành vận tải quốc tế dùng cho

khả năng tương thích giữa các mục tiêu mâu thuẫn giữa tăng tốc và tiết kiệm nhiên liệu cho vận chuyển nội địa

Các tính năng của tàu RORO bao gồm điều hướng tốc độ cao với tốc độ dịch vụ duy trì lên tới 23 hải lý, tăng cường kinh tế hiệu quả (được cung cấp bởi động cơ diesel tốc độ thấp với hiệu suất nhiên liệu tuyệt vời làm động cơ chính), giảm tải môi trường, hiệu quả vận chuyển cao hơn và thiết kế nổi bật cho phép lắp đồng thời 160 rơ moóc (khung gầm 12m)

và 251 xe khách

Trang 8

GHI CHÚ ĐẶC BIỆT (1) Tàu RO-RO tốc độ cao, sử dụng động cơ tốc độ thấp, hiệu

suất cao mới được phát triển để đạt được hiệu quả kinh tế cao với mức tiêu thụ nhiên liệu thấp (2) Đảm bảo độ ổn định và

Trang 12

không gian cho xe cao (3) Kho chứa xe moóc sử dụng cấu trúc trụ cột để cải thiện hiệu quả xử lý hàng hóa và hiệu quả xếp hàng (4) Được trang bị bộ ổn định vây ở giữa thân tàu để chống lắc, cũng được trang bị ba thanh trượt bên (một cung và

hai phần đuôi) để cải thiện hiệu suất điều động trong cảng

Trang 13

Thông số kỹ thuật cần thiết để tiết kiệm năng lượng

Hình cho thấy đặc tả tiết kiệm năng lượng cho tàu mới so với tàu hiện có tàu, nơi tiêu thụ

dầu nhiên liệu mỗi ngày cần thiết cho vận chuyển trọng tải 1 tấn được đặt trên trục tung

Trang 14

Phác thảo sự sắp xếp trên con tàu Ro-Ro

Trang 15

Hệ thống điều khiển tự động của vòi phun dầu nhiên liệu

Trong hoạt động bình thường, nhiên liệu được phun với hai vòi phun dầu nhiên liệu trên mỗi xi lanh thông qua nhiên liệu bơm dầu Trong hoạt động tải thấp, một vòi phun dầu

nhiên liệu được luân phiên cắt đi cứ sau 90 giây tự động Các áp suất phản lực của vòi

phun dầu nhiên liệu tăng ở trạng thái này, cải thiện quá trình đốt bên trong các xi lanh Kết quả là tiêu thụ dầu nhiên liệu có thể được cải thiện ngay cả khi tải thấp hoạt động

Trang 16

Công suất động cơ chính và tiêu thụ dầu nhiên liệu trong hoạt động thương mại

PHẦN 2: TÍNH TOÁN

I Các thông số ban đầu

1 Chọn nhiên liệu sử dụng cho động cơ

2 Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

- Chọn nhiên liệu nặng cho động cơ:

dầu HFO: QH= 81C + 26(O – S) +300H =10096 (Kcal/kg nhiên liệu)

C, H, O, S là thành phần nhiên liệu tính theo %

3 Thông số môi trường

Chọn thông số phù hợp với điều kiện khí hậu khai thác hiện tại:

Trang 18

Theo thực nghiệm hệ số dư lượng không khí ở chế độ định mức là α = 1.8-2

- Chọn hệ số dư lượng không khí α = 2

- h là chiều cao của cửa cao nhất (xả hoặc nạp)

Đối với động cơ 2 kì quét thẳng qua xupap: h =(0.08 – 0.15)S

1 Áp suất cuối quá trình nạp P a

- Động cơ 2 kì quét thẳng qua xupap Pa=(0.96-1.04)Ps ( Theo sách Diesel 2 thầy Lê Văn Vang, Trang )

- Chọn Pa = 0,96Ps

Ps = 3.3 ( kg/cm2)

 Pa =0.96 x 3.3= 3.168

2 Thông số trạng thái của khí sót

a Nhiệt độ khí sót động cơ 2 kì Tr = 700-800oK ( Theo sách Diesel 2 thầy Lê Văn Vang,

3 Nhiệt độ cuối quá trình nạp T a

a Đối với động cơ tăng áp : 0

.1

p

T T

p

−

= là nhiệt độ không khí sau máy nén tăng áp , với m là chỉ số nén đa

biến , đối với động cơ 9UEC52LSE được trang bị máy nén ly tâm TPL-B hoặc VRT ( đa

số với các động cơ 2 kỳ thấp tốc ngày nay ) , m sẽ nằm vào khoảng (1.5-2) Chọn m =1.6

- Động cơ 9UEC52LSE được trang bị với máy nén có πk =6.5 πk = 𝑃𝑘

(n = 1.34 ÷1.38) ( Theo sách Diesel 2 thầy Lê Văn Vang, Trang 21)

2 Áp suất cuối quá trình nén p c

Pc = Pa x εn1= 3.168 x121.377 =97.01 (kG/cm2)

3 Nhiệt độ cuối quá trình nén T c

Tc = Ta x εn1-1 =316.2x 120.377=806.89 oK = 533.89oC

IV Quá trình cháy

1 Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu L o

4 Lượng mol sản phẩm cháy tăng lên:

1.032+0.05

7 Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm b:

Động cơ 2 kì thấp tốc: ξb =0.86-0.95 chọn ξb= 0.9 ( Theo sách Diesel 2 thầy Lê Văn

Vang, Trang 32)

8 Hệ số sử dụng nhiệt tại điểm z:

10 Tỷ nhiệt mol trung bình của không khí và sản phẩm cháy [kcal/kmol.0K]

a Tỷ nhiệt mol trung bình đẳng tích cùa không khí :

11 Áp suất cháy cực đại P z và tỷ số tăng áp suất λ

λ= 1.3-2.2 (Theo sách Diesel 2 thầy Lê Văn Vang, Trang )

Chọn λ= 1.9

Pz = λ.Pc = 1.9 x 97.01=184.319 (Kg/cm2)

12 Phương trình cân bằng nhiệt tại điểm z

13 Tính nhiệt độ khí xả tại điểm z

Giải phương trình [***] và chọn nghiệm Tz> 0, 𝑇𝑧 = 1700 ÷ 2000 o K

T T

4 Kiểm nghiệm lại theo nhiệt độ khí sót Tr

Tính nhiệt độ khí sót theo công thức :

3

b r b r

T T

p p

= = 939.98

√9.67

3.465

3 = 667.64 oK

(Sai số 4.62% không quá 15% kết quả tính toán có thể chấp nhận được)

VI Các thông số đặc trưng:

1 Áp suất chỉ thị bình quân lý thuyết

Tính theo công thức :

2 Hệ số lượng góc đồ thị ξ chọn theo hướng dẫn:

P D S n i N

Trang 27

PHẦN III: XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG CHỈ THỊ:

1 Các thông số cơ bản xây dựng đồ thị công chỉ thị:

Thông số tại các điểm đặc trưng : a, c, z1, z,

- Điểm a (Pa, Ta): Pa = 3,3 bar

2 Lập bảng tính toán xây dựng đồ thị công chỉ thị P-V

Lấy trục hoành là V, trục tung là P

Ưu điểm nổi bật thấy rõ của học động cơ này:

• Hiệu suất môi trường cao

- Nox thấp

- Hoạt động không khói

• Hiệu quả kinh tế cao

- Tiêu thụ nhiên liệu thấp

- Chi phí bảo dưỡng rẻ

• Độ tin cậy

- Độ tin cậy cao, độ bền và tuổi thọ cao vì đây là động cơ thấp tốc

• Dễ điều khiển

- Hoạt động ổn định ở tốc độ thấp

2 Nhận xét về thông số đã tính toán được

Giá trị 𝜀 là một thông số kết cấu: 𝜀 = 𝑉𝑎/ 𝑉𝑐

Đối với các động cơ đốt trong, việc lựa chọn ε khi thiết kế động cơ dựa yêu cầu là nhiệt độ cuối quá trình nén phải đảm bảo nhiên liệu có khả năng tự bốc cháy, nhưng đồng thời phải

Trang 30

giữ cho các giá trị ứng suất nhiệt và ứng suất cơ nằm trong giới hạn cho phép Các động cơ diesel tàu thủy giá trị 𝜀 = 10 ÷ 19; động cơ kích thước nhỏ chọn 𝜀 cao; động cơ không tăng

áp có 𝜀 cao hơn động cơ tăng áp

Động cơ hai kỳ quét thẳng do quỹ đạo chuyển động của dòng khí không phải đổi chiều, do

đó nó có khả năng quét sạch các góc của xilanh hơn động cơ hai kỳ quét vòng nên giá trị

𝛾𝑟 của nó nhỏ