thiết kế mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát động cơ đốt trong trên máy tính

Chức năng - Để tìm hiểu về hệ thống làm mát ta cần biết tại sao phải làm mát.Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy tiếp xúc với các khí ch

LỜI NÓI ĐẦU

Sự ra đời của động cơ đốt trong đã góp phần vào việc giải phóng sức lao động cho con người, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy nhanh qúa trình phát triển khoa học kỹ thuật Ngày nay; với cuộc cách mạng khoa hoc kỹ thuật phát triển nhanh chóng, mà đặc biệt là ở thế kỷ XXI, động cơ đốt trong có những bước nhảy vọt về tính năng kỹ thuật khá hiện đại dựa trên sự bùng nổ của thời đại công nghệ thông tin như hiện nay Trên cơ sở đó càng góp phần vào sự phát triển của xã hội; nâng cao đời sống vật chất và giá trị tinh thần cho con người trong thời đại mới Ở nước ta; qúa trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày càng được đẩy mạnh; chính vì vậy ngành cơ khí cũng là một trong những ngành mũi nhọn để thực hiện hai qúa trình trên Với tầm quan trọng đó và dựa trên sự hiểu biết của bản thân, nên em đã chọn đồ án tốt nghiệp của mình là” Thiết kế mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hệ thống làm mát động cơ đốt trong (ĐCĐT) trên máy tính”, dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn của Th.S- Phùng Minh Lộc Trong qúa trình thực hiện đề tài tốt nghiệp mặc dù em đã cố gắng tham khảo nhiều tài liệu, tham khảo những ý kiến giúp đỡ về chuyên môn của thầy giáo hướng dẫn; tuy nhiên không sao tránh khỏi những sai sót do trình độ còn hạn chế và thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp có hạn Kính mong sự chỉ dạy của thầy hướng dẫn và qúy thầy trong bộ môn để em thấy được những mặt còn hạn chế của mình nhằm khắc phục và rút ra những kinh nghiệm cho bản thân vềø sau Chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn- Th.S-Phùng Minh Lộc và qúy thầy trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ và chỉ dạy để em có thể hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp này

Nha trang ngày 20 tháng 4 năm 2006 Sinh viên thực hiện:

Trần Quang Bình

CHƯƠNG 1 KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT (MTLM)

ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (ĐCĐT) 1.1 CHỨC NĂNG,NHIỆM VỤ,YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (ĐCĐT)

1.1 1 Chức năng

- Để tìm hiểu về hệ thống làm mát ta cần biết tại sao phải làm mát.Khi động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy tiếp xúc với các khí cháy nên có nhiệt độ rất cao Nhiệt độ đỉnh piston có thể đạt đến 6000C còn nhiệt độ xupap thải có thể đến 9000C Nhiệt độ các chi tiết cao có thể dẫn đến các tác hại cho động cơ như sau:

+ Giảm sức bền, đôï cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết

+ Bó kẹt giữa các chi tiết chuyển động như piston-xylanh, trục khuỷu-bạc

lót…

+ Giảm hệ số nạp dẫn đến giảm công suất động cơ

+ Kích nổ trong động cơ xăng

- Hệ thống làm mát có chức năng tản nhiệt từ các chi tiết của động cơ như piston, xilanh, nắp xilanh xupap, v.v… để chúng không bị quá tải nhiệt Ngoài

ra, làm mát động cơ còn có tác dụng duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong một phạm vi nhất định để có thể bôi trơn tốt nhất

- Chất có vai trò trung gian trong quá trình truyền nhiệt từ các chi tiết nóng của động cơ ra ngoài được gọi là môi chất làm mát, đó có thể là nước, không khí, dầu hoặc một số loại dung dịch đặc biệt

- Không khí được dùng làm môi chất làm mát chủ yếu cho động cơ có công suất nhỏ, đại đa số động cơ đốt trong hiện nay (động cơ thuỷ) được làm mát bằng nước vì có hiệu suất nhiệt làm mát cao khoảng 2,5 lần so với làm mát bằng dầu

1.1.2 Nhiệm vụ

Khi động cơ đốt trong làm việc, những bộ phận tiếp xúc với khí cháy sẽ nóng lên Nhiệt độ của chúng rất cao (400-500) 0C như: nắp xylanh, đỉnh piston, xupáp xả, đầu vòi phun… Để đảm bảo độ bền nhiệt của vật liệu chế tạo ra các chi tiết máy đó, để đảm bảo độ nhớt của dầu bôi trơn ở giá trị có lợi nhất, để giữ tốt nhiệt độ cháy của nhiên liệu trong động cơ mà không xảy ra sự ngưng đọng của hơi nước trong xylanh… người ta phải làm mát cho động cơ, tức là lấy bớt

nhiệt của các bộ phận động cơ có nhiệt độ cao truyền ra bên ngoài

1.1.3 Yêu cầu

* Đối với hệ thống làm mát:

- Nước làm mát phải sạch, không lẫn tạp chất và các chất ăn mòn kim loại

- Nhiệt độ nước vào làm mát cho động cơ không nên quá thấp hoặc quá cao

- Nhiệt độ nước vào phải nằm trong giới hạn cho phép:

+Đối với hệ thống làm mát trực tiếp dùng nước làm mát ngoài tàu làm mát cho động cơ thì nhiệt độ nước làm mát cho động cơ thải ra không quá

550C, vì nếu trên nhiệt độ này muối sẽ kết tủa và bám vào đường ống + Đối với hệ thống làm mát gián tiếp, nước làm mát động cơ lưu thông tuần hoàn trong động cơ, còn nước ngoài tàu làm mát nước tuần hoàn thì nhiệt độ nước sau khi làm mát thải ra không quá 900C Vì nếu trên nhiệt độ này nước sẽ bay hơi tạo thành bọt khí trong các hốc nước làm mát

- Sự chênh lệch về nhiệt độ giữa nước vào làm mát cho động cơ và nước

ra không được lớn lắm Nếu sự chênh lệch này quá lớn sẽ gây ứng suất nhiệt làm các chi tiết trong động cơ dễ bị nứt vỡ, tổn thất nhiệt lớn Thông thường sự chênh lệch này như sau:

+ Đối với động cơ cao tốc : T = Tra -Tvào = ( 5-10) 0C + Đối với động cơ thấp tốc : T = Tra -Tvào = (10-30) 0C

- Để đảm bảo yêu cầu này, nước đưa vào làm mát phải được đưa từ nơi có nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao (làm mát theo phương pháp ngược dòng)

- Các thiết bị như đường ống, nhiệt kế v.v… phải hoạt động chính xác, an toàn và tin cậy

- Đường đi của nước làm mát phải lưu thông được dễ dàng, không bị tắc, không có góc đọng

- Bình chứa nước phải có lỗ thoát hơi hoặc khí Ngoài ra nếu cường độ làm mát quá lớn, nhiệt độ các chi tiết thấp dẫn đến hiện tượng hơi nhiên liệu ngưng tụ đọng trên bề mặt các chi tiết, rữa trôi dầu bôi trơn nên các chi tiết bị mài mòn nhanh chóng Đồng thời độ nhớt của dầu bôi trơn thấp nên ma sát giữa các chi tiết chuyển động tăng Mặt khác công suất tiêu hao cho các bộ phận của hệ thống làm mát sẽ tăng Kết quả làm tăng tổn thất cơ giới động cơ

- Sự làm mát của động cơ sẽ đơn giản hơn nếu động cơ tạo nhiệt độ ổn định Ở công suất cực đại, động cơ có nhiệt độ xung quanh cao hệ thống làm mát buộc phải loại bỏ nhiệt với dung lượng tối đa để giảm nhiệt độ động cơ đến khoảng cho phép Khi tải và tốc độ động cơ thấp, hệ thống làm mát phải duy trì

nhiệt độ trong khoảng cho phép

1.2 CÁC HÌNH THỨC LÀM MÁT CHO ĐỘNG CƠ 1.2.1 Hệ thống làm mát bằng gió tự nhiên (không khí)

H 1-1 Hệ thống làm mát bằng gió

1- Quạt gió; 2- Cánh tản nhiệt; 3- Tấm hướng gió; 4- Vỏ bọc; 5- Đường thoát khí

- Hệ thống làm mát bằng gió còn gọi là hệ thống làm mát bằng không khí, có cấu tạo rất đơn giản Quạt gió (1) được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp không khí với lưu lượng lớn làm mát động cơ Để rút ngắn qúa độ từ trạng thái nguội khi khởi động đến trạng thái ổn định nhiệt, quạt gió được trang bị ly hợp điện từ hoặc thuỷ lực Bản hướng gió(3) có tác dụng phân phối không khí sao cho các xylanh và từng xylanh được làm mát đồng đều Các chi tiết cần làm mát như xylanh, nắp xupap v.v… phải có gân tản nhiệt để tăng diện tích làm mát

- Nhờ có tấm hướng gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều cho các xylanh, khiến cho nhiệt độ các xylanh tương đối đồng đều Hơn nữa khi có tấm hướng gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy có thể nâng cao hiệu suất truyền nhiệt Ngoài ra nhờ có tấm hướng gió có thể bố trí cho dòng không khí đến làm mát các vùng nóng nhất như xupap xả, buồng cháy v.v…

* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát bằng không khí:

- Hệ thống làm mát bằng không khí có cấu tạo đơn giản, không cần có két nước hay bơm nước

- Giảm thời gian hâm nóng động cơ, truyền nhiệt ổn định, độ tin cậy của hệ thống cao do không có nước làm mát Nhiệt từ thành và nắp xylanh được dẫn trực tiếp theo không khí

- Xác suất quá lạnh nhỏ, lưu lượng không khí cung cấp nhiều để làm mát động cơ Sử dụng thuận lợi ở những vùng thiếu nước, ở các sa mạc hay rừng sâu

1- Thân máy; 2- Pittông; 3- Thanh truyền; 4- Hộp carte trục khuỷu; 5- Thùng nhiên liệu; 6- Bình bốc hơi; 7- Nắp xylanh

- Đây là kiểu làm mát rất đơn giản, bộ phận nước bao gồm các khoang chứa nước làm mát của thân máy(1), nắp xylanh(7) và bình bốc hơi (6) lắp với thân máy(1) Khi động cơ làm việc, tại những khoang nước bao bọc quanh buồng chứa nước sẽ bốc hơi Nước sôi nên tỷ trọng giảm sẽ nổi lên mặt thoáng của bình(6) và bốc hơi mang theo nhiệt ra ngoài khí quyển Nước sau khi mất nhiệt, tỷ trọng tăng lên nên chìm xuống tạo thành lưu động đối lưu tự nhiên

- Do làm mát bằng bốc hơi, nếu không có nguồn nước bổ sung, tốc độ tiêu hao nước rất lớn Vì vậy hệ thống này không thích hợp cho động cơ ô tô Mặt khác do tốc độ lưu động của nước khi đối lưu tự nhiên rất nhỏ nên làm mát không đồng đều dẫn tới có hiện tượng chênh lệch rất lớn về nhiệt độ giữa các thành phần được làm mát

* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi

1.2.2.2 Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên

H 1-3: Hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên

1- Thân máy; 2- Xylanh; 3- Nắp xylanh; 4- Đường ra két nước; 5- Nắp đổ rót nước; 6- Két nước; 7- Không khí làm mát; 8- Quạt gió; 9- Đường nước làm mát động cơ

- Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ chênh lệch khối lượng riêng ở nhiệt độ khác nhau Nước làm mát nhận nhiệt của xylanh trong thân máy(1), khối lượng riêng giảm nên nước nổi lên theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát(6) Quạt gió (8) được dẫn động bằng puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két được làm mát, khối lượng riêng tăng nên nước chìm xuống khoang dưới của két và từ đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn

* Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên không được sử dụng cho động cơ

vận tải như ô tô, máy kéo….mà chỉ dùng ở động cơ tĩnh tại

1.2.2.3.Hệ thống làm mát cưỡng bức 1.2.2.3.1.Hệ thống làm mát trực tiếp

H 1-4: Hệ thống làm mát trực tiếp

1-Miệng hút; 2,4,11- Van; 3- Bầu lọc nước; 5,15- Bơm nước; 6,14,16- Van ba ngã; 7- Bình làm mát; 8- Động cơ; 9- Nhiệt kế; 10- Bô xả; 13- Lưới lọc sàn; 17- đường nước ra

- Trước khi khởi động động cơ, ta mở các van (2), (4) và kiểm tra các van (6), (14) và(16) đúng vị trí hay không Sau đó mới tiến hành khởi động động cơ Khi động cơ hoạt động, bơm (5) hút nước từ ngoài mạn tàu qua lưới lọc (1) van (2), bầu lọc (3), van (4), qua bơm đến van (6), qua bầu làm mát (7) vào làm mát động cơ Nước làm mát sẽ vào làm mát cho xylanh động cơ trước rồi sẽ vào làm mát cho nắp xylanh sau đó theo đường ống ra làm mát cho bô xả (10) làm mát dầu bôi trơn

-Trường hợp lúc động cơ mới hoạt động, dầu bôi trơn còn nguội, ta xoay van (6) để nước vào trực tiếp cho động cơ không qua bầu lọc (7) Khi nhiệt độ dầu bôi trơn đã nóng đến mức quy định, ta xoay van (6) ngược lại đểû nước qua bầu lọc làm mát (7) làm mát dầu bôi trơn

- Trường hợp nước có nhiệt độ quá thấp, nhất là những nơi xứ lạnh ta mở van(11) để một phần nước nóng quay trở lại hoà trộn với nước ngoài tàu hút vào, rồi mới đi làm mát cho động cơ

- Bơm nước (15) dùng hút nước đáy tàu qua lưới lọc (13) thải qua mạn tàu theo đường (17) Đây là bơm dự phòng, khi bơm (5) bị hỏng, ta xoay van (14), (16) bơm (15) sẽ hút nước từ miệng hút (1), qua van (2) bầu lọc (3) đến van (14) tới bơm sau đó nước được đẩy sang van làm mát đến bầu làm mát (7) đi làm mát động cơ

- Nhiệt kế (9), (9’) dùng để xác định nhiệt độ nước vào và nước ra qua đó có biện pháp điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp

* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát gián tiếp:

* Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống làm mát trực tiếp được sử dụng cho các động cơ thuỷ cỡ nhỏ

1.2.2.3.2 Hệ thống làm mát gián tiếp

Hệ thống làm mát này gồm hai phần riêng biệt là hệ thống tuần hoàn

nước ngọt và hệ thống nước ngoài tàu

H 1-5: Hệ thống làm mát gián tiếp

1- Lưới lọc; 2,8- Van; 3- Bầu lọc; 4- Bơm nước; 5- Bình làm mát nước; 6- Bình làm mát dầu; 7- Két nước ngọt (bình giãn nở); 9- Bơm tuần hoàn; 10- Aùp kế; 11- Nhiệt kế; 12- Đường nước ra

a Hệ thống tuần hoàn nước ngọt

- Trước khi khởi động cơ phải kiểm tra lại két nước ngọt (7) Nếu thiếu nước, cần kiểm tra lại xem hệ thống có bị rò rỉ hay không Sau khi kiểm tra chắc chắn mới bổ sung nước ngọt cho két (7), sau đó tiến hành mở van (8) và khởi động động cơ Động cơ hoạt động sẽ lai bơm (9) hoạt động Bơm (9) đưa nước vào làm mát xylanh, sau đó dâng lên làm mát cho nắp xylanh rồi theo đường ống ra làm mát cho ống xả(13) Nước sau khi làm mát ống xả sẽ qua van tự động điều tiết nhiệt độ (15) Khi nhiệt độ nước còn thấp, van tự mở cho nước qua thẳng bơm (9) và tiếp tục vào làm mát cho động cơ mà không đi qua bình làm mát (5) để trao đổi nhiệt với nước ngoài tàu

- Đường đi của nước ngọt là một đường kín tuần hoàn vì vậy còn gọi là hệ thống làm mát kiểu kín hay kiểu tuần hoàn

- Sau khi làm mát cho động cơ, một phần nước nóng bốc hơi theo đường ống (19) trở về két để bốc hơi và giãn nở Vì vậy, trong qúa trình động cơ làm việc, luôn luôn có một thùng nước được bổ sung từ két (7) theo đường ống đến bình làm mát; nên két (7) gọi là két bổ sung (két giãn nở hay két bốc hơi)

b Hệ thống nước ngoài tàu

- Trước khi khởi động động cơ, ta mở van (2) Khi động cơ làm việc bơm (4) sẽ hút nước ngoài tàu qua bầu lọc (3) tới bình làm mát nước (5) để làm mát cho nước ngọt, sau đó tới bình làm mát dầu (6) để làm mát cho dầu bôi trơn rồi đổ ra mạn tàu theo đường ống (22)

- Bơm (21) dùng để hút nước lườn tàu và cũng là bơm dự phòng khi bơm (4) hỏng Nhiệt kế (11) và (14) dùng để đo nhiệt đọ nước trước và sau khi làm mát động cơ Nhiệt kế nước vào được gắn ở vị trí trước khi nước vào làm mát xylanh và nhiệt kế nước ra được gắn ở nắp xylanh Áp kế (10) dùng để đo áp lực nước trên đường ống chính

- Van (2) được mở khi tàu chở nhiều hàng hoặc khi gặp vùng nước cạn, nước dơ bẩn và lẫn nhiều rác Van (2’) được mở khi tàu không chở hàng hoặc ở luồng nước sâu

* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát gián tiếp:

- Ưu điểm :

+ Có thể khống chế được chất lượng nước làm mát nên chất lượng nước vào làm mát đảm bảo sạch, khả năng tải nhiệt tốt, các chi tiết hạn chế được sự ăn mòn

+Hệ thống này ít xảy ra sự cố

+ Nhờ khống chế được nhiệt độ nước vào và nước ra nên tránh được hiện tượng ứng suất nhiệt, giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mát Thời gian sử dụng nước lâu

- Nhược điểm:

Do sử dụng nước ngọt nên phải có két dự trữ Sử dụng nhiều bơm nhiều đường ống nên hệ thống cồng kềnh, phức tạp; giá thành đắt, động cơ tổn hao công suất vì phải lai hai bơm

* Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống làm mát trực tiếp được dùng cho các động cơ thuỷ có công suất vừa và lớn

1.2.2.4 Hệ thống làm mát dùng cho ô tô- máy kéo

H 1-6: Hệ thống làm mát dùng cho ô tô- máy kéo

1- Bình dãn nỡ; 2- Bộ điều tiết nhiệt; 3- Nhiệt kế; 4- Đường nước đi làm mát; 5- Bơm đẩy

- Trên hình 1-6 trình bày sơ đồ hệ thống làm mát dùng cho ô tô, máy kéo; sử dụng nước mềm để làm mát cho động cơ

- Sau khi làm mát cho động cơ, nước nóng qua bộ điều tiết nhiệt(2) tới bình giãn nở (1) đến các ống tản nhiệt Khi nước qua các ống tản nhiệt này, nước nhường nhiệt cho không khí do quạt hút qua, trở thành nước làm mát và được bơm (5) đẩy đi làm mát cho động cơ

- Khi trời lạnh, lúc mới khởi động động cơ còn nguội, bộ điều tiết nhiệt không cho nước đi tới bình giãn nở (1) đi làm mát mà mở cho nước theo đường (6) trở về bơm

- Nhiệt độ nước ra được đo bởi nhiệt kế (3) Nhiệt đôï nước vào ở hệ thống kín vào khoảng từ ( 60-70)0C, nhiệt độ nước ra khoảng ( 85-95)0C Khoảng nhiệt độï này có lợi cho sự cháy và không xảy ra ngưng tụ nước trong xylanh Trong hệ thống cũng có rất ít cấn cặn nước vì khối lượng nước trong hệ thống không thay đổi

* Phạm vi ứng dụng:

Hệ thống này được sử dụng thích hợp cho động cơ ô tô và máy kéo trên bộ.Tóm lại, động cơ thủy thường dùng các hệ thống làm mát bằng nước Hai hình thức thông dụng là HTLM kiểu trực tiếp và HTLM kiểu gián tiếp

1.3.CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT 1.3.1 Bơm nước

1.3.1.1 Nhiệm vụ, phân loại

- Nhiệm vụ:

Bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và áp suất nhất định Lưu lượng của bơm nước làm mát tuần hoàn cần cho các loại động cơ thay đổi trong phạm vi: 68 – 245 lít/KWh (50 – 180 lít/ml.h) và tần số tuần hoàn từ 7 – 12 lần/ph

- Phân loại:

Để làm mát cho động cơ diezen tàu thuỷ, người ta dùng các loại bơm sau đây:

+ Bơm kiểu thể tích: bơm piston; bơm bánh răng; bơm cánh quay + Bơm ly tâm

+ Bơm nước vào: bơm rự hút; bơm xoáy

1.3.1.2 Bơm pittông

* Sơ đồ cấu tạo: H 1-7

* Thuyết minh cấu tạo:

- Đây là cấu tạo của bơm pittông có năng suất 22m3/h, tốc độ quay 300 vòng/ phút, năng suất riêng 30 l/ ml.h ( Ne = 750 ml ) Do cấu tạo của bơm, có thể sử dụng nó làm bơm nước làm mát hay bơm nước hầm tàu Vỏ bơm làm bằng gang Pittông 2 và bạc dẫn hướng 3 làm bằng hợp kim đồng – phốt pho Bơm được bôi trơn bằng mỡ đặc qua lỗ 5 bằng bơm mỡ staufe Đệm căng của cụm nắp bít được điều chỉnh bằng bạc dẫn hướng 4 Nĩa của chốt thanh truyền 7 được vặn vào pittông bằng vít 6 Dưới pittông có bố trí một tấm kẽm bảo vệ 1 Có thể dùng van xả để giảm áp suất trong hốc bơm Mỗi một hành trình hút, cùng với nước, còn có thêm một lượng không khí được hút vào bơm qua cửa thông gió 11 ( để bơm làm việc “ mềm” ) Các van hút 8 và van nén 9 được ghép trên trục bằng đồng thanh rèn Đĩa van được rèn bằng hợp kim đồng thanh –phốt pho Lò xo được chế tạo bằng thép mạ đồng Nắp không khí có van an toàn 10

- Bơm thường được truyền từ vòng lệch tâm ở đầu trục khuỷu của động

cơ Áp suất nén của bơm với tốc độ quay định mức thường vào khoảng (1¸1,5) {at} dư Tốc độ nước trong ống hút vào khoảng 1-2 {m/s} và trong ống nén khoảng 3-5 m/s

Năng suất của bơm pittông của một xylanh:

V = 60.П.d2/4.s.n.ηv , (m3/h) Trong đó:

+D,s : đường kính và hành trình của pittông bơm,m

+N : Tốc độ quay của trục bơm, vòng/ph

+ηv = 0,85-0,95: hiệu suất thể tích của bơm

Tốc độ trung bình của bơm pittông vào khoảng (0,2¸1) {m/s}

- Bơm pittông có khả năng tự hút, áp suất đẩy khá lớn, năng xuất cao Song loại bơm tác dụng đơn cung cấp nước không đều Vì vậy phải làm thêm bình giảm chấn hoặc phải tạo bơm tác dụng kép, phức tạp về cấu tạo Các van hút, xả là loại van một chiều có cấu tạo phức tạp, dễ bị han rỉ trong nước (nhất là bơm nước biển).Vật liệu làm pittông, thanh truyền , các van đều bằng đồng nên giá thành của bơm rất đắt Vì vậy ở các máy có tốc độ cao người ta thường dùng bơm ly tâm

1.3.1.3 Bơm bánh răng

* Sơ đồ cấu tạo:H 1-8

* Thuyết minh cấu tạo:

- Bơm bánh răng của hệ thống làm mát có kết cấu đơn giản, trọng lượng nhỏ, kích thước gọn và có khả năng tự hút Tuy nhiên, khi dùng để bơm nước nhất là nước bẩn ngoài tàu, các bánh răng bị mòn rất nhanh và phải được thay thế ngay Do vậy để tăng tính tin cậy của bơm bánh răng khi dùng cho hệ thống làm mát người ta không cho chúng ăn khớp tiếp xúc trực tiếp với nhau ( như bơm dầu nhờn ) mà trang bị thêm một cặp bánh răng phụ ( bố trí ngoài khoang bơm ), có nhiệm vụ đồng bộ hoá chuyển động quay của các trục chủ động và bị động

Ơû nhiều bơm, bánh răng bơm được chế tạo bằng cao su lưu hoá Trục bánh răng phía ngoài lắp trên ổ bi cầu và phía trong – trên ổ trượt bằng đồng thanh

- Trên hình trình bày cấu tạo của bơm nước kiểu bánh răng dùng cho động

cơ diezen tàu thuỷ kiểu Ч13/18 Bơm được truyền động từ trục khuỷu nhờ bánh răng 8 bố trí trong khoang cacte Bơm nằm ngoài khoang cacte để nước không rơi vào dầu bôi trơn Bánh răng 11 được chế tạo bằng tectolit để giảm hao mòn Các bạc lót ổ trượt đồng thanh 3,1 và trục bơm 2 được bôi trơn và làm mát bằng nước Bơm được làm kín bằng đệm tectolit 4 và đệm cao su 5 để ngăn dầu từ ổ 9 chảy ra ngoài, người ta bố trí cái chắn dầu 7 và một vành bít khuất khúc giữa bạc 6 và vòng 10 Việc sử dụng bánh răng bàng tectolit vào việc bôi trơn các ổ bằng nước làm đơn giản bớt kết cấu cuả truyền động bơm

- Năng suất sơ bộ của bơm bánh răng có thể tính theo công thức:

V = 60 2 D bd.m.nv 10 – 6, [ l/h] Trong đó:

+ D bd- đường kính vòng tròn ban đầu của bánh răng bơm, {mm}

+ m – môđun của răng bơm, [mm]

+ b – chiều rộng bánh răng bơm, [mm]

+ n – tốc độ quay của bánh răng, [vòng/ phút]

+ ηv = 0.6 ÷ 0.7 – hệ số cung cấp của bơm

1.3.1.4 Bơm ly tâm

*Sơ đồ cấu tạo: H 1-9

* Thuyết minh cấu tạo:

- Bơm ly tâm có cấu tạo đơn giản và nhỏ gọn, hiệu suất cao, tuổi bền cao,

và có thể bố trí để có khả năng hút chân không

- Nhờ việc loại bỏ được cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền nên bơm ly tâm có thể làm việc với tốc độ quay cao mà không gây chấn động

- Ở các động cơ diezen có công suất và tốc độ quay trung bình, bơm thường được truyền động từ trục khuỷu qua một hệ thống truyền động bánh xe răng tăng tốc Các động cơ diezen tàu thuỷ cỡ lớn, tốc độ quay chậm, thường dùng bơm truyền động điện độc lập, có trục bơm thẳng đứng hoặc nằm ngang Để cho bơm có thể làm việc theo cả hai chiều quay, cánh và bánh bơm được làm theo phương hướng tâm Dùng bơm ly tâm cho hệ thống làm mát kín tuần hoàn ( nước ngọt ) là hợp lý hơn cả, vì trong trường hợp này không yêu cầu tự hút

- Trên hình trình bày cấu tạo của bơm nước ly tâm của động cơ diezen tàu

thuỷ 6ПЧ25/34, công suất 300 ml, tốc độ quay 500 vòng/ phút Bơm gồm có vỏ

bơm 1, trục 5, bánh công tác 3 có mười cánh Bánh công tác được gắn trên trục nhờ đai ốc 2 và được quay cùng với trục 5 ( qua bánh răng truyền động 6 ) Để làm kín khoang bơm, người ta dùng đệm cao su 8, cụm làm kín kiểu khuất khúc

4, vòng chắn 7 và van 9 dùng để tháo nước Ở đầu trước của động cơ có lắp hai bơm như vậy, năng suất mỗi bơm là 24m3/h

- Khi thiết kế bơm ly tâm cho động cơ diezen người ta thường dựa vào các đường đặc tính thực tế của các bơm mẫu và dựa vào lý thuyết tương tự hình học của bơm

- Nếu các kích thước dài của bơm thiết kế l2 và bơm mẫu l1 tỷ lệ với nhau theo biểu thức:

- Vỏ bơm có hình dạng vỏ ốc làm cho nước có tốc độ chậm dần nhưng

ngược lại áp suất sẽ tăng dần cuối cùng thoát ra ngoài Lưu lượng nước thoát ra đều và liên tục

* Ưu nhược điểm của bơm ly tâm:

-Ưu điểm:

+ Lưu lượng nước đều và liên tục

+ Bơm có khả năng hút được nước bẩn

+ Bơm có kết cấu đơn giản, độ rung động nhỏ, làm việc êm

+ Bơm ly tâm quay với tốc độ cao nên sự nối trực tiếp với động cơ

không phải qua hộp số làm giảm tổn thất cơ giới

+ Bơm ly tâm ít bị tắc, ít xảy ra sự cố đột xuất Khi hư hỏng dễ sữa

chữa

- Nhược diểm:

+ Khả năng tự hút kém nên trước khi sử dụng phải mồi nước

+ Nếu có lẫn không khí trên đường ống hút thì bơm không hút

được, phải tiến hành xả gió

+ Áp suất thoát của bơm không cao

Từ những ưu nhước điểm trên nên bơm ly tâm chỉ thích hợp cho nơi nào cần lưu lượng và áp suất thấp

1.3.1.5 Bơm vòng nước

Để tạo độ chân không ở khoang hút, bơm vòng nước phải thật kín Khi độ kín kém, cần mồi nước đầy bơm khi khởi động Lúc này van một chiều ở miệng hút phải đóng kín Lúc đã làm việc bình thường van này làm tăng sức cản hút Người ta sử dụng bơm vòng nước trong các hệ thống làm mát của máy có công suất nhỏ là để khắc phục nhược điểm này, vì chúng có khả năng tự hút khá hơn (tự kích) Bơm vòng nước có hai loại : bơm tự hút và bơm xoáy

1.3.1.5.1 Bơm tự hút

* Sơ đồ cấu tạo:H 1-10

* Thuyết minh cấu tạo:

- Trên hình trình bày kết cấu và sơ đồ hoạt động của bơm tự kích có năng suất 8 {m3 / h} dùng làm bơm nước biển trong hệ thống làm mát máy tàu 6ĐC

150 Ở vỏ và nắp bơm có các rãnh xoắn a, b có chiều sâu thay đổi Đầu tiên, chiều sâu của rãnh tăng, ở giữa không đổi, đoạn cuối có chiều sâu giảm dần đến không Lỗ c trong vỏ thông với ống hút Lỗ d ở nắp thông ống đẩy

- Khi cánh quay, nước được nén vào các rãnh a, b Do đoạn đầu chiều sâu rãnh tăng, thể tích tăng, tạo áp suất thấp, hút nước từ ống vào Đến đoạn cuối do độ sâu của rãnh giảm, áp suất nước tăng, đẩy nước qua lỗ d và sang ống đẩy Chiều cao hút của bơm này không cao; khoảng 1.5 m

- Guồng bơm có 6 cánh được chế tạo bằng thép không rỉ ; trục bơm bằng thép hợp kim Trước khi khởi động cần đổ nước đầy bơm ( sau một thời gian ngừng hoạt động không lâu, có thể không cần đổ nước ) Loại bơm này cũng có thể dùng cho hệ thống nước hầm tàu

- Trục bơm được chế tạo bằng thép 45 và tôi cao tần bề mặt ngõng trục,

đây là vị trí dễ gây hao mòn vì trong quá trình làm việc gây tải trọng va đập lên ngõng trục làm lỏng mối ghép

- Puly được chế tạo bằng gang xám hoặc được dập từ thép lá nên dễ gây

ra mòn trục bơm hoặc vòng bi

1.3.1.5.2 Bơm xoáy

*Sơ đồ cấu tạo: H 1-11

* Thuyết minh cấu tạo:

- Bánh công tác 1 có các cánh hướng tâm 2 được các rãnh 4 trong vỏ bơm 3 vây quanh Các rãnh này bị ngắt ở chỗ bố trí các ống xả 5 và ống xoáy 6

- Cột nước của bơm được tạo ra do sự chênh lệch áp suất trong bánh 1 và trong rãnh 2,nẩy sinh dưới tác dụng quay xoáy của nước, làm cho nước chuyển động từ bánh1 vào rãnh 2 Để khắc phục lực dọc trục ống được làm đối xứng theo cả hai phía của bánh

* Kiểm tra tình trạng bơm nước:

- Tháo bơm nước ra nếu thấy nghi ngờ hoặc phát hiện ra bơm nước hư mới tháo ra kiểm tra

- Kiểm tra trục bơm xem có gãy hay không, bạc lót còn tốt hay không, xem cánh quạt có mòn hoặc gãy hay không, nếu hư dùng máy ép, ép cẩn thận ra để sữa chữa

- Kiểm tra phốt cao su đầu phía trục gắn cánh quạt xem còn tốt hay không, nếu phốt này hư, nước sẽ chảy ra đầu trục

- Kiểm tra vít vô dầu mỡ có bị nghẹt hay không

- Xiết các đai ốc đều tay và đủ cứng

- Khi lắp cánh quạt gió và trục bơm nhớ không được sai chiều

- Thay puly dẫn động, thân bơm, trục puly nếu quá mòn Mài thân bơm nếu có vết xước hoặc mòn nhiều quá mức độ cho phép thì phải thay

- Bơm nước có mặt tựa cho vòng đệm đè chặt vào bánh công tác, phải thay bánh công tác nếu quá mòn, xước, rỗ hoặc gãy cánh quạt nước thay các

cụm vòng đệm Các bơm dùng ổ bi phải thay trục hoặc ổ bi nếu hai chi tiết quá mòn

- Cho động cơ hoạt động, mở thùng nước ra Nếu nước bên trong có hiện tượng chảy rối chứng tỏ bơm nước làm việc, rồ ga lên thấy nước chảy mạnh là bơm hoạt động tốt

- Nếu nước bên trong lăn tăn chứng tỏ bơm không hoạt động, rồ ga lên nước hơi cuộn là bơm hoạt động quá yếu

- Trong lúc động cơ đang hoạt động thì quạt gió luôn thổi gió về phía động cơ, nếu thổi ra thùng nước là quạt bị lắp ngược

- Vỏ bơm và nắp bơm được chế tạo bằng gang xám có thể có những hư hỏng lớn

1.3.2 Bình sinh hàn 1.3.2.1 Nhiệm vụ

Làm mát dầu nhờn khi dầu đi bôi trơn các chi tiết của động cơ, làm mát nước khi nước ngọt đi làm mát các chi tiết

1.3.2.2 Phân loại

Trong hệ thống làm mát của động cơ diezen có các loại bình làm mát sau đây:

- Bình làm mát nước-nước, dùng nước biển làm mát nước ngọt

- Bình làm mát nước-dầu, dùng nước biển hay nước ngọt để làm mát dầu bôi trơn hay dầu làm mát pittông

- Bình làm mát nước-không khí, dùng nước làm mát cho không khí tăng áp hay không khí quét

Dựa vào cấu tạo của các bình làm mát người ta chia chúng thành kiểu tấm và kiểu ống Các động cơ diezen hiện nay thường dùng kiểu ống

1.3.2.3 Yêu cầu Các ống của bình làm mát có tiết diện tròn hay elip, được chế tạo bằng đồng đỏ, đồng thau hay hợp kim menkhiô Các bản nối của hai đầu thường làm bằng đồng, thép hay gang Một đầu cần có khả năng dịch chuyển tự do khi có giãn nở nhiệt vì biến dạng nhiệt của ống lớn hơn của vỏ bình Nếu dùng nước biển để làm mát cho dầu, ở đầu ống phải có tấm kẽm bảo vệ chống ăn mòn Vỏ bình thường được chế tạo bằng thép hàn còn các nắp có thể đúc bằng gang hay hợp kim xilumin Dầu được chuyển động tuần hoàn ở bên ngoài ống, ngược chiều với nước Để tăng thời gian và cường độ tiếp xúc, trong bình có các vách chắn vuông góc với trục bình Để tăng cường độ xoáy và bề mặt tiếp xúc; nếu dầu trong ống người ta dùng các bộ phận gây xoáy đặc biệt, cho phép tănh hệ số

truyền nhiệt lên 800 đến 1000 kcal/m2h0C Trong trường hợp dầu chuyển động bên ngoài ống, để tăng bề mặt tiếp xúc người ta làm thêm các gờ hay các dãy thép hình ống

1.3.2.4 Bình làm mát kiểu nước – dầu

* Sơ đồ cấu tạo: H 1-12

* Thuyết minh cấu tạo:

- Nhiệm vụ của bình làm mát dầu bôi trơn là làm giảm nhiệt độ dầu bôi trơn bị nóng lên trong qúa trình động cơ làm việc (nhất là trong trường hợp làm mát pittông)

- Dựa vào cấu tạo của các bình làm mát dầu bôi trơn người ta chia chúng thành kiểu tấm và kiểu ống Các động cơ diesel tàu thuỷ hiện nay thường dùng loại bình làm mát kiểu ống

- Các ống của bình làm mát có tiết diện tròn hay elip, được chế tạo bằng đồng đỏ, đồng thau hay hợp kim menkhiô Các bản nối ở hai đầu ống thường được làm bằng đồng, thép hay gang Một đầu cần phải có khả năng dịch chuyển tự do khi có giãn nỡ nhiệt, vì biến dạng nhiệt cuả ống lớn hơn của vỏ bình Nếu dùng nước biển để làm mát cho dầu, ở đầu ống phải có tấm kẽm bảo vệ chống ăn mòn Vỏ bình thường được chế tạo bằng thép hàn, còn các nắp có thể đúc bằng gang hay hợp kim xilumin Dầu thường được chuyển động tuần hoàn ở bên ngoài ống ngược chiều với nước Để tăng thời gian và cường độ tiếp xúc, trong bình có các vách chắn vuông góc với trục bình

- Để tăng cường độ xoáy và bề mặt tiếp xúc, nếu dầu chuyển động trong ống người ta dùng các bộ phận gây xoáy đặc biệt, cho phép tăng hệ số truyền nhiệt lên đến 800-1000kcal/m2h0C Trong trường hợp dầu chuyển động bên ngoài ống, để tăng bề mặt tiếp xúc người ta làm thêm các gờ hay các dải thép hình sóng hàn bên ngoài ống

- Trên hình là cấu tạo bình làm mát kiểu ống của động cơ tàu thuỷ 18G

Trong vỏ 3 và hai nắp 6 và 1, có các ống bố trí song song Hai đầu ống được ghép vào tấm chung 2 Các ống còn được ghép vào các tấm chắn 4

- Nước chảy trong ống và dầu chuyển động bên ngoài ống Tấm chung được ghép kín với vỏ qua đệm mềm và cho phép nó di chuyển khi ống giãn nở nhiệt Để xả không khí ra khỏi bình, người ta dùng khoá 5

- Đối với các bình làm mát có dầu chuyển động bên ngoài ống, hiệu suất bề mặt làm mát vào khoảng (0,003-0,005) [m2/ml] (nếu không có làm mát pittông) và vào khoảng 0,03 [m2/ml] (nếu có làm mát pittông)

- Thông thường loại bình làm mát kiểu ống tròn nói chung ít được dùng Tuy nhiên nó có ưu điểm là đường ống đi hẹp, diện tích làm mát tương đối lớn nhưng cũng có nhược điểm là do đường nước hẹp nên nước bị tắc do cặn bẩn trong ống đóng lại; ống cũng dùng nhiều mối hàn nên không bền, sửa chữa không tiện, giá thành cao

1.3.2.5 Bình làm mát kiểu nước – nước

* Sơ đồ cấu tạo: H 1-13

* Thuyết minh cấu tạo:

- Bình làm mát kiểu nước–nước có cấu tạo giống như bình làm mát kiểu nước–dầu; thường được chế tạo thành dạng ống Hình vẽ là bình làm mát nước ngọt kiểu ống của động cơ diezen tàu thuỷ 64PH 36/45

- Nước ngọt đi qua ống 9 vào bên trong ống 3 và đi ra qua ống 8 Nước ngoài tàu đi qua ống 6 vào khoảng không gian bên ngoài các ống 3 rồi đi qua ống 2 Bình làm mát (vỏ 5) có nắp 7 và 1 Để tăng cường độ làm mát, người ta bố trí thêm các vách chắn 4 Ngoài ra còn có tấm bảo vệ dương cực 10 để tránh hao mòn xâm thực cho mặt trong của bình làm mát Nước được tháo qua lỗ tháo

- Để tiêu hao nhiệt nhanh, bình sinh hàn thường được làm bằng đồng vàng, đồng đỏ

- Hiệu quả nhiệt phụ thuộc vào các yếu tố sau:

+ Khả năng tản nhiệt từ nước vào không khí của các ống và lá tản nhiệt

+ Tốc độ lưu động của nước và của không khí làm mát

Muốn tản nhiệt tốt vật liệu ống và lá tản nhiệt phải dẫn nhiệt tốt như đồng hay đồng thau Thành ống và lá tản nhiệt phải mỏng chiều dày ống khoảng 0,13-0,20 mm Chiều dày lá tản nhiệt khoảng 0,08-0,12 mm Để tăng diện tích tản nhiệt

nên dùng loại ống dẹt, đồng thời hàn vào ống nước Nếu ống bé thì tốc độ lưu động đã xác định muốn tăng lưu lượng nước lên phải tăng số ống Nếu diện tích hút gió đã được xác định thì khi tăng số ống phải bố trí nhiều hàng ống, do đó sức cản không khí tăng lên, mặt khác diện tích tản nhiệt của các lá tản nhiệt nhỏ đi làm giảm sự tản nhiệt

1.3.2.6 Bình làm mát kiểu nước- không khí

* Sơ đồ cấu tạo:H 1-14

* Thuyết minh cấu tạo:

- Đây là hệ thống làm mát không khí tăng áp, ruột bình thường làm bằng nhôm, kim loại hoặc chất dẻo, bao gồm hai phần: các ống nước và bộ phận của ống Các ống nước được nối từ thùng vào tới thùng ra, không khí lưu thông bên ngoài và sẽ được nước làm mát Các ống thường có gờ bên ngoài, có tiết diện thẳng hoặc tròn Nếu kích thước cho phép thì người ta lồng bình làm mát này vào bên trong ống không khí nén để rút gọn bớt kích thước của động cơ Tuy nhiên loại bình này khó có kích thước nhỏ gọn, điều đó làm tăng kích thước chung của động cơ

- Trên hình trình bày hệ thống làm mát không khí của động cơ 64H12/24 công suất 115[ml], tốc độ quay 1500 [vòng/phút] Vỏ bình làm mát 1 được đúc bằng hợp kim nhôm, bên trong có các ống 2 Nước tuần hoàn bên trong ống, còn không khí bên ngoài ống Đường ống dẫn nước biển được ghép vào nắp 3 Bình làm mát được lắp vào giá ở đầu xylanh Bình có nút xả nước 4 và lỗ 5 có nút dùng để tháo dầu (có thể tích lại trong nước bị chân không hoá của bình) và dùng để kiểm tra độ kín nước

- Trong động cơ ô tô máy kéo,bình làm mát gồm hai phần:ngăn trên chứa nước nóng còn ngăn dưới chứa nước nguội và giàn ống truyền nhiệt nối ngăn trên và ngăn dưới vơí nhau Hiệu suất truyền nhiệt của bộ phận truyền nhiệt phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động của hai dòng môi chất Vì vậy để tăng hệ số truyền nhiệt, phía sau bình làm mát thường bố trí quạt gió đi qua giàn ống truyền nhiệt gồm các ống và lá tản nhiệt Kết cấu của bộ phận giàn ống tản nhiệt của bình làm mát Loại két nước dùng ống dẹt có sức cản không khí lớn hơn khoảng 2-3 lần so với ống tròn nhưng loại ống này không bền và khó sữa chữa Kiểu

ống tròn có ưu điểm là kết cấu đơn giản dễ sữa chữa do làm mát bằng những ống tháo lắp được mà không hàn vào hai ngăn chứa trên và dưới Hơn nữa nếu tốc độ gió đi qua giàn ống truyền nhiệt lớn thì hiệu quả truyền nhiệt của loại ống tròn càng tốt Do đó kiểu ống tròn được dùng khá phổ biến trong các loại bình làm mát của các loại ô tô tải hay máy kéo còn trong động cơ tàu thủy ít dùng hơn