thiết kế, lắp đặt hệ thống chuẩn bị nhiên liệu dùng dầu thực vật cho động cơ d12

Ở dầu thực vật có những tính chất khác nhiều so với dầu Diesel, do vậy trong hệ thống chuẩn bị nhiên liệu cho động cơ cần phải lắp thêm một số bộ phận để xử lý các tính chất đó gần giống

LỜI NÓI ĐẦU

Ngày nay nền kinh tế toàn cầu đã phát triển rất nhanh, trong sự phát triển đó ngành động cơ đốt trong đóng vai trò rất quan trọng Nó không chỉ giảm bớt sức lao động, sự độc hại cho con người mà còn tạo ra ngày càng nhiều sản phẩm có số lượng và chất lượng cao

Hiện nay gần như hầu hết các loại động cơ đốt trong sử dụng nhiên liệu Diesel làm nguồn nhiên liệu chính, nguồn nhiên liệu này là sản phẩm có trong dầu mỏ được khai thác trong tự nhiên Với những nước không có nguồn dầu mỏ quí giá mà thiên nhiên đã ban tặng cho phải nhập rất nhiều sản lượng dầu trong một năm

Trong những năm gần đây, giá cả dầu Diesel luôn biến động và tăng rất nhanh, con người đã tìm ra nhiều loại nhiên liệu mới để thay thế cho nhiên liệu diesel, trong đó có nhiên liệu được làm từ dầu thực vật

Ở dầu thực vật có những tính chất khác nhiều so với dầu Diesel, do vậy trong hệ thống chuẩn bị nhiên liệu cho động cơ cần phải lắp thêm một số bộ phận để xử lý các tính chất đó gần giống với tính chất dầu Diesel

Với mục đích trên, em đã được bộ môn Động Lực Khoa Cơ Khí Trường Đại

Học Thuỷ sản giao cho thực hiện đề tài tốt nghiệp với nội dung” Thiết kế, lắp đặt Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu dùng dầu thực vật cho động cơ D12 “

Nội dung thực hiện gồm 3 chương:

Chương1: Khái quát hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ Diesel

Chương 2: Thiết kế, lắp đặt Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu dùng dầu thực vật cho động cơ D12

Chương 3: Hạch toán giá thành và kết luận

Sau hơn 3 tháng tìm tòi nghiên cứu, với sự hướng dẫn tận tình của Thầy

Th.S Phùng Minh Lộc, đến nay đề tài đã hoàn thành Do bước đầu làm quen công

tác nghiên cứu khoa học, trình độ còn hạn chế nên chắc chắn trong đề tài này còn nhiều thiếu sót Rất mong được sự chỉ bảo của thầy cô và các bạn

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn Thầy Th.S Phùng Minh Lộc, thầy Hồ

Đức Tuấn, cùng các thầy trong Khoa Cơ Khí đã giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện thực hiện đề tài này

Nha Trang, ngày 20 tháng 0 6 năm 2006 Sinh viên thực hiện

LÊ VĂN BÌNH

I.1.1 Nhiệm vụ:

Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu có các nhiệm vụ chính như sau :

- Tiếp nhận nhiên liệu ( từ các kho ở trên bờ hoặc từ các tàu tiếp dầu ), dự trữ , bảo quản nhiên liệu;

- Cung cấp nhiên liệu cho đôïng cơ chính, động cơ phụ, nồi hơi phụ hoạt động trong mọi điều kiện;

- Phân ly và lọc sạch khỏi nước và tạp chất trong nhiên liệu Hâm nóng nhiên liệu nặng lên nhiệt độ nhất định trước khi đưa vào động cơ hoạt động

- Ngoài ra còn đảm bảo việc vận chuyển nhiên liệu trong các khoang, két dự trữ để góp phần cân bằng tàu, cũng như chuyển dầu từ dưới tàu lên bờ hoặc sang tàu khác

- Đối với động cơ sử dụng dầu Diesel, là sản phẩm của dầu mỏ, nó có ưu điểm là : năng suất toả nhiệt cao, nên giảm lượng dư trữ trên tàu, tăng được thời gian hoạt động của tàu

Bên cạnh đó, nhiên liệu lỏng tạo kiện thuận lợi cho việc cơ giới hoá và tự

Hiện nay người ta có xu hướng sử dụng nhiên liệu nặng do giá rẻ ( chỉ bằng 35% giá dầu nhẹ ) Nhiên liệu nặng có chất lượng kém, khi sử dụng có thể xảy ra một số vấn đề kỹ thuật sau:

- Hệ thống thiết bị phức tạp cồng kềnh: phải có thiết bị phân ly, lọc sạch nước và tạp chất, thiết bị hâm nóng dầu để giảm độ nhớt, phải cho thêm một số hoá chất để trơ hoá lưu huỳnh

- Làm tăng sự ăn mòn và mài mòn xilanh và piston của động cơ;

- Chất lượng dầu nhờn giảm nhanh;

- Nhiều chi tiết của động cơ thường xuyên bị đóng cấu cặn Vòi phun hay bị tắc

I.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống:

Hệ thống nhiên liệu động cơ Diesel phải thoả mãn các yêu cầu sau:

- Hệ thống nhiên liệu phải đảm bảo động cơ làm việc bình thường trong mọi điều kiện Lúc tàu nghiêng 150, chúi 50 các thiết bị của hệ thống vẫn đảm bảo cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho động cơ trong thời gian dài;

- Tất cả các két nhiên liệu, đường ống dẫn nhiên liệu không được bố trí ở trên các thiết bị toả nhiệt như: ống khí xả của động cơ, bầu tiêu âm, động cơ điện…và không đặt cạnh các két nước ngọt, dưới các phòng ở, mỗi két phải có ống thông khí và ống này phải đặt ở trên mặt hở của boong Ngoài ra còn phải có ống tràn

- Các bơm để chuyển nhiên liệu bao giờ cũng có hai bơm ( một bơm làm việc và một bơm dự phòng ), có sản lượng sao cho bơm đầy két lớn nhất trong thời gian

2 – 4 giờ

Nếu hệ thống dùng nhiên liệu nặng thì nhất thiết phải bố trí thêm két nhiên

cho động cơ trong các trường hợp: Khởi động động cơ, trước khi tắt động cơ và chạy tốc độ thấp

- Nếu dùng nhiên liệu nặng thì phải hâm nhiên liệu trước khi cấp vào động cơ tới nhiệt độ ( 70 – 90 )0C có lúc tới 1200C để đảm bảo độ nhớt ( 2 – 6 )0E Còn khi lắng trong các két phải hâm tới ( 50 – 70 )0C để đảm bảo lắng và phân ly có hiệu quả nhất

- Thể tích két dầu trực nhật hàng ngày bảo đảm cho động cơ chính, động cơ phụ làm việc ở công suất định mức:

+ Không nhỏ hơn 12giờ đối với nhiên liệu nặng

+ Không nhỏ hơn 8 giờ đối với nhiên liệu nhẹ

- Ngoài ra hệ thống chuẩn bị nhiên liệu phải dễ bảo quản, làm vệ sinh, đơn giản, giá thành thấp

I.2 SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG HỆ THỐNG CHUẨN BỊ NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

I.2.1 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ Diesel tàu thuỷ

I.2.1.1 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống chuẩn bị nhiên liệu Diesel (nhẹ)

Hình I.1 Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu Diesel ( nhẹ ).

1 Động cơ Diesel chính (máy chính); 2 Nồi hơi phụ độc lập; 3 Lọc thô;

4 Bơm cấp -(điện); 5 Két nhiên liệu hàng ngày dùng cho động cơ chính; 7 Két nhiên liệu hàng ngày dùng cho động cơ phụ; 8 Bơm chuyển-tay; 9 Bơm chuyển- điện; 10 Lọc thô; 11 Ống chuyển nhiên liệu khỏi tàu; 12 Ống nhận nhiên liệu;

13 Lọc thô; 14 Két dự trữ nhiên liệu; 15 Thiết bị phân ly; 16 Động cơ Diesel phụ ( máy phụ) ; 17 Két tháo ; 18 Lọc thô kép

*Nguyên lý hoạt động:

Với sơ đồ trên tất cả máy chính 1, máy phụ 16 và nồi hơi phụ độc lập 2 đều sử dụng chung một loại nhiên liệu đó là nhiên liệu Diesel nhẹ Khi nhận nhiên liệu nó tự chảy qua ống nhận 12, qua lọc thô 13 vào các két dự trữ 14 Từ két dự trữ 14 nhiên liệu đươc bơm chuyển –điện 9 hoặc bơm tay 8 hút và cấp qua lọc thô 10, vào các két hàng ngày của nồi hơi độc lập 5, của máy chính 6, của máy phụ 7

Trong sơ đồ trên các két nhiên liệu được bố trí trên cao Từ các két nhiên liệu hàng ngày này nó sẽ tự chảy tương ứng qua các van chăn đóng mở nhanh được dẫn động từ xa, đi đến các động cơ Diesel phụ 16 và qua lọc kép 18 đến các động cơ Diesel chính 1

Nhiên liệu được cấp đến nồi hơi độc lập nhờ bơm cấp-điện 4, qua lọc 3 Thiết

bị phân ly 15 được dùng để làm sạch nhiên liệu (tách nước, tạp chất cơ học và nhũ tương ra khỏi nhiên liệu ) từ két dự trữ 14 để cấp các két hàng ngày 5,6,7 Nhiên liệu rò rỉ từ các động cơ Diesel và từ đáy két hàng ngày được đưa về két tháo 17 Từ két tháo, nhiên liệu được thiết bị phân ly 15 làm sạch và chuyển trở về các két hàng ngày hoặc khi cần nó được bơm 9 chuyển trực tiếp trở lại các két hàng ngày mà không qua thiết bị phân ly Khi cần lấy nhiên liệu ra khỏi két hàng ngày người

ta có thể sử dụng bơm 9 chuyển nhiên liệu qua ống 11

I.2.1.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống chuẩn bị nhiên liệu Diesel (nặng)

Hình 1.2 Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu nặng động cơ Diesel.

1 Động cơ phụ; 2 Động cơ chính; 3 Bầu hâm nóng; 4 Bơm cấp nhiên liệu; 5 Phin lọc kép; 6 Két trực nhật; 7 Đường ống xả dầu bẩn; 8 Két lắng; 9 Nồi hơi ;

10 Đường ống dẫn dầu lên bờ, sang taù khác ; 11 Ống nạp trên boong ; 12 Phễu lọc ; 13 Két dự trữ nhiên liệu nặng; 14 Két dự trữ nhiên liệu nhẹ; 15 Phin lọc ; 16 Bơm diện ; 17 Bơm tay ; 18 Két trực nhật của dầu nhẹ; 19 Máy phân ly

*Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được nạp thông qua ống nạp 11 trên boong, qua phễu lọc 12 vào két dư trữ 13 ( nếu là nhiên liệu nặng ) hoặc két 14 (nếu là nhiên liệu nhẹ) Nhiên liệu nặng được bơm điện 16 hoặc bơm tay 17 hút qua phin lọc 15 , đẩy vào két lắng 8, hoặc vào két trực nhật cho nồi hơi 9 Từ két lắng nhiên liệu tự chảy xuống máy phân ly 19 và được đưa vào két trực nhật 6 Dầu bẩn từ két lắng 8 được xả ra ngoài qua van và đường ống 7 vào két dầu bẩn

Nhiên liệu nặng từ két trực nhật chảy qua phin lọc kép 5 đến bơm cấp nhiên liệu 4 , sau đó được nén qua bầu hâm nóng 3, hâm nóng tới nhiệt độ (80 ÷90)0C và cấp vào bơm cao áp của động cơ chính 2

Két trực nhật 18 nhận trực tiếp dầu nhẹ từ két dự trữ qua bơm 16 hoặc qua máy phân ly để cung cấp dầu nhẹ cho các động cơ phụ 1 và động cơ chính 2 hoạt động trong trường hợp khởi động,trước khi dừng, đảo chiều hoặc chạy non tải.Đường ống 10 dùng để chuyển dầu lên bờ hoặc sang các tàu khác.

I.2.2 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ Diesel ôtô và tĩnh tại

Hình I.3 Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu Diesel ôtô.

1 Miệng két dầu; 2 Két dầu; 3 Nút xã dầu; 4 Van; 5,8 Lọc nhiên liệu;

6 Van an toàn; 7 Bơm chuyển nhiên liệu; 9 Dầu đến BCA;

*Nguyên lý hoạt động:

Đối với động cơ ôtô, việc tiếp nhận nhiên liệu rất dễ dàng và thường xuyên, bên cạnh đó để đảm bảo gọn nhẹ, đơn giản nên người ta thường lắp đặt két dầu 2 tương đối nhỏ

Nhiên liệu được đổ trực tiếp vào két dầu Trước khi đến bơm chuyển nhiên liệu 7, nhiên liệu đi qua lọc thô 5, van an toàn 6 làm việc khi áp suất dầu lớn hơn áp suất cho phép, sau bơm chuyển nhiên liệu 7 người ta lắp thêm một lọc tinh 8

I.2.1.2 Sơ đồ nguyên lý của hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ

Diesel tĩnh tại cỡ nhỏ

Hình I.4 Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ

1 Miệng két dầu; 2 Két dầu; 3 Nút xả dầu; 4 Van chặn; 5 Lọc nhiên liệu; 6 Dầu đến BCA;

*Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý hoạt động của hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ tĩnh tại cỡ nhỏ rất đơn giản, nhiên liệu được chứa trong két dầu 2 đặt trên cao, lợi dụng thế năng, nhiên liệu tự chảy qua lọc 5

Van chặn 4 được khoá lại khi độïng cơ ngừng hoat động

I.2.3 Hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ D12

Động cơ D12 là loại động cơ nhỏ, hệ thống nhiên liệu đơn giản, dễ sử dụng, bảo quản và sửa chữa

Hình 1.5 Sơ đồ hệ thống chuẩn bị nhiên liệu động cơ D12

1 Miệng két nhiên liệu ; 2 Két nhiên liệu; 3 Lọc thô; 4 Van; 5 Lọc tinh;

*Nguyên lý hoạt động:

Nhiên liệu được đưa vào két nhiên liệu 2 thông qua miệng két 1, két nhiên liệu 2 được đặt trên cao, lợi dụng thế năng nên không cần dùng bơm chuyển nhiên liệu vẫn có thể tự chảy đến lọc tinh 5, van 4 được đóng chặt khi tắt máy

I.3 CÁC BỘ PHẬN CƠ BẢN CỦA HỆ THỐNG CHUẨN BỊ NHIÊN

LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DIESEL

I.3.1 Thùng nhiên liệu (két nhiên liệu):

Bao gồm thùng nhiên liệu hàng ngày và thùng nhiên liệu dự trữ Thùng nhiên liệu hàng ngày cần có dung tích đảm bảo chứa đủ số nhiên liệu cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian định trước

Thùng nhiên liệu dự trữ không được đặt bên dưới nồi hơi và buồng ở, cầu thang,ống khí xả, thiết bị điện,…

Các két nhiên liệu được đặt cách thành sau của nồi tối thiểu là 600 mm và cách vỏ của nó 450 mm

Để hạn chế sự dao động lớn của mặt thoáng nhiên liệu trong két chứa lớn, người ta bố trí bên trong két các tấm ngăn dọc thông nhau được hoặc chia két lớn thành 2÷3 két nhỏ theo chiều ngang và được nối với nhau bằng các đoạn ống dẫn Ngoài két nhiên liệu hàng ngày, két nhiên liệu dự trữ còn có thể có két lắng đọng, két tháo, két nhiên liệu bẩn

I.3.2 Bơm thấp áp

Bơm có chức năng hút nhiên liệu từ thùng chứa hăng ngày rồi đẩy đến bơm cao áp Hệ thống nhiên liệu có thể không có bơm thấp áp nếu thùng chứa nhiên liệu hàng ngày được đặt ở vị trí cao hơn động cơ để nhiên liệu tự chảy đến bơm cao áp

Năng suất của bơm chuyển phải bằng( 1,5÷2 ) lần lượng cung cấp định mức của động cơ Cột áp được xác định theo vị trí tương đối của bơm chuyển, bình lọc và BAC và phải đủ lớn để thắng trở lực đường ống và chủ yếu để tạo ra áp suất thẩm thấu qua lọc

Lượng cung cấp ở các máy Diesel không lớn nên bơm tháp áp thường là loại

bơm piston kép, bơm bánh răng ăn khớp ngoài , ăn khớp trong hoặc bơm phiến trượt

I.3.2.1 Bơm piston kép hay còn gọi là bơm tác dụng hai chiều Trong loại

bơm này piston làm việc cả hai phía, do đó có hai buồng làm việc A,B; hai van hút 2,6; và hai van đẩy 3,5 Trong một chu kỳ làm việc của bơm có hai quá trình hút và hai quá trình đẩy ( khi buồng A hút thì buồng B đẩy và ngược lại )

Hình 1.6 Sơ đồ cấu tạo của bơm piston kép

1 Đầu vào của nhiên liệu; 2,6 Van hút; 3,5 Van đẩy; 4 Đầu ra của nhiên liệu

*Nguyên lý làm việc:

Khi piston chuyển động về phía bên trái van hút 6 và van đẩy 3 mở , đồng thơiø van hút 2 và van đẩy 5 đóng lại, quá trình này nhiên liệu được đưa vào buồng B, và nhiên liệu có trong buồng A được đưa lên trên thông qua van đẩy 3

Khi piston chuyển động về phía phải van hút 2 và van đẩy 5 mở , đồng thời van hút 6 mở và van đẩy 3 đóng lại, nhiên liệu trong buồng B được lên trên thông qua van đẩy 5

I.3.2.2 Bơm bánh răng:

Gồm hai bánh răng ăn khớp với nhau trong một vỏ bơm Nhiên liệu chuyển từ bọng hút A qua bọng đẩy B nhờ các rãnh răng quay vòng theo vỏ bơm

Hình 1.7 Sơ đồ cấu tạo của bơm bánh răng ăn khớp ngoài

1 Bánh răng chủ động; 2 Vỏ bơm; 3 Đầu hút; 4 Bánh răng bị động ; 5 Đầu đẩy; A Bọng hút; B Bọng đẩy

*Nguyên lý hoạt động:

Bánh răng chủ động 1 gắn liền trên trục chính của bơm ăn khớp với bánh răng bị động 4, cả hai bánh răng đều đặt trong vỏ bơm Khi bơm làm việc , bánh răng chủ động quay kéo bánh răng bị động quay theo chiều mũi tên, nhiên liệu chứa đầy trong các rãnh C giữa các răng ngoài vùng ăn khớp được chuyển từ bọng hút qua bọng đẩy vòng theo vỏ bơm (theo chiều chuyển động của bánh răng ) Vì thể tích trong bọng đẩy giảm khi các răng của hai bánh răng ăn khớp , nên chất lỏng bị chèn ép và đồn vao ống đẩy 5 với áp suất cao quá trình này gọi là quá

như sau : thể tích chứa nhiên liệu tăng ( khi các bánh răng ra khớp ), áp suất giảm xuống thấp hơn áp suất trên mặt thoáng của bể hút làm cho chất lỏng chảy qua ống hút 3 vào bơm.

Như vậy quá trình hút và đẩy của bơm xảy ra đồng thời và liên tuc khi bơm làm việc

I.3.3 Lọc nhiên liệu

Trong hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có các bộ phận được chế tạo và lắp ráp với độ chính xác rất cao như : đầu phun, cặp piston-xylanh của bơm cao áp, van triệt hồi Các bộ phận này dễ bị hư hại nếu trong nhiên liệu có tạp chất cơ học Bởi vậy nhiên liệu phải được lọc sạch trước khi đến bơm cao áp

Yêu cầu lọc sạch tạp chất cơ học có kích thước lớn hơn ( 3÷5 )micromet.Trong dầu đốt còn có thể lẫn nước, các hạt keo nhựa như hắc ín, nhựa đường Sự có mặt của chúng dễ làm cho các mối ghép chính xác ở BCA, vòi phun

bị kẹt cứng, nước có thể làm cho động cơ khó khởi động, nổ không đều, vì vậy cần phải tách chúng ra

Trong quá trình sử dụng cần phải thường xuyên theo dõi chất lượng lọc, tình trạng của các bình lọc, và kịp thời rửa, vệ sinh và thay chúng cần thiết

Kết cấu của các loại bình lọc và phần tử lọc rất đa dạng Yêu cầu chung của các bình lọc là: làm việc tin cậy có hiệu quả, có kích thước nhỏ gọn nhất, sử dụng và bảo dưỡng đơn giản, dễ dàng Các bình lọc có kích thước nhỏ thường bố trí ngay trên động cơ Còn trên các động cơ Diesel cở lớn nhiều khi người ta bố trí chung thành cụm thiết bị tự điều khiển riêng

Thông thường trong hệ thống dầu đốt máy diesel người ta bố trí 4 loại lọc: lọc

sơ, lọc thô, lọc tinh và lọc rất tinh

Lọc sơ đặt ở miệng bình chứa dầu nó giữ lại các rác cùng với các hạt cứng có

kích thước lơn khoảng ( 0,1÷0,22 ) mm

I.3.3.1 Lọc thô.

Hình I.8 Bình lọc thô của máy D50, D70 ( Nga )

Nó gồm phần tử lọc ngoài 2 và phần tử lọc trong 1 Đó là các cốc hình trụ

dạng sóng , phía ngoài được quấn các dây đồng thau

Dầu bẩn vào chứa ở xung quanh cốc 2, ngấm qua nó vào cốc 1 rồi vào trung tâm, trở thành dầu sạch để đi đến lọc tinh

Trục hình côn số 3 thực chất nó là van 3 ngả Nó cho phép dừng 1 trong 2 bình để kiêm tra sửa chữa, thay thế hoặc vệ sinh ruột của nó, trong khi bình kia vẫn làm việc

I.3.3.2 Lọc tinh

Hình I.9 Bình lọc tinh của máy d50

Phần tử lọc là các khoanh nỉ ép lại Dầu bẩn từ phía ngoài thấm qua các khoanh nỉ này đi vào trung tâm sẽ trở thành dầu sạch Các hạt rắn có kích thước 0,04mm sẽ được giữ lại phía ngoài vỏ lọc Lõi lọc có thời gian sử dụng 400 giờ

I.3.4 Ống dẫn nhiên liệu

Gồm có ống cao áp và ống thấp áp ống cao áp dẫn nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp đến vòi phun Ống thấp áp dẫn nhiên liệu từ thùng chứa đến bơm cao áp và dẫn nhiên liệu về thùng chứa

Ống dẫn thường là loại ống có tiết diện tròn Vật liệu ống khác nhau, tuỳ từng loại ống cao áp hay thấp áp mà người ta sử dụng vật liệu làm ống bằng kim loại, nhựa… Đối với ống thấp áp người ta thường sử dụng ống làm bằng nhựa, cao su Đường ống cao áp người ta các ống làm bằng thép cacbon và thép không gỉ, đồng thau, đồng đỏ, các hợp kim đồng-niken, lưỡng kim và nhôm

Qui phạm qui định:

Ống thép, ống đồng và ống hợp kim đồng phải là ống không hàn, nếu ống đó được dùng cho các đường ống có áp suất làm việc từ 5 kG/cm2 trở lên

Để đảm bảo an toàn cho người sử dụng máy, giảm bớt sự toả nhiệt ra buồng máy và giảm tổn thất nhiệt các đường ống dẫn nhiên liệu có nhiệt đo mặt ngoài vượt quá 600C cần phải được bọc cách nhiệt Tuỳ theo nhiệt độ của nhiên liệu được dẫn qua ống mà người ta sử dụng các loại vật liệu cách nhiệt khác nhau cho lớp cách nhiệt của ống ( sợi thuỷ tinh, bột , vải amiăng…)

Kết cấu lớp cách nhiệt được thể hiện sau đây:

1.10 Kết cấu lớp cách nhiệt

1 Ống;

2 Lớp cách nhiệt thứ nhất ;

3 Lớp cách nhiệt thứ 2;

4 Lưới bọc

I.3.5 Van

I.3.5.1 Van chặn

Cấu tạo của van chặn phụ thuộc chủ yếu vào chức năng công dụng của van, kích cở van và dòng chảy qua van

Hình 1.11 Van khoá

1 Thân; 2 Bệ van; 3 Đĩa van; 4 Đệm kín; 5 Chèn đệm; 6 Trục; 7 Vô lăng;

8 Đầu vào; 9 Đầu ra

Đây là loại van chặn thông dụng trong hệ thống nhiên liệu Diesel Phần tử đóng kín là đĩa van 3 được truyền động bằng trục 6, ép sát đĩa van 3 vào bệ van 2 Đĩa van 3 được nâng hạ nhờ việc điều khiển vô lăng 7

Thân các loại van có thể bằng gang đúc hoặc đồng đúc, nó cũng có thể được tiện hoặc hàn Đệm kín 4 thường là các vòng cao su tổng hợp hoặc phi kim loại

Cơ cấu chèn đệm 5 dùng để chèn chặt đệm kín vào khe giữa thân van và trục van để bịt kín không cho dầu rò rỉ qua trục van khi trục van chuyển động lên xuống Ren để dịch chuyển trục lên xuống là ren hình thang Khi quay theo chiều kim đồng hồ van đóng Về nguyên tắc, để đỡ rò rỉ môi chất qua đệm trục, phía đệm trục bao giờ cũng là phía áp suất thấp khi đóng van

I.3.5.2.Van một chiều và van an toàn

a Van một chiều:

Van một chiều (còn gọi là clapê một chiều ) chỉ cho dòng chảy đi theo một hướng

Hình I.12 Van một chiều hình cốc

1 Thân van

2 Đế van

Hình 1.13 Van một chiều hình nấm

1 Đầu vào; 2 Đế van; 3 Thân van; 4 Đầu ra; 5 Đệm kín bằng cao su

Van một chiều được lắp trên đường cung cấp nhiên liệu giữa bơm và két trực

nhật, có nhiệm vụ không cho nhiên liệu chảy ngược trở lại Trong trường hợp này

bơm ngừng hoạt động, sửa chữa bơm hoặc bơm bị sự cố

Khi bơm hoạt động, áp suất được tạo ra giữa đầu vào và đầu ra của va một chiều Khi áp suất cửa vào lớn hơn áp suất cửa ra một chút van sẽ tự động mở cho dòng nhiên liệu đi đến két trựt nhật Trường hợp ngược lại ,khi ngừng bơm hoặc khi bơm bị sự cố, áp suất phía đầu vào giảm xuống van một chiều sẽ tự động đóng lại ngăn không cho dòng nhiên liệu chảy về lại bơm

b Van an toàn:

Van toàn chỉ khác van một chiều ở chỗ độ chênh áp suất dầu ở đầu vào và đầu

ra phải đạt những trị số nhất định thì van mới mở Van an toàn được bố trí ở những

thiết bị có áp suất cao, thường là sau bơm Nó dùng để phòng trường hợp khi áp suất vượt quá mức qui định Khi áp suất trong một thiết bị nào đó vượt quá mức qui định thì van an toàn sẽ mở ra để xả nhiên liệu về thiết bị có áp suất thấp

I.3.6 Máy phân ly

Phân ly là một trong những hình thức lọc sạch nhiên liệu nhất , vì nó không những các tạp chất cơ học mà còn có khả năng tách nước và thành phần keo nhựa

ra khỏi nhiên liệu

Trong các thiết bị Diesel chạy bằng nhiên liệu nhẹ , người ta sử dụng một máy phân ly để tách nước, các tạp chất vô cơ và cơ học; các thiết bị Diesel chạy bằng nhiên liệu nặng người ta trang bị hai máy phân ly mắc nối tiếp

Thông thường, trên các tàu biển người ta trang bị ( 3 – 4 ) máy phân ly , trong đó 1 hoặc 2 cái đóng vai trò dự phòng

Nguyên tắc làm việc của máy phân ly dựa trên cơ sở của lực ly tâm xuất hiện khi máy làm việc, làm phân lớp các chất có tỷ trọng khác nhau theo hướng kính

I.3.6.1 Phân loại máy phân ly

Dựa vào cấu tạo ta có thể phân loại máy phân ly làm hai loại : máy phân ly

dạng đĩa nón và máy phân ly dạng đĩa trống

a Máy phân ly dạng trống

Hình I.15 Cấu tạo máy phân ly dạng trống

1 Đường ống dẫn nhiên liệu vào

2 Nhiên liệu sạch

3 Nước

4 Tạp chất cơ học

b Máy phân ly dạng đĩa nón 2 pha

Đây là loại máy phân ly tạo ra 2 pha: rắn và lỏng, như vậy thông thường sẽ không có có đường ống xả nước ra

Hình I.16 Cấu tạo máy phân ly dạng đĩa nón 2 pha

1.Đường ống dẫn nhiên liệu vào ;

2 Nhiên liệu sạch ;

c Máy phân ly dạng đĩa nón 3 pha

Đây là loại máy phân ly tạo ra 3 pha :rắn, lỏng nặng và lỏng nhẹ hay là tạp chất cơ học , nước và nhiên liệu sạch

Hình I.17 Máy phân ly dạng đĩa nón 3 pha

1 Đường ống nhiên liệu vào;

2 Nhiên liệu sạch;

Nhiên liệu Nước

Nước

1

I.3.6.2 Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân ly.

a Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân ly nhiên liệu Diesel nhẹ.

Hình I 18 Sơ đồ thiết bị phân ly nhiên liệu Diesel nhẹ

1 Máy phân ly; 2 Bộ sấy; 3 Két nhiên liệu bẩn; 4 Ống dẫn nhiên liệu sạch; 5 Ống dẫn nhiên liệu sạch; 6 Két tháo; 7 Bơm chuyển; 8. Ống tràn;

*Nguyên lý làm liệc:

Bơm 7 là bơm kép, nó vừa cấp nhiên liệu cho máy phân ly, vừa chuyển nhiên liệu sạch đến két nhiên liệu hàng ngày Trước khi cấp vào máy phân ly 1, nhiên liệu được bơm 7 chuyển qua bộ sấy 2 để sấy nóng Cặn bẩn, do kết quả phân

ly được tập trung vào két nhiên liệu bẩn 3 Nhiên liệu đã lọc sạch được dẫn ra theo các ống 4 và 5 Khi máy phân ly được nạp quá đầy, nhiên liệu theo ống tràn 8 đỗ về két tháo 6

b Sơ đồ nguyên lý thiết bị phân ly nhiên liệu Diesel nặng

Hình I.19 Sơ đồ thiết bị phân ly nhiên liệu Diesel nặng

1 Két lắng;

2 Đường ống cấp nhiên liệu vào két lắng đọng;

3,4 Đường ống dẫn nhiên liệu đến bơm;

5 Bơm điện;

6 Bộ sấy bằng hơi;

7 Máy phân ly 3 pha thứ I;

8 Đường ống dẫn nhiên liệu đến máy phân ly thứ II;

9 Máy phân ly thứ II;

10 Bơm chuyển dẫn động điện;

11 Đường ống dẫn nhiên liệu sạch;

12.Két nhiên liệu hàng ngày;

13 Đường ống nhiên liệu cấp các nơi tiêu thụ;

14 Đường ống cấp nước nóng để rửa nhiên liệu;

15 Két nhiên liệu bẩn;

*Nguyên lý làm liệc:

Nhiên liệu nặng có chứa một số lượng lớn các chất keo nhựa, các tạp chất hoà tan và không hoà tan trong nước, khi đốt cháy nó tạo thành tro và mài mòn nhanh các chi tiết cặp pittông-xilanh của động cơ Do vậy cần phải tăng cường biện pháp làm sạch nhiên liệu Trong hệ thống nhiên liệu nặng người ta tiến hành rửa và làm sạch nhiên liệu trong 2 máy phân ly, được mắc nối tiếp nhau

Trong máy phân ly thứ I ( loại máy 3 pha ), nhiên liệu và nước nóng được cấp vào đó, làm việc như một bộ lọc, đảm bảo cho việc rửa nhiên liệu bằng nước, loại bỏ nước và cặn bẩn ra khỏi nhiên liệu Còn máy phân ly thứ 2 ( có thể là máy 2 pha hay 3 pha ) đóng vai trò máy làm trong, nó làm sạch nhiên liệu ở khâu cuối cùng Trước khi đi qua máy phân ly, nhiên liệu được bộ sấy bằng hơi 6 sấy đến ( 55 –

70 )0C

Nước nóng để rửa nhiên liệu có nhiệt độ cao hơn nhiệt độ của nhiên liệu ( 3 – 5 )0C

I.3.7 Bộ sấy

I.3.7.1 Sự cần thiết phải sử dụng bộ sấy.

Những động cơ làm việc trong điều kiện khi hậu lạnh, dùng nhiên liệu nặng, nhất thiết cần phải sửng dụng bộ sấy Vì nhiên liệu trong những điều kiện trên có độ nhớt cao, khi phun vào buồng đốt sẽ rất khó để hoà trộn với không khí, dẫn đến hỗn hợp cháy không được hoà trộn đều, động cơ rất khó khởi động Bên cạnh đó nhiệt độ cao sẽ làm tăng sức cản trên đường ống và lọc, làm cho nhiên liệu khó

Hiện nay người ta sử dụng nhiều loại thiết bị sấy: sấy bằng điện trở, sấy bằng dòng dòng khí nóng, hệ thống sấy sử dụng nước làm mát, hệ thống sử dụng khí xả Nhưng thông dụng và đơn giản nhất là sấy bằng điện trở

I.3.7.2 Sơ đồ thiết bị sấy bức xạ dùng bề mặt bức xạ bằng điện trở

Hình I.20 Thiết bị sấy bức xạ dùng thanh điện trở

1 Thanh điện trở;

2 Két nhiên liệu;

3 Lớp cách nhiệt;

II.1.1 Yêu cầu đối với nhiên liệu dùng cho động cơ Diesel

Qúa trình đốt cháy nhiên liệu ở động cơ Diesel hiện nay chỉ cho phép diễn ra trong một thời gian rất ngắn, vài phần trăm đến vài phần ngàn của 1 giây Do vậy nhiên liệu được phun vào buồng đốt phải ở dưới dạng sương mù và hoà trộn đều với không khí đã được nạp vào trong xylanh trước đó trong một khoảng thời gian ngắn nhất có thể

Những yêu cầu cơ bản như sau:

- Hoà trộn dễ dàng với không khí và cháy nhanh;

- Khi cháy toả ra nhiều nhiệt từ một đơn vị thể tích nhiên liệu;

- Không để lại tro cặn sau khi cháy và sản phẩm cháy không gây ô nhiễm môi trường;

- Vận chuyển, bảo quản và phân phối dễ dàng;

Cho đến nay, nhiên liệu lỏng vẫn là loại nhiên liệu được sử dụng phổ biến nhất cho động cơ Diesel So với các loại nhiên liệu khác nhiên liệu lỏng có ưu điểm hơn hẳn là: vận chuyển, bảo quản và phân phối dễ dàng ; có nhiệt trị thể tích khá lớn

II.1.2 So sánh độ nhớt giữa dầu Diesl với dầu thực vât

Mức độ chảy nhiên liệu trong đường ống được đặc trưng bằng độ nhớt Chất lượng phun nhiên liệu vào xylanh phụ thuộc vào độ nhớt Nếu độ nhớt quá cao làm cho các tia nhiên liệu khó phân tán thành các hạt nhỏ và có thể bám trên thành xylanh Ngược lại độ nhớt quá thấp lại làm cho các tia nhiên liệu quá ngắn, không bao trùm hết không gian công tác của buồng đốt Cả hai trường hợp trên đều dẫn đến quá trình tạo hỗn hợp cháy không cao, lượng nhiên liệu cháy rớt và cháy không hoàn toàn tăng

Độ nhớt qui ước được xác định bằng thiết bị nhớt kế: nhớt kế Engler dùng đơn

vị đo là độ Engler ( 0E )hay là độ nhớt qui chuẩn ( 0BY ) Độ nhớt qui chuẩn là tỉ số giữa thời gian chảy 200 ml nhiên liệu qua lỗ chuẩn của nhớt kế Engler ở nhiệt độ thử nghiệm độ nhớt với thời gian chảy 200 ml nước tinh khiết ở nhiệt độ 200C

Bảng 2-1 Bảng so sánh độ nhớt của dầu Diesel với các dầu thực vật phổ biến ở Việt Nam

Loại dầu Nhiệt độ Dầu Diesel Dầu Dừa Dầu Nành Dầu Phụng

II.1.3 So sánh tỷ trọng của dầu Diesel với dầu thực vật

Tỷ trọng của một chất là đại lượng không thứ nguyên, có trị số bằng khối lượng của một môi chất đó chia cho khối lượng của nước cất cùng thể tích

d = m1/ m2 [ mục 3, số 13 tr 22 ] Trong đó :

d : tỷ trọng

m1: khối lượng của cùng một đơn vị thể tích mẩu thử ở nhiệt độ t1, [ Kg ]

m2: khối lượng của cùng một đơn vị thể tích nước cất ở nhiệt độ t2, [ Kg ]

Bảng 2-2 Bảng so sánh khối lượng riêng của dầu Diesel với dầu thực vật

Thông số Loại dầu

Nhiệt độ ( 0C ) Tỷ trọng

sử dụng dầu thực vật thay thế dầu Diesel thì nhất thiết phải xử lý để cải thiện độ nhớt, tỷ trọng, tính bay hơi và trị số Cetan

Vì ta chưa xác định được trị số Centan và tính bay hơi của các loại dầu thực vật một cách cụ thể, do vậy chưa thể dựa vào tính bay hơi và trị số Cetan để lựa chọn loại dầu lam nhiên liệu thay thế Lúc này ta chỉ chọn loại dầu làm nhiên liậu thay thế dầu Diesel dựa vào độ nhớt và tỷ trọng của 3 loại dầu đã đo được

Dựa vào bảng so sánh ở phần trên Ta thấy, dầu Dừa có độ nhớt và tỷ trọng nhỏ hơn 2 loại dầu thực vật còn lại Do vậy khả năng biến đổi độ nhớt và tỷ trọng của dầu Dừa gần giống dầu Diesel là dễ dàng hơn hai loại dầu thực vật còn lại Ta chọn dầu Dừa làm nhiên liệu thay thế

II.2.2 Các giải pháp xử lý

II.2.2.1 Giải pháp cơ lý

a Sấy nóng nhiên liệu

Dựa vào các thông số đã đo được ở dầu Dừa, ta thấy độ nhớt dầu Dừa còn khá lớn và gần như không bay hơi ở nhiệt độ thường Điều này sẽ ảnh hưởng xấu quá trình cháy

Một trong những biện pháp giảm độ nhớt của dầu Dừa là tăng nhiệt độ dầu Dừa Khi tăng độ nhớt dầu Dừa, không những độ nhớt dầu Dừa giảm, bên cạnh đó

khả năng tự bốc hơi cũng sẽ tăng

Bảng 2.3- Độ nhớt dầu Dừa phụ thuộc vào nhiệt độ

b Tách glyxêrin ra khỏi dầu Dừa

Trong dầu Dừa, glyxêrin chiếm khoảng ( 8 ÷ 12% ) Glyxêrin là chất lỏng , có công thức C3H5(OH)3, độ nhớt lớn, khối lượng riêng của glyxêrin ở 150C là 1,256g/cm3 Trộn lẫn với nước và rượu theo mọi tỷ lệ Vì vậy khi cho 10% êtannol vào dầu Dừa thì nó sẽ hình thành ester mới giữa êtanol và axit béo C2H5(COOR)3 Nếu trong nhiên liệu còn lượng glyxêrin thì độ nhớt nhiên liệu lớn Bên cạnh đó giá thành nhiên liệu cao, vì glyxêrin nguyên chất được dùng làm thuốc nổ, mỹ phẩm…

* Các phương pháp tách glyxêrin:

+ Tách glyxêrin bằng phương pháp chưng cất

Lợi dụng nhiệt độ sôi của nước và glyxêrin khác nhau, nước sôi 1000C, glyxêrin có nhiệt độ sôi 2900C, dầu Dừa sau khi pha chế là các ester của êtanol và axit béo

- C2H5COO(CH2)10CH3: Êtyloric, có nhiệt độ sôi 2690C

- C2H5COO(CH2)12 CH3:Eâtylmyristate, có nhiệt độ sôi 250,50C

Dùng phương pháp chưng cất phân đoạn ta sẽ thu được glyxêrin

+ Tách glyxêrin bằng phương pháp chiết

Glyxêrin tan vào nước tạo thành hỗn hợp chất lỏng có tỷ trọng lớn hơn ester

C2H5(COOR)3 do vậy nó lắng đọng dưới đáy, nhờ vậy ta có thể chiếc được hỗn hợp glyxêrin và nước ra khỏi nhiên liệu, làm cho độ nhớt nhiên liệu giảm xuống Đun sôi hỗn hợp glyxêrin và nước lên 1000C thì nước bay hơi, còn lại glyxêrin

+ Các biện pháp khác:

Ngoài 2 phương pháp trên, ta có thể tách glyxêrin bằng cách dùng máy phân

ly

Ta có thể pha trộn dầu Dừa với rượu êtylic hoặc mêtylic để giảm độ nhớt và tăng tính bốc hơi

So với rượu mêtylic, thì rượu êtylic có nhiều ưu điểm hơn: ít gây độc hại cho người và động vật, giá thành rẻ hơn, nhiệt trị cao hơn…Dựa vào những ưu điểm trên, do vậy ta chọn rượu êtylic làm dung môi pha chế

Khi pha trộn dầu Dừa với êtanol ( rượu êtylic ), tỷ trọng của hỗn hợp thu được nhỏ hơn tỷ trọng dầu Dừa nguyên chất, vì tỷ trọng êtanol nhỏ và lúc này sẽ tạo thành ester

C3H5(COOR)3 + 3C2H5OH → 3C2H5(COOR)3 + C3H5(OH)3

Các phả ứng này xảy ra chậm, muốn xảy ra nhanh phải nâng nhiệt độ và áp suất

Sản phẩm của nhiên liệu sau khi pha trộn xuất hiện những chất ảnh hưởng xấu đến quá trình chuẩn bị nhiên liệu động cơ: tạo cặn cacbon trong khi dự trữ và sử dụng, lượng cặn bẩn lớn làm tắc lọc, tạo điều kiện cặn bẩn bám trong các bầu hâm làm tắc các đường ống dẫn nhiên liệu

Nguyên nhân của việc tạo cặn bẩn trong nhiên liệu của dầu Dừa:

Phần thứ nhất được tạo ra từ nhiên liệu: các hợp chất hydrocacbon ( sáp ) và phần tạo ra từ các hợp chất hữu cơ

Phần thứ hai quá trình lắng đọng tự nhiên của nước và các tạp chất vô cơ Hỗn hợp sau khi pha trộn giữa nhiên liệu và êtanol ở điều kiện bình thường vẫn chưa đảm bảo các thông số cần thiết của nhiên liệu diesel để động cơ hoạt động được, do vậy cần phải gia nhiệt Khi gia nhiệt không những độ nhớt của hỗn hợp nhiên liệu giảm xuống, ngoai ra nó tạo cho sự hoà trộn giữa dầu Dừa và êtanol được hoàn toàn

Bảng 2-4 Độ nhớt của dầu Dừa khi pha cồn 96 0 và gia nhiệt

Nhiệt độ Thông số độ nhớt

Độ nhớt dầu Diesel theo TCVN [ 10 ] ở nhiệt độ thường: (1,2 ÷ 1,67 )0E

II.3 CÁC PHƯƠNG ÁN LẮP ĐẶT HỆ THỐNG CHUẨN BỊ NHIÊN LIỆU DÙNG DẦU THỰC VẬT

II.3.1 Hệ thống chuẩn bị hệ thống nhiên liệu dùng dầu thực vật cho động cơ cỡ nhỏ hoạt động độc lập

Như đã trình bày ở trên, để giảm độ nhớt dầu Dừa cần phải thêm chất phụ gia và gia nhiệt Chất phụ gia được thêm ở dây là cồn 960

Dầu Dừa sử dụng cho những loại động cơ này đã qua xử lý để tách nước và glyxêrin

Từ bảng 2- 4 ta thấy nếu pha 15% etanol và sấy nóng nhiệt độ dầu Dừa trên

700C, thì có thể sử dụng dầu Dừa làm nhiên liệu thay thế dầu Diesel

II.3.1.1 Sử dụng nguồn nước làm mát từ động cơ để sấy nóng dầu Dừa

Hình II.1 Sơ đồ sấy nóng dầu Dừa bằng nước làm mát

1 Két chứa nước; 2 Bình nước làm mát cho động cơ; 3 Nhiệt kế; 4 Đường dầu Diesel; 5 Nhiên liệu đến BCA; 6 Van 3 ngã; 7 Lọc tinh; 8 Cần gạt; 9 Thùng chứa dầu Dừa được trích ra để hâm nóng; a,b,c: Van ; 10 Thùng chứa nước nóng; 11 Phao tự cấp dầu Dừa; 12 Phao tự cấp nước; 13 Két chứa dầu Dừa