thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ rv70-n

Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel+biogas với các % năng lượng diesel làm mồi...29 3.2.1.. Trong những loại nhiên liệutruyền thống sử dụng trên các phư

MỤC LỤC

Trang

Lời nói đầu 5

1 Giới thiệu đề tài 6

1.1 Tổng quan về nhiên liệu diesel 6

1.1.1 Giới thiệu về nhiên liệu diesel 6

1.1.2 Những tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel 7

1.2 Tổng quan về nhiên liệu biogas 8

1.2.1 Ưu điểm của nhiên liệu biogas 8

1.2.2 Thành phần của khí biogas 8

1.2.3 Những tính chất cơ bản của biogas 9

1.2.4 Yêu cầu của biogas khi sử dụng trong động cơ đốt trong 9

1.2.5 Tình hình sử dụng biogas hiện nay 10

1.3 Mục đích, ý nghĩa và đối tượng áp dụng của đề tài 11

1.3.1 Mục đích 11

1.3.2 Ý nghĩa 11

1.3.3 Đối tượng áp dụng 11

2 Khảo sát đặc điểm kết cấu của động cơ RV70-N 11

2.1 Giới thiệu chung về động cơ 11

2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của động cơ 11

2.1.2 Kết cấu các chi tiết chính của động cơ 13

2.1.2.1 Piston 13

2.1.2.2 Thanh truyền 14

2.1.2.3 Trục khuỷu 14

2.2 Khảo sát hệ thống nhiên liệu 15

2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 15

2.2.2 Nguyên lý làm việc 15

2.2.3 Kết cấu các chi tiết chính 16

2.2.3.1 Bộ điều tốc 16

2.2.3.2 Bơm cao áp 17

2.2.3.3 Vòi phun 17

2.3 Khảo sát hệ thống nạp thải 18

2.3.1 Bình lọc không khí 18

2.3.2 Ống xả 19

3 Tính toán chu trình nhiệt của động cơ RV70-N 19

3.1 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel 19

1

3.1.1 Các số liệu ban đầu 19

3.1.2 Các thông số chọn 20

3.1.3 Kết quả tính toán 21

3.1.4 Đồ thị công 26

3.2 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel+biogas) với các % năng lượng diesel làm mồi 29

3.2.1 Các giả thiết trong quá trình tính toán 29

3.2.2 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng 5% năng lượng diesel làm mồi 30

3.2.2.1 Thành phần của hỗn hợp nhiên liệu 30

3.2.2.2 Các thông số chọn 31

3.2.2.3 Kết quả tính toán 32

3.2.3 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lượng diesel ở chế độ không tải 40

3.2.3.1 Bảng kết quả đo lượng tiêu hao nhiên liệu diesel ở chế độ không tải 40

3.2.3.2 Thành phần hỗn hợp nhiên liệu 40

3.2.3.3 Kết quả tính toán nhiệt: 41

3.2.4 Đồ thị công 41

3.3 So sánh, nhận xét 44

3.3.1 So sánh 44

3.3.1.1 Các thông số cơ bản của quá trình tính 44

3.3.1.2 Kết quả tính toán nhiệt 44

3.3.1.3 Bảng xác định đường nén và đường giãn nở 47

3.3.1.4 Đồ thị công 48

3.3.2 Nhận xét 48

4 Nghiên cứu, cải tiến hệ thống cung cấp biogas cho động cơ RV70-N 49

4.1 Cơ sở lý thuyết 49

4.2 Các phương án thiết kế van cung cấp biogas (van tiết lưu) 49

4.2.1 Yêu cầu, nhiệm vụ 49

4.2.2 Các phương án thiết kế 49

4.2.2.1 Van côn 50

4.2.2.2 Van cánh (van đĩa) 51

4.2.2.3 Van cầu 52

4.3 Các phương án thiết kế cơ cấu hạn chế lượng phun diesel làm mồi 53

4.3.1 Yêu cầu, nhiệm vụ 53

4.3.2 Các phương án thiết kế 53

4.3.2.1 Cơ cấu hạn chế lượng phun dùng vít 53

4.3.2.2 Cơ cấu hạn chế lượng phun dùng thanh đẩy 54

4.4 Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas 55

4.4.1 Yêu cầu của bộ điều tốc biogas 55

4.4.2 Các phương án thiết kế 55

4.4.2.1 Thay thế bộ điều tốc diesel bằng bộ điều tốc biogas (BĐT loại 1) 55

4.4.2.2 Sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động van côn (BĐT loại 2) 57

4.4.2.3 Sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động van cánh (BĐT loại 3) 59

4.5 So sánh và chọn phương án cải tạo 61

4.6 Tính toán, thiết kế phương án đã chọn 61

4.6.1 Cơ sở lý thuyết 61

4.6.2 Giới thiệu bộ phụ kiện vạn năng GATEC 20 62

4.6.2.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc 62

4.6.2.2 Ưu và nhược điểm 63

4.6.3 Tính toán, thiết kế buồng hỗn hợp 63

4.6.4 Tính toán, thiết kế van côn 65

4.6.5 Tính toán, thiết kế cơ cấu hạn chế lượng phun diesel làm mồi 69

4.6.6 Tính toán, thiết kế bộ điều tốc biogas 70

4.6.6.1 Sơ đồ tính toán bộ điều tốc 70

4.6.6.2 Tính toán, thiết kế các chi tiết của bộ điều tốc 73

4.6.6.3 Kết cấu bộ điều tốc biogas dẫn động van côn 83

4.7 Sơ đồ hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) 84

5 Quy trình chế tạo và lắp đặt các chi tiết được cải tiến vào động cơ 85

5.1 Quy trình công nghệ chế tạo vỏ bộ điều tốc 85

5.1.1 Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi 85

5.1.2 Xác định trình tự gia công các bề mặt 85

5.1.3 Trình tự thực hiện các nguyên công 85

5.2 Lắp đặt bộ điều tốc biogas lên giá động cơ - máy phát điện 90

5.3 Lắp đặt vít hạn chế lượng phun diesel 91

6 Chương trình tính toán bằng phần mềm Visual Basic 92

6.1 Giới thiệu 92

6.2 Form nhiệm vụ của đề tài 92

6.3 Form các thông số động cơ 92

6.4 Form các thông số của biogas 94

6.5 Form các thông số chọn 94

6.6 Form các kết quả tính toán nhiệt 95

6.7 Form tính toán họng Ventury 98

6.8 Form tính toán van tiết lưu (van côn) 99

3

6.9 Form tính toán bộ điều tốc 99

6.10 Nhận xét 100

7 Lắp đặt – chạy thử 100

7.1 Mục đích, yêu cầu của việc thử nghiệm 100

7.1.1 Mục đích 100

7.1.2 Yêu cầu 101

7.2 Địa điểm và mô hình lắp đặt thí nghiệm 101

7.2.1 Địa điểm 101

7.2.2 Mô hình lắp đặt 101

7.3 Kết quả thí nghiệm 103

7.3.1 Đo tiêu hao nhiên liệu diesel khi chạy không tải bằng lưỡng nhiên liệu (diesel+biogas) 103

7.3.2 Đo tải máy phát điện 104

7.4 Nhận xét 105

8 Kết luận đề tài 106

TÀI LIỆU THAM KHẢO 107

LỜI NÓI ĐẦU

Những vấn đề mà thế giới quan tâm hiện nay đó là năng lượng và ô nhiễmmôi trường Nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt dần và càng trở thànhmối nhạy cảm trong bức tranh chính trị quốc tế Giá dầu thô thay đổi liên tục trongthời gian gần đây đã cho thấy bất ổn lớn của nền kinh tế toàn cầu khi dựa vào dầuthô làm nguồn năng lượng chính Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượngmới là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng Vànghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh từ lâu đã được các nhà khoa họcđặc biệt quan tâm Hiện nay ở quy mô toàn cầu, biogas là nguồn năng lượng lớn,tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9 đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới

Nguồn khí biogas nhận được từ các hầm khí sinh học đã cung cấp nănglượng phục vụ sinh hoạt gia đình Trong thực tế sản xuất và sinh hoạt ở nông thônhiện nay, những động cơ cỡ nhỏ kéo các máy công tác thông thường như bơm nước,phát điện, xay xát…có nhu cầu rất lớn Sử dụng khí biogas để chạy các loại động cơnày sẽ giúp cho người dân tiết kiện được chi phí năng lượng, giảm giá thành sảnxuất và góp phần tích cực trong cải thiện đời sống người dân Vì thế em đã chọn đề

tài: “Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N”

Sau một thời gian miệt mài tìm hiểu và nghiên cứu, với sự nổ lực của bảnthân cùng với sự giúp đỡ của quý thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông, đặcbiệt là thầy PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quátrình làm đồ án, nay đề tài của em đã hoàn thành Tuy nhiên, với trình độ cũng nhưkinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắc hẳn đề tài còn nhiều thiếu sót Kính mongquý thầy cô giáo giúp đỡ và góp ý để đề tài của em hoàn thiện hơn

Em xin chân thành cảm ơn!

Ngày 04 tháng 06 năm 2010Sinh viên thực hiện

Lê Thanh Doãn

1 Giới thiệu đề tài

5

Nước ta có gần 80% dân số sống ở nông thôn Hoạt động sản xuất và sinhhoạt ở khu vực này đòi hỏi một nguồn năng lượng rất lớn Sự gia tăng giá xăng dầu

và giá điện trong thời gian gần đây đã gây rất nhiều khó khăn đối với vùng nôngthôn Nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ để phát điện nhằm giảm chi phínăng lượng đã trở nên rất bức xúc, đặc biệt ở những nơi sản xuất nông nghiệp tậptrung, các trại chăn nuôi có sẵn hầm biogas

Trên thị trường hiện có những động cơ được thiết kế đặc biệt để sử dụngbiogas, tuy nhiên nó thuộc nhóm các động cơ đặc chủng nên đắt tiền Vả lại cácđộng cơ này chỉ chạy bằng biogas, không chạy được bằng nhiên liệu lỏng nênkhông phù hợp với các hầm biogas cỡ nhỏ, có trữ lượng biogas hạn chế Ở nước ta,hầm biogas đã trở nên quen thuộc ở nông thôn Tuy nhiên do qui mô sản xuất cònnhỏ nên thể tích các hầm biogas phổ biến khoảng vài chục m3, không đủ sức cungcấp nhiên liệu liên tục cho động cơ Vì vậy, ngoài biogas, động cơ cần phải chạyđược bằng xăng dầu truyền thống khi cần thiết

Giải pháp đơn giản nhất là cải tạo các loại động cơ sử dụng nhiên liệu lỏngphổ biến thành động cơ tĩnh tại chạy bằng biogas-nhiên liệu lỏng

Trong đề tài này em tiến hành nghiên cứu cải tạo quá trình cung cấp nhiênliệu cho động cơ Vikyno diesel RV70-N chạy bằng hai nhiên liệu song song biogas-diesel Động cơ tự cháy do nén chạy bằng biogas được cải tạo từ động cơ diesel làmviệc theo nguyên lý: công suất chính do quá trình cháy biogas sinh ra, một lượngdiesel tối thiểu được phun làm mồi để đốt cháy hỗn hợp Lượng diesel phun mồinày được chỉnh ở mức thấp nhất

1.1 Tổng quan về nhiên liệu diesel

1.1.1 Giới thiệu về nhiên liệu diesel

Nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ diesel chủ yếu là những loại sản phẩm củaquá trình chưng cất dầu mỏ Nó là một hỗn hợp của nhiều Cacbuahydro có kết cấuphân tử khác nhau, quyết định tính chất lý hoá cơ bản của nhiên liệu và ảnh hưởngrất nhiều tới quá trình bốc hơi và cháy của nhiên liệu Trong những loại nhiên liệutruyền thống sử dụng trên các phương tiện vận tải, diesel là một trong những nguồnnhiên liệu rất quan trọng được sử dụng rất phổ biến bởi những tính năng ưu việt của

nó Dầu diesel là phần Hydrocacbon lấy từ dầu mỏ, có nhiệt độ sôi nằm trongkhoảng 200 - 3000C Dầu diesel có màu nâu nhạt, nặng hơn xăng và nhẹ hơn nước

Dầu diesel phải có các tính chất sau đây:

+ Tính bốc hơi và có tính tự cháy tốt để đảm bảo cho quá trình cháy hoàntoàn, tăng hiệu suất, giảm ô nhiễm

+ Cháy ổn định, không làm rung khi động cơ nổ

+ Có độ nhớt thích hợp để đảm bảo nhiên liệu dễ cháy ở nhiệt độ thích hợp,đồng thời phải đảm bảo phun sương vào buồng cháy và bôi trơn cho cặp piston-bơm cao áp được tốt.

+ Nhiên liệu phải cháy kiệt, xả hết hơi thừa, ít đóng muội ở vòi phun, buồng cháy

1.1.2 Những tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel

a) Nhiệt trị: Diesel là nhiên liệu có nhiệt trị tương đối cao: Qtk = 42,530 [MJ/kg]

b) Tính bay hơi: Tính bay hơi của nhiên liệu diesel ảnh hưởng rất lớn đến sự tạothành hỗn hợp của nhiên liệu và không khí Để đánh giá độ bay hơi của nhiên liệudiesel dùng các chỉ tiêu: thành phần điểm sôi, tỷ trọng hay khối lượng riêng, màusắc của nhiên liệu diesel

Tỷ trọng của nhiên liệu diesel dùng cho các loại động cơ trong khoảng(0,820 ÷ 0,920) [kg/lít] là phù hợp

c) Tính lưu động ở nhiệt độ thấp và tính phun sương:

Một trong những chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel là lưu chuyển dễdàng trong hệ thống cung cấp và phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ Tínhchất này đặc biệt yêu cầu khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp

Thông thường độ nhớt của diesel, ở 200C từ 1,5 tới 6,0 là phù hợp Nhiênliệu diesel mùa đông có độ nhớt thấp hơn mùa hè

d) Tính tự cháy: Để đánh giá khả năng tự cháy của nhiên liệu diesel người ta dùngđại lượng có tính quy ước là trị số xetan (TSXT)

Trị số xetan cao quá sẽ không cần thiết vì gây lãng phí nhiên liệu, một sốthành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xilanh bị thiếu oxy nênphân hủy thành các cacbon tự do, tạo muội theo phản ứng:

2 C

t y

2

y xC H

C   0 Nếu TSXT thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ do trong nhiên liệu có nhiềuthành phần khó bị oxy hoá, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xilanh quá nhiềumới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng một lúc gây toả nhiệt mạnh, áp suấttăng mạnh, động cơ rung giật, … gọi là cháy kích nổ

Thông thường các loại nhiên liệu diesel có TSXT vào khoảng (40 ÷ 50) sửdụng tốt trong các động cơ hoạt động vào mùa hè và TSXT vào khoảng (50 ÷ 55) tốtcho động cơ làm việc vào mùa đông

+ Hàm lượng lưu huỳnh tổng số

+ Độ axit (Tolal Acid Number-TAN)

+ Hàm lượng nước

1.2 Tổng quan về nhiên liệu biogas

1.2.1 Ưu điểm của nhiên liệu biogas

+ Không chứa HC thơm nên không gây ung thư

+ Khí thiên nhiên biogas không chứa chì gây tác hại đến sức khỏe con người,gây ô nhiễm môi trường không khí

+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn diesel 4 lần,phân huỷ từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày)

+ Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất

+ Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ

+ Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùng miềnnông thôn

+ Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ, góp phần tiết kiệm choquốc gia một khoảng ngoại tệ lớn

chất hữu cơ như: cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biếnthực phẩm, các chất thải từ quá trình chăn nuôi

1.2.3 Những tính chất cơ bản của biogas

CH4 được mệnh danh là nhiên liệu “sạch”, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp củaCH4 là 1012 Btu/ft3 (35,8.103KJ/m3) Do biogas chứa khoảng (40 ÷ 80%) CH4 nênbiogas có nhiệt trị tương đối cao, 1m3 biogas có nhiệt lượng (4.700 – 6.500)kcal,tương đương với (0,5 ÷ 0,7) lít dầu diesel

1.2.4 Yêu cầu của biogas khi sử dụng trong động cơ đốt trong

Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nângcao hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải động gây ra Tabiết rằng trong biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H2S (khoảng10.000ppm thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng (200 ÷ 400)ppmH2S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí Khí biogas được sử dụnglàm nhiên liệu, khí H2S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm cháy của

nó là SOx cũng là một khí rất độc cho con người (TCVN cho phép là 0,3mg/m3) Vìthế, hoàn thiện quá trình cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu biogas là vấn đề đặt

ra để có thể vừa kéo dài tuổi thọ động cơ vừa giảm thiểu ô nhiễm trong khí thảiđộng cơ Hàm lượng của các chất này không được vượt quá mức cho phép

Mặc dù không phải là chất chiếm nhiều trong biogas như CO2, nhưng hơi nước

có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của quá trình cháy biogas Dù hàm

9

lượng nhỏ nhưng hơi nước đã ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạncháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của biogas Ngoài ra nó làm tăngnguy cơ ăn mòn thiết bị, do đó cần thiết phải giảm lượng hơi nước có trong biogas.

1.2.5 Tình hình sử dụng biogas hiện nay

Hiện nay, khi nhiên liệu thay thế đã trở thành đề tài nghiên cứu được nhiềunhà quan tâm thì những lựa chọn để sử dụng nguồn năng lượng này càng trở nênphong phú Các xu hướng chính sử dụng nhiên liệu biogas trên thế giới như sau:

+ Đốt trực tiếp

+ Làm nhiên liệu cho các loại động cơ

+ Bán cho các nhà cung cấp khí tự nhiên

1.3 Mục đích, ý nghĩa và đối tượng áp dụng của đề tài

1.3.1 Mục đích

Nguồn biogas

Đốt trực tiếp

cung cấp

Tạo năng lượng

Công suất

trên trục

Vận tải

Cấp nhiệt, làm lạnhSấy

Xe khách,

Xe tải, Máy kéo

Phát nhiệt điện

+ Nắm được nguyên lý làm việc, đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệthống cung cấp nhiên liệu diesel cũng như hệ thống cung cấp biogas.

+ Tính toán quá trình cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N chạy

máy phát điện Qua đó so sánh, nhận xét các kết quả tính để từ đó đưa ra phương

pháp cải tạo động cơ chạy bằng diesel sang chạy bằng hỗn hợp (diesel + biogas)

+ Nghiên cứu, cải tạo động cơ tĩnh tại chạy bằng diesel sang chạy bằng hỗnhợp (diesel + biogas) nhằm tiết kiệm nguồn nhiên liệu lỏng, giảm chi phí và bảo vệmôi trường

1.3.2 Ý nghĩa

+ Việc sử dụng nhiên liệu khí biogas để làm nhiên liệu chạy động cơ đốt trong

sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO góp phần thực hiện các côngước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia

+ Việc tận dụng các nguồn năng lượng sạch tại chỗ cho sản xuất sẽ giúp chongười dân tiết kiệm được kinh phí, làm giảm giá thành sản phẩm, tăng thu nhập chongười dân, góp phần đẩy mạnh công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nôngnghiệp nông thôn, đảm bảo sự phát triển bền vững của đất nước

+ Các động cơ ô tô có mức phát thải ô nhiễm lớn được cải tạo sang sử dụnglưỡng nhiên liệu biogas/diesel sẽ đảm bảo mức phát thải chất gây ô nhiễm ở mức tốithiểu đảm bảo vấn đề ô nhiễm môi trường

2 Khảo sát đặc điểm kết cấu của động cơ RV70-N

2.1 Giới thiệu chung về động cơ

2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của động cơ

Hiện nay, nhu cầu sản xuất các động cơ cỡ nhỏ có công suất tương đối dùngtrong nông nghiệp là rất lớn tại Việt Nam, các nhà sản xuất động cơ tập trung chủđộng sản xuất các loại động cơ diesel công suất nhỏ đáp ứng nhu cầu này và có đủkhả năng cạnh tranh với các loại động cơ diesel công suất nhỏ đang tràn ngập thịtrường nước ta Bằng các nghiên cứu thị trường trong những năm gần đây về yêucầu của khách hàng đối với động cơ đốt trong sản xuất tại Việt Nam là chất lượng,giá thành, suất tiêu hao nhiên liệu, công suất Từ các yêu cầu trên Công ty MáyNông Nghiệp Miền Nam (VIKYNO) đã tập trung nghiên cứu cải tiến các sản phẩm

11

hiện có và đã cho ra đời rất nhiều thế hệ động cơ RV dựa trên các thiết kế mẫu củaKUBOTA (Nhật Bản).

Động cơ RV70-N là động cơ diesel một xilanh được nghiên cứu và sản xuấtdựa trên thiết kế của động cơ diesel RK70, do công ty VIKYNO chế tạo, là loạiđộng cơ được sản xuất trong nước, đồng thời cũng là sản phẩm có nguồn cung cấp

ổn định, được sử dụng nhiều trên các ghe, thuyền cỡ nhỏ, chạy máy phát điện trongcác trang trại chăn nuôi Đây là dạng động cơ tĩnh tại, động cơ đặt nằm ngang, kíchthước khuôn khổ của động cơ như sau: LxBxH = 619x322,5x435 [mm], và thông số

kỹ thuật như sau:

Bảng 2-1. Đặc tính kỹ thuật của động cơ RV70-N

Suất tiêu thụ nhiên liệu gam/Mã lực/giờ 203

2.1.2 Kết cấu các chi tiết chính của động cơ

2.1.2.1 Piston

Vì piston luôn luôn chịu nhiệt độ, áp suất cao và chuyển động tịnh tiến trongxilanh, nên nó phải có trọng lượng nhẹ, cứng, chịu nhiệt, chịu mòn và độ giản nởnhiệt ít Vì những lý do đó nên piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm chứa silic

Piston có bốn sécmăng:

+ Sécmăng trên cùng (1) thuộc loại mặt tròn Bề mặt trượt của nó có dạngtròn để lắp ráp ban đầu tốt hơn và cũng thiết kế để ngăn ngừa hiện tượng mòn bấtthường và bó kẹt Do đó, phần này được mạ crôm cứng để tăng độ chịu mài mòn

+ Sécmăng thứ hai (2) thuộc loại côn có độ kín sát cao và có tác dụng làmgiảm hao phí dầu động cơ

+ Sécmăng thứ ba (3) thuộc loại côn cắt ở dưới Nó ngăn ngừa dầu khỏi dânglên trên thành xilanh hiệu quả hơn sécmăng côn.

+ Sécmăng dầu bốn (4) thuộc loại côn cắt Áp lực của bề mặt trượt cao có tácdụng gạt dầu một cách hiệu quả Bề mặt trượt còn được mạ crôm cứng để có độchịu mòn tốt hơn

Trục khuỷu có một rãnh dầu, qua đó dầu động cơ được cung cấp đến phần cổbiên và bôi trơn nó

2.2 Khảo sát hệ thống nhiên liệu

2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu động cơ RV70-N gồm các bộ phận chính sau: Thùngchứa nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bộ điều tốc, bơm cao áp, đường ống cao áp, vòiphun, đường dầu hồi Các bộ phận như: bộ điều tốc, bơm cao áp được gắn kết vớinhau trong một khối nhỏ gọn

2.2.2 Nguyên lý làm việc

Dầu diesel từ thùng chứa nhiên liệu (3) qua bình lọc (6) đi vào bơm cao áp (7)sau khi đã lọc sạch những cặn bẩn, bụi, nước…Tại đây nhiên liệu được nén với ápsuất cao theo đường dầu cao áp (8) thắng lực lò xo của vòi phun (9) để nâng kimphun lên khỏi đế van, nhiên liệu áp suất cao được phun vào buồng cháy động cơ

Sau khi phun xong áp suất nhiên liệu giảm nhanh dẫn đến lực lò xo vòi phunthắng áp suất dầu để đóng van lại và kết thúc quá trình phun

15

Hình 2-5 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu

1 Nắp đậy; 2 Lưới lọc nhiên liệu; 3 Thùng chứa nhiên liệu; 4 Nút xả; 5 Khóa; 6 Bình lọc nhiên liệu; 7 Bơm cao

áp; 8 Đường dầu cao áp; 9 Vòi phun; 10 Đường dầu hồi.

9

6

5 4

10

Một phần nhiên liệu cung cấp đến vòi phun (9) dùng để bôi trơn các chi tiếtchuyển động của kim phun bên trong vòi phun

Dầu thừa đi theo đường dầu hồi (10) từ phần trên của vòi phun (9) trở vềthùng chứa nhiên liệu (3)

2.2.3 Kết cấu các chi tiết chính

2.2.3.1 Bộ điều tốc

Bộ điều tốc có tác dụng giữ tốc độ động cơ không thay đổi và đồng thời điềukhiển công suất ra Bộ điều tốc của động cơ RV70-N là bộ điều tốc điều khiển cơkhí nhiều chế độ, nó khống chế tốc độ động cơ ở bất cứ điểm nào giữa các vị trí tốc

độ từ chạy không đến cực đại Phần tử cảm ứng tốc độ động cơ là quả văng

Hoạt động của bộ điều tốc nhờ vào sự thay đổi biến dạng ban đầu của lò xo

* Kết cấu của bộ điều tốc:

Hình 2-6 Kết cấu bộ điều tốc diesel

1 Bơm cao áp; 2 Bộ phận hạn chế nhiên liệu; 3 Tay đòn bộ

điều tốc; 4 Quả văng; 5 Trục bộ điều tốc; 6 Tay đòn cần ga

diesel; 7 Lò xo bộ điều tốc; 8 Bánh răng trục khuỷu.

nhiên liệu cấp cho động cơ Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm xuống thì lực lò xothắng lực ly tâm đẩy thanh răng về vị trí cấp nhiên liệu nhiều hơn Cứ như vậy bộđiều tốc sẽ giữ cho động cơ hoạt động với tốc độ không đổi với chế độ tải ổn định.

2.2.3.2 Bơm cao áp

Bơm cao áp thuộc kiểu bơm Bosch K, nó nhỏ, nhẹ và dễ sử dụng

Piston bơm cao áp (4) có rãnh xiên trái chuyển động tịnh tiến qua con lăncon đội (5) nhờ cam nhiên liệu của trục cam, đẩy nhiên liệu đi vào vòi phun

2.2.3.3 Vòi phun

Do sử dụng vòi phun kiểu tiết lưu, nên lượng nhiên liệu phun nhỏ khi bắt đầuphun và lượng nhiên liệu tăng lên dần dần khi phun nhiên liệu chính Loại vòi phunnày có đặc trưng là tạo nên sự đốt cháy tăng êm dịu

Nhiên liệu được bơm cao áp đẩy đến thân miệng phun (5) qua lưới lọc (1) ởđây các mạt kim loại nhỏ, cặn, bụi bẩn trong nhiên liệu được giữ lại

Khi áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo (4) của vòi phun, kim phun (6) đượcđẩy lên và nhiên liệu được phun từ lỗ phun Nhiên liệu bôi trơn giữa kim phun vàthân miệng phun trở về thùng chứa qua ống nhiên liệu thừa

Áp suất phun được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ dày đệm điều chỉnh (3)

17

Hình 2-7 Kết cấu bơm cao áp

1 Đầu nối ống cao áp; 2 Van cao áp; 3 Thân bơm; 4 Piston

bơm cao áp; 5 Con lăn; 6 Thanh răng; 7 Đường dầu hồi

Ø32

16 27

6,5

9 13

Hình 2-8 Kết cấu vòi phun

1 Lưới lọc; 2 Thân vòi phun; 3 Đệm điều chỉnh;

4 Lò xo vòi phun; 5 Thân miệng phun; 6 Kim phun

24 11,5 9,5

2.3 Khảo sát hệ thống nạp thải

2.3.1 Bình lọc không khí

Động cơ RV70-N được trang bị một bình lọc không khí kiểu ướt, thuộc loạibát dầu Bình lọc không khí loại bát dầu có một phần tử lọc kiểu sợi thép chế tạobằng vật liệu lọc được gia công đặt biệt Hầu hết bụi hút vào bình lọc không khí bịloại ra do dầu ở trong bát chứa dầu Các hạt bụi và cặn nhỏ không bị tách ra, sẽ bịgiữ lại bởi các sợi thép được tẩm dầu

Và không khí đã lọc sạch theo đường ống nạp cung cấp đến xi lanh

18

Hình 2-9 Kết cấu đường nạp động cơ RV70-N

1 Bu lông xiết đường nạp vào động cơ; 2 Bu lông xiết cần giữ vòi phun

2.3.2 Ống xả

Ống xả có ống đục lỗ, các tấm chắn và thân chính

Ống đục lỗ và các tấm chắn có tác dụng làm giảm tiếng ồn khí xả một cách

có hiệu quả

3 Tính toán chu trình nhiệt của động cơ RV70-N

3.1 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel

3.1.1 Các số liệu ban đầu

α3 50

3.1.2 Các thông số chọn

Tên thông số Đơn vị Khoảng giá trị

thường gặp

Giá trịchọn

Tài liệutham khảo

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z, z 0,65 ÷ 0,85 0,76 [1]

Hệ số lợi dụng nhiệt tại b, b 0,85 ÷ 0,9 0,9 [1]

k 2 r

p

p λ λ ελ

1 p

p T

ΔT)T) (T

λ γ

, 0

115 , 0

* 1

* 11 , 1 02 , 1

* 24

1

* 08829 , 0

115 , 0

* 700

) 25

r 2 t 1 k a.

k

k v

p

p λ λ ελ p

p ΔT)T) (T

T 1)

(ε

1

η

837 , 0 08829

, 0

115 , 0 1

* 11 , 1 02 , 1

* 24

1

* 0981 , 0

08829 , 0

* ) 25 302

0,115

0,08829 700

* 0,026

* 1,11 25 302 )

γ (1

p

p T γ λ ΔT)T

T

T

1,45 1 1,45

r

m 1 m

r

a r r t K

Nhiệt trịthấp QH[kJ/kg]

kk/kgnl]

[kmol0,495)

32

0,0044

0,12612

0,87(0,21

132

O4

H12

C0,21

* 2

0,00419 19,806

T 2

b a C

baCm

'' v '' v

''

5 , 1

634 , 1 867 , 19 α

1,634 19,867

a ''

5 , 1

36 , 184 38 , 427 10

* α

184,36 427,38

* 2

0,006 20,956

baγ

1

Cm

*γCmmC

*rC

v r

v r vkk vi

i v

Trong đó: + 19,835

0,0261

20,956

*0,02619,806

γ1

a

*γaa

r

'' v r v '

0,006

*0,0260,00419

γ1

b

*γbb

r

'' v r v '

* 2

0,004 19,835

mC '



b4) Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chọn trước n1 = 1,3645 Thế vào PT sau:

ε 1

*Τ

*2

ba

83141

n

1 n a

' v ' v

,9

8,3141

1ε

*Τ

*2

ba

8,3141

VP

1 1,345 1

n a

' v '

*337ε

*T

T n 1 1 , 3645 1 a

[K]

b6) Tính áp suất cuối kỳ nén pc [MN/m2]:

749,624

*08829,0ε

*p

0,126 32

O 4

M β

0,026 1,043

γ 1

γ β β

1,035 0,9

0,76

* 0,026 1

1 1,043 1

ξ

ξ

* γ 1

1 β 1 β

b

z r

ξ x

c8) Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z: z

'' vz '' vz

''

2

ba

r z 2

z 1

' v o

r z 2

'' v '' vz

x1

*Mβ

γx

*M

x1

*M

*aβ

γx

*M

*aa

, 0 1

* 742 , 0 043 , 1

026 , 0 844 , 0

* 774

,

0

844 , 0 1

* 742 , 0

* 835 , 19 043 , 1

026 , 0 844 , 0

* 774

o

r z 2

z 1

' v o

r z 2

'' v '' vz

x1

*Mβ

γx

*M

x1

*M

*bβ

γx

*M

*bb

0053 , 0 844

, 0 1

* 742 , 0 043 , 1

026 , 0 844 , 0

* 774

,

0

844 , 0 1

* 742 , 0

* 004 , 0 043 , 1

026 , 0 844 , 0

* 774

* 2

0,0053 20,792

mC ''

c9) Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz [K]:

Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy:

'' vz z

c

'' vc r

1

H

z (mC 8,314*λ)*T β *mC *Tγ

1

*M

Q

*ξ







Đưa về dạng phương trình bậc hai: AT 2 BTz C 0

b

*βΑ

'' vz

 + Β β * (a '' 8 , 314 ) 1,035 * (20,792 8,314) 0 , 127

1

Η Η

2

baγ

1

*Μ

ΔT)QQ

*ξC

  2 *1073 8,314*1,45 *1073 79103,943

0,004 835

, 9 0,026 1

*

0,742

0 2530

1,456 1073

2188

* 1,45

1,043 T

T

* λ

β ρ

c

z

d2) Tỷ số giãn nở sau:

16,487 1,456

24 ρ

ε

d3) Kiểm nghiệm lại trị số n2:

Chọn trước n2 = 1,274 Tính lặp n2 theo công thức:

'' vz '' vz b z r

1

Η Η z b

2

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*Μ

ΔT)QQ

*ξξ

8,3141

2188δ

1015)(2188

*1,042

*0,026)(1

*

0,742

042530

*0,760,9

8,314

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*

Μ

ΔT)QQ

*ξξ

8,314

b z

'' vz '' vz b z r

1

Η Η

z b

2188δ

9,785δ

0,115

* 1015 p

p T

1 1,45 m

1 m

b

r b

* T

T T

e) Tính toán các thông số chỉ thị

e1) Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết [MN/m2]:

ε

11

*1n

1δ

11

*1n

ρ

*λ1)(ρ

*λ

1 3645 , 1

1 487

, 16

1 1

1 274 , 1

456 , 1

* 45 , 1 1 456 , 1

* 45

e2) Áp suất chỉ thị trung bình: pi = pi’* φđ = 0,853 * 0,97 = 0,828 [MN/m2]

e3) Hiệu suất chỉ thị động cơ i:

0,442 0,0981

* 0,837

* 42530

302

* 0,828

* 0,742

* 8,314 p

* η

* Q

T

* p

* M

* 8,314 η

k v H

k i 1

e4) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kw.h]:

621 , 91 1 0,442

* 42530

3600000 η

* Q

3600000 g

i H

n

* S

+ a = 0,015; b = 0,0156

0,1353 0,08829

0,115 6

-* 0,0156 0,015

f2) Áp suất có ích trung bình pe [MN/m2]:

692 , 0 1353 , 0 828 , 0 p p

pe  i  m    [MN/m2]f3) Hiệu suất cơ giới [%]:

0,837 0,828

0,692 p

p η

191,621 η

g g

* 1 0,692

4

* 30

* 5,2199 n

* i

* p

τ

* 30

* N V

0,80022 0,75

* 3,142

0,377

* 4 S

* π

V

* 4

Sai lệch: ΔT)D  Dt  D  80 , 022  80  0,022[mm] < 0,1 [mm] Thỏa mãn yêu cầu

25

3.1.4 Đồ thị công

Để vẽ được đồ thị công cần phải thực hiện những bước sau:

1) Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén

Phương trình của đường nén đa biến: n1

a

p  const

pV n1

 , do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường nén thì: n1

nx nx

n1 c

Rút ra: n1

c nx c nx

V V

1 p p

2) Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở

Phương trình của đường giãn nở đa biến: pV n2 const



Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: n2

gnx gnx

n2 z

z gnx z gnx

V V

1 p p

i

ρp

Chú ý các quan hệ thể tích:

377 , 0 4

0,75

* 0,8

* 3,142 S

4

πD

V

2 2

h    [dm3]

0164 , 0 1 4 2

in1 1/in1 pc/in1 in2 1/in2 Pz*ρn2

a) Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt,

sẽ được đồ thị công lý thuyết

Để xây dựng được đồ thị công chỉ thị của động cơ cần phải thực hiện cácbước dưới đây:

Dùng đồ thị Brích xác định các điểm phun nhiên liệu sớm (f) và các điểmphối khí (mở sớm và đóng muội các xupap nạp, thải: r’,a’,b’,r”) trên đồ thị công

Dựng phía trên đồ thị công nữa vòng tròn có bán kính R, chọn tỉ lệ xích saocho đường kính AB của 1/2 vòng tròn bằng đoạn Vh/V trên đồ thị công

Chọn: S = 0,38363 [mm/mm]

Lấy từ tâm O một khoảng OO’ vẽ về phía phải, với:

663 , 14 0,38363

* 4

75

* 0,3 2μ

λR OO

R

Trong đó:  = R/L = 75/(2*125) = 0,3 là thông số kết cấu Từ O’ kẻ các tiaứng với các góc 00, 100, 200, , 1800 Từ giao điểm các tia cắt nửa vòng tròn tâm O

đã vẽ ở trên ta dóng song song với trục tung cắt đồ thị công và từ các giao điểm này

ta xác định được các điểm( f, r’, a’, b’, r”) trên đồ thị công

b) Hiệu chỉnh đồ thị công:

Xác định các điểm trung gian:

+ Trên đoạn cy lấy điểm c’’ với c’’c = 1/3cy

+ Trên đoạn yz lấy điểm z’’ với yz’’ = 1/2 yz

+ Trên đoạn ba lấy điểm b’’ với bb’’ = 1/2ba

3.2 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) với các % năng lượng diesel làm mồi

3.2.1 Các giả thiết trong quá trình tính toán

+ Hàm lượng CH4 trong biogas sau khi lọc dao động từ 40% đến 80% Donguồn biogas thường có chất lượng không ổn định nên khi tính toán chúng ta cần dựkiến khả năng làm việc của nó ở các nguồn biogas có chất lượng khác nhau Nếu trongtính toán ta tính với nguồn biogas tốt (ví dụ 80% CH4) thì động cơ sẽ không phát huyhết công suất khi làm việc với các nguồn biogas có chất lượng thấp hơn (như 60% hay40% CH4) Còn khi tính toán với nguồn biogas nghèo nhất (ví dụ 40% CH4) thì các

tính năng của động cơ không được sử dụng hết Giải pháp phù hợp nhất trong trườnghợp này là ta tính toán với chất lượng biogas trung bình (ví dụ 60% CH4).

+ Động cơ dual-fuel biogas/diesel có đặc điểm cung cấp nhiên liệu như sau:

1 * Biogas: là nhiên liệu chính quyết định công suất của động cơ Lưulượng biogas được cung cấp vào động cơ thay đổi theo chế độ tải

2 * Diesel: là nhiên liệu để đốt mồi (thay thế bugi đánh lửa) được phunvào bên trong buồng cháy động cơ với lượng phun cố định

Do đặc điểm như vậy, lượng hòa khí (gồm không khí và biogas) được chuẩn

bị trước trên đường nạp trước khi cung cấp vào trong buồng cháy động cơ Lượngdiesel phun vào không làm ảnh hưởng đến quá trình cung cấp nhiên liệu biogas

+ Tính toán chu trình nhiệt giống như của động cơ xăng

+ Giả sử quá trình cháy xảy ra hoàn toàn

+ Để xây dựng phương pháp tính thì trong quá trình tính toán em giả thiếthỗn hợp nhiên liệu bao gồm 5% năng lượng do nhiên liệu diesel cung cấp và 95%năng lượng do biogas cung cấp

Khối lượng riêng CH4 kg/m3 ρCH4 0,66

Khối lượng riêng của không khí kg/m3 ρkk 1,15

Khối lượng riêng của biogas kg/m3 ρBio 0,8808

3.2.2 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng 5% năng lượng diesel làm mồi 3.2.2.1 Thành phần của hỗn hợp nhiên liệu

a) Nhiệt lượng cần cung cấp để động cơ đạt công suất 5,2199kW

Nhiệt lượng tỏa ra khi đốt cháy hoàn toàn diesel để động cơ đạt công suất5,2199 kW là: Q QHD3,6*Gnl

0  [J/s]

Trong đó: + QHD – Nhiệt trị thấp của nhiên liệu diesel, QHD = 42530 [kJ/kg]

+ Gnl – Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1h

29

1,196 1000

5,2199

* 229,074 1000

N

* g

b) Xác định thành phần nhiên liệu diesel và biogas trong 1kg hỗn hợp

+ Năng lượng do 5% diesel cung cấp là:

706 5%

* 14126

%D

* Q

Với năng lượng Q0D cần cung cấp một lượng diesel là:

0,0598 42530

706

* 3,6 Q

Q

* 3,6 G

13420

* 3,6 Q

Q

* 3,6 G

1,981

8808 , 0

302 , 3

% 100

* 3,362

0,0598

+ Thành phần phần trăm khối lượng của biogas trong 1kg hỗn hợp là:

% 98,22

% 100

* 3,362

Tài liệutham khảo

Hệ số lợi dụng nhiệt tại z, z 0,80 ÷ 0,85 0,8 [1]

Hệ số lợi dụng nhiệt tại b, b 0,85 ÷ 0,95 0,85 [1]

a

r 2 t 1 a

r r

* λ λ

* ε

1

* p

p

* T

, 0

101 , 0

* 1

* 14 , 1 02 , 1

* 24

1

* 07848 , 0

101 , 0

* 850

) 20

a

r 2 t 1 k

a k

k v

p

p

* λ

* λ λ

* ε

* p

p

* ΔT)T T

, 0 101 , 0

* 1

* 14 , 1 02 , 1

* 24

* 0981 , 0 07848 , 0

* 20 302

0,101

0,07848

* 850

* 0,021

* 1,14 20 302 γ

1

p

p Τ γ λ ΔT)Τ

Τ

Τ

1,45 1 1,45

r

m 1 m

r

a r r t k

a4) Xác định lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg hỗn hợp

+ Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu diesel là:

31

32

0,0044

0,12612

0,870,21

132

O4

H12

m n 0,21

1 6

* 0,8808

5,643 22,4

+ Lượng không khí cần thiết để đốt cháy Bhh % biogas trong 1kg hỗn hợp là:

281 , 0 9822 , 0

* 286 , 0 B

* M

0

+ Lượng không khí cần thiết để đốt cháy 1kg hỗn hợp là:

0,290 0,281

0,009 M

M

M0  0D 0Bio    [kmol kk/kg nl]

a5) Xác định số kmol hòa khí nạp mới M1

+ Số kmol hòa khí mới để đốt cháy Dhh% nhiên liệu diesel là:

M1D = αM0D = 1,15 * 0,009 = 0,010 [kmol kk/kg diesel]

+ Số kmol hòa khí mới để đốt cháy 1m3 biogas là:

V1Bio = αV0Bio + 1 = 1,15 * 5,643 + 1 = 7,490 [m3 kk/m3 Bio]

+ Số kmol hòa khí mới để đốt cháy Bhh% biogas là:

0,373 22,4

* 0,8808

0,9822

* 7,490 22,4

* ρ

B

* V

M

Bio

hh 1Bio

+ Vậy số kmol hòa khí nạp mới M1 là:

0,383 0,373

0,010 M

* 2

0,00419 19,806

Τ

* 2

b a C

Thành phần thể tích của các khí có trong sản vật cháy là:

* Với nhiên liệu Diesel

+ VN2D = 22,4*0,79*α*M0D = 22,4*0,79*1,15*0,009 = 0,179 [m3/kgdiesel]

* 1,15

* 0,79 B

* ρ

N

% V

* α

* 0,79

Bio

2 0

* 0,21

Bio

0 O2B

ρ

B

* ) CO

% (%CH

V

Bio

hh 2 4

0,8808

0,0001) 0,01

0,6

* (2 B

* ρ

S) H

% H

% (2%CH

Bio

2 2

4 H2OB

+ VO2 = VO2D + VO2Bio = 0,006 + 0,198 = 0,204 [m3/kg nl]

+ VCO2 = VCO2D + VCO2Bio = 0,029 + 1,059 = 1,088 [m3/kg nl]

+ VH2O = VH2OD + VH2OBio = 0,025 + 1,349 = 1,375 [m3/kg nl]

b a

m C

* r

V mC

* V

"

v '

vi i

i

' vi i



[kJ/kmol.K]

Trong đó: + Vi – Thể tích của thành phần thứ i trong sản vật cháy

+ mCvi’’– Tỷ nhiệt mol đẳng tích của thành phần thứ i

+

i

i i

, 1 2 C

' v ' v

'

v   [kJ/kmol.K]

Trong đó : +

841 , 9 1 0,021

1

21,524

* 0,021 19,806

γ 1

a

* γ a

a

r

"

v r

1

0,006

* 0,021 0,00419

γ 1

b

* γ b

b

r

"

v r

* 2

0,004 19,841

C

m '

b4) Tính tỷ số nén đa biến trung bình n1:

Chọn trước n1 = 1,3639 Thế vào PT sau: *Τ *ε 1

2

ba

83141

n

1 n a

' v ' v

,9

8,3141

1ε

*Τ

*2

ba

8,3141

VP

1 1,3639 1

n a

' v '

*334ε

*Τ

a c

*0,07848ε

*p

a c

c1) Lượng sản vật cháy của 1kg nhiên liệu là:

+ Lượng sản vật cháy của Dhh% nhiên liệu diesel:

diesel]

kk/kg [kmol 0,011 0,0178

* 4

0,126 32

0,004 0,009

*

1,15

D

* 4

H 32

O αM

Áp dụng công thức sau: 2 1 C n H m O r V 1Bio

2

r 4

%H

%H 2

* 0,8808

0,9822

* 7,485 22,4

* ρ

B

* V

M

Bio

hh 2

+ Vậy lượng sản vật cháy của 1kg hỗn hợp là:

0,3833 0,373

0,011 M

M

M2  2D  2Bio    [kmol kk/kg nl]

c2) Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết:

1,001 0,383

0,3833 Μ

Μ β

1

0,021 1,001

γ 1

γ β β

1,001 0,85

0,8

* 0,021 1

1 1,001 1

ξ

ξ

* γ 1

1 β 1 β

b

z r

941 , 0 0,85

0,8 ξ

ξ x

21 941

, 0 1

* 83 , 0 001

, 1 021 ,

0 941

, 0

* 3833 ,

0

941 ,

0 1

* 383 ,

0

* 841 ,

19 001

, 1 021 ,

0 941

, 0

* 3833 ,

0

* 524

,

21

x 1

* Μ β

γ x

* Μ

x 1

* Μ

* a β

γ x

* Μ

* a

a

z 1

0 r z

2

z 1

' v 0

r z

0 941

, 0 1

* 383 ,

0 001

, 1 021 ,

0 941

, 0

* 3833 ,

0

941 ,

0 1

* 383 ,

0

* 004 ,

0 001

, 1 021 ,

0 941

, 0

* 3833 ,

0

* 006

,

0

x 1

* Μ β

γ x

* Μ

x 1

* Μ

* b β

γ x

* Μ

* b

b

z 1

0 r z

2

z 1

' v 0

r z

, 1 2

C

m "

35

c8) Nhiệt độ cưc đại của chu trình Tz [K]: Nhiệt độ cực đại tính theo PT cháy:

"

vz z

c

' vc r

1

Η Η

γ1

*Μ

ΔT)QQ

*ξ

b

*βΑ

'' vz

0,021 1

* 0,383

0 4710 2

* 0,8

Τ

* Τ

* 2

b a γ

1

* Μ

ΔT)Q Q

* ξ

' v ' v r

1

Η Η

T

* β λ

c

z

c10) Áp suất cực đại của chu trình: pz  pc* λ  5 , 987 * 2,393  14 , 326 [MN/m2]

d) Quá trình giản nở

d1) Tỷ số giản nở sớm: ρ = 1

d2) Tỷ số giản nở sau: δ = ε = 24

d3) Kiểm nghiệm lại trị số n2:

Chọn trước n2 = 1,2945 Tính lặp n2 theo công thức :

'' vz '' vz b z r

1

Η Η z b

2

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*Μ

ΔT)QQ

*ξξ

8,3141

,1)959(2537

*1,001

*0,021)(1

*

0,383

047102

*0,80,85

8,314

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*

Μ

ΔT)QQ

*ξξ

8,314

b z

'' vz '' vz b z r

1

Η Η

z b

Τ

Τ nz1 1,29451

d5) Áp suất cuối quá trình giản nở:

0,23424

14,326δ

p

p nz 1,2945

b  2   [MN/m2]d6) Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót:

767 234

, 0

101 , 0

* 995 p

p

* T

1 45 , 1 m

1 m

b

r b

* Τ

Τ Τ

rTinh

rChon rTinh

11

*11,3639

124

11

*11,2945

*1n

1ε

11

*1n

1,2945

1 n 1

1 n 2

* 0,795

* p

* 0,754

* 24710

302

* 0,771

* 0,383

* 8,314 p

* η

* Q

T

* p

* Μ

* 8,314 η

k v Η

k i 1

e4) Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi [g/kW.h]:

189 , 359 0,406

* 24710

3600000 η

* Q

3600000 g

i Η

2400

* 75 30

n

* S

+ a = 0,04; b = 0,0135

0,1435 0,07848

0,101 6

-* 0,0135 0,04

p p C

0,771 p

p

pe  i m    [MN/m2]

37

f3) Hiệu suất cơ giới [%]:

814 , 0 0,771

0,628 p

p η

359,189 η

g g

* 30

2400

* 1 0,628

* 0,377 τ

* 30

n

* i

* p

* V

* 5,2199

4,734 5,2199

100

* N

N N ΔT)

e

eTinh e

Lượng diesel cung cấp đủ để cho động cơ hoạt động ổn định ở chế độ khôngtải, việc tăng công suất của động cơ được thực hiện bằng cách điều khiển van cungcấp khí biogas

3.2.3.1 Bảng kết quả đo lượng tiêu hao nhiên liệu diesel ở chế độ không tải

Bảng 3-4. Kết quả đo tiêu hao nhiên liệu diesel ở chế độ không tải

TT Thể tích [ml] Thời gian Lưu lượng [kg/h]

* 0,1215 3,6

Q

* G

* 14126

1436 100

* Q

12691

* 3,6 Q

Q

* 3,6 G

1,873

8808 , 0

122 , 3

% 100

* 3,244

% 100

* 3,244

3,122

+ Nhiệt trị của hỗn hợp (5%Diesel + 95%Biogas) là:

39

QH = QHD * Dhh + QHBio * Bhh = 42530 * 3,75% + 24387 * 96,25% = 25067 [kJ/kg]

3.2.3.3 Kết quả tính toán nhiệt: Tính toán như mục 3.2.2 và kết quả ở mục 3.3.1.1

3.2.4 Đồ thị công: Chỉ xây dựng đồ thị công cho trường hợp ở mục 3.2.3

Các bước xây dựng giống như ở mục 3.1

1) Xác định các điểm đặc biệt

Chọn tỷ lệ xích: p = 0,07986 [MN/mm2*mm] và v = 0,00193 [dm3/mm]

Các điểm đặc biệt đó là:

+ r (Vc; pr) = r (0,0164; 0,101) ; + a (Va, pa) = a (0,3934; 0,07848)+ b (Va; pb) = b (0,3934; 0,235) ; + c (Vc, pc) = c (0,0164; 5,987)+ z (Vc; pz) = y (0,0164; 14,374) ;

Bảng 3-5. Bảng xác định đường nén và đường giãn nở

in1 1/in1 pc/in1 in2 1/in2 pz/(in2)