Đề tài thiết kế hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục vụ cho động cơ diesel công suất 1000 KW theo mẫu động cơ 6S26MC

Tính toán thiết kế các trang thiết bị: tính lưu lượng các két, các bơm, các van,tính chọn tấc độ vòi phun, lượng nhiên liệu tiêu hao,…Tính toán các trang thiết bị nàysao cho nó có khả nă

MỤC LỤC

A PHẦN THUYẾT MINH: 3

MỞ ĐẦU 3

1 Tớnh thời sự của đề tài 3

2 Mục đớch của đề tài 4

3 Nội dung chớnh của đề tài 4

4 Phương phỏp nghiờn cứu đề tài 4

5 Phạm vi nghiờn cứu của đề tài 4

6 í nghĩa khoa học và thực tiễn 5

Chương I: Tớnh nhiệt của chu trỡnh cụng tỏc động cơ diesel 6

1.2 Lựa chọn công thức và chơng trình tính 6

1.2.1 Đánh giá phơng pháp cổ điển tính chu trình công tác của động cơ Điêsel 6

1.2.2 Phơng pháp cân bằng năng lợng 7

1.4 Kết quả tớnh 15

Chương 2: Thiết kế hệ thống nhiờn liệu phục vụ động cơ diezen 1000 KW 17

2.1 Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu 17

2.2 Lựa chọn phơng án thiết kế 19

2.2.1 Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp 19

2.2.2 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp 20

2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu 21

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý 21

2.1.3 Nguyên lý làm việc 21

2.4 Thiết kế hệ thống nhiên liệu 21

2.4.1 Tính toán bơm cao áp 21

2.4.2 Tính Toán vòi phun 27

2.4.3 Tính chọn bơm thấp áp 32

Chương 3: Thiết kế hệ thống làm mát phục vụ động cơ diesel cụng suất 1000kw 39

3.1 Yêu cầu đối với hệ thống làm mát 39

3.2 Lựa chọn phơng án thiết kế 39

3.2.1 Hệ thống làm mát hở 39

3.2.2 Hệ thống làm mát kiểu tuần hoàn kín 41

3.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống làm mát 42

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý 42

3.3.2 Nguyên lý hoạt động 42

3.4 Thiết kế hệ thống làm mát 42

3.4.1 Tính toán bơm làm mát 42

3.4.3 Tính toán bầu làm mát nớc ngọt 45

Chương 4: Thiết kế hệ thống bôi trơn của động cơ diesel cụng suất 1000 kw 48

4.1 Nhiệm vụ yêu cầu đối với hệ thống bôi trơn 48

4.2 Lựa chọn phơng án thiết kế 48

4.3 Tính toán thiết kế hệ thống bôi trơn 52

4.3.1 Tính toán bơm dầu nhờn 52

4.3.2 Tính toán bầu lọc 54

4.3.3 Tính toán bầu làm mát dầu nhờn 55

PHẦN THUYẾT MINH:

MỞ ĐẦU

1 Tính thời sự của đề tài

Ngày nay, động cơ đốt trong đã phát triển rộng khắp mọi lĩnh vực giao thôngvận tải ( Đường bộ, đường sắt, đường thủy… ) nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựngquốc phòng…ngoài việc sử dụng song hành với các loại động cơ khác thì động cơdiesel là động lực duy nhất được sử dụng phổ biến Tổng công suất do động cơ đốttrong tạo ra chiếm 90% công suất thiết bị động lực do mọi nguồn năng lượng tạo ra,bao gồm: Nhiệt năng, thủy năng, năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời,…

Ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong được coi là bộ phận chủ yếu cảngành cơ khí và nền kinh tế quốc dân của hầu hết các nước, vấn đề đào tạo đội ngũ kỹthuật về động cơ đốt trong có số lượng và chất lượng nhất định được coi trọng Đểthuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta phân ra một động cơ đốt trong làm nhiều hệthống có tầm quan trọng nhất định

Hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục vụ cho động co diesel là những hệthống chính của động cơ đốt trong Hệ thống nhiên liệu động cơ có chức năng cungcấp nhiên liệu cho động cơ, ở những trạng thái hoạt động khác nhau Bên cạnh đó hệthống nhiên liệu giúp loại bỏ tạp chất có trong nhiên liệu Hệ thống nhiên liệu động cơ

có chức năng cung cấp nhiên liệu cho động cơ, ở những trạng thái hoạt động khácnhau Bên cạnh đó hệ thống nhiên liệu giúp loại bỏ tạp chất có trong nhiên liệu Hệthống làm mát là một trong những hệ thống chính có nhiệm vụ thực hiện quá trìnhtruyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt

độ các chi tiết không quá nóng, không quá nguội quá nóng gây ra các hiện tượng xấunhư: giảm sức bền, độ cứng vững, tuổi thọ….nếu quá nguội cũng không tốt vì quánguội làm tổn thất nhiệt nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít làm hiệu suất động cơkém Hệ thống bôi trơn có tác dụng cung cấp dầu bối trơn cho các bề mặt chuyển độngtương đối với nhau

Tóm lại, hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát là những hệ thống rất quan trọngtrong động cơ diesel nó ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế, hiệu suất động cơ

2 Mục đích của đề tài

Hệ thống lại những công thức đã được học Củng cố kiến thức trên lớp Tìm hiểu

Bước đầu làm quen với khái niệm tự động hóa thiết kế Sử dụng phần mềm phục

vụ công việc tính toán

Áp dụng phần mềm tính toán với động cơ cụ thể để xác định thong số ký thuậtcủa động cơ

Xây dựng sơ đồ nguyên lí hoạt động, tính toán thiết kế các thiết bị của hệ thốngnhiên liệu, bôi trơn, làm mát cho động cơ 6S26MC

Hoàn thành công việc theo tiến dộ dược giao

3 Nội dung chính của đề tài

Tìm hiểu tổng quan về tàu, tìm hiểu các thiết bị của hệ thống nhiên liệu, bôitrơn, làm mát và các thiết bị phục vụ cho các hệ thống

Tìm hiểu về Quy phạm thiết kế hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục động

cơ diesel công suất 1000 kw

Tính toán thiết kế các trang thiết bị: tính lưu lượng các két, các bơm, các van,tính chọn tấc độ vòi phun, lượng nhiên liệu tiêu hao,…Tính toán các trang thiết bị nàysao cho nó có khả năng đáp ứng được yêu cầu của hệ thống, đảm bảo thỏa mãn yêucầu của đăng kiểm, chủ tàu và còn phải đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn, tincậy và kinh tế nhất

4 Phương pháp nghiên cứu đề tài

Phương pháp nghiên cứu đề tài dựa trên lý thuyết: các kiến thức đã học như sứcbền, cơ chất lỏng, máy thủy lực, vật liệu kỹ thuật,… để thực hiện đề tài

Đồng thời kết hợp với kiến thức thực tế tích lũy từ quá trình thực tập tại công ty:các kiến thức về hệ thống từ tài liệu công ty, tài liệu trên mạng internet, kiến thức thực

tế, các sách tham khảo, tài liệu tham khảo thư viện…

5 Phạm vi nghiên cứu của đề tài

Đề tài thiết kế hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục vụ cho động cơ dieselcông suất 1000 KW theo mẫu động cơ 6S26MC- đó là: động cơ hai kì tác dụng đơn;đảo chiều trực tiếp; tăng áp bằng tua bin khí xả Hãng sản suất: MAN B&W Quátrình làm đề tài sẽ củng cố kiến thức ở trường học trong suốt năm học đại học và traudồi thêm kiến thức giúp bản thân Đây là hành trang vững chắc giúp bản thân em tự tinhơn khi bước vào cuộc sống trong tương lai

6 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Từ các tìm hiểu và tính toán trên lý thuyết về đề tài góp phần xây dựng phươnghướng phát triển của đề tài trong tương lai

Xây dựng cơ sở lí thuyết tính toán hệ thống một cách chính xác, bổ sung nhữnghình vẽ kết cấu thực tiễn của các chi tiết trong hệ thống để có thể tăng được khả năngứng dụng của đề tài và sự sinh động cho người tham khảo

Qua quá trình tìm hiểu và tiến hành làm luận án, được sự hướng dẫn và giúp đỡ

tận tình của giảng viên Th.S Đặng Khánh Ngọc, em đã nỗ lực hoàn thành đồ án trong

thời gian ngắn, nhưng do tài liệu tham khảo chủ yếu là tài liệu nước ngoài và trình độbản thân còn nhiều hạn chế nên bản luận án không tránh khỏi những sai sót Em rấtmong nhận được ý kiến đóng góp thêm của thầy cô, bạn bè để luận án của em đượchoàn thiên hơn

Em xin chân thành cảm ơn

Hải Phòng, ngày…… tháng……năm 2015

Sinh viên

Bùi Văn Trì

Chương I: Tớnh nhiệt của chu trỡnh cụng tỏc động cơ diesel

1.1 Thụng số cơ bản của động cơ

Chu trình động cơ hoàn thành sau hai vòng quay trục khuỷu đối với động cơ bốn

kỳ và sau một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ hai kỳ.Tuy nhiên trong mộtchu trình công tác cả hai động cơ phải thực hiện các quá trình nạp, nén, nổ, xả Để xác

định mối quan hệ giữa các thông số của chu trình công tác của động cơ thì phải tínhchu trình công tác Việc tính chu trình công tác có thể tính theo phơng pháp cổ điểnhoặc phơng pháp mới Để lựa chọn phơng pháp tính cần phải đánh giá các phơng pháp

đó

1.2.1 Đánh giá phơng pháp cổ điển tính chu trình công tác của động cơ Điêsel.

Để tớnh chu trỡnh cụng tỏc của động cơ cần phải ngiờn cứu, tớnh toỏn cỏc quỏtrỡnh cụng tỏc: nạp, nộn, chỏy gión nở và xả trờn cơ sở nhiệm vụ thiết kế và động cơmẫu lựa chọn Sau khi tớnh cỏc quỏ trỡnh sẽ xỏ định được thụng số mụi chất tại cỏcđiểm đặc trưng Trong quỏ trỡnh sẽ lựa chọn được cỏc hệ số, cỏc chớ số đặc trưng chochu trỡnh phụ thuộc vào loại động cơ thiết kế Dựa vào kết quả tớnh xõy dựng đồ thịcụng chỉ thị, đõy là cụng đoạn chủ yếu để xỏc định cụng chỉ thị và cụng cú ớch củađộng cơ

Theo phơng pháp cổ điển, để tính chu trình công tác của động cơ cần phải giảthiết quá trình nén và giãn nở đa biến với chỉ số đa biến trung bình n1 và n2 quá trìnhcấp nhiệt đẳng tích và đẳng áp thay cho quá trình cháy nhiên liệu đợc đặc trng bởi tỉ sốtăng áp suất trong quá trình cháy , chỉ số giãn nở sớm  Ngoài ra để tính các thông

số của chu trình còn phải chọn nhiều hệ số khác nh: Hệ số lợi dụng nhiệt, hệ số biến

đổi phân tử

Từ cách tính chu trình công tác theo phơng pháp cổ điển có thể rút ra một sốnhận xét sau đây:

- Không xét đợc ảnh hởng của góc phối khí

- Sử dụng quá trình hệ số lựa chọn nên không đảm bảo độ chính xác

- Không xét đợc ảnh hởng của góc phun sớm, quy luật cấp nhiên liệu,

lợng nhiệt trao đổi với nớc làm mát

- Không xét đợc các thông số động học quá trình cháy và mối quan hệ

giữa các thông số này với lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu

- Với phơng pháp này rất khó nghiên cứu các thông số công tác khi động cơ làm việc theo các đờng đặc tính điều chỉnh, đặc tính bộ phận, đặc tính chong chóng

và ảnh hởng của điều kiện khai thác tới chất lợng làm việc của động cơ

1.2.2 Phơng pháp cân bằng năng lợng

Động cơ tầu thuỷ hiện đại chủ yếu là động cơ tăng áp bằng tua bin khí xả Cácquá trình công tác trong xi lanh động cơ và trong tua bin máy nén có mối liên hệ phụthuộc lẫn nhau, điều đó phơng pháp cổ điển không tính đến Vì vậy, phải soạn thảo môhình toán học mà các quá trình công tác cho phép tính đến các yếu tố này và cho phép

đánh giá ảnh hởng của chúng đến đặc tính quá trình công tác, tính kinh tế và tính tincậy của động cơ

Trong đề tài này sử dụng phơng pháp cân bằng năng lợng để nghiên cứu Để ápdụng phơng pháp này phải giả thiết môi chất trong thể tích công tác của xi lanh tại thời

điểm bất kỳ đều ở trạng thái cân bằng, nghĩa là môi chất trong xi lanh là một hệ thốngnhiệt động cân bằng Nếu bỏ qua sự rò lọt môi chất qua xéc măng trong quá trình nén

dϕ - Lợng nhiệt cấp cho môi chất theo góc quay của trục khuỷu (KT0/TK)

dU

dϕ - Độ thay đổi nội năng của môi chất theo góc quay của trục khuỷu (KT0/TK)

dL

dϕ - Độ thay đổi công theo góc quay của trục khuỷu (KT0/TK)

ϕ - Góc quay của trục khuỷu thay đổi từ 0 đến ϕ ct , tính từ ĐCT lúc bắt đầu quá trình nạp.Biến thiên nội năng của môi chất tính theo công thức:

Độ thay đổi công tính theo công thức:

P - áp suất môi chất trong xi lanh

a Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình nén

Môi chất công tác gồm khí sạch và khí sót nên phơng trình nhiệt động có dạng:

dU

dϕ=(m kk Cv+m r Cvr) dT

dϕ

CV = a + b.T - Nhiệt dung riêng của không khí a = 19,88 ; b = 0,00275

CVr = c + d.T - Nhiệt dung riêng của sản vật cháy c = 21,81; d = 0,003853

Nhiệt lợng các chi tiết truyền cho môi chất tính theo công thức:

FVX - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2

 : Thời gian trao đổi nhiệt (s)

b Sự thay đổi các thông số trong quá trình cháy.

Góc bắt đầu cháy nhiên liệu tính theo công thức:

Gct lợng nhiên liệu phun vào xi lanh trong 1 chu trình (kg)

Tốc độ cháy tơng đối tính theo thực nghiệm

Khối lợng không khí giảm xuống trong quá trình cháy:

Nhiệt lợng cấp cho môi chất công tác

Lợng nhiệt toả ra do cháy phần nhiên liệu cấp kW/kg

dQ X

dϕ =Q H g ct.dx

dϕ

c Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình giãn nở

Trong quá trình giãn nở kết thúc quá trình cấp nhiên liệu vào bên trong xi lanh,còn khối lợng sản vật cháy giữ không đổi cho đến khi mở cửa thải

Dựa theo các phơng trình nêu trên sẽ xác định đợc áp suất môi chất công tác và

từ đó tính đợc nhiệt độ theo phơng trình trạng thái của môI chất

1.2.3 Một số công thức dùng trong quá trình tính toán

- Tốc độ trung bình của piston Cm (m/s)

C m=S.n

30

- Tốc độ lớn nhất của piston khi nạp qua xu páp nạp (m/s)

CW = 1,57.Cm.k

k - Tỉ số giữa diện tích đỉnh piston và diện tích lỗ xu páp

- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu

QH = 100.[339.C + 1256.H – 109.(O-S) – rW.(9H+W)

rW = 2512 kJ/kg - Nhiệt ẩm hoá hơi của nớc trong nhiên liệu ứng với áp suất 101,2 kPa

- Nhiệt độ của không khí sau máy nén tăng áp (0 K )

.Plm - Độ giảm áp suất áp trong bầu làm mát

- áp suất không khí cuối quá trình nạp

t = 5  10 0C Độ tăng nhiệt độ không khí do tiếp xúc với vách

- Nhiệt độ không cuối quá trình nạp

- Diện tích bề mặt của các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác

D -hàm lợng ẩm của không khí vào xi lanh

- Lợng không khí thực tế nạp vào xi lanh trong 1 chu trình không kể đến hàm lợng ẩmcủa không khí (kg)

G B=η H V S ρ S

Tkf - Nhiệt độ môi chất trong xi lanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu

Pkf - áp suất môi chất trong xi lanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu

- Hệ số truyền nhiệt từ khí tới vách ống lót xi lanh

α mc=2,47.3√C m.√P kc T kc

Pkc , Tkc - áp suất và nhiệt độ khí cháy

- Bề mặt trao đổi nhiệt tức thời của vách với mô chất công tác

F w=π D2

2 +π D (ε−1 S +S ϕ)

S  - Độ dịch chuyển tức thời của piston

S ϕ=0,5 S.(1−cos ϕ+0,5 λ.sin2ϕ )

- Lợng nhiệt toả ra và tốc độ toả nhiệt tính theo công thứcVibe

Phần trăm nhiệt lợng toả ra theo góc quay trục khuỷu

m - Chỉ số đặc trng cho sự phát triển sự cháy chọn theo thực nghiệm m = 0,3 - 1

ϕ z - Thời gian cháy ( ϕ z = 50  130 0) góc quay khuỷu

θ - Góc cháy ban đầu θ = ϕ fs + ϕ i

ϕ fs

Pm - ¸p suÊt tæn hao c¬ giíi

- HiÖu suÊt c¬ giíi

Ta lựa chọn công thức Haizenbec thường dùng với động cơ diesel tàu thủy

1.4 Kết quả tính

Chương 2: Thiết kế hệ thống nhiờn liệu phục vụ động cơ diezen 1000 KW2.1 Yêu cầu đối với hệ thống nhiên liệu

-Dự trữ và cung cấp nhiờn liệu đảm bảo cho hệ động lực làm việc bỡnh thườngtrong suất thời gian hành trỡnh qui định

-Hệ thống nhiờn liệu cú quan hệ mật thiết với động cơ và loại nhiờn liệu sử dụng

do đú hệ thống cú một số chức năng nhất định sau:

-Cấp nhiờn liệu cho động cơ

-Đảm bảo lượng nhiờn liệu cung cấp cho động cơ

-Vận chuyển và cung cấp nhiờn liệu:vận chuyển dầu từ cỏc khoang, kột này đếnkhoang, kột khỏc, cung cấp nhiờn liệu cho động cơ và cỏc thiết bị tiờu thụ

-Lọc nhiờn liệu: hõm núng,phõn ly và lọc sạch cỏc tạp chất cơ học, nước ra khỏinhiờn liệu

-Vấn đề an toàn: thụng hơi, phũng hoả hoạn, chỏy nổ trong hệ thống

-Đảm bảo mụi trường: gồm dầu bẩn, dầu thải về kột chứa dầu riờng

Những qui định qui phạm liờn quan đến hệ thống :

-Để đảm bảo cỏc chức năng nhiệm vụ trờn, hệ thống nhiờn liệu phải đảm bảođược cỏc yờu cầu cơ bản sau đõy:

-Hệ thống nhiờn liệu phải đảm bảo cho động cơ làm việc liờn tục bỡnh thườngtrong mọi trường hợp khai thỏc của tàu, lắc ngang 150 và chỳi dọc 50, cỏc thiết bị của

hệ thống vẫn đảm bảo cung cấp đầy đủ nhiờn liệu cho động cơ và cỏc thiết bị tiờu thụhoạt động lõu dài

-Tất cả cỏc kột nhiờn liệu, cỏc đường ống dẫn nhiờn liệu khụng được bố trớ phớatrờn ống dẫn khớ xả, cạnh bầu tiờu õm của động cơ, trờn bảng phõn phối điện phớa dướibuồng ngủ Nếu đường ống dẫn nhiờn liệu buộc phải bố trớ qua buồng ngủ thỡ phải làống liền Tuyệt đối khụng bố trớ cỏc ống nhiờn liệu đi qua cỏc kột nước ngọt dựng chosinh hoạt, kột nước nồi hơi Cỏc đường ống và cỏc van phải được bố trớ sao cho dễkiểm tra

-Nhiờn liệu thường được chứa trong kột trực nhật và cần bố trớ van thụng, vanchặn, phải lắp cỏc cửa ngăn thao tỏc được

-Tất cả cỏc khoang kột phải đều cú ống dẫn, ống tràn, thiết bị đo và kiểm tra, ốngthụng hơi, ống xả nhiờn liệu Tiết diện của ống tràn phải lớn hơn hoặc bằng ống nạp

-Với ống thông hơi, trong bất kì trường hợp nào đường kính ống cũng khôngđược nhỏ hơn 50 mm Đầu ống thông hơi được dẫn lên boong hở tại nơi thông gió tốtnhất

-Hệ thống phải có các ống nạp, phải lắp thiết bị cách li và bao ống, đồng thờiđược đậy kín nắp khi đã đầy nhiên liệu Trên đường ống nạp nên lắp kính quan sát đểtheo dõi việc nạp nhiên liệu

-Đối với các ống xả nhiên liệu, phải có đường kính không được nhỏ hơn 25mm,

có lắp van xả, nhiên liệu xả phải được đưa về két dầu bẩn

-Hệ thống phải đựơc trang bị hệ thống phân ly, lọc sạch nhiên liệu trong cáctrường hợp sau:

Có cấp thiết kế không hạn chế

Nhiên liệu dự trữ chưa qua phân ly

Nhiên liệu được dự trữ trong các khoang có thể được dùng làm khoang dằnhoặc đáy đôi

Đối với hệ thống sử dụng nhiên liệu nặng còn phải có thêm các thiết bị sau:

Bộ hâm nhiệt,thiết bị gia nhiệt cho nhiên liệu

Phải dùng hai máy phân ly ghép nối tiếp hoặc phải sử dụng máy phân ly cókhả năng lọc sạch được tạp chất cơ học và nước trong nhiên liệu

Lượng nhiên liệu DO trong két trực nhật bằng 20% tổng lượng nhiên liệu ở kéttrực nhật của két FO

Nếu dùng hơi bão hoà được hâm nóng, áp suất không được lớn hơn 3KG/cm2,nhiệt độ nhiên liệu được hâm nóng phải thấp hơn nhiệt độ bắt lửa 150 C

Ống dẫn nhiên liệu nên dùng ống thép liền hoặc ống đồng không hàn, chỗ nốiống phải đảm bảo kín khít Với ống dẫn nhiên liệu nóng,phải có lớp bọc cách nhiệt Trước và sau bộ lọc, máy phân ly, phải lắp thiết bị tự động điều chỉnh, đồng

hồ đo áp suất, nhiệt độ

Ngoài ra, còn phải thoả mãn theo qui định của đăng kiểm Việt Nam về hệthống đường ống nhiên liệu:

Ống thông hơi của các két trực nhật và két lắng dầu đốt phải được lắp đặt sao chonước mưa hoặc nước biển không thể chảy vào két,ngay cả trong trường hợp ống bị vỡ Đầu ống thông hơi phải dẫn đến nơi an toàn về cháy nổ, xa các nguồn lửa vàlưu ý đến khả năng lượng hơi thoát ra khi chuyển dầu vào két

Phải lắp lưới chặn lửa bằng vật liệu chống ăn mũn ở đầu ống thụng hơi của cỏckột dầu đốt.

Van xả nước, khay hứng dầu, kột chứa dầu rũ rỉ

Van xả nước cặn của cỏc kột trực nhật và kột lắng phải là loại van tự đúng.Phải trang bị cỏc khay hứng dầu cú đủ chiều cao cho cỏc thiết bị thường xuyờn phảithỏo lắp hoặc chỉnh định như:thiết bị đốt của nồi hơi; cỏc bơm dầu đốt; cỏc phin lọcdầu đốt; kột trực nhật và kột lắng

Dầu rũ rỉ từ cỏc khay hứng dầu và dầu xả ra từ cỏc van xả cặn phải dẫn về draintank

Phải trang bị thiết bị xử lý dầu cho drain tank

Phải trang bị van an toàn cho cỏc bầu hõm dầu đốt, đường xả của van an toànphải dẫn về drain tank

2.2 Lựa chọn phơng án thiết kế

Hệ thống nhiên liệu của động cơ điesel có kết cấu rất phức tạp và nhiều chi tiết

có độ chính xác cao, cách bố trí kết cấu hệ thống đối với từng động cơ là khác nhau

Do đó việc lựa chọn phơng án thiết kế dựa trên cơ sở phân loại các hình thức của hệthống nhiên liệu nh sau:

2.2.1 Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp

1 Sơ đồ

Hình 2.1 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun gián tiếp

1- Két trực nhật, 2- Bầu lọc nhiên liệu, 3- Bơm vận chuyển nhiên liệu,

4- Bơm cao áp, 5- Đờng ống cao áp, 6- Vòi phun

2 Nguyên lý hoạt động

- Thời điểm phun nhiên liệu do cam khống chế thông qua việc dẫn động vòi phun

- áp lực phun và lợng nhiên liệu do bơm cao áp đảm nhiệm Bơm 3 lấy dầu từ két 1 đa

đến bơm cao áp 4 Bơm cao áp cấp nhiên liệu cao áp lên đờng ống 5 tới các vòi phun và

đợc phun vào động cơ khi vòi phun mở

- Hệ thống này ít dùng vì có nhiều nhợc điểm nh: Truyền động cồng kềnh, kim phun bịbao bọc bởi 1 lớp nhiên liệu cao áp nên dễ hỏng hóc

2.2.2 Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp.

1 Sơ đồ cấu tạo

Hình 2.2 - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp

1- Bơm vận chuyển nhiên liệu ; 2- Bơm vận chuyển nhiên liệu dự phòng; 3- Bầu hâm;4-Thiết bị đo dầu dò; 5- Két đựng dầu dò; 6- Két dầu cặn bẩn;

7,8- Bầu lọc; 9- Van duy trì áp suất dầu đốt; 10- Đồng hồ đo áp suất ;

11- Đồng hồ đo nhiệt độ; 12- Két dầu FO; 13-Két dầu DO; 14- Vòi phun; 15- Bơm cao

4

56

nhiên liệu qua đờng ống cao áp tới vòi phun đa vào xi lanh động cơ Lợng dầu hồi sẽtheo đờng ống dầu hồi về két chứa.

- Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm

đợc theo các đờng ống dầu trở về két chứa

- Nhiên liệu đi vào xi lanh bơm cao áp không đợc lẫn không khí vì không khí sẽlàm cho hệ số nạp của bơm không ổn định, thậm chí còn làm gián đoạn quá trình cấpnhiên liệu Vì vậy trong hệ thống tại nhng nơi có khả năng tích tụ không khí phải bố trícác van xả khí để xả hết không khí lẫn trong hệ thống

- u điểm: Kết cấu gọn nhẹ độ tin cậy cao, việc bảo quản chăm sóc vận hành dễdàng và độ tin cậy cao

Ngày nay, hệ thống phun nhiờn liệu trực tiếp được sử dụng rất khổ biến bởinhững ưu điểm vượt trội của nú Do vậy, đề tài này cũng chọn hệ thống này để cấpnhiờn liệu cho động cơ

2.3 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu

2.1.3 Sơ đồ nguyên lý.(sơ đồ Hình 2-2)

2.1.3 Nguyên lý làm việc.

Đã trình bày trong mục (2.2.2)

2.4 Thiết kế hệ thống nhiên liệu

2.4.1 Tính toán bơm cao áp.

1 Nhiệm vụ bơm cao áp

Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xi lanh động cơ đảm bảo:

- Nhiên liệu có áp suất cao, tạo chênh áp lớn trớc và sau lỗ phun

- Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và theo quy luật mong muốn

- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xi lanh động cơ

- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lợng nhiên liệu cấp cho chu trình phù hợp vớichế độ làm việc của động cơ

2 Phân loại bơm cao áp.

Bơm cao áp dùng trên động cơ điêsel có rất nhiều loại khác nhau Dựa vào cách

điều chỉnh nhiên liệu mà phân các loại sau:

a Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng van tiết lu loại này piston của bơm cókết cấu hình trụ không có gì đặc biệt

b Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng mặt cam vát Đặc điểm của piston nhtrên, cam có dạng mặt vát để điều chỉnh hành trình có ích của piston

c Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng ngăn kéo piston, loại này trên piston

có rãnh xoắn và rãnh thẳng thông với cửa sổ cấp nhiên liệu trên xi lanh Loại bơm nàydựa vào thời điểm cấp đợc chia thành 3 loại:

- Loại điều chỉnh thời gian bắt đầu cấp

- Loại điều chỉnh hỗn hợp

Mặc dù có nhiều loại nh vậy, nhng hầu hết các động cơ điezel ngày nay đềudùng loại bơm cao áp thay đổi lợng nhiên liệu bằng cách dùng rãnh xoắn trên piston(piston ngăn kéo) loại này còn gọi là bơm Bô sơ

3 Kết cấu bơm bô sơ.

Hình 2.3 - Kết cấu bơm bô sơ

8 7 6 a

5- Van cao áp, 6- Piston, 7- Thanh răng, 8- Xi lanh

a Đặc điểm cấu tạo

- Bơm đợc cấu tạo bằng các loại thép hợp kim có khả năng chịu áp suất cao và cókhả năng chịu đợc tải trọng thay đổi theo chu kỳ, và chống mòn tốt nh XBR, 25X5M

- Với các chi tiết của cặp piston xi lanh bơm cao áp thì các mặt ma sát có độ cứngkhông nhỏ hơn HRC58, mặt đầu không nhỏ hơn HRC55, với cặp piston xi lanh đợc chếtạo bằng thép 25C5M cần thấm Ni tơ

- Cặp chi tiết van cao áp và đế van cũng yêu cầu cao về mặt công nghệ Vật liệuchế tạo là thép hợp kim XBR, sau khi nhiệt luyện độ cứng phải đạt HRC56-62và HRC60-64

- Cặp chi tiết chính xác là piston 6 và xi lanh 8 của bơm đợc chọn lắp theo bộ.Trên xi lanh 8 có lỗ cấp nhiên liệu a và lỗ dầu hồi c Để điều chỉnh l ợng nhiên liệudùng thanh răng 7 làm thay đổi hành trình có ích của piston Trên piston 6 có phayrãnh xoắn b và rãnh thẳng để thay đổi lợng cấp nhiên liệu

b Nguyên lý hoạt động

- Hành trình thứ nhất: Khi động cơ hoạt động trục khuỷu quay lai trục cam bơmcao áp Khi con lăn 2 tiếp xúc với bề mặt trụ của cam 1 thì piston 6 ở điểm chết dới.Piston bắt đầu đi lên lò xo 3 bị nén lại Lúc này nhiên liệu ở trong xi lanh bắt đầu trànqua lỗ dầu cấp a và nhiên liệu bắt đầu bị nén lại áp suất nhiên liệu bên trong xi lanhbắt đầu tăng lên tới khi áp lực này thắng lực của lò xo 4 thì van cao áp 5 mở ra, nhiênliệu đợc cấp lên đờng ống cao áp đi tới vòi phun để phun vào xi lanh động cơ Quátrình cấp cứ diễn ra cho đến khi mép xoắn b trùng với mép của cửa tràn c do đó áp suấtdầu giảm đột ngột dẫn đến lò xo 4 đóng van cao áp 5 lại, mặc dù có thể lúc đó pistonvẫn còn đi lên điểm chết trên

- Hành trình thứ 2: Khi con lăn tiếp xúc bên kia vấu cam thì lò xo 3 giãn dần vàkéo theo piston 6 từ điểm chết trên đi xuống, lúc đầu tạo chân không trong xi lanh màcha hút nhiên liệu vào, cho đến khi đỉnh piston mở cửa cấp a, và cửa hồi c nhiên liệutrong khoang chứa lỗ nhập a và c đi vào xi lanh Piston thực hiện hút nhiên liệu cho

đến khi đến ĐCD

c Phơng pháp điều chỉnh nhiên liệu

Đối với bơm cao ỏp loại điều chỉnh lượng nhiờn liệu bằng rónh xoắn trờn pistonthỡ lượng nhiờn liệu được cấp phụ thuộc hoàn toàn vào thời gian từ bắt đầu cấp tới lỳckết thỳc cấp Thời điểm cấp là thời điểm khi piston nằm trờn mộp của cửa cấpdầu(DCT) Thời điểm kết thỳc cấp là thời điểm khi mộp của rónh xoắn nằm trờn mộpdưới của cửa hồi dầu Do vậy, muốn thay đổi lượng nhiờn liệu cấp cần thay đổi thờiđiểm kết thỳc cấp cỏch xoay piston Thời gian cấp nhiờn liệu tương ứng với chiều cao

Hình 2.4 - Sơ đồ điều chỉnh lợng nhiên liệu cấp

- Khi cửa cấp ở vị trí O thì nhiên liệu không đợc cấp tới vòi phun

- Khi cửa cấp ở vị trí 1, lợng nhiên liệu cấp tới vòi phun tăng dần

- Khi cửa cấp ở vị trí 2, lợng nhiên liệu tăng lên so với vị trí 1

- Khi cửa cấp ở vị trí 3 lợng cấp tăng lên so với vị trí 2

Trong đó

ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ; ge = 231.5 (g/K W.h)

Ne - Công suất thiết kế của động cơ ; Ne = 1000 KW

i - Số xi lanh của động cơ ; i = 6

 - Số kì của động cơ ;  = 2

n - Vòng quay của động cơ ; n = 250 (v/p)

nl - Khối lợng riêng của nhiên liệu ; nl = 850 (g/dm3)

Thay các giá trị vào công thức đợc kết quả : Vct = 0,03 (lít)

b Khoảng thời gian phun nhiên liệu (tính từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp)

t p= ϕ p

Trong đó:

tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu

p- Góc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp; chọn p = 300

n - Vòng quay thiết kế động cơ; n = 250 (v/p)

Thay các giá trị vào công thức (2-2) đợc kết quả: tp = 0,02(s)

c Lu lợng trung bình của một tổ bơm

Q tb=V ct

Trong đó:

Qtb - Lu lợng trung bình của 1 tổ bơm

Vct -Thể tích nhiên liệu cấp cho 1 chu trình ở chế độ thiết kế; Vct = 0,003 (lít)

tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu; tp = 0,02 (s)

Thay các giá trị vào công thức (2-3) đợc kết quả: Qtb = 1,5 (lít/s)

d Đờng kính của piston bơm cao áp

Thay các giá trị vào công thức (2-4) ta đợc kết quả: dp = 86,6 (mm)

Chọn theo tiêu chuẩn thì dp = 90 (mm) tra bảng đợc hành trình piston S = 125 (mm)

e Hành trình có ích của piston bơm cao áp

h a= V ct

f p η c

Trong đó:

Vct = 3000 (mm3)

fp - Diện tích đỉnh piston bơm cao áp fp = 6358,5 (mm2)

c - Hệ số cung cấp của bơm cao áp; chọn c = 0,6

Thay số vào công thức trên ta đợc ha = 5 (mm)

2.4.2 Tính Toán vòi phun

1 Công dụng

- Phun hết lợng nhiên liệu do bơm cao áp cấp cho vòi phun

- Điều khiển ỏp suất nhiờn liệu, đảm bảo lượng nhiờn liệu cấp buồng chỏy dưới

2 Kết cấu

11

12 11

Hình 2.5 - Kết cấu vòi phun

1- Kim phun ; 2- Bệ đầu phun ; 3- Êcu tròng; 4- Thân vòi phun; 5- Đũa đẩy,

6- Đĩa lò xo ; 7- Lò xo ; 8- Vít điều chỉnh; 9,12- Rãnh hình vành khăn

10- Nắp nối với ống nhiên liệu; 11- Đờng dẫn nhiên liệu

Vòi phun là một trong những bộ phận quan trọng của hệ thống nhiên liệu Thực

tế có rất nhiều loại vòi phun, việc sử dụng vòi phun loại nào phụ thuộc hoàn toàn vào

hệ thống nhiên liệu:

- Vòi phun nhiên liệu hở: Dùng cho hệ thống phun kiểu khí nén

- Vòi phun nhiên liệu kín dùng van: Dùng cho hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp

- Vòi phun kiểu kín dùng kim phun: Loại này dùng cho hệ thống phun nhiênliệu bằng bơm cao áp kiểu trực tiếp

Trong 3 loại này thì loại thứ 3 có nhiều u điểm nhất Hiện nay cũng đang đợc sửdụng phổ biến

ra, nhiên liệu đợc phun vào buồng đốt của động cơ với áp suất cao

- Khi bơm cao áp thôi cấp nhiên liệu (tơng ứng với thời điểm kết thúc cấp) áp lựcnhiên liệu trên đờng 11 giảm đột ngột, lò xo 7 giãn ra ép kim phun 1 đóng kín lỗ phunkết thúc quá trình phun nhiên liệu vào động cơ

- Đối với loại vòi phun kín, đầu phun 2 có nhiều kiểu khác nhau, nhng dựa vào số

lỗ tia phun có thể chia thành hai loại: Loại có nhiều lỗ và loại có một lỗ tia Do các u

điểm chế tạo đơn giản, không bị tắc lỗ tia, chất lợng nhiên liệu không cần cao mà ngàynay loại đầu phun có một lỗ tia đợc sử dụng rộng rãi cho các loại nhiên liệu nặng

4 Điều kiện làm việc và yêu cầu kỹ thuật đối với một số chi tiết của vòi phun

a Lò xo

Do lò xo hoạt động trong môi trờng dễ bị rỉ tốc độ tải đặt lên lò xo rất nhanh

đồng thời phụ tải tác dụng vào lò xo không đều nên khi lò xo làm việc độ cứng của nóphải đạt 100  400 Nmm

b Thân và đầu vòi phun

- Đợc chế tạo theo tiêu chuẩn

- Có tính lắp lẫn hoàn toàn

5 Tính toán một số thông số cơ bản của vòi phun

a Tốc độ phun nhiên liệu lớn nhất trong một chu trình

Q Max=k V ct