THIÊT kế môn học DIESEL tàu THỦY động cơ 2 kỳ, quét thẳng qua xupap

-Sau khi có bảng tính tổng lực tiếp tuyến ta đi vẽ đồ thị tổng lực tiếp tuyến tại các góccông tác khác nhau với trục tung là khoảng chia góc công tác của động cơ trục hoành là giá trị củ

THÔNG SỐ CỦA ĐỘNG CƠ

Nước sản xuất : Thụy Sĩ Mác động cơ : RTA38 Công suất Ne : 1936 KW Vòng quay n :190 vòng/phút Đường kính xi-lanh D : 380 mm

Hành trình piston S : 1100 mm Động cơ 2 kỳ, quét thẳng qua xupap Tăng áp bằng tua-bin khí xả

Điều kiện thay đổi : φ tăng 6 độ

1 Thông số mặc định

2 Số liệu ban đầu

3 Lựa chọn công thức

4 Đồ thị với điều kiện ban đầu

5 Đồ thị với điều kiện thay đổi

PHẦN II: ĐỘNG HỌC VÀ ĐỘNG LỰC HỌC

A CÁC THÔNG SỐ CẦN CHO TÍNH TOÁN.

1.Khối lượng của các chi tiết chuyển động thẳng

= 1133,54 ( cm2 ) 3.Khối lượng của các chi tiết tham ra chuyển động thẳng của 1 xilanh ứng với 1 đơn

4

)

 : trọng lượng riêng của vật liệu, với thép rèn lấy  = 7,848 (KG/dm3)

Dcb đường kính ngoài cổ biên , Dcb =(0,6  0,75)D

931 , 0 99 , 18 848 , 7 5 , 5

83 , 6

 (KG.s2/m)với

mm: khối lượng má khuỷu quay với bán kính 

5 , 5 6 , 83 ( )

2

66 , 2

m ,

= 1133,5449,256 = 0,043 (kG.S2/m.cm2)

B CÁC ĐỒ THỊ.

I Đồ thị chuyển vị vận tốc và gia tốc:

- Ta có công thức xác định chuyển vị , vận tốc ,gia tốc tại các góc quay của trục

khuỷu như sau:

X = R[(1-cos) +4 (1-cos2) ] , đặt A = (1-cos) + 4 (1-cos2)  X = RA V = R[sin +2 sin2] , đặt B =[sin +2 sin2]  V= RB

J = R2 [cos + cos2], đặt C=[cos + cos2]  J = R2C

Bảng 1: xác định các giá trị X,V,J tại các góc quay  khác nhau

195 1.9743 -0.196 -0.749 1.086 -2.143 -162.8

+ mtt = 0,016 – Khối lượng các chi tiết tham gia chuyển động thẳng của 1 xilanh với

1 đơn vị diện tích đỉnh piston

+ J = R ω2.C Với C = cosα + λ.cos(2.α)

+ Trong đó : λ=0,25 ; R=0,55(m) ; ω= 19,88(rad/s)

- Để thuận tiện cho việc tính toán và lập bảng, với động cơ 2 kỳ  = 180o  540o

D = Sin Cos(  ) và E = Cos Cos(())

- Lực tiếp tuyến T = P1.D và lực hướng tâm Z = P1.E

Bảng 2 :  =19,88(rad/s) ; R= 0,55 (m) ; m tt=0,02 )

.

( 2

2

m cm

s KG

III Bảng biểu diễn các hành trình công tác của động cơ.

1 Góc công tác

k = 180i . =1806.2 = 60o trong đó :  : số kỳ của động cơ;  =2

i : số xilanh của động cơ; i = 6

IV Đồ thị tổng lực tiếp tuyến.

Chú giải

Qúa trình xả

Qúa trình cháy giãn nở 360

-Trong quá trình làm việc cổ trục 3-4 làm việc nặng nề nhất vì vậy ta đi tính tổng lực tiếp tuyến cho cổ này tại các góc quay khác nhau của trục khuỷu

-Lực tiếp tuyến và mômen tổng tác dụng lên cổ trục biến thiên theo chu kỳ

k =180i . =1806.2 = 600

-Để tiện cho tính toán ta lập bảng tính tổng tiếp tuyến (T)

với Ti lấy các giá trị ở bảnh khai triển đồ thị công tương ứng với các giá trị của a tương ứng

*Bảng xây dựng đồ thị tổng lực tiếp tuyến

Bảng 3: xây dựng đồ thị tổng lực tiếp tuyến

-Sau khi có bảng tính tổng lực tiếp tuyến ta đi vẽ đồ thị tổng lực tiếp tuyến tại các góccông tác khác nhau với trục tung là khoảng chia góc công tác của động cơ

trục hoành là giá trị của tổng lực tiếp tuyến với tỉ lệ xích  =1/3

-Sau khi vẽ được đồ thị ta xác định tổng lực tiếp tuyến trung bình

-Do lưc Pq có chiều và trị số không thay đổi nên không xét đến trong khi vẽ mà khi vẽxong ta mới hiệu chỉnh một khoảng l = Pq/

và nằm trên trục Z thì O chính là tâm cổ biên

-Nối O với các điểm trên đồ thị ta có vectơ biểu diễn phụ tải tác dụng lên cổ biên ứngvới góc quay 

-Khai triển đồ thị T –Z thành đồ thị Qcb - 

-Tính phụ tải : Qcb-TB =  F l = 1/3 9886.1180 = 18,3 (KG/cm2) trong đó : F: diện tích được giới hạn bởi đường cong với trục hoành

l : chiều dài ứng với góc quay  180  5400

 : tỉ xích của đồ thị  = 1/3 +Đơn vị phụ tải trung bình : kTB =

cb cb

p TB cb l D

F

Q  .

= 18,3.1133,26,6.21,2854= 36,65(KG/cm2) Vậy ktb < [ktb]=80(KG/cm2)

+Đơn vị phụ tải cực đại: kmax =

cb cb

p l D

-Phụ tải tác dụng lên bác biên có cùng phương ngược chiều và cùng trị số với phụ tải tác dụng lên cổ biên.

-Vị trí điểm tác dụng ứng với góc quay i của cổ biên thì tương ừng với vị trí góc quay i + i của bạc biên

*Cách vẽ đồ thị

-Vẽ dạng đầu to biên trên tờ giấy bóng mờ

-Vẽ vòng tròn bất kỳ tâm O ,giao đIểm của đường tròn với đường tâm biên là vị trí

VII Đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ trục.

-Lực tác dụng lên cổ trục là hợp lực của các phản lực do các lực tác dung lên 2 cổ biên có chung 1 cổ trục giá trị của lực này phụ thuộc vào góc giữa 2 trục khuỷu liền nhau và trị số các lực tác dụng lên 2 cổ biên có chung 1 cổ trục

-Với động cơ 6 xilanh có thú tự nổ : 1-5-3-6-2-4 : thì cổ trục 3- 4 là cổ trục chịu tải lớn nhất vì vậy chỉ cần xác định cho cổ trục này

-Gọi phản lực tác dụng lên phía đầu trục là : Zi’ , Ti’ ,Pqi’

-Gọi phản lực tác dụng lên phía đuôi trục là : Zi’’ , Ti’’ ,Pqi’’

-Phản lực do cổ biên i tác dụng lên cổ trục i-1,i và cổ trục i,i+1

qi

i

i i

i

i

i i

i

l

l P

'' '

'' '

i

i i i

i

i i i

l

l P P

l

l T T

l

l Z Z

'''

'''

'''

-Lực do cổ biên i+1tác dụng lên cổ trục i,i+1 và i+1,i+2

i

i i i

i

i i i

l

l P P

l

l T T

l

l Z Z

'''

'''

'''

1 1

1 1

1 1

i

i i i

i

i i i

l

l P P

l

l T T

l

l Z Z

'''

'''

'''

1 1

1 1

1 1

-Lực tác dụng lên cổ trục 3 – 4

T3-4=T3’’ +T4’cos - Z’

4sin

Z3-4 =Z3’’ + Z4’cos + T’4sin

-Sau khi vẽ được đồ thị lực tác dụng lên cổ trục ta khai triển thành đồ thị Qct-  để tìm đơn vị phụ tải trung bình và đơn vị phụ tải cực đại

+Phụ tải trung bình : Qct-TB =  F l =0,2.15892180,3= 17,66(kG /cm2)

trong đó  :tỉ lệ xích của đồ thị=0,2

F=15892,3(mm) l=180 (mm)+Đơn vị phụ tải trung bình : kTB =

ct ct

p TB ct

d l

F Q

.

_

= 1726,66,6.1133.21,28,54 = 35,36 ( kG /cm2)

+Đơn vị phụ tải cực đại : kmax =

ct ct

p d l

F Q

.

max

1.Kích thớc:

- Chiều dày đỉnh piston: ( )

Piston làm bằng gang =>  = (0,12-:-0,18)D = (0,12-:-0,18).38 =( 4,56  6,84) Chọn  = 6 (cm)

- Chiều cao tâm lỗ chốt piston : (Lc)

- Đờng kính đầu piston : D1 = D-2 1

1 - Khe hở hớng tâm của đầu piston

Với piston làm bằng gang : 

D

N T



Với Nmax = (0,09-:-0,1).Pz = 0,1.94,66 = 9,466 [KG/cm2] :áp suất lớn nhất tác dụng

lên thành xi lanh [K] :áp lực riêng phần cho phép:

Với piston gang có làm mát : [K] =5,5-:-6,5

.

x

t t

P

q E



 [KG/cm2]

Với piston làm bằng gang :

+T :Hệ số giãn nở của vật liệu:

chọn T = 1,07)D = (0,4.10-5 [1/k0]

+ E: Mô dun đàn hồi của vật liệu: E = 10.105[kG/cm2]

+ :Chiều dày đỉnh piston:  = 0,06 m

+ Px: Hệ số Poat-Xong: Px = 0,3

+: Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu:  = 45 [kcal/m.h.0C]

+ q: Mật độ dòng nhiệt tính theo công thứccủa A.K.KOSTIN:

2 38

, 0 2 5

,

36 , 1

10 (

) 10 (

.

To

Ts g

Pe P

D c

s H m

Ps,Pe : áp suất không khí trớc khi vào xi lanh và áp suất có ích

ge : suất tiêu hao nhiên liệu có ích [kg/ cv.h]

Ts,To : Nhiệt độ của không khí trớc xi lanh và nhiệt độ môi trờng [oK]

II Trôc khuûu :

500,21 [KG/cm2]  : chiÒu dµy v¸ch

d uz

Với I = 0,05.(D2 -D4) =0,05(45,64-384)= 111930,1 [cm4] : mô men quán tính

E = ( 1,6-:-3,15 ) 106 : mô đun đàn hồi của vật liệu

8 7

4 Thiết kế hệ thống nhiên liệu

4.1 Nhiệm vụ và yêu cầu của hệ thống nhiên liệu

Quá trình cấp nhiên liệu tốt hay xấu đều ảnh hởng đáng kể đến công suất và tuổithọ của các chi tiết Do đó hệ thống nhiên liệu cần đảm bảo một số yêu cầu sau:

a Yêu cầu lợng nhiên liệu

3 1

- Lợng nhiên liệu cấp cho mỗi xi lanh phải đúng theo yêu cầu cần thiết cho mỗichu trình công tác của động cơ (Đảm bảo định thời, định chất và định lợng) có thể dễdàng điều chỉnh lu lợng theo phụ tải ban đầu.

- Lợng nhiên liệu phun vào các xi lanh của động cơ phải đều nhau (chênh lệch vềlợng nhiên liệu giữa các xi lanh không vợt quá 5%)

- Dự trữ đủ lợng nhiên liệu cho thời gian hành trình của tầu.

b.Yêu cầu về thời điểm và thời gian cấp nhiên liệu.

- Nhiên liệu phun vào xi lanh phải đúng thời điểm quy định ( Đúng góc phunsớm)

- Nếu phun sớm quá, lúc này nhiệt độ và áp suất khí nén trong xi lanh còn thấp,nhiên liệu phun vào khả năng bốc hơi chậm, quá trình cháy sẽ khó khăn, gây lãng phínhiên liệu, áp suất cháy thấp, công suất giảm, động cơ nhả khói đen Mặt khác dophun sớm quá sẽ có hiện tợng cháy trớc khi piston lên đến ĐCT, gây phản áp làm cho

động cơ chạy bị rung

- Nếu phun muộn quá, nhiên liệu không có thời gian chuẩn bị cháy, thời gian cháy rớt kéo dài, áp suất khí cháy thấp, công suất động cơ giảm, lãng phí nhiên liệu, động cơ xả khói đen.

- Thời gian phun nhiên liệu phải hợp lý phải bảo đảm phun hết lợng nhiên liệu.Thời gian phun kéo dài sẽ làm quá trình cháy không tập trung, có hiện tợng cháy rớtlàm giảm công suất động cơ, giảm tuổi thọ và lãng phí nhiên liệu

c Yêu cầu về áp suất phun.

- áp suất phun nhiên liệu phải đủ lớn để đảm bảo nhiên liệu sau khi ra khỏi đầuphun hoá sơng hoàn toàn và có sức xuyên suốt không gian vùng đốt để hoà trộn vớikhí nén trong xi lanh

- áp suất phun nhiên liệu hoàn toàn phụ thuộc vào kết cấu buồng cháy, kết cấu

đầu phun và loại nhiên liệu

d Yêu cầu về trạng thái phun.

- Nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đảm bảo sao cho các hạt nhiên liệu phun raphải tơi, chùm tia phải phù hợp với hình dáng buồng cháy để hoá hơi tốt

- Quá trình phun phải dứt khoát, lúc bắt đầu và kết thúc phun không có hiện tợngnhỏ giọt, sau khi phun xong đầu phun phải khô

4.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhiên liệu

4.2.1 Sơ đồ cấu tạo

4.3 Tính toán hệ thống nhiên liệu

4.3.1 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 thời gian kết thúc 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

Cấu tạo phân bơm cao áp





120

.

Trong đó: ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ; ge = 0,2102 (kg/ kW.h)

Ne - Công suất thiết kế của động cơ ; Ne = 1936 kW

Hình 4.2 : Bơm cao áp

i - Số xi lanh của động cơ ; i = 8

 - Số kì của động cơ ;  = 4

n - Vòng quay của động cơ ; n = 190 (v/p)

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

Thay các giá trị vào công thức đợc kết quả : Vct = 0,000247)D = (0,47)D = (0,4 (lít)

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

n

t p p

6



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 = 200

V

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 = 0,000247)D = (0,47)D = (0,4 (lít)

tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu; tp = 0,00694 (s)

Thay các giá trị vào công thức (2-3) đợc kết quả: Qtb = 0,0357)D = (0,4 (lít/s)

d Đờng kính của piston bơm cao áp

p c p

c ct p

C

n V k d

.

6

C - Hệ số cung cấp của bơm cao áp Đối với hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao

áp kiểu piston có rãnh xoắn thì C = 0,6  0,95; chọn C = 0,6

nC - Vòng quay của trục cam dẫn động bơm cao áp Chọn dạng cam lồi thì sẽcó: nC = n/2 ( n là vòng quay thiết kế của động cơ)

k - Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp cực đại với tốc độ trung bình

Thay các giá trị vào công thức (2-4) ta đợc kết quả: dp = 11,232 (mm)

e Hành trình có ích của piston bơm cao áp

c p

ct a

f

V h



.



Trong đó: Vct = 247)D = (0,4,7)D = (0,4 (mm3)

fp - Diện tích đỉnh piston bơm cao áp fp = 200 (mm2)

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

Thay số vào công thức trên ta đợc ha = 2,064 (mm)

4.3.2 Tính toán vòi phun

1 công dụng

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

- Điều khiển áp suất phun nhiên liệu, đảm bảo nhiên liệu phun vào buồng

đốt ở dạng sơng mù, tạo điều kiện cho quá trình hoà trộn cháy tốt.

Cấu tạo súng phun (nhiên liệu)

11 Rắc co hồi dầu 12.Vít ngắt dầu

13 Bộ lọc dầu 14.Đầu nối dầu vào 15.đệm 16 Van bi

mở 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)D = (0,4 giãn ra ép kim phun 1 đóng kín lỗ phunkết thúc quá trình phun nhiên liệu vào động cơ

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

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

n

V k Q

Trong đó : k - Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp cực đại với độ trung bình; k

= 1,2

p - Góc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp p = 200

Vct - Thể tích nhiên liệu cấp cho một chu trình ở chế độ thiết kế Vct=0,247)D = (0,47)D = (0,4 cm3)

n - Vòng quay thiết kế của động cơ; n = 480 (v/p)

Thay các giá trị vào công thức (2-5) đợc kết quả QMax = 42,8 (cm3/s)

b Tổng tiết diện lu thông của lỗ phun

i.fi =

) (

2

.

z p

nl Max

p P

Q





(2-6)Trong đó: i.fi - Tổng tiết diện lu thông của các lỗ phun

nl - Khối lợng riêng của nhiên liệu nl = 0,85 (kg/dm3)

PP - áp suất nhiên liệu trong thân vòi phun

Chọn Pp = 35 (MN/m2 )

PZ - áp suất cháy lớn nhất của động cơ PZ = 9,519 (MN/m2 )

Thay các giá trị vào công thức (2-6) đợc kết quả: i.fi = 5,528 (mm2 )

c Diện tích tiết diện lu thông của một lỗ phun

f1 = i.fi/ i (2-7)D = (0,4)

Trong đó: i - Số lỗ phun trên 1 vòi phun; chọn i = 6

f1 - Tiết diện lu thông của 1 lỗ vòi phun

i.fi - Tổng tiết diện lu thông của các lỗ phun

Trong đó: dk - Đờng kính phần dẫn hớng của van kim

d1 - Đờng kính kim phun

2 Cấu tạo

- Hệ thống sử dụng bơm piston để vận chuyển nhiên liệu

1- Con đội, 2- piston, 3- Van hút, 4- Lò xo, 5- Van đẩy

Hình 4.4 - Sơ đồ nguyên lý bơm piston

3 Nguyên lý hoạt động

- Piston 2 đợc dẫn động bằng trục cam của bơm cao áp thông qua con đội 1, vận

động ngợc lại của piston là do lò xo 4 điều khiển Khi piston chuyển dịch theo lực tác dụng của lò xo, nhiên liệu qua van hút 3 đi vào không gian chứa lò xo của bơm, lúc ấytrong không gian phía con đội nhiên liệu đợc bơm vào đờng ống dẫn tới bầu lọc khi piston dịch chuyển theo lực đẩy trên con đội thì nhiên liệu từ không gian chứa lò xo chỉ có một phần đi vào không gian phía con đội vì trong không gian này có con đội 1 nên không thể chứa hết số nhiên liệu từ không gian chứa lò xo đẩy ra, số nhiên liệu dôi ra sẽ đi tới bình lọc

- Trong trờng hợp không có nhiên liệu tuần hoàn trong hệ thống áp suất thấp thìlợng nhiên liệu do bơm chuyển nhiên liệu cấp phải bằng lợng nhiên liệu phun vào

động cơ Lúc ấy vận động của piston do lực lò xo tạo ra sẽ ngừng lại ngay khi áp suấtnhiên liệu trên đờng dẫn tới bầu lọc và tới không gian phía con đội tạo ra lực đẩy trênpiston cân bằng với lực đẩy của lò xo Nh vậy lợng nhiên liệu cung cấp cho động cơ

đợc điều chỉnh tự động qua sự thay đổi hành trình có ích của piston

- Thông thờng bơm chuyển nhiên liệu có thể tạo ra áp suất từ 0,15  0,2 MN/m2