BÁO CÁO THỰC HÀNH môn HỌC DIESEL TÀU THỦY i

Nguyên lý làm việc của động cơ diesel là liên tục đưa hỗn hợp không khí – nhiên liệu vào xylanh.Với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao trong xylanh, hỗn hợp này tự bốc cháy, gây nổ và ph

KHOA CƠ KHÍ

o 0 o BÁO CÁO THỰC HÀNH

MÔN HỌC: DIESEL TÀU THỦY I

Giáo viên hướng dẫn : GS TS Lê VIẾT LƯỢNG

Sinh viên thực hiện : Đỗ Đăng Thuận Lớp : MTT53 DH1 Nhóm : N

Hải phòng, năm 2015

I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ

Động cơ Diesel do một kỹ sư Rudolf Diesel, phát minh ra vào năm 1892.

Nguyên lý làm việc của động cơ diesel là liên tục đưa hỗn hợp không khí – nhiên liệu vào xylanh.Với điều kiện nhiệt độ và áp suất cao trong xylanh, hỗn hợp này tự bốc cháy, gây nổ

và phát ra năng lượng nhiệt Khi nổ, áp suất cao trong xylanh đẩy cho piston chuyển động và làm quay trục khuỷu động cơ, biến đổi năng lượng nhiệt thành công cơ học.

1 Nguyên lý làm việc

Kỳ 1– Kỳ nạp: Piston còn nằm ở ĐCT Lúc này trong thể tích buồng cháy Vc còn đầy khí sót của chu trình trước, áp suất khí sót trong xylanh cao hơn áp suất khí quyển Trên đồ thị công, vị trí bắt đầu kỳ nạp tương ứng với điểm r Khi trục khuỷu quay, thanh truyền làm chuyển dịch piston từ ĐCT đến ĐCD, xupap nạp mở thông xylanh với đường ống nạp Cùng với sự tăng tốc của piston, áp suất môi chất trong xylanh trở lên nhỏ dần hơn so với áp suất trên đường ống nạp pk

Kỳ 2– Kỳ nén: Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT, các xupap hút và xả đều đóng, môi chất bên trong xylanh bị nén lại Cuối kỳ nạp khi piston còn ở tại ĐCD, áp suất môi chất bên trong xylanh pa còn nhỏ hơn pk Đầu kỳ nén, piston từ ĐCD đến ĐCTkhi tới điểm a’ áp suất bên trong xylanh mới đạt tới giá trị pk Do đó, để hoàn thiện quá trình nạp người ta vẫn

để xupap nạp tiếp tục mở (trước điểm a’) Việc đóng xupap nạp là nhằm để lợi dụng sự chênh

áp suất giữa xylanh và đường ống nạp cũng như động năng của dòng khí đang lưu động trên đường ống nạp để nạp thêm môi chất mới vào xylanh, độ kín của buồng đốt, mức độ tản nhiệt của thành vách xylanh và áp suất của môi chất ở đầu quá trình nén pa Việc tự bốc cháy của hỗn hợp khí phải cần một thời gian nhất định, mặc dù rất ngắn Muốn sử dụng tốt lượng nhiệt

do nhiên liệu cháy sinh ra thì điểm bắt đầu và điểm kết thúc quá trình cháy ở phía lân cận ĐCT Do đó việc phun nhiên liệu vào xylanh động cơ đều thực hiện trước khi piston đến ĐCT Trên đồ thị công, kỳ nén được thể hiện qua đường cong a-c.ε Sau khi đóng xupap nạp, chuyển động đi lên của piston sẽ làm áp suất và nhiệt độ của môi chất tiếp tục tăng lên Giá trị của áp suất cuối quá trình nén pc (tại điểm c) phụ thuộc vào tỉ số nén ε.

Kỳ 3– Kỳ cháy và giãn nở: Đầu kỳ cháy và giãn nở, hỗn hợp không khí – nhiên liệu được tạo ra ở cuối quá trình nén được bốc cháy nhanh Do có một nhiệt lượng lớn được tỏa ra, làm nhiệt độ và áp suất môi chất tăng mạnh, mặc dù thể tích làm việc có tăng lên chút ít

(đường c-z trên đồ thị công) Dưới tác dụng đẩy của lực do áp suất môi chất tạo ra, piston tiếp tục đẩy xuống thực hiện quá trình giãn nở trong xylanh Trong quá trình giãn nở môi chất đẩy piston sinh công, do đó kỳ cháy và giãn nở được gọi là hành trình công tác (sinh công) Trên

đồ thị kỳ cháy và giãn nở được biểu diễn qua đường c-z-b.

Kỳ 4 – Kỳ thải: Trong kỳ này, động cơ thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi

xylanh Piston chuyển dịch từ ĐCD đến ĐCT đẩy khí thải ra khỏi xylanh qua đường xupap thải ddang mở vào đường ống thải, do áp suất bên trong xylanh ở cuối quá trình thải còn khá cao, nên xupap xả bắt đầu mở khi piston còn cách ĐCD 430° góc quay của trục khuỷu Nhờ vậy, giảm được lực cản đối với piston trong quá trình thải khí và nhờ sự chênh áp lớn tạo sừ thoát khí dễ dàng từ xylanh ra đườn ống thải, cải thiện được công việc quét sạch khí thải ra khỏi xylanh động cơ Trên đồ thị công, kỳ thải được thể hiện qua đường b-r.

II TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG VÀ KẾT CẤU CÁC THIẾT BỊ CỦA HỆ

THỐNG NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ DIESEL.

1 Hệ thống cấp nhiên liệu.

a,Yêu cầu của hệ thống cấp nhiện liệu là:

Đinh lượng nhiên liệu cấp cho một xilanh phải bằng nhau

Phun đúng thời điểm

Có chất lượng phun tốt phun sương và dứt khoát tránh hiện tượng cháy dớt

Có khả năng điều khiển được quá trình cấp để phục vụ cho việc ngừng và tăng vòng quay động cơ

b, Phân loại hệ thống nhiên liệu

Tùy thuộc vào từng loại động cơ mà hệ thống nhiên liệu khác nhau do loại nhiên liệu được sử dụng

- Đối với động cơ công suất lớn nhiên liệu chủ yếu sử dụng dầu nặng (FO)

vì thế kết cấu có

+ Két dự trữ : để dự trữ lượng nhiên liệu cấp cho động cơ trong quá trình hành hải

+ Bộ phận hâm sấy đây là thiết bị sử dụng hơi nước có nhiệt độ cao để hâm dầu tới nhiệt độ khoảng 90-120oC khi đó độ nhớt của dầu giảm và khối lượng riêng giảm để dễ dàng phục vụ cho quá trình lắng và lọc dầu + Két lắng, lọc(hình 5.1) để làm sạch các cặn bẩn có chứa trong dầu là tăng chất lượng dầu bằng cách sử dụng lực quán tính, lực ly tâm, và sự khác nhau giữa trọng lượng riêng của dầu và các tạp chất tránh gây hỏng

bộ đôi kim phun – bơm cao áp

Hình 2.1 Bầu lọc dầu

+ Két trực nhật có nhiêm vụ dự trữ dầu luôn ở trạng thái sẵn sàng để cấp dầu vào cho động cơ

+ Van, các đường ống dùng để dẫn và điều chỉnh lượng dầu đi qua ống + Bơm cao áp(hình 2.2), bơm thấp áp(hình 2.3) có nhiệm vụ làm tăng áp suất của dầu để cấp vào động cơ Và áp suất dầu là một yếu tố hết sức quán trọng để đánh giá chất lượng phun của động cơ

Hình 2.2 Bơm nhiên liệu cao áp

Hình 2.3 Bơm nhiên liệu thấp áp

+Ống cao áp (hình 2.4) có nhiệm vụ giữ dầu ở trong ống luôn ở 1 áp suất nhất định tránh tạo sung trong quá trình hoạt động để đảm bảo chất lượng phun.và đối với động cơ lắp bơm cao áp cụm (hình 2.2) thì các đường ống cao áp gần như bằng nhau để đảm bảo lượng nhiên liệu cấp vào và áp suất phun vòa trong mỗi xilanh bằng nhau

Hình 2.4 Ống cao áp

+ Kim phun có nhiệm vụ đưa nhiên liệu vào trong động cơ với một áp suất xác định bằng cách điều chỉnh lò xo trên kim phun

+ Ngoài ra còn có đường ống hồi dầu (hình 2.5) vì lượng nhiên liệu bơm cao áp bơm cao gấp 3-5 lần lượng nhiên liệu cấp vào động cơ để xấy nóng đường ống và các thiết bị

Hình 2.5 Đường ống hồi dầu

- Đối với động cơ cao tốc công suất thấp sử dụng nhiên liệu nhẹ (dầu DO) thì nhiên liệu sẽ đi từ két dự trữ đến két trực nhật két này được đặt ở trên cao để nhiên liệu có thể chảy từ đó vào luôn bơm thấp áp rồi tới bơm cao

áp rồi đi vào động cơ

- 2 Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu

Đây là 2 sơ đồ điển hình của hệ thống nhiên liệu diezel sử dụng trên các động

cơ, chúng được phân biệt theo loại bơm cao áp: bơm dãy (hình a) và bơm phân phối (hình b) Hệ thống bao gồm thùng nhiên liệu, các bầu lọc nhiên liệu, bơm nhiên liệu thấp áp, bơm nhiên liệu cao áp, vòi phun nhiên liệu và các đường ống dẫn nhiên liệu. 

a- Hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm dãy

b- Hệ thống nhiên liệu sử dụng bơm phân phối

Khi động cơ làm việc, bơm tiếp vận hút nhiên liệu từ thùng chứa qua lọc thô đến lọc tinh rồi đến bơm cao áp Một van an toàn giới hạn áp suất nhiên liệu và dẫn dầu về thùng chứa khi tốc độ động cơ cao Dầu vào bơm cao áp được nén lên áp lực cao qua đường ống đến kim phun phù hợp với thứ tự thì nổ của động cơ Kim phun xịt nhiên liệu vào xi lanh đúng thời điểm Nhiên liệu dư ở kim phun được đưa về thùng chứa qua đường dầu

III CÁC LOẠI BUỒNG ĐỐT CỦA ĐỘNG CƠ ĐIESEL

1 Buồng đốt của động cơ Diesel

Buồng đốt của động cơ diesel có nhiệm vụ tạo ra hỗn hợp khí – nhiên liệu càng nhanh, càng hoàn hảo càng tốt, việc cháy hoàn toàn xuất phát từ việc tự cháy 1 phần hỗn hợp khí nhiên liệu

Có 3 loại buồng đốt. 

1- Buồng đốt phun trực tiếp là loại buồng đốt chỉ có 1 buồng đốt (buồng đốt thống nhất) ở phía trên piston. 

2- Buồng đốt trước là loại buồng đốt có 1 buồng đốt chính ở phía trên piston và

1 buồng đốt phụ được nối với buồng đốt chính qua 1 lỗ nhỏ. 

3- Buồng đốt xoáy lốc là loại buồng đốt có 1 buồng đốt phụ lớn hơn và lỗ thông

2 buồng đốt lớn hơn so với loại buồng đốt trước

2 Kết cấu các loại buồng đốt

a Buồng đốt thống nhất

Nhiên liệu được phun trực tiếp vào phần lõm của đỉnh piston Do không khí di chuyển chậm trong buồng đốt, nên loại này có 1 cửa hút dạng xoắn ốc để tạo xoáy lốc khí nạp vòng theo chu vi trong hành trình hút, và 1 vùng nén theo

phương thẳng đứng ở phần lõm đặc biệt trên đỉnh piston trong hành trình nén để

không khí và nhiên liệu hòa trộn tốt và cháy hoàn hảo trong thời giian ngắn Buồng đốt phun trực tiếp sử dụng vòi phun có nhiều lỗ phun với áp suất cao 150 – 300 kg/cm2 vào mọi vị trí trong buồng đốt để hóa sương tốt và đảm bảo cháy hoàn toàn

Ưu điểm:

- Hiệu suất nhiệt cao, mức tiêu hao nhiên liệu thấp hơn khoảng 10% so với phun gián tiếp. 

- Nhiệt độ khí xả thấp. 

- Dễ khởi động Không cần xông nóng máy trước khi khởi động ở nhiệt độ bình thường. 

- Hiệu suất nhiệt rất cao và tổn thất nhiệt rất thấp nên két nước và quạt gió có thể làm nhỏ về kích thước và thể tích. 

- Ít chi tiết hơn và cấu tạo đơn giản hơn so với các loại khác

Nhược điểm:

- Áp suất cháy cao, tăng áp suất đột ngột và tiếng ồn lớn. 

- Việc đốt cháy phụ thuộc vào chất lượng của vòi phun. 

- Phạm vi sử dụng nhiên liệu rộng là không thích hợp vì loại phun trực tiếp rất kén nhiên liệu. 

- Cường độ xoáy lốc thay đổi giữa tốc độ chậm và tốc độ nhanh và khói đen được tạo ra ở tốc độ chậm

b Buồng phân cách

Buồng đốt phụ của loại này có thể tích bằng 30%-45% tổng thể tích buồng đốt,

và lỗ thông buồng đốt chính và buồng đốt phụ có diện tích bằng0,3%–0,6% diện tích đỉnh piston. 

Lỗ thông 2 buồng đốt được điều tiết để dùng như là 1 lỗ phun hỗn hợp khí. 

Buồng đốt trước không có đủ không khí để có thể đốt cháy toàn bộ nhiên liệu

Do đó, khi nhiên liệu được phun vào buồng đốt trước, một phần các hạt nhiên liệu sẽ cháy và quá trình này sẽ làm tăng áp suất nội tại trong buồng đốt trước

Một lượng lớn khí đã cháy dở dang và những hạt nhiên liệu chưa được cháy còn lại trong buồng đốt trước sẽ được phun vào buồng đốt chính ở dạng xoáy lốc mãnh liệt, hoà trộn kỹ với khí nạp và cháy tiếp

Ví dụ về buồng đốt phân cách

Ưu điểm:

- Loại này có hiệu quả sử dụng tỷ lệ khí nạp cao, có thể cháy hoàn toàn nhiên liệu mà không ra khói đen. 

- Hoạt động êm vì ở buồng đốt chính áp suất thấp và không tăng đột ngột mặc

dù ở buồng đốt trước có áp suất cháy cao. 

- Việc cháy hầu như độc lập với việc phun nhiên liệu, và động cơ này thường dùng vòi phun loại đót kín, loại này ít bị trục trặc hơn các loại vòi phun khác Vì vậy, hoạt động ổn định được duy trì trong một chu kỳ dài và phạm vi sử dụng nhiên liệu đạt hiệu quả sẽ rộng hơn

Nhược điểm:

- Hiệu quả nhiệt thấp mặc dù cháy hoàn toàn bởi vì phần cháy chính hầu hết xảy

ra khi piston đã qua điểm chết trên Tổn thất qua lỗ thông buồng đốt và tổn thất làm mát tăng do diện tích buồng đốt lớn, do đó mức tiêu hao nhiên liệu sẽ tăng. 

- Nhiệt độ khí xả cao. 

- Khó khởi động khi động cơ nguội nếu không xông máy  

- Chế tạo mặt quy lát phức tạp Lỗ thông buồng đốt chịu nhiệt độ cao và dễ bị trục trặc do nhiệt khi động cơ tạo công suất cao

c Buồng đốt xoáy lốc

Buồng đốt xoáy lốc có buồng đốt phụ lớn và lỗ thông buồng đốt lớn hơn loại buồng đốt trước Nó tạo ra dòng khí xoáy mạnh ở buồng xoáy lốc trong hành trình nén, và 1 lượng lớn nhiên liệu được phun vào dòng khí để bốc cháy. 

Buồng đốt xoáy lốc chiếm khoảng 60% - 75% tổng thể tích và tiết diện lỗ thông chiếm 1% – 3,5% diện tích đỉnh piston Lỗ thông có vị trí và hướng của nó sao cho tạo xoáy lốc mãnh liệt Ap suất tăng lên trong buồng đốt chính khi piston đến gần điểm chết trên sẽ lớn hơn so với loại buồng đốt trước bởi vì tỷ lệ cháy hỗn hợp khí khi ở buồng đốt xoáy lốc là cao hơn. 

Điều này nghĩa là hiệu quả chu kỳ cháy là cao hơn Lỗ thông lớn hơn dẫn đến tổn thất qua lỗ thông nhỏ hơn Đây là những ưu điểm khi chạy tốc độ cao

Ưu điểm:

Áp suất phun trên kim phun một lỗ khó bị nghẹt, xoáy lốc mạnh tạo điều kiện cháy trọn vẹn. Hiệu quả chu kỳ cháy cao khi chạy ở tốc độ cao, do đó tạo ra công suất lớn và mức tiêu hao nhiên liệu thấp

Nhược điểm:

Tổn thất nhiều nhiên liệu, khó khởi động, ở tốc độ chậm thì làm việc không hiệu quả, đường cong mômen kéo sẽ võng xuống ở tốc độ chậm và trung bình. 

IV TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TRAO ĐỔI KHÍ ĐỘNG CƠ ĐIESEL

1 Hệ thống phân phối khí trong động cơ

Trên động cơ bốn kỳ việc thải sạch khí thải và nạp đầy môi chất mới được thực hiện bởi cơ cấu cam - xupap, cơ cấu cam - xupap được sử dụng rất đa dạng Tùy theo cách bố trí xupap và trục cam, người ta chia cơ cấu phân phối khí của động

cơ bốn kỳ thành nhiều loại khác nhau như cơ cấu phối khí dùng xupap treo, cơ cấu phối khí dùng xupap đặt…

Xupap được lắp ở một bên thân máy ngay trên trục cam và được trục cam dẫn động xupap thông qua con đội Xupap nạp và xupap thải của các xylanh có thể

bố trí theo nhiều kiểu khác nhau: Bố trí xen kẽ hoặc bố trí theo từng cặp một Khi bố trí từng cặp xupap cùng tên, các xupap nạp có thể dùng chung đường nạp nên làm cho đường nạp trở thành đơn giản hơn

V.TÌM HIỂU VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP ĐỘNG CƠ DIESEL

1 Nguyên lý làm việc của hệ thống tăng áp

Khi khởi động động cơ khoang đỉnh piston mở rộng hút khí nạp từ khí quyển vào qua bơm nén, xupap Động cơ làm việc, khí xả thoát ra ngoài với động năng còn lớn đập vào cánh tuarbin, truyền năng lượng và làm quay turbin, sau đó khí

xả thoát ra ngoài Turbin nối chung trục với bơm nén khí, do vậy bơm nén sẽ quay, ép khí nạp lại và đẩy dòng khí nạp vào trong buồng đốt Như vậy, tốc độ

và áp lực khí nạp sau bơm nén sẽ phụ thuộc vào số vòng quay động cơ Để tạo nên sự ổn định tương đối dòng khí nạp (làm tốt quá trình cháy trong buồng đốt -thông qua việc hiệu chỉnh hệ số ) trên đường khí xả bố trí một bộ van điều tốc khí xả qua turbin

Khi động cơ chạy chậm tốc độ khí xả thấp, bộ điều tốc đóng lại đảm bảo phần lớn năng lượng khí xả chảy truyền qua turbin, tạo cho turbin quay Khi tốc độ động cơ nâng cao quá, bộ điều tốc mở van phụ cho khí xả thoát theo đường phụ không qua turbin, đảm bảo ổn định tốc độ quay của turbin, tức là đảm bảo ổn định áp suất tăng áp của khí nạp

Trên một số động cơ để tăng hiệu quả nạp khí (động cơ diezel) có thể bố trí đường khí tăng áp qua két mát làm hạ nhiệt độ khí nạp

2 Các phương pháp tăng áp cho động cơ

Các phương pháp tăng áp cho động cơ được chia thành:

- Động cơ Diesel có hệ thống tăng áp bằng cơ giới

- Động cơ Diesel có hệ thống tăng áp bằng tuabin khí xả

- Động cơ Diesel có hệ thống tăng áp liên hợp

Cụm tua bin máy nén tăng áp

V CÁC LẠI ĐỈNH PISTON Đỉnh ô mê

Đỉnh bằng

IV.XÁC ĐỊNH THỨ TỰ NỔ,GÓC MỞ SỚM,ĐÓNG MUỘN XUPAP NẠP,XẢ,GÓC TRÙNG ĐIỆP

1.thứ tự nổ :

1 – 5 – 3 – 6 – 2 – 4

2.xác định góc mở sớm ,đóng muộn xupap nạp,xả,góc trùng điệp

Góc đóng muộn xupap nạp:35 độ so với ĐCD

Góc mở sớm xupap nạp: 45 độ so với ĐCT

Góc mở sớm xupap xả:25 độ so với ĐCD

Góc đóng muộn xupap xả :35 độ so với ĐCT

Góc trùng điệp là 60 độ

05–2015