Bài giảng động cơ Diesel tàu thủy

[r]

TS MT.TRƯƠNG THANH DŨNG

ThS LÊ VĂN VANG

KS HÒANG VĂN SĨ

BÀI GIẢNG ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THUỶ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

PHẦN THỨ HAI

LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC

CHƯƠNG 1 CHU TRÌNH LÝ TƯỞNG ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG

1.1 Khái niệm cơ bản

Trong các động cơ đốt trong, việc nghiên cứu chu trình thực tế rất phức tạp

Có rất nhiều yếu tố ảnh hưởng tới diễn biến của các quá trình trong chu trình

công tác như các thông số về kết cấu ( tỷ số nén, phương pháp quét khí và thải khí,

phương pháp hình thành khí hỗn hợp…), các thông số về điều chỉnh (góc phân

phối khí, góc phun sớm, thành phần hỗn hợp), các thông số về khai thác

(chế độ làm việc của động cơ, điều kiện về môi trường).Vì vậy khi nghiên

cứu cơ sở lý thuyết của động cơ diesel, người ta phải xem xét sơ đồ đơn giản

hoá các quá trình công tác đó, hay còn được gọi là chu trình lý tưởng

Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong là chu trình công tác mà trong đó

không tính đến tổn thất nhiệt nào khác ngoài tổn thất nhiệt truyền cho nguồn lạnh

được quy định theo luật nhiệt động học 2

Chu trình lý tưởng của động cơ diesel cho phép dễ dàng đánh giá tính

hoàn thiện và khả năng sử dụng nhiệt lượng của nhiên liệu để biến thành công

1.1.1 Chu trình lý tưởng đốt trong

Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong biểu diễn trên đồ thị P-V( đồ thị công )

và T-S Diesel (đồ thị nhiệt), bao gồm các quá trình nhiệt động cơ bản sau đây

(hình 1.1):

Hình 1.1 Chu trình lý tưởng trên đồ thị P-V và T-S

Trong đó:

ac: quá trình nén đoạn nhiệt

cz1: quá trình cấp nhiệt đẳng tích

z1z: quá trình cấp nhiệt đẳng áp

zb: quá trình giãn nở đoạn nhiệt

ba: quá trình thải nhiệt đẳng tích

2 1

3 2

1

3 2

Q Q

Q Q

Q

Q Q Q

t

− +

η

1.1.2 Các thông số đặc trưng của chu trình

Tỷ số nén: ε = Va/Vc

Tỷ số áp suất : λ = Pz/Pc

Tỷ số giãn nở sớm: ρ = Vz/Vc

Tỷ số giãn nở sau: δ = Vb/Vz

Hiệu suất nhiệt chu trình :

Trong đó :

Q1 : Nhiệt lượng cung cấp đẳng tích ;

Q2 ; Nhiệt lượng cung cấp đẳng áp ;

Q3 : Nhiệt lượng thải đẳng tính ;

1.1.3 Các giả thiết khi nghiên cứu chu trình lý tưởng:

Chu trình lý tưởng nêu trên khi nghiên cứu có kèm theo các giả thuyết sau

đây :

- Chu trình diễn ra với một đơn vị khí lý tưởng; các quá trình xảy ra chỉ

làm môi chất thay đổi về trạng thái vật lý và thành phần hoá học và khối lượng

không thay đổi

- Không có các quá trình cháy trong xy lanh động cơ, môi chất nhận

nhiệt là do tiếp xúc lý tưởng với nguồn nóng

- Các quá trình nén và giãn nở là đoạn nhiệt, sự chuyển động là không có

ma sát

- Quá trình thải nhiệt là do môi chất tiếp xúc lý tưởng với nguồn lạnh mà

không phải là quá trình trao đổi khí

- Nhiệt dung riêng của môi chất là hằng số

- Nguồn nóng và nguồn lạnh là vô cùng lớn để quá trình truyền nhiệt là

ổn định

Chu trình lý tưởng với các giả thuyết treên dđaây được lấy làm cơ sở lý

thuyết nghiên cứu cho động cơ đốt trong Các yếu tố về khai thác, kết cấu, kiểu

loại động cơ… không ảnh hưởng đến chu trình Sự thay đổi thể tích khi thực hiện

các quá trình nén và giãn nở là do piston chuyển động trong xy lanh thực hiện

nhưng thông số trên đồ thị là do thể tích (hoặc thể tích riêng) của môi chất

1.2 Chu trình lý tưởng

Tuỳ theo lượng nhiệt cung cấp Q1, Q2 từ nguồn nóng, chu trình lý tưởng có

thể được chia thành chu trình cấp nhiệt đẳng tích, cấp nhiệt đẳng áp hay cấp nhiệt

hỗn hợp

1.2.1 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích

Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích (hình1.2), trong đó nhiệt lượng Q1

(hoặc Qv) chỉ cấp theo chu trình trong quá trình đẳng tích c-z Các động cơ đốt

trong thực hiện theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích có quá trình cháy diễn

ra rất nhanh (gần như tức thời tại điểm z) Các động cơ xăng, động cơ ga thường

được thiết kế hoạt động theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích

Hình 1.2 thể hiện các quá trình công tác của chu trình lý tưởng cấp nhiệt

đẳng tích trên đồ thị P-V và T-S Trong chu trình này nhiệt lượng cung cấp trong

quy trình đẳng áp Q2 = 0 Trong đó ta có thể thấy: ε = δ và ρ = 1

Hình 1.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng tích trên đồ thị P-V và T-S

1.2.2 Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp

Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp (hình 1.3), trong đó nhiệt lượng Q2

(hoặc Qp) chỉ cấp cho chu trình trong qúa trình đẳng áp c-z Các động cơ đốt

trong thực hiện theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp có quá trình cháy diễn

ra chậm hơn nhiều (sau điểm z) các động cơ diesel cấp nhiên liệu bằng

không khí nén được thiết kế hoạt động theo chu trình lý tưởng cấp nhiệt

đẳng áp

Hình 1.3: Chu trình lý tưởng cấp nhiệt đẳng áp trên đồ thị P-V và T-S

MỤC LỤC

Y ”Z

PHẦN II LÝ THUYẾT QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC Chương 1 Chu trình lý tưởng động cơ đốt trong

1.1 Khái niệm cơ bản 1.2 Các chu trình lý tưởng

1.3 Hiệu suất nhiệt của chu trình lý tưởng

1.4 So sánh hiệu suất nhiệt của các chu trình lý tưởng

Chương 2 Các quá trình công tác của động cơ đốt trong

2.1 Quá trình nạp 2.2 Quá trình nén

2.3 Quá trình cháy

2.4 Quá trình giãn nở

Chương 3 Quá trình cháy và tạo hỗn hợp trong động cơ Diesel

3.1 Các giai đoạn của quá trình cháy

3.2 Các yếu tố ảnh hưởng đến các giai đoạn của quá trình cháy

3.3 Quá trình tạo hỗn hợp

3.4 Các dạng buồng cháy

Chương 4 Các thông số chỉ thị và có ích của động cơ đốt trong

4.1 Đồ thị công chỉ thị

4.2 Áp suất chỉ thị và có ích bình quân

4.3 Công suất chỉ thị và có ích của động cơ

4.4 Các hiệu suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ

4.5 Quan hệ giữa suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị và áp suất chỉ thị bình quân

4.6 Cân bằng nhiệt động cơ Diesel

Chương 5 Quá trình trao đổi khí ở động cơ hai kỳ

5.1 Các đặc điểm của quá trình

5.2 Các giai đoạn của quá trình trao đổi khí

5.3 Thời gian tiết diện trao đổi khí

5.4 Ảnh hưởng của phương pháp sử dụng tăng áp

đến quá trình trao đổi khí trong động cơ hai kỳ

5.5 Mộ số hệ thống trao đổi khí ở động cơ hai kỳ

Chương 6 Tăng áp động cơ Diesel tàu thuỷ

6.1 Mục đích của tăng áp cho động cơ Diesel tàu thuỷ

6.2 Sử dụng năng lượng khí xả cho tăng áp Diesel tàu thuỷ

6.3 Sự thay đổi các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ khi tăng áp

6.4 Tăng áp động cơ Diesel bốn kỳ

6.5 Tăng áp động cơ Diesel hai kỳ

6.6 Làm mát không khí tăng áp

6.7 Kết cấu tổ hợp tua bin máy nén tăng áp Diesel tàu thuỷ

6.8 Khai thác tổ hợp tua bin máy nén tăng áp

Chương 7 Các đặc tính động cơ Diesel tàu thuỷ

7.1 Tầm quan trọng của các đặc tính động cơ

7.2 Đặc tính phụ tải 7.3 Đặc tính ngoài

7.4 Đặc tính chân vịt