Đồ án thiết kế hệ thống nạp thải động cơ RV70n dùng Biogas

Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel + biogas với các % năng lượng diesel làm mồi...32 3.2.1... Vảlại các động cơ này chỉ chạy bằng biogas, không chạy đ

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU 3

1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 4

1.1 Tổng quan về nhiên liệu dùng cho động cơ diesel 5

1.1.1 Giới thiệu về nhiên liệu diesel 5

1.1.2 Những tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel 5

1.2 Tổng quan về nhiên liệu Biogas 6

1.2.1 Ưu điểm của nhiên liệu biogas 7

1.2.2 Thành phần của khí biogas 7

1.2.3 Những tính chất cơ bản của biogas 7

1.2.4 Yêu cầu của Biogas khi sử dụng trong động cơ đốt trong 8

1.2.5 Tình hình phát triển của biogas 8

1.2.6 Ứng dụng của Biogas 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 của đề tài 11

2 KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU ĐỘNG CƠ RV70-N 12

2.1 Giới thiệu chung về động cơ 12

2.1.1 Đặc tính kỹ thuật của động cơ 12

2.1.2 Kết cấu các chi tiết chính của động cơ 14

2.2 Khảo sát hệ thống nhiên liệu 16

2.2.1 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 16

2.2.2 Nguyên lý làm việc 16

2.2.3 Kết cấu các chi tiết chính 17

2.3 Khảo sát hệ thống nạp thải 20

2.3.2 Bình lọc không khí 20

2.3.3 Ống xả 21

3 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ RV70-N 21

3.1 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel 22

3.1.1 Các số liệu ban đầu 22

3.1.2 Các thông số chọn 22

3.1.3 Kết quả tính toán 23

3.1.4 Đồ thị công 28

3.2 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) với các % năng lượng diesel làm mồi 32

3.2.1 Các giả thiết trong quá trình tính toán 32

3.2.2 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng 5% năng lượng diesel làm mồi 33

3.2.3 Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lượng diesel ở chế độ không tải 42

3.2.4 Đồ thị công 44

3.3 So sánh, nhận xét 46

3.3.1 So sánh 46

3.3.2 Nhận xét 50

1

4 TÍNH TOÁN CẢI TIẾN ĐƯỜNG ỐNG NẠP ĐỘNG CƠ RV70-N SỬ DỤNG

NHIÊN LIỆU BIOGAS 50

4.1 Cơ sở lý thuyết 50

4.2 Các phương pháp cung cấp Biogas vào động cơ 51

4.2.1 Phương án 1: Phun biogas vào trước xupap nạp 51

4.2.2 Phương án 2: Cung cấp biogas trên đường ống nạp 53

4.2.3 Phương án 3: Phun biogas trực tiếp vào buồng cháy 57

4.2.4 Chọn phương án cung cấp Biogas 58

4.3 Thiết kế, tính toán phương án đã chọn 58

4.3.1 Thiết kế, tính toán bộ hòa trộn 58

4.3.2 Thiết kế, tính toán van tiết lưu Biogas 69

4.3.3 Thiết kế và tính toán bộ điều tốc 75

4.4 Sơ đồ hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) 91

5 QUY TRÌNH CHẾ TẠO CÁC CHI TIẾT ĐƯỢC CẢI TIẾN 93

5.1 Quy trình chế tạo họng Ventury 93

5.2 Quy trình chế tạo van tiết lưu Biogas 98

5.3 Quy trình công nghệ chế tạo bộ điều tốc 101

5.3.1 Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi 102

5.3.2 Xác định trình tự gia công các bề mặt 102

5.3.3 Trình tự thực hiện các nguyên công 102

5.3.4 Lắp đặt bộ điều tốc biogas lên giá động cơ - máy phát điện 104

6 CHƯƠNG TRÌNH TÍNH TOÁN BẰNG PHẦN MỀM VISUAL BASIC 105

6.1 Giới thiệu 105

6.2 Form nhiệm vụ của đề tài 105

6.3 Form các thông số động cơ 105

6.4 Form các thông số của biogas 106

6.5 Form các thông số chọn 107

6.6 Form các kết quả tính toán nhiệt 108

6.7 Form tính toán họng Ventury 110

6.8 Form tính toán van tiết lưu (van côn) 111

6.9 Form tính toán bộ điều tốc 112

6.10 Nhận xét 112

7 LẮP ĐẶT- CHẠY THỬ NGHIỆM 113

7.1 Mục đích, yêu cầu của việc thử nghiệm 113

7.1.1 Mục đích 113

7.1.2 Yêu cầu 113

7.2 Địa điểm và mô hình lắp đặt thí nghiệm 113

7.2.1 Địa điểm 113

7.2.2 Mô hình lắp đặt 114

7.3 Chạy thử nghiệm 115

7.4 Đo và xử lý kết quả thí nghiệm 116

7.4.1 Đo tiêu hao nhiên liệu diesel khi chạy không tải bằng hỗn hợp (diesel + biogas) 116

7.4.2 Đo tải máy phát điện 116

7.5 Nhận xét 118

8 KẾT LUẬN ĐỀ TÀI 119

2

TÀI LIỆU THAM KHẢO 119

LỜI NÓI ĐẦU

Trong thời đại khoa học kỹ thuật phát triển như vũ bão ngày nay thì nhu cầu

về năng lượng là rất cần thiết, trong khi các nguồn năng lượng dự trữ như than đá,dầu mỏ, khí đốt thiên nhiên và ngay cả thủy điện là có hạn, khiến cho nhân loại cónguy cơ thiếu năng lượng trầm trọng Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn nănglượng mới là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển nănglượng Hiện nay ở quy mô toàn cầu, Biogas là nguồn năng lượng lớn Tổng sảnlượng ứng dụng chiếm 9 đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới

Ở nước ta có gần 80% dân số sống ở nông thôn, nhu cầu sử dụng nguồn nănglượng tại chỗ để phát điện nhằm giảm chi phí năng lượng đã trở nên rất bức xúc,đặc biệt ở những nơi sản xuất nông nghiệp tập trung, các trại chăn nuôi có sẵn hầmbiogas Để tận dụng nguồn năng lượng tại chỗ này, việc nghiên cứu sử dụng khíBiogas dùng cho động cơ đốt trong chạy máy phát điện cũng trở nên rất phổ biến

Vì thế em đã chọn đề tài “ Thiết kế hệ thống nạp-thải động cơ RV70-N dùng Biogas”

Sau một thời gian miệt mài tìm hiểu và nghiên cứu, với sự nổ lực của bản thâncùng với sự giúp đỡ của quý thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông, đặc biệt

là thầy PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá

trình làm đồ án, nay đề tài của em đã hoàn thành Tuy nhiên, với trình độ cũng như

3

kinh 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 chânthành cảm ơn!

Đà Nẵng, ngày 04 tháng 06 năm 2010

Sinh viên thực hiệnThái Văn Ngọc

1 GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

Trên thị trường hiện có những động cơ được thiết kế đặc biệt để sử dụngbiogas, những động cơ như vậy thuộc nhóm các động cơ đặc chủng nên đắt tiền Vảlại các động cơ này chỉ chạy bằng biogas, không chạy được bằng nhiên liệu lỏngnên không 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 xuấtcòn nhỏ nên thể tích các hầm biogas phổ biến khoảng vài chục m3, không đủ sứccung cấp nhiên liệu liên tục cho động cơ Vì vậy, ngoài biogas, động cơ cần phảichạy được 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, thiết kế hệ thống nạp thải cho động cơ VYKINO RV70-N chạy bằng hai nhiênliệu song song Biogas- Diesel Động cơ tự cháy do nén chạy bằng biogas được cảitạo từ động cơ diesel làm việc theo nguyên lý: công suất chính do quá trình cháybiogas sinh ra, một lượng diesel tối thiểu được phun mồi để đánh lửa hỗn hợp.Lượng diesel phun mồi này được chỉnh ở mức thấp nhất

Để động cơ tĩnh tại làm việc được bằng hai nhiên liệu, hệ thống cung cấpnhiên liệu nguyên thủy của động cơ phải được giữ nguyên Vì vậy trong phần nàychúng ta cần tính toán và thiết kế hệ thống cung cấp biogas trên cơ sở hệ thốngnhiên liệu diesel có sẵn

4

1.1 Tổng quan về nhiên liệu dùng cho động cơ 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 cấu phân

tử khác nhau, quyết định tính chất lý hoá cơ bản của nhiên liệu và ảnh hưởng rất nhiềutới quá trình bốc hơi và cháy của nhiên liệu Trong những loại nhiên liệu truyền thống

sử dụng trên các phương tiện vận tải, Diesel là một trong những nguồn nhiên liệu rấtquan trọng được sử dụng rất phổ biến bởi những tính năng ưu việt của nó Dầu Diesel làphần Hydrocacbon lấy từ dầu mỏ, có nhiệt độ sôi nằm trong khoảng 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, buồngcháy

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 tạo

thành 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 dùng

đại lượng có tính quy ước là trị số xetan (TSXT)

5

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 huỷ thành các cacbon tự do, tạo muội theo phản ứng:

2 C

t y

2

yxCH

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

e) Tính ổn định hoá học.

Phụ thuộc vào hàm lượng thành phần keo, thành phần nhẹ có trong diesel.Nếu hàm lượng các thành phần này càng lớn thì tính ổn định hóa học của dieselcàng thấp

f) Tính ăn mòn kim loại.

+ Hàm lượng lưu huỳnh tổng số

+ Độ axit (Tolal Acid Number-TAN)

+ Hàm lượng nước

Theo dự tính lượng dầu mỏ sẽ cạn kiệt trong vòng 50 năm nữa, đồng thời nhucầu sử dụng năng lượng ngày càng tăng Giá dầu mỏ thường xuyên biến động và xuhướng chung là tăng nhanh là nguyên nhân làm giá cả trên thị trường Việc tìm ranhiên liệu mới thay thế dầu mỏ và ứng dụng nó đã trở thành mục tiêu của nhiềunghiên cứu Nhiên liệu có nguồn gốc sinh học (các sản phẩm của nông nghiệp) làmột giải pháp tốt nhất khi nó không chỉ giải quyết vấn đề năng lượng mà còn giảiquyết vấn đề môi trường

1.2 Tổng quan về nhiên liệu Biogas.

Biogas còn gọi là khí sinh học là một hỗn hợp khí được sản sinh từ sự phânhủy những hợp chất hữu cơ dưới tác dụng của vi khuẩn trong môi trường yếm khí.Hỗn hợp này chiếm tỉ lệ gồm:

CH4: 60 - 70%

CO2: 30 - 40%

Phần còn lại là một lượng nhỏ khí: N2, H2,CO,CO2…CH4 có số lượng lớn và

là khí chủ yếu tạo ra năng lượng khí đốt Lượng CH4 chịu ảnh hưởng bởi quá trình

6

phân hủy sinh học Phụ thuộc loại phân, tỉ lệ phân nước, nhiệt độ môi trường, tốc độdòng chảy… trong hệ thống phân hủy khí sinh học kỵ khí.

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 conngười, 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

1.2.2 Thành phần của khí biogas.

Biogas là kết quả phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí.Các chất hữu cơ (cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chếbiến thực phẩm ), các chất thải từ quá trình chăn nuôi Biogas chứa chủ yếumethane (50 ÷ 70%) và CO2 (25 ÷ 50%) còn lại là các chất khác như N2 (0 ÷ 10%),

O2 (0 ÷ 2%), H2S (0 ÷ 3%), H2 (0 ÷ 1%), …

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 của

CH4 là 1012 Btu/ft3 (35,8.103KJ/m3) 1m3 CH4 khi cháy tỏa ra một nhiệt lượng tươngđương với 1,3kg than đá, 1,15 lít xăng, 1,7 lít cồn hay 9,7kWh điện Nếu sử dụngbiogas làm nhiên liệu, 1m3khí biogas có thể cung cấp cho động cơ 1 sức ngựa chạy

7

trong 2 giờ Vì vậy nếu khí biogas được lọc sạch các tạp chất thì chúng sẽ là nguồnnhiên liệu thay thế rất lý tưởng để chạy động cơ đốt trong trên cơ sở các thành tựu

đã đạt được về động cơ sử dụng nhiên liệu khí

Nhiệt độ nguy hiểm 116,0 0F (=64,440C) 88,0 0F(=48,890C)

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 200-400ppm

H2S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí Khi 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 hàmlượng 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 phát triển của biogas.

Ngoài nước:

Hiện nay ở quy mô toàn cầu, Biogas là nguồn năng lượng lớn Tổng sản lượng ứngdụng chiếm 9 đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới

8

Theo tính toán, nếu tận dụng xử lý được hết nguồn phế thải toàn cầu thì hàng nămngười ta có thể tạo 200 tỷ m3 khí sinh học, tương đương 150 đến 200 triệu tấn nhiênliệu và kèm theo nó là khoảng 20 triệu tấn phân bón hữu cơ chất lượng cao.

Có thể nói rằng, Ấn Độ và Trung Quốc là hai quốc gia có sự phát triển nhanh chóng

về công nghệ xây dựng các bể lên men mêtan

* Ấn Độ

Công nghệ khí sinh học bắt đầu ở Ấn Độ bắt đầu từ năm 1897 Ban đầu, cáctrạm Biogas chỉ có quy mô hộ gia đình Hàng năm có khoảng 200.000 hộ gia đình

Ấn Độ chuyển từ sử dụng năng lượng củi đốt sang sử dụng Biogas Năm 1985, Ấn

Độ có khoảng 1 triệu bể với chi phí xây dựng khoảng 55 triệu đô la Tính tới năm

1999 đã có tới 2,9 triệu công trình hầm khí sinh học gia đình và 2700 công trìnhhầm khí tập thể xử lý phân người được xây dựng Ước tính số công trình này hàngnăm tiết kiệm 3 triệu tấn củi và 0,7 triệu tấn Urê Tháng 3 năm 2000, Ấn Độ có 3triệu công trình hầm khí sinh học

* Trung Quốc

Lịch sử phát triển khí sinh học ở Trung Quốc bắt đầu từ cuối thế kỷ XIX.Năm 1978 đã xây dựng 7,5 triệu bể với hàng năm tạo ra khoảng 2,5 tỷ m3 khímêtan, tương đương 1,5 triệu tấn dầu mỏ Cho đến năm 1979, trên lãnh thổ TrungQuốc đã có 301 trạm phát điện nhỏ sử dụng khí Biogas Riêng ở tỉnh Sichuan cáctrạm này có tổng công suất là 1.500kW Đến 1985, Trung Quốc đã xây dựng được

70 triệu bể khí mêtan Từ những năm cuối thập kỷ 80 của thế kỷ trước, người ta đãtính toán đến việc sử dụng năng lượng sinh học để thay thế các dạng năng lượng sửdụng nhiên liệu hoá thạch và Biogas đã trở thành đối tượng cho chương trìnhnghiên cứu năng lượng phục vụ nông thôn của Trung tâm Nghiên cứu Ứng dụngNăng lượng và Công nghệ mới - Bộ Nông nghiệp Trung Quốc (1994) Cuối năm

2003, Trung Quốc có hơn 9,7 triệu hầm cho các hộ gia đình trên toàn quốc Trên90% hầm đang hoạt động tốt, sản xuất ra khoảng 2.980.000 m3/năm Biogas chủ yếuđược sử dụng vào mục đích đun nấu, thắp sáng và chạy các động cơ phát điện

9

* Thời kỳ 1976 – 1980:

Chế tạo thiết bị sản xuất khí sinh học loại nắp nổi bằng tôn, bể phân hủy xâybằng gạch và cổ bể có gioăng nước để giữ kín khí được tích trong nắp chứa khí Tuynhiên, việc thử nghiệm trên bị thất bại do kỹ thuật và quản lý

* Thời kỳ 1991 tới nay:

Những năm 1999 trở lại đây nhiều nhà khoa học trong nước đã nghiên cứu,triển khai nhiều công trình xử lý chất thải bằng hệ thống khí sinh học Biogas (môhình hình cầu của Viện năng lượng với thể tích 5m3, 7m3, 8m3, 10m3, 15m3, mô hìnhNL-6…) đã tạo ra một nguồn phân bón đáng kể, khả năng giải quyết nguồn nănglượng sạch tại chỗ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường Ở miền Trung, Tây Nguyên,hàng loạt các mô hình bể Biogas cũng được áp dụng cho các hộ chăn nuôi gia súc,các nông trường chăn nuôi trên địa bàn như mô hình của Trung tâm Năng lượngmới (Sở KHCN TP Đà Nẵng, mô hình bể Biogas phá váng tự động của Phân ViệnBHLĐ và Bảo vệ Môi trường miền Trung, Tây nguyên (Đề tài 203-02/VBH)

1.2.6 Ứng dụng của Biogas.

10

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

Thiết kế hệ thống nạp-thải động cơ RV70-N dùng Biogas

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

1.3.1 Mục đích

+ Tính toán quá trình cung cấp nhiên liệu Biogas cho động cơ VIKYNODiesel RV70-N chạy máy phát điện

+ Đưa ra các phương án cung cấp Biogas cho động cơ từ đó lựa chọn phương

án hợp lý nhất để tiến hành thiết kế cải tiến hệ thống nạp – thải cho động cơ dùngBiogas

1.3.2 Ý nghĩa

+ Cải tạo động cơ RV70-N chạy bằng nhiên liệu Diesel sang chạy bằng

lưỡng nhiên liệu Biogas/Diesel nhưng không thay đổi nhiều kết cấu nguyên thủycủa động cơ

+ 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

1.3.3.Đối tượng áp dụng của đề tài

+ Động cơ chạy bằng Diesel được cải tạo sang chạy bằng lưỡng nhiên liệu

Biogas/diesel nên khả năng ứng dụng của nó rất rộng rãi nhất là những nông trại ở

11

nông thôn, miền núi, vùng xa xôi hẻo lánh: nơi mà nguồn dầu mỏ khó cung cấpthường xuyên, mặt khác tận dụng nguồn năng lượng sạch Biogas tại chỗ để chạymáy phát điện, máy nổ, máy bơm nước… là một thuận lợi lớn

+ Nguồn nhiên liệu dầu mỏ ngày càng khan hiếm, vấn đề ô nhiễm môitrường được đặt lên hàng đầu mặt khác các trang trại chăn nuôi có khả năng sảnxuất nguồn Biogas là rất lớn vì thế trong tương lai việc ứng dụng động cơ chạybằng Biogas/Diesel sẽ phát triển rất mạnh mẽ

2 KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU 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 phẩmhiện 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

12

Hình 2-1 Mặt cắt dọc của động cơ RV70-N

13

1 Ống xả; 2 Vòi phun; 3 Két làm mát; 4 Lọc nhiên liệu; 5 Thùng chứa nhiên liệu; 6 Bánh đà; 7 Nắp máy; 8 Van xả nước làm mát; 9 Piston; 10 Thanh truyền,

+ 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

2.1.2.2 Thanh truyền

Thanh truyền được chế tạo bằng thép cácbon rèn hình chữ I để có thể chịuđược tác động lặp lại lớn

14

Đầu to của thanh truyền thuộc loại có mặt cắt ngang và bắt chặt bằng bulôngđặc biệt Bạc đầu to thuộc loại cắt và được chế tạo bằng hợp kim đồng – chì, bề mặtđược mạ thép để đảm bảo lắp ghép ban đầu tốt Bạc đầu nhỏ được chế tạo bằng kimloại đồng – chì có khả năng chịu va đập, chịu tải và chịu nhiệt rất tốt, bề mặt được

mạ thiếc

2.1.2.3 Trục khuỷu

Trục khuỷu được chế tạo bằng thép hợp kim đặc biệt cứng, cổ biên và cácchỗ lắp vòng chắn dầu được tôi cảm ứng để tăng độ cứng bảo đảm độ chịu mài mòncao 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

6 7

8 9

10

1

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.

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:

17

Hình 2-6 Kết cấu bộ điều tốc diesel

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

lò xo thắng lực ly tâm đẩy thanh răng về vị trí cấp nhiên liệu nhiều hơn Cứ như vậy

bộ điều tốc sẽ giữ cho động cơ hoạt động với tốc độ không đổi với chế độ tải ổnđịnh

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

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)

19

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

2.3 Khảo sát hệ thống nạp thải

2.3.1 Sơ đồ hệ thống phân phối khí

Hệ thống phân phối khí của động cơ được bố trí theo kiểu xupap treo Dàn cò

mổ được dẫn động bởi trục cam thông qua con đội và đũa đẩy, phía trên dàn cò mổ

có bố trí cần giảm áp để sử dụng khi khởi động động cơ hoặc có thể dùng để tắtmáy

1 2

Hình 2-9 Sơ đồ hệ thống phân phối khí

1.Bu lông xiết đường nạp với động cơ; 2 Đường ống nạp; 3 Bầu lọc gió; 4 Cần giảm áp; 5 Đường ống thải; 6 Dàn cò mổ; 7 Lò xo; 8 Xupap thải; 9 Xupap nạp;

10 Piston; 11 Chốt piston; 12.Thanh truyền; 13 Xilanh

2.3.2 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 cợi 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

20

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

Hình 2-10 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 với đường ống nạp; 3 Bu lông xiết vòi phun với cần giữ vòi phun; 4

Đường ống nạp; 5 Cần giữ vòi phun; 6 Mặt bích; 7 Chốt định vị.

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

3.1.1 Các số liệu ban đầu

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 ξz 0,65 ÷ 0,85 0,76 [1]

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

r r

k 2 r

p

p.λλελ

1p

pT

ΔT)(T

λγ

,0

115,0

*1

*11,102,1

*24

1

*08829,0

115,0

*700

)25

a.

k

k v

p

pλλελp

pΔT)(T

T1)

(ε

1

η

837,008829

,0

115,01

*11,102,1

*24

1

*0981,0

08829,0

*)25302

0,115

0,08829700

*0,026

*1,1125302)

γ(1

p

pTγλΔT

T

T

1,45 1 1,45

r

m 1 m

r

a r r t K

+

=+  

[kJ/kg]

kk/kgnl][kmol

0,495)

32

0,0044

0,12612

0,87(0,21

132

O4

H12

C0,21

*2

0,0041919,806

T2

baC

'' v '' v

''

5,1

634,1867,19α

1,63419,867

a''

5,1

36,18438,42710

*α

184,36427,38

*2

0,00620,956

baγ

1

Cm

*γCm.mCrC

v r

v r

vkk vi

i v

′+

′

=+

20,956

*0,02619,806

γ1

a

*γaa

r

'' v r v '

+

+

=+

+

=

0,0261

0,006

*0,0260,00419

γ1

b

*γbb

r

'' v r v '

+

+

=+

+

=

nl]

kk/kg[kmol 20,473302

*2

0,00419,835

mC'

⇒

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

Chọn trước n1 = 1,3645 Thế vào PT sau: *Τ *(ε 1)

2

ba

83141

n

1 n a

' v ' v

1

1 ++

,9

8,3141

1ε

*Τ

*2

ba

8,3141

VP

1 1,345 1

n a

' v '

v

1

=++

+

=++

*337ε

*T

*08829,0ε

*p

a c

c Tính quá trình cháy

24

c1) Tính ∆M: 0,032

32

0,0044

0,12632

O4

H

c2) Tính số mol sản phẩm cháy M2 [kmol kk/kg nl]:

M2 = M1 + ΔM = 0,742 + 0,032 = 0,774 [kmol kk/kg nl]c3) Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết:

1,0430,742

0,774M

Mβ

1

0,0261,043

γ1

γββ

+

=

c5) Hệ số biến đổi phân tử tại z:

1,0350,9

0,76

*0,0261

11,0431

ξ

ξ

*γ1

1β1β

b

z r

o

+

−+

=+

−+

=

c6) Tính hệ số toả nhiệt xz tại z:

0,8440,9

0,76ξ

ξx

''

2

ba

r z 2

z 1

' v o

r z 2

'' v '' vz

x1

*Mβ

γx

*M

x1

*M

*aβ

γx

*M

*aa

−+

026,0844,0

*774,

0

844,01

*742,0

*835,19043,1

026,0844,0

*774,

r z 2

z 1

' v o

r z 2

'' v '' vz

x1

*Mβ

γx

*M

x1

*M

*bβ

γx

*M

*bb

*742,0043,1

026,0844,0

*774

,

0

844,01

*742,0

*004,0043,1

026,0844,0

*774

*2

0,005320,792

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

b

*βΑ

'' vz

1

Η Η

2

baγ

1

*Μ

ΔQQ

*ξC

0,004835

,910,0261

*

0,742

02530

2188

*1,45

1,043T

T

*λ

βρ

24ρ

ε

d3) Kiểm nghiệm lại trị số n2:

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

26

( ) ( )

'' vz '' vz b z r

1

Η Η

z b

2

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*Μ

ΔQQ

*ξξ

8,3141

n

−+

+

−+

2188δ

*1,042

*0,026)(1

*

0,742

042530

*0,760,9

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*

Μ

ΔQQ

*ξξ

8,314

1015)(2188

2

0,005320,792

8,314

VΡ

b z

'' vz '' vz b z r

1

Η Η

z b

=

−+

−

−

−+

+

−+

−

−

−+

2188δ

9,785δ

0,115

*1015p

pT

1 1,45 m

1 m

b

r b

*T

TT

e) Tính toán các thông số chỉ thị

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

−

−

1 1 n 2

c

ε

11

*1n

1δ

11

*1n

ρ

*λ1)(ρ

*λ

13645,1

1487

,16

11

1274,1

456,1

*45,11456,1

*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 ηi:

27

*0,837

*42530

302

*0,828

*0,742

*8,314p

*η

*Q

T

*p

*M

*8,314η

k v H

k i 1

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

621,9110,442

*42530

3600000η

*Q

3600000g

i H

n

*S

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

0,13530,08829

0,1156

-*0,01560,015

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

692,01353,0828,0pp

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

0,8370,828

0,692p

pη

191,621η

gg

*0,837.η

η

f6) Thể tích công tác của động cơ [dm3]:

0,3772400

*1

*0,692

4

*30

*5,2199n

*i

*p

τ

*30

*NV

0,800220,75

*3,142

0,377

*4S

*π

V

*4

Sai lệch: ΔD= Dt −D = 80,022−80 =0,022[mm] < 0,1 [mm] Thỏa mãn yêu cầu.

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

28

Phương trình của đường nén đa biến: n1

n1 c

c nx

c nx

VV

1pp

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

Phương trình của đường giãn nở đa biến:pVn2 =const

Do đó nếu gọi x là điểm bất kỳ trên đường giãn nở thì: pzVzn2 =pgnxVgnxn2

z gnx z gnx

VV

1pp

377,04

0,75

*0,8

*3,142S

4

πD

V

2 2

0164,0142

0,3771

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/µV trên đồ thị công

Chọn: µS = 0,36232 (mm/mm)

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

525,510,36232

*4

75

*0,32μ

λROO

R

Trong đó: λ = 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

31

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 Nếutrong tính toán ta tính với nguồn biogas tốt (ví dụ 80% CH4) thì động cơ sẽ khôngphát huy hết công suất khi làm việc với các nguồn biogas có chất lượng thấp hơn(như 60% hay 40% CH4) Còn khi tính toán với nguồn biogas nghèo nhất (ví dụ40% CH4) thì các tính năng của động cơ không được sử dụng hết Giải pháp phùhợp nhất trong trường hợp 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

32

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

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 suất

5,2199 kW là:

3,6

G

*Q

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

+ Gnl – Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong 1h

1,1961000

5,2199

*229,0741000

N

*g

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

+ Năng lượng do 5% diesel cung cấp là:

7065%

*14126

%D

*Q

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

0,059842530

706

*3,6Q

Q

*3,6G

13420

*3,6Q

Q

*3,6G

1,981

8808,0

302,

33

+ Vậy lượng nhiên liệu tổng cộng của diesel và biogas cấp vào động cơ trong1h là: Gnl = GnlD + GnlBio = 0,0598 + 3,302 = 3,362 [kg/h]

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

% 1,78

%100

*3,362

0,0598

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

% 98,22

%100

*3,362

3,302

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

QH = QHD * Dhh + QHBio * Bhh = 42530 * 1,78% + 24387 * 98,22% = 24710 [kJ/kg]3.2.2.2 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 ξz 0,80 ÷ 0,85 0,8 [1]

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

a

r 2 t 1 a

r r

*λλ

*ε

1

*p

p

*T

ΔT)(T

λ

γ

34

,0

101,0

*1

*14,102,1

*24

1

*07848,0

101,0

*850

)20

a k

k v

p

p

*λ

*λλ

*ε

*p

p

*ΔTT

,0

101,0

*1

*14,102,1

*24

*0981,0

07848,0

*20302

0,101

0,07848

*850

*0,021

*1,1420302γ

1

p

pΤγλΔΤ

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:

l]kk/kgdiese0,495[kmol

32

0,0044

0,12612

0,870,21

132

O4

H12

C0,21

mn0,21

*0,8808

5,64322,4

*ρ

VM

Bio

0 '

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

281,09822,0

*286,0B

*M

0

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

0,2900,281

0,009M

M

M0 = 0D + 0Bio = + = [kmol kk/kg nl]

35

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:

0,37322,4

*0,8808

0,9822

*7,49022,4

*ρ

B

*V

M

Bio

hh 1Bio

+ Vậy số kmol hòa khí nạp mới M1 là:

0,3830,373

0,010M

*2

0,0041919,806

Τ

*2

baC

* Với nhiên liệu Diesel

+ VN2D = 22,4*0,79*α*M0D = 22,4*0,79*1,15*0,009 = 0,179 [m3/kgdiesel]+ VO2D = 22,4*0,21*(α-1)*M0D=22,4*0,21*(1,15-1)*0,009 = 0,006 [m3/kgdiesel]+ VCO2D = 22,4*C/12*Dhh = 22,4*0,87/12*Dhh = 0,029 [m3/kgdiesel]+ VH2OD = 22,4*H/2*Dhh = 22,4*0,126/2*Dhh = 0,025 [m3/kgdiesel]

* Với nhiên liệu Biogas

0,8808

0,01995,643

*1,15

*0,79B

*ρ

N

%V

*α

*0,79

Bio

2 0

*1)(1,15

*0,21B

*ρ

V

*1)(α

*0,21

Bio

0 O2B

ρ

B

*)CO

%(%CHV

Bio

hh 2 4

+ V (2%CH ρ%H %H S)*Bhh (2*0,6 0,88080,01 0,0001)*0,9822

Bio

2 2

4 H2OB

++

=+

+ VN2 = VN2D + VN2Bio = 0,179 + 5,739 = 5,918 [m3/kg nl] + 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]

bamC

*rV

mC

*V

i

'' vi i

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

,12C

' v ' v

'

v = + [kJ/kmol.K]

0,0211

21,524

*0,02119,806

γ1

a

*γaa

r

"

v r v '

+

+

=+

+

=

0,0211

0,006

*0,0210,00419

γ1

b

*γbb

r

"

v r v '

+

+

=+

+

=

480,0302

*2

0,00419,841

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

1

1 ++

+

=

−

37

VT = n1 = 1,3639

2

0,004841

,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) Quá trình cháy

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

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

diesel]

kk/kg[kmol0,011

0,0178

*4

0,12632

0,0040,009

*

1,15

D

*4

H32

OαM

+ Lượng sản vật cháy của 1m3 nhiên liệu biogas:

Áp dụng công thức sau: 2 1 CnHmOr V1Bio

2

r4

%H

%H2

*0,8808

0,9822

*7,48522,4

*ρ

B

*V

M

Bio

hh 2

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

0,38330,373

0,011M

M

M2 = 2D + 2Bio = + = [kmol kk/kg nl]

c2) Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết:

1,0010,383

0,3833Μ

Μβ

1

0,0211,001

γ1

γββ

+

=

c4) Hệ số biến đổi phân tử tại z:

38

0,8

*0,0211

11,0011

ξ

ξ

*γ1

1β1β

b

z r

0

+

−+

=+

−+

=

c5) Tính hệ số toả nhiệt xz tại z:

941,00,85

0,8ξ

ξx

021,0941,0

*3833,

0

941,01

*383,0

*841,19001,1

021,0941,0

*3833,

*Μβ

γx

*Μ

x1

*Μ

*aβ

γx

*Μ

*

a

a

z 1

0

r z 2

z 1

' v 0

r z 2

021,0941,0

*3833

,

0

941,01

*383,0

*004,0001,1

021,0941,0

*3833

*Μβ

γx

*Μ

x1

*Μ

*bβ

γx

*Μ

*

b

b

z 1

0

r z 2

z 1

' v 0

r z 2

,12

c

' vc r

1

Η Η

γ1

*Μ

ΔQQ

b

*βΑ

'' vz

=

39

*0,383

047102

*0,8

Τ

*Τ

*2

baγ

1

*Μ

ΔQQ

*ξ

' v ' v r

1

Η Η

2537

*1,001T

T

*βλ

*987,5λ

*p

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

ΔQQ

*ξξ

8,3141

n

−+

+

−+

*1,001

*0,021)(1

*

0,383

047102

*0,80,85

ΤΤ

*2

baΤΤ

*β

*γ1

*

Μ

ΔQQ

*ξξ

8,314

)959(2537

*2

0,006427

,18,314

VΡ

b z

'' vz '' vz b z r

1

Η Η

z b

=

−+

−

−

−+

+

−+

−

−

−+

2537δ