Khảo sát động cơ sử dụng 100% biogas dung bộ phụ kiện gatec 21

Theo số liệuthống kê, hàng năm có khoảng hơn 500 tỷ m3 nước thải trong đó phần lớn là nước thảicông nghiệp thải vào nguồn nước tự nhiên và sau 10 năm thì số lượng này tăng gấp đôi.Khối l

MỤC LỤC

MỤC LỤC 1

LỜI NÓI ĐẦU 2

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆT NAM VÀ TOÀN CẦU HIỆN NAY 3

2 NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Ở MỘT TRẠI CHĂN NUÔI 7

2.1 NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI 7

2.1.1 Nhu cầu đun nấu 7

3 SẢN XUẤT BIOGAS 10

3.1 SƠ ĐỒ SẢN XUẤT BIOGAS 10

3.2.2 Các tính chất của Biogas 12

4 HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG CHO TRẠI CHĂN NUÔI SỬ DỤNG BIOGAS 16

Sơ đồ hệ thống 16

Bước 6: Tính quá trình giản nở 41

5.3.3 So sánh kết quả tính 45

Để thuận tiện cho việc chế tạo và lắp ráp, ta chọn đường kính bộ hỗn hợp bằng với đường kính của đường ống nạp của động cơ, db = 53[mm] 65

+ Kiểm nghiệm tốc độ không khí qua buồng hỗn hợp: 65

+ Chiều dài buồng hỗn hợp: 65

6.4.2 Đo khí thải 82

6.5 Đánh giá kết quả 82

7 KẾT LUẬN 83

TÀI LIỆU THAM KHẢO 84

CÁC BẢN VẼ:

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý Biogas (A3)

- Bản vẽ mặt cắt động cơ Huyndai D4BXR (A3)

- Bản vẽ sơ đồ dẫn động đai của động cơ Huyndai D4BXR (A3)

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống nhiên liệu ban đầu (A3)

- Bản vẽ đồ thị công (A3)

- Bản vẽ các ống nối lắp bộ chia điện (A3)

- Bản vẽ lắp ống nối lắp bộ chia điện (A3)

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống điện cải tạo (A3)

- Bản vẽ bộ chế hòa khí và bộ hòa trộn bướm ga (A3)

- Bản vẽ lắp bộ điều tốc (A3)

- Bản vẽ bộ hòa trộn không khí với nhiên liệu (A3)

- Bản vẽ sơ đồ hệ thống nhiên liệu dùng Biogas (A3)

LỜI NÓI ĐẦU

Trong chương trình đào tạo của các trường Đại học Bách khoa – Đại học ĐàNẵng hiện nay, một số môn học chuyên ngành sau khi học xong phần lý thuyết sinh viên

sẽ phải làm đồ án môn học Thông qua việc làm đồ án giúp sinh viên củng cố lại kiếnthức đã học và vận dụng để giải quyết một vấn đề cụ thể nào đó.Vào kỳ cuối, những sinhviên nào đủ điều kiện sẽ được nhận đồ án tốt nghiệp Đề tài tốt nghiệp có ý nghĩa quantrọng trong việc đánh giá học lực của sinh viên và quyết định sinh viên có đủ điều kiệntốt nghiệp hay không

Là một sinh viên năm cuối Khoa Cơ Khí Giao Thông – Trường Đại học Báchkhoa, cũng như các bạn sinh viên khác trong trường em đã được các thầy cô giáo cungcấp những kiến thức hết sức quan trọng về đại cương cũng như chuyên ngành để làmhành trang cho mình sau này sẽ vận dụng vào cuộc sống Sau khi được xét đủ điều kiện

nhận tốt nghiệp cùng với sự định hướng của Thầy giáo PGS.TS: Trần Thanh Hải Tùng - người đã hướng dẫn em tận tình và xuyên suốt đề tài này - em đã chọn cho mình

đề tài “Khảo sát động cơ sử dụng 100% Biogas dùng bộ phụ kiện Gatec - 21” Trong

thời gian thực hiện đề tài em đã luôn luôn cố gắng vận dụng những kiến thức chuyên

môn, sưu tầm tài liệu cùng với sự giúp đỡ của Th.S: Lê Minh Tiến và Th.S: Lê Xuân Thạnh trong quá trình chế tạo, lắp đặt, cuối cùng em cũng đã hoàn thành đề tài của

mình Mặc dù đề tài đã hoàn thành nhưng sẽ còn một số vấn đề chưa được giải quyếttriệt để Vì vậy em rất mong được sự chỉ bảo của các thầy cô để đề tài của em có thểhoàn thành tốt hơn nữa !

Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn và gửi lời chúc sức khỏe đến các thầy côgiáo!

Đà Nẵng, ngày 2 tháng 6 năm 2011 Sinh viên thực hiện:

NGUYỄN THANH DIỆN

1 GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU.

1.1 NHỮNG VẤN ĐỀ MÔI TRƯỜNG CỦA VIỆT NAM VÀ TOÀN CẦU HIỆN NAY.

Tài nguyên và môi trường có vị trí đặc biệt quan trọng đối với con người và pháttriển Tạo hóa đã sinh ra chúng ta và hành tinh bé nhỏ để nuôi dưỡng chúng ta từ bao đờinay Hàng ngày chúng ta sử dụng không khí, nước, thực phẩm để tồn tại và sử dụng cácnguồn tài nguyên thiên nhiên và môi trường để đáp ứng các nhu cầu thiết yếu của mình.Mỗi sự biến đổi của tự nhiên, của môi trường đều liên hệ mật thiết đến chúng ta, sự đedọa nào đối với thiên nhiên, môi trường cũng chính là đe dọa đối với chúng ta

Thế nhưng, việc mở rộng quy mô hoạt động của con người trong những thập niêngần đây, đặc biệt là cùng với những tiến bộ của khoa học và kỹ thuật, con người đã gâynên những vấn đề hết sức nghiêm trọng Đó chính là vấn đề ô nhiễm môi trường và sựcạn kiệt của nguồn tài nguyên thiên nhiên vốn đã hữu hạn của hành tinh chúng ta Điều

đó làm cho con người phải thừa nhận rằng sự phát triển kinh tế nhằm làm cho cuộc sốngtrở nên thịnh vượng hơn, nếu không được quản lý tốt có thể sẽ hủy hoại sự sống của loàingười chúng ta Tuy nhiên, chúng ta cũng phải thừa nhận rằng, sự tồn tại của con ngườicũng không thể tránh khỏi những tác động lên môi trường Bản thân tự nhiên không phải

luôn ở trạng thái tĩnh mà trái lại nó luôn vận động Chúng ta coi trọng công tác bảo tồnkhông có nghĩa là chúng ta xác định tình trạng lý tưởng mà tại đó con người không tácđộng gì đến môi trường Điều tốt nhất chúng ta có thể làm là giảm thiểu những ảnhhưởng tiêu cực do các hoạt động của chúng ta lên môi trường hiện nay cũng như trongtương lai.

Đất là nguồn tài nguyên vô giá đang bị xâm hại nặng nề Số liệu của Liên hợp quốccho thấy cứ mỗi phút trên phạm vi toàn cầu có khoảng 10 ha đất trở thành sa mạc Diệntích đất canh tác trên đầu người giảm nhanh từ 0,5 ha/người xuống còn 0,2 ha/đầu người

và dự báo trong vòng 50 năm tới chỉ còn khoảng 0,14 ha/đầu người Ở Việt Nam, số liệuthống kê cho thấy sự suy giảm đất canh tác, sự suy thoái chất lượng đất và sa mạc hóacũng đang diễn ra với tốc độ nhanh Xói mòn, rửa trôi, khô hạn, sạt lở, mặn hóa, phènhóa v.v đang xảy ra phổ biến ở nhiều nơi đã làm cho khoảng 50% trong số 33 triệu hađất tự nhiên được coi là “có vấn đề suy thoái”

Nước là nguồn tài nguyên không thể thay thế cũng đang đứng trước nguy cơ bị suythoái mạnh trên phạm vi toàn cầu, trong đó nước thải là nguyên nhân chính Theo số liệuthống kê, hàng năm có khoảng hơn 500 tỷ m3 nước thải (trong đó phần lớn là nước thảicông nghiệp) thải vào nguồn nước tự nhiên và sau 10 năm thì số lượng này tăng gấp đôi.Khối lượng nước thải này làm ô nhiễm hơn 40% lưu lượng nước ổn định của các dòngsông trên trái đất Ở nước ta, hàng năm có hơn một tỷ m3 nước thải, mà hầu hết là chưaqua xử lý được thải ra môi trường Dự báo nước thải sẽ tăng hàng chục lần trong quátrình đẩy mạnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa đất nước Khối lượng nước thải này đã,đang và sẽ làm nhiều nguồn nước trên phạm vi cả nước ô nhiễm nghiêm trọng, đặc biệt

là các sông hồ tại các đô thị lớn

Rừng là chiếc nôi sinh ra và che chở cho loài người cũng đang phải đối mặt với sựsuy giảm nhanh về số lượng và chất lượng Vào thời kỳ tiền sử, diện tích rừng đạt tới 8

tỷ ha (che phủ 2/3 diện tích lục địa), đến thế kỷ 19 còn khoảng 5,5 tỷ ha và hiện nay chỉcòn khoảng 2,6 tỷ ha Số liệu thống kê cho thấy diện tích rừng đang suy giảm với tốc độchóng mặt (mỗi phút mất đi khoảng 30 ha rừng) và theo dự báo với tốc độ này chỉkhoảng 160 năm nữa toàn bộ rừng trên trái đất sẽ biến mất

Cùng với rừng, đa dạng sinh học cũng đóng vai trò quan trọng đối với con người vàthiên nhiên Từ nhiều thập kỷ nay, hoạt động của con người đã tác động mạnh tới thếgiới sinh vật, được xem là tương đương hoặc thậm chí lớn hơn nhiều so với các đợt tuyệtchủng lớn nhất trong thời tiền sử Việt Nam là nước có mức độ đa dạng sinh học đứngthứ 10 thế giới, nhưng tốc độ suy giảm được xếp vào loại nhanh nhất Nhiều hệ sinh thái

tự nhiên bị xâm phạm, suy giảm diện tích Trong gần không đầy 50 năm, diện tích rừngngập mặn suy giảm gần ¾.

Những con số thống kê cho ta thấy bức tranh ảm đạm về tình trạng suy thoái tàinguyên và môi trường ở quy mô toàn cầu và ở nước ta Có rất nhiều vấn đề được đề cậpđến, nhưng trong đó đáng lưu tâm nhất đó là hiện tượng trái đất đang ấm dần lên

Hành tinh của chúng ta là một thể thống nhất, do đó khi có bất kì một yếu tố nàothay đổi thì nó sẽ gây nên những phản ứng dây chuyền đến các yếu tố khác Sự ấm dầnlên của trái đất sẽ kéo theo sự thay đổi về khí hậu theo chiều hướng bất lợi, mà cụ thể là

sẽ làm cho thiên tai thường xuyên xảy ra với tần suất cao và diễn biến phức tạp hơn,những đợt hạn hán và lũ lụt sẽ càng thêm dữ dội Riêng ở Việt Nam vào năm 1998, hiệntượng Enino đã gây nên những đợt hạn hán nghiêm trọng, ở nhiều vùng mà đặc biệt là ởNam Trung Bộ và Tây Nguyên, người dân không có đủ nước để sinh hoạt chứ chưa dámnói đến nước sạch và nước để sản xuất, gia súc không có đủ nước để uống, hàng trămhecta rừng bị thiêu rụi vì khô hạn Sang năm 1999, đến lượt hiện tượng Lalina hoànhhành, nó đã gây nên những trận đại hồng thủy dự dội ở miền Trung mà đến nay nhiềungười vẫn chưa quên được sự khủng khiếp của nó Là một hiện tượng tự nhiên có tínhquy luật là cứ 8 năm một lần, nhưng chưa có bao giờ Eninô lại gây nên những ảnhhưởng nghiêm trọng như vậy Đó chỉ là những điều mà chúng ta nhìn thấy được ở ViệtNam, sự ấm dần lên của trái đất còn làm cho băng ở các cực sẽ tan ra Theo dự báo củacác chuyên gia ở đại học Oxford (Anh) thì trong vòng 100 năm nữa nhiệt độ trái đất sẽtăng lên từ 2 đến 11 độ (oC) so với hiện tại Như vậy thì hàng tỷ mét khối nước đổ vàođại dương do sự tan của băng sẽ nhấn chìm các đảo nhỏ, các quốc gia có thấp vốn có địahình thấp như Hà Lan và phần lớn các vùng duyên hải trên thế giới, nơi cư trú của hàngtrăm triệu người cũng sẽ bị nhấn chìm Tệ hại hơn nữa, sự tan chảy của băng sẽ hìnhthành những dòng hải lưu lạnh bất thường trong lòng đại dương, các dòng hải lưu này sẽlàm ảnh hưởng đến các dòng hải lưu ấm Sự thay đổi không theo quy luật của các dònghải lưu sẽ làm cho khí hậu của trái đất sẽ thay đổi một cách bất thường, đó chính là cáchnói khác của một thảm họa thiên tai

1.2 SỰ CẦN THIẾT PHẢI CÓ NGUỒN NHIÊN LIỆU THAY THẾ.

Từ những năm 1849 - 1850, con người đã biết chưng cất dầu mỏ để lấy ra dầu hỏa,còn xăng là thành phần chưng cất nhẹ hơn dầu hỏa thì chưa hề được sử dụng đến và phảiđem đổ đi một nơi thật xa Lúc đó con người tạo ra dầu hỏa với mục đích thắp sáng hoặcđun nấu đơn thuần Nhưng với sự tiến hóa của khoa học và kỹ thuật, từ việc sử dụngnhững động cơ hơi nước cồng kềnh và hiệu quả thấp, con người đã tìm cách để sử dụng

xăng và dầu diezel cho động cơ đốt trong, là loại động cơ nhỏ gọn hơn nhưng có hiệuquả cao hơn hẳn Cùng với những khám phá khoa học vĩ đại khác, sự phát minh ra động

cơ đốt trong sử dụng xăng và dầu diezel đã thúc đẩy xã hội loài người đạt những bướcphát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúc và văn minh cho hàng tỷngười trên thế giới

Những hiệu quả và giá trị của dầu mỏ và động cơ đốt trong mang lại thật sự không

ai có thể phủ nhận được Nguồn năng lượng chúng mang lại hầu như là chiếm ưu thếhoàn toàn Do vậy, mà hầu hết các quốc gia trên thế giới đều muốn chiếm ưu thế và chủđộng về nguồn dầu mỏ Cuộc khủng hoảng năng lượng vào thập kỷ 70 của thế kỷ 20 đãmột lần nữa khẳng định tầm quan trọng chiến lược của dầu mỏ đối với mỗi quốc gia vàcho toàn thế giới Nhưng theo dự đoán của các nhà khoa học thì với tốc độ khai tháchiện nay, trữ lượng dầu mỏ còn lại của trái đất cũng chỉ đủ cho con người khai tháctrong vòng không quá 40 năm nữa

Bên cạnh đó những hậu quả mà khi chúng ta sử dụng dầu mỏ và động cơ đốt trongđem lại từ các chất thải khí làm ô nhiễm không khí, làm thủng tầng ôzôn, gây hiệu ứngnhà kính.Trong các chất độc hại thì CO, NOx, HC…do các loại động cơ thải ra, lànguyên nhân chính gây ô nhiễm bầu không khí, ảnh hưởng đến sức khỏe con người Do

đó, con người phải đứng trước một thách thức lớn là phải có nguồn nhiên liệu thay thế.Một xu hướng hiện nay, là nghiên cứu thay thế sử dụng nhiên liệu truyền thống:Xăng, dầu Diesel,… bằng các loại nhiên liệu mới “sạch”, nhiên liệu tái sinh cho các loạiđộng cơ như năng lượng mặt trời, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ hóa lỏng, năng lượngđiện, khí sinh vật Biogas, năng lượng thủy điện…Việc chuyển dần sang sử dụng các loạinhiên liệu không truyền thống đã trở thành chiến lược trong chính sách năng lượng củanhiều quốc gia phát triển

1.3 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI.

1.3.1 Mục đích của đề tài.

Nghiên cứu thiết kế bộ tạo hỗn hợp Biogas - không khí để chạy động cơ máy phátđiện ở trại chăn nuôi, qua đó tận dụng được nguồn năng lượng tại chỗ Việc tận dụng cácnguồn năng lượng tại chỗ cho sản xuất sẽ giúp cho người dân tiết kiệm được kinh phí,làm giảm giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho người dân, góp phần đẩy mạnh côngcuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông nghiệp nông thôn, đảm bảo sự phát triển bềnvững của đất nước

1.3.2 Ý nghĩa khoa học của đề tài.

Sử dụng nhiên liệu khí Biogas để làm nhiên liệu chạy động cơ đốt trong sẽ làmgiảm mức độ phát thải khí CO2, NOx, HC, CO… góp phần thực hiện các công ước quốc

tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia

Tìm ra một giải pháp cho vấn đề sử dụng nguồn nhiên liệu Biogas mà hiện naychúng ta đang lãng phí, tránh gây khó khăn cho việc cất giữ loại nhiên liệu này

2 NHU CẦU NĂNG LƯỢNG Ở MỘT TRẠI CHĂN NUÔI.

2.1 NHU CẦU NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI.

2.1.1 Nhu cầu đun nấu.

Khí sinh vật là nguồn năng lượng rẻ tiền, có thể đóng góp rất nhiều vào việc cảithiện đời sống con người Nhất là trong giai đoạn khan hiếm năng lượng như hiện nay Ởtrại chăn nuôi có quy mô lớn thì vấn đề đun nấu cần một lượng năng lượng rất lớn, việc

sử dụng khí thiên nhiên để đun nấu sẽ tận dụng được nguồn năng lượng tại chỗ nên giảmđựơc chi phí đầu vào cho người dân

Việc sản xuất và sử dụng khí sinh vật là vấn đề nóng bỏng thu hút nhiều nhà khoahọc tham gia, các nhà năng lượng thế giới quan tâm sâu sắc, riêng đối với Việt Nam thìviệc nghiên cứu vẫn còn mới và việc sử dụng khí sinh vật có ý nghĩa vô cùng quantrọng, giải quyết phần nào về khó khăn năng lượng hiện nay, tuy nhiên hiện nay khíbiogas được sử dụng cho mục đích đun nấu là chủ yếu

Về nhiệt lượng hữu ích: 1m3 khí biogas tương đương 0,7kg dầu, thắp đèn 60Wtrong 7 giờ, tạo 1,25KW.h điện; 4,37kg củi; kéo xe 3 tấn trong 2Km; 6,1kg rơm rạ Trong 10kg phân lợn hàng ngày có thể sản xuất được 400÷500 lít khí Vì vậy ở trại chănnuôi nhu cầu này rất cần thiết để tận dụng các nguồn nguyên liệu trên

2.1.2 Nhu cầu chạy các động cơ đốt trong.

Dùng để kéo các máy công tác như bơm nước, máy xay xát, máy phát điện…Lượng khí tiêu khoảng 4,05 m3/mã lực hoặc 0,76 m3/kw.h điện Để chạy động cơ một

mã lực trong 1 giờ phải dùng một lượng khí khoảng (0,42-0,5)m3 khí sinh vật, một động

cơ cỡ 12 mã lực dùng trong 8 giờ sẽ dùng tới 40m3 khí sinh vật

2.1.3 Nhu cầu thắp sáng.

Hiện nay ở các trại chăn nuôi thắp sáng bằng nguồn năng lượng điện lưới, khôngtận dụng được tối đa nguồn năng lượng tại chỗ nên không nâng cao được tính kinh tế.Trong trường hợp mất điện thì ta dùng khí sinh vật để thắp sáng, để thắp sáng thì thườngngười ta dùng đèn như đèn măng xông, hoặc dùng đèn mạng: Đèn mạng có độ sángtương đương đèn điện sợi tóc 60W, tiêu thụ khí 70÷80 lít/giờ ở áp suất 40cm nước Độsáng của đèn tăng khi áp suất cao hơn

Ngoài ra còn các nhu cầu khác như: Sưởi ấm khi gia súc sinh vào mùa đông, chạy tủlạnh, sấy thức ăn cho vật nuôi…

2.2 NGUỒN CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG HIỆN NAY Ở TRẠI CHĂN NUÔI.

2.2.1 Năng lượng mặt trời.

Hiện nay ở các trại chăn nuôi dùng năng lượng mặt trời với mục đích chủ yếu làsấy thức ăn cho vật nuôi Muốn sử dụng rộng rãi năng lượng mặt trời cho nhiều mụcđích khác nhau như các hệ thống sưởi ấm bằng năng lượng mặt trời, điều hoà không khí

và cung cấp nước nóng ở mức độ cao, pin mặt trời thì đòi hỏi trước hết phải giải quyếtnhững vấn đề kỹ thuật cơ bản, công nghệ chế tạo cũng như khả năng ứng dụng thực tếcủa chúng Ở nước ta việc ứng dụng khả thi của năng lượng mặt trời là vào việc nấunước nóng và sấy gỗ Có thể nói là khả thi vì công nghệ tương đối đơn giản, quá trìnhchế tạo dễ dàng và giá thành thì tương đối phù hợp với kinh tế Việt Nam

2.2.2 Năng lượng gió.

Trong những năm 30 của thế kỷ 20, con người đã biết sử dụng năng lượng sứcgió để chạy máy phát điện, công suất đạt đến 75KW Một số nước đã sử dụng nănglượng gió để chạy thuyền buồm, cối xay gió, phục vụ cho sinh hoạt gia đình như: Thắpsáng đun nấu, quạt ngay cả chạy tua bin gió để bơm nước để phục vụ cho trồng trọt vàchăn nuôi trong ngành nông nghiệp

2.2.3 Thuỷ điện và thuỷ điện nhỏ.

Thuỷ điện hiện nay là nguồn năng lượng chính của nước ta, nhà nước ta đã chủtrương xây dựng các nhà máy thuỷ điện với công suất rất lớn để đáp ứng nhu cầu ngàycàng cao trong công nghiệp, nông nghiệp cũng như trong đời sống sinh hoát của ngườidân Với mật độ về thuỷ điện cao nhất thế giới, nước ta có rất nhiều lợi thế để xây dựngcác nhà máy thuỷ điện, mặc dù vậy thuỷ điện là nguồn năng lượng đòi hỏi vốn đầu tư rấtlớn, để xây dựng một nhà máy thuỷ điện phải mất một thời gian khá dài khối lượng côngviệc khảo sát, thăm giò rất lớn, phá hoại đất đai, làm biến đổi trầm tích Thuỷ điện làmmất đi một diện tích đất canh tác rất lớn, ảnh hưởng đến chất lượng nguồn nước, phárừng, biến động thời tiết, làm cản trở giao thông vận tải thuỷ bộ có khi còn ảnh hưởngđến việc di dân

Chính vì vậy để giảm bớt các yếu điểm trên mà vẫn tận dụng có hiệu quả và thực

tế nguồn năng lượng thuỷ năng ta nên tiến hành xây dựng những nhà máy thuỷ điện vừa

và nhỏ, huy động nguồn vốn địa phương phối hợp với sự hỗ trợ của TW

2.2.4 Nguồn năng lượng khác.

2.2.4.1 Năng lượng hoá thạch.

Các loại năng lượng này bao gồm: Than đá, dầu mỏ đã được loài người sử dụng

từ lâu với nhiều mục đích khác nhau như chạy động cơ đốt trong, đốt trực tiếp… Khi sửdụng loại năng lượng này đã đem lại nhiều lợi ích cho con người, thúc đẩy xã hội loàingười đạt những bước phát triển vượt bậc, đem đến cuộc sống ấm no, hạnh phúc và vănminh cho hàng tỷ người trên thế giới Tuy nhiên khi sử dụng nguồn năng lượng này cũngđem lại nhiều hậu quả to lớn cho con người và cả hành tinh chúng ta Sự gia tăng nồng

độ các chất ô nhiễm trong bầu khí quyển kể từ khi nhân loại bước vào thời kỳ côngnghiệp đã đặt ra những vấn đề hết sức bức xúc về môi trường Thủ phạm chính gây racác chất ô nhiễm trong bầu khí quyển là sản phẩm cháy của nhiên liệu hoá thạch ( Than

đá, dầu mỏ, khí đốt… ) Trong khí thải có những chất trực tiếp gây ảnh hưởng đến sứckhoẻ con người COx, HC, NOx, SO2, bồ hóng… và những chất gây tác động đến môitrường, đặc biệt là CO2, chất khí gây hiệu ứng nhà kính làm tăng nhiệt độ trái đất, hơnnữa những loại nhiên liệu này có xu huớng ngày càng cạn kiệt Vì vậy cần có một loạinăng lượng sạch thay thế, đó là năng lượng tái sinh và không truyền thống ( Cồn,biogas, )

2.2.4.2 Năng lượng tái sinh và năng lượng không truyền thống.

2.2.4.3 Năng lượng từ khí sinh học (Biogas).

Biogas là một dạng năng lượng khí, đây là công nghệ dễ tiếp cận với vốn đầu tư

ít Ưu điểm của nguồn năng lượng này là việc nó thay thế được các nguồn năng lượngkhác nhau như: Than, củi, điện, nhiên liệu khí hoá lỏng và dầu… Sau khi phân động vậtđược phân huỷ thì nó cho chất lưỡng hữu cơ giàu chất dinh dưỡng và không có mùiđược sử dụng để cải thiện đất nông nghiệp tốt hơn phân bón tươi Bên cạnh đó ngănngừa nạn chặt phá rừng bảo vệ môi trường Chính vì vậy hiện nay, biogas được sử dụngrộng rãi từ các trang trại nhỏ đến các trang trại lớn

2.3 TÍNH TOÁN CHI PHÍ NĂNG LƯỢNG CỦA MỘT TRẠI CHĂN NUÔI.

Nhu cầu năng lượng của trại chăn nuôi: Trại chăn nuôi 15 con bò, 20 con heo thịt,

8 con heo nái, 1 con heo đực

Mỗi ngày trại sử dụng năng lượng để phục vụ sản xuất như:

+ Bơm nước: mỗi ngày bơm 15m3 nước sử dụng hết 4KW điện để chạy máy bơmnước

+ Dùng điện sinh hoạt: mỗi ngày dùng hết 7KW

+ Bếp: sử dụng nhiên liệu là củi chủ yếu, mỗi ngày dùng 50 kg củi

+ Phân bón cho cỏ để chăn nuôi: Mỗi ngày 3Kg phân bón

Bảng tính chi phí năng lượng của trại chăn nuôi một ngày:

TT Dạng năng lượng Số lượng Đơn giá Thành tiền Chi phí của tháng

1 Điện dùng bơm nước 4 KW 700 đ/1KW 2.800 đ 84.000 đ

1

4

Hình 3.1 Sơ đồ hệ thống sản xuất biogas.

1 - Bể lắng cát; 2 - Ống dẫn phân; 3 - Ống dẫn bạ thải; 4 - Bể đựng chất thải;

5 - Hệ thống lọc H 2 S và CO 2 ; 6 - Bình chứa khí biogas sạch.

Nguyên lý làm việc của hệ thống:

Phân tươi từ chuồng trại được đưa vào bể lắng cát (1) để lắng đá, cát rồi qua ốngdẫn phân (2) vào bể phân huỷ Ở bệ phân huỷ xẩy ra quá trình lên men tạo khí sinh họcnhư sau:

Hình 3.2 Các giai đoạn hình thành khí biogas.

Sau khi lên men hỗn hợp khí biogas được dẫn vào hệ thống lọc khí H2S và CO2,hỗn hợp được lọc chứa phần trăm H2S và CO2 nhỏ, thành phần trăm CH4 chiếm khoảng97,9% Sau đó hỗn hợp được dẫn vào bình chứa biogas (6), các chất bã sau khi phân huỷđược dẫn ra bể chứa chất thải (4) và được tưới cho cây trồng

3.2 TÍNH NĂNG CỦA BIOGAS.

3.2.1 Thành phần chủ yếu của Biogas.

Biogas từ các nguồn khác nhau thì có chất lượng tương đối khác nhau và phụthuộc vào một số yếu tố nhất định Thành phần của Biogas phụ thuộc vào loại chất thải

bị phân huỷ, độ dài của thời gian lưu trong đó chất thải trải qua quá trình phân huỷ.Biogas sinh ra từ quá trình phân huỷ kỵ khí là hỗn hợp của nhiều loại khí Hỗn hợp nàythông thường bao gồm 60-70% CH4, 30-40% CO2, và ít hơn 1% hydrogen sulfide (H2S).Hàm lượng H2S nói chung vào khoảng từ 100 đến 2000 ppm Thỉnh thoảng cũng gặptrường hợp nhỏ hơn 2 ppm và cao hơn 8000 ppm Lượng vết nitrogen (đến 10%),hydrogen (đến 5%), oxygen, và các thành phần khác cũng có thể có mặt với nồng độkhác nhau Tuy nhiên, do hàm lượng của chúng quá nhỏ, nên chúng rất khó phát hiện vàthường chẳng quan trọng

Chất béo

Các chất tan

huỷ prôtêinPrôtêin Vi khuẩn phân

Vi khuẩn + Axít hữu cơ có KLPT nhỏ

+ CO2, H2+ Ancol

sinh axít

Giai đoạn III

Vi khuẩn sinh CH4

+ CH4+ H2S,CO2Giai đoạn II

Giai đoạn I

Biogas sau khi qua lọc thì thành phần gồm 70-90% CH4, 9-29% CO2

Nhiệt độ nguy hiểm 116.0 0F (=64.440C) 88.0 0F(=48.890C)

Nhiệt dung Cp (1atm) 6.962.10-4 J/ kg-0C

b Nhiệt trị của nhiên liệu Biogas

Methame tinh khiết có nhiệt trị thấp khoảng (8115.2 Kcal/m3) Do Biogas chứakhoảng 70-90% Methame nên nhiệt trị của Biogas nằm trong khoảng 5480 Kcal/m3

3.3 TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BIOGAS HIỆN NAY.

Hiện nay, khí nhiên liệu thay thế đã trở thành đề tài nghiên cứu được nhiều nhàquan tâm thì những lựa chọn để sử dụng nguồn năng lượng này càng trở nên phong phú.Các xu hướng chính sử dụng nhiên liệu biogas trên thế giới như sau:

Công suất

Cấp nhiệt, làm lạnh

Turbin lỏng Tur bin khí

Có thể nói rằng động cơ đốt trong sử dụng biogas từ các hệ thống xử lý rác thảithành phố đã được ứng dụng trên mấy chục năm nay và mang lại những thành công ởnhiều mức độ khác nhau Trong những năm trở lại đây, công nghệ này đã được ứngdụng rộng rãi cho các ngành sản xuất nông nghiệp và công nghiệp dưới sức ép của việckhan hiếm năng lượng hoá thạch trong tương lai Các động cơ đánh lửa cưỡng bức cốđịnh có thể cung cấp năng lượng cho rất nhiều loại thiết bị tải bao gồm:

+ Máy phát điện

+ Máy bơm

+ Quạt

+ Thiết bị nâng chuyển

+ Bơm nhiệt, điều khoà không khí

Ngoài ra, biogas cũng là nguồn năng lượng tiềm năng để cung cấp cho cácphương tiện vận tải như xe ca, xe tải cũng như các thiết bị công nghiệp khác như máykéo…

Việc đánh giá hiệu quả ứng dụng của các hệ thống này sẽ nhằm mục đích tối ưuhoá việc ứng dụng biogas Những vấn đề cần quan tâm là:

3.4.1 Mức độ ứng dụng.

Việc cung cấp biogas cho động cơ như thế nào cho có hiệu quả nhất Có cần thiếtmột hệ thống nén khí hay một hệ thống cung cấp đặc biệt nào khác cho động cơ haykhông cũng là vấn đề cần quan tâm

3.4.2 Chi phí lắp đặt.

Hệ thống phát điện chạy bằng biogas thường yêu cầu chi phí lắp đặt tương đốicao hơn so với động cơ chạy bằng năng lượng điện Hệ thống phát điện cũng thường yêucầu chi phí cho hệ thống điều khiển và kết nối

3.4.3 Chi phí vận hành, bảo dưỡng.

Các nhà máy phát điện lớn thường có chi phí vận hành và bảo dưỡng thấp hơn sovới các nhà máy nhỏ Các máy móc tiêu thụ tải lớn cần được ưu tiên lắp đặt trước cácmáy tải nhỏ Chi phí sửa chữa cũng cần dược tính đến

4 HỆ THỐNG CUNG CẤP NĂNG LƯỢNG CHO TRẠI CHĂN NUÔI SỬ

DỤNG BIOGAS.

Sơ đồ hệ thống.

Hình 4.1 Hệ thống cung cấp năng lượng cho trại chăn nuôi.

1 - Hầm biogas; 2 - Hệ thống thiết bị xử lý khí biogas; 3 - Thiết bị phân phối khí biogas;

4 - Máy phát điện; 5 - Bếp nấu; 6 - Máy bơm nước; 7- Máy xay xát.

Chú thích: Khí biogas còn chứa H2S và CO2 từ hầm ủ (1) được dẫn vào hệ thống thiết bị

xử ly (2), ở đây hỗn hợp khí H2S và CO2 được tách ra và hỗn hợp khí biogas chứa 97,9%

CH4 Sau đó hỗn hợp khí đi đến thiết bị phân phối, từ đó hỗn hợp khí biogas được dẫnđến các thiết bị sử dụng nhiên liệu khí biogas trong trại chăn nuôi như: Máy bơm nước,máy phát điện, máy xay xát, bếp nấu ăn

5 THIẾT KẾ BỘ TẠO HỖN HỢP BIOGAS Ở ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG 100% BIOGAS BỘ PHỤ KIỆN GATEC - 21.

5.1 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG LỌC VÀ LƯU TRỮ BIOGAS.

5.1.1 Hệ thống lọc biogas.

+ Khí H2S có trong khí Biogas khi sử dụng sẽ tạo thành SOx gây ăn mòn thiết bị,tạo ra ô nhiễm môi trường

+ Khí CO2 có trong khí Biogas sẽ hấp thụ nhiệt của quá trình cháy của động cơ

do đó làm giảm hiệu suất của động cơ

Vì vậy cần phải tách H2S và CO2 ra khỏi hỗn hợp khí

5.1.1.1 Thiết bị hấp phụ H 2 S.

Để tách H2S, người ta sử dụng phoi sắt, là sản phẩm phế thải trong gia công tiệnsắt Phoi sắt trước khi sử dụng phải được oxi hóa để tạo thành một lớp oxyt sắt trên bềmặt Quá trình này có thể thực hiện tự nhiên bằng cách phơi ngoài không khí một thờigian hoặc có thể đốt để oxy hóa nhanh hơn Phản ứng xảy ra như sau:

Fe + 1/2 O2 -> FeO2Fe + 3/2O2 -> Fe2O3

3Fe + 2O2 -> Fe3O4

Oxyt sắt tạo thành là hỗn hợp của các oxyt FeO, Fe2O3 (Fe3O4) Các phản ứng trên

có thể được xúc tiến nhanh hơn bằng cách tưới nước trên phoi sắt Quá trình oxy hóa sắtđạt yêu cầu khi bề mặt phoi sắt chuyển từ màu xám của phoi sắt thành màu vàng xốp,hoặc đỏ xốp như minh họa dưới đây:

Hình 5.1 Phoi sắt trước khi bị Oxi hóa (trái) và sau khi bị Oxi hóa (phải.)

* Kết cấu thiết bị:

Quá trình nhã hấp phụ: 2Fe2S3 + 3O2 = 2Fe2O3+6S

Phoi sắt sau khi được đốt sẽ được trộn với vỏ bào cưa với tỉ lệ 1:1 về thể tích,sau đó được cho vào thiết bị chứa để tăng khả năng tiếp xúc giữa Biogas và phoi sắt

Hỗn hợp khí Biogas được dẫn vào thiết bị, trong thiết bị hàm lượng khí H2S bịhấp phụ lại bằng các phản ứng trên Sau khi hỗn hợp khí ra khỏi thiết bị hàm lượng H2Srất ít

Hình 5.3 Mô hình thiết bị tách H2S.

Với cấu tạo như trên cho phép thiết bị có độ kín tuyệt đối đảm bảo không thấtthoát biogas Có thể mở ra để tái sinh hoàn phoi sắt, hoặc thay thế phoi sắt Thiết bị cógiá thành rẻ, dễ chế tạo nhưng hiệu quả xử lý cao

5.1.1.2 Thiết bị hấp phụ CO 2

Khí CO2 chiếm một thành phần lớn trong Biogas Tuy nó không gây ra ăn mòn,nhưng nó làm giảm công suất của động cơ phát điện do những nguyên nhân sau:

+ CO2 làm giảm lượng khí CH4 nạp vào động cơ trong kỳ hút

+ CO2 hấp thụ nhiệt tạo ra do khí cháy

Vì những nguyên nhân đó, nên CO2 cần được tách ra càng nhiều càng tốt Dựavào khả năng hấp thụ của CO2 trong nước, sử dụng phương pháp hấp thụ CO2 bằngnước Nguyên lý của phương pháp này là cho khí tiếp xúc ngược chiều với nước trong

đó, khí đi từ dưới lên, còn nước chảy từ trên xuống Để tăng cường sự tiếp xúc của khí

và nước, sử dụng các vật liệu trơ như gỗ, đá để làm đệm Để cố định lớp đệm trong bêntrong tháp, dùng một đĩa đục lỗ, đặt ở phần dưới của tháp

Trong các tháp hấp thụ đệm, bề mặt tiếp xúc khí phản ứng và chất lỏng rất lớntrong thể tích nhỏ Chất lỏng chảy trên bề mặt đệm ở dạng màng mỏng, khí chuyển độngngược chiều với pha lỏng Vật liệu tháp và tháp đệm xác định bởi tính chất của khí, chấtlỏng, sản phẩm của phản ứng, các điều kiện làm việc (nhiệt độ, áp suất).

Tháp hấp thụ kết cấu đơn giản có thể tạo từ vật liệu chịu được các điều kiện phảnứng, chống được ăn mòn của môi trường, vì vậy các tháp này khá rẻ, trở lực thủy lựcnhỏ nên tiêu tốn năng lượng để vận chuyển khí Hiện nay các tháp hấp thụ loại đệmđược sử dụng rộng rãi

Tháp đệm có các phần tháp, đệm, đĩa và bộ phận tưới

- Tháp: là khối trụ rỗng cấu tạo từ vật liệu ứng với các điều kiện làm việc

- Đệm: sử dụng để tạo bề mặt tiếp xúc lớn giữa khí - lỏng Sự làm việc bình

thường của tháp phụ thuộc vào việc chọn vật liệu và dạng hình học của đệm Tiêu chuẩncủa đệm: bề mặt riêng lớn, thể tích tự do, lớn, đủ nhẹ, bền cơ học, rẻ Đệm có trở lựcthủy lực nhỏ đối với pha khí và thấm ướt chất lỏng tốt Đệm có thể sắp đặt trật tự hoặckhông trật tự ở trong tháp

2

1

54

63

7

Hình 5.4 Thiết bị tách CO 2

1 - Van đưa khí Biogas ra; 2 - Thân thiết bị; 3 - Lối vào của nước; 4 - Vòi phun nước;

5 - Đệm;6 - Van đưa khí Biogas vào;7 - Lối ra của nước.

Hình 5.5 Mô hình thiết bị hấp thụ CO 2.

Phần dưới (bên trái) và phần trên (bên phải) của tháp tách CO 2

Với cấu tạo của tháp đã đáp ứng được yêu cầu làm việc cầu tháp:

- Độ kín của tháp đảm bảo không thất thoát khí

- Đỉnh tháp có độ cao và không gian đủ lớn để tách nước ra khỏi khí

- Tránh được khả năng bị ngập tháp khi lưu lượng nước quá lớn

- Đáy tháp có cấu tạo của van thủy lực có chiều cao cột nước đủ lớn để tránhtrường hợp biogas thoát ra cùng với dòng nước

5.1.1.3 Hệ thống thiết bị xử lý khí biogas.

Khí Biogas từ hầm đầu tiên được đưa vào thiết bị tách nước sơ bộ Sau đó khíbiogas khí đi qua thiết bị hấp phụ với vật liệu hấp phụ là phoi sắt hấp phụ tách H2S Hệthống thiết bị hấp phụ tách H2S gồm hai tháp một tháp hoạt động, còn tháp kia dự phòng.Quá trình hấp phụ H2S trên bề mặt phoi sắt là quá trình hấp phụ hóa học dựa trên phảnứng sau :

Fe2O3 + 3H2S → Fe2S3 + 3H2O

Fe3O4 + 4H2S → FeS + Fe2S3 + 4H2OFeO + H2S → FeS + H2O

Thiết bị hấp phụ được thiết kế như bản vẽ số 2, bên trong chứa phoi sắt sau khitạo oxit bằng cách đốt rồi được nén tạo hình, thời gian thay đổi chế độ làm việc của haitháp được điều khiển bởi hệ thống van, khi bão hòa của phoi sắt (tức là dựa vào nồng độkhí H2S trong Biogas ra khỏi tháp) Quá trình tái sinh bằng cách thoát phoi sắt để ngoàikhông khí thì nó được tái sinh theo phản ứng:

2Fe2S3 + 3O2 → 2Fe2O3 +6S

FeS + 3/2O2 → FeO+ S

Lưu huỳnh sẽ được rửa sạch bằng nước Khí Biogas được tách hầu như triệt để

H2S tiếp tục được đưa vào thiết bị hấp thụ CO2 Thiết bị hấp thụ CO2 ở trong được đổđệm, lưu lượng nước đi vào tháp có thể điều khiển được bằng độ mở của van Tháp hoạtđộng theo nguyên tắc trao đổi ngược chiều, khí đi từ dưới lên, lỏng đi từ trên xuống thựchiện quá trình tiếp xúc pha trên bề mặt đệm, quá trình hấp thụ CO2 trong nước là quátrình hấp thụ vật lý theo phản ứng:

CO2 + H2O = H2CO3

Nước sau khi hấp thụ CO2 được đưa vào bể chứa nước có bề mặt đủ lớn tại đây 1lượng CO2 được thoát ra ngoài, nước ở đây có thể dùng cho trồng trọt và chăn nuôi, bêncạnh đó cần bổ sung lượng nước mới Như vậy nước ở bể chứa luôn ở trong thái cânbằng, nước này được bơm lên bể trên, tại bể này ta dung bơm sục khí để tách triệt để

CO2 trong nước Sau đó, nước được đưa vào đỉnh tháp qua van điều khiển lưu lượng

Khí Biogas sau khi đi ra khỏi tháp hấp thụ được đưa vào bình điều áp, bình này

có tác dụng vừa tách nước vừa ổn định áp suất để chạy động cơ

Hình 5.6 Sơ đồ hệ thống thiết bị xử lý khí Biogas.

1 - Bình ổn định; 2 - Thiết bị hấp thụ; 3- Thiết bị hấp thụ dự phòng; 4- Thiết bị hấp thụ

cácboníc;5 - Bình điều áp.6, 7 - Bình chứa nước.8 - Bơm nước.

* Nguyên lý làm việc của hệ thống: Khí Biogas từ hầm chứa rất nhiều thành phần khí

được dẫn qua bình ổn định (1) để ổn định áp suất và lưu lượng, sau đó được dẫn vào

thiết bị hấp thụ (2) và H2S được hấp thụ trên bề mặt phoi sắt Sau khi qua thiết bị hấpthụ (2) thì hỗn hợp khí chứa H2S với tỷ lệ rất thấp và được đưa vào thiết bị hấp thụcácboníc (6), ở đây CO2 được hấp thụ bằng cách phun nước Hỗn hợp khí sau khi quathiết bị hấp thụ khí cácboníc chứa hàm lượng CO2 và H2S thấp được dẫn vào bình điều

áp (5) để ổn định áp suất trược khi vào động cơ Sauk hi được lọc hỗn hợp khí Biogaschứa khoảng 97,9 % CH4

5.1.2 Bình chứa lưu trữ biogas nén.

Để đảm bảo lưu lượng cũng như áp suất khí Biogas được ổn định trước khi nạp vàođộng cơ, cần phải thiết kế hệ thống lưu trữ Biogas

Hình 5.7 Bình chứa lưu trữ Biogas.

1 - Bình chứa khí Biogas; 2 - Cần khoá gas; 3 - Van điều áp; 4 - Cụm van nạp, van xả

an toàn;5 - Đồng hồ đo áp suất khí.

+ Bình chứa khí Biogas: Có nhiệm vụ chứa khí, đảm bảo cấp khí đủ cho động cơhoạt động trong một thời gian nhất định

+ Cần khoá gas: Mở khí cấp vào động cơ khi sử dụng và đóng khi động cơ ngừnglàm việc đảm bạo khí không bị tổn thất ra ngoài

+ Van điều áp: Ổn định áp suất khí trước khi vào động cơ

+ Van an toàn: Thực hiện chức năng an toàn khi áp suất trong bình chứa tăng cao,vượt quá giới hạn cho phép

+ Van nạp: Có nhiệm vụ để nạp vào bình khí khi áp suất trong bình bé hơn ápsuất sử dụng

+ Đồng hồ đo áp suất khí: Đo áp suất khí trong bình

5.2 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL HUYNDAI D4B.

5.2.1 Giới thiệu chung về động cơ.

Động cơ Huyndai D4BXR được sử dụng lắp trên xe Huyndai Porter 1.25T là mộtloại xe tải nhỏ chủ yếu là chạy trong thành thị.

Động cơ Huyndai D4BXR có hiệu suất cao công suất cực đại 55[KW] ở vòngquay 4200[vòng/phút], tiêu hao nhiên liệu 12 lít/100km

Xe được sản xuất tại Hàn Quốc có kết cấu cứng vững ,độ bền và độ tin cậy cao, đầy

đủ tiện nghi cho người sử dụng đảm bảo an toàn, kết cấu và hình dáng bên ngoài và nộithất có tính mỹ thuật tương đối cao Được nhập và sử dụng phổ biến ở Việt Nam trongnhững năm gần đây

5.2.2 Các thông số kỹ thuật của động cơ Huyndai D4BXR.

Bảng 5.1: Bảng thông số kỹ thuật của động cơ

Tiết diện của thanh truyền có dạng chữ I, trên đầu to thanh truyền có khoan lỗ dầu

đẻ bôi trơn xilanh, bạc đầu to thanh truyền chế tạo hai nữa lắp ghép lại với nhau nắp đầu

to thanh truyền lắp với thanh truyền nhờ hai bu lông

Đường kính của chốt khuỷu lắp đầu to thanh truyền: 42,9 mm.

* Pittông.

Pittông của động cơ Huyndai D4BXR được chế tạo bằng hợp kim nhôm, trênpittông được bố trí 2 séc măng khí và một séc măng dầu

Đường kính của pittông: 91[mm]

Trên pittông được khoét rãnh để lắp séc măng: chiều cao rãnh để lắp séc măngkhí 1,5 mm, chiều cao để lắp séc măng dầu là 2,9 mm, chiều cao từ đỉnh pittông đến tâmchốt pittông là 32,5 mm

Ø45.0

Ø24.2 R7.0

Hình 5.8 Kết cấu của Piston.

5.2.4 Cơ cấu phân phối khí của động cơ Huyndai D4BXR.

Cơ cấu phối khí kiểu một trục cam đặt trên nắp máy tác dụng vào nấm thông qua

cò mổ

Bộ dẫn động dây đai truyền chuyển động từ bánh đai trục khuỷu qua dây đai lênbánh đai trục cam rồi về bánh căng đai, bánh đai căng đai làm nhiệm vụ căng đai Khitháo lắp dây đai phải chú ý dấu trên bánh đai phải trùng với dấu của hộp bảo vệ đai.

Trục cam được chế tạo bằng gang bề mặt làm việc của các cam và cổ trục camđều được tôi cao tần Trục cam có năm cổ trục lắp thẳng vào ổ đỡ trên nắp máy, đầu trụccam có lắp bánh đai để dẫn động trục cam

Xu páp nạp và xu páp thải được dẫn động từ cam nạp và cam thải , trục cam lạiđược dẫn động từ trục khuỷu

Đường kính của thân xu páp 7mm

Khe hở giữa ống dẫn hướng và thân xu páp 0,08 mm

Hình 5.9 Sơ đồ dẫn động cam.

1 - Dẫn động trục cam; 2- Vít căng đai; 3 - Bánh đai dẫn động bơm cao áp; 4 - Vít căng

đai; 5 - Nguồn dẫn động từ trục khuỷu; 6 - Dẫn động máy phát;

7 - Bánh căng đai.

5.2.5 Hệ thống làm mát của động cơ Huyndai D4BXR.

Động cơ Huyndai D4BXR có hệ thống làm mát bằng nước kiểu kín, tuần hoàncưỡng bức bao gồm: áo nước xi lanh, nắp máy, két nước, bơm nước, van hằng nhiệt,quạt gió và các đường ống dẫn nước.

Hệ thống làm mát sử dụng nước nguyên chất có pha chất phụ gia chống gỉ

Hình 5.10 Sơ đồ khối hệ thống làm mát.

Két làm mát lắp trên phía đầu xe, két làm mát có đường nước vào từ van hằngnhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các giàn ống dẫn nước gắn cánhtản nhiệt

Bơm nước kiểu ly tâm được dẫn động bằng dây đai từ trục khuỷu

Quạt gió được chạy bằng động cơ điện do nguồn điện ắc qui cung cấp

Van hằng nhiệt đóng khi nhiệt độ nhỏ hơn 870C và bắt đầu mở ở nhiệt độ 980C

5.2.6 Hệ thống bôi trơn của động cơ Huyndai D4BXR.

Hệ thống bôi trơn động cơ Huyndai D4BXR kiểu cưỡng bức và vung toé dùng đểđưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết: Hệ thống bôi trơn gồm có:bơm dầu, lọc dầu, các te dầu và đường ống dẫn dầu

Dầu từ các te được hút bằng bơm qua bầu lọc vào đường dầu dọc trong thân máyvào trục khuỷu lên trục cam, từ trục khuỷu tiếp theo dầu vào các bạc thanh truyền theo lỗphun lên vách xi lanh, từ trục cam vào các bạc trục cam rồi theo các đường dẫn tự chảyxuống các te

Két nước

có gắn các cánh tản nhiệt

Bơmnước

Hình 5.11 Sơ đồ khối hệ thống bôi trơn.

Bơm dầu gồm hai rôto tiếp xúc trong: rôto trong và rôto ngoài Rôto trong đượcdẫn động bởi trục khuỷu quay làm xoay rôto ngoài nên khi quay không gian giữa các

Đường dầu chính (trong thân máy)

Van

an toàn

Lọc tinh

Thanh truyền

Lọc dầu

Phun lênthành xilanh

Cổ trục cam

Cam, con đội, ống dẫn hướng xu páp

Các te

răng rôto dần thu hẹp lại, tại cửa ra thể tích nhỏ nhất, do đó ở đây dầu bị nén có áp suấtcao nhất sẽ theo đường ống vào động cơ Khi vòng quay cao áp suất dầu bôi trơn thườngcao hơn cần thiết, vì vậy sau bơm dầu thường có van điều chỉnh áp suất Lọc dầu kiểutoàn phần: lõi lọc bằng giấy, lọc được thay khi ô tô chạy khoảng 10000 km

Áp suất dầu bôi trơn do bơm cung cấp: 4 ± 0,5 kg/cm2

Mác dầu SAE 5W/30, API SH

5.2.7 Hệ thống nhiên liệu của động cơ Huyndai D4BXR.

Hệ thống nhiên liệu của động cơ Huyndai D4BXR đảm bảo cho động cơ hoạtđộng liên tục trong khoảng thời gian quy định, lọc sạch nước và tạp chất cơ học lẫntrong nhiên liệu, cung cấp lượng nhiên liệu cần thiết cho mỗi chu trình ứng với chế độlàm việc qui định của động cơ, cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xy lanh theo trình

tự làm việc của động cơ và cung cấp vào các xy lanh động cơ đúng lúc theo một quy luật

+ Loại này có đặc điểm:

Bơm chỉ có một pittông bơm cho dù động cơ có nhiều xy lanh

Pittông bơm vừa chuyển động lên xuống, vừa xoay tròn để tạo ra áp suất cao vàphân phối nhiên liệu Trong một vòng quay số lần pittông đi lên xuống bằng số xy lanhđộng cơ (bằng 4)

5.3 TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT CHO ĐỘNG CƠ.

+ Mục đích phần tính toán nhiệt động cơ là:

Tính toán các quá trình nhiệt trong động cơ (nạp, nén, cháy, giãn nở và thải) Xác định được các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và kiểm nghiệm các kích thước cơ bảncủa động cơ

Xây dựng được đồ thị công lý thuyết của động cơ

Kết quả tính toán trong phần tính toán nhiệt động cơ sẽ là nền tảng trong quá trìnhtính toán thiết kế bộ hòa trộn

5.3.1 Tính toán chu trình nhiệt dùng cho động cơ Diesel.

5.3.1.1 Cơ sở tính toán chu trình nhiệt của động cơ Diesel.

Bước 1: Xác định các thông số cho trước của động cơ

Bảng 5.2 Các thông số động cơ

Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị

r t a

r r

k r

p p p

p T

T T

1 2 1

2

.

1 )

=

λ λ ελ

λ

γ

(5-1)+ Tính hệ số nạp ηv:

−

a

r t k

a k

k

p P

P T T

2 1

) (

) 1 (

) 1 (

.

1

r

m m

r

a r r t K

a

p

p T T

T T

γ

γ λ +  

+

∆ +

=

−

(5-3)+ Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmolKK/kgnl):

) 32 4 12

( 21 , 0

1

O H C

b a C

v v

5 10

36 ,

184 38

, 427

C m C

m C m

2

′+

a a

b b

+ Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1:

Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, giải bằng phương pháp mò nghiệm

2

314,81

1 1

1 +

′+

γ

γ β β

o

ξ γ

β

1

1 1

+

− +

+ Tính hệ số toả nhiệt xz tại z:

b

z z

C

( )

( z)

o

r z

z v

o z v

vz

x M x

M

x M a x

M a a

− +

1 2

1 2

βγβγ

( )

( z)

o

r z

z v

o z v

vz

x M x

M

x M b x

M b b

− +

1 2

1 2

βγβγ

+ Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz (K):

Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy: (5-20)

.314,8(

+ Kiểm nghiệm lại trị số n2:

Chọn trước n2, tính lặp n2 theo công thức:

z vz b

z r

H H

z

T T M

Q Q

1

).(

314,81

1

2

βγ

T T

δ + Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb (K):

1

2 −

= n z b

T T

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở pb (MN/m2):

n

z b

p p

δ

+ Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót:

m m b

r b rtinh

P

P T T

T

T T

Bước 7: Tính toán các thông số chỉ thị:

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

Trường hợp động cơ Diesel:

−

−

λρ+

−ρλ

−ε

1 1 n 2

c

11.1n

11

1.1n)1(.1

p'

(5-28)

+ Áp suất chỉ thị trung bình (MN/m2):

â i

+ Hiệu suất chỉ thị động cơ ηi:

k v H

k i i

p Q

T p M

.

314 ,

Q

g

η

Trong đó:C m =S30.n (m/s) + Áp suất có ích trung bình (MN/m2):

m i

i e

g g

η

+ Hiêu suất có ích (%):

i m

+ Thể tích công tác của động cơ (dm3):

n i p

N V

e

e h

.

30 τ

(5-37)+ Kiểm nghiệm đường kính xi lanh (dm):

π

Nếu sai lệch ∆D=D t −D ≤ 0 , 1mmthì đạt nếu không thì phải tính lại

+ Công suất tính toán Net (kw):

τ

30

. h

e et

V n i p

+ Nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta = 310-3400K 328,67

+ Số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu

* Quá trình cháy:

+ Số mol sản phẩm cháy M2:(kmol/kgnl) 0,8

+ Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết βο: 1,079

+ Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn: 0

+ Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình tại z: 26,916

+ Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz=1900 - 2200: 2211,8

+ Áp suất cực đại của chu trình Pz=4,8 – 9,6: 8,65

+ Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb=1000-12000K: 1103,9

+ Áp suất cuối quá trình giãn nở pb=0,2-0,6: 0,288

+ Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót Tr=700-900: 742,362

* Các thông số chỉ thị:

+ Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết 0,963

+ Áp suất chỉ thị trung bình pi=0,64-0,96: 0,927

+ Hiệu suất chỉ thị động cơ (0,43-0,56): 0,507

+ Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi =150 - 200(g/kw.h): 166,9

+ Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge=200 - 285(g/kw.h) 241,97

+ Thể tích công tác của động cơ (dm3): 0,614

+ Kiểm nghiệm đường kính xi lanh D(mm) 90,717

5.3.2 Tính toán chu trình nhiệt dùng cho động cơ sử dụng Biogas.

5.3.2.1 Cơ sở tính toán chu trình nhiệt của động cơ sử dụng Bigas

Bước 1: Xác định các thông số cho trước của động cơ

Tính toán chu trình nhiệt của động cơ Biogas tương tự như động cơ xăng nhưng

có một số điểm khác biệt như sau:

Bước 3: Xác định các thông số cho trước của động cơ và thành phần Biogas Thành phần các chất trong Biogas:

a

r 2 t 1 a r r

k 2 r

p

p

1 p

p T

) T T (







 λ λ

− ελ

∆ + λ

=

γ

(5-40)

khi kk/m m [ O H C 2

r 4

m n 21 , 0

1

r m n

− ελ

∆ +

− ε

=

1 a

r 2 t 1 k a k

k

p p

p ) T T (

T ) 1 (

1

(5-41)

+ Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp T a (K):

) 1 (

p

p T T T T

r

m 1 m

r

a r r t K

a

γ +γ  

λ +

∆ +

00419 , 0 806 , 19 T 2

b a C

m v

v vkk = + = + (5-44)+ Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy m C v ′(kJ/kmol.K):

T2

baC

v v

=

+ Tỷ nhiệt của hỗn hợp cháy m C ′ v (kJ/kmol.K):

vi i

v r mC C

m ′ =∑

r

v r vkk v

1

Cm.C

mCm

γ+

′′

γ+

v v

′+

′

=

′

Trong đó:

v r v v1

a.aa

γ+

′′

γ+

=

r

v r v v1

b.bb

γ+

′′

γ+

=

′

+ Tính chỉ số nén đa biến trung bình n 1:

Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, xác định n1 bằng phương pháp gần đúng

)1(

T2

ba

314,81

n

1 n a

v v

1

1 +ε

′+

+ Xác định thành phần theo thể tích của hỗn hợp nạp vào động cơ: (5-50)

2 2

1

%H

H M

=

2 2

V

mc.Vmc

T.2

0,00419806

,19mc

mc

VCO VO

T2

00293,

0931,19mc

2

+ Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy m C v ′(kJ/kmol.K): (5-52)

T

b a C

v v

1 + γ

γ + β

ξ

ξ γ +

− β +

V

mc.V

i

vi i

01257,

0088,30

mcVCO2 = +

T2

05028,0252,12

biogas]

khi m / k m [ O H C 1 2

r 4

r m n