CHƯƠNG 4. NGHIÊN CỨU THỬ NGHIỆM
4.3. Cơ sở vật chất phục vụ thử nghiệm tại phòng thí nghiệm
Thiết bị hòa trộn liên tục được thực hiện thử nghiệm nhằm kiểm tra các thông số kĩ thuật tại phòng thí nghiệm Trung tâm nghiên cứu động cơ diesel tàu thủy, Trường Đại học Hàng hải Việt Nam với các thiết bị đo đạc và các thiết bị phục vụ khác có độ chính xác cao. Mô hình thí nghiệm được đề xuất để xây dựng và phục vụ mục đích thí nghiệm của luận án như trên hình 4.1.
Hệ thống thử nghiệm bao gồm hai phần: hệ động lực tàu thủy và các hệ thống phục vụ bao gồm hệ thống nhiên liệu (mục tiêu để nghiên cứu).
Hệ động lực tàu thủy bao gồm: động cơ diesel thủy loại HANSHIN 6LU32 (Nhật Bản) (1), hộp giảm tốc (2), hệ thống phanh thủy lực (thay cho chân vịt để tạo tải) (3). Các thiết bị đo đạc quá trình làm việc của động cơ diesel bao gồm: đầu đo áp suất cháy trong xi lanh (6), camera chụp ảnh và quay video quá trình cháy (7), thiết bị
Hình 4.1. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thử nghiệm
1- Động cơ 6LU32; 2-Hộp giảm tốc; 3- Phanh thủy lực; 4- Thiết bị đo vòng quay; 5- Thiết bị định vị ĐCT; 6- Thiết bị đo áp suất cháy; 7- Camera; 8- Phin lọc tinh; 9- Bơm cấp nhiên liệu; 10- Bộ trộn liên tục; 11- Lưu lượng kế; 12- Bầu lọc ly tâm; 13- Bầu hâm; 14- Bơm vận chuyển; 15- Phin lọc thô; 16- Két dầu thừa; 17- Van xả nhiên liệu
17
11
12 13 14
10 11 12
15
DO 7 BIO
DO 16
10
2 9
8
BỘ XỬ LÝ
MÀN HÌNH
1 2 3
4
6 7
TÍN HIỆU VÀO
5 11
11
HỆ ĐỘNG LỰC DIESEL THỦY
đo vòng quay và định vị điểm chết trên của piston (4) và (5). Đầu đo áp suất sẽ đo quá trình thay đổi áp suất trong xi lanh một cách liên tục theo thời gian và theo góc quay trục khuỷu. Thiết bị camera sẽ chụp ảnh và quay video hình ảnh quá trình cháy xảy ra trong xi lanh từ thời điểm nhiên liệu phun vào xi lanh cho đến kết thúc quá trình cháy.
Phanh thủy lực sẽ tạo tải chính xác cho động cơ theo yêu cầu nghiên cứu từ tải nhỏ nhất đến toàn tải. Hệ thống nhiên liệu được thiết kế dành cho động cơ diesel thủy có thể cho phép động cơ chạy được bằng nhiên liệu DO và FO. Hệ thống có cấu tạo điển hình của một hệ thống nhiên liệu phục vụ động cơ diesel thủy bao gồm: các két dự trữ nhiên liệu DO hoặc FO, két trực nhật, két dầu cặn (16). Bên cạnh đó, hệ thống cũng có bộ phận làm sạch nhiên liệu: bầu lọc ly tâm (12), bầu hâm (13), các bơm (14) và phin lọc thô (15), các bơm cấp nhiên liệu (9), phin lọc tinh (8) và van xả bên dưới thiết bị hòa trộn (17) dùng để lấy mẫu thử cũng được trang bị.
Các thiết bị nêu trên của hai bộ phận đều đã được trang bị và lắp đặt tại Trung tâm nghiên cứu động cơ diesel thủy. Để phục vụ cho mục đích thí nghiệm đánh giá sự hoạt động của thiết bị hòa trộn liên tục giữa dầu thực vật (dầu cọ) và dầu DO, cùng với đánh giá khả năng sử dụng nhiên liệu hỗn hợp sau khi trộn đối với động cơ diesel thủy, hệ thống nhiên liệu cũ được lắp đặt thêm thiết bị hòa trộn liên tục (10), két chứa dầu thực, các thiết bị đo lưu lượng (11) và một số van chặn khác. Với việc lắp đặt thêm thiết bị hòa trộn liên tục sẽ không làm thay đổi chức năng của hệ thống nhiên liệu, mà vẫn cho phép hệ thống nhiên liệu có thể hoạt động như cũ nếu cần thiết.
4.3.2. Các thiết bị đo phục vụ thử nghiệm 4.3.2.1. Phanh thủy lực
Phanh thủy lực Omega 1500 do hãng AVL ZOLLNER GMBH - Cộng hòa Áo chế tạo là thiết bị tạo tải cho động cơ. Các thông số kĩ thuật của động cơ diesel cũng như của phanh thủy lực được thể hiện tại bảng 3.3 và 4.1 theo thứ tự. Quá trình thử nghiệm được thực hiện với 2 chế độ tải dùng cho động cơ diesel thủy theo tiêu chuẩn là 485kW (50%) và 730kW (75%). Các thông số công tác của động cơ như: công suất, mô men, nhiệt độ khí thải, áp suất quá trình cháy trong xi lanh, quá trình cháy thật xảy ra trong xi lanh, thành phần các chất trong khí thải... đều được đo đạc và ghi lại một cách chính xác bằng hệ thống thiết bị chuyên dụng của hãng AVL sẽ được giới thiệu ở phần sau.
Bảng 4.1. Các thông số kĩ thuật cơ bản của phanh thủy lực Omega 1500
STT Các thông số Giá trị
1 Công suất cho phép, [kW] 1.500
2 Vòng quay, [v/phút] 4.800
3 Mô men cho phép, [Nm] 9.500
4 Nhiệt độ tối đa cho phép của công chất, [oC] 60
5 Lưu lượng nước công tác, [m3/h] 31,5
6 Áp suất của nước công tác, [bar] ≥ 0,3
7 Độ chính xác, [%] ± 0,2
Hình ảnh tổng thể về trang thiết bị của Trung tâm nghiên cứu động cơ diesel thủy được thể hiện trong Phụ lục 5.
4.3.2.2. Các thiết bị đo
- Hệ thống thu thập số liệu từ động cơ của hãng AVL, Cộng hòa Áo:
+ Gồm 16 kênh tương tự, 05 kênh áp suất, 06 kênh nhiệt độ, 01 kênh góc quay trục khuỷu, 01 kênh mô men, 03 kênh cho các tín hiệu khác;
+ Sai số các cảm biến trong dải công tác không quá 2%;
+ Các thiết bị cảm biến đảm bảo làm việc được trong điều kiện nhiệt độ môi trường đến 8000C: 04 bộ cảm biến, biến đổi áp suất 100mbar – 40 bar;
01 bộ cảm biến áp suất khí quyển 800 – 1200mbar; 06 bộ cảm biến nhiệt độ đến 6500C; 01 bộ cảm biến góc quay trục khuỷu;
- Thiết bị giám sát áp suất quá trình cháy Indimodul 621 (đo áp suất công tác, vẽ đồ thị) đảm bảo đo đạc 06 kênh áp suất cháy, 01 kênh áp suất phun với độ chính xác cao, phần mềm xử lý, tính toán và hiển thị số liệu dạng số và dạng đồ thị, bao gồm:
+ Bộ cảm biến và xử lý tín hiệu áp suất cháy tốc độ cao với 06 cảm biến Piezo thạch anh, sai số < 0,01%;
+ 01 cảm biến áp suất phun nhiên liệu cao áp (đến 200Mpa);
+ Mô đun xử lý dữ liệu sau đo (Data Post Processing Concerto) kèm phần mềm lập công thức tính toán, xử lý đồ họa.
- Thiết bị nghiên cứu quá trình công tác động cơ bằng hình ảnh VisioScope bao gồm 01 cảm biến quang, camera cao tốc, ống nội soi và các thiết bị biến đổi tín hiệu, xử lý dữ liệu:
+ Chụp hình ảnh trong buồng đốt với tốc độ cao, độ phân giải động 12bit, tốc độ chớp 10 micro đến 10 ms;
+ Ống nội soi có làm mát với các góc nhìn 0, 30, 70 độ;
+ Phần mềm phân tích hình ảnh quá trình cháy động cơ diesel, đảm bảo tính toán, hiển thị phân bố ngọn lửa trong buồng đốt, dải nhiệt độ 1800 – 30000K;
- Hệ thống đo, kiểm soát khí thải AMA i60 R1 và bộ chia khí theo tiêu chuẩn IMO, bao gồm: cảm biến quang hóa CLD, ion hóa FID, CO, CO2 NDIR, O2. Hệ thống đảm bảo xác định chính xác hàm lượng các chất có hại trong khí thải (NOx, O2, HC, CO, CO2) theo các chỉ tiêu của Tổ chức hàng hải thế giới IMO;
- Thiết bị đo áp suất cháy cực đại pz, kiểu loại 2516A của hãng Kistler với các thông số kỹ thuật như trong bảng 4.2.
Bảng 4.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị đo áp suất cháy cực đại Pz
Phạm vi đo [bar] 0 – 250
Độ nhạy của cảm biến [mV/bar] 4 – 40
Độ chính xác của giá trị áp suất đo ≤ ±0,5 Phạm vi vòng quay trục khuỷu [1/phút] 25 – 4000
Phạm vi nhiệt độ đo [oC] 0 – 50
Số lượng bộ nhớ 2
Số lần đo và ghi lại của mỗi bộ nhớ 20
Kết nối máy tính RS-232C
Kích thước [mm] 62x92x45
Trọng lượng [g] 350
Khả năng hoạt động liên tục của pin [giờ] 3
- Thiết bị hòa trộn liên tục được thiết kế và chế tạo như đề cập tại Chương III;
- Bên cạnh đó còn có các thiết bị khác như: nhiệt kế, áp kế, thiết bị đánh giá tình trạng kĩ thuật của vòi phun và bơm cao áp, đồng hồ bấm giây, thiết bị đo sự tiêu hao nhiên liệu, bầu hâm nhiên liệu.
4.3.2.3. Kính hiển vi
Phục vụ đánh giá chất lượng trộn dầu cọ với dầu diesel (DO) đối thiết bị hòa trộn liên tục sau khi đã được lắp ghép vào hệ thống cấp nhiên liệu của động cơ diesel 6LU32, kính kính hiển vi Axio Lab.A1 được sử dụng. Kính hiển vi được đặt tại Trung tâm Đào tạo và tư vấn khoa học Công nghệ bảo vệ môi trường thủy với các thông số kỹ thuật cơ bản như sau:
Kích thước 309(W) x 215(D) x 467(H) mm
Tiêu cự 30mm
Bóng đèn Halogen HAL50/12V 50W
Độ dịch chuyển 75x30mm
Camera 5MP (kớch thước 1 điểm ảnh: 2àm x 2àm)
Cấp phóng đại: 5X; 10X; 20X; 50X; 100X.
Năng lực của kính hiển vi Axio Lab. A1:
Phóng đại nhiều cấp và cho phép quan sát rõ nét hình ảnh của vật thể cần nghiên cứu;
Có khả năng chụp ảnh với chất lượng cao các hình ảnh của các mẫu nghiên cứu;
Cho phép đo đạc được các kích thước của vật thể nghiên cứu với độ chính xác cao.
4.3.3. Nhiên liệu thử nghiệm
- Dầu cọ nguyên chất được mua từ Malaysia với các tính chất lý, hóa được phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam và Hoa Kì như tại Bảng 1-12, Chương I;
- Dầu diesel có nguồn gốc hóa thạch (DO) được mua tại Việt Nam với các tính chất lý, hóa được phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam như tại Bảng 1-12, Chương I;
- Sử dụng thiết bị hòa trộn nhiên liệu đã được thiết kế và chế tạo để tạo ra nhiên liệu hỗn hợp với các tỷ lệ hòa trộn khác nhau: PO5, PO10, PO15, PO20, PO30.
Các tính chất lý hóa học của nhiên liệu hỗn hợp đã được phân tích theo tiêu chuẩn Việt Nam như thể hiện tại Bảng 1-12, Chương I;
- Bên cạnh đó, thiết bị hòa trộn cũng được trang bị bộ hâm nhiên liệu để đảm bảo độ nhớt của nhiên liệu hỗn hợp trước khi cấp vào động cơ.