Chương 2: ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY - Tài Liệu Text - 123doc

Có thể bạn quan tâm

Trang chủ >
Kỹ Thuật - Công Nghệ >
Tự động hóa >

Chương 2: ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (5.45 MB, 181 trang )

022011 – MTT – BGCT - MTTngoài động cơ. Ví dụ: Máy hơi nước kiểu piston, tua-bin hơi nước… Động cơ đốttrong là loại động cơ nhiệt trong đó việc đốt cháy nhiên liệu, sự toả nhiệt và quátrình chuyển hoá từ nhiệt năng của môi chất công tác (hỗn hợp khí đốt do việccháy nhiên liệu) sang cơ năng được tiến hành ngay trong bản thân động cơ. (VD:Động cơ diesel, động cơ cacbua ratơ, động cơ gas ...)Động cơ diesel là loại động cơ đốt trong kiểu piston dùng nhiên liệu lỏng,mà trong đó nhiên liệu được đưa vào xilanh cuối quá trình nén, tự bắt lửa trongkhông khí có nhiệt độ và áp suất cao do bị nén trong xilanh. Động cơ diesel còn gọilà động cơ tự cháy (trên tàu thuỷ chỉ dùng loại này).2.2: Những bộ phận chính của động cơ đốt trong kiểu pistonKHOA MÁY TÀU THỦY9022011 – MTT – BGCT - MTTHình 2- 8 : Sơ đồ kết cấu các chi tiết của động cơ Diesel 4 kìKHOA MÁY TÀU THỦY10022011 – MTT – BGCT - MTTHình 2- 9 : Sơ đồ kết cấu các chi tiết của động cơ Diesel 2 kìĐộng cơ đốt trong kiểu piston có các bộ phận cơ bản bao gồm nhóm các chitiết tĩnh, nhóm các chi tiết động và các hệ thống phục vụ.Các chi tiết tĩnh gồm: Bệ máy, thân máy, khối xilanh, nắp xilanh.Các chi tiết động gồm: Piston, thanh truyền, trục khuỷu, supap.Các hệ thống phục vụ động cơ gồm:-Hệ thống phân phối khí.Hệ thống cung cấp nhiên liệu.Hệ thống làm mát.Hệ thống bôi trơn.KHOA MÁY TÀU THỦY11022011 – MTT – BGCT - MTT-Hệ thống khởi động và đảo chiều.Hệ thống tăng áp (với loại động cơ có tăng áp).2.3: Nguyên lý làm việc:Khi nhiên liệu cháy trong xilanh động cơ (tự cháy do được cung cấp vàotrong xilanh ở cuối quá trình nén, khi áp suất và nhiệt độ của không khí nén trongxilanh tăng lên bằng với nhiệt độ tự bốc cháy của nhiên liệu, hoặc bị đốt cháycưỡng bức nhờ nguồn lửa bên ngoài) sẽ sinh ra sản phẩm cháy có áp suất và nhiệtđộ cao, sản phẩm cháy giãn nở bên trong xilanh động cơ sinh ra lực tác dụng lênđỉnh piston đẩy piston chuyển động tịnh tiến đi xuống.Nhờ có cơ cấu thanh truyền trục khuỷu, chuyển động tịnh tiến của pistonđược chuyển thành chuyển động quay của trục khuỷu thông qua chuyển động songphẳng của thanh truyền.Để đảm bảo nạp khí mới kịp thời vào xilanh, cũng như để thải đúng lúc khíthải ra khỏi xilanh động cơ, trên động cơ được bố trí hệ thống phân phối khí. Baogồm các xupap nạp, xupap thải khí, cơ cấu đóng mở xupap và các thiết bị tăng ápsuất cho khí nạp.Để cung cấp nhiên liệu mới vào xilanh thì động cơ được trang bị hệ thốngcung cấp nhiên liệu. Bao gồm bơm cao áp (BCA), đường ống cao áp, vòi phunnhiên liệu và cơ cấu dẫn động BCA.Sự chênh lệch giữa nhiệt độ cực đại khi cháy nhiên liệu và nhiệt độ thấp nhấtcuối quá trình giãn nở (900 ÷1500oK) bảo đảm cho chu trình công tác của động cơthu được hiệu suất cao.Tuy nhiệt độ cháy cao, nhưng quá trình cháy trong động cơ có tính chu kì vàcác chi tiết tiếp xúc với khí cháy luôn được làm mát nhờ hệ thống làm mát, các bềmặt chuyển động tương đối giữa các chi tiết luôn được bôi trơn nhờ hệ thống bôitrơn nên đảm bảo cho động cơ làm việc ổn định và bền vững, có độ tin cậy cao.KHOA MÁY TÀU THỦY12022011 – MTT – BGCT - MTT2.4: Ưu nhược điểm của động cơ đốt trong2.4.1: Ư u điểm:-Hiệu suất có ích cao: Đối với động cơ diesel hiện đại hiệu suất có ích cóthể đạt 36 ÷ 49% trong khi đó hiệu suất của thiết bị động lực tua-bin hơichỉ 22 ÷ 28%, của thiết bị máy hơi nước không quá 16%, của thiết bị tua--bin khí khoảng 30%.Nếu hai động cơ đốt trong và đốt ngoài cùng công suất thì động cơ đốttrong gọn và nhẹ hơn nhiều (vì không cần các thiết bị phụ khác như động-cơ đốt ngoài, như nồi hơi, buồng cháy, máy nén, thiết bị ngưng hơi...).Tính cơ động cao: Khởi động nhanh và luôn luôn ở trạng thái sẵn sàng-khởi động. Có thể điều chỉnh kịp thời công suất theo phụ tải.Dễ tự động hoá và điều khiển từ xa.Ít gây nguy hiểm khi vận hành (ít có khả năng gây hoả hoạn và nổ vỡ thiết-bị).Nhiệt độ xung quanh tương đối thấp tạo điều kiện tốt cho thợ máy làm-việc.Không tốn nhiên liệu khi ngừng động cơ.Không cần nhiều người vận hành bảo dưỡng.2.4.2: Nhược điểm:-Khả năng quá tải kém (thường không quá 10% về công suất, 3% về vòng-quay trong thời gian một giờ).Không ổn định khi làm việc ở tốc độ thấp.Rất khó khởi động khi đã có tải.Công suất lớn nhất của thiết bị không cao lắm (công suất của động cơ đốt-trong không vượt quá 40 ÷ 45 ngàn mã lực hoặc 30 ÷ 37 ngàn KW).Yêu cầu nhiên liệu dùng cho động cơ đốt trong tương đối khắt khe và đắt-tiền.Cấu tạo của động cơ đốt trong tương đối phức tạp, yêu cầu chính xác cao.Động cơ làm việc khá ồn, nhất là động cơ cao tốc.Yêu cầu thợ máy phải có trình độ kỹ thuật cao.KHOA MÁY TÀU THỦY13022011 – MTT – BGCT - MTT2.5: Động cơ 4 kỳ2.5.1: Sơ đồ và nguyên lý hoạt động theo chu trình lý thuyếtĐộng cơ diesel 4 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công sau4 hành trình piston tương ứng với hai vòng quay trục khuỷu, tức 720 o góc quay trụckhuỷu.Hình 2- 10 : Chu kì làm việc của động cơ Diesel 4 kìChu trình công tác của động cơ diesel 4 kỳ gồm 4 quá trình: nạp, nén, nổ(cháy giãn nở sinh công) và xả. Quá trình nạp khíPiston đi từ ĐCT xuống ĐCD. Supap hút mở, supap xả đóng. Thể tích trongxilanh (phía trên piston) tăng lên làm áp suất trong xilanh giảm xuống. Nhờ sựchênh lệch áp suất mà không khí từ bên ngoài được hút vào xilanh (thông qua bầulọc khí, ống hút và xupap hút). Khi piston xuống đến điểm chết dưới thì supap hútđóng lại hoàn toàn kết thúc quá trình nạp khí. Qúa trình nạp được thể hiện bằngđoạn r – a trên đồ thị công chỉ thị của động cơ. Quá trình nén khíKHOA MÁY TÀU THỦY14022011 – MTT – BGCT - MTTCác supap hút và supap xả đều đóng kín. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Khôngkhí trong xilanh bị nén lại rất nhanh do thể tích của xilanh giảm dần (khi piston đitừ ĐCD lên ĐCT thì thể tích trong xilanh chỉ bằng 1/15 - 1/22 thể tích ban đầu) nênáp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên rất cao. Cuối quá trình nén, áp suất khí nén cóthể lên tới 40 - 50Kg/cm2 kèm theo việc tăng nhiệt độ không khí lên tới 500-7000c,cao hơn nhiều so với nhiệt độ tự cháy của nhiên liệu.Về mặt lý thuyết thì khi piston lên đến ĐCT, nhiên liệu sẽ được phun vàobuồng đốt dưới dạng sương mù kết thúc quá trình nén khí. Quá trình nén khíđược biểu diễn bằng đoạn a – c trên đồ thị công chỉ thị của động cơ. Quá trình cháy giãn nở sinh công (kỳ nổ)Các supap vẫn đóng kín. Piston ở điểm chết trên, nhiên liệu phun vào buồngđốt gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Quá trình cháy khoảng 40% nhiênliệu gần như là quá trình đẳng tích và được biểu diễn bằng đường cz', 60% nhiênliệu còn lại cháy ở trong điều kiện gần như là đẳng áp (đường z'z). Nhiệt độ và ápsuất trong buồng cháy tăng lên mãnh liệt (áp suất có thể lên tới 60 - 120 Kg/cm2,nhiệt độ lên tới 1500 - 2000oC) khí cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống,thông qua cơ cấu biên làm quay trục khuỷu. Quá trình cháy và giãn nở được biểuthị bằng đường (z'zb) kết thúc tại điểm b, ứng với lúc piston ở ĐCD.Hình 2- 11 : Đồ thị công chỉ thị (p – v) lý thuyết của động cơ diesel 4 kỳ khôngtăng ápKHOA MÁY TÀU THỦY15022011 – MTT – BGCT - MTT Quá trình thải khí (kỳ xả)Supap xả mở, supap hút đóng. Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. Khi piston ở ĐCDsupap xả bắt đầu mở, khí thải trong xilanh tự xả ra ngoài, sau đó piston đi lên tiếptục đẩy khí thải ra. Khi piston lên đến điểm chết trên thì supap xả đóng lại, supaphút lại mở ra, không khí lại được nạp vào xilanh để bắt đầu một chu trình mới. Cácchu trình hoạt động tiếp diễn liên tục khiến cho động cơ hoạt động liên tục. Quátrình xả khí cháy được biểu diễn bằng đoạn b – d1 trên đồ thị công của động cơ.2.5.2: Các nhận xét về chu trình lý thuyết:Trong 4 hành trình của piston chỉ có một hành trình sinh công, các quá trìnhcòn lại điều tiêu tốn công và làm nhiệm vụ phục vụ cho quá trình sinh công. Sựquay trục động cơ trong thời gian của ba hành trình còn lại xảy ra nhờ dự trữ nănglượng mà bánh đà đã tích luỹ được trong thời gian hành trình công tác của pistonhoặc nhờ công của các xilanh khác.Để khởi động động cơ, đầu tiên cần nhờ năng lượng bên ngoài quay nó(bằng không khí nén hay là bằng động cơ điện), và chỉ sau khi nén không khí trongxilanh và cung cấp nhiên liệu có thể nhận được sự bốc cháy, sau đó động cơ mớibắt đầu tự hoạt động.Mỗi quá trình (hút, nén, nổ, xả) đều được thực hiện trong một hành trìnhcủa piston tương ứng bằng 180o góc quay của trục khuỷu. Các supap đều bắt đầumở hoặc đóng kín đúng khi piston ở vị trí điểm chết do đó chưa tận dụng đượctính lưu động của chất khí. Kết quả là nạp không đầy và thải không sạch khí, ảnhhưởng tới quá trình cháy của nhiên liệu nên hiệu suất động cơ giảm.Nếu nhiên liệu được phun vào buồng đốt đúng lúc piston ở ĐCT thì sẽkhông tốt vì: Thực tế sau khi tự phun vào buồng đốt, nhiên liệu không lập tức bốccháy ngay mà cần phải có một thời gian để chuẩn bị cháy (gồm thời gian để nhiênliệu hoà trộn với khí nén trong buồng đốt, thời gian nhiên liệu bốc hơi và hấp thụnhiệt trong buồng đốt để nâng nhiệt độ của nó lên tới nhiệt độ tự bốc cháy). Gọi làthời gian trì hoãn sự cháy τi.KHOA MÁY TÀU THỦY16022011 – MTT – BGCT - MTTNhư vậy nếu nhiên liệu phun đúng khi piston ở ĐCT thì khi nhiên liệuchuẩn bị xong để bắt đầu cháy piston đã đi xuống một đoạn khá xa (làm thể tíchtrong xilanh tăng lên, áp suất và nhiệt độ hỗn hợp giảm) ảnh hưởng trực tiếp tớichất lượng cháy nhiên liệu. Do vậy công sinh ra của quá trình giãn nở sẽ giảm làmcông suất động cơ giảm.Mặt khác để phun hết một lượng nhiên liệu vào buồng đốt cần phải có mộtthời gian nhất định, như vậy số nhiên liệu phun vào sau sẽ cháy không tốt, hoặcchưa kịp cháy đã bị thải ra ngoài. Vì thế hiệu suất động cơ giảm.2.6: Động cơ 2 kỳĐộng cơ diesel 2 kỳ là loại động cơ diesel hoàn thành một chu trình công táctrong hai hành trình của piston, tương ứng với một vòng quay hoặc 360 o góc quaycủa trục khuỷu.Động cơ 2 kì được chia ra làm 2 loại: Động cơ quét vòng và động cơ quétthẳng. Trong đó, động cơ quét vòng lại được chia ra: Động cơ quét vòng đặt ngang(cửa quét và cửa xả đặt đối diện nhau) và động cơ quét vòng đặt 1 bên (cửa quét vàcửa xả đặt cùng một bên).KHOA MÁY TÀU THỦY17022011 – MTT – BGCT - MTT2.6.1: Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng.Hình 2- 12 : Sơ đồ nguyên lý hoạt động của động cơ 2 kỳ quét vòng đặt ngang2.6.2: Đặc điểm cấu tạo của động cơ 2 kì quét vòng-Không có supap.Các cửa nạp và các cửa xả được bố trí xung quanh trên thành xilanh về haiphía đối diện nhau. Mép trên của cửa xả cao hơn mép trên của cửa nạp.Các cửa nạp có hướng vát lên phía trên để tạo hướng đi của dòng khí nạplùa lên phía trên sát nắp xilanh (hoàn thiện việc làm sạch phía trên-xilanh).Việc đóng mở các cửa khí do piston đảm nhiệm, piston thường làm có-đỉnh lồi.Do đặc điểm kết cấu của động cơ nên động cơ không thể tự hút khôngkhí được, do đó yêu cầu phải có cơ cấu tăng áp suất cho khí nạp, đảm bảoáp suất của khí nạp phải lớn hơn áp suất trong xilanh tại thời điểm nạpthì mới có thể nạp khí vào cho xilanh. Để tăng áp suất cho khí nạp thìthường người ta sử dụng phương pháp cơ giới, tức là sử dụng quạt gióKHOA MÁY TÀU THỦY18022011 – MTT – BGCT - MTTdo động cơ điện lai, hoặc trích công suất từ trục động cơ để lai quạt. Đốivới các động cơ công suất lớn thì người ta tăng áp bằng tua-bin khí xả,tận dụng luồng khí xả của động cơ để làm quay tua-bin, tua-bin quay làm-quay máy nén để nén không khí vào xilanh động cơ.Chu trình công tác được thực hiện trong 2 hành trình piston:Hành trình thứ nhất:Piston đi từ điểm chết dưới lên điểm chết trên.Cho rằng tại thời điểm đầu piston nằm ở điểm chết dưới, lúc đó các cửa nạpvà thải đều mở. Lúc này khí nạp được bơm quét khí thổi vào xilanh (với áp suất 1,15-1,2 bar). Do có áp suất lớn hơn áp suất khí thải trong xilanh nên khí nạp sẽ đẩy khíthải qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn quét khí hoặc là giai đoạnthay khí vì nó vừa thải khí cũ vừa nạp khí mới.Piston đi từ ĐCD lên, các cửa nạp và thải dần dần đều đóng lại. Piston đi lênmột đoạn thì đóng kín cửa nạp trước (đường bk trên đồ thức chỉ thị).Khi cửa nạp đã đóng, khí nạp đã ngừng không vào xilanh nữa, nhưng vì cửathải vẫn còn mở nên khí thải vẫn tiếp tục qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này còngọi là giai đoạn xả khí sót. Trong giai đoạn này có một phần khí nạp cũng bị lọt quacửa thải ra ngoài nên còn gọi là giai đoạn lọt khí. Khi piston đi lên đóng kín cả cáccửa thải thì kết thúc giai đoạn lọt khí (đường ka trên đồ thức chỉ thị).Piston tiếp tục đi lên điểm chết trên, giai đoạn này làm nhiệm vụ nén khí,quá trình xảy ra tương tự như trong động cơ 4 kỳ (đường ac trên đồ thức chỉ thị).Áp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên rất nhanh. Khi piston đến gần điểm chết trênthì nhiên liệu được phun vào xilanh dưới dạng sương mù qua vòi phun.Hành trình thứ hai:Nhiên liệu phun vào xilanh gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy. Mộtphần nhiên liệu cháy ở thể tích không đổi theo đường (cz'), phần còn lại cháy theoáp suất không đổi (theo đường z'z) tiếp đó diễn ra quá trình giãn nở sản phẩm cháy(đường ze). Sản phẩm cháy giãn nở rất mạnh đẩy piston đi xuống làm quay trụckhuỷu thực hiện giai đoạn sinh công.KHOA MÁY TÀU THỦY19

Xem Thêm