Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 MỤC LỤC 3.1.2 TỔNG THÀNH CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ HÌNH 5-11 ĐỒ THỊ CƠNG CỦA ĐỘNG CƠ MTU 12V-396TC14 .38 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ MTU 12V-396TC14 38 LỜI NÓI ĐẦU Sau năm học tập giảng đường đại học, đồ án tốt nghiệp nhiệm vụ cuối chuyên ngành đào tạo kỹ sư trường đại học kỹ thuật mà sinh viên trước bước vào công việc thực tế phải thực Nó giúp sinh viên tổng hợp khái quát lại kiến thức sở chuyên ngành Qua trình làm đồ án sinh viên tự rút nhận xét kinh nghiệm cho thân trước bước vào công việc thực tế kỹ sư tương lai Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật thời gian qua động đốt không ngừng cải tiến để nâng cao công suất.Một phương pháp nâng cao công suất hiệu sử dụng hệ thống tăng áp cho động Tuy nhiên điệu kiện thời gian nên lớp sinh viên chưa nghiên cứu nhiều hệ thống này, mà em chọn đề tài “THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ MTU 12V-396TC14” để làm đề tài tốt nghiệp Qua đề tài em muốn hiểu rõ chất qua trình làm việc động có hệ thống tăng áp, đồng thời đưa phương pháp tăng áp tốt để nâng cao cơng suất động có cách khắc phục nhược điểm Tuy nhiên, hạn chế thời gian, kiến thức tài liệu tham khảo nên phạm vi đồ án em khơng thể trình bày hết vấn đề liên quan tìm hiểu sâu mối quan hệ hệ thống với hệ thống khác Vì khơng tránh khỏi sai sót vấn đề thực Rất mong quan tâm bảo thầy cô bạn Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo Trần Văn Nam, phịng kỹ thuật xí nghiệp đầu máy Đà Nẵng, thầy khoa khí giao thơng bạn, người trực tiếp giúp đỡ, dẫn góp ý cho em suốt thời gian thực đồ án Đà Nẵng ngày tháng năm 2010 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Sinh viên thực : Kiều Thanh Khang MỤC ĐÍCH Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Cùng với phát triển khoa học kỹ thuật thời gian qua động đốt không ngừng cải tiến hoàn thiện Nhờ ưu điểm vượt trội nhiều mặt, đặc biệt hiệu suất cao phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn nên động đốt ngày chiếm ưu tuyệt đối lĩnh vực vận tải đường bộ, đường thuỷ, phát điện dự phòng, Với cải thiện mặt kỹ thuật kết cấu làm cho công suất động không ngừng tăng lên Tuy nhiên, thiết kế động người ta phải cân nhắc bên công suất lớn bên kích thước, trọng lượng nhỏ gọn Có cách thoả mãn hai yêu cầu sử dụng tua bin tăng áp hay máy nén tăng áp Nó cho phép đốt cháy lượng lớn nhiên liệu lượng khơng khí lớn nén vào, kết tạo công suất lớn cho động có kích thước xác định Nhờ có tua bin tăng áp làm tăng lượng khơng khí nạp cho chu trình động nên : - Tăng áp khơng khí đưa vào xilanh làm tăng cơng suất động - Tăng tính động lực học động - Giảm tiêu hao nhiên liệu cho động cơ, giảm chất độc hại khí xả nhờ hồn thiện q trình cháy Với động khơng tăng áp áp suất có ích trung bình pe < 0,7÷0,9 Mpa sử dụng hệ thống tăng áp nâng áp suất có ích trung bình lên đến ÷1,2 Mpa (Nếu làm lạnh trung gian cho khơng khí phía sau máy nén đưa áp suất có ích trung bình pe= Mpa * Tuy nhiên việc sử dụng hệ thống tăng áp có nhược điểm sau: -Làm tăng phụ tải khí phụ tải nhiệt động phải đặt yêu cầu khắt khe chế tạo chi tiết nhóm piston, bạc trục, xupap… - Phải tạo hệ thống nhiên liệu với quy luật cấp nhiên liệu khắt khe hơn, vịi phun có áp suất phun cao hơn,… Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Vì vậy,khi nghiên cứu đề tài đưa lựa chọn phương pháp tăng áp tốt để nâng cao công suất động đồng thời có cách khắc phục nhược điểm CÁC PHƯƠNG PHÁP TĂNG CÔNG SUẤT CHO ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Nhằm mục đích tăng cơng suất cho động đốt người ta phải tìm cách tăng khối lượng nhiên liệu cháy đơn vị dung tích xilanh đơn vị thời gian, tức tăng khối lượng nhiệt phát không gian thời gian cho trước Vậy muốn tăng công suất người ta phải tăng khối lượng nhiên liệu đốt cháy đơn vị thời gian Công suất động tính: Ne = Vh = pe i.Vh n 30τ π D S Trong đó: Pe : Áp suất có áp trung bình ( M N ) m2 i : Số xi lanh Vh : Dung tích xi lanh (l) n : Số vòng quay phút (v/phút) τ : Số kỳ xi lanh Để tăng công suất Ne có phương pháp sau : - Các giải pháp kết cấu : + Tăng số chu trình đơn vị thời gian cách tăng số vòng quay n động Hiện nay, giới hạn số vòng quay lớn động đốt khoảng 11000 vg/ph đến 12000 vg/ph, giá trị số vịng quay thích hợp khoảng 5000 vg/ph đến 7000 vg/ph Khi tăng số vòng quay động đốt gây khó khăn cho việc thực trình, đặc biệt trình cháy Tác hại làm cho tốc độ trượt trung bình piston tăng dẫn đến làm tăng tổn thất ma sát, mài mòn chi tiết tăng lực qn tính + Thay đổi số kỳ từ kỳ thành kỳ Nhờ tỉ số kỳ sinh cơng so với vịng quay động kỳ gấp đôi động kỳ nên tăng nhiệt lượng giải phóng đơn vị thời gian, thực tế công suất động hai kỳ lớn động kỳ khoảng 50% đến 70%, song trình thay đổi khí động hai kỳ chưa hồn chỉnh nên sinh tổn thất lớn ô nhiễm tăng Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 + Tăng dung tích cơng tác Vh số xi lanh i kéo theo kích thước, thể tích, trọng lượng động tăng Hiện nay, động hàng xi lanh có tới 12 xi lanh, động cao tốc chử V có tới 16 xi lanh động hình có tới 32 đến 56 xi lanh Nếu tăng số xi lanh nhiều làm cho số chi tiết động tăng lên nhiều (50.000 đến 100.000 chi tiết) làm giảm độ cứng vững hệ trục khuỷu Do đó, mặt làm giảm độ tin cậy độ an tồn q trình làm việc động Mặt khác, việc bảo dưỡng, sửa chữa sử dụng thêm phức tạp Việc dùng biện pháp cải tiến điều chỉnh xác thơng số cấu tạo thông số điều chỉnh động nhằm tăng hiệu suất thị, hiệu suất giới hệ số nạp làm cho cơng suất có ích động tăng lên - Phương pháp tăng áp + Tăng khối lượng không khí nạp vào xi lanh cách tăng khối lượng riêng khơng khí ρ K Muốn phải tiến hành nén môi chất nạp trước đưa vào xi lanh, tức tăng áp suất môi chất nạp Do khối lượng nạp vào xi lanh tăng nên người ta tăng thêm nhiên liệu để đốt cháy dung tích Như vậy, cho ta khả tăng lượng nhiệt phát dung tích cho trước Biện pháp làm tăng khối lượng riêng môi chất trước nạp vào động cách tăng áp suất gọi tăng áp cho động GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ VÀ CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ MTU 12V-396-TC14 3.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ MTU 12V-396-TC14 Động MTU12V-396TC14 động dùng cho ngành đường sắt hãng Messrs Motoren Und Turbinen Union (MTU) Động kí hiệu : 12V-396-TC14 Trong : 12 : Số xy lanh động V : Động chữ V 396 : Số sêri động T : Tăng áp khí nạp tuabin khí xả C : Bộ làm mát khí nạp bên nước làm mát động : Động dùng cho đường sắt : Số ký hiệu thiết kế Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 3.1.2 TỔNG THÀNH CÁC CỤM CHI TIẾT CỦA ĐỘNG CƠ 12 11 10 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 Hình 3-1 Mặt cắt ngang động MTU 12V-396-TC14 1-Lưới lọc dầu bôi trơn ; - Máy đề ; - Trục khuỷu ; - Thanh truyền ; - Trục cam ; - Con đội lăn dẫn động cị mổ ; - Ống dẫn khí xã - Lò xo xupap ; - Xupap xả ; 10 - Xupap nạp ; 11- Cò mổ 12 - Bộ khởi động lạnh ; 13 - Bơm cao áp ; 14 - Ống đẫn dầu cao áp 15 - Vòi phun ; 16 - Bọng nước làm mát nắp máy ; 17 - Chốt định vị 18 - Xéc măng ; 19 - Piston ; 20 - Chốt piston ; 21 - Đường nước làm mát xilanh Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 22- Bộ trao đổi nhiệt dầu ; 23 - Bầu lọc dầu bôi trơn ; 24 - Bơm dầu bôi trơn ; 25 - Vỏ hộp cácte a) Trục khuỷu Trục khuỷu có nhiệm vụ chuyển đổi chuyển động tịnh tiến piston thành chuyển động quay Trục khuỷu khối thép rèn theo định dạng Tất bề mặt làm nhẵn Các cổ trục cổ khuỷu đánh bóng tơi cứng Trục khuỷu lắp với bạc trục vịng bi phía đối diện bánh đà blốc động Hình 3-3 Trục khuỷu 1- Bánh trục khuỷu; 2- Cổ khuỷu; 3- Đối trọng; 4- Cổ trục b) Thanh truyền (biên) Hình 3-4 Thanh truyền Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 1- Thanh truyền; 2.Thân truyền; 3- Nắp đầu to truyền; 4- Bulông truyền; 5- Bạc đầu nhỏ truyền; 6- Chốt định vị; 7- Bạc đầu to truyền Thanh truyền hai dãy xylanh giống Nó rèn làm nhẵn bề mặt Thanh truyền hai xylanh đối diện lắp gần (liên tiếp) trục khuỷu Bạc lót truyền thay định vị chốt định vị Bạc bôi trơn dầu bôi trơn động có áp lực dẫn từ lỗ khoan trục khuỷu Bạc đầu nhỏ truyền ép vào đầu nhỏ truyền Nắp đầu to truyền thân truyền liên kết bulông chịu lực gọi bulơng truyền c) Piston Hình 3-5 Piston 1- Thân piston; 2- Đỉnh piston; 3- Bulông chịu lực; 4- Êcu sau cạnh; 5;6- Séc măng khí; 7- Séc măng dầu; 8- Chốt piston; 9- Vòng đệm; 10- Vòng chặn; 11- Chốt định vị; 12- Ống lót chốt định vị Piston tiếp nhận lực sinh trình cháy nổ truyền tới truyền qua chốt piston Piston làm mát dầu động gồm hai phần: Đỉnh thân piston Thân piston chế tạo từ hợp kim nhẹ có lỗ chốt piston Giữa thân đỉnh piston có lắp séc măng dầu Trên thân piston có lỗ khoan đường dẫn dầu đến để làm mát đỉnh piston Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Đỉnh piston chế tạo từ thép lắp ghép với thân piston bulơng chịu lực Trong thân piston có bắt êcu đặc biệt để nâng cao độ cứng vững cho cho mối ghép Trên đầu piston có rãnh để lắp séc măng khí làm kín khoang buồng cháy d) Nắp máy (mặt quy lát) Động có mặt quy lát đơn lẻ riêng biệt đúc từ gang đặc biệt Mặt quy lát bắt chặt với blốc động bulông êcu chịu lực đậy phía khoang xylanh Giữa blốc động nắp máy có roăng làm kín bề mặt lắp ghép Mỗi mặt quy lát có hai xupap nạp hai xupap thải, chúng bố trí đối xứng xung quanh vịi phun Roăng làm kín xupap nạp có nhiệm vụ không cho dầu bôi trơn chảy xuống buồng cháy Các xupap có phận xoay xupap Các xupap lắp ống lót dẫn hướng xupap có hai lị xo Các xupap xả có thân ngắn xupap nạp Đĩa van xupap nạp lớn xupap xả Vòi phun lắp từ phía mặt quy lát có roăng làm kín để ngăn cách khoang dầu bơi trơn mặt quy lát Hình 3-6 Nắp máy 1- Roăng xupap; 2- Ống lót vịi phun; 3- Bulơng áp lực; 4- vòi phun; 5- Roăng vòi phun; 6- Đĩa lò xo; 7- Chốt giữ xupap; 8- Lò xo lớn xupap; 9- Lò xo nhỏ xupap; 10bộ phận làm xoay xupap; 11- Đế xupap xả; 12- Xupap xả; 13- Ống lót dẫn hướng xupap; 14- Ống bảo vệ vịi phun; 15- Xupap nạp; 16- Đế xupap nạp; a- Nước làm mát động cơ; b- Dầu động cơ; c- Khí xả; d- Khí nạp Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 e) Cơ cấu phối khí Mỗi dãy xylanh có trục cam riêng bố trí khoang chữ V blốc động Trục cam định vị gối cam bắt chặt với blốc động bánh dẫn động phía ngược chiều bánh đà Trục cam dẫn động từ trục khuỷu thông qua hệ thống bánh truyền động tác động lên đội, đũa đẩy, cò mổ tới van xupap Đũa đẩy lắp ống dẫn hướng tỳ lên đội Đũa đẩy truyền chuyển động từ đội đến cị mổ Mỗi cị mổ có hai nhánh xoay nhờ bạc trượt Cò mổ dài cho xupap xả, cị mổ ngắn cho xupap nạp Bulơng điều chỉnh khe hở nhiệt cho phép điều chỉnh khe hở nhiệt xupap Bôi trơn trục cam dầu từ lỗ khoan blốc máy Đối với giàn cị mổ dầu bơi trơn phân nhánh từ vị trí ắc cị mổ gối trục cam Dầu chảy từ giàn cò mổ đũa đẩy bôi trơn cho đội Qua lỗ khoan khoang trục cam dầu chảy tự cacte động Dầu từ bạc cò mổ chảy mặt quy lát qua lỗ khoan mặt quy lát trở cacte Hình 3-7 Cơ cấu phối khí 1- Con đội; 2- Chốt định vị; 3- Tấm ghép chốt định vị; 4- Bánh truyền động; 5- Trục cam; 6- Đũa đẩy; 7- Chốt đũa đẩy; 8- Ắc giàn cò mổ; 9- Cò mổ xupap nạp; 10- Cò mổ xupap thải; 11- Bulông điều chỉnh khe hở nhiệt 3.2 CÁC HỆ THỐNG CHÍNH TRONG ĐỘNG CƠ MTU 12V-396-TC14 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 3.2.1 Hệ thống làm mát Nước làm mát bơm nước làm mát bơm động hoạt động Bơm đẩy nước qua trao đổi nhiệt vào vị trí làm mát động Ở trao đổi nhiệt nước phân nhánh đưa tới két làm mát khí nạp Nước làm mát chảy xung quanh xylanh từ lên qua lỗ khoan tới mặt quy lát Trong mặt quy lát, chi tiết đáy mặt quy lát, ống dẫn hướng xupap, vịi phun đường dẫn khí xả làm mát Nước khỏi mặt quy lát tập hợp lại ống tập hợp nước làm mát Nước từ ống tập hợp chia thành hai hướng Đường nước hướng phía ngược với bánh đà qua hạn chế lưu lượng chảy vào ống hai bên sườn động Đường nước hướng phía bánh đà kết hợp nước từ két làm mát khí nạp vào làm mát vỏ tăng áp ống xả Nước từ vỏ tăng áp ống xả từ ống tập hợp nước dẫn tới van nhiệt Trên đường ống dẫn nước từ vỏ ống xả có lắp lọc để kiểm tra hỗn hợp nước làm mát thường xuyên Để tránh áp lực thấp đầu vào bơm tránh trường hợp cánh bơm quay khơng có nước, đường ống hút có lắp phận để nâng áp lực nước Bộ phận nối liền với thùng chứa nước làm mát dẫn nước làm mát từ thùng chứa tới bơm đường ống riêng Ở thùng chứa nước làm mát có lắp van đóng kín Van mở áp lực nước cao thấp Hình 3-8 Sơ đồ hệ thống làm mát 1- Ống thông xả khí; 2- Ống tập hợp khí nạp nước làm mát; 3- Vị trí kiểm tra; 4- Ống tập hợp nước; 5- Tới két nước làm mát; 6- Lưới lọc; 7- Ống tập hợp khí xả; 10 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 PT0- Là áp suất dịng khí tua bin, chọn PT0 =P2= 0,102 [MN/m2] βT = GT TT* η TK G K Ta1 ηTK- Là hiệu suất chung tăng áp, Theo [3]: ηTK = 0,67÷0,8 Ta chọn ηTK = 0,7 1,172 798 0,7 = 1,97 1,126 295,6 K1 k − R1 βH = K1 − k R βT = K1- Là số mũ đoạn nhiệt khí thải trước tua bin K1 = KT=1,34 βH = 1,34 1,4 − 29,174 = 1,122 1,34 − 1,4 29,27 Thay số vào ta có : PT* = 0,102 1, −1   (1,774 1, − 1)  1 −  1,97.1,122  1, 34 1, 34 −1 = 0,142[ MN / m ] Công đoạn nhiệt định mức: LLag LTag = Gk LKagg GT ηTK = 1,126.52866 = 72558,6 [J/Kg] 1,172.0,7 Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tua bin : CTag CTag = 2.LTag = 2.72558,6 = 380,94[ m / s ] Công giãn nở đoạn nhiệt ống nối : LTagc LTagc = (1 − ρ ).LTag Trong đó: ρ- Là mức độ hoạt tính đường kính trung bình Theo tài liệu [2] : ρ = 0,35 ÷ 0, 5, chọn ρ = 0,5 LTagc= (1- 0,5).72558,6= 36279,3 [J/Kg] 10 Vận tốc khí lối ống nối: C1 C1 = ϕ 2.LTagc Trong đó: ϕ- Là hệ số tốc độ, theo tài liệu [2]: Chọn ϕ = 0,96 C1 = 0,96 2.36279,3 = 258,59[ m / s ] 11 Áp suất lối từ ống nối P1: 69 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 P1 = P [1 − * T = 0,142.[1 − LTagc ] K1 R1 TT* 9,81 K1 − K1 K1 −1 36279,3 ] 1,34 29,174.798.9,81 1,34 − 1, 34 1, 34−1 = 0,121[ MM / m ] 12 Nhiệt độ lối ống nối : T1 = TT* − C12 258,59 = 798 − = 768,4[ 0K ] K1 1,34 2.9,81 .29,174 2.9,81 .R1 1,34 − K1 − 13 Khối lượng riêng khí lối ống nối: ρ1 = P1 10 0,121.10 = = 0,54[ Kg / m ] R1 T1 29,174.768,4 14 Vận tốc vòng đường kính trung bình: U U = χ CTag Theo tài liệu [2], chọn χ = 0,54 U = 0,54 380,94 = 205,71 [m/s] 15 Đường kính trung bình lưới ống nối : D1m = 60.U 60.205,71 = = 0,225[m] π nKT 3,14.17445,7 16 Chiều cao cánh ống nối: l1 Theo tài liệu [2]: l1/D1m = 0,16 ÷ 0,25, Chọn l1= 0,17.D1m=0,17.0,225=0,0383[m] 17 Bước lưới ống nối: t1 Theo tài liệu [2]: t1/l1 = 0,8 ÷ 0,9 Chọn t1/l1 = 0,8 => t1 = 0,8 l1 = 0,8 0,0383 = 0,03064 [m] 18 Số max: M1 M1 = C1 258,59 = = 0,476 K1 R1.T1 1,34.286,201.768,4 19 Vận tốc tương đối khí thải lối vào bánh công tác: W1 = C12 + U − 2.C1 U cosα = 258,59 + 205,712 − 2.258,59.205,71 cos 250 = 112,98[ m / s ] Với α1 = (16 ÷ 250 ) : Góc phun sản vật cháy cửa miệng phun 20 Nhiệt độ dòng hãm lối vào bánh công tác : T*W 70 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Tw* = T1 + W12 112,98 = 768,4 + = 774,1[ 0K ] K1 1,34 2.9,81 .29,174 2.9,81 .R1 1,31 − K1 − 21 Vận tốc quy đổi: λW1 λW = W1 112,98 = = 0,085 K1 1,34 * 2.9,81 .29,174.774,1 2.9,81 .R1 TW 1,34 − K1 − 22 Góc vào dịng cánh bánh cơng tác tua bin: β1 β1 = arcSin (C1 Sinα1/W1) = arcSin (258,59 Sin250/112,98)= 75018’ 23 Cơng giãn nở đoạn nhiệt khí thải cánh bánh công tác: LTag1 = ρ LTagc = 0,5 36279,3 = 18139,65 [J/Kg] 24 Vận tốc vịng đường kính D1: u1 u1 = χ1 C1 Theo tài liệu [2],tuabin hướng trục có χ1 = 0,55÷1 Chọn χ1 = 0,9 ⇒ u1 = 0,9 258,59 = 232,73 [m/s] 25 Đường kính ngồi bánh công tác lối vào : D1 D1 = 60.u1 60.232,73 = = 0,255 [m]=255 [mm] π nT 3,14.17445,7 26 Đường kính ổ trục cơng tác: D0= 0,25.D1 = 0,25.255= 63,75 [mm] 27 Đường kính D2 bánh cơng tác: Được chọn theo số liệu thống kê: D2 = 0,75 D1 ⇒ D2 = D1.0,75 = 0,75.255 = 191,25 [mm] 28.Vận tốc tương đối khí lối bánh công tác W2 W2 = ψ W12 + 2.LTag Trong đó: ψ- Là hệ số tốc độ, theo tài liệu [3] : ψ = 0,93 ÷ 0,98 Chọn ψ = 0,94 ⇒ W2 = 0,94 112,98 + 2.18139,3 = 208,17 [m/s] 29 Nhiệt độ khí lối bánh công tác: T2 T2 = Tw* − W22 208,17 = 774,1 − = 754,89[ K ] K1 1,34 2.9,81 .R1 2.9,81 .29,174 K1 − 1,34 − 71 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 30 Khối lượng riêng khí lối bánh cơng tác ρ2 P2 10 ρ 2= R1 T2 ⇒ ρ2 = 0,102.10 = 0,463 [Kg/m3] 29,174.754,89 Với P2: Áp suất lối bánh công tác 31 Góc dịng từ bánh cơng tác chuyển động tương đối: β 2' = arcSin ( GT ) Π.D2 m W2 l ρ Ta xem: D2m = D1m = 0,225 [m]; l2 = l1 = 0,0383 [m] ⇒ β 2' = arcSin ( 1,172 ) = 26 42 ' 3,14.0,225.208,17.0,0383.0,463 32 Lưu lượng khí rị rĩ : Gym G ym = δ2 GT l Sinβ 2' δ2 Là khe hở rị rỉ khí, Theo tài liệu [2] chọn δ2 = 1[mm] G ym = 0,001 1,172 = 0,031[kg / s ] 0,0383.Sin 26 42 ' 33 Tính xác góc ra: β2 β = arcSin ( = arcSin ( GT − G ym GT Sinβ 2' ) 1,172 − 0,031 Sin 26 42 ' ) = 250 56 ' 1,172 34 Vận tốc tuyệt đối khí lối bánh cơng tác: C2 Trong đó: u2 = U = 205,71[m/s] C = W22 + U − 2u W2 Cosβ = 208,17 + 205,712 − 2.205.71.208.17.Cos 250 56 ' = 92,9[m / s ] 35 Góc khí từ bánh cơng tác: α2 α = arcSin ( W2 208,17 Sinβ ) = arcSin ( Sin 250 56 ' ) = 78 30 ' C2 92,9 36 Cơng khí thải bánh công tác tuabin, tức công quay bánh công tác: LTu = (U W1 Cosβ1 + U W2 Cosβ = U (W1 Cosβ1 + W2 Cosβ ) = 205,71.(112,98.Cos 75 018 ' + 208,17.Cos 25 56 ' ) = 44408,18[ J / kg ] 72 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 37 Hiệu suất tua bin: ηTu = LTu 44408,18 = = 0,612 LTag 72558,6 38 Tổn thất vận tốc lối : ∆Lb = K b C 22 Trong đó: Kb- Là hệ số Theo tài liệu [3]: Kb = 1÷ 1,5 Chọn Kb = 1,1 ∆Lb = 1,1 92,9 = 4746,73[ J / kg ] 39 Tổn thất rò rỉ : ∆Lym ∆L ym = LTu G ym GT = 44408,18.0,031 = 1174,62[ J / kg ] 1,172 40 Tổn thất ống phun : ∆Lc ∆Lc = ( C12 1 258,59 − ) = ( − ) = 659,24[ J / kg ] 2 ϕ2 0,85 41 Tổn thất cánh bánh công tác: ∆Lλ W2 1 208,17 ∆Lλ = ( − 1) = ( − ) = 2854,33[ J / kg ] 2 ψ 0,94 42 Cơng suất tiêu phí để khắc phục ma sát đĩa tổn thất thông hơi: N mb = β D12m ( U ) ρ m 100 Trong đó: β- Là hệ số, Theo tài liệu [3], chọn β = ρ1 + ρ 0,54 + 0,463 = = 0,5015[kg / m ] 2 205 , 71 = 2.0,2252.( ) 0,5015 = 0,442[kW ] 100 ρm = N mb 44 Tổn thất ma sát thông : ∆Lmb = 75.N mb 9,81 75.0,442.9,81 = = 277,48[ J / kg ] GT 1,172 45 Hiệu suất đoạn nhiệt tua bin : ηTag = − = 1− ∆Lc + ∆Lλ + ∆Lb LTag 659,24 + 2854,33 + 4746,73 = 0,89 72558,6 Theo tài liệu [1], ηTag = 0,75 ÷ 0,9 73 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 46 Hiệu suất thị tua bin : ηTi = − = 1− ∆Lc + ∆Lλ + ∆Lb + ∆Lmb + ∆L ym LTag 659,24 + 2854,33 + 4746,73 + 277,48 + 1174,62 = 0,87 72558,6 47 Hiệu suất có ích tua bin : ηT = ηTi ηTm Trong : ηTm- Là hiệu suất giới Theo tài liệu [1] ηTm = 0,92÷ 0,98 Ta chọn ηTm = 0,96 ηT = 0,87.0,92 = 0,8 Theo tài liệu [1] ηT = 0,6 ÷ 0,8 48 Cơng suất có ích tua bin : LTag GT ηT 72,5586.1,172.0,8 NT = 75 = 75 = 0,91[kW ] So sánh với công suất máy nén NK = 0,9[kW]: ∆N % = 0,91 − 0,9 100% = 1,1% 0,91 6.6.2.TÍNH CHỌN CÁC BỘ PHẬN CỦA TUABIN HƯỚNG TRỤC : a) Vỏ cửa vào : Dùng để dẫn hướng sản vật cháy vào miệng phun bánh công tác Để giảm tổn thất lưu lượng cho dòng chảy cần đảm bảo tiết diện ngang thông thay đổi từ từ theo quy luật định, mặt vỏ phải nhẵn, bóng, Vỏ cửa vào có loại sau : - Vỏ cửa vào không làm mát: Dùng tuabin tăng áp có giá đỡ - Vỏ cửa vào làm mát: Dùng tuabin tăng áp có giá đỡ ngồi Động MTU lắp tàu hỏa nên làm việc nhiệt độ buồng cháy cao nên ta thường dùng vỏ cửa vào loại làm mát vỏ làm mát có tác dụng tránh nhiệt độ cao cho ổ đỡ, làm tăng tuổi thọ bạc ổ Tuy nhiên cấu tạo vỏ làm mát khác phức tạp làm việc gây tổn thất nhiệt cho tua bin b) Vỏ cửa : Là sản phẩm để đưa sản vật cháy sau qua bánh công tác ngồi Đường khí thải ngồi trời có yêu cầu tương tự vỏ cửa vào: Bề mặt phải bóng, nhẵn, Vỏ cửa có loại loại làm mát không làm mát Căn vào điều kiện làm việc động lắp đầu máy xe lửa ta chọn vỏ cửa loại làm mát 74 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 c) Vành miệng phun : Gồm cánh lắp hai vành vành ngoài, tạo nên đường thông hướng trục cánh vành Cấu tạo vành miệng phun có hai loại : - Kết cấu liền : Các cánh, vành vành làm thành chi tiết liền qua cơng nghệ đúc xác cơng nghệ hàn Loại chế tạo đơn giản điều chỉnh tiết diện cửa hỏng cánh khơng thể thay - Kết cấu lắp : Các cánh, vành vành làm thành chi tiết rời dùng công nghệ lắp mộng cơng nghệ tán lắp thành vành miệng phun hồn chỉnh Loại kết cấu lắp thay đổi tiết diện cửa miệng phun phạm vi rộng thay đổi có cánh bị hỏng nên ta dùng vành miệng phun loại kết cấu lắp Tuy nhiên loại có nhược điểm cơng nghệ chế tạo lắp ghép phức tạp giá thành cao d) Bánh công tác : Có hai loại : Hình 6-14 Cách lắp ghép cánh đĩa bánh công tác a) Loại liền ; b) Loại lắp ghép 1- Cánh ; 2- Đĩa ; 3- Chốt khóa - Bánh cơng tác loại liền: Cánh đĩa bánh công tác hàn cứng với Loại có ưu điểm dễ chế tạo có có chi tiết bị hỏng khơng thay sử dụng - Bánh cơng tác loại lắp ghép: Dùng công nghệ ghép mộng để lắp cánh để lắp cánh vào bánh công tác khóa mộng khóa Loại sử dụng mà có hư hỏng chi tiết thay nên ta sử dụng để lắp hệ thống tăng áp động Tuy nhiên có nhược điểm cơng nghệ chế tạo lắp ghép phức tạp e) Trục quay : Có hai loại : - Loại liền: Có thể hàn trực tiếp rèn thành khối gia công 75 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 - Loại lắp ghép: Được ghép thông qua mối ghép then hoa Loại sử dụng rộng rãi thực tế b)Đặc tính tua bin Đường đặc tính tua bin biểu diễn quan hệ lưu lượng khối lượng khí xả với tỉ số giãn nở số vịng quay khác rơ to tua bin.Dịng chảy qua tua bin tuân theo quy luật sau: - Nếu áp suất đầu vào không đổi,lưu lượng khối lượng tăng nhiệt độ giảm - Năng lượng chứa đơn vị khối lượng khí hàm số nhiệt độ áp suất - Tốc độ tua bin hàm số tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến dịng khí) Với lượng thể tích cho trước, tiết diện vào phân phối nhỏ tốc độ chuyển động theo lớn Hình 6-17.Dạng đường đặc tính tuabin động MTU .T g -nhiệt độ khí xả; δ = pg p0 -tỷ số giãn nở khí xả cánh tua bin;m g - lưu lượng khối lượng khí xả;η T -hiệu suất đoạn nhiệt tua bin Trên hình 6-17 đặc tính tuabin tăng áp động MTU, để thấy rõ nhân tố đặc trưng dịng chảy đến q trình làm việc tua bin,trục hoành biểu diễn đại lượng mg nT pg nhằm loại trừ ảnh hưởng áp suất tốc độ vòng quay đến 76 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 đặc tính tua bin ứng với số vòng quay biểu diễn qua đại lượng nT Tg Nếu lưu lượng khối lượng khí xả khơng đổi mà nhiệt độ giảm lưu lượng thể tích giảm áp suất khí xả giảm làm cho tỷ số giản nở giảm theo.Trong trường hợp điểm làm việc tua bin A, B, C, D Khác với máy nén, tua bin không tồn vùng làm việc không ổn định tua bin áp suất giảm dần theo phương chuyển động dịng khí nên tách dịng khơng thể xuất Hình dạng đường đặc tính tua bin hồn tồn khác với hình dạng phẳng nằm ngang máy nén, việc phối hợp tua bin máy nén vấn đề không đơn giản Để đảm bảo làm việc ổn định, tức đảm bảo làm việc hài hoà mặt lý thuyết người ta phải thay đổi tiết diện vào tua bin Đây giải pháp phức tạp mặt kết cấu điều khiển Đặc tính tua bin cịn cho thấy m g hàm số độ giản nở nên tốc độ tua bin n T tăng áp suất đầu giảm-tức tăng độ cao làm việc thiết bị (cột áp làm việc) mật độ không khí giảm (khối lượng riêng khơng khí giảm) nên m g giảm theo Vì nhân tố ảnh hưởng đến m g tăng áp tua bin-máy nén tăng độ cao phụ thuộc vào thay đổi nhiệt độ MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP 7.1 XÁC ĐỊNH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Trong trình làm việc tua bin máy nén phải làm việc môi trường khắc nghiệt, làm việc số vòng quay cao Khi nhiệt độ tua bin cao làm dầu bơi trơn bị loãng nên ma sát tạo lớn Ngoài cụm tua bin – máy nén lắp liên hợp MN- ĐCĐT- TB thành thể thống nên chúng có mối liên hệ mật thiết với Vì , xem xét hư hỏng cần phải đặt chúng thể thống 7.1.1 Động khó tăng tốc, giảm cơng suất tiêu hao nhiên liệu lớn 7.1.1.1 Nguyên nhân: - Áp suất tăng áp thấp - Tắc hệ thống nạp khí - Rị rỉ hệ thống nạp khí - Tắc hệ thống thải - Rò rỉ hệ thống thải 77 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 - Sai lệch điều kiện vận hành TB- MN 7.1.1.2 Khắc phục - Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp Nếu áp suất tăng áp khơng đạt giá trị u cầu chuyển sang thực bước Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào loại động - Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, tượng lọt khí bích nối đường nạp vào máy nén MN với động cơ, đóng cặn đường nạp, - Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối động đường thải, đường thải với TB với bình ổn áp …, kiểm tra tượng tắc đường ống thải - Kiểm tra quay cánh MN: Nếu cánh MN khơng quay khó quay tháo cụm TB- MN kiểm tra độ rơ dọc trục khe hở hướng kính bánh cánh MN Cách kiểm tra sau: Đưa đầu đo đồng hồ vào lỗ vỏ tua bin cho tiếp xúc với đầu trục Dịch chuyển trục theo phương dọc đo độ rơ dọc trục Cách kiểm tra sau: Từ lổ dầu ra, đưa đầu đo đồng hồ so qua lổ ống cách ổ đỡ để đầu đo tiếp xúc với tâm trục tua bin Dịch chuyển trục lên xuống, đo độ rơ hướng kính Q trình đo tiến hành dẫn nhà chế tạo Nếu giá trị đo khơng đảm bảo định phải thay cụm TB- MN 7.1.2 Có tiếng ồn bất thường 7.1.2.1 Nguyên nhân: - Có tượng chi tiết lắp ghép với cụm TB- MN với thân nó, ống xả bị rị rung động - Sai lệch điều kiện vận hành TB- MN 7.1.2.2 Khắc phục: - Kiểm tra bulông ghép cụm TB- MN, bulơng Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt không hay bị biến dạng không, từ có biện pháp sửa chữa thay cần - Kiểm tra bích nối hệ thống nạp, thải với động với cụm TBMN Siết chặt lại bulông thay tùy thuộc vào tình hình cụ thể Kiểm tra biến dạng ống xả - Kiểm tra khe hở dọc trục hướng tâm bánh cánh MN, kiểm tra trục TBMN ổ đỡ - Kiểm tra xem có vật lạ rơi vào hệ thống khơng 7.1.3 Tiêu hao dầu lớn khói xanh 78 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 7.1.3.1 Nguyên nhân: Do hư hỏng đầu nối với cụm TB- MN mòn bạc lắp trục cụm TB-MN 7.1.3.2 Khắc phục: - Kiểm tra lọt dầu hệ thống thải: Tháo ống nối đầu vào TB xem có tích tụ muội than cánh TB Sự tích tụ muội than cháy dầu sinh - Kiểm tra lọt dầu hệ thống nạp: Kiểm tra khe hở dọc trục khe hở hướng kính bánh cánh MN, kiểm tra có mặt dầu bơi trơn ống hút MN 7.2 PHÂN TÍCH CÁC HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP 7.2.1 Thiếu dầu Việc thiếu dầu có ảnh hưởng lớn tới làm việc bình thường ổ trục, quay rơto, đệm làm kín, chí làm gãy trục gây cố lớn Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt độ ổ trục (60- 90) 0C thiếu dầu lên tới 4000C Điều dẫn đến cháy dầu, biến dạng trục, tróc dính vật liệu ổ lên trục dẫn đến va đập cánh rôto lên vỏ 7.2.2 Vật lạ rơi vào TB Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN hậu khó lường Có thể gây gãy, vỡ cánh MN, TB gây hao mòn nhanh bề mặt ma sát 7.2.3 Dầu bẩn Dầu bôi trơn cụm TB- MN thường lấy từ động sau lọc Nếu dầu bẩn dẫn tới chất lượng bôi trơn không đảm bảo, làm tắc đường ống dẫn dầu gây tượng thiếu dầu làm cào xước, bào mòn bề mặt ma sát Dầu bẩn lọc khơng tốt, tượng cháy dầu dẫn đến pha trộn dầu với lượng muội dầu cháy tích tụ cặn dầu vị trí khó lưu thơng dầu hệ thống 7.3 PHƯƠNG PHÁP THÁO LẮP VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ 7.3.1 Kiểm tra hệ thống nạp khơng khí - Kiểm tra rò rỉ hay tắc kẹt đường ống nối lọc khí đường nạp, đường nạp với cụm TB- MN cụm TB- MN với đường ống nối với động hư hỏng hệ thống cần khắc phục tương xứng sau: - Tắc lọc khí: Làm thay - Vỏ bị hư hỏng biến dạng: Sửa chữa thay - Rò ri đầu nối: Kiểm tra đầu nối sửa chữa 79 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 - Nứt vỡ phụ kiện: Sửa chữa thay 7.3.2 Kiểm tra hệ thống thải - Kiểm tra rò rỉ hay tắc kẹt đường ống nối động với đầu vào cụm TBMN đầu cụm với đường thải - Biến dạng phụ kiện: Sửa chữa thay - Vật lạ rơi vào rãnh: Vệ sinh - Lọt dầu: Sửa chữa thay - Nứt vỡ phụ kiện: Thay 7.4 QUY TRÌNH KIỂM TRA BỘ TUABIN TĂNG ÁP LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ MTU12V-396TC14 Công việc kiểm tra thực theo bước sau: Rị rĩ dầu Phần tử lọc gió Ống lọc gió Ống vào lọc gió Ống cung cấp ống hồi dầu tăng áp Van điều khiển cổng xả Thân tăng áp turbo 7.5 CÁC CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP Để đảm bảo cho hệ thống tăng áp làm việc tin cậy nâng cao tuổi thọ turbo ta cần ý đến vấn đề sau: - Không dừng động sau ôtô vận hành tốc độ cao, tải lớn leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu động bị cắt dẫn tới thiếu cung cấp cho bề mặt ma sát hệ thống tăng áp vốn làm việc tốc độ cao Hiện tượng gây cháy TB gây hư hỏng nặng cho cụm TB- MN Do đó, cần phải có thời gian chạy không tải động khoảng (20-120)s trước dừng động Thời gian chạy không tải dài hay ngắn tùy thuộc vào mức độ hoạt động động trước định dừng - Tránh tăng tốc đột ngột sau động khởi động lạnh - Động phải vận hành điều kiện có lọc khí, tránh trường hợp vật lạ rơi vào hệ thống - Nếu cụm TB- MN có cố cần phải thay trước tiên cần phải kiểm tra nguyên nhân gây hư hỏng theo bước sau tháo bỏ phần cần: Mức dầu chất lượng dầu động Điều kiện vận hành trước động Đường dầu dẫn tới cụm TB- MN Việc kiểm tra cần thiết để tránh cố sau sửa chữa thay cụm TB- MN - Tuân thủ đầy đủ dẫn tháo lắp cụm TB- MN Không đánh rơi, va đập chi tiết sau tháo vào vật cứng Không di chuyển chi tiết cách cầm vào phận dễ bị biến dạng 80 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 - Trước di chuyển TB- MN cần phải che kín đường nạp, đường thải phễu kiểm tra dầu để tránh xâm nhập bụi bẩn vật lạ - Nếu thay TB- MN cần phải kiểm tra tích tụ cặn bẩn đường ống dẫn dầu Nếu cần thiết, thay đường ống - Khi tháo cụm TB- MN cần tháo toàn đệm bị dính chặt vào bích ống dẫn dầu bích nối khác TB- MN - Nếu thay bulơng đai ốc thực có bulơng, đai ốc theo định để đảm bảo không bị đứt biến dạng - Nếu thay TB- MN, cầm đổ (20- 50)cc dầu vào phễu đổ dầu TB- MN quay cánh nén tay để đưa dầu tới ổ trục Nếu đại tu thay động cơ, sau lắp, cắt cung cấp nhiên liệu quay tay động vòng 30s để phân phối dầu đến khắp nơi động cơ, sau cho động chạy không tải khoảng 60s 81 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 KẾT LUẬN Sau 15 tuần miệt mài tìm hiểu, nghiên cứu phương pháp tăng áp động đốt trong, đồng thời thiết kế phận hệ thống tăng áp đến đồ án em hồn thành Qua q trình tìm hiểu nghiên cứu để thực đồ án, kiến thức thực tế kiến thức em nâng cao Em hiểu sâu sắc hệ thống tăng áp động đốt trong, đặc biệt hệ thống tăng áp động MTU 12V-396TC14 Biết kết cấu nhiều điều mẻ từ thực tế Em học tập nhiều kinh nghiệm công tác bảo dưỡng sửa chữa hệ thống tăng áp động đốt nói chung, khái quát kiến thức chuyên ngành cốt lõi Để hoàn thành đồ án trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể thầy khoa Cơ khí giao thơng Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng, hướng dẫn bảo em từ kiến thức sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy TRẦN VĂN NAM tận tình, bảo giúp đỡ hướng dẫn em suốt trình thực đồ án Tuy nhiên, thời gian có hạn; kiến thức tài liệu tham khảo nhiều hạn chế thiếu kinh nghiệm thực tiễn đồ án không tránh khỏi sai sót mong thầy quan tâm góp ý 82 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn “Tăng áp Động Cơ Đốt Trong” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 2005 [2] Nguyễn Tất Tiến “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong” Nhà xuất Giáo dục, 2000 [3] Lê Viết Lượng “Lý Thuyết Động Cơ Đốt Trong” Nhà xuất Giáo dục, 2000 [4] “Tài liệu hướng dẫn sửa chữa động MTU 12V-396TC14” Việt Nam, [5] Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến “Hướng dẫn làm đồ án mơn học Tính Tốn Thiết kế động đốt trong” Nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1979 [6] ] http://www.toaxedaumay.com Tháng 4.2010 [7] http://www.TurboByGarrett.com Tháng 4.2010 [8] Nguyễn Văn May “Bơm, Quạt, Máy Nén” Nhà xuất Khoa học kỹ thuật, 1997 83 ... Va Hình 5-11 Đồ thị cơng động MTU 12V-396TC14 TÍNH TỐN THIẾT KẾ HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ MTU 12V396-TC14 38 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Bộ tua bin tăng áp gồm có hai... thiệu sơ đồ cấu tạo nguyên tắc hoạt động động tăng áp sóng khí biểu diễn Hình 5-8 22 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Hình 5-8 Sơ đồ hệ thống tăng áp sóng khí Khơng khí thấp áp; 2-... trí bên ngồi động cơ, để tới tăng áp khí xả từ tăng áp qua ống tập hợp khí xả lên ống khí ngồi 15 Thiết kế hệ thống tăng áp động MTU 12V396 - TC14 Hình 3-13 .Hệ thống khí thải 1 :Tăng áp, 2:vỏ làm