Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 MỤC ĐÍCH VÀ Ý NGHĨA CỦA ĐỀ TÀI Tuy khơng cịn mẽ so với ngành khoa học khác, với phát triển khoa học công nghệ nhân loại, ngành động đốt đóng góp phần quan trọng phát triển Cùng với yêu cầu ngày cao nhu cầu sống, địi hỏi cải biến lớn tất lĩnh vực khoa học nói chung ngành động đốt nói riêng khơng nằm ngồi qui luật phát triển Tuy nhiên, cải biến ngành động khơng có nghĩa thay đổi cách toàn diện mặt nguyên lý kết cấu mà dựa tản nguyên lý kết cấu có từ hàng trăm năm trước, sở cải tiến hoàn thiện Để cải tiến hoàn thiện cho động cơ, ngành động đốt nghiên cứu chế tạo nhiều loại động với tính ưu việt, cách cải tiến hoàn thiện hệ thống động như: hệ thống nhiên liệu (phun xăng điện tử, phun dầu điện tử, hệ thống đánh lửa điện tử, sử dụng hệ thống tăng áp v v.) Một biện pháp hữu hiệu để nâng cao công suất cho động diezel sử dụng rộng rãi ngày sử dụng hệ thống tăng áp turbo chạy lượng khí thải động Đây đề tài em lựa chọn để nghiên cứu làm đồ án tốt nghiệp cho sau thời gian học tập Khoa Cơ khí giao thơng Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng Tên đề tài thức mà em thực là: khảo sát hệ thống tăng áp turbo khí xả động 4DX22110 Các biện pháp cường hoá động diezel thực theo hai cách: thứ tăng số vòng quay n động cơ, phát triển động cao tốc, thứ hai tăng áp suất giảm nhiệt độ môi chất trước nạp vào động Việc nâng cao số vòng quay n động bị hạn chế nhiều yếu tố liên quan đến việc tổ chức chu trình, vật liệu công nghệ chế tạo Sử dụng hệ thống tăng áp sở không thay đổi số vòng quay n mà tăng mật độ, qua làm tăng khối lượng mơi chất nạp vào xilanh chu trình Ngày nay, người ta sử dụng rộng rãi biện pháp tăng áp turbo khí xả nhằm tránh dùng cơng suất có ích để dẫn động máy nén khí, nhờ tiết kiệm lượng động Xã hội ngày phát triển vượt bậc Nhưng theo với phát triển nguy đe dọa đến tồn Hành tinh Trái đất nơi sống Một nguy xuất phát từ nhiễm mơi trường tạo Vì vậy, để tạo phát triển bền vững cho xã hội, phải có hành động cụ thể để góp phần bảo vệ phát triển bền vững Sử dụng hệ thống tăng áp turbo khí xả cho động biện pháp vừa mang lại hiệu kinh tế cao nhờ tiết kiệm lượng đồng thời mang ý Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 nghĩa xã hội to lớn nhờ vào việc hạn chế nhiễm mơi trường khí thải từ động gây Ngày nay, việc đánh giá mức độ nhiễm khí thải động ôtô tiêu chuẩn thiếu cho ngành đăng kiểm quốc gia, với tiêu chuẩn ngày khắt khe Trong thời gian đến Việt Nam, Cục Đăng Kiểm Việt Nam bắt đầu áp dụng tiêu chuẩn này, trước hết phương tiện đăng ký mới, tiêu chuẩn bước đầu áp dụng EURO II Chính qui định địi hỏi nhà sản xuất phải có biện pháp cải tiến thiết thực cho động sản xuất Một biện pháp sử dụng hệ thống tăng áp turbo khí xả GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP 2.1 Định nghĩa tăng áp - Tăng áp biện pháp làm tăng áp suất khơng khí nạp, qua làm tăng mật độ khơng khí lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh động chu trình, cơng suất động tăng lên 2.2 Mục đích tăng áp cho động DIESEL Đối với động không sử dụng hệ thống tăng áp, trình nạp động tiến hành cách nạp trực tiếp không khí từ mơi trường bên ngồi Việc nạp trực tiếp hạn chế mặt lưu lượng áp suất khí nạp khơng cao, cơng suất động mà khơng phát huy hết Để khắc phục hạn chế này, ta sử dụng máy nén riêng để nén trước khơng khí sau đưa vào xylanh động cơ, làm tăng mật độ khơng khí, qua tăng số lượng khơng khí nạp vào động chu trình, làm tăng cơng suất động Đó mục đích việc tăng áp cho động diezel Việc tăng áp suất khơng khí trước nạp vào xylanh động làm tăng công suất động lên nhiều Tuy nhiên, với động xăng ta sử dụng phương pháp để nâng công suất động ta lại phải vướn thêm vấn đề gây kích nổ, tạo nên nhiều khó khăn sử dụng thực tế, việc tăng áp sử dụng chủ yếu động diezel Đặc biệt, năm gần đây, có nhiều tiến vượt bậc lĩnh vực nghiên cứu chế tạo turbo máy nén nên phạm vi sử dụng tăng áp cho động ngày rộng áp suất tăng áp P k ngày nâng cao làm cho khơng tính động lực học động có sử dụng hệ thống tăng áp tốt động khơng tăng áp mà cịn hạ thấp suất tiêu hao nhiên liệu Nếu áp suất có ích trung bình động diezel khơng tăng áp Pe thường khơng q 0,7 – 0,9 Mpa Pe động tăng áp thấp dễ đạt 1,0 – 1,2 Mpa Tóm lại, việc sử dụng hệ thống tăng áp biện pháp chủ yếu, hiệu để nâng cao công suất động diezel, đồng thời tăng áp cho phép cải thiện số tiêu: Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 - Giảm thể tích tồn ĐCĐT ứng với đơn vị công suất - Giảm trọng lượng riêng toàn động ứng với đơn vị cơng suất - Giảm gía thành sản xuất ứng với đơn vị công suất - Hiệu suất động tăng đặc biệt tăng áp tuabin khí, suất tiêu hao nhiên liệu giảm - Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại - Giảm độ ồn động 2.3 Phân loại tăng áp Tất biện pháp tăng áp nhằm tăng áp suất khơng khí nạp vào xi lanh động cuối q trình nạp lúc đóng xupáp nạp, qua làm tăng lượng khí nạp vào động cơ, gọi tăng áp cho động Dựa vào nguồn lượng để nén khơng khí trước đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động thành hai nhóm: Tăng áp có máy nén tăng áp khơng có máy nén, theo sơ đồ sau: TÀNG ẠP KHÄNG CỌMẠY NẸN CỌMẠY NẸN DÁÙ N ÂÄÜ NG CÅ GIÅÏI COÏ LIÃN HÃÛ CÅ KHÊ DÁÙ N ÂÄÜ NG TUABIN KHÊ CHÈ LIÃN HÃÛ KHÊ THÃØ CỌ LIÃN HÃÛ THY LỈÛ C DÁÙ N ÂÄÜ NG HÄÙ N HÅÜ P MÀÕ C SONG SONG DAO ÂÄÜ NG V CÄÜ NG HỈÅÍNG SỌNG ẠP SÚ T TÄÚ C ÂÄÜ MÀÕ C NÄÚ I TIÃÚ P Hình -1 Sơ đồ phân loaị phương pháp tăng áp động đốt 2.3.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 2.3.1.1 Tăng áp giới Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 Po,To Hình – Sơ đồ nguyên lý tăng áp khí 1-Động đốt trong; 2-Bánh truyền động;3-Máy nén; 4-Đường nạp; 5-Thiết bị làm mát Các loại máy nén sử dụng phương pháp tăng áp khí máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, quạt hướng trục, dẫn động từ trục khuỷu động Công suất động đốt xác định theo công thức sau: Ne = Ni - Nm - Nk Trong đó: Ne: Cơng suất có ích lấy từ trục khuỷu động Ni: Công suất thị Nm: Công suất tổn thất giới thân động Nk: Công suất để dẫn động máy nén Công suất dẫn động máy nén phụ thuộc vào số vòng quay nó, động làm việc chế độ tải nhỏ số phần trăm cơng suất tổn thất cho việc dẫn động máy nén tăng lên, làm giảm mạnh hiệu suất tổng động đốt Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh mức độ tăng áp suất thị p i, sử dụng tăng áp dẫn động khí làm cho hiệu suất động giảm áp suất tăng áp tăng Chính vậy, phương pháp tăng áp dẫn động khí áp dụng mục đích cần thiết áp suất tăng áp p k nhỏ 1,6 KG/cm2, pk lớn 1,6 KG/cm2 Nk lớn 10%Ne Với phương pháp tăng áp giới, chất lượng khởi động tăng tốc động tốt, lượng khơng khí cấp cho động chu trình phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải Tuy nhiên, tăng áp giới, lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế động Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 2.3.1.2 Động tăng áp tuabin khí Tăng áp tuabin khí: biện pháp tăng áp mà máy nén dẫn động nhờ tuabin tận dụng lượng khí thải động đốt Khí xả ĐCĐT có nhiệt độ áp suất cao, nên nhiệt tương đối lớn Muốn khí thải sinh cơng, phải giãn nở thiết bị để tạo cơng học Nếu để giãn nở xi lanh ĐCĐT dung tích xilanh lớn, làm cho kích thước ĐCĐT lớn, nặng nề Điều làm tăng hiệu suất nhiệt tính hiệu đánh giá giá trị áp suất trung bình nhỏ Để tận dụng tốt lượng khí xả, người ta cho giãn nở đến áp suất môi trường sinh công cánh tua bin (TB) a) Tăng áp tuabin khí có liên hệ khí Trong phương án này, trục tuabin, động đốt máy nén nối liền Kết cấu bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động diesel kỳ tuabin hướng trục nhiều cấp nối đồng trục Áp suất khí nạp vào xi lanh động đạt 3÷4 kG/cm2, khí xả sau khỏi xi lanh động đốt trước vào tuabin đạt áp suất 16 kG/cm2 Tuy nhiên phương án gặp phải hạn chế : - Cơng xả khí xả ĐCĐT tăng lên q cao; - Khí sót xilanh lớn làm cho lượng khí nạp vào xilanh giảm b) Tăng áp tuabin khí liên hệ khí thể Theo phương án này, tuabin máy nén nối đồng trục với Khí xả giãn nở cánh tuabin làm tuabin quay dẫn động máy nén, nén khơng khí tới áp suất tăng áp đưa vào động Phương án cho phép tận dụng tối đa lượng khí thải, tạo hiệu suất cao cho động Hình - Sơ đồ nguyên lý tăng áp tuabin khí liên hệ khí thể 1-Máy nén; 2-Thiết bị làm mát; 3-Động cơ; 4-Bình xả; 5-Tuabin Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 c) Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực 4 a) b) c) Hình – Tăng áp tuabin khí có liên hệ thuỷ lực 1-Động cơ; 2-Khớp thuỷ lực; 3,4-Cụm tuabin-máy nén dẫn động khí thể;5-TB tận dụng; 6-Hộp số; 7-Máy phát điện; 8-Hộp tốc độ a) Cơ cấu nối có liên hệ thuỷ lực; b) Cơ cấu nốicó liên hệ thuỷ lực tua bin tận dụng lượng khí xả; c) Cơ cấu nối qua hộp số có tuabin tận dụng lượng khí xả dẫn động máy phát điện Các phương án kết nối động đốt cụm tuabin - máy nén phong phú Hình - trình bày phương pháp kết nối Trong đó, hình - a cách ghép nối thông dụng nhất, cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ làm việc động đốt Ngoài ra, cịn có phương pháp kết nối khác nhằm tận dụng lượng khí xả, hình - b,c 2.3.1.3 Tăng áp hỗn hợp Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống máy nén khác nhau, dẫn động tuabin khí dẫn động từ trục khuỷu động 10 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 Tuỳ thuộc vào vị trí máy nén người ta có hai dạng ghép nối: Lắp nối tiếp lắp song song Po,To 2 3 6 5 4 Po,To a) b) Po,To Po,To c) Hình – Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động a- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận b- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch c- Tăng áp hỗn hợp tầng lắp song song 1-Động cơ; 2-Tuabin; 3-Máy nén; 4-Máy nén dẫn động khí; 5-Khớp nối 6-Thiết bị làm mát sơ đồ a, b bình nạp chung sơ đồ (c) Trong phương án lắp ghép máy nén dẫn động khí sử dụng máy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt Root hoạt động hồn tồn độc lập với máy nén dẫn động tuabin khí Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động khí đứng sau máy nén dẫn động tuabin khí Khí tăng áp máy nén dẫn động tuabin khí hút từ môi 11 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 trường, sau dẫn tới máy nén dẫn động khí vào ĐCĐT Lưu lượng khí nạp phụ thuộc vào lưu lượng qua cụm tuabin-máy nén Đối với phương án lắp nghịch: Máy nén dẫn động khí đứng trước, lưu lượng khí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động khí, phụ thuộc vào chế độ tốc độ động lưu lượng cung cấp cho chu trình khơng đổi Trong động tăng áp hỗn hợp lắp song song người ta dùng máy nén dẫn động giới dùng không gian bên xi lanh làm máy nén (trường hợp động có guốc trượt) cung cấp khơng khí cho động cơ, song song với "máy nén tuốc bin khí"quay tự Như vậy, máy nén hệ thống cần cung cấp phần khơng khí nén vào bình chứa chung Ưu điểm chủ yếu hệ thống tăng áp lắp song song khí tăng áp nạp vào động cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng khơng khí qua máy nén nhỏ Do kích thước máy nén nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp 2.3.2 Biện pháp tăng áp khơng có máy nén Sau phương pháp làm cho áp suất nạp vào động đốt lớn giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén số phương pháp tăng áp cao phổ biến thực tế 2.3.2.1 Tăng áp dao động cộng hưởng Người ta sử dụng dao động dịng khí tính cộng hưởng dao động để tăng áp suất môi chất xi lanh lúc đóng xupap nạp.Q trình đóng mở cách có chu kì xupap kích thích dao động dịng khí Sự dao động áp suất vị trí đường chuyển động khí thay đổi theo thời gian , thay đổi phụ thuộc vào pha tần số ĐCĐT thời gian đóng mở xupap Do , dao động làm tăng giảm lượng môi chất nạp vào xilanh theo pha tần số ĐCĐT Theo phương pháp tăng áp này, công nạp piston chuyển hóa thành lượng động lực học cột khí lượng chuyển hóa thành cơng nén làm tăng áp suất xi lanh cuối trình nạp 12 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 3 1 a) b) Hình – Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động cộng hưởng a-Tăng áp dao động: 1-Hộp phân phối; 2-Ống dao động; 3-Xilanh b-Tăng áp cộng hưởng: 1-Bình ổn áp; 2-Ống cộng hưởng; 3-Xi lanh; 4-Bình cộng hưởng a) Tăng áp dao động Quá trình diễn biến áp suất đường ống trình nạp, thải xem xét theo lý thuyết truyền sóng q trình dịch chuyển sóng nén sóng giãn nở Do có dao động áp suất đường nạp, thải động mà xuất trình truyền sóng (sóng áp suất sóng tốc độ) Ở trạng thái tĩnh, tốc độ truyền sóng a xác định sau: a = k R.T Trong đó: k-Chỉ số nén đoạn nhiệt; R- Hằng số chất khí; T-Nhiệt độ tuyệt đối Sự biến thiên áp suất tốc độ phụ thuộc vào thời gian vị trí, theo quan hệ: p = f ( x, t ) ) ; V= ƒ(x, t) Sóng áp suất sóng tốc độ xuất truyền với tốc độ truyền sóng a Nếu tốc độ phần tử chuyển động chiều với tốc độ truyền sóng sóng truyền tới làm tăng áp suất sóng sóng sóng nén.Nếu chiều truyền sóng ngược lại với chiều phần tử chuyển động , sóng truyền tới làm giảm áp suất , sóng sóng giãn nở Sự dao động áp suất môi chất đường ống nạp thực tế sóng đơn giản tạo mà hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, kết việc tương giao hợp thành sóng phát sinh đầu tạo nên sóng phản xạ đầu kia.Sóng khí thể vậy, ln tồn tính chồng chất thường xuyên gặp Khi gặp nhau, biên độ sóng tổng biên độ hai sóng.Sau xun qua, tính chất biên độ sóng khơng thay đổi, sóng nén sóng nén sóng giãn nở sóng giãn nở 13 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 Sóng áp dương Sóng áp âm Sóng áp dương Sóng áp âm a) b) c) Hình – Tương giao sóng a-Tương giao sóng dương, b-Tương giao sóng âm, c-Tương giao sóng dương sóng âm Khi piston dịch chuyển từ điểm chết (ĐCT) xuống điểm chết (ĐCD) tạo xilanh giảm áp suất Do áp suất xilanh nhỏ áp suất đường nạp, nên xuất giãn nở ống nạp từ xi lanh đến đầu hở ống có áp suất áp suất mơi trường p0 Áp suất mơi trường có giá trị khơng đổi lớn áp suất xilanh, nên xuất trình chuyển động ngược lại áp suất p từ ngồi vào xilanh, sóng nén (sóng áp dương).Nếu sóng nén truyền tới xupap mà xupap chưa đóng, làm tăng áp suất khu vực trước xupap làm tăng hệ số nạp Sau xupap nạp đóng, sóng áp suất cịn lưu lại truyền qua truyền lại ống Để đạt lượng nạp cực đại phạm vi số vòng quay định ĐCĐT, người ta sử dụng van để thay đổi có cấp chiều dài đường ống nạp Hình – Nguyên lý đường ống nạp có chiều dài thay đổi vơ cấp 1-Động cơ; 2-ống nạp hình xuyến; 3-Mặt cố định; 4-Mặt tang trống; 5-Cửa mặt tang trống; 6-Tấm dẫn hướng 14 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 80 Cäng suáút hao phê âãø dáùn âäüng mạy nẹn : Nk Nk = LKagg Gk ηk = 70,2833.0,147 = 13,97[ KW ] 0,862 5.1.4.2 Tính tốn tuabin Sơ đồ tính tốn tuabin I bn II ∆r IV III n b11 n C1 u1 D2m D1 D01 β1 W1 α2 D02 D2 α1 C2 ω u2 D0 β2 W2 Hình – Sơ đồ tính tốn tuabin 1- Vỏ tuabin; 2- Vành miệng phun; 3- Bánh công tác; D- Các kích thước đường kính tương ứng bánh công tác; C- Tốc độ tuyệt đối; U- Tốc độ theo (tiếp tuyến) ; W- Tốc độ tương đối Từ kết tính tốn ban đầu ta có : Nhiệt độ khí thải khỏi động là, TT : TT = Tp = 693,45 [0K] Áp suất khí thải khỏi động cơ, PT : PT = Pp = 0,1478 [MN/m2] Hệ số dư lượng không khí tổng cộng, αc : αc = ϕK × α Trong đó: ϕK - Hệ số qt khí, chọn ϕK = 1,05 ; => αc = 1,05 × 1,7 = 1,785 Khối lượng khơng khí cần thiết để đốt cháy hoàn toàn 1kg nhiên liệu, L0 : L0 = ρKK × M0 Trong : ρKK- Khối lượng riêng khơng khí, ρKK = 28,95 [kg/m3] ; M0- Khối lượng khơng khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu 75 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 M0 = 0,495 [Kmol kk/ kg nhiên liệu] Thay giá trị vào ta có : L0 = ρKK × M0 = 28,95 × 0,495 = 14,33 [Kg kk/kg nl] Số vòng quay tuabin: nT = nK = 85242 [vòng/phút] Hệ số biến đổi phân tử hỗn hợp mới, β0 : M β0 = = M1 = H + 32 α c M α c M + 0,126 0,004 + 32 = 1,038 1,785.0,495 1,785.0,495 + Với H,O thành phần hyđrô ơxy tính theo khối lượng có kg nhiên liệu lỏng, ta có : H = 0,126[kg] ; O = 0,004[kg] Khối lượng phân tử khí trước tuabin, ρ KT : ρ KT = ρ KK × + α c × L0 + 1,785 × 14,33 = 28,95 × = 27,89[ kg / kmol ] β × α c × L0 1,038 × 1,785 × 14,33 Hằng số trạng thái khí trước tuabin, R1 : R1 = [ ] 848 848 = = 30,405 KG.m / kg K ρ KT 27,89 Lưu lượng khí qua tuabin, GT : GT = GK (1 + 1 ) = 0,147.(1 + ) α c L0 1,5785 × 14,33 = 0,153[ Kg / s ] Áp suất dòng hãm trước tuabin, P*T : PT* = PT k1   kk−1   k1 −1 ×  ∏ kg −1÷ 1 −    βT × β H  Trong : PT0 – Áp suất dịng khí tuabin, chọn PT0 = 0,104 [MN/m2] ; βT = GT TT* × ×ηTK ; GK Ta1 ηTK - Hiệu suất chung cụm turbo, chọn ηTK = 0,55 ; 76 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 0,153 693,45 0,55 = 1,33 0.147 297,875 K1 K1 − R1 βH = K − K1 R βT = k1 - Số mũ đoạn nhiệt khí trước tuabin, k = (1,31 ÷ 1,35), chọn k1 = 1,35 ; 1,35 1,4 − 30,405 βH = = 1,145 1,35 − 1,4 29,27 Thay giá trị tìm vào ta : 0,104 PT* = 1, 35 1, −1  1,35−1 (2,092 1, −1) 1 −  1,33.1,145  = 0,198[ KG.m / kg ] Công đoạn nhiệt định mức, LTag : LTag = GK LKagg GT ηTK = 0,147.7164,454 = 12515,45[ KG.m / Kg ] 0,153.0,55 = 122776,52[ J / Kg ] Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tuabin, CTag : CTag = 2.LTag = 2.122776,52 = 495,533[m / s] Công giãn nở đoạn nhiệt ống nối, LTagc : LTagc = (1 - ρ) × LTag Trong : ρ - Mức độ phản lực đường kính trung bình ; theo tài liệu [2]: ρ = 0,45 ÷ 0,55, chọn ρ = 0,5 => LTagc = (1 – 0,5) 122776,52 = 61388,26 [J/kg] Vận tốc khí lối ống nối, C1 : C1 = 4, 43 × ϕ × LTagc × 9,81 Trong : ϕ - Hệ số tốc độ, theo tài liệu [2]: ϕ = 0,96 ÷ 0,97, chọn ϕ = 0,97 Thay giá trị vào biểu thức ta : C1 = 4,43.0,95 61388,26 = 332,92[m / s] 9,81 77 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 10 Áp suất lối từ ống nối, P1 : LTagc P1 = PT* [1 − = 0,198(1 − K1 R1.TT* 9,81 K1 − K1 ] K1 −1 61388,26 1,35 30,405.693,45.9,81 1,35 − ) 1, 35 1, 35−1 = 0,1454[MN/m2] 11 Nhiệt độ lối ống nối, T1 : T1 = TT* − C12 332,92 = 693,45 − K1 1,35 2.9,81 .R1 2.9,81 .30,405 K1 − 1,35 − = 693,3[ 0K ] 12 Khối lượng riêng khí lối ống nối, ρ1 : ρ 1= P1.10 0,1454.105 = = 0,69[ Kg / m ] R1 T1 30,405.693,3 13 Vận tốc vòng đường kính trung bình, U : U =χ × CTag Theo tài liệu [2], χ = 0,5 ÷ 0,65 Chọn χ = 0,54 => U = 0,54 × 495,533 = 267,59[m/s] 14 Đường kính trung bình lưới ống nối, D1m : D1m = 60.U 60.267,59 = = 0,06[m] = 60[mm] Π.nKT 3,14.85242 15 Chiều cao cánh ống nối, l1 : Theo tài liệu [2], ta có : l1 = ( 0,16 ÷ 0,25) D1m Chọn: l1 = 0,2 × D1m = 0,2 × 0,06= 0,012 [m] 16 Bước lưới ống nối, t1 : Theo tài liệu [2], ta có : t1 = ( 0,8 ÷ 0,9 ) l1 Choün t1/l1 = 0,85 => t1 = 0,86 l1 = 0,85 0,0126 = 0,01071[m] = 10,71 [mm] 17 Vận tốc tương đối khí thải lối vào bánh công tác, W : W 1= C12 + U − 2.C1.U Cosα1 = 332,92 + 267,59 − 2.332,92.267,59.Cos 22 = 131,3[m / s ] 78 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 Với α1 = 140 ÷ 250 góc mà dịng khí khỏi miệng phun, ta chọn α1 = 220 18 Nhiệt độ dòng hãm lối vào bánh công tác, T*W : TW* = T1 + W12 131,32 = 693,3 + K1 1,35 2.9,81 .R1 2.9,81 .30,405 K1 − 1,35 − = 700,79[ 0K ] 19 Vận tốc quy đổi, λw1 : λW = W1 = K1 * 2.9,81 R1 TW K1 − 131,3 = 0,103 1,35 2.9,81 .30,405.700,79 1,35 − 20 Góc vào dịng cánh bánh công tác tuabin, β1 : β1 = arcSin (C1 Sinα1/W1) = arcSin (332,92 Sin220/131,1)= 77010’ 21 Công giãn nở đoạn nhiệt khí thải cánh bánh cơng tác, LTag1 : LTag1 = ρ × LTagc = 0,5 × 61388,26= 30694,13 [J/kg] 22 Vận tốc tương đối khí lối bánh cơng tác, W2 : W2 = ψ × W12 + × LTag1 Trong : ψ - Hệ số tốc độ, ψ = (0,93 ÷ 0,98), chọn ψ = 0,96 Thay vào biểu thức ta : W 2= 0,96 131,32 + 2.30694,13 = 269,19[m / s] 23 Nhiệt độ khí lối bánh cơng tác, T2 : T2 = TW* − W22 269,19 = 700,79 − K1 1,35 2.9,81 .R1 2.9,81 .30,405 K1 − 1,35 − = 700,673[ 0K ] 24 Khối lượng riêng khí lối bánh cơng tác, ρ2 : ρ2 = P2 × 105  kg / m3  R1 × T2 Trong : P2 – Áp suất lối bánh công tác P2 = PT0 = 0,104 [MN/m2] Thay giá trị vào biểu thức , ta có : ρ 2= 0,104.105 = 0,488[ Kg / m ] 30,405.700,673 25 Góc dịng từ bánh cơng tác chuyển động tương đối, β’2 : 79 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110   GT β '2 = arcSin ữ ì D2 m ì W2 × l2 × ρ  Ta có : D2m = D1m = 0,06 [m], l2 = l1 = 0,01071 [m] Thay giá trị vào biểu thức , ta : β2' = arcSin ( 0,153 ) = 35015' 3,14.0,06.269,18.0,01071.0,488 26 Lưu lượng khí rị rỉ, Gym : δ2 G ym = l2 × Sinβ '2 × GT Trong : δ2 – Khe hở rị rỉ, theo tài liệu [2], chọn δ2 = 1[mm] Thay giá trị vào biểu thức , ta : G ym = 0,001.0,153 = 0,0248[ Kg / s ] 0,01071.Sin35015' 27 Tính xác góc ra, β2 : β = arcSin ( = arcSin ( GT − G ym GT Sinβ 2' ) 0,153 − 0,0248 Sin35015' ) = 22 057' 0,153 28 Vận tốc tuyệt đối khí lối bánh cơng tác, C2 : Ta có : U2 = U = 267,59 [m/s] Do : C2 = W22 + U − 2.U W2 Cosβ2 = 269,19 + 267,59 − 2.269,19.267,59.Cos 22 057' = 106,8[m / s ] 29 Góc khí từ bánh cơng tác, α2 : α = arcSin ( = arcSin ( W2 Sinβ ) C2 294,98 Sin 210 48' ) = 38056' 174,29 30 Cơng khí thải bánh cơng tác tuabin, hay công làm quay bánh công tác, LTu : LTu = (U1 W1.Cosβ1 +U W2 Cosβ2 ) = U1 (W1.Cosβ1 +W2 Cosβ2 ) = 267,59.(131,3.Cos 77 010'+269,19.Cos 22057' ) = 74134,8[ J / Kg [ = 74,1348[ KJ / Kg ] 31 Hiệu suất tuabin, ηTu : 80 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 ηTu = LTu 74134,8 = =0,6038 LTag 122776,52 32 Tổn thất vận tốc lối ra, ∆Lb : C22 ∆Lb = K b Trong đó: Kb - Hệ số tính đến tổn thất, Kb = (1÷ 1,5), chọn Kb = 1,2 Thay giá trị vào biểu thức, ta : ∆Lb = 1,2 106,82 = 6843,774[ J / Kg ] 33 Tổn thất rò rỉ, ∆Lym : ∆L ym = LTu G ym GT = 74134,8.0,0248 = 12016,62[ J / Kg ] 0,153 34 Tổn thất ống phun, ∆Lc : ∆Lc = ( C12 332,92 − ) = ( − ) = 5986,97[ J / Kg ] ϕ2 0,95 2 35 Tổn thất cánh bánh công tác, ∆Lλ : W2 131,32 ∆Lλ = ( − 1) = ( − ) = 928,395[ J / Kg ] ψ 0,952 ψ - Hệ số tốc độ, ψ = (0,93 ÷ 0,98), chọn ψ = 0,95 36 Công suất tiêu hao để khắc phục ma sát đĩa tổn thất thông hơi, Nmb :  U  N mb = β × D12m ×  ÷ × ρm  100  Trong đó: β = 1,037 ; ρ1 + ρ 0,69 + 0,488 = = 0,589[ Kg / m ] 2 267,59 = 1,037.0,06 2.( ) 0,589 = 0,042[ KW ] 100 ρm = N mb 37 Tổn thất ma sát thông hơi, ∆Lmb : ∆Lmb = 75.N mb 9,81 75.0,042.9,81 = = 201,97[ J / Kg ] GT 0.153 38 Hiệu suất đoạn nhiệt tuabin, ηTag : ηTag = − = 1− ∆Lc + ∆Lλ + ∆Lb LTag 5986,97 + 928,395 + 6843,744 = 0,89 122776,52 39 Hiệu suất thị tuabin, ηTi : 81 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 ηTi = − =1− ∆Lc + ∆Lλ + ∆Lb + ∆Lmb + ∆L ym LTag 5986,97 + 928,395 + 6843,744 + 201,97 + 12016,62 = 0,788 122776,52 40 Hiệu suất có ích tuabin, ηT : ηT = ηTi × ηTm Trong đó: ηTm- Hiệu suất giới, ηTm = (0,92÷ 0,98), chọn ηTm = 0,92 Thế giá trị vào ta : ηT = 0,788 × 0,92 = 0,725 Với ηT = 0,725, theo tài liệu [3] thoả mãn điều kiện ηT = (0,6÷ 0,8) 41 Cäng sút cọ êch ca tuabin : NT = LTag GT ηT 1000 = 122776,52.0,147.0,752 = 13,084(kW ) 1000 So sạnh våïi cäng sút ca mạy neïn NK = 13,97 [KW] ∆N = 13,97 − 13,084 100% = 6,3% 13,97 NHỮNG HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Về mặt kết cấu, cụm TB-MN đơn giản Tuy nhiên, điều kiện làm việc khắc nghiệt, làm việc số vịng quay lớn lớn, từ 135000 ÷ 150000 [vòng/phút] Lúc này, nhiệt độ TB cao, chi tiết nhỏ nên q trình bơi trơn khó khăn, mà ma sát chi tiết làm việc cao Bên cạnh đó, cụm TB-MN lắp liên hợp MN-ĐCĐT-TB thành thực thể thống nên chúng có quan hệ mật thiết với Do đó, xem xét hư hỏng khắc phục chúng, cần phải đặt chúng thể thống 6.1 Xác định nguyên nhân hư hỏng biện pháp khắc phục Việc xác định nguyên nhân hư hỏng hệ thống tăng áp quan trọng, liên quan lớn đến nhiều tiêu động Do đó, người thợ sửa chữa phải tuân thủ nghiêm ngặt quy trình sửa chữa theo sau : - Tìm hiểu biểu động ; - Xác định hư hỏng ; - Chỉ tác động vào cụm TB-MN xác định rõ cố động cụm TB-MN gây Chú ý: tránh tháo cụm TB-MN chưa biết rõ nguyên nhân gây hư hỏng để tránh trường hợp tác động vào cụm TB-MN không cần thiết Hư hỏng hệ thống tăng áp chủ yếu nguyên nhân sau : 82 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 - Thiếu dầu bôi trơn ; - Dầu bôi trơn bị bẩn ; - Vật lạ rơi vào hệ thống Khi xảy hư hỏng hệ thống tăng áp có biểu hư hỏng sau : - Công suất động thấp ; - Tăng tốc khó ; - Tiêu hao nhiên liệu lớn ; - Động xuất khói đen khói xanh ; - Độ ồn động tăng - Tiêu hao dầu bôi trơn Sau số tượng hư hỏng thường gặp cụm TB-MN biện pháp khắc phục chúng 6.1.1 Động khó tăng tốc, tụt cơng suất tiêu hao nhiên liệu lớn 6.1.1.1 Nguyên nhân - Do áp suất tăng áp thấp ; - Tắc hệ thống nạp khí ; - Rị rỉ hệ thống nạp khí ; - Tắc hệ thống thải ; - Sai lệch điều kiện vận hành TB-MN 6.1.1.2 Biện pháp khắc phục - Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp Áp suất khí tăng áp động mà ta khảo sát 2,5 [KG/cm2] Nếu áp suất khí tăng áp khơng đạt theo u cầu chuyển sang thực bước - Kiểm tra hệ thống nạp khí: kiểm tra lọc khí, tượng lọt khí bích nối đường nạp vào máy nén máy nén vào động cơ, kiểm tra chất cặn bẩn dính bám đường ống nạp làm tăng sức cản đường nạp - Kiểm tra hệ thống thải khí: lọt khí qua bích nối động với đường ống thải, đường ống thải với TB, kiểm tra tượng tắc đường ống thải khí - 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 cánh máy nén Quá trình đo tiến hành theo định catalog sổ tay hướng dẫn vận hành bảo trì nhà chế tạo Nếu giá trị đo được, khơng đảm bảo định phải thay cụm TB-M 6.1.2 Có tiếng ồn bất thường 6.1.2.1 Nguyên nhân 83 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 - Có tượng cộng hưởng chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN với thân cụm TB-MN - Ống xả bị rị rung động nới lỏng bulơng cố định - Sai lệch điều kiện vận hành TB-MN 6.1.2.2 Biện pháp khắc phục - Kiểm tra bulông lắp ghép cụm TB-MN, bulông nên xem có bị lỏng, lắp đặt khơng hay bị biến dạng khơng, từ đó, 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 khe hở hướng tâm cánh MN, kiểm tra trục TB-MN kiểm tra ổ đỡ - Kiểm tra xem có vật lạ rơi vào hệ thống không 6.1.3 Tiêu hao nhiên liệu lớn có khói xanh 6.1.3.1 Nguyên nhân Do hư hỏng đầu nối với cụm TB-MN mòn bạc lắp trục cụm TB-MN 6.1.3.2 Biện pháp khắc phục - Kiểm tra thất thoát dầu hệ thống thải: tháo ống nối đầu vào tuabin xem có tích tụ muội than cánh tuabin Sự tích tụ muội than cháy dầu gây - Kiểm tra rò rỉ dầu hệ thống nạp: kiểm tra khe hở dọc trục khe hở hướng kính cánh máy nén, kiểm tra có mặt dầu bơi trơn ống hút máy nén 6.2 Phân tích hư hỏng hệ thống tăng áp 6.2.1 Thiếu dầu bôi trơn Việc thiếu dầu có ảnh hưởng lớn đến làm việc bình thường ổ trục, quay roto, đệm làm kín, chí gây gãy trục hay cố nghiêm trọng khác Nhiệt độ làm viêc bình thường ổ trục 60-900C thiếu dầu bơi trơn lên tới 4000C Điều dẫn đến cháy dầu bơi trơn, biến dạng trục, tróc dích vật liệu ổ lên trục dẫn đến va đập cánh cụm TB-MN lên vỏ 6.2.2 Vật lạ rơi vào cụm TB-MN Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN hậu lớn Có thể gây gãy, vỡ cánh MN, cánh TB gây hao mòn nhanh bề mặt ma sát 6.2.3 Dầu bôi trơn bẩn 84 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 Dầu để bơi trơn trục TB-MN trích từ hệ thống bôi trơn động qua hệ thống lọc Nhưng dầu bôi trơn bị bẩn làm cho chất lượng bôi trơn dầu không đảm bảo, làm tắc đường ống dẫn dầu bôi trơn, gây tượng thiếu dầu làm cào xước, mài mòn bề mặt ma sát Dầu bẩn lọc khơng tốt, tượng cháy dầu, dẫn đến pha trộn dầu với lượng muội than dầu cháy tích tụ cặn vị trí khó lưu thông dầu hệ thống 6.3 Kiểm tra hệ thống tăng áp động 6.3.1 Kiểm tra hệ thống khí nạp Kiểm tra rị rỉ, tắc kẹt đường ống nối bầu lọc khí với đường nạp, đường nạp với cụm TB-MN cụm TB-MN đường ống nối với động Các hư hỏng hệ thống này, cần khắc phục theo trình tự sau : - Tắc lọc khí: làm thay ; - Vỏ bị hỏng biến dạng: sửa chữa thay ; - Rò rỉ đầu nối: kiểm tra đầu nối sửa chữa ; - Nứt vỡ phụ kiện: sửa chữa thay 6.3.2 Kiểm tra hệ thống thải Kiểm tra rò rỉ hay tắc kẹt đường ống nối động với đầu vào cụm TB-MN đầu cụm TB-MN 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: sửa chữa thay 6.3.3 Kiểm tra hoạt động chấp hành - Tháo ống chấp hành - Dùng đồng hồ đo áp suất tuabin tăng áp, áp suất khoảng 0,81 kg/cm lên chấp hành kiểm tra cần dịch chuyển Nếu cần không dịch chuyển, thay cụm tuabin tăng áp Lưu ý: không tạo áp suất lớn 0,95 kg/ cm2 lên chấp hành - Kiểm tra màng cao su bị thũng hay xé rách co giản mức, vậy, phải thay - Kiểm tra lị xo có biến dạng hay lực đàn hồi q yếu, làm cần điều khiển khơng có tác dụng 6.4 Các điểm cần lưu ý sử dụng hệ thống tăng áp - Không dừng động sau ôtô vận hành tốc độ cao, tải lớn leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu hệ thống bôi trơn bị tắt, dẫn đến thiếu cung cấp cho bề mặt ma sát hệ thống tăng áp vốn làm việc với tốc độ lớn Hiện 85 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 tượng gây cháy TB gây hư hỏng nặng cho cụm TB-MN Do đó, ý cần phải có thời gian chạy khơng tải động khoảng 20 ÷ 120 s trước cho dừng hẳn động Thời gian chạy không tải dài hay ngắn phụ thuộc vào mức độ hoạt động động trước dừng - Tránh tăng tốc đột ngột sau động vừa khởi động lạnh - Động phải vận hành điều kiện có bầu lọc khí, tránh trường hợp có 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 sau tháo bỏ phần cần thiết + Mức dầu chất lượng dầu bôi trơn động ; + Điều kiện vận hành trước động ; + Đường dầu bôi trơn dẫn đến 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 - Trước di chuyển cụm TB-MN, phải che kín đường nạp, đường thải phễu kiểm tra dầu để tránh xâm nhập bụi bẩn vật lạ - Nếu thay cụm 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 tồn đệm bị dính chặt vào mặt bích ống dẫn dầu bích nối khác cụm TB-MN - Nếu thay bulơng đai ốc thực có bulơng, đai ốc theo định nhà sản xuất để đảm bảo không bị đứt biến dạng - Nếu thay cụm TB-MN, cần đổ 20 ÷ 50cc dầu bơi trơn vào phễu đổ dầu cụm TB-MN quay cánh MN tay để đưa dầu đến ổ trục - Nếu sửa chữa lớn thay động cơ, sau lắp, cắt hệ thống cung cấp nhiên liệu quay động tay vòng 30s để phân phối dầu bơi trơn đến khắp vị trí cần bơi trơn động cơ, sau khởi động động cho chạy không tải khoảng 60s 6.5 Phương pháp tháo lắp cụm TB-MN Trước hết việc tháo lắp cụm TB-MN cần phải tuân thủ theo trình tự dẫn nhà thiết kế quy định, tránh việc tháo cụm TB-MN chưa xác định rõ nguyên nhân chưa xác định mục đích rõ ràng 86 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 Quá trình lắp cụm TB-MN vào động quan trọng đòi hỏi cẩn thận xác người thợ Các bước lắp đặt cụm TB-MN tiến hành theo trình tự ngược lại so với lúc tháo Tuy nhiên, cần ý đến lực siết bulông, đai ốc phải theo yêu cầu Ngoài ra, sau lắp đặt xong, cần phải ý số công việc cần phải thực sau : + Tra dầu vào cụm TB-MN quay tay để đưa dầu bôi trơn vào ổ trục ; + Đổ đầy nước làm mát vào két làm mát động ; + Kiểm tra mức dầu bôi trơn động ; + Khởi động động kiểm tra xem có tượng rị rỉ không KẾT LUẬN Qua việc nghiên cứu đề tài tăng áp động mà cụ thể đề tài: tăng áp turbo khí xả động 4DX22-110, thơng qua việc tìm hiểu lý thuyết tính tốn kiểm nghiệm JP60C, đến nay, em hồn thành xong đồ án Qua 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 4DX22-110 kết cấu nhiều điều mẻ từ thực tế Em học tập nhiều kinh nghiệm công tác bảo dưỡng, vận hành 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 tồn thể thầy giáo Khoa 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 giáo PGS.TS.TRẦN THANH HẢI TÙNG 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 Cho nên, đồ án không tránh khỏi sai sót, mong thầy quan tâm góp ý để kiến thức em ngày hoàn thiện 87 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 TÀI LIỆU THAM KHẢO  Kết cấu tính toán động đốt trong.- Tập 1,2,3 Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến - Phạm Văn Thế Nhà xuất đại học trung học chuyên nghiệp Hà Nội - 1977 Nguyên lý động đốt Nguyễn Tất Tiến Nhà xuất giáo dục - 2000 Tăng áp động đốt Võ Nghĩa – Lê Anh Tuấn Nhà xuất khoa hoc kỹ thuật Hà Nội - 2005 5.Tuabin khí động phản lực Nguyễn Thành Lương Nhà Xuất giao thông vận tải Bơm, quạt , máy nén Nguyển Văn May Nhà xuất khoa học kỹ thuật - 1997 Tập vẽ giảng môn học kết cấu động đốt PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng Đà Nẵng - 2007 88 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22-110 89 ... Sơ đồ phân loaị phương pháp tăng áp động đốt 2.3.1 Biện pháp tăng áp nhờ máy nén 2.3.1.1 Tăng áp giới Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22- 110 Po,To Hình – Sơ đồ nguyên lý tăng áp khí 1 -Động. .. Xupap dẫn động gián tiếp qua đội, đũa đẩy đòn bẩy 31 Khảo sát hệ thống tăng áp động 4DX22- 110 Hình 3-10 Cơ cấu phân phối khí động 4DX22- 110 3.2.2 Đặc điểm hệ thống động 4DX22- 110 a Hệ thống làm... thống tăng áp động 4DX22- 110 4.1 Sơ đồ hệ thống tăng áp động 4DX22- 110 15 14 13 12 10 11 Hình – Sơ đồ bố trí hệ thống tăng áp động 1- Bầu lọc khơng khí; 2- Ống nạp trước máy nén; 3- Động cơ; 4-