ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 490ZL

Mã đồ án	OTTN000000025
Đánh giá:	5.0
Mô tả đồ án	Đồ án có dung lượng 320MB. Bao gồm đầy đủ các file như: File bản vẽ cad 2D (Bản vẽ mặt cắt dọc động cơ 490ZL, bản vẽ các sơ đồ hệ thống tăng áp trong động cơ đốt trong, bản vẽ sơ đồ hệ thống tăng áp động cơ 490ZL, bản vẽ buồng xoắn của tuabin xoắn hướng kính, bản vẽ kết cấu bộ tăng áp của tuabin khí, bản vẽ kết cấu các chi tiết của tuabin tăng áp, bản vẽ kết cấu máy nén khí...); file word (Bản thuyết minh, bản trình chiếu Powerpoint…). Ngoài ra còn cung cấp rất nhiều các tài liệu chuyên ngành, các tài liệu phục vụ cho thiết kế đồ án, các video mô phỏng........... KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 490ZL.
Giá:	750,000 VND

Nội dung tóm tắt

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU.. 1

MỤC LỤC.. 2

1. MỤC ĐÍCH, Ý GHĨA CỦA ĐỀ TÀI 5

2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 490ZL.. 6

2.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 490ZL.. 7

2.2. Đặc điểm các cụm chi tiết,cơ cấu và hệ thống của động cơ 490ZL.. 10

2.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ 490ZL.. 10

2.2.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ 490ZL.. 14

3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP. 18

3.1. Định nghĩa tăng áp. 18

3.2. Mục đích của tăng áp. 18

3.3. Phân loại tăng áp. 18

3.3.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén. 19

3.3.2. Biện pháp tăng áp không có máy nén. 23

3.4. Tăng áp cho động cơ diesel 28

3.4.1. Tăng áp cho động cơ diesel bốn kỳ. 28

3.4.2.Tăng áp cho động cơ diesel hai kỳ. 30

3.5. Tăng áp cho động cơ xăng và động cơ ga. 30

3.5.1. Tăng áp cho động cơ xăng. 30

3.5.2. Tăng áp cho động cơ ga. 31

3.6.2. Đặc tính của tuabin. 33

4. KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 490ZL.. 35

4.1. Hệ thống nạp, thải của động cơ 490ZL.. 35

4.2. Hệ thống nạp động cơ 490ZL.. 36

4.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ 490ZL.. 36

4.2.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp. 37

4.3. Hệ thống thải động cơ 490ZL.. 37

4.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ 490ZL.. 37

4.3.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ 490ZL.. 38

4.4. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ 490ZL.. 39

4.4.1. Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ 490ZL.. 41

4.4.2. Nguyên lý làm việc máy nén khí trong TURBO GA 1088K.. 48

4.4.3 Nguyên lý làm việc của tuabin khí trong turbo tăng áp GA 1088K.. 50

4.4.4. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin. 51

4.4.5. Phối hợp giữa tuabin- máy nén với động cơ đốt trong. 52

5. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TUABIN TĂNG ÁP. 53

5.1. Các số liệu cho trước và các thông số chọn. 53

5.2. Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén. 55

5.3. Tính toán bộ tuabin tăng áp. 57

5.3.1. Tính toán máy nén. 57

5.3.2. Tính toán tuabin. 62

6.1. Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục. 66

6.1.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn. 67

6.1.2. Có tiếng ồn bất thường. 67

6.1.3. Tiêu hao dầu lớn và khói xanh. 68

6.2. Hệ quả các hư hỏng và biện pháp khắc phục. 68

6.2.1. Thiếu dầu. 68

6.2.2. Vật lạ rơi vào TB.. 68

6.2.3. Dầu bẩn. 69

6.3.2. Kiểm tra hệ thống thải 69

6.4. Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp. 69

6.5. Tháo và lắp cụm tuabin - máy nén. 70

6.5.1. Các chú ý khi tháo lắp. 71

6.5.2. Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa. 72

6.5.3. Kiểm tra tuabin tăng áp. 72

KẾT LUẬN.. 74

TÀI LIỆU THAM KHẢO.. 75

LỜI NÓI ĐÀU

Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuối cùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sư của trường đại học Bchá khoa mà mọi sinh viên trước khi bước vào thực tế công việc phải thực hiện. Nó giúp cho sinh viên tổng hợp và khái quát lại kiến thức từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành. Qua quá trình thực hiện đồ án sinh viên tự rút ra nhận xét và kinh nghiệm cho bản thân trước khi bước vào công việc thực tế của một kỹ sư tương lai.

Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hàng trăm năm. Để hiểu rõ hơn về lịch sử phát triển của các quá trình tăng áp cho tới các biện pháp tăng áp và cuối cùng là những hư hỏng thông thường cũng như việc tính toán kiểm nghiệm bộ tuabin tăng áp. Trong đó, Tăng áp tuabin khí là một loại tăng áp phổ biến hiện nay. Do vậy, việc nghiên cứu tìm hiểu một cách toàn diện về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt trong nói chung và cho một hệ thống tăng áp tuabin khí cụ thể của một động cơ nói riêng là rất cần thiết. Chính vì vậy, em chọn đề tài đồ án tốt nghiệp là: “Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL”

Tuy nhiên do những hạn chế về thời giạn, kinh nghiệm thực tiễn, kiến thức cũng như tài liệu tham khảo, nên trong phạm vi đồ án này em không thể trình bày được hết các vấn đề liên quan cũng như tìm hiểu sâu hơn mối quan hệ giữa hệ thống này với hệ thống khác. Vì thế chắc chắn không tránh khỏi những sai sót trong vấn đề thực hiện. Rất mong có được sự quan tâm chỉ bảo hơn nữa của các thấy cô cùng các bạn.

Sau cùng, em xin chân thành cảm ơn thầy giáo:……………… cùng toàn thể thầy cô khoa cơ khí giao thông và các bạn, những người đã trực tiếp giúp đỡ chỉ dẫn, góp ý kiến cho em trong suốt thời gian thực hiện đồ án này.

……. Ngày… tháng …năm 20…

Sinh viên thực hiện.

…………………

1. MỤC ĐÍCH, Ý GHĨA CỦA ĐỀ TÀI

Ngành động cơ đốt trong đã có lịch sử phát triển hơn một trăm năm, trong quá trình phát triển đã trải qua nhiều thăng trầm do nhiều nguyên nhân khác nhau. Ví dụ người ta hy vọng vào một nguồn tài nguyên khác có đặc tính khác tốt hơn hoặc do lo sợ về sự cạn kiệt của nguồn nguyên liệu được biểu hiện ở cuộc khủng hoảng những năm 70 của thế kỷ XX, thêm vào đó là vấn đề ô nhiễm do nó gây ra đối với môi trường và sức khỏe con người.

Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong đă có những bước phát triển kỳ diệu, vượt bậc trong nguyên cứu chế tạo động cơ xăng cũng như động cơ diesel đời mới có tính năng kinh tế, kỹ thuật vượt trội ra đời đã đánh bại mọi sự nghi ngờ về sự phát triển của nó.

Nhờ những ưu điểm vượt trội về nhiều mặt, đặc biệt là hiệu suất cao trong phạm vi công suất rộng, nhỏ gọn, nên động cơ đốt trong ngày nay chíêm ưu thế tuyệt đối trong mọi lĩnh vực như vận tải đường bộ, đường thủy, đường sắt, hàng không, phát điện dự phòng,…

Lịch sử phát triển ngành động cơ đốt trong luôn gắn liền với lịch sử phát triển hệ thống tăng áp của nó. Ngày nay, hầu hết các động cơ xăng hiện đại đều sử dụng các loại tăng áp không có máy nén như: tăng áp dao động và cộng hưởng, tăng áp sóng áp suất, hoặc kết hợp các tăng áp này với tăng áp tua bin khí.

Động cơ diesel ngày nay có nhu cầu tăng áp rất lớn và được áp dụng với hầu hết các hình thức tăng áp cũng như tổ hợp của nhiều hình thức tăng áp. Thành tựu tăng áp cho động cơ diesel là thành tựu tăng áp đáng kể nhất cho động cơ đốt trong.

Nhằm mục đích tăng công suất cho động cơ đốt trong, người ta phải tìm cách tăng khối lượng không khí và nhiên liệu cháy ở một dung tích xilanh trong một đơn vị thời gian, tức là tăng khối lượng nhiệt nhiên liệu phát ra trong một không gian và thời gian cho trước.

Mục đích cơ bản của tăng áp động cơ là làm cho công suất của nó tăng lên. Nhưng đồng thời tăng áp cho phép cải thiện một số chỉ tiêu sau.

+ Giảm thể tích toàn bộ của động cơ đốt trong ứng với một đơn vị công suất.

+ Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất.

+ Giảm giá thành sản suất ứng với một đơn vị công suất.

+ Hiệu suất động cơ tăng, đặc biệt là tăng áp bằng tua bin khí và do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm.

+ Có thể làm giảm lượng khí thải độc hạ

+ Giảm độ ồn của động cơ.

Để hiểu rõ hơn về vấn đề tăng áp cho động cơ đốt trong nói chung và tăng áp bằng tuabin khí nói riêng em đã chọn đề tài “Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL”

2. GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ 490ZL

Động cơ 490ZL do hãng JIANGSU SIDA của Trung Quốc sản xuất được lắp trên xe THAICO FOTON tải 2 tấn. Động cơ gồm 4 xylanh thẳng, hàng thứ tự làm việc là 1- 3- 4 -2. Động cơ sử dụng nhiên liệu diesel và được phun gián tiếp vào buồng cháy. Buồng cháy trên động cơ 490ZL là loại buồng cháy ngăn cách kiểu xoáy lốc. Không gian buồng cháy được chia làm hai phần: Buồng cháy xoáy lốc và buồng cháy chính, được nối với nhau bằng đường thông lớn. Đỉnh pittông được khoét lõm.Trên mỗi xylanh gồm có 1 xupáp nạp và một xupáp thải. Chính những đặc điểm đó đảm bảo cải thiện quá trình cháy của động cơ. Nhờ vào đặc tính của buồng cháy xoáy lốc mà quá trính cháy vẫn kết thúc kịp thời và động cơ có thể chạy ở tốc độ cao kể cả trường hợp phun nhiên liệu rất trễ, hạn chế tốc độ cháy, tốc độ tăng áp khi cháy và động cơ làm việc ít ồn hơn. Tuy nhiên động cơ 490ZL cũng có những nhược điểm: hiệu suất không cao, gây ra tiếng ồn ở chế độ không tải và ít tải.

2.1 Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 490ZL

Các đặc điểm và thông số kỹ thuật của động cơ 490ZL thể hiện như bảng 2.1.

2.2. Đặc điểm các cụm chi tiết,cơ cấu và hệ thống của động cơ 490ZL

2.2.1. Đặc điểm các cụm chi tiết, cơ cấu trên động cơ 490ZL

2.2.1.1. Nhóm Pittông

Nhóm pittông gồm: Pittông, chốt pittông, xéc măng khí, xéc măng dầu và các chi tiết hãm chốt pittông. Pittông là một chi tiết quan trọng của động cơ, cùng với xy lanh và nắp máy tạo thành buồng cháy. Điều kiện làm việc của pittông rất khắc nghiệt: chịu lực tác dụng rất lớn, chịu nhiệt độ và áp suất cao, chịu mài mòn lớn.

Trong quá trình làm việc, nhóm pittông có nhiệm vụ chính sau:

- Đảm bảo bao kín buồng cháy, giữ không cho không khí cháy lọt xuống các te và ngăn không cho dầu nhờn từ hộp trục khuỷu sục lên buồng cháy.

- Tiếp nhận lực khí thể và truyền lực ấy cho thanh truyền để làm quay trục khuỷu, nén khí trong quá trình nén, đẩy khí thải ra khỏi xy lanh trong quá trình thải và hút khí nạp mới vào buồng cháy trong quá trình nạp.

Hình 2 – 5 Nhóm pittông

1-Chốt pittông ; 2- Vòng hãm chốt pittông ; 3- Xéc măng dầu;

4- xéc măng khí ; 5- xéc măng khí

2.2.1.2. Nhóm thanh truyền.

Nhóm thanh truyền bao gồm: Thanh truyền, bulông thanh truyền và bạc.

-Thanh truyền là chi tiết dùng để nối pittông với trục khuỷu. Nó có tác dụng truyền lực tác dụng trên pittông xuống trục khuỷu để làm quay trục khuỷu.Trong quá trình làm việc, thanh truyền chịu tác dụng của lực khí thể trong xy lanh, lực quán tính của thanh truyền, lực quán tính chuyển động tịnh tiến của nhóm pittông.

- Đầu nhỏ thanh truyền (đầu lắp với chốt pittông) bị biến dạng dưới tác dụng của lực quán tính chuyển động tịnh tiến(không kể lực quán tính do khối lượng đầu nhỏ gây ra ) . Đầu to thanh truyền (đầu lắp với chốt khuỷa ) chịu tác dụng của lực quán tính của nhóm pitttông và thanh truyền .Thân thanh truyền chịu nén dưới tác dụng của lực khí thể và chịu uốn trong mặc phẳng lắc của thanh truyền dưới tác dụng của lực quán tính .

- Khi động cơ làm việc, lực khí thể và lực quán tính thay đổi theo chu kỳ về trị sồ và hướng.Do đó tải trọng tác dụng trên thanh truyền là tải trọng thay đổi và có tính chất va đập .

Hình 2 – 6 Kết cấu thanh truyền động cơ 490ZL

1-Lỗ hứng dầu; 2-Đầu nhỏ; 3-Rãnh dầu; 4-Bulông thanh truyền;

5-Bạc lót đầu to; 6-Đầu to;7-Thân thanh truyền.

2.2.1.3. Trục khuỷu

Trục khuỷu là một trong những chi tiết máy quan trọng nhất. Nó tiếp nhận lực tác dụng trên pittông truyền qua thanh truyền và biến chuyển động tịnh tiến của pittông thành chuyển động quay của trục để đưa công suất ra ngoài. Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu tác dụng của lực khí thể và lực quán tính. Những lực này có trị số rất lớn và thay đổi theo chu kì nhất định nên có tính chất va đập mạnh, gây ra ứng suất uốn và xoắn trục đồng thời còn gây ra hiện tượng dao động dọc và dao động xoắn làm rung động cơ, gây mất cân bằng. Để đảm bảo cân bằng cho động cơ trong quá trình làm việc người ta bố trí hai trục cân bằng.

Kết cấu trục khuỷu gồm các phần: đầu trục khuỷu, cổ trục khuỷu, chốt khuỷu, má khuỷu và đuôi trục khuỷu.

Trục khuỷu của động cơ 490ZL được đúc liền thành một khối bằng thép hợp kim, bao gồm 5 cổ khuỷu và 4 chốt khuỷu. bên trong trục khuỷu có khoang các đường dầu để bôi trơn các bề mặt ma sát như chốt khuỷu, má khuỷu... đầu trục khuỷu có hai rảnh then để lắp bánh răng dẩn động bơm cao áp, puly dẩn động bơm nước và máy phát. Bánh đà được lắp ở đui trục khuỷu bằng các bulông.

Hình 7-2 Kết cấu trục khuỷu động cơ 490ZL

1-Đầu trục khuỷu; 2-Cổ trục;3-Đường dầu bôi trơn; 4-Chốt khuỷa;

5-Má khuỷa ;6-Đuôi trục khuỷu.

2.2.1.4. Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phân phối khí dùng để thực hiện quá trình thay đổi khí: thải sạch khí thải ra khỏi xy lanh và nạp đầy khí hỗn hợp hoặc không khí mới vào xy lanh để động cơ làm việc được liên tục. Cơ cấu phân phối khí cần đảm bảo các yêu cầu sau:

- Đóng mở đúng thời gian quy định.

- Độ mở lớn để dòng khí dễ lưu thong.

- Khi đóng phải đóng kín, xu pap thải không tự mở trong quá trình nạp.

- Ít mòn, tiếng kêu bé.

- Dễ điều chỉnh và sửa chữa

Động cơ 490ZL có cơ cấu phân phối khí dùng xupap treo. Cách bố trí này tạo cho buồng cháy có kích thước nhỏ gọn, giảm được tổn thất nhiệt, giảm sức cản khí động, tạo điều kiện thận lợi cho việc thải sạch và nạp đầy. Động cơ sử dụng 8 xupáp, gồm 4 xupáp thải và 4 xupáp nạp, xupáp được bố trí hợp lý làm tăng tiết diện lưu thông của dòng khí. Tuy nhiên nó vẫn tồn tại một số nhược điểm là việc dẫn động xupáp phức tạp và làm tăng chiều cao động cơ, kết cấu nắp xy lanh phức tạp hơn và rất khó đúc.

Trên mỗi xy lanh được bố trí một xupáp nạp và một xupáp thải. Xupáp nạp được bố trí về một phía. Đường thải và đường nạp được bố trí về hai phía để giảm sự sấy nóng khí nạp, do đó nâng cao hệ số nạp.

Trục cam được dẫn động bởi trục khuỷu thông qua cơ cấu bánh răng. Xupap được dẫn động gián tiếp qua con đội, đũa đẩy và đòn bẩy.

Hình 2-8 Cơ cấu phân phối khí của động cơ 490ZL

2.2.2. Đặc điểm các hệ thống trên động cơ 490ZL

2.2.2.1. Hệ thống làm mát

Trong quá trình làm việc của động cơ, nhiệt truyền cho các chi tiết tiếp xúc với khí cháy, như: pittông, xécmăng, xupap, nắp xy lanh, thành xy lanh chiếm khoảng 25÷35% nhiệt lượng do nhiên liệu cháy toả ra. Vì vậy các chi tiết đó thường bị đốt nóng, nhiệt độ của chúng rất cao, gây ra những hậu quả xấu, như: làm giảm độ bền, tuổi thọ của chi tiết máy, giảm độ nhớt dầu bôi trơn, tăng tổn thất do ma sát. Hệ thống làm mát có nhiệm vụ thực hiện quá trình truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy rồi truyền đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt độ làm việc của động cơ.

Động cơ 490ZL có hệ thống làm mát bằng nước, tuần hoàn cưỡng bức, gồm: két nước, áo nước, bơm nước, van hằng nhiệt, quạt gió, nắp máy và các đường ống dẫn.

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

Nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt là (80⁰÷ 84⁰).

Két làm mát lắp trên phía đầu xe. Két làm mát có đường nước vào từ van hằng nhiệt và có đường nước ra đến bơm, trên két nước có các dàn ống dẫn nước gắn cánh tản nhiệt.

Hình 2 – 9 Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ 490ZL

1- Van hằng nhiệt ; 2,4- Ống dẫn hơi nước 3-Bơm nước;

5-Ống phân phối hơi nước; 6- Van xả nước; 7-Quạt gió; 8-Két làm mát

Nguyên lý hoạt động: Nước từ bình chứa nước, qua két làm mát, được dẫn vào bơm nước, đi vào làm mát động cơ. Trong thời gian chạy ấm máy, nhiệt độ động cơ nhỏ hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt (80^o÷ 84^o) thì nước sẽ không qua két làm mát mà đi thẳng đến bơm nước rồi đi vào động cơ. Khi nhiệt độ động cơ lớn hơn nhiệt độ làm việc của van hằng nhiệt thì van sẽ mở ra và cho nước từ động cơ qua két làm mát rồi đến bơm. Như vậy nước sẽ được tuần hoàn cưỡng bức trong quá trình làm việc của động cơ.

2.2.2.2. Hệ thống bôi trơn.

Hệ thống bôi trơn có nhiệm vụ đưa dầu đến bôi trơn các bề mặt ma sát, làm giảm tổn thất ma sát, làm mát ổ trục, tẩy rửa các bề mặt ma sát.

Hệ thống bôi trơn gồm có: Bơm dầu loại bánh răng, lọc dầu, cácte, đường ống dẫn dầu, két làm mát dầu và van an toàn.

Hệ thống bôi trơn động cơ 490ZL kiểu cưỡng bức cácte ướt và vung toé, dùng để đưa dầu đi bôi trơn các bề mặt ma sát và làm mát các chi tiết.

Hình 2 – 10 Sơ đồ khối hệ thống bôi trơ

1-Cát te; 2-Bơm dầu; 3-Bình lọc dầu thô; 4-Đồng hồ đo áp suất dầu;

5-Đũa đẩy; 6-Giàn cò mổ; 7-Xupap ; 8- Trục cam;

9- Bình lọc dầu tinh;10-Đường dầu chính ; 11-Trục khuỷa.

Để bôi trơn bề mặt làm việc giữa mặt cam và cò mổ, trong thân trục cam có khoan một đường ống dầu và từ đường dầu này sẽ có các đường dầu nhỏ để bôi trơn từng từng mặt cam như trên hình vẽ.

Hình 2-11. Trục cam và cách bố trí đường dầu bôi trơn.

1-Bạc ; 2- Đường dầu; 3- Bulông; 4- Cam; 5- Cổ trục.

Ngoài ra, động cơ 490ZL có sử dụng tubin tăng áp, nên trên đường dầu chính của hệ

thống bôi trơn có đường dầu đến bộ tuabin để bôi trơn ổ trục tuabin.

2.2.2.3. Hệ thống nhiên liệu.

Hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel có nhiệm vụ chính sau:

Chứa nhiên liệu dự trữ đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong một khoảng thời gian quy định.

Lọc sạch nước và tạp chất bẩn trong nhiên liệu.

Lượng nhiên liệu cấp cho mỗi chu trình phù hợp với chế độ làm việc của động cơ.

Cung cấp nhiên liệu vào xy lanh đúng thời điểm theo quy luật đã định.

Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào xy lanh theo trình tự làm việc của động cơ.

Hình 2 – 12 Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ 490ZL

1-Bu lông xả khí; 2-Bầu lọc nhiên liệu; 3,5,6,11-Ống dẫn nhiên liệu;

4-Vòi phun;7-Van tràn; 8-Bơm cao áp; 9- Bơm chuyển;

12-Thùng chứa nhiên liệu ;13- Bu lông xả nước

Nguyên lý làm việc : Bơm chuyển nhiên liệu 9 hút nhiên liệu từ thùng chứa 12 , sau đó đẩy tới bầu lọc tinh 2 .Tại bầu lọc tinh nhiên liệu được lọc sạch tạp chất , sau đó nhiên liệu theo đường ống 3 tới bơm cao áp 8 . Bơm cao áp tạo cho nhiên liệu một áp suất đủ lớn theo đường ống cao áp 6 đến vòi 4 cung cấp cho xi lanh động cơ, nhiên liệu rò qua khe hở trong kim phun xả trong các tổ bơm cao áp theo đường ống dẫn 5 và 11 trở về thùng chứa . Nhiên liệu đi vào trong xi lanh bơm cao áp không được lẫn không khí vì không khí sẽ làm cho hệ số nạp của các tổ bơm không ổn định thậm chí có thể làm gián đoạn quá trình cấp nhiên liệu

3. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ HỆ THỐNG TĂNG ÁP

3.1. Định nghĩa tăng áp

- Tăng áp là biện pháp làm tăng áp suất không khí nạp, qua đó làm tăng mật độ không khí và lượng nhiên liệu nạp vào xy lanh động cơ trong mỗi chu trình, do đó công suất động cơ sẽ được tăng lên.

3.2. Mục đích của tăng áp

Tăng áp làm cho công suất động cơ diesel tăng lên, đồng thời cho phép cải thiện một số chỉ tiêu:

- Giảm thể tích toàn bộ của ĐCĐT ứng với một đơn vị công suất;

- Giảm trọng lượng riêng của toàn bộ động cơ ứng với một đơn vị công suất;

- Giảm gía thành sản xuất ứng với một đơn vị công suất;

- Hiệu suất của động cơ tăng đặc biệt là khi tăng áp tuabin khí, do đó suất tiêu hao nhiên liệu giảm;

- Có thể làm giảm lượng khí thải độc hại;

- Giảm độ ồn của động cơ.

3.3. Phân loại tăng áp

Dựa vào nguồn năng lượng để nén không khí trước khi đưa vào động cơ, người ta chia tăng áp cho động cơ thành hai nhóm: Tăng áp có máy nén và tăng áp không có máy nén, theo sơ đồ sau:

Hình 3 -1 Sơ đồ phân loaị và các phương pháp tăng áp trên động cơ đốt trong.

3.3.1. Biện pháp tăng áp nhờ máy nén

3.3.1.1. Tăng áp cơ giới

Hình 3 - 2 Sơ đồ nguyên lý tăng áp cơ khí

1-Động cơ đốt trong; 2-Bánh răng truyền động;

3-Máy nén; 4-Đường nạp; 5-Thiết bị làm mát.

Các loại máy nén được sử dụng trong phương pháp tăng áp cơ khí có thể là máy nén kiểu piston, quạt root, trục xoắn, quạt li tâm, hoặc quạt hướng trục, được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ.

Công suất của động cơ đốt trong được xác định theo công thức sau:

N_e = N_i - N_m - N_k

Trong đó:

N_e: Công suất có ích được lấy từ trục khuỷu động cơ.

N_i: Công suất chỉ thị.

N_m: Công suất tổn thất cơ giới của bản thân động cơ.

N_k: Công suất để dẫn động máy nén.

Công suất dẫn động máy nén chỉ phụ thuộc vào số vòng quay của nó, vì vậy nếu động cơ làm việc ở chế độ tải nhỏ thì số phần trăm công suất tổn thất cho việc dẫn động máy nén tăng lên, làm giảm mạnh hiệu suất tổng của động cơ đốt trong.

Công suất dẫn động máy nén tăng nhanh hơn mức độ tăng áp suất chỉ thị p_i, vì vậy khi sử dụng tăng áp dẫn động cơ khí sẽ làm cho hiệu suất động cơ giảm khi áp suất tăng áp tăng. Chính vì vậy, phương pháp tăng áp dẫn động cơ khí chỉ được áp dụng ở những mục đích cần thiết và áp suất tăng áp p_k nhỏ hơn hoặc bằng 1,6 KG/cm², nếu p_k lớn hơn 1,6 KG/cm² thì N_k sẽ lớn hơn 10%Ne.

Với phương pháp tăng áp cơ giới, chất lượng khởi động và tăng tốc động cơ tốt, vì lượng không khí cấp cho động cơ trong một chu trình phụ thuộc vào tốc độ trục khuỷu mà không phụ thuộc vào nhiệt độ khí thải. Tuy nhiên, đối với tăng áp cơ giới, năng lượng tiêu hao để dẫn động máy nén tăng lên, nên làm giảm hiệu suất, làm giảm tính kinh tế của động cơ.

3.3.1.2. Động cơ tăng áp bằng tuabin khí

Tăng áp bằng tuabin khí: Là biện pháp tăng áp mà máy nén được dẫn động nhờ tuabin tận dụng năng lượng khí thải của động cơ đốt trong.

Khí xả của ĐCĐT có nhiệt độ và áp suất cao, nên nhiệt năng của nó tương đối lớn. Muốn khí thải sinh công, nó phải được giãn nở trong một thiết bị để tạo ra công cơ học. Nếu để nó giãn nở trong xi lanh của ĐCĐT thì dung tích của xilanh sẽ rất lớn, làm cho kích thước của ĐCĐT quá lớn, nặng nề. Điều này mặc dù làm tăng hiệu suất nhiệt nhưng tính hiệu quả được đánh giá bằng giá trị áp suất trung bình sẽ rất nhỏ. Để tận dụng tốt năng lượng khí xả, người ta cho nó giãn nở đến áp suất môi trường và sinh công trong các cánh của tua bin (TB).

a). Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ cơ khí

Trong phương án này, trục tuabin, động cơ đốt trong và máy nén được nối liền nhau. Kết cấu này bao gồm máy nén hướng trục nhiều cấp, động cơ diesel 4 kỳ và tuabin hướng trục nhiều cấp được nối đồng trục. Áp suất của khí nạp vào xi lanh động cơ đạt 3÷4 kG/cm², khí xả sau khi ra khỏi xi lanh động cơ đốt trong trước khi vào tuabin đạt áp suất 16 kG/cm². Tuy nhiên phương án này gặp phải các hạn chế :

- Công xả của khí xả ĐCĐT tăng lên quá cao;

- Khí sót trong xilanh rất lớn làm cho lượng khí mới nạp vào xilanh giảm.

b) Tăng áp bằng tuabin khí liên hệ khí thể

Theo phương án này, tuabin và máy nén được nối đồng trục với nhau. Khí xả được giãn nở trong cánh tuabin sẽ làm tuabin quay và dẫn động máy nén, nén không khí tới áp suất tăng áp và đưa vào động cơ. Phương án này cho phép tận dụng tối đa năng lượng khí thải, tạo ra hiệu suất cao cho động cơ.

Hình 3 - 3 Sơ đồ nguyên lý tăng áp bằng tuabin khí chỉ liên hệ khí thể

1-Máy nén; 2-Thiết bị làm mát; 3-Động cơ; 4-Bình xả; 5-Tuabin.

c). Tăng áp bằng tuabin khí có liên hệ thuỷ lực.

a) b)

Hình 3 - 4 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 và tua bin tận dụng năng lượng khí xả.

c) Cơ cấu nối qua hộp số có tuabin tận dụng năng lượng khí xả dẫn động máy phát điện.

Các phương án kết nối giữa động cơ đốt trong và cụm tuabin - máy nén cũng rất phong phú. Hình 3 - 4 trình bày các phương pháp kết nối này. Trong đó, hình 3 - 4 a là cách ghép nối thông dụng nhất, nó cho phép điều chỉnh chế độ tăng áp theo chế độ làm việc của động cơ đốt trong. Ngoài ra, còn có các phương pháp kết nối khác nhằm tận dụng năng lượng khí xả, như hình 3 - 4 b,c.

3.3.1.3. Tăng áp hỗn hợp

Trong tăng áp hỗn hợp, người ta sử dụng hai hệ thống máy nén khác nhau, một được dẫn động bằng tuabin khí và một được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ.

Tuỳ thuộc vào vị trí của máy nén người ta có hai dạng ghép nối: Lắp nối tiếp và lắp song song.

Hình 3 - 5 Sơ đồ nguyên lý phương án tăng áp hỗn hợp cho động cơ

a- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp thuận.

b- Tăng áp hỗn hợp lắp nối tiếp nghịch.

c- Tăng áp hỗn hợp 2 tầng lắp song song.

1-Động cơ; 2-Tuabin; 3-Máy nén; 4-Máy nén dẫn động cơ khí; 5-Khớp nối 6-Thiết bị làm mát trong sơ đồ a, b và bình nạp chung trong sơ đồ (c)

Trong các phương án lắp ghép này máy nén dẫn động cơ khí có thể sử dụng máy nén ly tâm, hướng trục, trục vít, quạt Root hoạt động hoàn toàn độc lập với máy nén dẫn động bởi tuabin khí.

Đối với phương án lắp thuận: Máy nén dẫn động cơ khí đứng sau máy nén dẫn động bằng tuabin khí. Khí tăng áp được máy nén dẫn động bằng tuabin khí hút từ môi trường, sau đó dẫn tới máy nén dẫn động cơ khí và đi 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 cơ khí đứng trước, lưu lượng khí nạp vào ĐCĐT phụ thuộc vào lưu lượng máy nén dẫn động cơ khí, vì thế phụ thuộc vào chế độ tốc độ động cơ và lưu lượng cung cấp cho một chu trình là không đổi.

Trong động cơ tăng áp hỗn hợp lắp song song người ta dùng một máy nén dẫn động cơ giới hoặc dùng không gian bên dưới của xi lanh làm máy nén (trường hợp động cơ có guốc trượt) cung cấp không khí cho động cơ, song song với bộ "máy nén tuốc bin khí"quay tự do. Như vậy, mỗi máy nén trong hệ thống chỉ cần cung cấp một phần không khí nén vào bình chứa chung.

Ưu điểm chủ yếu của hệ thống tăng áp lắp song song là khí tăng áp nạp vào động cơ được cung cấp đồng thời nhờ hai máy nén, lưu lượng không khí qua mỗi máy nén đều nhỏ. Do đó kích thước của mỗi máy nén đều nhỏ so với hệ thống tăng áp lắp nối tiếp.

3.3.2. Biện pháp tăng áp không có máy nén

Sau đây là các phương pháp làm cho áp suất nạp vào động cơ đốt trong lớn hơn giá trị thông thường mà không cần dùng đến máy nén cũng như một số phương pháp tăng áp cao đang phổ biến trong thực tế.

3.3.2.1. Tăng áp dao động và cộng hưởng

Người ta sử dụng sự dao động của dòng khí và tính cộng hưởng của dao động để tăng áp suất của môi chất trong xi lanh lúc đóng xupap nạp.Quá trình đóng và mở một cách có chu kì của các xupap kích thích sự dao động của dòng khí. Sự dao động của áp suất tại mỗi vị trí trên đường chuyển động của khí thay đổi theo thời gian , sự thay đổi phụ thuộc vào pha và tần số của ĐCĐT cũng như thời gian đóng mở của xupap . Do vậy , sự dao động này có thể làm tăng hoặc giảm lượng môi chất nạp vào xilanh theo pha và tần số của ĐCĐT

Theo phương pháp tăng áp này, công nạp của piston được chuyển hóa thành năng lượng động lực học của cột khí và chính năng lượng này sẽ chuyển hóa thành công nén làm tăng áp suất trong xi lanh cuối quá trình nạp.

a) b)

Hình 3 - 6 Sơ đồ hệ thống tăng áp dao động và 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 của áp suất trên đường ống trong quá trình nạp, thải nếu xem xét theo lý thuyết truyền sóng thì đó là quá trình dịch chuyển của sóng nén và sóng giãn nở. Do có sự dao động của áp suất trên đường nạp, thải của động cơ mà ở đó xuất hiện quá trình truyền sóng (sóng áp suất và sóng tốc độ). Ở trạng thái tĩnh, tốc độ truyền sóng a được xác định như sau:

Trong đó: k-Chỉ số nén đoạn nhiệt; R- Hằng số chất khí; T-Nhiệt độ tuyệt đối.

Sự biến thiên của áp suất và tốc độ phụ thuộc vào thời gian và vị trí, theo quan hệ:

) ; V= ƒ(x, t)

Sóng áp suất và sóng tốc độ cùng xuất hiện và cùng được truyền với tốc độ truyền sóng a . Nếu tốc độ của các phần tử chuyển động cùng chiều với tốc độ truyền sóng và khi sóng truyền tới sẽ làm tăng áp suất thì sóng đó là sóng đó là sóng nén.Nếu chiều truyền sóng ngược lại với chiều của các phần tử chuyển động , khi sóng truyền tới sẽ làm giảm áp suất , sóng đó là sóng giãn nở

Sự dao động của áp suất môi chất trong đường ống nạp thực tế không phải do một sóng đơn giản tạo ra mà do hai họ sóng truyền theo chiều ngược nhau, nó là kết quả của việc tương giao và hợp thành của sóng phát sinh ở đầu này tạo nên sóng phản xạ ở đầu kia.Sóng khí thể cũng vậy, luôn tồn tại tính chồng chất và thường xuyên gặp nhau Khi gặp nhau, biên độ sóng bằng tổng biên độ của hai sóng.Sau khi xuyên qua, tính chất và biên độ của sóng không thay đổi, sóng nén vẫn là sóng nén và sóng giãn nở vẫn là sóng giãn nở.

Sóng áp dương Sóng áp âm Sóng áp dương Sóng áp âm

a) b) c)

Hình 3 - 7 Tương giao của sóng

a-Tương giao của sóng dương, b-Tương giao của sóng âm

c-Tương giao của sóng dương và sóng âm.

Khi piston dịch chuyển từ điểm chết trên (ĐCT) xuống điểm chết dưới (ĐCD) tạo ra trong xilanh sự giảm áp suất. Do áp suất trong xilanh nhỏ hơn áp suất trên đường nạp, nên xuất hiện sự giãn nở trong ống nạp từ xi lanh ra đến đầu hở của ống có áp suất bằng áp suất môi trường p₀. Áp suất môi trường có giá trị không đổi và lớn hơn áp suất trong xilanh, nên xuất hiện quá trình chuyển động ngược lại của áp suất p₀ từ ngoài vào xilanh, đây chính là sóng nén (sóng áp dương).Nếu sóng nén truyền tới xupap mà xupap chưa đóng, sẽ làm tăng áp suất ở khu vực trước xupap và làm tăng hệ số nạp. Sau khi xupap nạp đã đóng, sóng áp suất còn lưu lại vẫn truyền qua truyền lại trong ống.

Để đạt được lượng nạp cực đại trong phạm vi số vòng quay nhất định của ĐCĐT, người ta có thể sử dụng các van để thay đổi có cấp chiều dài của đường ống nạp.

Hình 3 - 8 Nguyên lý của đường ống nạp có chiều dài thay đổi vô cấp.

1-Động cơ; 2-ống nạp hình xuyến; 3-Mặt ngoài cố định; 4-Mặt tang trống;

5-Cửa trên mặt tang trống; 6-Tấm dẫn hướng.

b) Hệ thống tăng áp cộng hưởng

Trong hệ thống này, ống nạp của động cơ là tổ hợp của các bình và ống có khả năng gây ra dao động dòng khí nạp.Việc thiết kế các kích thước và bố trí sao cho quá trình lưu động có tính chu kỳ của dòng khí nạp vào các xi lanh phù hợp với tần số dao động của bình và ống.

Hiện nay, việc tăng áp cho động cơ bằng phương pháp cộng hưởng chưa được phổ biến vì kết cấu đường ống nạp phức tạp, giá thành cao, chỉ được sử dụng trên động cơ đời mới.

3.3.2.2.Tăng áp trao đổi sóng áp suất.

Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 3 – 9 Sơ đồ hệ thống tăng áp bằng sóng khí

1-Không khí thấp áp; 2-Dây đai; 3-Không khí cao áp; 4-Động cơ;

5-Khí thải cao áp; 6-Khí thải thấp áp; 7-Rôto.

Thiết bị là Roto với các rãnh hướng kính nằm dọc trục, các van C, D, và G, F nằm ở đầu nạp và đầu xả là hai mặt bích có bố trí đường dẫn vào và ra. Roto được dẫn động từ trục khuỷu của động cơ. Để đảm bảo hệ thống làm việc được cân đối người ta bố trí 2 ống vào và 2 ống ra trên Stato. Như vậy có 2 chu trình xảy ra đồng thời trong một vòng quay của Roto.

Trong phương án này, sử dụng năng lượng động học của khí xả để nén khí nạp. Sự tăng hay giảm của áp suất được truyền với cùng tốc độ của các xung nén hình thành từ phía có áp suất cao lên phía có áp suất thấp. Dòng khối lượng và xung của sóng áp suất tác dụng trực tiếp lên phía có áp suất thấp chuyển động với tốc độ âm thanh trong môi trường xem xét. Trong lúc đó, dòng năng lượng lại chuyển động với tốc độ chậm hơn, nhờ vậy mà tránh được hiện tượng trộn lẫn giữa khí xả và khí mới. Sơ đồ nguyên lý được biểu diễn ở hình 3 - 10. Ở đây sóng nén hoặc giãn nở của khí thải được sử dụng để truyền trực tiếp năng lượng lên khí nạp. Van C, D được bố trí ở một đầu ống để điều khiển sự lưu thông của khí nạp. Trong khí đó các van G, F được lắp ở đầu ngược lại để điều khiển sự lưu thông của khí xả.Van C, G dùng để điều khiển phía có áp suất cao của chu trình. Van D , F được thông với môi trường xung quanh

Quá trình hoạt động của bộ tăng áp bằng sóng khí được giải thích từ đồ thị khai triển của quá trình truyền sóng áp suất như sau:

Hình 3-10 là sơ đồ khai triển lớp cắt quanh chu vi tại bán kính trung bình của rôto và stato lên mặt phẳng, trên đó chỉ phương hướng lưu động của khí thải và không khí. Tốc độ tiếp tuyến của rôto tại bán kính trung bình được thay bằng tốc độ dịch chuyển của các rãnh thông từ dưới lên trên.

Hình 3 – 10 Sơ đồ khai triển thể hiện quá trình truyền

sóng áp suất trong bộ tăng áp bằng sóng khí đơn giản

A- Bình góp khí xả; B- Bình góp không khí nén.

Ban đầu ống dẫn chứa đầy không khí ở trạng thái áp suất bằng áp suất môi trường và các van C,D,F,G, đều đóng kín. Quá trình xả của động cơ bắt đầu khi pittông đi từ ĐCD đến ĐCT, xupap xả mở áp suất đường xả tăng lên, van G mở ra kích thích tạo ra sóng xung có áp suất cao, van F đóng. Màng khí xả nóng chuyển động phía sau của sóng xung. Nhờ đó khí được nén từ phải sang trái. Van C được mở ra để khí được nén bởi sóng xung đi vào ống có áp suất cao và đi vào xi lanh của ĐCĐT. Van C đóng lại khi màng tiên phong của khí nóng đến để tránh sự hoà trộn của khí thải vào khí mới. Kết thúc giai đoạn này thì phần lớn năng lượng khí xả được truyền cho khí nạp.

Khi C đóng thì G đóng, còn F mở ra. Lúc này sóng giãn nở hình thành, khí thải chứa trong ống dẫn thải hết ra ngoài theo van F. Do sự giãn nở của khí trong ống xả (rảnh dọc trục của roto) làm cho áp suất ở đây nhỏ hơn áp suất khí trời và van D mở ra, không khí đi vào ống van F đóng lại, van D đóng kết thúc chu kỳ làm việc của hệ thống.

v Ưu điểm nổi bật của loại tăng áp bằng sóng khí là áp suất tăng áp càng cao, khi tốc độ động cơ càng thấp, nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp.

v Nhược điểm của loại này là thiết bị cồng kềnh, chiếm không gian lớn, trục khuỷu động cơ dẫn động rôto tiêu thụ 1¸2% công suất động cơ, tiếng ồn lớn, tuổi thọ của rôto thấp nên chưa được sử dụng rộng rãi.

3.3.2.3. Tăng áp tốc độ.

Trong các động cơ đặt trên máy bay hoặc trên ôtô đua còn có thể sử dụng dòng không khí ngược với chiều chuyển động của máy bay và ôtô để làm tăng khối lượng môi chất nạp vào động cơ. Phương pháp này được gọi là phương pháp tăng áp tốc độ.

Hiện nay, phương án này ít được sử dụng nên chỉ giới thiệu sơ lược như trên.

3.3.2.4. Tăng áp cao.

Để đạt được tăng áp cao và tránh được một số hạn chế do tăng áp gây ra, người ta thực hiện các phương pháp tăng áp sau:

- Tăng áp hai cấp.

- Tăng áp Miller.

- Tăng áp siêu cao.

- Tăng áp chuyển dòng.

3.3.2.5. So sánh ưu nhược điểm của hệ thống tăng áp có máy nén và hệ thống tăng áp không có máy nén.

Về mức độ tăng áp: Hệ thống tăng áp có máy nén có khả năng tăng công suất lít và công suất trên một đơn vị diện tích đỉnh piston lớn hơn nhiều so với hệ thống tăng áp không có máy nén. Vì thế các động cơ diesel cỡ lớn đều dùng tăng áp có máy nén. Ngược lại, hệ thống tăng áp không có máy nén có ưu điểm nổi bật là khi tốc độ động cơ càng thấp thì áp suất tăng áp càng cao nhờ đó động cơ sẽ có mômen lớn tại tốc độ thấp, điều này rất thích hợp với điều kiện làm việc của động cơ ô tô.

3.4. Tăng áp cho động cơ diesel

3.4.1. Tăng áp cho động cơ diesel bốn kỳ

Tăng áp bằng tuabin khí xả đầu tiên được sử dụng cho động cơ 4 kỳ. Đối với động cơ diesel, vì để đáp ứng được nhu cầu về nâng cao công suất cho động cơ nên hầu hết trên các động cơ diesel cỡ lớn của tàu thủy, động cơ diesel trên đầu máy xe lửa và diesel phát điện đều dùng hệ thống tăng áp. Nhằm giải quyết vấn đề nạp khí ở các chế độ khởi động và tải nhỏ, đảm bảo độ chênh áp suất đủ để nạp khí vào xilanh ở các chế độ đối với động cơ 4 kỳ đơn giản hơn động cơ 2 kỳ nhờ có hành trình thải và tiêu thụ không khí quét ít. Nói chung sơ đồ nguyên lý tăng áp của các động cơ 4 kỳ giống nhau, chỉ khác nhau một ít về kết cấu đường ống xả và có hoặc không có bầu làm mát không khí tăng áp.

Để chuyển động cơ 4 kỳ sang tăng áp bằng tuabin khí xả không chỉ đơn giản đặt lên động cơ cụm tuabin máy nén và nối đường ống dẫn của nó với bình chứa không khí tăng áp và ống góp khí xả. Động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin khí xả khác với động cơ không tăng áp.

Hình 3 - 11 Sự thay đổi các thông số tăng áp động cơ diesel 4 kỳ theo tải.

P_x, t_x- Áp suất, nhiệt độ khí xả; P_s- Áp suất không khí nạp

Từ hình 3 - 11, thấy rõ độ chênh áp suất tăng nhanh (P_s-P_x) khi tải động cơ tăng. Khi giảm tải độ chênh lệch áp suất (P_s-P_x) giảm xuống. Khi tải của động cơ 4 kỳ khoảng 30¸50% tải định mức, áp suất tăng áp bằng áp suất khí xả trước tuabin (điểm a). Tại thời điểm này không diễn ra quá trình quét. Khi tiếp tục giảm tải, áp suất tăng áp bé hơn áp suất khí sau xupap xả, nên xảy ra hiện tượng dồn ngược khí xả vào xilanh và đường ống nạp không khí tăng áp.

Dẫn khí xả tới tuabin theo đường ống xả riêng. Trong trường hợp nối các ống xả của tất cả các xilanh với 1 đường ống xả chính thì khi áp suất tăng áp thấp (dưới 200KP_a) xung áp suất ngăn cản quét các xilanh khác và là nguyên nhân dồn ngược khí xả vào các xilanh. Nối các ống xả của các xilanh với các đường ống riêng sẽ ngăn ngừa được hiện tượng này và đảm bảo độ chênh áp suất (P_s-P_t) và tạo quá trình quét bình thường của mỗi xilanh.

3.4.2.Tăng áp cho động cơ diesel hai kỳ

Tăng áp tuabin khí xả trong các động cơ diesel tàu thủy 2 kỳ bắt đầu sử dụng muộn hơn so với động cơ 4 kỳ. Động cơ 2 kỳ sử dụng sơ đồ tăng áp tuabin khí xả của động cơ 4 kỳ (nén không khí trong máy nén tuabin một cấp) gặp phải khó khăn do tính đặc biệt của nó. Để đảm bảo quá trình thay đổi khí và làm việc tốt, các động cơ diesel tàu thủy 2 kỳ đều được tăng áp bằng tuabin khí hoặc tăng áp hỗn hợp.

Tính đặc biệt của tăng áp động cơ hai kỳ:

Các tính đặc biệt sau đây của động cơ 2 kỳ gây khó khăn cho việc sử dụng tăng áp tuabin khí xả hay hạn chế việc tăng công suất tăng áp động cơ.

- Cần đảm bảo độ chênh giữa áp suất không khí tăng áp trong bình chứa và áp suất khí xả trong đường ống xả (P_s-P_x) trong tất cả các chế độ tải của động cơ. Đối với động cơ 4 kỳ, nhờ có hành trình xả và nạp đảm bảo xả được hầu hết sản vật cháy ra khỏi xilanh và nạp vào xilanh đủ khối lượng không khí ở các chế độ làm việc bất kỳ. Đối với động cơ 2 kì, nếu ở 1 chế độ làm việc nào đó áp suất tăng áp thấp hơn áp suất khí trong đường ống xả thì chu trình công tác không thể thực hiện được khả năng quét và không nạp vào xilanh đủ lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu. Để đảm bảo quét và nạp không khí vào xilanh, áp suất tăng áp cần phải cao hơn áp suất khí trong trường hợp ống xả ở tất cả các chế độ tải, do vậy tiêu tốn công suất bổ sung để nén không khí đến áp suất cao.

- Để đảm bảo chất lượng thay đổi khí trong động cơ 2 kỳ, yêu cầu hệ số quét lớn hơn so với động cơ 4 kỳ. Hệ số quét của động cơ 2 kỳ = 1,45¸1,65; trong khi đó của động cơ 4 kỳ= 1,07¸1,35. Để tăng hệ số dư lượng không khí quét cần tăng lưu lượng không khí do máy nén cấp và như vậy phải tăng công suất tiêu thụ cho máy nén.

- So với động cơ 4 kỳ, khi áp suất chỉ thị trung bình bằng nhau, nhiệt độ khí xả của động cơ 2 kỳ thấp hơn. Đối với động cơ 2 kỳ ở chế độ định mức, nhiệt độ khí xả nằm trong giới hạn 350¸450⁰C. Còn với động cơ 4 kỳ, có thể đạt 450¸500⁰C. Nguyên nhân giảm nhiệt độ khí xả của động cơ 2 kỳ là do lượng không khí quét lớn. Giảm nhiệt độ khí xả là nguyên nhân giảm công suất tuabin.

3.5. Tăng áp cho động cơ xăng và động cơ ga

3.5.1. Tăng áp cho động cơ xăng

Do đặc điểm của động cơ xăng là khí nạp vào động cơ là hỗn hợp xăng và không khí, mặt khác động cơ xăng dễ gây kích nổ nên việc tăng áp cho động cơ xăng gặp nhiều khó khăn. Hiện nay động cơ xăng tăng áp thường chỉ dùng trong máy bay tải trọng nhỏ, máy bay thể thao, trực thăng còn trên ô tô máy kéo ít sử dụng tăng áp vì công suất của loại động cơ này thường nhỏ 75÷220 KW. Nếu lắp thêm cụm tuabin máy nén sẽ làm giảm tính năng tăng tốc của của động cơ.

Tăng áp cho động cơ xăng dễ gây ra kích nổ vì sẽ làm tăng áp suất và nhiệt độ đầu và cuối quá trình nén. Để tăng áp cho động cơ xăng mà không gây ra kích nổ người ta dùng các biện pháp như sau:

Thay đổi cấu tạo buồng cháy, dùng nhiên liệu chống kích nổ tốt, thay đổi thành phần khí hỗn hợp, thay đổi góc đánh lửa sớm, làm mát trung gian cho khí hỗn hợp ở sau máy nén tăng áp, giảm tỉ số nén động cơ.

Thường người ta chỉ sử dụng động cơ xăng tăng áp trong những điều kiện đặc biệt : làm việc trên núi cao, động cơ luôn luôn chạy ở chế độ toàn tải

3.5.2. Tăng áp cho động cơ ga.

Gồm 2 phương án

Phương án 1: Máy nén đặt sau lò ga và ở trước bộ hỗn hợp

Ưu điểm: Giống ưu điểm động cơ xăng tăng áp, đặt máy nén trước BCHK

Nhược điểm: Bụi của khí ga đi vào máy nén làm cho máy nén chống hỏng. Vì vậy, ta thường dùng máy nén ly tâm, không dùng máy nén ro to hay máy nén pittông.

Phương án 2: Máy nén đặt trước lò ga, giữ nhiệm vụ cung cấp cho cả lò ga và bộ hỗn hợp. Trong trường hợp này, máy nén khí không tiếp xúc với bụi của khí ga nhưng phải đảm bảo cho toàn hệ thống lò ga và đường ống dẫn khí ga thật kín để tránh hoả hoạn.

Hiện nay, tăng áp cho động cơ ga có thể đưa áp suất trung bình của động cơ ga P_e=0,8÷1,1 MN/m² (các loại động cơ ga không tăng áp chỉ đạt P_e=0,55÷0,7 MN/m²). 3.6. Đặc tính của tuabin-máy nén

3.6.1. Đặc tính của máy nén.

Ngoài các ưu điểm nổi trội về kích thước nhỏ và giá thành thấp, MN ly tâm còn cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó không đạt sự hoàn hảo như yêu cầu, nên nó là loại MN luôn được ưu tiên sử dụng trong tăng áp cho ĐCĐT.

Cơ sở để thành lập đặc tính cung cấp khí cho MN ly tâm là phương trình Euler. Phương trình này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa công cung cấp của MN cho 1 kg khí đi qua bánh công tác như sau:

Trong đó:

L: Công cung cấp tương ứng với lượng khí m_k (kg).

U₁, U₂: Tốc độ vòng ở cửa vào và cửa ra (m/s).

C_1u, C_2u: Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến (m/s).

h_t : Công lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí hay còn gọi là độ cao cung cấp lý thuyết (bỏ qua ma sát, không có sự va đập và tách dòng giữa dòng chảy với cánh).(J/kg).

Công thức trên có dấu trừ khi <90⁰ và có dấu cộng khi >90⁰.

Hình 3 - 12 Tam giác tốc độ của bánh công tác máy nén ly tâm.

Chất khí có các tính chất :

- Khi nhiệt độ không đổi, thể tích riêng tỷ lệ nghịch với áp suất.

- Nhiệt độ của chất khí thay đổi rất nhiều khi đi qua máy nén nên khối lượng riêng của nó cũng thay đổi theo.

Do những đặc điểm trên của chất khí mà chúng ta cần phải để ý đến việc sử dụng lưu lượng thể tích hay lưu lượng khối lượng, lưu lượng đầu vào hay lưu lượng đầu ra của MN khi xây dựng đặc tính lưu lượng - áp suất, sao cho sự ảnh hưởng của các tính chất trên là nhỏ nhất.

MN dùng để tăng áp cho ĐCĐT nên khối lượng khí nạp vào động cơ (hay lưu lượng đầu ra của MN) là đáng quan tâm nhất. Đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng và tỉ số tăng áp suất ở cửa ra với cửa vào của MN P₁/P₀ khi tốc độ vòng quay của rôto không đổi.

Thực tế MN ly tâm luôn có các tổn thất sau:

- Rò rỉ qua khe hở giữa rôto với vỏ.

- Tổn thất do ma sát giữa khí với cánh, vỏ với khí.

- Tổn thất do va đập giữa góc vào của dòng khí với góc vào của cánh.

Do đó đường biểu diễn đặc tính thực tế của MN là một đường cong. Dựa vào đường cong này có thể dễ dàng nhận thấy rằng khi độ chênh áp suất trước và sau MN bằng không, tức là P₁/P₀ = 1 thì lưu lượng qua MN lớn nhất.

Trong thực tế, vùng làm việc của MN nằm trong giới hạn ổn định là vùng ứng với lưu lượng nhỏ, vùng còn lại (phía lưu lượng lớn) không được sử dung trong thực tế.

Hình 3 – 13 Đặc tính làm việc của máy nén

Hiệu suất MN cũng chính là tỉ số của độ chênh nhiệt độ khi nén đoạn nhiệt (đoạn nhiệt) với độ chênh nhiệt độ khi nén thực tế (thực tế). Để giảm sự nóng lên của khí tăng áp nhằm tăng khối lượng khí sau MN, cần phải bảo đảm cho MN làm việc ở khu vực hiệu suất nhiệt cao.

Từ các đường đặc tính, ứng với tốc độ vòng quay khác nhau, còn cho thấy khi số vòng quay càng lớn, tốc độ giảm áp suất càng nhanh khi lưu lượng tăng, hay nói cách khác khi ở số vòng quay càng nhỏ đặc tính càng phẳng.

Từ các nhận xét trên cho thấy rằng, khi cần có tỉ số tăng áp cao, người ta cần sử dụng hai MN ghép nối tiếp với nhau.

3.6.2. Đặc tính của tuabin.

Đường đặc tính của TB biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng của khí xả với tỉ số giãn nở của nó ở các số vòng quay khác nhau của rôto TB.Dòng chảy qua TB tuân theo các quy luật sau:

- Nếu áp suất đầu vào không đổi, lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ giảm;

- Năng lượng chứa trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ và áp suất;

- Tốc độ của TB là hàm số của tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến của dòng khí).

Nếu lưu lượng khối lượng m_g của khí xả là không đổi mà nhiệt độ giảm thì lưu lượng thể tích giảm và do đó áp suất của khí xả giảm làm cho tỉ số giãn nở cũng giảm theo. Trong trường hợp đó, các điểm làm việc của TB sẽ là A,B,C,D.

Khác với MN, đối với TB không tồn tại vùng làm việc không ổn định, vì trong tuabin áp suất giảm dần theo phương chuyển động của dòng khí nên sự tách dòng không thể xuất hiện.

Hình 3 - 14 Đặc tính của Tuabin

Đặc tính của TB còn cho thấy m_g là hàm số của độ giãn nở nên tốc độ của TB n_T sẽ tăng khi áp suất đầu ra giảm, tức là nếu tăng độ cao làm việc của thiết bị (cột áp làm việc) thì mật độ không khí giảm (khối lượng riêng của không khí giảm) nên m_g cũng giảm theo.

3.6.3. Đặc tính của cụm tuabin-máy nén.

Trong tăng áp cho ĐCĐT bằng TB-MN thì TB và MN đựơc lắp trên cùng một trục, nên chúng có cùng tốc độ với nhau, mặc dù tính chất của dòng chảy trong tuabin và máy nén khác nhau. Vì vậy để thiết lập đặc tính chung cần chú trọng đến các thông số để thiết lập đặc tính là:

- Lưu lượng khối lượng của khí tăng áp m_K.

- Tỉ số tăng áp của MN, .

- Nhiệt độ khí xã đi qua TB, T_g.

- Tỉ số giãn nở của TB, δ_T.

- Số vòng quay của TB và MN, n_T.

Trong các đại lượng trên, đại lượng quan trọng nhất là lưu lượng khối lượng của khí tăng áp m_k. Đây là đại lượng phản ánh đầy đủ mục đích của việc tăng áp cho ĐCĐT.

Hình 3 - 15 Đặc tính của cụm tuabin – máy nén

4. KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 490ZL

4.1. Hệ thống nạp, thải của động cơ 490ZL

Hệ thống nạp thải của động cơ 490ZL bao gồm : Bầu lọc không khí , bộ tuabin tăng áp , két làm mát không khí , đường ống nạp, đường ống thải

Hệ thống nạp , thải của động cơ 490ZL sử dụng năng lượng khí thải của động cơ để dẫn động tua bin tăng áp.

Không khí mới sau khi qua bầu lọc, được lọc sạch, được hút vào máy nén. Lúc này nhiệt độ và áp suất khí nạp tăng lên, được dẫn qua bộ làm mát khí nạp, đi vào ống góp, rồi được phân phối vào các xy lanh theo thứ tự làm việc của động cơ.

Động cơ 490ZL sử dụng bộ tuabin tăng áp nhằm tận dụng năng lượng khí thải của động cơ để nâng cao hiệu suất của động cơ. Năng lượng khí thải được sử dụng để dẫn động cánh tuabin, cánh nén quay theo (nhờ được gắn đồng trục với tuabin) để nén vào

xy lanh

Hình 4 – 1 Sơ đồ hệ thống nạp thải

1- Bầu lọc không khí ; 2- Cánh máy nén ; 3- Cánh tuabin ; 4- Bình tiêu âm

5- Đường ống thải ; 6- Động cơ ; 7- Đường ống nạp ; 8- Bộ làm mát trung gian

4.2. Hệ thống nạp động cơ 490ZL

4.2.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống nạp động cơ 490ZL

Hình 4 – 2 Sơ đồ pha phối khí kỳ nạp

Khi trục khuỷu quay thanh truyền làm cho piston chuyển dịch từ ĐCT xuống ĐCD, cơ cấu phân phối khí mở thông đường qua xupáp nạp, nối không gian bên trên piston với đường ống nạp. Cùng với mức tăng tốc độ của piston, áp suất môi chất trong xilanh cũng trở lên nhỏ dần so với áp suất môi chất trên đường nạp p_k. Chênh lệch áp suất kể trên tạo nên quá trình nạp môi chất mới từ đường ống nạp vào xilanh

Quá trình nạp trong các xilanh động cơ được thực hiện khi piston đi từ ĐCT đến ĐCD. Góc mở sớm xupap nạp 12⁰, góc đóng muộn xupap nạp 38⁰. Sơ đồ pha phân phối khí kỳ nạp của động cơ 490ZL được biểu diễn trên hình 4-3

4.2.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống nạp

Bầu lọc không khí: Động cơ 490ZL sử dụng loại bầu lọc bằng giấy (lọc khô). Không khí từ môi trường ngoài đi qua bầu lọc. Những chất bẩn được giữ lại, không khí sạch đi vào máy nén được nén đến một áp suất cần thiết rồi được đưa vào xy lanh động cơ.

Máy nén khí nạp: Bộ tuabin tăng áp động cơ 490ZL sử dụng máy nén ly tâm, bánh công tác của máy nén được lắp đồng trục với bánh công tác của tuabin khí xả và được tuabin khí dẫn động.

Đường ống nạp: Có ảnh hưởng rất lớn đến sức cản chuyển động của dòng khí và ảnh hưởng đến hiệu quả tăng áp.Vì vậy đường ống nạp có hình dáng, kích thước, kết cấu phù hợp để trở lực của đường ống nhỏ nhất đảm bảo cho động cơ làm việc tốt, hiệu quả tăng áp cao.

Xupap nạp: Trong hệ thống nạp của động cơ được bố trí hai xupap nạp trên một xy lanh. Tại nấm xupap nạp có mặt làm việc quan trọng là mặt côn. Nó ảnh hưởng đến tiết diện lưu thông dòng không khí nạp và đồng thời việc chọn góc côn còn phải đảm bảo độ cứng vững của mặt nấm. Vì vậy mặt nấm xu pap được chế tạo với góc α= 30°. Tăng đường kính xupap nạp sẽ mở rộng được tiết diện lưu thông qua xupap, nhưng lại bị hạn chế bởi vị trí và cấu tạo của xupap và kích thước của xilanh, kích thước của xupap nạp của động cơ 490ZL lớn hơn kích thước của xupap xả, vì trong biểu thức tính hệ số nạp thì ảnh hưởng của áp suất đầu kỳ nạp lớn hơn ảnh hưởng của áp suất cuối kỳ thải.

4.3. Hệ thống thải động cơ 490ZL

4.3.1. Nguyên lý làm việc của hệ thống thải động cơ 490ZL

Quá trình thải trong xilanh động cơ được thực hiện khi piston đi từ ĐCD lên ĐCT, xupap thải mở với góc mở sớm là 50⁰ và góc đóng muộn là 14⁰.

Hình 4 - 3 Sơ đồ pha phối khí kỳ thải

Thực hiện quá trình xả sạch khí thải ra khỏi xilanh. Piston chuyển dịch từ ĐCD lên ĐCT đẩy khí thải từ xilanh qua xupáp thải đang mở vào ống thải. Do áp suất môi chất trong xilanh cuối kỳ cháy giãn nở khá cao nên xupáp xả phải bắt đầu mở ở cuối kỳ giãn nở khi piston còn cách ĐCD khoảng 40⁰÷60⁰ góc quay trục khuỷu. Nhờ đó giảm được lực cản đối với chuyển động của piston trong kỳ xả va cải thiện việc quét sạch khí thải ra khỏi xilanh động cơ.

4.3.2. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong hệ thống thải động cơ 490ZL

Xupap thải: Trong hệ thống thải, mặt nấm xupap thải chịu phụ tải động và phụ tải nhiệt rất lớn. Mặt nấm xu pap luôn luôn chịu va đập mạnh với đế xupap nên rất dễ biến dạng. Do xupap trực tiếp tiếp xúc với khí cháy nên xupap chịu nhiệt độ rất cao. Ngoài ra do trong khí cháy có tạo thành axit nên gây ra ăn mòn mặt nấm xupáp. Vì vậy đòi hỏi vật liệu làm xupáp phải có độ bền cơ học cao, chịu nhiệt tốt, chống được ăn mòn hóa học và hiện tượng xâm thực của khí thải ở nhiệt độ cao. Để đảm bảo độ bền của xupáp và tiết diện lưu thông của dòng khí thải góc côn trên mặt nấm α=50°.

Tuabin tăng áp hướng kính: Tận dụng năng lượng của khí xả để làm quay tuabin dẫn động máy nén ly tâm làm tăng lượng khí nạp cung cấp cho động cơ, nhờ vậy làm tăng được công suất có ích của động cơ và cải thiện tính kinh tế của động cơ.

Bộ tiêu âm: Để hạn chế tiếng ồn của động cơ, bộ tiêu âm được lắp trên đường ra của tuabin khí, vì vậy gây thêm lực cản trên đường thải. Động cơ sử dụng tuabin- máy nén tăng áp nhằm giảm thành phần độc hại trong khí xả, tăng công suất động cơ nhờ hoàn thiện được hệ thống nạp - thải, tức là hoàn thiện được chu trình làm việc của động cơ.

Đường thải trong hệ thống phải thõa mãn các yêu cầu sau: Cấu tạo đường ống thải đơn giản, thống nhất không gây ra các đường ngoặt đột ngột không có chỗ thắt hoặc phình đột ngột, bán kính chuyển hướng của dòng chảy phải lớn, tìm mọi cách rút ngắn đường thải

- Mỗi nhóm đường ống thải tốt nhất cần tạ có khoảng cách góc bằng nhau.Tiết diện lưu thông của đường thải phải nhỏ lấy xấp xĩ bằng tiết diện lớn nhất của xupap thải và bằng thiết diện ống dẫn vào tua bin

- Đối với tua bin tăng áp cần đưa ống thải của xilanh vào tuabin theo thứ tự và với khoảng cách góc đều nhau để giảm tổn thất

4.4. Đặc điểm hệ thống tăng áp động cơ 490ZL

Động cơ 490ZL của Trung Quốc sản xuất là loại động cơ tăng áp dùng tuabin khí xả, có bộ làm mát trung gian khí nạp. Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp động cơ 490ZL được giới thiệu trên hình 4 - 2

Bộ tuabin khí: Tuabin tăng áp sử năng lượng khí xả để dẫn động tuabin, máy nén được gắn đồng trục với tuabin nên quay theo. Không khí từ bầu lọc không khí qua cánh nén và được tăng áp đến áp suất P>P với P =0,17.10N/mvà P_o=9,81.10 N/m vì thế tăng được lưu lượng khí nạp.

Tuabin quay với tốc độ rất cao và bộ tăng áp gắn với họng xả động cơ nên nhiệt độ làm việc của tuabin rất cao . Bộ tăng áp giúp động cơ đốt cháy nhiên liệu tốt hơn bằng cách nén thêm nhiên liệu vào xy lanh trong mỗi chu kì nổ .Do đó bộ tăng áp giúp động cơ tăng công suất khoảng 30%- 40%

Bộ làm mát trung gian : sau khi khí nạp tăng đến áp suất P =0,17.10N/m thì nhiệt độ khí nạp cũng tăng đến nhiệt độ T_k>T với T=298K .Vì thế, mật độ khí lúc này sẽ giảm. Sử dụng bộ làm mát trung gian để làm giảm nhiệt độ khí nạp đồng nghĩa với tăng mật độ khí nạp, cải thiện được hiệu quả nạp.

Hình 4 - 4 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tăng áp động cơ 490ZL

1-Bầu lọc không khí; 2-Bộ làm mát trung gian; 3-Đường ống nạp;

4-Động cơ ;5-Đường ống thảií; 6-Cánh tuabin ; 7- Cánh máy nén.

Nguyên lí làm việc : Trong quá trình làm việc, giữa động cơ, tuabin và máy nén có sự liên hệ với nhau: khí thải ra khỏi động cơ dẫn vào làm quay tuabin, bánh công tác của tuabin được nối đồng trục với bánh công tác của máy nén nên bánh công tác của máy nén cũng quay theo, máy nén thực hiện quá trình hút không khí từ môi trường xung quanh qua bầu lọc, rồi đến cửa vào bánh công tác của máy nén nhờ độ chênh áp suất tại cửa vào, sau đó không khí đi vào bánh công tác, nhờ lực ly tâm và tiết diện thay đổi của bánh công tác của máy nén nên không khí được nén đến một áp suất nào đó để cung cấp cho động cơ.

Máy nén và tuabin lắp đồng trục cho nên khi tuabin quay sẽ dẫn động máy nén làm việc, lượng không khí nạp yêu cầu cho động cơ được điều khiển bởi bánh dẫn hướng và bánh công tác của máy nén, không khí thay đổi hướng để đi vào bánh công tác. Lúc này bánh công tác của máy nén đang được tuabin dẫn động quay, làm xuất hiện lực ly tâm đẩy dòng khí từ trong ra ngoài theo phương hướng kính. Không khí nén, sau khi ra khỏi bánh công tác, tiếp tục đi vào ống tăng áp. Tại đây động năng của dòng khí được chuyển thành áp năng. Không khí bị nén đến áp suất cần thiết rồi đi vào buồng xoắn ốc. Phần động năng còn lại của dòng khí được tiếp tục chuyển thành áp năng tại đây. Lúc này dòng khí nạp có áp suất cao ra khỏi máy nén theo đường ống nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp.

Nhờ có bộ tuabin tăng áp làm tăng lượng không khí nạp cho một chu trình của động cơ nên cải thiện được quá trình cháy, mặt khác ta có thể tăng thêm lượng nhiên liệu cung

cấp cho chu trình, do vậy làm tăng công suất của động cơ, có thể giảm được chất đôc hại trong khí xả nhờ hoàn thiện quá trình cháy

Hình 4 - 5 Sơ đồ nguyên lý làm việc bộ tuabin tăng áp

1- Vỏ máy nén ; 2- Vỏ tuabin ; 3- Cánh tuabin ; 4- Cánh máy nén

4.4.1. Đặc điểm kết cấu hệ thống tăng áp động cơ 490ZL

a). Bộ Tuabin tăng áp:

Giới thiệu TURBO GA 1088K lắp trên động cơ 490ZL

Gồm tuabin khí hướng kính và máy nén ly tâm.

Phần máy nén khí nạp liên hệ với động cơ thông qua đường nạp, còn phần tuabin khí thì liên hệ với động cơ thông qua đường thải, bánh công tác của tuabin - máy nén được lắp đồng trục với nhau.

b) Kết cấu và nguyên lý làm việc của tuabin tăng áp lắp trên động cơ 490ZL

Hình 4 - 6 Kết cấu bộ tăng áp tuabin khí lắp trên động cơ 490ZL

1-Bánh công tác máy nén ; 2- Ống lót ; 3- Êcu tự khóa ; 4- Trục quay ; 5- Xéc líp;

6- Vòng chặn ; 7- Vỏ máy nén ; 8- Ổ đỡ ; 9- Vỏ tuabin ; 10- Bu lông ; 11-Vành miệng phun ;12- Vòng bao kín ; 13- Báng công tác tuabin ; 14- Ổ đở ;15- Vòng chặn ; 16- Vỏ giữa ; 17- Bạc hướng trục ; 18- joăng làm kín ; 19- Vòng chặn.

Nguyên lý làm việc của bộ tuabin::

Khí thải động cơ qua đường ống vào vỏ tuabin, vành miệng phun, thổi vào cánh của tuabin cao tốc, sau khi giãn nở tới áp suất khí trời thì thoát qua cửa thải của tuabin Máy nén do tuabin dẫn động được quay cùng tốc độ của tuabin nhờ trục, hút không khí từ ngoài môi trường xung quanh qua bầu lọc, vào máy nén, qua cửa nạp. Lúc dòng khí đi tới miệng ra của bánh công tác, dưới tác dụng của lực ly tâm của chuyển động quay, dòng khí đi ra miệng ra của bánh với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào gây tác dụng hút không khí phía trước cửa đi vào bánh, tạo ra dòng chảy liên tục trong rãnh cánh. Sau đó dòng khí được dẫn qua vành tăng áp. Tại đây động năng của không khí được chuyển thành áp năng, làm cho áp suất của khòng khí tăng lên và tốc độ giảm xuống. Nhờ đó, sau khi đi qua bộ tuabin tăng áp, không khí đã được nén sơ bộ trước khi đi vào xilanh động cơ.

c) Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong máy nén:

- Máy nén: Bao gồm vỏ máy nén được đúc bằng hợp kim nhôm. Bên trong có bánh công tác lắp đồng trục với bánh công tác của tuabin khí. Bánh công tác được bắt chặt vào trục của tuabin khí bằng êcu

Hình 4 – 7 Kết cấu của máy nén khí trong bộ tuabin tăng áp

- Đoạn ống cửa vào: Là đoạn ống hướng trục có tiết diện hình tròn, dòng khí đi vào máy nén theo hướng trục, nên dễ phân đều trên các cánh mà ít bị cản.

- Vỏ xoắn ốc: Không khí từ ống giảm tốc được nén vào vỏ xoắn ốc máy nén. Tại đây, động năng của dòng khí tiếp tục biến thành thế năng áp suất, làm cho nhiệt độ và áp suất của dòng khí tiếp tục tăng lên, đồng thời tốc độ dòng khí giảm xuống, vì tiết diện lưu thông qua vỏ xoắn ốc tăng dần. Vỏ xoắn ốc có tiết diện ngang là hình tròn, chế tạo bằng hợp kim nhôm.

Hình 4 - 8 Vỏ xoắn ốc của máy nén trong trong tuabin tăng áp GA 1088K

- Bánh công tác của máy nén: Là chi tiết quang trọng nhất của máy nén , được chế tạo bằng đúc chính xác hoặc được gia công theo chương trình trên máy phay nhiều trục .Ở turbo tăng áp GA 1088K bánh công tác của máy nén là bánh công tác nửa hở , cấu tạo đơn giản dễ chế tạo , độ cứng và cường độ đều tốt . Hình dạng của cánh là loại cánh uốn trước , nghiêng sau. Các cánh uốn phía trước có tác dụng làm tăng độ cứng và sức bền của cánh , cải thiện tính năng lưu động của dòng chảy nên làm tăng áp suất , nhiệt độ và tốc độ dòng khí tại đây

Hình 4 - 9 Kết cấu của cánh nén trong tuabin tăng áp GA 1088K

d ) Đặc điếm , kết cấu các bộ phận trong tuabin :

- Vỏ tuabin: Vỏ tuabin có kết cấu hình xoắn ốc, bao gồm khoang cửa vào tiếp nhận sản vật cháy từ các xi lanh động cơ, hướng sản vật cháy đi vào vuông góc với trục quay. Khoang cửa ra tiếp nhận sản vật cháy sau khi làm nhiệm vụ sinh công làm quay trục tuabin và thải ra ngoài. Vỏ tuabin luôn tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ cao và những tạp chất ăn mòn trong khí thải như: nước, CO₂, SO₂,... nên được đúc bằng gang chịu nhiệt. Vỏ tuabin của turbo tăng áp GA 1088K là loại vỏ không lắp cánh , cấu tạo đơn giản , kích thước và khối lượng nhỏ , tổn thất lưu động ít làm tăng hiệu suất của tuabin

Hình 4 – 10 Buồng xoắn tuabin hướng kính trong tuabin tăng áp GA 1088K

- Vành miệng phun: là các cánh phẳng tạo ra các đường thông đều và nhỏ dần là nơi chuyển áp năng thành động năng của dòng khí theo hướng nhất định để vào bánh công tác với tổn thất là nhỏ nhất. Do vành miệng phun có ảnh hưởng lớn đến tính năng hoạt động của tuabin nên có yêu cầu cao đối với thiết kế cũng như chế tạo, ngoài yêu cầu cao về độ bóng bề mặt các đường thông còn đòi hỏi rất chặt chẽ về góc lắp đặt các cánh và diện tích đầu ra của vành miệng phun.

- Bánh công tác : Là chi tiết rất quang trọng của tuabin , hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao , tốc độ lớn liên tục nhận lực xung của sản vật cháy có tính ăn mòn mạnh nên bánh công tác là chi tiết chịu tác dụng lớn nhất về lực , nhiệt , dao động ăn mòn trong tuabin. Tính năng và cấu tạo của bánh công tác có tác dụng lớn tới chất lượng làm việc của tuabin. Bánh công tác của tuabin hướng kính do nhiều cánh phân bố đều trên đĩa quay, tạo nên nhiều rãnh thông nhỏ , hướng kính . Sản vật cháy theo hướng kính đi vào các rãnh trên bánh công tác từ phía đường kính ngoài , sau đó dần dần theo hướng chuyển của trục quay đi ra khỏi bánh công tác . Các cánh và đĩa của bánh công tác được đúc chính xác thành một chi tiết, bằng khuôn nóng chảy . Bánh công tác của tuabin hướng kính trong turbo tăng áp GA 1088K là bánh công tác hình sao , nó chịu lực tốt , khối lượng và quán tính quay nhỏ , tăng tốc nhanh . Cánh được lắp vuông góc mặt đĩa và hơi uốn ra phía sau nhằm nâng cao tầng số cộng hưởng và giảm quán tính quay của bánh công tác

Hình 4 - 11 Kết cấu của cánh tuabin trong tuabin tăng áp GA 1088K

- Bạc lót: Do cánh tuabin và cánh nén quay ở tốc độ rất cao (đến 100000 v/p), nên các bạc lót được lắp theo kiểu lắp lỏng hoàn toàn để đảm bảo hấp thụ các rung động từ trục, bôi trơn trục và bạc lót. Các bạc lót này được bôi trơn bằng dầu động cơ và quay tự do giữa trục và vỏ để tránh kẹt ở tốc độ cao. Dầu động cơ không bị rò nhờ các phớt làm kín dầu lắp trên trục.

- Vỏ giữa: Vỏ giữa đỡ cánh tuabin và cánh nén thông qua trục và các ổ đỡ (bạc lót). Bên trong vỏ có chế tạo các khoang trống và các rãnh để nước làm mát và dầu bôi trơn tuần hoàn trong các khoang và rãnh này, nhằm mục đích làm mát và bôi trơn cho tuabin

- Trục quay: Là chi tiết liên kết giữa 2 bánh công tác của tuabin và máy nén , trục tỳ lên ổ đở thực hiện truyền mô men từ tuabin tới máy nén . Mối liên kết giữa bánh công tác của tuabin và trục quay được làm một chi tiết . Ở trục quay của turbin tăng áp GA 1088K là trục liền với cánh tuabin vì nó được chế tạo bằng phương pháp đúc, vì vậy bánh công tác của tuabin và trục quay tạo thành một thể hoàn chỉnh gọi là trục tuabin

Hình 4 - 12 Trục tuabin trong bộ tuabin tăng áp GA 1088K

e ) Ổ đỡ, bao kín trong TURBO GA 1088K

Ổ đỡ: Đây là chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ lớn, tải trọng nhẹ, nhiệt độ cao. Để đảm bảo độ tin cậy, ổ đỡ cần được bố trí hợp lý.

Khi lắp ổ lăn động cơ dễ khởi động, không cần cung cấp dầu bôi trơn từ bên ngoài. Tuy nhiên giá thành cao, khả năng chịu tải trọng va đập kém. Trong khi đó, ổ trượt đặc biệt là loại bạc bơi có những thuận lợi nỗi trội, đó là giá thành rẽ và kích thước gọn, song đòi hỏi phải bôi trơn tốt.

Bao kín: Việc bao kín nhằm ngăn lọt dầu và khí, là khâu quan trọng đảm bảo cho động cơ hoạt động tin cậy ở mọi chế độ tải.

Hình 4 - 13 Kết cấu phần bao kín

a- Bao kín đầu máy nén; b- Bao kín đầu tuabin;

1-Bánh công tác của máy nén; 2- Vỏ bộ tuabin; 3-Tấm chắn dọc trục;

4 -Trục quay; 5-Vòng găng; 6- Bánh công tác tuabin.

Vòng găng được lắp trong rãnh bao kín ở đầu máy nén và đầu tuabin. Nhờ lực đàn hồi của vòng găng ép chặt vào vỏ tuabin, giữa rãnh và vòng găng tạo nên khe hở sườn rãnh lớn hơn chuyển dịch chiều trục. Vòng găng được đúc bằng gang hợp kim, ở đầu máy nén và đầu tuabin được lắp bởi hai vòng găng, chung một rãnh, miệng vòng găng đặt lệch nhau một góc 180⁰ để tạo cho vòng găng bao kín tốt hơn.

f ) Ưu, nhược điểm của TURBO GA 1088K lắp trên động cơ 490ZL.

Ưu điểm:

- Tận dụng năng lượng khí thải (khoảng 5%÷10% toàn bộ năng lượng nhiệt cấp cho động cơ).

- Nâng cao công suất có ích của động cơ.

- Tăng tính kinh tế, giảm suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 3%÷10%.

- Tăng P_k, tăng số lần va đập giữa các phần tử nhiên liệu với O₂ nên quá trình cháy được hoàn thiện hơn.

- Giảm ồn, giảm thành phần độc hại trong khí thải.

- Dễ khởi động , tăng tốc tốt.

Nhược điểm:

- Kết cấu bố trí phức tạp.

- Tua bin làm việc theo mạch động nên kém bền.

4.4.2. Nguyên lý làm việc máy nén khí trong TURBO GA 1088K

Máy nén lắp trong bộ TURBO GA 1088K là loại máy nén ly tâm, dùng để chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tác dụng lực ly tâm để tăng áp cho không khí từ áp suất P₀ lên áp suất P_k và làm cho không khí có lưu lượng G_k từ phần không gian này qua phần không gian khác. Nếu bánh công tác đang có chuyển động quay ở một tốc độ nào đó, thì sau khi không khí qua cửa đi vào bánh công tác nó sẽ cùng quay với bánh công tác và dòng khí chảy theo rãnh thông giữa các cánh của bánh. Do đó, chuyển động của dòng khí đi vào bánh công tác sẽ là tổng hợp của các chuyển động theo quay tròn của bánh công tác và chuyển động tương đối của dòng chảy trong rãnh cánh. Bánh công tác đang quay, truyền công cho không khí, làm tăng áp suất và tốc độ của dòng khí trong rãnh cánh. Lúc dòng khí ra tới miệng ra của bánh công tác, dưới tác dụng của lực ly tâm và chuyển động quay, dòng khí đi ra với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào, gây tác dụng hút không khí mới phía trước cửa vào và ra khỏi cửa ra với tốc độ lớn tạo nên dòng chảy liên tục trong rãnh cánh.

Hình 4 - 14 Giản đồ máy nén ly tâm

1-Đoạn cửa vào; 2-Bánh công tác; 3-Vành tăng áp; 4-Vỏ xoắn ốc.

D₀-Đường kính trong của miệng vào bánh công tác.

D₁- Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác.

D_1m-Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác.

D₂-Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác.

D₃-Đường kính trong của vành tăng áp.

D₄-Đường kính ngoài của vành tăng áp.

Hình 4 – 15 Sơ đồ biến thiên các thông số của dòng khí qua máy nén.

Nguyên lý làm việc của máy nén:

Ở tiết diện 0-0 trước cửa vào máy nén, không khí có các thông số sau: nhiệt độ T₀, áp suất P₀, và tốc độ C₀. Ở tiết diện 1-1 trước cửa vào cánh nén, do không khí được hút và chia đều vào các rãnh cánh nên tốc độ dòng khí tăng lên C₁, đồng thời nhiệt độ, áp suất giảm xuống tới T₁, P₁. Tại tiết diện 2-2 đầu ra của bánh công tác, do đặc điểm của rãnh cánh có tiết diện nhỏ dần từ cửa vào đến cửa ra, nên tốc độ tuyệt đối tăng lên, do bánh công tác truyền công suất cho chất khí nên tốc độ áp suất và nhiệt độ của dòng khí đều tăng lên giá trị C₂, P_2,T₂. Tại tiết diện 3-3 đầu ra của vành tăng áp, do đặc điểm của vành tăng áp có tiết diện tăng dần, nên tốc độ giảm xuống C₃, đồng thời khi qua vành tăng áp động năng được chuyển thành áp năng nên áp suất và nhiệt độ tăng P₃, T₃. Sau đó, không khí được nạp vào ống tăng áp dạng vỏ xoắn ốc. Tại đây, tốc độ dòng khí tiếp tục giảm và áp suất nhiệt độ tiếp tục tăng. Sau khi dòng khí ra khỏi vỏ xoắn ốc của máy nén ở tiết diện k-k, thì dòng khí có các thông số C_k, P_k, T_k.

4.4.3 Nguyên lý làm việc của tuabin khí trong turbo tăng áp GA 1088K

Trong TURBO GA 1088K tuabin là tuabin hướng kính. Dòng không khí thải ra khỏi động cơ vào vòng xoắn ốc trên vỏ tuabin rồi vào các cánh ống phun. Trong đó, dòng khí được tăng tốc và đổi hướng về phía cánh động của bánh công tác. Các ống phun có dạng prôfin cánh cong, đáp ứng được điều kiện tối ưu cho dòng khí trong ống phun. Sự giãn nở của dòng khí sau khi diễn ra trong ống phun tiếp tục qua khe hở ∆_r .

Các bộ phận chính trong tuabin bao gồm: Vỏ tuabin, vành miệng phun, bánh công tác và trục quay.

Hình 4 - 16 Sơ đồ hoạt động của tuabin hướng kính và tam giác tốc độ

tại cửa vào và cửa ra của bánh công tác

A- Vỏ tuabin; B- Vành miệng phun; C- Bánh công tác; D- Đường kính bánh công tác; b- Chiều dài cánh; D₀- Đường kính trong miệng ra;

D_2m- Đường kính trung bình miệng ra; D₂- Đường kính ngoài miệng ra;

D₁- Đường kính ngoài miệng vào.

Sản phẩm cháy với áp suất P_T, nhiệt độ T_T và tốc độ C_T đi vào tuabin tới vành miệng phun B. Vành miệng phun có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản phẩm cháy được giãn nở và tăng tốc. Một phần áp năng của sản phẩm cháy biến thành động năng, lúc này áp suất của sản vật cháy từ P_T giảm xuống còn P₁, nhiệt độ từ T_T giảm xuống T₁, đồng thời tốc độ dòng khí từ C_T tăng lên thành C₁. Với tốc độ này dòng khí đi vào bánh công tác đang quay với tốc độ U₁ tạo nên tốc độ tương đối W₁ của dòng khí vào rãnh bánh công tác. Sản vật cháy tiếp tục giãn nở trong rãnh thong, từ hướng kính dần chuyển sang hướng trục, truyền động năng cho các cánh để chuyển thành công, làm quay bánh công tác. Khi ra khỏi bánh công tác, sản vật cháy có áp suất P₂, nhiệt độ T₂, và tốc độ tuyệt đối C₂. Do một phần động năng của dòng khí đã chuyển thành công của bánh công tác nên C₂1 rất nhiều.

4.4.4. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin

Hệ thống bôi trơn của bộ tuabin được tích hợp với hệ thống bôi trơn của động cơ chính, để bôi trơn các ổ đỡ bên trong vỏ giữa. Dầu động cơ được cấp đến từ ống dầu vào và tuần hoàn giữa các ổ đỡ. Sau khi bôi trơn ổ đỡ, dầu chảy qua ống dầu ra và về cácte của động cơ

Hệ thống làm mát: Tương tự như hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát tuabin cũng nằm chung trong hệ thống làm mát động cơ chính, tuabin được làm mát bởi nước làm mát động cơ. Nước làm mát từ van hằng nhiệt vào khoang nước bên trong vỏ giữa qua ống nước vào. Sau khi tuần hoàn làm mát tuabin, nước qua ống nước ra và quay về bơm nước để tuần hoàn trong hệ thống làm mát động cơ

Hình 4 – 17 Hệ thống bôi trơn và làm mát của tuabin tăng áp

1- Vỏ máy nén ; 2- Thân máy nén; 3- Vỏ tuabin ; 4- Bánh công tác tuabin ;

A- Cửa hút không khí vào máy nén ; B - Cửa hút khí xả ra khỏi tuabin ;

C - Khí thải động cơ vào tuabin ; D - Cung cấp dầu bôi trơn ; E - Đến cát te dầu

% mật độ không khí

Hình 4 - 18 Mối quan hệ giữa số % mật độ không khí tăng lên sau khi làm mát

theo π_kvà theo mức độ làm mát

4.4.5. Phối hợp giữa tuabin- máy nén với động cơ đốt trong

Ngoài các ưu điểm nổi trội về kích thước nhỏ gọn và giá thành thấp, MN ly tâm còn cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó không đạt được sự hoàn hảo như yêu cầu, nên nó là loại MN luôn được ưu tiên sử dụng trong tăng áp cho ĐCĐT. MN đề cập ở đây được dùng để tăng áp cho ĐCĐT nên lưu lượng khí nạp vào động cơ là đáng quan tâm. Trong tăng áp cho ĐCĐT bằng TB-MN thì TB và MN được lắp trên cùng một trục nên chúng có cùng tốc độ với nhau. Song do tính chất của dòng chảy trong TB, MN khác nhau, nên để thiết lập được một đặc tính chung, phải xem xét sự liên hệ giữa các thông số dòng chảy với nhau, trong đó chú trọng đến các thông số quan trọng sau: lưu lượng khối lượng của khí tăng áp, tỉ số tăng áp của MN, nhiệt độ khí xả đi qua TB, tỉ số giãn nở của TB, số vòng quay của TB và MN. Trong đó, đại lượng quan trọng nhất là lưu lượng khối lượng của khí tăng áp, vì nó phản ánh đầy đủ mục đích của việc tăng áp cho ĐCĐT.

Như vậy, với tính phối hợp làm việc đồng thời của máy nén khí nạp, tuabin khí xả, và động cơ đốt trong, khi tăng áp bằng tuabin khí, đảm bảo tự điều chỉnh sự làm việc đồng thời của động cơ và TB-MN. Công suất do TB tạo ra khoảng (6-20)% công suất chỉ thị của động cơ. Trong tuabin tận dụng phần lớn năng lượng khí xả trong các xi lanh để tạo thành công cơ học làm quay máy nén, nén không khí nạp cho động cơ trong bộ tuabin tăng áp.

5. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TUABIN TĂNG ÁP

5.1. Các số liệu cho trước và các thông số chọn

Bảng 5 - 1 Các thông số cho trước

Thông số	Ký hiệu	Đơn vị	Giá trị
Công suất có ích định mức	Ne	kW	60
Tỷ số nén	ε		17
Số vòng quay định mức	n	vòng/phút	3200
Đường kính xylanh	D	mm	89.5
Hành trình pittông	S	mm	89.5
Số xilanh	i		4
Số kì			4
Góc mở sớm xupáp nạp	φ₁	Độ	12
Góc đóng muộn xupáp nạp	φ₂	Độ	38
Góc mở sớm xupáp thải	φ₃	Độ	50
Góc đóng muộn xupáp thải	φ₄	Độ	14
Buồng cháy ngăn cách
Động cơ tăng áp

Bảng 5-2 Các thông số chọn

Thông số	Ký hiệu	Đơn vị	Khoảng giá trị thường gặp	Giá trị chọn	Tài liệu TK
Áp suất trên đường thải	P_th	MN/m²	(1,02÷1,04)P₀	1,04P₀	[2]
Suất tiêu hao nhiên liệu có ích	g_e	g/(kWh)	200÷285	225	[2]
Áp suất tăng áp	P_K	MN/m²		0,17
Áp suất môi trường xung quanh	P₀	MN/m²		0,1	[2]
Nhiệt độ môi trường xung quanh:	T₀			298	[2]
Hệ số dư lượng không khí	a		1,5÷1,8	1,7	[2]
Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại Z	x_Z		0,65÷0,85	0,85	[2]
Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại b	x_b		0,8÷0,9	0,9	[2]
Áp suất khí sót	Pr	MN/m²	>P_th	0,14	[2]
Nhiệt độ khí sót	T_r	⁰K	(700÷900)⁰K	750	[2]
Chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót	m		1,45÷1,5	1,50	[2]
Áp suất cuối qúa trình nạp	Pa:	MN/m²	(0,9÷0,96)P_k	0,91.P_k	[2]
Hệ số nạp thêm	l₁		1,02÷1,07	1,02	[2]
Hệ số quét khí	_k		≥1	1,05	[2]
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt	l_t			1,1	[2]
Hệ số điền đầy đồ thị	φ_d		0,85÷0,95	0,95	[2]

5.2. Tính toán các thông số làm việc tuabin-máy nén

1. Lưu lượng không khí vào máy nén (G_k) (hay suất tiêu hao không khí qua máy nén) được xác định theo khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh động cơ. Theo công thức sau [2]:

[kg/s] (3.1)

Trong đó:

g_e- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích, g_e = 0,225 Kg/(kW.h).

N_e- Công suất có ích của động cơ, N_e = 60 Kw.

a- Hệ số dư lượng không khí, a = 1,7.

j_k- Hệ số quét khí, j_k = 1,05.

Mo- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu.Theo tài liệu [2]: Mo = 0,496 Kmol không khí/kg nhiên liệu.

m_b- Khối lượng 1 kmol không khí, m_b = 28,95 kg

Thay các giá trị vào (3.1), ta được:

G= =0,096[kg/s]

2. Lưu lượng khí qua tuabin (G_T) (hay suất tiêu hao khí xả qua tuabin): Suất tiêu hao khí xả qua tuabin lớn hơn suất tiêu hao không khí một lượng bằng suất tiêu hao nhiên liệu [kg/s]. Theo tài liệu [3], ta có:

G_T =g_es + (3.2)

Trong đó:

g_es- Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giây, kg/s

Thay các giá trị vào (3.2), ta được:

G ==0,1[kg/s]

3. Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi chưa tính đến sự hoà lẫn của không khí quét: T_p’

Theo tài liệu [3], T_p’ được xác định theo công thức:

(3.3)

Trong đó:

m- Là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót, m = 1,5;

T_b, P_b- Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình giãn nở;

T_b = 1010⁰K; P_b = 0,34 [MN/m²]

P_p- Áp suất khí thải ra khỏi động cơ, P_p chọn theo P_k,

P_k = (1,15 ÷ 1,3) P_p, chọn P_p = P_k/1,28= 0,17/1,28 = 0,1328 MN/m²

Thay các giá trị vào (3.3), ta có:

[⁰K]

=> T_p’ = 697,38 - 273 = 424,38 [⁰C]

4. Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi tính đến thành phần không khí quét hoà lẫn trong khí xả: T_p

Theo tài liệu [3], T_p được xác định như sau:

(3.4)

Trong đó :

- Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết, = 1,04152

t’_p = 424,38 [⁰C]

t_k = T_k - 273 = 298 - 273 = 25 [⁰C]

m_cp, m’_cp, m’’_cp- là tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình của không khí, của hỗn hợp khí quét và khí thải, của khí thải, được xác định theo các công thức sau [7]:

m_cp = m_cv + 8,314 = 19,806 + . T_k + 8,314

= 19,806 +0,0028. 298 + 8,314

= 28,937 [KJ/Kmol.⁰K]

m’’_cp = m’’_cv + 8,314 = 20,755043 + 0,0026401283 . T’_p + 8,314

= 20,755043 + 0,0026401283 . 697,38+ 8,314 =

=30,91 [KJ/Kmol.⁰K]

Tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của hỗn hợp khí xả trước tuabin, được tính theo phương trình tỉ nhiệt hỗn hợp lượng không khí quét dư và sản vật cháy. m’_cp được xác định theo công thức sau [3]:

Thay các giá trị tính được vào phương trình (5.4), ta có:

5.3. Tính toán bộ tuabin tăng áp

Việc tính toán turbo tăng áp dựa trên tính chất làm việc đồng bộ của tuabin và máy nén. Đối với một chế độ ổn định thì sự làm việc ổn định của tuabin máy nén theo các điều kiện sau:

- Cân bằng công suất: N_K = N_T

Trong đó : N_T, N_K- Là công suất của tuabin và máy nén

- Cân bằng số vòng quay: n_K = n_T

- Cân bằng lưu lượng khí qua tuabin và máy nén:

G_T = G_K + G_nl - G_hhụt

G_hhụt- là lưu lượng khí hao hụt trong xilanh động cơ.

5.3.1. Tính toán máy nén.

Hình 5 - 3 Sơ đồ tính toán máy nén tăng áp

1-Đoạn cửa vào; 2-Bánh công tác; 3-Vành tăng áp; 4-Vỏ xoắn ốc.

Gồm các thông số cấu tạo chính sau:

+ D₀-Đường kính trong của miệng vào bánh công tác.

+ D₁-Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác.

+ D_1m-Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác.

+ D₂-Đường kính ngoài của miệng ra bánh công tác.

+ D₃-Đường kính trong vành tăng áp.

+ D₄-Đường kính ngoài vành tăng áp.

+ B-Chiều dài của bánh công tác.

+ b₂-Chiều rộng miệng ra của bánh công tác (chiều rộng phần cánh).

+ b₃-Chiều rộng miệng vào của vành tăng áp.

+ b₄-Chiều rộng miệng ra của vành tăng áp.

+ z-Số cánh của bánh công tác.

1. Nhiệt độ của dòng hãm ở tiết diện a₁a₁ ở lối vào của bánh công tác, T^*_a1: T^*_a1= T₀ = 298 ⁰K

2. Áp suất của dòng hãm ở tiết diện a₁a₁, P^*_a1

P^*_a1= P₀ - DP_b1

Trong đó: - Po- Áp suất khí quyển, Po = 0,1 [MN/m²]

- DP_b1- Tổn thất áp suất không khí khi đi qua bầu lọc

DP_b1= 0,002 [MN/m²]

Vậy: P^*_a1= 0,1 - 0,002 = 0,098 [MN/m²]

3. Vận tốc không khí C_a1 ở tiết diện a₁a₁ thay đổi trong khoảng (30-70) m/s.

Chọn C_a1 = 40 m/s

4. Nhiệt độ không khí ở tiết diện a₁a₁: T_a1

Trong đó:

- K- Là chỉ số đoạn nhiệt của không khí [2], K = 1,4

- R- Là hằng số chất khí, theo [3]: R = 29,27 [KG.m/Kg.độ]

Thế số, ta có :

5. Áp suất không khí ở tiết diện a₁a₁:

[MN/m²]

6. Khối lượng riêng của không khí ở tiết diện a₁a₁: r_a1

7. Diện tích tiết diện ngang a₁a₁: F_a1

F===0.2(m)

8. Áp suất của không khí sau máy nén:

P_k = 0,17[MN/m²]

9. Mức độ tăng áp suất trong máy nén :

10. Công nén đoạn nhiệt trong máy nén

11. Hiệu suất đoạn nhiệt cột áp `Hag, theo [2]: chọn `Hag = 0,65

12. Vận tốc vòng ở đường kính ngoài của bánh công tác: U₂

13. Vận tốc chiều trục để tạo nên vận tốc tuyệt đối khi dòng vào hướng trục: C_1a = C₁ và nó nằm trong phạm vi (80 -150 [m/s]), chọn C_1a = C₁ = 80 [m/s]

14. Nhiệt độ không khí ở lối vào của bánh công tác: T₁

15. Tổn thất ở lối vào ở trước bánh công tác:

Ở đây: x_a1 - Là hệ số tổn thất, x_a1 = 0,03 - 0,06, Chọn x_a1 = 0,03

Thay số ta có:

16. Chỉ số đa biến của không khí ở lối vào được xác định theo[2]:

17. Áp suất ở lối vào của bánh công tác:

18. Khối lượng riêng của không khí ở lối vào của bánh công tác:

19. Diện tích tiết diện ngang ở lối vào của bánh công tác:

20. Đường kính ngoài của bánh công tác ở lối vào: D₁

Trong đó: D₀- Là đường kính trong của miệng vào của bánh công tác.

Đại lượng D₀/D₁ nằm trong khoảng (0,25 ÷ 0,60)

Chọn D₀/D₁ = 0,3

21. Đường kính trong của miệng vào bánh công tác

Do = 0,3 . D1 = 0,3.63,7= 19,11 [mm]

22. Đường kính D₂ bánh công tác:

Được chọn theo số liệu thống kê: D₁/D₂ = 0,45 ÷ 0,67

Chọn D₂ = D₁/0,65= 63,7/0,65 = 98 [mm]

23. Số vòng quay của bánh công tác:

(vòng/phút)

24. Đường kính trung bình ở lối vào của bánh công tác:

25. Vận tốc vòng ở đường kính trung bình: U_1m

26. Góc vào của dòng ở đường kính trung bình b_1m:

27. Góc xếp cánh b_1mx:

Ở đây: i- là góc quay của dòng: i = 2⁰ ÷ 3⁰, Chọn i = 2⁰28’

28. Vận tốc kinh tuyến ở lối vào bánh công tác, C_1m

29. Vận tốc tương đối ở lối vào của bánh công tác tại đường kính trung bình: W_1m

30. Vận tốc vòng ở đường kính D₁: U₁

31. Nhiệt độ không khí sau bánh công tác: T₂

32. Chỉ số nén đa biến của không khí trong bánh công tác được xác định từ phương trình sau:

33. Vận tốc vòng tạo thành vận tốc tuyệt đối C₂ ở lối ra của bánh công tác: C_2u

35. Vận tốc tuyệt đối của không khí ở lối ra bánh công tác: C₂

36. Vận tốc vòng tạo thành vận tốc tương đối ở lối ra từ bánh công tác:

W_2u = U₂ - C_2u = 282,383- 230,18 = 52,203 [m/s]

37. Vận tốc hướng tâm tạo thành vận tốc tương đối ở lối thoát ra từ bánh công tác :

W_2r = C_2r = 80 [m/s]

38. Vận tốc tương đối ở lối ra của bánh công tác: W₂

39. Góc giữa vectơ vận tốc hướng tâm và vận tốc vòng của vận tốc tuyệt đối ớ lối ra của bánh công tác:

40. Góc giữa vectơ vận tốc tương đối và vận tốc tuyệt đối ở lối ra b₂

41. Bước cánh ở lối ra từ bánh công tác: t₂

42. Bề rộng bánh công tác ở lối ra: b₂

43. Bề rộng phần không có cánh của ống khuếch tán ở lối ra: b’₂

Xác định theo công thức sau: b’₂ = b₂+ (2 ¸5)mm

Chọn b’₂ = b₂+2,4 = 3,79+3,21 =7[mm]

44. Đường kính ngoài ống khuếch tán hở: D’₂

D’₂ = (1,08¸1,15) D₂

Chọn D’₂ = 1,15 . D₂ = 1,1 . 98 = 107,8 [mm]

45. Vận tốc không khí ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh:

46 . Đường kính ngoài của ống khuếch tán có cánh:

Theo [9]: D₃ = (1,35¸1,7).D₂

Chọn D₃ = 1,453 . D₂ = 1,453 . 0,098 = 0,1424 [m]

47. Bề rộng ống khuếch tán có cánh ở lối ra: b₃

Theo [9]: b₃ ³ b’₂

Chọn b₃ = 1,25 . b’₂ = 1,25 . 0,007 = 0,00875 [m]

5.3.2. Tính toán tuabin.

Sơ đồ tính toán tuabin:

Hình 5 - 4 Sơ đồ tính toán tuabin

Theo tính toán ban đầu, nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ là

T_T = T_p = 646,03 ⁰K.

Áp suất khí thải ra khỏi động cơ là P_T = P_p = 0,14 [MN/m²].

Hệ số dư lượng không khí tổng cộng: a_c = j_k.a .

Ở đây: j_k- là hệ số quét khí. Theo tài liệu [2], chọn: j_k = 0,96 .

a_c = 1,05 . 1,7= 1,785

Khối lượng của không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu

L₀ = r_KK . M₀

Ở đây: r_KK- Là khối lượng riêng của không khí, r_KK = 28,95 [kg/kmol]

M₀- Là lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu. Theo tài liệu [2]: Mo = 0,496 [Kmol kkhí/kg nliệu]

L₀ = r_KK . M₀ = 28,95 . 0,496 = 14,3592 [Kg kk/kg nl]

Số vòng quay của tuabin n_T = n_K = 55031(vòng/phút)

1. Hệ số biến đổi phân tử của hỗn hợp mới. Áp dụng công thức [2]

2. Khối lượng phân tử của khí trước tuabin: r_KT

3. Hằng số trạng thái của khí trước tuabin: R₁

4. Lưu lượng khí qua tuabin:

5. Công đoạn nhiệt định mức: L_Lag

6. Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tuabin: C_Tag

7. Công giãn nở đoạn nhiệt trong ống nối: L_Tagc

Ở đây: r- Là mức độ phản lực ở đường kính trung bình.

Theo tài liệu [2] : r = 0,45 ¸0,55, chọn r = 0,50

8. Vận tốc khí ở lối ra của ống nối: C₁

Ở đây: j- là hệ số tốc độ, theo tài liệu [2]: j = 0,96 ¸0,985

Chọn j = 0,97

9. Nhiệt độ ở lối ra của ống nối:

10. Khối lượng riêng của khí ở lối ra của ống nối:

11. Vận tốc vòng ở đường kính trung bình: U

U = c . C_Tag

Theo tài liệu [2], chọn c = 0,54

U = 0,54 . 455,13 = 245,77 [m/s]

12. Vận tốc tương đối của khí thải ở lối vào bánh công tác:

13. Nhiệt độ dòng hãm ở lối vào của bánh công tác : T^*_W

14. Vận tốc quy đổi: l_W1

15. Góc vào của dòng ở cánh của bánh công tác tuabin: b₁

b₁ = arcsin (C₁. Sina₁/W₁)

= arcsin (312,2.Sin22⁰/126,4)= 72⁰55’

16. Công giãn nở đoạn nhiệt của khí thải trong cánh của bánh công tác :

L_Tag1 = r . L_Tagc = 0,50 .51786,45 = 25893,225 [J/Kg]

17. Vận tốc tương đối của khí ở lối ra của bánh công tác W₂

Ở đây: y- Là hệ số tốc độ, theo tài liệu [3] : y = 0,93 ¸ 0,98

Chọn y = 0,96

18. Nhiệt độ của khí ở lối ra của bánh công tác: T₂

19. Góc ra của dòng từ bánh công tác trong chuyển động tương đối:

Ta coi: D_2m = D_1m = 0,0853 [m]; l₂ = l₁ = 0,0188 [m]

Thay số vào ta có :

20. Tính chính xác góc ra: b₂

21. Vận tốc tuyệt đối của khí ở lối ra của bánh công tác: C₂

Ở đây: U₂ = U = 245,77 [m/s]

22. Góc ra của khí từ bánh công tác: a₂

23. Công của khí thải ở bánh công tác tuabin, tức là công quay bánh công tác:

6. MỘT SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC

Cụm tuabin máy nén rất đơn giản về mặt kết cấu nhưng lại có điều kiện làm việc tương đối khắc nghiệt. Mặt khác cụm TB-MN được lắp trong một liên hợp gồm MN-ĐCĐT-TB thành một thể thống nhất nên chúng có mối liên hệ mật thiết với nhau.Vì vậy, khi xem xét hư hỏng và khắc phục chúng cần đặt trong thể thống nhất

6.1. Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục

Việc xác định các hư hỏng của hệ thống tăng áp là rất quan trọng, nó liên quan lớn tới nhiều chỉ tiêu của động cơ. Do đó người thợ sửa chữa phải tuân thủ rất nghiêm ngặt quy trình sửa chữa theo đúng tuần tự sau [1]:

- Tìm hiểu các biểu hiện của động cơ.

- Xác định hư hỏng.

- Chỉ tác động vào cụm TB-MN khi đã xác định rõ ràng sự cố của động cơ là do cụm TB-MN gây ra.

Chú ý tránh tháo cụm TB-MN khi chưa biết rõ nguyên nhân gây hư hỏng để tránh trường hợp tác động vào cụm TB-MN khi không cần thiết và như vậy có thể gây hại tức thời cho cụm thiết bị này.

Hư hỏng hệ thống tăng áp chủ yếu là do các nguyên nhân sau [1]:

- Thiếu dầu.

- Dầu bẩn.

- Vật lạ rơi vào hệ thống.

Nếu xảy ra hư hỏng ở hệ thống tăng áp thì sẽ có các biểu hiện hư hỏng sau:

- Công suất động cơ thấp.

- Khó tăng tốc.

- Tiêu hao dầu lớn.

- Khói xanh hoặc khói đen.

- Độ ồn động cơ tăng.

Sau đây xin tạm lược trình bày một số hiện tượng hư hỏng hay gặp phải và biện pháp khắc phục chúng.

6.1.1. Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn

Nguyên nhân:

- Áp suất tăng áp quá thấp.

- Tắc hệ thống nạp khí.

- Rò rỉ trong hệ thống nạp khí.

- Tắc hệ thống thải.

- Rò rỉ trong hệ thống thải.

- Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN.

Khắc phục:

- Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp. Nếu áp suất tăng áp không đạt giá trị yêu cầu thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo. Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào từng loại động cơ.

- Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén hoặc giữa MN với động cơ, sự đóng cặn trên đường nạp,...

- Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối giữa động cơ và đường thải, giữa đường thải với TB hoặc với bình ổn áp (nếu có)... kiểm tra hiện tượng tắc đường ống thải.

- Kiểm tra sự quay của cánh MN: Nếu cánh MN không quay hoặc khó quay thì tháo cụm TB-MN và kiểm tra độ rơ dọc trục cũng như khe hở hướng kính của bánh cánh MN.

Quá trình đo được tiến hành đúng chỉ dẫn của nhà chế tạo. Nếu giá trị đo được không đảm bảo chỉ định thì phải thay thế cụm TB-MN.

6.1.2. Có tiếng ồn bất thường.

Nguyên nhân:

- Có hiện tượng của các chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN hoặc với bản thân nó.

- Ống xả bị rò hoặc rung động.

- Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN.

Khắc phục:

- Kiểm tra các bulông ghép của cụm TB-MN, nhất là các bulông. Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt không đúng hay bị biến dạng không, từ đó có biện pháp sửa chữa hoặc thay thế nếu cần.

- Kiểm tra các bích nối của hệ thống nạp, thải với động cơ cũng như với cụm TB-MN. Siết chặt lại bulông hoặc thay thế tùy thuộc vào tình hình cụ thể. Kiểm tra sự biến dạng của ống xả.

- Kiểm tra các khe hở dọc trục và hướng tâm của bánh cánh MN, kiểm tra trục TB-MN cũng như các ổ đỡ.

- Kiểm tra có vật lạ rơi vào hệ thống không.

6.1.3. Tiêu hao dầu lớn và khói xanh.

Nguyên nhân:

Do hư hỏng các đầu nối với cụm TB-MN hoặc do mòn bạc lắp trên trục cụm TB-MN.

Khắc phục:

- Kiểm tra sự lọt dầu của hệ thống thải: Tháo ống nối đầu vào của TB xem có sự tích tụ của muội than trên cánh TB. Sự tích tụ muội than ở đây là do cháy dầu sinh ra.

- Kiểm tra sự lọt dầu của hệ thống nạp: Kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng kính của bánh cánh MN, kiểm tra sự có mặt của dầu bôi trơn trong ống hút của MN.

6.2. Hệ quả các hư hỏng và biện pháp khắc phục

6.2.1. Thiếu dầu

Việc thiếu dầu sẽ có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc bình thường của các ổ trục, sự quay của các rôto, các đệm làm kín, thậm chí có thể làm gẫy trục hoặc gây ra các sự cố lớn.

Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt độ của các ổ và trục là (60÷90)⁰C nhưng khi

thiếu dầu nó có thể lên tới 400⁰C. Điều này sẽ dẫn đến cháy dầu, biến dạng trục, tróc dính vật liệu ổ lên trục và có thể dẫn đến va đập cánh rôto lên vỏ.

6.2.2. Vật lạ rơi vào TB

Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN thì hậu quả sẽ là khó lường. Có thể gây gãy, vỡ các cánh MN, TB hoặc gây ra hao mòn nhanh các bề mặt ma sát.

6.2.3. Dầu bẩn

Dầu bôi trơn cụm TB-MN thường được lấy từ động cơ sau khi đã được lọc sạch. Nếu dầu bẩn sẽ dẫn tới chất lượng bôi trơn không đảm bảo, có thể làm tắc các đường ống dẫn dầu gây ra hiện tượng thiếu dầu hoặc làm cào xước, bào mòn các bề mặt ma sát.

Dầu bẩn có thể do lọc không tốt, do hiện tượng cháy dầu dẫn đến sự pha trộn giữa dầu sạch với một lượng muội do dầu cháy hoặc do sự tích tụ cặn dầu ở các vị trí khó lưu thông dầu trong hệ thống.

6.3. Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ

6.3.1. Kiểm tra hệ thống nạp khí

Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa lọc khí và đường nạp, đường nạp với cụm TB-MN cũng như giữa cụm TB-MN với đường ống nối với động cơ... các hư hỏng trong hệ thống này cần được khắc phục tương xứng như sau:

-Tắc lọc khí: Làm sạch hoặc thay thế.

-Vỏ bị hư hỏng hoặc biến dạng: Sửa chữa hoặc thay thế.

- Rò rỉ tại các đầu nối: Kiểm tra các đầu nối và sửa chữa.

- Nứt vỡ các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế.

6.3.2. Kiểm tra hệ thống thải

Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa động cơ với đầu vào cụm TB-MN và giữa đầu ra của cụm này với đường thải.

- Biến dạng các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế.

- Vật lạ rơi vào các rãnh: Vệ sinh các rãnh.

- Lọt dầu: Sửa chữa hoặc thay thế.

- Nứt vỡ các phụ kiện: Thay thế.

6.4. Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp

· Không dừng động cơ ngay sau khi ôtô vận hành ở tốc độ cao, tải lớn hoặc leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu của động cơ bị cắt, dẫn tới thiếu cung cấp cho các bề mặt ma sát của hệ thống tăng áp vốn đang làm việc ở tốc độ rất cao. Hiện tượng này có thể gây ra cháy TB hoặc gây hư hỏng nặng cho cụm TB-MN. Do đó cần phải có thời gian chạy không tải động cơ khoảng (20÷120)s trước khi dừng động cơ. Thời gian chạy không tải dài hay ngắn tùy thuộc vào mức độ hoạt động của động cơ trước khi quyết định dừng.

· Tránh tăng tốc đột ngột ngay sau khi động cơ khởi động lạnh.

· Động cơ phải vận hành trong điều kiện có lọc khí, tránh trường hợp vật lạ rơi vào hệ thống.

· Nếu cụm TB-MN có sự cố và cần phải thay thế thì trước tiên cần phải kiểm tra các nguyên nhân gây hư hỏng theo các bước sau đây rồi tháo bỏ từng phần nếu cần:

- Mức dầu và chất lượng dầu của động cơ.

- Điều kiện vận hành trước đó của động cơ.

- Đường dầu dẫn tới cụm TB-MN.

Việc kiểm tra này là hết sức cần thiết để tránh các sự cố tiếp theo sau khi đã sửa chữa hoặc thay thế cụm TB-MN mới.

· Tuân thủ đầy đủ các chỉ dẫn khi tháo và lắp cụm TB-MN. Không đánh rơi, va đập các chi tiết sau khi tháo vào các vật cứng. Không di chuyển các chi tiết bằng cách cầm vào các bộ phận dễ bị biến dạng.

· Trước khi di chuyển TB-MN cần phải che kín đường nạp, đường thải cũng như phễu kiểm tra dầu để tránh sự xâm nhập của các bụi bẩn và vật lạ.

· Nếu thay thế TB-MN cần phải kiểm tra sự tích tụ của các cặn bẩn trong đường ống dẫn dầu. Nếu cần thiết, có thể thay thế các đường ống này.

· Khi tháo cụm TB-MN cần tháo toàn bộ các tấm đệm bị dính chặt vào bích ống dẫn dầu cũng như các bích nối khác của TB-MN.

· Nếu thay thế bulông hoặc đai ốc thì chỉ được thực hiện nếu có các bulông, đai ốc mới theo chỉ định để đảm bảo không bị đứt hoặc biến dạng.

· Nếu thay thế TB-MN, cầm đổ (20÷25)cc dầu vào phễu đổ dầu của TB-MN và quay cánh nén bằng tay để đưa dầu tới các ổ trục.

· Nếu đại tu hoặc thay thế động cơ, sau khi lắp, cắt cung cấp nhiên liệu và quay tay động cơ trong vòng 30s để phân phối dầu đến khắp mọi nơi của động cơ, sau đó cho động cơ chạy không tải khoảng 60s.

6.5. Tháo và lắp cụm tuabin - máy nén

Việc tháo và lắp cụm TB-MN phải tuân thủ theo đúng trình tự và chỉ dẫn của nhà thiết kế, tránh trường hợp tháo TB-MN khi chưa biết rõ nguyên nhân cũng như chưa xác định được mục đích rõ ràng.

Quá trình lắp cụm TB-MN vào động cơ hết sức quan trọng, đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác. Các bước lắp đặt cụm TB-MN được tiến hành theo trình tự ngược lại so với lúc tháo. Tuy nhiên, cần phải chú ý tới lực siết bulông, đai ốc phải đúng yêu cầu. Ngoài ra, sau khi lắp xong cần phải thực hiện đầy đủ các công việc sau:

- Tra dầu vào cụm TB-MN và quay tay để đưa dầu tới các ổ trục.

- Đổ đầy nước làm mát vào động cơ.

- Khởi động động cơ và kiểm tra xem có hiện tượng rò rỉ không.

- Kiểm tra mức dầu của động cơ.

Tuabin tăng áp được chế tạo rất chính xác, nhưng do thiết kế của nó cũng rất đơn giản nên nó cũng rất bền nếu tuân thủ theo một vài chú ý đơn giản sau đây.

Tuabin tăng áp hoạt động ở những điều kiện cực kỳ khắc nghiệt: Cánh tuabin tiếp xúc trực tiếp với khí xả, nhiệt độ tới 900⁰C khi động cơ đầy tải và cả cụm quay ở tốc độ tới 100.000 vg/ph. Vì vậy, điều có ảnh hưởng lớn nhất đến tính năng và độ bền của tuabin tăng áp là việc bôi trơn các ổ đỡ cánh tuabin và cánh nén.

Vì vậy, để tuabin hoạt động lâu dài không có trục trặc, phải tuân theo các chú ý sau:

6.5.1. Các chú ý khi tháo lắp

· Dầu động cơ nóng rất nhanh do nó sử dụng để làm mát và bôi trơn tuabin tăng áp, nên nó bị biến chất nhanh chóng. Vì vậy, dầu động cơ và lọc dầu phải được thay thế thường xuyên.

Thời gian thay dầu và lọc dầu được xác định bởi điều kiện làm việc của xe hoặc nơi sử dụng xe. Do đó, phải tham khảo các tài liệu hướng dẫn bảo dưỡng thích hợp để thay thế đúng thời hạn.

· Chắc chắn dùng các loại dầu cho các động cơ có tuabin tăng áp.

· Do các ổ đỡ không được bôi trơn đầy đủ ngay sau khi động cơ khởi động. Vì vậy tránh tăng tốc đột ngột hay chạy động cơ ở tốc độ cao ngay sau khi khởi động.

Những điều kiện sau sẽ làm ổ đỡ mòn rất nhanh hay hư hỏng trừ khi cho động cơ chạy không tải 30s sau khi khởi động:

- Cho động cơ hoạt động ngay sau khi thay dầu hoặc thay lọc dầu.

- Cho động cơ chạy ngay, sau khi nó chưa được chạy khoảng nửa ngày.

- Khởi động động cơ khi trời lạnh.

· Không được tắt máy ngay lập tức khi xe đang kéo rơ mooc hay sau khi xe vừa chay ở tốc độ cao hay leo dốc. Để động cơ nổ không tải từ (20-120)s, phụ thuộc vào mức độ khắc nghiệt của điều kiện hoạt động.

Bảng 6 – 1 Thời gian chạy không tải nên tuân theo trước khi tắt máy

Điều kiện lái xe		Thời gian không tải
Chạy trong thành phố hay ngoại ô dưới 80km/h		Không cần
Chạy tốc độ cao	Không đổi ở 80km/h	Khoảng 20s
	Không đổi ở 100km/h	Khoảng 1 phút
Chạy ở đường núi, đua hay chạy liên tục trên 100 km/h		Khoảng 2 phút

Sở dĩ phải cho động cơ chạy không tải trước khi tắt máy là vì: trong quá trình chạy ở tốc độ cao cánh tuabin tiếp xúc trực tiếp với khí xả rất nóng nên nhiệt độ của nó tăng đặc biệt cao. Do trục nối giữa cánh tuabin và cánh nén được làm mát bằng nước làm mát động cơ và dầu bôi trơn nên nhiệt độ của nó không cao lắm. Vì vậy, nếu tắt máy ngay lập tức sau khi vừa chạy ở tốc độ cao, dầu và nước không tuần hoàn nữa, nhiệt độ của trục tăng rất mạnh do nhiệt độ của cánh tuabin. Đồng thời, TB-MN sẽ thiêu dầu bôi trơn (vì đã tắt máy) trong khi trục TB-MN vẫn còn quay ở tốc độ cao.

Vì vậy phải để động cơ chạy không tải trước khi tắt máy, nó sẽ giúp trục nguội từ từ (vì khi chạy không tải nhiệt độ khí xả thấp hơn từ 300⁰- 400⁰C) và không thiếu dầu bôi trơn.

6.5.2. Các chú ý khi bảo dưỡng, sửa chữa

· Nếu động cơ hoạt động với lọc gió, nắp vỏ lọc gió hay đường ống bị tháo, các vật bên ngoài sẽ lọt vào và làm hỏng cánh tuabin và cánh nén bởi vì chúng quay với tốc độ rất cao.

· Nếu tuabin tăng áp hỏng và cần phải thay thế, đầu tiên kiểm tra các mục sau để tìm nguyên nhân sửa chữa nếu cần thiết:

- Mức dầu động cơ và chất lượng dầu.

- Điều kiện sử dụng của tuabin tăng áp.

- Đường dầu đến tuabin tăng áp.

· Trước khi tháo tuabin tăng áp, nút các cửa nạp thải cửa dầu vào để tránh bụi hay các vật lạ lọt vào.

· Đọc kỹ các chỉ dẫn trước khi tháo lắp tuabin tăng áp. Không được đánh rơi nó, đập nó vào bất cứ vật gì hay cầm vào những chi tiết dễ bị biến dạng của nó khi dịch chuyển, chẳng hạn như bộ chấp hành.

· Khi thay tuabin tăng áp, kiểm tra xem nó có bột than bám trong các ống dầu hay không. Nếu cần làm sạch hay thay các ống.

· Khi thay tuabin tăng áp, đổ 20cc dầu vào cửa dầu của tuabin và quay cánh nén vài lần bằng tay để bôi dầu lên các ổ đỡ.

· Khi đại tu hay thay động cơ. Ngắt nguồn nhiên liệu sau khi lắp lại và quay động cơ trong 30s để dầu chạy đến toàn bộ các chi tiết động cơ. Sau đó, để động cơ chạy không tải 60s.

6.5.3. Kiểm tra tuabin tăng áp

6.5.3.1. Kiểm tra tua bin tăng áp trên xe

· Kiểm tra hệ thống nạp khí

Kiểm tra rò rỉ hay tắc giữa lọc khí và đường vào tuabin tăng áp, giữa đường ra tuabin tăng áp với nắp qui lát. Nếu tìm thấy hư hỏng gì, làm sạch, sửa chữa hay thay thế chi tiết.

· Kiểm tra hệ thống xả

Kiểm tra rò, tắc giữa nắp qui lát và cửa vào tuabin, giữa cửa ra tuabin và ống xả. Nếu tìm thấy hư hỏng, làm sạch, sửa hay thay thế chi tiết.

· Kiểm tra hoạt động bộ chấp hành

- Tháo ống bộ chấp hành.

- Dùng SST 09992-00241 (Đồng hồ đo áp suất tuabin tăng áp), áp suất khoảng 0,81 kgf/cm² lên bộ chấp hành và kiểm tra răng cần dịch chuyển. Nếu cần không dịch chuyển, thay cụm tuabin tăng áp.

Lưu ý : Không bao giờ tạo áp suất lớn hơn 0,95 kgf/ cm²lên bộ chấp hành.

· Kiểm tra áp suất tuabin tăng áp

- Hâm nóng động cơ.

- Nối cút chữ T vào ống áp suất bộ bù tăng áp và lắp SST vào nó.

- Đạp côn sau đó nhấn ga hết cỡ, đo áp suất tuabin tăng áp ở 2400 vg/ph hay cao hơn.

- Áp suất tiêu chuẩn: (0,61-0,81) kgf/ cm^2.

· Kiểm tra chuyển động quay của cánh nén

- Tháo ống lọc gió.

- Quay cánh nén bằng tay, kiểm tra rằng nó quay êm. Nếu nó không quay hay nó bị kẹt trong khi quay, thay cả cụm tuabin tăng áp.

6.5.3.2. Kiểm tra tua bin tăng áp tháo khỏi xe.

· Kiểm tra độ rơ dọc của tuabin

- Đưa đầu đo của đồng hồ vào lỗ của vỏ tuabin sao cho nó tiếp xúc với đầu trục.

- Dịch chuyển trục theo phương dọc rồi đo độ rơ dọc trục.

Độ rơ dọc trục: 0,13 mm hay nhỏ hơn.

Nếu độ rơ dọc trục không như tiêu chuẩn, thay cả cụm tuabin tăng áp.

· Kiểm tra độ rơ hướng kính của tuabin

- Từ lỗ dầu ra, đưa đầu đo của đồng hồ so qua lỗ trên ống cách các ổ đỡ để đầu đo tiếp xúc với tâm trục tuabin.

- Dịch chuyển trục lên xuống, đo độ rơ hướng kính.

Độ rơ hướng kính: 0,18 mm hay nhỏ hơn.

Nếu độ rơ hướng kính không như tiêu chuẩn, thay cụm tuabin tăng áp.

KẾT LUẬN

Sau 15 tuần miệt mài tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp tăng áp trong động cơ đốt trong nói chung cũng như việc tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết và tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL, đến nay đồ án của em đã hoàn thành.

Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để thực hiện đồ án, kiến thức thực tế cũng như kiến thức căn bản của em được nâng cao hơn. Em đã hiểu được sâu sắc hơn về các hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong, đặc biệt là hệ thống tăng áp của động cơ 490ZL biết được các kết cấu mới và nhiều điều mới mẻ từ thực tế. Em cũng học tập được nhiều kinh nghiệm trong công tác bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong nói chung, khái quát được các kiến thức chuyên ngành cốt lõi.

Để hoàn thành được đồ án này trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô giáo của khoa cơ khí giao thông đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy:…..………… đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Tuy nhiên do thời gian có hạn, kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không tránh khỏi sai sót rất mong các thầy cô quan tâm góp ý để kiến thức của em ngày một hoàn thiện hơn.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] . Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn. “Tăng áp động cơ đốt trong”. Hà Nội: NXB khoa học và kỹ thuật, 2005.

[2]. Nguyễn Tất Tiến.“Nguyên lý động cơ đốt trong”. NXB giáo dục, 2000.

[3]. “Tuabin và máy nén tăng áp”. Công ty ôtô TOYOTA Việt Nam, 1998.

[4]. “Bơm cao áp”. Công ty ôtô TOYOTA Việt Nam, 1998.

[5]. “Hướng dẫn làm đồ án môn học tính toán thiết kế động cơ đốt trong”.

[6]. Nguyễn Văn May “Bơm, quạt, máy nén”. NXB khoa học kỹ thuật, 1997.

[7]. Hoàng Bá Chư, Phạm Lương Tuệ, Trương Ngọc Tuấn. “Bơm, quạt, máy nén công nghiệp” . Hà Nội: NXB khoa học kỹ thuật, 2005.

"TẢI VỀ ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ ĐỒ ÁN"

Các đồ án/ tài liệu liên quan

	ĐỒ ÁN XÂY DỰNG QUY TRÌNH CHẨN ĐOÁN CÁC CỤM CHI TIẾT TRÊN Ô TÔ
	ĐỒ ÁN KHAI THÁC HỆ THỐNG TREO TRÊN XE HYUNDAI COUNTY
	ĐỒ ÁN KHAI THÁC HỆ THỐNG TRUYỀN LỰC MT TRÊN XE ISUZU TROOPER
	ĐỒ ÁN XÂY DỰNG QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ SỬA CHỮA VỪA HỆ THỐNG PHANH XE MAZ-537
	ĐỒ ÁN THIẾT KẾ GARA BẢO DƯỠNG, SỬA CHỮA Ô TÔ BUÝT
	ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHANH ABS TRÊN XE TOYOTA VIOS
	ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG PHÂN PHỐI KHÍ TRÊN ĐỘNG CƠ G4KA LẮP TRÊN XE HUYNDAI
	ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG ĐIỀU HÀO KHÔNG KHÍ TRÊN XE FORD TRANSIT
	ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG NẠP - THẢI TRÊN ĐỘNG CƠ 1NZ-FE LẮP TRÊN XE VIOS
	ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ YC4G170-20 LẮP TRÊN XE BUS THACOJB86L

Ngân hàng Techcombank	Ngân hàng Vietcombank
Số tài khoản: 190.2999.4998.012 Chủ tài khoản: Lê Văn Hùng Chi nhánh: Hoàng Quốc Việt - Hà Nôi	Số tài khoản: 0491.0000.93308 Chủ tài khoản: Lê Văn Hùng Chi nhánh: Thăng Long - Hà Nôi

ĐỒ ÁN KHẢO SÁT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ 490ZL

Hoàn cảnh ra đời

Tầm nhìn phát triển

Đội ngũ thành viên

Tuyển dụng

Đồ án cơ khí

Đồ án ô tô

Đồ án điện & tự động hóa

Đồ án xây dựng

Báo cáo thực tập

Tài liệu

Thiết kế 2d, 3d

Bóc tách bản vẽ

Làm đồ án, luận văn

Hướng dẫn bảo vệ đồ án, luận văn