Đang tải... (xem toàn văn)
Phân tích đặc điểm cấu tạo, tính năng kỹ thuật và sử dụng họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C của hãng ManB&W
Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hồng Việt -Trang 1 - LỜI NÓI ĐẦU ! Ngày nay cùng với sự phát triển của nền khoa học kỹ thuật, nền cơng nghiệp đóng tàu nước ta đang có những bước phát triển mạnh mẽ. Chúng ta đã đóng và hạ thủy thành cơng những con tàu với tải trọng hàng chục ngàn tấn và đang bắt tay vào việc đóng những con tàu tải trọng lên đến hàng trăm nghìn tấn. Và cũng chính vì lí do đó mà u cầu nắm vững về đặc điểm cấu tạo cũng như tính năng kỹ thuật, việc vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa các động cơ có cơng suất lớn được trang bị trên tàu là rất quan trọng. Nhằm mục đích tiếp cận và làm quen với các loại động cơ mới hiện nay qua đó để có thể hiểu rõ hơn và đặc điểm cấu tạo cũng như tính năng kỹ thuật của chúng em mạnh dạn nhận đề tài: “ Phân tích đặc điểm cấu tạo, tính năng kỹ thuật và sử dụng họ động cơ Diesel tàu thủy hiệu S70MC-C của hãng ManB&W “. Cho đồ án tốt nghiệp với nội dung thực hiện là: 1. Động cơ Diesel 2 kỳ và họ động cơ S70 MC-C. 2. Phân tích đặc điểm cấu tạo của họ động cơ S70MC-C. 3. Phân tích tính năng kỹ thuật và sử dụng họ động cơ S70 MC-C. 4. Nhận xét và thảo luận. Với những nội dung trên sau hơn ba tháng nghiên cứu tìm hiểu với sự nổ lực của bản thân cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy ThS. Dương Tử Tiên, em đã hồn thành đề tài nghiên cứu của mình theo đúng thời gian và nội dung qui định. Tuy nhiên trong q trình tìm hiểu vấn đề em còn hạn chế về mặt kiến thức, mặt khác những tài liệu về loại động cơ này khơng nhiều (chỉ có được tài liệu chun sâu khi đã mua động cơ của hãng, nếu mua riêng tài liệu chun sâu thì giá rất cao) và tài liệu đa phần là tiếng Anh nên chắc chắn trong q trình tìm hiểu khơng thể tránh được những sai sót. Vì vậy em rất mong sẽ nhận được sự đóng góp ý kiến của thầy cơ và các bạn để đề tài này được hồn thiện hơn. Và cuối cùng em xin chân thành gởi lời cảm ơn đến q thầy cơ, các bạn cùng các kỹ sư Nguyễn Thái Dương, Trần Cơng Bằng . (XNLH Ba Son), Nguyễn Hữu Hạnh, Võ Hùng Kha… (cơng ty Hyun Dai) và đặc biệt là thầy ThS. Dương Tử Tiên đã tận tình hướng dẫn, cung cấp tài liệu cũng như giúp đỡ để em hồn thành tốt đề tài này. Nha Trang tháng 11 năm 2006 SVTH ĐỖ HỒNG VIỆT. Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 2 - Chương 1 ĐỘNG CƠ DIESEL 2 KỲ VÀ HỌ ĐỘNG CƠ S70 MC-C ------------------- 1.1. VÀI NÉT LỊCH SỬ TÀU THỦY VÀ MÁY TÀU. Từ cuối thế kỷ 18 trở về trước, các thuyền buôn đều vận chuyển nhờ sức gió trong khi gió lại thất thường. Do đó nhất định phải có một nguồn năng lượng nào ổn định và đủ mạnh để thay thế gió. Chính vì thế tàu thủy phát triển gắn liền với sự phát triển của máy hơi nước và động cơ đốt trong. Vào khoảng năm 1700, Newcomen đã chế ra chiếc máy ‘không khí’ nhưng loại này còn quá yếu và nặng nề nên không thể áp dụng cho tàu thủy. Chiếc máy hơi nước thực sự được James Watt chế ra vào khoảng năm 1770 và nhiều người đã tìm cách áp dụng máy hơi nước vào việc chuyển vận của tàu thủy. Hai người Mỹ đầu tiên được giao trọng trách chế tạo các tàu thủy đầu tiên là James Rumsey và John Fich, nhưng chẳng may là họ đã thất bại vì chọn động cơ không thích hợp. Năm 1785 John đã đóng một kiểu tàu thủy có lắp động cơ nhưng ông lại thiết kế động cơ này truyền động cho hai bộ máy chèo ở hai bên mạn tàu. Hình1.1. Tàu dùng máy chèo. Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 3 - Hình 1.2. Tàu có động cơ chạy bằng hơi nước đầu tiên. Hình 1.3. Tàu thủy hơi nước năm 1790. Năm 1802, Stevens đã đóng một chiếc thuyền dài 8 mét có gắn một máy hơi nước liên hợp với một chân vịt có 4 cánh và chiếc tàu này đã chạy được từ NewYork đến Philadenphia. Năm 1844, tàu Great Britain được trang bị động cơ 200 mã lực chạy bằng hơi nước đã đạt được tốc độ 12 hải lý một giờ. Động cơ đốt trong đầu tiên ra đời năm 1869 do ông Lenoir (một người hầu bàn và một nhà kỹ thuật nghiệp dư ở Pari) chế tạo, chạy bằng than có hiệu suất e =2-3%. Năm 1897, Diesel chế tạo thành công động cơ Diesel đầu tiên với hiệu suất khá cao e = 26% chạy bằng nhiên liệu nặng (dầu Diesel). Ngay từ khi ra đời với đặc điểm hiệu suất lớn, dùng nhiên liệu rẻ tiền, ít có nguy cơ gây hỏa hoạn, động cơ Diesel đã trở thành nguồn động lực chính của tàu thủy, đầu máy xe lửa, các đầu máy kéo, các nguồn động lực tĩnh tại và di động. Cũng kể từ đó đến nay động cơ Diesel ngày càng được các công ty trên thế giới nghiên cứu chế tạo, phát triển và càng được sử dụng rộng rãi trong các nghành công Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 4 - nghiệp. Trong lĩnh vực tàu thủy, những tên tuổi của các hãng Yanmar, Cummins, Mitsubishi, Sulzer, ManB&W .v.v đã trở nên rất quen thuộc với chúng ta. 1.2. SƠ LƯỢC VỀ HÃNG MANB&W DIESEL. Man B&W Diesel có hơn 100 năm kinh nghiệm về lĩnh vực tàu thủy và máy thủy. Là nhà chế tạo động cơ Diesel thành công trong lịch sử. Về lĩnh vực kinh doanh Man B&W sản xuất các loại động cơ Diesel 2 kỳ, 4 kỳ thấp tốc, trung tốc và cao tốc, các loại máy tuabin tăng áp, chân vịt biến bước… Với mục tiêu xâm nhập và mở rộng thị trường Man B&W Diesel đã không ngừng phát triển thị trường ở các nơi trên thế giới, và đã đặt văn phòng và nhà máy sản xuất ở các nước Đức, Mỹ, Đan Mạch, Úc, Hồng Kông, Singarpore . và ở Việt Nam thì Man B&W có văn phòng đại diện là: Dumarest HK LTD. Địa chỉ văn phòng: 93 Lý Tự Trọng, Q1, Tp Hồ Chí Minh. SĐT: 8829 – 2918 Fax : 8829 – 3163 Email: dhk@hcm.vnn.vn Dưới đây giới thiệu một số hình ảnh về hãng ManB&W. Cơ sở ManB&W tại Copenhagen-Đan Mạch. Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 5 - Nhà máy ManB&W tại Augsburg-Đức. ManB&W-12K98-MC một trong những động cơ Diesel lớn nhất thế giới với công suất trên 100.000 HP đã được công ty ManB&W chuyển giao cho công ty HyunDai- Hàn Quốc. Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 6 - 1.3. VÀI NÉT VỀ ĐỘNG CƠ DIESEL TÀU THỦY 2 KỲ. Điểm khác nhau cơ bản giữa động cơ hai kỳ và động cơ bốn kỳ là ở chỗ: động cơ hai kỳ không có riêng hành trình thải và nạp nên phải thực hiện thải và nạp cùng một lúc, trong thời gian rất ngắn, ngay trước và sau điểm chết dưới của piston. Do đó thời gian cho chu trình công tác được thực hiện trong một vòng quay trục khuỷu. Thời gian trao đổi môi chất rất ngắn chỉ bằng khoảng 1/3 thời gian thải và nạp của động cơ bốn kỳ. Môi chất đã được nén trước được đưa vào tạo áp lực đẩy sản vật cháy từ xilanh ra đường thải gây tác dụng quét khí thải ra khỏi xilanh. Việc nén trước không khí được thực hiện trong một bơm quét khí riêng. Trong các động cơ hai kỳ cỡ lớn người ta dùng một khoang chứa khí nén riêng biệt và dùng máy nén khí nén tăng lượng cung cấp khí nạp vào xilanh động cơ làm tăng mật độ không khí, qua đó tăng lượng không khí nạp vào xilanh mỗi chu trình, vì vậy sẽ làm tăng công suất động cơ. Việc quét khí cho động cơ 2 kỳ hiện nay được ứng dụng theo nhiều sơ đồ khác nhau. Căn cứ vào đặc tính chuyển động của dòng khí quét có thể chia thành hai nhóm chính là: quét vòng và quét thẳng. 1.3.1. Sơ đồ quét khí vòng 1.3.1.1. Đặc điểm + Không có xupáp. + Các cửa nạp và các cửa xả được bố trí xung quanh thành xilanh về 2 phía đối diện nhau. Mép trên của cửa xả cao hơn mép trên của cửa nạp. Các cửa nạp có hướng vát lên phía trên để tạo hướng đi của dòng khí nạp lùa lên phía trên sát nắp xilanh. + Việc đóng mở các cửa khí do piston đảm nhiệm. Nhóm này gồm nhiều loại: - Quét kiểu vòng đơn (hình a,b). - Quét kiểu vòng có đường nạp khí phụ (hình c). a) b) c) Hình 1.4. Sơ đồ quét khí vòng. Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 7 - 1.3.1.2 Nguyên lí hoạt động Chu trình công tác của động cơ hai kì thực hiện trong hai hành trình piston: + Hành trình thứ nhất - Piston đi từ ĐCD lên ĐCT. - Khi piston ở ĐCD các cửa nạp và các cửa thải đều mở. Lúc này khí nạp được bơm quét khí thổi vào xilanh. Do có áp suất lớn hơn áp suất khí thải còn lại trong xilanh nên khí nạp sẽ lùa khí thải qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn quét khí. - Khi piston đi từ ĐCD lên, các cửa nạp và thải đều dần dần đóng lại, kết thúc quá trình nạp khí. - Khi các cửa nạp đã đóng, khí nạp ngừng không vào xilanh nửa nhưng vì cửa thải vẫn còn mở nên khí thải vẫn còn tiếp tục qua cửa thải ra ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xả khí sót. Trong giai đoạn này, một phần khí nạp cũng bị lọt qua cửa thải ra ngoài, nên còn gọi là giai đoạn lọt khí. Khi piston đi lên đóng kín các cửa thải thì kết thúc giai đoạn lọt khí. - Khi piston tiếp tục đi lên ĐCT, không khí trong xilanh bị nén lại rất nhanh làm áp suất và nhiệt độ khí nén tăng lên, giai đoạn này làm nhiệm vụ nén khí, quá trình xảy ra tương tự như ở kỳ nén động cơ 4 kỳ. Khi piston lên gần ĐCT thì nhiên liệu được phun vào xilanh dưới dạng sương mù. + Hành trình thứ hai - Nhiên liệu phun vào xilanh gặp khí nén có nhiệt độ cao sẽ tự bốc cháy làm áp suất và nhiệt độ trong xilanh tăng lên mãnh liệt, sản vật cháy giản nỡ mạnh đẩy piston đi xuống làm quay trục khuỷu, thực hiện giai đoạn sinh công. - Khi piston đi xuống được một đoạn thì mở cửa thải trước, khí thải trong xilanh tự do thoát ra ngoài làm áp suất trong xilanh giảm xuống gần bằng áp suất bên ngoài. Giai đoạn này gọi là giai đoạn xả tự do. - Piston tiếp tục đi xuống một đoạn nữa thì mở các cửa nạp, khí nạp lại được thổi vào xilanh lùa khí thải ra, thực hiện quá trình thay khí chuẩn bị cho chu trình sau. 1.3.2. Sơ đồ quét khí thẳng 1.3.2.1. Đặc điểm Có xupáp xả, xupáp xả được bố trí trên nắp xilanh và được điều khiển bằng 1 cơ cấu phân phối trích lực từ trục khuỷu. Các cửa nạp được bố trí xung quanh thành xilanh, hướng tiếp tuyến (với vòng tròn có đường kính nhỏ hơn đường kính xilanh) một góc , có hướng vát lên phía trên Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 8 - một góc để tạo hướng đi của dòng khí xoáy vòng lên trên. Việc đóng và mở các cửa nạp do piston đảm nhiệm. Hình 1.5. Sơ đồ quét khí thẳng. 1.3.2.2. Nguyên lí hoạt động + Hành trình thứ nhất: Piston đi từ ĐCD lên ĐCT, các cửa nạp và xupáp xả điều mở, trong hành trình này làm các nhiệm vụ: quét khí, nạp khí, nén khí và phun nhiên liệu như ở động cơ quét vòng. Chỉ khác động cơ quét khí vòng ở chỗ: Giai đoạn lọt khí (xả khí sót) ở động cơ này có thể điều chỉnh được (rất nhỏ hoặc bằng không, thậm chí có thể cho xupáp xả đóng trước khi đóng cửa nạp). + Hành trình thứ hai: Hành trình này làm các nhiệm vụ giãn nở sinh công, xả tự do, quét khí tương tự như trong động cơ quét vòng, nghĩa là sau giai đoạn sinh công thì xupáp xả được mở trước, các cửa nạp mở sau. Ưu điểm của hệ thống quét khí thẳng là: - Do dòng khí chuyển động rất thuận lợi, khí nạp và khí thải ít bị trộn lẫn nên chất lượng thải sạch tốt hơn. - Có thể điều chỉnh được thời điểm đóng và mở xupáp xả nên hiệu suất cao đặc biệt là khi sử dụng với cơ cấu piston - thanh truyền - trục khuỷu có con trượt, hiệu suất có thể đạt được >50%. Tuy nhiên nhược điểm của hệ thống này là kết cấu phức tạp do phải có thêm hệ thống điều khiển xupáp xả đồng thời động cơ thường lớn hơn nhiều (động cơ có con trượt). Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 9 - 1.4. HỌ ĐỘNG CƠ S70 MC-C. + Họ động cơ Man B&W S70-MC-C thuộc loại động cơ 2 kỳ tốc độ thấp, một hàng xilanh thẳng đứng. + Số xilanh có thể có là 4, 5, 6, 7, 8 xilanh. + Đường kính piston là: 700 mm. + Hành trình piston: thuộc loại hình trình cực lớn 2800 mm. + Vận tốc piston Cm = 8,5 m/s. + Tốc độ quay định mức: 91 vòng /phút. + Tỉ số nén = 25. + Dãy công suất của họ này từ 12420 kW 24840 KW. + Là động cơ có con trượt. + Khối lượng của họ động cơ 423 704,4 tấn + Làm mát hai vòng: vòng trong làm mát bằng nước ngọt, vòng ngoài làm mát bằng nước biển. + Suất tiêu hao nhiên liệu tùy điều kiện sử dụng và tùy theo tuabin tăng áp được trang bị cho động cơ: - Trong điều kiện tiêu chuẩn với tuabin hiệu suất cao g e = 169 g/KW.h. - Trong điều kiện tiêu chuẩn với tuabin thông thường g e = 171 g/KW.h. + Mức tiêu thụ dầu bôi trơn: - Tiêu thụ dầu bôi trơn của toàn hệ thống: 10 kg/xilanh.24h. - Tiêu thụ dầu bôi trơn của xilanh: 1,1-1,6 g/Kw.h. + Động cơ được trang bị tăng áp bằng tuabin khí xả, có sử dụng hệ thống làm mát khí nạp. Tuabin có thể lựa chọn các loại sau: ManB&W, ABB, Misubishi. + Cũng như các loại động cơ 2 kỳ có công suất lớn khác nó được khởi động bằng khí nén. Do là động cơ 2 kỳ có con trượt nên nó có chiều cao lớn hơn đáng kể đối với động cơ không có con trượt với cùng đường kính và hành trình piston. Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt -Trang 10 - + Kích thước động cơ (mm). Số xilanh 4 5 6 7 8 A min (mm) Max (mm) 7118 7631 8308 8821 9498 10011 106688 11201 11878 12391 6190 5350 4860 5790 6190 6190 5350 4860 5790 6190 B 6190 5350 4860 5790 6190 3825 4230 3747 3947 4325 3632 4037 3574 3932 4132 C 3729 4134 4334 3845 4229 D 3992 4072 4162 4202 4267 E 11250 1240 F 11525 G 3700 8010 8010 7710 7710 8010 7919 7919 7680 7919 7919 H 7970 7970 7970 7725 7970 J 460 K Tùy thuộc vào trục chân vịt V 15, 30, 45, 60, 75, 90 [...]... Họ động cơ S70 MC-C sử dụng cả nhiên liệu nặng (heavy oil) và dầu diesel (diesel oil) Nhiên liệu nặng được sử dụng cho các chế độ khai thác chính, dầu diesel được dùng lúc khởi động động cơ và trước khi dừng động cơ (dùng để “rửa” máy) và trong các trường hợp đặc biệt (lúc giông bão) Để động cơ phát huy được công suất tối đa cũng như mang lại hiệu quả kinh tế cao nhất thì ManB&W khuyến cáo nên sử dụng. .. mức độ kín khít của hộp làm kín -Trang 19 - Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt Hình 2.8 Hình cắt hộp làm kín 2.1.2 Cơ cấu con trượt Cơ cấu con trượt được dùng ở các động cơ tàu thủy cỡ lớn, tốc độ quay chậm, nhằm đảm bảo tính tin cậy và tuổi thọ của piston và xilanh Khi có cơ cấu con trượt, áp suất pháp của piston trên thành xilanh sẽ được truyền cho guốc trượt và phần dẫn hướng của nó Do đó khi... điện tử (động cơ thông minh có thể thay đổi φfs, φx ) + Kí tự thứ năm: - C động cơ có kết cấu nhỏ gọn dùng cho tàu thủy, xe lửa - S động cơ tĩnh tại có kết cấu lớn dùng cho máy phát điện -Trang 11 - Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt Dưới đây là sơ đồ tổng quát thể hiện kết cấu và nguyên lý hoạt động của họ động cơ S70 MC-C: 11 12 10 9 8 18 7 6 17 13 5 14 4 1 5 16 1 3 2 Hình 1.7 Sơ đồ kết cấu thể... Nhiệm vụ của cơ cấu piston thanh truyền trục khuỷu là biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu Cơ cấu piston thanh truyền trục khuỷu gồm các bộ phận chính sau: nhóm piston và cán piston, hộp làm kín, thanh truyền, cơ cấu con trượt và trục khuỷu 2.1.1 Nhóm Piston Piston cùng với xilanh và nắp xilanh tạo thành buồng làm việc của động cơ Nhưng piston lại chuyển động do... kích thước và phương hướng của các tia nhiên liệu với hình dạng buồng cháy và cường độ vận động của môi chất trong buồng cháy 5/ Ngoài ra nó còn được dùng để làm mát vòi phun Hệ thống nhiên liệu phải thỏa mãn những yêu cầu cơ bản sau: + Bền và có độ tin cậy cao + Dễ chế tạo, giá thành rẻ + Dễ dàng và thuận tiện trong việc bảo dưỡng và sửa chữa Nhiên liệu sử dụng Nhiên liệu sử dụng cho động cơ phải... xả Ngoài ra kết cấu hệ thống điều khiển xupáp bằng thủy lực giảm đáng kể các chi tiết phụ như đũa đẩy, cò mổ, đòn gánh…(do công suất động cơ rất lớn và là động cơ có con trượt nên những chi tiết này sẽ rất lớn) Do đó giá thành động cơ giảm + Trục cam cách xa trục khuỷu nên dùng phương án truyền động xích là hợp lý Như vậy kết cấu của động cơ lớn hơn do phải lắp thêm xích và đĩa xích, và phải thiết kế... 1/ Tiếp nhận, lọc sạch, sấy nóng và vận chuyển nhiên liệu lỏng đến động cơ, đảm bảo cho động cơ hoạt động liên tục trong khoảng thời gian quy định 2/ Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xilanh theo trình tự làm việc quy định của động cơ 3/ Cung cấp nhiên liệu vào xilanh động cơ đúng lúc theo một quy luật đã định 4/ Phun tơi và phân bố đều hơi nhiên liệu trong thể tích môi chất trong buồng cháy, bằng... tổng quát của động cơ Hình 1.6 Động cơ 7S70 MC-C nhìn từ phía bơm cao áp Giải thích về ký hiệu động cơ Ví dụ: Động cơ 7S 70 MC-C + Kí tự thứ nhất: là số xi lanh của động cơ - 7 + Kí tự thứ hai: là tỉ số S/D S: hành trình cực lớn S/D # 4,0 (Nếu là L: hành trình lớn S/D # 3,2 Nếu là K: hành trình ngắn S/D # 2,8) + Kí tự thứ ba: Đường kính của piston -70 (cm) + Kí tự thứ tư: MC Chương trình động cơ - Nếu... quán tính không cân bằng của chi tiết chuyển động Bánh đà: được lắp ở phần cuối trục khuỷu, dùng để duy trì mức độ không đồng đều của trục khuỷu và hệ trục, tích luỹ công dư trong hành trình sinh công của piston và giải phóng cho hệ trục trong các hành trình tiêu tốn công Họ động cơ S70 MC-C là động cơ tàu thủy thấp tốc nhiều xilanh nên chỉ cần bánh răng có khối lượng nhỏ lắp trên trục có công dụng. .. 1.8 Mặt cắt ngang họ động cơ S70 MC-C Thiết bị làm mát không khí 7 Máy nén thủy lực Trục khuỷu 8 Ống cao áp (nhiên liệu) Thanh truyền 9 Ống cao áp (máy nén) Con trượt 10 Ống góp khí xả Hộp làm kín 11 Tuabin-máy nén Bình giảm chấn 12 Ống góp khí nạp -Trang 13 - Luận văn tốt nghiệp SVTH : Đỗ Hoàng Việt Chương 2 PHÂN TÍCH ĐẶC ĐIỂM CẤU TẠO CỦA HỌ ĐỘNG CƠ S70 MC-C - 2.1 CƠ CẤU PISTON – THANH . C c cửa nạp và c c cửa xả đư c bố trí xung quanh thành xilanh về 2 phía đối diện nhau. Mép trên c a c a xả cao hơn mép trên c a c a nạp. C c cửa nạp c . S70 MC- C. 2. Phân tích đ c điểm c u tạo c a họ động c S7 0MC- C. 3. Phân tích tính năng kỹ thuật và sử dụng họ động c S70 MC- C. 4. Nhận xét và thảo
