Đang tải... (xem toàn văn)
Tài liệu tham khảo phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu xuất, xuất tiêu hao nhiên liệu động cơ Điezen
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. GS. TS. NGUYỄN TẤT TIẾN. Nguyên lý động cơ đốt trong. NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC 2. PTS. QUÁCH ĐÌNH LIÊN. Thiết kế nguyên lý động cơ diezel. NHÀ XUẤT BẢN NÔNG NGHIỆP 1993. 3. PGS. TS. NGUYỄN VĂN NHẬN. Lý thuyết động cơ đốt trong. Nha trang 2004. 4. PHẠM MINH TUẤN. Động cơ đốt trong. LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay trên thế giới khoa học và công nghệ phát triển rất mạnh mẽ. Định hướng phát triển của nước ta đến năm 2020 cơ bản trở thành nước công nghiệp. Với yêu cầu cấp bách hiện nay là phải phát triển nhanh chóng các trang thiết bị máy móc hiện đại để phục vụ cho phát triển kinh tế. Bên cạnh việc phát triển thiết bị máy móc đảm bảo được chất lượng và năng suất để phát triển sản xuất, thì cần phải có trang thiết bị máy móc để bảo vệ môi trường, để đảm bảo cho đất nước phát triển ổn định. Với mục đích nâng cao chất lượng và tính kinh tế của động cơ điêzen. Bộ môn Động lực, khoa Cơ khí, trường đại học Nha Trang giao cho tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp: “Phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen”. Nội dung của luận văn gồm bốn phần: 1. Giới thiệu các thông số tính năng động cơ điêzen. 2. Phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen. 3. Thực nghiệm xác định suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen tại phòng thí nghiệm động cơ bộ môn động lực, khoa cơ khí. 4. Thảo luận. Do trình độ bản thân còn nhiều hạn chế, thời gian và điều kiện làm đề tài có hạn. Cho nên, đề tài không chánh khỏi những sai sót. Do đó, em rất mong được sự góp ý của quý thầy cô cùng toàn thể các bạn sinh viên quan tâm đến đề tài này. Nhân đây em xin chân thành cảm ơn thầy ThS. Phùng Minh Lộc và thầy TS. Lê Bá Khang đã tận tình giúp đỡ em thực hiện đề tài này. Nha trang, ngày 26 tháng 11 năm 2007 Sinh viên thực hiện PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN Họ tên SV: Lê Ngọc Tân Lớp: 43DLTT Nghành: Cơ khí Động Lực Mã nghành Tên đề tài: “Phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen”. Số trang: Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 4 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Kết luận: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Nha trang, ngày tháng năm 2007 CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (ký và ghi rõ họ tên) PHIẾU ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG LVTN Nghành: Cơ khí Động Lực Mã nghành Họ tên SV: Lê Ngọc Tân Lớp: 43DLTT Tên đề tài: “Phân tích cơ sở lý thuyết xác định hiệu suất, suất tiêu hao nhiên liệu động cơ điêzen”. Số trang: Số chương: 4 Số tài liệu tham khảo: 4 NHẬNN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Kết luận: …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… …………………………………………………………………………… Nha trang, ngày tháng năm 2007 CÁN BỘ PHẢN BIỆN (ký và ghi rõ họ tên) Nha trang, ngày tháng năm 2007 CHỦ TỊCH HỘI ĐỒNG (ký và ghi rõ họ tên) ĐIỂM CHUNG Bằng số Bằng chữ CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CÁC THÔNG SỐ TÍNH NĂNG Các thông số tính năng của động cơ dùng để biểu đạt khả năng làm việc và hiệu quả làm việc của động cơ điezen. Có thể dùng các thông số sau đây gọi chung là các thông số tính năng của động cơ điezen, đó là: tốc độ, tải, và hiệu suất. 1.1. Tốc độ động cơ: 1.1.1. Tốc độ quay (n): Là số vòng quay của trục khuỷu trong một đơn vị thời gian. Đơn vị thường dùng của tốc độ quay là vòng/ phút, viết tắt là (vg/ph) hoặc (rpm) Tốc độ quay của động cơ thường thay đổi trong quá trình hoạt động, tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc hoặc yêu cầu của người vận hành động cơ. Cần phân biệt một số khái niệm liên quan đến tốc độ quay sau đây: a. Tốc độ quay danh nghĩa n n : Tốc độ quay do nhà chế tạo định ra và là cơ sở để xác định công suất danh nghĩa, để tính toán các kích thước cơ bản của động cơ để lựa chọn chế độ làm việc hợp lý, v.v. b. Tốc độ quay cực đại n max : Tốc độ quay lớn nhất mà nhà chế tạo cho phép sử dụng trong một khoảng thời gian xác định mà động cơ không bị quá tải. c. Tốc độ quay cực tiểu n min : Tốc độ quay nhỏ nhất, tại đó động cơ vẫn có thể hoạt động ổn định. d. Tốc độ quay ứng với công suất cực đại n N : e. Tốc độ quay ứng với mômen quay cực đại n M : f. Tốc độ quay ứng với suất tiêu hao nhiên liệu nhỏ nhất n g : g. Tốc độ quay khởi động n k : Tốc độ quay nhỏ nhất tại đó có thể khởi động được động cơ. h. Tốc độ quay sử dụng n s : Tốc độ quay được người thiết kế tổ hợp động cơ máy công tác khuyến cáo sử dụng để vừa phát huy hết tính năng của động cơ, vừa đảm bảo độ tin cậy và tuổi bền cần thiết. Bảng 1-1.Tốc độ quay của động cơ điêzen thường gặp: Tốc độ quay (vg/ph) Động cơ điêzen n n 2000 – 4000 n min 350 – 700 n max (1.05 – 1.07)n n n M (0.5 – 0.7)n n n (1.4 – 1.6)n n g e N e M e e g e N e M R max N n g M min n n n n n n n n Hình 1-1.Các đặc điểm đặc trưng đặc tính tốc độ của động cơ điezen. 1.1.2. Vận tốc trung bình của piston C m : C m = 30 .nS ; (m/s) (1.1) trong đó: C m - vận tốc trung bình của piston (m/s); S - hành trình piston (m); n - tốc độ quay động cơ (vg/ph). Tốc độ quay của động cơ là thông số đặc trưng cho “tính cao tốc” của động cơ, trong đó bao hàm hàng loạt tính chất vận hành, như: cường độ làm việc, cường độ hao mòn các bề mặt ma sát, phụ tải cơ và phụ tải nhiệt,v.v…Căn cứ vào tốc độ, động cơ điezen được phân thành: động cơ thấp tốc, trung tốc và cao tốc. Cả tốc độ quay (n) và vận tốc trung bình của piston C m đều có thể được dùng làm tiêu chí để đánh giá tính cao tốc. Tuy nhiên, C m được coi là chỉ số đánh giá tính cao tốc của động cơ điezen một cách chính xác hơn, vì nó có liên quan một cách trực tiếp hơn đến các tính chất vận hành nói trên. Cần lưu ý rằng, việc định ra giới hạn tốc độ để xếp một động cơ điezen cụ thể vào loại thấp, trung hoặc cao tốc chỉ mang tính tương đối, ví dụ: một động cơ thuỷ có tốc độ quay là 2000 (vg/ph) thuộc loại cao tốc, nhưng một động cơ điezen ôtô cũng với tốc độ quay đó thì thuộc loại trung tốc hoặc thấp tốc. Đối với động cơ thuỷ có thể phân loại như sau: - Động cơ thấp tốc: n n 140 (vg/ph) - Động cơ trung tốc: 240 (vg/ph) < n n 1200 (vg/ph) - Động cơ cao tốc: n n 1200 (vg/ph) Tốc độ danh nghĩa của động cơ đốt trong cao hay thấp trước hết phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Những yếu tố khác có ảnh hưởng đến việc lựa chọn tốc độ danh nghĩa là: hiệu suất, tuổi bền, độ tin cậy, công nghệ chế tạo, v.v, hầu hết động cơ chính của tàu thuỷ trọng tải lớn là loại thấp tốc. Ngược lại, xuồng gắn máy, tàu thuyền nhỏ được trang bị chủ yếu bằng động cơ cao tốc. Động cơ trung tốc thường được sử dụng làm nguồn động lực cho tàu kéo, phà, tàu cá xa bờ, máy phát điện, máy nén lạnh, v.v…phần lớn động cơ ôtô thuộc loại cao tốc và xu hướng chung trong công nghiệp ôtô là tăng tốc của động cơ. Trong khi tốc độ danh nghĩa n n của động cơ điêzen do nhà chế tạo định ra thì tốc độ quay cực tiểu n min lại không chỉ tuỳ thuộc vào mong muốn chủ quan của người thiết kế, chế tạo hoặc người khai thác kỹ thuật động cơ. Ở tốc độ quay quá thấp, chất lượng quá trình hình thành hỗn hợp cháy sẽ rất kém, áp suất và nhiệt độ môi chất công tác trong xilanh sẽ không đủ cao do nhiệt độ, lượng khí sót qua khe hở giữa piston-xilanh- segment và lượng nhiệt truyền qua vách xilanh lớn. Kết quả là nhiên liệu không bốc cháy được hoặc cháy không ổn định. Tóm lại, tốc độ quay cực tiểu của động cơ được quyết định bởi điều kiện đảm bảo cho quá trình cháy diễn ra một cách ổn định ở tốc độ quay thấp. Điều đó phụ thuộc vào chất lượng thiết kế, chế tạo, lắp giáp động cơ điezen tốc độ quay thấp và tình trạng kỹ thuật của nó. Ngoài ra, động cơ tăng áp bằng tuabin khí thải - máy nén khí, trị số tốc độ quay cực tiểu còn bị giới hạn bởi "hiện tượng bơm" xuất hiện khi tốc độ quay của động cơ giảm xuống quá thấp so với tốc độ quay thiết kế. Động cơ xe cơ giới đường bộ có n min nhỏ sẽ có tuổi bền cao hơn và tiêu hao ít nhiên liệu hơn vì thời gian hoạt động ở chế độ quay cực tiểu của loại động cơ này chiếm tỉ lệ quay đáng kể trong tổng thời gian vận hành động cơ. Động cơ thuỷ có n min nhỏ sẽ đảm bảo tính an toàn và tin cậy cao hơn khi vận hành tàu thuỷ trong điều kiện không thuận lợi, như: trong khu vực cảng, trên các đoạn sông chật hẹp,v.v… 1.2. Tải của động cơ: Tải là đại lượng đặc trưng cho số cơ năng mà động cơ phát ra trong một chu trình công tác hoặc trong một đơn vị thời gian các đại lượng được dùng để đánh giá tải của động cơ điêzen bao gồm: áp suất trung bình, công suất, momen quay. 1.2.1. Áp suất trung bình của pittong: Áp suất trung bình của chu trình là đại lượng được xác định bằng tỉ số giữa công sinh ra trong một chu trình gọi tắt là công chu trình và dung tích công tác của xilanh, có: p tb = V L h ct ; (N/m 2 ) (1.2) trong đó: L ct - công chu trình (J); V h - dung tích công tác của xilanh (m 3 ). Tuỳ thuộc vào công chu trình được xác định như thế nào có thể xác định, có thể phân biệt: - Áp suất lý thuyết trung bình: p t = V L h t ; (N/m 2 ) (1.3) - Áp suất chỉ thị trung bình: p i = V L h i ; (N/m 2 ) (1.4) - Áp suất có ích trung bình: p e = V L h e ; N/m 2 ) (1.5) trong đó: L t - công lý thuyết của chu trình (J); L i - công chỉ thị của chu trình (J); L e - công có ích của chu trình (J); V h - dung tích công tác của xilanh (m 3 ). L e = L i - L m ; (J) (1.6) L m - công tổn thất của chu trình (J). a. Công lý thuyết L t : Là công của chu trình lý thuyết, khi xây dựng chu trình lý thuyết, người ta đã chọn đơn giản hoá các quá trình nhiệt động thực tế, trong đó có việc bỏ qua mọi dạng tổn thất năng lượng có thể tồn tại trong một chu trình thực tế, như: tổn thất do nhiên liệu cháy không hoàn toàn, tổn thất do nhiệt truyền từ môi chất công tác qua vách xilanh, tổn thất do ma sát,v.v…nhằm mục đích thiết lập được các đặc tính và mức độ ảnh hưởng của các thông số và của các quá trình nhiệt động chủ yếu đến các chỉ tiêu của chu trình bằng con đường lý thuyết qua đó có thể định ra được phương hướng nâng cao công suất và hiệu suất của động cơ thực tế. Như vậy, với chu trình lý thuyết chỉ tồn tại một dạng tổn thất năng lượng duy nhất, đó là lượng nhiệt phải truyền cho nguồn lạnh theo quy định của định luật nhiệt động II và công lý thuyết chính là hiệu của số nhiệt năng cấp cho môi chất công tác Q 1 và nhiệt năng truyền từ môi chất công tác cho nguồn Q 2 . L t = Q 1 - Q 2 ; (J) (1.7) b. Công chỉ thị L i : Là công do môi chất công tác sinh ra trong một chu trình thực tế, trong đó chưa xét đến phần tổn thất cơ học. Có thể xác định công chỉ thị như sau: L i = Q 1 – ΔQ i = Q 1 – (Q m + Q x + Q kh + Q cl ) ; (J) (1.8) trong đó: Q 1 - lượng nhiệt cấp cho chu trình (lượng nhiệt sinh ra khi đốt cháy hoàn toàn nhiên liệu đưa vào buồng cháy trong một chu trình công tác); ΔQ i - tổng nhiệt năng bị tổn thất trong một chu trình nhiệt động thực tế; Q m - tổn thất do làm mát (phần nhiệt năng truyền từ môi chất công tác qua vách xilanh cho môi chất làm); [...]... kiệm nhiên liệu Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ trong một đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu giờ Ge Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để sinh ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị thời gian được gọi là lượng tiêu thụ nhiên liệu riêng có ích (gọi tắt là suất tiêu thụ nhiên liệu) ge = G N nl ; (kg/W.s) e trong đó: ge - suất tiêu thụ nhiên liệu (kg/W.s); Gnl - lượng nhiên. .. (kW); Gnl - lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giây (kg/s); Qtk - nhiệt trị thấp của một kg nhiên liệu (J/kg) 1.4 Suất tiêu thụ nhiên liệu ge: Hiệu quả biến đổi nhiệt năng thành cơ năng c động cơ điêzen ủa cũng đồng nghĩa với khái niệm "tính tiết kiệm nhiên liệu" của nó Trong thực tế khai thác, ng ười ta ít dùng hiệu suất mà thường dùng đại lượng thể hiện lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để đánh... 1.3.1 Hiệu suất lý thuyết ηt: Là hiệu suất của chu trình lý thuyết Chu trình lý thuyết hay chu trình lý tưởng của động cơ điêzen là chu trình nhiệt động được xây dựng trên cơ sở hàng loạt quá trình đơn giản hoá các quá trình nhiệt động diễn ra trong không gian công tác của động cơ điêzen Mức độ đơn giản hoá được lựa chọn tùy thuộc vào mục đích nghiên cứu Ví dụ: có thể giả định môi chất công tác là khí lý. .. chỉ tiêu động lực của động cơ: Ne, Me, NL, pe thì Ne và Me thể hiện công suất và momen quay của động cơ điêzen, còn Ne ,pe phản ánh công suất và momen quy về một lít thể tích công tác của xilanh Do đó, Pe phản ánh mức độ cường hoá về tải lượng (lượng nhiên liệu cấp cho chu trình), còn NL phản ánh mức độ cường hoá cả về tải và về tốc độ quay (n) của động cơ CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH... tiết của chuyển động tương đối với nhau - Phần năng lượng tiêu hao cho việc dẫn động các thiết bị và cơ cấu của bản thân động cơ, như: bơm nhiên liệu, bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, cơ cấu phân phối khí,v.v… - "Tổn thất bơm" phần cơ năng tiêu hao cho quá trình thay đổi khí d Công có ích Le: Là công thu được ở đầu ra của trục khuỷu đó là phần cơ năng thực tế có thể dẫn động được hộ tiêu thụ công... khoảng 10 – 25 % so với công suất đo theo (DIN) nếu đo theo tiêu chuẩn (CUNA) của Italia thì lớn hơn 5 – 10 % d Công suất quy đổi Neq: Công suất của động cơ đã được hiệu chỉnh theo các điều kiện tiêu chuẩn Chúng ta đã biết rằng, công suất và một số chỉ tiêu khác của động cơ diesel, như momen quay, suất tiêu hao nhiên liệu, lượng tiêu hao nhiên liệu giờ, v.v chịu ảnh h ưởng đáng kể của môi tr ường xung... lượng nhiên liệu tiêu hao trong một giây (kg/s); Ne - công suất có ích (kW) 1.5 Cường độ làm việc của động cơ điêzen: (1.20) Cường độ làm việc của động cơ điêzen có thể đánh giá bằng nhiều thông số khác nhau Dùng đại lượng công suất lít để đánh giá cường độ làm việc của động cơ Công suất lít NL là tỷ số giữa công suất quy định c động cơ và ủa tổng thể tích công tác i.V h đo bằng lít của động cơ: NL =... sau: Loại động cơ - Động cơ điêzen 4 kỳ - Động cơ điêzen 2 kỳ Hệ số nạp, ( v ) v v = 0.75 - 0.9 = 0.40 - 0.8 c Hệ số dư lượng không khí ( ): Do hạn chế thời gian tạo hỗn hợp trong động cơ nên việc hòa trộn nguyên liệu với không khí không đảm bảo hoàn toàn bởi thế hỗn hợp không khí nhiên liệu trong buồng cháy không đều Nếu chỉ số nạp v ào xilanh lượng không khí lý thuyết thì nhiên liệu không... o Với động cơ có trong trạng thái kỹ thuật và điều chỉnh tốt, khi thiết bị nhiên liệu làm việc ở chế độ định mức, thì ứng với các giá trị hệ số dư lượng không khí nói trên đảm bảo cháy hoàn toàn, khi đó, suất tiêu hao nhiên liệu và độc tố trong khí xả nhỏ nhất Hệ số dư lượng không khí thực nghiệm cũng được xác định theo kết quả phân tích thử nghiệm kh xả trong quá trình thử nghiệm động cơ í nhờ... cấp cho chu trình), còn NL phản ánh mức độ cường hoá cả về tải và về tốc độ quay (n) của động cơ CHƯƠNG 2 : PHÂN TÍCH CƠ SỞ LÝ THUYẾT XÁC ĐỊNH HIỆU SUẤT VÀ SUẤT TIÊU HAO NHIÊN LIỆU ĐỘNG CƠ ĐIÊZEN A Hiệu suất của động cơ điêzen 2.1 Hiệu suất lý thuyết 2.1.1 Định nghĩa: Là tỷ số giữa lượng nhiệt được chuyển thành công và lượng nhiệt cấp cho môi chất trong chu trình t = L Q t 1 = Q Q Q 1 1 1 = 1- Q . được dùng làm tiêu chí để đánh giá tính cao tốc. Tuy nhiên, C m được coi là chỉ số đánh giá tính cao tốc của động cơ điezen một cách. của các quá trình nhiệt động chủ yếu đến các chỉ tiêu của chu trình bằng con đường lý thuyết qua đó có thể định ra được phương hướng nâng cao