Chuyên đề GVHD : Nguyễn Đình Long SVTH: Nguyễn Thế Cường MSSV:48132042 Cải thiện hoạt động động Diesel Trong chế độ chuyển tiếp giải pháp Thời gian làm việc động Diezel chế độ chuyển tiếp đáng kể tuỳ theo tính chất phụ tải lĩnh vực sử dụng Nghiên cứu chế độ chuyển tiếp giải pháp nâng cao chất lượng trình chuyển tiếp ngày nhiều nhà nghiên cứu nhà sản xuất quan tâm Bài báo đề cập tới khái niệm hoạt động động Diezel có tăng áp tua bin khí xả chế độ chuyển tiếp Một số giải pháp để cải thiện hoạt động động chế độ chuyển tiếp giới thiệu • • A.Giới thiệu: Theo truyền thống, đại đa số nghiên cứu hoạt động động Diezel tập trung vào chế độ tĩnh Tuy nhiên, thực tế phần lớn thời gian hoạt động động lại chế độ động hay chế độ chuyển tiếp • Chế độ tĩnh gì? Đây chế độ hoạt động động mà thông số không thay đổi theo thời gian hay gọi chế độ cân Tải động giá trị tốc độ đặt không thay đổi coi chế độ tĩnh điễn hình với biểu trưng tốc độ • lượng cấp nhiên liệu cho chu trình không thay đổi theo thời gian Chế độ động hay gọi chế độ chuyển tiếp chế độ hoạt động động mà có thông số thay đổi theo thời gian • Từ khái niệm ta khái quát rằng, để chuyển từ chế độ tĩnh sang chế độ tĩnh khác động cần phải qua chế độ động hay gọi giai đoạn chuyển tiếp • • • • Quá trình chuyển tiếp động Diezel giải pháp cải thiện Các động Diezel ngày bờ tàu thuỷ đại đa số trang bị tuabin tăng áp khí xả đặc điểm trội công suất lớn, giảm suất tiêu hao nhiên liệu … Các động bộc lộ nhiều hạn chế cố hữu trình gia tốc chậm, khói đen tăng tốc, độ ồn cao… Độ trễ tua bin tăng áp đặc trưng động có tăng áp tua bin khí xả mà ảnh hưởng lớn tới hoạt động động Diezel chế độ chuyển tiếp Độ trễ tổ hợp tua bin tăng áp nguyên nhân bơm cao áp đáp ứng nhanh để tăng nhiên liệu tải tốc độ đặt tăng lên Lượng không khí cần thiết tức thời tăng lên cách tương ứng, mà tăng lên sau thời gian định phụ thuộc vào quán tính hệ thống; tượng biểu hịên rõ chế độ tải thấp tốc độ thấp Do vậy, hệ số dư lượng không khí giai đoạn đầu trình chuyển tiếp có giá trị thấp, chí nhỏ Quá trình cháy xấu dẫn đến đáp ứng động chậm, sụt tốc, khói đen độ ồn cao • • • • • • • • • • • Để cải thiện trình chuyển tiếp có ba phương pháp bản, là: Điều khiển trình cấp nhiên liệu Giảm quán tính hệ thống (động cơ, bầu góp nạp xả tua bin-máy nén tăng áp) Sử dụng hộp số nhiều cấp để thay đổi mô men Sử dụng thiết bị giới hạn nhiên liệu theo áp suất gió nạp phương án tương đối phổ biến thu thành công định làm giảm khói đen lại làm chậm lại đáp ứng chuyển tiếp, đồng thời làm xấu tính điều động Điều thật dễ hiểu xử lý hậu “khói đen” mà không tác động tới nguyên nhân tượng “trễ tua bin-máy nén tăng áp” Phương án gọi phương án “thụ động” Các phương án “chủ động” tập trung vào việc cải thiện đáp ứng chuyển tiếp động cơ, bầu góp nạp xả thân tua bin máy nén tăng áp Nói chung, đáp ứng chậm trễ động Diezel tượng tương đối phức tạp, chịu ảnh hưởng nhiều yếu tố động học, nhiệt động học thông số thiết kế, kết cấu Từ hình ta thấy rằng, để cải thiện đáp ứng động cơ, thực cách tác động lên phía ống góp xả để gia tốc cho tua bin Cách khác tác động lên phía nạp, để tăng trực tiếp áp suất khí nạp, phải ý tới giới hạn “ho” Theo cách phân loại khác, giải pháp cải thiện chế độ chuyển tiếp động Diezel chia ra: Giải pháp trong: bao gồm giải pháp tập trung  vào thay đổi, hoán cải kết cấu động cơ, hệ thống nhiên liệu, bầu góp nạp thải… Các giải pháp ngoài: tập trung giải vấn đề trễ tổ hợp tua bin máy nén tăng áp • • • • • • Một số giải pháp cải thiện chế độ chuyển tiếp động Diezel 2.1 Phun khí nén Ở giai đoạn đầu tải tốc độ đặt tăng lên, trễ tua bin máy nén tăng áp mà áp suất khí nạp chưa kịp tăng, dẫn đến dư lượng không khí giảm, trình cháy Để cải thiện đáp ứng chuyển tiếp động cơ, sử dụng giải pháp phun không khí nén tích trữ bình chứa vào máy nén, bầu góp khí nạp bánh cánh tua bin Việc phun không khí vào bánh cánh máy nén thường hiệu nhiều so với cấp khí nén vào vị trí khác Sơ đồ bố trí thể hình 2.2 Kết cấu tổ hợp tua bin máy nén tăng áp Tính chất kết cấu tổ hợp tua bin máy nén tăng áp đóng vai trò quan trọng đáp ứng động đặc tính tua bin ảnh hưởng trực tiếp đến độ trễ Xuất phát từ quan điểm để giảm độ trễ tổ hợp tua bin máy nén sử dụng tua bin có quán tính nhỏ hơn, nghĩa giảm kích thước khối lượng rô to Để đáp ứng đủ nhu cầu không khí cho động tổ hợp phải có tốc độ quay cao tiết diện ống phun nhỏ Ở chế độ tải tốc độ cao, dẫn đến áp suất gió nạp tăng lên cao, gây nguy hiểm cho động tổ hợp tua bin máy nén Trở ngại khắc phục cách lắp thêm van để thoát khí xả tự động Van gồm lò xo cân với áp suất khí nạp Khi áp suất khí nạp tăng lên, mở để thoát phần khí xả môi trường phần qua tua bin Khi đó, phản áp đường xả giảm đáng kể, giúp giảm công nén động cơ, góp phần làm tăng hiệu suất động cơ, Sơ đồ bố trí kết cấu tổ hợp tua bin tăng áp kiểu thể hình • • • • • 2.3 Sử dụng tăng áp kết hợp Khi sử dụng tăng áp giới (động dẫn động trực tiếp máy nén tăng áp), tốc độ máy nén tỉ lệ với tốc độ động Áp suất lưu lượng không khí nạp đạt giá trị cao, chí tốc độ động thấp Nhược điểm thấy rõ ràng phải tiêu tốn phần công suất động để dẫn động máy nén tăng áp Công tăng lên đáng kể sử dụng tăng áp cao làm giảm hiệu suất có ích chung động Sự kết hợp hai kiểu tăng áp khắc phục nhược điểm đáng kể loại thể hình Một máy nén trục vít C1 nối với trục khuỷu động qua ly hợp điện- khí Máy nén nối tiếp với máy nén tăng áp dẫn động tua bin khí xả Do đó, tỷ số nén nhân với Ở chế độ tải tốc độ thấp máy nén tua bin C2 không đáp ứng đủ lượng không khí cần thiết máy nén giới C1 kích hoạt Do vậy, chế độ tải tốc độ thấp đáp ứng động cải thiện cách đáng kể áp suất máy nén tăng áp giới tạo không phụ thuộc vào tải động Hơn nữa, áp suất không khí nạp tạo hệ thống nhân với từ hai máy nén nên sử dụng tổ hợp tua bin máy nén tắng áp có kích thước nhỏ hơn, giúp cho đáp ứng động nhanh 2.4 Tăng áp hai cấp Ban đầu tua bin tăng áp hai cấp sử dụng với mục đích tăng công suất động tàu thuỷ Áp suất nạp đạt tới giá trị 3.5 Bar Để đạt áp suất tua bin máy nén cấp bộc lộ nhiều hạn chế hiệu suất thấp giới hạn “ ho” Trong sơ đồ hai tua bin máy nén tăng áp mắc nối tiếp với có làm mát trung gian khí nạp thể hình • • • 2.5 Tăng áp Kỹ thuật tăng áp sử dụng hai nhiều tổ hợp tua bin máy nén mắc song song với sử dụng cho động Diezel thuỷ Trên hình thể bố trí kết cấu tăng áp dạng Ở chế độ tải phận, tổ hợp tua bin máy nén thứ làm việc van điều chỉnh đóng Tổ hợp thứ hoạt động chế độ động cơ, Nhưng có kích thước khối lượng nhỏ so với trường hợp sử dụng tổ hợp tua bin máy nén đơn nên gia tốc nhanh có quán tính nhỏ Tổ hợp tua bin máy nén thứ hai thường có kích thước khối lượng nhỏ hoạt động giá trị tải cao Khi van mở tổ hợp thứ hai hoạt động động hoạt động với hai tua bin Bằng bố trí kiểu giảm mô men quán tính khối lượng tổ hợp tua bin máy nén tăng áp so với sử dụng tổ hợp tương đương Liên quan đến tượng “ho” không cho phép hoạt động hai tua bin giá trị tốc độ (hoặc) tải thấp ngược lại, sử dụng tua bin tải (hoặc) tốc độ cao dẫn đến qúa tốc tua bin • • • • • • • • 2.6 Thay đổi cấu hình động Như thảo luận phần trước, việc gia tốc tua bin tăng áp từ chế độ làm việc có giá trị tốc độ thấp khó khăn, độ trễ tổ hợp tăng lên dẫn đến động làm việc thiếu không khí, khói đen Một phương pháp hiệu để khắc phục cố trì chế độ làm việc tua bin tăng áp mức độ cao cách tăng nguồn lượng cấp tới tua bin Điều thực số giải pháp thảo luận Trên quan điểm thay đổi cấu hình động để thay đổi đáp ứng chuyển tiếp, sử dụng số giải pháp như: - Thay đổi quy luật cấp nhiên liệu - Thay đổi thời điểm đóng mở xupáp nạp thải - Thay đổi kích thước kết cấu bầu góp nạp thải - Sử dụng động Diezel – điện (hybrid) Việc nghiên cứu áp dụng giải pháp nằm khuôn khổ báo tác giả trình bày loạt viết • • Kết luận Cải thiện trình chuyển tiếp động Diezel ngày nhiều học giả nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu Cần phải ý rằng, để thoả mãn tính đáp ứng nhanh giảm khói đen chuyển tiếp mâu thuẩn với yêu cầu động suất tiêu hao nhiên liệu thấp, hàm lượng khí xả chế độ làm việc ổn định Yêu cầu tưởng đơn trở lực lớn nhà thiết kế động Các nhà thiết kế thường chọn giải pháp an toàn đảm bảo làm việc động với tổ hợp tua bin tăng áp để đạt yêu cầu chế độ tĩnh Để cải thiện hoạt động chế độ chuyển tiếp, nhà thiết kế thường sử dụng thiết bị hệ thống phụ Các thiết bị thiết bị khí đơn giản, thiết bị khí-thuỷ lực điều chỉnh điện tử phức tạp đắt tiền Các điều chỉnh điện tử đại chức giảm độ trễ tổ hợp tua bin tăng áp tham gia vào việc điều chỉnh tối ưu động tất chế độ hoạt động • Tài liệu tham khảo: • Lê Viết Lượng, chế độ chuyển tiếp động Diezel, nhà xuất Hải Phòng, 2005 • Constantine D Rakopoulos, Evangelos G Giakoumis, Diezel engine transient operation, Springer Publisher, 2009 • C.D Rakopoulos – E.G Giakoumis, Com parative first-and second-law parametric study of transient Diezel engine operation, Elsevire Publisher, 2005 ... cứu hoạt động động Diezel tập trung vào chế độ tĩnh Tuy nhiên, thực tế phần lớn thời gian hoạt động động lại chế độ động hay chế độ chuyển tiếp • Chế độ tĩnh gì? Đây chế độ hoạt động động mà thông...Cải thiện hoạt động động Diesel Trong chế độ chuyển tiếp giải pháp Thời gian làm việc động Diezel chế độ chuyển tiếp đáng kể tuỳ theo tính chất phụ tải lĩnh vực sử dụng Nghiên cứu chế độ chuyển... chuyển tiếp chế độ hoạt động động mà có thông số thay đổi theo thời gian • Từ khái niệm ta khái quát rằng, để chuyển từ chế độ tĩnh sang chế độ tĩnh khác động cần phải qua chế độ động hay gọi