Đề tài Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL

Lời nói đầu Đề tài đồ án tốt nghiệp được giao là công việc cuối cùng trong chuyên ngành đào tạo kỹ sư của trường đại học Bách khoa Đà Nẵng 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 DƯƠNG VIỆT DŨNG 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.

doc76 trang | Chia sẻ: lvcdongnoi | Ngày: 06/06/2013 | Lượt xem: 1881 | Lượt tải: 6download
Bạn đang xem nội dung tài liệu Đề tài Khảo sát hệ thống tăng áp trên động cơ 490ZL, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
g 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 Po =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 Tk >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 Pk , 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 Pk và làm cho không khí có lưu lượng Gk 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; D1m -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, P2, 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 Ck, Pk, Tk. 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; D2m- Đường kính trung bình miệng ra; D2- Đường kính ngoài miệng ra; D1- Đường kính ngoài miệng vào. Sản phẩm cháy với áp suất PT, nhiệt độ TT và tốc độ CT 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 PT giảm xuống còn P1, nhiệt độ từ TT giảm xuống T1, đồng thời tốc độ dòng khí từ CT 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 C2<C1 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 πk và 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 Pth MN/m2 (1,02÷1,04)P0 1,04P0 [2] Suất tiêu hao nhiên liệu có ích ge g/(kWh) 200÷285 225 [2] Áp suất tăng áp PK 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 xZ 0,65÷0,85 0,85 [2] Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại b xb 0,8÷0,9 0,9 [2] Áp suất khí sót Pr MN/m2 >Pth 0,14 [2] Nhiệt độ khí sót Tr 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)Pk 0,91.Pk [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 lt 1,1 [2] Hệ số điền đầy đồ thị φd 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 (Gk) (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: ge- suất tiêu hao nhiên liệu có ích, ge = 0,225 Kg/(kW.h) Ne- Công suất có ích của động cơ, Ne = 60 kW a- Hệ số dư lượng không khí, a = 1,7 jk- Hệ số quét khí, jk = 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. mb- Khối lượng 1 kmol không khí, mb = 28,95 kg Thay các giá trị vào (3.1), ta được: G= =0,096[kg/s] 2. Lưu lượng khí qua tuabin (GT) (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: GT =ges + (3.2) Trong đó: ges- 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: Tp’ Theo tài liệu [3], Tp’ 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; Tb, Pb- Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình giãn nở; Tb = 10100K; Pb = 0,34 [MN/m2] Pp- Áp suất khí thải ra khỏi động cơ, Pp chọn theo Pk, Pk = (1,15 ÷ 1,3) Pp, chọn Pp = Pk/1,28= 0,17/1,28 = 0,1328 MN/m2 Thay các giá trị vào (3.3), ta có: [0K] => Tp’ = 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: Tp Theo tài liệu [3], Tp được xác định như sau: (3.4) Trong đó : - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết, = 1,04152 t’p = 424,38 [0C] tk = Tk - 273 = 298 - 273 = 25 [0C] mcp, 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]: mcp = mcv + 8,314 = 19,806 + . Tk + 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: NK = NT Trong đó : NT, NK- là công suất của tuabin và máy nén - Cân bằng số vòng quay: nK = nT - Cân bằng lưu lượng khí qua tuabin và máy nén: GT = GK + Gnl - Ghhụt Ghhụt- 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. + D1m-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. Nhiệt độ của dòng hãm ở tiết diện a1a1 ở lối vào của bánh công tác, T*a1: T*a1= T0 = 298 0K Áp suất của dòng hãm ở tiết diện a1a1, P*a1 P*a1= P0 - DPb1 Trong đó: - Po- Áp suất khí quyển, Po = 0,1 [MN/m2] - DPb1- Tổn thất áp suất không khí khi đi qua bầu lọc DPb1= 0,002 [MN/m2] Vậy: P*a1= 0,1 - 0,002 = 0,098 [MN/m2] 3. Vận tốc không khí Ca1 ở tiết diện a1a1 thay đổi trong khoảng (30-70) m/s. Chọn Ca1 = 40 m/s 4. Nhiệt độ không khí ở tiết diện a1a1: Ta1 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: ra1 7. Diện tích tiết diện ngang a1a1: Fa1 F===0.2(m) 8. Áp suất của không khí sau máy nén: Pk = 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: C1a = C1 và nó nằm trong phạm vi (80 -150 [m/s]), chọn C1a = 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: xa1 - Là hệ số tổn thất, xa1 = 0,03 - 0,06, Chọn xa1 = 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: U1m 26. Góc vào của dòng ở đường kính trung bình b1m: 27. Góc xếp cánh b1mx: 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, C1m 29. Vận tốc tương đối ở lối vào của bánh công tác tại đường kính trung bình: W1m 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: C2u 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: W2u = U2 - C2u = 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 : W2r = C2r = 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 TT = Tp = 646,03 0K. Áp suất khí thải ra khỏi động cơ là PT = Pp = 0,14 [MN/m2]. Hệ số dư lượng không khí tổng cộng: ac = jk.a . Ở đây: jk- là hệ số quét khí. Theo tài liệu [2], chọn: jk = 0,96 . ac = 1,05 . 1,7= 1,785 Khối lượng của không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu L0 = rKK . M0 Ở đây: rKK- là khối lượng riêng của không khí, rKK = 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 = rKK . M0 = 28,95 . 0,496 = 14,3592 [Kg kk/kg nl] Số vòng quay của tuabin nT = nK = 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: rKT 3. Hằng số trạng thái của khí trước tuabin: R1 4. Lưu lượng khí qua tuabin: 5. Công đoạn nhiệt định mức: LLag 6. Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tuabin: CTag 7. Công giãn nở đoạn nhiệt trong ống nối: LTagc 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 . CTag 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: lW1 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 : LTag1 = r . LTagc = 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: D2m = D1m = 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/ cm2 lên 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/ cm2. 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 - Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng, đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy DƯƠNG VIỆT DŨNG 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.

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • docDATN DUC HUNG.doc
  • dwgBAN VE DATN CUA HUNGdwg.dwg
  • pptnguyen duc hung.ppt
Luận văn liên quan