Khảo sát hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D

ống. Nước nguội chảy theo đường ống của két xuống bình chứa ở phía dưới két làm mát, đi theo đường ống thoát đi vào làm mát động cơ và các bộ phận khác. 4.2.5. Nắp két 4.2.5.1. Công dụng và yêu cầu Ngoài công dụng và yêu cầu là bịt kín miệng đổ nước của két làm mát, nắp két nước còn có nhiệm vụ hết sức quan trọng là ổn định áp suất trong hệ thống làm mát. 4.2.5.2. Kết cấu và nguyên lý làm việc Hình 4.7. Kết cấu nắp két nước. (a): Mở van xả không khí b): Mở van nạp không khí 1- Nắp 2- Vòng đàn hồi 3- Lò xo van xả hơi nước 4- Thân của van xả hơi nước 5- Lỗ thoát hơi 6- Đĩa cao su của van xả 7- Đệm cao su của van xả 8- Mũ van không khí 9- Đệm van không khí 10- Thân van hút không khí 11- Lò xo van hút không khí 12- Thân nắp két Nắp két nước có cấu tạo gồm: Trên nắp két nước có một van xả hơi nước (van áp suất) và một van hút không khí (van chân không). Van xả hơi nước gồm có lò xo van (3) có xu hướng ép chặt đĩa cao su của van xả (5) và đệm cao su (7) xuống, thân của van xả có nhiệm vụ định hướng cho lò xo (3). Van hút không khí bao gồm có mũ van (8), lò xo van hút không khí (11) có xu hướng đẩy chặt vòng đệm (9) lên phía trên, lò xo hút không khí (11) được dẫn hướng bởi thân van hút không khí (10). Van xả hơi nước duy trì áp suất trong hệ thống ổn định ở chế độ nhất định tùy thuộc vào nhiệt độ làm mát tối đa quy định của động cơ khi làm việc, còn van hút không khí đảm bảo áp suất trong hệ thống không thấp hơn nhiều so với áp suất bên ngoài khi động cơ nguội. Khi áp suất trong két nằm ngoài giới hạn cho phép thì một trong hai van được mở để thoát bớt hơi nước ra ngoài hoặc hút khí vào. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát cao quá (0,125 ÷ 0,15) MN/m2 thắng áp lực do lò xo (3) tạo ra thì van xả khí mở để thoát hơi ra ngoài môi trường. Nếu áp suất trong hệ thống làm mát nhỏ hơn áp suất khí trời khoảng (0,09 ÷ 0,095) MN/m2, do đó áp suất chân không phía dưới van hút không khí có xu hướng làm mở van hút, áp suất chân không này phải thắng được áp lực do lò xo (11) gây ra thì mới làm mở van hút này, để hút không khí vào. Do đó, hai van này cũng có tác dụng hạn chế sự bay hơi của nước trong hệ thống làm mát nhằm giảm sự hao hụt nước làm mát. Vì vậy, kiểu làm mát cưỡng bức tuần hoàn kín một vòng được dùng rộng rãi trong các loại động cơ đốt trong nhất là đối với ô tô máy kéo chạy trên đường dài nhất là những vùng hiếm nguồn nước. 4.2.6. Dung môi làm mát Động cơ D226B- 4D là động cơ được lắp trên máy phát điện không chỉ ở Việt Nam mà còn ở nhiều nước khác trên thế giới, chẳng hạn nơi sản xuất ra nó là Trung Quốc. Vào mùa đông ở nhiều nước, nhiệt độ có thể âm xuống mấy chục độ (oC) do đó nước trong hệ thống làm mát sẽ bị đông cứng dẫn đến chi tiết của hệ thống này sẽ bị hư hỏng, có thể phá vỡ khối động cơ. Vì vậy, người ta đưa ra phương án chống đóng băng nước làm mát động cơ. Trong động cơ D226B- 4D sử dụng hợp chất Glycol và nước để làm mát còn gọi là dung dịch chống đóng băng. Glycol là chất lỏng trong suốt, nhầy có nhiệt độ sôi là 197oC và điểm đóng băng là - 210C. Khi ta hòa trộn Glycol vào với nước, hỗn hợp này sẽ có nhiệt độ sôi tăng lên và nhiệt độ đóng băng giảm xuống. Bảng 4.1. hàm lượng Glycol và điểm làm việc của môi chất làm mát: Hàm lượng Glycol % 33 50 56 Điểm sôi 0C 104.5 ± 1 108.5 ± 1 110 ± 1 Điểm đông 0C - 18 ± 1 -36 ± 1 -45 ± 1 Nhiệt độ thích hợp min 0C -10 -26 -35 Tùy theo nồng độ của Glycol trong nước mà ta có được điểm sôi và điểm đóng băng của môi chất làm mát khác nhau. Động cơ này khi hoạt động ở nước ta thì không cần pha Glycol vào trong nước làm mát. Bên cạnh đó, trong nước làm mát còn có thêm hóa chất để tránh tạo bọt khí khi môi chất tuần hoàn trong hệ thống và chống ăn mòn kim loại (đặc biệt là hợp kim nhôm), môi chất còn pha thêm màu xanh da trời để dễ phát hiện chỗ rò rỉ nếu có. 4.3. CÁC HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ CÁCH KHẮC PHỤC SỬA CHỮA HỆ THỐNG LÀM MÁT 4.3.1. Những điều cần chú ý khi làm việc trên hệ thống làm mát - Cần tránh xa quạt gió đang quay bởi vì cánh quạt sắc bén dễ gây thương tích hoặc đứt các ngón tay. - Không được đứng ngay trước quạt, cánh quạt có thể bị vỡ tung gây nguy hiểm. Trước khi khởi động máy, cần kiểm tra xem quạt có bị rơ lỏng hoặc rạn nứt gì không. Nếu thấy hư hỏng phải thay thế quạt. - Không được tháo nắp két nước làm mát khi nhiệt độ gần hoặc cao hơn mức bình thường. Nới lỏng hở nắp áp suất có thể làm cho nước trong thùng sôi lên gây bỏng da nguy hiểm. Nên đợi cho máy hạ nhiệt độ xuống rồi mới tháo nắp két. - Các ngón tay cần tránh xa dây cua-roa và puly đang chạy. - Chất ethylenne glycol là chất chống đông lạnh có thể bốc cháy. Bởi vậy đừng tưới đổ nước chống đông lạnh lên ống thải hoặc bộ phận nóng nào trên động cơ. 4.3.2. Các hư hỏng và cách khắc phục sửa chửa Tất cả các hư hỏng của các bộ phận trong hệ thống làm mát đều ảnh hưởng xấu đến khả năng làm việc của động cơ. Do vậy, chúng ta phải nhanh chóng phát hiện các hư hỏng và tìm cách khắc phục kịp thời. 4.3.2.1. Két làm mát + Các hư hỏng: - Két nước bị tắc (tắc một phần) do sự đóng cặn của các chất khoáng trên thành ống. - Các ống nước tản nhiệt bị bẹp làm cản trở nước lưu thông qua két và giảm sự truyền nhiệt của thành ống hoặc ống nước bị thủng làm rò rỉ nước. - Cánh tản nhiệt của giàn ống bị dập do va đập làm cản trở khí thổi qua két để làm mát két. - Các ống nối dẫn nước vào két hoặc ra từ két bị bẹp làm cản trở lưu thông tuần hoàn của nước qua két. - Các ống dẫn nước vào ra của két bị hỏng. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Thông rửa két nước, tẩy sạch các chất bám trên thành ống thông qua phương pháp tẩy rửa bằng nước rửa hóa chất kết hợp tạo dòng nước mạnh lưu thông qua hệ thống làm mát. Chú ý, khi thông rửa phải tháo van hằng nhiệt ra khỏi hệ thống làm mát. Có thể tháo cả hai ống nối giữa két và động cơ rồi rửa riêng cho từng cụm két và động cơ. Phương pháp này tuy tốn nước hơn nhưng sạch hơn phương pháp rửa chung cho toàn hệ thống. - Gò, hàn lại ống nước tản nhiệt. Số lượng hàn lấp không quá 10% tổng số ống. - Nắn thẳng lại các cánh tản nhiệt. - Thử nghiệm thời gian nước chảy qua két làm mát, nếu lưu lượng giảm cỡ 15% so với thiết kế phải sửa chữa hoặc thay thế két mới. Phải thay két mới nếu: Số ống nước móp méo lớn hơn 20%. Số đường ống bị tắc bị loại bỏ lớn hơn 10%. Số cánh tản nhiệt bị hỏng lớn hơn 20%. Sau khi sửa chữa xong phải thử độ kín khít các bộ phận. 4.3.2.2. Nắp két Trong quá làm việc dưới tác dụng áp lực của hơi nước gây ra những hư hỏng thường ngặp như: - Vòng đệm cao su làm kín bị hỏng. - Lò xo của áp suất và van chân không bị giảm đàn hồi hay kẹt, dẫn đến sai lệch áp suất điều chỉnh. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Thay vòng đệm cao su mới đảm bảo kín khít của két. - Thay thế nắp két mới cùng chủng loại. 4.3.2.3. Bơm nước Trong quá trình làm việc, các chi tiết của bơm nước chịu nhiều tác dụng lý hóa gây hư hỏng. + Hư hỏng: - Rò rỉ nước qua lỗ thăm ở thân bơm và bề mặt lắp ghép thân bơm với thân máy. - Trục bơm bị rơ ngang do ổ bi bị hỏng. - Ống bao kín có tác dụng ngăn ngừa dầu (mỡ) bơm trong các ổ bi với nước làm mát, khi trục bơm quay sẽ làm mài mòn các phớt, ống bao kín làm cho khe hở giữa trục và mặt trong của phớt tăng lên gây rò rỉ dầu (mỡ) vào nước làm mát gây biến chất nước làm mát. - Bánh công tác của bơm bị ăn mòn lớn, gãy vỡ. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Kiểm tra bộ phận phớt bao kín nếu hỏng phải thay thế, kiểm tra bề mặt đế lắp phớt bao kín trên thân bơm nếu bị mòn rỗ có thể doa và mài bóng lại hoặc doa rộng rồi đóng ống lót và mài bóng bề mặt tiếp xúc. Cần thay các gioăng đệm mới giữa mặt lắp ghép thân bơm với thân máy để đảm bảo không rò rỉ nước. - Thay ổ bi mới cùng tiêu chuẩn. - Thay thế bánh công tác mới phù hợp hoặc thay thế bơm mới. Cho phép sửa chữa bánh công tác nhưng phải đảm bảo độ cứng vững. 4.3.2.4. Van hằng nhiệt + Hư hỏng: - Van hằng nhiệt bị liệt hay kẹt luôn ở vị trí đóng hoặc không mở to đường nước qua két, làm cho nước không được làm nguội, động cơ quá nóng. Nếu van bị liệt hay kẹt ở vị trí mở to thì dẫn đến thời gian chạy ấm máy lâu, hiện tượng này kéo dài gây mòn nhanh động cơ, tốn nhiên liệu và tăng ô nhiễm môi trường. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Tháo van ra khỏi động cơ, tẩy rửa và làm sạch các cáu bẩn bám trên van, kiểm tra sự đóng mở của van theo nhiệt độ, nếu van đóng, mở ở nhiệt độ không đúng với yêu cầu cần phải thay thế. 4.3.2.5. Quạt gió + Hư hỏng: - Cánh quạt gió nứt, gãy, cong vênh. + Cách khắc phục, sửa chữa: - Nếu bị nứt, gãy phải thay mới cùng thông số kỹ thuật, có thể hàn các vết nứt dọc cánh quạt hoặc các vết nứt ngang cánh ở phía rìa cánh quạt (ít nhất 65mm tính từ tâm quạt ra phía đuôi cánh quạt mỗi bên) theo công nghệ hàn quy định. Thông thường nếu cánh quạt gió có bị hư hỏng điều gì đều được thay mới vì giá thành của cánh quạt rẻ, dễ thay thế. 4.4. Các phương pháp kiỂm tra hư hỎng hỆ thỐng làm mát 4.4.1. Kiểm tra và bổ sung nước làm mát Kiểm tra và bổ sung nước làm mát thường được phát hiện trước khi khởi động xe. Tuy nhiên, trong quá trình lái xe, nếu thấy hiện tượng động cơ nóng quá mức quy định cần phải dừng động cơ, chờ nhiệt độ động cơ xuống thấp hơn nhiệt độ làm việc bình thường rồi kiểm tra và nếu cần thì bổ sung nước vào két làm mát, mực nước đến cổ lỗ đổ nước. Tốt nhất là bổ sung nước theo nhà chế tạo quy định, nếu không có thì bổ sung nước sạch. Nếu dùng nước đúng thành phần quy định thì tối đa 2 năm phải thay nước do nước dùng lâu mất tác dụng chống ăn mòn và đóng cặn. 4.4.2. Kiểm tra hiện tượng rò rỉ nước của hệ thống làm mát Khi nhận thấy nước làm mát thường bị tiêu hao nhanh cần kiểm tra sự rò rỉ, thất thoát ở cả trong và ngoài để tìm nguyên nhân khắc phục. - Quan sát trực tiếp: Quan sát dưới gầm động cơ xem có hiện tượng ướt do nước chảy hay không, quan sát kỹ các đầu nối, ống nối của hệ thống và khu vực bình chứa nước phía dưới của két nước và bơm nước. Dùng thước thăm dầu kiểm tra dầu trong cácte, nếu thấy dầu bẩn, độ nhớt kém thì xả dầu để kiểm tra xem có lẫn nước, nếu chứa nhiều nước chứng tỏ có hiện tượng chảy nước vào hệ thống bôi trơn. Mở nắp két nước kiểm tra váng dầu trong két, nếu có chứng tỏ khả năng lọt khí cháy từ xilanh hoặc lọt dầu từ đường dầu sang đường nước làm mát. Phương pháp này thường chỉ hiệu quả khi có rò rỉ lớn, sự rò rỉ nhỏ thường khó phát hiện. - Kiểm tra độ kín bằng khí nén: Giữ nước trong két thấp hơn vành cổ lỗ đổ nước khoảng 15 mm, lắp bơm tay có áp kế vào và bơm khí vào két với áp suất không vượt quá 25 kPa so với áp suất làm việc của két. Nếu áp suất giữ ổn định trong vài phút chứng tỏ hệ thống kín. Nếu áp suất giảm, cần kiểm tra bằng các phương pháp khác để xác dịnh nguyên nhân rò rỉ. - Kiểm tra rò rỉ bằng tia cực tím: Pha vào trong nước làm mát một lượng nhất định chất phát quang, cho dộng cơ chạy một lúc cho nước ấm lên rồi dùng đèn chiếu tia cực tím vào chỗ nghi ngờ có hiện tượng rò rỉ, nếu nước rò ra chất phát quang sẽ phát màu xanh nên dễ dàng quan sát được. Sử dụng phương pháp này kết hợp với cho khí nén vào hệ thống sẽ cho kết quả tốt hơn và có thể phát hiện được hầu hết các chổ rò rỉ. - Kiểm tra độ kín và áp suất mở van nắp két nước: Việc kiểm tra thực hiện bằng cách dùng bơm tay có gắn đồng hồ áp suất. Lắp két nước lên một ống trung gian (ống gá) rôì lắp ống này lên bơm, dùng tay bơm từ từ và nhìn đồng hồ kiểm tra áp suất mở van xả, sau đó tiếp tục bơm và giữ cho áp suất nhỏ hơn áp suất mở van một chút, nếu áp suất không giảm trong vài phút chứng tỏ van kín. Nếu áp suất mở van đúng quy định và van kín là van đạt yêu cầu. Van hút có thể kiểm tra bằng tay, nếu mở nhẹ nhàng là được. - Kiểm tra khí cháy lọt vào hệ thống làm mát: Nếu có hiện tượng rò rỉ giữa hệ thống làm mát và xilanh, khí cháy sẽ lọt sang hệ thống làm mát và thoát ra ngoài qua van xả của nắp két nước. Do đó, có thể kiểm tra bằng cách dùng một ống nối, nối một đầu với lỗ thoát hơi ở nắp két nước còn đầu kia nhúng vào một bình thủy tinh đựng nước, nếu thấy bọt khí sủi lên nhiều là có hiện tượng lọt khí vào đường nước. Sự rò rỉ này cũng có thể kiểm tra bằng thiết bị phân tích khí. Mở nắp két nước, cho động cơ hoạt động và đặt đầu hút khí của thiết bị phân tích khí vào miệng két nước, nếu có khí cháy (CO, CO2, HC) lọt vào két nước, thiết bị sẽ phát hiện được và hiển thị hàm lượng trên. 4.4.3. Kiểm tra hiện tượng tắc két nước Nếu két nước có biểu hiện tắc (nhiệt độ nước cao, mở nắp két kiểm tra thấy nước trào ra, khi tăng tốc động cơ nước trào ra mạnh) thì cần kiểm tra để khắc phục. Việc kiểm tra đơn giản được thực hiện như sau: - Xả nước động cơ và tháo két ra khỏi động cơ hoàn toàn, bịt kín hai đầu nối của két. - Đổ nước vào đầy két rồi mở nút bịt ở đầu ống nối phía dưới. - Quan sát hiện tượng nước chảy ra, nước trong két phải chảy hết rất nhanh trong vòng vài giây. Nếu lưu lượng nước chảy ra nhỏ hơn khả năng thông qua của ống thoát (chảy không mạnh) thì két nước bị tắc một phần cần phải thông rửa. 4.4.4. Kiểm tra van hằng nhiệt Việc kiểm tra van hằng nhiệt được thực hiện như sau: - Tháo van ra khỏi động cơ, tẩy rửa và làm sạch cáu cặn bám trên van. - Chuẩn bị nhiệt kế chính xác, một chậu nước (trong suốt) và phương tiện đun nước. - Treo van hằng nhiệt chìm lơ lửng trong bình nước và cắm nhiệt kế để đo nhiệt độ nước, chú ý không để van và nhiệt kế chạm đáy bình (mất độ chính xác), đun nước nóng lên, quan sát van và nhiệt kế. Nhiệt độ van lúc bắt đầu mở vào khoảng 75 ÷ 800C và nhiệt độ lúc van mở hoàn toàn khoảng 90 ÷ 1000C, để nước nguội và kiểm tra nhiệt độ khi van đóng hoàn toàn phải ở 70 ÷ 740C. Như vậy, van đang còn sử dụng tốt. Nếu van hằng nhiệt đóng mở không đúng với yêu cầu cần phải thay mới. 4.4.5. Kiểm tra, điều chỉnh bộ truyền đai Bộ truyền đai trên động cơ D226B- 4D dẫn động đồng thời bơm nước, quạt gió, máy phát điện và một số thiết bị khác. Nếu đai bị mòn bóng hoặc có vết xước mặt bên, nứt vỡ, xơ sợi…cần phải thay mới. Các puly cần được làm sạch và kiểm tra bề mặt rãnh lắp đai. Puly bị mòn nhiều, sứt hoặc nứt vỡ phải được thay mới. Các puly phải cùng nằm trên cùng một mặt phẳng, nếu lệch phải điều chỉnh lại. Kiểm tra độ căng đai bằng dụng cụ chuyên dùng rồi lấy kết quả so sánh với số liệu kỹ thuật của động cơ. Nếu không có dụng cụ chuyên dùng có thể kiểm tra bằng tay theo kinh nghiệm bằng cách dùng ngón tay ấn bình thường tại điểm giữa nhánh đai dài nhất, độ võng không quá 5mm là đạt yêu cầu. Nếu không đảm bảo phải căng đai lại dựa trên kết cấu cụ thể của bộ truyền. 4.4.6.Thông rửa hệ thống làm mát Đối với động cơ D226B- 4D nếu như động cơ hoạt động bình thường, không có trục trặc gì thì cứ 1 năm phải thông rửa hệ thống làm mát một lần. Nếu chưa đạt đến thời gian sử dụng nói trên nhưng có dấu hiệu hệ thống làm mát bị tắc hoặc nước làm mát bẩn cũng cần phải xả nước và thông rửa hệ thống. Để đảm bảo rửa sạch, chúng ta dùng phương pháp tẩy rửa bằng nước rửa hóa chất kết hợp tạo dòng nước mạnh lưu thông trong hệ thống. Có nhiều loại nước rửa hóa chất có thể sử dụng như: - Dung dịch 100 g Na2CO3 ngậm nước + 2 g K2Cr2O7 + 1 lít nước. - Dung dịch 2,5% HCl + 97,5% nước. - Dung dịch 100 g H3PO4 + 50 g CrO3 + 1 lít nước. - Dung dịch axit lactic 60 g/l v.v… Tuy nhiên, bởi vì hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D có nhiều chi tiết làm bằng hợp kim nhôm nên không dùng hóa chất rửa có gốc axit để tránh hiện tượng ăn mòn, nếu dùng thì phải pha thêm các hóa chất chống ăn mòn. Quy trình thông rửa hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D theo phương pháp tuần hoàn kín dung dịch hóa chất được thực hiện như sau: - Xả hết nước trong hệ thống làm mát. - Tháo van hằng nhiệt ra khỏi hệ thống làm mát; - Cần biết dung tích của hệ thống làm mát, đổ một lượng hóa chất rửa nhất định vào két đảm bảo tỉ lệ cần thiết với nước rồi đổ nước vào đầy hệ thống và ngâm trong một khoảng thời gian nhất định. - Khởi động động cơ cho làm việc ở tốc độ nhanh trong khoảng thời gian 20 phút, chú ý theo dõi nhiệt độ không để nước sôi. - Dừng động cơ, chờ cho nước nguội rồi xả nước ra khỏi hệ thống. - Rửa lại hệ thống bằng nước sạch theo phương pháp tuần hoàn như trên rồi rửa lại bằng dung dịch K2Cr2O3 nồng độ 0,5 ÷ 1% ở nhiệt độ cỡ 70 ÷ 800C để trung hòa hết các chất ăn mòn, sau đó rửa sạch lại lần cuối bằng nước sạch. - Lắp van hằng nhiệt trở lại rồi đổ đầy dung môi làm mát theo yêu cầu vào hệ thống. Nên đổ dung môi làm mát cho đầy áo nước trong động cơ rồi mới lắp van hằng nhiệt vào để tránh hiện tượng kẹt khí không điền đầy được dung môi làm mát trên khoang nắp máy do van hằng nhiệt đóng. Ngoài ra còn có một phương pháp tẩy rửa hiệu quả hơn là ngâm hệ thống làm mát này với dung dịch hóa chất. Sau đó xả đi rồi dùng thiết bị rửa, bơm nước với một áp suất nhất định chảy với tốc độ nhanh và ngược chiều lưu thông bình thường của môi chất làm mát trong két và trong áo nước của động cơ. Cần tháo ống nối giữa khoang dưới của két với động cơ, bơm nước vào ống nối phía dưới két, chảy ngược lên trên vào nắp máy xuống thân máy rồi chảy ra ngoài. Rửa đến khi nào thấy nước thoát ra sạch thì thôi. Sau đó lắp các đường ống và van hằng nhiệt trở lại rồi làm đầy môi chất làm mát theo yêu cầu hệ thống. Có thể tháo cả hai ống nối giữa két và động cơ rồi rửa riêng cho từng cụm két và động cơ. Phương pháp rửa riêng tuy tốn nước hơn nhưng sạch hơn phương pháp rửa chung toàn hệ thống. 4.5. Các phương pháp cẤp, xẢ nưỚc trong hỆ thỐng làm mát 4.5.1. Cấp nước làm mát Việc cấp nước làm mát cho động cơ D226B- 4D có thể thực hiện bởi phương pháp: Dùng bơm nước và ống mềm đưa trực tiếp nước vào cổ đổ nước của két làm mát. Việc cấp nước sẽ kết thúc nếu ta quan sát thấy nước làm mát cách miệng cổ đổ nước khoảng 2 ÷ 3 cm. Ngoài ra ta cũng có thể dùng tay đổ trực tiếp nước làm mát vào két nước thông qua lỗ đổ nước của két. 4.5.2. Xả nước làm mát Trong trường hợp muốn sửa chữa động cơ hay các bộ phận khác trong hệ thống làm mát cần phải xả nước ra khỏi hệ thống bằng cách tháo nút xả nước nằm ở khoang nước phía dưới két làm mát. Tùy theo mức độ sửa chữa và vị trí sửa chữa ta có thể xả toàn phần hay một phần nước làm mát. 5. TÍNH TOÁN NHIỆT, XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG ĐỘNG CƠ D226B- 4D 5.1.TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT ĐỘNG CƠ 5.1.1. Thông số cho trước Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Công suất có ích Ne Kw 60 Tỷ số nén e 15,5 Số vòng quay n Vòng/phút 1500 Đường kính xilanh D mm 105 Hành trình pistông S mm 120 Số xilanh i 4 Số kỳ t 4 Góc mở xupáp nạp j1 Độ 40 Góc đóng muộn xupáp nạp j2 Độ 110 Góc mở xupáp thải j3 Độ 360 Góc đóng muộn xupáp thải j4 Độ 30 Loại buồng cháy thống nhất Kiểu xupáp treo 5.1.2.Thông số chọn Tên thông số Ký hiệu Thứ nguyên Giá trị Áp suất khí nạp pk MN/m2 0,15 Nhiệt độ khí nạp Tk K 320 Hệ số dư lượng không khí a 1,7 Áp suất cuối kì nạp pa MN/m2 0,144 Áp suất khí sót pr MN/m2 0,13 Nhiệt độ khí sót Tr K 800 Độ sấy nóng khí nạp mới T 15 Chỉ số đoạn nhiệt m 1,5 Hệ số lợi dụng nhiệt tại z xz 0,8 Hệ số lợi dụng nhiệt tại b xb 0,92 Tỷ số tăng áp suất l 1,7 hệ số nạp thêm l1 1,05 Hệ số quét buồng cháy l2 0,6 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt lt 1,11 Hệ số điền đầy đồ thị jd 0,95 5.1.3. Tính toán các thông số của các quá trình 5.1.3.1. Tính quá trình nạp 1. Tính hệ số khí sót gr: 0,0136 2. Tính hệ số nạp: 0,98698 3. Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp Ta (K) 323,1165 (K) 4. Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M0 (kmolKk/kgnl) (kmolKk/kgnl) 5. Tính số mol khí nạp mới M1 M1 = a.M0 M1 = 1,7.0,4946 = 0,8409 5.1.3.2. Tính quá trình nén 6. Tỷ nhiệt của không khí (kJ/kmol.K) (kJ/kmol.K) 7. Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy (kJ/kmol.K) Nếu a 1 thì : 8. Tỷ số của hỗn hợp cháy (kJ/kmol.K) Có thể viết dưới dạng: (kJ/kmol.K) Trong đó: 9. Tính chỉ số nén đa biến trung bình n1 Chọn trước n1, thế vào phương trình sau, giải bằng phương pháp mò nghiệm. Chọn n1= 1,368 khi sai số hai vế nhỏ hơn 0,001 thì lấy giá trị đã chọn. 10. Tính nhiệt độ cuối kỳ nén Tc (K) Tc = Ta.= 32,1166.15,5(1,368-1) = 895,1802 (K) 11. Tính áp suất cuối kỳ nén pc (MN/m2) pc= pa.= 0,144.15,51,368 = 6,183658 (MN/m2) 5.1.3.3. Tính quá trình cháy 12. Tính Động cơ Điêzen 13. Tính số mol sản phẩm cháy M2 (kmol/kgnl) M2 = M1 + = 0,8409 + 0,0316 = 0,8725 (kmol/kgnl) 14. Hệ số đổi phân tử lý thuyết b0 = 15. Hệ số biến đổi phân tử thực tế 16. Hệ số biến đổi phân tử tại z 17. Tính hệ số toả nhiệt xz tại z 18. Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn > thì 19. Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z 20. Nhiệt độ cực đại của chu trình Tz (0K) Ta có phương trình bật hai: Û Þ Tz1= 2023,9794 Tz2= -13152,93 Chọn Tz= 2023,9794 (0K) 21. Áp suất cực đại chu trình pz pz= pc.l = 6,1836.1,7 = 10,5 (MN/m2) 5.1.3.4. Tính quá trình dãn nở 22. Tỷ số giãn nở sớm = 23. Tỷ số giãn nở sau 24. Kiểm nghiệm lại trị số n2 Chọn trước n2 = 1,269 theo công thức: 25. Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở Tb (0K) = =1057,158 [ 0K] 26. Áp suất cuối quá trình giãn nở pb (MN/m2) (MN/m2) 27. Kiểm lại nhiệt độ khí sót Sai số 5.1.3.5. Các thông số chỉ thị 28. Áp suất chỉ thi trung bình lý thuyết (MN/m2) = 1,3329 (MN/m2) 29. Áp suất chỉ thi trung bình (MN/m2) pi = = 1,2663 (MN/m2) 30. Hiệu suất chỉ thị động cơ hi 31. Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi (g/kw.h) (g/kw.h) 5.1.3.6. Các thông số có ích 32. Tổn thất cơ giới pm (MN/m2) Theo công thức kinh nghiệm: Pm = a + b.Cm + pr -pa i = 4 a = 0,089 b = 0,0118 Pm = 0,089 + 0,0118.6 + 0,13 - 0,144 = 0,1458 (MN/m2) Trong đó: Cm = [m/s] 33. Áp suất trung bình (MN/m2) pe = pi - pm = 1,2663- 0,1458 = 1,12 34. Hiệu suất cơ giới (%) = 0,8848 35. Suất tiêu hao nhiên liệu có ích (g/kw.h) (g/kw.h) 36. Hiệu suất có ích (%) he = hm.hi = 0,8848.0,4218 = 0,3732 37. Thể tích công tác của động cơ (dm3) (dm3) 38. Kiểm nghiệm đường kính xilanh (dm) (dm) 5.2. XÂY DỰNG ĐỒ THỊ CÔNG ĐỘNG CƠ D226B- 4D Chọn tỉ lệ mp = 0,045 [MN/m2/mm] mv = 7166,0751 [mm3/mm] 5.2.1. Các điểm đặc biệt (mm3) vc = (mm3) va = vc+ vh =1110741,644 (mm3) r (Vc ; Pr) = (71660,751; 0,13) biểu diễn (10; 2,89) a (Va ; Pa) = (1110741,644; 0,144) biểu diễn (155; 3,2) b (Va ; Pb) = (1110741,644; 0,4914) biểu diễn (155; 10,92) c (Vc ; Pc) = (71660,751; 6,1836) biểu diễn (10; 137,4 ) y (Vc ; Pz) = (71660,751; 10,5 biểu diễn (10; 233,3) z (Vz ; Pz) = (99710,089; 10,5 ) biểu diễn (13,9; 233,3) 5.2.2. Xây dựng đường cong áp suất trên đường nén Phương trình nén đa biến: p.Vn1 = const, gọi x là điểm bất kì trên đường nén thì: pc.Vcn1 = pcx.Vcxn1 Pnx = pc., đặt: i=. Pnx = Áp suất tại một điểm x bất kỳ trên đường nén: Pnx = [MN/m2] với: pc = pa.en1 pk- áp suất tăng áp. Động cơ tăng áp chọn pk = 0,15 [MN/m2] pa- áp suất đầu quá trình nén. pa =0,96.pk= 0,96.0,15= 0,144 e: tỷ số nén. e = 15,5 n1: chỉ số nén đa biến trung bình. n1 = 1,368 pc- áp suất cuối quá trình nén. pc = 0,144 .15,51.368 = 6,1836 [MN/m2] 5.2.3. Xây dựng đường cong áp suất trên đường giãn nở Phương trình giãn nở đa biến: p.Vn2 = const, gọi x là điểm bất kì trên đường giãn nở thì: pz.Vzn2 = pgnx.Vcgnn2 pgnx = pz.. với: pz áp suất cực đại, pz = 10,5 [MN/m2] Vz = r . Vc r: tỷ số giãn nở sớm r = 1,3872 n2: chỉ số giãn nở đa biến trung bình n2 = 1,269 đặt: i=. pgnx = pz. [MN/m2] c. Lập bảng tính: Từ công thức, kết hợp với việc chọn các thể tích Vnx và Vgnx, ta tính được các giá trị áp suất pnx và pgnx trong bảng sau: Vẽ hệ trục tọa độ (V,p) Với các tỷ lệ xích: mp = 0,03 [MN/m2/mm] mv = 7166,0751 [mm3/mm] Bảng 5.1. Các điểm áp suất trên đường nén và đường giãn nở: Đường nén Đường giãn nở i Vx= i.Vc in1 1/in1 Pc/in1 in2 1/in2 Pz/in2 1 1.Vc 1 1 6.184 1 1 10.5 1.3914 1.3914.Vc 1.571 0.637 3.936 1.521 0.657 6.903 2 2.Vc 2.581 0.387 2.396 2.41 0.415 4.357 3 3.Vc 4.495 0.222 1.376 4.032 0.248 2.604 4 4.Vc 6.662 0.15 0.928 5.808 0.172 1.808 5 5.Vc 9.04 0.111 0.684 7.709 0.13 1.362 6 6.Vc 11.601 0.086 0.533 9.716 0.103 1.081 7 7.Vc 14.325 0.07 0.432 11.815 0.085 0.889 8 8.Vc 17.196 0.058 0.36 13.997 0.071 0.75 9 9.Vc 20.202 0.05 0.306 16.253 0.062 0.646 10 10.Vc 23.335 0.043 0.265 18.578 0.054 0.565 11 11.Vc 26.584 0.038 0.233 20.967 0.048 0.501 12 12.Vc 29.945 0.033 0.206 23.414 0.043 0.448 13 13.Vc 33.41 0.03 0.185 25.918 0.039 0.405 14 14.Vc 36.975 0.027 0.167 28.473 0.035 0.369 15 15.Vc 40.634 0.025 0.152 31.078 0.032 0.338 15.5 15.5.Vc 42.499 0.024 0.145 32.399 0.031 0.324 Nối các điểm trung gian của đường nén và đường giãn nở với các điểm đặc biệt, sẽ được đồ thị công lý thuyết. Dùng đồ thị Brick xác định các điểm. - Phun sớm c’ - Mở sớm b’ đóng muộn r” xupap thải - Mở sớm r’ đóng muộn a” xupap nạp Hiệu chỉnh đồ thị công; Động cơ Điêzen lấy công suất cực đại bằng pz Xác định các điểm trung gian; - Trên đoạn cz lấy điểm c” với c”c = 1/3 cy - Trên đoạn yz lấy điểm z” với yz” = 1/2 yz - Trên đoạn ab lấy điểm b” với bb” = 1/2 ba Nối các điểm c’c”z”và đường giãn nở thành đường cong liên tục tại điểm chết trên và điểm chết dưới và tiếp xúc với đường thải, ta sẽ nhận được đồ thị công như đã hiệu chỉnh. Hình 5.1. Đồ thị công P=f(V) và đồ thị lực quán tính -Pj=f(S). 6. TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM QUẠT GIÓ, BƠM NƯỚC, KÉT LÀM MÁT CỦA ĐỘNG CƠ D226B- 4D Khi tính toán kiểm nghiệm nhiệt két làm mát ta phải dựa vào các phương trình truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt trong két làm mát (bộ tản nhiệt) có thể xem là truyền nhiệt qua vách có cánh. 6.1. TỔNG QUAN VỀ LÝ THUYẾT TRUYỀN NHIỆT QUA VÁCH CÓ CÁNH Truyền nhiệt qua két làm mát là truyền nhiệt qua các vật có hình dạng đơn giản như: Tấm phẳng rộng vô hạn, vách trụ, ở mức độ phức tạp hơn là vách trụ có cánh. Trường nhiệt độ trong các vật này là trường một chiều và ở chế độ ổn định được biểu diễn bằng các phương trình vi phân sau: Đối với vách phẳng:= 0 [6.1] Đối với vách trụ: + = 0 [6.2] Đối với vách trụ có cánh: + = 0 [6.3] Giải các phưong trình vi phân này với điều kiện đơn trị ta thu được nghiệm là trường nhiệt độ. Từ đó tính được nhiệt lượng truyền qua vách nhờ phương trình của định luật Fourier. Xét trường hợp cụ thể là bài toán dẫn nhiệt qua một tấm phẳng rộng vô hạn có chiều dày = x2 – x1 và hệ số dẫn nhiệt = const với điều kiện biên loại một được biểu diễn qua: = 0 [ 6.4] tx=x1 = ; tx=x2 = Nghiệm tổng quát của phương trình [6.4]: t = C1x + C2 Trong đó: C1, C2- Hằng số tích phân. C1 = - ; C2 = + x1 Phân bố nhiệt trong vách được biểu diễn bằng phương trình: t = - (x – x1) [ 6.5] Thay x2 – x1 bằng và cho x1 = 0, [6.5] trở thành. t = - (- ) Lượng nhiệt truyền qua vách trong thời gian một giây. Q = = (- ).F [W]. Mật độ dòng nhiệt có thể viết dưới dạng định luật Ôm. q = [ 6.6] q = = [ 6.7] Trong đó R = : Nhiệt trở dẫn nhiệt của vách phẳng một lớp. + Truyền nhiệt qua vách có cánh. Hình 5.1. Sơ đồ tính cánh tản nhiệt. Khi truyền nhiệt qua vách phẳng độ lớn nhỏ của nhiệt trở tỏa nhiệt bằng và do trị số α1 và α2 quyết định. Khi truyền nhiệt qua vách trụ nhiệt trở này không những do trị số α quyết định mà còn liên quan đến đường kính ống d, vì trị số nhiệt trở tỏa nhiệt bằng và . Còn đối với vách cầu thì ảnh hưởng của đường kính càng lớn, khi ấy nhiệt trở tỏa nhiệt lần lược bằng và . Ta có được điều đó là vì bề mặt ngoài của vách trụ và vách cầu có diện tích lớn hơn bề bên trong của nó. Từ đây chúng ta có thể rút ra những kết luận sau: Nếu a bé có thể dùng biện pháp tăng cường đường kính ống để làm giảm nhiệt trở toả nhiệt. Đối với vách phẳng mà nói, phương pháp làm cánh để tăng cường diện tích trao đổi nhiệt thì việc tăng diện tích tỏa nhiệt và giảm nhiệt trở có hiệu quả như nhau. Giả sử có một vách có cánh làm bằng vật liệu có hệ số dẫn nhiệt l, vách dày d, phía vách phẳng có diện tích F1 tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf1, hệ số tỏa nhiệt từ môi trường đến bề mặt phẳng là a1. Phía làm cánh có diện tích F2 tiếp xúc với môi trường có nhiệt độ tf2, hệ số tỏa nhiệt từ bề mặt có cánh vào môi trường là a2. Gọi tw1, tw2 lần lượt là nhiệt độ bề mặt phía không làm cánh và nhiệt độ trung bình của phía làm cánh. Cần xác định dòng nhiệt truyền qua vách có cánh, dòng nhiệt này có thể dùng 3 phương trình sau để biểu thị: Q = α1.F1.(tf1 - t w1) [6.8] Q = .F1.(t w1 - t w2) [6.9] Q = α2.F2.(t w2 - t f2) [6.10] Giải các phương trình trên ta xác định được Q, t w1, t w2: tf1 - t w1 = Q [6.11] t w1 - t w2 = Q [6.12] t w2 - t f2 = Q [6.13] Do đó: Q = (W) [6.14] Ký hiệu: kc = (W/K) [6.15] là hệ số truyền nhiệt của vách có cánh. Khi đó: Q = kc.(tf1 – tf2) (W) [6.16] Biết Q ta có thể xác định tw1, tw2: tw1 = tf1 - Q [6.17] tw2 = tw1 - Q = tf2 + Q [6.18] Mật độ dòng nhiệt phía không làm cánh q1 và ở phía làm cánh q2 được xác định theo các công thức sau: q1 = = (W/m2) [6.19] q2 = = (W/m2) [6.20] Khi đó: tw1 = tf1 - [6.21] tw2 = tw2 - = tf2 + [6.22] Trong đó: gọi là hệ số cánh. Việc làm cánh là nhằm mục đích tăng cường sự truyền nhiệt. Để thấy rõ hiệu quả của việc làm cánh, ta chỉ cần so sánh mật độ dòng nhiệt truyền qua bề mặt phẳng trong trường hợp vách không có cánh và vách có cánh. Khi vách không làm cánh, mật độ dòng nhiệt được xác định theo công thức tính đối với vách phẳng: q10 = [6.23] Khi làm cánh: q1 = [6.24] Vì , do đó q1 > q10. Khi làm cánh, người ta sẽ bố trí cánh ở phía có hệ số tỏa nhiệt nhỏ và cánh bố trí sao cho không cản trở đến sự chuyển động của môi trường trao đổi nhiệt. 6.2. CÁC THÔNG SỐ CỦA KÉT NƯỚC, BƠM NƯỚC VÀ QUẠT GIÓ 6.2.1. Quạt gió Bán kính ngoài của quạt: R = 233 (mm). Bán kính trong của quạt: r = 90 (mm). Góc nghiêng đặt cánh: α = 400. Số cánh: Z = 6. Bề rộng lớn nhất của cánh: b = 50 (mm) Dẫn động bằng đai thang. 6.2.2. Két nước Bề rộng làm việc két nước: L = 532 (mm) Bề dày của két nước: B = 153 (mm) Chiều cao két nước: H = 770 (mm). Chiều cao làm việc của ống nước: h = 550 (mm) Độ dày của thành ống: δ = 0,2 (mm) Kích thước ngoài của ống: (20 x 4)mm Số hàng ống: 6 hàng. Số lượng ống trong một hàng: 13 ống. Số ống trên toàn bộ két làm mát: n = 6.13 = 78 Số cánh tản nhiệt: k = 12, một cánh gồm 220 lớp. Một lớp có các thông số sau: Bề rộng 1 lớp cánh tản nhiệt: 20 (mm) Chiều dài 1 lớp cánh tản nhiệt: 153 (mm) Bề dày cánh tản nhiệt: δ’ = 0,2 (mm). 6.2.3. Bơm nước Lưu lượng định mức: Gb = 280 (lít/phút). Cột áp: H = 11.5 (m cột nước) Bán kính ngoài của bánh công tác: r2 = 43 (mm). Bán kính trong của bánh công tác: r1 = 28 (mm). Bán kính ở bánh công tác: r0 = 18 (mm). Số cánh bánh công tác: Z = 6. 6.3. TÍNH TOÁN KIỂM TRA KÉT NƯỚC Hình 6.1. Sơ đồ kết cấu ống nước. Ta có: b = 4 - 2.0,2 = 3,6 (mm) a = 20 - 2.0,2 = 19,6 (mm) c = 20 - 4= 16 (mm) + Diện tích tiếp xúc với chất lỏng F1: F1 = F0.n F0- diện tích tiếp xúc chất lỏng của một ống (m2) n - số ống của két nước; F0 = h. P0 h - chiều dài làm việc của ống. P0 - chu vi thành trong của ống. P0 = 2.c + π.d = 2.16+ 3,14.3,6 = 43,304 (mm) F0 = h.P0 = 550. 43,304 = 23817,2(mm2) F1 = n.F0 = 78. 23817,2= 1857741,6 (mm2) Vậy F1 = 1,8577 (m2). + Tiết diện lưu thông chất lỏng trong két. S = S0.n (m2) Trong đó: S0: tiết diện lưu thông của chất lỏng qua một ống nước. n: số ống nước trong két. S0 = π.r2 + b.c S0 = 3,14.1,82 + 3,6.16 = 67,7736 (mm2) Vậy: S = 78.67,7736 = 5286,34 (mm2) = 0,0053 (m2) + Tính diện tích két nước tiếp xúc với không khí F2. F2 = F3 + F4 F3 - diện tích ống nước tiếp xúc với không khí. F4 - diện tích cánh tản nhiệt tiếp xúc với không khí. - Tính F3: F3=F3’-F3” F3’ - diện tích mặt ngoài của ống nước . F3’ = P1.h.n P1 - chu vi tiết diện ngoài của ống h- chiều dài làm việc của ống h = 550 (mm) P1 = 2.c + π.4 = 2.16 + 3,14.4 = 44,56 (mm) F3’ = P1.h.n = 44,56.550.78=1911624 (mm2) F3”- Diện tích mặt ngoài ống tiếp xúc với cánh tản nhiệt. F3” = P1.n.δ’.m δ’- Độ dày cánh tản nhiệt. Thông số thực tế δ’= 0,2(mm) m- Số lớp của 1 cánh tản nhiệt, m = 220 F3”= P1.n.δ’.m = 44,56.78.0,2.220=152929,92 (mm2) F3= F3’-F3” = 1911624-152929,92=1758694,08(mm2) =1,76 (m2) Tính F4: F4 = 220.b’.l.i.k k - số cánh tản nhiệt (k = 12). b’- bề rộng cánh tản nhiệt b’= 40 l - chiều dài cánh tản nhiệt.Tính theo bề dày của két l = B = 153(mm). i - số bề mặt tiếp xúc không khí của cánh tản nhiệt. i = 2. F4 = 220.40.153.2.12 = 32313600(mm2) Hay F4 = 32,3 (m2). Vậy diện tích két nước tiếp xúc với không khí là: F2 = 1,76 + 32,3 = 34,06 (m2). 6.4. XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT ĐỘNG CƠ TRUYỀN CHO NƯỚC LÀM MÁT Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể coi gần bằng số nhiệt lượng đưa qua két làm mát truyền vào không khí. Lượng nhiệt truyền cho hệ thống làm mát của động cơ diesel D226B- 4D chiếm khoảng 15 ÷ 35% tổng số nhiệt lượng do nhiên liệu tỏa ra. Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát có thể xác định bằng phương trình cân bằng nhiệt động cơ. Theo [1] ta có: Qo = Qlm + Qe + Qth + Qch + Qd + Qcl (6.24). Trong đó: Qo - nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một trạng thái phụ tải đã cho. (J/s) Qe - nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ. (J/s) Qth - nhiệt lượng do khí thải đem ra ngoài. (J/s) Qch - nhiệt lượng do tổn thất cháy không hoàn toàn. (J/s) Qd - nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn. (J/s) Qcl - nhiệt lượng tương ứng với các tổn thất nhiệt lượng khác không tính các thành phần nói trên của phương trình cân bằng nhiệt. (J/s) + Nhiệt lượng tổng cộng Q0 tiêu hao trong một đơn vị thời gian. Qo = QH.Gnl (J/s) (6.25) QH - Nhiệt trị thấp của nhiên liệu (J/kg). Động cơ đang khảo sát là động cơ dùng nhiên liệu điezel. Theo [1] có GH = 42,5.106 (J/kg) Gnl - Lượng nhiên liệu tiêu thụ trong một giây (kg/s) Gnl = ge.Ne (kg/s) Ne– Công suất định mức của động cơ. Ne = 60 (kW). ge - Suất tiêu hao nhiên liệu. Theo [5] có ge = 196 (g/kW.h) Gnl = = 3,26.10-3 (kg/s) + Nhiệt lượng tổng cộng đưa vào động cơ khi động cơ làm việc ở một phụ tải đã cho (xét ở công suất định mức). Q0 = 42,5.106.3,26.10-3 = 138550 (J/s). + Nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ Qe=Ne= 60 (kW)= 60000 (W) + Nhiệt lượng vật lý đem theo khí thải nếu tính theo phần trăm toàn bộ nhiệt lượng đưa vào động cơ qthải = (6.26) Động cơ chúng ta khảo sát là động cơ diesel nên nhiệt lượng khí thải chiếm khoảng qthải =25÷40%. Theo [1] Ta chọn qthải = 35% Từ (5.26) ta tính được Qthải Qthải = =138550.0,35=48492,5 (J/s) + Nhiệt lượng mất mát đem theo nhiên liệu chưa cháy. Qch =ΔQtk.Gnl (J/s) Đối với động cơ diesel : Qch = 0 + Nhiệt lượng từ động cơ truyền cho nước làm mát Qlm, nếu tính theo phần trăm toàn bộ nhiệt lượng đưa vào động cơ. Theo [1] ta có: qlm = (6.27) Theo [2] có qlm = 15 ÷ 35%. Động cơ chúng ta khảo sát là động cơ tăng áp trên đường ống thải. Ta chọn qlm = 20%. Từ (6.27) ta tính được Qlm: Qlm = = 138550.0,2 = 27710 (J/s). Lượng nước làm mát tuần hoàn trong hệ thống trong một đơn vị thời gian. Theo [2] ta có: (kg / s) (6.28) Trong đó: Cn – Tỷ nhiệt của nước làm mát (J/ kg.độ) ứng với nhiệt độ 700C. Theo [3] ta có: Cn = 4187 (J / kg.độ). - Hiệu nhiệt độ nước vào và ra sau khi qua két làm mát. Với động cơ tĩnh tại = 5 ÷ 100C. Chọn = 70C. Suy ra: (kg / s) 6.5. XÁC ĐỊNH LƯỢNG NHIỆT KÉT LÀM MÁT TRUYỀN RA MÔI TRƯỜNG Việc xác định nhiệt lượng do két làm mát truyền ra môi trường nhằm kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két nước thông qua các thông số thực tế của két nước. Xác định kích thước của các mặt tản nhiệt dựa trên cơ sở lý thuyết truyền nhiệt. Quá trình truyền nhiệt trong bộ tản nhiệt chủ yếu là tiếp xúc đối lưu, còn truyền nhiệt bức xạ rất bé không đáng kể, két nước một mặt tiếp xúc với nước nóng từ động cơ đi vào, mặt kia tiếp xúc với không khí. Do đó, truyền nhiệt từ nước ra ngoài không khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng. Như vậy, quá trình truyền nhiệt trong hệ thống có thể phân ra thành ba giai đoạn ứng với ba phương trình truyền nhiệt, theo [2] ta có như sau: + Giai đoạn một: truyền nhiệt từ nước nóng đến thành ống bên trong. Q’lm = α1.F1.(tn - tδ1). (J / s) ( 6.29 ). + Giai đoạn hai: truyền nhiệt từ bề mặt trong thành ống ra ngoài thành ống. Q’lm = .F1.(tδ1 – tδ2) ( J/ s) (6.30). + Giai đoạn ba: truyền nhiệt từ mặt ngoài của thành ống ra ngoài không khí. Q’lm = α2.F2.(tδ2 - tδkk) ( J / s) (6.31). Trong đó: Qlm - Nhiệt lượng truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua két nước làm mát - bộ tản nhiệt. ( J/ s) - Hệ số tản nhiệt từ nước làm mát đến thành ống của két (W/ m2.độ). Việc xác định hệ số tản nhiệt từ nước α1 rất phức tạp và khó chính xác. Theo [2] ta có thể xác định a1 như sau: Nu = 0,33 (6.32). Trong đó: Nu - tiêu chuẩn Nusself, hệ số tỏa nhiệt đối lưu. Re– tiêu chuẩn Reynolds. Re = (6.33) w - tốc độ dòng chảy trong ống, (m/s) w = = = 0,178 (m/s) l - chiều cao làm việc ống, (m) u - độ nhớt động học, (m2/s). Theo [3], u = 0,365.10-6 (m2/s) ở 800C. Do đó: Re = = 268219 Pr – tiêu chuẩn Prandtl, theo [3], Pr = 2,21 Do đó: Nu = 0,33. = 222,6 Bên cạnh đó, theo [2] ta có: Nu = (6.34) Trong đó: λ1 - hệ số dẫn nhiệt của nước làm mát trong két ứng với nhiệt độ tn = 800C. Theo [3] có λ1 = 6740 (W/m. độ) l* - chiều cao làm việc tổng các ống (m) Từ phương trình (6-34) ta có: α1 = α1= = 34972,58 (W/m2. độ) α2- Hệ số tản nhiệt từ thành ống của két làm mát vào không khí (W/ m2.độ). Hệ số này phụ thuộc chủ yếu vào tốc độ lưu động của không khí ωkk. Khi thay đổi ωkk từ 5 ÷ 60 m/s thì hệ số α2 thay đổi đồng biến từ 40,6 ÷ 303 (W/ m2. độ). Bên cạnh đó tốc độ lưu động của không khí ωkk phụ thuộc vào tốc độ hút không khí của quạt gió (đối với loại quạt khảo sát vận tốc gió do quạt tạo ra theo chiều hướng trục vht = Cm = 10,2 m/s). Khi ta tính toán thiết kế hay tính toán kiểm nghiệm hệ thống làm mát ta thường tính ở chế độ công suất cực đại của động cơ. Động cơ tĩnh tại: ωkk=10,2 (m/s). Theo [1] ta có: α2 = 11,38.ωkk0,8 (W/ m2. độ) (6.36) thay ωkk = 10,2 (m/s). α2 = 11,38.10,20,8 = 72,95 (W/ m2. độ). λ – Hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống tản nhiệt. Ống tản nhiệt làm bằng đồng thau 60% Cu, 40% Zn. Ta được: λ = 100 (W/ m2.độ); δ- Chiều dày thành ống. Theo số liệu thực tế, ta có δ = 0,2.10-3 (m). F1- Diện tích bề mặt tiếp xúc với nước nóng (m2). F2- Diện tích bề mặt tiếp xúc với không khí (m2). tδ1- Nhiệt độ trung bình của bề mặt trong của thành ống. tδ - Nhiệt độ trung bình của bề mặt ngoài của thành ống. tn- Nhiệt độ trung bình của nước làm mát trong két làm mát. tn = (6.37) Trong đó, tnv, tnr lần lượt là nhiệt độ nước vào và ra của két nước có thể lấy bằng nhiệt độ nước ra và nước vào động cơ. Theo [1] ta có: tn = 75 ÷ 900C. tkk - Nhiệt độ trung bình của không khí đi qua bộ tản nhiệt. tkk = (6.38) Trong đó, nhiệt độ không khí vào (tkkv) phía trước bộ tản nhiệt ta lấy tkkv = 490C. Chênh lệch nhiệt độ của không khí khi qua bộ tản nhiệt = 20 ÷ 300C. Chọn = 250C. Với: tkkr = tkkv + (6.39) tkkr = 49 + 25 = 74 (0C); Vậy tkk = = 61,5 (0C). Giải các phương trình (6.29), ( 6.30), ( 6.31) ta được: Q’lm = = k.F2.(tn - tkk) (6.40) Trong đó: k – hệ số truyền nhiệt của két. k = Từ phương trình (6.29) ta nhận thấy hệ số truyền nhiệt của két làm mát tỷ lệ với hệ số tản nhiệt của nước làm mát đến thành ống két tản nhiệt α1. k = 70,1 (W/ m2. độ). Mặt khác, xét phương trình (6.40) ta nhận thấy rằng khả năng tản nhiệt của két làm mát Q’lm tỉ lệ thuận với nhiệt độ trung bình tn của nước làm mát trong két. Do đó, khi ta kiểm nghiệm khả năng tản nhiệt của két làm mát ta lấy giá trị cận biên trái của tn (tức là lấy giá trị giới hạn nhỏ nhất của thông số đó) để tính Q’lm. chọn tn = 750C, Nếu như, Q’lm nhận được có giá trị lớn hơn Qlm nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước làm mát thì két tản nhiệt đảm bảo khả năng tản nhiệt cho nước làm mát. Thay các giá trị của các thông số k, tn, tkk, F2 vào công thức (6.40). Ta được: Q’lm = 70,1.34,06.(75– 61,5) = 32232,68 (J/s). + NHẬN XÉT: Nhiệt lượng tối đa tỏa ra cho nước làm mát của động cơ ở số vòng quay định mức là: Qlm = 27710 (J/s) Trong khi đó khả năng tản nhiệt của két làm mát tối thiểu ra môi trường bên ngoài là: Q’lm = 32232,68 (J /s). Vậy két làm mát này có thừa khả năng đảm bảo làm mát cho động cơ khi động cơ hoạt động ở số vòng quay định mức. Điều này cho chúng ta biết sự thừa khả năng này đảm bảo cho động cơ được làm mát tốt ở mọi chế độ làm việc của động cơ. 6.6. Tính kiỂm nghiỆm quẠt gió Hình 6.4. Sơ đồ tính quạt gió. Lưu lượng không khí do quạt cung cấp, áp suất động do quạt tạo ra và công suất tổn thất cho quạt phụ thuộc số vòng quay của trục quạt (phụ thuộc vào số vòng quay của trục khuỷu). Lượng không khí tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bậc hai và công suất tỉ lệ bậc ba với số vòng quay. Khi tính toán quạt gió của động cơ này, ta phải tính đến ảnh hưởng của tốc độ gió gây ra do tốc độ chuyển động của ô tô. Do đó, lưu lượng thực tế của quạt Gq thường lớn hơn lưu lượng tính toán Gkk. Lưu lượng của quạt gió Gq phụ thuộc vào kích thước của quạt gió và được xác định theo sơ đồ hình (6.4). Theo [2] ta có: (kg/s) (6.41) Trong đó: rkk - khối lượng riêng của không khí theo điều kiện làm việc, không khí đi ra ở phía sau bộ tản nhiệt có nhiệt độ là tkkr = 740C. Theo [3] ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) R, r – bán kính ngoài và bán kính trong của quạt (m). Theo số liệu ban đầu: R = 0,233 (m), r = 0,09 (m). b - bề rộng cánh, b = 50 (mm) nq = i.n - số vòng quay của quạt (vòng/ phút) i: tỉ số truyền động quạt, theo [2] ta có i = (1÷2). Theo [5], i = 1,2. n: số vòng quay trục khuỷu tính ở số vòng quay cực đại n = 1500(v/p) nq = 1,2.1500 = 1800 (vòng/ phút). α – góc nghiêng của cánh, theo [5]: α = 400. Z - số cánh: Z = 6 cánh. ηk - hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng không khí ở cửa ra : Chọn ηk = 0,5. ηk fn - diện tích tiết diện cửa ra của không khí. Theo [2] ta có quan hệ giữa hệ số ηk với tỷ số như sau: Hình 5.5. Quan hệ giữa ηk với tỷ số Vậy lưu lượng của quạt gió Gq là: Gq = 1,029.3,14.(0,2332 - 0,092).1800.0,05.6.0,5. Gq = 0,41 (kg/s). Công suất của quạt gió được xác định như sau: Nq = (kW) . (6.42) Trong đó: Q – lưu lượng của quạt, (m3/s). Hk – áp suất của quạt, tính theo chiều cao cột chất khí, (m cột khí). ρkk– khối lượng riêng của chất khí ở điều kiện làm việc của quạt (kg/m3); Xét điều kiện nhiệt độ không khí ở phía sau bộ tản nhiệt có tkkr = 740C. Theo [3] ta có ρkk = 1,029 (kg/m3) g – gia tốc trọng trường, (m/s2); g = 9,81 (m/s2); η - hệ số hiệu dụng của quạt, η = 0,6 ÷ 0,75. Chọn η = 0,7; Ta lần lượt tính các thông số còn lại ở công thức (6.42) như sau: + Xác định lưu lượng của quạt Q = (m3/s); (6- 43) Q = = 0,398 (m3/s); + Xác định vận tốc hướng trục của quạt: Theo [4] ta có: De = 1,3. (6.44) Do đó: Cm = (m/s) (6.45) Trong đó: Q - lưu lượng của quạt (m3/s) De - đường kính đỉnh cánh quạt (m); De = 0,4(m) Vậy ta có: Cm = (m/s) + Xác định áp suất của quạt. Theo [4] ta có: Ue = 2,8.φ., (m/s) Suy ra: H = , (mm cột H2O); (6.46) Trong đó: φ - hệ số phụ thuộc dạng cánh. Theo [4] ta có: φ = 2,8 ÷ 3,5; chọn φ = 3,2 Ue - vận tốc vòng của quạt; (m/s), Theo [4] ta có: Ue = (6.47) De - đường kính đỉnh cánh, De = 0,4 (m); Do đó, Ue = = 37,68 (m/s) Thay giá trị Ue vào phương trình (6.46) ta được: H = = 17,685 (mm cột H2O) = 0,017685 (m cột H2O). Ta đổi áp lực của chất khí sang chiều cao là m cột nước H20, theo [4] ta có: g.ρkk.Hk = g.ρ.H Do đó, Hk = (m cột H2O) Thay Hk vào (6- 42) ta được: Nq = , (kW); (6.48) Thay lần lượt các giá trị g, Q, H vào (6.48) ta được công suất trên trục của quạt. Nq = = 0,986 (kW) * Xác định công suất Nđ tiêu tốn để dẫn động quạt gió. Theo [4] ta có: Nđ = (kW) (6.49) Trong đó: Nq - công suất đặt trên trục quạt, đã tính Nq = 0,986 (kW); a - hệ số tương ứng công suất Nq. Theo [4] ta có: a = 1,1 đối với quạt hướng trục. ηt - hệ số truyền động hiệu dụng. Theo [4] ta có: ηt = 0,9 Vậy công suất động cơ cần tiêu tốn cho dẫn động quạt là: Nđ = = 1,2 (kW). NHẬN XÉT: Ta nhận thấy rằng công suất động cơ tiêu tốn cho việc dẫn động quạt gió là tương đối nhỏ so với công suất động cơ. Đây cũng là một ưu điểm nữa của hệ thống làm mát này. 6.7. TÍNH KIỂM NGHIỆM BƠM NƯỚC Lưu lượng của bơm nước trong hệ thống phụ rất nhiều vào nhiệt lượng do nước mang đi và chênh lệch nhiệt độ của nước ra vào két. Để tính toán kiểm nghiệm bơm nước ta dựa vào các thông số kết cấu thực tế của bơm để tính và so sánh với giá trị của các thông số lý thuyết của bơm. Hình 5.6. sơ đồ tính kiểm nghiệm bơm nước. Theo [2] ta có: + Lưu lượng tính toán của bơm nước: Gb Gbtt = C1.ρn.π.(r12 - r02) (kg/s) (6.50) Trong đó: ρn- mật độ nước làm mát khí nạp. r1- bán kính trong của bánh công tác. r0 - bán kính ở bánh công tác. C1- vận tốc tuyệt đối của nước khi đi vào cánh. Theo [2] ta có: C1 = 2 -5 (m/s), chọn C1 = 2,5 (m/s). Theo [5] ta có: r1= 28. 10-3 (m) r0 = 18.10-3 (m) Vậy, lưu lượng tính toán của bơm là: Gbtt = 2,5.1000.3,14.(282.10-6 - 182.10-6 ) Gbtt = 3,61(kg/s) Theo tài liệu [5] có Gb* =3,7 (kg/s). + Công suất tiêu hao cho bơm nước được xác định theo [1]: Nb = (kW) (6.51) Trong đó: ηb - hiệu suất của bơm, ηb = 0,6- 0,7. ηcg - hiệu suất cơ giới của bơm, ηcg = 0,7- 0,9 H - cột áp của bơm, theo [5] có H = 11,5 (m cột nước) Nb = = 0,727 (kW) NHẬN XÉT: Lưu lượng tính toán của bơm nước: Gbtt = 3,61 (kg/s). Lưu lượng nước tuần hoàn trong hệ thống: Glm = 2,8 (kg/s). Lưu lượng theo tài liệu [5]: Gb* = 3,7 (kg/s). So sánh lưu lượng nước tính toán của bơm Gbtt với lượng nước tuần hoàn trong hệ thống Glm và với thông số theo tài liệu [5] Gb* ta nhận thấy rằng lượng nước do bơm cung cấp đủ khả năng làm việc trong hệ thống làm mát này. Đồng thời, công suất tiêu hao cho việc dẫn động bơm Nb là nhỏ nhưng vẫn đảm bảo việc cung cấp nước đầy đủ cho hệ thống làm mát, đây là ưu điểm nổi bật của bơm. 7. LẬP QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO TRỤC BƠM NƯỚC 7.1. QUY TRÌNH CHẾ TẠO Hình 7.1. Bản vẻ chế tạo trục bơm nước. 7.2. CÁC NGUYÊN CÔNG CHẾ TẠO 7.2.1. Chọn phôi Trong hệ thống làm mát thì bơm nước đóng vai trò quyết định, động cơ được làm mát tốt hay không là nhờ lưu lượng nước qua bơm để vào các khoang chứa nước làm mát bên trong thân động cơ. Dựa vào công suất bơm mà ta chế tạo trục bơm để đảm bảo được độ bền và độ cứng vững cho bơm nước. Vì vậy việc chọn vật liệu để chế tạo trục bơm là rất quan trọng. Với động cơ D226B- 4D thì vật liệu để chế tạo trục bơm là thép C45, phôi thép có đường kính 22 mm, dài 162 mm. 7.2.2. Nguyên công 1: Phay, khoan định tâm hai mặt đầu trục Phôi thép được kẹp lên hai khối V trên bàn xe dao, phay hai mặt đầu trục trên máy phay ngang 16K20, sau đó cho bàn xe dao chạy đến vị trí của hai mũi tâm khoan 2 lỗ định tâm ở 2 đầu trục. Hình 7.2. Nguyên công phay, khoan định tâm hai mặt đầu trục. 7.2.3. Nguyên công 2: Tiện trục L49xF14, vát mặt đầu 1x450 Kẹp phôi thép lên mâm kẹp ba chấu, cho dao tiện trên máy tiện T620 chạy dọc theo chiều trục đạt kích thước trục cần chế tạo. Hình 7.3. Nguyên công tiện trục L49xF14. 7.2.4. Nguyên công 3: Tiện đoạn trục L50F16, L54F15, tiện ren L15.5M15 Trở đầu trục, kẹp lên mâm kẹp ba chấu, cho dao tiện trên máy tiện T620 chạy dọc trục lần lượt đạt kích thước F16, F15, sau đó tiện ren. Hình 7.4. Nguyên công tiện trục L50xF16, L54xF15, tiện ren. 7.2.5. Nguyên công 4: Phay rãnh then bán nguyệt.14x4x3 Kẹp trục lên bàn kẹp khối V, hai đầu trục tùy chặt lên hai mũi chống tâm, cho dao phay đĩa chạy từ trên xuống đạt kích thước của rãnh then trên trục. Hình 7.5. Nguyên công phay rãnh then. 7.2.6. Nhiệt luyện Trục bơm nước sau khi được định hình xong cần nhiệt luyện đạt độ cứng 220HB ở nhiệt độ cao để đảm bảo độ bền và độ cứng vững, đảm bảo cho bơm làm việc tốt nhất. 7.2.7. Nguyên công 5: Kiểm tra độ đồng tâm, độ vuông góc, độ song song của trục Hình 7.6. Nguyên công kiểm tra độ không đồng tâm giữa các mặt trụ. KẾT LUẬN Đối với sinh viên năm cuối, làm đồ án tốt nghiệp thật sự là một thử thách rất lớn. Trong quá trình làm đề tài của mình, mỗi sinh viên phải rất nổ lực để có thể hoàn thành được tốt nhiệm vụ. Khi làm một đề tài đòi hỏi phải hiểu bản chất những vấn đề mình gặp phải. Bởi vậy những kiến thức học được từ những năm trước là nền tảng cơ bản để mỗi sinh viên có thể thực hiện những yêu cầu đặt ra. Sau khi khảo sát và tính toán kiểm tra nhiệt két làm mát, bơm nước, quạt gió của hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D được lắp trên máy phát điện Vietgen em nhận thấy rằng: Các cụm chi tiết của hệ thống làm mát làm việc đảm bảo cho động cơ được làm mát tốt ở mọi chế độ làm việc. Công suất tiêu tốn cho việc dẫn động bơm và quạt gió là tương đối nhỏ và khả năng cung cấp nước làm mát của bơm cũng như không khí đối với với quạt gió cho hệ thống là đảm bảo. Tuy nhiên, vì là động cơ tĩnh tại nên tốc độ lưu động của dòng không khí qua két chỉ giới hạn ở khả năng hút không khí của quạt gió. Ngoài chức năng làm mát động cơ, hệ thống làm mát động cơ D226B- 4D còn làm mát dòng khí nạp sau tăng áp, điều này có ý nghĩa rất quan trọng, nó góp phần làm cho công suất động cơ tăng lên đáng kể. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]- GS.TS. Nguyễn Tất Tiến. Nguyên lý động cơ đốt trong. Nhà xuất bản giáo dục - 2000. [2]- Hồ Tấn Chuẩn - Nguyễn Đức Phú - Trần Văn Tế - Nguyễn Tất Tiến. Kết cấu và tính toán động cơ đốt trong tập 3. Nhà xuất đại học và trung học chuyên nghiệp. [3]- PGS.TS. Đặng quốc Phú - PGS. TS. Trần thế Sơn – PGS.TS. Trần Văn Phú. Truyền nhiệt. Nhà xuất bản giáo dục – 1999. [4]- Nguyễn Văn May. Bơm, quạt , máy nén. Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật - 2001. [5]- Catalogue động cơ DEUTZ D226B. [6]- GS.TS. Nguyễn Đắc Lộc- PGS.TS. Lê Văn Tiến- PGS.TS. Ninh Đức Tốn- PGS.TS. Trần Xuân Việt. Công nghệ chế tạo máy tập 1,2,3. Tài liệu mạng: