Nghiên cứu, lắp đặt bộ phận làm mát dầu cho sa bàn khảo nghiệm động cơ sử dụng nhiên liệu từ hạt Jatropha

năng động lực học hoặc sử dụng để tính toán các chỉ tiêu sử dụng các liên hợp máy kéo (máy kéo liên hợp máy công tác). Việc xây dựng chính xác đường đặc tính của động cơ chỉ có thể tiến hành bằng thực nghiệm. Tuy nhiên, nếu chấp nhận độ chính xác tương đối cũng có thể sử dụng phương pháp giải tích kết hợp sử dụng một số công thức hoặc hệ số thực nghiệm. Một trong những công thức hay được sử dụng là công thức S.R. Lay Đecman, có dạng như sau : (2.3) trong đó : Ne, n - công suất hiệu dụng và tốc độ quay của động cơ ứng với một điểm bất kỳ trên đường đặc tính ngoài; Nn, nn - công suất định mức (công suất cực đại) và số vòng quay định mức; a, b, c - các hệ số thực nghiệm được chọn theo loại động cơ; ở động cơ điêzen 2 kỳ a = 0,87; b = 1,13; c = 1; ở động cơ điê zen 4 kỳ a = 0,5 ¸ 0,7; b = 1,5 ¸ 1,3; c = 1. Giá trị của mô men quay được xác định theo công thức : (2.4) Trong đó : Ne - công suất động cơ, KW; n - số vòng quay của trục khuỷu, v/ph; Me - mô men quay của động cơ, Nm. Như vậy, nhờ sử dụng các công thức (2.3) và (2.4) ta có thể xây dựng được một cách gần đúng các đường cong Ne = f(n) và Me = f(n). 1.3.3. Đường đặc tính tải trọng Đường đặc tính tải trọng là đồ thị biểu diễn mối quan hệ của công suất hiệu dụng Ne, số vòng quay của trục khuỷu n và chi phí nhiên liệu giờ GT với mô men quay của động cơ Me. Đường đặc tính tải trọng có dạng như hình 2.3. Về bản chất của các mối liên hệ giữa các thông số và cách xây dựng các mối quan hệ đó hoàn toàn giống như đã phân tích trên đường đặc tính tốc độ. Nhưng đường đặc tính tải trọng sẽ thuận lợi hơn cho một số vấn đề nghiên cứu, nhất là khi nghiên cứu các tính năng kéo của máy kéo. Vì rằng, nhánh điều chỉnh trong đường đặc tính tải trọng (tương ứng với khoảng thay đổi mô men từ 0 đến Mn) có thể bố trí được rộng hơn so với nhánh điều chỉnh ở đường đặc tính tốc độ (trong khoảng nn - nck). Nhờ đó khi xác định giá trị của các thông số trên đồ thị sẽ chính xác hơn. Tuy nhiên, để đánh giá tính năng kinh tế - kỹ thuật của động cơ thì đường đặc tính tốc độ thể hiện đầy đủ hơn, dễ so sánh giữa các động cơ với nhau thông qua chi phí nhiên liệu riêng ge. nn Ne n Ge ge n Ne Ge 0 ge Me Memax Mn Hình 2.3. Đường đặc tính tải trọng của động cơ Tổng quan về sử dụng nhiên liệu sinh học hiện nay 1.4.1. Sử dụng nhiên liệu sinh học trên thế giới. Theo thông tin của EU tháng1/2007 tiêu thụ năng lượng toàn cầu đã tăng lên gấp đôi từ 10 tỷ tấn qui ra dầu/năm tăng lên 22 tỷ tấn qui dầu/năm vào năm 2050. Giáo sư Nghê Duy Đấu,Viện sĩ công trình Đại học Thanh Hoa (Bắc Kinh) cho biết theo Bộ Năng lượng Mỹ và Uỷ ban năng lượng thế giới dự báo nguồn năng lượng hoá thạch không còn nhiều: dầu mỏ còn 39 năm, khí thiên nhiên 60 năm, than đá111 năm. Theo Bộ Năng lượng Mỹ nhu cầu dầu mỏ thế giới ngày càng tăng. Theo Trung tâm năng lượng ASEAN nhu cầu tiêu thụ năng ượng của khu vực này năm 2002 là 280 triệu tấn và tăng lên 583 triệu tấn vào năm 2020 . Indonesia là nước có nguồn năng lương hoá thạch lớn nhất trong các nước ASEAN, tuy nhiên hiện nay dầu mỏ dự trữ của họ chỉ còn trong 25 năm, khí đốt 60 năm và than đá150 năm. Trong những tháng gần đây giá dầu thế giới đạt ngưỡng 70 USD/thùng và với nhu cầu tiêu thụ khỏang 82,5triệu thùng/ngày trong lúc đó số lượng dầu thừa chỉ 1-2 triệu thùng/ngày, vì vậy theo Uỷ ban quốc gia các chính sách năng lượng của Mỹ nếu chỉ 4% năng lượng thế giới bị ngừng trệ bởi thiên tai thì giá dầu thô có thể lên đến 160USD/thùng. Mặt khác, theo dự báo của các chuyên gia thì sắp tới ô tô sẽ là phương tiện giao thông được ưa chuộng hơn cả mà nhiên liệu cho ô tô là xăng và dầu diesel. Ở Mỹ đã quảng cáo bán trả góp ô tô không phải trả lãi năm đầu. Hiện nay tỷ lệ sử dụng ô tô trên thế giới là 8/1000 người và dự báo là sẽ tăng lên đáng kể trong 2 thập kỷ tới, điều đó đòi hỏi một khối lượng nhiên liệu xăng dầu lớn. Ngày nay do thế giới phụ thuộc quá nhiều vào dầu mỏ và giá dầu biến động liên tục theo chiều tăng và sự cạn kiệt dần nguồn năng lượng hoá thạch và khí đốt nên việc tìm kiếm các nguồn năng lượng thay thế là việc làm có tính sống còn trong những thập kỷ tới, trong đó có năng lượng sinh học. Vậy năng lượng sinh học là gì? Năng lượng sinh học bao gồm các nguồn năng lượng được sản xuất từ nhiều loại sản phẩm nông nghiệp khác nhau như thân, cành, vỏ, quả cây, các sản phẩm dư thừa khi chế biến nông, lâm sản, gỗ củi, phân gia súc, nước thải và bã phế thải hửu cơ công nghiệp, rác thải….Vì vậy, năng lượng sinh học là nguồn năng lượng thay thế có thể tồn tại, tái sinh và điều chỉnh theo ý muốn của con người. Hiên có 2 dạng năng lượng sinh học chủ yếu là ethanol sinh học và diesel sinh học. +) Ethanol sinh học: Ethanol là một loại nhiên liệu thay thế dạng cồn, được sản xuất bằng phương pháp lên men và chưng cất các loại ngũ cốc chứa tinh bột có thể chuyển hóa thành đường đơn, như bắp, lúa mì, lúa mạch. Ngoài ra, ethanol còn được sản xuất từ cây, cỏ có chứa cellulose. Với nguyên liệu là tinh bột và đường nhờ quá trình phân giải của vi sinh vật có thể sản xuất ra ethanol, sau đó tách nước bổ sung các chất phụ gia thành ethanol biến tính gọi là ethanol nhiên liệu biến tính hay cồn nhiên liệu. Ethanol là chất phụ gia để tăng trị số Octane (trị số đo khả năng kích nổ) và giảm khí thải độc hại của xăng. Trong chính sách năng lượng của mình, từ khối EU đến Mỹ, Trung Quốc, Ôxtrâylia, Nhật Bản… đều chú trọng đến ứng dụng ethanol.  Người ta dự báo nhu cầu nhiên liệu ethanol toàn cầu đến năm 2010 có thể tăng gấp 4 lần, lên khoảng 80 tỷ lít, và chỉ trong 2 đến 3 năm nữa, các con tàu khổng lồ chở ethanol sẽ xuôi ngược khắp các đại dương, như hình ảnh tàu chở dầu hiện nay. Những chiếc xe chỉ chạy được bằng xăng sẽ phải nhường chỗ cho các thế hệ xe chạy bằng ethanol. Lúc đó, sẽ diễn ra sự cạnh tranh gay gắt trong thị trường nhiên liệu và cả trong thị trường xe hơi thế giới… +) Diesel sinh học: Diesel sinh học nói riêng hay nhiên liệu sinh học nói chung là một loại năng lượng tái tạo.Về phương diện hoá học diesel sinh học là methyl este của axit béo. Dầu diesel sinh học được chế biến từ dầu thực vật và mỡ động vật. Để sản xuất diesel sinh học người ta pha khoảng 10% mêtanol vào dầu thực vật và dùng nhiều chất xúc tác khác nhau (đặc biệt là hiđrôxít kali, hiđrôxít natri và các ancolat). Ở áp suất thông thường và nhiệt độ vào khoảng 60°C liên kết este của glyxêrin trong dầu thực vật bị phá hủy và các axít béo sẽ được este hóa với mêtanol. Chất glyxêrin hình thành phải được tách ra khỏi dầu diesel sinh học sau đấy Thông qua việc chuyển đổi este này dầu diesel sinh học có độ nhớt ít hơn dầu thực vật rất nhiều và có thể được dùng làm nhiên liệu thay thế cho dầu diesel mà không cần phải cải biến động cơ để phù hợp. Tùy theo loại của nguyên liệu cơ bản người ta còn chia ra thành: RME: Mêthyl este của cây cải dầu (Brassica napus) theo DIN EN 14214 (có giá trị toàn châu Âu từ 2004) SME: Mêthyl este của dầu cây đậu nành hay dầu cây hướng dương. PME: Mêthyl este của dầu dừa hay dầu hạt cau. Bên cạnh đó còn có mêthyl este từ mỡ nhưng chỉ có những sản phẩm hoàn toàn từ dầu thực vật (PME và đặc biệt là RME) là được dùng trong các loại xe diesel hiện đại, khi được các nhà sản xuất cho phép. Bảng 1 – 1. Thông số của dầu diesel sinh học Vì vậy trên thế giới nhiều nước đã tiến hành nghiên cứu trồng các loài cây nông, lâm nghiệp để cung cấp nguyên liệu sinh học cho chế biến năng lượng sinh học. Nghiên cứu về dầu diesel sinh học bắt đầu được thực hiện từ những năm 1990. Năm 1983, ngưòi Mỹ có tên là Gruham Quick đã sử dụng dầu từ hạt lanh chạy máy động cơ. Năm 1990 Mỹ đề ra “Luật không khí sạch” trong đó ethnol được sử dung thay thế chất MTBE là chất phụ gia vào xăng đựoc coi là chất ngấm vào nước ngầm có thể gây ung thư. Năm 2005 Mỹ có Luật năng lượng đề ra tiêu chuẩn bắt buộc trong xăng tiêu dùng phải pha nhiên liệu sinh học với tỷ lệ tăng dần hàng năm. Dự kiến đến 2017 hàng năm sản xuất 132 tỷ lít nhiên liệu sinh học, giảm 20% lượng xăng. Hiện nay Mỹ có 114 nhà máy đang sản xuất ethnol sinh học,79 nhà máy đang xây dựng, mở rộng 11 nhà máy và 200 nhà máy sẽ hoạt động vào tháng 9 năm 2008. Hãng dầu mỏ lớn thứ 3 nước Mỹ là Conoco Phillips sẽ đầu tư 22,5 triệu USD cho đại học Iowa State University (ISU, Mỹ) trong 8 năm để phát triển các công nghệ sinh học mới. Mới đây tại Hội nghị năng lượng sinh học Trường đại học Georgia (Mỹ), giáo sư vật lý đã nghỉ hưu 70 tuổi - hiện là lão nông – Zimmy Grine đã giới thiệu một loại ethanol nhiên liệu được chưng cất từ lúa mì và lạc. Theo tính toán về nhiệt lượng thì 1,5 lít ethanol có thể thay thế 1 lít xăng. Nếu pha ethanol với xăng thì tuỳ theo độ tinh khiết của chúng có thể giảm lượng xăng từ 10 đến 15% mà công suất và hiệu suất mài mòn động cơ không đổi. Ấn Độ dự kiến số ô tô của quốc gia này vào năm 2007 là 10 triệu chiếc và hàng năm nhu cầu nhập dầu mỏ của họ tăng khoảng 10%. Năm 2004 trong tổng số 114 triệu tấn dầu của quốc gia này có đến 75 % là nhập từ nước ngoài với số tiền là 26 tỷ USD. Trong báo cáo năm 2003 của Uỷ ban phát triển nhiên liệu sinh học của Ấn Độ cho rằng khả năng sản xuất 29 triệu lít cồn ethanol của họ đủ tạo ra hỗn hợp nhiên liệu 5% cồn cho đến kế hoạch lần thứ 12. Braxin sản xuất 14 tỷ lít cồn (tương đương 20 vạn thùng) từ cây mía. Luật pháp nước này qui định tất cả các loại xe phải sử dụng xăng pha với 22% cồn ethanol và nước này đã có 20% số lượng xe chỉ dùmg cồn ethanol. Chương trình sản xuất cồn này của họ tạo việc làm cho 1 triệu người và tiết kiệm được 60 tỷ USD tiền nhập dầu trong 3 thập kỷ qua. Số tiền này lớn gấp 10 lần chi cho chương trình trên và gấp 50 lần số tiền trợ cấp ban đầu.Từ sau 1985 sản lượng ethanol nhiên liệu đạt bình quân 10 triệu tấn/năm, thay thế luỹ kế 200 tấn dầu mỏ. Hiện nay toàn bộ xăng chạy ô tô của Braxin đều pha 20-25% ethanol sinh học và đã có loại ô tô chạy hoàn toàn bằng ethanol sinh học. Năm 2005 có 70% số ôtô đã sử dụng nhiên liệu sinh học. Lượng tiêu thụ ethnol sinh học ở quốc gia này đạt 12 triệu tấn năm 2005, thay thế 45% lượng tiêu thụ xăng và chiểm 1/3 tổng lượng tiêu thụ nhiên liệu cho các loại xe, tạo công ăn việc làm cho 700.000 người. Braxin có thể sản xuất được lượng ethanol thay thế 10% nhu cầu xăng dầu của thế giới trong vòng 20 năm tới với lượng xuất khẩu khoảng 200 tỷ lit, so với mức 3 tỷ lít hiện nay. Trong khối EU nhiên liệu sinh học là một ưu tiên trong chính sách môi trường và giao thông. Theo ước tính của các nhà kinh tế sử dụng nhiên liệu sinh học trong các loại hình vận tải ở châu Âu có thể tiết kiệm được 120 triệu thùng dầu thô vào năm 2010.Từ đầu năm 2004 các trạm xăng ARAL và Sell ở Đức bắt đầu thực hiện chỉ thị 2003/30/EU mà theo đó từ 31/12/2005 ít nhất 2% và đến 31/12/2010 ít nhất 5,75% các nhiên liệu dùng để chuyên chở phải có nguồn gốc tái tạo.Tại Áo một phần chỉ thị của EU đã đựơc thực hiện sớm hơn và từ 1/11/2005 chỉ có dầu diesel với 5% nguồn gốc sinh học được bán. EU đặt mục tiêu đến 2020 sản xuất 20% điện năng từ các nguồn năng lượng tái sinh. EU qui định các nước thành viên phải sử dụng ít nhất 10% nhiên liệu sinh học từ nay đến 2020. Mỹ đề ra đến 2020 sử dụng 20% nhiên liệu sinh học trong giao thông Indonesia đã phải trợ cấp khoảng 7 tỷ USD cho năng lượng. Nước này đặt mục tiêu đến năn 2010 nhiên liệu sinh học đáp ứng 10% nhu cầu cho ngành điện và giao thông. Hiện nay ở đây phần lớn xe buýt và xe tải chạy bằng dầu diesel sinh học- một hỗn hợp dầu cọ với nhiên liệu hoá thạch - do Công ty dầu khí quốc doanh Pertamina cung cấp. Công ty điện lực PLN đang sử dụng dầu cọ trong dự án thí điểm nhằm hướng tới chuyển tất cả các nhà máy điện trong nước dùng dầu diesel sinh học và năm 2010. Ở Trung Quốc các tỉnh Hà Nam, An Huy, Cát Lâm, Hắc Long Giang…đã sản xuất ethanol từ lương thực tồn kho với sản lượng hàng năm đạt 1,02 triệu tấn. Hắc Long Giang đã sản xuất thử ethanol đạt khối lượng 5000 tấn/năm. Nước này đang nghiên cứu công nghệ sản xuất ethanol từ xenlulose và hiện đã có cơ sở đạt 600 tấn/năm. Theo kế hoach đến 2010 sản lượng nhiên liệu sinh học của Trung Quốc khoảng 6 triệu tấn. Đến năm 2020 là 19 triệu tấn, trong đó ethanol 10 triệu tấn và diesel 9 triệu tấn. Malaysia hiện có 3 nhà máy sản xuất nhiên liệu sinh học với công suất 276.000 tấn /năm. Chính phủ nước này đặt chỉ tiêu sản xuất 1 triệu tấn dầu diesel sinh học xuất khẩu vào năm 2007-2008. Hiện nay Malaysia đã trồng được 10 ngàn cây Jatropha. Thái Lan đã xây dựng chương trình phát triển năng lượng thay thế các nguồn nhiên liệu hoá thạch. Năm 2001, Nhật đã dùng tế bào Rhizopus oryzae cố định để sản suất diesel sinh học với tỷ lệ chuyển hoá đạt 80%. Với công nghệ nêu trên tỷ lệ chuyển hoá có thể đạt trên 95%, cao hơn phương pháp hoá học, giá thành giảm từ 15-20%. 1.4.2. Đặc tính của Biodiesel. Biodiesel còn được gọi Diesel sinh học là một loại nhiên liệu có tính chất giống với dầu diesel nhưng không phải được sản xuất từ dầu mỏ mà từ dầu thực vật hay mỡ động vật. biodiesel, hay nhiên liệu sinh học nói chung, là một loại năng lượng sạch, phương diện hóa học thì diesel sinh học là methyl, ethyl ester của những acid béo. Mặt khác chúng không độc và dể phân giải trong tự nhiên - Tính chất vật lý của biodiesel tương tự diesel nhưng tốt hơn diesel về mặt chất thải. - Biodiesel khắc phục được những nhược điểm của dầu thực vật như độ nhớt quá lớn ( cao gấp 6 – 14 lần biodiesel), chỉ số cetan thấp. - Các loại dầu biodiesel đều có tỷ lệ % trọng lượng oxy khá lớn, đây là điều mà diesel không có. Bảng 1 – 2. Tính chất hóa lý của các loại dầu. + Tuy nhiên khi sử dụng dầu biodiesel ta cũng gặp phải một số sự cố sau: - Dễ bị oxy hoá vì trong nhiên liệu diesel sinh học có các phân tử chứa các nối đôi nên chưa ổn định dễ bị phản ứng với oxy nên đặc biệt quan trọng trong việc bảo quản dầu thực vật. - Phân tử của nhiên liệu diesel sinh học có độ lớn khác với diesel thông thường và các phân tử diesel sinh học trong các kênh dẫn tinh vi không có khả năng bôi trơn đầy đủ ở áp suất cao và vì thế là nguyên nhân dẫn đến hao mòn nhanh hơn trong bơm cao áp. - Khi dùng nhiên liệu diesel sinh học cho một xe cơ giới không thích nghi với nó, diesel sinh học sẽ phá huỷ các ống dẫn nhiên liệu và các vòng đệm bằng cao su. Nguyên nhân là do diesel sinh học có tính chất hoá học của một chất làm mềm, chất cũng có trong các ống dẫn nhiên liệu và vòng đệm bằng cao su. Diesel sinh học sẽ thay thế các chất làm mềm trong các ống và vòng đệm này, vật liệu lúc đầu sẽ phồng lên, lúc này nếu dùng dầu diesel có nguồn gốc từ dầu mỏ thì dầu diesel này sẽ rửa sạch diesel sinh học, không có chất làm mềm vật liệu sẽ cứng và bị thẩm thấu nước. - Một vấn đề khác là việc nhiên liệu đi vào nhớt động cơ tại các động cơ diesel có bộ phun nhiên liệu trực tiếp. Vấn đề này thường xảy ra trong thời gian vận hành khi động cơ được vận hành có những thời gian chạy không tải lâu dài. Lượng nhiên liệu phun càng ít thì chất lượng phân tán của miệng phun càng giảm và vì thế có xu hướng hình thành những giọt nhiên liệu không cháy bám vào thành của xylanh nhiều hơn và sau đó là đi vào hệ thống tuần hoàn bôi trơn. Tại đây độ bền hóa học kém của RME là một nhược điểm: RME bị phân hủy dần trong hệ tuần hoàn bôi trơn vì nhiệt độ cao tại đây, dẫn đến các chất cặn thể rắn hay ở dạng keo. Vấn đề này và tính bôi trơn kém đi của nhớt động cơ khi có nồng độ nhiên liệu cao có thể dẫn đến việc động cơ bị hao mòn nhiều hơn, vì thế mà người ta khuyên là khi vận hành bằng PME nên rút ngắn thời kỳ thay nhớt. - Một ưu điểm của PME có thể lại trở thành nhược điểm khi được sử dụng thực tế ở các loại xe cơ giới: dễ bị phân hủy bằng sinh học và đi cùng là không bền lâu. Oxi và nước tích tụ sẽ làm xấu đi các tính chất của PME sau một thời gian tồn trữ. Vì thế mà PME thường ít được khuyên dùng cho các xe ít được vận hành. - Ngoài ra thì vì việc đốt cháy khác nhau nên các động cơ mới không được chứng nhận là thích nghi với PME có thể có vấn đề với các bộ phận điện tử của động cơ, những thiết bị mà đã được điều chỉnh để dùng với Diesel thông thường. Điều tốt và có lý nếu dùng Diesel thông thường này lại trở thành điều xấu khi dùng Diesel sinh học: nếu sử dụng Diesel sinh học thì việc tăng lượng nhiên liệu phun sẽ làm loãng nhớt động cơ. Nếu sử dụng thuần túy Diesel sinh học thì việc đốt các hạt muội than trong bộ lọc trở thành không cần thiết nữa. Vì thế trong tương lai sẽ có những thiết bị cảm biến nhiên liệu dùng để nhận biết chất lượng của nhiên liệu. Lượng và thời điểm phun nhiên liệu đều có thể được tối ưu hóa. - Kinh nghiệm trong lĩnh vực xe chuyên chở cho thấy là việc sử dụng Diesel sinh học nhiều năm có thể dẫn đến hư hỏng bơm nhiên liệu, đặc biệt là ở những động cơ có bộ phận bơm – phun nhiên liệu trực tiếp. Xe này tuy đã được cho phép vận hành với Diesel sinh học nhưng nhà sản xuất bộ phận bơm phun (Bosch AG) thì lại không cho phép công khai dùng với RME. Người ta nói là vì phân tử RME có độ lớn khác với Diesel thông thường và các phân tử RME trong các kênh dẫn tinh vi không có khả năng bôi trơn đầy đủ ở áp suất cao và vì thế là nguyên nhân dẫn đến hao mòn nhanh hơn 1.4.3. Sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam Gây trồng cây cung cấp nguyên liệu, sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học là một vấn đề mới đối với Việt Nam. Vừa qua Bộ Công nghiệp đã xây dựng đề án Phát triển nhiên liệu sinh học đến năm 2015, tầm nhìn 2020, với mục tiêu sản xuất xăng E10 và dầu sinh học nhằm thay thế một phần nhiên liệu truyền thống hiện nay. Theo đề án, trong giai đoạn 2006-2010, Việt Nam sẽ tiếp cận công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học, xây dựng mạng lưới thí điểm phân phối nhiên liệu sinh học tại một số tỉnh, thành, quy hoạch vùng trồng cây nguyên liệu cho năng suất cao, đào tạo cán bộ chuyên sâu vê kỹ thuật. Giai đoạn 2011-2015, sẽ phát triển mạnh sản xuất và sử dụng nhiên liệu sinh học thay thế một phần nhiên liệu truyền thống, mở rộng quy mô sản xuất và mạng lưới phân phối phục vụ cho giao thông và các ngành sản xuất công nghiệp khác, đa dạng hóa nguồn nguyên liệu. Đến năm 2020, công nghệ sản xuất nhiên liệu sinh học ở Việt Nam sẽ đạt trình độ tiên tiến trên thế giới, với sản lượng đạt khoảng 5 tỷ lít xăng E10 và 500 triệu lít dầu diesel sinh học B10/năm.Theo các chuyên gia, xăng E10 là xăng pha cồn với hàm lượng cồn tối đa là 10%, đáp ứng hoàn toàn mọi hoạt động binh thường của ô tô, xe máy. Dầu diesel sinh học luôn được pha trộn vào dầu DO, với tỷ lệ phổ biến 5-30%, để giảm bớt ô nhiễm môi trường. Từ tháng 8/2007 một hệ thống sản xuất nhiên liệu sinh học từ dầu ăn phế thải với công suất 2 tấn/ ngày sẽ được triển khai tại Công ty Phú Xương thành phố Hồ Chí Minh. Dự án được triển khai với nguyên liệu đầu vào từ 4-5 tấn/ngày.Theo ước tính giá dầu là 7,500đ/lít thấp hơn giá giá bán diesel trên thị trường khoảng 400đ/lít. Bộ Công nghiệp đang triển khai công nghệ sản xuất các loại hoá chất, phụ gia cần thiết để pha chế nhiên liệu sinh học với xăng. Các đơn vị thuộc Bộ sẽ ứng dụng và làm chủ công nghệ sản xuất các chất phụ gia, chất xúc tác để pha chế xăng với ethanol và diesel sinh học và diesel khoáng, triển khai sản xuất các hoá chất, phụ gia cung cấp cho các cơ sở pha chế. Dự kiến năm 2007 làm chủ công nghệ này và sản xuất với qui mô nhỏ. Năm 2011-2015 mở rộng cơ sở sản xuất phụ gia và bảo đảm cho nhu cầu trộn xăng E5/E10, dầu B5/B10. Tổng kinh phí dự kiến cho dự án này là 20 tỷ đồng Việt Nam. 1.4.4. Các vấn đề cần thực hiện khi dùng nhiên liệu Biodiesel. So với dầu diesel thì dầu Biodiesel có độ nhớt cao hơn, chỉ số cetan thấp hơn, sức căng bề mặt lớn hơn nên để có sự phun đều, phun tơi nhiên liệu vào buồng cháy không nên chỉ dựa vào năng lượng của tia phun mà cần có sự hỗ trợ của một trong các năng lượng tạo hỗn hợp khác như: + Tạo thêm xoáy lốc mạnh hoặc rối mạnh trong buồng cháy. + Sử dụng năng lượng xoáy lốc mạnh của loại buồng cháy xoáy lốc. + Sử dụng năng lượng của khí cháy trong buồng cháy dự bị. Theo hướng này thì sử dụng buồng cháy phân cách có lợi điểm là làm thời gian cháy trễ bớt nhạy cảm với tính chất của nhiên liệu, sự đốt cháy nhiên liệu tốt hơn, sự đóng cặn lên thành buồng cháy cũng ít hơn và các chất ô nhiễm trong khí thải cũng ít hơn. CHƯƠNG II: TÍNH TOÁN LỰA CHỌN MÔ HÌNH KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ 2.1. Tổng quan về khảo nghiệm động cơ đốt trong 2.1.1. Định nghĩa và yêu cầu chung 2.1.1.1. Định nghĩa Khảo nghiệm động cơ là phương pháp dùng để kiểm tra và nghiên cứu động cơ đốt trong, để xác định các thông số cơ bản của động cơ, từ đó điều chỉnh sao cho động cơ có độ tin cậy làm việc và tuổi bền đạt mức cao nhất. 2.1.1.2. Yêu cầu chung. Khảo nghiệm cần phải tiến hành cho từng động cơ với mục đích kiểm tra các thông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ. Khảo nghiệm phải tiến hành khi nghiệm thu lần cuối. Các động cơ phải được khảo nghiệm định kỳ để kiểm tra các thông số, độ tin cậy làm việc và độ bền cũng như để kiểm tra tính ổn định của động cơ. Khảo nghiệm phải được tiến hành trong các điều kiện kỹ thuật cho phép. 2.1.2. Mục đích và nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong. 2.1.2.1. Mục đích nghiên cứu động cơ đốt trong. Với trình độ hiểu biết hiện nay, chúng ta chưa có khả năng xác định một cách chính xác những tính chất đặc trưng và công dụng thực tế của động cơ đốt trong bằng con đường tính toán lý thuyết. Bởi vậy, nghiên cứu động cơ đốt trong vẫn là một công việc cần thiết nhằm mục đích kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và các thông số của động cơ, trên cơ sở đó có thể rút ra kết luận về khả năng và phương hướng hoàn thiện nó. 2.1.2.2. Nội dung nghiên cứu động cơ đốt trong. 1. Nghiên cứu kiểm tra. Kiểm tra các thông số cơ bản và chất lượng lắp ráp của động cơ sau khi chế tạo hoặc sữa chữa động cơ. Có hai loại nghiên cứu kiểm tra đó là : “ kiểm tra sản xuất và kiểm tra định kỳ ”. Cụ thể như sau : Kiểm tra sản xuất được tiến hành cho các động cơ trước khi xuất xưởng, kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở cho việc nghiệm thu hay loại bỏ một động cơ cụ thể. Kiểm tra định kỳ được tiến hành cho động cơ chọn từ dây chuyền sản xuất một cách ngẫu nhiên. Mục đích kiểm tra định kỳ là kiểm tra tính ổn định của sản xuất, kết quả kiểm tra định kỳ sẽ là cơ sở để đánh giá chất lượng dây chuyền công nghệ đang được áp dụng. 2. Nghiên cứu so sánh. Mục đích của nghiên cứu so sánh là đánh giá động cơ về mọi phương diện và lập hồ sơ kỹ thuật của nó. Đối tượng nghiên cứu có thể là động cơ chế thử hoặc động cơ của một hãng chế tạo khác. Nghiên cứu động cơ chế thử là kiểm tra mức độ đúng đắn của phương pháp tính toán, thiết kế và chế tạo. kết quả nghiên cứu sẽ là cơ sở quyết định tiến hành sản xuất hàng loạt hay phải điều chỉnh những giải pháp đã sử dụng. Nghiên cứu động cơ của hãng chế tạo khác nhằm mục đích thu thập thông tin phục vụ cho công việc cải tiến hoặc thiết kế động cơ mới. 3. Nghiên cứu khoa học hay nghiên cứu cơ bản. Mục đích nghiên cứu cơ bản động cơ đốt trong là tìm ra những quy luật chi phối các quá trình diễn ra trong động cơ đốt trong, giải thích bản chất của chúng, thiết lập những phương pháp tính toán và thực nghiệm mới…. Kết quả nghiên cứu cơ bản có thể được sử dụng trực tiếp hoặc gián tiếp vào quá trình thực hiện động cơ. Nghiên cứu động cơ đốt trong được tiến hành trong các phòng thí nghiệm hoặc trong điều kiện sử dụng thực tế (gọi là thử nghiệm trực tiếp). Nghiên cứu trong các phòng thí nghiệm cho phép chúng ta điều chỉnh động cơ một cách dễ dàng và sử dụng đa dạng các thiết bị nghiên cứu, kết quả thu được không phụ thuộc vào những ngẫu nhiên bên ngoài. Thử nghiệm trực tiếp cho phép chúng ta đánh giá với mức độ chính xác nhất định, độ tin cậy, tuổi bền và sự hoạt động bình thường của động cơ trong điều kiện sử dụng thực tế. Thông thường kết quả thử nghiệm thực tế có tác dụng bổ sung cho nghiên cứu tại phòng thí nghiệm. 2.1.3. Xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong. 2.1.3.1. Tổ chức xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong. Xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong là nơi thực hiện những công việc nghiên cứu động cơ. Nó là một bộ phận trong cơ cấu tổ chức của một cơ sở thiết kế, chế tạo hoặc nghiên cứu động cơ. Quy mô xưởng thí nghiệm động cơ tuỳ thuộc vào mục tiêu, tính chất và nội dung nghiên cứu cũng như khả năng tài chính của cơ sở quản lý. Nói chung xưởng khảo nghiệm động cơ không thể tự thoả mãn đầy đủ về nguồn nhân lực cũng như trang thiết bị mà phải hợp tác với các cơ sở chế tạo và các phòng khảo nghiệm khác như :“ nhiên liệu, dầu bôi trơn, sức bền vật liệu, xưởng gia công cơ khí.v.v… Một xưởng khảo nghiệm động cơ đốt trong bao gồm các phòng khảo nghiệm sau : + Phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ. + Phòng khảo nghiệm hệ thống nhiên liệu. + Phòng khảo nghiệm động cơ. - Phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ: là nơi tiến hành nghiên cứu các chi tiết (hoặc cụm chi tiết) riêng lẻ của động cơ hoặc chuẩn bị chúng để nghiên cứu ở phòng khảo nghiệm. Nội dung nghiên cứu ở đây bao gồm : “ thí nghiệm về sức bền, tuổi bền các chi tiết trên các thiết bị giá tải, kiểm tra về các kích thước, độ cứng,.v.v... của các chi tiết so với thiết kế, phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ cũng là nơi đánh giá tình trạng các chi tiết tháo ra từ động cơ được nghiên cứu ở phòng khảo nghiệm hoặc sau khi thử nghiệm thực tế. Phòng khảo nghiệm động cơ được trang bị các thiết bị chuyên dùng để khảo nghiệm như : “ bơm dầu bôi trơn, bơm, nước làm mát, thiết bị cân bằng trục khuỷu.v.v…. Để thực hiện đầy đủ nội dung nghiên cứu, phòng khảo nghiệm chi tiết động cơ phải vận dụng các trang thiết bị của phòng thí nghiệm khác như: “vật liệu học, sức bền vật liệu”. - Công việc nghiên cứu các bộ phận của hệ thống nhiên liệu: vòi phun, bơm cao áp, bộ chế hoà khí, bộ điều tốc… được thực hiện tại phòng thí nghiệm. Phòng khảo nghiệm về hệ thống nhiên liệu được trang bị các thiết bị cơ bản sau: Bàn khảo nghiệm bơm cao áp. Thiết bị khảo nghiệm bộ chế hoà khí. Các loại lưu lượng kế dùng để đo lưu lượng nhiên liệu và không khí. - Phòng khảo nghiệm động cơ: là một bộ phận quan trọng của xưởng khảo nghiệm động cơ. Nơi đây thực hiện khảo nghiệm trên các động cơ hoàn chỉnh, làm việc ở các chế độ tải và các tốc độ quay khác nhau. Có thể tại phòng khảo nghiệm động cơ có những nội dung nghiên cứu sau: Xây dựng các đường đặc tính của động cơ. Xác định thành phần khí thải. Nghiên cứu tính năng khởi động của động cơ. Xác định hệ số nạp và các hiệu suất của động cơ. Nghiên cứu độ ổn định của các chu trình công tác. 2.1.3.2. Tổng quát về phòng khảo nghiệm động cơ đốt trong. Một phòng khảo nghiệm động cơ bao gồm những thành phần cơ bản sau: - Động cơ được khảo nghiệm. - Phanh động cơ (phụ tải). - Các hệ thống phục vụ động cơ và phanh làm việc như: Hệ thống nhiên liệu. Dầu bôi trơn. Nước làm mát. Truyền động. Khởi động. Hệ thống điện. Hệ thống thông gió. Những thiết bị và dụng cụ đo 2.1.3.3. Các loại phanh động cơ. Để khảo nghiệm động cơ trên bệ thử cần phải trang bị thiết bị gây tải và tiêu thụ công suất do động cơ sinh ra. Thiết bị gây tải cho động cơ thường được gọi là phanh động cơ, nhiệm vụ của phanh là tạo ra momen hãm gây tải cho động cơ và cho phép đo được momen quay của động cơ, hoặc công suất của động cơ từ đó ta tính được các thông số khác có liên quan. Tuỳ theo mức độ thuận lợi của các loại phanh mà ta có thể sử dụng một trong các loại phanh sau : - Phanh cơ học. - Phanh không khí. - Phanh điện. - Phanh thuỷ lực. - Phanh tổng hợp Phanh động cơ dùng trong khảo nghiệm động cơ đốt trong phải thoả mãn các yêu cầu sau: + Sai số cho phép 1,5% theo TCVN_1684_75. + Thiết bị phanh có khả năng phanh động cơ trong phạm vi tải trọng và tốc độ quay tương đối rộng. + Quá trình phanh phải ổn định. + Đảm bảo duy trì một chế độ, tốc độ cho trước trong trường hợp có sự thay đổi tải trọng không lớn trong một thời gian ngắn. + Bảo đảm đo được số vong quay và momen chính xác. + Có thể chạy rà động cơ. + Sử dụng được năng lượng do động cơ phát ra trong quá trình phanh. + Có khả năng điều khiển từ xa. 2.2. Mô hình khảo nghiệm động cơ sử dụng tạo tải bằng điện trở Máy phanh điện là một máy điện được đẫn động bởi động cơ khảo nghiệm, nó biến đổi cơ năng của động cơ thành điện năng cung cấp cho phụ tải điện. Phụ tải điện có thể là biến trở kim loại hoặc biến trở nước cũng có thể là nguồn điện hoà mạng. Máy phanh điện một chiều có ưu điểm là đơn giản, vạn năng làm việc trong dải số vòng quay rộng ở cả hai chế độ máy phanh và động cơ điện. Chế độ động cơ điện dùng để khởi động động cơ khảo nghiệm. Phương pháp điều chỉnh của máy phanh điện một chiều là điều chỉnh dòng kích thích. Máy phanh điện xoay chiều ba pha có ưu điểm là đơn giản khoảng thay đổi tần số quay rộng và làm việc ở cả chế độ động cơ và máy phát. Với máy phanh điện khi khởi động động cơ khảo nghiệm thì máy phanh làm việc ở chế độ động cơ với dòng điện lấy từ lưới điện. Máy phanh điện dễ sử dụng tạo ra tải liên tục vô cấp, chính xác, nhưng đối với động cơ khảo nghiệm nhiều xi lanh, công suất lớn thì phải dùng động cơ cỡ lớn nên có nhược điểm là rất cồng kềnh. Trong quá trình khảo nghiệm động cơ tuỳ theo thiết bị phanh mà điều chỉnh tải trọng của động cơ bằng cách điều chỉnh phụ tải nguồn điện lưới hoặc điều chỉnh điện trở nước của máy phanh bằng cách điều chỉnh sự ngập nước của biến trở. Sơ đồ khảo nghiệm động cơ dùng phanh điện 1. Động cơ khảo nghiệm; 2. Hộp số; 3. Động cơ điện; 4. Biến trở nước +) Cụm phụ tải có kết cấu như sau: - Mô tơ - quạt (20) - Dây điện (7) - Ống nước (16) - Bơm nước (15) - Đồng hồ báo ampe kế (21) - Các lò xo nhiệt (23) - Đồng hồ báo vôn kế (19) - Két đựng nước (24) - Két làm mát nước (22) - Hộp điều khiển (17) - Cầu dao nguồn (29) - Cầu dao motơ- quạt (30) 2.3. Mô hình khảo nghiệm động cơ sử dụng tạo tải bằng phanh điện Động cơ được truyền đến hệ thống điện để vận hành hệ thống điện. Để thay đổi cơ cấu ta tác động vào khối diện trở bên hệ thống điện. * Ưu điểm: Máy phanh điện bằng điện trở điều khiển đơn giản, vạn năng làm việc trong dải số vòng quay rộng được của động cơ khảo nghiệm, động cơ điện làm viêc ở chế độ khởi động động cơ sau đó chuyển sang chế độ máy phát do vậy rất tiện lợi trong sử dụng. Chế độ động cơ điện dùng để khởi động động cơ khảo nghiệm còn chế độ máy phát dùng để phanh động cơ khảo nghiệm. Phương pháp điều chỉnh của máy phanh tạo tải bằng điện trở tác động bằng cách tác động vào dòng điện cung cấp cho máy phát thông qua biến trở. * Nhược điểm: dải thay đổi của điện trở nhỏ do vậy không đảm bảo khảo sát hết phạm vi công suất của động cơ, đòi hỏi các thiết bị phụ trợ đắt tiền và kinh phí cao. 2.4. Mô hình khảo nghiệm động cơ sử dụng băng phanh tạo tải bằng bơm thuỷ lực và van tiết lưu mạch ra Dùng sức cản thuỷ lực của một số chất lỏng để chống lại sự quay, tạo tải cho động cơ loại này khá phức tạp khi chế tạo do đòi hỏi độ chính xác cao chịu tải trọng lớn. Năng lượng mà phanh thuỷ lực hấp thụ được chi phí để thực hiện công thuỷ lực và công ma sát (quay roto trong chất lỏng), ở đây năng lượng phanh được chuyển hoá thành nhiệt năng chi phí để đốt nóng chất lỏng(thường là nước hoặc dầu). Công thức tính công suất thuỷ lực: Mtl = c.ω2.r5 Ntl = c.ω3.r5 c- hệ số tỷ lệ phụ thuộc bề mặt làm việc roto và hệ số ma sát ω- tốc độ góc trục roto r- bán kính trung bình bề mặt làm việc roto Mtl- mômen thủy lực Ntl- công suất thuỷ lực Phanh thuỷ lực có ưu điểm dễ dàng thay đổi công suất nhưng không thể quay ngược do đó không thể dùng máy phanh để khởi động động cơ. Theo kết cấu phanh thuỷ lực được chia làm 3 loại: loại chốt, loại đĩa, loại cánh. Theo loại chất lỏng có 2 loại chủ yếu là máy phanh dầu và phanh nước. Máy phanh dầu thuỷ lực dùng để khảo nghiệm động cơ lắp trực tiếp hoặc qua trục thu công suất. Máy phanh có khoảng điều chỉnh khá rộng và cho độ chính xác cao nhất ở tất cả các bàn đo. Máy phanh gồm một bơm thuỷ lực đặt cố định được truyền chuyển động bởi đầu ra của trục khuỷu qua trục phanh. Điều chỉnh lưu lượng dòng dầu thủy lực qua bơm bằng một van tiết lưu. Đóng van theo chiều kim đồng hồ sẽ tăng áp suất của bơm và tăng tải tác động lên động cơ, khi không sử dụng cần phải nối van hoàn chỉnh một vòng cho mở hoàn toàn điêu này sẽ đảm bảo không tải khi chuẩn bị gây tải cho động cơ ở chế độ tiếp theo. Máy phanh thủy lực hoạt động theo nguyên tắc chung là dùng sức cản thuỷ lực( dầu SE200) để tạo tải cho bơm dầu được quay bởi động cơ khảo nghiệm. Công suất của máy phanh được tính theo đại lượng áp suất phanh và số vòng quay trên trục của máy phanh. Để máy phanh làm việc có hiệu quả thì nhiệt độ của dầu không được vượt quá 1800F nếu cao hơn sẽ có hại cho các thiết bị bên trong bơm thuỷ lực. Phanh thuỷ lực này có nhược điểm là tốc độ quay nhỏ, cồng kềnh do dầu chỉ làm việc có hiệu quả ở một nhiệt đọ nhất định. Độ chính xác không cao do phụ thuộc vào độ nhớt của dầu thuỷ lực. 2.5. Lựa chọn mô hình sa bàn khảo nghiệm động cơ theo phương pháp sử dụng bơm thuỷ lực Ta lựa chọn mô hình sử dụng bơm thuỷ lực với tiết lưu mạch ra có ưu điểm dễ dàng thay đổi tải, đồng thời cũng dễ chế tạo và lắp đặt H 3.3: Sơ đồ lắp ráp băng phanh thủy lực sử dụng van tiết lưu mạch ra Động cơ Đầu đo Ten rô Ổ đỡ trục Khớp mềm Bơm thủy lực CBT_E550 Thùng dầu thủy lực Két nước Quạt gió Van tiết lưu (KTL) Van áp suất (RV_04T_H) Ống dẫn dầu CHƯƠNG III: THIẾT KẾ LẮP ĐẶT BỘ PHẬN LÀM MÁT DẦU CHO SA BÀN BÀN KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT NHỎ 3.1. Tính toán, thiết kế lựa chọn bộ phận làm mát cho hệ thống thuỷ lực. 3.1.1. Lựa chọn sơ đồ làm việc cho mạch thuỷ lực. Có rất nhiều cách thiết kế sơ đồ làm việc cho mạch thuỷ lực dùng trong đề tài nghiên cứu khảo nghiệm động cơ và mỗi cách đều có ưu điểm riêng. Vì vậy sơ đồ sau đây được sử dụng trong phạm vi đề tài do nó đơn giản nhưng vẫn đảm bảo các yêu cầu cho việc khoả nghiệm động cơ. Sơ đồ mạch thuỷ lực được lựa chọn cho mô hình khảo nghiệm được mô tả như hình sau: 1. Van giới hạn áp suất 2. Bơm thuỷ lực 3. Van tiết lưu 4. Van nhiệt 5. Bộ phận làm mát 6. Thùng dầu Nguyên lý làm việc của sơ đồ trên: Mạch tạo tải cho động cơ khảo nghiệm: Bơm bánh răng 2 có trục chủ động được lắp với trục của động cơ khảo nghiệm thông qua 1 khớp nối mềm, khi động cơ khảo nghiệm làm việc thì dầu thuỷ lực được bơm 2 hút từ thùng dầu sau đó qua van tiết lưu 3 trước khi chảy về thùng. Van tiết lưu 3 lắp ở đầu ra của bơm bánh nên khi thay đổi lưu lượng qua van thì tốc độ động cơ cũng thay đổi theo. Van nhiệt 4 có tác dụng như sau: Khi dòng dầu về có nhiệt độ chưa đến mức phải làm matfthì nó sẽ cho toàn bộ lượng dầu đó trở về thùng. Khi nhiệt độ dầu cao hơn nhiệt độ cho phép cũng đồng thời là nhiệt độ tác động của van thì nó sẽ tác động để đưa 1 phần lượng dầu về qua bộ phận làm mát để làm mát trước khi trả về thùng. 3.1.2. xác định hao tổn công suất trên các phần tử mạch thuỷ lực. Trên các hệ thống thủy lực, tại tất cả các phần từ cấu trúc đều xuất hiện hao tổn công suất. Việc tính toán các hao tổn không những có‎ nghĩa quan trọng để xác định hệ thống có thể thực hiện được các quá trình tải trọng và chuyển động theo yêu cầu hay không, mà còn để tính toán các thiết bị làm mát cho hệ thống như thùng dầu, bộ phận làm mát. Các hao tổn năng lượng xuất hiện trong hệ thống thủy lực phần lớn được chuyển thành nhiệt. Trong các phần tử cấu trúc thủy lực có thể xuất hiện các hao tổn sau: Trong bơm thủy lực có thể xuất hiện hao tổn thể tích bao gồm hao tổn lọt dòng, hao tổn nén, hao tổn thủy cơ và hao tổn áp suất(hao tổn ma sát và hao tổn dòng chảy). Trên các van dòng (ví dụ van tiết lưu) để điều khiển giảm lưu lượng dầu từ bơm không điều khiển được đến giá trị cần thiết của phụ tải sẽ gây nên hao tổn do ma sát và dòng chảy. Hao tổn trên các ống dẫn thuỷ lực. 3.1.2.1. Hao tổn công suất trên bơm bánh răng 2. Chọn bơm và xác định hao tổn công suất trên bơm Trong quá trình khảo nghiệm với các loại động cơ D6, D12, D15 thì trong đó công suất động cơ D15 là lớn nhất, do đó ta chọn động cơ D15 để tính toán cho hệ thống. Mdc = 21,1 kW, ndc = 2200 vg/ph Mô mem trên trục động cơ N.m Do trục động cơ nối trực tiếp với trục bơm nên Mb = Mdc Ta xét bơm CBT – E550 có các thông số sau: n = 3000 vg/ph, V = 50 ml/r, p = 250 bar, Mà suy ra bar Lưu lượng bơm l/ph Ta thấy lưu lượng và áp suất thực tế đều nhỏ hơn lưu lượng và áp suất thiết kế của bơm, do đó bơm đã xét ở trên khi khảo nghiệm có thể gây quá tải cho động cơ diezen nói trên. Công suất của bơm khi nhận truyền động từ động cơ là: W = 10,511 kW Tổn hao công suất qua bơm Khi qua bơm thì Q = 93,5 l/ph, p = 67,45 bar Hao tổn đường ống từ bơm đến van tiết Chọn kích thước ống Ta có phương trình lưu lượng chảy trong ống là Q = A.v với A là tiết diện ống dẫn, v là vận tốc dòng dầu khi qua ống dẫn. Vận tốc thuận lợi của dòng dầu nằm trong giới hạn được chọn theo kinh nghiệm sau: Đường ống áp suất: dưới 10 bar: 3m/s 10-50 bar: 4 m/s 50-100 bar: 4,5 m/s 100- 150 bar: 5 m/s 150 - 200 bar: 5,5 m/s 200- 300 bar: 6 m/s Trên 300 bar:7 m/s Vì đường ống tròn nên , do đó Đường kính ống sẽ là: mm Ta chọn ống có d = 22 mm Hao tổn áp suất cục bộ trong đường ống Ta có công thức Trong đó là hệ số cản cục bộ là trọng lượng riêng của dầu, = 900 kg/m3 i là số đoạn cong của ống, i = 2 Với = 450, R/d = 2 ta chọn = 0,09 Vậy áp suất cục bộ N/m2 Hao tổn dọc đường Trước hết ta xác định trạng thái chảy của chất lỏng trong đoạn ống này theo hệ số Reynolds Re, Với Q lưu lượng, Q = 93,5 l/ph d đường kính ống, d = 22 mm độ nhớt động học, = 32 mm2/s chọn theo tiêu chuẩn Thay vào công thức trên ta có Vì Re > 2320 nên dòng chảy trong ống là chảy rối Hệ số ma sát Do đó hao tổn dọc đường trong đường ống dài 0,5 m là (N/m2) Hao tổn qua đoạn ống này sẽ là (N/m2) Hao tổn công suất khi qua đường ống này là Vậy khi đến van tiết lưu thì Q = 93,5 l/ph P = 67,45 – 3746,77.10-5 = 67,412 bar Công suất hao tổn trên van tiết lưu 3. Van tiết lưu 3 có nhiệm vụ thay đổi tải cho động cơ khảo nghiệm , do đó trong quá trình khảo nghiệm thì vị trí của van tiết lưu luôn luôn thay đổi. Khi van tiết lưu ở vị trí làm cho động cơ quá tải thì theo hình vẽ ta có Công suất bơm P1 = p1.Q1 Công suất mạch ra P2 = p2.Q2 Công suất hao tổn Pv1 = p1(Q1 – Q2) Công suất hao tổn Pv2 = (P1 – p2)Q2 Do đó khi van tiết lưu chặn dòng để gây quá tải cho động cơ thì Q2 = 0, lúc đó hao tổn sẽ chính là lượng p1.Q1, mà ở đây p1 = 67,412 bar, Q1 = 93,5 l/ph, và hao tổn công suất khi này sẽ là hao tổn công suất cực đại. Hao tổn công suất tại van tiết lưu sẽ là Tông công suất hao tổn sực đại Toàn bộ lượng công suất hao tổn này sẽ chuyển hết thành nhiệt đi vào dầu thuỷ lực. Do đó ta sẽ tính bộ phận làm mát sao cho có khả năng làm mát với lượng hao tổn công suất cực đại trên, và như thế khi đã làm mát được tạng thái hao tổn lớn nhất thì ở các trạng thái có hao tổn nhỏ hơn mức cực đại thì hệ thống vẫn làm việc bình thường. 3.3. Xác định cân bằng nhiệt và quá trình trao đổi nhiệt độ khi mô hình khảo nghiệm động cơ làm việc. Cơ sở lý thuyết Định luật nhiệt động học thứ nhất. Theo định luật nhiệt động thứ nhất, nhiệt là một dạng năng lượng cũng thỏa mãn định luật bảo toàn năng lượng. Trong hệ thống thủy lực nhiệt được sinh ra từ năng lượng cơ học được truyền dần vào khối dầu và các chi tiết của hệ thống, được lưu giữ một phần tại đó, phần còn lại được tỏa ra từ các bề mặt thiết bị cũng như theo bề mặt của bộ phận tản nhiệt ra môi trường. Hệ thồng trao đổi nhiệt được mô tả vật lý như sau: Công đưa vào một hệ thống kín không gián đoạn nhiệt tác động làm thay đổi nội năng của hệ thống và làm tỏa nhiệt ra môi trường. Nếu gọi: W là công đưa vào hệ thống; U – Nội năng; Qw – Nhiệt lượng tỏa ra, ta sẽ có mối quan hệ sau: dW = dU + dQw (kWs) Để tính toán gần đúng, có thể tính toàn từng thành phần của công thức. Khi viết theo công bằng công suất, công thức trên có dạng: - Công suất đưa vào hệ thống thủy lực Công suất đưa vào hệ thống sau đó biết thành nhiệt tương ứng với hao tổn của hệ thống: Trong đó: P – công suất tổng cộng yêu cầu của hệ thống; - hiệu suất chung của hệ thống. Đối với hệ thống thủy lực làm việc với bơm có thể tích làm việc không đổi thường tính toán theo kinh nghiệm với . - Biến đổi nội năng Nhiệt sinh ra do hao tổn xuất hiện trong hệ thống thủy lực làm tăng nhiệt độ dầu và các chi tiết của thiết bị, khi đó dầu thủy lực có thể lưu giữ một phần công suất: Trong đó: Q là lưu lượng dầu; - Khối lượng riên của dầu; nhiệt dung riêng của dầu; - Độ gia tăng nhiệt độ. - Nhiệt độ tỏa ra từ hệ thống thủy lực. Nếu có sự chên lệch nhiệt độ so với môi trường xung quanh hệ thống sẽ tỏa nhiệt ra môi trường. Khi đó có thể xảy ra các dạng trao đổi nhiệt sau: Bức xạ nhiệt là mộ dang vận chuyển nhiệt dưới dạng sóng điện từ. Khi tính toán các thiết bị thủy lực có thể bỏ qua thành phần này. Đối lưu là dạng truyền nhiệt bên trong vật liệu có các phần vận chuyển tương đối với nhau (ví dụ chất lỏng, chất khí). Chuyển tiếp nhiệt là sự truyền nhiệt giữa bề mặt của một vật thể rắn với một môi chất chuyển động tương đối qua bề mặt (ví dụ vhuyeenr tiếp nhiệt từ dòng dầu đến thành ống, từ thành ống đến không khí Công suất truyền nhiệt khi đó được tính theo công thức: Trong đó: - hệ số truyền nhiệt; - Diện thích thu nhiệt hoặc tỏa nhiệt; - độ chên lệch nhiệt độ giữa vật thể rắn và môi chất chuyển động. Dẫn nhiệt được hiểu là sự truyền nhiệt trong vật liệu không có chuyển động tương đối giữa các phần (ví dụ bên trong vật liệu rắn) Công suất truyền khi đó là: Trong đó: - Là hệ số dẫn nhiệt; - độ giảm nhiệt độ theo phương x. Quá trình trao đổi môi chất: Sau khi khơi hành đến khi thiết bị đạt đến nhiệt độ tới hạn , công suất hao tổn biến thành công suất tích nhiệt và công suất tỏa nhiệt. Trong đó: md – khối lượng dầu mM – Khối lượng vật liệu thiết bị cd – Nhiệt dung riêng của dầu cm – Nhiệt dung riêng của vật liệu thiết bị k – Hệ số truyền nhiệt chung. Với các điều kiện biên (khi bắt đầu đốt nóng): t = 0, Nghiệm của phuong trình vi phân trên sẽ là: Trong đó: là hằng số thời gian là thông số đặc trưng cho quá trình đốt nóng. Là tỉ số giữa khả năng tích nhiệt và khả năng tỏa nhiệt. Khi tính toán nhiệt độ hệ thống thủy lực người ta thường bỏ qua khả năng tích nhiệ của khối lượng thiết bị thủy lực, bởi vì khối lượng và nhiệt dung riêng của chúng so với dầu thủy lực là không đáng kể. Do đó độ gia tăng nhiện độ khi tính toán thường nhanh hơn thực tế và như vậy càng làm tăng tính an toàn của thiết bị. Hằng số thời gian lúc đó sẽ là: Khi t tăng tới vô cùng độ gia tăng nhiệt độ của dầu cực đại sẽ là: Khi hệ thống ngừng làm việc thì lại được làm mát, độ giảm nhiệt độ được tính theo công thức: 3.1.3.2. Tính toán nhiệt trên hệ thống Các số liệu đã có: Công suất hao tổn trên hệ thống Phtmax 12,1 kW Thể tích dầu Vd 0,055 m3 Khối lượng riêng của dầu 900kg/m3 Nhiệt dung riêng của dầu Cd 1,88kJ/(kg.oK) Khối lượng vật liệu thiết bị mM Kg Nhiệt dung riêng của vật liệu thiết bị cM 0,47kJ/(kg.oK) Diện tích bề mặt thùng dầu A 1,555 m2 Hệ số truyền nhiệt chung K 170.10-3kW/m20K) Nhiệt độ môi trường 30oC Thùng dầu bằng kim loại có các kích thước sau 0,35 x 0,65 x 0,55 m. Khả năng làm mát tự nhiên của bề mặt xung A = 1,555 m2 cũng được xét đến khi tính toán hệ thống làm mát. Trường hợp làm mát này bắt buộc sử dụng phương pháp làm mát cưỡng bức có hệ số truyền nhiệt chung K như đã thể hiện trong bảng thông số tính toán ở trên. Do vậy khi toàn bộ công suất 12,1 kW biến thành công suất hao tổn thì độ tăng nhiệt độ dầu thuỷ lực tính theo công thức Với nhiệt độ môi trường là t0 = 300C thì khi hao tổn là cực đại bộ phận làm mát làm mát được dầu về nhiệt độ t = 75,780C. Nhiệt độ này nằm trong khoảng nhiệt độ thích hợp làm việc cho dầu thuỷ lực. 3.2. Thiết kế hệ thống làm mát cho hệ thống thuỷ lực Đây là hệ thống làm mát dùng cho mô hình khảo nghiệm. Bơm 5 là loại bơm bánh răng nhận truyền động trực tiếp từ động cơ điện 1 chiều có N = 3 kW, n = 1950 r/min,I1 chiều = 24V, m = 25 kg. Động cơ điện 3 pha P = 1,5 kW, n = 1400 vg/ph. Cánh quạt làm mát có đường kính 500 mm. Két làm mát 4 có 18 ống cho dầu chạy trong nó và đường kính trong của ống là 20 mm. 3.3. Lắp ráp đồng bộ băng phanh +) Lắp ráp bộ truyền cho bơm thủy lực Puli bánh đà được nối với trục truyền qua một mặt bích. Đầu kia của trục được chế tạo then hoa để lắp với khớp nối mềm bằng một ống then hoa, khớp nối mềm được bắt với trục bơm H1: Lắp ráp bộ truyền cho băng phanh +) Lắp ráp bơm thủy lực CBT – E550 cho băng phanh - Bơm được lắp cố định trên giá bằng 4 cái bu lông M10 - Trên bơm được lắp hai ống dẫn dầu thủy lực, một ống nối từ thùng dầu với bơm, một ống nối từ bơm với van tiết lưu H2: Gá lắp bơm thủy lực +) Lắp đặt hệ thống điều chỉnh băng phanh H3: Hệ thống điều chỉnh phanh Bộ điều khiển phanh được lắp đặt trên nắp thùng dầu theo đúng trật tự làm việc, dòng dầu qua van an toàn trước rồi mới đến van tiết lưu +) Lắp đặt hệ thống làm mát dầu cho thùng dầu Hệ thống làm mát bao gồm một bơm thủy lực đặt trên thùng dầu hút dâu nóng từ thùng qua ống dẫn đến két làm mát, két làm mát được lắp trước một hệ thống quạt gió làm mát dầu trong két trước khi trở về thùng H4: Hệ thống làm mát +) Lắp đặt hoàn chỉnh hệ thống băng phanh +) Lắp đặt toàn bộ mô hình khảo nghiệm CHƯƠNG IV: KHẢO NGHIỆM ĐỘNG CƠ DIESEL SỬ DỤNG NHIÊN LIỆU JATROPHA 4.1. Mục đích khảo nghiệm động cơ Khi sử dụng nhiên liệu JATROPHA nguồn nhiên liệu mới cho động cơ đốt trong. Với trình độ hiểu biết hiện nay, chúng ta chưa có khả năng xác định một cách chính xác những tính chất đặc trưng và công dụng thực tế của động cơ đốt trong bằng con đường tính toán lý thuyết. Bởi vậy, nghiên cứu động cơ đốt trong vẫn là một công việc cần thiết nhằm mục đích kiểm tra các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật và các thông số của động cơ, trên cơ sở đó có thể rút ra kết luận về khả năng và phương hướng hoàn thiện nó.Tạo tiền đề phát triển nguồn nhiên liệu mới trong tương lai. 4.2. Các bước tiến hành khảo nghiệm động cơ trên băng phanh 4.2.1. Thiết bị và dụng cụ khảo nghiệm động cơ. - Hộp hiển thị tốc độ và nhiệt độ dầu. - Nhiệt kế đo khí thải động cơ. - Bơm thủy Lực - Két làm mát dầu - Bơm điện bơm dầu cho két làm mat dầu - Nhiệt kế đo nhiệt độ nước làm mát,dầu thủy lực cho bơm - Các cốc thí nghiệm. - Van giới hạn áp suất - Van tiết lưu dòng - Nhiên liệu Diesel và Jatropha - TenRo đo mô men xoắn - Đồng hồ bấm giây. 4.2.2. Tiến hành khảo nghiệm bao gồm : - Thử tính chất khởi động. - Thử các chế độ làm việc. - Kiểm tra hệ thống số vòng quay. - Kiểm tra hệ thống điều chỉnh nhiệt độ động cơ cũng như của dầu - Kiểm tra hệ thống điều khiển dòng dầu - Kiểm tra hệ thống tín hiệu an toàn của van giới hạn áp suất - Đo xác định công suất từng chế độ làm việc của động cơ thông qua mô men sinh ra. - Tháo động cơ và đo đạc các chi tiết. - Kiểm tra sự làm việc của động cơ sau khi khảo nghiệm nhiên liệu Jatropha 4.2.3. Quá trình khảo nghiệm phải xác định : - Áp suất không khí, nhiệt độ, độ ẩm tương đối của môi trường không khí nơi thử. - Áp suất và nhiệt độ của khí vào tuabin khí ở các động cơ diesel tăng áp. - Nhiệt độ khí thải - Áp suất không khí và nhiệt độ ở động cơ diesel tăng áp khi có bộ phận làm mát ( trước và sau khi làm mát). - Nhiệt độ trong hệ thống làm mát -Áp suất và nhiệt độ trong hệ thống bôi trơn,dầu thủy lực- - Áp suất nén và áp suất cực đại của chu trình. - Mômen xoắn. - Số vòng phút của động cơ - Số vòng /phút ổn định nhỏ nhất không tải hoặc dưới mức toàn tải. - Khởi động. - Sự hoạt động của hệ thống tín hiệu an toàn và bảo vệ. - Sự hoạt động của hệ thống điều khiển tự động 4.2.4. Kết thúc khảo nghiệm động cơ: - Thu thập các số liệu và xử lý theo các công thức tính toán - Lập bảng và xây dựng các đồ thị, đường đặc tính của động cơ. - Kiểm tra tính năng kỹ thuật và tính năng kinh tế từ các số liệu đã xác định ở trên. - Rút ra các kết luận và đánh giá động cơ. 4.3. Xây dựng đặc tính động cơ khi sử dụng nhiên liệu Jatropha với mức pha trộn khác nhau (10, 20, 30, 40, 50 % dầu Jatropha ) “Vì thời gian làm đề tài ngắn, mô hình chưa có thiết bị đầu đo Ten rô, nên chưa chạy khảo nghiệm để lấy số liệu” 4.4. Nhận xét kết quả - Mô hình khảo nghiệm được thiết kế chế tạo đảm bảo bền vững về kết cấu. - Qua chạy thử mô hình hoạt động tốt không xẩy ra vấn đề gì CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ Sau một thời gian làm đề tài khẩn trương và nghiêm túc dưới sự hướng dẫn nhiệt tình của thầy giáo Đặng Tiến Hòa và sự giúp đỡ của các thầy cô giáo nay tôi đã hoàn thành đề tài và rút ra một vài kết luận sau: Đã phân tích lựa chọn được thiết bị tạo tải và thiết bị đo phù hợp, hiện đại đủ chính xác từ đó có thể cho kết quả thí nghiệm tin cậy Đã thiết lập được hệ thống các thiết bị dùng trong khảo nghiệm động cơ Đã đề xuất được một số phương án khai thác sử dụng thiết bị Đã xây dựng được phương pháp khảo nghiệm Kiến nghị: Vì thời gian thực hiện đề tài hạn chế và chưa có thiết bị đầu đo Ten rô nên rất mong bộ môn tiếp tục hoàn chỉnh và đi vào chạy khảo nghiệm TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Nguyên lý động cơ đốt trong Bộ môn động lực - Trường đại học nông nghiệp Hà Nội 2. Giáo trình: Kết cấu động cơ đốt trong - PGS.TS Đặng Tiến Hòa 3. Giáo trình: Sức bền vật liệu tâp - TS Lê Minh Lư 5.Thiết kế tính toán ôtô máy kéo - Nguyễn Hữu Cẩn, Phan Đình Kiên Xuất bản ĐH và THCN – 1985 6. Giáo trình: Truyền động thủy lực và khí nén Chủ biên:Bùi Hải Triều – Trường đại học nông nghiệp Hà Nội 7. Tính toán thiết kế hệ dẫn động cơ khí tập 1 và 2. Tác giả: Trịnh Chất - Lê Văn Uyển. Xuất bản: ĐHBK in 2000. 8. Đề tài Tốt nghiệp Mô hình động cơ Diesel Mitsubishi Nguồn: 9. Hệ thống thủy lực - Nguyễn Thành Trí Xuất bản trung tâm dạy nghề kĩ thuật cao Việt Nam – Singapore 10. Đồ án tốt nghiệp – Mai Xuân Đoàn – CKĐL42 – Năm 2001 Lời cảm ơn Trong quá trình thực hiện đề tài tôi đã nhận được sự giúp đỡ của các thầy cô giáo trong bộ môn Động Lực – Khoa Cơ Điện – Trường Đại Học Nông Nghiệp Hà Nội. Đặc biệt được sự chỉ dẫn tận tình của thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Đặng Tiến Hòa tôi đã hoàn thành đề tài tốt nghiệp này. Nhân dịp này tôi xin chân thành cảm ơn sâu sắc tới các thầy cô cùng toàn thể bạn bè đã giúp đỡ tôi trong quá trình làm đề tài. Hà Nội, ngày 10 tháng 5 năm 2010 SV. Hoàng Quốc Trung MỤC LỤC