Thiết kế hệ thống tăng áp của động cơ MTU 12V396 - TC14

áy nén khí kiểm roto có các loại chính sau : 6.2.2.1 :MÁY NÉN KHÍ ROTO BẢN PHẲNG Cấu tạo và nguyên lý làm việc : Khi máy chưa làm việc giữa roto và vỏ hình thành một khoảng trống hình lưỡi liềm. Khi roto quay sẽ xuất hiện lực ly tâm. Lực ly tâm này tác dụng lên các cánh làm nó bị bắn ra ngoài, tỳ sát lên buồng xilanh, chia khoảng trống hình lưỡi liềm thành các buồng có thể tích không đều nhau. Khi roto quay theo chiều kim đồng hồ thể tích các buồng tăng dần, áp suất trong buồng giảm xuống, khí được hút vào buồng máy. Roto tiếp tục quay, thể tích các buồng giảm dần, khí được nén lại và đẩy ra ngoài. Trong một vòng quay của roto máy nén khí thực hiện 3 quá trình : hút, nén, đẩy. Ba quá trình này xẩy ra liên tục và đồng thời Hình 6-5 : Sơ đồ cấu tạo máy nén khí kiểu roto 1- Vỏ máy ; 2-Roto ; 3- Cánh ; 4- Miệng hút ; 5- Miệng đẩy Ưu điểm : Cấu tạo đơn giản, điều kiện cân bằng tốt Nhược điểm: Yêu cầu cao khi chế tạo: Mặt trong xilanh phải tròn đều, độ bóng bề mặt cao, vật liệu chế tạo phải là kim loại có tính chống mài mòn tốt 6.2.2.2. MÁY NÉN KHÍ HAI ROTO REN VÍT : Máy nén khí kiểu hai roto ren vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích. Thể tích khoảng trống giữa các răng sẽ thay đổi khi trục vít quay. Như vậy sẽ tạo ra quá trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), quá trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) và cuối cùng là quá trình đẩy. Cấu tạo và nguyên lý làm việc : Máy nén khí kiểu hai roto ren vít gồm hai bộ phận chính là vỏ và hai roto ren vít. Trục hai roto ren vít đặt song song với nhau. Hai roto như một cặp bánh răng trụ với số răng ít. Khi máy làm việc, roto chủ động quay làm cho roto bị động cũng quay theo. Từng đôi răng tạo nên một rãnh vít. Khí được hút từ đầu này, nén lại và đẩy sang đầu kia của cặp trục. Miệng hút, miệng đẩy được bố trí phía hông của máy. Khí qua miệng hút vào vào các rãnh vít và chứa đầy các rãnh này. Roto tiếp tục quay, buồng chứa khí được khép kín bởi mặt trong của võ và các mặt của ren vít. Roto tiếp tục quay, đỉnh ren vít bị động sẽ chiêms chỗ trong rãnh vít chủ động làm thể tích buồng chứa khí bị giảm đi. Khí bị nén lại chuyển động theo chiều dọc trục và ra ống đẩy. Ưu điểm : khí nén không bị xung, sạch, tuổi thọ vít cao (15.000 đến 40.000 giờ), nhỏ gọn, chạy êm. Nhược điểm : Giá thành cao, tỷ số nén bị hạn chế Hình 6-6 : Nguyên lý họat động máy nén khí kiểu ren vít 6.2.3.MÁY NÉN KHÍ HƯỚNG TRỤC : Máy nén khí hướng trục thường sử dụng loại nhiều cấp. Hình 6-7 giới thiệu cấu tạo máy nén hướng trục loại 8 cấp. Máy có roto với 8 tầng bánh công tác lắp theo vành tròn ở chu vi roto. Cánh hướng dòng gồm 10 tầng cánh cũng được gắn cố định theo vành tròn bên trong vỏ máy. Tầng cánh hướng dòng 3 có tác dụng nắn dòng khí chảy vào tầng bánh xe công tác cấp đầu tiên theo chiều trục và phân phối khí vào đều theo tiết diện vào. Các tầng cánh hướng dòng khác nằm sau mỗi tầng cánh bánh xe công tác có tác dụng triệt tiêu thành phần vận tốc quay theo, hướng dòng khí sau khi qua cấp trướng vào cấp sau chỉ theo một chiều duy nhất là chiều trục. Tầng cánh hướng dòng 6 nằm sau cùng để triệt tiêu thành phần chuyển động quay theo và hướng cho dòng khí chuyển động ra ống đẩy được thuận dòng. Do khí bị nén lại, theo chiều dòng khí, thể tích khí ngày càng giảm đi nên roto được chế tạo hình trụ còn stato có dạng hình chóp cụt với đường kính trong thu nhỏ dần theo chiều dòng khí. Khoang thông áp 8 có tác dụng cân bằng lực dọc trục trong máy Ưu điểm : Tạo ra lưu lượng lớn, áp lực nhỏ, áp suất khí nén đạt khoảng 0,15 ÷ 4 kG/cm2 Hình 6-7 : Sơ đồ cấu tạo máy nén khí hướng trục 1- Roto ; 2- Stato ; 3,5,6 – Cánh hướng dòng 4 – Cánh bánh xe công tác ; 7- Khe zíc zắc ; 8 – Khoang thông áp 6.2.4.MÁY NÉN KHÍ LY TÂM : Cấu tạo và nguyên lý làm việc : Máy nén lắp trong bộ tua bin khí là máy nén ly tâm dùng để chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tác dụng lực ly tâm để tăng áp cho không khí từ áp suất P0 lên áp suất Pk và làm cho không khí có lưu lượng Gk từ phần không gian này qua phần không giac khác. Nếu bánh công tác đang có chuyển động quay ở một tốc độ nào nào đó thì sau khi không khí qua cửa vào bánh công tác nó sẽ cùng quay với bánh công tác và dòng khí chảy theo rãnh thông giữa các cánh của bánh. Do đó, chuyển động của dòng khí đi vào bánh công tác sẽ là tổng hợp của các chuyển động theo quay tròn của bánh công tác và chuyển động tương đối của dòng chảy trong rãnh cánh. Bánh công tác đang quay, truyền công cho không khí làm tăng áp suất và tốc độ của dòng khí trong rãnh cánh, lúc dòng khí ra tới miệng của bánh công tác dưới tác dụng của lực ly tâm và chuyển động quay, dòng khi đi ra với một tốc độ lớn đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào, gây tác dụng hút không khí mới phía trước cửa vào và ra khỏi cửa ra với tốc độ lớn tạo nên dòng chảy liên tục trong rãnh cánh. Phía ngoài cửa ra của bánh công tác có một vành tăng áp, không khí qua đây chuyển một phần động năng thành áp năng làm cho áp suất không khí tiếp tục tăng lên và tốc độ giảm. Vỏ xoắn ốc thu thập không khí từ vành tăng áp đi ra tiếp tục chuyển động năng của dòng không khí thành áp năng, sau đó qua ống nối đưa tới đường nạp cho động cơ. Hình 6-7 : Giản đồ máy nén ly tâm Đoạn cửa vào; 2- Bánh công tác; 3- Vành tăng áp; 4- Vỏ xoắn ốc; D0- Đường kính trong của miệng vào bánh công tác; D1- Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D1m- Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác; D2- Đường kkính vào của đường kính ngoài bánh công tác; D3- Đường kính trong của vành tăng áp D4- Đường kính ngoài của vành tăng áp Ưu điểm : Kích thước nhỏ gọn. Cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó không đạt sự hoàn hảo như yêu cầu. Quá trình hút đẩy diễn ra liên tục và đồng thời nên sự cấp khí nén được diễn ra liên tục và đều đặn. Nhược điểm : Quá trình nén khí diễn ra trong máy nén khí ly tâm là quá trình nén đa biến, phần năng lượng tổn thất bị biến thành nhiệt năng làm cho nhiệt độ không khí tăng lên. Nếu nhiệt độ sau quá trình nén càng cao, công tiêu hao càng lớn KẾT LUẬN : Qua các phân tích trên ta thấy máy nén ly tâm có nhiều ưu điểm hơn cả nên ta sẽ chọn máy nén ly tâm để lắp vào hệ thống tăng áp của động cơ MTU Để khắc phục nhược điểm tiêu hao công khi nhiệt độ quá trình nén cao của máy nén ly tâm ta có thể làm nguội máy bằng cách : - Cho nước chuyển động tuần hoàn qua các buồng làm nguội bố trí trong vỏ máy - Bố trí các cánh tản nhiệt trong ống loe hoặc bộ phận hướng dùng - Bố trí buồng làm nguội trung gian, sau khi nén qua một vài cấp thì được dẫn vào buồng làm nguội rồi mới vào các cấp tiếp theo 6.3. LẮP ĐẶT HỆ THỐNG TĂNG ÁP TRÊN ĐỘNG CƠ MTU. Trong quá trình làm việc cảu bộ tua bin tăng áp giữa động cơ, tuabin và máy nén có sự liên hệ với nhau: Khí thải ra khỏi động cơ dẫn vào làm quay tua bin, bánh công tác của tuabin được nối đồng trục với bánh công tác của máy nén nên bánh công tác của máy nén cũng quay theo, máy nén thực hiện quá trình hút không khí từ môi trường xung quanh qua bầu lọc, rồi đến cửa vào bánh công tác của máy nén nhờ độ chênh áp suất tại cửa vào, sau đó không khí đi vào bánh công tác nhờ lực ly tâm và tiết diện thay đổi của bánh công tác của máy nén nên không khí được nén đến một áp suất nào đó để cung cấp cho động cơ. Khí thải ra khỏi động cơ được thổi vào tua bin, làm quay tua bin. Đầu tiên nó lan rộng trong nhóm ống phun sau đó đi vào tác động lên cánh dẫn làm quay roto của tuabin, Khí thải sau khi thực hiện truyền năng lượng cho cánh dẫn tua bin xong thì đi ra khỏi tua bin theo phương hướng trục, qua bộ tiêu âm ra ngoài Máy nén và tua bin lắp đồng trục cho nên khi tua bin quay sẽ dẫn động máy nén làm việc, lượng không khí nạp yêu cầu cho động cơ được điều khiển bởi bánh dẫn hướng và bánh công tác máy nén, không khí thay đổi hướng để đi vào bánh công tác. Lúc này bánh công tác của máy nén đang được roto tua bin dẫn động quay, làm xuất hiện lực ly tâm đẩy dòng khí từ trong ra ngoài theo phương hướng trục. Không khí nén sau khi ra khỏi bánh công tác, tiếp tục đi vào ống tăng áp. Tại đây động năng của dòng khí được chuyển thành áp năng. Không khí bị nén đến áp suất cần thiết rồi đi vào buồng xoắn ốc. Phần động năng còn lại của dòng khí được tiếp tục chuyển thành áp năng tại đây. Lúc này dòng khí nạp có áp suất cao ra khỏi máy nén theo đường ống nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp. Hình 6-19. Sơ đồ hệ thống tăng áp động cơ MTU 12V-396TC14 1 – Động cơ ; 2 – Đường ống nạp ; 3 – Bầu lọc không khí ; 4 – Máy nén ; 5 – Trục tuabin tăng áp ; 6 – Két làm mát không khí ; 7 – Tuabin ; 8 – ĐƯờng ống xả 6.4.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC TRONG TB-MN. 6.4.1.CÁC SỐ LIỆU BIẾT TRƯỚC VÀ THÔNG SỐ CHỌN : Công suất định mức có ích của động cơ: Ne = 900 kW Số vòng quay định mức: n = 1500 vòng/phút Tỷ số nén: e = 13,5 Suất tiêu hao nhiên liệu: ge = 185 g/kWh Đường kính xi lanh: D = 165 mm Hành trình pittông: S = 185 mm Số xylanh: i = 12 Số kỳ: = 4 Góc độ phối khí: + Góc mở sớm xupap nạp: 1 = 360 + Góc đóng muộn xupap nạp: 2 = 680 + Góc mở sớm xupap thải: 3 = 750 + Góc đóng muộn xupap thải: 4 = 280 Áp suất môi trường xung quanh: P0 = 0,1 MN/m2 Nhiệt độ môi trường xung quanh: T0 = 300 0K Áp suất tăng áp: PK = 0,24 MN/m2 Hệ số dư lượng không khí: a = 2 Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại Z: xZ= 0,85 Hệ số lợi dụng nhiệt độ tại b: xb= 0,9 Áp suất khí sót : Pr = 0,25 MN/m2 Nhiệt độ khí sót: Tr = 750 0K Chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót: m = 1,50 Áp suất cuối qúa trình nạp Pa: Pa= 0,91.Pk = 0,216 MN/m2 Hệ số nạp thêm: l1 =1,03 Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt: lt = 1,1 6.4.2.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC TRONG TB-MN. Trong quá trình làm việc của động cơ diesel có tăng áp bằng tua bin khí xả khi động cơ làm việc ở chế độ định mức, TB-MN thường xuyên đảm bảo cân bằng giữa công suất do tua bin sinh ra và công suất tiêu dùng cho máy nén (NT = NK). TB-MN có rôto không liên hệ động lực học với trục khuỷu, ở tất cả các chế độ làm việc của động cơ TB và MN đều tự điều chỉnh công suất. Công suất của máy nén khi tính toán dựa vào suất tiêu hao không khí và áp suất tăng áp. 1. Lưu lượng không khí vào máy nén (Gk) hay suất tiêu hao không khí qua máy nén được xác định theo khối lượng không khí cần thiết để đốt cháy nhiên liệu trong xi lanh động cơ. Theo công thức sau [3]: [kg/s] (5.1) Trong đó: ge- suất tiêu hao nhiên liệu có ích, ge = 0,185 Kg/kWh Ne- Công suất có ích của động cơ, Ne = 900 kW a- Hệ số dư lượng không khí, a = 2 jk- Hệ số quét khí, jk = 0,85 Mo- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu.Theo tài liệu [2]: Mo = 0,495 Kmol không khí/kg nhiên liệu. mb- Khối lượng 1 kmol không khí, mb = 28,95 kg Thay các giá trị vào (5.1), ta được: [kg/s] 2. Lưu lượng khí qua tua bin (GT) hay suất tiêu hao khí xả qua tua bin: Suất tiêu hao khí xả qua tua bin lớn hơn suất tiêu hao không khí một lượng bằng suất tiêu hao nhiên liệu [kg/s]. Theo tài liệu [3], ta có: GT =ges + (5.2) Trong đó: ges- Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giây, kg/s Thay các giá trị vào (5.2), ta được: 3. Nhiệt độ của khí xả ra khỏi động cơ khi chưa tính đến sự hòa lẫn của khí quét : Theo tài liệu [3] T’p được xác định theo công thức : (5.3) Trong đó: m-Là chỉ số giãn nở đoạn nhiệt của khí sót, k = 1,45. Tb, pb- Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình giãn nở; Tb = 10260K; pb = 0,633 [MN/m2] Pp- Áp suất khí thải ra khỏi động cơ, Pp chọn theo Pk : Pk = (1,15÷ 1,3 ) Pp => Pp = Pk /1,15=0,24/1,15=0,2087 [MN/m2] Thay các giá trị vào (5.3), ta có: [0K] =>t'p =727 - 273 = 454 [0C] 4. Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi tính đến thành phần khí quét hòa lẫn trong khí xả : Tp Theo tài liệu [3], Tp được xác định như sau : (5.4) Trong đó: - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết , =1,037 [0C] [0C] mcp, mcp’, mcp’’ – Là tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình của không khí, của hỗn hợp khí quét và khí thải, của khí thải được xác định theo công thức [7] sau: mcp = mcv + 8,314 =19,806 + + 8,314 = 19,806 + 0,0028. 300 + 8,314 =28,96 [KJ/Kmol.0K] mcp’’= mcv’’+ 8,314=20,684 + 0,00052.Tp’+ 8,314 =20,684 + 0,00052.727+ 8,314=29,376 [KJ/Kmol.0K] Tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của hổn hợp khí xả trước tua bin được tính theo phương trình tỉ nhiệt hổn hợp lượng không khí quét dư và sản vật cháy. mp’ được xác định theo công thức sau [3]: =29,446 [KJ/Kmol.0K] Thay các giá trị tính được vào phương trình (5.4) ta có: tp= 525 [0C] Tp=525+273=798 [0K] 6.5. TÍNH CHỌN MÁY NÉN LY TÂM 6.5.1. TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA MÁY NÉN Hình 6-8 : Sơ đồ tính toán máy nén tăng áp 1- Đoạn cửa vào; 2- Bánh công tác; 3- Vành tăng áp; 4- Vỏ xoắn ốc; P, C, T- Áp suất, tốc độ, nhiệt độ của dòng không khí qua máy nén. Gồm các thông số cấu tạo chính sau: + D0- Đường kính trong của miệng vào bánh công tác + D1- Đường kính ngoài của cửa vào bánh công tác + D1m- Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác. + D2- Đường kính ngoài của cửa ra bánh công tác. + D3- Đường kính trong vành tăng áp + D4- Đường kính ngoài vành tăng áp + B- Chiều dài của bánh công tác + b2- Chiều rộng miệng ra của bánh công tác (chiều rộng phần cánh). + b3- Chiều rộng miệng vào của vành tăng áp. + b4- Chiều rộng miệng ra của vành tăng áp. + z- Số cánh của bánh công tác. 1.Nhiệt độ của dòng hãm ở tiết diện a1a1 ở lối vào của bánh công tác, T*a1: T*a1= T0 = 300 0K 2.Áp suất của dòng hãm ở tiết diện a1a1, P*a1 P*a1= P0 . DPb1 Trong đó: P0. Áp suất khí quyển, P0 = 0,1 [MN/m2] DPb1- Tổn thất áp suất không khí khi đi qua bầu lọc DPb1= 0,002÷0,006 [MN/m2]. Chọn DPb1= 0,002 P*a1= 0,1. 0,002 = 0,098 [MN/m2] 3. Vận tốc không khí Ca1 ở tiết diện a1a1 thay đổi trong khoảng (30÷70) m/s Ta chọn Ca1 = 30 m/s. 4. Nhiệt độ không khí ở tiết diện a1a1: Ta1 Trong đó: k- Là số mũ đoạn nhiệt của không khí [3], k = 1,4 R- Là hằng số không khí, theo [3]: R = 0,287 [kJ/kgK] = 29,27 [kG.m/kg.K] Cp- Nhiệt dung riêng đẳng áp của không khí, [kJ/kgK] = 102,445 [kG.m/kg.K] C1- Vận tốc tuyệt đối tại điểm 1, C1=60÷150 (m/s). Ta chọn C1=60 (m/s). 5. Áp suất không khí ở tiết diện a1a1: [MN/m2] 6. Khối lượng riêng của không khí ở tiết diện a1a1: ra1 7. Diện tích tiết diện ngang a1a1: Fa1 8. Áp suất của không khí sau máy nén : Pk = 0,24[MN/m2] 9. Mức độ tăng áp suất trong máy nén : 10. Công nén đoạn nhiệt trong máy nén : 11. Hiệu suất đoạn nhiệt cột áp=0,56÷0,64. Ta chọn= 0,63 12. Vận tốc vòng ở đường kính ngoài của bánh công tác: u2 [m/s] 13. Vận tốc chiều trục để tạo nên vận tốc tuyệt đối khi dòng vào hướng trục: C1a = C1 và nó nằm trong phạm vi (60 -150 [m/s]), chọn C1a = C1 = 60 [m/s] 14. Nhiệt độ không khí ở lối vào của bánh công tác : T1 15. Tổn thất ở lối vào ở trước bánh công tác : Trong đó: xa1 - Là hệ số tổn thất, xa1 = 0,03 ÷ 0,06, Chọn xa1 = 0,03 Thay số ta có: 16. Chỉ số đa biến của không khí ở lối vào được xác định theo[2]: 17. Áp suất ở lối vào của bánh công tác : 18. Khối lượng riêng của không khí ở lối vào của bánh công tác : 19. Diện tích tiết diện ngang ở lối vào của bánh công tác : 20. Đường kính ngoài của bánh công tác ở lối vào : D1 Trong đó: D0- Là đường kính trong của miệng vào của bánh công tác Theo [8], đại lượng D0/D1 nằm trong khoảng (0,25÷0,60) Chọn D0/D1 = 0,25 =163,2[mm] = 163[mm] 21. Đường kính ổ trục công tác : D0= 0,25.D1 = 0,25.163,2= 40,8 [mm]= 41[mm] 22. Đường kính D2 bánh công tác : Được chọn theo số liệu thống kê : D1/D2 = 0,5÷0,7 Ta chọn D2 = D1/0,5 = 0,1632/0,5 = 0,3264 [m]=326,4 [mm] 23. Số vòng quay của bánh công tác: [vòng/phút] 24. Đường kính trung bình ở lối vào của bánh công tác: [m]= 118,8 [mm] [mm] 25. Bước cánh ở đường kính trung bình của bánh công tác: tm Trong đó: Zk- là số cánh của bánh công tác, Zk = (12÷16), chọn Zk = 12 = 0,0311 [m] = 31,1 [mm] 26. Hệ số chắn ở lối vào của bánh công tác tại đường kính trung bình : Trong đó: d1m- Là chiều dày cánh ở đường kính trung bình Đại lượng , Chọn 27. Vận tốc vòng ở đường kính trung bình : U1m [m/s] 28. Góc vào của dòng ở đường kính trung bình b1m: 29. Góc xếp cánh b1mx: Trong đó: i- Là góc quay của dòng, i = 20 + 30, Chọn i = 20 30. Vận tốc hướng kính của khí ở lối vào bánh công tác, C1m 31. Vận tốc tương đối ở lối vào của bánh công tác tại đường kính trung bình : 128,96 [m/s] 32. Vận tốc vòng ở đường kính D1: u1 [m/s] 33. Số max ở đường kính D1 trong chuyển động tương đối MW1 34. Tổn thất ở lối vào trong bánh công tác: Trong đó: x1 - Là hệ số tổn thất, theo [2]: x1=(0,1÷0,3), Chọn x1 = 0,1 Thay số ta có: [J/kg] = 84,764 [kGm/kg] 35. Tổn thất xoáy và ma sát trong rãnh của các cánh: Lr2 Trong đó: x2 - Là hệ số tổn thất, theo [2]: x2= (0,1÷0,2).Chọn x2 = 0,1 C2r- Là vận tốc hướng tâm để tạo nên vận tốc tuyệt đối C2 của dòng ở lối ra của bánh công tác, C2r = (0,25÷0,4)u2. Chọn C2r = 0,3.u2=0,3.298=89,4 [m/s] Thay các giá trị vào ta có : [J/kg] = 40,73 [kGm/kg] 36. Tổn thất do ma sát đĩa bánh công tác với không khí và thông hơi, Lrg: Trong đó: a là hệ số tổn thất, theo [2]: a = (0,04÷0,06), chọn a = 0,04 [kGm/kg] = 3552,2 [J/kg] 37. Hệ số công suất m : 38. Nhiệt độ không khí sau bánh công tác,T2: Trong đó:. Chọn [oK] 39. Chỉ số nén đa biến của không khí trong bánh công tác được xác định từ phương trình sau : 40. Áp suất không khí sau bánh công tác [MN/m2] 41. Khối lượng riêng của không khí sau bánh công tác : [Kg/m3] 42. Vận tốc vòng mà tạo thành vận tốc tuyệt đối C2 ở lối ra của bánh công tác: [m/s] 43. Vận tốc tuyệt đối của không khí ở lối ra bánh công tác, C2: [m/s] 44. Vận tốc vòng tạo thành vận tốc tương đối ở lối ra từ bánh công tác: [m/s] 45. Vận tốc hướng tâm tạo thành vận tốc tương đối ở lối thoát ra từ bánh công tác W2r = C2r = 89,4 [m/s] 46. Vận tốc tương đối ở lối ra của bánh công tác,W2: [m/s] 47. Góc giữa vectơ vận tốc tuyệt đối ở lối ra của bánh công tác: 48. Góc giữa vectơ vận tốc tương đối và vận tốc tuyệt đối ở lối ra b2 49. Bước cánh ở lối ra từ bánh công tác: t2 [m] = 85,4 [mm] 50. Hệ số chắn ở lối ra từ bánh công tác: Trong đó: d2. Là bề dày cánh, theo [2]: ,Chọn 51. Bề rộng bánh công tác ở lối ra: b2 [m] = 10,47 [mm] 52. Bề rộng phần không có cánh của ống khuếch tán ở lối ra: b’2 Xác định theo thức sau [8]: b’2 = b2+(2 ¸5)mm Chọn b’2 = b2+2 = 10,47+2=12,47 [mm] 53. Đường kính trong ống khuyếch tán hở : D’2 Theo [8]: D’2= (1,08¸1,15) D2 Chọn D’2 = 1, 08 . D2 = 1,08 . 0,3264= 0,35251 [m] = 352,51[mm] 54. Vận tốc tuyệt đối ở lối ra của phần ống khuếch tán không có cánh trong lần tính gần đúng lần 1: [m/s] 55. Nhiệt độ không khí ở lối ra của ống khuếch tán không có cánh trong lần tính gần đúng lần 1: T’2 [0K] 56. Chỉ số nén đa biến ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh được xác định từ phương trình : Trong đó: x- Là hệ số, theo [2]: x = 0,25 ¸0,45. Chọn x = 0,25 57. Áp suất ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh trong lần tính gần đúng lần 1: P’2 [MN/m2] 58. Khối lượng riêng của không khí ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh trong lần tính gần đúng lần 1: [Kg/m3] 59. Bởi vì vận tốc C’2 xác định ta không chú ý đến sự thay đổi khối lượng riêng không khí trong ống khuếch tán nên ta phải tính gần đúng lần thứ 2: [m/s] 60. Nhiệt độ không khí trong lần tính gần đúng lần thứ 2: [0K] 61. Chỉ số nén đa biến n’2 = 1,62 62. Áp suất trong lần tính gần đúng lần 2: [MN/m2] 63. Khối lượng riêng của không khí trong lần tính gần đúng thứ 2 : [Kg/m3] 64. Vận tốc trong lần tính gần đúng thứ 3: [m/s] 65. Nhiệt độ không khí trong lần tính gần đúng thứ ba: [0K] 66. Áp suất trong lần tính gần đúng thứ 3: [MN/m2] 67. Khối lượng riêng của không khí trong lần tính gần đúng thứ 3 : [Kg/m3] 68. Vận tốc không khí ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh : [m/s] 69. Đường kính ngoài của ống khuếch tán có cánh : Theo [8]:D3 = (1,35¸1,7).D2 Chọn D3 = 1,35 . D2 = 1,35 . 0,3264 = 0,44064 [m] 70. Bề rộng ống khuếch tán có cánh ở lối ra: b3 Theo [8]:b3 ³ b’2 Chọn b3 = 1,25 . b’2= 1,25 . 0,01247 = 0,015588 [m] 71. Góc nghiêng đối với vectơ vận tốc tuyệt đối C3 ở lối ra của ống khuyếch tán có cánh [8]: a3 = a2 + (10¸18°) = 19°45’ + 10° = 29°45’ 72. Hệ số chắn ở lối vào của ống khuyếch tán có cánh : Trong đó: d’2- Là bề dày cánh của ống khuếch tán ở lối vào t’2- Là bước cánh ở lối vào của ống khuyếch tán Theo [8]: . Chọn 73. Hệ số chắn ở lối ra của ống khuếch tán có cánh : Trong đó : d3- Là chiều dày cánh ở lối ra của ống khuếch tán t3- là bước cánh ở lối ra của ống khuếch tán Theo [8]:. Chọn 74. Nhiệt độ không khí ở lối ra của ống khuếch tán : T3 T3 = b . T’23 Chọn: b = 1,085 T3 = b . T’23 = 1,085 . 345,6 = 374,976 [oK] 75. Áp suất ở lối ra của ống khuếch tán : [MN/m2] (Với n3 = 1,5÷1,8) 76. Khối lượng riêng của không khí ở lối ra của ống khuếch tán có cánh : [Kg/m3] 77. Vận tốc không khí ở lối ra của phần ống khuyếch tán có cánh : 78. Vận tốc ở lối ra của buồng xoắn ốc: C4 Chọn C4 = C3=65,81[m/s] 79. Tổn thất ở buồng xoắn ốc: Trong đó : x4- là hệ số tổn thất, x4 = ( 0,3÷0,4) Chọn x4 = 0,3 [KG.m/kg] = 0,64 [KJ/kg] 80. Nhiệt độ ở lối ra của buồng xoắn ốc: T4 T4 = T3 = 374,976 [oK] 81. Áp suất ở lối ra của buồng xoắn ốc: P4 82. Mức độ tăng áp trong máy nén : 83. Công của máy nén : 84. Hiệu suất của máy nén : 85. Công suất hao phí để dẫn động máy nén: NK [KW] 6.5.2.TÍNH CHỌN CÁC BỘ PHẬN CỦA MÁY NÉN a) Đường ống cửa vào: Dùng để dẫn hướng không khí đi vào bánh công tác, đảm bảo dòng khí phân bố đều ít bị cản, thường dùng hai loại sau : - Ống hướng trục : Dòng khí được hút vào bánh công tác theo hướng trục - Ống hướng kính : Dòng khí được hút vào bánh công tác theo hướng kính Đường ống cửa vào loại ống kính do phải chuyển hướng nên làm tăng tổn thất lưu động và gây phân bố không đều của dòng khí. Trong khi đó đường ống của vào loại hướng trục lại có các ưu điểm như : Gọn nhẹ, đơn giản, đảm bảo dòng khí vào đều ít bị cản nên ta chọn đường ống cửa vào loại hướng trục để lắp cho máy nén b) Bánh công tác : Là chi tiết quan trọng nhất của máy nén, gồm 2 phần: Bánh dẫn hướng và bánh lắp các cánh. Bánh dẫn hướng chuyển dòng khí từ hướng trục sang hướng kính, rồi trong bánh lắp các cánh, dòng chảy đi từ trong ra ngoài. Công dẫn động máy nén được truyền cho không khí trong các rãnh cánh làm tăng áp suất, nhiệt độ và tốc độ dòng khí tại đây Bánh công tác được chế tạo bằng đúc chính xác hoặc gia công theo chương trình trên máy phay nhiều trục. Mặt tạo hình của bánh công tác có các loại sau : - Bánh công tác kiểu kín: Ít tổn thất lưu động, hiệu suất cao, cấu tạo phức tạp, cường độ kém, khó hoạt động ở tốc độ cao, thường dùng trong các tua bin tăng áp loại lớn với mức độ tăng áp thấp - Bánh công tác nửa hở : Tổn thất lưu động lớn hơn so với bánh công tác kiểu kín nhưng có cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo, độ cứng và cường độ đều tốt nên ta sẽ chọn bánh công tác loại nửa hở để lắp trên máy nén của động cơ MTU c) Vành tăng áp : Được chia thành 2 loại : - Vành tăng áp không có cánh : Cấu tạo đơn giản, dễ thích nghi khi thay đổi chế độ làm việc nhưng hiệu suất thấp nên chỉ dùng trên máy nén loại nhỏ - Vành tăng áp có cánh : Các cánh có tác dụng dẫn hướng cho dòng khí nén từ bánh công tác đi ra. Giữa bánh công tác và vành tăng áp có một khe hở được gọi là đoạn tăng áp không cánh, khe hở này rất cần để giảm cường độ âm thanh và tạo ra không gian chuyển tiếp của dòng khí từ bánh công tác đến vành tăng áp có cánh giúp dòng khí đi vào vành tăng áp được đều và ổn định. Vành tăng áp có cánh có khả năng chuyển hóa tốt từ động năng sang áp năng, hiệu suất cao nhưng chúng có cấu tạo phức tạp, kém thích ứng khi thay đổi chế độ nên thường dùng trên các tua bin tăng áp cỡ lớn d) Vỏ xoắn ốc : Là nơi tập trung khí nén. Có 2 loại chính sau : -Vỏ có tiết diện ngang thay đổi : Tổn thất lưu động ít, tiết diện đường khí tăng dần theo chu vi - Vỏ có tiết diện ngang không đổi : Được xác định theo lưu lượng lớn nhất của máy nén. Cấu tạo đơn giản, dễ chế tạo nhưng tổn thất lưu động lớn Ở đây ta chọn vỏ xoắn ốc có tiết diện ngang hình tròn và được chế tạo bằng hợp kim nhôm Sau khi tính toán ta có sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén như sau : Cấu tạo và nguyên lý làm việc của máy nén. Máy nén lắp trong bộ tuabin tăng áp động cơ MTU là loại máy nén ly tâm, dùng để chuyển năng lượng cơ khí thành năng lượng của dòng chảy trong máy nén, dựa vào tác dụng lực ly tâm để tăng áp cho không khí từ áp suất P0= 0,1MN/m2 lên áp suất Pk=0,24 MN/m2 và làm cho không khí có lưu lượng Gk từ phần không gian này qua phần không gian khác. Nếu bánh công tác đang có chuyển động quay ở một tốc độ nào đó, thì sau khi không khí qua cửa đi vào bánh công tác nó sẽ cùng quay với bánh công tác và dòng khí chảy theo rãnh thông giữa các cánh của bánh. Do đó, chuyển động của dòng khí đi vào bánh công tác sẽ là tổng hợp của các chuyển động theo quay tròn của bánh công tác và chuyển động tương đối của dòng chảy trong rãnh cánh. Bánh công tác đang quay, truyền công cho không khí làm tăng áp suất và tốc độ của dòng khí trong rãnh cánh, lúc dòng khí ra tới miệng ra của bánh công tác dưới tác dụng của lực ly tâm và chuyển động quay, dòng khí đi ra với một tốc độ lớn, đồng thời tạo nên hiện tượng chân không cục bộ tại cửa vào, gây tác dụng hút không khí mới phía trước cửa vào và ra khỏi cửa ra với tốc độ lớn tạo nên dòng chảy liên tục trong rãnh cánh.Phía ngoài cửa ra của bánh công tác có một vành tăng áp. Không khí qua đây được chuyển một phần động năng thành áp năng làm cho áp suất không khí tiếp tục tăng lên đồng thời tốc độ giảm xuống.Vỏ xoắn ốc thu thập không khí nén từ vành tăng áp đi ra tiếp tục chuyển động năng thành áp năng sau đó qua ống nối đi vào từng xi lanh động cơ qua ống nạp. Hình 6-9. Kết cấu máy nén 1- Đoạn cửa vào; 2- Bánh công tác; 3- Vành tăng áp; 4- Vỏ xoắn ốc; D0- Đường kính trong của miệng vào bánh công tác; D1- Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D1m- Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác; D2- Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D3- Đường kính trong của vành tăng áp; D4- Đường kính ngoài của vành tăng áp. Nguyên lý làm việc của máy nén: Hình 6-10. Sơ đồ nguyên lý làm việc của máy nén. Ở tiết diện 0-0 không khí có các thông số sau: Nhiệt độ T0, áp suất P0, và tốc độ C0. Ở tiết diện 1-1 do không khí được hút và chia đều vào khoảng cách nên tốc độ dòng khí tăng lên C1, đồng thời nhiệt độ, áp suất giảm xuống tới T1, P1. Tại tiết diện 2-2 bánh cánh máy nén là dạng cánh hở, các cánh có dạng rãnh co thắt, tại đây tốc độ tuyệt đối, áp suất và nhiệt độ của dòng khí đều tăng lên giá trị C2, P2, T2. Tại tiết diện 3-3 do không khí từ bánh cánh nạp vào vành khe hở hướng kính (ống giảm tốc không cánh) sau đó nạp vào ống giảm tốc có cánh. Tại đây, tiết diện loe rộng theo hướng chuyển động của dòng khí nên giảm tốc độ xuông C3, đồng thời áp suất và nhiệt độ của dòng khí tăng lên P3, T3. Sau khi ra khỏi ống giảm tốc, không khí được nạp vào ống tăng áp dạng vỏ xoắn ốc, tại đây tốc độ dòng khí tiếp tục giảm và áp suất nhiệt độ tiếp tục tăng. Sau khi dòng khí ra khỏi vỏ xoắn ốc của máy nén ở tiết diện k-k, thì dòng khí có các thông số Ck, Pk, Tk. b)Đặc tính của máy nén. Hình 6-12. Dạng đặc tính làm việc của máy nén trên động cơ MTU. Trong khi nghiên cứu thiết lập đường đặc tính của MN ta rút ra được những thông số ảnh hưởng đến chúng đó là nhiệt độ và áp suất của chất khí ở đầu vào của MN. Vì vậy cần thiết phải xây dựng đường đặc tính MN có xét đến ảnh hưởng của nhiệt độ và áp suất môi trường. Trục tung biểu diễn lưu lượng khối lượng m được thay bằng giá trị m và các đặc tính tương ứng với tốc độ quay khác nhau được thay bằng,với T=300K, p=1013milibar. Với sự thay đổi này hình dạng đường đặc tính của MN sẽ luôn không thay đổi trong các môi trường sử dụng khác nhau. Trong thực tế, vùng làm việc của MN nằm trong giới hạn ổn định là vùng ứng với lưu lượng nhỏ, vùng còn lại (phía lưu lượng lớn) không được sử dụng. MN ly tâm còn bị hạn chế bởi một lí do khác là khi lưu lượng tăng đến một giá trị nào đó, hiệu suất của MN giảm mạnh, điều này dẫn đến giảm nhanh tỉ số tăng áp suất và lưu lượng tăng chậm. Ngoài ra còn cần phải chú ý đến sự nóng lên của khí khi đi qua MN. Sự tăng nhiệt độ khí sau MN phụ thuộc vào hiệu suất đoạn nhiệt của MN. Hiệu suất MN chính là tỉ số của độ chênh nhiệt độ khi nén đoạn nhiệt (T đoạn nhiệt) với độ chênh nhiệt độ khi nén thực tế (T thực tế). Để giảm sự nóng lên của khí tăng áp nhằm tăng khối lượng khí sau MN cần đảm bảo cho MN làm việc ở khu vực có hiệu suất nhiệt cao. Từ đường đặc tính MN ta có các nhận xét sau: 1.Với một tốc độ không đổi,ban đầu = sẽ tăng khi giảm m tới một max nào đó, nếu tiếp tục giảm m sẽ làm giảm. 2.Với tốc độ không đổi, khi giảm m thấp hơn một giá trị nào đó, MN sẽ bắt đầu mất ổn định. Dòng khí đi qua MN có dao động lớn, làm tăng dao động của các cánh và làm khí nén phun ra cửa hút, gây tiếng ồn lớn, đồng thời áp suất ở cửa ra giảm và dao động mạnh. Đó là giới hạn ổn định của MN. Mỗi tốc độ khác nhau có một điểm giới hạn, nối tất cả các điểm ấy với nhau sẽ được đường giới hạn ổn định. Động cơ điezen không cho phép MN hoạt động ở gần sát giới hạn ổn định. 3.Với một tốc độ không đổi, sẽ giảm khi tăng lưu lượng. Tăng lưu lượng tới một giá trị nào đó thì tại một tiết diện nào đó trong MN đạt tới điều kiện tới hạn, tức là số M của dòng chảy bằng 1, lúc ấy nếu tiếp tục giảm thì lưu lượng đó gọi là “lưu lượng nút” chính là lưu lượng giới hạn của MN tại tốc độ đó. Mỗi tốc độ đều có một giới hạn tương ứng. Khu vực lớn hơn lưu lượng giới hạn gọi là khu vực nút. Hoạt động ở khu vực nút sẽ giảm rất nhanh, vì vậy thường cho MN làm việc ở khu vực >0,7. Ta cũng thấy, ứng với tốc độ vòng quay khác nhau: Khi số vòng quay càng lớn tốc độ giảm áp suất càng nhanh khi lưu lượng tăng hay nói cách khác khi số vòng quay càng nhỏ đường đặc tính càng phẳng. Điều này là do đặc tính áp suất thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phương tốc độ (1/n) còn lưu lượng thay đổi tỉ lệ nghịch với tốc độ (1/n).Như vậy khi tăng áp càng cao, phạm vi làm việc càng hẹp. 6.6.TÍNH CHỌN TUA BIN HƯỚNG TRỤC : 6.6.1. TÍNH CHỌN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC CỦA TUA BIN Hình 6-13. Sơ đồ tính toán tua bin 1.Theo tính toán ban đầu, nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ là TT = Tp = 798 0K 2. Khối lượng phân tử của kh trước tua bin: rT Trong đó: jk- Là hệ số quét khí: jk = 0,85. Hệ số dư lượng không khí tổng cộng : ac = jk.aac = 0,85.2 = 1,7 Khối lượng của không khí để đốt cháy hoàn toàn 1 kg nhiên liệu L0 = rKK . M0 Với: rkk- Là khối lượng riêng của không khí, rkk = 28,95 [kg/m3] M0- Là lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1kg nhiên liệu. Mo = 0,4958 [Kmol kkh/kg nliệu] L0 = rKK . M0 = 28,95 . 0,4958 = 14,353 [Kg kk/kg nl] Hệ số biến đổi phân tử của hỗn hợp mới. Áp dụng công thức [2] 3. Hằng số trạng thái của khí trước tua bin: R1 [kJ/kg.0K] =29,174 [kG.m/kg.0K] 4. Lưu lượng khí qua tua bin : 5.Áp suất khí thải ra khỏi động cơ: Trong đó: P2-Áp suất lối ra bánh công tác. P2=(1,02÷1,05)P0 Ta chọn: P2=1,02.0,1=0,102[MN/m2] kT=1,33÷1,35. Ta chọn kT=1,34. . [MN/m2] 6. Áp suất dòng hãm trước tua bin : P*T P*T được xác định từ phương trình sau: Trong đó: PT0- Là áp suất của dòng khí ra tua bin, chọn PT0 =P2= 0,102 [MN/m2] hTK- Là hiệu suất chung của bộ tăng áp, Theo [3]: hTK = 0,67÷0,8. Ta chọn hTK = 0,7 K1- Là số mũ đoạn nhiệt của khí thải trước tua bin. K1 = KT=1,34. Thay số vào ta có : 7. Công đoạn nhiệt định mức: LLag [J/Kg] 8. Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tua bin : CTag 9. Công giãn nở đoạn nhiệt trong ống nối : LTagc Trong đó: r- Là mức độ hoạt tính ở đường kính trung bình. Theo tài liệu [2] : r = 0,35 ¸0, 5, chọn r = 0,5 LTagc= (1- 0,5).72558,6= 36279,3 [J/Kg] 10. Vận tốc khí ở lối ra của ống nối: C1 Trong đó: j- Là hệ số tốc độ, theo tài liệu [2]: Chọn j = 0,96 11. Áp suất ở lối ra từ ống nối P1: 12. Nhiệt độ ở lối ra của ống nối : 13. Khối lượng riêng của khí ở lối ra của ống nối: 14. Vận tốc vòng ở đường kính trung bình: U U = c . CTag Theo tài liệu [2], chọn c = 0,54 U = 0,54 . 380,94 = 205,71 [m/s] 15. Đường kính trung bình của lưới ống nối : 16. Chiều cao cánh ống nối: l1 Theo tài liệu [2]: l1/D1m = 0,16 ¸ 0,25, Chọn l1= 0,17.D1m=0,17.0,225=0,0383[m] 17. Bước lưới ống nối: t1 Theo tài liệu [2]: t1/l1 = 0,8 ¸0,9 Chọn t1/l1 = 0,8 => t1 = 0,8 . l1 = 0,8 . 0,0383 = 0,03064 [m] 18. Số max: M1 19. Vận tốc tương đối của khí thải ở lối vào bánh công tác: Với : Góc phun của sản vật cháy tại cửa ra của miệng phun 20. Nhiệt độ dòng hãm ở lối vào của bánh công tác : T*W 21. Vận tốc quy đổi: lW1 22. Góc vào của dòng ở cánh của bánh công tác tua bin: b1 b1 = arcSin (C1. Sina1/W1) = arcSin (258,59 . Sin250/112,98)= 75018’ 23. Công giãn nở đoạn nhiệt của khí thải trong cánh của bánh công tác: LTag1 = r . LTagc = 0,5 .36279,3 = 18139,65 [J/Kg] 24. Vận tốc vòng ở đường kính D1: u1 u1 = c1 . C1 Theo tài liệu [2],tuabin hướng trục có c1 = 0,55÷1. Chọn c1 = 0,9 u1 = 0,9 . 258,59 = 232,73 [m/s] 25. Đường kính ngoài của bánh công tác ở lối vào : D1 [m]=255 [mm] 26. Đường kính ổ trục công tác: D0= 0,25.D1 = 0,25.255= 63,75 [mm] 27. Đường kính D2 bánh công tác: Được chọn theo số liệu thống kê: D2 = D1.0,75 = 0,75.255 = 191,25 [mm] 28.Vận tốc tương đối của khí ở lối ra của bánh công tác W2 Trong đó: y- Là hệ số tốc độ, theo tài liệu [3] : y = 0,93 ¸ 0,98 Chọn y = 0,94 [m/s] 29. Nhiệt độ của khí ở lối ra của bánh công tác: T2 30. Khối lượng riêng của khí ở lối ra của bánh công tác r2 [Kg/m3] Với P2: Áp suất ở lối ra của bánh công tác 31. Góc ra của dòng từ bánh công tác trong chuyển động tương đối: Ta xem: D2m = D1m = 0,225 [m]; l2 = l1 = 0,0383 [m] 32. Lưu lượng khí rò rĩ : Gym d2. Là khe hở rò rỉ khí, Theo tài liệu [2] chọn d2 = 1[mm] 33. Tính chính xác góc ra: b2 34. Vận tốc tuyệt đối của khí ở lối ra của bánh công tác: C2 Trong đó: u2 = U = 205,71[m/s] 35. Góc ra của khí từ bánh công tác: a2 36. Công của khí thải ở bánh công tác tuabin, tức là công quay bánh công tác: 37. Hiệu suất tua bin: 38. Tổn thất do vận tốc ở lối ra : Trong đó: Kb- Là hệ số. Theo tài liệu [3]: Kb = 1¸1,5 Chọn Kb = 1,1 39. Tổn thất do rò rỉ : DLym 40. Tổn thất ở ống phun : DLc 41. Tổn thất ở các cánh của bánh công tác: 42. Công suất tiêu phí để khắc phục ma sát của đĩa và tổn thất thông hơi: Trong đó: b- Là hệ số, Theo tài liệu [3], chọn b = 2 44. Tổn thất do ma sát và thông hơi : 45. Hiệu suất đoạn nhiệt của tua bin : Theo tài liệu [1], thì hTag = 0,75 ¸ 0,9 46. Hiệu suất chỉ thị của tua bin : 47. Hiệu suất có ích của tua bin : Trong đó : hTm- Là hiệu suất cơ giới Theo tài liệu [1] hTm = 0,92¸0,98 Ta chọn hTm = 0,96 Theo tài liệu [1] thì hT = 0,6 ¸ 0,8 48. Công suất có ích của tua bin : So sánh với công suất của máy nén NK = 0,9[kW]: 6.6.2.TÍNH CHỌN CÁC BỘ PHẬN CỦA TUABIN HƯỚNG TRỤC : a) Vỏ cửa vào : Dùng để dẫn hướng sản vật cháy vào miệng phun và bánh công tác. Để giảm tổn thất lưu lượng cho dòng chảy cần đảm bảo tiết diện ngang của thông được thay đổi từ từ theo một quy luật nhất định, mặt trong của vỏ phải nhẵn, bóng, sạch. Vỏ cửa vào có các loại chính sau : - Vỏ cửa vào không được làm mát: Dùng trong các bộ tuabin tăng áp có giá đỡ trong - Vỏ cửa vào được làm mát: Dùng trong các bộ tuabin tăng áp có giá đỡ ngoài Động cơ MTU được lắp trên tàu hỏa nên khi làm việc nhiệt độ buồng cháy rất cao nên ta thường dùng vỏ cửa vào loại được làm mát vì vỏ làm mát có tác dụng tránh nhiệt độ cao cho các ổ đỡ, làm tăng tuổi thọ bạc trong ổ. Tuy nhiên cấu tạo vỏ làm mát khác phức tạp và khi làm việc nó gây tổn thất nhiệt cho tua bin b) Vỏ cửa ra : Là sản phẩm để đưa sản vật cháy sau khi đi qua bánh công tác ra ngoài. Đường khí thải đi ra ngoài trời cũng có yêu cầu tương tự vỏ cửa vào: Bề mặt phải bóng, nhẵn, sạch. Vỏ cửa ra cũng có 2 loại là loại được làm mát và không được làm mát. Căn cứ vào điều kiện làm việc của động cơ khi lắp trên đầu máy xe lửa ta chọn vỏ cửa ra loại được làm mát c) Vành miệng phun : Gồm các cánh lắp giữa hai vành trong và vành ngoài, tạo nên các đường thông hướng trục giữa các cánh và các vành . Cấu tạo của vành miệng phun có hai loại : - Kết cấu liền : Các cánh, vành trong và vành ngoài được làm thành một chi tiết liền qua công nghệ đúc chính xác hoặc công nghệ hàn. Loại này chế tạo đơn giản nhưng không thể điều chỉnh được tiết diện cửa ra và khi hỏng cánh thì không thể thay - Kết cấu lắp : Các cánh, vành trong và vành ngoài đều làm thành các chi tiết rời rồi dùng công nghệ lắp mộng hoặc công nghệ tán lắp thành vành miệng phun hoàn chỉnh. Loại kết cấu lắp có thể thay đổi tiết diện cửa ra của miệng phun trong một phạm vi rộng và có thể thay đổi khi có một cánh bị hỏng nên ta sẽ dùng vành miệng phun loại kết cấu lắp. Tuy nhiên loại này có một nhược điểm đó là công nghệ chế tạo và lắp ghép phức tạp và giá thành cao d) Bánh công tác : Có hai loại chính : Hình 6-14. Cách lắp ghép giữa cánh và đĩa của bánh công tác a) Loại liền ; b) Loại lắp ghép 1- Cánh ; 2- Đĩa ; 3- Chốt khóa - Bánh công tác loại liền: Cánh 1 và đĩa 2 của bánh công tác được hàn cứng với nhau. Loại này có ưu điểm là dễ chế tạo nhưng khi có có một chi tiết bị hỏng thì không thay thế được vì vậy nó ít được sử dụng - Bánh công tác loại lắp ghép: Dùng công nghệ ghép mộng để lắp cánh để lắp cánh 1 vào bánh công tác 2 rồi khóa bằng mộng khóa 3. Loại này khi sử dụng mà có hư hỏng các chi tiết thì có thể thay thế được nên ta sẽ sử dụng để lắp trên hệ thống tăng áp của động cơ. Tuy nhiên nó có nhược điểm là công nghệ chế tạo và lắp ghép khá phức tạp e) Trục quay : Có hai loại : - Loại liền: Có thể hàn hoặc trực tiếp rèn thành một khối rồi gia công - Loại lắp ghép: Được ghép thông qua mối ghép then hoa. Loại này được sử dụng rộng rãi trong thực tế b)Đặc tính của tua bin. Đường đặc tính của tua bin biểu diễn quan hệ giữa lưu lượng khối lượng của khí xả với tỉ số giãn nở của nó ở các số vòng quay khác nhau của rô to tua bin.Dòng chảy qua tua bin tuân theo các quy luật sau: - Nếu áp suất đầu vào không đổi,lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ giảm. - Năng lượng chứa trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ và áp suất. - Tốc độ của tua bin là hàm số của tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến của dòng khí). Với một lượng thể tích cho trước, khi tiết diện vào của bộ phân phối nhỏ thì tốc độ chuyển động theo càng lớn. Hình 6-17.Dạng đường đặc tính tuabin động cơ MTU. .T-nhiệt độ khí xả;=-tỷ số giãn nở của khí xả trong cánh tua bin;m- lưu lượng khối lượng của khí xả;-hiệu suất đoạn nhiệt của tua bin Trên hình 6-17 là đặc tính tuabin tăng áp động cơ MTU, trên đó để thấy rõ các nhân tố đặc trưng của dòng chảy đến quá trình làm việc của tua bin,trục hoành được biểu diễn bằng đại lượng nhằm loại trừ ảnh hưởng của áp suất và tốc độ vòng quay đến đặc tính của tua bin ứng với các số vòng quay của nó được biểu diễn qua đại lượng . Nếu lưu lượng khối lượng của khí xả là không đổi mà nhiệt độ giảm thì lưu lượng thể tích giảm và do đó áp suất của khí xả giảm làm cho tỷ số giản nở cũng giảm theo.Trong trường hợp đó các điểm làm việc của tua bin sẽ là A, B, C, D. Khác với máy nén, đối với tua bin không tồn tại vùng làm việc không ổn định vì trong tua bin áp suất giảm dần theo phương chuyển động của dòng khí nên sự tách dòng không thể xuất hiện. Hình dạng đường đặc tính của tua bin là hoàn toàn khác với hình dạng phẳng và nằm ngang của máy nén, vì thế việc phối hợp giữa tua bin và máy nén là một vấn đề không đơn giản. Để đảm bảo sự làm việc ổn định, tức là đảm bảo sự làm việc hài hoà về mặt lý thuyết người ta phải thay đổi tiết diện vào của tua bin. Đây là giải pháp phức tạp về mặt kết cấu và điều khiển. Đặc tính của tua bin còn cho thấy m là hàm số của độ giản nở nên tốc độ của tua bin n sẽ tăng khi áp suất đầu ra giảm-tức là nếu tăng độ cao làm việc của thiết bị (cột áp làm việc) mật độ không khí giảm (khối lượng riêng của không khí giảm) nên m cũng giảm theo. Vì vậy các nhân tố ảnh hưởng đến m trong tăng áp bằng tua bin-máy nén khi tăng độ cao phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ. 7. MỘT SỐ VẤN ĐỀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP. 7.1. XÁC ĐỊNH CÁC HƯ HỎNG VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC. Trong quá trình làm việc bộ tua bin máy nén phải làm việc trong một môi trường rất khắc nghiệt, nhất là khi làm việc ở số vòng quay cao. Khi đó nhiệt độ tua bin rất cao làm dầu bôi trơn bị loãng nên ma sát tạo ra rất lớn. Ngoài ra cụm tua bin – máy nén được lắp trong một liên hợp MN- ĐCĐT- TB thành một thể thống nhất nên chúng có mối liên hệ mật thiết với nhau. Vì vậy , khi xem xét hư hỏng cần phải đặt chúng trong một thể thống nhất 7.1.1. Động cơ khó tăng tốc, giảm công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn. 7.1.1.1. Nguyên nhân: - Áp suất tăng áp quá thấp. - Tắc hệ thống nạp khí. - Rò rỉ trong hệ thống nạp khí. - Tắc hệ thống thải. - Rò rỉ trong hệ thống thải. - Sai lệch điều kiện vận hành của TB- MN. 7.1.1.2. Khắc phục. - Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp. Nếu áp suất tăng áp không đạt giá trị yêu cầu thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo. Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào từng loại động cơ. - Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén hoặc giữa MN với động cơ, sự đóng cặn trên đường nạp, ... - Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối giữa động cơ và đường thải, giữa đường thải với TB hoặc với bình ổn áp …, kiểm tra hiện tượng tắc đường ống thải. - Kiểm tra sự quay của cánh MN: Nếu cánh MN không quay hoặc khó quay thì tháo cụm TB- MN và kiểm tra độ rơ dọc trục cũng như khe hở hướng kính của bánh cánh MN. Cách kiểm tra như sau: Đưa đầu đo của đồng hồ vào lỗ của vỏ tua bin sao cho nó tiếp xúc với đầu trục. Dịch chuyển trục theo phương dọc rồi đo độ rơ dọc trục. Cách kiểm tra như sau: Từ lổ dầu ra, đưa đầu đo của đồng hồ so qua lổ trên ống cách các ổ đỡ để đầu đo tiếp xúc với tâm trục tua bin. Dịch chuyển trục lên xuống, đo độ rơ hướng kính. Quá trình đo được tiến hành đúng chỉ dẫn của nhà chế tạo. Nếu giá trị đo được không đảm bảo chỉ định thì phải thay thế cụm TB- MN. 7.1.2. Có tiếng ồn bất thường. 7.1.2.1. Nguyên nhân: - Có hiện tượng của các chi tiết lắp ghép với cụm TB- MN hoặc với bản thân nó, ống xả bị rò hoặc rung động. - Sai lệch điều kiện vận hành của TB- MN. 7.1.2.2. Khắc phục: - Kiểm tra các bulông ghép của cụm TB- MN, nhất là các bulông. Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt không đúng hay bị biến dạng không, từ đó có biện pháp sửa chữa hoặc thay thế nếu cần. - Kiểm tra các bích nối của hệ thống nạp, thải với động cơ cũng như với cụm TB- MN. Siết chặt lại bulông hoặc thay thế tùy thuộc vào tình hình cụ thể. Kiểm tra sự biến dạng của ống xả. - Kiểm tra các khe hở dọc trục và hướng tâm của bánh cánh MN, kiểm tra trục TB- MN cũng như các ổ đỡ. - Kiểm tra xem có vật lạ rơi vào hệ thống không. 7.1.3. Tiêu hao dầu lớn và khói xanh. 7.1.3.1. Nguyên nhân: Do hư hỏng các đầu nối với cụm TB- MN hoặc do mòn bạc lắp trên trục cụm TB-MN. 7.1.3.2. Khắc phục: - Kiểm tra sự lọt dầu của hệ thống thải: Tháo ống nối đầu vào của TB xem có sự tích tụ của muội than trên cánh TB. Sự tích tụ muội than ở đây là do cháy dầu sinh ra. - Kiểm tra sự lọt dầu của hệ thống nạp: Kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng kính của bánh cánh MN, kiểm tra sự có mặt của dầu bôi trơn trong ống hút của MN. 7.2. PHÂN TÍCH CÁC HƯ HỎNG CỦA HỆ THỐNG TĂNG ÁP. 7.2.1. Thiếu dầu. Việc thiếu dầu sẽ có ảnh hưởng rất lớn tới sự làm việc bình thường của các ổ trục, sự quay của các rôto, các đệm làm kín, thậm chí có thể làm gãy trục hoặc gây ra các sự cố lớn. Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt độ của các ổ và trục là (60- 90)0C nhưng khi thiếu dầu nó có thể lên tới 4000C. Điều này sẽ dẫn đến cháy dầu, biến dạng trục, tróc dính vật liệu ổ lên trục và có thể dẫn đến va đập cánh rôto lên vỏ. 7.2.2. Vật lạ rơi vào TB. Nếu có vật lạ rơi vào cụm TB-MN thì hậu quả sẽ là khó lường. Có thể gây gãy, vỡ các cánh MN, TB hoặc gây ra hao mòn nhanh các bề mặt ma sát. 7.2.3. Dầu bẩn. Dầu bôi trơn cụm TB- MN thường được lấy từ động cơ sau khi đã được lọc sạch. Nếu dầu bẩn sẽ dẫn tới chất lượng bôi trơn không đảm bảo, có thể làm tắc các đường ống dẫn dầu gây ra hiện tượng thiếu dầu hoặc làm cào xước, bào mòn các bề mặt ma sát. Dầu bẩn có thể do lọc không tốt, do hiện tượng cháy dầu dẫn đến sự pha trộn giữa dầu sạch với một lượng muội do dầu cháy hoặc do sự tích tụ cặn dầu ở các vị trí khó lưu thông dầu trong hệ thống. 7.3. PHƯƠNG PHÁP THÁO LẮP VÀ KIỂM TRA HỆ THỐNG TĂNG ÁP CỦA ĐỘNG CƠ. 7.3.1. Kiểm tra hệ thống nạp không khí. - Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa lọc khí và đường nạp, đường nạp với cụm TB- MN cũng như giữa cụm TB- MN với đường ống nối với động cơ... các hư hỏng trong hệ thống này cần được khắc phục tương xứng như sau: - Tắc lọc khí: Làm sạch hoặc thay thế. - Vỏ bị hư hỏng hoặc biến dạng: Sửa chữa hoặc thay thế. - Rò ri tại các đầu nối: Kiểm tra các đầu nối và sửa chữa. - Nứt vỡ các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế. 7.3.2. Kiểm tra hệ thống thải. - Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa động cơ với đầu vào cụm TB- MN và giữa đầu ra của cụm này với đường thải. - Biến dạng các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế. - Vật lạ rơi vào các rãnh: Vệ sinh. - Lọt dầu: Sửa chữa hoặc thay thế. - Nứt vỡ các phụ kiện: Thay thế. 7.4. QUY TRÌNH KIỂM TRA BỘ TUABIN TĂNG ÁP LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ MTU12V-396TC14. Công việc kiểm tra được thực hiện theo các bước sau: Rò rĩ dầu. Phần tử lọc gió. Ống ra bộ lọc gió. Ống vào bộ lọc gió. Ống cung cấp hoặc ống hồi dầu bộ tăng áp. Van điều khiển cổng xả. Thân bộ tăng áp turbo. 7.5. CÁC CHÚ Ý KHI SỬ DỤNG HỆ THỐNG TĂNG ÁP. Để đảm bảo cho hệ thống tăng áp làm việc tin cậy và nâng cao tuổi thọ bộ turbo thì ta cần chú ý đến các vấn đề sau: - Không dừng động cơ ngay sau khi ôtô vận hành ở tốc độ cao, tải lớn hoặc leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu của động cơ bị cắt dẫn tới thiếu cung cấp cho các bề mặt ma sát của hệ thống tăng áp vốn đang làm việc ở tốc độ rất cao. Hiện tượng này có thể gây ra cháy TB hoặc gây hư hỏng nặng cho cụm TB- MN. Do đó, cần phải có thời gian chạy không tải động cơ khoảng (20-120)s trước khi dừng động cơ. Thời gian chạy không tải dài hay ngắn tùy thuộc vào mức độ hoạt động của động cơ trước khi quyết định dừng. - Tránh tăng tốc đột ngột ngay sau khi động cơ khởi động lạnh. - Động cơ phải vận hành trong điều kiện có lọc khí, tránh trường hợp vật lạ rơi vào hệ thống. - Nếu cụm TB- MN có sự cố và cần phải thay thế thì trước tiên cần phải kiểm tra các nguyên nhân gây hư hỏng theo các bước sau đây rồi tháo bỏ từng phần nếu cần: Mức dầu và chất lượng dầu của động cơ. Điều kiện vận hành trước đó của động cơ. Đường dầu dẫn tới cụm TB- MN. Việc kiểm tra này là hết sức cần thiết để tránh các sự cố tiếp theo sau khi đã sửa chữa hoặc thay thế cụm TB- MN mới. - Tuân thủ đầy đủ các chỉ dẫn khi tháo và lắp cụm TB- MN. Không đánh rơi, va đập các chi tiết sau khi tháo vào các vật cứng. Không di chuyển các chi tiết bằng cách cầm vào các bộ phận dễ bị biến dạng. - Trước khi di chuyển TB- MN cần phải che kín đường nạp, đường thải cũng như phễu kiểm tra dầu để tránh sự xâm nhập của các bụi bẩn và vật lạ. - Nếu thay thế TB- MN cần phải kiểm tra sự tích tụ của các cặn bẩn trong đường ống dẫn dầu. Nếu cần thiết, có thể thay thế các đường ống này. - Khi tháo cụm TB- MN cần tháo toàn bộ các tấm đệm bị dính chặt vào bích ống dẫn dầu cũng như các bích nối khác của TB- MN. - Nếu thay thế bulông hoặc đai ốc thì chỉ được thực hiện nếu có các bulông, đai ốc mới theo chỉ định để đảm bảo không bị đứt hoặc biến dạng. - Nếu thay thế TB- MN, cầm đổ (20- 50)cc dầu vào phễu đổ dầu của TB- MN và quay cánh nén bằng tay để đưa dầu tới các ổ trục. Nếu đại tu hoặc thay thế động cơ, sau khi lắp, cắt cung cấp nhiên liệu và quay tay động cơ trong vòng 30s để phân phối dầu đến khắp mọi nơi của động cơ, sau đó cho động cơ chạy không tải khoảng 60s 8. KẾT LUẬN Sau 15 tuần miệt mài tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp tăng áp trong động cơ đốt trong, đồng thời thiết kế các bộ phận chính trong hệ thống tăng áp đến nay đồ án của em đã hoàn thành. Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để thực hiện đồ án, kiến thức thực tế cũng như kiến thức căn bản của em được nâng cao hơn. Em đã hiểu được sâu sắc hơn về các hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong, đặc biệt là hệ thống tăng áp của động cơ MTU 12V-396TC14. Biết được các kết cấu mới và nhiều điều mới mẻ từ thực tế. Em cũng học tập được nhiều kinh nghiệm trong công tác bảo dưỡng và sửa chữa hệ thống tăng áp của động cơ đốt trong nói chung, khái quát được các kiến thức chuyên ngành cốt lõi. Để hoàn thành được đồ án này trước hết em xin chân thành cảm ơn toàn thể các thầy cô của khoa Cơ khí giao thông. Trường đại học Bách khoa Đà Nẵng, đã hướng dẫn chỉ bảo em từ kiến thức cơ sở đến kiến thức chuyên ngành, cảm ơn thầy TRẦN VĂN NAM đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Tuy nhiên, do thời gian có hạn; kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không tránh khỏi sai sót rất mong các thầy cô quan tâm góp ý. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Võ Nghĩa, Lê Anh Tuấn. “Tăng áp Động Cơ Đốt Trong”. Nhà xuất bản Khoa học và kỹ thuật, 2005. [2]. Nguyễn Tất Tiến. “Nguyên Lý Động Cơ Đốt Trong”. Nhà xuất bản Giáo dục, 2000. [3]. Lê Viết Lượng. “Lý Thuyết Động Cơ Đốt Trong”. Nhà xuất bản Giáo dục, 2000. [4]. “Tài liệu hướng dẫn sửa chữa động cơ MTU 12V-396TC14”. Việt Nam, [5]. Hồ Tấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến. “Hướng dẫn làm đồ án môn học Tính Toán Thiết kế động cơ đốt trong”. Nhà xuất bản Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1979. [6]. ]. Tháng 4.2010 [7]. Tháng 4.2010. [8]. Nguyễn Văn May. “Bơm, Quạt, Máy Nén”. Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 1997.