Tính toán lựa chọn bộ tăng áp tuabin khí lắp cho động cơ AMZ 236

các rung động từ trục, bôi trơn trục và bạc. Các ổ bạc này được bôi trơn bằng dầu động cơ và quay tự do giữa trục và vỏ để tránh kẹt ở tốc độ cao. Dầu động cơ không bị rò nhờ các phớt làm kín dầu lắp trên trục. Vỏ giữa: Vỏ giữa đỡ cánh tuabin và cánh nén thông qua trục và các ổ bạc. Bên trong vỏ có chế tạo các khoang trống và các rãnh để nước làm mát và dầu bôi trơn tuần hoàn trong các khoang và rãnh này, nhằm mục đích làm mát và bôi trơn cho tuabin. Nguyên lý làm việc của bộ tuabin: Hình 4-26 Kết cấu của bộ tuabin tăng áp. 1-Bánh công tác máy nén; 2- Ống lót; 3-Êcu tự khóa, 4-Trục quay; 5- Xéc líp ; 6- Vòng chặn; 7- Vỏ máy nén; 8- Ổ đỡ; 9- Vỏ tuabin; 10- Bulông; 11- Vành miệng phun; 12-Vòng bao kín; 13-Bánh công tác tuabin; 14-Ổ đỡ; 15-Vòng chặn; 16-Vỏ giữa; 17-Bạc hướng trục; 18-Roăng làm kín; 19-Vòng chặn. Khí thải từ động cơ qua cửa miệng phun tác động vào bánh công tác làm quay trục rôto. Khí thải được thải qua hệ thống thải, đồng thời ở máy nén khi trục rôto quay dẫn động bánh công tác quay, hút không khí từ ngoài môi trường xung quanh qua bầu lọc, vào máy nén qua cửa nạp. Dưới tác dụng quay của bánh công tác không khí nạp lần lượt được nén qua bánh công tác, qua vành tăng áp, vòng xoắn ốc, sau đó theo đường ống nạp nạp vào xilanh động cơ qua cửa nạp. 4.6.2.Máy nén ly tâm Nguyên lý làm việc Máy nén lắp trong bộ tuabin 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 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 chuyển một phần động năng thành áp năng làm cho áp suất không khí tiếp tục tăng lên và tốc độ giảm xuống. Vỏ xoắn ốc thu thập không khí từ vành tăng áp đi ra tiếp tục chuyển động năng của dòng khí thành áp năng, sau đó qua ống nối đưa tới đường nạp cho động cơ. Hình 4-27 Giản đồ máy nén ly tâm 1- Đoạn cửa vào; 2- Bánh công tác; 3- Vành tăng áp; 4- Vỏ xoắn ốc; D0- Đường kính trong của miệng vào bánh công tác; D1- Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D1m- Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác; D2- Đường kính ngoài của miệng vào bánh công tác; D3- Đường kính trong của vành tăng áp; D4- Đường kính ngoài của vành tăng áp. Hình 4-28 Sơ đồ biến thiên của các thông số dòng chảy trong 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, ở các cánh có dạng rãnh co thoắt, 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 lan rộng theo hướng chuyển động của dòng khí nên giảm tốc độ xuống 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. Đặc điểm kết cấu các bộ phận trong máy nén Đoạn ống cửa vào đây là đoạn ống hướng trục có tiết diện hình tròn, dòng khí đi vào máy nén theo hướng trục nên dễ phân đều trên các cánh mà ít bị cản. Bánh công tác máy nén là chi tiết duy nhất của máy nén cấp năng lượng để nén không khí nạp, gồm 12 cánh nhỏ được phân bố đều trên bánh công tác, các cánh có dạng rãnh hướng kính. Khi rôto máy nén quay, dưới tác dụng của lực ly tâm không khí theo rãnh cánh bị nén ra vùng mép cánh. Mép vào của cánh hơi cong theo hướng quay trùng với hướng dòng khí nên đảm bảo dòng khí lưu động tại cửa vào không bị gián đoạn. Lưu động dòng khí trong rãnh cánh có đặc tính rất phức tạp, phần không khí chuyển động sát mép lồi của rãnh có tốc độ lớn nhất còn phần lõm có tốc độ nhỏ nhất. Ông giảm tốc: Từ bánh công tác dòng khí nén có động năng cao được nạp vào ống giảm tốc qua vành tăng áp có các cánh 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 giảm cường độ âm thanh và tạo không gian chuyển tiếp của dòng khí đi vào vành tăng áp đều và ổn định. Vỏ xoắn ốc: Không khí từ ống giảm tốc được nén vào vỏ xoắn ốc máy nén. Tại đây động năng của dòng khí tiếp tục biến thành thế năng áp suất, làm cho nhiệt độ và áp suất của dòng khí tiếp tục tăng lên, đồng thời tốc độ dòng khí giảm xuống vì tiết diện lưu thông qua vỏ xoắn ốc tăng dần. Vỏ xoắn ốc có tiết diện ngang là hình tròn chế tạo bằng hợp kim nhôm. Đặc tính máy nén ly tâm Ngoài các ưu điểm nổi trội về kích thước nhỏ và giá thành thấp, MN ly tâm còn cho phép tạo ra áp suất đủ cao mà rất ít nhạy cảm khi hình dáng của nó không đạt sự hoàn hảo như yêu cầu nên nó là loại MN luôn được ưu tiên sử dụng trong tăng áp cho ĐCĐT. Cơ sở để thành lập đặc tính cung cấp khí cho MN ly tâm là phương trình Euler. Phương trình này cho phép thiết lập mối quan hệ giữa công cung cấp của MN cho 1 kg khí đi qua bánh công tác như sau: Trong đó: L. Công cung cấp tương ứng với lượng khí mk (kg) u1, u2. Tốc độ vòng ở cửa vào và cửa ra (hình 4-30) C1u, C2u. Tốc độ tuyệt đối theo phương tiếp tuyến hlt- Công lý thuyết cần thiết cấp cho 1 kg chất khí hay còn gọi là độ cao cung cấp lý thuyết (bỏ qua ma sát, không có sự va đập và tách dòng giữa dòng chảy với cánh). Công thức trên có dấu trừ khi 900. Hình 4-29 Tam giác tốc độ của bánh công tác máy nén ly tâm Nếu chất lỏng đi qua máy nén là chất lỏng không chịu nén thì thể tích ở đầu ra của máy nén có thể nói là bằng thể tích đầu vào, tức là thể tích và trọng lượng gần không đổi. Điều đó làm cho đặc tính lưu lượng không khí mk ở cửa ra và cửa vào bằng nhau. Song nếu chất lỏng đi qua máy nén là chất khí thf có các tính chất sau: Khi nhiệt độ không đổi, thể tích riêng tỷ lệ nghịch với áp suất. Nhiệt độ của chất khí thay đổi rất nhiều khi đi qua máy nén nên khối lượng của nó cũng thay đổi. Do những đặc điểm trên của chất khí mà chúng ta cần phải để ý đến việc sử dung lưu lượng thể tích hay lưu lượng khối lượng, lưu lượng đầu vào hay lưu lượng đầu ra của MN khi xây dựng đặc tính lưu lượng .áp suất sao cho sự ảnh hưởng của các tính chất trên là nhỏ nhất. MN dùng để tăng áp cho ĐCĐT nên khối lượng khí nạp vào động cơ (hay lưu lượng đầu ra của MN) là đáng quan tâm nhất. Tuy nhiên đặc tính của máy nén được xác định qua thử nghiệm tính năng của máy nén. Dựa vào số liệu đo được về lưu lượng, áp suất, nhiệt độ, tốc độ…. Hình 3-18 giới thiệu đặc tính cung cấp của MN ly tâm. Đặc tính này biểu diễn mối quan hệ giữa lưu lượng khối lượng và tỉ số tăng áp suất ở cửa ra với cửa vào của MN p1/p0 khi tốc độ vòng quay của rôto không đổi. Hình 4-30 Đặc tính của máy nén ly tâm p0, p1 - áp suất trước và sau của MN; w - Tốc độ góc của rôto; mk- Lưu lượng khối lượng của MN;u- Tốc độ vòng; g- Gia tốc trọng trường Trong hình 4-31đường thẳng biểu diễn đặc tính lý thuyết của MN ly tâm khi coi số cánh là vô cùng và bỏ qua tổn thất của khí khi đi qua MN. Thực tế MN ly tâm luôn có các tổn thất sau: - Rò rỉ qua khe hở giữa rôto với vỏ. - Tổn thất do ma sát giữa khí với cánh, vỏ với khí. - Tổn thất do va đập giữa góc vào của dòng khí với góc vào của cánh. Do đó đường biểu diễn đặc tính thực tế của MN là một đường cong. Dựa vào đường cong này có thể dễ dàng nhận thấy rằng khi độ chênh áp suất trước và sau MN bằng không, tức là p1/p0 = 1 thì lưu lượng qua MN lớn nhất. Đi theo đường cong từ phải sang trái, khi chênh lệch áp suất tăng thì lưu lượng khí giảm dần. Khi độ chênh áp suất tăng đến giá trị lớn nhất (điểm M trên đồ thị) ưng với giá trị áp suất giới hạn pgh trong máy nén xuất hiện sự làm việc không ổn định. Bắt đầu chế độ này xảy ra hiện tượng tách dòng của không khí với thành vách và xuất hiện hiện tượng mạch động trong ống tăng áp, khí tuần hoàn ngược từ cửa ra quay lại cửa hút. Từ chế độ này trở đi chẳng những lưu lượng không khí tiếp tục giảm mà độ chênh áp cũng giảm (ứng với phần đường cong nằm về bên trái điểm M). Đồng thời, ở những chế độ làm việc này xuất hiện sự va đập giữa dòng khí và cánh máy nén, cường độ va đập và tần số va đập phụ thuộc vào độ chênh áp, mật độ khí, dung tích ống dẫn…gây nên mối nguy hiểm cho máy nén và phản tác dụng tăng áp cho động cơ 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 trong thực tế. Hình 4-31 Đặc tính làm việc của MN 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, tức là phụ thuộc vào tỷ số giữa công của chu trình đoạn nhiệt (dt AB’V’V0) và công để thực hiện quá trình nén thực tế (dt ABV1V0 hoặc dt AB’’V’’V0) (Hình 4-33) Hình 4-32 Đồ thị biểu diễn quá trình nén lý thuyết của khí lý tưởng Hiệu suất MN cũng chính là tỉ số của độ chênh nhiệt độ khi nén đoạn nhiệt ( đoạn nhiệt) với độ chênh nhiệt độ khi nén thực tế ( thực tế). Để giảm sự nóng lên của khí tăng áp nhằm tăng khối lượng khí sau MN cần phải bảo đảm cho MN làm việc ở khu vực hiệu suất nhiệt cao. Từ các đường đặc tính (Hình 4-32), ứng với tốc độ vòng quay khác nhau, còn cho thấy khi số vòng quay càng lớn tốc độ giảm áp suất càng nhanh khi lưu lượng tăng, hay nói cách khác khi ở số vòng quay càng nhỏ đặc tính càng phẳng. Điều này hoàn toàn dễ hiểu vì đặc tính áp suất thay đổi tỉ lệ nghịch với bình phương tốc độ (1/n2) còn lưu lượng thay đổi tỉ lệ nghịch với tốc độ (1/n). Như vậy khi tăng áp càng cao phạm vi làm việc của MN càng hẹp. 4.6.3.Tuabin hướng kính Nguyên lý làm việc Tuabin trong bộ tuabin tăng áp là một loại động cơ (nguồn động lực) dùng để chuyển năng lượng của sản vật cháy có áp suất và nhiệt độ nhất định thành công cơ học dẫn động máy nén khí. Hình 3-21 giới thiệu sơ đồ cấu tạo của tuabin hướng kính gồm có: vỏ tuabin A, vành miệng phun B và cánh tuabin C... Hình 4-33 Sơ đồ hoạt động của tuabin hướng kính và tam giác tốc độ tại cửa vào và cửa ra của bánh công tác A- Vỏ tuabin; B- Vành miệng phun; C- Bánh công tác; D- Đường kính bánh công tác; b- Chiều dài cánh; D0- Đường kính trong miệng ra; D2m- Đường kính trung bình miệng ra; D2- Đường kính ngoài miệng ra; D1- Đường kính ngoài miệng vào. Sản phẩm cháy với áp suất PT, nhiệt độ TT và tốc độ CT đi vào tuabin tới vành miệng phun B. Vành miệng phun có tiết diện giảm dần từ cửa vào đến cửa ra làm cho sản phẩm cháy được giãn nở và tăng tốc. Một phần áp năng của sản phẩm cháy biến thành động năng, lúc này áp suất của sản vật cháy từ PT giảm xuống còn P1, nhiệt độ từ TT giảm xuống T1 đồng thời tốc độ dòng khí từ CT tăng lên thành C. Với tốc độ này dòng khí đi vào bánh công tác đang quay với tốc độ U1 tạo nên tốc độ tương đối W1 của dòng khí vào rãnh bánh công tác. Sản vật cháy tiếp tục giãn nở trong rãnh thông từ hướng kính dần chuyển sang hướng trục, truyền động năng cho các cánh để chuyển thành công làm quay bánh công tác. Khi ra khỏi bánh công tác sản vật cháy có áp suất P2, nhiệt độ T2, và tốc độ tuyệt đối C2. Do một phần động năng của dòng khí đã chuyển thành công của bánh công tác nên C2<C1 rất nhiều. Động năng do C2 của dòng khí từ bánh công tác đi ra không được sử dụng lại mà bị tổn thất và được gọi là tổn thất tốc độ dư. Đặc điểm kết cấu của các bộ phận trong tuabin: Vỏ tuabin: Vỏ tuabin có kết cấu hình xoắn ốc, bao gồm khoang cửa vào tiếp nhận sản vật cháy từ các xi lanh động cơ, hướng sản vật cháy đi vào vuông góc với trục quay. Khoang cửa ra tiếp nhận sản vật cháy sau khi làm nhiệm vụ sinh công làm quay trục tuabin và thải ra ngoài. Vỏ tuabin làm việc luôn tiếp xúc với sản vật cháy có nhiệt độ cao và những tạp chất ăn mòn trong khí thải như: H2O, CO2, SO2,... nên được đúc bằng gang chịu nhiệt. Ống phun: Khí thải trong các xilanh động cơ được thải ra với áp suất và nhiệt độ cao (thế năng cao) được lưu thông qua ống phun. Tại đây, áp suất và nhiệt độ của dòng khí giảm xuống, dòng khí ra khỏi ống phun có tốc độ lớn (động năng của dòng khí lớn). Ống phun là ống tăng tốc có tiết diện nhỏ dần có tác dụng chuyển áp năng của sản vật cháy thành động năng của dòng khí theo hướng nhất định. Bánh cánh và trục quay: Dòng khí ra khỏi ống phun có tốc độ lớn (động năng của dòng lớn) đi vào vành cánh động. Tại đây, dòng khí chuyển động theo lòng máng của cánh nên xuất hiện lực ly tâm, các phần tử va đập vào cánh động tạo nên độ chênh áp giữa phía bụng và phía lưng của cánh động làm cho bánh cánh và trục rôto quay. Trong bánh cánh, động năng của dòng truyền cho bánh cánh động, làm quay đĩa quay. Tại đây động năng của dòng khí biến thành công cơ học. Bánh cánh hoạt động trong điều kiện nhiệt độ cao của sản vật cháy, tốc độ lớn, liên tục nhận xung lực của sản vật cháy có tính ăn mòn mạnh, nên bánh công tác là chi tiết chịu tác dụng lớn nhất về lực, về nhiệt, về dao động và ăn mòn trong tuabin. Trục quay là chi tiết được lắp bánh công tác của tuabin và bánh công tác của máy nén. Trục được tỳ lên các ổ đỡ để thực hiện việc truyền mômen từ bánh cánh tuabin đến bánh cánh của máy nén để tăng lượng khí nạp cho động cơ. Đặc tính tuabin Đường đặc tính của TB biểu diễn mối 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 rôto TB. Dòng chảy qua TB tuân theo các quy luật sau: - Nếu áp suất đầu vào không đổi, lưu lượng khối lượng tăng khi nhiệt độ giảm. - Năng lượng trong một đơn vị khối lượng khí là hàm số của nhiệt độ và áp suất. - Tốc độ của TB là hàm số của tốc độ chuyển động theo (tốc độ tiếp tuyến của dòng khí). Hình 4-34 giới thiệu đặc tính của TB, 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 TB ứng với các số vòng quay của nó được biểu diễn qua đại lượng . Nếu lưu lượng khối lượng mg 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 tỉ số giản nở cũng giảm theo. Trong trường hợp đó các điểm làm việc của TB sẽ là A,B,C,D (Hình 4-34) Khác với MN đối với TB không tồn tại vùng làm việc không ổn định vì trong TB áp suất giảm dần theo phương chuyển động của dòng khí nên sự tách dòng không thể xuất hiện. Hình 4-34 Đặc tính của tuabin Tg-Nhiệt độ khí xả; -Tỷ số giãn nở của khí xả trong cánh tuabin; mg-Lưu lượng khối lượng của khí xả; -Hiệu suất đoạn nhiệt của tuabin Hình dạng đường đặc tính của tuabin là hoàn toàn khác với hình dạng phẳng và nằm ngang của máy nén, vì thế việc phối hợp giữa tuabin 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 tuabin. Đây là giải pháp phức tạp về mặt kết cấu và điều khiển. Đặc tính của tuabin còn cho thấy mg là hàm số của độ giản nở nên tốc độ của tuabin nT 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 mg cũng giảm theo. Vì vậy các nhân tố ảnh hưởng đến mg trong tăng áp bằng tuabin.máy nén khi tăng độ cao phụ thuộc vào sự thay đổi nhiệt độ. 4.6.4.Ổ đỡ bao kín, bôi trơn và làm mát trong bộ tăng áp tuabin khí Ổ đỡ: Dùng loại ổ đỡ bằng bạc gối hai đầu. Ổ đỡ là chi tiết làm việc trong điều kiện tốc độ lớn, tải trọng nhẹ, nhiệt độ cao. Bao kín: Việc bao kín nhằm ngăn lọt dầu và khí, là khâu quan trọng đảm bảo cho động cơ hoạt động tin cậy. Việc bao kín vòng găng như hình vẽ (Hình 4-35). Hình 4-35 Kết cấu phần bao kín a. Bao kín đầu máy nén; b- Bao kín đầu tuabin; 1- Bánh công tác của máy nén; 2- Vỏ tuabin; 3- Vòng găng; 4- ống bao kín; 5- Trục quay; 6- Bánh công tác tuabin Vòng găng được lắp trong rãnh bao kín ở đầu máy nén và đầu tuabin. Nhờ lực đàn hồi của vòng găng ép chặt vào vỏ tuabin, giữa rãnh và vòng găng tạo nên khe hở sườn rãnh lớn hơn chuyển dịch chiều trục. Vòng găng được đúc bằng gang hợp kim, ở đầu máy nén và đầu tuabin được lắp bởi hai vòng găng, chung một rãnh, miệng vòng găng đặt lệch nhau một góc 1800 để tạo cho vòng găng bao kín tốt hơn. Hệ thống bôi trơn và làm mát trong bộ tuabin: Hệ thống bôi trơn của bộ tuabin được tích hợp với hệ thống bôi trơn của động cơ chính để bôi trơn các ổ đỡ bên trong vỏ giữa. Dầu động cơ được cấp đến từ ống dầu vào và tuần hoàn giữa các ổ đỡ. Sau khi bôi trơn ổ đỡ, dầu chảy qua ống dầu ra và về cácte của động cơ. Hệ thống làm mát: Tương tự như hệ thống bôi trơn, hệ thống làm mát tuabin cũng nằm chung trong hệ thống làm mát động cơ chính, tuabin được làm mát bởi nước làm mát động cơ. Nước làm mát từ van hằng nhiệt vào khoang nước bên trong vỏ giữa qua ống nước vào. Sau khi tuần hoàn làm mát tuabin, nước qua ống nước ra và quay về bơm nước để tuần hoàn trong hệ thống làm mát động cơ. Hình 4-36 Hệ thống bôi trơn và làm mát tuabin 1-Vỏ MN; 2-Thân MN; 3-Vỏ TB; 4-BCT tuabin; 5-BCT máy nén; A-Cửa hút không khí vào MN; B-Cửa thoát khí xả ra khỏi TB; D-Cung cấp dầu bôi trơn; E-Đến cácte dầu. 4.7.Tính toán nhiệt của động cơ AMZ 236 khi lắp đặt bộ tăng áp GT3271 Bảng 4-1 Thông số chọn của động cơ Thông số chọn Thứ nguyên Giá trị p0 MN/m2 - T0 0K - Tk 0K 340 pk MN/m2 0,15 a - 1,74 xZ - 0,85 xb - 0,75 pr MN/m2 0,138 Tr 0K 900 m - 1,5 pa MN/m2 0,144 ∆T 0K 20 l - 1,7 l2 - 0,95 lt - 1,14 - 0,97 4.7.1.Kết quả tính toán Bảng 4-2 Kết quả tính toán Quá trình Thông số Thứ nguyên Giá trị Nạp Tk 0K 340 hv - 0,92 gr - 0,023 Ta 0K 374,7 pa MN/m2 0,144 Nén mCv kJ/kmol0K 20,430 - 20,8061 - 0,00533 - 19,823 - 0,00421 n1 - 1,368 pc MN/m2 6,67 Tc 0K 1051 Cháy M0 kmolkk/kgnl 0,4958 M1 kmolkk/kgnl 0,863 M2 kmolkk/kgnl 0,894 b0 - 1,037 b - 1,035 bz - 1,041 DQH kJ/kgnl 0 QH kJ/kgnl 42500 - 20,92 - 0,00547 pz MN/m2 11,33 Tz 0K 2158,83 Giãn nở - 1,26 - 13,13 Tb 0K 1467,23 pb MN/m2 0,59 n2 - 1,15 Tr 0K 900 Thông số chỉ thị p'i MN/m2 1,39 pi MN/m2 1,36 ηi - 0,56 gi g/kW.h 150,6 Thông số có ích pm MN/m2 0,1236 pe MN/m2 1,23 hm - 0,9 ge g/kW.h 165,7 he - 0,51 Ne kW 240,6 4.7.2.Xây dựng đồ thị công Lập bảng tính: Bảng 4-3 Các giá trị pnx,, pgnx Vx i Đường nén Đường giản nở in1 1/in1 pc/in1 in2 1/in2 pz*n2/in2 1Vc 1 1 1 6.67 1 1 11.3326 1,26VC 1.26 1.3718509 0.7289 4.8593 1.3044 0.7666 11.3019 2Vc 2 2.581125 0.3874 2.5827 2.2191 0.4506 6.64342 3Vc 3 4.4947121 0.2225 1.4831 3.5374 0.2827 4.16761 4Vc 4 6.6622062 0.1501 1.0006 4.9246 0.2031 2.99369 5Vc 5 9.0404691 0.1106 0.7374 6.3653 0.1571 2.31612 6Vc 6 11.601414 0.0862 0.5746 7.8501 0.1274 1.87803 7Vc 7 14.324983 0.0698 0.4654 9.3727 0.1067 1.57294 8Vc 8 17.195987 0.0582 0.3877 10.928 0.0915 1.34903 9Vc 9 20.202437 0.0495 0.33 12.514 0.0799 1.17814 10Vc 10 23.334581 0.0429 0.2857 14.125 0.0708 1.0437 11Vc 11 26.584298 0.0376 0.2508 15.762 0.0634 0.93535 12Vc 12 29.944698 0.0334 0.2226 17.42 0.0574 0.84629 13Vc 13 33.409848 0.0299 0.1995 19.1 0.0524 0.77187 14Vc 14 36.974572 0.027 0.1803 20.799 0.0481 0.70881 15Vc 15 40.634306 0.0246 0.1641 22.517 0.0444 0.65474 16Vc 16 44.384991 0.0225 0.1502 24.251 0.0412 0.60791 16,5Vc 16.5 46.293289 0.0216 0.144 25.125 0.0398 0.58677 Vẽ đồ thị công Các điểm đặc đặc biệt: Bảng 4-4 Giá trị các điểm đặc biệt Động cơ tăng áp r (Vc;Pr) (0.119887;0.105) a (Va;Pa) (1.978;0.144) b (Vb;Pb) (1.978139;0.59) c (Vc;Pc) (0.119887;6.7) y (Vc;Pz) (0.119887;11.33) z (Vz;Pz) (0.1602;11.33) Hình 4-37 Đồ thị công của động cơ AMZ 236 khi lắp đặt bộ tăng áp. 4.7.3.Xây dựng đặc tính ngoài của động cơ AMZ 236 khi lắp đặt bộ tăng áp Lập bảng tính: Bảng 4-5 Giá trị Ne, Me của động cơ khi lắp đặt n (V/p) Ne (kW) Me (N.m) 100 0.047619 7.611924 727.022 200 0.095238 16.59555 792.529 300 0.142857 26.79501 853.073 400 0.190476 38.05443 908.654 500 0.238095 50.21792 959.273 600 0.285714 63.12961 1004.93 700 0.333333 76.63363 1045.62 800 0.380952 90.5741 1081.35 900 0.428571 104.7952 1112.12 1000 0.47619 119.1409 1137.93 1100 0.52381 133.4555 1158.77 1200 0.571429 147.583 1174.65 1300 0.619048 161.3676 1185.57 1400 0.666667 174.6534 1191.52 1500 0.714286 187.2845 1192.52 1600 0.761905 199.1051 1188.55 1700 0.809524 209.9592 1179.61 1800 0.857143 219.691 1165.72 1900 0.904762 228.1447 1146.86 2000 0.952381 235.1643 1123.04 2100 1 240.594 1094.26 Vẽ đồ thị đặc tính ngoài Hình 4-3 Đặc tính ngoài của động cơ AMZ 236 khi lắp đặt bộ tăng áp 5.TÍNH TOÁN CÁC THÔNG SỐ LÀM VIỆC TRONG TB-MN Trong quá trình làm việc của động cơ diesel có tăng áp bằng tuabin khí xả khi động cơ làm việc ở chế độ định mức, TB.MN thường xuyên đảm bảo cân bằng giữa công suất do tuabin 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]: (5.1) Trong đó: ge- suất tiêu hao nhiên liệu có ích, ge = 0,20946 (kg/kWh) Ne- Công suất định mức của động cơ, Ne = 132 kW a- Hệ số dư lượng không khí, a = 1,74 jk- Hệ số quét khí, jk = 0,96 Mo- Lượng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu. Mo = 0,4958 (Kmolkk/kgnl) mb- Khối lượng 1 kmol không khí, mb = 28,95 kg Thay các giá trị vào (5.1), ta được: (kg/s). 2.Tỷ số tăng áp suất là tỷ số giữa áp suất không khí tại cửa ra với cửa vào của máy nén. Theo tài liệu [3] ta có: (5.2) Trong đó: Pk- Áp suất không khí tại cửa ra máy nén. Pk=0,17(MN/m2) P0’- Áp suất không khí tại cửa vào máy nén. P0’=0,1(MN/m2) 3.Hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén là tỷ số giữa công nén khí đoạn nhiệt với công kỹ thuật thực tế tác động lên dòng. Theo tài liệu [3], ta có: (5.3) Trong đó: ldk- Công nén đoạn nhiệt, kJ/kg lek- Công nén thực tế tác động lên dòng, kJ/kg Thông thường hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén được xác định theo kết quả thử nghiệm động cơ tăng áp tuabin khí thải và ở chế độ làm việc định mức của động cơ . Chọn 4.Lưu lượng khí qua tuabin (GT) hay suất tiêu hao khí xả qua tuabin: Suất tiêu hao khí xả qua tuabin lớn hơn suất tiêu hao không khí một lượng bằng suất tiêu hao nhiên liệu (kg/s). Theo tài liệu [3], ta có: GT =ges + (5.4) Trong đó: ges- Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giây, kg/s Thay các giá trị vào (5.2), ta được: (kg/s). 5.Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi chưa tính đến sự hoà lẫn của khí quét Theo tài liệu [3], Tp’ được xác định theo công thức: (5.5) Trong đó: m- Là chỉ số giãn nở đa biến trung bình của khí sót, m = 1,5; Tb, Pb- Nhiệt độ và áp suất cuối quá trình giãn nở; Tb = 1237,461 0K; Pb = 0,352 [MN/m2] Pp- Áp suất khí thải ra khỏi động cơ, Pp chọn theo Pk, Pk = (1,15 - 1,3) Pp, chọn Pp = Pk/1,15= 0,1/1,15 = 0,0869 MN/m2 Thay các giá trị vào (5-3), ta có: (0K) => (0K). 6. Nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ khi tính đến thành phần khí quét hoà lẫn trong khí xả: Tp Theo tài liệu [3], Tp được xác định như sau: (5.6) Trong đó : - Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết, = 1,037 t’p = 503,29 (0C) tk = Tk . 273 = 297 . 273 = 24 (0C) mcp, m’cp, m’’cp- Là tỷ nhiệt mol đẳng áp trung bình của không khí, của hỗn hợp khí quét và khí thải, của khí thải, được xác định theo các công thức sau [7]: mcp = mcv + 8,314 = 19,806 + . Tk + 8,314 = 19,806 +0,0028. 297 + 8,314 = 28,9516 (KJ/Kmol.0K) m’’cp = m’’cv + 8,314 = 20,8061 + 0,00533 . T’p + 8,314 = 20,8061+ 0,00533. 776,29 + 8,314 = 33,258 (KJ/Kmol.0K). Tỉ nhiệt mol đẳng áp trung bình của hỗn hợp khí xả trước tuabin, được tính theo phương trình tỉ nhiệt hỗn hợp lượng không khí quét dư và sản vật cháy. m’cp được xác định theo công thức sau [3]: Thay các giá trị tính được vào phương trình (5.4), ta có: 6.TÍNH TOÁN KIỂM NGHIỆM BỘ TĂNG ÁP TUABIN KHÍ LẮP TRÊN ĐỘNG CƠ AMZ 236 Việc tính toán tuabin tăng áp dựa trên tính chất đồng bộ của tuabin và máy nén. Đối với một chế độ ổn định thì sự làm việc ổn định của tuabin máy nén theo các điều kiện sau: - Cân bằng công suất: NK = NT Trong đó : NT, NK- Là công suất của tuabin và máy nén - Cân bằng số vòng quay: nK = nT - Cân bằng lưu lượng khí qua tuabin và máy nén: GT = GK + Gnl . Ghhụt Ghhụt- Là lưu lượng khí hao hụt trong xilanh động cơ. 6.1.Tính toán máy nén ly tâm Hình 6-1 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 miệng vào bánh công tác. + D1m- Đường kính trung bình của miệng vào bánh công tác. + D2- Đường kính ngoài của miệng ra bánh công tác. + D3- Đường kính trong vành tăng áp. + D4- Đường kính ngoài vành tăng áp. + B- Chiều dài của bánh công tác. + b2- Chiều rộng miệng ra của bánh công tác (chiều rộng phần cánh). + b3- Chiều rộng miệng vào của vành tăng áp. + b4- Chiều rộng miệng ra của vành tăng áp. + z- Số cánh của bánh công tác. Nhiệt độ của dòng hãm ở tiết diện a1a1 ở lối vào của bánh công tác, T*a1: T*a1= T0 = 297 0K 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 = 0,17[MN/m2] 9. Mức độ tăng áp suất trong máy nén : 10. Công nén đoạn nhiệt trong máy nén [kJ/kg] 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 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 =65,9[mm]=66[mm] 21. Đường kính ổ trục công tác: D0= 0,25.D1 = 0,25.65,9= 16,475 [mm]=16,5[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 = 0,0659/0,5 = 0,1318[m]=131,8[mm] 23. Số vòng quay của bánh công tác: (vòng/phút) 24. Đường kính trung bình ở lối vào của bánh công tác: [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 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 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: 32. Vận tốc vòng ở đường kính D1: u1 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: =85,32 35. Tổn thất xoáy và ma sát trong rãnh giữa 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=0,3.299=89,7 [m/s] Thay các giá trị vào ta có : =41,01 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 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 : 41. Khối lượng riêng của không khí sau bánh công tác : 42. Vận tốc vòng mà tạo thành vận tốc tuyệt đối C2 ở lối ra của bánh công tác: 43. Vận tốc tuyệt đối của không khí ở lối ra bánh công tác, C2: 44. Vận tốc vòng tạo thành vận tốc tương đối ở lối ra từ bánh công tác: W2u = u2 . C2u = 299. 254,449 = 44,551[m/s] 45. Vận tốc hướng tâm tạo thành vận tốc tương đối ở lối thoát ra từ bánh công tác : W2r = C2r = 89,7 [m/s] 46. Vận tốc tương đối ở lối ra của bánh công tác,W2: 47. Góc giữa vectơ vận tốc tuyệt đối ớ 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 =34,5[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 [mm] 52. Bề rộng phần không có cánh của ống khuếch tán ở lối ra: b’2 Xác định theo công thức sau [8]: b’2 = b2+(2 ¸5)mm Chọn b’2 = b2+2 = 3,37+2=5,37[mm] 53. Đường kính trong ống khuếch tán hở : D’2 Theo [8]: D’2= (1,08¸1,15) D2 Chọn D’2 = 1,12 . D2 = 1,08 . 0,1318= 0,142344 [m]=142,344[mm] 54. Vận tốc tuyệt đối ở lối ra của phần ống khuếch tán không có cánh trong lần tính gần đúng lần 1: 55. Nhiệt độ không khí ở lối ra của phần ống khuếch tán không có cánh trong lần tính gần đúng lần 1: T’2 56. Chỉ số nén đa biến ở lối ra của phần ống khếch 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 58. Khối lượng riêng của không khí ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh trong lần tính gần đúng lần 1: 59. Bởi vì vận tốc C’2 xác định ta không chú ý đến sự thay đổi khối lượng riêng không khí trong ống khếch tán nên ta phải tính gần đúng lần thứ 2: 60. Nhiệt độ không khí trong lần tính gần đúng lần thứ 2: 61. Chỉ số nén đa biến n’2 = 1,62 62. Áp suất trong lần tính gần đúng lần 2: 63. Khối lượng riêng của không khí trong lần tính gần đúng thứ 2 : 64. Vận tốc trong lần tính gần đúng thứ 3: 65. Nhiệt độ không khí trong lần tính gần đúng thứ ba: 66. Áp suất trong lần tính gần đúng thứ 3: 67. Khối lượng riêng của không khí trong lần tính gần đúng thứ 3 : 68. Vận tốc không khí ở lối ra của phần ống khuếch tán không cánh : 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 . 0,1318 = 0,17793 [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 . 0,00537 = 0,006713 [m] 71. Góc nghiêng đối với vectơ vận tốc tuyệt đối C3 ở lối ra của ống khếch tán có cánh [8]: a3 = a2 + (10¸18°) = 19°25’ + 10° = 29°25’ 72. Hệ số chắn ở lối vào của ống khếch tán có cánh : Trong đó: d’2- Là bề dày cánh của ống khếch tán ở lối vào t’2- Là bước cánh ở lối vào của ống khếch tán Theo [8]: . Chọn 73. Hệ số chắn ở lối ra của ống khếch tán có cánh : Trong đó : d3- Là chiều dày cánh ở lối ra của ống khếch tán t3- là bước cánh ở lối ra của ống khếch tán Theo [8]:. Chọn 74. Nhiệt độ không khí ở lối ra của ống khếch tán : T3 T3 = b . T’23 Chọn: b = 1,085 T3 = b . T’2 = 1,085 . 369,679 = 401,102 [oK] 75. Áp suất ở lối ra của ống khếch tán : [MN/m2] (Với n3 = 1,5÷1,8) 76. Khối lượng riêng của không khí ở lối ra của ống khếch tán có cánh : 77. Vận tốc không khí ở lối ra của phần ống khếch tán có cánh : 78. Vận tốc ở lối ra của buồng xoắn ốc: C4 Chọn C4 = C3=36,43[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 80. Nhiệt độ ở lối ra của buồng xoắn ốc: T4 T4 = T3 = 401,102 [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. Hiệu suất đoạn nhiệt cột áp : `Hagg 86. Công suất hao phí để dẫn động máy nén: NK 6.2.Tính toán tuabin hướng kính Hình 6-2 Sơ đồ tính toán tuabin 1.Theo tính toán ban đầu, nhiệt độ của khí thải ra khỏi động cơ là TT = Tp = 792,942 0K 2. Khối lượng phân tử của khí trước tuabin: rT Trong đó: jk- Là hệ số quét khí: jk = 0,96. Hệ số dư lượng không khí tổng cộng : ac = jk.aac = 0,96.1,7=1,632 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 kkhí/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 tuabin: R1 4. Lưu lượng khí qua tuabin : 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 tuabin : P*T P*T được xác định từ phương trình sau: Trong đó: PT0- Là áp suất của dòng khí ra tuabin, 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 tuabin. K1 = KT=1,34. Thay số vào ta có : 7. Công đoạn nhiệt định mức: LLag 8. Vận tốc khí giãn nở đoạn nhiệt định mức qua tuabin : 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 = 0,45 ¸0,55, chọn r = 0,50 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 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 . 469,55 = 253,56 [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= 0,2.D1m=0,2.0,1008=0,02016[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 . 0,02016 = 0,01613 [m] 18. Số max: M1 19. Bề rộng lưới ống nối ở phần hẹp nhất: a Theo tài liệu [2]: khi M1 < 1 thì a được xác định theo công thức: a = t1 . sina1 = 17,3 . sin 250 = 6,1998 [mm] 20. Vận tốc tương đối của khí thải ở lối vào bánh công tác: 21. Nhiệt độ dòng hãm ở lối vào của bánh công tác : T*W 22. Vận tốc quy đổi: lW1 23. Góc vào của dòng ở cánh của bánh công tác tuabin: b1 b1 = arcSin (C1. Sina1/W1) = arcSin (318,74 . Sin250/139,26)= 75018’ 24. Công giãn nở đoạn nhiệt của khí thải trong cánh của bánh công tác : LTag1 = r . LTagc = 0,5 .55119,6 = 27559,8 [J/Kg] 25. Vận tốc vòng ở đường kính D1: u1 u1 = c1 . C1 Theo tài liệu [2], c1 = 0,9÷0,95. Chọn c1 = 0,9 u1 = 0,9 . 318,74 = 286,87 [m/s] 26. Đường kính ngoài của bánh công tác ở lối vào : D1 [m]=114 [mm] 27. Đường kính ổ trục công tác: D0= 0,25.D1 = 0,25.114= 28,5 [mm] 28. Đường kính D2 bánh công tác: Được chọn theo số liệu thống kê: D2 = D1.0,75 = 0,75.114 = 85,5[mm] 29. Đường kính trung bình ở lối ra của bánh công tác: 30.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 = 0,8 ¸ 0,85 Chọn y = 0,85 [m/s] 31. Nhiệt độ của khí ở lối ra của bánh công tác: T2 32. Khối lượng riêng của khí ở lối ra của bánh công tác r2 33. Góc ra của dòng từ bánh công tác trong chuyển động tương đối: 34. Lưu lượng khí rò rĩ : Gym d2. Là khe hở rò rỉ khí, Theo tài liệu [2] chọn d2 = 1[mm] 35. Tính chính xác góc ra: b2 36. Vận tốc tuyệt đối của khí ở lối ra của bánh công tác: C2 Trong đó: u2 = U = 253,56[m/s] 37. Góc ra của khí từ bánh công tác: a2 38. Công của khí thải ở bánh công tác tuabin, tức là công quay bánh công tác: 39. Hiệu suất tuabin 40. 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 41. Tổn thất do rò rĩ : DLym 42. Tổn thất ở ống phun : DLc 43. Tổn thất ở các cánh của bánh công tác: 44. 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 45. Tổn thất do ma sát và thông hơi : 46. Hiệu suất đoạn nhiệt của tuabin : Theo tài liệu [1], thì hTag = 0,75 ¸ 0,9 47. Hiệu suất chỉ thị của tuabin : 48. Hiệu suất có ích của tuabin : 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 49. Công suất có ích của tuabin : So sánh với công suất của máy nén NK = 0,225 [kW] 7.MỘT SỐ HƯ HỎNG THƯỜNG GẶP VÀ BIỆN PHÁP KHẮC PHỤC Về phương diện kết cấu có thể nói rằng cụm TB-MN là rất đơn giản. Tuy vậy, điều kiện làm việc của nó tương đối khắc nghiệt, nhất là khi làm việc ở số vòng quay cao và rất cao. Lúc này, nhiệt độ của TB rất cao, điều kiện bôi trơn khó khăn nên ma sát rất lớn. Ngoài ra cụm TB-MN được lắp trong một liên hợp gồm MN-ĐCĐT-TB thành một thể thống nhất nên chúng có một mối liên hệ mật thiết với nhau. Mỗi một hiện tượng sai sót bất thường của cụm TB-MN sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến các cụm khác. Vì vậy, khi xem xét hư hỏng và khắc phục chúng, cần phải đặt trong một thể thống nhất. 7.1. Xác định các hư hỏng và biện pháp khắc phục Việc xác định các hư hỏng của hệ thống tăng áp là rất quan trọng, nó liên quan lớn tới nhiều chỉ tiêu của động cơ. Do đó người thợ sửa chữa phải tuân thủ rất nghiêm ngặt quy trình sửa chữa theo đúng tuần tự sau [1]: -Tìm hiểu các biểu hiện của động cơ. -Xác định hư hỏng. -Chỉ tác động vào cụm TB-MN khi đã xác định rõ ràng sự cố của động cơ là do cụm TB-MN gây ra. Chú ý tránh tháo cụm TB-MN khi chưa biết rõ nguyên nhân gây hư hỏng để tránh trường hợp tác động vào cụm TB-MN khi không cần thiết và như vậy có thể gây hại tức thời cho cụm thiết bị này. Hư hỏng hệ thống tăng áp chủ yếu là do các nguyên nhân sau [1]: -Thiếu dầu. -Dầu bẩn. -Vật lạ rơi vào hệ thống. Nếu xảy ra hư hỏng ở hệ thống tăng áp thì sẽ có các biểu hiện hư hỏng sau: -Công suất động cơ thấp. -Khó tăng tốc. -Tiêu hao dầu lớn. -Khói xanh hoặc khói đen. -Độ ồn động cơ tăng. Sau đây xin tạm lược trình bày một số hiện tượng hư hỏng hay gặp phải và biện pháp khắc phục chúng. 7.1.1.Động cơ khó tăng tốc, tụt công suất hoặc tiêu hao nhiên liệu lớn Nguyên nhân: -Áp suất tăng áp quá thấp. -Tắc hệ thống nạp khí. -Rò rỉ trong hệ thống nạp khí. -Tắc hệ thống thải. -Rò rỉ trong hệ thống thải. -Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN. Khắc phục: - Dùng đồng hồ đo áp suất khí tăng áp. Nếu áp suất tăng áp không đạt giá trị yêu cầu thì chuyển sang thực hiện các bước tiếp theo. Giá trị áp suất tăng áp tùy thuộc vào từng loại động cơ. - Kiểm tra hệ thống nạp khí: Kiểm tra lọc khí, hiện tượng lọt khí giữa các bích nối của đường nạp vào máy nén hoặc giữa MN với động cơ, sự đóng cặn trên đường nạp,... - Kiểm tra hệ thống thải: Sự lọt khí qua bích nối giữa động cơ và đường thải, giữa đường thải với TB hoặc với bình ổn áp (nếu có) kiểm tra hiện tượng tắc đường ống thải. - Kiểm tra sự quay của cánh MN: Nếu cánh MN không quay hoặc khó quay thì tháo cụm TB-MN và kiểm tra độ rơ dọc trục cũng như khe hở hướng kính của bánh cánh MN. Quá trình đo được tiến hành đúng chỉ dẫn của nhà chế tạo. Nếu giá trị đo được không đảm bảo chỉ định thì phải thay thế cụm TB-MN. 7.1.2.Có tiếng ồn bất thường Nguyên nhân: -Có hiện tượng của các chi tiết lắp ghép với cụm TB-MN hoặc với bản thân nó. -Ống xả bị rò hoặc rung động. -Sai lệch điều kiện vận hành của TB-MN Khắc phục: -Kiểm tra các bulông ghép của cụm TB-MN, nhất là các bulông. Xem chúng có bị lỏng, lắp đặt không đúng hay bị biến dạng không, từ đó có biện pháp sửa chữa hoặc thay thế nếu cần. Kiểm tra các bích nối của hệ thống nạp, thải với động cơ cũng như với cụm TB-MN. Siết chặt lại bulông hoặc thay thế tùy thuộc vào tình hình cụ thể. Kiểm tra sự biến dạng của ống xả. -Kiểm tra các khe hở dọc trục và hướng tâm của bánh cánh MN, kiểm tra trục TB-MN cũng như các ổ đỡ. -Kiểm tra có vật lạ rơi vào hệ thống không. 7.1.3.Tiêu hao dầu lớn và khói xanh Nguyên nhân: Do hư hỏng các đầu nối với cụm TB-MN hoặc do mòn bạc lắp trên trục cụm TB-MN. Khắc phục: Kiểm tra sự lọt dầu của hệ thống thải: Tháo ống nối đầu vào của TB xem có sự tích tụ của muội than trên cánh TB. Sự tích tụ muội than ở đây là do cháy dầu sinh ra. .Kiểm tra sự lọt dầu của hệ thống nạp: Kiểm tra các khe hở dọc trục và khe hở hướng kính của bánh cánh MN, kiểm tra sự có mặt của dầu bôi trơn trong ống hút của MN. 7.2.Phân tích các hư hỏng thường gặp 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 gẫy trục hoặc gây ra các sự cố lớn. Ở nhiệt độ bình thường, nhiệt độ của các ổ và trục là (60-90)0C nhưng khi thiếu dầu nó có thể lên tới 4000C. Điều này sẽ dẫn đến cháy dầu, biến dạng trục, tróc dính vật liệu ổ lên trục và có thể dẫn đến va đập cánh rôto lên vỏ. 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.Kiểm tra hệ thống tăng áp của động cơ 7.3.1. Kiểm tra hệ thống nạp khí Kiểm tra sự rò rỉ hay tắc kẹt của đường ống nối giữa lọc khí và đường nạp, đường nạp với cụm TB-MN cũng như giữa cụm TB-MN với đường ống nối với động cơ... các hư hỏng trong hệ thống này cần được khắc phục tương xứng như sau: -Tắc lọc khí: Làm sạch hoặc thay thế. -Vỏ bị hư hỏng hoặc biến dạng: Sửa chữa hoặc thay thế. -Rò rỉ tại các đầu nối: Kiểm tra các đầu nối và sửa chữa. -Nứt vỡ các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế. 7.3.2. Kiểm tra hệ thống thải Kiểm tra sự rò rỉ hay tắt kẹt của đường ống nối giữa động cơ với đầu vào cụm TB-MN và giữa đầu ra của cụm này với đường thải. -Biến dạng các phụ kiện: Sửa chữa và thay thế. -Vật lạ rơi vào các rãnh: Vệ sinh các rãnh. -Lọt dầu: Sửa chữa hoặc thay thế. -Nứt vỡ các phụ kiện: Thay thế. 7.4.Các chú ý khi sử dụng hệ thống tăng áp Không dừng động cơ ngay sau khi ôtô vận hành ở tốc độ cao, tải lớn hoặc leo dốc để tránh trường hợp bơm dầu của động cơ bị cắt dẫn tới thiếu cung cấp cho các bề mặt ma sát của hệ thống tăng áp vốn đang làm việc ở tốc độ rất cao. Hiện tượng này có thể gây ra cháy TB hoặc gây hư hỏng nặng cho cụm TB-MN. Do đó cần phải có thời gian chạy không tải động cơ khoảng (20÷120)s trước khi dừng động cơ. Thời gian chạy không tải dài hay ngắn tùy thuộc vào mức độ hoạt động của động cơ trước khi quyết định dừng. Tránh tăng tốc đột ngột ngay sau khi động cơ khởi động lạnh. Động cơ phải vận hành trong điều kiện có lọc khí, tránh trường hợp vật lạ rơi vào hệ thống. Nếu cụm TB-MN có sự cố và cần phải thay thế thì trước tiên cần phải kiểm tra các nguyên nhân gây hư hỏng theo các bước sau đây rồi tháo bỏ từng phần nếu cần: - Mức dầu và chất lượng dầu của động cơ. - Điều kiện vận hành trước đó của động cơ. - Đường dầu dẫn tới cụm TB.MN. Việc kiểm tra này là hết sức cần thiết để tránh các sự cố tiếp theo sau khi đã sửa chữa hoặc thay thế cụm TB-MN mới. Tuân thủ đầy đủ các chỉ dẫn khi tháo và lắp cụm TB.MN. Không đánh rơi, va đập các chi tiết sau khi tháo vào các vật cứng. Không di chuyển các chi tiết bằng cách cầm vào các bộ phận dễ bị biến dạng. Trước khi di chuyển TB-MN cần phải che kín đường nạp, đường thải cũng như phễu kiểm tra dầu để tránh sự xâm nhập của các bụi bẩn và vật lạ. Nếu thay thế TB-MN cần phải kiểm tra sự tích tụ của các cặn bẩn trong đường ống dẫn dầu. Nếu cần thiết, có thể thay thế các đường ống này. Khi tháo cụm TB-MN cần tháo toàn bộ các tấm đệm bị dính chặt vào bích ống dẫn dầu cũng như các bích nối khác của TB-MN. Nếu thay thế bulông hoặc đai ốc thì chỉ được thực hiện nếu có các bulông, đai ốc mới theo chỉ định để đảm bảo không bị đứt hoặc biến dạng. Nếu thay thế TB-MN, cầm đổ (20-25)cc dầu vào phễu đổ dầu của TB-MN và quay cánh nén bằng tay để đưa dầu tới các ổ trục. Nếu đại tu hoặc thay thế động cơ, sau khi lắp, cắt cung cấp nhiên liệu và quay tay động cơ trong vòng 30s để phân phối dầu đến khắp mọi nơi của động cơ, sau đó cho động cơ chạy không tải khoảng 60s. 7.5.Tháo và lắp cụm TB-MN Việc tháo và lắp cụm TB-MN phải tuân thủ theo đúng trình tự và chỉ dẫn của nhà thiết kế, tránh trường hợp tháo TB-MN khi chưa biết rõ nguyên nhân cũng như chưa xác định được mục đích rõ ràng. Quá trình lắp cụm TB-MN vào động cơ hết sức quan trọng, đòi hỏi sự tỉ mỉ và chính xác. Các bước lắp đặt cụm TB-MN được tiến hành theo trình tự ngược lại so với lúc tháo. Tuy nhiên, cần phải chú ý tới lực siết bulông, đai ốc phải đúng yêu cầu. Ngoài ra, sau khi lắp xong cần phải thực hiện đầy đủ các công việc sau: Tra dầu vào cụm TB-MN và quay tay để đưa dầu tới các ổ trục. Đổ đầy nước làm mát vào động cơ. Khởi động động cơ và kiểm tra xem có hiện tượng rò rỉ không. Kiểm tra mức dầu của động cơ. 8. KẾT LUẬN Sau 15 tuần miệt mài tìm hiểu, nghiên cứu các phương pháp tăng áp trong động cơ đốt trong nói chung cũng như việc tìm hiểu, nghiên cứu lý thuyết và tính toán kiểm nghiệm hệ thống tăng áp trên động cơ AMZ 236, 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 AMZ 236. 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 DUƠNG VIỆT DŨNG đã tận tình, chỉ bảo giúp đỡ và hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ án này. Tuy nhiên, do thời gian có hạn; kiến thức và tài liệu tham khảo còn nhiều hạn chế cũng như thiếu những kinh nghiệm thực tiễn cho nên đồ án không tránh khỏi sai sót rất mong các thầy cô quan tâm góp ý. Để bản thân ngày một hoàn thiện hơn. 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]. “Tuabin và Máy Nén Tăng sáp”. Ôtô TOYOTA Việt Nam, 1998. [5]. “Hướng dẫn làm đồ án môn học Tính Toán Thiết kế động cơ đốt trong”. [6]. 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. [7]. Tháng 3.2008. [8]. Nguyễn Văn May. “Bơm, Quạt, Máy Nén”. Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật, 1997.