thiết kế mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động hệ thống làm mát động cơ đốt trong trên máy tính

- 1 -




LỜI NÓI ĐẦU
Sự ra đời của động cơ đốt trong đã góp phần vào việc giải phóng sức lao
động cho con người, nâng cao năng suất lao động, thúc đẩy nhanh qúa trình phát
triển khoa học kỹ thuật. Ngày nay; với cuộc cách mạng khoa hoc kỹ thuật phát
triển nhanh chóng, mà đặc biệt là ở thế kỷ XXI, động cơ đốt trong có những
bước nhảy vọt về tính năng kỹ thuật khá hiện đại dựa trên sự bùng nổ của thời
đại công nghệ thông tin như hiện nay. Trên cơ sở đó càng góp phần vào sự phát
triển của xã hội; nâng cao đời sống vật chất và giá trò tinh thần cho con người
trong thời đại mới. Ở nước ta; qúa trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa ngày
càng được đẩy mạnh; chính vì vậy ngành cơ khí cũng là một trong những ngành
mũi nhọn để thực hiện hai qúa trình trên. Với tầm quan trọng đó và dựa trên sự
hiểu biết của bản thân, nên em đã chọn đồ án tốt nghiệp của mình là” Thiết kế
mô phỏng cấu tạo và nguyên lý hoạt động Hệ thống làm mát động cơ đốt trong
(ĐCĐT) trên máy tính”, dưới sự giúp đỡ và hướng dẫn của Th.S- Phùng Minh
Lộc. Trong qúa trình thực hiện đề tài tốt nghiệp mặc dù em đã cố gắng tham
khảo nhiều tài liệu, tham khảo những ý kiến giúp đỡ về chuyên môn của thầy
giáo hướng dẫn; tuy nhiên không sao tránh khỏi những sai sót do trình độ còn
hạn chế và thời gian thực hiện đồ án tốt nghiệp có hạn. Kính mong sự chỉ dạy
của thầy hướng dẫn và qúy thầy trong bộ môn để em thấy được những mặt còn
hạn chế của mình nhằm khắc phục và rút ra những kinh nghiệm cho bản thân vềø
sau. Chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn- Th.S-Phùng Minh Lộc và qúy
thầy trong bộ môn đã tận tình giúp đỡ và chỉ dạy để em có thể hoàn thành tốt đồ
án tốt nghiệp này.
Nha trang ngày 20 tháng 4 năm 2006.
Sinh viên thực hiện:
Trần Quang Bình

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 2 -




CHƯƠNG 1
KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT (MTLM)
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (ĐCĐT)
1.1. CHỨC NĂNG,NHIỆM VỤ,YÊU CẦU CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT
ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG (ĐCĐT)
1.1 .1. Chức năng
- Để tìm hiểu về hệ thống làm mát ta cần biết tại sao phải làm mát.Khi
động cơ làm việc, các chi tiết của động cơ nhất là các chi tiết trong buồng cháy
tiếp xúc với các khí cháy nên có nhiệt độ rất cao. Nhiệt độ đỉnh piston có thể đạt
đến 600
0
C còn nhiệt độ xupap thải có thể đến 900
0
C . Nhiệt độ các chi tiết cao
có thể dẫn đến các tác hại cho động cơ như sau:
+ Giảm sức bền, đôï cứng vững và tuổi thọ của các chi tiết.
+ Bó kẹt giữa các chi tiết chuyển động như piston-xylanh, trục khuỷu-bạc
lót…
+ Giảm hệ số nạp dẫn đến giảm công suất động cơ.
+ Kích nổ trong động cơ xăng.
- Hệ thống làm mát có chức năng tản nhiệt từ các chi tiết của động cơ như
piston, xilanh, nắp xilanh. xupap, v.v… để chúng không bò quá tải nhiệt. Ngoài
ra, làm mát động cơ còn có tác dụng duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong một
phạm vi nhất đònh để có thể bôi trơn tốt nhất.

- Chất có vai trò trung gian trong quá trình truyền nhiệt từ các chi tiết
nóng của động cơ ra ngoài được gọi là môi chất làm mát, đó có thể là nước,
không khí, dầu hoặc một số loại dung dòch đặc biệt.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 3 -




- Không khí được dùng làm môi chất làm mát chủ yếu cho động cơ có
công suất nhỏ, đại đa số động cơ đốt trong hiện nay (động cơ thuỷ) được làm
mát bằng nước vì có hiệu suất nhiệt làm mát cao khoảng 2,5 lần so với làm mát
bằng dầu.
1.1.2. Nhiệm vụ
Khi động cơ đốt trong làm việc, những bộ phận tiếp xúc với khí cháy sẽ nóng
lên. Nhiệt độ của chúng rất cao (400-500)
0
C như: nắp xylanh, đỉnh piston,
xupáp xả, đầu vòi phun… Để đảm bảo độ bền nhiệt của vật liệu chế tạo ra các
chi tiết máy đó, để đảm bảo độ nhớt của dầu bôi trơn ở giá trò có lợi nhất, để giữ
tốt nhiệt độ cháy của nhiên liệu trong động cơ mà không xảy ra sự ngưng đọng
của hơi nước trong xylanh… người ta phải làm mát cho động cơ, tức là lấy bớt
nhiệt của các bộ phận động cơ có nhiệt độ cao truyền ra bên ngoài.
1.1.3. Yêu cầu
* Đối với hệ thống làm mát:
- Nước làm mát phải sạch, không lẫn tạp chất và các chất ăn mòn kim loại.
- Nhiệt độ nước vào làm mát cho động cơ không nên quá thấp hoặc quá cao.
- Nhiệt độ nước vào phải nằm trong giới hạn cho phép:
+Đối với hệ thống làm mát trực tiếp dùng nước làm mát ngoài tàu làm
mát cho động cơ thì nhiệt độ nước làm mát cho động cơ thải ra không quá

55
0
C, vì nếu trên nhiệt độ này muối sẽ kết tủa và bám vào đường ống.
+ Đối với hệ thống làm mát gián tiếp, nước làm mát động cơ lưu thông
tuần hoàn trong động cơ, còn nước ngoài tàu làm mát nước tuần hoàn thì
nhiệt độ nước sau khi làm mát thải ra không quá 90
0
C .Vì nếu trên nhiệt
độ này nước sẽ bay hơi tạo thành bọt khí trong các hốc nước làm mát.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 4 -




- Sự chênh lệch về nhiệt độ giữa nước vào làm mát cho động cơ và nước
ra không được lớn lắm. Nếu sự chênh lệch này quá lớn sẽ gây ứng suất nhiệt
làm các chi tiết trong động cơ dễ bò nứt vỡ, tổn thất nhiệt lớn. Thông thường sự
chênh lệch này như sau:
+ Đối với động cơ cao tốc : T = T
ra
-T
vào
= ( 5-10)
0
C
+ Đối với động cơ thấp tốc : T = T
ra
-T
vào

= (10-30)
0
C
- Để đảm bảo yêu cầu này, nước đưa vào làm mát phải được đưa từ nơi có
nhiệt độ thấp đến nơi có nhiệt độ cao (làm mát theo phương pháp ngược dòng).
- Các thiết bò như đường ống, nhiệt kế v.v… phải hoạt động chính xác, an
toàn và tin cậy.
- Đường đi của nước làm mát phải lưu thông được dễ dàng, không bò tắc,
không có góc đọng.
- Bình chứa nước phải có lỗ thoát hơi hoặc khí. Ngoài ra nếu cường độ
làm mát quá lớn, nhiệt độ các chi tiết thấp dẫn đến hiện tượng hơi nhiên liệu
ngưng tụ đọng trên bề mặt các chi tiết, rữa trôi dầu bôi trơn nên các chi tiết bò
mài mòn nhanh chóng. Đồng thời độ nhớt của dầu bôi trơn thấp nên ma sát giữa
các chi tiết chuyển động tăng. Mặt khác công suất tiêu hao cho các bộ phận của
hệ thống làm mát sẽ tăng. Kết quả làm tăng tổn thất cơ giới động cơ.
- Sự làm mát của động cơ sẽ đơn giản hơn nếu động cơ tạo nhiệt độ ổn
đònh. Ở công suất cực đại, động cơ có nhiệt độ xung quanh cao hệ thống làm mát
buộc phải loại bỏ nhiệt với dung lượng tối đa để giảm nhiệt độ động cơ đến
khoảng cho phép. Khi tải và tốc độ động cơ thấp, hệ thống làm mát phải duy trì
nhiệt độ trong khoảng cho phép.


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 5 -




1.2 CÁC HÌNH THỨC LÀM MÁT CHO ĐỘNG CƠ
1.2.1 Hệ thống làm mát bằng gió tự nhiên (không khí)

H. 1-1. Hệ thống làm mát bằng gió
1- Quạt gió; 2- Cánh tản nhiệt; 3- Tấm hướng gió; 4- Vỏ bọc; 5-
Đường
thoát khí.
- Hệ thống làm mát bằng gió còn gọi là hệ thống làm mát bằng không
khí, có cấu tạo rất đơn giản. Quạt gió (1) được dẫn động từ trục khuỷu cung cấp
không khí với lưu lượng lớn làm mát động cơ. Để rút ngắn qúa độ từ trạng thái
nguội khi khởi động đến trạng thái ổn đònh nhiệt, quạt gió được trang bò ly hợp
điện từ hoặc thuỷ lực. Bản hướng gió(3) có tác dụng phân phối không khí sao
cho các xylanh và từng xylanh được làm mát đồng đều. Các chi tiết cần làm mát
như xylanh, nắp xupap v.v… phải có gân tản nhiệt để tăng diện tích làm mát.
- Nhờ có tấm hướng gió nên dòng không khí làm mát được phân chia đều
cho các xylanh, khiến cho nhiệt độ các xylanh tương đối đồng đều. Hơn nữa khi
có tấm hướng gió, dòng không khí đi sát mặt đỉnh của các phiến tản nhiệt vì vậy
có thể nâng cao hiệu suất truyền nhiệt . Ngoài ra nhờ có tấm hướng gió có thể
bố trí cho dòng không khí đến làm mát các vùng nóng nhất như xupap xả, buồng
cháy v.v…
* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát bằng không khí:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 6 -




- Hệ thống làm mát bằng không khí có cấu tạo đơn giản, không cần có
két nước hay bơm nước.
- Giảm thời gian hâm nóng động cơ, truyền nhiệt ổn đònh, độ tin cậy của
hệ thống cao do không có nước làm mát. Nhiệt từ thành và nắp xylanh được dẫn
trực tiếp theo không khí

- Xác suất quá lạnh nhỏ, lưu lượng không khí cung cấp nhiều để làm mát
động cơ. Sử dụng thuận lợi ở những vùng thiếu nước, ở các sa mạc hay rừng sâu.
* Nhược điểm:
- Tăng kích thước động cơ, động cơ làm việc ồn .Yêu cầu cao về dầu bôi
trơn và nhiên liệu.
- Chỉ sử dụng cho những động cơ có công suất nhỏ như xe máy và các
máy công cụ khác. Không thích hợp cho động cơ ô tô hay tàu thuỷ.
- Phải có gân tản nhiệt để tăng diện tích làm mát.
* Phạm vi ứng dụng:
Ở Mỹ, hệ thống này ít sử dụng để trang bò cho xe ô tô; chỉ có ở châu Âu
sử dụng cho động cơ 2 kỳ, 4 kỳ, xe gắn máy, xe 3 bánh nhỏ, máy bay, v.v…
1.2.2 Hệ thống làm mát bằng nước
1.2.2.1 Hệ thống kàm mát kiểu bốc hơi

H.1-2: Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 7 -




1- Thân máy; 2- Pittông; 3- Thanh truyền; 4- Hộp carte trục khuỷu; 5-
Thùng nhiên liệu; 6- Bình bốc hơi; 7- Nắp xylanh.
- Đây là kiểu làm mát rất đơn giản, bộ phận nước bao gồm các khoang
chứa nước làm mát của thân máy(1), nắp xylanh(7) và bình bốc hơi (6) lắp với
thân máy(1). Khi động cơ làm việc, tại những khoang nước bao bọc quanh buồng
chứa nước sẽ bốc hơi. Nước sôi nên tỷ trọng giảm sẽ nổi lên mặt thoáng của
bình(6) và bốc hơi mang theo nhiệt ra ngoài khí quyển. Nước sau khi mất nhiệt,
tỷ trọng tăng lên nên chìm xuống tạo thành lưu động đối lưu tự nhiên.
- Do làm mát bằng bốc hơi, nếu không có nguồn nước bổ sung, tốc độ tiêu

hao nước rất lớn. Vì vậy hệ thống này không thích hợp cho động cơ ô tô. Mặt
khác do tốc độ lưu động của nước khi đối lưu tự nhiên rất nhỏ nên làm mát
không đồng đều dẫn tới có hiện tượng chênh lệch rất lớn về nhiệt độ giữa các
thành phần được làm mát.
* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát kiểu bốc hơi.
+ Ưu điểm:
Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi có kết cấu đơn giản, ít thiết bò không cần
có bơm, quạt gió.
+ Nhược điểm:
Có nhược điểm lớn nhất là tiêu hao nước nhiều và hao mòn thành xylanh
không đều.
*Phạm vi ứng dụng:
Hệ thống này được sử dụng cho động cơ cỡ nhỏ đặt nằm ngang dùng trong
nông nghiệp.


PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 8 -




1.2.2.2 Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên

H. 1-3: Hệ thống làm mát đối lưu tự nhiên
1- Thân máy; 2- Xylanh; 3- Nắp xylanh; 4- Đường ra két nước; 5- Nắp đổ rót
nước; 6- Két nước; 7- Không khí làm mát; 8- Quạt gió; 9- Đường nước làm mát
động cơ.
- Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ
chênh lệch khối lượng riêng ở nhiệt độ khác nhau. Nước làm mát nhận nhiệt của

xylanh trong thân máy(1), khối lượng riêng giảm nên nước nổi lên theo đường
dẫn ra khoang phía trên của két làm mát(6). Quạt gió (8) được dẫn động bằng
puly từ trục khuỷu động cơ hút không khí qua két Do đó, nước trong két được
làm mát, khối lượng riêng tăng nên nước chìm xuống khoang dưới của két và từ
đây đi vào thân máy, thực hiện một vòng tuần hoàn.
* Phạm vi ứng dụng:
Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên không được sử dụng cho động cơ
vận tải như ô tô, máy kéo….mà chỉ dùng ở động cơ tónh tại.




PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 9 -




1.2.2.3.Hệ thống làm mát cưỡng bức
1.2.2.3.1.Hệ thống làm mát trực tiếp

H. 1-4: Hệ thống làm mát trực tiếp
1-Miệng hút; 2,4,11- Van; 3- Bầu lọc nước; 5,15- Bơm nước; 6,14,16- Van ba
ngã; 7- Bình làm mát; 8- Động cơ; 9- Nhiệt kế; 10- Bô xả; 13- Lưới lọc sàn; 17-
đường nước ra.
- Trước khi khởi động động cơ, ta mở các van (2), (4) và kiểm tra các van
(6), (14) và(16) đúng vò trí hay không. Sau đó mới tiến hành khởi động động cơ.
Khi động cơ hoạt động, bơm (5) hút nước từ ngoài mạn tàu qua lưới lọc (1) van
(2), bầu lọc (3), van (4), qua bơm đến van (6), qua bầu làm mát (7) vào làm mát
động cơ. Nước làm mát sẽ vào làm mát cho xylanh động cơ trước rồi sẽ vào làm

mát cho nắp xylanh sau đó theo đường ống ra làm mát cho bô xả (10) làm mát
dầu bôi trơn.
-Trường hợp lúc động cơ mới hoạt động, dầu bôi trơn còn nguội, ta xoay
van (6) để nước vào trực tiếp cho động cơ không qua bầu lọc (7). Khi nhiệt độ
dầu bôi trơn đã nóng đến mức quy đònh, ta xoay van (6) ngược lại đểû nước qua
bầu lọc làm mát (7) làm mát dầu bôi trơn.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 10 -




- Trường hợp nước có nhiệt độ quá thấp, nhất là những nơi xứ lạnh ta mở
van(11) để một phần nước nóng quay trở lại hoà trộn với nước ngoài tàu hút
vào, rồi mới đi làm mát cho động cơ.
- Bơm nước (15) dùng hút nước đáy tàu qua lưới lọc (13) thải qua mạn tàu
theo đường (17) . Đây là bơm dự phòng, khi bơm (5) bò hỏng, ta xoay van (14),
(16) bơm (15) sẽ hút nước từ miệng hút (1), qua van (2) bầu lọc (3) đến van (14)
tới bơm sau đó nước được đẩy sang van làm mát đến bầu làm mát (7) đi làm mát
động cơ.
- Nhiệt kế (9), (9’) dùng để xác đònh nhiệt độ nước vào và nước ra qua đó
có biện pháp điều chỉnh nhiệt độ cho thích hợp.
* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát gián tiếp:
- Ưu điểm:
+ Hệ thống này rất đơn giản , ít thiết bò nên dễ bảo quản, sử dụng
và sữa chữa. Không phải mang nước ngọt theo tàu nhiều.
+ Giá thành hệ thống thấp.
- Nhược điểm :
Không khống chế được nhiệt độ nước làm mát và khi tàu chạy vào vùng
nước bẩn, nhiều tạp chất, rác v.v… thì sẽ hút nước bẩn vào làm mát động cơ dễ

gây tắc , ăn mòn động cơ.
* Phạm vi ứng dụng:
Hệ thống làm mát trực tiếp được sử dụng cho các động cơ thuỷ cỡ nhỏ.
1.2.2.3.2 Hệ thống làm mát gián tiếp
Hệ thống làm mát này gồm hai phần riêng biệt là hệ thống tuần hoàn
nước ngọt và hệ thống nước ngoài tàu.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 11 -






H. 1-5: Hệ thống làm mát gián tiếp
1- Lưới lọc; 2,8- Van; 3- Bầu lọc; 4- Bơm nước; 5- Bình làm mát nước; 6- Bình
làm mát dầu; 7- Két nước ngọt (bình giãn nở); 9- Bơm tuần hoàn; 10- p kế; 11-
Nhiệt kế; 12- Đường nước ra.
a. Hệ thống tuần hoàn nước ngọt
- Trước khi khởi động cơ phải kiểm tra lại két nước ngọt (7) . Nếu thiếu
nước, cần kiểm tra lại xem hệ thống có bò rò rỉ hay không. Sau khi kiểm tra chắc
chắn mới bổ sung nước ngọt cho két (7), sau đó tiến hành mở van (8) và khởi
động động cơ. Động cơ hoạt động sẽ lai bơm (9) hoạt động. Bơm (9) đưa nước
vào làm mát xylanh, sau đó dâng lên làm mát cho nắp xylanh rồi theo đường
ống ra làm mát cho ống xả(13) . Nước sau khi làm mát ống xả sẽ qua van tự
động điều tiết nhiệt độ (15). Khi nhiệt độ nước còn thấp, van tự mở cho nước
qua thẳng bơm (9) và tiếp tục vào làm mát cho động cơ mà không đi qua bình
làm mát (5) để trao đổi nhiệt với nước ngoài tàu.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 12 -

- Đường đi của nước ngọt là một đường kín tuần hoàn vì vậy còn gọi là hệ
thống làm mát kiểu kín hay kiểu tuần hoàn.
- Sau khi làm mát cho động cơ, một phần nước nóng bốc hơi theo đường
ống (19) trở về két để bốc hơi và giãn nở. Vì vậy, trong qúa trình động cơ làm
việc, luôn luôn có một thùng nước được bổ sung từ két (7) theo đường ống đến
bình làm mát; nên két (7) gọi là két bổ sung (két giãn nở hay két bốc hơi).
b. Hệ thống nước ngoài tàu
- Trước khi khởi động động cơ, ta mở van (2). Khi động cơ làm việc bơm
(4) sẽ hút nước ngoài tàu qua bầu lọc (3) tới bình làm mát nước (5) để làm mát
cho nước ngọt, sau đó tới bình làm mát dầu (6) để làm mát cho dầu bôi trơn rồi
đổ ra mạn tàu theo đường ống (22) .
- Bơm (21) dùng để hút nước lườn tàu và cũng là bơm dự phòng khi bơm
(4) hỏng. Nhiệt kế (11) và (14) dùng để đo nhiệt đọ nước trước và sau khi làm
mát động cơ. Nhiệt kế nước vào được gắn ở vò trí trước khi nước vào làm mát
xylanh và nhiệt kế nước ra được gắn ở nắp xylanh. Áp kế (10) dùng để đo áp lực
nước trên đường ống chính.
- Van (2) được mở khi tàu chở nhiều hàng hoặc khi gặp vùng nước cạn,
nước dơ bẩn và lẫn nhiều rác. Van (2’) được mở khi tàu không chở hàng hoặc ở
luồng nước sâu.
* Ưu nhược điểm của hệ thống làm mát gián tiếp:
- Ưu điểm :
+ Có thể khống chế được chất lượng nước làm mát nên chất lượng
nước vào làm mát đảm bảo sạch, khả năng tải nhiệt tốt, các chi tiết hạn
chế được sự ăn mòn .
+Hệ thống này ít xảy ra sự cố
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com

- 13 -




+ Nhờ khống chế được nhiệt độ nước vào và nước ra nên tránh
được hiện tượng ứng suất nhiệt, giảm tổn thất nhiệt cho nước làm mát.
Thời gian sử dụng nước lâu.
- Nhược điểm:
Do sử dụng nước ngọt nên phải có két dự trữ. Sử dụng nhiều bơm
nhiều đường ống nên hệ thống cồng kềnh, phức tạp; giá thành đắt, động cơ tổn
hao công suất vì phải lai hai bơm.
* Phạm vi ứng dụng:
Hệ thống làm mát trực tiếp được dùng cho các động cơ thuỷ có công suất
vừa và lớn.
1.2.2.4 Hệ thống làm mát dùng cho ô tô- máy kéo

H. 1-6: Hệ thống làm mát dùng cho ô tô- máy kéo
1- Bình dãn nỡ; 2- Bộ điều tiết nhiệt; 3- Nhiệt kế; 4- Đường nước đi làm mát; 5-
Bơm đẩy.
- Trên hình 1-6 trình bày sơ đồ hệ thống làm mát dùng cho ô tô, máy kéo;
sử dụng nước mềm để làm mát cho động cơ.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 14 -




- Sau khi làm mát cho động cơ, nước nóng qua bộ điều tiết nhiệt(2) tới
bình giãn nở (1) đến các ống tản nhiệt. Khi nước qua các ống tản nhiệt này,

nước nhường nhiệt cho không khí do quạt hút qua, trở thành nước làm mát và
được bơm (5) đẩy đi làm mát cho động cơ .
- Khi trời lạnh, lúc mới khởi động động cơ còn nguội, bộ điều tiết nhiệt
không cho nước đi tới bình giãn nở (1) đi làm mát mà mở cho nước theo đường
(6) trở về bơm.
- Nhiệt độ nước ra được đo bởi nhiệt kế (3). Nhiệt đôï nước vào ở hệ thống
kín vào khoảng từ ( 60-70)
0
C, nhiệt độ nước ra khoảng ( 85-95)
0
C . Khoảng
nhiệt độï này có lợi cho sự cháy và không xảy ra ngưng tụ nước trong xylanh.
Trong hệ thống cũng có rất ít cấn cặn nước vì khối lượng nước trong hệ thống
không thay đổi.
* Phạm vi ứng dụng:
Hệ thống này được sử dụng thích hợp cho động cơ ô tô và máy kéo trên
bộ.Tóm lại, động cơ thủy thường dùng các hệ thống làm mát bằng nước. Hai
hình thức thông dụng là HTLM kiểu trực tiếp và HTLM kiểu gián tiếp.
1.3.CÁC BỘ PHẬN CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT
1.3.1. Bơm nước
1.3.1.1. Nhiệm vụ, phân loại
- Nhiệm vụ:
Bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu
lượng và áp suất nhất đònh. Lưu lượng của bơm nước làm mát tuần hoàn cần cho
các loại động cơ thay đổi trong phạm vi: 68 – 245 lít/KWh (50 – 180 lít/ml.h) và
tần số tuần hoàn từ 7 – 12 lần/ph.
- Phân loại:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 15 -

Để làm mát cho động cơ diezen tàu thuỷ, người ta dùng các loại bơm sau đây:
+ Bơm kiểu thể tích: bơm piston; bơm bánh răng; bơm cánh quay.
+ Bơm ly tâm.
+ Bơm nước vào: bơm rự hút; bơm xoáy.
1.3.1.2. Bơm pittông
* Sơ đồ cấu tạo: H. 1-7
* Thuyết minh cấu tạo:
- Đây là cấu tạo của bơm pittông có năng suất 22m
3
/h, tốc độ quay 300
vòng/ phút, năng suất riêng 30 l/ ml.h ( N
e
= 750 ml ). Do cấu tạo của bơm, có
thể sử dụng nó làm bơm nước làm mát hay bơm nước hầm tàu. Vỏ bơm làm
bằng gang. Pittông 2 và bạc dẫn hướng 3 làm bằng hợp kim đồng – phốt pho.
Bơm được bôi trơn bằng mỡ đặc qua lỗ 5 bằng bơm mỡ staufe. Đệm căng của
cụm nắp bít được điều chỉnh bằng bạc dẫn hướng 4. Nóa của chốt thanh truyền 7
được vặn vào pittông bằng vít 6. Dưới pittông có bố trí một tấm kẽm bảo vệ 1.
Có thể dùng van xả để giảm áp suất trong hốc bơm. Mỗi một hành trình hút,
cùng với nước, còn có thêm một lượng không khí được hút vào bơm qua cửa
thông gió 11 ( để bơm làm việc “ mềm” ). Các van hút 8 và van nén 9 được
ghép trên trục bằng đồng thanh rèn. Đóa van được rèn bằng hợp kim đồng thanh
–phốt pho. Lò xo được chế tạo bằng thép mạ đồng. Nắp không khí có van an
toàn 10.
- Bơm thường được truyền từ vòng lệch tâm ở đầu trục khuỷu của động
cơ. Áp suất nén của bơm với tốc độ quay đònh mức thường vào khoảng (1¸1,5)
{at} dư. Tốc độ nước trong ống hút vào khoảng 1-2 {m/s} và trong ống nén

khoảng 3-5 m/s.
Năng suất của bơm pittông của một xylanh:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 16 -




V = 60.П.d
2
/4.s.n.η
v
, (m
3
/h). Trong đó:
+D,s : đường kính và hành trình của pittông bơm,m.
+N : Tốc độ quay của trục bơm, vòng/ph.
+η
v
= 0,85-0,95: hiệu suất thể tích của bơm.
Tốc độ trung bình của bơm pittông vào khoảng (0,2¸1) {m/s}.
- Bơm pittông có khả năng tự hút, áp suất đẩy khá lớn, năng xuất cao.
Song loại bơm tác dụng đơn cung cấp nước không đều. Vì vậy phải làm thêm
bình giảm chấn hoặc phải tạo bơm tác dụng kép, phức tạp về cấu tạo. Các van
hút, xả là loại van một chiều có cấu tạo phức tạp, dễ bò han rỉ trong nước (nhất
là bơm nước biển).Vật liệu làm pittông, thanh truyền , các van đều bằng đồng
nên giá thành của bơm rất đắt. Vì vậy ở các máy có tốc độ cao người ta thường
dùng bơm ly tâm.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 17 -

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 18 -




1.3.1.3. Bơm bánh răng
* Sơ đồ cấu tạo:H. 1-8
* Thuyết minh cấu tạo:
- Bơm bánh răng của hệ thống làm mát có kết cấu đơn giản, trọng lượng
nhỏ, kích thước gọn và có khả năng tự hút. Tuy nhiên, khi dùng để bơm nước
nhất là nước bẩn ngoài tàu, các bánh răng bò mòn rất nhanh và phải được thay
thế ngay. Do vậy để tăng tính tin cậy của bơm bánh răng khi dùng cho hệ thống
làm mát người ta không cho chúng ăn khớp tiếp xúc trực tiếp với nhau ( như bơm
dầu nhờn ) mà trang bò thêm một cặp bánh răng phụ ( bố trí ngoài khoang bơm ),
có nhiệm vụ đồng bộ hoá chuyển động quay của các trục chủ động và bò động.
nhiều bơm, bánh răng bơm được chế tạo bằng cao su lưu hoá. Trục bánh răng
phía ngoài lắp trên ổ bi cầu và phía trong – trên ổ trượt bằng đồng thanh.
- Trên hình trình bày cấu tạo của bơm nước kiểu bánh răng dùng cho động
cơ diezen tàu thuỷ kiểu Ч13/18. Bơm được truyền động từ trục khuỷu nhờ bánh
răng 8 bố trí trong khoang cacte. Bơm nằm ngoài khoang cacte để nước không
rơi vào dầu bôi trơn. Bánh răng 11 được chế tạo bằng tectolit để giảm hao mòn.
Các bạc lót ổ trượt đồng thanh 3,1 và trục bơm 2 được bôi trơn và làm mát bằng

nước. Bơm được làm kín bằng đệm tectolit 4 và đệm cao su 5 để ngăn dầu từ ổ 9
chảy ra ngoài, người ta bố trí cái chắn dầu 7 và một vành bít khuất khúc giữa
bạc 6 và vòng 10. Việc sử dụng bánh răng bàng tectolit vào việc bôi trơn các ổ
bằng nước làm đơn giản bớt kết cấu cuả truyền động bơm.
- Năng suất sơ bộ của bơm bánh răng có thể tính theo công thức:
V = 60 . 2 D
bd.
m.n
v
. 10
– 6
, [ l/h]. Trong đó:
+ D
bd
- đường kính vòng tròn ban đầu của bánh răng bơm, {mm}
+ m – môđun của răng bơm, [mm]
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 19 -




+ b – chiều rộng bánh răng bơm, [mm]
+ n – tốc độ quay của bánh răng, [vòng/ phút].
+ η
v
= 0.6 ÷ 0.7 – hệ số cung cấp của bơm.

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 20 -

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 21 -




1.3.1.4. Bơm ly tâm
*Sơ đồ cấu tạo: H. 1-9
* Thuyết minh cấu tạo:
- Bơm ly tâm có cấu tạo đơn giản và nhỏ gọn, hiệu suất cao, tuổi bền cao,
và có thể bố trí để có khả năng hút chân không.
- Nhờ việc loại bỏ được cơ cấu khuỷu trục – thanh truyền nên bơm ly tâm
có thể làm việc với tốc độ quay cao mà không gây chấn động.
- Ở các động cơ diezen có công suất và tốc độ quay trung bình, bơm
thường được truyền động từ trục khuỷu qua một hệ thống truyền động bánh xe
răng tăng tốc. Các động cơ diezen tàu thuỷ cỡ lớn, tốc độ quay chậm, thường

dùng bơm truyền động điện độc lập, có trục bơm thẳng đứng hoặc nằm ngang.
Để cho bơm có thể làm việc theo cả hai chiều quay, cánh và bánh bơm được làm
theo phương hướng tâm. Dùng bơm ly tâm cho hệ thống làm mát kín tuần hoàn
( nước ngọt ) là hợp lý hơn cả, vì trong trường hợp này không yêu cầu tự hút.
- Trên hình trình bày cấu tạo của bơm nước ly tâm của động cơ diezen tàu
thuỷ 6ПЧ25/34, công suất 300 ml, tốc độ quay 500 vòng/ phút. Bơm gồm có vỏ
bơm 1, trục 5, bánh công tác 3 có mười cánh. Bánh công tác được gắn trên trục
nhờ đai ốc 2 và được quay cùng với trục 5 ( qua bánh răng truyền động 6 ). Để
làm kín khoang bơm, người ta dùng đệm cao su 8, cụm làm kín kiểu khuất khúc
4, vòng chắn 7 và van 9 dùng để tháo nước. Ở đầu trước của động cơ có lắp hai
bơm như vậy, năng suất mỗi bơm là 24m
3
/h.
- Khi thiết kế bơm ly tâm cho động cơ diezen người ta thường dựa vào các
đường đặc tính thực tế của các bơm mẫu và dựa vào lý thuyết tương tự hình học
của bơm.
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 22 -




- Nếu các kích thước dài của bơm thiết kế l
2
và bơm mẫu l
1
tỷ lệ với nhau
theo biểu thức:
λ = l
2

/l
1

thì tốc độ của các dòng nước trong bơm, ứng với tốc độ quay n
1
và n
2
sẽ được
xác đònh bằng quan hệ:
c
2
/c
1
= λn
2
/n
1;
và năng suất:
G
2
/G
1
= λ
3
n
2/
n
1
η
v2 /

η
v1
p suất cột nước:
H
2
/H
1
= λ
2
( n
2
/ n
1
)
2
η
t2
/ η
t1

Trong đó:
+ η
v2
và η
v1
- hiệu suất thể tích của bơm thiết kế và bơm mẫu.
+ η
t2
và η
t1

- hiệu suất thuỷ lực của bơm thiết kế và bơm mẫu.
- Những kích thước kết cấu chủ yếu của bánh xe bơm:
D
2
/ D
0
= 1,4 + 2,2

b
2
/ D
2
= 0,065 + 0,25
- Chiều cao cột nước hút bò giới hạn bởi hiện tượng sinh bọt nước xảy ra
khi áp suất trong phần hút của bánh làm việc giảm xuống dưới áp suất hơi bão
hoà ứng với nhiệt độ đã cho. Người ta thường dùng cho hệ thống làm mát độc
lập vì khả năng tự hút cao.
- Vỏ bơm có hình dạng vỏ ốc làm cho nước có tốc độ chậm dần nhưng
ngược lại áp suất sẽ tăng dần cuối cùng thoát ra ngoài. Lưu lượng nước thoát ra
đều và liên tục.
* Ưu nhược điểm của bơm ly tâm:
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 23 -




-Ưu điểm:
+ Lưu lượng nước đều và liên tục.
+ Bơm có khả năng hút được nước bẩn.

+ Bơm có kết cấu đơn giản, độ rung động nhỏ, làm việc êm.
+ Bơm ly tâm quay với tốc độ cao nên sự nối trực tiếp với động cơ
không phải qua hộp số làm giảm tổn thất cơ giới.
+ Bơm ly tâm ít bò tắc, ít xảy ra sự cố đột xuất . Khi hư hỏng dễ sữa
chữa .
- Nhược diểm:
+ Khả năng tự hút kém nên trước khi sử dụng phải mồi nước.
+ Nếu có lẫn không khí trên đường ống hút thì bơm không hút
được, phải tiến hành xả gió.
+ Áp suất thoát của bơm không cao.
Từ những ưu nhước điểm trên nên bơm ly tâm chỉ thích hợp cho nơi nào
cần lưu lượng và áp suất thấp.








PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 24 -

PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com
- 25 -




1.3.1.5. Bơm vòng nước
Để tạo độ chân không ở khoang hút, bơm vòng nước phải thật kín. Khi độ
kín kém, cần mồi nước đầy bơm khi khởi động. Lúc này van một chiều ở miệng
hút phải đóng kín. Lúc đã làm việc bình thường van này làm tăng sức cản hút.
Người ta sử dụng bơm vòng nước trong các hệ thống làm mát của máy có công
suất nhỏ là để khắc phục nhược điểm này, vì chúng có khả năng tự hút khá hơn

(tự kích). Bơm vòng nước có hai loại : bơm tự hút và bơm xoáy.
1.3.1.5.1. Bơm tự hút
* Sơ đồ cấu tạo:H. 1-10
* Thuyết minh cấu tạo:
- Trên hình trình bày kết cấu và sơ đồ hoạt động của bơm tự kích có năng
suất 8 {m
3
/ h} dùng làm bơm nước biển trong hệ thống làm mát máy tàu 6ĐC
150. Ở vỏ và nắp bơm có các rãnh xoắn a, b có chiều sâu thay đổi. Đầu tiên,
chiều sâu của rãnh tăng, ở giữa không đổi, đoạn cuối có chiều sâu giảm dần đến
không. Lỗ c trong vỏ thông với ống hút. Lỗ d ở nắp thông ống đẩy.
- Khi cánh quay, nước được nén vào các rãnh a, b. Do đoạn đầu chiều sâu
rãnh tăng, thể tích tăng, tạo áp suất thấp, hút nước từ ống vào. Đến đoạn cuối do
độ sâu của rãnh giảm, áp suất nước tăng, đẩy nước qua lỗ d và sang ống đẩy. Chiều
cao hút của bơm này không cao; khoảng 1.5 m.
- Guồng bơm có 6 cánh được chế tạo bằng thép không rỉ ; trục bơm bằng
thép hợp kim. Trước khi khởi động cần đổ nước đầy bơm ( sau một thời gian
ngừng hoạt động không lâu, có thể không cần đổ nước ). Loại bơm này cũng có
thể dùng cho hệ thống nước hầm tàu
PDF created with pdfFactory Pro trial version www.pdffactory.com