thiết kế động cơ diezen công suất 5000 cv theo động cơ mẫu 8k42ef(i=8) nhật bản

Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
Đề Bài
Thiết kế động cơ Diezen công suất 5000 Cv theo động cơ
mẫu 8K42EF(i=8)
Nhật bảN
Số liệu ban đầu:
1. Mác động cơ: 8K42EF
2. Nớc sản xuất : Nhật Bản
3. Động cơ 2 kì ,tăng áp bằng tuabin quét thẳng qua xupáp
4. Công suất :N
e
= 5000[cv] =3676[Kw]
5. Vòng quay : n = 227 [ v/p ]
6. Đờng kính xilanh : D = 420 [mm]
7. Hành trình pistôn : S =900[mm]
M u
1 . Tớnh thi s ca ti .
S phỏt trin ca ngnh giao thụng vn ti ỏnh giỏ tc tng trng v
phỏt trin nn kinh t quc gia. Vỡ vy , giao thụng vn ti gi mt vai trũ quan
trng . Trong bi cnh t nc ta hin nay , giao thụng vn ti cng khng
nh vai trũ ca nú v ang phỏt trin khụng ngng,ho chung vi s phỏt trin
ú ngnh vn ti thu cng ó v ang khng nh mỡnh bng nhng i tu
ln v hin i. Trờn a s cỏc con tu vt i dng cng nh cỏc tuyn
trong nc, ng c DIESEL vn ang c s dng lm ng c chớnh v
vic khai thỏc h thng ng lc tu thu ó c ỏp dng nhiu thnh tu
Vũ VĂN NINH 1
Lớp : Mtt47đh1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy
khoa học kĩ thuật.Ngày nay công nghiệp đóng tàu phát triển một cách nhảy

vọt.Tuy nhiên phần lớn các động cơ DIESEL đều nhập từ nước ngoài , để đặt
nền móng cho nền công nghiệp chế tạo động cơ Diesel thì việc thiết kế một
động cơ để đạt được các chỉ tiêu về kinh tế ,kĩ thuật là vô cùng quan trọng .
Trường Đại Học Hàng Hải Việt Nam là một trường chuyên nghiệp đào
tạo một bộ phận kĩ sư đóng tàu và có nhiệm vụ trang trí ,sửa chữa hệ thống
động lực tàu thuỷ.sau mỗi khoá học ,mỗi sinh viên được nhận một đề tài tốt
nghiệp nhằm nghiên cứu tổng hợp lại những kiến thức đã được học ở trường
,làm nâng cao chất lượng đội ngũ cán bộ kĩ thuật phục vụ tốt cho ngành.
2. Mục đích của đề tài .
Thiết kế động cơ Diesel,công suất 5000 CV/3676 kW
3 . Phương pháp nghiên cứu của đề tài.
- Về lý thuyết sử dụng các tài liệu liên quan đến thiết kế động cơ Diesel của
thầy Lê Viết Lượng
- Ứng dụng phần mềm máy tính :
Chu trình công tác của động cơ Diesel
Giáo viên hướng dẫn : Th.S Đặng Khánh Ngọc
Sinh viên thực hiện : Đỗ Hùng Cường
Để tính toán các thông số kỹ thuật của động cơ, động học và động lực học
của các hệ thống nhằm phục vụ cho việc tính toán thiết kế độnh cơ Diesel.
4 . Phạm vi nghiên cứu của đề tài .
Đề tài chỉ giới hạn trong việc thiết kế động cơ Diesel nhằm đáp ứng
được công suất 3676 kW để thoả mãn nhu cầu thiết kế .
5 . Ý nghĩa khoa học và thực tiễn.
Đề tài có ý nghĩa khoa học và thực tiễn,nghiên cứu và làm rõ được
phương pháp thiết kế động cơ Diesel nói chung và động cơ Diesel tàu thuỷ
nói riêng đáp ứng được công suất thiết kế và điều kiện làm việc của động
cơ.Từ đó có thể áp dụng vào sản xuất và cải tiến nâng cao được chi tiêu
kinh tế ,kỹ thuật cho động cơ và làm giảm thiểu hư hỏng các chi tiết . Đề tài
có thể làm tài liệu tham khảo cho các sinh viên ngành cơ khí đóng tàu và
các ngành cơ khí khác

Phần I - Tính Thông Số Ban Đầu Cho Động Cơ
DIESEL
00
1.1 Cơ sở lí thuyết mô phỏng chu trình công tác của động cơDiesel theo
phương pháp cân bằng năng lượng .
Chu trình công tác của động cơ Diesel hoàn thành sau hai vòng quay của trục
khuỷu đối với động cơ 4 kỳ và một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ
2 kỳ Tuy nhiên trong một chu trình công tác của cả hai loại động cơ đều phải
thực hiện các quá trình là nạp ,nén , nổ, xả. Để chọn phương án thiết kế , để
Vò V¡N NINH 2
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy
khi chế tạo ,cũng như trong quá trình khai thác đều phải tính chu trình công tác
của nó. Để xác định mối quan hệ giữa các thông số của chu trình công tác của
động cơ thì phải tính chu trình công tác .Việc tính chu trình công tác có thể
tính theo phương pháp cổ điển hoặc phương pháp mới. Để lựa chọn phương
pháp tính cần phải đánh giá các phương pháp đó.
1.2 Đánh giá phương pháp cổ điển tính chu trình công tác của động cơ
Diesel
Để tính chu trình công tác của động cơ cần nghiên cứu ,tính toán các quá
trình công tác :nạp,nén,cháy,giãn nở trên cơ sở nhiệm vụ thư thiết kế và động
cơ mẫu lựa chọn .Sau khi tính các quá trình sẽ xác định được thông số của môi
chất tại các điểm đặc trưng .Trong quá trình tình chu trình sẽ lựa chọn được
các hệ số ,các chỉ số đặc trưng cho chu trình phụ thuộc vào loại động cơ thiết
kế.Dựa vào kết quả tính toán xây dựng đồ thị công chỉ thị , đây là công đoạn
chủ yếu để xác định các thông số chỉ thị và có ích của động cơ .
Theo phương pháp cổ điển , đê tính chu trình công tác của động cơ cần phải
giả thiết quá trình nén và giãn nở đa biến với chỉ số đa biến trong quá trình nén
và giãn nở n

1
,n
2
; quá trình cấp nhiệt đẳng tích và đẳng áp thay cho quá trình
cháy nhiên liệu được đặc trưng bởi tỷ số tăng áp trong quá trình cháy λ ,chỉ số
giãn nở sớm ρ.Ngoài ra để tính các thông số khác của chu trình còn phải chọn
nhiều hệ số khác như :hệ số lợi dụng nhiệt ,hệ số biến đổi phân tử vv…
Như vậy để xây dựng đồ thị công trên hệ tọa độ P_V và P_α phải xác định
được các thông số môi chất tại các điểm đặc trưng ,sau đó dựa vào các phương
trình đa biến và phương trình trạng thái lý tưởng , đồng thời kết hợp với vòng
tròn brich. Trên cơ sở các đồ thị đã xây dựng tính được các thông số chỉ thị và
có ích của động cơ ,Ví dụ: muốn tính áp suất chỉ thị trung bình của chu trình
sử dụng công thức sau đây :
( )












−
−
−
−







−
−
+−
−
−
=
−
1
1
1
1
11
1
1
.
1.
1
1
.
1
1
1
2
'

2
n
n
a
ai
nn
PP
ε
δ
ρλ
ρλ
ε
ψ
Từ công thức trên ta thấy rõ , để xác định P
i
’
cần phải chọn hoặc tính gần
đúng các thông số : ψ,ε,λ,ρ,δ,n
1
,n
2
, trong khi đó tất cả các tài liệu đều không
hướng dẫn rõ đối với các loại động cơ cụ thể nên chọn các hệ số trong giới hạn
nào ,hoặc cho giới hạn quá rộng ,nên việc chọn hệ số không đảm bảo chính xác
, đặc biệt là những người hiểu không sâu môn học này .
Từ cách tính chu trình công tác của động cơ Diesel theo phương pháp cổ
điển có thể rút ra nhận xét sau đây :
- Không xét được ảnh hưởng của góc phối khí ,thực ra trong quá trình công
tác
của động cơ góc phối khí không trùng với các diểm chết .

- Sử dụng quá nhiều hệ số lựa chọn nên không đảm bảo độ chính xác . -
Không xét ảnh hưởng của góc phun sớm ,quy luật cấp nhiên liệu ,lượng nhiệt
trao đổi và nuớc làm mát.
- Không xét được các thông số động học quá trình cháy và các mối quan hệ
giữa các thông số này với lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu .
Vò V¡N NINH 3
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy
- Với phương pháp này rất khó nghiên cứu các thông số công tác khi động cơ
làm việc theo các đường đặc tính điều chỉnh , đặc tính bộ phận đặc tính chong
chóng và nghiên cứu ảnh hưởng của điều kiện khai thác tới chất lượng làm việc
của động cơ .
1.3 Phương pháp cân bằng năng lượng .
Phương pháp tính nhiệt động cơ đốt trong do B.I.Grinhevecki soạn thảo
năm 1906 và được E.K.Mazing hoàn thiện tiếp. Phương pháp kinh điển nổi
tiếng của Grinhevicki và Mazing được sử dụng rộng rãi trong quá trình nghiên
cứu các chu trình thực tế của động cơ đốt trong và đến nay vẫn được sử dụng
trong thực tế kỹ thuật và quá trình học tập.
Tuy nhiên, để nghiên cứu sâu quá trình công tác của động cơ và để dự đoán
thì phương pháp này chưa đủ hoàn thiện do các giả thiết đề ra khi thiết kế như
đã nhận xét ở mục 2.1.
Động cơ tàu thuỷ hiện đại chủ yếu là động cơ tăng áp bằng tua bin khí
xả.các quá trình công tác trong xilanh của động cơ và trong tuabin máy nén có
mối liên hệ và phụ thuộc lẫn nhau, điều đó phương pháp Grinhevicki và
Mazing không tính đến.Phương pháp không thể xác định đặc tính thay đổi các
thông số chủ yếu của quá trình công tác của động cơ theo góc quay trục
khuỷu,phụ thuộc vào động lực học toả nhiệt,trao đổi nhiệt với thành xilanh và
các thông số điều chỉnh .Vì vậy,phải soạn thảo mô hình toán học mà quá trình
công tác cho phép tính đến các yếu tố này và cho phép đánh giá ảnh hưởng của

chúng đến đặc tính diễn biến của quá trình công tác,tính kinh tế và tính tin cậy
công tác của động cơ.Mô hình toán học các quá trình công tác của động cơ là
hệ các phương trình vi phân khép kín.Khi các điều kiện ban đầu và điều kiện
biên đã cho, đối với thời điểm bất kì của chu trình hệ phương trình này cũng
mô tả mối quan hệ giữa đặc tính thay đổi các thông số quá trình công tác với
sự thay đổi năng lượng, khối lượng và các thông số kết cấu của động cơ.
Hiện nay hai phương pháp tính quá trình công tác của động cơ đốt trong
được sử dụng rộng rãi:Phương pháp cân bằng thể tích do H.M.Glagolev thiết
lập và phươg pháp cân bằng năng lượng do B.M.Gôntrar thiết lập.
Trong đề tài sử dụng phương pháp cân bằng năng lượng để nghiên cứu. Để
áp dụng phương pháp này phải giả thiết môi chất trong thể tích công tác của
xilanh tại thời điểm bất kì đều ở trạng thái cân bằng,nghĩa là một hệ thống
nhiệt cân bằng.Nếu bỏ sự rò lọt môi chất qua xecmăng trong quá trình nén và
giãn nở thỉ hệ thống nhiệt động là hệ kín.
Như vậy,với phương pháp này thì môi chất trong thể tích làm việc của xilanh
trong các quá trình của chu trình luôn luôn tuân theo định luật nhiệt động thứ
nhất :nhiệt lượng cấp cho chu trình dung để thay đổi năng lượng và sinh
công.Dưới đây ta xét phương trình cân bằng năng lượng của môi chất trong thể
tích làm việc của xilanh trong quá trình nén ,cháy và giãn nở.
Phương trình cân bằng năng lượng của môi chất được biểu diễn qua công
thức:

ϕϕϕ
d
dL
d
dU
d
dQ
+=

(2.1)
Vò V¡N NINH 4
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy

ϕ
d
dQ
: Lượng nhiệt cấp cho môi chất theo góc quay của trục khuỷu (kj/
0
TK)

ϕ
d
dU
: Độ thay đổi nội năng của môi chất theo góc của trục khuỷu (kj/
0
TK)

ϕ
d
dL
: Độ thay đổi công theo góc quay của trục khuỷu (kj/
0
TK)

ϕ
: Góc quay của trục khuỷu thay đổi từ 0 đến ϕ
ct

(kết thúc chu trình )
được tính từ điểm chết trên lúc bắt đầu quá trình nạp (để đơn giản hoá nhưng
không ảnh hưởng nhiều đến kết quả tính toán trong đề tài chỉ xét đến quá trình
từ 180
0
đến 540
0
),rad.
Từ sự phụ thuộc nhiệt động học đã biết có thể tính đến biến thiên nội
năng của môi chất theo công thức sau :

ϕϕϕ
d
dm
u
d
dT
Cm
d
dU
v
+=
(2.2)
Độ thay đổi công tính theo công thức :

ϕϕ
d
dV
P
d

dL
.=
(2.3)
m : là khối lượng của môi chất công tác ,kg
C
v
: nhiệt dung riêng đẳng tích ,kj/kg.K
u : nội năng đơn vị của môi chất công tác ,kj/kg
p : áp suất môi chất trong xilanh ,kpa
V : thể tích môi chất công tác (thể tích công tác của
xilanh ứng với vị trí piston, tính theo công thức mục 2.3),m
3

Nội năng đơn vị của môi chất công tác :

∫
=
0
.dTCu
v
(2.4)
a) Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình nén.
Trong quá trình nén không có quá trình trao đổi khí nên trong phương trình
(2.2)
,0. =
ϕ
d
dm
u
môi chất công tác gồm không khí sạch và khí sót , nên (2.2) có

dạng :

( )
ϕϕ
d
dT
CmCm
d
dU
vrrvkk
+=
(2.5)
C
v
= a + b.T :nhiệt dung riêng của không khí ,a = 19,88;b = 0,00275.
C
vr
= a + b.T : nhiệt dung riêng của sản vật cháy “sạch”a = 21,81;b =
0,003853.
Phần lớn thời gian của quá trình nén và các chi tiết tiếp xúc với môi chất
công tác truyền nhiệt cho môi chất,nhiệt lượng này có thể tính theo công thức :

( )
ϕ
τ
α
ϕϕ
ω
d
d

FTT
dQ
d
dQ
vxkcvxvk

d
−==
(2.6)

vk
α
: hệ số truyền nhiệt từ vách tới môi chất theo góc quay của trục khuỷu
và bề mặt trao đổi nhiệt được tính như
mc
α
,KW/m
2
K
T
vx
: nhiệt độ trung bình vách sau một chu trình , ở chế độ định mức
T
vx
= 400…480
0
K
Vò V¡N NINH 5
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc

Diesel tµu thñy
F
vx
: diện tích bề mặt trao đổi nhiệt ,tính theo (2.10),m
2


τ
: thời gian trao đổi nhiệt ,s. Với
nd
d
.6
1
=
ϕ
τ
nên:

( )
n
F
TT
dQ
d
dQ
vx
kcvxvk
.6

d

−==
α
ϕϕ
ω
(2.7)
b) Sự thayđổi các thông số môi chất trong quá trình cháy .
Quá trình cháy bắt đầu khi góc quay trục khuỷu ϕ bằng góc bắt đầu cháy
nhiên liệu θ,góc được xác định :
ifS
ϕϕθ
+=
(2.8)

fS
ϕ
: Góc phun sớm nhiên liệu ,lấy theo lí lịch động cơ ,
0
TK;

i
ϕ
: Góc cháy trì hoãn ,tính theo (2.23),
0
TK
Sản vật cháy tạo thành làm tăng khối lượng môi chất công tác theo công thức :

ϕϕ
d
dx
g

d
dm
ct
=
(2.9)
g
ct
: lượng nhiên liệu phun vào xilanh trong một chu trình ,(kg/ch.t)

ϕ
d
dx
: Tốc độ cháy tương đối được tính theo công thức thực nghiệm I.I
Vibe(2.47)
Trong quá trình cháy khối lượng không khi giảm xuống :
G
bt
= G
b
-G
0
.g
ct
.x (2.10)
Và lượng sản vật cháy tăng lên :
m
kcx
m
r
+g

ct
.x + G
o
.g
ct
.x (2.11)
x =
∫
ϕ
ϕ
ϕ
o
d
d
dx
.
: % nhiên liệu cháy ứng với thời điểm xét .

( )
∫
+
+
++= dT
CG
CmCG
d
dx
g
d
dT

CmCG
d
dU
vkcbx
vkckcxvkkbx
ctvkckcxvkkbx
.


ϕϕϕ
(2.12)
Lượng nhiên liệu cấp cho môi chất công tác bằng tổng lượng nhiệt nhận
được từ vách và nhiệt lượng do cháy lượng nhiên liệu cấp cho chu trình .

ϕϕϕ
ω
d
dQ
d
dQ
d
dQ
x
+=
(2.13)
Lượng nhiệt toả ra do cháy phần nhiên liệu cấp ,kW/kg.

ϕϕ
d
dx

gQ
d
dQ
ctH
x
=
( 2.14)
ϕ
ω
d
dQ
tính theo công thức (2.7).
c) Sự thay đổi thông số các môi chất trong quá trình giãn nở .
Trong quá trình giãn nở kết thúc quá trình cấp nhiên liệu vào trong xilanh
nên số hạng thứ 2 vế phải ( 2.12) bằng không .còn khối lượng sản vật cháy
không đổi cho đến khi mở cửa thải . Trong quá trình này phần nhiệt truyền từ
môi chất cho vách theo công thức (2.7).
Dựa vào phương trình nói trên sẽ xác định được áp suất môi chất công tác và
từ đó tính được nhiệt độ theo phương trình trạng thái của môi chất.
Như vậy ,trên cơ sở phương trình định luật nhiệt động thứ nhất sẽ xác định
được áp suất và nhiệt độ của môi chất công tác tại thời điểm bất kì của chu
trình, đó là cơ sở tính các thông số công tác của chu trình .
Vò V¡N NINH 6
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy
Tuy nhiên vận dụng phương pháp này vào việc xây dựng các mô hình và lập
chương trình tính toán không phải đơn giản.
Vói phương pháp này còn lại một số tồn tại : chưa tínhđến ảnh hưởng của
chất lượng phun sương và hoà trộn hỗn hợp công tác; trạng thái kỹ thuật của

động cơ nói chung và sự hao mòn các chi tiết chuyển động tương đối với
nhau ; loại dầu bôi trơn; mối quan hệ giữa chất lượng chu trình công tác với hệ
thống tự động điều chỉnh cấp nhiên liệu ;mối quan hệ phụ tải và mô men
quay .
1.4 Lựa chọn công thức bổ sung tính chu trình công tác của động cơ Diesel
theo phương pháp cân bằng năng lượng :
Để xây dựng thuật toán và lập chương trình tính toán trên cơ sơ phương
trình (2.1) thì ngoài công thức chủ yếu trong mục 2.2 cần lựa chọn bổ sung các
công thức trong các tài liệu về tính chu trình công tác của động cơ . Sau đây là
công thức bổ trợ:
- Tốc độ trung bình của piston :cm , m/s;
C
m
=
30
.ns
(2.15)
s : là hành trình của piston, m ;
n : là vòng quay của động cơ ,v/p.
- Tốc độ lớn nhất của piston khi nạp qua xupap nạp ,m/s.

kCC
m
57,1=
ω
(2.16)
k : tỉ số diện tích đỉnh piston và diện tích lỗ xupap(chọn theo kết cấu của
động cơ)
- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu QH,kj/kg:
Q

H
= 100.[339.C + 1256H – 109(O-S)]- r
w
.(9H + W) (2.17)
r
w
2512kj/kg: nhiệt ẩn hoá hơi của nước trong nhiên liệu ứng với áp suất 101.2
kpa.
C,H,O,S, W : hàm lượng cácbon ,hidro, oxi ,lưu huỳnh ,nước có trong
thành phần nhiên liệu ,%.
Với dầu điezel : C = 0,87: H = 0,126, O = 0,004.
- Nhiệt độ không khí sau máy nén tăng áp ,
0
K

k
k
n
n
kk
TT
1
0
.
−
=
π
(2.18)

k

π
: tỷ số tăng áp lấy theo lý lịch của động cơ hoặc động cơ mẫu
n
k
= 1,5 …2 chỉ số nén đa biến trong máy nén.
- Nhiệt độ không khí trước xupap nạp :
0
K

lmKS
TTT ∆−=
(2.19)

lm
T∆
: độ giảm nhiệt độ trong bầu làm mát không khí tăng áp , độ .
- Áp suất không khí trước xupáp nạp ,Mpa.

lmkkS
PPP ∆−=
π
.
(2.20)

lm
P∆
: độ giảm áp suất trong bầu làm mát không khí tăng áp ,Mpa.
P
k
: Áp suất tăng áp lấy theo lý lịch động cơ hoặc động cơ mẫu ,Mpa.

- Áp suât không khí cuối quá trình nạp,Mpa.
Vò V¡N NINH 7
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy

S
Sa
T
C
PP
576
100000.
2
2
ω
ω
−=
(2.21)
w : hệ số tốc độ
- Hệ số khí sót :
( )
( )
rar
r
r
PPT
PtT
−
∆+

=

.
ε
γ
(2.22)

ε
: tỷ số nén lý thuyết (lấy theo lý lịch động cơ hoặc động cơ mẫu
P
r
, T
r
: áp suất và nhiệt độ khí sót ,kpa,
0
K.

t∆
= 5…10
o
C : độ tăng nhiệt độ không khí do tiếp xúc với vách , độ
- Nhiệt độ không khí cuối quá trình nạp Ta,
0
K.

r
rrS
a
TtT
T

γ
γ
+
+∆+
=
1
.
(2.23)
- Diện tích bề mặt xung quanh thể tích xilanh công tác khi piston ở điểm
chết dưới Fo,m
2
.
1
.
.
2
.
2
0
−
+=
ε
π
π
SDD
F
(2.24)
D,S đường kính xilanh và hành trình piston ,m.
- Diện tích bề mặt các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác F
vx

,m
2
.

( )
2
sin 5,0cos1
ϕλϕπ
+−+= SDFF
ov
(2.25)
ϕ : góc quay trục khuỷu , rad.
- Thể tích công tác của xilanh V
s
,m
3

SDV
S

4
1
2
π
=
(2.26)
- Thể tích buồng cháy V
c
,m
3

1
1
.
−
=
ε
SC
VV
(2.27)
- Thể tích công tác của xilanh khi piston ở điểm chết dưới V
a
,m
3

V
a
= V
c
+ V
s
(2.28)
- Thể tích công tác của xilanh tính theo góc quay trục khuỷu ,m
3


( )
ϕλϕπ
22
sin 5,0cos1 25,0 +−+= SDVV

CVX
(2.29)
- Khối lượng riêng không khí sau máy nén :
3
/, mkg
S
ρ


S
S
S
TR
P
.
=
ρ
(2.30)
R = 278(kj/kmol.K) - hằng số của không khí .
- Lượng không khí khô cần thiết để đốt cháy một kg nhiên liệu L
o
,kmol/kg







−++=

32
0
32412
.
21,0
1 SHC
L
O
(2.31)
- Hệ số nạp không khí kể đến hàm lượng ẩm :

rSa
Sa
n
PT
TP
γε
ε
η
+−
=
1
1
.
.
.
.
1
(2.32)
- Hệ số nạp kể đến hàm lượng ẩm

d
r
r
rnt
++
+
=
γ
γ
ηη
1
1
(2.33)

n
B
G
G
d =
: hàm lượng ẩm là tỷ số giữa lượng không khí khô và hơi nước
nạp vào trong xilanh trong một chu trình .
Vò V¡N NINH 8
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy
- Lượng không khí thực tế nạp vào trong xilanh trong một chu trình không
kể đến hàm lượng ẩm của không khí ,kg.
SnSB
VG

ρη
=
(2.34)
- Hệ số dư lượng không khí α không kể đến hàm lượng ẩm :

0
.G
g
G
ct
B
=
α
(2.35)
g
ct
: lượng cấp nhiên liệu cho động cơ trong một chu trình ,kg.
G
o
: lượng không khí lý thuyết để đốt cháy một kg nhiên liệu ,kg/kg:
00
.LG
S
µ
=

S
µ
= 28,9 kg/kmol - khối lượng của kmol không khí .
- Hệ số dư lượng không khí α có kể đến hàm lượng ẩm .

d.
61,11
1
+
=
α
α
(2.36)
- Thời gian cháy trì hoãn τ
i
tính theo công thức V.X.Xemenov:

( )
294,0
635,0

4,8217
kfkfm
i
TPC
=
τ
(2.37)
T
kf
: nhiệt độ môi chất trong xilanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu ,
0
K.
P

kf
: áp suất môi chất trong xilanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu ,kpa.
- Hệ số truyền nhiệt từ vách đến ống lót xilanh α
cm

α
cm
có thể áp dụng theo các công thức khác nhau phụ thuộc vào loại
động cơ.Tất cả các công thức tính hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót
xilanh đều là công thức thực nghiệm ứng với điều kiện cụ thể ,vị vậy không
thể sử dụng công thức chung áp dụng cho các loại động cơ .
Dưới đây là một công thức thực nghiệm tính hệ số truyền nhiệt từ khí
đến v v vách ống lót xilanh :
+ công thức Nuxent áp dụng cho động cơ Diesel thấp tốc :

( )
( ) ( )
vxkc
vxkc
mkckccm
TT
TT
CTP
−
−
++=
44
3
2
.01,0.01,0

.362,0.24,11.151,1
α
(3.38)
+ công thức của Iaklittr sử dụng cho các động cơ cao tốc :

( )
m
n
kckc
n
cm
CTP .24,11 3,228.922,0
1
+=
−
α
(3.39)
( )
kc
Tn
5
10.1685,0394,0
−
+=
+ công thức tính của Briling – Nuxent dùng cho các động cơ thấp tốc có
tăng áp:

( )
( ) ( )
vxkc

vxkc
mkckccm
TT
TT
CTP
−
−
++=
44
3
2
.01,0.01,0
.362,0185,045,2 151,1
α
(2.40)
+ công thức của Briling sử dụng cho các động cơ cao tốc :

( )
mkckccm
CTP 185,045,2 151,1
2
+=
α
(2.41)
+ công thức của Haizenbek sử dụng cho các động cơ Diesel tàu thủy:

kckcmcm
TPC 47,2
3
=

α
(2.42)
Đối với động cơ Diesel tăng áp sử dụng công thức sau:

4
3
44,2
kkckcmcm
PTPC=
α

+ công thức Xemnov sử dụng cho động cơ hai kỳ và bốn kỳ :
Vò V¡N NINH 9
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy

4
4
3
3
12,1 DCTP
mkckccm
=
α
(2.43)
+ công thức của Pflaum sử dụng cho các động cơ có buồng cháy trước

( )
( )

( )
( )
m
C
m
mkckccm
eCf
CfTPK
.416,05,1
157,23
' 163,1
−±
−±=
=
α
(2.44)
dấu + ứng với C
m
= > 3,6 m/s
Đối với nắp xilanh và piston : K
’
= 1,1 + 0,366 .
0
0
P
PP
k
−
Đối với ống lót xilanh : K
’

= 1,1 + 0,12 .
0
0
P
PP
k
−
+ Pflaum cũng đưa ra công thức sau đây với động cơ bốn kỳ có buồng
cháy phân cấp và tăng áp :

( )
( )
[ ]
mm
CC
kckckcm
TPPf
025,0.1,1
2
7,5.2,52,6
+−
−=
α
(2.45)
Đối với nắp xilanh và piston :
( )
4/1
.3,2
kk
PPf =

Đối với ống lót xilanh cũng có thể áp dụng đối với các bề mặt tiếp
xúc với khí cháy các loai động cơ có buồng cháy thống nhất :
( )
3/2
.8,0
kk
PPf =
Trong các công thức trên :
α
cm
: hệ số truyền nhiệt từ khí đến vách ống lót xilanh ,kW/(m
2
.K)
P
kc
,P
k
,P
0
: áp suất khí cháy ,không khí tăng áp,không khí môi trường ,Mpa
C
m
: tốc độ trung bình piston ,m/s ;D : đường kính xilanh , m.
T
kc
,T
vx
:nhiệt độ khí cháy ,nhiệt độ trung bình của vách ống lót xilanh ,K.
- Bề mặt trao đổi nhiệt tức thời của vách với môi chất công tác ,m
2







+
−
+=
ϕ
ε
π
π
S
S
D
D
F
1

2
.
2
W¦
(2.46)
S
ϕ

: độ dịch chuyển tức thời của piston, m.
S
ϕ
=






+−
ϕ
λ
ϕ
2
sin.
2
cos1 5,0 S
(2.47-
Lượng nhiệt toả ra và tốc độ toả nhiệt theo công thức ViBe Phần trăm lượng
nhiệt toả ra theo góc quay trục khuỷu x:
x =

















−
−−
+1
0
.908,61
m
Z
esp
ϕ
ϕ
(2.48)
Tốc độ toả nhiệt theo góc quay trục khuỷu :


















+
−
+
=
+1
0
.908,0exp
1
.980,6
m
ZZ
x
m
d
d
ϕ
ϕ
ϕ
ϕ
(2.49)
m : chỉ số đặc trưng cho sự phát triển của sự cháy chọn theo thực
nghiệm ,m = 0,3 ÷1
ϕ

z
: thời gian cháy ϕ
z
= 50 ÷ 130
0
GQTK
θ : góc cháy ban đầu : θ = ϕ
fs
+ ϕ
i

ϕ
fs
: góc phun sớm nhiên liệu (lấy theo động cơ hoặc động cơ mẫu )
ϕ
i
: thời gian cháy trễ của nhiên liệu .
Vò V¡N NINH 10
Líp : Mtt47®h1
ThiÕt kÕ m«n häc
Diesel tµu thñy
- Áp suất chỉ thị trung bình P
i
,Mpa : P
i
= L
i
/V
s
(2.50)

L
i
:công chỉ thị của chu trình ,kj
- Công suất chỉ thị ,kW
M
i
= i.V
s
.P
i
.n.z/60 (2.51)
i :số xilanh ; z : hệ số kỳ
- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị ,kg/(kw.h):
G
i
=
iSS
nS
PTLR
P

3600
0
αµ
η
(2.52)
- Hiệu suất chỉ thị :
nSh
iSS
i

PQ
PTLR
η
αµ
η


0
=
(2.53)
- Áp suất có ích trung bình P
e
: (Mpa) P
e
= P
i
– P
m
(2.54)
P
m
= a
m
+ b
m
C
m
: áp suất tổn hao cơ giới ,Mpa:
Đối với động cơ có buồng cháy thống nhất : a
m

= 0,088; b
m
= 0,0118;
Đối với động cơ có buồng cháy trước : a
m
= 0,103;b
m
= 0,015.
Đối với động cơ buồng cháy phân cách :a
m
= 0,103;b
m
= 0,015.
- Hiệu suất cơ giới η
n
: η
n
= P
e
/P
i
(2.55)
- Công suất có ích Ne (kw) : N
e
=
Smn
i
s
H
S

L
Q
zniV
ρηη
α
η
µ

.
.
60

0
(2.56)
Hoặc N
e
= N
i
. η
m
- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích g
e
kg/(kw.h):
g
e
=
miS
Sn
PL
ηαµ

ρη

3600
0
hoặc g
e
= g
i
/ η
m
(2.57)
- Hiệu suất có ích :
ctH
e
gQ .
1000.3600
=
η
hoặc η
e
= η
i
. η
m
(2.58)
- Suất tiêu hao nhiên liệu trong một giờ :B
h
,kg/h:
B
h

=
SS
nSS
TLR
PinzV

60
0
αµ
η
hoặc B
h
= g
e
. N
e
(2.59)
1.5 kết quả tính toán :

Vò V¡N NINH 11
Líp : Mtt47®h1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
Phần II : Động học và động lực học
A. Các thông số cần cho tính toán
1. Trọng lợng của các chi tiết tham gia chuyển động thaỳng : G
t
(gồm pistôn ,
chốt piston, xécmăng,ủau nhoỷ bieõn)
G

t
= G
P
+ 0,375.G
b

G
P
: Trọng lợng của nhóm piston
G
P
= K
1
.D
3
[KG]
K
1
: Hệ số phụ thuộc vào vật liệu chế tạo piston
Với Đc thấp tốc chọn vật liệu là gang có K
1
= 3,0 [KG/dm
3
]
D: Đờng kính xilanh. D = 900[mm] = 9[dm]
G
P
= 3,0.4.2
3
= 222,264 [KG]

G
b
: Trọng lợng của biên.
G
b
= K
2
.D
3
[KG]
K
2
: Hệ số phụ thuộc vào vất liệu chế tạo biên
K
2
= 3,5[KG/dm
3
]
G
b
= 3,5.4.2
3
= 259,308 [KG]
Vậy : G
t
= 222.264 +0,375.259,308=319.504[KG]
2. Diện tích đỉnh piston: F [cm
2
]
F =

4
.
2
D

=
4
42.14,3
2
=1385,44 [cm
2
]
F =1385,44 [cm
2
]
3. Khối lợng chi tiết tham gia chuyển động thẳng của 1 xilanh ứng với
một đơn vị diện tích đỉnh piston. m
t
[KG.s
2
/cm
2
.m]
m
t
=
F
G
t
.8,9

=
44,1385.8,9
504,319
= 0,0235
m
t
= 0,0235 [KG.s
2
/cm
2
.m]
4. Tốc độ góc trung bình của trục khuỷu. [rad/s]

75,23
30
227.14,3
30
.
===
n



=23,75 [rad/s]
5. Thông số kết cấu :

l
R
=

Chọn : =
4
1
6. Khối lợng của biên
Khối lợng của biên qui về đầu nhỏ: m
1
[KG]
m
1
= ( 0,35
)4,0ữ
g
G
b
=0,37
g
G
b
=9,79
m
1
= 9,79 [KG.s
2
/m]
Khối lợng của biên qui về đầu to: m
2
[KG.s
2
/m]

876,15
8,9
308,259.6,0
).6,065,0(
2
==ữ=
g
G
m
b

m
2
=
876,15
[KG.s
2
/m]
7. Khối lợng của những phần chuyển động quay
m
q
= m
cb
+ 2.m
mR
+m
2

Vũ VĂN NINH 12
Lớp : Mtt47đh1

Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
m
cb
g
ldd
cbcb
.4
.).(.
2
0

=

Với : [KG/dm
3
]: Trọng lợng của vật liệu làm biên
Với vật liệu là thép rèn: = 7,848 [KG/dm
3
]
d
cb
= (0,65ữ0,75)D [dm]
d
cb
= 0,7.D = 0,7.4,2 = 2,94 [dm]
d
0
= (0,5ữ0,8).d
cb

= 0,65.2,94 = 1,911[dm]
l
cb
= (0,7ữ0,8).d
cb
= 0,8.2,94= 2,35[dm]
m
cb
]/.[01,1
8,9.4
235,0.)911,194,2.(.848,7
2
2
msKG=

=


m
cb
= 1,01
m
mR
R
m
m


.=
m

m


g
S


=
[KG.s
2
/m]
Với R: Bán kính quay của má khuỷu:
5,4
2
9
2
===
S
R
[dm]
S: Diện tích má khuỷu
Với má khuỷu hình chữ nhật : b = (1,3ữ1,5).d
cb

b = 1,4.2,94 = 4,116 [dm]
h =
R
dd
ctcb
+

+
2

d
ct
= (0,55ữ0,85)D [dm]
d
ct
= 0,6.4,2 = 2,52[dm]
h =
5,4
2
52,29,2
+
+
= 7,23 [dm]
S = b.h = 4,116.7,23 = 29 [dm
2
]
: chiều dày má khuỷu . = (0,34ữ0,4).d
cb

= 0,4.d
cb
= 0,4.2,94 = 1,176[dm]
: bán kính quay của trục khuỷu

=
+
=

+
=
2
991,1
2
Sd
cb

5,45[dm]
m
m

=
027,0
81,9
29,0.1776,0 848,7
10
3
=
[KG.s
2
/m]
m
mR
033,0
45,0
027,0.545,0
==

[KG.s

2
/m]
Vậy m
q
= 1,01+2.0,033+15,876 = 16,952 [KG.s
2
/m]
8. Khối lợng phần chuyển động quay của 1 xilanh ứng với
một đơn vị diện tích đỉnh piston: m
q
[KG.s
2
/cm
2
.m]
m
q
=
F
M
q
[KG.s
2
/cm
2
.m]
m
q
=0,0122 [KG.s
2

/cm
2
.m]
B. Xây dựng các đồ thị
1. Đồ thị chuyển vị X,V.J.
Vũ VĂN NINH 13
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
Đồ thị x,v,j:
Chuyển vị
X=R[(1-cos) +/4.(1-cos2)]=R.A
Vận tốc:
V=R.w(sin+/2.sin2)=R.w.B
Gia tốc:
j = R. w
2
(cos+. cos2)=R. w
2
.C
Bảng1
A B C
X
V J
180 2.000 0.000 -0.750 0.900 0.000 -338.438
195 1.974 -0.196 -0.749 0.888 -2.098 -338.176
210 1.897 -0.392 -0.741 0.854 -4.187 -334.388
225 1.770 -0.582 -0.707 0.796 -6.221 -319.082
240 1.594 -0.758 -0.625 0.717 -8.099 -282.031
255 1.375 -0.903 -0.475 0.619 -9.655 -214.491

270 1.125 -1.000 -0.250 0.506 -10.688 -112.813
285 0.858 -1.028 0.042 0.386 -10.991 19.094
300 0.594 -0.974 0.375 0.267 -10.413 169.219
315 0.355 -0.832 0.707 0.160 -8.893 319.082
330 0.165 -0.608 0.991 0.074 -6.501 447.200
345 0.042 -0.321 1.182 0.019 -3.434 533.573
360 0.000 0.000 1.250 0.000 0.000 564.063
375 0.042 0.321 1.182 0.019 3.434 533.573
390 0.165 0.608 0.991 0.074 6.501 447.200
405 0.355 0.832 0.707 0.160 8.893 319.082
420 0.594 0.974 0.375 0.267 10.413 169.219
435 0.858 1.028 0.042 0.386 10.991 19.094
450 1.125 1.000 -0.250 0.506 10.688 -112.813
465 1.375 0.903 -0.475 0.619 9.655 -214.491
480 1.594 0.758 -0.625 0.717 8.099 -282.031
495 1.770 0.582 -0.707 0.796 6.221 -319.082
510 1.897 0.392 -0.741 0.854 4.187 -334.388
525 1.974 0.196 -0.749 0.888 2.098 -338.176
540 2.000 0.000 -0.750 0.900 0.000 -338.438

2) Đồ thị công
Để xây dựng đợc đồ thị công ta lập bảng 2, và xây dựng đợc đồ thị P-V, sau đó
dùng phơng pháp Brích khai triển thành đồ thị P -

Ta có: V
a
= V
s
+ V
c

(1)
Trong đó:
V
s
Thể tích công tác của xilanh (m
3
).
V
c
Thể tích buồng cháy (m
3
).
9,0
4
)42,0(14.3
4
.
22
=

=
S
D
V
s
= 0,125 (m
3
)
Vũ VĂN NINH 14
Lớp : Mtt47đh1

Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
Ta có :
ca
c
a
VV
V
V
.

==
(2)
+ = 13,5 Tỉ số nén.
Từ(1)và(2)
)(01,0
15,13
125,0
1
)1(.
3
m
V
VVVVVV
s
ccsccs
=

=

===+



)(135,0125,001,0
3
mVVVa
cs
=+=+=
Bảng các thông số
Thông số Giá trị
(kG/cm
2
)
Thông số Giá trị
(dm
3
)
Thông số Giá trị
P
B
5,76 V
B
101,78 n
1
1.37
P
c
49,4 V
c

10,0 n
2
1.25
P
Z
89,16 V
z
12,5

1.25
P
a
1,4 V
a
135,0

8,53
P
b
4,45 V
b

P
H
5,01 V
H
119,39
Trong đó:
+ P
a

- áp suất môi chất cuối quá trình nạp.
+ P
k
- áp suất không khí trớc cửa nạp.
+ P
b
- áp suất môi chất cuôi quá trình giãn nở.
+ P
z
- áp suất môi chất cuối quá trình cháy.
+ P
c
- áp suất môi chất cuối quá trình nạp.
* Vẽ đồ thị công:
Với động cơ 2 kì ta khai triển từ = 180
o
ữ 540
o
.
Bên phải của P-V dựng hệ toạ độ P- . Trục ngang với đờng P
o
của đồ
thị công P-V
Từ đồ thị P = f(v) kết hợp với vòng tròn Brich ta sẽ khai triển thành đồ thị
P = f() theo các bớc sau :
+ Dới đồ thị P = f(v) ta vẽ nửa vòng tròn tâm O, bán kính

25,31
2
/125,0

2
===

v
Vs
R
à
(mm)
+ T O lấy về phía ĐCD điểm O
1
sao cho
9.3
2
25,31*25.0
2
.
'
1
===
R
OO

(mm) (gọi là đoạn hiệu chỉnh Brích)
+ Vẽ nửa vòng tròn tâm O
1
bán kính
RR

<
1

và chia nửa vòng tròn đó thành 12
phần bằng nhau
Vũ VĂN NINH 15
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
+ Đánh số từ 0
ữ
12 , nối O
1
với các điểm đã chia cắt nửa vòng tròn tâm O tại
các điểm 1',2', n' tơng ứng
+ Từ các điểm 1',2', n' dóng lên đồ thị công P = f(v) cắt đồ thị tại các điểm t-
ơng ứng, rồi dóng sang hệ toạ độ P- , từ trục kẻ các đờng thẳng tơng ứng với
các góc quay ở từng quá trình chúng cắt nhau; nối các điểm đó lại bằng 1 đ-
ờng cong ta đợc đồ thị P = f()

Vũ VĂN NINH 16
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
Bảng2
)(
3
dmV
x
1
n
x
H

V
V








)/(.
3
1
1
cmkG
V
V
PP
n
x
H
Hx

=
)(
3
dmV
x
2
n
x
B
V
V








)/(.
3
2
2
cmkG
V
V
PP
n
x
B

Bx








=
VH 1.000 5.010 VB 1.000 5.760
0.9VH 1.147 5.745 0.9VB 1.141 6.571
0.8VH 1.337 6.696 0.8VB 1.322 7.613
0.7VH 1.590 7.965 0.7VB 1.562 8.996
0.6VH 1.943 9.733 0.6VB 1.894 10.908
0.5VH 2.462 12.336 0.5VB 2.378 13.700
0.4VH 3.291 16.488 0.4VB 3.144 18.107
0.3VH 4.783 23.965 0.3VB 4.504 25.943
0.2VH 8.103 40.597 0.2VB 7.477 43.066
0.1VH 19.953 99.963 0.1VB
17.78
3 102.429
Vc 49.400 Vz 89.168
*Đồ thị công khai triển, đồ thị lực quán tính, đồ thị tổng hợp lực.(Bảng 3)
Tổng hợp lực: P
1
= P
kt
+ P
j

+ P
kt
- Lực khí thể, đợc suy ra từ đồ thị công bằng cách đo trên đồ thị
công, rồi lấy giá trị đo đợc nhân với tỉ lệ xích của đồ thị
+ P
J
= -m
t
J Lực quán tính.
+ m
t
= 0,02 - Khối lợng các chi tiết tham gia chuyển động thẳng của 1
xilanh với 1 đơn vị diện tích đỉnh piston.
+J=R.
2
.C với C=cos + .cos(2.)
+Trong đó: =0.25 ; R=0.45(m) ; =23.75(s
-1
)
-Để thuận tiện cho việc tính toán lập bảng, với động cơ 2 kì, = 180
o
ữ 540
o
A =


Cos
Sin )( +
và B =
)(

)(


Cos
Cos +
-Lực tiếp tuyến T=P1*A và lực hớng tâm Z=P
3 )Đồ thị tổng hợp lực tiếp tuyến:
Bảng 3

P
k
Pj=-m
t
.j P
1
=P
k
+p
j
Sin(+)/
Cos
Cos(+)/
Cos
T=P
1
Sin(+)/
Cos
Z=P
1
Cos(+)/

Cos
180
0.515 0.447 0.962 0.000 -1.000 0.000 -0.962
195
0.515 0.447 0.962 -0.106 -0.953 -0.102 -0.917
210
0.515 0.442 0.957 -0.391 -0.929 -0.374 -0.889
225
0.540 0.422 0.962 -0.580 -0.834 -0.558 -0.802
240
0.754 0.373 1.126 -0.755 -0.692 -0.851 -0.780
255
1.313 0.284 1.596 -0.902 -0.499 -1.439 -0.797
270
2.242 0.149 2.391 -1.000 -0.258 -2.391 -0.617
Vũ VĂN NINH 17
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
285
3.843 -0.025 3.818 -1.030 -0.019 -3.934 -0.071
300
6.820 -0.224 6.596 -0.977 0.308 -6.444 2.031
315
12.874 -0.422 12.452 -0.834 0.580 -10.386 7.224
330
26.093 -0.591 25.502 -0.609 0.803 -15.533 20.478
345
52.620 -0.705 51.915 -0.322 0.949 -16.696 49.272
360

74.801 -0.746 74.055 0.000 1.000 0.000 74.055
375
89.168 -0.705 86.706 0.322 0.949 27.885 82.293
390
60.219 -0.591 59.628 0.609 0.803 36.319 47.881
405
32.430 -0.422 32.008 0.834 0.580 26.698 18.568
420
19.154 -0.224 18.930 0.977 0.308 18.493 5.829
435
12.441 -0.025 12.415 1.030 -0.019 12.792 -0.230
450
8.742 0.149 8.891 1.000 -0.258 8.891 -2.296
465
6.563 0.284 6.846 0.902 -0.499 6.172 -3.417
480
5.238 0.373 5.610 0.755 -0.692 4.236 -3.883
495
2.499 0.422 2.921 0.580 -0.834 1.695 -2.437
510
0.515 0.442 0.957 0.391 -0.929 0.374 -0.889
525
0.515 0.447 0.962 0.106 -0.953 0.102 -0.917
540
0.515 0.447 0.962 0.000 -1.000 0.000 -0.962
3.Tính góc công tác:
K

i
K

.180
=

: Số kì của Đ.c = 2
i: Số xilanh i = 8

==
8
2.180
K

45
o

Thứ tự làm việc của các xilanh
Với thứ tự nổ : 1-3-7-5-8-6-2-4
*) Bảng biểu diễn các quá trình làm việc của động cơ.
4
Chú giải
360
6
2
8
5
7
3
180
1

540
quá trình cháy giãn nở
quá trình nén
- khi xilanh 1 ở vị trí 0 thì góc công tác của xilanh là
1
=180
Vũ VĂN NINH 18
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
- xilanh 2 ở vị trí 90 thì góc công tác của xilanh là
2
=270
- xilanh 3 ở vị trí 315 thì góc công tác của xilanh là
3
= 495
- xilanh 4 ở vị trí 45 thì góc công tác của xilanh là
4
=225
- xilanh 5 ở vị trí 225 thì góc công tác của xilanh là
5
= 405
- xilanh 6 vị trí 135 thì góc công tác của xilanh là
6
= 315
- xilanh 7 ở vị trí 270 thì góc công tác của xilanh là
7
= 450
- xilanh 8 ở vị trí 180 thì góc công tác của xilanh là
8

= 360
-thời gian ngắn nhất giữa 2 lần nổ liên tiêt của 2 xi lanh kề nhau.
-góc giữa xilanh 1 2 là :90
-góc giữa xilanh 2 3 là : 135
-góc giữa xilanh 3 4 là : 90
-góc giữa xilanh 4 5 là : 180
-góc giữa xilanh 5 6 là : 90
-góc giữa xilanh 6 7 là : 135
-góc giữa xilanh 7 8 là : 90
* Nhận xét :
thời gian lực tác dụng lên cổ trục 4 5 là dài nhất vì vậy trong quá trình
tính đờng kính trục chỉ cần tính cho cổ trục 4 5 còn các cổ trục khác lấy bằng
đờng kính trục này.
cổ 1- 2 , 3-4,5-6,7-8 chịu lực nh nhau
cổ 2-3,6-7 chịu lực nh nhau
4) Đồ thị tổng lực tiếp tuyến .
-Trong quá trình làm việc cổ trục 4 5 làm việc nặng nề nhất vì vậy ta đi tính
tổng lực tiếp tuyến cho cổ này tại các góc quay khác nhau của trục khuỷu .
-lực tiếp tuyến và mômen tổng tác dụng lên cổ trục biến thiên theo chu kỳ
k
=
i

.180
.
Lập bảng 4
1 T1 2 T2 3 T3 4 T4 5 T5 6 T6 7 T7
8 T8 T
180 0.000 270 -2.391 495 1.695 225
-

1.439 405 26.698 315
-
10.386 450 8.891
360 0.000 23.067
195
-
0.102 285 -3.934 510 0.374 240
-
0.851 420 18.493 330
-
15.533 465 6.172
375 28.450 33.069
210
-
0.374 300 -6.444 525 0.102 255
-
1.439 435 12.792 345
-
16.696 480 4.236
390 36.319 28.496
225
-
0.558 315
-
10.386 540 0 270
-
2.391 450 8.891 360 0.000 495 1.695
405 26.698 23.948

-Sau khi vẽ đợc đồ thị ta xác định tổng lực tiếp tuyến trung bình

T
TB
= à
l
F
(kG/cm
2
)
=0,1.
15
916
=6,1
trong đó : F: diện tích đợc giới hạn bằng đờng cong đồ thị và trục hoành F=4380
L: chiều dài của đoạn ứng với góc công tác trên đồ thị.L=150
-T
TB
đợc kiểm tra lại bằng công thức sau : T
TB
= 716,2

p
i
nRF
N
Vũ VĂN NINH 19
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
=716,2
97,5

98,0.44,1385.45.227
55,5555
=
So sánh :

TB
T
T


=
0213,0
1,6
97,51,6
=

< 0,025
Kết luận, thoả mãn.
5) Lực tác dụng lên cổ biên.
*) Cách vẽ đồ thị :
- Vẽ hệ trục toạ độ T-Z có gốc là 0
1
nh hình vẽ.
- Trên đồ thi T-Z xác định trị số của T ,Z tại các góc quay khác nhau của
trục khuỷu từ đó ta có các điểm ứng với các góc quay .
- Nối các điểm này bằng một đờng cong trơn ta đợc đồ thị phụ tải tác dụng lên
cổ biên.
- Từ 0
1
vẽ vectơ có gốc tại 0

1
và nằm trên trục Z có độ lớn bằng P
q
= -m
q
R
2
thì mút véc tơ này chính là tâm cổ biên 0.
- Nối 0 với các điểm trên đồ thị ta có vectơ biểu diễn phụ tải tác dụng lên cổ
biên ứng với góc quay
- Khai triển đồ thị T-Z htành đồ thi Q
cb
-
- Tính phụ tải : Q
cb-TB
= à
l
F
= 1.
240
5376
= 22,4 (kG/mm
2
)
trong đó :
F : diện tích đợc giới hạn bởi đờng cong với trục hoành.
L : chiều dài ứng với góc quay : 180 ữ 540
0

à : tỉ xích của đồ thị.

+) Đơn vị phụ tải trung bình : k
TB
=
cbcb
pTBcb
ld
FQ .

d
cb
=(0,65ữ0,75)D lấy d
cb
= 29,4 (cm)
l
cb
=(0,7 ữ0,8)D lấy l
cb
= 33,6 (cm)
k
TB
=
6,33.4,29
44,1385.4,22
= 31,4 (kG /cm
2
)
Vậy k
tb
< [k
tb

] = 80 (kG /cm
2
)
+) Đơn vị phụ tải cực đại: k
max
=
cbcb
p
ld
FQ .
max
=
6,33.4,29
44,1385.35.4
= 77,5 (kG/cm
2
)
+) Hệ số va đập : =
tb
k
k
max
=
4,31
5,77
= 2,47 < [] = 4
Vũ VĂN NINH 20
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy

6) Đồ thị lực tác dụng lên bạc biên.
- Phụ tải tác dụng lên bác biên có cùng phơng ngợc chiều và cùng trị số với
phụ tải tác dụng lên cổ biên.
- Vị trí điểm tác dụng ứng với góc quay
I
của cổ biên thì tơng ừng với vị trí
góc quay
i
+
I
của bạc biên.
*) Cách vẽ đồ thị.
- Vẽ dạng đầu to biên trên tờ giấy bóng mờ
- Vẽ vòng tròn bất kỳ tâm 0 ,giao điểm của đờng tròn với đờng tâm biên là vị
trí 0
0
- Chia đờng tròn thành 24 phần và đánh dấu điểm tự : 0
0
,15
0
,30
0
,360
0
theo chiều
quay của trục khuỷu ứng với góc quay
0
+
0 ,

15
+
15

- Đặt tờ giấy bóng mờ chồng lên đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ biến sao cho o
trùng nhau
- Lần lợt xoay tờ giấy bóng mờ cho các điểm 15
0
, 30
0
trùng với trục Z trên đồ
thị phụ tải tác dụng lên cổ biên đồng thời đánh dấu các đầu mút của ác vectơ Q
cb0
,
Q
cb15
bằng các điểm : 0
0
,15
0

nối các điểm ;0
0
, 15
0
bằng một đờng cong trơn ta đợc đồ thị phụ tải tác dụng lên
bác biên.
7) Đồ thị phụ tải tác dụng lên cổ trục.
- Lực tác dụng lên cổ trục là hợp lực của các phản lực do các lực tác dung lên 2
cổ biên có chung 1 cổ trục . giá trị của lực này phụ thuộc vào góc giữa 2 trục

khuỷu liền nhau và trị số các lực tác dụng lên 2 cổ biên có chung 1 cổ trục.
- Với động cơ 8 xilanh có thú tự nổ : 1- 8 -3 - 4 - 7 - 2-5-6 : thì cổ trục 4 - 5 là
cổ trục chịu tải lớn nhất vì vậy chỉ cần xác định cho cổ trục này.
- Gọi phản lực tác dụng lên phía đầu trục là : Z
i
, T
i
,P
qi

- Gọi phản lực tác dụng lên phía đuôi trục là : Z
i
, T
i
,P
qi

- Phản lực do cổ biên i tác dụng lên cổ trục i-1,i và cổ trục i,i+1









=
=
=

i
l
qiqi
i
i
ii
i
i
ii
l
l
PP
l
l
TT
l
l
ZZ
''
'
''
'
''
'

=
=
=
i
l
qiqi
i
i
ii
i
i
ii
l
l
PP
l
l
TT
l
l
ZZ
'
''
'
''
'

''
- Lựcdo cổ biên i+1tác dụng lên cổ trục i,i+1 và i+1,i+2









=
=
=
++
++
++
i
l
qiqi
i
i
ii
i
i
ii
l
l
PP
l

l
TT
l
l
ZZ
''
'
''
'
''
'
11
11
11










=
=
++
++
++
i

l
qiqi
i
i
ii
i
i
ii
l
l
PP
l
l
TT
l
l
ZZ
'
''
'
''
'
''
11
11
11
- Lực tác dung lên cổ trục 4 5
T
4,5
=T

4
+T
5
cos + Z
5
sin
Z4
,5
=Z4 + Z
5
cos - T
5
sin
- Vẽ hệ trục T,Z có gốc là o
- Xác định các điểm : 0 ,15 ,30 ứng với các gá tri T,Z trên hệ trục sau đó nối
các điểm bằng một đờng cong trơn ta đợc đồ thị
- Xác định tâm cổ trục 0 có toạ độ :T
0
=P
q2
sin135
0
Z
0
= P
q3
+ P
q2
cos135
0

Vũ VĂN NINH 21
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
- Nối 0 với 1 điểm trên đồ thị ta đợc lực tác dụng lên cổ trục ấy và có điểm đặt
tại điểm kéo dài của đờng lực tác dụng với đờng tròn tợng trng cho cổ trục
- Sau khi vẽ đợc đồ thị lực tác dụng lên cổ trục ta khai triển thành đồ thị Q
ct
-
để tìm đơn vị phụ tải trung bình và đơn vị phụ tải cực đại
+)Phụ tải trung bình : Q
ct-tb
= à
l
F

trong đó : à :tỉ lệ xích của đồ thị.
F: diện tich đợc giới hạn bởi đờng cong và trục hoành.
l: chiều dài của trên đồ thị
Q
ct-tb
= 1.
150
8650
= 57,6 (kG/cm
2
)
+) Đơn vị phụ tải trung bình : k
TB
=

ctct
pTBct
dl
FQ
.
.
_
d
ct
=(0,6ữ0,8)D lấy d
ct
=25,2 (cm)
l
ct
=(0,6ữ1,0)d
ct
lấy l
ct
=1.d
ct
= 25,2(cm)
k
TB
=
2,25.2,25
44,1385.6,57
= 125,8
+)đơn vị phụ tải trung bình : k
max
=

ctct
p
dl
FQ
.
.
max
Q
max
= 106,5 (kG/cm
2
)

k
max
=
2,25.2,25
44,1385.5,106
= 88,
Bảng 6:
Vũ VĂN NINH 22
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
8- Đồ thị mài mòn:
Đồ thị mài mòn của cổ biên hay cổ trục thể hiện trạng thái chịu lực của các điểm
trên bề mặt cổ của trục, đồ thị này thể hiện trạng thái của trục , chỉ rõ khu vực
chịu tải nhỏ nhất để khoan lỗ dầu theo nguyên tắc đảm bảo đa dầu nhờn vào ổ tr-
ợt ở vị trí có khe hở giữa trục và bạc là lớn nhất tại đó áp suất cục bộ là bé nhất
làm cho dầu nhờn lu động dễ dàng

* Cách vẽ:
+ Vẽ vòng tròn bất kỳ tợng trng cho cổ biên hay cổ trục, chia vòng tròn đó
thành 24 phần bằng nhau
+ Tính hợp lực Qi của các lực tác dụng ở các điểm 0, 1, 2, 3 rồi ghi trị
số của các lực ấy vào bảng 6
+ Cộng trị số của tất cả các lực ta đợc Q, dùng tỷ lệ xích thích đáng đặt
các đoạn thẳng biểu diễn cho các lực Q ở các điểm 0, 1, 2 , 3 lên vòng tròn
trên chiều từ ngoài vào trong
+ Nối đầu mút của các đoạn ấy bằng 1 đờng cong ta đợc đồ thị mài mòn
của cổ biên hay cổ trục
+ Từ đồ thị này ta có thể xác định đợc vị trí khoan lỗ dầu bôi trơn nơi có
lực nhỏ nhất
9 - Mô men quán tính của bánh đà:
Nhiệm vụ của bánh đà bổ xung năng lợng kịp thời cho động cơ trong quá trình
làm việc, tức là tích luỹ năng lợng khi mô men quay lớn hơn mô men cản và giải
phóng năng lợng khi mô men quay nhỏ hơn mô men cản:
Chọn vật liệu làm bánh đà là thép, xác định các thông số của bánh đà:
Từ đồ thị tổng lực tiếp tuyến ta xác định đợc đờng tổng lực tiếp tuyến trung
bình nh đã tính ở phần tính tổng lực tiếp tuyến
F
1
= -2,18 (cm
2
).
F
2
= 9.38 (cm
2
)
F

3
=- 7.9224 (cm
2
)
F
4
= 0.72 (cm
2
)
Tính tổng đại số liên tục của các diện tích:
F
1
+ F
2
=-2.18 + 9,38 = 7.2 (cm
2
).
F
1
+ F
2
+ F
3
= -2.18 + 19.38 7.9224 = -0.72(cm
2
)
F
1
+ F
2

+ F
3
+ F4 = -0.72+ 0.72 = 0
Giá trị lớn nhất của tổng đại số các diện tích âm và dơng
của đồ thị tổng lực tiếp tuyến :
F
max
= 7.2 (cm
2
)
F
min
= -0.72 (cm
2
)
Góc quay trục khuỷ ứng với một chu kỳ là
c
0
= 360
0

Tỉ lệ xích của trục tung à
t
= 0,28

mm
cmKG
2
/
Tỉ lệ xích của đồ thị tổng lực tiếp tuyến
m=
180.
.
l
tc
à

m =
180.232,18
28.0.14,3.360
= 0,0964
Giá trị thực tế lớn nhất của tổng đại số các diện tích âm và dơng:
+ F
max
=7.2.0,0964 = 0.694 (KG/cm
2
)
+ F
min
= -0.72.0,2 = -0.0694 (KG/cm
2
)
Vũ VĂN NINH 23

Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
Tốc độ góc trung bình của trục khuỷu
= 17,79 (rad/s)
Thể tích công tác của xilanh
V
S
= 135000 (cm
3
)
Tính không đồng đều của động cơ =
30
1
Mômen quán tính khối lợng của những phần chuyển động quay
J =

2
(
min)max
FFV
s

(KG.cm.s
2
) (1)
Thay số: J =
79,17.2
30).72.02.7(135000 +
J = 574707,846 (KG.cm.s

2
)
Mô men quán tính bánh đà
J
bđ
=
g
DG
Db
4
.
2
0
(2)
với : G
0
_ Trọng lợng quy đổi của bánh đà
D
bđ
_đờng kính vòng tròn chạy qua trọng tâm của vàng đai bánh đà
D
bd
= (2 ữ3)S
Chọn D
bđ
= 2S = 2.1,4 = 2,8 (m)
S = 140 (cm) - Hành trình piston.
Trong thực tế khối lợng bánh đà lớn hơn rất nhiều so với các khối lợng chuyển
động khác nên J

J
bđ

vậy

2
)(
minmax
FFV
s

=
g
DG
bd
4
.
2
0
G
o
= 28764,7 (KG) m
o
=
g
G
o
=
=
8.9

7.28764
2932 (kg)
- Trọng lợng của vành đai bánh đà: m
v
= 0,8m
0
= 2346 (kg)
- Trọng lợng toàn phần bánh đà: m
đ
= 1,6m
v
= 3753 (kg)
Kiẻm tra lại vận tốc vòng bánh đà
v = R
bđ
=
60

nD
bd
= 24,9(m/s)
Với bánh đà bằng thép v = 40 ữ45 (m/s)Kết luận bánh đà đã tính thoả mãn.
Phần III:Kết cấu động cơ
I)Piston:
Vũ VĂN NINH 24
Lớp : Mtt47đh1
Thiết kế môn học
Diesel tàu thủy
1.Kích thớc:
- Chiều dày đỉnh piston: (

)
Piston làm bằng gang =>

= (0,12-:-0,18)D = (0,12-:-0,18).42
=(5,04ữ7,56)
Chọn

= 6 (cm)
- Chiều cao tâm lỗ chốt piston : (Lc)
Động cơ thấp tốc: Lc = (0,9ữ1,2)D = (0,9ữ1,2).42 = (37,8ữ50,4)
Chọn : L
c
= 45 (cm)
- Chiều dài thân piston: (L
T
)
Động cơ thấp tốc : L
T
= (1,3ữ1,4)D = (1,3ữ1,4).42 = (54,6ữ58,8)
Chọn : L
T
= 56 (cm)
- Chiều dài toàn bộ của piston : (L)
Động cơ thấp tốc : L = (1,6ữ1,8)D = (1,6ữ1,8).42 = (67,2ữ75,6)
Chọn : L = 70 (cm)
- Chiều dài phần đỉnh piston : L
Đ
= L - L
T

= 70 - 56 = 14 (cm)
- Đờng kính lỗ chốt piston: d
c
= (0,35ữ0,5)D = (0,35ữ0,5).42 = (14,7ữ21)
Chọn : d
c
= 18 (cm)
- Đờng kính của bệ chốt piston : dn = (0,4ữ0,7)D = (0,4ữ0,7).42 = (16,8ữ29,4)
Chọn : d
n
= 25 (cm)
- Chiều dày của piston ở chỗ rãnh sec măng:
m =(0,05ữ0,075)D = (0,05ữ0,075).42 =(2,1ữ3,15)
Chọn : m = 3 (cm)
- Khoảng cách từ sec măng thứ nhất tới đỉnh :
Vũ VĂN NINH 25
Lớp : Mtt47đh1

L
Đ
L
c
d
c
d
n