thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ rv70-n

Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
MỤC LỤC
Trang
Lời nói đầu 5
1. Giới thiệu đề tài 6
1.1. Tổng quan về nhiên liệu diesel 6
1.1.1. Giới thiệu về nhiên liệu diesel 6
1.1.2. Những tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel 7
1.2. Tổng quan về nhiên liệu biogas 8
1.2.1. Ưu điểm của nhiên liệu biogas 8
1.2.2. Thành phần của khí biogas 8
1.2.3. Những tính chất cơ bản của biogas 9
1.2.4. Yêu cầu của biogas khi sử dụng trong động cơ đốt trong 9
1.2.5. Tình hình sử dụng biogas hiện nay 10
1.3. Mục đích, ý nghĩa và đối tượng áp dụng của đề tài 11
1.3.1. Mục đích 11
1.3.2. Ý nghĩa 11
1.3.3. Đối tượng áp dụng 11
2. Khảo sát đặc điểm kết cấu của động cơ RV70-N 11
2.1. Giới thiệu chung về động cơ 11
2.1.1. Đặc tính kỹ thuật của động cơ 11
2.1.2. Kết cấu các chi tiết chính của động cơ 13
2.1.2.1. Piston 13
2.1.2.2. Thanh truyền 14
2.1.2.3. Trục khuỷu 14
2.2. Khảo sát hệ thống nhiên liệu 15
2.2.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu 15
2.2.2. Nguyên lý làm việc 15
2.2.3. Kết cấu các chi tiết chính 16
2.2.3.1. Bộ điều tốc 16
2.2.3.2. Bơm cao áp 17

2.2.3.3. Vòi phun 17
2.3. Khảo sát hệ thống nạp thải 18
2.3.1. Bình lọc không khí 18
2.3.2. Ống xả 19
3. Tính toán chu trình nhiệt của động cơ RV70-N 19
3.1. Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel 19
1
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
3.1.1. Các số liệu ban đầu 19
3.1.2. Các thông số chọn 20
3.1.3. Kết quả tính toán 21
3.1.4. Đồ thị công 26
3.2. Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel+biogas)
với các % năng lượng diesel làm mồi 29
3.2.1. Các giả thiết trong quá trình tính toán 29
3.2.2. Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng 5% năng lượng diesel làm mồi 30
3.2.2.1. Thành phần của hỗn hợp nhiên liệu 30
3.2.2.2. Các thông số chọn 31
3.2.2.3. Kết quả tính toán 32
3.2.3. Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng lượng diesel ở chế độ không tải 40
3.2.3.1. Bảng kết quả đo lượng tiêu hao nhiên liệu diesel ở chế độ không tải 40
3.2.3.2. Thành phần hỗn hợp nhiên liệu 40
3.2.3.3. Kết quả tính toán nhiệt: 41
3.2.4. Đồ thị công 41
3.3. So sánh, nhận xét 44
3.3.1. So sánh 44
3.3.1.1. Các thông số cơ bản của quá trình tính 44
3.3.1.2. Kết quả tính toán nhiệt 44
3.3.1.3. Bảng xác định đường nén và đường giãn nở 47
3.3.1.4. Đồ thị công 48

3.3.2. Nhận xét 48
4. Nghiên cứu, cải tiến hệ thống cung cấp biogas cho động cơ RV70-N 49
4.1. Cơ sở lý thuyết 49
4.2. Các phương án thiết kế van cung cấp biogas (van tiết lưu) 49
4.2.1. Yêu cầu, nhiệm vụ 49
4.2.2. Các phương án thiết kế 49
4.2.2.1. Van côn 50
4.2.2.2. Van cánh (van đĩa) 51
4.2.2.3. Van cầu 52
4.3. Các phương án thiết kế cơ cấu hạn chế lượng phun diesel làm mồi 53
4.3.1. Yêu cầu, nhiệm vụ 53
4.3.2. Các phương án thiết kế 53
4.3.2.1. Cơ cấu hạn chế lượng phun dùng vít 53
4.3.2.2. Cơ cấu hạn chế lượng phun dùng thanh đẩy 54
2
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
4.4. Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas 55
4.4.1. Yêu cầu của bộ điều tốc biogas 55
4.4.2. Các phương án thiết kế 55
4.4.2.1. Thay thế bộ điều tốc diesel bằng bộ điều tốc biogas (BĐT loại 1) 55
4.4.2.2. Sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động van côn (BĐT loại 2) 57
4.4.2.3. Sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động van cánh (BĐT loại 3) 59
4.5. So sánh và chọn phương án cải tạo 61
4.6. Tính toán, thiết kế phương án đã chọn 61
4.6.1. Cơ sở lý thuyết 61
4.6.2. Giới thiệu bộ phụ kiện vạn năng GATEC 20 62
4.6.2.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc 62
4.6.2.2. Ưu và nhược điểm 63
4.6.3. Tính toán, thiết kế buồng hỗn hợp 63
4.6.4. Tính toán, thiết kế van côn 65

4.6.5. Tính toán, thiết kế cơ cấu hạn chế lượng phun diesel làm mồi 69
4.6.6. Tính toán, thiết kế bộ điều tốc biogas 70
4.6.6.1. Sơ đồ tính toán bộ điều tốc 70
4.6.6.2. Tính toán, thiết kế các chi tiết của bộ điều tốc 73
4.6.6.3. Kết cấu bộ điều tốc biogas dẫn động van côn 83
4.7. Sơ đồ hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas) 84
5. Quy trình chế tạo và lắp đặt các chi tiết được cải tiến vào động cơ 85
5.1. Quy trình công nghệ chế tạo vỏ bộ điều tốc 85
5.1.1. Lựa chọn phương pháp chế tạo phôi 85
5.1.2. Xác định trình tự gia công các bề mặt 85
5.1.3. Trình tự thực hiện các nguyên công 85
5.2. Lắp đặt bộ điều tốc biogas lên giá động cơ - máy phát điện 90
5.3. Lắp đặt vít hạn chế lượng phun diesel 91
6. Chương trình tính toán bằng phần mềm Visual Basic 92
6.1. Giới thiệu 92
6.2. Form nhiệm vụ của đề tài 92
6.3. Form các thông số động cơ 92
6.4. Form các thông số của biogas 94
6.5. Form các thông số chọn 94
6.6. Form các kết quả tính toán nhiệt 95
6.7. Form tính toán họng Ventury 98
6.8. Form tính toán van tiết lưu (van côn) 99
3
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
6.9. Form tính toán bộ điều tốc 99
6.10. Nhận xét 100
7. Lắp đặt – chạy thử 100
7.1. Mục đích, yêu cầu của việc thử nghiệm 100
7.1.1. Mục đích 100
7.1.2. Yêu cầu 101

7.2. Địa điểm và mô hình lắp đặt thí nghiệm 101
7.2.1. Địa điểm 101
7.2.2. Mô hình lắp đặt 101
7.3. Kết quả thí nghiệm 103
7.3.1. Đo tiêu hao nhiên liệu diesel khi chạy không tải bằng lưỡng nhiên liệu
(diesel+biogas) 103
7.3.2. Đo tải máy phát điện 104
7.4. Nhận xét 105
8. Kết luận đề tài 106
TÀI LIỆU THAM KHẢO 107
4
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
LỜI NÓI ĐẦU
Những vấn đề mà thế giới quan tâm hiện nay đó là năng lượng và ô nhiễm
môi trường. Nguồn năng lượng hóa thạch ngày càng cạn kiệt dần và càng trở thành
mối nhạy cảm trong bức tranh chính trị quốc tế. Giá dầu thô thay đổi liên tục trong
thời gian gần đây đã cho thấy bất ổn lớn của nền kinh tế toàn cầu khi dựa vào dầu
thô làm nguồn năng lượng chính. Việc tìm kiếm và khai thác các nguồn năng lượng
mới là một trong những hướng quan trọng trong kế hoạch phát triển năng lượng. Và
nghiên cứu sử dụng các nguồn năng lượng tái sinh từ lâu đã được các nhà khoa học
đặc biệt quan tâm. Hiện nay ở quy mô toàn cầu, biogas là nguồn năng lượng lớn,
tổng sản lượng ứng dụng chiếm 9 đến 10 % tổng năng lượng trên thế giới.
Nguồn khí biogas nhận được từ các hầm khí sinh học đã cung cấp năng
lượng phục vụ sinh hoạt gia đình. Trong thực tế sản xuất và sinh hoạt ở nông thôn
hiện nay, những động cơ cỡ nhỏ kéo các máy công tác thông thường như bơm nước,
phát điện, xay xát…có nhu cầu rất lớn. Sử dụng khí biogas để chạy các loại động cơ
này sẽ giúp cho người dân tiết kiện được chi phí năng lượng, giảm giá thành sản
xuất và góp phần tích cực trong cải thiện đời sống người dân. Vì thế em đã chọn đề
tài: “Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N”.
Sau một thời gian miệt mài tìm hiểu và nghiên cứu, với sự nổ lực của bản

thân cùng với sự giúp đỡ của quý thầy cô giáo trong khoa Cơ Khí Giao Thông, đặc
biệt là thầy PGS.TS Trần Thanh Hải Tùng đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá
trình làm đồ án, nay đề tài của em đã hoàn thành. Tuy nhiên, với trình độ cũng như
kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, chắc hẳn đề tài còn nhiều thiếu sót. Kính mong
quý thầy cô giáo giúp đỡ và góp ý để đề tài của em hoàn thiện hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!
Ngày 04 tháng 06 năm 2010
Sinh viên thực hiện
Lê Thanh Doãn
1. Giới thiệu đề tài
5
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
Nước ta có gần 80% dân số sống ở nông thôn. Hoạt động sản xuất và sinh
hoạt ở khu vực này đòi hỏi một nguồn năng lượng rất lớn. Sự gia tăng giá xăng dầu
và giá điện trong thời gian gần đây đã gây rất nhiều khó khăn đối với vùng nông
thôn. Nhu cầu sử dụng nguồn năng lượng tại chỗ để phát điện nhằm giảm chi phí
năng lượng đã trở nên rất bức xúc, đặc biệt ở những nơi sản xuất nông nghiệp tập
trung, các trại chăn nuôi có sẵn hầm biogas.
Trên thị trường hiện có những động cơ được thiết kế đặc biệt để sử dụng
biogas, tuy nhiên nó thuộc nhóm các động cơ đặc chủng nên đắt tiền. Vả lại các
động cơ này chỉ chạy bằng biogas, không chạy được bằng nhiên liệu lỏng nên
không phù hợp với các hầm biogas cỡ nhỏ, có trữ lượng biogas hạn chế. Ở nước ta,
hầm biogas đã trở nên quen thuộc ở nông thôn. Tuy nhiên do qui mô sản xuất còn
nhỏ nên thể tích các hầm biogas phổ biến khoảng vài chục m
3
, không đủ sức cung
cấp nhiên liệu liên tục cho động cơ. Vì vậy, ngoài biogas, động cơ cần phải chạy
được bằng xăng dầu truyền thống khi cần thiết.
Giải pháp đơn giản nhất là cải tạo các loại động cơ sử dụng nhiên liệu lỏng
phổ biến thành động cơ tĩnh tại chạy bằng biogas-nhiên liệu lỏng.

Trong đề tài này em tiến hành nghiên cứu cải tạo quá trình cung cấp nhiên
liệu cho động cơ Vikyno diesel RV70-N chạy bằng hai nhiên liệu song song biogas-
diesel. Động cơ tự cháy do nén chạy bằng biogas được cải tạo từ động cơ diesel làm
việc theo nguyên lý: công suất chính do quá trình cháy biogas sinh ra, một lượng
diesel tối thiểu được phun làm mồi để đốt cháy hỗn hợp. Lượng diesel phun mồi
này được chỉnh ở mức thấp nhất.
1.1. Tổng quan về nhiên liệu diesel
1.1.1. Giới thiệu về nhiên liệu diesel
Nhiên liệu lỏng dùng cho động cơ diesel chủ yếu là những loại sản phẩm của
quá trình chưng cất dầu mỏ. Nó là một hỗn hợp của nhiều Cacbuahydro có kết cấu
phân tử khác nhau, quyết định tính chất lý hoá cơ bản của nhiên liệu và ảnh hưởng
rất nhiều tới quá trình bốc hơi và cháy của nhiên liệu. Trong những loại nhiên liệu
truyền thống sử dụng trên các phương tiện vận tải, diesel là một trong những nguồn
nhiên liệu rất quan trọng được sử dụng rất phổ biến bởi những tính năng ưu việt của
nó. Dầu diesel là phần Hydrocacbon lấy từ dầu mỏ, có nhiệt độ sôi nằm trong
khoảng 200 - 300
0
C. Dầu diesel có màu nâu nhạt, nặng hơn xăng và nhẹ hơn nước.
Dầu diesel phải có các tính chất sau đây:
+ Tính bốc hơi và có tính tự cháy tốt để đảm bảo cho quá trình cháy hoàn
toàn, tăng hiệu suất, giảm ô nhiễm.
+ Cháy ổn định, không làm rung khi động cơ nổ.
6
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
+ Có độ nhớt thích hợp để đảm bảo nhiên liệu dễ cháy ở nhiệt độ thích hợp,
đồng thời phải đảm bảo phun sương vào buồng cháy và bôi trơn cho cặp piston-
bơm cao áp được tốt.
+ Nhiên liệu phải cháy kiệt, xả hết hơi thừa, ít đóng muội ở vòi phun, buồng cháy.
1.1.2. Những tính chất cơ bản của nhiên liệu diesel
a) Nhiệt trị: Diesel là nhiên liệu có nhiệt trị tương đối cao: Q

tk


= 42,530 [MJ/kg].
b). Tính bay hơi: Tính bay hơi của nhiên liệu diesel ảnh hưởng rất lớn đến sự tạo
thành hỗn hợp của nhiên liệu và không khí. Để đánh giá độ bay hơi của nhiên liệu
diesel dùng các chỉ tiêu: thành phần điểm sôi, tỷ trọng hay khối lượng riêng, màu
sắc của nhiên liệu diesel.
Tỷ trọng của nhiên liệu diesel dùng cho các loại động cơ trong khoảng
(0,820 ÷ 0,920) [kg/lít] là phù hợp.
c). Tính lưu động ở nhiệt độ thấp và tính phun sương:
Một trong những chỉ tiêu chất lượng của nhiên liệu diesel là lưu chuyển dễ
dàng trong hệ thống cung cấp và phun nhiên liệu vào buồng cháy của động cơ. Tính
chất này đặc biệt yêu cầu khi động cơ làm việc ở vùng có nhiệt độ thấp.
Thông thường độ nhớt của diesel, ở 20
0
C từ 1,5 tới 6,0 là phù hợp. Nhiên
liệu diesel mùa đông có độ nhớt thấp hơn mùa hè.
d). Tính tự cháy: Để đánh giá khả năng tự cháy của nhiên liệu diesel người ta dùng
đại lượng có tính quy ước là trị số xetan (TSXT).
Trị số xetan cao quá sẽ không cần thiết vì gây lãng phí nhiên liệu, một số
thành phần nhiên liệu trước khi cháy, ở nhiệt độ cao trong xilanh bị thiếu oxy nên
phân hủy thành các cacbon tự do, tạo muội theo phản ứng:
2
Ct
yx
H
2
y
xCHC

0
+→
Nếu TSXT thấp sẽ xảy ra quá trình cháy kích nổ do trong nhiên liệu có nhiều
thành phần khó bị oxy hoá, khi lượng nhiên liệu phun vào trong xilanh quá nhiều
mới xảy ra quá trình tự cháy, dẫn đến cháy cùng một lúc gây toả nhiệt mạnh, áp suất
tăng mạnh, động cơ rung giật, … gọi là cháy kích nổ.
Thông thường các loại nhiên liệu diesel có TSXT vào khoảng (40 ÷ 50) sử
dụng tốt trong các động cơ hoạt động vào mùa hè và TSXT vào khoảng (50 ÷ 55) tốt
cho động cơ làm việc vào mùa đông.
e) Tính ổn định hoá học
Phụ thuộc vào hàm lượng thành phần keo, thành phần nhẹ có trong diesel. Nếu
hàm lượng các thành phần này càng lớn thì tính ổn định hóa học của diesel càng thấp.
f) Tính ăn mòn kim loại
7
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
+ Hàm lượng lưu huỳnh tổng số
+ Độ axit (Tolal Acid Number-TAN)
+ Hàm lượng nước
1.2. Tổng quan về nhiên liệu biogas
1.2.1. Ưu điểm của nhiên liệu biogas
* Về mặt môi trường:
+ Giảm lượng khí phát thải CO
2
, do đó giảm được lượng khí thải là nguyên
nhân chính gây ra hiệu ứng nhà kính, tránh được các thảm họa về môi trường.
+ Không có hoặc chứa rất ít các hợp chất của lưu huỳnh (<0,001% so với đến
0,2% trong dầu diesel).
+ Không chứa HC thơm nên không gây ung thư.
+ Khí thiên nhiên biogas không chứa chì gây tác hại đến sức khỏe con người,
gây ô nhiễm môi trường không khí.

+ Có khả năng tự phân huỷ và không độc (phân huỷ nhanh hơn diesel 4 lần,
phân huỷ từ 85 - 88% trong nước sau 28 ngày).
+ Giảm ô nhiễm môi trường nước và đất.
+ Giảm sự tiêu dùng các sản phẩm dầu mỏ.
* Về mặt kỹ thuật:
+ Biogas rất linh động có thể trộn với diesel theo bất kì tỉ lệ nào.
* Về mặt kinh tế:
+ Sử dụng nhiên liệu biogas ngoài vấn đề giải quyết ô nhiễm môi trường nó
còn thúc đẩy ngành nông nghiệp phát triển, tận dụng tiềm năng sẵn có của ngành
nông nghiệp như thúc đẩy phát triển chăn nuôi trang trại, tận dụng các nguồn rác
thải sẵn có.
+ Đồng thời đa dạng hoá nền nông nghiệp và tăng thu nhập ở vùng miền
nông thôn.
+ Hạn chế nhập khẩu nhiên liệu chế biến từ dầu mỏ, góp phần tiết kiệm cho
quốc gia một khoảng ngoại tệ lớn.
1.2.2. Thành phần của khí biogas
Biogas từ các nguồn khác nhau thì có chất lượng tương đối khác nhau và phụ
thuộc vào một số yếu tố nhất định. Thành phần của biogas phụ thuộc vào loại chất thải
bị phân huỷ, độ dài của thời gian lưu trong đó chất thải trải qua quá trình phân huỷ.
Biogas là kết quả phân hủy các chất hữu cơ trong môi trường thiếu không khí là hỗn
hợp của nhiều loại khí. Biogas chứa chủ yếu CH
4
(40 ÷ 80%) và CO
2
(25 ÷ 50%) còn
lại là các chất khác như N
2
(0 ÷ 10%), O
2
(0 ÷ 2%), H

2
S (0 ÷ 3%), H
2
(0 ÷ 1%), …Các
8
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
chất hữu cơ như: cây cối, rơm rạ, xác sinh vật, các chất thải từ quá trình chế biến
thực phẩm, các chất thải từ quá trình chăn nuôi
1.2.3. Những tính chất cơ bản của biogas
a). Tính chất vật lý
Bảng 1-1. Các tính chất của các thành phần biogas
Các tính chất vật lý CH
4
CO
2
Trọng lượng phân tử 16 44
Tỷ trọng 0,554 1,52
Điểm sôi 259,0
0
F (=144
0
C) 60,8
0
C
Điểm đông -296,6
0
F(-164,8
0
C) -69,9
0

F (-38,83
0
C)
Khối lượng riêng 0,66 [kg/m
3
] 1,82 [kg/m
3
]
Nhiệt độ nguy hiểm 116,0
0
F (=64,44
0
C) 88,0
0
F (=48,89
0
C)
Áp suất nguy hiểm 45,8 at 72,97 at
Nhiệt cháy 55,403 [J/kg]
Giới hạn cháy 5-15% Thể tích
Tỷ lệ cháy hoàn toàn trong không
khí
0,0947 Thể tích
0,0581 Khối lượng
b). Nhiệt trị của nhiên liệu biogas
CH
4
được mệnh danh là nhiên liệu “sạch”, có nhiệt trị cao, nhiệt trị thấp của
CH
4

là 1012 Btu/ft3 (35,8.10
3
KJ/m
3
). Do biogas chứa khoảng (40 ÷ 80%) CH
4
nên
biogas có nhiệt trị tương đối cao, 1m
3
biogas có nhiệt lượng (4.700 – 6.500)kcal,
tương đương với (0,5 ÷ 0,7) lít dầu diesel.
1.2.4. Yêu cầu của biogas khi sử dụng trong động cơ đốt trong
Vấn đề đáng quan tâm và cần được nghiên cứu tiếp là làm sao có thể nâng
cao hiệu suất động cơ và giảm thiểu ô nhiễm môi trường do khí thải động gây ra. Ta
biết rằng trong biogas có một lượng đáng kể hydrogen sulfide H
2
S (khoảng
10.000ppm thậm chí sau khi qua các thiết bị xử lý vẫn còn khoảng (200 ÷ 400)ppm
H
2
S) là một khí rất độc tạo nên hỗn hợp nổ với không khí. Khí biogas được sử dụng
làm nhiên liệu, khí H
2
S có thể ăn mòn các chi tiết của động cơ, sản phẩm cháy của
nó là SO
x
cũng là một khí rất độc cho con người (TCVN cho phép là 0,3mg/m
3
). Vì
thế, hoàn thiện quá trình cháy trong động cơ sử dụng nhiên liệu biogas là vấn đề đặt

ra để có thể vừa kéo dài tuổi thọ động cơ vừa giảm thiểu ô nhiễm trong khí thải
động cơ. Hàm lượng của các chất này không được vượt quá mức cho phép.
Mặc dù không phải là chất chiếm nhiều trong biogas như CO
2
, nhưng hơi nước
có thể có ảnh hưởng đáng kể đến các đặc trưng của quá trình cháy biogas. Dù hàm
9
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
lượng nhỏ nhưng hơi nước đã ảnh hưởng đáng kể đến nhiệt độ ngọn lửa, giới hạn
cháy, nhiệt trị thấp và tỷ lệ không khí/nhiên liệu của biogas. Ngoài ra nó làm tăng
nguy cơ ăn mòn thiết bị, do đó cần thiết phải giảm lượng hơi nước có trong biogas.
1.2.5. Tình hình sử dụng biogas hiện nay
Hiện nay, khi nhiên liệu thay thế đã trở thành đề tài nghiên cứu được nhiều
nhà quan tâm thì những lựa chọn để sử dụng nguồn năng lượng này càng trở nên
phong phú. Các xu hướng chính sử dụng nhiên liệu biogas trên thế giới như sau:
+ Đốt trực tiếp.
+ Làm nhiên liệu cho các loại động cơ.
+ Bán cho các nhà cung cấp khí tự nhiên.
1.3. Mục đích, ý nghĩa và đối tượng áp dụng của đề tài
1.3.1. Mục đích
10
Nguồn
biogas
Đốt trực tiếpĐộng cơ
Bán cho nhà
cung cấp
Tạo
năng
lượng
Công suất

trên trục
Vận tải
Cấp nhiệt,
làm lạnh
Sấy
Quạt, bơm,
máy nén
Turbin lỏng Tur bin khí
Phát điệnMáy phát
thuỷ lực
Xe khách,
Xe tải,
Máy kéo
Phát nhiệt
điện
Điều hoà
hay đun
nước
Hình 1-1. Sơ đồ các ứng dụng của biogas
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
+ Nắm được nguyên lý làm việc, đặc điểm kết cấu các bộ phận chính của hệ
thống cung cấp nhiên liệu diesel cũng như hệ thống cung cấp biogas.
+ Tính toán quá trình cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N chạy
máy phát điện. Qua đó so sánh, nhận xét các kết quả tính để từ đó đưa ra phương
pháp cải tạo động cơ chạy bằng diesel sang chạy bằng hỗn hợp (diesel + biogas).
+ Nghiên cứu, cải tạo động cơ tĩnh tại chạy bằng diesel sang chạy bằng hỗn
hợp (diesel + biogas) nhằm tiết kiệm nguồn nhiên liệu lỏng, giảm chi phí và bảo vệ
môi trường.
1.3.2. Ý nghĩa
+ Việc sử dụng nhiên liệu khí biogas để làm nhiên liệu chạy động cơ đốt trong

sẽ làm giảm mức độ phát thải khí CO
2
, NO
x
, HC, CO góp phần thực hiện các công
ước quốc tế về môi trường mà Việt Nam đã cam kết tham gia.
+ Việc tận dụng các nguồn năng lượng sạch tại chỗ cho sản xuất sẽ giúp cho
người dân tiết kiệm được kinh phí, làm giảm giá thành sản phẩm, tăng thu nhập cho
người dân, góp phần đẩy mạnh công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa nông
nghiệp nông thôn, đảm bảo sự phát triển bền vững của đất nước.
1.3.3. Đối tượng áp dụng
+ Động cơ tĩnh tại chạy bằng diesel được cải tạo sang chạy bằng lưỡng nhiên
liệu biogas/diesel nên khả năng ứng dụng của nó rất rộng rãi nhất là những nông trại
ở nông thôn, miền núi, vùng xa xôi hẻo lánh: nơi mà nguồn dầu mỏ khó cung cấp
thường xuyên, mặt khác tận dụng nguồn năng lượng sạch biogas tại chỗ để chạy
máy phát điện, máy nổ, máy bơm nước… là một thuận lợi lớn.
+ Các động cơ ô tô có mức phát thải ô nhiễm lớn được cải tạo sang sử dụng
lưỡng nhiên liệu biogas/diesel sẽ đảm bảo mức phát thải chất gây ô nhiễm ở mức tối
thiểu đảm bảo vấn đề ô nhiễm môi trường.
2. Khảo sát đặc điểm kết cấu của động cơ RV70-N
2.1. Giới thiệu chung về động cơ
2.1.1. Đặc tính kỹ thuật của động cơ
Hiện nay, nhu cầu sản xuất các động cơ cỡ nhỏ có công suất tương đối dùng
trong nông nghiệp là rất lớn tại Việt Nam, các nhà sản xuất động cơ tập trung chủ
động sản xuất các loại động cơ diesel công suất nhỏ đáp ứng nhu cầu này và có đủ
khả năng cạnh tranh với các loại động cơ diesel công suất nhỏ đang tràn ngập thị
trường nước ta. Bằng các nghiên cứu thị trường trong những năm gần đây về yêu
cầu của khách hàng đối với động cơ đốt trong sản xuất tại Việt Nam là chất lượng,
giá thành, suất tiêu hao nhiên liệu, công suất. Từ các yêu cầu trên Công ty Máy
Nông Nghiệp Miền Nam (VIKYNO) đã tập trung nghiên cứu cải tiến các sản phẩm

11
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
hiện có và đã cho ra đời rất nhiều thế hệ động cơ RV dựa trên các thiết kế mẫu của
KUBOTA (Nhật Bản).
Động cơ RV70-N là động cơ diesel một xilanh được nghiên cứu và sản xuất
dựa trên thiết kế của động cơ diesel RK70, do công ty VIKYNO chế tạo, là loại
động cơ được sản xuất trong nước, đồng thời cũng là sản phẩm có nguồn cung cấp
ổn định, được sử dụng nhiều trên các ghe, thuyền cỡ nhỏ, chạy máy phát điện trong
các trang trại chăn nuôi. Đây là dạng động cơ tĩnh tại, động cơ đặt nằm ngang, kích
thước khuôn khổ của động cơ như sau: LxBxH = 619x322,5x435 [mm], và thông số
kỹ thuật như sau:
Bảng 2-1. Đặc tính kỹ thuật của động cơ RV70-N
12
Thông số
Đơn vị
Giá trị
Tên động cơ
Vikyno diesel RV70-N
Loại động cơ
Diesel
Kiểu động cơ
4 kỳ, 1 xy lanh, nằm ngang
Công suất định mức
Mã lực/vòng/phút
6/2200
Công suất tối đa
Mã lực/vòng/phút
7/2400
Mômen cực đại
kgm/rpm

2,26/1800
Thể tích xilanh
cm
3
376
Tỷ số nén

24
Số vòng quay
vg/ph
2400
Đường kính xi lanh
mm
80
Hành trình piston
mm
75
Thể tích thùng nhiêu liệu
Lít
7,5
Suất tiêu thụ nhiên liệu
gam/Mã lực/giờ
203
Áp suất mở vòi phun
(kg/cm
2
)
140
Thể tích dầu bôi trơn
Lít

2
Dầu bôi trơn
Nhớt 30 (SAE 30, 20, 10W-30)
Hệ thống đốt nhiên liệu
Phun gián tiếp
Hệ thống khởi động
Tay quay
Hệ thống làm mát
Két nước
Thể tích nước làm mát
lít
1,3
Trọng lượng
kg
68
Kích thước: Dài - Rộng - Cao
mm
619 - 322,5 - 435
Hình 2-1. Mặt cắt dọc của động cơ RV70-N
1. Ống xả; 2. Vòi phun; 3. Két làm mát; 4. Lọc nhiên liệu; 5. Thùng
chứa nhiên liệu; 6. Bánh đà; 7. Nắp máy; 8. Van xả nước làm mát;
9. Piston; 10. Thanh truyền, 11. Trục khuỷu.
Ø80
125
1 3 5
7 8 9 10
4
6
11
2

Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
2.1.2. Kết cấu các chi tiết chính của động cơ
2.1.2.1. Piston
Vì piston luôn luôn chịu nhiệt độ, áp suất cao và chuyển động tịnh tiến trong
xilanh, nên nó phải có trọng lượng nhẹ, cứng, chịu nhiệt, chịu mòn và độ giản nở
nhiệt ít. Vì những lý do đó nên piston được chế tạo bằng hợp kim nhôm chứa silic.
Piston có bốn sécmăng:
+ Sécmăng trên cùng (1) thuộc loại mặt tròn. Bề mặt trượt của nó có dạng
tròn để lắp ráp ban đầu tốt hơn và cũng thiết kế để ngăn ngừa hiện tượng mòn bất
thường và bó kẹt. Do đó, phần này được mạ crôm cứng để tăng độ chịu mài mòn.
13
Hình 2-2. Kết cấu piston
(1) Séc măng thứ nhất; (2) Séc măng thứ hai
(3) Séc măng thứ ba; (4) Séc măng dầu
8
60
2
4
29
Ø80
12
Ø21
43
(1)
(2)
(3)
(4)
2
5
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N

+ Sécmăng thứ hai (2) thuộc loại côn có độ kín sát cao và có tác dụng làm
giảm hao phí dầu động cơ.
+ Sécmăng thứ ba (3) thuộc loại côn cắt ở dưới. Nó ngăn ngừa dầu khỏi dâng
lên trên thành xilanh hiệu quả hơn sécmăng côn.
+ Sécmăng dầu bốn (4) thuộc loại côn cắt. Áp lực của bề mặt trượt cao có tác
dụng gạt dầu một cách hiệu quả. Bề mặt trượt còn được mạ crôm cứng để có độ
chịu mòn tốt hơn.
2.1.2.2. Thanh truyền
Thanh truyền được chế tạo bằng thép cácbon rèn hình chữ I để có thể chịu
được tác động lặp lại lớn.
Đầu to của thanh truyền thuộc loại có mặt cắt ngang và bắt chặt bằng bulông đặc
biệt. Bạc đầu to thuộc loại cắt và được chế tạo bằng hợp kim đồng – chì, bề mặt được
mạ thép để đảm bảo lắp ghép ban đầu tốt. Bạc đầu nhỏ được chế tạo bằng kim loại đồng
– chì có khả năng chịu va đập, chịu tải và chịu nhiệt rất tốt, bề mặt được mạ thiếc.
2.1.2.3. Trục khuỷu
Trục khuỷu được chế tạo bằng thép hợp kim đặc biệt cứng, cổ biên và các
chỗ lắp vòng chắn dầu được tôi cảm ứng để tăng độ cứng bảo đảm độ chịu mài mòn
cao hơn.
Trục khuỷu có một rãnh dầu, qua đó dầu động cơ được cung cấp đến phần cổ
biên và bôi trơn nó.
14
Hình 2-3. Kết cấu thanh truyền
125
Ø21
25
12
19
12
9
4

A
A
A-A
T? l? 2:1
A - A
Tỷ lệ 2:1
Hình 2-4. Kết cấu trục khuỷu
A
A
A-A
Ø42
21
96
Ø10
35
120
Ø48
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
2.2. Khảo sát hệ thống nhiên liệu
2.2.1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
Hệ thống nhiên liệu động cơ RV70-N gồm các bộ phận chính sau: Thùng
chứa nhiên liệu, lọc nhiên liệu, bộ điều tốc, bơm cao áp, đường ống cao áp, vòi
phun, đường dầu hồi. Các bộ phận như: bộ điều tốc, bơm cao áp được gắn kết với
nhau trong một khối nhỏ gọn.
2.2.2. Nguyên lý làm việc
Dầu diesel từ thùng chứa nhiên liệu (3) qua bình lọc (6) đi vào bơm cao áp (7)
sau khi đã lọc sạch những cặn bẩn, bụi, nước…Tại đây nhiên liệu được nén với áp
suất cao theo đường dầu cao áp (8) thắng lực lò xo của vòi phun (9) để nâng kim
phun lên khỏi đế van, nhiên liệu áp suất cao được phun vào buồng cháy động cơ.
15

Hình 2-5. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu
1. Nắp đậy; 2. Lưới lọc nhiên liệu; 3. Thùng chứa nhiên
liệu; 4. Nút xả; 5. Khóa; 6. Bình lọc nhiên liệu; 7. Bơm cao
áp; 8. Đường dầu cao áp; 9. Vòi phun; 10. Đường dầu hồi.
9
8
7
6
5
4
1 2 3
10
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
Sau khi phun xong áp suất nhiên liệu giảm nhanh dẫn đến lực lò xo vòi phun
thắng áp suất dầu để đóng van lại và kết thúc quá trình phun.
Một phần nhiên liệu cung cấp đến vòi phun (9) dùng để bôi trơn các chi tiết
chuyển động của kim phun bên trong vòi phun.
Dầu thừa đi theo đường dầu hồi (10) từ phần trên của vòi phun (9) trở về
thùng chứa nhiên liệu (3).
2.2.3. Kết cấu các chi tiết chính
2.2.3.1. Bộ điều tốc
Bộ điều tốc có tác dụng giữ tốc độ động cơ không thay đổi và đồng thời điều
khiển công suất ra. Bộ điều tốc của động cơ RV70-N là bộ điều tốc điều khiển cơ
khí nhiều chế độ, nó khống chế tốc độ động cơ ở bất cứ điểm nào giữa các vị trí tốc
độ từ chạy không đến cực đại. Phần tử cảm ứng tốc độ động cơ là quả văng.
Hoạt động của bộ điều tốc nhờ vào sự thay đổi biến dạng ban đầu của lò xo.
* Kết cấu của bộ điều tốc:
* Nguyên lý hoạt động:
Mỗi vị trí của cần ga diesel (6) sẽ tương ứng với một chế độ hoạt động của
động cơ. Khi kéo cần (6) về vị trí hoạt động (chế độ Run) của động cơ thì lúc này

16
Hình 2-6. Kết cấu bộ điều tốc diesel
1. Bơm cao áp; 2. Bộ phận hạn chế nhiên liệu; 3. Tay đòn bộ
điều tốc; 4. Quả văng; 5. Trục bộ điều tốc; 6. Tay đòn cần ga
diesel; 7. Lò xo bộ điều tốc; 8. Bánh răng trục khuỷu.
2 3
4 5
6
7
8
96 32
10
Ø30
1
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
lực lò xo (7) và lực ly tâm của quả văng (4) tác dụng lên cần điều tốc (5) cân bằng.
Khi tốc độ động cơ tăng lên thì lực ly tâm sẽ thắng lực lò xo đẩy thanh răng về vị trí
giảm nhiên liệu cấp cho động cơ. Ngược lại, khi tốc độ động cơ giảm xuống thì lực
lò xo thắng lực ly tâm đẩy thanh răng về vị trí cấp nhiên liệu nhiều hơn. Cứ như vậy
bộ điều tốc sẽ giữ cho động cơ hoạt động với tốc độ không đổi với chế độ tải ổn
định.
2.2.3.2. Bơm cao áp
Bơm cao áp thuộc kiểu bơm Bosch K, nó nhỏ, nhẹ và dễ sử dụng.
Piston bơm cao áp (4) có rãnh xiên trái chuyển động tịnh tiến qua con lăn
con đội (5) nhờ cam nhiên liệu của trục cam, đẩy nhiên liệu đi vào vòi phun.
2.2.3.3. Vòi phun
Do sử dụng vòi phun kiểu tiết lưu, nên lượng nhiên liệu phun nhỏ khi bắt đầu
phun và lượng nhiên liệu tăng lên dần dần khi phun nhiên liệu chính. Loại vòi phun
này có đặc trưng là tạo nên sự đốt cháy tăng êm dịu.
Nhiên liệu được bơm cao áp đẩy đến thân miệng phun (5) qua lưới lọc (1) ở

đây các mạt kim loại nhỏ, cặn, bụi bẩn trong nhiên liệu được giữ lại.
17
Hình 2-7. Kết cấu bơm cao áp
1. Đầu nối ống cao áp; 2. Van cao áp; 3. Thân bơm; 4. Piston
bơm cao áp; 5. Con lăn; 6. Thanh răng; 7. Đường dầu hồi
Ø32
16
27
6,5
9
13
70
76 25
± 0,05
32
23,5
21,5
68,4
Ø5
Ø34
-0,15
10
1
3
4
5
2
6
7
4 L? Ø2,5

127
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
Khi áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo (4) của vòi phun, kim phun (6) được
đẩy lên và nhiên liệu được phun từ lỗ phun. Nhiên liệu bôi trơn giữa kim phun và
thân miệng phun trở về thùng chứa qua ống nhiên liệu thừa.
Áp suất phun được điều chỉnh bằng cách thay đổi độ dày đệm điều chỉnh (3).
2.3. Khảo sát hệ thống nạp thải
2.3.1. Bình lọc không khí
Động cơ RV70-N được trang bị một bình lọc không khí kiểu ướt, thuộc loại
bát dầu. Bình lọc không khí loại bát dầu có một phần tử lọc kiểu sợi thép chế tạo
bằng vật liệu lọc được gia công đặt biệt. Hầu hết bụi hút vào bình lọc không khí bị
loại ra do dầu ở trong bát chứa dầu. Các hạt bụi và cặn nhỏ không bị tách ra, sẽ bị
giữ lại bởi các sợi thép được tẩm dầu.
Và không khí đã lọc sạch theo đường ống nạp cung cấp đến xi lanh.
18
Hình 2-8. Kết cấu vòi phun
1. Lưới lọc; 2. Thân vòi phun; 3. Đệm điều chỉnh;
4. Lò xo vòi phun; 5. Thân miệng phun; 6. Kim phun
4
134913
38
Ø25
Ø21,5
Ø14
-0,2
-0,13
12
Ø5
18,5
23,5

949
24
11,5 9,5
9,5
42
R9
2 l? Ø8,8
1 32
4
5
6
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
2.3.2. Ống xả
Ống xả có ống đục lỗ, các tấm chắn và thân chính.
Ống đục lỗ và các tấm chắn có tác dụng làm giảm tiếng ồn khí xả một cách
có hiệu quả.
3. Tính toán chu trình nhiệt của động cơ RV70-N
3.1. Tính toán chu trình nhiệt động cơ khi sử dụng nhiên liệu diesel
3.1.1. Các số liệu ban đầu
Thông số Ký hiệu Đơn vị Giá trị
Công suất có ích N
e
Hp/kW 7/5,2199
Tỷ số nén
ε
24
Số vòng quay n Vòng/phút 2400
Đường kính xi lanh D mm 80
Hành trình piston S mm 75
19

Hình 2-9. Kết cấu đường nạp động cơ RV70-N
1. Bu lông xiết đường nạp vào động cơ; 2. Bu lông xiết cần giữ vòi phun
với đường ống nạp; 3. Bu lông xiết vòi phun với cần giữ vòi phun; 4.
Đường ống nạp; 5. Cần giữ vòi phun; 6. Mặt bích; 7. Chốt định vị.
50
35
72
46
7
4 5
6
7
3
2 1
8
2810
Ø34
2
72
140
28
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
Số xi lanh i 1
Số kỳ
τ
4
Góc phun sớm Độ 22
0
30’
Góc phân phối khí

α
1
Độ
20
α
2
45
α
3
50
α
4
15
Loại buồng cháy Dự bị
Kiểu xupáp Treo
3.1.2. Các thông số chọn
Tên thông số Đơn vị
Khoảng giá trị
thường gặp
Giá trị
chọn
Tài liệu
tham khảo
Áp suất khí nạp p
k
MN/m
2
0,0981 [1]
Nhiệt độ khí nạp T
k

K 302 [1]
Hệ số dư lượng không khí α
1,5 ÷ 1,8 1,5 [1]
Áp suất cuối kỳ nạp p
a
MN/m
2
(0,8 ÷ 0,9)p
k
0,08829 [1]
Áp suất khí sót p
r
MN/m
2
0,104 ÷ 0,118 0,115 [1]
Nhiệt độ khí sót T
r
K 700 ÷ 900 700 [1]
Độ sấy nóng khí nạp mới ∆T
20 ÷ 40 25 [1]
Chỉ số đoạn nhiệt m 1,45 ÷ 1,5 1,45 [1]
Hệ số lợi dụng nhiệt tại z, ξ
z
0,65 ÷ 0,85 0,76 [1]
Hệ số lợi dụng nhiệt tại b, ξ
b
0,85 ÷ 0,9 0,9 [1]
Tỷ số tăng áp λ
1,2 ÷ 2,4 1,45 [1]
Hệ số nạp thêm λ

1
1,02 ÷ 1,07 1,02 [1]
Hệ số quét buồng cháy λ
2
1 [1]
Hệ số hiệu đính tỷ nhiệt λ
t
1,11 [1]
Hệ số điền đầy đồ thị ϕ
đ
0,92 ÷ 0,97 0,97 [1]
3.1.3. Kết quả tính toán
a). Tính quá trình nạp
a1). Tính hệ số khí sót γ
r
:
m
1
a
r
2t1
a
r
r
k2
r
p
p
.λλελ
1

p
p
T
ΔT)(Tλ
γ








−
+
=
20
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
026,0
08829,0
115,0
*1*11,102,1*24
1
*
08829,0
115,0
*
700
)25302(*1
45,1

1
=






−
+
=
a2). Tính hệ số nạp η
v
:



















−
+−
=
m
1
a
r
2t1
k
a.
k
k
v
p
p
λλελ
p
p
ΔT)(T
T
1)(ε
1
η
837,0
08829,0
115,0
1*11,102,1*24
1

*
0981,0
08829,0
*
)25302(
302
*
124
1
45,1
1
=






−
+−
=
a3). Tính nhiệt độ cuối quá trình nạp T
a
[K]:
[K] 337
0,0261
0,115
0,08829
700*0,026*1,1125302
)γ(1

p
p
TγλΔTT
T
1,45
11,45
r
m
1m
r
a
rrtK
a
=
+






++
=
+









++
=
−
−
a4). Tính số mol không khí để đốt cháy một kg nhiên liệu M
0
[kmol kk/kg nl]:
Nhiên liệu
Thành phần trong 1kg nhiên liệu [kg] Khối lượng
phân tử µ
nl
[kg/kmol]
Nhiệt trị
thấp Q
H
[kJ/kg]
C H O
Diesel 0,87 0,126 0,004 180 ÷ 200 42530
kk/kgnl] [kmol 0,495)
32
0,004
4
0,126
12
0,87
(
0,21
1

32
O
4
H
12
C
0,21
1
M
nl
0
=−+=






−+=⇒
a5). Tính số mol khí nạp mới M
1
:
M
1
= αM
0
= 1,5 * 0,495 = 0,742 [kmol kk/kg nl]
b). Tính quá trình nén
b1). Tỷ nhiệt của không khí
vkk

mC
[kJ/kmol.K]:
20,439302*
2
0,00419
19,806T
2
b
aCm
v
vvkk
=+=+=
[kJ/kmol.K]
Trong đó: + a
v
= 19,806; b
v
= 0,00419
b2). Tỷ nhiệt mol của sản phẩm cháy
v
Cm
′′
[kJ/kmol.K]:
T
2
b
aCm
''
v
''

v
''
v
+=
21
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
Trong đó: +
956,20
5,1
634,1
867,19
α
1,634
19,867a
''
v
=+=+=
+
006,010*
5,1
36,184
38,42710*
α
184,36
427,38b
55''
v
=







+=






+=
−−
nl] kk/kg [kmol 21,787302*
2
0,006
20,956mC
''
v
=+=⇒
b3). Tỷ nhiệt của hỗn hợp cháy
v
Cm
′
[kJ/kmol.K]:
T
2
b
a
γ1

Cm*γCm
mC*rCm
v
v
r
vrvkk
viiv
′
+
′
=
+
′′
+
==
′
∑
Trong đó: +
19,835
0,0261
20,956*0,02619,806
γ1
a*γa
a
r
''
vrv
'
v
=

+
+
=
+
+
=
+
0,004
0,0261
0,006*0,0260,00419
γ1
b*γb
b
r
''
vrv
'
v
=
+
+
=
+
+
=
nl] kk/kg [kmol 20,473302*
2
0,004
19,835mC
'

v
=+=⇒
b4). Tính chỉ số nén đa biến trung bình n
1
:
Chọn trước n
1
= 1,3645. Thế vào PT sau:
( )
1ε*Τ*
2
b
a
8314
1n
1n
a
'
v
'
v
1
1
++
+=
−
VT = n
1
= 1,3645
( )

( )
364,1
142*337*
2
0,004
835,91
8,314
1
1ε*Τ*
2
b
a
8,314
1VP
11,345
1n
a
'
v
'
v
1
=
++
+=
++
+=
−
−
Sai số: ε = VT – VP = 1,3645 – 1,364 = 0,0005 < 0,001. Thỏa mãn.

Vậy ta chọn n
1
= 1,3645
b5). Tính nhiệt độ cuối kỳ nén T
c
[K]:
107324*337ε*TT
13645,1
1n
ac
1
===
−
−
[K]
b6). Tính áp suất cuối kỳ nén p
c
[MN/m
2
]:
749,624*08829,0ε*pp
3645,1
n
ac
1
===
[MN/m
2
]
c). Tính quá trình cháy

c1). Tính ∆M:
0,032
32
0,004
4
0,126
32
O
4
H
ΔM =+=+=
c2). Tính số mol sản phẩm cháy M
2
[kmol kk/kg nl]:
M
2
= M
1
+ ΔM = 0,742 + 0,032 = 0,774 [kmol kk/kg nl]
22
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
c3). Hệ số biến đổi phân tử lý thuyết:
1,043
0,742
0,774
M
M
β
1
2

0
===
c4). Hệ số biến đổi phân tử thực tế:
1,042
0,0261
0,0261,043
γ1
γβ
β
r
ro
=
+
+
=
+
+
=
c5). Hệ số biến đổi phân tử tại z:
1,035
0,9
0,76
*
0,0261
11,043
1
ξ
ξ
*
γ1

1β
1β
b
z
r
o
z
=
+
−
+=
+
−
+=
c6). Tính hệ số toả nhiệt x
z
tại z:
0,844
0,9
0,76
ξ
ξ
x
b
z
z
===
c7). Tổn thất nhiệt do cháy không hoàn toàn: vì α = 1,5 > 0 nên ΔQ
H
= 0

c8). Tỷ nhiệt mol đẳng tích trung bình môi chất tại z:
z
''
vz
''
vz
''
vz
T
2
b
amC +=
Trong đó: +
( )
( )
z1
o
r
z2
z1
'
v
o
r
z2
''
v
''
vz
x1*M

β
γ
x*M
x1*M*a
β
γ
x*M*a
a
−+








+
−+








+
=

( )
( )
792,20
844,01*742,0
043,1
026,0
844,0*774,0
844,01*742,0*835,19
043,1
026,0
844,0*774,0*956,20
=
−+






+
−+






+
=
+

( )
( )
=
−+








+
−+








+
=
z1
o
r
z2
z1
'

v
o
r
z2
''
v
''
vz
x1*M
β
γ
x*M
x1*M*b
β
γ
x*M*b
b
( )
( )
0053,0
844,01*742,0
043,1
026,0
844,0*774,0
844,01*742,0*004,0
043,1
026,0
844,0*774,0*006,0
=
−+







+
−+






+
=
608,622188*
2
0,0053
20,792mC
''
vz
=+=⇒
[kJ/kmol.K]
c9). Nhiệt độ cực đại của chu trình T
z
[K]:
Nhiệt độ cực đại tính theo phương trình cháy:
23
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N

( )
z
''
vzzc
''
vc
r1
Hz
T*Cm*βT*λ)*8,314Cm(
γ1*M
Q*ξ
=++
+
Đưa về dạng phương trình bậc hai:
0CBTAT
z
2
z
=++
Trong đó: +
0,00275
2
0,0053
*1,035
2
b
*βΑ
''
vz
z

===
+
127,038,314)(20,792*1,035)314,8(a*βΒ
''
vzz
=+=+=

+
( )
( )
=








++−
+
−
−=
cc
'
v
'
v
r1
ΗΗz

Τ*λ*8,314Τ*
2
b
a
γ1*Μ
ΔQQ*ξ
C
( )
( )
943,791031073*1,45*8,3141073*
2
0,004
835,91
0,0261*0,742
025304*0,76
−=






++−
+
−
−=
Giải ra ta có: T
z
= 2188 [K]
c10). Áp suất cực đại chu trình: p

z
= p
c
*λ = 6,749*1,45 = 9,785 [MN/m
2
]
d). Tính quá trình giản nở
d1). Tỷ số giãn nở sớm:
1,456
1073
2188
*
1,45
1,043
T
T
*
λ
β
ρ
c
zz
===
d2). Tỷ số giãn nở sau:
16,487
1,456
24
ρ
ε
δ ===

d3). Kiểm nghiệm lại trị số n
2
:
Chọn trước n
2
= 1,274. Tính lặp n
2
theo công thức:
( ) ( )
( ) ( )
( )
bz
''
vz
''
vz
bzr1
ΗΗzb
2
ΤΤ*
2
b
a
ΤΤ*β*γ1*Μ
ΔQQ*ξξ
8,314
1n
−++
−+
−−

=−
Trong đó :
1015
487,61
2188
δ
Τ
Τ
11,274
1n
z
b
2
===
−
−
[K]
VT = n
2
– 1 = 1,274 – 1 = 0,274
( ) ( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
0,274
1015)(2188
2
0,0053
20,792
1015)(2188*1,042*0,026)(1*0,742

042530*0,760,9
8,314
ΤΤ*
2
b
a
ΤΤ*β*γ1*Μ
ΔQQ*ξξ
8,314
bz
''
vz
''
vz
bzr1
ΗΗzb
VΡ
=
−++
−+
−−
−++
−+
−−
=
==
Sai số Δ = VT – VP = 0,274 – 0,274 = 0 < 0,001.
Vậy ta chọn n
2
= 1,274

24
Thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70-N
d4). Nhiệt độ cuối quá trình giãn nở T
b
[K]:
1015
16,487
2188
δ
T
T
11,274
1n
z
b
2
===
−
−
[K]
d5). Áp suất cuối quá trình giãn nở p
b
[MN/m
2
]:
0,275
16,487
9,785
δ
p

p
1,274
n
z
b
2
===
[MN/m
2
]
d6). Kiểm nghiệm lại nhiệt độ khí sót:
[K] 774
0,275
0,115
*1015
p
p
TT
1,45
11,45
m
1m
b
r
brtinh
=







=








=
−
−
Sai số:
15% % 62,10100%*
700
700774
100%*
T
TT
Δ
r tinh
chonr r tinh
<=
−
=
−
=
. Thỏa mãn.

e). Tính toán các thông số chỉ thị
e1). Áp suất chỉ thị trung bình lý thuyết [MN/m
2
]:
=












−
−
−






−
−
+−
−

=
−− 1n
1
1n
2
c
i
12
ε
1
1*
1n
1
δ
1
1*
1n
ρ*λ
1)(ρ*λ*
1ε
p
p'
( )













−
−
−






−
−
+−
−
=
−− 13645,11274,1
24
1
1
13645,1
1
487,16
1
1
1274,1
456,1*45,1

1456,1*45,1
124
749,6
= 0,853 [MN/m
2
]
e2). Áp suất chỉ thị trung bình: p
i
= p
i
’* φ
đ
= 0,853 * 0,97 = 0,828 [MN/m
2
]
e3). Hiệu suất chỉ thị động cơ η
i
:

0,442
0,0981*0,837*42530
302*0,828*0,742*8,314
p*η*Q
T*p*M*8,314
η
kvH
ki1
i
===
e4). Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị g

i
[g/kw.h]:
621,911
0,442*42530
3600000
η*Q
3600000
g
iH
i
===
[g/kw.h]
f). Tính toán các thông số có ích
f1). Tổn thất cơ giới p
m
[MN/m
2
]:
Theo công thức kinh nghiệm:
armm
ppC*bap −++=
Trong đó: +
6
30
2400*0,75
30
n*S
C
m
===

[m/s]
+ a = 0,015; b = 0,0156
0,13530,08829-0,1156*0,01560,015p
m
=++=⇒
[MN/m
2
]
25