nhiên liệu của động cơ diezel trong tổ hợp động cơ máy phát cấp điện

MỤC LỤC Trang
1. TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIEZEL-MÁY PHÁT
CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG 2
1-1. Tình hình sử dụng tổ hợp động cơ diezel-máy phát cấp điện
tập trung trên thế giới và ở Việt nam 2
1-2.Năng lượng sử dụng và sự biến đổi năng lượng trong tổ hợp
động cơ -máy phát 5
1-3. Phân tích quá trình tiêu thụ năng lượng của động cơ diezel
khi cấp điện cho các phụ tải làm việc 6
1-4. Chọn đề tài nghiên cứu 8
2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ
DIEZEL-MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG 10
2-1.Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp
động cơ-máy phát 10
2-2.Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện 11
2-3.Chế độ làm việc kinh tế của các phụ tải theo quan diểm
chi phí nhiên liệu nhỏ nhất 14
2-4.Phương pháp xác định lượng tiêu hao nhiên liệu của
động cơ diezel trong tổ hợp động cơ -máy phát 19
3. XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ
DIEZEL TRONG TỔ HỢP ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP
TRUNG BROADCROWN BCD-380S 24
3-1.Tổng hợp các thông số có liên quan đến tính toán tiêu hao
nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung 24
3-1-1.Thành phần đoàn tầu được khảo sát 24
3-1-2.Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp động cơ mát phát Broadcrown 25
3-1-3.Công suất đIện năng tiêu thụ trên đoàn tầu 26
1
3-1-4.Chi phí nhiên liệu ở chế độ không tảI của động cơ trong tổ hợp 30
3-2. Phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liẹu
động cơ trong tổ hợp đông cơ máy phát 30

3-2-1. Thời gian chậm tầu 31
3-2-2. Môi trường khai thác và khí hậu thời tiết 31
3-2-3. Động cơ làm việc khi không tải 32
3-2-4.Yếu tố về hành khách đI tầu và tác nghiệp trên cung đoạn
vận dông 32
3-3. Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel khi
phụ tải làm việc 33
3-3-1.Tính theo mô hình bàI toán (2-20) 33
3-3-2.Tính theo thống kê thực tế và khảo sát thực nghiệm 35
3-3-3. Kiến nghị định mức mới đối vơi tổ hợp động cơ máy phát
Broadcrown-380s 39
kết luận và kiến nghị 40
tài liệu tham khảo 41
2
1. TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL- MÁY PHÁT
CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG.
1-1. Tình hình sử dụng tổ hợp động cơ diesel- máy phát cấp điện tập
trung.
Cùng với sự phát triển kỹ thuật vận chuyển đường sắt theo hướng gia tăng
tốc độ chạy tầu, sử dụng hệ thống điều chỉnh và điều khiển hiện đại, gia tăng độ êm
dịu và đặc biệt sử dụng hệ thống thiết bị chẩn đoán nhanh đảm bảo an toàn chạy tầu
thì không thể không quan tâm đến hệ thống cấp điện cho các đoàn tâù phục vụ trực
tiếp cho tổ chức khai thác của ngành đường săt trên thế giới nói chung và đường sắt
Việt nam nói riêng. Tổ hợp động cơ diezel-máy phát cấp điện tập trung được sử
dụng rất rộng rãi trên các đoàn tầu chạy chính tuyến và được coi nh mét thành
phần chủ yếu của đoàn tầu. Ơ' nước ta, trong cao trào của những năm đổi mới,
hướng nâng cao chất lượng phục vụ hành khách được quan tâm nhiều hơn, có liên
quan mật thiết với trang bị tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung thay cho hệ
thống cấp điện cổ điển, dùng máy phát một chiều liên kết với trục bánh xe cấp điện
cho đoàn tầu. Kiểu cấp điện nh vậy bộc lộ rất nhiều khuyết điểm không đáp ứng

được nhu cầu của các trang thiết bị và hệ thống chiếu sáng , không nâng cao chất
lượng phục vụ hành khách đi tầu, gây ra nhiều sự cố không đáng có.
Từ lý do đó ngành đường sắt đã thay đổi phương thức cấp điện cổ điển bằng
phương thức cấp điện tập trung theo từng giai đoạn và loại nguồn điện sử dụng là
điện áp xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha. Phương án khởi đầu được sử dụng đó là: dùng
tổ hợp động cơ Bông sen 12 mã lực, kéo máy phát điện một chiều LK5 của Trung
quốc, phương thức cấp điện này đã có được một số tiến bộ nhất định, song cũng
bộc lộ nhiều khuyết điểm nhất là về chiếm dụng không gian lắp đặt quá nhiều, cồng
kềnh, chất lượng động cơ Bông sen kém, mức độ ô nhiễm môi trường cao, bất tiện
khi điều chỉnh số lượng toa xe do nhu cầu vận tải Một bước thay đổi nữa là sử
3
dụng tổ hợp động cơ diesel YANMAR 60L của Nhật bản kéo máy phát điện không
đồng bộ ba pha do nhà máy chế tạo điện cơ sản xuất, cấp dòng xoay chiÒu ba pha
có điện áp 220/380VAC, nhờ biến áp hạ xuống 28V, qua bộ chỉnh lưu thành dòng
một chiều cấp cho các phụ tải làm việc.
Từ những năm 1996 đến năm 2001 ngành đã đầu tư mua những loại MPĐ
có công suất từ 100- 300KWA lắp đặt trên một toa xe ( gọi là toa xe BVPĐ hoặc
CV-PĐ) một hoặc hai tổ hợp. Những tổ hợp của MPĐ này của hãng Cummin,
FGWilson, Jubilee… đã cung cấp nguồn điện 380V/220V cho các đoàn tầu từ 12 -
15 toa xe, các toa xe này được trang bị các loại thiết bị hiện đại như máy ĐHKK,
Tivi, thùng đun nước sôi, các loại đèn chiếu sáng…
Đối với các lọai MPĐ loại này vẫn còn thể hiện nhiều nhược điểm: công suất
nhỏ, không phải thiết kế để đặt lên toa xe do đó không chịu được rung, va đập nên
tuổi thọ giảm , hay hỏng bất thường (độ tin cậy thấp).
Từ năm 2001 đến nay tổ hợp MPĐ Broadcroawn 380S đã được đưa vào sử
dụng thử nghiệm. Sau một thời gian sử dụng nó được đánh giá là loại tổ hợp MPĐ
có chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế phù hợp với ngành Đường sắt Việt
Nam và từ đó đến nay đã được sử dụng trên toàn bộ các đoàn tầu có đẳng cấp cao
của Đường sắt Việt nam với số lượng như sau: XNVDTXK HN là 27 tổ hợp,
XNTX Đà nẵng là 03 tổ hợp và XNTXKSG là 21 tổ hợp.

Bảng 1-1
N NĂM SÈ XE BBV-PĐ SỐ TỔ MÁY TÔNG CS [KVA]
1 1966 6 02 66
2 1998 12 22 3730
3 2000 42 34 10312
4 2002 57 73 21189
5 2005 85 147 34411
Bảng 1-1: Quá trình sử dụng tổ hợp đông cơ diesel-máy phát điện trong
ngành đường sắt Việt nam
4
Cơ cấu chủng loại tổ hợp động cơ diesel máy phát đang sử dụng trong ngành
đường sắt Việt nam thể hiện trong bảng 1-2.
Bảng 1-2
N LOẠI TỔ HỢP MPĐ SÈ TX SỐ LƯỢNG TỶ LỆ VỀ SL (%)
1 Broadcrowns-BCD-380 30 51 34
2 FG.WILSON- P200 13 26 17,6
3 FG.WILSON- P300 10 20 13,6
4 ONAN-CUMMIN 17 25 17
5 Các loại máy khác 17,8
Bảng 1-2: Cơ cấu chủng loại tổ hợp Động cơ diesel-Máy phát chính
đang sử dụng trong ngành đường sắt Việt nam ( 1996-2005)
1-2. Năng lượng sử dụng và sự biến đổi năng lượng trong tổ hợp động cơ
diesel máy phát
Năng lượng nói chung có nhiều dạng : Nhiệt, điện, cơ ,gió, thuỷ Ơ' đây chủ
yếu xét về quá trình biến đôi và chuyển giao năng lượng diễn ra trong tổ hợp động
cơ diezel máy phát điện. Quá trình đó được trình bày trên hình 1-1.
Hình 1-1. Quá trình biến đổi và chuyển giao năng lượng ở tổ hợp động cơ máy
phát cấp điện tập trung.
HN- hoá năng của nhiên liệu diesel.
Q-nhiệt lượng nhận được từ nhiên liệu.

5
A
Q
E
HN
A-Công cơ học do nhiệt năng sinh ra.
E- Điện năng được tạo ra từ máy phát điện.
Dạng biến đổi và chuyển giao năng lượng diễn ra nh sau :
HN Q A E Cấp cho các phụ tải.
Từ phân tích trên dễ ràng nhận thấy: Nguồn điện năng cung cấp cho các phụ
tải phụ thuộc chủ yếu vào công suất của động cơ diesel. Nh vậy mối quan hệ hữu
cơ giữa động cơ diesel và máy phát là công suất cơ và công suất điện thông qua quá
trình chuyển giao năng lượng. Trong mối quan hệ này, trước hết phải quan tâm đến
hiệu suất cơ khí của động cơ diesel cũng có nghĩa là công suất hữu Ých trên trục
động cơ diesel. Mặt khác phải thừa nhận một phần công suất hữu Ých dùng cho các
thiết bị phụ để đảm bảo quá trình làm việc của bản thân động cơ diesel. Cuối cùng
công suất dùng để tạo ra điện năng có dạng :
miK
NN
ηβ
).1(
−=
; (1-1)
Trong đó :
N
i
-Công suất chỉ thị của động cơ diesel [kw];
β
-Phần công suất hữu Ých dùng cho các thiết bị phụ của động cơ diesel

( )
E
N1505.0
÷=
β
;
m
η
-Hiệu suất cơ khí của động cơ diesel (
84.080.0
−=
m
η
);
Nh vậy công suất của động cơ diesel chuyển thành công suất của máy phát có dạng
:
ϕη
cos
PPPgKP
IUNN
==
(1-2)
Trong đó:
Pg
η
- Là hiệu suất của máy phát.
6
Trong tổ hợp động cơ diesel máy phát điện, công suất tiêu thụ của các phụ
tải bị giới hạn bởi độ lớn của công suất cấp N
P

. Công suất tiêu thụ của các phụ tải
quyết định mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel.
Hiệu suất của các quá trình biến đổi năng lượng được trình bày trong bảng 1-
3.
Bảng 1-3: Hiệu suất của các quá trình biến đổi năng lượng
Bảng 1-3
N DẠNG BIẾN ĐỔI N/LƯỢNG TÊN THIẾT BỊ HIỆU SUẤT
1 Cơ năng-> cơ năng Turbin nước
Động cơ gió
0.90
0.46
2 Nhiệt -> cơ năng Turbin hơi nước
Động cơ hơi nước
0.40
0.20
3 Nhiên liệu -> cơ năng Động cơ diezel
Động cơ xăng
0.36
0.25
4 Nhiên liệu-> nhiệt-> cơ
-> điện năng
Nhà máy nhiệt điện
Hệ thống hơi nước khí cháy
0.40
0.55
5 cơ năng-> điện năng Máy phát điện 0.99
6 Điện năng -> cơ năng Động cơ điện 0.92
7 Điện năng -> Nhiệt năng Lò nung nóng 1.00
8 Hoá năng-> điện năng Ắc quy
Pin khí cháy

0.70
0.60
9 Nhiên liệu->nhiệt Nồi hơi nước 0.88
10 Năng lượng mặt trời->
điện năng
Bé pin ảnh 0.12
1-3. Phân tích quá trình tiêu thụ nhiên liệu diezel khi cấp điện cho các phụ tải
làm việc.
7
Xuất phát từ tình hình khai thác cụ thể của các đoàn tầu khách có sử dụng tổ
hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung tại Xí nghiệp vận dụng toa xe
khách Hà nội, lượng tiêu hao nhiên liệu diesel có thể tổng hợp trong bảng 1-4.
Bảng 1-4
N Sè toa
xe
Tên tổ hợp
động cơ -máy phát
Mác
tầu
sè
chuyến
Tiêu hao
[lít]
So với
ĐM
1 81553 BroadcrownBCD 380S E1/2 23 31816.8 +2.274.0
2 81555 BroadcrownBCD 380S E1/2 15 35340.7 + 569.5
3 81503 BroadcrownBCD 380S S1/2 23 62.875.6 + 731.8
4 81616 F.G Wilson P200 S3/4 19 33.641.2 +3.990.7
5 81625 F.GWilson P200+P300 S5/6 20 33.286.8 +4.907.6

6 81620 F.G Wilson P200 S7/8 16 26.873.0 + 409.9
7 81558 Broadcrown BCD 380S SE1/2 18 39.903.6 +2.798.7
8 81618 F.G Wilson P200 V1/2 33 9.469.8 +1848.8
9 81620 F.G Wilson P200 LC 6 2.423.3 + 766.0
10 11511 Cummín-onan 30 M1/2 27 1.221.2 + 48.7
11 81612 BroadcrownBCD 380S LC5/6 33 15.050.1 + 851.6
12 71701 Cummín-onan 85 YB1/2 63 5.900.3 +3076.3
Bảng 1-4. Lượng tiêu thụ nhiên liệu diesel trong tổ hợp động cơ-máy
phát cấp điện tập trung quý II /2005
Từ bảng 1-4 ta có thể tính lượng tiêu hao nhiên liệu bình quân theo các mác
tầu trên cùng cung đoạn theo biểu thức sau :
i
n
n
i
n
B
B
∑
∑
=
1
1
[lít/chuyến]; (1-3)
Trong đó :
∑
−
i
B
Tổng chi phí nhiên liệu theo số chuyến trên cùng mác tầu, cùng

mét cung đoạn vận tải [lít];
8
∑
−
i
n
Tổng số chuyến trên cùng mác tầu, cùng cung đoạn vận tải;
Để có cơ sở khoa học phân tích chi phí nhiên liệu của dộng cơ diesel trong tổ
hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung phải sử dụng chỉ tiêu chi phí nhiên liệu
đơn vị dạng :







∑
∑
=
kW
lit
N
B
b
n
i
n
i
i

1
1
hoặc :






∑
∑
=
km
lit
V
VB
b
Ki
Kihi
i
; (1-4)
Trong đó :
−
∑
n
i
N
1
Tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải;
B

hi
-Chi phí nhiên liệu theo giờ chạy trên đoạn đường thứ " i";
V
Ki
-Tốc độ chạy bình quân trên đoạn đường thứ "i";
Từ công thức (1-4) ta tính được mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel
trong các tổ hợp động cơ máy phát khác nhau, được trình bày trong bảng 1-4.
1-4. Chọn đề tài nghiên cứu
Xuất phát từ quá trình khai thác tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập
trung, cho đến nay vấn đề định mức nhiên liệu cho động cơ diesel vẫn mang tính
thời sự và cần phải giải quyết vấn đề này bằng một phương pháp luận khoa học
được kiểm nghiệm từ thực tiễn để kiến nghị một chương trình định mức hợp lý
hơn. Chính vì lý do đó đề tài nghiên cứu được hình thành có tên :
" Xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu cho tổ hợp động cơ diesel máy phát
cấp điện tập trung. Đối tượng nghiên cứu là tổ hợp động cơ diesel máy phát
BROADCROWN BCD-380S phục vụ trực tiếp cho ngành đường sắt Việt nam.
9
Về ý nghĩa khoa học của đề tài, được thể hiện ở chỗ hình thành phương
pháp luận cho viêc xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ
diesel máy phát cấp điện tập trung
Về ý nghĩa thực tiễn của đề tài là giải quyết một vấn đề kỹ thuật trong ngành
đường sắt, đề xuất chương trình định mức tiêu hao nhiên liệu cụ thể cho tổ hợp
động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung, phục vụ trực tiếp cho tổ chức khai thác
các đoàn tầu khách trên mạng lưới đường sắt quốc gia.
Nội dung cần giải quyết bao gồm :
-Tổng quan về tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung.
-Năng lượng sử dụng và qúa trình biến đổi và chuyển giao năng lượng.
-Tổng hợp về tình hình tiêu thụ nhiên liệu trong tổ hợp động cơ -máy phát.
-Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện.
-Chế độ làm việc của phụ tải theo quan điểm chi phí nhiên liệu nhỏ nhất.

-Phương pháp luận xác định tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ -máy phát.
-Tính toán theo lý thuyết và tổ chức thử nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu để lựa.
chọn định mức cụ thể cho các tổ hợp khac nhau.
Các bước tiến hành bao gồm:
-Nghiên cứu lý thuyết về kinh tế nhiên liệu.
-Thu thập tài liệu về định mức cấp phát và định mức khai thác trong những năm
2003 đến quý II /2005.
-Tổng hợp các cụm động cơ máy phát đang sử dụng trên đường sắt.
-Tổ hợp động cơ- máy phát cấp điện tập trung Broadcrown BCD-380S và các
thông số kỹ thuật của nó.
-Tính toán lý thuyết và đo đạc thực nghiệm.
-Xây dựng chương trình định mức và hướng dẫn sử dụng.
10
Đề tài được thực hiện tại :
+ Bộ môn Cơ Khí Ôtô trường đại học GTVT Hànội.
+ Xí nghiệp Vận dụng toa xe khách Hànội.
Với :
+ Sự hướng dẫn khoa học của :
1. Tiến sĩ Nguyễn Văn Bang.
2. Tiến sĩ Nguyễn Đức Toàn.
+ Sự trợ giúp của máy vi tính và máy đo tiêu hao nhiên liệu hiện có.
+ Sù giúp đỡ của các nhà khoa học chuyên ngành ở bộ môn cơ khí ô tô,bộ
môn đầu máy toa xe ,trường đại học GTVT Hà nội.
+ Sự giúp đỡ của bạn bè đồng nghiệp trong ngành đường sắt Việt nam.
11
2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY PHÁT
CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG.
2-1. Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát.
Trên hình 2-1. trình bày sơ đồ cấu trúc của tổ hợp động cơ diesel máy phát
cấp điện tập trung.

1 2
3 4
5
6 7
Hình 2-1. Sơ đồ cấu trúc của tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập
trung.
1 - Động cơ diezel; 2 - Bộ điều chỉnh chế độ làm việc của động cơ diezel;
12
G G
X
3
≈
M M
3 - Máy phát điện một chiều; 4 - Máy phát điện xoay chiều;
5 - Bộ biến tần hoặc biến pha; 6 - Phụ tải một chiều; 7 - Phụ tải xoay chiều;
Từ sơ đồ nguyên lý ( hình 2-1.) có thể miêu tả quá trình làm việc của tổ hợp
động cơ diezel máy phát điện như sau: Hoá năng của nhiên liệu biến thành cơ năng
trên trục động cơ diesel dùng để kéo máy phát điện taọ ra điện áp và cường độ
dòng điện cấp cho các phụ tải làm việc trong quá trình khai thác đoàn tầu trên
đường sát. Phụ tải của máy phát bao gồm các thiết bị tiêu thụ điện năng khác nhau
như : hệ thống máy điều hoà không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thông hâm nóng
nước,
Chức năng của tổ hợp động cơ diesel máy phát điện là : tạo ra một điện áp ổn
định, cấp theo yêu cầu của các loại phụ tải khác nhau, mà chế độ làm việc của phụ
tải lại luôn thay đổi, phụ thuộc vào các điều kiện môi trường thiên nhiên và xã
hội Từ đó khó có thể xây dựng được một định mức tiêu hao nhiên liệu hoàn chỉnh
cho tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung cho đoàn xe.
2-2. Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát điện
Trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung,có thể các dạng
biến đổi năng lượng theo hai chiều : cơ thành điện, điện thành cơ (xem hình 2-1)

Về nguyên tắc động cơ diesel phải làm việc ở phạm vi hẹp của tốc độ quay để bảo
đảm hiệu suất nhiệt cao và các chỉ tiêu về độc hại là thấp nhất. Ứng với phạm vi
Êy, động cơ diesel sẽ làm việc ở chế độ kinh tế nhất. Theo khía cạnh khác, động cơ
diesel chỉ cho phép quá tải không quá 10%, vì thế phải lựa chọn tổ hợp sao cho
máy phát tiếp nhận công suất từ động cơ diesel có giá trị ổn định, không phụ thuộc
vào quá trình điều khiển tốc độ quay và mômen quay của động cơ diesel, nghĩa là :
==
SSS
NM
ω
Constan; (2-1)
13
Trong đó : M
S
- mômen trên trục động cơ diesel;
−
S
ω
tèc độ quay trên trục động cơ diesel;
Mặt khác không phụ thuộc vào các thông số dòng tức thời cấp cho phụ tải từ
máy phát và công suất điện có dạng :
==
GSGG
NIU
η
Constan; (2-2)
Từ phân tích trên cho thấy, tổ hợp động cơ diesel và máy phát phải phối hợp
làm việc ở vùng có hiệu suất lớn nhất, có nghĩa là ở chế độ kinh tế nhất. Trong thực
tế điều đó khó thực hiện được mà chỉ cố gắng điều chỉnh chế độ làm việc của tổ
hợp ở vùng có hiệu suất đủ lớn .

Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát được đánh giá bằng hai
chỉ tiêu cơ bản đó là :
- Khả năng tiết kiệm công suất của động cơ diezel có dạng :
S
n
i
i
N
N
N
k
∑
=
=1
[%]; (2-3)
-Hệ sè chi phí nhiên liệu :
C
C
g
g
k
=
ϕ
[%]; (2-4)
Trong đó :
∑
n
i
N
1

- tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải.
−
C
g
Chi phí nhiên liệu đơn vị trung bình trong thời gian làm việc của
động cơ diesel [g/kWh].
14
g
C
- Chi phí nhiên liệu đơn vị ở chế độ định mức [g/kWh].
Trên hình 2-2. Trình bày các đặc tính chủ yếu của động cơ diesel khi thanh
răng nhiên liệu ở vị trí lớn nhất
N
S
[kW]
M
K
[N.m]
M
K
G
h
[kg/h]

N
S
G
h
g
e

[g/kwh]
g
e
n[v/ph]
Hình 2-2.Các đặc tính tốc độ của động cơ diezel
Đối với máy phát điện một chiều cũng như máy phát điện xoay chiều, không
có loại đặc tính ngoài tự nhiên nào thoả mãn yêu cầu ứng với một tốc độ quay nhất
định của động cơ diezel, máy phát có một công suất ổn định khi tải thay đổi, nghĩa
là thoả mãn điều kiện : N
P
= UI = const. Để có đặc tính dạng hypecbol công suất
15
khụng i phi s dng b iu chnh sao cho c tớnh ngoi ca mỏy phỏt tip cn
vi c tớnh cụng sut khụng i ca ng c diesel. Trờn hỡnh 2-3 trỡnh by mi
quan h ú
U
A
2
U
max
1
U
Z
3
U
min
B
4
0 Imin I
Z

Imax I
Hỡnh 2-3. Phm vi iu chnh in ỏp ca mỏy phỏt in theo c
tớnh cụng sut ca ng c diesel
Phm vi iu chnh in ỏp ca mỏy phỏt in c xỏc nh :


BHC
U
KK
K
=
Z
U
U
max
=
; (2-5)
Trong ú:
- U
max
- in ỏp cc i ca mỏy phỏt.
- U
Z
- in ỏp nh mc ca mỏy phỏt.
- K
C
- H s kt cu ca mỏy phỏt v bng:

K
K

C
=
; (2-6)

BH
K
H s bóo ho mch t ca mỏy phỏt;
16
Đặc tính ngoài của
máy phát
Đặc tính công suất không
đổi của động cơ diesel
−
θ
mức độ kích từ;
−
γ
mức độ kích từ của phụ tải;
Trên hình 2-3, đoạn 1-2 biểu thị hạn chế điện áp của máy phát điện, khi đó
mạch từ của nó bão hoà, do đó ở đoạn này không thể lợi dụng triệt để công suất của
động cơ diesel. Đoạn 2-3 đặc tính có dạng hypecbol, ở đây máy phát bị hạn chế bởi
công suất định mức của động cơ diesel và có khả năng khai thác triêt để công suất
của động cơ diesel. Đoạn 3-4 biểu thị hạn chế dòng cực đại của máy phát điện, phụ
thuộc vào điều kiện phát lửa, phát nóng và không thể khai thác triệt để công suất
của động cơ diesel.
Hình 2-4 trình bày sơ đồ khối hệ điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát điện
xoay chiều đồng bộ
I
DK
G K R

KT
I
KT
P
F
L
Hình 2-4. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát điện xoay
chiều đồng bộ
TG - bộ điều khiển; ĐT - bộ ổn định vòng quay; T1 - thanh tỷ lệ; TL - khâu
tích phân; E - máy phát kích từ; MPĐ - máy phát điện xoay chiều đồng bộ; T2 -
khâu hồi tiêp.
Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát điện có ảnh hưởng rất
lớn đến kinh tế nhiên liệu. Chính vì lẽ đó trong khai thác phải quan tâm đến công
17
TG §T T1 TL E
MP§
T2
việc hợp lý của các hệ thống trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập
trung .
2-3. Chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập
trung.
Như đã biết, đặc tính làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát phụ thuộc
vào đối tượng phục vụ của nó, ở đây đối tượng phục vụ của nó là các phụ tải dưới
dạng :
-Hệ thống làm mát đoàn tầu bằng điều hoà không khí
-Hệ thống làm mát đoàn tầu bằng quạt điện
-Hệ thống đun nước nóng
-Hệ thống chiếu sáng bằng đèn tuýp
-Hệ thống chiếu sáng bằng đèn sợi đốt
Tải từ các hệ thống này luôn thay đổi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác

nhau,trong đó phải kể đến các yếu tố rất nhạy cảm trong quá trình vận hành đoàn
tầu trên tuyến như :
- Yếu tố về khí hậu thời tiết
- Yếu tố về môi trường vận dụng
- Yếu tố về hành khách đi tầu
- Yếu tố về lưu thông và tác nghiệp khi cần thiết
Trong điều kiện hiện tại rất khó xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố
về mặt định tính và đăc biệt về mặt định lượng đến chế độ làm việc kinh tế của tổ
hợp động cơ máy phát. Ơ' đây phân tích chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơ
máy phát theo các công việc của các hệ thống thuộc bản thân đông cơ diesel và
máy phát trong quá trình khai thác.
- Đặc tính làm việc của động cơ diezel
18
Các thông số đánh giá chế độ làm việc kinh tế của động cơ diesel được xác
định bởi các hệ số sau :
+ Chi phí nhiên liệu khai thác đơn vị [g/kWh].
+ Hiệu suất khai thác của động cơ diesel [ K
m
].
+ Hệ số khai thác lợi dụng công suất của động cơ diesel [K
N
].
Các chỉ tiêu này phải kể đến thời gian làm việc của động diesel khi không tải
và quá trình chuyển tiếp sảy ra nếu có.
- Chuyển hoá năng lượng sảy ra ở tổ hợp động cơ máy phát
Việc chuyển hoá này biểu thị bằng các hiệu suất thành phần và ở mức độ lớn
phụ thuộc vào sự lợi dụng năng lượng hợp lý ở bản thân động cơ, ảnh hưởng đến
chuyển hoá này phải kể đến :
+ Đặc tính làm việc của các phụ tải.
+ Đại lượng công suất tiếp nhận để cấp cho các thiết bị phụ.

+ Quá trình rối loạn công việc của động cơ.
Hiệu suất khai thác của động cơ diesel khá cao, điều đó cũng có nghĩa là khả năng
lợi dụng năng lưọng cấp cho các phụ tải làm việc khá tốt.
- Chế độ làm việc hợp lý của hệ thống và các thiết bị phụ.
Vấn đề này có ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế nhiên liệu của tổp hợp động cơ máy
phát. Hệ thống và các thiết bị phụ chủ yếu phải kể đến là :
+ Hệ thống làm mát dộng cơ diesel.
+ Hệ thống bôi trơn.
+ hệ thống cấp nhiên liệu.
+ Hệ thống cấp không khí.
+ Hệ thống xả khí.
+ Hệ thống làm mát máy phát điện.
Các hệ thống phụ trợ tiếp nhận lượng công suất đáng kể từ động cơ diezel
( từ 6-15 % ) . Trên hình 2-5 trình bày một cách định tính phần % công suất mà
19
các tổ hợp động cơ diezel máy phát hoạt động bình thường. Từ hinh 2-5 cho thấy
nhu cầu công suất cho các hệ thống và các thiết bị phụ thuộc bản thân đông cơ là
rất khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào chế độ làm việc của bản thân động cơ và vào
các phụ tải làm việc trong quá trình khai thác đoàn tầu trên tuyến đường sắt cụ thể.
[%]
β
)(
Z
Nf
=
β
f(N
Z
)
0 N1 N2 N3 N

Z
[kW]
Hình 2-5. Chi phí công suất cho các hệ thống và các thiết bị phụ của tổ hợp
động cơ máy phát cấp điện tập trung.
-Hệ thống làm mát động cơ diezel và máy phát điện.
Hệ thống này tiếp nhận phần công suất khá lớn của động cơ diezel , (trường hợp
đặc biệt lên đến 6% công suất định mức) vì thế phải dành sự quan tâm thích đáng
cho vấn đề này. Có thể thực hiện giảm chi phí năng lượng thông qua :
+ Sử dụng hệ thống làm mát nhiệt độ cao ( 110-125
0C
) nhờ thế có thể :
* Giảm công suất để dẫn quạt làm mát tới 30%,từ đó giảm chi phí nhiên liệu của
động cơ diezel
* Giảm đến 3.5 lần thể tích làm mát
* Cải thiện tốt công việc của động cơ diezel
+ Tối ưu hoá hệ thống dẫn động quạt làm mát . Dẫn động bằng cơ khí,thuỷ
lực cơ khí cùng với thay đổi vị trí góc cánh quạt cho khả năng chi phí nhiên liệu
nhỏ nhất. Đồng thời cũng phải chú ý rằng hệ thống dẫn động quạt bằng động cơ
20
điện xoay chiều có tần số thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của nước mang lại hiệu
quả kinh tế khá lớn nhờ giảm chi phí nhiên liêụ
+ Cực tiểu hoá sức cản động học trong các đường ống lưu thông của hệ
thống làm mát và điều chỉnh cưả chớp cũng có tác dụng giảm chi phí nhiên liệu
của động cơ diezel
+ Làm mát tối ưu máy phát điện sẽ cho khả năng giảm chi phí nhiên liệu khá
nhiều. Một điều đáng chú ý là công suất của máy điện bị hạn chế bởi nhiệt độ phát
nóng cho phép. Số nhiệt lượng toả ra tỷ lệ với bình phương của cường độ dòng điện
đó .Việc duy trì được nhiệt độ ổn định (tiệm cận với nhiệt độ cho phép) là lời giải
lý tưởng, đồng thời thay đổi năng suất làm mát của quạt theo nhiệt độ của không
khí ở cửa vào là cần thiết. Trên hình 2-6. trình bày sự phụ thuộc của nhiệt độ của

cuộn dây máy điện vào năng suất làm mát của quạt khi nhiệt độ không khí ở cửa
vào khác nhau.
T
5
T
4
T
3
T
1
T
2
0 Q
W
[m
3
/s]
Hình 2-6. Sự phụ thuộc nhiệt độ phát nóng của cuộn dây máy điện vào năng
suất làm mát của quạt khi nhiệt độ không khí ở cửa vào khác nhau :
T
1
<T
2
<T
3
<T
4
<T
5
Trên hình 2-7 trình bày sự phụ thuộc nhiệt độ của cuộn dây máy điện vào

nhiệt độ không khí ở cửa vào khi năng suất làm mát của quạt khác nhau
T
W
[oC]
21
T
W
[
0
C]
Q
W1
Q
w2
Q
W3
Q
W4
Q
W5
0 T
i
[
0
C]
Hình 2-7. Sự phụ thuộc nhiệt độ cuộn dây máy điện vào nhiệt độ không
khí ở đầu vào T
i
[
0

C] khi năng suất làm mát của quạt Q
W
[m
3
/s] khác nhau:
Q
W1
>Q
W2
>Q
W5
Để duy trì nhiệt độ phát nóng ổn định, phương án dẫn động và điều chỉnh
năng suất làm mát của quạt theo một thông số và hai thông số có dạng :
)(
WW
tfQ
=

(2-7)
)(
0
tIfQ
WW
=

(2-8)
Trong đó:
- I
w
- Dòng điện phần ứng.

- t
w
- Nhiệt độ cuộn dây phần ứng.
- t
0
- Nhiệt độ không khí ở đầu vào.
Thực hiện theo phương án này chi phí nhiên liệu sẽ giảm đáng kể so với các
phương thức dẫn động và điều chỉnh hiện nay
22
Vai trò của cơ sở kỹ thuật trong việc tiết kiệm năng lượng trong khai
thác tổ hợp động cơ máy phát
Thời gian khai thác của tổ hợp động cơ diesel máy phát có thể kếo dài hàng
vài ba chục năm, chính vì vậy việc đảm bảo trạng thái kỹ thuật tốt của tổ hợp sẽ
dẫn đến giảm chi phí nhiên liệu, ngựơc lại sẽ gia tăng chi phí nhiên liệu. Về lĩnh
vực này yếu tố ảnh hưởng lớn đến gia tăng chi phí nhiên liệu bao gồm :
- Trạng thái kỹ thuật không tốt của hệ thống nhiên liệu và hệ thống cấp
không khí.
- Trạng thái không tốt của hệ thống xả khí.
Một chỉ tiêu chất lượng không thể không kể đến đó là hiệu suất khai thác của
tổ hợp động cơ máy phát, hiệu suất này có dạng :
h
PTPe
h
K
KT
QB
N
QB
N
ηηβ

η
)1(
−
==
; (2-9)
Trong đó :
N
e
- Công suất hiệu dụng của động cơ diesel;
−
β
Phần công suất cấp cho các hệ thống phụ trợ của động cơ diesel;
−
P
η
Hiệu suất của máy phát điện;
−
PT
η
Hiệu suất của phụ tải;
Q - Nhiệt lượng của nhiên liệu;
B
h

- Chi phí nhiên liệu theo giê;
Dạng đồ thị thể hiện hiệu suất khai thác của tổ hợp động cơ diesel máy phát
điện được thể hiện ở hình 2-8.

KT
η

23
Vùng làm việc
kinh tế nhât
0 N
K

Hình 2-8. Hiệu suất khai thác của tổ hợp động cơ máy phát
Để đánh giá chất lượng làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát trong
quá trình khai thác có thể sử dụng hàm mục tiêu sau:
∑
→=
UUUU
kfNgC
Minimun (2-10)
Trong đó : g
U
- Chi phí nhiên liệu khai thác ở vị trí mức phụ tải thứ " u ".
N
u
- Công suất của động cơ diesel ứng với vị trí mức phụ tải thứ "u".
f
u
- Giá trị hàm mật độ phân bố tải của tổ hợp động cơ diesel máy phát
trong quá trình làm việc.
k
u
- Hệ sè thay đổi tải trong quá trình khai thác.
2-4. Phương pháp xác định lượng tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ
diezel máy phát điện.
Trước hết có thể tổng hợp các phương pháp tính chi phí nhiên liệu trong quá

trình khai thác phương tiện giao thông có liên quan đến dạng biến đổi năng lượng :
Hoá năng->cơ năng->điện năng. Trong trường hợp khai thác vận tải đường sắt dơn
vị sử dụng để tính toán và phân tích tính ưu việt của quá trình khai thác là :
24
- Sử dụng năng lượng điện :






kmt
hW
.
.
đối với vận tải hàng hoá






kmHK
hW
.
.
đối với vận tải hành khách
- Sử dụng nhiên liệu :







kmt
lit
.
hoặc :






kmt
g
.
đối vận tải hàng hoá






kmHK
lit
.
hoặc:







kmHK
g
.
đối với vận tải hành khách
Để nhận được các thông số trên, trong khai thác phương tiện đường sắt tồn
tại nhiều phương pháp tính .Ở đây ta quan tâm đến:
- Phương pháp công suất khai thác :
∑ ∑
+=
][. kgtBtBB
JJUU
(2-11)
Trong đó :
- B
U
- chi phi nhiên liệu đơn vị thời gian ở mức phụ tải thứ "u"[kg/h]
- t
U
- thời gian động cơ diezel làm việc ở mức phụ tải thứ "u"[h]
- B
J
- Chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian khi không tải [kg/h]
-
∑
−
J

t
Tổng thời gian làm việc không tải [h]
-Phương pháp năng lượng :
∑ ∑
+=
][
00
kgtBtBB
chhcp
(2-12)
25