nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu do, dầu thực vật và chất phụ gia phục vụ nghiên cứu nhiên liệu thay thế động cơ diesel tàu thủy trung cao tốc

i

MỤC LỤC Trang

MỤC LỤC i
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN iv
DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vi
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN vi
LỜI NÓI ĐẦU viii
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL
1
1.1. Tổng quan về động cơ diesel 1
1.1.1. Giới thiệu chung về động cơ diesel 1
1.1.2. Động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc 1
1.2. Tổng quan về nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thuỷ trung và cao tốc 3
1.2.1. Giới thiệu về nhiên liệu 3
1.2.2. Chất phụ gia cho nhiên liệu 5
1.3. Tổng quan về hướng sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu thủy trung và
cao tốc 6
1.3.1. Nhiên liệu sinh học 6
1.3.2. Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học 7
1.3.3. Dầu thực vật nguyên gốc (SVO) 8
1.3.4. Diesel sinh học (Biodiesel) 10
1.4. Định hướng và cách tiếp cận nghiên cứu cho luận văn 11
1.4.1. Phương pháp sấy nóng nhiên liệu 11
1.4.2. Phương pháp pha loãng 12
1.4.3. Phương pháp Craking 12
1.4.4. Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật 12
1.4.5. Phương pháp ester hoá 13

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐỒNG THỂ NHIÊN LIỆU 14
2.1. Tính chất của máy đồng thể trong việc chuyển đổi nhiên liệu 14
2.1.1. Giới thiệu chung về máy đồng thể 14


ii

2.1.2. Các loại máy đồng thể 14
2.1.3. Ứng dụng của máy đồng thể 19
2.2. Các loại thiết bị khuấy trộn hỗn hợp lỏng thường dùng trên cơ sở máy đồng thể 20
2.2.1. Công dụng và phân loại 20
2.2.2. Một số thiết bị khuấy trộn sản phẩm lỏng thông dụng 21
CHƯƠNG 3. THIẾT KẾ KỸ THUẬT THIẾT BỊ PHỐI TRỘN 24
3.1. Yêu cầu kỹ thuật của thiết bị 24
3.2. Xây dựng phương án thiết kế 24
3.2.1. Thiết kế hệ thống chung 25
3.2.2. Xây dựng sơ đồ nguyên lý làm việc của hệ thống 26
3.3. Tính toán các thông số cơ bản của thiết bị 27
3.3.1. Chọn cánh khuấy và tính lực cản trên cánh khuấy 27
3.3.2. Tính công suất và chọn động cơ 29
3.3.3. Thiết kế trục cánh khuấy 30
3.3.4. Thiết kế gối đỡ trục 32
3.3.5. Thiết kế khớp nối 32
3.3.6. Thiết kế thiết bị điều khiển 33
3.4. Xây dựng bản vẽ kỹ thuật của thiết bị 41
3.4.1. Xây dựng bản vẽ lắp 41
3.4.2. Xây dựng bản vẽ chế tạo các chi tiết cơ bản 43
CHƯƠNG 4. THIẾT KẾ CHẾ TẠO THIẾT BỊ 48
4.1. Thiết kế chế tạo cánh khuấy 48
4.2. Thiết kế chế tạo trục cánh khuấy 48

4.3. Thiết kế chế tạo các thùng chứa nhiên liệu 48
4.3.1. Thiết kế chế tạo thùng chứa dầu DO và thùng chứa dầu thực vật 48
4.3.2. Thiết kế chế tạo thùng khuấy trộn 49
4.3.3. Thiết kế chế tạo khớp nối 49
4.4. Thiết kế chế tạo thiết bị điều khiển 50
4.4.1.Thiết kế chế tạo mạch điều khiển trung tâm và mạch điều khiển động cơ 50
4.4.2. Lựa chọn thiết bị 51


iii

4.4.3. Viết chương trình cho vi điều khiển 57
CHƯƠNG 5. THỬ NGHIỆM VÀ HOÀN CHỈNH THIẾT BỊ 61
5.1. Thử nghiệm thiết bị 61
5.1.1. Quy trình thử nghiệm thiết bị 61
5.1.2. Kết quả thử nghiệm thiết bị 62
5.1.3. Thảo luận và đánh giá kết quả 65
5.2. Hoàn chỉnh thiết bị 66
5.3. Kết luận và đề xuất 67
5.3.1. Kết luận 67
5.3.2. Đề xuất 68
TÀI LIỆU THAM KHẢO 69
PHỤ LỤC
PHỤ LỤC 1: CHƯƠNG TRÌNH VIẾT CHO VI ĐIỀU KHIỂN ATMEGA16 ĐÃ ĐƯỢC
BIÊN DỊCH
PHỤ LỤC 2: THÔNG SỐ ĐỘ NHỚT THEO NHIỆT ĐỘ CỦA HỖN HỢP NHIÊN LIỆU
DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA SAU KHI PHỐI TRỘN
PHỤ LỤC 3: CÁC GIÁ TRỊ ĐO KHI CHẠY THỬ NGHIỆM HỖN HỢP NHIÊN LIỆU
DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA TRÊN ĐỘNG CƠ 4CHK YANMAR DIESEL
DÙNG THIẾT BỊ PHỐI TRỘN

PHỤ LỤC 4: CÁC GIÁ TRỊ ĐO KHI CHẠY THỬ NGHIỆM HỖN HỢP NHIÊN LIỆU
DẦU DO, DẦU DỪA VÀ CHẤT PHỤ GIA TRÊN ĐỘNG CƠ 4CHK YANMAR DIESEL
KHÔNG DÙNG THIẾT BỊ PHỐI TRỘN
PHỤ LỤC 5: THÔNG SỐ ĐỘNG CƠ 4CHK YANMAR DIESEL












iv

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

ADC Bộ chuyển đổi tín hiệu
ASTM Tiêu chuẩn theo hiệp hội ô tô mỹ
B5 Hỗn hợp nhiên liệu có pha 5% biodiesel còn lại là diesel khoáng
B20 Hỗn hợp nhiên liệu có pha 20% biodiesel còn lại là diesel khoáng
B100 Hỗn hợp nhiên liệu 100% biodiesel
DME Phụ gia dimetyl ete
DIN Tiêu chuẩn nhiên liệu của Đức
DO Nhiên liệu diesel
ECU Bộ điều khiển trung tâm
MĐT Máy đồng thể

MĐTTĐ Máy đồng thể thủy động
LCD Màn hình hiển thị
NLSH Nhiên liệu sinh học
PN Tiêu chuẩn nhiên liệu của Ba lan
SVO Dầu thực vật nguyên gốc (straight vegetable oil)
TCVN Tiêu chuẩn việt nam
ΓOCT

Tiêu chuẩn nhiên liệu của Liên xô














v

DANH MỤC CÁC BẢNG SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Bảng 1.1. Các thông số kỹ thuật của các động cơ điesel tàu thuỷ trung- cao tốc
Bảng 1.2. Nhiên liệu diesel – PERTROLIMEX
Bảng 1.3. Nhiên liệu diesel - ASTM D975

Bảng 1.4. Thành phần hóa học của một số loại dầu thực vật so với dầu diesel
Bảng 1.5. Các thông số nhiệt động của một số dầu thực vật so với dầu diesel
Bảng 3.1. Thông số kỹ thuật động cơ servo
Bảng 3.2. Các thông số của ổ bi đỡ chặn cỡ nhẹ
Bảng 3.3. Các thông số của khớp nối trục đĩa
Bảng 3.4. Đặc tính kỹ thuật vật liệu chế tạo dây điện trở (wonfram)
Bảng 4.1. Thông số đặc trưng của cảm biến lưu lượng
Bảng 5.1. Hàm hồi quy đặc tính không tải



















vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ SỬ DỤNG TRONG LUẬN VĂN

Hình 1.1. Cấu tạo động cơ diesel 2 kỳ
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại dầu diesel
Hình 1.3. Sơ đồ phân loại nhiên liệu sinh học
Hình 2.1. Sơ đồ máy đồng thể kiểu van
Hình 2.2. Sơ đồ máy đồng thể loại quay
Hình 2.3. Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể loại rung
Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể siêu âm có buồng cộng hưởng
Hình 2.5. Máy đồng thể siêu âm
Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể thủy động
Hình 2.7. Sơ đồ cơ chế quá trình đồng thể thuỷ động
Hình 2.8. Sơ đồ mô hình phá vỡ cấu trúc keo nhựa trong máy đồng thể
Hình 2.9. Sơ đồ khuấy trộn tuần hoàn
Hình 2.10. Sơ đồ khuấy trộn bằng vòi phun
Hình 2.11. Sơ đồ máy khuấy trục nằm ngang
Hình 2.12. Máy khuấy trục thẳng đứng
Hình 2.13. Máy khuấy cánh mỏ neo
Hình 3.1. Hệ thống chung thiết bị phối trộn
Hình 3.2. Sơ đồ nguyên lý hệ thống thiết bị phối trộn
Hình 3.3. a-cánh khuấy kiểu bánh răng; b-dạng dĩa tua-bin; c- dạng mái chèo
Hình 3.4. a-cánh khuấy kiểu chong chóng; b-chong chóng có vành; c-dạng mỏ neo
Hình 3.5. Sơ đồ tính lực cản
Hình 3.6. Động cơ servo
Hình 3.7. Sơ đồ tính toán điện trở nhiệt
Hình 3.8. Sơ đồ tính tổn thất nhiệt
Hình 3.9. Sơ đồ khối hệ thống điều khiển
Hình 3.10. Sơ đồ nguyên lí mạch điều khiển của thiết bị
Hình 3.11. Board mạch in mạch điều khiển trung tâm
Hình 3.12. Board mạch in mạch điều khiển động cơ

vii

Hình 3.13. Bản vẽ lắp thiết bị phối trộn
Hình 3.14. Bản vẽ chế tạo cánh khuấy
Hình 3.15. Bản vẽ chế tạo trục cánh khuấy
Hình 3.16. Bản vẽ chế tạo thùng chứa dầu
Hình 3.17. Bản vẽ chế tạo thùng khuấy trộn hỗn hợp nhiên liệu
Hình 3.18. Bản vẽ chế tạo khớp nối
Hình 4.1. Mạch điều khiển trung tâm sau khi chế tạo
Hình 4.2. Mạch điều khiển trung tâm kết nối với các khối ngoại vi
Hình 4.3. Mạch điều khiển tốc độ động cơ sau khi chế tạo
Hình 4.4. Mạch điều khiển động cơ gắn với bộ tản nhiệt và bộ nguồn
Hình 4.5. Vị trí và nhiệm vụ của cảm biến
Hình 4.6. Cảm biến lưu lượng kiểu tua-bin
Hình 4.7. Cảm biến kiểu cặp nhiệt điện
Hình 4.8. Công tắc ánh sáng thông suốt
Hình 4.9. Công tắc ánh sáng phản chiếu
Hình 4.10. Màn hình LCD
Hình 4.11. Sơ đồ chân và sơ đồ đóng gói của vi điều khiển Atmega16
Hình 4.12. Sơ đồ cấu trúc của vi điều khiển Atmega16
Hình 5.1. Đồ thị đường cong nhiệt nhớt của hỗn hợp nhiên liệu với các tỷ lệ khác nhau
Hình 5.2. Thiết bị phun và kính hiển vi soi mẫu nhiên liệu phun trên giấy bản
Hình 5.3. Sơ đồ bố trí thử nghiệm thiết bị
Hình 5.4. Đồ thị đặc tính không tải
Hình 5.5. Bàn phím giao tiếp trên thiết bị
Hình 5.6. Thiết bị được lắp ghép và hoàn chỉnh tại bộ môn Động lực Khoa KTTT-ĐHNT

viii

LỜI NÓI ĐẦU

Hiện nay, nhu cầu sử dụng nhiên liệu gốc dầu mỏ đang gia tăng mạnh mẽ dẫn đến
phát sinh nhiều hậu quả không tốt như: Nguồn nhiên liệu cạn kiệt, ô nhiễm môi trường và
biến đổi khí hậu ngày càng gia tăng Trước thực trạng đó, việc nghiên cứu tìm nguồn
năng lượng có khả năng tái sinh thay thế một phần dầu mỏ nhằm làm giảm lượng khí thải
độc hại ra môi trường đang được quan tâm đặc biệt. Nhiên liệu sinh học ngoài chức năng
như một phụ gia tăng cường oxy cho quá trình cháy, làm giảm ô nhiễm môi trường còn là
nguồn nhiên liệu có thể tái sinh nên đã được chú ý nghiên cứu để thay thế nhiên liệu có
nguồn gốc từ dầu mỏ.
Trong xu hướng đưa nhiên liệu sinh học vào vào đời sống nói chung và sử dụng
nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu thủy trung-cao tốc nói riêng, vấn đề tạo hỗn
hợp nhiên liệu sinh học và dầu DO phù hợp để thay thế được nhiên liệu truyền thống là
vấn đề trọng tâm, đã và đang được quan tâm nghiên cứu ở Việt Nam và thế giới. Với mục
đích ứng dụng khoa học kỹ thuật vào thực tiễn sản xuất, trong khuôn khổ của luận văn
cao học, đề tài “Nghiên cứu thiết kế, chế tạo thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu thực
vật và chất phụ gia phục vụ nghiên cứu nhiên liệu thay thế động cơ diesel tàu thủy trung-
cao tốc” được thực hiện nhằm giải quyết các vấn đề liên quan trong lĩnh vực nghiên cứu
nhiên liệu thay thế động cơ diesel.
Với mục tiêu thiết kế, chế tạo thành công thiết bị phối trộn hỗn hợp dầu DO, dầu
thực vật và chất phụ gia phục vụ nghiên cứu nhiên liệu thay thế cho động cơ diesel tàu
thủy trung-cao tốc, Luận văn cao học đã triển khai thực hiện các nội dung cơ bản sau :
- Tổng quan về nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thuỷ trung - cao tốc

- Tổng quan về thiết bị đồng thể nhiên liệu
- Thiết kế kỹ thuật thiết bị
- Thiết kế chế tạo thiết bị
- Thử nghiệm và hoàn chỉnh thiết bị
- Kết luận và đề xuất
Xin chân thành cám ơn Thầy PGS-TS Phạm Hùng Thắng, đã tận tình hướng dẫn
tôi hoàn thành luận văn. Cám ơn các quý Thầy Khoa KTTT, Khoa Cơ Khí ĐHNT, các


ix

bạn Đồng môn, các Kỹ sư xưởng bảo dưỡng Thiết bị - Trung tâm Huấn luyện Thực hành
Trường Sỹ quan Không quân đã đóng góp nhiều ý kiến quý báu và tạo mọi điều kiện
thuận lợi trong quá trình thực hiện đề tài.
Trong điều kiện còn nhiều thiếu thốn về các phương tiện, trang thiết bị phục vụ
nghiên cứu và trình độ bản thân còn hạn chế nên đề tài tuy đã được hoàn thành nhưng
chắc chắn không tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong Quý Thầy và các đồng nghiệp
đóng góp ý kiến.

Nha trang, tháng 3 năm 2011

Mai Đức Nghĩa

1
CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ NHIÊN LIỆU SỬ DỤNG CHO ĐỘNG CƠ DIESEL
1.1. Tổng quan về động cơ diesel
1.1.1. Giới thiệu chung về động cơ diesel
Động cơ diesel là phát minh của Rudolf Diesel, người đã tốt nghiệp Đại học Kỹ
thuật ở Munich - Đức, Ông được cấp bằng sáng chế cho động cơ diesel đầu tiên vào năm
1892. Ra đời sớm nhưng động cơ diesel không phát triển mạnh như động cơ xăng do gây
ra nhiều tiếng ồn, khí thải bẩn. Tuy nhiên, cùng với sự phát triển của công nghệ, các vấn
đề trên đã được giải quyết và động cơ diesel ngày càng được phổ biến rộng rãi.
Động cơ diesel hoạt động theo nguyên lý nhiên liệu tự bốc cháy. Nhiên liệu được
phun vào buồng nén mà ở đó không khí đã được nén tới áp lực từ 41,5 - 45,5 kg/cm
2
và
đạt tới nhiệt độ trên 500
o
C. Nhiệt độ này đủ để làm nhiên liệu tự bốc cháy và khí dãn nở
làm tăng áp lực lên tới trên 70 kg/cm
2
. Áp lực này tác động lên piston và làm piston

chuyển động. Chuyển động tịnh tiến của pít tông thông qua cơ cấu trục khuỷ thanh truyền
tạo thành chuyển động quay của trục khuỷu. Chính đặc điểm này làm động cơ diesel có
hiệu suất sử dụng nhiên liệu cao.
Tỷ số nén của động cơ diesel vào
khoảng (15-25), cao hơn nhiều so với động
cơ xăng (9-13) [1]. Cấu tạo động cơ diesel
như trên hình 1.1 [28].
1.1.2. Động cơ diesel tàu thủy trung
và cao tốc
Động cơ diesel tàu thuỷ trung và cao tốc
thường là động cơ 4 kỳ sử dụng nhiên liệu
nhẹ có chất lượng cao và có tốc độ quay trục
khuỷu từ 350 đến 1500 vòng/phút. Nếu dùng
để lai chân vịt thì thường phải lắp thêm hộp
số giảm tốc.
Động cơ diesel tàu thủy trung và cao
tốc được chế tạo bởi rất nhiều hãng nổi tiếng
Hình 1.1. Cấu tạo động cơ diesel 2 kỳ


2
khác nhau trên thế giới như: MANBW, Wartsila, MTU, Deutz, Ailen, RollsRoyce,
Ruston, GMT, Semt-pielstick, Yanmar, Daihatsu, Hanshin, Akasaka, Niigata, Caterpillar,
Cummins…
Ở Việt Nam, động cơ diesel tàu thủy trung - cao tốc được trang bị trên các tàu vận
tải ven biển cỡ nhỏ, các tàu đánh cá và được chế tạo bởi rất nhiều hãng như:
Yanmar, Daihatsu, kybota, Caterpillar, Cummins… Trên bảng 1.1, trình bày thông số kỹ
thuật của các loại động cơ điesel tàu thuỷ trung- cao tốc đang được sử dụng phổ biến tại
Việt Nam.
Bảng 1.1. Thông số kỹ thuật của các loại động cơ điesel tàu thuỷ trung- cao tốc

TT Nước
sản xuất
Loại động
cơ
Đường kính
xilanh
(mm)
Hành trình
piston
(mm)
Công
suất
( KW)
Tốc độ
quay
(V/ p)
Chi phí
nhiên liệu
riêng
(g/kwh)
Chi phí
nhiên liệu
giờ
(kg/h)
1 3TE 115 95 24 2000 217 5,21
2 3SME 120 105 33 2200 217 7,16
3 3KDE 170 145 60 1450 217 13,02
4 6LD 180 140 74 900 224 16,58
5 4KDE 170 145 81 1450 217 17,58
6 5KDE 170 145 103 1450 217 22,35

7 6KDE 170 145 121 1450 217 26,26
8
Nhật Bản








6MHTS 240 200 294 750 217 63,8
9 4.135G 135 170 66 1500 238 15,71
10 6.135G 175 170 88 1500 238 20,94
11 6D267/330 267 330 184 350 272 50,05
12
Trung Quốc



6.150C 300 380 294 400 272 79,97
13 6L110 110 150 66 1500 231 12,25
14 4L160 160 225 99 750 231 15,25
15
CH Chek
6L160 160 225 99 750 231 22,87
16 695/11 95 110 33 1500 258 8,51
17 K152 120 140 59 1500 245 14,46
18 K161 120 140 66 1500 265 17,49
19 K558 120 140 92 1700 299 27,51

20 3Д6 150 180 110 1500 238 26,18
21 6CЛ18/22 180 220 166 750 238 39,18
22
LB Nga








3Д12 150 180 220 1500 238

52,36


3
1.2. Tổng quan về nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thuỷ trung và
cao tốc
1.2.1. Giới thiệu về nhiên liệu
Nhiên liệu sử dụng cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc là sản phẩm được
chưng cất từ dầu mỏ, đó là hỗn hợp phức tạp của các nhóm hydrocacbon khác nhau.

Tùy thuộc vào phạm vi nhiệt độ sôi, hàm lượng tạp chất, độ nhớt,… dầu diesel có
nhiều tên gọi khác nhau như: gasoil, dầu diesel tàu thủy, dầu solar, mazout, dầu nhẹ, dầu
nặng, dầu cặn…Tuy nhiên, để xếp một mẫu dầu diesel vào loại nào, ta phải căn cứ vào chỉ
tiêu kỹ thuật của nó được qui định bởi các tổ chức có chức năng tiêu chuẩn hóa (ví dụ:
ΓOCT của LB Nga, ASTM của Mỹ, TCVN của Việt Nam, PN của Ba Lan, DIN của
Đức…) [12] hoặc các hãng chế tạo động cơ lớn.

Các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật thường được thể hiện dưới hình thức một bảng các trị
số của các tính chất đặc trưng cho khả năng và hiệu quả sử dụng của một loại nhiên liệu
cụ thể vào mục đích xác định. Dưới đây là một số tiêu chuẩn kỹ thuật của nhiên liệu
diesel trong bảng 1.2.
Tại Mỹ, ASTM (American Society for Testing and Materials) là cơ quan hàng đầu
thiết lập các chỉ tiêu kỹ thuật cũng như phương pháp xác định các chỉ tiêu đó đối với hàng
loạt các loại sản phẩm, trong đó có sản phẩm dầu mỏ [12].
Theo ASTM-D975, dầu diesel được chia thành 3 nhóm với ký hiệu No.1-D, No.2-
D và No.4-D như trong bảng 1.3.
No.1-D : nhiên liệu dùng cho động cơ diesel làm việc trong những điều kiện tải và
tốc độ quay thường xuyên thay đổi. Loại nhiên liệu này thường là sản phẩm chưng cất
trực tiếp từ dầu mỏ.

No.2-D : nhiên liệu dùng cho động cơ diesel công nghiệp và động cơ xe cơ giới có
chế độ làm việc nặng. Loại này thường chứa sản phẩm chưng cất trực tiếp và sản phẩm
cracking.

No.4-D : nhiên liệu dùng cho động cơ diesel thấp và trung tốc. Loại nhiên liệu này
thường là hỗn hợp của sảm phẩm chưng cất trực tiếp hoặc của sản phẩm cracking dầu cặn.


4
Bảng 1.2. Nhiên liệu diesel - PERTROLIMEX
Chỉ tiêu kỹ thuật Mức quy định
Số Cetane, min 45 48
Thành phần chưng cất, [
o
C] : max
-t
50

- t
90

290
370
270
350
Độ nhớt ở 20
o
C (tương đối
o
E) 1,2-1,67 1,2-1,67
Nhiệt độ chớp lửa cốc kín[
o
C], min 60 60
Nhiệt độ đông đặc [
o
C ], max 9 5
Hàm lượng tro, [% wt ], max 0,02 0,01
Hàm lượng nước, [% vol ] 0,05 0,05
Hàm lượng sulfur, [% wt ], max 1,0 0,5
Khối lượng riêng ở 20
o
C,[g/cm
3
], max 0,87 0,87
Ăn mòn đồng, [3h /50
0
C], max N-1 N-1

Bảng 1.3. Nhiên liệu diesel - ASTM D975
Loại nhiên liệu
Chỉ tiêu kỹ thuật
No. 1 – D No. 2 – D No. 4 – D
Số cetan, min 40 40 30
Độ nhớt động học ở 40
o
C(cSt):
- Min
- Max

1,3
2,4

1,9
4,1

5,5
24,0
Thành phần chưng cất, t
90
, [
o
C]:
- Min
- Max

…
288

282
238

…
…
Hàm lượng lưu huỳnh, [%wt], max 0,5 0,5 2,0
Hàm lượng nước và cặn, [%vol], max 0,05 0,05 0,05
Hàm lượng coke, [%wt], max 0,15 0,35 …
Hàm lương tro, [%wt], max
0,01 0,01 0,10


5
Ngoài ra dầu diesel có thể phân loại theo sơ đồ như hình 1.2.










Nhiên liệu chưng cất (còn gọi là nhiên liệu nhẹ) chỉ chứa các phân đoạn dầu mỏ
được chưng cất trong phạm vi nhiệt độ từ 180 - 400
o
C.
Dầu cặn (còn gọi là dầu nặng) có thể là mazout thuần tuý hoặc là hỗn hợp của
mazout với gasoil.

Gasoil là tên gọi thương mại của phân đoạn dầu mỏ có nhiệt độ sôi trong khoảng
180-380
0
C, chứa các loại hidrocacbon có số nguyên tử cacbon trong phân tử từ 11-18.
Gasoil được coi là nhiên liệu thích hợp nhất cho động cơ diesel cao tốc.
Dầu solar (còn gọi là dầu diesel tàu thuỷ) là phân đoạn của dầu mỏ có nhiệt độ sôi
trong khoảng 300 - 400
o
C. Dầu solar được sử dụng làm nhiên liệu cho động cơ diesel có
tốc độ quay trung bình và thấp (n < 1000 v/ph).
Trong số dầu diesel thông dụng, gasoil là loại có độ nhớt, mật độ và hàm lượng tạp
chất ít nhất; còn mazout thì ngược lại nó có các trị số của các tính chất trên cao nhất.
1.2.2. Chất phụ gia cho nhiên liệu
Phụ gia là những chất cho thêm vào nhiên liệu với một lượng nhỏ để bảo đảm
tính đồng pha, hệ số cháy nổ ổn định, chống oxy hóa hoặc làm tăng các chất sẵn có
và có thể tạo ra những tính chất mới cho nhiên liệu theo mong muốn. Việc sử dụng
nhiên liệu cho động cơ tất yếu phải có các phụ gia. Trong phạm vi nghiên cứu của đề
tài chỉ quan tâm đến phụ gia cho nhiên liệu diesel bao gồm:
- Phụ gia tăng chị số cetane (isopropyl nitrat, n-butyl nitrat, amy nitrat…)
Chưng cất Diesel
Dầu cặn
Dầu solar
Gasoil
Mazout Mazout+Gasoil
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại dầu diesel
Dầu diesel


6
- Phụ gia giảm khói thải đen (nước)

- Phụ gia DME giảm thải các chất độc hại
- Phụ gia Nano fuel bosster tạo cho quá trình cháy được hoàn toàn hơn. Đây là loại
phụ gia được chiết xuất từ dầu cọ, do đó thân thiện với môi trường và cũng là loại phụ
gia thường dùng hiện nay.
1.3. Tổng quan về hướng sử dụng nhiên liệu sinh học cho động cơ diesel tàu
thủy trung và cao tốc
1.3.1. Nhiên liệu sinh học
NLSH là những nhiên liệu có nguồn gốc từ các vật liệu sinh khối như củi, gỗ, rơm,
trấu, phân và mỡ động vật nhưng đây chỉ là những dạng nhiên liệu thô. NLSH dùng cho
giao thông vận tải chủ yếu gồm: các loại cồn sản xuất bằng công nghệ sinh học để sản
xuất ra Gasohol (Methanol, Ethanol, Buthanol, nhiên liệu tổng hợp Fischer Tropsch), các
loại dầu sinh học để sản xuất diesel sinh học (dầu thực vật, dầu thực vật phế thải, mỡ
động vật). Hay nói cách khác: NLSH là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có
nguồn gốc động thực vật (sinh học). Ví dụ như nhiên liệu chế xuất từ chất béo của động
thực vật (mỡ động vật, dầu dừa, ), ngũ cốc (lúa mỳ, ngô, đậu tương ), chất thải trong
nông nghiệp (rơm rạ, phân, ), sản phẩm thải trong công nghiệp (mùn cưa, sản phẩm gỗ
thải ) [11]. Loại nhiên liệu này có nhiều ưu điểm nổi bật so với các loại nhiên liệu truyền
thống (dầu khí, than đá ) ở chỗ:
- Tính chất thân thiện với môi trường: chúng sinh ra ít hàm lượng khí gây hiệu ứng
nhà kính và ít gây ô nhiễm môi trường hơn các loại nhiên liệu truyền thống.
- Nguồn nhiên liệu tái sinh: các nhiên liệu này lấy từ hoạt động sản xuất nông
nghiệp và có thể tái sinh. Chúng giúp giảm sự lệ thuộc vào nguồn tài nguyên nhiên liệu
không tái sinh truyền thống.
Tuy nhiên, hiện nay vấn đề sử dụng NLSH vào đời sống còn nhiều hạn chế do
chưa hạ được giá thành sản xuất xuống thấp hơn so với nhiên liệu hoá thạch truyền thống.
Trong tương lai, khi nguồn nhiên liệu truyền thống cạn kiệt, NLSH có khả năng là nguồn
thay thế.
Các loại nhiên liệu sinh học như:
- Xăng sinh học (Gasohol)

7
- Diesel sinh học (Biodiesel)
- Khí sinh học (Biogas)
Ngoài ra còn một số loại nhiên liệu sinh học rắn mà các nước đang phát triển sử
dụng hàng ngày trong công việc nấu nướng hay sưởi ấm là gỗ, than và các loại phân thú
khô.
1.3.2. Nguyên liệu để sản xuất nhiên liệu sinh học
Nguyên liệu để sản xuất Nhiên liệu sinh học rất đa dạng, phong phú, bao gồm:
- Nông sản: sắn, ngô, mía, củ cải đường…
- Cây có dầu: lạc, đậu tương, cây hướng dương, dừa, cọ dầu, jatropha…
- Chất thải dư thừa: sinh khối phế thải, rơm rạ, thân cây bắp, gỗ, bã mía, vỏ
trấu…
- Mỡ động vật: mỡ cá basa, cá tra, mỡ gà…
- Dầu tảo
- Dầu phế thải: dầu ăn phế thải, dầu từ các nhà máy chế biến dầu mỡ.
Tùy theo lợi thế về nguồn nguyên liệu của mỗi quốc gia, người ta lại chọn những
loại nguyên liệu phù hợp để sản xuất NLSH. Ví dụ như Brasil sản xuất ethanol chủ yếu từ
mía, ở Mỹ là từ ngô [11].
Như vậy, nhiên liệu sinh học là loại nhiên liệu được hình thành từ các hợp chất có
nguồn gốc từ động, thực vật.
Tuỳ thuộc vào phương thức sản xuất và sử dụng. NLSH có thể phân làm 4 nhóm
chính như hình 1.3.

NHIÊN LI
ỆU SINH HỌC

BIOFUELS
DIESEL

SINH HỌC
Biodiesel
NHIÊN LI
ỆU
SINH KHỐI
Biomass
D
ẦU THỰC VẬT
NGUYÊN GỐC - SVO
Straight Vegetable Oil
ETANOL

Hình 1.3. Sơ đồ phân loại nhiên liệu sinh học


8
Trong phạm vi nghiên cứu của đề tài chỉ quan tâm đến dầu thực vật nguyên gốc
(SVO) và diesel sinh học (Biodiesel)
1.3.3. Dầu thực vật nguyên gốc (SVO)
Là loại dầu được chiết xuất, chưng cất và tinh chế từ thực vật, bao gồm hỗn hợp
các triglyxerit được chiết xuất từ thân, hạt hoặc cùi quả của một số loại cây có dầu như:
dầu dừa, hướng dương, thầu dầu, lạc, đậu nành,

Dầu thu được từ nguyên liệu bằng các phương pháp khác nhau cần phải được xử
lý, loại bỏ các tạp chất cơ học, hóa học không mong muốn theo các bước sau:
- Lọc
- Xử lý hàm lượng axit tự do trong nguyên liệu
- Rửa và sấy dầu
- Tẩy mầu dầu
- Khử mùi
1.3.3.1. Tính chất lý học của dầu thực vật
- Nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc:
Vì các dầu có thành phần hóa học khác nhau nên các giá trị nhiệt độ nóng chảy và
nhiệt độ đông đặc của chúng không ổn định và thường trong một khoảng nào đó [11].
- Tính tan của dầu thực vật:
Là dầu không phân cực. Do vậy, chúng tan rất tốt trong dung môi không phân cực,
độ tan của dầu trong dung môi phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ.
- Mầu của dầu:
Mầu của dầu phụ thuộc vào thành phần hợp chất có trong dầu. Dầu tinh khiết
không mầu, dầu có mầu vàng là do các carotenoit và các dẫn xuất, dầu có mầu xanh là
của clorophin…
- Khối lượng riêng:
Khối lượng riêng của dầu thực vật thường nhẹ hơn nước,
971,0907,0
20

p
d
, dầu có
thành phần hydrocacbon càng nhiều thì tỷ trọng càng cao [11].
1.3.3.2. Thành phần hóa học của dầu thực vật
Các loại dầu khác nhau có thành phần hóa học khác nhau. Tuy nhiên, thành phần
chủ yếu của dầu thực vật là các glyxerit, nó là các este tạo thành từ axit béo có phân tử

9
lượng cao và glyxerin (chiếm 95-97%). Axit béo là những axit cacboxylic mạch thẳng, có
cấu tạo từ 16 đến 30 nguyên tử cacbon, các axit béo có thể no hoặc không no, ngoài các
hợp chất chủ yếu ở trên, trong dầu thực vật còn chứa các hợp chất khác như: các chất sáp,
chất nhựa, chất mầu, các chất gây mùi…Như vậy, thành phần hóa học của các loại dầu
thực vật nói chung gồm 95% các triglyceride và 5% các axid béo tự do [11].
Người ta chia chúng thành ba nhóm:
- Nhóm dầu không khô (dầu axit béo bão hòa): Đó là các loại dầu có chỉ số Iốt
thấp dưới 95 như dầu dừa, dầu cọ, dầu phụng, dầu ôliu . . .
- Nhóm dầu nửa mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt từ 95 đến khoảng 130 như
dầu cao su, dầu mè, dầu hướng dương, dầu đậu nành, dầu cải dầu, dầu bông,
dầu bắp…
- Nhóm mau khô: Gồm các dầu có chỉ số Iốt trên 130 như dầu lanh, dầu trẩu . . .
Đối với dầu thực vật so với dầu diesel thì lượng chứa C ít hơn 10 - 12%, lượng
chứa H ít hơn 5 - 13% còn lượng O thì lớn hơn rất nhiều (dầu diesel chỉ có vài phần ngàn
O, còn dầu thực vật có 9 - 11% O) [11], cho nên dầu thực vật là nhiên liệu có chứa nhiều
oxy. Chính vì điều này mà dầu thực vật có thể làm việc với lượng dư không khí bé mà
vẫn cháy hoàn toàn.
Bảng 1.4, giới thiệu thành phần hóa học một vài loại dầu thực vật [11].

Bảng 1.4. Thành phần hóa học của một số loại dầu thực vật so với dầu diesel
Thành phần hóa học Dầu
hạt bông
Dầu
cải dầu
Dầu dừa

Dầu diesel

Cac bon 77.25 76.80 72.00 86.60
Hydro 11.66 11.90 12.00 13.40
Oxy 11.09 11.30 16.00 0.00
Tỷ trọng C/H

6.63

6.45

6.00

6.46

Tỉ số lượng không
khí/Lượng nhiên liệu A/F)
12.40 12.29


11.83 14.51


10
Bảng 1.5. Các thông số nhiệt động của một số dầu thực vật so với dầu diesel
Loại dầu
Khối
lượng
riêng
(g/cm
3
)

Độ
nhớt ở
20
0
C
(cSt)
Chỉ số
cetane
(CN)
Điểm
đục
(
0
C)
Điểm
chớp
lửa (
0
C)

Nhiệt trị
(Mj/kg;
Kcal/kg)
Dầu phụng 0.914 85 39-41 9 258 39.33/9410
Dầu cải 0.916 77 38 11 320 37.40/8956
Dầu dừa 0.915 30-37 40-42 20-28 110 37.10/8875
Dầu bông 0.921 73 35-40 -1 243 36.78/8800
Dầu cọ 0.915 95-106 38-40 31 280 36.92/8834
Dầu thầu
dầu

0.955 260 38.85/9295
Dầu nành 0.920 58-63 36-38 -4 330 37.30/8925
Dầu diesel 0.836 3-6 45-50 -2 43.80/10478
Từ các tính chất hóa học của dầu thực vật trên cho thấy khối lượng riêng của dầu
thực vật lớn hơn dầu diesel từ 6 - 17%.
Vì vậy, dẫn đến một điều cần lưu ý là độ nhớt. Độ nhớt dầu thực vật ở nhiệt độ
thường cao hơn so với dầu diesel rất nhiều lần. Độ nhớt của dầu ảnh hưởng lớn đến chất
lượng phun nhiên liệu và hòa trộn hỗn hợp, do đó ảnh hưởng mạnh đến tính kinh tế và
năng lượng của động cơ. Chỉ số cetane của dầu thực vật nhỏ hơn so với dầu diesel, trong
số các dầu thực vật nghiên cứu thì dầu dừa có chỉ số cetane gần bằng dầu diesel như trên
bảng 1.5. Muốn tăng chỉ số cetane cho dầu thực vật có thể dùng biện pháp thêm chất phụ
gia "procetane" hay chuyển chúng thành ester dầu thực vật. Ở nhiệt độ thường thì sức
căng bề mặt của dầu thực vật cao hơn so với dầu diesel nhưng ở nhiệt độ cao thì giảm
nhanh và đạt giá trị gần bằng dầu diesel.
1.3.4. Diesel sinh học (Biodiesel)
1.3.4.1. Giới thiệu chung về biodiesel
Biodiesel là một loại nhiên liệu có tính chất tương đương với nhiên liệu dầu diesel
nhưng được sản xuất từ dầu thực vật hay mỡ động vật. Về phương diện hóa học thì
Biodiesel là methyl ester của những axít béo. Biodiesel có tiềm năng lớn nhất để làm


11
nhiên liệu tái tạo trong các động cơ diesel. Hiện nay, công nghệ sản suất Biodiesel từ
các cây có dầu đang được sử dụng rộng rãi ở châu Âu, Hoa Kỳ, để thay thế một phần
nhiên liệu DO. Có được điều này chủ yếu là do các đặc tính thuận lợi của Biodiesel về
khả năng pha trộn với nhiên liệu diesel khoáng, thông thường ở các tỷ lệ: B5, B10,
B15, B20 để tạo ra nhiên liệu cho động cơ mà chỉ cần điều chỉnh nhỏ động cơ diesel
và hệ thống nhiên liệu [11].
1.3.4.2. Nguyên liệu dùng để sản xuất biodiesel
Những loại dầu thực vật có chiết suất lớn dùng để sản xuất biodiesel gồm:

Dầu từ hạt những cây có dầu như: Đậu phụng, đậu nành, cải dầu, hạt bông, hướng
dương. . .
Dầu từ quả của những cây có dầu như: cây dừa, cây cọ…trong đó chúng ta chỉ chú
ý đến một vài cây có chiết suất dầu khá lớn là Dừa (60%) và Cọ (50%).
Nguyên liệu sản xuất Biodiesel từ động vật là mỡ cá tra, cá basa, mỡ gà, …
1.4. Định hướng và cách tiếp cận nghiên cứu cho luận văn
Để sử dụng dầu thực vật làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao
tốc cần áp dụng những phương pháp xử lý dầu để tính chất của nó gần giống với nhiên
liệu diesel. Theo quan điểm khai thác động cơ thì khác nhau cơ bản giữa dầu thực vật và
nhiên liệu diesel chính là độ nhớt. Ảnh hưởng của độ nhớt đến làm việc của động cơ thể
hiện ở chỗ, làm cho hệ thống nhiên liệu hoạt động không bình thường, làm chất lượng
phun và cháy kém hơn. Do chất lượng phun và cháy kém hơn nên các chỉ tiêu của động
cơ sẽ giảm đi khi sử dụng dầu thực vật. Vì lý do trên, nên các giải pháp xử lý dầu thực vật
đều nhằm làm giảm độ nhớt của dầu.
1.4.1. Phương pháp sấy nóng nhiên liệu
Phương pháp này dựa trên đặc tính thay đổi của độ nhớt theo nhiệt độ. Nhiệt độ
trong khoảng 30
o
C - 80
o
C sẽ làm độ nhớt thay đổi nhiều, ngược lại khi nhiệt độ vượt trên
80
o
C thì độ nhớt thay đổi rất ít. Độ nhớt của dầu thực vật sẽ giảm khi nhiệt độ tăng lên,
bởi vậy sấy nóng được coi là một phương pháp hữu hiệu làm giảm độ nhớt của dầu thực
vật. Khi động cơ diesel làm việc ở chế độ ổn định thì nhiệt độ của nhiên liệu ở sau bơm
cao áp thay đổi trong phạm vi từ (35 – 40)
o
C. Trong khoảng nhiệt độ này thì độ nhớt của
dầu thực vật thay đổi từ 25-35mm

2
/s, cao hơn 10 lần so với độ nhớt của dầu diesel. Để đạt


12
được độ nhớt của nhiên liệu diesel thì cần tăng nhiệt độ của dầu thực vật lên (60-80)
o
C,
bởi vì độ nhớt giảm rất ít khi nhiệt độ vượt trên 80
o
C. Tăng nhiệt độ lên quá cao làm thay
đổi trạng thái nhiệt và ảnh hưởng xấu đến hệ thống cấp nhiên liệu.
Mặt khác phương pháp này không cải thiện được trị số cetane của dầu thực vật,…
do đó phương pháp này chỉ thích hợp để áp dụng đồng thời với phương pháp khác, nhằm
mục đích tăng khả năng lưu thông của dầu thực vật, đặc biệt khi động cơ làm việc trong
môi trường có nhiệt độ thấp.
1.4.2. Phương pháp pha loãng
Phương pháp pha loãng là một trong những phương pháp đơn giản làm giảm độ
nhớt, có thể sử dụng các dung môi pha loãng khác nhau. Pha loãng không chỉ làm giảm
độ nhớt của dầu thực vật mà nó còn cải thiện được một số chỉ tiêu khác của dầu như: trị
số cetane lớn hơn, nhiệt độ đông đặc thấp hơn,…
1.4.3. Phương pháp Craking
Có thể hình dung quá trình craking dầu thực vật gần giống như quá trình craking
dầu mỏ. Nguyên tắc cơ bản của quá trình là cắt ngắn mạch hydrocacbon của dầu thực vật
dưới tác dụng của nhiệt độ và chất xúc tác. Sản phẩm thông thường bao gồm: nhiên liệu
khí, xăng, nhiên liệu diesel và một số sản phẩm phụ khác. Nhiên liệu có được sau quá
trình craking có tính chất gần giống với nhiên liệu diesel. Craking có thể được thực hiện
trong môi trường không khí hoặc trong môi trường khí trơ. Nhược điểm cơ bản của
phương pháp này là tốn năng lượng để điều chế nhiên liệu. Sản phẩm thu được bao gồm
nhiều thành phần nhiên liệu khác nhau và đặc biệt là khó thực hiện ở quy mô không lớn.

Vì vậy phương án đưa ra chỉ mang tính tham khảo mà không đi sâu vào nghiên cứu.
1.4.4. Phương pháp nhũ tương hoá dầu thực vật
Nhiên liệu ban đầu là dầu thực vật, rượu và chất tạo sức căng bề mặt với thiết bị
tạo nhũ có thể tạo ra nhũ tương dầu thực vật-rượu, trong đó các hạt rượu được phân bố
đều trong nhũ tương [24]. Ưu điểm nhiên liệu có dạng nhũ, có độ nhớt tương đương dầu
diesel, tỷ lệ rượu càng lớn thì độ nhớt của nhũ tương càng giảm. Tuy nhiên, lúc đó để tạo
ra các hạt nhũ tương nhỏ, khả năng phân lớp của các hạt nhũ tương tăng lên. Kết quả là
nhũ tương kém đồng nhất và cần thiết phải áp dụng các biện pháp bảo quản nhũ tương
trong thời gian dài. Nhược điểm là khó duy trì và ổn định hệ nhũ tương này.


13
1.4.5. Phương pháp ester hoá
Phương pháp ester hoá dầu thực vật là phương pháp được chú ý trong thời gian gần
đây, nguyên lý chuyển hoá cơ bản có thể miêu tả như là phản ứng giữa các axít béo trong
dầu, mỡ và rượu tạo thành Ester và Glycerol.




Nhận xét:
Từ cơ sở lý thuyết nêu ở trên cho ta thấy. Việc nghiên cứu sử dụng dầu thực vật
làm nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy trung và cao tốc là hoàn toàn khả thi do những
ưu điểm sau:
- Hàm lượng lưu huỳnh thấp
- Quá trình cháy sạch
- Khả năng bôi trơn cao nên giảm mài mòn
- Giảm lượng khí thải độc hại
- An toàn về cháy nổ tốt hơn do NLSH có nhiệt độ chớp cháy cao
- Có khả năng tái tạo

Mặc dù, có nhiều phương pháp xử lý hóa học để tính chất của dầu thực vật
tương đương với dầu diesel. Nhưng để giảm giá thành nhiên liệu và vẫn đảm bảo tính
chất của nhiên liệu sinh học tương đương với nhiên liệu diesel, đồng thời thuận tiện
trong quá trình nghiên cứu ứng dụng thì phương pháp lựa chọn là pha dầu thực vật với
dầu diesel và chất phụ gia. Chính điều này cần thiết phải có thiết bị phối trộn hỗn hợp
thỏa mãn một số yêu cầu sau:
- Làm giảm độ nhớt của hỗn hợp tương đương với dầu diesel.
- Đồng nhất được hỗn hợp.
- Gia nhiệt được cho hỗn hợp.
- Bảo đảm chính xác các tỷ lệ phối trộn.




14
CHƯƠNG 2
TỔNG QUAN VỀ THIẾT BỊ ĐỒNG THỂ NHIÊN LIỆU
2.1. Tính chất của máy đồng thể trong việc chuyển đổi nhiên liệu
2.1.1. Giới thiệu chung về máy đồng thể
Nguyên lý đồng thể và thiết bị đồng thể ra đời từ những năm 50 của thế kỷ trước,
được sử dụng rộng rãi trong các lĩnh vực công nghiệp thực phẩm, công nghiệp nhẹ như
vải, da, chế biến thực phẩm và y học dùng để trộn hai hoặc nhiều chất lỏng không tan
vào nhau thành một thể đồng nhất ở dạng nhũ tương. Sau đó, máy đồng thể được đưa vào
sử dụng để xử lý nhiên liệu nặng, nhũ tương nước – nhiên liệu cho tàu thủy và các máy
phát điện, cũng như xử lý nâng cao hiệu quả dầu bôi trơn, tái chế để sử dụng sản phẩm
dầu mỏ phế thải [8].
Một số máy đồng thể được lắp đặt như một bộ trộn, đồng thể hóa đơn giản nhiên
liệu nặng với nhiên liệu chưng cất trực tiếp trên tàu. Bằng cách đó làm giảm nhẹ chi phí
nhiên liệu, đặc biệt là nhiên liệu cho các máy phụ trên tàu. Ngày nay, sự quan tâm đến
đồng thể hóa nhiên liệu nặng có mục đích khác, xuất phát từ công nghiệp năng lượng tái

tạo. Mặc dù giá nhiên liệu vẫn không ngừng tăng trong nhiều năm qua, đồng thể hóa
nhiên liệu hiện nay tập trung chủ yếu là để hoàn thiện (hiệu suất) của động cơ và giảm
thiểu chi phí của các chất thải. Theo phương
pháp thực hiện của máy đồng thể, có thể chia ra
làm 2 loại: thiết bị với cơ cấu công tác quay;
thiết bị với cơ cấu công tác cố định (không
chuyển động) [7].
2.1.2. Các loại máy đồng thể
2.1.2.1. Máy đồng thể loại van
Trong các máy đồng thể loại van, chất
lỏng được nén đến áp suất 20 MPa, sau đó chảy
qua khe hẹp đặc biệt, ở đó áp suất giảm xuống
đến 0,4 MPa, sự gia tăng tốc độ của dòng chất
lỏng gây nên hiện tượng xâm thực bọt khí trong
dòng chất lỏng. Một trong những máy đồng thể
Hình 2.1. Sơ đồ máy đồng thể kiểu van
1-áp kế; 2-đế van đồng thể; 3-van; 4-vít
điều chỉnh áp suất; 5-chốt khóa vít điều
chỉnh; 6-gioăng làm kín; 7-cửa ra
nhiên liệu; 8-van an toàn; 9-buồng áp
suất cao; 10-van xả của bơm; 11-van
nạp của bơm; 12-bơm piston.




15
đầu tiên loại này do hãng Manton-Gaulin của Mỹ chế tạo như hình 2.1.
2.1.2.2. Máy đồng thể loại quay
Trong loại thiết bị này quá trình

đồng thể của chất lỏng xảy ra trong không
gian giữa rotor (quay) và stator (đứng yên)
với cấu trúc hình học bề mặt thay đổi liên
tục. Chất lỏng bị nén và giản nở liên tục
giữa các cánh của rotor làm tốt quá trình
xâm thực bọt khí. Các máy đồng thể điển
hình loại này như trên hình 2.2 của các
hãng Vickers (Anh), Stark (Hà Lan) sản
xuất.
2.1.2.3. Máy đồng thể loại rung
Phương pháp rung động cơ học
được sử dụng để xử lý chất lỏng bằng cách
nhờ sự dao động của lò xo, chất lỏng tại
vùng tiếp xúc với lò xo bị dao động và xảy
ra hiện tượng xâm thực bọt khí.
Khi tăng áp lực dao động của lò xo
vùng tiếp xúc với chất lỏng xảy ra hiện
tượng “sôi lạnh” kèm theo sự va đập thủy
lực và kết quả là phá hủy các hợp chất cơ
học và quả cầu nước có trong chất lỏng. Sơ
đồ của máy đồng thể loại rung như trên
hình 2.3.
2.1.2.4. Máy đồng thể siêu âm
Máy đồng thể siêu âm có độ chênh áp suất khá thấp khoảng (0,4 ÷ 0,8) MPa. Khi
chất lỏng chảy qua các khe thay đổi với biên dạng khác nhau (các khe hình trụ bố trí
hướng tiếp tuyến, khe có dạng xoắn Archimede, v.v.) được nén ép và sinh ra dao động
đàn hồi, tạo ra quá trình đồng thể.

Hình 2.3. Sơ đ
ồ cấu tạo máy đồng thể

loại rung
Hình 2.2. Sơ đồ máy đồng thể loại quay
1- hỗn hợp nhiên liệu; 2-rotor; 3- stator.


16
Máy đồng thể siêu âm gồm 2 loại:
- Loại thứ nhất
Là loại máy đồng thể có buồng cộng
hưởng. Cấu tạo của máy đồng thể này
như trên hình 2.4. Chất lỏng dưới áp
suất (0,3 ÷ 0,5) MPa đi vào cửa 1 đến
kênh tiếp tuyến A, sau đó chảy vào
buồng B của đầu đồng thể 4. Tại B chất
lỏng xảy dao động đàn hồi và xâm thực
bọt khí tạo quá trình đồng thể. Để tăng
cường hiệu quả đồng thể, trong đầu 4
bố trí buồng cộng hưởng 5 để tăng dao
động đàn hồi của dòng chất lỏng.
- Loại thứ hai
Loại thứ hai có cấu tạo như trên
hình 2.5. Loại này khác với loại thứ
nhất là có phần tử cộng hưởng (có thể
là một tấm kim loại dao động).
Chất lỏng dưới áp suất chảy qua
lỗ phun 4 tạo thành tia. Lực kích thích
của tia chất lỏng tác động vào cạnh của
phần tử cộng hưởng làm nó dao động
và trong điều kiện tính toán xác định sẽ xảy ra cộng
hưởng thực hiện quá trình đồng thể chất lỏng.

2.1.2.5. Máy đồng thể thủy động
Sơ đồ cấu tạo của máy đồng thể như trên hình
2.6. Loại máy đồng thể này được ứng dụng trong hệ
thống bôi trơn của các động cơ máy kéo Д21A (Liên
Xô cũ) để nâng cao chất lượng dầu bôi trơn. Trong
thiết bị này chất lỏng dưới áp suất chảy qua khe hẹp
Hình 2.4. Sơ đồ cấu tạo máy đồng thể
siêu âm có buồng cộng hưởng
Hình 2.5. Máy đồng thể siêu âm
có tấm dao động. 1-thân máy đồng thể;
2-màng ngăn; 3-tấm cộng hưởng; 4-lỗ phun.
Hình 2.6. Sơ đồ cấu tạo máy
đồng thể thủy động