Slide thiết kế hệ thống cung cấp nhiên liệu biogas cho động cơ RV70 n

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA
KHOA CƠ KHÍ GIAO THÔNG

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:

THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS
CHO ĐỘNG CƠ RV70-N
SVTH : LÊ THANH DOÃN
LỚP

: 05C4A

GVHD : PGS. TS. TRẦN THANH HẢI TÙNG
GVD

: TS. DƯƠNG VIỆT DŨNG
ĐÀ NẴNG, 6-2010


NỘI DUNG
1. Giới thiệu đề tài
2. Khảo sát đặc điểm kết cấu của động cơ RV70-N
3. Tính toán chu trình nhiệt của động cơ RV70-N
4. Nghiên cứu, cải tiến hệ thống cung cấp biogas cho động cơ RV70-N
5. Quy trình chế tạo và lắp đặt các chi tiết được cải tiến vào động cơ
6. Chương trình tính toán bằng phần mềm Visual Basic
7. Lắp đặt – chạy thử
8. Kết luận đề tài

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI
Xuất phát từ nhu cầu sử dụng năng lượng ở nông thôn.
Xuất phát từ trữ lượng các hầm biogas.
Xuất phát tình hình sử dụng các động cơ biogas.
Cải tạo các động cơ sử dụng nhiên liệu truyền thống.
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.
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


2. KHẢO SÁT ĐẶC ĐIỂM KẾT CẤU CỦA ĐỘNG CƠ RV70-N
Động cơ RV70-N là động cơ diesel một xilanh do công ty
VIKYNO chế tạo.
Đặc tính kỹ thuật của động cơ RV70-N
Thông số
Tên động cơ
Kiểu động cơ
Công suất định mức
Công suất tối đa
Tỷ số nén
Số vòng quay
Đường kính xi lanh
Hành trình piston
Suất tiêu thụ nhiên liệu
Trọng lượng

Kích thước: Dài - Rộng - Cao

Đơn vị
Giá trị
Vikyno diesel RV70-N
4 kỳ, 1 xy lanh, nằm ngang
Mã lực/vòng/phút
6/2200
Mã lực/vòng/phút
7/2400
24
vg/ph
2400
mm
80
mm
75
gam/Mã lực/giờ
203
kg
68
mm
619-322,5-435

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Mặt cắt động cơ RV70-N
1

2

3

4

5

6

Ø80

125

7

8

9

10

11

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Sơ đồ hệ thống nhiên liệu động cơ RV70-N
1

2

3

10

4
5

9

6
8

7

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Kết cấu đường ống nạp động cơ
Ø44
Ø34
2

8
10

28

5

4

7

35

40

72

50

6

30

140
3

46
2

1

7

Ø34

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N

3. TÍNH TOÁN CHU TRÌNH NHIỆT CỦA ĐỘNG CƠ RV70-N

Các giả thiết trong quá trình tính toán khi động cơ sử
dụng lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas):
+ Hàm lượng CH4 trong biogas là 60%.
+ Quá trình cháy xảy ra hoàn toàn.
+ Tính toán chu trình nhiệt giống như động cơ xăng.

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Kết quả tính toán nhiệt
Giá trị
Thông số
Nhiệt trị QH

Đơn vị

Diesel

5%
10,162%
diesel
diesel
làm mồi làm mồi

kJ/kg

42530

24710

25067

Áp suất có ích trung bình pe

MN/m2

0,692

0,628

0,632

Suất tiêu hao nhiên liệu diesel
có ích ged

g/kW.h

229,074

7,849

16,263

Suất tiêu hao nhiên liệu
biogas có ích geBio

g/kW.h

0

433,454

417,888

%

0,370

0,330

0,331

kW

5,2197

4,734

4,766

%

0

9,31 %

8,70 %

Hiệu suất có ích ηe
Kiểm nghiệm lại công suất Ne
Độ giảm công suất động cơ

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


So sánh đồ thị công
R?
2µs

O

α2
α3

ϕs

α1

α4

Nhận xét: Khi động cơ sử
dụng lưỡng nhiên liệu
(diesel + biogas) ta thấy:

O'

p
[MN/m2]
180

z

170
160

+ Công suất giảm.

z1

150
140
130

+ Nhiệt trị giảm.

120

y

z"

z

110

90

0,85pz

+ Áp suất và nhiệt độ của
chu trình cao hơn.

100

80

4
c"

Tyí lãû xêch

µp = 0,07986 [MN/mm2.mm]
µv = 0,00193 [dm3/mm]
µS = 0,38363 [mm/mm]

c
c"
c

70

3

60
50
40
30

20

2
f

1

f

10
r
r'
po
r''
0 8,5
20
Vc

b'

40

60

80

100
Vh
Va

120

140

160

a'
180

b
b"
a
200
V [dm3]

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


4. NGHIÊN CỨU, CẢI TIẾN HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS
CHO ĐỘNG CƠ RV70-N

Mục đích:
+ Động cơ sử dụng được song song hai nhiên liệu (diesel +
biogas). Khi hệ thống cung cấp biogas có vấn đề thì động cơ
chuyển sang sử dụng lại nhiên liệu diesel đơn giản, thuận tiện.
+ Không thay đổi quá nhiều kết cấu của động cơ.
+ Đơn giản trong chế tạo, lắp đặt và sử dụng.
+ Tuổi thọ cao, giá thành rẻ.

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N

Các phương án thiết kế cơ cấu hạn chế lượng phun diesel
Yêu cầu
+ Cơ cấu hoạt động ổn định ở chế độ không tải (10,162%) khi
sử dụng lưỡng nhiên liệu diesel.
+ Hoạt động giống như một van tắt máy khi cần thiết.
+ Có thể tăng, giảm lượng diesel khi cần thiết.
+ Dễ chế tạo, dễ điều chỉnh, hoạt động tin cậy, bảo dưỡng dễ
dàng.
+ Dễ bố trí trên động cơ, giá thành rẻ.

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Các phương án thiết kế cơ cấu hạn chế lượng phun diesel
16

7

60

2

5

1
4

2

3

4

5

1
Ø4

6
17

3

Ø5

6

Cơ cấu hạn chế dùng vít

7

Cơ cấu hạn chế dùng thanh đẩy

Cơ cấu hạn chế dùng để hạn chế lượng phun diesel ở mức
thấp nhất nhằm tiết kiệm nhiên liệu diesel.
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N

Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas
Yêu cầu của bộ điều tốc
+ Điều khiển lưu lượng biogas cung cấp chính xác theo tải
của động cơ và hoạt động ổn định nếu như tải bên ngoài ổn định.
+ Hoạt động độc lập giống như bộ điều tốc diesel và dễ dàng
phối hợp hoạt động cùng với bộ điều tốc diesel.
+ Thuận tiện khi động cơ sử dụng lưỡng nhiên liệu (diesel +
biogas) và khi động cơ sử dụng hoàn toàn diesel.
+ Kết cấu đơn giản, nhỏ gọn, dễ chế tạo, dễ tháo lắp, bảo
dưỡng thuận tiện, tuổi thọ cao.

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas
PA1: Thay thế bộ điều tốc diesel bằng bộ điều tốc biogas (BĐT
loại 1)
5

6

7

A

8

9

10

B

11 12

D
C

4
3
E
F
2
1

G
15

14

H
13

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas
PA2: Sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động van côn
(BĐT loại 2)
II

I
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

A

13

19

E

G
H

F

21

12

B
14

20
18

15

17

16

22
23

C

D

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas
PA3: Sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động van cánh
(BĐT loại 3)
I
1

2

3

II
4

5

6

7

8

9

10

A

12

18
E

G

F

20

H

21

11

B
13

19
17

14

16

15

22 23 24

C

D

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Các phương án thiết kế bộ điều tốc biogas
So sánh và chọn phương án cải tạo
Chỉ tiêu so sánh

BĐT loại 1

BĐT loại 2

BĐT loại 3

Yêu cầu khi làm việc song song 2
Tốt
nhiên liệu
Khi sử dụng lại diesel
Khó
Kết cấu hệ thống nhiên liệu
Thay đổi nhiều
Kết cấu đường nạp
Ít thay đổi

Tốt

Tốt

Dễ
Ít thay đổi
Ít thay đổi

Dễ
Ít thay đổi
Ít thay đổi

Kết cấu hệ thống cung cấp biogas

Rất phức tạp

Đơn giản

Đơn giản

Khó
Khó bố trí
Cao

Dễ
Dễ bố trí
Thấp

Khó
Khó bố trí
Thấp

Thấp

Cao

Thấp

Về chế tạo
Về lắp đặt
Chi phí sản xuất
Khả năng ứng dụng trong điều
kiện hiện nay

Chọn phương án sử dụng bộ điều tốc biogas riêng dẫn động
van côn (BĐT loại 2) với cơ cấu hạn chế dùng vít.
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Tính toán, thiết kế phương án cải tiến

Cơ sở tính toán
Dựa trên cơ sở của bộ phụ kiện vạn năng Gatec-20 đã được tác
giả Bùi Văn Ga đăng ký bản quyền số 1-2008-02381.
Dựa vào yêu cầu làm việc của bộ điều tốc là phải “nhạy”.
Đơn giản trong chế tạo và lắp đặt.
Xác định các kích thước và định kết cấu của các chi tiết
trong bộ điều tốc sao cho khi tính toán, thiết kế bộ điều
tốc này thì nó chỉ phù hợp với động cơ RV70-N.

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N

Tính toán, thiết kế phương án cải tiến
Sơ đồ tính toán bộ điều tốc biogas
3

Flx

O2
a

4

Flt2
c

2

l

R

Từ các mối quan hệ
trong sơ đồ bên ta rút ra
được các biểu thức sau:
a *c
Flx =
* 2m1 * R * ω 2
b*l
H = c*tgα

d

5

1

H

Flt1
L

Từ kết quả tính ta có:
Lực lò xo: Flx = 7,165 [N]
Hành trình càng điều tốc: H = c*tgα = 21*1/3 = 7 [mm]
ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Tính toán, thiết kế phương án cải tiến
Kết quả tính toán bộ truyền đai thang
Thông số

Đơn vị

Số đai của bộ truyền

Giá trị
1

Chiều rộng bánh đai B

mm

20

Đường kính của bánh dẫn D1

mm

100

Đường kính của bánh bị dẫn D2

mm

200

Khoảng cách trục A

mm

361

Chiều dài dây đai L

mm

1200

Góc ôm bánh đai α

Độ

164

Lực căng ban đầu S0

N

121,5

Lực tác dụng lên trục R

N

360,962

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Tính toán, thiết kế phương án cải tiến
Kết quả tính lò xo điều tốc
Thông số

Đơn vị

Giá trị

Chuyển vị lò xo x

mm

10

Lực lò xo max Fmax

N

7,165

Lực lò xo min Fmin

N

1

Đường kính dây lò xo d

mm

0,6

Đường kính lò xo D

mm

7,2

Số vòng làm việc của lò xo n

Vòng

6

Số vòng toàn bộ của lò xo n0

Vòng

8

Chuyển vị lớn nhất của lò xo λ

mm

12,381

Bước của lò xo lúc chưa chịu tải t

mm

3,076

Chiều cao lò xo lúc chưa chịu tải H0

mm

19,357

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N

Kết cấu bộ điều tốc biogas
20
1

2

3

4

5

18
60

Ø78

Ø207

Ø68

15

Ø10

7

8

9

10

11

12

86
110

135
97
60
30

17

30

21

6

Ø38

13

14

15

Vaìo
âäüng cå

Ø36

Biogas tæì bäü
pháûn cung cáúp

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


Sơ đồ hệ thống cung cấp lưỡng nhiên liệu (diesel + biogas)
I

II

Khäng
khê

1

2

3

4

5

7

6

8

A

9
10

B

16

11
15

12

14

13

17

18

19

20

C

D

ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG CUNG CẤP BIOGAS CHO ĐỘNG CƠ RV70-N


5. QUY TRèNH CH TO V LP T CC CHI TIT C
CI TIN VO NG C

Quy trỡnh cụng ngh ch to v b iu tc biogas
Nguyón cọng

Sồ õọử õởnh vở vaỡ keỷp chỷt

NGUYN CNG 1

Nguyón cọng

NGUYN CNG 4

Rz40 Sn

S

+ Bổồùc 1: khoan lọự lừp
caỡng õióửu tọỳc 10, lọự
dỏửu 5,2.

+ Bổồùc 2:Ta rọ lọự 5,2
thaỡnh M6.
+ ọỹ nhaùm: Rz40

17

Phay mỷt õaùy:
+ Phay thọ lỏửn 1
+ Phay thọ lỏửn 2
+ Kờch thổồùc: 17mm
+ ọ nhaùm: Rz40

Sồ õọử õởnh vở vaỡ keỷp chỷt

n

ỉ10

S

W

W
2
3
3

NGUYN CNG 2

NGUYN CNG 5

+ Bổồùc 1: Phay mỷt trón
Rz40 S n
lọự 10.
+ Bổồùc 2: Phay mỷt trón
lọự lừp caỡng õióửu tọỳc.
+ Bổồùc 3: Phay mỷt trón
lọự lừp van cọn.
+ ọỹ nhaùm: Rz40

+ Bổồùc 1: Tióỷn mỷt
trong lọự 52
+ Bổồùc 2: Tióỷn raợnh
trong lọự 52
+ ọỹ nhaùm: Rz40

2

Rz40

ỉ52

W

40

n

ỉ78

ỉ48

10

15

S
3

NGUYN CNG 6

Khoan 2 10.
+ Kờch thổồùc õaỷt: 10
+ ọỹ nhaùm: Rz = 40

ỉ10

S

Rz40

15

n

2

W

3

+ Bổồùc 1: Tióỷn mỷt õỏửu
lọự 78
+ Bổồùc 2: Ta rọ lọự 78
+ Kờch thổồùc: 127mm
+ ọỹ nhaùm: Rz40

127

n
2

S

ỉ78

NGUYN CNG 3

12
S

TI: THIT K H THNG CUNG CP BIOGAS CHO NG C RV70-N