Đề tài thiết kế hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục vụ cho động cơ diesel công suất 1000 KW theo mẫu động cơ 6S26MC

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

MỤC LỤC

1


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP
MỞ ĐẦU

1. Tính thời sự của đề tài
Ngày nay, động cơ đốt trong đã phát triển rộng khắp mọi lĩnh vực giao thông
vận tải ( Đường bộ, đường sắt, đường thủy…..) nông nghiệp, lâm nghiệp, xây dựng
quốc phòng…ngoài việc sử dụng song hành với các loại động cơ khác thì động cơ
diesel là động lực duy nhất được sử dụng phổ biến. Tổng công suất do động cơ đốt
trong tạo ra chiếm 90% công suất thiết bị động lực do mọi nguồn năng lượng tạo ra,
bao gồm: Nhiệt năng, thủy năng, năng lượng nguyên tử, năng lượng mặt trời,…
Ngành công nghiệp chế tạo động cơ đốt trong được coi là bộ phận chủ yếu cả
ngành cơ khí và nền kinh tế quốc dân của hầu hết các nước, vấn đề đào tạo đội ngũ kỹ
thuật về động cơ đốt trong có số lượng và chất lượng nhất định được coi trọng. Để
thuận tiện cho việc nghiên cứu, người ta phân ra một động cơ đốt trong làm nhiều hệ
thống có tầm quan trọng nhất định.
Hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục vụ cho động co diesel là những hệ
thống chính của động cơ đốt trong. Hệ thống nhiên liệu động cơ có chức năng cung
cấp nhiên liệu cho động cơ, ở những trạng thái hoạt động khác nhau. Bên cạnh đó hệ
thống nhiên liệu giúp loại bỏ tạp chất có trong nhiên liệu. Hệ thống nhiên liệu động cơ
có chức năng cung cấp nhiên liệu cho động cơ, ở những trạng thái hoạt động khác
nhau. Bên cạnh đó hệ thống nhiên liệu giúp loại bỏ tạp chất có trong nhiên liệu. Hệ
thống làm mát là một trong những hệ thống chính có nhiệm vụ thực hiện quá trình
truyền nhiệt từ khí cháy qua thành buồng cháy đến môi chất làm mát để đảm bảo nhiệt
độ các chi tiết không quá nóng, không quá nguội. quá nóng gây ra các hiện tượng xấu

như: giảm sức bền, độ cứng vững, tuổi thọ….nếu quá nguội cũng không tốt vì quá
nguội làm tổn thất nhiệt nhiều, nhiệt lượng dùng để sinh công ít..làm hiệu suất động cơ
kém. Hệ thống bôi trơn có tác dụng cung cấp dầu bối trơn cho các bề mặt chuyển động
tương đối với nhau.
Tóm lại, hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát là những hệ thống rất quan trọng
trong động cơ diesel nó ảnh hưởng rất lớn đến tính kinh tế, hiệu suất động cơ...

2. Mục đích của đề tài
Hệ thống lại những công thức đã được học. Củng cố kiến thức trên lớp. Tìm hiểu
những kiến thức phục vụ cho công công việc tính toán.
2


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP
Bước đầu làm quen với khái niệm tự động hóa thiết kế. Sử dụng phần mềm phục
vụ công việc tính toán.
Áp dụng phần mềm tính toán với động cơ cụ thể để xác định thong số ký thuật
của động cơ.
Xây dựng sơ đồ nguyên lí hoạt động, tính toán thiết kế các thiết bị của hệ thống
nhiên liệu, bôi trơn, làm mát cho động cơ 6S26MC.
Hoàn thành công việc theo tiến dộ dược giao.

3. Nội dung chính của đề tài
Tìm hiểu tổng quan về tàu, tìm hiểu các thiết bị của hệ thống nhiên liệu, bôi
trơn, làm mát và các thiết bị phục vụ cho các hệ thống.
Tìm hiểu về Quy phạm thiết kế hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục động
cơ diesel công suất 1000 kw.
Tính toán thiết kế các trang thiết bị: tính lưu lượng các két, các bơm, các van,
tính chọn tấc độ vòi phun, lượng nhiên liệu tiêu hao,…Tính toán các trang thiết bị này
sao cho nó có khả năng đáp ứng được yêu cầu của hệ thống, đảm bảo thỏa mãn yêu

cầu của đăng kiểm, chủ tàu và còn phải đảm bảo cho hệ thống hoạt động an toàn, tin
cậy và kinh tế nhất.

4. Phương pháp nghiên cứu đề tài
Phương pháp nghiên cứu đề tài dựa trên lý thuyết: các kiến thức đã học như sức
bền, cơ chất lỏng, máy thủy lực, vật liệu kỹ thuật,… để thực hiện đề tài.
Đồng thời kết hợp với kiến thức thực tế tích lũy từ quá trình thực tập tại công ty:
các kiến thức về hệ thống từ tài liệu công ty, tài liệu trên mạng internet, kiến thức thực
tế, các sách tham khảo, tài liệu tham khảo thư viện….

5. Phạm vi nghiên cứu của đề tài
Đề tài thiết kế hệ thống nhiên liệu, bôi trơn, làm mát phục vụ cho động cơ diesel
công suất 1000 KW theo mẫu động cơ 6S26MC- đó là: động cơ hai kì tác dụng đơn;
đảo chiều trực tiếp; tăng áp bằng tua bin khí xả. Hãng sản suất: MAN B&W. Quá
trình làm đề tài sẽ củng cố kiến thức ở trường học trong suốt năm học đại học và trau
dồi thêm kiến thức giúp bản thân. Đây là hành trang vững chắc giúp bản thân em tự tin
hơn khi bước vào cuộc sống trong tương lai.

3


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn
Từ các tìm hiểu và tính toán trên lý thuyết về đề tài góp phần xây dựng phương
hướng phát triển của đề tài trong tương lai.
Xây dựng cơ sở lí thuyết tính toán hệ thống một cách chính xác, bổ sung những
hình vẽ kết cấu thực tiễn của các chi tiết trong hệ thống để có thể tăng được khả năng
ứng dụng của đề tài và sự sinh động cho người tham khảo.
Qua quá trình tìm hiểu và tiến hành làm luận án, được sự hướng dẫn và giúp đỡ

tận tình của giảng viên Th.S Đặng Khánh Ngọc, em đã nỗ lực hoàn thành đồ án trong
thời gian ngắn, nhưng do tài liệu tham khảo chủ yếu là tài liệu nước ngoài và trình độ
bản thân còn nhiều hạn chế nên bản luận án không tránh khỏi những sai sót. Em rất
mong nhận được ý kiến đóng góp thêm của thầy cô, bạn bè để luận án của em được
hoàn thiên hơn.
Em xin chân thành cảm ơn.
Hải Phòng, ngày…… tháng……năm 2015
Sinh viên
Bùi Văn Trì

4


N TT NGIP

Chng I: Tớnh nhit ca chu trỡnh cụng tỏc ng c diesel
1.1.

Thụng s c bn ca ng c

Cụng sut cú ớch: Ne = 1000 kW
Vũng quay nh mc: n = 250 v/ph
ng kớnh xi lanh: D = 260 mm
Hnh trỡnh piston: S = 980 mm
S xi lanh: i = 6
Th t n: 1 3 5 6 2 4
c im ng c: 2 k, quột vũng, tng ỏp bng tua bin khớ x.
Lựa chọn công thức và chơng trình tính
Chu trình động cơ hoàn thành sau hai vòng quay trục khuỷu đối với động cơ bốn
kỳ và sau một vòng quay của trục khuỷu đối với động cơ hai kỳ.Tuy nhiên trong một

chu trình công tác cả hai động cơ phải thực hiện các quá trình nạp, nén, nổ, xả. Để xác
định mối quan hệ giữa các thông số của chu trình công tác của động cơ thì phải tính
chu trình công tác. Việc tính chu trình công tác có thể tính theo phơng pháp cổ điển
hoặc phơng pháp mới. Để lựa chọn phơng pháp tính cần phải đánh giá các phơng pháp
đó.
1.2.1 Đánh giá phơng pháp cổ điển tính chu trình công tác của động cơ Điêsel.
1.2.

tớnh chu trỡnh cụng tỏc ca ng c cn phi ngiờn cu, tớnh toỏn cỏc quỏ
trỡnh cụng tỏc: np, nộn, chỏy gión n v x trờn c s nhim v thit k v ng c
mu la chn. Sau khi tớnh cỏc quỏ trỡnh s xỏ nh c thụng s mụi cht ti cỏc
im c trng. Trong quỏ trỡnh s la chn c cỏc h s, cỏc chớ s c trng cho
chu trỡnh ph thuc vo loi ng c thit k. Da vo kt qu tớnh xõy dng th
cụng ch th, õy l cụng on ch yu xỏc nh cụng ch th v cụng cú ớch ca
ng c.
Theo phơng pháp cổ điển, để tính chu trình công tác của động cơ cần phải giả
thiết quá trình nén và giãn nở đa biến với chỉ số đa biến trung bình n1 và n2 quá trình
cấp nhiệt đẳng tích và đẳng áp thay cho quá trình cháy nhiên liệu đợc đặc trng bởi tỉ số
tăng áp suất trong quá trình cháy , chỉ số giãn nở sớm . Ngoài ra để tính các thông
số của chu trình còn phải chọn nhiều hệ số khác nh: Hệ số lợi dụng nhiệt, hệ số biến
đổi phân tử.
Từ cách tính chu trình công tác theo phơng pháp cổ điển có thể rút ra một số
nhận xét sau đây:
- Không xét đợc ảnh hởng của góc phối khí
- Sử dụng quá trình hệ số lựa chọn nên không đảm bảo độ chính xác
5


N TT NGIP
- Không xét đợc ảnh hởng của góc phun sớm, quy luật cấp nhiên liệu,

lợng nhiệt trao đổi với nớc làm mát
Không xét đợc các thông số động học quá trình cháy và mối quan hệ
giữa các thông số này với lực tác dụng lên cơ cấu biên khuỷu
- Với phơng pháp này rất khó nghiên cứu các thông số công tác khi động
cơ làm việc theo các đờng đặc tính điều chỉnh, đặc tính bộ phận, đặc tính chong chóng
và ảnh hởng của điều kiện khai thác tới chất lợng làm việc của động cơ.
1.2.2 Phơng pháp cân bằng năng lợng
Động cơ tầu thuỷ hiện đại chủ yếu là động cơ tăng áp bằng tua bin khí xả. Các
quá trình công tác trong xi lanh động cơ và trong tua bin máy nén có mối liên hệ phụ
thuộc lẫn nhau, điều đó phơng pháp cổ điển không tính đến. Vì vậy, phải soạn thảo mô
hình toán học mà các quá trình công tác cho phép tính đến các yếu tố này và cho phép
đánh giá ảnh hởng của chúng đến đặc tính quá trình công tác, tính kinh tế và tính tin
cậy của động cơ.
Trong đề tài này sử dụng phơng pháp cân bằng năng lợng để nghiên cứu. Để áp
dụng phơng pháp này phải giả thiết môi chất trong thể tích công tác của xi lanh tại thời
điểm bất kỳ đều ở trạng thái cân bằng, nghĩa là môi chất trong xi lanh là một hệ thống
nhiệt động cân bằng. Nếu bỏ qua sự rò lọt môi chất qua xéc măng trong quá trình nén
và giãn nở thì hệ thống nhiệt động là hệ kín.
Nh vậy, với phơng pháp này thì môi chất trong thể tích làm việc của xi lanh
trong quá trình luôn tuân theo định luật thứ nhất.
Phơng trình cân bằng năng lợng của môi chất đợc biểu diễn thông qua công
thức:
-

dQ dU dL
=
+
d d d
dQ
d - Lợng nhiệt cấp cho môi chất theo góc quay của trục khuỷu (KT0/TK)

dU
d - Độ thay đổi nội năng của môi chất theo góc quay của trục khuỷu (KT0/TK)
dL
d - Độ thay đổi công theo góc quay của trục khuỷu (KT0/TK)

- Góc quay của trục khuỷu thay đổi từ 0 đến , tính từ ĐCT lúc bắt đầu quá trình nạp.
ct
Biến thiên nội năng của môi chất tính theo công thức:
dQ
dT
dm
= m.Cv
+ u.
d
d
d

Độ thay đổi công tính theo công thức:
dl
dV
= p.
d
d

6


N TT NGIP
m - Khối lợng chất công tác (kg)

CV - Nhiệt dung riêng đẳng tích (kJ/(kg.K))
u - Nội năng đơn vị chất công tác (kJ/kg)
P - áp suất môi chất trong xi lanh
V - Thể tích môi chất công tác (m3 )
Nội năng đơn vị chất công tác:

Cv.dT

U= 0
a. Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình nén
Môi chất công tác gồm khí sạch và khí sót nên phơng trình nhiệt động có dạng:
dU
dT
= (mkk .Cv + mr .Cvr ).
d
d

CV = a + b.T - Nhiệt dung riêng của không khí a = 19,88 ; b = 0,00275
CVr = c + d.T - Nhiệt dung riêng của sản vật cháy c = 21,81; d = 0,003853
Nhiệt lợng các chi tiết truyền cho môi chất tính theo công thức:
dU dU
d
=
= vk .( Tvx Tkc).Fvx.
d
d
d

vk - Hệ số truyền nhiệt từ vách tới môi chất theo góc quay trục khuỷu và bề mặt trao
nhiệt; kW/(m2.K)

TVX - Nhiệt độ trung bình vách sau 1 chu trình, ở chế độ định mức TVX = 400 ữ 480 K
FVX - Diện tích bề mặt trao đổi nhiệt m2
: Thời gian trao đổi nhiệt (s)
d
1
=
d 6.n

dU dU
Fvx
=
= vk .(Tvx Tkc).Fvx.
d
d
6.n

nên
b. Sự thay đổi các thông số trong quá trình cháy.
Góc bắt đầu cháy nhiên liệu tính theo công thức:
= fs + i

fs

Góc phun sớm nhiên liệu lấy theo lý lịch động cơ

i Góc cháy trì hoãn 0TK
Khối lợng môi chất kể cả sản vật cháy tính theo công thức:
dm
dx

= g ct .
d
d

Gct lợng nhiên liệu phun vào xi lanh trong 1 chu trình (kg)
Tốc độ cháy tơng đối tính theo thực nghiệm
Khối lợng không khí giảm xuống trong quá trình cháy:
Gbx = Gb G0. gct.x
Sản vật cháy tăng lên
mkcx = mr + gct .x G0. gct.x
7


N TT NGIP


dx

d .d

X= 0
Phần trăm nhiên liệu đã cháy ứng với thời điểm xét
Nhiệt lợng cấp cho môi chất công tác
dQ dQƯW dQX
=
+
d
d
d

Lợng nhiệt toả ra do cháy phần nhiên liệu cấp kW/kg
dQ X
dx
= Q H .g ct .
d
d

c. Sự thay đổi các thông số môi chất trong quá trình giãn nở
Trong quá trình giãn nở kết thúc quá trình cấp nhiên liệu vào bên trong xi lanh,
còn khối lợng sản vật cháy giữ không đổi cho đến khi mở cửa thải.
Dựa theo các phơng trình nêu trên sẽ xác định đợc áp suất môi chất công tác và
từ đó tính đợc nhiệt độ theo phơng trình trạng thái của môI chất.
1.2.3. Một số công thức dùng trong quá trình tính toán
- Tốc độ trung bình của piston Cm (m/s)
Cm =

S .n
30

- Tốc độ lớn nhất của piston khi nạp qua xu páp nạp (m/s)
CW = 1,57.Cm.k
k - Tỉ số giữa diện tích đỉnh piston và diện tích lỗ xu páp
- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
QH = 100.[339.C + 1256.H 109.(O-S) rW.(9H+W)
rW = 2512 kJ/kg - Nhiệt ẩm hoá hơi của nớc trong nhiên liệu ứng với áp suất 101,2 kPa
- Nhiệt độ của không khí sau máy nén tăng áp (0 K )
Tk = T0 .

nk 1
nk

K

k - Tỉ số tăng áp
Nk = 1,5 - 2 Chỉ số nén đa biến trong máy nén

TS = TK - .Tlm
.Tlm - Độ giảm nhiệt độ trong bầu làm mát
PS = PK . K - .Plm
.Plm - Độ giảm áp suất áp trong bầu làm mát
- áp suất không khí cuối quá trình nạp
C w2 .10 5
pa = ps
576.w 2 .Ts

- Hệ số khí sót
8


N TT NGIP
r =

(Ts + t ).Pr
Tr ( .Pa Pr )

- Tỉ số nén lí thuyết
Pr , Tr áp suất và nhiệt độ khí sót
t = 5 ữ 10 0C Độ tăng nhiệt độ không khí do tiếp xúc với vách
- Nhiệt độ không cuối quá trình nạp
Ta =

Ts + t + r .Tr
1+ r

- Diện tích bề mặt xung quanh xi lanh công tác khi piston ở ĐCT
F0 =

.D 2
D.S
+ .
2
1

- Diện tích bề mặt của các chi tiết tiếp xúc với môi chất công tác
Fvx = F0 + .D.S 0,5. .D.S .(1 cos + 0,5.. sin 2 )

- Góc quay khuỷu
- Thể tích công tác của xi lanh (m3)
VS =

1
.S .D 2
4

- Thể tích buồng cháy
VC = VS .

1
1

- Thể tích công tác của xi lanh khi piston ở điểm chết trên

Va = VC + V S

- Thể tích công tác của xi lanh tính theo góc quay trục khuỷu
Vvx = VC + 0,25. .D 2 .S .(1 cos + 0,5. . sin 2 )

- Khối lợng rỉêng của không khí sau máy nén
s = .

Ps
R.Ts

R = 287 kJ/(kmol.K) hằng số của không khí
- Lợng không khí khô cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu (kmol/kg)
Lo =

1 C C S
O
. + +

0,21 12 4 32 32

- Hệ số nạp không kể đến hàm lợng ẩm
H =

Pa .Ts 1
.
.
1 Ps .Ta 1 + r

- Hệ số nạp kể đến hàm lợng ẩm

9


N TT NGIP
Ht = H .

1+ r
1+ r + d

D -hàm lợng ẩm của không khí vào xi lanh
- Lợng không khí thực tế nạp vào xi lanh trong 1 chu trình không kể đến hàm lợng ẩm
của không khí (kg)
G B = H .VS . S

- Hệ số d lợng không khí không kể đến hàm lợng ẩm
=

GB
g ct .G0

- Lợng không khí lý thuyết cần thiết để đốt cháy 1 kg nhiên liệu
G0 = à S .L0

- Khối lợng của 1 mol không khí
à S = 28,96 kg/kmol

- Hệ số d lợng không khí có kể đến hàm lợng ẩm

1 + 1,61.d

1 =

- Thời gian cháy trì hoãn
1 =

8217 ,4
(C m .Pkf ) 0, 635 .Tkf0, 294

Tkf - Nhiệt độ môi chất trong xi lanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu
Pkf - áp suất môi chất trong xi lanh lúc bắt đầu phun nhiên liệu
- Hệ số truyền nhiệt từ khí tới vách ống lót xi lanh
mc = 2,47.3 C m . Pkc .Tkc

Pkc , Tkc - áp suất và nhiệt độ khí cháy
- Bề mặt trao đổi nhiệt tức thời của vách với mô chất công tác
Fw =

.D 2
S

+ .D.
+ S
2
1


S - Độ dịch chuyển tức thời của piston
S = 0,5.S .(1 cos + 0,5. . sin 2 )

- Lợng nhiệt toả ra và tốc độ toả nhiệt tính theo công thứcVibe

Phần trăm nhiệt lợng toả ra theo góc quay trục khuỷu
m +1



x = 1 exp 6,908.


z

- Tốc độ toả nhiệt theo góc quay trục khuỷu

10


N TT NGIP
m +1


dx
m +1
. exp 6,908.

= 6,908.
.
d
z z

z

m - Chỉ số đặc trng cho sự phát triển sự cháy chọn theo thực nghiệm m = 0,3 - 1
z - Thời gian cháy ( z = 50 ữ 130 0) góc quay khuỷu
- Góc cháy ban đầu = fs + i
fs

- Góc phun sớm nhiên liệu

i - Thời gian cháy trễ của nhiên liệu
- áp suất chỉ thị trung bình
Pi =

Li
VS

Li - Công chỉ thị của chu trình
- Công suất chỉ thị
N i = i.VS .à s .Pi .n.

z
60

- Suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị
gi =

3600.. PS . H
à s .R.L0 .Ts .Pi .

- Hiệu suất chỉ thị
i =

à s .R.L0 .Ts .Pi .
QH .Ps . H

- áp suất có ích trung bình
Pc = Pi - Pm

Pm - áp suất tổn hao cơ giới
- Hiệu suất cơ giới
m =

Pc
Pi

- Công suất có ích
N e = N i . m

- Suất tiêu hao nhiên liệu có ích
ge =

gi
m

- Hiệu suất có ích
e = i . m

- Suất tiêu hao nhiên liệu trong 1h:
11

B h = g e .Ne

ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP
1.3.

12

Thông số tính toán


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Ta lựa chọn công thức Haizenbec thường dùng với động cơ diesel tàu thủy

13


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

1.4.

14

Kết quả tính


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP
- C«ng suÊt tÝnh ®îc :
Ne = 1000,4 KW.
- Sai sè c«ng suÊt :
∆Ne = 100 % .(Nem – Ne )/Nem = 100% .(1000,4 – 1000 )/1000= 0,0004(%)

∆Ne = 0,0004 (%) < 1(%)  tháa m·n .

15


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP

Chương 2: Thiết kế hệ thống nhiên liệu phục vụ động cơ diezen 1000 KW
2.1. Yªu cÇu ®èi víi hÖ thèng nhiªn liÖu
-Dự trữ và cung cấp nhiên liệu đảm bảo cho hệ động lực làm việc bình thường
trong suất thời gian hành trình qui định
-Hệ thống nhiên liệu có quan hệ mật thiết với động cơ và loại nhiên liệu sử dụng
do đó hệ thống có một số chức năng nhất định sau:
-Cấp nhiên liệu cho động cơ.
-Đảm bảo lượng nhiên liệu cung cấp cho động cơ.
-Vận chuyển và cung cấp nhiên liệu:vận chuyển dầu từ các khoang, két này đến
khoang, két khác, cung cấp nhiên liệu cho động cơ và các thiết bị tiêu thụ.
-Lọc nhiên liệu: hâm nóng,phân ly và lọc sạch các tạp chất cơ học, nước ra khỏi
nhiên liệu.
-Vấn đề an toàn: thông hơi, phòng hoả hoạn, cháy nổ trong hệ thống.
-Đảm bảo môi trường: gồm dầu bẩn, dầu thải về két chứa dầu riêng.
Những qui định qui phạm liên quan đến hệ thống :
-Để đảm bảo các chức năng nhiệm vụ trên, hệ thống nhiên liệu phải đảm bảo
được các yêu cầu cơ bản sau đây:
-Hệ thống nhiên liệu phải đảm bảo cho động cơ làm việc liên tục bình thường
trong mọi trường hợp khai thác của tàu, lắc ngang 15 0 và chúi dọc 50, các thiết bị của
hệ thống vẫn đảm bảo cung cấp đầy đủ nhiên liệu cho động cơ và các thiết bị tiêu thụ
hoạt động lâu dài.
-Tất cả các két nhiên liệu, các đường ống dẫn nhiên liệu không được bố trí phía
trên ống dẫn khí xả, cạnh bầu tiêu âm của động cơ, trên bảng phân phối điện phía dưới

buồng ngủ. Nếu đường ống dẫn nhiên liệu buộc phải bố trí qua buồng ngủ thì phải là
ống liền. Tuyệt đối không bố trí các ống nhiên liệu đi qua các két nước ngọt dùng cho
sinh hoạt, két nước nồi hơi. Các đường ống và các van phải được bố trí sao cho dễ
kiểm tra.
-Nhiên liệu thường được chứa trong két trực nhật và cần bố trí van thông, van
chặn, phải lắp các cửa ngăn thao tác được.
-Tất cả các khoang két phải đều có ống dẫn, ống tràn, thiết bị đo và kiểm tra, ống
thông hơi, ống xả nhiên liệu. Tiết diện của ống tràn phải lớn hơn hoặc bằng ống nạp.

16


ĐỒ ÁN TỐT NGIỆP
-Với ống thông hơi, trong bất kì trường hợp nào đường kính ống cũng không
được nhỏ hơn 50 mm. Đầu ống thông hơi được dẫn lên boong hở tại nơi thông gió tốt
nhất.
-Hệ thống phải có các ống nạp, phải lắp thiết bị cách li và bao ống, đồng thời
được đậy kín nắp khi đã đầy nhiên liệu. Trên đường ống nạp nên lắp kính quan sát để
theo dõi việc nạp nhiên liệu.
-Đối với các ống xả nhiên liệu, phải có đường kính không được nhỏ hơn 25mm,
có lắp van xả, nhiên liệu xả phải được đưa về két dầu bẩn.
-Hệ thống phải đựơc trang bị hệ thống phân ly, lọc sạch nhiên liệu trong các
trường hợp sau:
Có cấp thiết kế không hạn chế.
Nhiên liệu dự trữ chưa qua phân ly.
Nhiên liệu được dự trữ trong các khoang có thể được dùng làm khoang dằn
hoặc đáy đôi.
Đối với hệ thống sử dụng nhiên liệu nặng còn phải có thêm các thiết bị sau:
Bộ hâm nhiệt,thiết bị gia nhiệt cho nhiên liệu.
Phải dùng hai máy phân ly ghép nối tiếp hoặc phải sử dụng máy phân ly có

khả năng lọc sạch được tạp chất cơ học và nước trong nhiên liệu.
Lượng nhiên liệu DO trong két trực nhật bằng 20% tổng lượng nhiên liệu ở két
trực nhật của két FO.
Nếu dùng hơi bão hoà được hâm nóng, áp suất không được lớn hơn 3KG/cm 2,
nhiệt độ nhiên liệu được hâm nóng phải thấp hơn nhiệt độ bắt lửa 150 C.
Ống dẫn nhiên liệu nên dùng ống thép liền hoặc ống đồng không hàn, chỗ nối
ống phải đảm bảo kín khít. Với ống dẫn nhiên liệu nóng,phải có lớp bọc cách nhiệt.
Trước và sau bộ lọc, máy phân ly, phải lắp thiết bị tự động điều chỉnh, đồng
hồ đo áp suất, nhiệt độ.
Ngoài ra, còn phải thoả mãn theo qui định của đăng kiểm Việt Nam về hệ
thống đường ống nhiên liệu:
Ống thông hơi của các két trực nhật và két lắng dầu đốt phải được lắp đặt sao cho
nước mưa hoặc nước biển không thể chảy vào két,ngay cả trong trường hợp ống bị vỡ.
Đầu ống thông hơi phải dẫn đến nơi an toàn về cháy nổ, xa các nguồn lửa và
lưu ý đến khả năng lượng hơi thoát ra khi chuyển dầu vào két.
17


N TT NGIP
Phi lp li chn la bng vt liu chng n mũn u ng thụng hi ca cỏc
kột du t.
Van x nc, khay hng du, kột cha du rũ r.
Van x nc cn ca cỏc kột trc nht v kột lng phi l loi van t úng.
Phi trang b cỏc khay hng du cú chiu cao cho cỏc thit b thng xuyờn phi
thỏo lp hoc chnh nh nh:thit b t ca ni hi; cỏc bm du t; cỏc phin lc
du t; kột trc nht v kột lng.
Du rũ r t cỏc khay hng du v du x ra t cỏc van x cn phi dn v drain
tank.
Phi trang b thit b x lý du cho drain tank.
Phi trang b van an ton cho cỏc bu hõm du t, ng x ca van an ton

phi dn v drain tank.
2.2. Lựa chọn phơng án thiết kế
Hệ thống nhiên liệu của động cơ điesel có kết cấu rất phức tạp và nhiều chi tiết
có độ chính xác cao, cách bố trí kết cấu hệ thống đối với từng động cơ là khác nhau.
Do đó việc lựa chọn phơng án thiết kế dựa trên cơ sở phân loại các hình thức của hệ
thống nhiên liệu nh sau:
2.2.1. Hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp
1. Sơ đồ

Hình 2.1 - Sơ đồ nguyên lý hệ thống phun gián tiếp
1- Két trực nhật, 2- Bầu lọc nhiên liệu, 3- Bơm vận chuyển nhiên liệu,
4- Bơm cao áp, 5- Đờng ống cao áp, 6- Vòi phun

2. Nguyên lý hoạt động
- Thời điểm phun nhiên liệu do cam khống chế thông qua việc dẫn động vòi phun.

18


N TT NGIP
- áp lực phun và lợng nhiên liệu do bơm cao áp đảm nhiệm. Bơm 3 lấy dầu từ két 1 đa
đến bơm cao áp 4. Bơm cao áp cấp nhiên liệu cao áp lên đờng ống 5 tới các vòi phun
và đợc phun vào động cơ khi vòi phun mở.
- Hệ thống này ít dùng vì có nhiều nhợc điểm nh: Truyền động cồng kềnh, kim phun bị
bao bọc bởi 1 lớp nhiên liệu cao áp nên dễ hỏng hóc.
2.2.2. Hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp.
1. Sơ đồ cấu tạo.

9

10

11
12

13

14
15
7

8

2
4
3

1

5
6
Hình 2.2 - Sơ đồ nguyên lý của hệ thống phun nhiên liệu trực tiếp
1- Bơm vận chuyển nhiên liệu ; 2- Bơm vận chuyển nhiên liệu dự phòng; 3- Bầu hâm;
4-Thiết bị đo dầu dò; 5- Két đựng dầu dò; 6- Két dầu cặn bẩn;
7,8- Bầu lọc; 9- Van duy trì áp suất dầu đốt; 10- Đồng hồ đo áp suất ;
11- Đồng hồ đo nhiệt độ; 12- Két dầu FO; 13-Két dầu DO; 14- Vòi phun; 15- Bơm cao
áp.

2. Nguyên lý hoạt động.
- Bơm chuyển nhiên liệu 1 hút nhiên liệu từ két chứa qua bầu lọc thô 16 cung cấp

nhiên liệu qua bầu lọc tinh 7 tới bơm cao áp 15.
- Đồng hồ áp suất 10 dùng để kiểm tra áp suất trong không gian cấp nhiên liệu
vào bơm cao áp. Số tổ bơm cao áp bằng số xi lanh của động cơ. Bơm cao áp chuyển
19


N TT NGIP
nhiên liệu qua đờng ống cao áp tới vòi phun đa vào xi lanh động cơ. Lợng dầu hồi sẽ
theo đờng ống dầu hồi về két chứa.
- Nhiên liệu rò qua khe hở trong thân kim phun của vòi phun và trong các tổ bơm
đợc theo các đờng ống dầu trở về két chứa.
- Nhiên liệu đi vào xi lanh bơm cao áp không đợc lẫn không khí vì không khí sẽ
làm cho hệ số nạp của bơm không ổn định, thậm chí còn làm gián đoạn quá trình cấp
nhiên liệu. Vì vậy trong hệ thống tại nhng nơi có khả năng tích tụ không khí phải bố trí
các van xả khí để xả hết không khí lẫn trong hệ thống.
- u điểm: Kết cấu gọn nhẹ độ tin cậy cao, việc bảo quản chăm sóc vận hành dễ
dàng và độ tin cậy cao.
Ngy nay, h thng phun nhiờn liu trc tip c s dng rt kh bin bi
nhng u im vt tri ca nú. Do vy, ti ny cng chn h thng ny cp
nhiờn liu cho ng c.
2.3. Nguyên lý làm việc của hệ thống nhiên liệu
2.1.3. Sơ đồ nguyên lý.(sơ đồ Hình 2-2)
2.1.3. Nguyên lý làm việc.
Đã trình bày trong mục (2.2.2).
2.4. Thiết kế hệ thống nhiên liệu
2.4.1. Tính toán bơm cao áp.
1. Nhiệm vụ bơm cao áp
Bơm cao áp có nhiệm vụ cung cấp nhiên liệu cho xi lanh động cơ đảm bảo:
- Nhiên liệu có áp suất cao, tạo chênh áp lớn trớc và sau lỗ phun
- Cung cấp nhiên liệu đúng thời điểm và theo quy luật mong muốn

- Cung cấp nhiên liệu đồng đều vào các xi lanh động cơ.
- Dễ dàng và nhanh chóng thay đổi lợng nhiên liệu cấp cho chu trình phù hợp với
chế độ làm việc của động cơ.
2. Phân loại bơm cao áp.
Bơm cao áp dùng trên động cơ điêsel có rất nhiều loại khác nhau. Dựa vào cách
điều chỉnh nhiên liệu mà phân các loại sau:
a. Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng van tiết lu loại này piston của bơm có
kết cấu hình trụ không có gì đặc biệt.
b. Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng mặt cam vát. Đặc điểm của piston nh
trên, cam có dạng mặt vát để điều chỉnh hành trình có ích của piston.
c. Bơm cao áp điều chỉnh nhiên liệu bằng ngăn kéo piston, loại này trên piston
có rãnh xoắn và rãnh thẳng thông với cửa sổ cấp nhiên liệu trên xi lanh. Loại bơm này
dựa vào thời điểm cấp đợc chia thành 3 loại:
- Loại điều chỉnh thời gian bắt đầu cấp
- Loại điều chỉnh thời gian kết thúc cấp
20


N TT NGIP
- Loại điều chỉnh hỗn hợp
Mặc dù có nhiều loại nh vậy, nhng hầu hết các động cơ điezel ngày nay đều
dùng loại bơm cao áp thay đổi lợng nhiên liệu bằng cách dùng rãnh xoắn trên piston
(piston ngăn kéo) loại này còn gọi là bơm Bô sơ.
3. Kết cấu bơm bô sơ.

4

5
c

b
a

6

7

8

3

2

1

Hình 2.3 - Kết cấu bơm bô sơ
21


N TT NGIP
a- Cửa cấp, b- Rãnh xoắn, c- Cửa xả, 1-Cam, 2- Con lăn, 3- Lò xo, 4- Lò xo cao áp,
5- Van cao áp, 6- Piston, 7- Thanh răng, 8- Xi lanh

a. Đặc điểm cấu tạo
- Bơm đợc cấu tạo bằng các loại thép hợp kim có khả năng chịu áp suất cao và có
khả năng chịu đợc tải trọng thay đổi theo chu kỳ, và chống mòn tốt nh XBR, 25X5M.
- Với các chi tiết của cặp piston xi lanh bơm cao áp thì các mặt ma sát có độ cứng
không nhỏ hơn HRC58, mặt đầu không nhỏ hơn HRC55, với cặp piston xi lanh đợc
chế tạo bằng thép 25C5M cần thấm Ni tơ.
- Cặp chi tiết van cao áp và đế van cũng yêu cầu cao về mặt công nghệ. Vật liệu

chế tạo là thép hợp kim XBR, sau khi nhiệt luyện độ cứng phải đạt HRC56-62và HRC
60-64
- Cặp chi tiết chính xác là piston 6 và xi lanh 8 của bơm đợc chọn lắp theo bộ.
Trên xi lanh 8 có lỗ cấp nhiên liệu a và lỗ dầu hồi c. Để điều chỉnh lợng nhiên liệu
dùng thanh răng 7 làm thay đổi hành trình có ích của piston. Trên piston 6 có phay
rãnh xoắn b và rãnh thẳng để thay đổi lợng cấp nhiên liệu.
b. Nguyên lý hoạt động
- Hành trình thứ nhất: Khi động cơ hoạt động trục khuỷu quay lai trục cam bơm
cao áp. Khi con lăn 2 tiếp xúc với bề mặt trụ của cam 1 thì piston 6 ở điểm chết dới.
Piston bắt đầu đi lên lò xo 3 bị nén lại. Lúc này nhiên liệu ở trong xi lanh bắt đầu tràn
qua lỗ dầu cấp a và nhiên liệu bắt đầu bị nén lại. áp suất nhiên liệu bên trong xi lanh
bắt đầu tăng lên tới khi áp lực này thắng lực của lò xo 4 thì van cao áp 5 mở ra, nhiên
liệu đợc cấp lên đờng ống cao áp đi tới vòi phun để phun vào xi lanh động cơ. Quá
trình cấp cứ diễn ra cho đến khi mép xoắn b trùng với mép của cửa tràn c do đó áp suất
dầu giảm đột ngột dẫn đến lò xo 4 đóng van cao áp 5 lại, mặc dù có thể lúc đó piston
vẫn còn đi lên điểm chết trên.
- Hành trình thứ 2: Khi con lăn tiếp xúc bên kia vấu cam thì lò xo 3 giãn dần và
kéo theo piston 6 từ điểm chết trên đi xuống, lúc đầu tạo chân không trong xi lanh mà
cha hút nhiên liệu vào, cho đến khi đỉnh piston mở cửa cấp a, và cửa hồi c nhiên liệu
trong khoang chứa lỗ nhập a và c đi vào xi lanh. Piston thực hiện hút nhiên liệu cho
đến khi đến ĐCD.
c. Phơng pháp điều chỉnh nhiên liệu
i vi bm cao ỏp loi iu chnh lng nhiờn liu bng rónh xon trờn piston
thỡ lng nhiờn liu c cp ph thuc hon ton vo thi gian t bt u cp ti lỳc
kt thỳc cp. Thi im cp l thi im khi piston nm trờn mộp ca ca cp
du(DCT). Thi im kt thỳc cp l thi im khi mộp ca rónh xon nm trờn mộp
di ca ca hi du. Do vy, mun thay i lng nhiờn liu cp cn thay i thi

22

N TT NGIP
im kt thỳc cp cỏch xoay piston. Thi gian cp nhiờn liu tng ng vi chiu cao
ca piston t nh mộp ca rónh xon.

Hình 2.4 - Sơ đồ điều chỉnh lợng nhiên liệu cấp
- Khi cửa cấp ở vị trí O thì nhiên liệu không đợc cấp tới vòi phun.
- Khi cửa cấp ở vị trí 1, lợng nhiên liệu cấp tới vòi phun tăng dần.
- Khi cửa cấp ở vị trí 2, lợng nhiên liệu tăng lên so với vị trí 1.
- Khi cửa cấp ở vị trí 3 lợng cấp tăng lên so với vị trí 2.
4. Xác định một số thông số cơ bản của bơm cao áp
Các thông số của bơm cao áp đợc xác định theo lợng nhiên liệu cấp cho chu trình
khi động cơ chạy ở chế độ thiết kế.
a. Thể tích nhiên liệu chu cấp cho một chu trình ở chế độ thiết kế
Vct =

g e .Ne.
120.n.i. nl (lít) (2-1)

Trong đó
ge - Suất tiêu hao nhiên liệu có ích của động cơ ; ge = 231.5 (g/K W.h)
Ne - Công suất thiết kế của động cơ
; Ne = 1000 KW
i - Số xi lanh của động cơ
;i=6
- Số kì của động cơ

;=2

n - Vòng quay của động cơ

; n = 250 (v/p)

nl - Khối lợng riêng của nhiên liệu

; nl = 850 (g/dm3)

Thay các giá trị vào công thức đợc kết quả : Vct = 0,03 (lít)
b. Khoảng thời gian phun nhiên liệu (tính từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp)
tp =

p
6.n

Trong đó:
tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu
23

(2-2)


N TT NGIP
p- Góc quay trục khuỷu từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc cấp; chọn p = 300
n - Vòng quay thiết kế động cơ; n = 250 (v/p)
Thay các giá trị vào công thức (2-2) đợc kết quả: tp = 0,02(s)
c. Lu lợng trung bình của một tổ bơm
Qtb =

Vct
tp

(2-3)

Trong đó:
Qtb - Lu lợng trung bình của 1 tổ bơm
Vct -Thể tích nhiên liệu cấp cho 1 chu trình ở chế độ thiết kế; Vct = 0,003 (lít)
tp - Khoảng thời gian phun nhiên liệu; tp = 0,02 (s)
Thay các giá trị vào công thức (2-3) đợc kết quả: Qtb = 1,5 (lít/s)
d. Đờng kính của piston bơm cao áp
dp =

4
V .6.nc
.k . ct
p .c .C p

(2-4)

Trong đó:
Vct = 3000 (mm3)
C - Hệ số cung cấp của bơm cao áp. Đối với hệ thống nhiên liệu dùng bơm cao áp kiểu
piston có rãnh xoắn thì C = 0,6 ữ 0,95; chọn C = 0,6
nC - Vòng quay của trục cam dẫn động bơm cao áp. Chọn dạng cam lồi thì sẽ có: n C =
n/2=125 ( n là vòng quay thiết kế của động cơ)
k - Hệ số đánh giá tỷ số giữa tốc độ cung cấp cực đại với tốc độ trung bình
k = 1,2 - 1,5; chọn k = 1,2
Cp - Tốc độ của piston bơm cao áp. Đối với động cơ không cờng hoá thì
Cp = 0,001. C0. nC
Trong đó:
Cp - Tốc độ của piston bơm cao áp với dạng cam dẫn là cam lồi thì C 0 = 1,5

do vậy Cp = 0,1875 (m/s) = 1875 ( mm/s)
Thay các giá trị vào công thức (2-4) ta đợc kết quả: dp = 86,6 (mm)
Chọn theo tiêu chuẩn thì dp = 90 (mm) tra bảng đợc hành trình piston S = 125 (mm)
e. Hành trình có ích của piston bơm cao áp
ha =

Vct
f p .c

Trong đó:
Vct = 3000 (mm3)
fp - Diện tích đỉnh piston bơm cao áp fp = 6358,5 (mm2)
c - Hệ số cung cấp của bơm cao áp; chọn c = 0,6
Thay số vào công thức trên ta đợc ha = 5 (mm)
24


N TT NGIP
2.4.2. Tính Toán vòi phun
1. Công dụng
- Phun hết lợng nhiên liệu do bơm cao áp cấp cho vòi phun.
- iu khin ỏp sut nhiờn liu, m bo lng nhiờn liu cp bung chỏy di
dng sng mự, to iu kin tt cho quỏ trỡnh chỏy.
2. Kết cấu

11
10

11

9

8

7

6

5 4

3 21

12

Hình 2.5 - Kết cấu vòi phun
1- Kim phun ; 2- Bệ đầu phun ; 3- Êcu tròng; 4- Thân vòi phun; 5- Đũa đẩy,
6- Đĩa lò xo ; 7- Lò xo ; 8- Vít điều chỉnh; 9,12- Rãnh hình vành khăn
10- Nắp nối với ống nhiên liệu; 11- Đờng dẫn nhiên liệu
Vòi phun là một trong những bộ phận quan trọng của hệ thống nhiên liệu. Thực
tế có rất nhiều loại vòi phun, việc sử dụng vòi phun loại nào phụ thuộc hoàn toàn vào
hệ thống nhiên liệu:
- Vòi phun nhiên liệu hở: Dùng cho hệ thống phun kiểu khí nén
- Vòi phun nhiên liệu kín dùng van: Dùng cho hệ thống phun nhiên liệu gián tiếp.
- Vòi phun kiểu kín dùng kim phun: Loại này dùng cho hệ thống phun nhiên
liệu bằng bơm cao áp kiểu trực tiếp.
Trong 3 loại này thì loại thứ 3 có nhiều u điểm nhất. Hiện nay cũng đang đợc sử
dụng phổ biến.
3. Nguyên lý hoạt động
- Khi bơm cao áp cha cấp nhiên liệu thì kim phun 1 đóng kín lên bệ đầu phun. (Lỗ
phun đóng kín) nhờ áp lực của lò xo 7.

- Khi bơm cao áp bắt đầu cấp nhiên liệu (tơng ứng với thời điểm bắt đầu cấp)
nhiên liệu có áp suất cao trên đờng ống cao áp theo đờng ống 11 tới không gian kim
phun. Nếu áp suất nhiên liệu thắng lực lò xo 7 thì kim phun 1 nhấc lên, lỗ phun đ ợc mở
ra, nhiên liệu đợc phun vào buồng đốt của động cơ với áp suất cao.

25