TĂNG ÁP CHO ĐỘNG CƠ DIESEL

Chươngư7.ưtAngưápưchoư
độngưcơưdiesel
7.1 Các phơng pháp tang công suất động cơ diesel
7.2 Các phơng pháp tang áp.
7.3 Sử dụng nang lợng khí xả cho tang áp diesel tàu thuỷ.
7.4 Kết cấu tổ hợp tua bin khí máy nén tang áp diesel tàu
thuỷ.
7.5 Tang áp động cơ diesel bốn kỳ.
7.6 Tang áp động cơ diesel hai kỳ.
7.7 Sơ đồ hệ thống tang áp động cơ diesel hai kỳ.
7.8 Làm mát không khí tang áp.
7.9 Khai thác tổ hợp tua bin khí máy nén tang áp.
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuong

1


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

Cơ sở lý luận để tang công suất động cơ diesel tàu thuỷ
có thể bắt đầu từ công thức tính công suất có ích của
động cơ Ne [ml-mã lực]:
2



0.785 p e D Sni
Ne =

Z
0.45
Phân tích công thức trên có thể thấy rằng việc tang công
suất cho động cơ có thể bao gồm các biện pháp sau:

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

2


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel
0.785 p e D 2 Sni
Ne =
Z
0.45





Tang số xi lanh i sẽ tang đợc công suất cho động cơ.
Hiện nay động cơ một hàng có tới 12 xylanh, động cơ
chu V có tới 16 xylanh, động cơ hinh sao có tới 32ữ56
xylanh.
Nếu tang số lợng xylanh nhiều hơn nua sẽ làm tang số l
ợng các chi tiết của động cơ, giảm độ cứng vung của
trục khuỷu, giảm độ an toàn, tin cậy của động cơ, mặt

khác
việc bảo dEditor:
ỡng Nguyen
và sử Trung
dụngCuo
thêm phức tạp.
05/14/16
3


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel
0.785 p e D 2 Sni
Ne =
Z
0.45

2. Tng đờng kính xi lanh D và hành trinh piston S.



Trong các động cơ thấp tốc D đã đạt tới 740 ữ1100mm,
S tới 1500ữ2200mm.
Kích thớc xylanh càng lớn thi kích thớc bên ngoài
động cơ cũng càng lớn. Chiều cao động cơ tới
11ữ12mét, chiều dài tới 12ữ22 mét.
Nếu tiếp tục tng D, S sẽ gây nhiều khó khan cả về mặt
công nghệ lẫn vật liệu chế tạo.
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

4


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel
0.785 p e D 2 Sni
Ne =
Z
0.45

3. Tng vòng quay n (v/p), công suất động cơ cũng sẽ


tang, việc tang tốc độ quay của động cơ cũng bị hạn
chế trong một phạm vi rất nhỏ.
Nếu tang tốc độ quay của động cơ qúa cao sẽ làm tang
độ mài mòn, tang phụ tải nhiệt, và phụ tải động lực học
của các chi tiết, do đó rút ngắn tuổi thọ của chúng

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

5


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

0.785 p e D 2 Sni
Ne =
Z
0.45

4. Dùng động cơ hai kỳ thay cho động cơ bốn kỳ (Z sẽ


tang hai lần) trên lý thuyết có thể tang gấp đôi công
suất động cơ.
Chính vi vậy hầu hết các động cơ lớn đều dùng động cơ
hai kỳ.

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

6


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel
0.785 p e D 2 Sni
Ne =
Z
0.45

5. Tang áp suất có ích trung binh pe. bằng cách tang khối l

ợng riêng của không khí nạp kk, đồng thời tang lợng
nhiên liệu cấp cho một chu trinh và đốt cháy hoàn toàn
lợng nhiên liệu đó sẽ tang đợc pe.
Công suất động cơ đợc tang lên bằng cách tang đồng
thời cả không khí và nhiên liệu, trên cơ sở giu nguyên
kích thớc cơ bản gọi là tang áp.

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

7


7.1ưCácưphươngưphápưtangưcôngưưưưưưưưưưưư
ưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưưsuấtưđộngưcơưdiesel

Mức độ tang công suất của động cơ nhờ tang áp so với
chính động cơ đó trong điều kiện cha tang áp đợc đánh
giá bằng hệ số ta gọi là mức độ tang áp.
N eta p eta
ta =
=
Ne
pe

Trong đó, Ne và Neta là công suất có ích, pe và peta là áp

suất có ích trung binh của động cơ cha tang áp và động
cơ đã tang áp;
Dối với các động cơ chế tạo trớc nhung nam 1980, hệ số
ta có giá trị phổ biến từ 1.5 đến 2.
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

8


7.2ưCácưphươngưphápưtAngưáp

Trong động cơ tang áp, ngời ta có thể sử dụng máy




nén thể tích hoặc cánh dẫn để nén không khí nạp.
Máy nén thể tích có thể là máy nén piston, máy nén
trục vít, máy nén dùng hốc dới piston của động
cơ . . .
Các máy nén có thể đợc truyền động trực tiếp từ
động cơ, hoặc đợc dẫn động bởi động cơ điện, hoặc
tua bin khí xả.
Tuỳ theo việc dẫn động máy nén, ngời ta phân biệt
các hinh thức tang áp cơ giới, tang áp tua bin khí xả
và tang áp hỗn hợp.
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

9


7.2­C¸c­ph­¬ng­ph¸p­tAng­¸p

05/14/16
Tang ¸p

Editor: Nguyen TrungTang
Cuo ¸p b»ng tua bin khÝ 10
c¬ giíi
x¶


7.2­C¸c­ph­¬ng­ph¸p­tAng­¸p

•




7.2.1 Tang ¸p truyÒn ®éng
c¬ giíi:
M¸y nÐn khÝ thêng dïng cã
thÓ lµ:
M¸y nÐn thÓ tÝch
M¸y nÐn c¸nh dÉn
Chóng ®îc truyÒn ®éng trùc

tiÕp tõ ®éng c¬.

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

11


7.2ưCácưphươngưphápưtAngưáp
ưu điểm:
Dảm bảo đợc lợng không khí cung cấp cho động cơ
khi khai thác động cơ ở chế độ phụ tải nhỏ.
Nhợc điểm:
Phải chi phí công để dẫn động máy nén, do đó hiệu
suất cơ giới giảm.
Khi áp suất tang áp pk > 1.7 kg/cm2, chi phí dẫn động
máy nén vợt quá 10% công suất chỉ thị và suất tiêu thụ
nhiên liệu binh quân ge > 180 g/(mlci.h).
Không có khả nang duy tri ổn định hệ số d lợng không
khí cho động cơ khi thay đổi phụ tải.
d lợng không
khíNguyen
giảmTrung
khiCuo
tang phụ tải
Hệ số05/14/16
Editor:
12

7.2ưCácưphươngưphápưtAngưáp
7.2.2 Tang áp tua bin khí máy nén:
Tang áp tua bin khí máy nén là ph
ơng pháp dùng tua bin sử dụng nang
lợng khí xả lai máy nén gió kiểu ly
tâm đợc gắn đồng trục với ro to tua
bin.
Tang áp bằng tua bin khí máy nén
cho phép
Tang công suất động cơ diesel từ 50
đến 70%,
Tang hiệu suất động cơ từ 4 đến 6%.
Bằng một số biện pháp cải tiến, tang
áp tua bin khí máy nén có thể tang
công suât động cơ từ 2 đến 3 lần.
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

13


7.2­C¸c­ph­¬ng­ph¸p­tAng­¸p

•
1.
2.
•
•

­u ®iÓm:
Tang hiÖu suÊt c¬ giíi cña ®éng c¬.
Cã kh¶ nang duy tri ®îc hÖ sè d lîng kh«ng khÝ α,
khi ®éng c¬ thay ®æi phô t¶i trong kho¶ng tõ
(40÷100) pe %
Nhîc ®iÓm:
­ ë chÕ ®é phô t¶i nhá hiÖu suÊt cña m¸y nÐn, tua
bin thÊp, do ®ã hÖ sè d lîng kh«ng khÝ α gi¶m.

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

14


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảư
choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.1 Phân bố nang lợng khí
xả động cơ diesel.
Quá trinh xả trong động cơ
diesel bắt đầu tại thời điểm
mở cơ cấu xả (điểm b).
Có hai giai đoạn trong quá
trinh xả.
Giai đoạn thứ nhất là xả tự
do diễn ra với tốc độ rất lớn
do độ chênh lệch áp suất
trong xi lanh và ống góp khí

xả.
05/14/16

p
b

pb

V
c E1
pT

Editor: Nguyen Trung Cuo

E2

p0T

e

f
q

p

v

15

7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảư
choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.1 Phân bố nang lợng khí
xả động cơ diesel.
Giai đoạn thứ hai diễn ra dới p
tác động của piston hoặc khí
quét, với tốc độ lu động nhỏ
p
hơn.

b

b

V
c
pT

p0T

E1
E2

e

f
p

q

v

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

16


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảư
choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.1 Phân bố nang lợng khí
xả động cơ diesel.
Nang lợng toàn bộ trong khí p
xả của động cơ E có thể chia
làm hai phần:
p
Nang lợng do dãn nở khí xả
từ áp suất pb đến áp suất trong
ống góp trớc tua bin pT ,
Thành phần này đợc ký hiệu p
là E1 , tơng đơng với phần
diện tích S(becb).
Dây là thành phần nang lợng
mang 05/14/16
tính chất xung.
Editor: Nguyen Trung Cuo

b

b

T

V
c E1
E2

p0T

e

f
p

q

v

17


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảư
choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.1 Phân bố nang lợng khí xả

động cơ diesel.
p
Nang lợng do dãn nở khí xả
trong tua bin khí máy nén từ

p
áp suất pT đến áp suất pOT (sau
tua bin).
Thành phần này ký hiệu là E2 p
tơng đơng với phần diện tích q p
là S(efqpe).
Thành phần nang lợng này
mang 05/14/16
tính chất ổnEditor:
định.Nguyen Trung Cuo

b

b

T

V
c
p0T

E1

e

E2
f

v

18


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảư
choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.1 Phân bố nang lợng khí
xả động cơ diesel.
Tua bin khí xả có thể sử
dụng cả hai thành phần
nang lợng này.
Tuy nhiên mức độ sử
dụng thành phần xung E1
phụ thuộc vào phơng
pháp tổ chức cấp khí xả
đến tua bin.
05/14/16

p
b

pb

V
c
p
q pT

Editor: Nguyen Trung Cuo

p0T

E1

e

E2
f

vv

19


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảư
choưtAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.1 Phân bố nang lợng khí
xả động cơ diesel.
Tuỳ thuộc vào cách thức
tổ chức cấp khí xả đến
tua bin, tua bin khí máy
nén tang áp có hai loại:
a. Tang áp xung, khi áp suất
khí xả trớc tua bin thay
đổi;
b. Tang áp đẳng áp, khi áp
suất khí xả trớc tua bin
ổn định;
05/14/16

p

b

pb

V
c
p
q pT

Editor: Nguyen Trung Cuo

p0T

E1

e

E2
f

v
20


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảưchoư
tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.2 Tang áp xung.
Dây là hinh thức tang áp mà tua bin khí xả sử
dụng nhiều nhất thành phần nang lợng xung

E1 .
Sử dụng nang lợng xung là sử dụng trực tiếp
động nang cho việc sinh công của tua bin.
Dể thực hiện mục đích đó, một số các biện
pháp sau đây đợc thực hiện:
1.Hạn chế dãn nở khí xả sau khi ra khỏi xylanh
bằng cách dùng ống xả có kích thớc nhỏ, tua
bin đặt gần xi lanh,
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

21


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảưchoư
tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.2 Tang áp xung.
2. Tang góc mở sớm xupap xả để tạo xung khí xả lớn,
3. Các xylanh nổ liền nhau không bố trí cùng chung một
ống xả để tránh ảnh hởng lẫn nhau giua xung của các
xi lanh,
4. ống xả của các xi lanh thờng đợc chế tạo riêng biệt;
5. Việc nối chung đờng ống xả với nhau không quá ba xi
lanh có thứ tự nổ cách xa nhau,

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

22


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảưchoư
tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.2 Tang áp xung.
Hinh bên là sơ đồ tang áp
sử dụng tua bin khí máy xa
kiểu xung.
Khí xả đợc cấp đến tua bin
theo hai nhóm xi lanh (số
1, 2, 3 và 4, 5, 6) qua hai đ
ờng ống xả có kích thớc
nhỏ.
05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

Turbin
Turbin

Comp.
Comp.

Air
cooler

Thứ tự nổ: 1-5-3-6-2-4.

23


7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảưchoư
tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.

7.3.2 Tang áp xung.
Các động cơ diesel hai kỳ thấp
tốc có thể tận dụng từ 35% đến
45% nang lợng xung E1
Các động cơ diesel bốn kỳ đặt
nhiều tua bin có thể tận dụng
khoảng từ 20% đến 30% nang
lợng E1 .
05/14/16

Turbin
Turbin

Comp.
Comp.

Air
cooler

Thứ tự nổ: 1-5-3-6-2-4.

Editor: Nguyen Trung Cuo

24

7.3ưưưưSửưdụngưnAngưlượngưkhíưxảưchoư
tAngưápưdieselưtàuưthuỷ.
7.3.3 Tang áp đẳng áp.
Trong hệ thống tang áp
đẳng áp, toàn bộ khí xả từ
động cơ ra khỏi xi lanh đ
ợc đa đến một binh chứa
có thể tích lớn.

p
b

pb

V
c
p
q pT

p0T

E1

e

E2
f

v

05/14/16

Editor: Nguyen Trung Cuo

25