Ảnh hưởng của chế độ làm mát tới các chỉ tiêu kinh tế, kĩ thuật của động cơ HANSHIN 5UEC37LA

i

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin ca m đoan “Ảnh hưởng của chế độ làm mát tới các chỉ tiêu kinh
i

i

tế, kĩ thuật của động cơ HANSHIN 5UEC37LA” là công trình nghiên cứu của
riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác.
Tôi xin cam đoan rằng các thông tin trích dẫn trong luận văn đều đã được ghi
rõ nguồn gốc.

Tác giả

Nguyễn Văn Nam

1


LỜI CÁM ƠN
Luận văn thạc sỹ được hoàn thành năm 2015 tại trường Đại học Hàng Hải
Việt Nam. Trong quá trình thực hiện luận văn, em đã nhận được sự giúp đỡ nhiệt
tình của gia đình, bạn bè, các thầy cô giáo Viện đào tạo Khoa Sau Đại học, trường
Đại học Hàng Hải Việt Nam. Trong đó, không thể không kể đến vai trò rất quan
trọng của TS Nguyễn Trí Minh - Chủ nhiệm khoa Máy tàu biển trường Đại Học
Hàng Hải Việt Nam, người đã tận tình giúp đỡ em tiến hành nghiên cứu và hoàn
thành bài luận văn này.
Do thời gian nghiên cứu đề tài Luận văn không dài, kiến thức cũng như nguồn

thông tin còn hạn chế, Luận văn không tránh khỏi những thiếu sót nhất định. Vì
vậy, em rất mong nhận được sự góp ý, nhận xét của các thầy cô giáo, các đồng
nghiệp và các bạn học viên để Luận văn được hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cám ơn!

2


MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN.......................................................................................................i
LỜI CÁM ƠN...........................................................................................................ii
MỤC LỤC................................................................................................................iii
DANH MỤC CÁC HÌNH........................................................................................iii
MỞ ĐẦU...................................................................................................................3
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ DIESEL
TÀU THỦY...............................................................................................................3
1.1 Đặc điểm của các loại công chất được sử dụng cho hệ thống làm mát động
cơ Diesel tàu thủy......................................................................................................3
1.2 Các hệ thống làm mát động cơ Diesel.................................................................3
1.3 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống làm mát.........................................................3
1.4. Yêu cầu đối với nước làm mát động cơ..............................................................3
CHƯƠNG 2: ẢNH HƯỞNG CỦA HỆ THỐNG LÀM MÁT TỚI CÁC CHỈ
TIÊU KINH TẾ KĨ THUẬT ĐỘNG CƠ DISEL VÀ CƠ SỞ LÝ THUYẾT
TRUYỀN NHIỆT TRONG ĐỘNG CƠ....................................................................3
2.1. Ảnh hưởng củ hệ thống làm mát tới các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của động
cơ Diesel....................................................................................................................3
2.2 Cơ sở lý thuyết truyền nhiệt trong động cơ.........................................................3
CHƯƠNG 3 : ẢNH HUỞNG CỦA THÔNG SỐ NHIỆT ĐỘ NƯỚC LÀM
MÁT ĐẾN QUÁ TRÌNH CÔNG TÁC CỦA ĐỘNG CƠ DIESELHANSHIN
5UEC37LA................................................................................................................3

3.1. Giới thiệu về động cơ Diesel tàu biển loại HANSHIN 5UEC37LA..................3
3.2 Thứ tự tính toán ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến quá trính công
tác của động cơ Diesel HANSHIN 5UEC37LA........................................................3
3.3 Xây dựng sơ đồ thuật toán tính toán ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát
đến quá trình công tác của động cơ Diesel HANSHIN 5UEC37LA.........................3
3.4 Giới thiệu về phần mềm tính toán.......................................................................3
3


3.5. Kết quả tính toán lý thuyết ảnh hưởng của chất lượng làm mát đến quá
trình công tác của động cơ.........................................................................................3
3.6. Kết quả thử ngiệm trên động cơ HANSHIN 5UEC37LA đang khai thác
thực tế........................................................................................................................3
3.7 Đánh giá kết quả..................................................................................................3
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ...................................................................................3
TÀI LIỆU THAM KHẢO.........................................................................................3

4


DANH MỤC CÁC HÌNH
Tran

Số hình

Tên hình

1. 1
1.2
1.3

1.4
1.5
1.6

Hệ thống làm mát hở
Hệ thống làm mát kín
Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
Hệ thống làm mát bằng nước đối lưu tự nhiên.
Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn
Hệ thống làm mát một vòng hở
Sơ độ hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi

1.7
1.8

g

bên ngoài
Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi

8
9
10
11
12
13
14
15

1.9

1.10
1.11
1.12

nước và nhiệt của khí thải
Bơm ly tâm
Cụm bơm làm mát máy chính
Kết cấu bơm nước kiểu piston
Bơm bánh răng

1.13

Kết cấu bơm nước kiểu bánh răng

19

1.14
1.15
1.16
1.17
2.1

Sơ đồ bơm cánh hút
Sinh hàn dạng ống
Sinh hàn dạng tấm
Van điều tiết nhiệt độ
Sự phụ thuộc của tốc độ toả nhiệt vào tải của động cơ
Sự phụ thuộc của độ toả nhiệt vào tải của động cơ (a) và hệ số

20

21
22
23
28

2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10

16
17
17
18

dư lượng không khí (b)
Sự phụ thuộc vào tW2 của lượng nhiệt được dẫn vào nước làm
mát Qw
Sự phụ thuộc vào tw2 của tổn thất ma sát
Sự phụ thuộc vào tw2của độ nhớ dầu bôi trơn
Sự phụ thuộc vào tw2 của Ne, ge, tr
Ảnh hưởng của tw2 đến độ mài mòn các chi tiết
Sự phụ thuộc của tđsvào hệ số dư lượng không khí và hàm
lượng lưu huỳnh có trong nhiên liệu
Ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát t w2 và hàm lượng lưu

huỳnh có trong nhiên liệu đến tốc độ ăn mòn
Biểu diễn trạng thái hóa hợp H2SO4 và H2O
5

29
30
32
32
33
35
36
36
36


2.11
2.12

Sự phụ thuộc vào tw2 của sự phá hủy xâm thực bề mặt xy
lanh
Sự phụ thuộc nhiệt độ bề mặt làm mát và hệ số trao nhiệt vào
nhiệt độ nước làm mát
Các đường cong thay đổi các thông số trao đổi nhiệt theo góc

39
43

2.13

quay trục khuỷu thì áp suất tăng áp 110kPa (đường liền);

56

3.1

180kPa (đường gạch gạch); 240 (đường gạch chấm)
Động cơ diesel tàu biển loại HANSHIN 5UEC37LA
Sơ đồ thuật toán tính toán ảnh hưởng của chất lượng làm mát

64

3.2

đến quá trình công tác của động cơ Diesel tàu thủy loại

67

3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
3.8

HANSHIN 5UEC37LA
Quá trình trao đổi nhiệt giữa khí thể và vách xilanh khi nhiệt
độ nước làm mát ở 70oC
Quá trình trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác và vách
xilanh khi nhiệt độ nước làm mát ở 75oC
Quá trình trao đổi nhiệt giữa môi chất công tác và vách xilanh

khi nhiệt độ nước làm mát ở 80oC
Đồ thị công khai triển khi nhiệt độ nước làm mát ở 80oC
Đồ thị công khai triển khi nhiệt độ nước làm mát ở 75oC
Đồ thị công khai triển khi nhiệt độ nước làm mát ở 70oC

6

68
69
69
72
73
73


MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng làm mát đến quá trình hoạt động của
động cơ là biện pháp cơ bản để nâng cao tuổi thọ cũng như hiệusuất của động cơ
đốt trong trong quá trình khai thác, vận hành. Đối với động cơ diesel, chất lượng
của quá trình làm mát chịu ảnh hưởng bởi rất nhiều những yếu tố như đặc điểm của
hệ thống làm mát cũng như tình trạng kĩ thuật của những bộ phận cấu thành lên hệ
thống.
Trong quá trình làm việc của động cơ, khi nhiên liệu cháy trong xilanh động
cơ có một lượng nhiệt lớn tỏa ra, một phần chuyển thành công, một phần còn lại
tỏa ra ngoài không khí, hoặc các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh,
piston, nắp máy,….). Ngoài ra nhiệt lượng còn được sinh ra do ma sát giữa các bề
mặt làm việc của các chi tiết trong động cơ.
Như vậy nếu khônglàm mát hay làm mát không đủ sức thì các chi tiết sẽ nóng
lên quá nhiệt độ cho phép và gây ra nhiều tác hại như: ứng suất nhiệt lớn, sức bền

giảm dẫn đến làm hỏng các chi tiết, tăng tổn thất ma sát vì nhiệt độ lớn làm mất tác
dụng bôi trơn của dầu nhờn. Ở nhiệt độ (200-300 0C) dầu nhớt sẽ bị bốc cháy, nhóm
piston có thể bị bó kẹt trong xilanh vìgiãn nở, hệ số nạp ɳ v sẽ giảm.Vì vậy hệ thống
làm mát giữ một vai trò quan trọng giúp động cơ làm việc ổn định.
Các thông số của thiết bị đo, kết cấu hệ thống, cũng như cách thức xử lý khi
có sự cố đối với hệ thống làm mát của động cơ đảm bảo chất lượng làm mát tốt
được thiết kế ứng với chế độ định mức (vòng quay và phụ tài định mức). Khi thay
đổi chế độ làm việc của động cơ làm chất lượng làm mát của động cơ xấu đi đều
ảnh hưởng tới tính kinh tế, độ tin cậy và tuổi thọ của động cơ.
Trong quá trình khai thác động cơ các thiết bị trong hệ thống làm mát bị ăn
mòn, tắc bẩn hoặc trạng thái kỹ thuật xấu đi: phin lọc bẩn, bơm không đủ lưu
lượng, bầu làm mát bị tắc bẩn hoặc rò lọt …v.v, làm giảm chất lượng làm mát, làm
ảnh hưởng rõ rệt tới chất lượng làm mát các chi tiết động cơ, ảnh hưởng tới các
1


thông số chỉ thị, có ích, ứng suất cơ, nhiệt của động cơ. Do vậy, điều kiện khai thác
là một trong những yếu tố đóng vai trò quan trọng ảnh hưởng tới độ tin cậy, tính
kinh tế và tuổi thọ của động cơ.
Chất lượng làm mát tốt hay xấu ảnh hưởng trực tiếp đến những thông số kĩ
thuật cũng như những chỉ tiêu kinh tế kèm theo. Các thông số như lưu lượng nước
làm mát, chất lượng nước mát cũng như tình trạng kĩ thuật của hệ thống ảnh hưởng
trực tiếp đến quá trình khai thác và tính an toàn của động cơ nói riêng cũng như
của con tàu nói chung.
Do vậy với hệ thống làm mát nếu làm việc không ổn định sẽ kéo theo những
hệ quả rất khó lường nhất là với điều kiện làm việc trên tàu rất khắc nghiệt.
Với các lý do trên em chọn đề tài “Nghiên cứu ảnh hưởng của chất lượng
làm mát đến các chỉ tiêu kinh tế kĩ thuật của động cơ Diesel HANSHIN
5UEC37LA”làm luận văn tốt nghiệp của mình, với mong muốn tìm hiểu kỹ hơn về
ảnh hưởng của việc làm mát trong động cơ diesel tàu thủy.

2. Mục đích nghiên cứu
Đề tài đưa ra nguồn thông tin chi tiết, đầy đủ cung cấp cho người vận hành
máy tàu thủy về vai trò và tầm quan trọng của hệ thống làm mát động cơ nhằm
tăng công suất và tuổi thọ của động cơ.
Phân tích ảnh hưởng của quá trinh làm mát động cơ Diesel ở mỗi chế độ làm
việc khác nhau của động cơ Diesel.
Ảnh hưởng của quá trình này tới các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ
diesel tàu thủy.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
Phạm vi và đối tượng nghiên cứu của đề tài là tập trung nghiên cứu ảnh
hưởng của tính chất nhiên liệu tới quá trình cháy của động cơ diesel MANB&W
6S60MC.

2


4. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu dựa trên cơ sở lý thuyết về quá trình truyền nhiệt
trong động cơ diesel.
Sử dụng tổng hợp nhiều phương pháp như: Phương pháp điều tra thu thập số
liệu; Phương pháp phân tích thống kê; Phương pháp nghiên cứu ngoài thực tế;
Phương pháp chuyên gia nhằm nghiên cứu sự ảnh hưởng chất lượng nhiên liệu đến
quá trình công tác của động cơ.
Đề tài nghiên cứu cho tất cả các động cơ máy tàu thủy sử dụng hệ thống làm
mát kín (hai vòng tuần hoàn nước làm mát).
Xây dựng chương trình tính toán quá trình tản nhiệt của của động cơ, trên cơ
sở đó đi phân tích kết quả thu được và đưa ra các kết luận cho phương pháp nghiên
cứu này.
5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học

Xây dựng được mô hình tính toán ảnh hưởng của chất lượng làm mát tới quá
trình cháy của động cơ diesel tàu thủy trong quá trình khai thác.
Ý nghĩa thực tiễn
Việc nắm bắt được ảnh hưởng của chất lượng làm mát đến chất lượng của quá
trình cháy có ý nghĩa quan trọng cho việc điều chỉnh chế độ khai thác động cơ phù
hợp để động cơ làm việc ổn định, an toàn và hiệu quả.

3


CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ THỐNG LÀM MÁT ĐỘNG CƠ DIESEL
TÀU THỦY
1.1 Đặc điểm của các loại công chất được sử dụng cho hệ thống làm mát động
cơ Diesel tàu thủy
1.1.1 Nhiệm vụ của hệ thống làm mát
Trong quá trình làm việc của động cơ, khi nhiên liệu cháy trong xilanh động
cơ có một lượng nhiệt lớn tỏa ra, một phần chuyển thành công, một phần còn lại
tỏa ra ngoài không khí, hoặc các chi tiết tiếp xúc với khí cháy tiếp nhận (xilanh,
piston, nắp máy,….). Ngoài ra nhiệt lượng con sinh ra do ma sát giữa các bề mặt
làm việc của các chi tiết trong động cơ.
Như vậy nếu không làm mát hay làm mát không đủ sức thì các chi tiết sẽ
nóng lên quá nhiệt độ cho phép gây ra nhiều tác hại như: ứng suất nhiệt lớn, sức
bền giảm dẫn đến làm hỏng các chi tiết, tăng tổn thất ma sát vì nhiệt độ lớn làm
mất tác dung bôi trơn của dầu nhờn. Ở nhiệt độ (200-300 0C) dầu nhớt sẽ bi bốc
cháy, nhóm piston có thể bị bó kẹt trong xilanh vì giản nở, hệ số nạp ɳ v sẽ giảm, dễ
gây cháy kích nổ ở động cơ xăng.
Vì vậy hệ thống làm mát giữ một vai trò quan trọng giúp động cơ làm việc ổn
định.
Hệ thống làm mát có tác dụng làm mát động cơ trong quá trình làm việc.
Vì trong quá trình làm việc nhiệt lượng sinh ra trong quá trình cháy chỉ được

sử dụng khoảng 25% để chuyển thành cơ năng, khoảng 45% mất theo khói xả và
ma sát, còn lại 30% mất qua quá trình làm mát động cơ.
Hệ thống làm mát phải giữ cho nhiệt độ các chi tiết động cơ ở một nhiệt độ
nhất định không được quá nóng cũng không quá lạnh.

4


- Hệ thống làm mát có nhiệm vụ mang một phần nhiệt từ các chi tiết của động
cơ (ví dụ: Sơ mi xilanh, đỉnh piston, nắp xilanh,…) bị nóng lên trong quá trình làm
việc do tiếp xúc với khí cháy hoặc do ma sát ra ngoài.
- Hệ thống làm mát còn có nhiệm vụ làm mát khí tăng áp, dầu bôi trơn.
Vậy mục đích chủ yếu của việc làm mát động cơ Diesel tàu thuỷ là giữ cho
nhiệt độ của các chi tiết động cơ ở một giá trị nhất định. Giá trị nhiệt độ này phụ
thuộc vào độ bền nhiệt của vật liệu (ví dụ: Đỉnh piston), vào tính ổn định nhiệt của
màng dầu bôi trơn (ví dụ dầu bôi trơn sơmi xilanh xilanh), vào kết cấu, vào tính tin
cậy của các động cơ. Thông thường mỗi động cơ có một giá trị nhiệt độ nước mát
riêng, giá trị này được ghi trong các tài liệu hướng dẫn sử dụng động cơ.
1.1.2 Các loại công chất làm mát
Các chi tiết của động cơ thường được làm mát là: Sơmi xilanh, nắp xilanh,
piston, vòi phun, máy nén tăng áp, tua bin khí xả, xupáp xả, …
Để làm mát xilanh, nắp xilanh, người ta thường dùng nước ngọt hay nước
biển.
Để làm mát đỉnh piston, thường dùng dầu bôi trơn hay nước ngọt.
Để làm mát vòi phun, thường phải sử dụng hệ thống làm mát riêng. Công chất
làm mát có thể là nước ngọt hay nhiên liệu.
Nước có hệ số truyền nhiệt lớn, khả năng làm mát cao hơn nhiên liệu, nhưng
nước có thể gây ăn mòn, han gỉ khoang làm mát và đó có thể là nguyên nhân gây
tắc đường nước làm mát của vòi phun.
Nhiên liệu khắc phục được những nhược điểm trên của nước ngọt, tuy nhiên,

hệ số truyền nhiệt thấp hơn, khả năng làm mát kém hơn.
Hệ thống làm mát vòi phun độc lập với hệ thống làm mát sơ mi, nắp xilanh,
piston…
Đối với động cơ Diesel không có patanh bàn trượt, người ta dùng dầu nhờn
làm mát cho đỉnh piston. Đối với các động cơ có patanh bàn trượt, đỉnh piston
5


thường được làm mát bằng nước ngọt, hoặc dầu nhờn, nhưng hiện nay hầu hết các
động cơ dùng dầu nhờn làm mát cho đỉnh piston.
Nhiệt lượng do công chất làm mát mang đi chiếm khoảng 15  25% toàn bộ
lượng nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra, và phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố (kiểu loại,
kết cấu, các kích thước chủ yếu của động cơ, tốc độ trung bình của piston,…).
Nếu nhiệt độ nước làm mát cao (tra = 75  90oC) tổn thất nhiệt cho nước làm
mát sẽ giảm đi, cho phép giảm suất tiêu hao nhiên liệu, giảm ứng suất nhiệt của
xilanh, nắp xilanh và các chi tiết cần làm mát khác.
Trong quá trình động cơ làm việc, cần giữ nhiệt độ nước làm mát là không đổi
và gần với nhiệt độ định mức, không phụ thuộc vào phụ tải và tốc độ quay của
động cơ, nhằm tránh gây ảnh hưởng xấu tới điều kiện làm việc của động cơ ở các
chế độ phụ tải nhỏ (ví dụ: tăng tổn thất ma sát do tăng độ nhớt của dầu).
1.2 Các hệ thống làm mát động cơ Diesel
1.2.1 Phân loại hệ thống làm mát
Phân loại theo đặc điểm chi tiết được làm mát
Theo cách phân loại này động cơ diesel có các hệ thống làm mát sau:
- Hệ thống làm mát sơ mi xi lanh, nắp xi lanh;
- Hệ thống làm mát đỉnh piston;
- Hệ thống làm mát vòi phun.
Phân loại theo công chất làm mát được sử dụng
Theo cách phân loại này có:
- Hệ thống làm mát bằng nước

- Hệ thống làm mát bằng dầu
Trong đó hệ thống làm mát bằng nước được chia làm 2 loại:
- Hệ thống làm mát hở

6


- Hệ thống làm mát kín.
Yêu cầu đối với công chất làm mát:
- Có hệ số tải nhiệt cao.
- Ít bám cáu cặn.
- Thành phần ổn định, ít thay đổi trong quá trình làm việc.
- Không ăn mòn kim loại.
- Sẵn có, rẻ tiền.
1.2.2 Giới thiệu về một vài hệ thống làm mát thường gặp
i. Hệ thống làm mát hở
Hệ thống này dùng nước ngoài mạn tàu đề làm mát trực tiếp cho động cơ sau
đó lại được xả ra ngoài mạn.
Hệ thống làm mát hở thường được dùng cho các Diesel công suất nhỏ.
Hệ thống làm mát hở có ưu điểm là cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ. Tuy nhiên,
chúng có những nhược điểm lớn sau:
- Nhiệt độ nước làm mát ra khỏi động cơ không được vượt quá 50 55oC để
tránh tạo các lớp muối, cặn kết tủa trên bề mặt làm mát.
- Nhiệt độ nước ngoài tàu thay đổi rất lớn (Từ 5 30oC) tuỳ thuộc vào vùng
hoạt động của tàu và sự thay đổi thời tiết, dẫn đến nhiệt độ của các bề mặt làm mát
cũng thay đổi. Do đó ảnh hưởng đến độ bền của các chi tiết được làm mát, làm
giảm hiệu suất của động cơ, tăng suất tiêu hao nhiên liệu.
- Do nhiệt độ vách xilanh thấp như vậy, tạo điều kiện cho hơi nước ngưng tụ,
kết hợp với sản phẩm cháy tạo thành các loại axít, làm tăng mức độ ăn mòn sơmi.
- Mặc dù nước làm mát đã được lọc qua các phin lọc, nhưng nước vẫn bị bẩn

(do bùn, cát...) nên các khoang làm mát xilanh và nắp xilanh bị tích bẩn, làm hạn
chế quá trình trao đổi nhiệt làm cho các chi tiết quá nóng, đặc biệt là nhóm sơ mi

7


xilanh, nắp xilanh, hoặc gây nên những điểm nóng cục bộ, dẫn đến việc tạo ra các
vết nứt ở những bề mặt làm mát.

Hình 1. 1 Hệ thống làm mát hở
- Để giữ cho nhiệt độ nước đi vào động cơ không thấp hơn 20 oC, người ta
phải bố trí thêm các "két nước nóng", hoặc dùng van tự động điều chỉnh lượng
nước tuần hoàn trở lại để trộn với nước ngoài tàu khi nhiệt độ bên ngoài thấp.
Do những nhược điểm trên đây mà hệ thống làm mát hở chỉ được dùng cho
những động cơ công suất nhỏ.
ii. Hệ thống làm mát kín
Hệ thống làm mát kín gồm 2 vòng tuần hoàn:
+ Vòng tuần hoàn nước ngọt làm mát trực tiếp cho động cơ, máy nén tăng áp,
tua bin khí xả... và nó tuần hoàn trong một chu trình kín.
+ Vòng tuần hoàn nước mặn: dùng nước ngoài tàu làm mát cho dầu nhờn,
nước ngọt, khí tăng áp... rồi xả ra ngoài mạn tàu.

8


Hìn
h 1. 2Hệ thống làm mát kín
Nhiệt độ nước ngọt ra khỏi động cơ cao (65  90oC). Nhiệt độ của nước khi
vào động cơ cao, khoảng (55  75oC) và giữ được độ chênh lệch nhiệt độ giữa
nước vào và ra khỏi động cơ không lớn lắm (t =10  15oC), do đó:

-Giảm được tổn thất nhiệt cho nước làm mát, tăng được hiệu suất chỉ thị và có
ích cho động cơ.
- Giảm được khả năng ăn mòn axít sơmi xi lanh và xéc măng.
- Giảm ứng suất nhiệt cho các chi tiết được làm mát: Sơmi, nắp xilanh
- Khi khởi động động cơ có thể tăng nhanh được nhiệt độ dầu bôi trơn tuần
hoàn bằng cách dùng hơi bơm nước nóng để hâm động cơ.
- Thiết lập và ổn định được chế độ nhiệt có lợi nhất cho động cơ ở chế độ phụ
tải định mức và các chế độ phụ tải nhỏ.
9


ii Giới thiệu một vài loại hệ thống làm mát khác


Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi

Hệ thống làm mát bằng nước kiểu bốc hơi là loại đơn giản nhất. Hệ thống này
không cần bơm quạt.
Bộ phận chứa nước gồm hai phần: khoang chứa bao quanh thành xylanh,
khoang nắp xylanh và thùng chứa nước bốc hơi ở phía trên.

Hình 1. 3Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi
1.Thân máy; 2.Piston; 3.Thanh truyền; 4.Hộp cacte trục khuỷu; 5.Thùng
nhiên liệu; 6.Bình bốc hơi; 7.Nắp xylanh
Khi động cơ làm việc, nước nhận nhiệt của thành buồng cháy sẽ tạo thành bọt
nước, nổi lên mặt thoáng của thùng chứa và bốc hơi ra ngoài khí trời. Nước nguội
trong thùng chứa có tỷ trọng lớn sẽ chìm xuống điền chỗ cho khí nóng đã nổi lên,
do đó tạo thành lưu động đối lưu tự nhiên. Căn cứ vào lượng nhiệt của động cơ để
thiết kế hệ thống kiểu bốc hơi.
Do làm mát kiểu bốc hơi nên nước trong thùng chứa sẽ giảm nhanh, cần phải

bổ sung nước thường xuyên và kịp thời. Vì vậy kiểu làm mát này không thích hợp
cho các động cơ dùng trên các phương tiện giao thông vận tải mà thường dùng cho
các động cơ đốt trong có kiểu xylanh nằm ngang trên các máy nông nghiệp cỡ nhỏ.
10


 Hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động nhờ chênh lệch
áp lực giữa hai cột nước nóng và lạnh.
Trong hệ thống làm mát kiểu đối lưu tự nhiên, nước lưu động tuần hoàn nhờ
chênh áp lực của hai cột nước nóng và nguội, mà không cần bơm. Cột nước nóng
trong động cơ và cột nước nguội trong thùng chứa hoặc trong két nước. Nước nhận
nhiệt của xylanh thân máy 1 (trên hình 2.2) khối lượng riêng giảm nên nước lên
trên. Trong khoang của nắp xylanh 3, nước tiếp tục nhận nhiệt của các chi tiết bao
quanh buồng cháy, nhiệt độ tiếp tục tăng và tiếp tục giảm, nước tiếp tục nổi lên
theo đường dẫn ra khoang phía trên của két làm mát 6. Quạt gió 8 được dẫn động
bằng puli từ trục khuỷu của động cơ hút không khí qua két. Do đó, nước trong két
được làm mát giảm nên nước sẽ chìm xuống dưới của két và từ đây đi vào thân
máy, thực hiện một vòng tuần hoàn.

Hình 1. 4Hệ thống làm mát bằng nước đối lưu tự nhiên.
1.Thân máy; 2.Xylanh; 3.Nắp xylanh; 4.Đường nước ra két;5.Nắp đổ rót
nước; 6.Két nước; 7.Không khí làm mát; 8.Quạt gió; 9.Đường nước làm mát vào
động cơ

11




Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức

Hệ thống làm mát tuần hoàn cưỡng bức để khắc phục nhược điểm trong hệ
thống làm mát đối lưu. Trong hệ thống này, nước lưu động không phải do hiện
tượng đối lưu tự nhiên mà do sức đẩy của một cột nước do bơm tạo ra.
Hệ thống làm mát cưỡng bức một vòng kín, nước sau khi qua két làm mát lại
trở về động cơ nên đỡ phải bổ sung nước, tận dụng lại được nước để làm mát tiếp
cho động cơ.
Ưu điểm này rất thuận lợi cho các loại xe đường dài, nhất là các vùng thiếu
nguồn nước. Ngày nay hệ thống làm mát kiểu cưỡng bức một vòng kín được sử
dung khá phổ biến trên động cơ ô tô, máy kéo và động cơ tĩnh tại.
Trong động cơ tàu thủy, có thể dùng hai kiểu tuần hoàn làm mát hệ thống làm
mát kiểu một vòng tuần hoàn hở và hệ thống làm mát kiểu hai vòng.

Hình 1. 5Hệ thống làm mát cưỡng bức kiểu hai vòng tuần hoàn.
1. Thân máy; 2.Nắp xylanh; 3.Van hằng nhiệt; 4.Két làm mát; 5.đường nước
ra vòng hở; 6.bơm vòng hở; 7.Đường nước vào vòng hở;8.bơm nước vòng kín
Nước ngọt làm mát động cơ đi theo chu trình kín bơm nước 8 đến động cơ
đến làm mát thân máy và nắp xylanh rồi đến két làm mát nước ngọt 4 Nước ngọt
12


trong hệ thống kín được làm mát bởi nước ngoài tàu bơm vào qua bơm 6 qua lưới
lọc, qua các bình làm mát dầu, qua két làm mát 4 làm mát nước ngọt rồi theo
đường ống 5 đổ ra ngoài tàu.
Khi động cơ mới khởi động, nhiệt độ nước trong hệ thống tuần hoàn kín còn
thấp, van hằng nhiệt 3 đóng đường nước đi qua két làm mát nước ngọt.Vì vậy,
nước làm mát ở vòng làm mát ngoài, nước được hút từ bơm 6 qua két làm mát 4
theo đường ống 5 rơi ra ngoài.Van hằng nhiệt 3 có thể đặt trên mạch nước ngọt để
khi nhiệt độ nước làm mát thấp, nó sẽ đóng đường nước đi vào két làm mát 4. Lúc

này nước ngọt có nhiệt độ thấp sau khi làm mát động cơ qua van hằng nhiệt 3 rồi
thheo đường ống đi vào bơm nước ngọt 8 để bơm trở lại động cơ.
Hệ thống làm mát kiểu một vòng hở không khác nhiều so với hệ thống làm
mát cưỡng bức một vòng kín. Trong hệ thống hình 2.6 nước làm mát là nước sông,
nước biển, được bơm 6 hút vào làm mát động cơ sau đó theo đường ống 4 đổ ra
sông, ra biển. Ưu điểm của hệ thống này là đơn giản.

Hình 1. 6Hệ thống làm mát một vòng hở
1.Thân máy; 2.Nắp máy; 3.Van hằng nhiệt; 4.Đường nước; 5.Lọc lưới; 6.Bơm
nước

13


Hình 1. 7Sơ độ hệ thống làm mát cưỡng bức nhiệt độ cao kiểu bốc hơi bên
ngoài
1.Động cơ; 2.Van tiết lưu; 3.Bộ tách hơi; 4.Bộ ngưng tụ hơi; 5.Quạt gió;
6.Bơm nước
Trong hệ thống này có hai vùng áp suất khác nhau (trên hình 2.6 ). Vùng thứ
nhất có áp suất p1 truyền từ bộ tách hơi 3 qua bộ ngưng 4 đến bơm tuần hoàn 6.
Quạt gió 5 dùng để quạt mát bộ ngưng tụ 4. Vùng thứ 2 có áp suất p 2> p1 truyền từ
bơm tuần hoàn qua động cơ đến bơm tiết lưu 2 của bình tách hơi 3, độ chênh áp
suất =p2-p1 được điều chỉnh bởi bơm tiết lưu 2. Nước trong vùng có áp suất cao p 2
không sôi mà chỉ nóng lên (từ nhiệt độ t vào đến nhiệt độ tra ). Áp suất p2 tương ứng
với nhiệt độ sôi t2> tra nên nước chỉ sôi ở bộ tách hơi có áp suất p1
14


Hình 1. 8Sơ đồ hệ thống làm mát nhiệt độ cao có lợi dụng nhiệt của hơi nước và

nhiệt của khí thải.
1.Động cơ; 2.Tuốc bin tăng áp; 3.Đường thải; 4.Bộ tăng nhiệt cho nước;
5.Bộ tăng nhiệt cho nước ra;6.Bộ tăng nhiệt cho nước trước khi vào bộ tách nước;
7,9.Van tiết lưu; 12,14,15,16.Bơm nước; 13.Thùng chứa nước
Có thể nâng cao hiệu suất làm việc của động cơ lên 6% đến 7%, dùng hệ
thống làm mát ở nhiệt độ cao thì hiệu suất đạt 0,46-0,47 trong khi đó dùng hệ
thống làm mát thường chỉ đạt 0,4- 0,42.
Giảm được lượng tiêu hao nước và không khí lám mát, do đó rút gọn được
kích thước bộ tản nhiệt.
Đốt cháy được nhiều lưu huỳnh trong nhiên liệu nặng.
Nhược điểm
Nhiệt độ làm việc của chi tiết máy cao. Do đó cần đảm bảo khe hở làm việc
các chi tiết, dùng dầu bôi trơn phải có tính chịu nhiêt tốt hơn. Ngoài ra đối với
động cơ xăng còn chú ý dến hiện tượng kích nổ. Kết cấu của hệ thống làm mát
phải đảm bảo an toàn.

15


1.3 Các thiết bị cơ bản trong hệ thống làm mát
1.3.1 Bơm nước làm mát
Bơm nước làm mát được sử dụng thường là loại bơm ly tâm, được lai trực
tiếp bởi động cơ hoặc do mô tơ điện lai.
Bơm nước có tác dụng tạo một áp lực để tăng tốc độ lưu thông của nước làm
mát. Bơm nước có nhiệm vụ cung cấp nước cho hệ thống làm mát với lưu lượng và
áp suất nhất định. Các loại bơm thường dùng trong hệ thống làm mát bao gồm:
bơm ly tâm,bơm piston, bơm bánh răng, bơm guồng,…lần lượt được giới thiệu ở
phần sau.
1. Bơm ly tâm

Hình 1. 9Bơm ly tâm
Bơm ly tâm được dùng phổ biến trong hệ thống làm mát động cơ.
Nguyên lý làm việc là lợi dụng lực ly tâm giữa các cánh để dồn nước từ trong
ra ngoài rồi đi làm mát.

16


Hình 1. 10Cụm bơm làm mát máy chính
Bơm nước piston chỉ được dùng trong hệ thống làm mát của động cơ tàu thủy
tốc độ thấp.
Ở động cơ tốc độ cao vì tránh lực quán tính quá lớn của các khối lượng
chuyển động của bơm và để tránh hiện tượng va dập thủy lực cho chu trình cấp
nước không liên tục của bơm nên người ta ít dùng loại này.

Hình 1. 11Kết cấu bơm nước kiểu piston
1,3.Xylanh dẫn hướng; 2.Piston ; 4.Vỏ bơm; 5.Thanh truyền; 6.Trục khuỷu
của bơm piston; 7,8.Van nước; 9.Lò xo van nước; 10.Nắp van
17


Nguyên lý hoạt động: Piston bơm 2 bằng đồng chuyền động trong xylanh dẫn
hướng 1,3 của vỏ bơm 4. Piston nối với thanh truyền 5 và chuyển động nhờ trục
khuỷu 6. Khi piston 2 đi xuống, nước sẽ đi qua van 7 vào khoang chứa bên trên
piston 2. Khi piston đi lên, nước trong khoang bị đẩy qua van 8 đi vào hệ thống
làm mát.
2. Bơm bánh răng

Hình 1. 12Bơm bánh răng
Trên tàu thủy cũng thường dùng bơm bánh răng trong hệ thống làm mát động

cơ. Nó có ưu điểm gọn nhẹ, song khi làm việc với nước tiếp xúc với nhiếu cặn bẩn
nên bánh răng mau bị mòn.Vì vậy, người ta bố trí trong trường hợp này một bánh
cặp răng truyền lực ở vỏ ngoài của bơm, khi dó các bánh răng trong sẽ không chịu
lực, và để giảm mày mòn các bánh răng người ta chế tạo một trong hai bánh răng
bằng cao su lưu hóa.

18


Hình 1. 13Kết cấu bơm nước kiểu bánh răng
1.Trục truyền động bơm; 2,3.Bạc; 4.Đệm; 5.Vòng cao su; 6.Ren hồi dầu;
7.Vành chắn dầu; 8.Bánh răng; 9.Ổ bi; 10.Phốt bao kinh; 11.Bánh răng bị độn
Ở hình 3.7 Kết cấu của hệ thống bơm dùng trên động cơ tàu thủy. Bơm quay
nhờ bánh răng 8 ăn khớp với bánh răng truyền động từ trục khuỷu. Trục truyền
động bơm 1 một đầu dẫn động đặt trên ổ bi cầu 9, còn ở đầu kia lắp bánh răng bơm
tựa lên hai bạc 2 và 3, các bạc này được bôi trơn nhờ đệm 4 và vòng cao su 5. Còn
bao kín dầu bôi trơn ổ bi bằng vành chắn 7 và ren dầu hồi 6.
3. Bơm cánh hút
Bơm cánh hút thường được dùng cho mạch ngoài động cơ tàu thủy. Hút nước
từ bên ngoài vỏ tàu để làm mát nước ngọt ở mạch trong của hệ thống làm mát. Kết
cấu và nguyên lý của bơm cánh hút được thể hiện ở hình 3.8.

19