Tài liệu Chương 8 LÀM MÁT ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ, ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT ppt

Chương 8
LÀM MÁT ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ, ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG
LÀM MÁT
8.1. Các đặc điểm làm mát của động cơ đốt trong
- Làm mát ĐCĐT dùng để duy trì nhiệt độ các chi tiết của nó ở mức độ xác
định bằng:
+ Các điều kiện bôi trơn các bề mặt làm việc của các chi tiết;
+ Độ bền nhiệt của các vật liệu được sử dụng (nắp xi lanh, đáy pít tông...);
+ Các điều kiện tối ưu cho cho diễn biến quá trình công tác;
+ Độ mài mòn nhỏ nhất, và bằng sự phá hủy của các chi tiết do tác dụng ăn
mòn điện hóa và ăn mòn xâm thực.
- Khi không có làm mát, nhiệt độ ĐCĐT làm việc tăng cao tới mức trước hết
đốt cháy dầu trên các vách pít tông và ống xy lanh và ĐCĐT không thể làm việc (xảy
ra xây sát và kẹt pít tông trong các xy lanh).
Hình 8.1. Sự phụ thuộc của độ toả nhiệt vào tải của động cơ
800
700
600
500
400
300
200
100
0
140 150 160 170 180 190
q
w
(Kcal/cv
h)
g
e

(g/cvh)
- Nhiệt độ các bề mặt làm việc của các chi tiết không được quá giới hạn mà ở
đó dầu còn giữ được tính chất bôi trơn của nó. Với pít tông, nhiệt độ này trong khu
vực xéc măng trên cùng cần phải không cao hơn 220
0
÷ 245
0
C, đối với xy lanh là 180
0
÷ 190
0
. Để giảm độ mòn do ăn mòn, nhiệt độ bề mặt làm việc của ống lót xy lanh cần
phải cao hơn nhiệt độ điểm sương của hơi nước. Nhiệt độ ống lót xy lanh cần bảo
đảm sự mài mòn nhỏ nhất của nó.
- Nhiệt độ lớn nhất đối với đáy pít
tông, đầu xy lanh, các van và các cánh tua
bin khí bị hạn chế bằng độ bền nhiệt và các
ứng suất giới hạn do tác dụng của tải trọng
nhiệt và cơ khí.
- Làm mát các chi tiết ĐCĐT và các
máy được thực hiện bằng các chất lỏng khác
nhau. Để làm mát nắp máy, các ống lót xy
lanh và tua bin máy nén, người ta sử dụng
nước ngọt và nước ngoài mạn, đối với pít
tông - dầu hay nước ngọt, đối với vòi phun
bằng nhiên liệu, đối với các ổ và các bộ
phận ma sát khác - bằng dầu.
- Số lượng nhiệt được dẫn đi với chất
lỏng làm mát khi ĐCĐT làm việc ở chế độ
định mức phụ thuộc vào một loạt các yếu tố

kiểu và kết cấu ĐCĐT, mức cường hóa, chế
độ nhiệt độ làm mát phải duy trì, sự thay đổi
các điều kiện ngoài trời... (hình 8.1).
Các kết quả thử nghiệm động cơ 40? được giới thiệu trên hình 8.2 chỉ ra rằng
khi làm việc theo đặc tính chân vịt, số lượng tuyệt đối của nhiệt được dẫn bằng nước
Q
W
(Kcal/h) và bằng dầu Q
M
(Kcal/h), khi giảm số vòng quay thì bị giảm, còn độ dẫn
nhiệt riêng q
W
(Kcal/cv.h) thì tăng. Nhiệt lượng được dẫn bằng khí xả Q
?
(Kcal/h) và
q
?
(Kcal/cv.h) khi ĐCĐT làm việc theo đặc tính chân vịt bị giảm khi giảm số vòng
quay.
Nhiệt lượng truyền cho nước Q
W
(Kcal/h) có thể xác định được khi thí nghiệm
ĐCĐT từ các cân bằng nhiệt đã cho hoặc tính theo các công thức (8.1)
Hình 8.2. Sự phụ thuộc của
độ toả nhiệt vào tải của động
cơ (a) và hệ số dư lượng
không khí (b)
q
w
(Kcal/cv

h)
800
600
400
200
q
w
(Kcal/cv
h)
140
120
100
80
60
40
20
0
40 50 60 70 80 90 100
g
e
(g/cvh)
320
280
240
200
160
n (%)
Q
p
Q

M
g
e
q
M
q
M
Q
p
Q
w
= ag
e
N
e
H
u
= G
w
C
w
(t
w1
-t
w2
) = G
w
C
w
∆t (8.1)

ở đây:
a- Độ toả nhiệt tương đối vào nước ở chế độ định mức, a bằng 20% - 30% đối
với động cơ chậm tốc, 15% - 20% đối với động cơ cao tốc (các giá trị nhỏ cho các
đIêzen tăng áp);
g
e
- suất tiêu hao nhiên liệu riêng phần, kg/ml.h;
H
u
- nhiệt trị thấp của nhiên liệu;
G
w
- lưu lượng nước qua điêzen, kg/h;
Ne- Công suất điêzen, cv;
C
w
- nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg.độ;
t
w1
. t
w2
- nhiệt độ nước vào và ra khỏi điêzen.
Công thức (8.1) chỉ ra rằng, có thể truyền cùng một số lượng nhiệt khi các giá trị
G
W
và?t
W
khác nhau. Tốt hơn là làm mát ĐCĐT bằng số lượng lớn nước ấm khi giữ t
W
không đổi.

- Chênh lệch bình thường của các nhiệt độ?t
W
cần nằm trong giới hạn sau:
1. + Điêden có hệ thống làm mát hở: 15 - 20
0
C;
2. + Điêden có hệ thống làm mát kín: 7 - 15
0
C.
- Năng suất riêng g
W
của các bơm nước với 50% dự trữ khi các giá trị t
W
đã cho
vào khoảng 30 - 60 (l/cv.h).
- Các yếu tố khi chọn chế độ nhiệt độ tối ưu làm mát ĐCĐT là: công suất có ích,
tính kinh tế, các ứng suất nhiệt và độ mài mòn các chi tiết.
8.2. Các phương pháp làm mát động cơ đốt trong và đánh giá so sánh chúng
Trong các ĐCĐT tàu quân sự người ta sử dụng các hệ thống làm mát dùng chất
lỏng kiểu hở và kiểu kín.
8.2.1. Kiểu hệ thống hở
Kiểu hệ thống hở: động cơ được làm mát bằng nước biển ngoài mạn có hàm
lượng muối lớn. Điều đó không cho khả năng chế độ nhiệt độ tối ưu để làm mát
ĐCĐT. Nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT không cao quá 45 - 55
0
C để tránh đóng cặn
muối mặn trên vách các chi tiết được làm mát. Nhiệt độ nước mạn bị thay đổi trong
giới hạn rộng (từ +2 đến +30
0
) phụ thuộc vào thời gian trong năm và vùng biển, điều

này dẫn đến độ sụt nhiệt độ lớn trong các vách các chi tiết tới 40
0
C.
Nhiệt độ thấp của vách xy lanh dẫn đến sự ngưng tụ hơi nước, các sản phẩm
cháy và đưa đến tạo ra các a xit gây ăn mòn bề mặt của các xy lanh, các vách xy lanh
và bloc phía khoang nước làm mát chịu phá hủy mạnh do tác dụng ăn mòn điện hóa.
8.2.2. Kiểu hệ thống kín
Trong thời gian hiện nay, để làm mát các ĐCĐT tàu quân sự, các hệ thống kín
(hai vòng) là phổ biến hơn. Trong các hệ thống này, ĐCĐT được làm mát bằng nước
ngọt tuần hoàn trong vòng kín. Điều này cho phép duy trì nhiệt độ tối ưu làm mát. Có
thể duy trì nhiệt độ nước ngọt ra khỏi xy lanh trong giới hạn 75 - 90
0
C khi chênh lệch
nhiệt độ t
W
không lớn hơn 15
0
C.
Nâng cao nhiệt độ cho phép giảm tổn thất nhiệt vào nước làm mát, nâng cao tính
kinh tế của ĐCĐT và giảm độ mòn các xy lanh. Giảm chênh lệch nhiệt độ làm giảm
các ứng suất nhiệt trong các chi tiết xy lanh. Sự tồn tại hai vòng trong hệ thống làm
mát ĐCĐT cho phép nạp vào nước ngọt các chất phụ gia đặc biệt để bảo vệ các bề
mặt vách ống xy lanh từ phía khoang làm mát khỏi tác dụng của ăn mòn xâm thực và
ăn mòn điện hóa.
8.3. ảnh hưởng của chế độ làm mát đến công suất và tính kinh tế của động cơ
Chế độ làm mát ĐCĐT được đặc trưng bằng các nhiệt độ nước vào t
W1
(
0
C) và ra

khỏi ĐCĐT t
W2
(
0
C), hiệu số?t
W
= t
W2
- t
W1
(
0
C) và áp suất nước trong hệ thống làm
mát P
W
(kG/cm
2
).
ảnh hưởng của chế độ làm mát đến công suất N
e
(cv), tính kinh tế g
e
(kg/cv.h), ứng
suất nhiệt, điều kiện bôi trơn và độ mòn các chi tiết được xác định bằng sự thay đổi
nhiệt độ các vách xy lanh và pít tông khi thay đổi nhiệt độ nước làm mát.
8.3.1. ảnh hưởng của nhiệt độ nước ra khỏi động cơ đốt trong t
W2
đến sự tỏa nhiệt
của nước Q
W

Bằng các thí nghiệm, người ta đã xác lập rằng với việc làm tăng nhiệt độ nước ra
khỏi ĐCĐT t
W2
(
0
C), sự tỏa nhiệt vào nước Q
W
(Kcal) bị giảm. Sự thay đổi nhiệt
lượng truyền vào nước khi tải trọng động cơ không đổi phụ thuộc vào nhiệt độ nước
t
W2
diễn ra theo quy luật tuyến tính (hình 8.3). Cứ mỗi 10
0
C chênh lệch nhiệt độ nước
làm mát từ 60
0
C thì lượng nhiệt truyền vào nước bị thay đổi 4 - 5%.
18
16
14
12
10
8
30 40 50 60 70 80 90 100
Q.10
-4
(Kcal/h)
Hình 8.3. Sự phụ thuộc vào t
w
của lượng

nhiệt được dẫn vào nước làm mát Q
w
1- Khi n = 1800 v/ph;
2- Khi n = 1600 v/ph.
t
w2
(
0
C
)
1
2
8.3.2. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát t
W2
đến nhiệt độ các chi tiết của động
cơ đốt trong
Quy luật thay đổi nhiệt độ trên bề mặt pít tông t
pt
và ống lát xy lanh t
xl
phụ thuộc
vào t
W2
cũng có dạng tuyến tính (hình 8.4). Nhiệt độ các chi tiết tăng khi tăng nhiệt độ
nước làm mát. Đối với ĐCĐT 4 kỳ, sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt ống xy lanh:
?t
xl
≈ 0,8.?t
W2
,

0
C (8.2)
ở đây: ?t
xl
- gia số nhiệt độ trên bề mặt ống lót xy lanh;
?t
W2
- gia số nhiệt độ nước làm mát.
Đối với các động cơ 2 kỳ, sự thay đổi nhiệt độ vách các chi tiết khác so với động
cơ 4 kỳ, bởi vì ở đây có ảnh hưởng của không khí quét. Nhưng quan hệ (8.2) với độ
chính xác đủ có thể sử dụng để đánh giá gần đúng sự thay đổi nhiệt độ của vách ống
lót xy lanh của các ĐCĐT hai kỳ.
8.3.3. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến các thông số quá trình công tác
của động cơ đốt trong.
ảnh hưởng của nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT t
W2
tới các thông số của quá trình
công tác được chỉ ra trên hình (8.5).
Nhiệt độ vách xy lanh tăng khi tăng t
W2
. Tăng nhiệt độ vách xy lanh gây ra:
1, Nâng cao nhiệt độ sấy nóng không khí bởi vách xy lanh, tăng nhiệt độ bắt đầu
nén T
a
và theo nguyên tắc làm giảm hệ số nạp:
Hình 8.3. Sự phụ thuộc vào t
w
của lượng
nhiệt được dẫn vào nước làm mát Q
w

1- Khi n = 1800 v/ph;
2- Khi n = 1600 v/ph.
Giảm?
H
dẫn đến giảm lượng không khí nạp chu trình:
= V
h
.γ
k
.?
v
Và khi lượng nhiên liệu cấp cho chu trình không đổi = const thì dẫn đến
giảm hệ số dư lượng không khí:
2, Giảm thời gian giữ chậm tự cháy nhiên liệu τ
i
, bởi vì nhiên liệu được phun vào
môi trường có nhiệt độ cao hơn. Giảm τ
i
đưa đến giảm áp suất cực đại của chu trình
P
z
, tốc độ tăng áp suất và mức tăng áp suất = λ.
3. Nâng cao nhiệt độ khí thải t
?
,
0
C do tăng nhiệt độ đầu quá trình nén T
a
,
0

K, nhiệt
độ cực đại của chu trình T
z
,
0
K và lượng nhiệt được dẫn với khí thải Q
?
.
4. Tăng hiệu suất cơ khí của ĐCĐT?
M
do giảm tổn thất do ma sát.
270
250
230
210
190
50 60 70 80 90 100
t
w2
,
0
C
t
p
,
0
C
9
p
2

p
5
p
1
p
190
170
150
130
110
50 60 70 80 90 100
t
w2
,
0
C
t
nm
,
0
C
4
nm
2
nm
3
nm
160
140
120

100
80
60
50 60 70 80 90 100
t
w2
,
0
C
t
xl
,
0
C
1
xl
5
xl
2
xl
4
xl
60
50
40
30
20
10
50 60 70 80 90 100

∆t
xl
,
0
C
t
w2
,
0
C
(a) (b)
(d)
1
nm
2
nm
3
nm
2
xl
4
xl
5
xl
1
pt
2
pt
5

pt
9
pt
ĐC
T
ĐC
D
(c)
1
xl
Hỡnh 8.4. Sửù phuù thuoọc vaứo t
w2
cuỷa caực thoõng
soỏ cuỷa quaự trỡnh coõng taực ủoọng cụ?15/18
(a)- Nhiệt độ pít tông;
(b)- nhiệt độ của nắp máy;
(c)- Nhiệt độ của ống lót xy lanh;
(d)- Độ giảm nhiệt độ theo chiều dày vách xy lanh
t
i
,
0
C
500
400
p
z
, kG/cm
2
64

62
60
58
t
i
.10
-4
,
0
C
18,0
17,5
17,0
η
H
0,9
0,8
0,7
0,6
0,5
0,4
0,3
1,55
1,51
1,47
1,43
1,37
α
2,35
2,30

η
M
0,82
0,80
0,78
50 60 70 80 90 100 n (v/ph)
Hình 8.5. Sự phụ thuộc của các thông số quá trình
công tác động cơ ?15 /18 vào t
w2

t
r
p
Σ
λ
α
η
H
τ
i
η
M
Kết quả các thí nghiệm chỉ ra, sự giảm đột ngột tổn thất công suất do ma sát
xảy ra khi nâng cao nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT đến 80
0
C (hình 8.6). Mức giảm tổn
thất công suất ma sát phụ thuộc vào các đặc điểm kết cấu của động cơ, số vòng quay
và đặc tính nhiệt độ - độ nhớt của dầu bôi trơn. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ nhớt
dầu chỉ ra trên hình 8.7.
Khi nhiệt độ nước làm mát 80 - 90

0
C, nhiệt độ bề mặt làm việc của ống lót xy
lanh bằng 110 - 115
0
C, nhiệt độ trung bình của dầu trong khe hở giữa pít tông và ống
lót 120 - 125
0
C, ở nhiệt độ này độ nhớt của dầu có trị số cực tiểu.
Trong cặp “pít tông - xy lanh” ma sát độ nhớt có trị số đáng kể. Lực ma sát P
px
giữa pít tông và xy lanh được xác định bằng:
, (kG) (8.3)
ở đây:
? - độ nhớt tuyệt đối của dầu, kG/cm
2
;
F - Trị số diện tích bề mặt làm việc, m
2
;
C
m
- Tốc độ trung bình pít tông, m/s;
δ - Khe hở hướng kính giữa pít tông và xy lanh, m.
20 40 60 80 t
w2
,
0
C
η
M

,
%
200
170
140
110
80
50
30
Hỡnh 8.6. Sửù phuù thuoọc
vaứo t
w2
cuỷa toồn thaỏt
0 20 40 60 80 100 120 140
t
w2
,
0
C
υ,
cct
200
180
160
140
120
100
80
60
40

20
Hỡnh 8.7. Sửù phú thuoọc vaứo t
w2
cuỷa ủoọ nhụựt dầu bõi trụn
1.MK-22; 2. Dầu õtõ
A. Vuứng thay ủoồi ủoọt ngoọt cuỷa
ủoọ nhụựt;
A
2
B
1