Xem mẫu
- Chương 9
ẢNH HƯỞNG CỦA ĐIỀU KIỆN NGOÀI ĐẾN
SỰ LÀM VIỆC CỦA ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ
9.1. Sự phụ thuộc của công suất, tính kinh tế và ứng suất của động cơ vào
các điều kiện ngoài
9.1.1. Các điều kiện ngoài
Các động cơ được thiết kế để khai thác trong các điều kiện ngoài hoàn toàn
xác định. Các điều kiện ngoài được hiều là các yếu tố: nhiệt độ, áp suất, độ ẩm
tương đối của không khí. Các yếu tố này phụ thuộc theo tiêu chuẩn của mỗi nước
sản xuất động cơ.
1. Các điều kiện tiêu chuẩn của một số nước
Điều kiện tiêu chuẩn của một số nước trên thế giới áp dụng trong thiết kế
động cơ như bảng 9.1.
Bảng 9.1. Các thông số môi trường ở điều kiện tiêu chuẩn của một số nước
trên thế giới
Nước Nhiệt độ áp suất độ ẩm
Tiêu chuẩn
sản xuất (0C) (mmHg) tương đối (%)
Liên bang Nga 20 760 70 ???? 4398-48
10448-68
Séc và Xlôvakia 20 736 70 CS 09-0770
Liên bang Đức 20 736 60 DIN 6270
20 760 60 TGL
Mỹ 29,4 746,5 50 SEA
Anh 29,4 749 60 BS 649-1949
29,4 749 50 BS 649
Nhật 20 760 65 YANMAR
Tổ chức tiêu 27 750 60 ISO
chuẩn quốc tế
Hội nghị quốc 30 760 60 CIMAC
tế về ĐCĐT
Việt Nam 20 760 70 TCVN 1685-
75
2. Áp suất không khí trước máy nén ( ) và của khí sau tuabin (p2)
- Áp suất không khí trước máy nén và của khí sau tuabin p2 có các giá trị tuỳ
thuộc vào đặc điểm kết cấu của trạm, các điều kiện khai thác hoặc các nguyên
nhân riêng biệt khác.
Các giá trị cho phép của áp suất trước máy nén và của khí sau tuabin p2 để
đảm bảo nhận được công suất tính toán và khai thác an toàn động cơ phụ thuộc
vào dạng trạm năng lượng, các đặc điểm kết cấu động cơ, các điều kiện khai thác
và được lưu ý riêng trong các điều kiện kỹ thuật khi chế tạo.
Chúng ta sẽ bàn cụ thể hơn về các đại lượng đặc trưng cho độ ẩm không
khí.
Mức độ bão hoà hơi nước trong không khí được đánh giá bằng tiều chuẩn độ
ẩm tương đối (ϕ) - là tỷ số giữa áp suất riêng của hơi nước trong không khí với áp
suất riêng bão hoà hơi nước ở nhiệt độ đã cho của không khí :
(9.1)
Sự phụ thuộc của áp suất bão hoà vào nhiệt độ không khí thường được biểu
diễn ở dạng bảng hay các đồ thị (hình9.1)
Áp suất riêng hơi nước được xác định nhờ các bảng riêng theo hiệu số
của các chỉ số của các nhiệt kế khô và nhiệt kế ẩm của ẩm kế.
Áp suất riêng “phân thể tích” không khí khô cần thiết cho các tính toán tiếp
theo, là hiệu số áp suất khí quyển và áp suất riêng hơi nước:
(9.2)
9.1.2. ảnh hưởng của điều kiện ngoại cảnh đến tính kinh tế động cơ khi
lượng cung cấp nhiên liệu chu trình là cố định
Khi lượng cung cấp nhiên liệu cho chu trình cố định (thanh răng bơm cao áp
chạm mấu tỳ) số vòng quay trục khuỷu không đổi và nhiệt độ nhiên liệu trước
bơm cũng không đổi thì các nguyên nhân chính về ảnh hưởng của điều kiện ngoại
cảnh đến công suất và tính kinh tế của động cơ có thể tìm ở các phương trình sau:
(9.3)
- Hay khi = const, n = const
(9.4)
(9.5)
(9.6)
(9.7)
(9.8)
(9.9)
ở đây:
A = 60.Z.n.K là các hệ số không đổi.
Ne- Công suất có ích của động cơ.
Hu- Nhiệt trị thấp của nhiên liệu.
Z- Số xi lanh của động cơ.
K- Hệ số kỳ.
n. Số vòng quay của động cơ.
- lượng nhiên liệu cấp cho xi lanh trong một chu trình công tác.
η i- Hiêụ suất chỉ thị của chu trình công tác.
η M- Hiệu suất cơ khí
NHX - Công suất tổn thất hành trình bơm
- Công suất tổn hao cơ giới đối với động cơ tăng áp tua bin khí xả tự do;
- Công suất tổn hao cơ giới đối với động cơ tăng áp tua bin khí xả có liên động
Khi khảo sát các phương trình trên có thể nhận xét rằng:
1. Công suất chỉ thị (Ni) chỉ phụ thuộc vào hiệu suất chỉ thị.
2. Công suất có ích (Ne) ngoài hiệu suất chỉ thị còn phụ thuộc vào các đại
lượng tổn thất cơ khí hay hiệu suất cơ khí (9.4).
3. Mức độ ảnh hưởng của các điều kiện ngoài đến công suất có ích qua công
suất tổn thất cơ khí đối với các động cơ tăng áp tuabin khí xả tự do (CTK) và liên
- động (ΠTK) có thể khác nhau cơ bản trong nhiều trường hợp. Nguyên nhân là ở
chỗ các công suất tổn thất cơ khí của các động cơ với ΠTK (9.8) và CTK (9.7) có
chứa các thành phần khác nhau trong nhiều trường hợp các công suất máy nén Nk
và tuabin NT và do đó công suất tổn thất cơ khí với ΠTK bị thay đổi rất lớn. Đặc
biệt là ảnh hưởng của phản áp sau tuabin, khi thay đổi công suất hành trình của
bơm NHX và do đó cả công suất tổn thất cơ khí của động cơ với CTK cũng có thể
rất lớn.
4. Đại lượng hiệu suất cơ khí:
(9.10)
η M bị thay đổi do sự thay đổi của công suất chỉ thị lẫn công suất tổn thất cơ
khí. , kG/cm2
0,20
0,18 ηv
0,16 ϕ
0,92
0,14 0,
0,12 8 0,88
0,
0,84 ηv
0,10 6
0,
0,08 4 γr γr
0,
0,06 2
0, 0,12
0,04
1 0,08
0,02
0 0,04
0
10 20 30 40 50 60 0,95 1.00 1,05 1,10
τ, C
0
1,15 Pr/Pk
Hỡnh 9.1. Sửù phuù thuoọc
H Hỡnh 9.2. Sửù thay ủoồi cuỷa γ r
vaứo nhieọt ủoọ vaứ ủoọ aồm vaứ η v cuỷa ủoọng cụ 4 kyứ
khoõng khớ
Tóm lại có thể đưa ra những nhận xét sau đây có ích cho việc phân tích tác
dụng của các điều kiện ngoại cảnh đến công suất và tính kinh tế của động cơ:
1. Để làm sáng tỏ đặc tính thay đổi công suất có ích của động cơ khi điều
kiện ngoài thay đổi, trước hết cần phân tích sự thay đổi của các yếu tố mà hiệu
suất chỉ thị và công suất chỉ thị của động cơ phụ thuộc vào chúng. Như đã biết từ
- lý thuyết các quá trình công tác, các yếu tố này trước hết là hệ số dư lượng không
khí α và sau đó là mức tăng áp suất λ.
2. Các kết luận cuối cùng về sự thay đổi công suất có thể sẽ được rút ra sau
khi phát hiện mức độ và dấu của sự thay đổi công suất tổn thất cơ khí, để điều đó
làm được cần phải biết:
- Các thông số không khí trước và sau máy nén, các thông số khí trước và sau
tuabin, các tiêu hao không khí (nhằm thiết lập sự không cân bằng công suất trong
ΠTK).
- Tương quan các áp suất trong thiết bị trước và sau các xy lanh (để đánh giá
đại lượng và dấu công suất các hành trình bơm)
Đặc biệt cần nói về những thay đổi ứng suất cơ khí và ứng suất nhiệt xuất
hiện dưới tác dụng của các điều kiện ngoài.
Các tiêu chuẩn quy ướcđặc trưng cho ứng suất cơ khí là:
- Áp suất cháy cực đại PZ đặc trưng cho tải trọng tác dụng lên các chi tiết động
cơ.
- Tốc độ tức thời hay tốc độ trung bình tăng áp suất trong xy lanh trong thời
gian cháy Wp (đồng thời với chúng thường được sử dụng mức tăng áp suất λ = )
cho phép nhận xét về động lực học của tải trọng động cơ.
Các tiêu chuẩn qui ước đặc trưng ứng suất nhiệt và trạng thái nhiệt các chi
tiết nhóm xy lanh -pít tông gồm:
- Nhiệt độ cực đại của pít tông và nhiệt độ pít tông trong vùng vòng găng trên
cùng tPmax , tPk . Đối với một số động cơ khác, thường sử dụng nhiệt độ van thải.
- Dòng nhiệt qua vách xy lanh.
Các chỉ tiêu nêu ở trên được xác định hoặc bằng cách đo trực tiếp trong phòng
thí nghiệm hoặc nhờ tính toán theo các chỉ tiêu gián tiếp.
Trong thực tế khai thác, tiêu chuẩn gián tiếp ứng suất nhiệt của động cơ
thường được sử dụng là nhiệt độ khí xả trước tuabin tth.
Nếu khi thay đổi các điều kiện ngoài mà hệ số dư lượng không khí khô α hay
mức tăng áp suất λ bị giảm thì quan sát được sự giảm của hiệu suất chỉ thị và công
suất chỉ thị. Khi = const thì α được xác định theo phương trình:
α= (9.11)
- Hệ số dư lượng không khí α phụ thuộc nhiều nhất vào trọng lượng riêng
không khí γ k , hệ số nạp η v và tỷ số áp suất riêng không khí khô P0k với áp suất khí
quyển P0 . Tỷ số nói lên lượng thể tích không khí nạp của không khí khô nhỏ
hơn bao nhiêu lần so với lượng không khi ẩm trong khí nạp và trong quan hệ hàm
số của độ ẩm tương đối ϕ thì tỷ số này thay đổi càng rõ rệt khi nhiệt độ không khí
môi trường càng cao (hình 9.2).
Đại lượng η v phụ thuộc nhiều nhất vằơ tương quan các áp suất trong các
thiết bị trước và sau xy lanh và bị thay đổi rõ ràng nhất khi thay đổi cản áp sau
tuabin P2 (hình 9.2).
Trong các điều kiện khai thác động cơ, đại lượng bị thay đổi nhiều nhất
trong số các đại lượng có trong công thức (9.11) là γ k :
γk = (9.12)
Đặc điểm và mức độ phụ thuộc của áp suất P k vào nhiệt độ Tk trước xy lanh
được xác định không chỉ bằng vùng thay đổi các điều kiện ngoài mà cả bằng các
đặc điểm kết cấu của động cơ (các thành phần và sơ đồ liên hệ các máy tăng áp
với động cơ, sự tồn tại và cường độ làm mát không khí)…
Mức độ thay đổi tương đối của hiệu suất chỉ thị theo hệ số dư lượng không
khí khô ηiα = có thể được trình bày bởi chùm đường cong xây dựng cho các
giá trị λ 0 = const khác nhau với gốc toạ độ là điểm (α = 1, η iα = 1) (hình 9.3).
Trên trục tung không đặt giá trị tuyệt đối của η i mà là đại lượng tương đối để cho
thấy tính chất tổng quát của sự phụ thuộc được khảo sát. Thực tế trong các động
cơ có kết cấu khác nhau và thậm chí trong một động cơ thôi thì các giá trị tuyệt đối
của η i cũng không giống nhau khi các giá trị khác nhau của số vòng quay hay góc
phun sớm nhiên liệu. Đồng thời thực nghiệm cũng chỉ ra rằng, trong các kiểu động
cơ khác nhau, kích thước và tính cao tốc khác nhau, thì mức độ thay đổi η i phụ
thuộc vào α gần như giống nhau nếu khi đó λ giống nhau.
- Đặc tính thay đổi của hiệu suất chỉ thị phụ thuộc vào mức tăng áp suất λ:
ηiλ = được trình bày trên hình 9.4 dưới dạng chùm đường cong với điểm gốc
toạ độ là (α = 1, ηiα = 1) ứng với các giá trị α không đổi khác nhau.
Sự thay đổi λ chủ yếu là do thay đổi thời gian giữ chậm sự tự cháy τ i , τ i
phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất trong xy lanh ở thời điểm phun nhiên liệu, còn
hai thông số sau cùng khi = const trong mọi trường hợp tỷ lệ thuận với Tk và Pk
. Sự tăng Tk và Pk dẫn đến làm giảm τ i và λ và do vậy làm giảm hiệu suất chỉ thị.
Qua phân tích trên ta thấy rằng:
- Nếu α bị giảm thì sẽ gây giảm η i , Nivà cuối cùng là giảm Ne.
- Sự giảm λ cũng gây giảm hiệu suất chỉ thị η i.
- Trong nhiều trường hợp (khi nghiên
1,6
cứu ảnh hưởng của T0, ϕ 0, P0, tw) để rút ra
1,5 λ=1,
kết luận đúng đắn về đặc tính thay đổi Ne
1,4 λ=1,
thì chỉ phân tích sự thay đổi η i và Ni là đủ. λ=1,
1,3
Khi phân tích ảnh hưởng của P0’ và P2 có λ=1,
thể vận dụng nghiên cứu bổ sung về sự thay 1,2
λ=1,
1,1
đổi của công suất tổn thất cơ khí như hình λ=2,
9.3. 1,0 1,0 1,4 1,8
Về nguyên tắc, việc giảm α dẫn tớ2,2 2,6 3,0 α
i
Hỡnh 9.3.
việc tăng dòng nhiệt qua vách xy lanh, nhiệt
Sự thay đổi tương đối hiệu suất
độ pit tông và nhiệt độ khí trước tua bin, đỉ thị theo α với các λ khác nhau
ch ặc
biệt là trong trường
hợp tăng độ ẩm tương đối khi nhiệt độ không khí t0 cố định. Các nguyên nhân của
hiện tượng này sẽ được khảo sát ở phần sau.
Việc sử dụng lâu dài động cơ khi tải trọng cơ hay tải trọng nhiệt bị tăng cao
dẫn đến hư hỏng sớm các chi tiết riêng biệt và có thể là các nguyên nhân xảy ra sự
gãy vỡ. Các sự quá tải về cơ và nhiệt có thể còn được dẫn đến từ nguyên nhân là
các chỉ tiêu công tác riêng của động cơ trong điều kiện trên tàu không được đo
kiểm. Do vậy việc hiểu biết các quy luật chung về sự thay đổi các chỉ tiêu của
- động cơ và đặc biệt các thông số giới hạn phụ thuộc vào các điều kiện ngoài là
vấn đề rất trọng cho khai thác.
9.1.3. C ác nguyên tắc hiệu chỉnh các đặc tính hạn chế và những đánh giá các
chế độ khai thác cho phép khi các điều kiện ngoài khác với tiêu chuẩn
Như đã thấy ở mục 9.1.2, khi các điều kiện ngoài thay đổi bất lợi và khi
thanh răng bơm cao áp đã chạm đến mấu chặn (n = const) thì công suất có ích của
động cơ bị giảm từ trị số Neđm xuống N’e , còn tải trọng nhiệt của các chi tiết động
cơ tăng lên. Người ta thường suy đoán gián tiếp về tải trọng nhiệt lên các chi tiết
động cơ trong các điều kiện khai thác dựa vào trị số nhiệt độ khí xả trước tuabin
Tth , nhiệt độ này chỉ được tăng trong giới hạn cho phép của Tth.cho phép được xác lập
cho các điều kiện khí quyển định mức.
1,3
α=1,5
1,2
α=2,0
1,0
α=2,5
0
λ
1,0 1,2 1.4
1,6 1,8 2,0
Hỡnh 9.4. Thay ủoồi tửụng ủoỏi cuỷa hieọu suaỏt chổ
thũ phuù thuoọc vaứo λ khi caực giaự trũ ban ủaàu
khaực nhau
Tương ứng với các yêu cầu không vượt quá t0’ = 320C, ϕ = 0, 8 và tw =
28%, động cơ cần phải làm việc tin cậy khi thanh răng bơm cao áp ở vị trí cung
cấp nhiên liệu cực đại, tức là tuổi thọ theo ứng suất nhiệt được đảm bảo. Không
cho phép tăng nhiệt độ khí trước tua bin đến giá trị cho phép cực đại t th.max đã cho
trong hướng dẫn khai thác.
Khi tiếp tục tăng nhiệt độ và độ ẩm không khí trước tuabin, nhiệt độ nước
biển trước bộ làm mát không khí, hay khi giảm áp suất khí quyển, thì phải giảm
tiếp công suất đến giá trị Ne’’ bằng cách giảm lượng nhiên liệu cung cấp cho chu
trình xuống giá trị bảo đảm duy trì các thông số giới hạn (thường là t th.max) trong các
giới hạn mà nhà náy sản suất đã quy định.
- Vì ứng với mỗi số vòng quay có trị số tth.max xác định (hình 9.5), đặc tính hạn
chế được điều chỉnh tương ứng với các điều kiện ngoài mới cần đảm bảo sự làm
việc của động cơ trong toàn bộ vùng số vòng quay khi các giá trị nhiệt độ khí xả
không vượt quá các giá trị giới hạn đã quy định.
Các giá trị giảm công suất khi thay đổi các điều kiện ngoài cần phải cho trong
hướng dẫn khai thác ở các dạng đồ thị tương tự như trên hình 9.5 hay ở dạng khác.
Tuy nhiên trong nhiều hướng dẫn khai thác lại không có tài liệu này. trong trường
hợp này, sự hiệu chỉnh các đặc tính hạn chế có thể thực hiện theo các phương
pháp đã biết.
Nếu động cơ có đặc tính ngoài đã được hiệu chỉnh để dẫn động chân vịt biến
bước (BP?) hay máy phát điện, thì đặc tính hạn chế không chỉ là giới hạn trên về
công suất cho phép khai thác, mà còn là giới hạn trên các công suất có thể đạt
được.
Trường hợp động cơ dẫn động chân vịt cố định bước (BΦ?), giữa số vòng
quay của trục khuỷu và thiết bị tiêu thụ công suất (chân vịt) có mối quan hệ hàm số
xác định là đặc tính chân vịt. Khi đó số vòng quay cho phép mới được xác định đơn
giản bằng cách chiếu điểm cắt của đặc tính hạn chế mới với đặc tính chân vịt lên
trục hoành (hình 9.5) . Sự giảm cần thiết công suất và vòng quay và do đó cả tốc
độ con tàu VS không những phụ thuộc vào các đặc điểm của động cơ mà cả vào vỏ
tàu. Đặc tính chân vịt càng nằm gần đặc tính hạn chế (tàu cánh ngầm, tàu có tuyến
hình lướt nước) thì các đại lượng này càng lớn.
9.2. ảnh hưởng của việc tăng cản áp tới các chỉ tiêu công tác của ĐCĐT
tth (%)
Cản áp 100 lên có thể do các nguyên nhân khác nhau như sức cản của các
tăng tth.max
90
bình giảm âm hoặc của các ống thải dài, việc thải khí xả dưới nước, trục trặc của
80 Ne.đm
hệ thống thải (%)
Ne …
Ne’
Trị số cho90 phép của cản áp sau tua bin (hoặc sau các xy lanh của các động cơ
Ne’’
không có tua bin) ứng với nó bảo đảm nhận được công suất yêu cầu, tính kinh tế
80
3
và duy trì các thông số hạn chế trongNe=Cn ới hạn đã định, là điều kiện kỹ thuật
70 các gi
thường được nêu ra của các động cơ.
60
50
Trong trường hợp bất kỳ, khi = const, việc tăng cản áp dẫn đến giảm hệ
4040 50 60 70 80 90 100 nđ
số dư lượng không khí, giảm hiệu suất chỉ thị và công suất chỉ thị. Các tổn thất cơ
(%)
Hình 9.5. Sự hiệu chỉnh các đặc tính hạn chế và đánh giá
các chế độ làm việc cho phép của các động cơ điedel
- giới tăng lên, công suất có ích bị giảm và suất tiêu hao nhiên liệu có ích riêng phần
tăng. Đồng thời sẽ tăng một trong các thông số hạn chế cơ bản như nhiệt độ khí
xả sau các xy lanh (trước tuabin), điều đó nhiều khi buộc phải giảm lượng nhiên
liệu cung cấp cho chu trình và làm giảm thêm công suất động cơ.
Cần khẳng định rằng, mức độ ảnh hưởng của cản áp thay đổi đến các chỉ
tiêu chỉ thị và có ích phụ thuộc vào số kỳ của động cơ, góc mở các van nạp, thải (ở
động cơ 4 kỳ) và các đặc điểm kết cấu khác.
9.2.1. Đối với động cơ điêden hai kỳ với máy nén thể tích và máy nén ly tâm dẫn
động cơ khí
Các máy nén thể tích (rô to) thường không sử dụng để tăng áp cho các động
cơ 4 kỳ. Vì vậy phân tích ảnh hưởng của cản áp đến các chỉ tiêu của quá trình công
tác trong sự phụ thuộc vào kiểu máy nén sử dụng (rô to hay li tâm) sẽ hợp lý hơn
khi phân tích trên ví dụ cho động cơ 2 kỳ tăng áp cơ khí.
Trên hình 9.6 trình bày sơ đồ xy lanh (3) của động cơ 2 kỳ với các ống quét
khí (2) và ống thải (4). Không khí di đến xy lanh từ máy nén (1) có liên hệ cơ khí
với trục khuỷu. Máy nén có thể là kiểu rô to hay li tâm, sự thay đổi cản áp sau xi
lanh nhờ van tiết lưu (5).
3
pxl
4 5
1 2
pth,Tth
pk,Tk
Hỡnh 9.6. Sụ ủoà heọ thoỏng naùp vaứ thaỷi khớ cuỷa
ủoọng cụ ủieõden 2 kyứ taờng aựp daón ủoọng cụ khớ
maựy neựn ly taõm hay roõ to
Trong chế độ ổn định, áp suất trước xi lanh chênh lệch với áp suất sau xy lanh
một giá trị ∆p bằng sức cản thuỷ lực trong xi lanh:
Pk = Pth + ∆P (9.13)
- Đại lượng ∆P có trị số thay đổi . Sức cản cục bộ bất kỳ (các tổn thất thuỷ
lực) trong dòng tĩnh có thể mô tả bằng phương trình Bécnuli:
∆P = ξ
ξ - Hệ số cản cố cục bộ.
W - Tốc độ lưu động dòng khí.
γ - Trọng lượng riêng của khí.
Xy lanh có kết cấu phức tạp, nhiệt độ và áp suất trong xy lanh bị thay đổi theo
góc quay của trục khuỷu và không đồng nhất ở các tiết diện khác nhau. Tính gần
đúng coi ∆P là hàm của đại lượng chính W và P k lấy ở tiết diện vào các cửa quét.
Khi phân tích về chất lượng có thể coi ∆P có trị số thay đổi, khi đó thấy rằng sự
thay đổi cản áp sau xy lanh ∆Pth sẽ gây biến thiên tương tự áp suất không khí trước
máy nén ∆Pk (∆Pk ≈ ∆Pth)
Pk + ∆Pk = Pth + ∆Pxl + ∆Pth
Hay: Pk’ = Pk + ∆Pth
Nếu hình dung hai động cơ như nhau với máy
nén li tâm (b) và máy nén rô to (a) - hình 9.7, thì dễ
dàng thấy rằng, trường hợp tăng cản áp và do vậy
tăng áp suất tăng áp lên ∆Pk ≈ ∆Pth , tiêu hao không
khí ở máy nén rô to giảm nhiều hơn so với máy nén
li tâm. Đó là các đặc tính của các máy nén có độ dốc
khác nhau.
ở hình 9.8 ta thấy rằng, trong động cơ với máy
nén li tâm (b) sẽ thấy hệ số quét khí bị giảm nhiều
hơn, điều kiện làm sạch xy lanh khí sót và điều kiện
nạp sẽ xấu hơn, còn lượng không khí nạp thì nhỏ Hỡnh 9.8. AÛnh
hơn trong động cơ với máy nén rô to (a). Tương thửụỷng cuỷa vieọc
ự
taờng caỷn aựp sau xy
trong động cơ với máy nén li tâm thì hệ số dư lượlanh ủoọng cụ 2 kyứ
ng
daón ủoọng cụ khớ
không khí, hiệu suất chỉ thị, công suất chỉ thị và cuối
ủeỏn caực chổ tieõu
cùng công suất có ích bị giảm nhanh hơn. Nhiệt độ coõng taực khi thanh
raờng bụm cao aựp
chaùm maỏu chaởn
- khí xả tăng mạnh, vì trong máy nén li tâm có giới
hạn làm việc ổn định nên khi tiêu hao không khí
giảm quá nhiều sẽ tăng hiện tượng bơm (nếu trước
đó động cơ không nghẹt).
= Vh.γ k . η v (9.15)
Chủ yếu trong động cơ 2 kỳ có trang bị máy nén li tâm, việc tăng cản áp có tác
dụng rất xấu đến công suất, tính kinh tế và ứng suất nhiệt động cơ hơn so với khi
có máy nén rô to. Do vậy khi cản áp tăng quá giới hạn cho phép thì động cơ 2 kỳ
với máy nén li tâm buộc phải giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu trình nhiều hơn
khi có máy nén rô to.
Đồng thời cần thấy rằng, khi cản áp tăng thì sẽ tăng áp suất tăng áp, làm tăng
áp suất cuối kỳ nén và áp suất cháy cực đại PZ ..
pk pk
(a) (b)
∆pk
η k=con η k=con
Hỡnh 9.7. AÛnh hửụỷng cuỷa ủoọ doỏc caực ủaởc tớnh ủeỏn mửực
ủoọ
thay ủoồi lửụùng tieõu hao khoõng khớ khi thay ủoồi soỏ voứng quay
ủoọng cụ trong trửụứng hụùp taờng sửực caỷn sau maựy neựn
9.2. 2. Đối với động cơ 4 kỳ tăng áp tuabin - máy nén tự do và liên động
Trong cơ chế ảnh hưởng của tăng cản áp sau tua bin P2 đến các chỉ tiêu của
động cơ tăng áp ΠTK và CTK có những sự khác nhau về nguyên tắc.
- Nguyên nhân cơ bản cua việc giảm hệ số dư lượng không khí và hiệu suất chỉ
thị của động cơ với ΠTK là sự tăng của tỷ số , đại lượng Pth bị tăng nhanh cùng
với với sự tăng cua P2 , trong thời gian này Pk tăng chậm hơn nhiều do đặc tính của
máy nén li tâm có độ dốc thoải hơn. Sự tăng dẫn đén giảm η v (lúc đầu do quét
khí kém, sau đó do nguyên nhân khí trong ống thải thổi ngược vào khoang tăng áp).
ảnh hưởng của sự thay đổi là lớn hơn nhiều đối với các động cơ có góc trùng
điệp lớn.
Nguyên nhân chính của việc giảm α, η i và Ni với sự tăng P2 trong các động cơ
với CTK là giảm trọng lượng riêng không khí γ k xảy ra do giảm công suất tuabin,
giảm số vòng quay của tổ hợp tuabin - máy nén tự do và giảm áp suất tăng áp (xem
công thức 9.15).
Sự giảm η v xảy ra theo những nguyên nhân trên cũng đúng cho các động cơ
với ΠTK, dẫn dến giảm thêm lượng không khí nạp trong chu trình (xem công thức
9.15).
Chủ yếu động cơ có ΠTK và với góc trùng điệp nhỏ thích ứng hơn cho sự làm
việc trong các điều kiện cản áp tăng, ở các động cơ này γ k không bị giảm mà thậm
chí còn hơi tăng khi tăng P2.
Cần ghi nhận rằng, một trong các phương pháp có thể duy trì số vòng quay cố
định của tuabin - máy nén và do đó duy trì được sự ổn định của γ k khi tăng P2 là sử
dụng tuabin điều chỉnh được.
Tăng P2 không gây ra giảm công riêng của tua bin LT và số vòng quay của nó
chỉ trong trường hợp khi tỷ số không đổi.
(9.16)
- Tăng P th tỷ lệ với tăng P2 có thể thực hiện được nhờ giảm tiết diện khí lưu
thông của thiết bị phun nhờ xoay các cánh (hình 9.9).
Trong cả hai trường hợp đã khảo sát ở trên, sự tăng cản áp dẫn đến tăng ứng
suất nhiệt động cơ, tăng tth và bắt buộc phải giảm lượng nhiên liệu cấp cho chu
trình và do đó giảm thêm công suất của động cơ.
Các động cơ với tua bin máy nén tự do không điều chỉnh, khi tăng cản áp cần
phải giảm tải cho động cơ nhiều hơn.
Taàng caựnh daón
hửụựng (thieỏt bũ
phun)
Taàng caựnh caựnh
coõng taực
Hỡnh 9.9. Sụ ủồ ủiều chổnh thieỏt bũ phun cuỷa tua bin
1- Thieỏt bũ phun vụựi caực caựnh quay; 2- Baựnh cõng taực; f1- Thieỏt
dieọn lửu thõng cửùc tieồu khi caỷn aựp ủũnh mửực; f2- Thieỏt dieọn lửu
thõng cửùc tieồu
khi caỷn aựp taờng
9.3. ảnh hưởng của sự tăng độ giảm áp trước máy nén tăng áp tới các chỉ tiêu
làm việc của ĐCĐT
Độ giảm áp trước máy nén là do tồn tại các thiết bị tiết lưu nào đó trong hệ
thống nạp khí của động cơ. Khi hệ số cản thuỷ lực ξ không đổi, trị số giảm áp ∆P0
phụ thuộc vào tốc độ lưu động dòng khí và trọng lượng riêng của nó và do đó phụ
thuộc vào chế độ làm việc của động cơ.
(9-17)
Tác hại chính của việc giảm áp trước máy nén: tới các chỉ tiêu công
tác của động cơ được chỉ ra qua việc giảm hệ số dư lượng không khí α. Sơ đồ tăng
áp và các đặc điểm khác của động cơ có thể ảnh hưởng đến đặc tính và mức độ
thay đổi công suất và tính kinh tế của động cơ.
- Trong động cơ tăng áp kiểu ΠTK, khi số vòng quay của trục khuỷu và của
tuabin máy nén là không đổi, tăng ∆P0 (giảm P0’) dẫn đến thay đổi tương đối tỷ lệ
của áp suất không khí tăng áp PK và giảm áp suất không khí trước các xy lanh.
Sự phụ thuộc giữa PK và P0’ được giải thích bằng sự phụ thuộc của
vào tiêu hao không khí đối với các máy nén ly tâm có các đặc tính
thoải (hình 9.7).
Giảm PK và PK khi = const gây ra giảm α (công thức 9.11) và hơi tăng λ, λ
tăng chút ít là do tăng thời gian giữ chậm sự tự cháy τ i khi giảm PK, vì áp suất trong
xy lanh ở thời điểm bốc cháy nhiên liệu bị giảm và các
quá trình hoá lý chuẩn bị cho nhiên liệu tự cháy bị chậm lại.
Việc giảm hệ số dư lượng không khí gây ra giảm η i nhiều hơn (xem hình 9.3)
nếu giá trị ban đầu α 0 càng nhỏ. Khi đó thậm chí với các giá trị ban đầu như nhau
của hệ số dư lượng không khí, đặc tính thay đổi η i phụ thuộc vào giá trị ban đầu
λ 0.
Tăng λ gây ra tăng hiệu suất chỉ thị và công suất chỉ thị (hình 9.4). Giá trị ban
đầu λ 0 càng nhỏ thì mức độ tăng η i càng lớn.
Bởi vì với sự tăng ∆P0 làm giảm α dẫn đến giảm η i đồng thời gây tăng λ lại
dẫn đến tăng η i, kết quả cuối cùng sẽ phụ thuộc vào các giá trị ban đầu α 0 và λ 0.
Nếu α 0 nhỏ (cung cấp nhiên liệu cho chu trình lớn - tải trọng lớn) thì tăng
∆P0, về nguyên tắc dẫn đến giảm η i và Ni.
Nếu sự tăng ∆P0 xảy ra ở các chế độ tải trọng nhỏ khi α0 lớn có thể thấy
hiệu quả ngược lại. Bởi vì ở các giá trị ban đầu lớn của α 0 hiệu suất chỉ thị thay
đổi không đáng kể, còn ở gần với các giá trị α = 3 ÷ 5 thì η i thậm chí có thể tăng
khi α giảm, đồng thời tăng λ dẫn đến tăng η i.
Trong mọi trường hợp khi tăng độ giảm áp trước máy nén thì nhiệt độ khí xả
và các chi tiết nhóm piston - xy lanh bị tăng. Trong các trường hợp này, khi nhiệt độ
- vượt quá giới hạn cho phép, lượng nhiên liệu cấp cho cho chu trình và công suất
cần phải giảm thêm (hình 9.10).
Hình 9.10 là kết quả của một
pk,
nghiên cứu ảnh hưởng của sự tăng 2 pk
kG/cm
độ giảm áp trước máy nén rôto liên
1,40
1,35
động đến các chỉ tiêu làm việc của ηe Ne,cv
động cơ hai kỳ khi thanh răng bơm
1850
nhiên liệu ở vị trí cữ chặn và số
1800
vòng quay n đ = const. ge
ge 1750
Trong động cơ với CTK số g/cvh
170 tth tth,0C
vòng quay của tuabin máy nén có thể
165 380
không giữ được cố định. Khi giảm
∆po,kG/c
áp suất P0’ và lưu lượng nhiên liệu 340
0,01 0,03 0,05 320
chu trình không thay đổi, số vòng
0,07
quay của tuabin máy nén tự do ỡnh 9.10. Aỷnh hửụỷng cuỷa sửù taờng
H về
nguyên tắc hơi bị giảm nên trong các
ủoọ giaỷm aựp trửụực maựy neựn roõ to
điều kiện tương đương khác dẫn
đến việc giảm lieõn ủoọng
ủeỏn caực chổ tieõu laứm vieọc cuỷa
thấy rõ rệt hơn PK và PK?, điều này không có trong các động cơ với ΠTK hay với
moọt kieồu ủoọng cụ ủieõden 2 kyứ khi
tăng áp cơ khí và không tăng áp. Và hậu quả là để duy trì t th, công suất của động cơ
với tăng áp CTK cần giảm nhiều hơn là đối với các trường hợp khác.
9.4. ảnh hưởng của áp suất khí quyển đến các chỉ tiêu công tác của ĐCĐT
Khác với sự thay đổi riêng biệt của các áp suất trước máy nén (độ giảm áp
lớn) và sau tuabin (cản áp tăng), sự thay đổi áp suất khí quyển tác động đồng thời
lên áp suất trước máy nén P0’ và sau tuabin P2. Áp suất khí quyển giảm dẫn đến
giảm áp suất trước máy nén và cản áp sau tuabin.
Đối với các động cơ vận tải § (tàu hoả, ôtô - máy kéo) và các động cơ khác sử
dụng trong các điều kiện trên bộ, việc áp suất khí quyển giảm nhiều có thể liên
quan với việc nâng độ cao. Khi lên cao mỗi một km thì áp suất khí quyển bị giảm
khoảng 0,1kG/cm2 hay 76 mmHg (cho 4km đầu tiên). Tiếp tục nâng độ cao thì độ
giảm áp suất bị chậm lại.
- ntk(v/ph)
56000 ntk
54000 πk
52000 2,1 pk(kG/c
50000 2,0 m2) α
pk πk 1,9 2,0 2,1
(kG/cm2) pk 2,0
1,9
1,8 1,8 α 1,9
1,7 pk tk, txl 1,7 1,8
1,6 (0C) 1,6 1,7
1,5 tk 100 Nk, Nk 1,6
1,4 80 1,5
NT(cv)
1,3 60 1,4
txl 1400 NT
αΣ 40 Ne(cv)
1300
2,2 Ne(cv) 1200 6000
αΣ Ne
2,1 140 1100 5900
2,0 136 1000 5800
tth
ge(kg/cvh Ne 132 tth(0C)
128 600 ge(kg/cvh
)
0,185 ge 124 ge )
0,180 120 500 0,175
0,175 116 500 600 700 0,170
tth(0C) 112 p0(mmHg)
tth 108 Hỡnh 9.12. Aỷnh hửụỷng cuỷa
520 aựp suaỏt khớ quyeồn tụựi caực
104
500 chổ tieõu cuỷa ủieõden vụựi?TK
480 khi
k
= const, n = const
4600,75 0,80 0,85 0,90 0,95
1,0 p0(kG/cm2)
Hỡnh 9.11. Aỷnh hửụỷng cuỷa aựp suaỏt
khớ quyeồn tụựi caực chổ tieõu cuỷa
ủieõden
vụựi CTK khi n = const
=
= const; t0 = const
ở Ttên biển thì nguyên nhân thay đổi áp suất khí quyển là các điều kiện thời
tiết. Khi áp suất khí quyển trung bình là 760 mmHg (1,03 kG/cm2) thì dao động áp
- suất khí quyển xảy ra trong các giới hạn từ 700 ÷ 780 mmHg (0,95 ÷ 1,06
kG/cm2).
Khi áp suất khí quyển thay đổi trong giới hạn trên và duy trì không đổi lượng
nhiên liệu cấp cho chu trình thì công suất động cơ thay đổi không đáng kể (hình
9.11 và 9.12).
Trong động cơ với tăng áp kiểu CTK: Khi giảm áp suất khí quyển, nguyên
nhân là số vòng quay tuabin máy nén tăng rõ rệt do đó làm tăng tỷ số tăng áp của
máy nén ΠK = và đưa đến sự bù trừ một phần tổn thất áp suất (P K = ΠK.P0’) và
trọng lượng riêng không khí tăng áp.
Trong động cơ với ΠTK số vòng quay của tuabin máy nén không thay đổi và
áp suất tăng áp bị giảm dần tỷ lệ với áp suất khí quyển. Nhưng do tăng nhiệt độ
khí xả trước tuabin nên công suất tuabin sinh ra giảm chậm hơn công suất máy nén
tiêu thụ, điều đó dẫn đến giảm các tổn thất cơ khí.
Đồng thời với sự tăng nhiệt độ khí xả trước tuabin, quan sát thấy cả sự tăng
nhiệt độ của piston. Nếu ở chế độ ban đầu, các đại lượng này đã đạt được các giá
trị cho phép giới hạn thì khi giảm P0 cần thiết phải giảm lượng nhiên liệu cấp cho
chu trình. Trên hình 9.12 đường nét đứt biểu thị sự giảm cần thiết công suất động
cơ với CTK trong trường hợp giảm áp suất khí quyển khi giữ nhiệt độ khí xả
không đổi trước tuabin.
9.5. ảnh hưởng của sự tăng nhiệt độ không khí môi trường tới các chỉ tiêu
công tác của ĐCĐT
Nhiệt độ không khí trước máy nén t0’ có thể khác xa nhiệt độ không khí bên
ngoài t0 vào động cơ do nó bị các hệ thống và cơ cấu động cơ sấy nóng.
Giá trị sấy nóng phụ thuộc vào các đặc điểm kết cấu của hệ thống nạp khí
vào động cơ, vào sự bố trí bộ phận dẫn không khí đối với động cơ, vào chế độ làm
việc của động cơ… Sự sấy nóng phụ này của không khí khoảng từ 2 ÷ 30C cho
đến 10 ÷ 150C.
Nhiệt độ thực tế của không khí bên ngoài ở Việt nam có thể bị thay đổi từ
+60C đến + 400C hay lớn hơn. Trong khoang máy nhiệt độ có thể đạt đến +500C.
- Trong động cơ với ΠTK, tăng nhiệt độ không khí trước máy nén làm tăng
nhiệt độ không khí tăng áp theo phương trình:
(9.18)
Trong đó: k- Chỉ số đoạn nhiệt của không khí.
- Hiệu suất đoạn nhiệt của máy nén.
Tăng T0’ khi vòng quay máy nén cố định dẫn đến giảm ΠK là do khối lượng
pk(kG/c
2
nk(v/ph ntk
m) pk p (kG/c
riêng không khí ở đầu vào tk, txl(các lực khối lượng bị pk ảm. k
và 0C) ) gi
2,2
2,0 phầnt thoải của các đặc tính, sự 50000 K được đánh giá nhờ)công thức
Trên 140 giảm Π
m2
100 46000 T 1,7
k
công nén riêng. Đối với máy nén ly tâm, công nén riêngk khi nK = const 1,6c tế không
tk (0C) thự
Gkk(Kg/ txl 60
thay đổi. 20 100
s)
1,6 80 αΣ αΣ
1,4 α α 60
1,2 2,6 (9.19) 1,9
λ 40 1,8
2,4 T ’ dẫn đến giảm Π và kết quả làm giảm
Công thức trên cho thấy rằng, tăng 0 ηK
2,2 ηT T 1,7
λ ηT
trọng lượng riêng không khí sau máy nén:
1,6 0,43 Ne(cv)
1,5 0,42 Ne 142
ηT Ne Ne(cv) t ( C) 140
th 0 (9.20)
0,44 6100 330 t 138
Điều này g ảy ra không chỉ do tăng nhiệt độ không khí, thmà cả theo nguyên
0,42 x 6000
e 320
nhân giảm áp suất PK. 5900
ge(kg/cvh 5800 pz(kG/cm
Việc giảm hiệu suất chỉ thị và công suất là do giảm hệ số dư lượng không khí
pz pz
2
) 0 )
α (hình 9.13). Độ giảm không lớn tbởiC) sự tăng tK và sự giảm PK tác (kg/cvh τ i
th
( vì
ge động lên
0,170 45
tth 400 g
ược nhau, đặc biệt khi có bầu làm mát khí trung gian thì thay đổie không đáng kể.
ng0,160
300 90 )
pk(kG/c 10 20 vớ ΠTK ph 60
Hình 9.13 chỉ ra Sự thay đổi các chỉ tiêu động cơ hai kỳ30 i 40 50ụ thuộc
0,190
0
t0( C)
vào không khí trước máy nén 20 10 const, nđHỡnh 9.14.khi độ ẩm không khí cố
40 20 0 khi = = const và Aỷnh hửụỷng
t0(0C)
địHỡ(tính trên Sửù thayđiện tử).ực chổ
nh nh 9.13. máy tính ủoồi ca nhieọt ủoọ khoõng khớ
tieõu ủieõden 2 kyứ vụựi?TK phuù trửụực maựy neựn tụựi
thuoọc vaứo nhieọt ủoọ khoõng khớ caực chổ tieõu cuỷa ủieõden
t ửụực maựy neựn khi = const, n =
tr v ụựi CTK khi = const,
v
const vaứ khi ủoọ aồm khoõng khớ n = const vaứ khi ủoọ
coỏ ủũnh aồm khoõng khớ coỏ ủũnh
- Trong động cơ với tăng áp CTK, hình ảnh chung của sự thay đổi các chỉ tiêu
khi tăng t0’ và = const rất giống với trường hợp khảo sát ở trên cho động cơ
tăng áp ΠTK.
Như kết quả thực nghiệm xác định ở hình 9.14 khi vị trí thanh răng bơm nhiên
liệu cố định ( = const), không quan sát được sự thay đổi lớn nào của vòng quay
tuabin máy nén dù rằng về nguyên tắc nó có thể thay đổi. Khi tăng vòng quay
tuabin máy nén dường như ảnh hưởng của nhiệt độ không khí bên ngoài tới công
nguon tai.lieu . vn
