Đề xuất giới hạn độ giảm tỉ số nén cho động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Số 1/2021
ĐỀ XUẤT GIỚI HẠN ĐỘ GIẢM TỈ SỐ NÉN
CHO ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY CHÍNH TÀU CÁ VIỆT NAM
PROPOSED COMPRESSION REDUCTION LIMIT FOR COMPRESS IGNITION ENGINE
OF VIETNAMESE FISHING VESSELS MACHINE
Phùng Minh Lộc1, Phạm Trọng Hợp1, Mai Đức Nghĩa2
1Trường Đại học Nha Trang
2Trường Sĩ Quan Không quân
Tác giả liên hệ: Phùng Minh Lộc (Email: [email protected])
Ngày nhận bài: 28/01/2021; Ngày phản biện thông qua: 04/03/2021; Ngày duyệt đăng: 29/03/2021
TÓM TẮT
Với động cơ diesel - nhiên liệu tự bốc cháy do quá trình nén, vì vậy, tỉ số nén quyết định hiệu suất và công
suất của động cơ. Do hao mòn, tỉ số nén tất yếu giảm, bài báo này đề xuất giới hạn độ giảm đó trên cơ sở sự
sụt giảm công suất cho phép.
Từ khóa: Tỉ số nén, động cơ diesel tàu cá, công suất, hiệu suất.
ABSTRACT
Characteristics of a diesel engine – that the fuel ignites itself by the compression process. Therefore, the
compression ratio determined the engine's efficiency and power. Compression ratio decreases due to wear. This
article proposed the levels of limit based on the decrease of maximum allowable power.
Keywords: Compression ratio, fishing vessel diesel engine, power, efficiency.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
máy. Về quản lý kỹ thuật, chưa xây dựng các
tiêu chuẩn, quy phạm, quy trình kiểm tra an
toàn kỹ thuật máy chính (chủ yếu dựa vào quy
chuẩn của tàu giao thông).
Vì điều này, bài báo sẽ trình bày kết quả
nghiên cứu về độ giảm tỉ số nén cho phép của
động cơ diesel, làm cơ sở đề xuất tiêu chuẩn
phục vụ đăng kiểm máy chính tàu cá nước ta.
Đăng kiểm là cơ quan nhà nước có chức
năng kiểm tra, giám sát, xác nhận việc tuân
thủ các tiêu chuẩn bảo đảm an toàn vận hành
các phương tiện cơ giới đường bộ và đường
thủy, an toàn của người và hàng hóa ở trên các
phương tiện đó. Đăng kiểm tàu cá thực hiện
việc quản lý kỹ thuật, kiểm tra an toàn kỹ thuật
từ khi thiết kế, đóng mới đến quá trình khai
thác, nhằm đảm bảo an toàn cho người và tàu
cá trong những điều kiện nhất định. Tàu cá có
chiều dài từ 12 mét trở lên, lắp máy có tổng
công suất máy chính từ 20 CV trở lên thuộc
diện phải đăng kiểm.
II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ
PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
1. Đối tượng nghiên cứu:
Mối quan hệ giữa công suất với tỉ số nén
của động cơ diesel.
Hiện nay, vấn đề tổ chức, xây dựng lực
lượng, đầu tư cơ sở vật chất phục vụ công tác
đăng kiểm tàu cá nói chung và máy chính nói
riêng trong hệ thống cơ quan đăng kiểm tàu cá
chưa được quan tâm thỏa đáng. Công tác kiểm
tra an toàn kỹ thuật máy chính gần như không
có thiết bị kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật,
diễn biến về an toàn kỹ thuật và tuổi thọ của
2. Phương pháp nghiên cứu:
- Lý thuyết về chu trình và thông số công
tác của động cơ diesel.
- Thực nghiệm trên bệ thử: Động cơ hãng
Yanmar - 4CHE là một trong những động cơ
thủy được sử dụng nhiều cho tàu cá, có các
thông số kỹ thuật phù hợp với đối tượng nghiên
cứu.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 43
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Số 1/2021
III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO
LUẬN
Nghiên cứu này tập trung về thông số phản
ánh độ kín buồng cháy, đó là:
Tỉ số nén ε = V / Vc (1)
a
1. Cơ sở lý thuyết
Áp suất cuối quá trình nén pc = pa.εn1 (2)
Với động cơ diesel, giá trị của tỉ số nén
trong khoảng ε = (13 – 21). Qua điều tra, tỉ số
nén của các động cơ diesel máy chính tàu cá
tại một số tỉnh Nam Trung bộ dao động trong
khoảng từ (16 – 17) (Bảng 1) [1]
Các thông số chu trình công tác của động
cơ diesel đặc biệt là công suất và suất tiêu hao
nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào thông số hệ
thống nạp, độ kín buồng cháy và thông số hệ
thống phun (hình 1) [5].
Hình 1. Sơ đồ mô tả chu trình công tác của động cơ diesel.
Bảng 1.Tỉ số nén động cơ diesel tàu cá
TT
Hãng
Mã hiệu
6D22
Tỉ số nén
17
1
Mitsubishi
6D
16
S6BF-MTK
6CHE
6TY120
4LH-HT
N14
NTC
6BT
6M
6D
6M125A
6D2366
V158TIE
DE12
17
16,4
16
17
17
17
17
17
17
17
17
17
17
2
3
4
5
Yanmar
Cummins
Komatsu
Daewoo
44 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Số 1/2021
Tỉ số nén hình học thay đổi không nhiều
theo thời gian, nhưng tỉ số nén thực tế giảm
do hao mòn làm hở buồng cháy tại: Piston xéc
măng và lót xylanh, xupáp và đế xupáp, gioăng
nắp xi lanh.
Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để sinh
ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị
thời gian được gọi là lượng tiêu hao nhiên liệu
riêng có ích, gọi tắt là suất tiêu hao nhiên liệu
có ích (ge). Đơn vị là g/kW.h. Có thể tính suất
tiêu hao nhiên liệu bằng công thức sau [4]:
thay đổi và ngược lại (công thức 2). Thay đổi
tỉ số nén do sự gia tăng thể tích buồng cháy bởi
hao mòn hay nguyên nhân nào khác đều làm
thay đổi quá trình cháy dẫn đến thay đổi công
suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ.
Độ lệch nhỏ của tỉ số nén của động cơ diesel
máy chính tàu cá của các hãng phổ biến (bảng
1), là điều kiện thuận lợi để nghiên cứu thực
nghiệm đề xuất giới hạn độ giảm cho phép.
2. Kết quả thực nghiệm
Nghiên cứu này được thực hiện trên phanh
thủy lực, phòng thí nghiệm động cơ Trường
Đại học Nha Trang. Động cơ thử nghiệm là
động cơ diesel thủy Yanmar - 4CHE, 4 xy lanh,
phun trực tiếp của hãng Yanmar có kết nối bộ
đo tiêu thụ nhiên liệu, hệ thống phanh thủy lực
và bộ đo công suất Dynomite 13 dual - rotor
của hãng Land – Sea, Hoa Kỳ (hình 2). Thông
số chính của động cơ trình bày trong bảng 2.
Quá trình thực nghiệm được thực hiện như sau:
Thay đổi gioăng nắp xi lanh để thay đổi tỉ số
nén và tiến hành đo giá trị đo và suất tiêu hao
nhiên liệu tăng tương ứng với độ giảm công
suất đến ngưỡng 15% [3].
(3)
Trong đó:
Ah: Diện tích mặt cắt lỗ phun, [cm2];
ρl: Khối lượng riêng nhiên liệu, [g/cm3];
Cd: Hệ số giãn dòng của vòi phun, [-];
pc: Áp suất cuối kỳ nén, [bar];
pinj: Áp suất phun nhiên liệu, [bar];
Ne: Công suất có ích của động cơ, [kW].
Công thức (3) cho thấy, ge và Ne phụ thuộc
vào nhiều yếu tố, trong đó có pc. Hiển nhiên,
khi tỉ số nén thay đổi thì áp suất trong xy lanh
Bảng 2. Thông số động cơ thực nghiệm.
Thông số
Kiểu buồng cháy/ phun nhiên liệu
Số xilanh
Động cơ 4CHE
Thống nhất/ phun trực tiếp
4
Đường kính xilanh x hành trình piston (mm)
Công suất định mức (Hp/rpm)
Tỉ số nén
105x125
70/2300
16,4
Tốc độ thử nghiệm (rpm)
Áp suất phun (bar)
1400
220
Để xác định độ giảm tỉ số nén, sử dụng
phương pháp mở rộng thể tích buồng cháy
bằng cách thay đổi chiều dày gioăng giữa khối
xy lanh và nắp xi lanh. Thứ tự các gioăng dùng
trong tính toán sự thay đổi thể tích buồng cháy
bao gồm các gioăng có chiều dày: b0, b1, b2,
b3, b4. Trong đó, b0 là gioăng nguyên mẫu của
động cơ. Tương ứng với mỗi gioăng sẽ tính
được tỷ số nén gồm: ε0, ε1, ε2, ε3, ε4. Các giá
trị chiều dày gioăng áp dụng trong tính toán và
phục vụ thực nghiệm đều có trên thị trường và
đảm bảo được mức độ thay đổi lân cận của tỷ
số nén ≤ 5% (bảng 3) [2].
Thực nghiệm được tiến hành dựa trên cơ
sở lý thuyết về xây dựng các đường đặc tính,
về số điểm đo cũng như độ tin cậy của giá trị
đo tại mỗi điểm. Thời gian ghi nhận số liệu cho
một lần đo trên 1000 chu kỳ, số liệu thu được
cho một lần đo là trung bình của các giá trị có
tần suất xuất hiện nhiều nhất trong thời gian
ghi nhận.
Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên
liệu theo 5 trường hợp tỷ số nén (bảng 3) thể
hiện trong bảng 4.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 45
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Số 1/2021
Hình 2. Sơ đồ bố trí thí nghiệm.
Bảng 3. Tổng hợp kết quả tính toán về sự thay đổi tỷ số nén.
Tỷ số nén
Giá trị
16,40
15,86
15,50
15,10
14,64
Gioăng Độ giảm tỷ số nén
ε0
ε1
ε2
ε3
ε4
b0
b1
b2
b3
b4
0
-3,53%
-5,50%
-8,53%
-10,72%
Khi tỉ số nén giảm, áp suất và nhiệt độ cuối
quá trình nén giảm, vận động xoáy lốc yếu,
nhiên liệu khó bay hơi... dẫn đến quá trình hình
thành hỗn hợp cháy và cháy nhiên liệu xấu đi.
Nhiên liệu cháy không hoàn toàn và cháy rớt
trên đường dãn nở, khiến giảm hiệu suất nhiệt,
dẫn đến giảm công suất, tăng suất tiêu hao
nhiên liệu theo công thức (3).
Bảng 4. Công suất và suất tiêu hao nhiên liệu thay đổi theo độ giảm tỉ số nén.
Độ giảm tỉ số nén
so với nguyên mẫu (%)
0 (nguyên mẫu)
Độ giảm
công suất (%)
0
Độ tăng suất tiêu hao
nhiên liệu (%)
0
-3,53%
-5,50%
-8,53%
-10,72%
- 3,74
- 8,04
- 9,96
- 15,08
+ 3,89
+ 8,75
+ 11,06
+ 17,77
46 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản
Số 1/2021
Kết quả tại bảng 4 cho thấy, khi giảm tỉ số
nén đến 10,7%, thì công suất giảm trên 15% và
suất tiêu hao nhiên liệu tăng đến khoảng 18%.
Nghĩa là, máy chính tàu cá:
suất so với công suất thiết kế lên đến (25-30)%.
Điều đó dẫn đến công suất không đáp ứng năng
lương yêu cầu của liên hợp vỏ tàu và chân vịt,
tàu sẽ gặp nguy hiểm khi dông gió.
(1) Không phát đủ công suất yêu cầu, cần
lưu ý rằng, độ giảm công suất này không phải
là so với công suất thiết kế mà là công suất quy
đổi.
TCVN 1685-75 quy định cách quy đổi công
suất của động cơ diesel không tăng áp như sau:
(2) Tiêu hao nhiên liệu lớn, giá thành sản
phẩm tăng cao, đặc biệt khi khai thác xa bờ.
IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
1. Kết luận
Khi giảm áp suất cuối kỳ nén thì công suất
giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên. Để công
suất động cơ diesel máy chính tàu cá không sụt
giảm quá 15% so với công suất quy đổi, mức
độ cho phép giảm tỉ số nén nên giới hạn không
quá 10%.
Tỉ số nén tại thời điểm kiểm tra dễ dàng xác
định theo công thức (2), khi đo áp suất cuối kỳ
nén pc với chỉ số nén đa biến trung bình trong
khoảng n1= (1,32 - 1,34) [5].
(4)
trong đó :
Neq: công suất quy đổi, [kW]
Ne: công suất đo được khi thí nghiệm, [kW]
B: áp suất khí quyển trong khi thí nghiệm,
[mm Hg]
Pn: phần áp suất của hơi nước trong không
khí ẩm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tương
đối của không khí tại phòng thí nghiệm, [mm
Hg]
t: nhiệt độ của không khí trong phòng thí
nghiệm được đo ở khoảng cách 1,5 m từ
miệng hút không khí của động cơ, [ºC]
Với nhiệt độ và độ ẩm cao của khí hậu nước
ta, công suất quy đổi có thể nhỏ hơn công suất
đo từ (10-15)%, như vậy tổng độ sụt giảm công
2. Kiến nghị
Kế thừa nghiên cứu này, có thể đề xuất
nghiên cứu giới hạn các thông số của hệ thống
phun nhiên liệu như hình 1.
Cơ quan đăng kiểm tàu cá thuộc Tổng cục
Thủy sản, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông
thôn cần sớm tổ chức xây dựng quy chuẩn an
toàn kỹ thuật cho động cơ diesel máy chính tàu
cá Việt Nam.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
1. Phùng Minh Lộc (2020), Khảo sát các thông số kiểm định động cơ diesel máy chính tàu cá, Báo cáo khoa
học đề tài NCKH cấp Bộ, mã số B2020-TSN-02.
2. Trần Văn Thông (2017), Nghiên cứu ảnh hưởng của áp suất cuối kỳ nén đến tính năng kỹ thuật của động cơ
diesel, Luận văn thạc sĩ, Trường đại học Nha Trang.
3. Nguyễn Tất Tiến (2004), Giáo trình Kỹ thuật sửa chữa ô tô, máy nổ, Nhà xuất bản Giáo dục.
4. Hồ Đức Tuấn, Mai Đức Nghĩa (2019), Nghiên cứu đề xuất bộ thông số chẩn đoán trạng thái kỹ thuật cho
máy chính tàu cá Việt Nam, Tạp chí Khoa học và Công nghệ thủy sản số 01/2019.
Tiếng Anh
5. Carten Baumgarten, 2006. Mixture formation in internal cobustion engines, Germany.
TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 47
5 trang
14460
Free
Bạn đang xem tài liệu "Đề xuất giới hạn độ giảm tỉ số nén cho động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- de_xuat_gioi_han_do_giam_ti_so_nen_cho_dong_co_diesel_may_ch.pdf
