Báo cáo bài tập lớn môn Thiết kế động cơ đốt trong - Đề tài: Hệ thống làm mát

Nội dung text: Báo cáo bài tập lớn môn Thiết kế động cơ đốt trong - Đề tài: Hệ thống làm mát

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC: THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG Đề tài : HỆ THỐNG LÀM MÁT GVHD: HỒNG ĐỨC THÔNG Nhóm: A02 SVTH: Nguyễn Ngọc Trí 1414221 Trương Đình Hồng Phúc 1412984 Nguyễn Đức Toàn 1414052 Đỗ Tấn Vững 1414784 Nguyễn Võ Hoàn Vũ 1414761 TP.Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2016
2. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông 1. Điều kiện làm việc và yêu cầu 1.1. Nhiệm vụ và vai trò của hệ thống làm mát: - Nhận nhiệt từ khí cháy truyền qua thành buồng cháy ( thông qua chất làm mát ) để đảm bảo nhiệt độ động cơ không quá nóng và không quá nguội và duy trì nhiệt độ dầu bôi trơn trong một phạm vi nhất định để có thể bôi trơn tốt nhất. - Ảnh hưởng của hệ thống làm mát đến động cơ: Làm mát không đủ, động cơ quá nóng: + Làm giảm sức bền, độ cứng vững và tuổi thọ + Mất khả năng bôi trơn của dầu bôi trơn, ma sát tăng + Gây kẹt bó piston trong xy lanh + Giảm hệ số nạp gây giảm công suất động cơ + Gây kích nổ (động cơ xăng) Làm mát quá nhiều, động cơ quá nguội: + Tổn thất năng lượng nhiều + Độ nhớt tăng, bôi trơn giảm, ma sát tăng 1.2. Điều kiện làm việc: - Chịu nhiệt độ cao ( bơm nước, van hằng nhiệt, đường ống dẫn, két nước, áo nước, nước làm mát, quạt tản nhiệt ) - Chịu ảnh hưởng từ nhiệt độ môi trường (két nước, nước làm mát, áo nước) - Chịu oxy hóa, ăn mòn ( bơm nước, các ống truyền nhiệt ở két nước, áo nước, đường ống dẫn ) - Bị đóng cặn, cáu bẩn gây tắc do dùng nước làm mát không đúng có tạp chất ( áo nước, thành xy lanh, ống dẫn nước, két làm mát ) làm giảm hiệu suất truyền nhiệt 1.3. Yêu cầu: - Đảm bảo động cơ làm việc ở mọi chế độ và mọi điều kiện khí hậu khác nhau - Tiêu hao công suất làm mát tương đối thấp. - Hiệu suất trao đổi nhiệt cao. - Đảm bảo nhiệt độ động cơ trong phạm vi cho phép (không quá nóng và không quá nguội) - Nước làm mát phải sạch, không lẫn tạp chất và các chất ăn mòn kim loại, có khả năng trao đổi nhiệt tốt,có độ nhớt thích hợp để giảm rò rỉ - Sự chênh lệch về nhiệt độ giữa nước vào làm mát cho động cơ và nước ra không được lớn. Nếu sự chênh lệch này quá lớn sẽ gây ứng suất nhiệt - Các thiết bị như đường ống, nhiệt kế phải hoạt động chính xác, an toàn và tin cậy - Đường đi của nước làm mát phải lưu thông được dễ dàng, không bị tắc, không có góc đọng - Yêu cầu chung: + Kết cấu hệ thống làm mát phải gọn nhẹ đơn giản, dễ chế tạo, tháo lắp, sửa chửa, có phụ tùng thay thế, đảm bảo thoát nhiệt tốt, giá thành hợp lí 1
3. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông  Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi: 1. Thân máy 2. Pit tông. 3. Thanh truyền. 4. Hộp các te trục khuỷu. 5. Thùng nhiên liệu. 6. Bình bốc hơi. 7. Nắp xi lanh Hình 1: Hệ thống làm mát kiểu bốc hơi Ưu điểm: có cấu tạo đơn giản Nhược điểm: do làm mát kiểu bốc hơi, nên nước trong thùng sẽ giảm đi dữ dội, tiêu hao nhiều nước và làm thành xylanh hao mòn không đồng đều. Ứng dụng: ít được sử dụng trên động cơ ô tô, thường sử dụng ở động cơ tĩnh tại, máy nông nghiệp.  Hệ thống làm mát bằng nước, kiểu đối lưu tự nhiên: 1.Thân máy. 6. két nước. 2. Xi lanh. 7. Không khí 3. Nắp xi lanh. làm mát. 4. Đường nước 8. Quạt gió ra két nước 9. Đường nước 5. Nắp để rót vào động cơ nước Hình 2:Hệ thống làm mắt bằng nước kiểu đối lưu tự nhiên Ưu điểm: Kết cấu đơn giản, ít tốn công chăm sóc bảo dưỡng, sửa chữa, giá thành thấp. Nhược điểm: Tốc độ lưu động của nước nhỏ nên làm nhiệt độ của nước vào và ra chênh lệch lớn, thành xy lanh được làm mát không đều. 3
4. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông Nhược điểm: Nhiệt độ của nước phải giữ trong khoảng 50 ÷ 60oC để giảm sự đóng cặn ở thành xy lanh, nhưng nhiệt độ này làm mát không đều làm ứng suất nhiệt của các chi tiết tăng lên. Ứng dụng: Được sử dụng nhiều trên động cơ tàu thủy.  Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn hở 2 vòng: 1. Thân máy. 2. Nắp xi lanh. 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. Hình 6: Hệ thống làm mát bằng nước cưỡng bức tuần hoàn hở 2 vòng Ưu điểm: Làm mát trực tiếp két nước, nước được làm mát tốt hơn, tăng hiệu suất làm mát. Nhược điểm: kết cấu rất phức tạp. Ứng dụng: Sử dụng hầu hết trong động cơ của tàu thủy 2.3. Chọn loại bơm nước:  Bơm ly tâm: 1- Puly, 2- Then bán nguyệt, 3- Trục bơm, 4- Vú mỡ, 5- Vòng chặn , 6- Lò xo, 7- Bánh công tác, 8- Đai ốc, 9,10- Ổ bi, 11- Thân bơm, 12- Bulông, Hình 7: bơm ly tâm 5
5. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông  Bơm cánh hút: Hình 9 : Bơm cánh hút 1- Cửa hút; 2- Cửa thoát; 3,6- Ổ trục bơm; 4,5- Hai nửa thân bơm, 7- Bánh công tác; 8- Rãnh chứa nước; 9- Trục bơm; 10- Bánh răng côn. Ưu điểm: kết cấu đơn giản, làm việc ít ồn, có khả năng điều chỉnh được lưu lượng Nhược điểm: hiệu suất bơm thấp, so với bơm ly tâm thì thua kém 3÷4 lần. Ứng dụng: Thường được dùng trong mạch ngoài của hệ thống làm mát của động cơ tàu thủy  Bơm guồng: Hình 10: Bơm guồng 1-Nắp bơm; 2-Rãnh xoắn ốc; 3- Bánh công tác; 4- Vỏ bơm; 5-Vòng phớt; 6- Ổ bi; 7-Cửa thoát; 8- Rãnh xoắn ốc; 9- Rãnh guồng; 10- Cánh guồng; 11- Cửa hút; 12- Bánh răng dẫn động; 13- Lò xo. 7
6. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông Nhược điểm: diện tích tản nhiệt bé hơn ống dẹt. Ứng dụng: được sử dụng phổ biến trong các loại két nước của xe vận tải và máy kéo. 3. Thiết kế bố trí chung Bố trí chung hệ thống làm mát bằng nước Hình 13: Bố trí chung hệ thống làm mát bằng nước Bản vẽ bố trí chung: Bao gồm các kích thước bao và kích thước chính yếu Hình 14 – Bản vẽ bố trí chung hệ thống làm mát 9
7. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông + Van hằng nhiệt: Thường không tính toán sơ bộ vì thông thường được sử dụng chung một nhiệt độ mở van và lưu lượng nước qua van (thường lấy nhiệt độ chuẩn là 750C) + Nắp két nước: Cũng không được tính toán sơ bộ vì dùng chung một áp suất đóng mở van 4. Thiết kế kỹ thuật 4.1. Nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống làm mát 푄푙 = 푄0 − (푄푒 + 푄푡ℎ + 푄 ℎ + 푄đ + 푄 푙) 푄푙 : nhiệt lượng cung cấp cho hệ thống làm mát (J/s) 푄0 : nhiệt lượng sinh ra do quá trình đốt nhiên liệu (J/s) 푄푒 : nhiệt lượng tương đương với công có ích của động cơ (J/s) 푄푡ℎ : nhiệt lượng tổn thất do khí thải (J/s) 푄 ℎ : nhiệt lượng tổn thất do cháy không sạch (J/s) 푄đ : nhiệt lượng truyền cho dầu bôi trơn (J/s) 푄 푙 : tổn thất nhiệt lượng khác (J/s) Phần trăm nhiệt lượng tiêu hao cho hệ thống làm mát 푄푙 푞푙 = . 100% 푄0 Những yếu tố ảnh hưởng 퐹 - Tỷ số vời F là diệt tích bề mặt, v là thể tích xylanh, tỷ số này tăng thì qlm 푣 tăng, và ngược lại - Thành phần chất đốt - Nhiệt độ trung bình của nước làm mát - Tùy thuộc vào loại động cơ (tăng áp hay giảm áp) - Nguyên liệu chế tạo động cơ 11
8. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông - Từ nước nóng đến mặt thành ống bên trong: 푄푙 = 훼1퐹1(푡푛 − 푡훿1) - Qua thành ống 휆 푄 = 퐹 (푡 − 푡 ) 푙 훿 2 훿1 훿2 - Từ mặt ngoài của thành ống đến không khí 푄푙 = 훼2퐹2(푡훿2 − 푡 ) Với các phương trình trên ta có thể suy ra: 1 푄 = 퐹 (푡 − 푡 ) = 퐹 (푡 − 푡 ) 푙 1 퐹 훿 퐹 1 2 푛 2 푛 . 2 + . 2 + 훼1 퐹1 휆 퐹1 훼2 Với : Qlm - nhiệt lượng của động cơ truyền cho nước mát bằng với nhiệt lượng của nước dẫn qua bộ tải nhiệt (J/s). 2 훼1 - hệ số tải nhiệt của nước làm mát đến thành ống bộ tản nhiệt (W/m .độ). 2 훼2 - hệ số tải nhiệt của thành ống của bộ tản nhiệt vào không khí (W/m .độ). 휆 - hệ số dẫn nhiệt của vật liệu làm ống dẫn (W/m2.độ). 훿 - chiều dày của thành ống (m). 2 F1 - diện tích tiếp xúc với nước nóng (m ). 2 F2 - diện tích tiếp xúc với không khí (m ). t - nhiệt độ . 1 퐹 훿 퐹 1 = . 2 + . 2 + là hệ số tải nhiệt của két nước. 훼1 퐹1 휆 퐹1 훼2 퐹 Tỷ số 휑 = 2 là hệ số diên tích , 휑 = 3 − 6 đối với loại két nước dùng ống dẹp 퐹1 (푡 +푡 ) Nhiệt độ trung bình của nước làm mát : 푡 = 푛 푛푣 푛 2 Với tnr ,tnv là nhiệt độ nước ra và vào của két nước có thể lấy gần bằng nhiệt độ nước ra vào của động cơ. 푡 +푡 Nhiệt độ trung bình của không khí : 푡 = 푣 2 o Với nhiệt độ không khí vào (tkkv) bộ tản nhiệt lấy bằng 49 C. chênh lệch nhiệt độ không khí ra vào khoảng 20-30 oC. 2 Hệ số 훼1 được lấy từ thực nghiệm, nằm trong khoảng 2326-4070 W/m .độ Hệ số 훼2 phụ thuộc vào tốc độ gió ra vào két nước. Khi tốc độ không khí 휔 = 2 5 − 60 /푠 thì 훼2= 40,6-303W/m .độ 13
9. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông Lưu lượng của bơm nước: = 푛 휂 Với 휂 = 0,8 − 0,9 : là hệ số tổn thất của bơm. Hình 17:Quan hệ giữa cột nước và vận tốc Xác định kích thước chủ yếu của bơm căn cứ vào chuyển động của chất lỏng, đối với bơm ly tâm chất lỏng đồng thời tham gia hai chuyển động 1- Chuyển động theo : nước quay cùng cánh bơm với vận tốc ⃗ 2- Chuyển động tương đối với hướng tiếp tuyến với cánh quạt: có vận tốc 휔⃗⃗  Chuyển động tuyệt đối của chất lỏng : = ⃗ + 휔⃗⃗ Lỗ nước vào của bơm phải đảm bảo lượng nước cung cấp, kích thước được tính 2 2 bằng: 1 = ( 1 − 0 ) = 1휌푛 r1 – bán kính trong của bánh cộng tác (m) r0 – bán kính của bánh cộng tác (m) c1 – vận tốc tuyệt đội của nước khi vào cánh (khoảng 2-5 m/s) 3 휌푛 – mật độ nước ( / ) 2  1 = √ + 0 1휌 푛 2  2 = - bán kính ngoài của bánh cộng tác 휔 Chiều cao cánh quạt ở lối vào và lối ra được xác định bởi công thức: 15
10. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông Khi tính đế vận tốc gió đi qua động cơ cần lưu ý đến ảnh hưởng của vận tốc ô tô đối với vận tốc gió. Thường lưu lượng gió thực tế thường lớn hơn lưu lượng gió tính toán Gkk. Lưu lượng của quạt gió Gq phụ thuộc vào độ lớn của quạt, có thể xác định bằng công thức: 1 = 휌 (푅2 − 2). 푛 . . 푍휂 √푠푖푛훼. 표푠훼 푞 푞 60 3 휌 = 11,76 - khối lượng của không khí ( / ). 푅, – bán kính ngoài và bán kính trong của quạt (m). b – chiều rộng cánh (m). 푛푞 – số vòng quay của quạt (vg/ph). 훼 – góc ngiêng của cánh. 푍− số cánh. 휂 – hệ số tổn thất tính đến sức cản của dòng không khí qua cửa ra dưới nắp đầu xe. Hinh 19: Ảnh hưởng của vận tốc xe đối với lưu lượng gió qua quạt Công suất tiêu thụ dể dẫn động quạt gió được xác định bởi công thức: 푍푛3 (푅4 − 4) sin2 훼 = 푞 푊 푞 2 804 000 5. Thiết kế công nghệ. Là quá trình đưa ra các công đoạn sản xuất, kèm theo đó là các máy móc, dụng cụ, trang thiết bị và trình độ nhân lực sản xuất. 17
11. HỆ THỐNG LÀM MÁT TRÊN ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG GVHD: Hồng Đức Thông Tài liệu tham khảo [1] Hồ Tuấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Phạm Văn Thể, Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong – Tập 2, Nhà xuất bản Giáo dục, 1996 [2] Hồ Tuấn Chuẩn, Nguyễn Đức Phú, Trần Văn Tế, Nguyễn Tất Tiến, Kết cấu và tính toán Động cơ đốt trong – Tập 3, Nhà xuất bản Giáo dục, 1996 19