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

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

1. ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP. HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KỸ THUẬT GIAO THÔNG BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN MÔN HỌC THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ ĐỐT TRONG ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ HỆ THỐNG LÀM MÁT NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN: 1. PHẠM ĐÌNH HIỆP_1411263 2. LÊ ĐÌNH DUY_1410561 3. HUỲNH CAO TOẠI_1414078 4. NGHIÊM PHAN THIỆN QUÂN_1413138 5. VŨ LÊ BẢO_1410251 6. NGUYỄN TIẾN ĐẠT_1410827 GVHD: HỒNG ĐỨC THÔNG TP. HCM THÁNG 11/2016 1
2. 1.1 Xác định tốc độ trung bình của không khí 흎풌풌 qua khe hở giữa các phiến tản nhiệt. 15 1.2 Tính số Reynolds (tính riêng cho thân máy và cho nắp xylanh). 16 1.3 Xác định hệ số truyền nhiệt. 16 1.4 Xác định hệ số truyền nhiệt quy dẫn. 17 1.5 Tính lượng nhiệt truyền đi. 18 1.6 Xác định lượng tiêu hao không khí. 19 1.7 Chọn quạt. 19 2. Hệ thống làm mát bằng nước. 20 2.1 Tính két nước (két tản nhiệt). 21 2.2 Tính bơm nước. 22 2.3 Tính quạt gió. 23 V. THIẾT KẾ CÔNG NGHỆ 24 1. Tổng hợp tất cả các kiến thức về hệ thống làm mát và vận dụngchúng.24 2. Đưa ra các quy trình chế tạo. 24 3. Đưa ra các công đoạn kiểm tra các bộ phận hệ thống làm mát. 26 4. Phản hồi lại bước thiết kế kỹ thuật. 26 VI. THIẾT KẾ KINH TẾ 27 TÀI LIỆU THAM KHẢO 28 3
3. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông II. TRÌNH BÀY PHƯƠNG ÁN – CHỌN PHƯƠNG ÁN: II-1. Sơ đồ phương án 1. Phương án chính: dựa vào môi chất làm mát.  So sánh hệ thống làm mát bằng nước và không khí. Hệ thống làm mát bằng nước. Ưu điểm: - Hiệu quả làm mát cao hơn bằng gió. - Kích thước và khối lượng nhỏ hơn, nên tăng được độ cứng vững của động cơ. - Công suất dẫn động quạt gió thấp hơn. Nhược điểm: - Kết cấu hệ thống phức tạp, khó chế tạo. - Phải có thêm két nước và hệ thống phụ trợ. - Hệ thống bôi trơn bị ảnh hưởng nếu nước rò rỉ đến cacte dầu. 5
4. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Ứng dụng: không phù hợp với động cơ ô tô, máy kéo, sử dụng ở những loại động cơ công suất nhỏ, có nguồn nước bổ sung khi cần thiết. 2.3 Hệ thống làm mát bằng nước, kiểu đối lưu cưỡng bức. Hệ thống được chia làm 2 hệ thống nhỏ: hệ thống tuần hoàn kín và hệ thống tuần hoàn hở. Ưu điểm: tốc độ làm mát cao và được điều chỉnh phù hợp bởi van điều nhiệt; nhiệt độ sôi của nước cao (hệ thống tuần hoàn kín) nên tiết kiệm được lượng nước làm mát. Nhược điểm: kết cấu phức tạp; phải giữ nhiệt độ nước làm mát ở 50-60oC để tránh đóng cặn, các chi tiết dễ bị ăn mòn, rỉ sét. (hệ thống tuần hoàn hở). Ứng dụng: hệ thống được sử dụng phổ biến (đặc biệt là hệ thống tuần hoàn kín) do có nhiều ưu điểm, được sử dụng trên tàu thủy (hệ thống tuần hoàn hở).  So sánh hệ thống làm mát tuần hoàn kín và hở. Hệ thống tuần hoàn kín. Ưu điểm: - Nhiệt độ sôi của nước cao do có áp suất cao, nên ít hao tốn nước làm mát. - Có thể kết hợp với hệ thống làm mát nhiệt độ cao để tăng hiệu suất làm mát. Nhược điểm: - Kết cấu phức tạp, phải đảm bảo hệ thống hoàn toàn kín. - Phải sử dụng loại nước làm mát riêng của nhà sản xuất. Ứng dụng: Sử dụng ở hầu hết các loại động cơ. 7
5. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Đối lưu cưỡng bức. Ưu điểm: - Hiệu suất làm mát cao. - Hiệu suất làm mát có thể điều chỉnh thong qua việc tăng giảm tốc độ quay của quạt. Nhược điểm: - Cần bố trí quạt làm mát làm tăng kích thước hệ thống. Ứng dụng: Có thể sử dụng kết hợp với hệ thống làm mát bằng nước ở các loại xe mô tô công suất cao. 4. Phương án phụ: dựa vào hình dáng ống làm mát trong két nước. 4.1 Két làm mát dùng ống dẹt. Ưu điểm: có sức cản không khí ít và diện tích tản nhiệt lớn. Nhược điểm: không bền do có nhiều mối hàn và khó sửa chữa. Ứng dụng: sử dụng phổ biến trên các loại động cơ. Hình II-2. Kết cấu của giàn ống truyền nhiệt dùng ống dẹp 9
6. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông III. THIẾT KẾ BỐ TRÍ CHUNG 1. Bản vẽ bố trí chung: 1.1. Bản vẽ bố trí chung của hệ thống làm mát bằng không khí. Hình III-1. Hệ thống làm mát bằng không khí 11
7. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông IV. THIẾT KẾ KĨ THUẬT 1. Hệ thống làm mát bằng không khí. Hình IV-1. Mặt cắt hệ thống làm mát bằng không khí Hình IV-2. Mặt cắt hệ thống làm mát bằng không khí 13
8. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Hình IV-4. Mô hình bài toán *Trình tự thiết kế. 1.1 Xác định tốc độ trung bình của không khí 흎풌풌 qua khe hở giữa các phiến tản nhiệt. 휔 = 20 ÷ 50 ( /푠) Chọn tốc độ trung bình của dòng không khí dựa vào đồ thị. 15
9. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Hình IV-6. Quan hệ giữa trị số Nusselt (Nu) với số Reynolds (Re). - Hệ số truyền nhiệt được tính theo công thức: . 휆 훼 = (푊/ 2độ) 푡đ 1.4 Xác định hệ số truyền nhiệt quy dẫn. 훼 훼 = . 2. ℎ′. (휂 + 푠) (푊/ 2độ) 푞 훿 + 푠 Trong đó: 훿 - ℎ′ = ℎ + ( ) 2 - 휂 = 0,5 ÷ 0,9 – hiệu suất của phiến tản nhiệt ′ - Hệ số 휂 = ( ℎ ) xác định riêng cho thân và cho nắp xylanh theo đồ thị: 17
10. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông 𝑖: số xylanh. 퐹푛ắ : Bề mặt làm mát quy dẫn của nắp xylanh. 푡푡ℎâ푛, 푡푛ắ : nhiệt độ trung bình ở các phiến tản nhiệt của thân máy và của nắp xylanh. Trong động cơ làm mát bằng không khí, nhiệt lượng do không khí làm mát đem đi có thể tính theo công thức kinh nghiệm sau: 푄푙 = (17 ÷ 23)%. 푄표 (퐽/푠) 푄표 (퐽/푠) − ℎ𝑖ệ푡 푙ượ푛 푡ổ푛 ộ푛 đư 푣à표 độ푛 ơ 1.6 Xác định lượng tiêu hao không khí. 푄푙 3 = ( /푠) 휌 . . ∆푡 Đối với động cơ diesel ô tô thường nằm trong phạm vi 54,4 ÷ 74,8 ( 3/ 푊ℎ) và đối với động cơ xăng có thể chọn lớn hơn khoảng 20 ÷ 25%. 1.7 Chọn quạt. - Chọn theo lượng không khí cần thiết và sức cản khí động mà quạt cần phải khắc phục. - Sức cản toàn bộ của hệ thống làm mát bằng gió được xác định theo công thức: 2 푞 = ∆ 푡ℎ + ∆ đℎ + ∆ ( / ) 2 휌 . 휔 ∆ = 휉 . ( / 2) 푡ℎ 푡ℎ 2.9,8 19
11. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Ne - công suất có ich của động cơ (kW) Xác định lượng nước tuần hoàn trong hệ thống trên 1đơn vị thời gian theo biểu thức sau: Qlm Glm ctnn Trong đó: cn - tỷ nhiệt của nước làm mát (J/kg.độ) tn - hiệu nhiệt độ nước vào và nước ra bộ tản nhiệt. Khi tính toán hệ thống làm mát ta thường tính ở chế độ công suất cực đại. 2.1 Tính két nước (két tản nhiệt). Xác định kích thước bề mặt tản nhiệt để truyền nước vào môi trường xung quanh – không khí. Két nước có một mặt tiếp xúc với nước nóng và mặt kia tiếp xúc với không khí Quá trình truyền nhiệt từ nước vào không khí là sự truyền nhiệt từ môi chất này đến môi chất khác qua thành mỏng. Quá trình truyền nhiệt chủ yếu là đối lưu. Xác định nhiệt lượng: Từ nước tới mặt thành ống trong: Qlm 1 F 1 t n t 1  Qua thành ống: QFttlm 112   Từ mặt ngoài thành ống tới không khí: Qlm 2 F 2 t 2 t kk Trong đó: 푄푙 - nhiệt lược của động cơ truyền cho nước làm mát bằng nhiệt lượng do nước dẫn qua bộ tản nhiệt (J/s) 21
12. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Trong đó: Qlm - nhiệt lượng truyền cho nước làm mát (J/s) cn -tỷ nhiệt của nước (J/kg.độ) ttnr nv, - nhiệt độ nước ra và vào động cơ. Sức cản chuyển động của nước trong hệ thống làm mát thường được tính theo cột áp H. Sức cản của hệ thống làm mát phụ thuộc vào sức cản của từng bộ phận: két nước, ống dẫn, Sau khi xác định lượng nước làm mát tiêu hao 푛 và cột áp H, xác định kích thước cơ bản của bơm nước ( bán kính bánh công tác, chiều cao cánh bơm) 2.3 Tính quạt gió. Lưu lượng thực tế của quạt thường lớn hơn lưu lượng tính toán do bị ảnh hưởng bởi tốc độ gió lúc xe chuyển động. Khi tốc độ ôtô lớn thì lưu lượng gió thực tế đi qua két nước tăng lên, nên lưu lượng không khí do quạt gió cung cấp giảm. Lưu lượng của quạt gió 푞 phụ thuộc vào kích thước của quạt gió: 22 1 GRrnqkkqkk bZ  sincos (kg/s) 60 3 Trong đó: 휌 - khối lượng riêng của không khí (kg/ ) R,r – bán kính ngoài và bán kính trong của quạt (m) b – chiều rộng cánh quạt (m) 푛푞-số vòng quay của quạt (vg/ph) 훼-góc nghiêng của cánh 23
13. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông Hình V-2. Quy trình chế tạo két nước - Bơm nước (bơm li tâm). Sản xuất trong một nhà xưởng chung; được làm bằng gang, nhôm đúc và một cánh quạt gắn trên một trục quay với một ròng rọc gắn vào trục ở bên ngoài của có thể bơm. Một đầu giữ cho chất lỏng rò rỉ ra ngoài của các nhà bơm qua trục quay. Vỏ bơm được chế tạo bằng hợp kim nhôm có mặt bích lắp ghép với mặt đầu thân máy. Cánh bơm được chế tạo cùng một vật liệu như vỏ bơm hoặc có thể bằng đồng. 25
14. Thiết kế hệ thống làm mát GVHD: Hồng Đức Thông VI. THIẾT KẾ KINH TẾ - Tính toán chi phí vật tư, nguyên vật liệu cần cho sản xuất. - Tính toán chi phí nhân công. - Tính toán thuế, lãi suất ngân hàng (nếu có vay vốn ngân hàng). - Tính khấu hao nhà máy, nhà xưởng, tiền điện – nước cho hoạt động sản xuất. - Tiền lập dự án, tiền trả công cho công đoạn thiết kế. - Chi phí bán hàng. - Chi phí cho bộ máy điều hành (khác với nhân công) như: Kế toán, thủ quỹ, giám sát, quản lí, 27