Đề xuất giới hạn độ giảm tỉ số nén cho động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam

Nội dung text: Đề xuất giới hạn độ giảm tỉ số nén cho động cơ diesel máy chính tàu cá Việt Nam

1. 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: locpm@ntu.edu.vn) 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 effi ciency 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, fi shing vessel diesel engine, power, effi ciency. I. ĐẶT VẤN ĐỀ máy. Về quản lý kỹ thuật, chưa xây dựng các Đăng kiểm là cơ quan nhà nước có chức tiêu chuẩn, quy phạm, quy trình kiểm tra an năng kiểm tra, giám sát, xác nhận việc tuân toàn kỹ thuật máy chính (chủ yếu dựa vào quy thủ các tiêu chuẩn bảo đảm an toàn vận hành chuẩn của tàu giao thông). các phương tiện cơ giới đường bộ và đường Vì điều này, bài báo sẽ trình bày kết quả thủy, an toàn của người và hàng hóa ở trên các nghiên cứu về độ giảm tỉ số nén cho phép của phương tiện đó. Đăng kiểm tàu cá thực hiện động cơ diesel, làm cơ sở đề xuất tiêu chuẩn việc quản lý kỹ thuật, kiểm tra an toàn kỹ thuật phục vụ đăng kiểm máy chính tàu cá nước ta. từ khi thiết kế, đóng mới đến quá trình khai II. ĐỐI TƯỢNG, VẬT LIỆU VÀ thác, nhằm đảm bảo an toàn cho người và tàu PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU cá trong những điều kiện nhất định. Tàu cá có chiều dài từ 12 mét trở lên, lắp máy có tổng 1. Đối tượng nghiên cứu: công suất máy chính từ 20 CV trở lên thuộc Mối quan hệ giữa công suất với tỉ số nén diện phải đăng kiểm. của động cơ diesel. Hiện nay, vấn đề tổ chức, xây dựng lực 2. Phương pháp nghiên cứu: lượng, đầu tư cơ sở vật chất phục vụ công tác - Lý thuyết về chu trình và thông số công đăng kiểm tàu cá nói chung và máy chính nói tác của động cơ diesel. riêng trong hệ thống cơ quan đăng kiểm tàu cá - Thực nghiệm trên bệ thử: Động cơ hãng chưa được quan tâm thỏa đáng. Công tác kiểm Yanmar - 4CHE là một trong những động cơ tra an toàn kỹ thuật máy chính gần như không thủy được sử dụng nhiều cho tàu cá, có các có thiết bị kiểm tra đánh giá tình trạng kỹ thuật, thông số kỹ thuật phù hợp với đối tượng nghiên diễn biến về an toàn kỹ thuật và tuổi thọ của cứu. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 43
2. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021 III. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU VÀ THẢO Nghiên cứu này tập trung về thông số phản LUẬN ánh độ kín buồng cháy, đó là: Tỉ số nén ε = V / V (1) 1. Cơ sở lý thuyết a c Áp suất cuối quá trình nén p = p .εn1 (2) Các thông số chu trình công tác của động c a cơ diesel đặc biệt là công suất và suất tiêu hao Với động cơ diesel, giá trị của tỉ số nén nhiên liệu phụ thuộc chủ yếu vào thông số hệ trong khoảng ε = (13 – 21). Qua điều tra, tỉ số thống nạp, độ kín buồng cháy và thông số hệ nén của các động cơ diesel máy chính tàu cá thống phun (hình 1) [5]. tại một số tỉnh Nam Trung bộ dao động trong khoảng từ (16 – 17) (Bảng 1) [1] 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 Tỉ số nén 6D22 17 1 Mitsubishi 6D 16 S6BF-MTK 17 6CHE 16,4 2 Yanmar 6TY120 16 4LH-HT 17 N14 17 3 Cummins NTC 17 6BT 17 6M 17 4 Komatsu 6D 17 6M125A 17 6D2366 17 Daewoo 5 V158TIE 17 DE12 17 44 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
3. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021 Tỉ số nén hình học thay đổi không nhiều thay đổi và ngược lại (công thức 2). Thay đổi theo thời gian, nhưng tỉ số nén thực tế giảm tỉ số nén do sự gia tăng thể tích buồng cháy bởi do hao mòn làm hở buồng cháy tại: Piston xéc hao mòn hay nguyên nhân nào khác đều làm măng và lót xylanh, xupáp và đế xupáp, gioăng thay đổi quá trình cháy dẫn đến thay đổi công nắp xi lanh. suất và suất tiêu hao nhiên liệu của động cơ. Lượng nhiên liệu do động cơ tiêu thụ để sinh Độ lệch nhỏ của tỉ số nén của động cơ diesel ra một đơn vị công suất có ích trong một đơn vị máy chính tàu cá của các hãng phổ biến (bảng thời gian được gọi là lượng tiêu hao nhiên liệu 1), là điều kiện thuận lợi để nghiên cứu thực riêng có ích, gọi tắt là suất tiêu hao nhiên liệu nghiệm đề xuất giới hạn độ giảm cho phép. có ích (ge). Đơn vị là g/kW.h. Có thể tính suất 2. Kết quả thực nghiệm tiêu hao nhiên liệu bằng công thức sau [4]: Nghiên cứu này được thực hiện trên phanh thủy lực, phòng thí nghiệm động cơ Trường (3) Đại học Nha Trang. Động cơ thử nghiệm là động cơ diesel thủy Yanmar - 4CHE, 4 xy lanh, Trong đó: phun trực tiếp của hãng Yanmar có kết nối bộ A : Diện tích mặt cắt lỗ phun, [cm2]; h đo tiêu thụ nhiên liệu, hệ thống phanh thủy lực ρ : Khối lượng riêng nhiên liệu, [g/cm3]; l và bộ đo công suất Dynomite 13 dual - rotor C : Hệ số giãn dòng của vòi phun, [-]; d của hãng Land – Sea, Hoa Kỳ (hình 2). Thông p : Áp suất cuối kỳ nén, [bar]; c số chính của động cơ trình bày trong bảng 2. p : Áp suất phun nhiên liệu, [bar]; inj Quá trình thực nghiệm được thực hiện như sau: N : Công suất có ích của động cơ, [kW]. e Thay đổi gioăng nắp xi lanh để thay đổi tỉ số Công thức (3) cho thấy, g và N phụ thuộc e e nén và tiến hành đo giá trị đo và suất tiêu hao vào nhiều yếu tố, trong đó có pc. Hiển nhiên, nhiên liệu tăng tương ứng với độ giảm công khi tỉ số nén thay đổi thì áp suất trong xy lanh suất đến ngưỡng 15% [3]. Bảng 2. Thông số động cơ thực nghiệm. Thông số Động cơ 4CHE Kiểu buồng cháy/ phun nhiên liệu Thống nhất/ phun trực tiếp Số xilanh 4 Đường kính xilanh x hành trình piston (mm) 105x125 Công suất định mức (Hp/rpm) 70/2300 Tỉ số nén 16,4 Tốc độ thử nghiệm (rpm) 1400 Áp suất phun (bar) 220 Để xác định độ giảm tỉ số nén, sử dụng số nén ≤ 5% (bảng 3) [2]. phương pháp mở rộng thể tích buồng cháy Thực nghiệm được tiến hành dựa trên cơ bằng cách thay đổi chiều dày gioăng giữa khối sở lý thuyết về xây dựng các đường đặc tính, xy lanh và nắp xi lanh. Thứ tự các gioăng dùng về số điểm đo cũng như độ tin cậy của giá trị trong tính toán sự thay đổi thể tích buồng cháy đo tại mỗi điểm. Thời gian ghi nhận số liệu cho bao gồm các gioăng có chiều dày: b0, b1, b2, một lần đo trên 1000 chu kỳ, số liệu thu được b3, b4. Trong đó, b0 là gioăng nguyên mẫu của cho một lần đo là trung bình của các giá trị có động cơ. Tương ứng với mỗi gioăng sẽ tính tần suất xuất hiện nhiều nhất trong thời gian được tỷ số nén gồm: ε0, ε1, ε2, ε3, ε4. Các giá ghi nhận. trị chiều dày gioăng áp dụng trong tính toán và Kết quả đo công suất và suất tiêu hao nhiên phục vụ thực nghiệm đều có trên thị trường và liệu theo 5 trường hợp tỷ số nén (bảng 3) thể đảm bảo được mức độ thay đổi lân cận của tỷ hiện trong bảng 4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG • 45
4. 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 Gioăng Độ giảm tỷ số nén ε0 16,40 b0 0 ε1 15,86 b1 -3,53% ε2 15,50 b2 -5,50% ε3 15,10 b3 -8,53% ε4 14,64 b4 -10,72% Khi tỉ số nén giảm, áp suất và nhiệt độ cuối Nhiên liệu cháy không hoàn toàn và cháy rớt quá trình nén giảm, vận động xoáy lốc yếu, trên đường dãn nở, khiến giảm hiệu suất nhiệt, nhiên liệu khó bay hơi dẫn đến quá trình hình dẫn đến giảm công suất, tăng suất tiêu hao thành hỗn hợp cháy và cháy nhiên liệu xấu đi. 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 Độ giảm Độ tăng suất tiêu hao so với nguyên mẫu (%) công suất (%) nhiên liệu (%) 0 (nguyên mẫu) 0 0 -3,53% - 3,74 + 3,89 -5,50% - 8,04 + 8,75 -8,53% - 9,96 + 11,06 -10,72% - 15,08 + 17,77 46 • TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG
5. Tạp chí Khoa học - Công nghệ Thủy sản Số 1/2021 Kết quả tại bảng 4 cho thấy, khi giảm tỉ số suất so với công suất thiết kế lên đến (25-30)%. nén đến 10,7%, thì công suất giảm trên 15% và Điều đó dẫn đến công suất không đáp ứng năng suất tiêu hao nhiên liệu tăng đến khoảng 18%. lương yêu cầu của liên hợp vỏ tàu và chân vịt, Nghĩa là, máy chính tàu cá: tàu sẽ gặp nguy hiểm khi dông gió. (1) Không phát đủ công suất yêu cầu, cần (2) Tiêu hao nhiên liệu lớn, giá thành sản lưu ý rằng, độ giảm công suất này không phải phẩm tăng cao, đặc biệt khi khai thác xa bờ. là so với công suất thiết kế mà là công suất quy IV. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ đổi. TCVN 1685-75 quy định cách quy đổi công 1. Kết luận suất của động cơ diesel không tăng áp như sau: Khi giảm áp suất cuối kỳ nén thì công suất giảm, suất tiêu hao nhiên liệu tăng lên. Để công (4) suất động cơ diesel máy chính tàu cá không sụt giảm quá 15% so với công suất quy đổi, mức trong đó : độ cho phép giảm tỉ số nén nên giới hạn không Neq: công suất quy đổi, [kW] quá 10%. Ne: công suất đo được khi thí nghiệm, [kW] Tỉ số nén tại thời điểm kiểm tra dễ dàng xác B: áp suất khí quyển trong khi thí nghiệm, định theo công thức (2), khi đo áp suất cuối kỳ [mm Hg] nén pc với chỉ số nén đa biến trung bình trong Pn: phần áp suất của hơi nước trong không khoảng n = (1,32 - 1,34) [5]. khí ẩm trong điều kiện nhiệt độ và độ ẩm tương 1 2. Kiến nghị đối của không khí tại phòng thí nghiệm, [mm Kế thừa nghiên cứu này, có thể đề xuất Hg] nghiên cứu giới hạn các thông số của hệ thống t: nhiệt độ của không khí trong phòng thí phun nhiên liệu như hình 1. nghiệm được đo ở khoảng cách 1,5 m từ Cơ quan đăng kiểm tàu cá thuộc Tổng cục miệng hút không khí của động cơ, [ºC] Thủy sản, Bộ Nông nghiệp và Phát triển Nông Với nhiệt độ và độ ẩm cao của khí hậu nước thôn cần sớm tổ chức xây dựng quy chuẩn an ta, công suất quy đổi có thể nhỏ hơn công suất toàn kỹ thuật cho động cơ diesel máy chính tàu đo từ (10-15)%, như vậy tổng độ sụt giảm công 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