Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự - Chương 8

Chia sẻ: Nguyen Nhi | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:22

Thêm vào BST

Báo xấu

121
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

LÀM MÁT ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ, ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT 8.1. Các đặc điểm làm mát của động cơ đốt trong - Làm mát ĐCĐT dùng để duy trì nhiệt độ các chi tiết của nó ở mức độ xác định bằng: + Các điều kiện bôi trơn các bề mặt làm việc của các chi tiết; + Độ bền nhiệt của các vật liệu được sử dụng (nắp xi lanh, đáy pít tông...);

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Khai thác động cơ đốt trong tàu quân sự - Chương 8

Chương 8 LÀM MÁT ĐCĐT TÀU QUÂN SỰ, ĐẶC ĐIỂM KHAI THÁC HỆ THỐNG LÀM MÁT 8.1. Các đặc điểm làm mát của động cơ đốt trong - Làm mát ĐCĐT dùng để duy trì nhiệt độ các chi tiết của nó ở mức độ xác định bằng: + Các điều kiện bôi trơn các bề mặt làm việc của các chi tiết; + Độ bền nhiệt của các vật liệu được sử dụng (nắp xi lanh, đáy pít tông...); + Các điều kiện tối ưu cho cho diễn biến quá trình công tác; + Độ mài mòn nhỏ nhất, và bằng sự phá hủy của các chi tiết do tác dụng ăn mòn điện hóa và ăn mòn xâm thực. - Khi không có làm mát, nhiệt độ ĐCĐT làm việc tăng cao tới mức trước hết đốt cháy dầu trên các vách pít tông và ống xy lanh và ĐCĐT không thể làm việc (xảy ra xây sát và kẹt pít tông trong các xy lanh). qw (Kcal/cv 800 h) 700 600 500 400 300 200 100 ge (g/cvh) 0 140 150 160 170 180 190 Hình 8.1. Sự phụ thuộc của độ toả nhiệt vào tải của động cơ
- Nhiệt độ các bề mặt làm việc của các chi tiết không được quá giới hạn mà ở đó dầu còn giữ được tính chất bôi trơn của nó. Với pít tông, nhiệt độ này trong khu vực xéc măng trên cùng cần phải không cao hơn 2200  2450C, đối với xy lanh là 1800  1900. Để giảm độ mòn do ăn mòn, nhiệt độ bề mặt làm việc của ống lót xy lanh cần phải cao hơn nhiệt độ điểm sương của hơi nước. Nhiệt độ ống lót xy lanh cần bảo đảm sự mài mòn nhỏ nhất của nó. - Nhiệt độ lớn nhất đối với đáy q pít w tông, đầu xy lanh, các van và các cánh tua (Kcal/cv h) bin khí bị hạn chế bằng độ bền nhiệt và các Qp ứng suất giới hạn do tác dụng của tải trọng 800 ge qM nhiệt và cơ khí. (g/cvh) 600 qM - Làm mát các chi tiết ĐCĐT và các 400 320 máy được thực hiện bằng các chất lỏng khác 200 280 ge nhau. Để làm mát nắp máy, các ống lót xy 240 lanh và tua bin máy nén, người ta sử dụng qw 200 nước ngọt và nước ngoài mạn, đối với pít (Kcal/cv h) 160 tông - dầu hay nước ngọt, đối với vòi phun 140 bằng nhiên liệu, đối với các ổ và các bộ phận ma sát khác - bằng dầu. 120 - Số lượng nhiệt được dẫn đi với chất00 1 Qp lỏng làm mát khi ĐCĐT làm việc ở chế độ80 QM định mức phụ thuộc vào một loạt các yếu tố60 kiểu và kết cấu ĐCĐT, mức cường hóa, chế n (%) 40 độ nhiệt độ làm mát phải duy trì, sự thay đổi 40 50 60 70 80 90 100 các điều kiện ngoài trời... (hình 8.1). Hình 8.2. Sự phụ thuộc của Các kết quả thử nghiệm động cơ 40? độ ợc ả nhiệt vàotrtên của đ8.2 chỉ ra rằng đư to giới thiệu ải hình ộng cơ (a) và hệ số dư lượng khi làm việc theo đặc tính chân vịt, số lượng tuyệt đối của nhiệt(b) ợc dẫn bằng nước không khí đư QW (Kcal/h) và bằng dầu QM (Kcal/h), khi giảm số vòng quay thì bị giảm, còn độ dẫn nhiệt riêng qW (Kcal/cv.h) thì tăng. Nhiệt lượng được dẫn bằng khí xả Q? (Kcal/h) và q? (Kcal/cv.h) khi ĐCĐT làm việc theo đặc tính chân vịt bị giảm khi giảm số vòng quay. Nhiệt lượng truyền cho nước QW (Kcal/h) có thể xác định được khi thí nghiệm ĐCĐT từ các cân bằng nhiệt đã cho hoặc tính theo các công thức (8.1)
Qw = ageNeHu = GwCw(tw1-tw2) = GwCwt (8.1) ở đây: a- Độ toả nhiệt tương đối vào nước ở chế độ định mức, a bằng 20% - 30% đối với động cơ chậm tốc, 15% - 20% đối với động cơ cao tốc (các giá trị nhỏ cho các đIêzen tăng áp); ge- suất tiêu hao nhiên liệu riêng phần, kg/ml.h; Hu- nhiệt trị thấp của nhiên liệu; Gw- lưu lượng nước qua điêzen, kg/h; Ne- Công suất điêzen, cv; Cw- nhiệt dung riêng của nước, kcal/kg.độ; tw1. tw2- nhiệt độ nước vào và ra khỏi điêzen. Công thức (8.1) chỉ ra rằng, có thể truyền c ùng một số lượng nhiệt khi các giá trị GW và?tW khác nhau. Tốt hơn là làm mát ĐCĐT bằng số lượng lớn nước ấm khi giữ tW không đổi. - C hênh lệch b ình thường của các nhiệt độ?t W cần nằm trong giới hạn sau: + Điêden có hệ thống làm mát hở: 15 - 200C; 1. + Điêden có hệ thống làm mát kín: 7 - 150C. 2. - Năng suất riêng gW của các bơm nước với 50% dự trữ khi các giá trị tW đã cho vào khoảng 30 - 60 (l/cv.h). - Các yếu tố khi chọn chế độ nhiệt độ tối ưu làm mát ĐCĐT là: công suất có ích, tính kinh tế, các ứng suất nhiệt và độ mài mòn các chi tiết. 8.2. Các phương pháp làm mát động cơ đốt trong và đánh giá so sánh chúng Trong các ĐCĐT tàu quân s ự người ta sử dụng các hệ thống làm mát dùng chất lỏng kiểu hở và kiểu kín. 8.2.1. Kiểu hệ thống hở Kiểu hệ thống hở: động cơ được làm mát bằng nước biển ngoài mạn có hàm lượng muối lớn. Điều đó không cho khả năng chế độ nhiệt độ tối ưu để làm mát ĐCĐT. Nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT không cao quá 45 - 550C để tránh đóng cặn muối mặn trên vách các chi tiết được làm mát. Nhiệt độ nước mạn bị thay đổi trong
giới hạn rộng (từ +2 đến +300) phụ thuộc vào thời gian trong năm và vùng biển, điều này dẫn đến độ sụt nhiệt độ lớn trong các vách các chi tiết tới 400C. Nhiệt độ thấp của vách xy lanh dẫn đến sự ngưng tụ hơi nước, các sản phẩm cháy và đưa đến tạo ra các a xit gây ăn mòn bề mặt của các xy lanh, các vách xy lanh và bloc phía khoang nước làm mát chịu phá hủy mạnh do tác dụng ăn mòn điện hóa. 8.2.2. Kiểu hệ thống kín Trong thời gian hiện nay, để làm mát các ĐCĐT tàu quân sự, các hệ thống kín (hai vòng) là phổ biến hơn. Trong các hệ thống này, ĐCĐT được làm mát bằng nước ngọt tuần hoàn trong vòng kín. Điều này cho phép duy trì nhiệt độ tối ưu làm mát. Có thể duy trì nhiệt độ nước ngọt ra khỏi xy lanh trong giới hạn 75 - 900C khi chênh lệch nhiệt độ tW không lớn hơn 150C. Nâng cao nhiệt độ cho phép giảm tổn thất nhiệt vào nước làm mát, nâng cao tính kinh tế của ĐCĐT và giảm độ mòn các xy lanh. Giảm chênh lệch nhiệt độ làm giảm các ứng suất nhiệt trong các chi tiết xy lanh. Sự tồn tại hai vòng trong hệ thống làm mát ĐCĐT cho phép nạp vào nước ngọt các chất phụ gia đặc biệt để bảo vệ các bề mặt vách ống xy lanh từ phía khoang làm mát khỏi tác dụng của ăn mòn xâm thực và ăn mòn điện hóa. 8.3. ảnh hưởng của chế độ làm mát đến công suất và tính kinh tế của động cơ Chế độ làm mát ĐCĐT được đặc trưng bằng các nhiệt độ nước vào tW1 (0C) và ra khỏi ĐCĐT tW2 (0C), hiệu số?tW = tW2 - tW1 (0C) và áp suất nước trong hệ thống làm mát PW (kG/cm2). ảnh hưởng của chế độ làm mát đến công suất Ne(cv), tính kinh tế ge(kg/cv.h), ứng suất nhiệt, điều kiện bôi trơn và độ mòn các chi tiết được xác định bằng sự thay đổi nhiệt độ các vách xy lanh và pít tông khi thay đổi nhiệt độ nước làm mát. 8.3.1. ảnh hưởng của nhiệt độ nước ra khỏi động cơ đốt trong tW2 đến sự tỏa nhiệt của nước QW Bằng các thí nghiệm, người ta đã xác lập rằng với việc làm tăng nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT tW2 (0C), sự tỏa nhiệt vào nước QW (Kcal) bị giảm. Sự thay đổi nhiệt lượng truyền vào nước khi tải trọng động cơ không đổi phụ thuộc vào nhiệt độ nước tW2 diễn ra theo quy luật tuyến tính (hình 8.3). Cứ mỗi 100C chênh lệch nhiệt độ nước làm mát từ 600C thì lượng nhiệt truyền vào nước bị thay đổi 4 - 5%. Q.10-4
8.3.2. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát tW2 đến nhiệt độ các chi tiết của động cơ đốt trong Quy luật thay đổi nhiệt độ trên bề mặt pít tông tpt và ống lát xy lanh txl phụ thuộc vào tW2 cũng có dạng tuyến tính (hình 8.4). Nhiệt độ các chi tiết tăng khi tăng nhiệt độ nước làm mát. Đối với ĐCĐT 4 kỳ, sự thay đổi nhiệt độ trên bề mặt ống xy lanh: ?txl  0,8.?tW2, 0C (8.2) ở đây: ?txl - gia số nhiệt độ trên bề mặt ống lót xy lanh; ?tW2 - gia số nhiệt độ nước làm mát. Đối với các động cơ 2 kỳ, sự thay đổi nhiệt độ vách các chi tiết khác so với động cơ 4 kỳ, bởi vì ở đây có ảnh hưởng của không khí quét. Nhưng quan hệ (8.2) với độ chính xác đủ có thể sử dụng để đánh giá gần đúng sự thay đổi nhiệt độ của vách ống lót xy lanh của các ĐCĐT hai kỳ. 8.3.3. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến các thông số quá trình công tác của động cơ đốt trong. ảnh hưởng của nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT tW2 tới các thông số của quá trình công tác được chỉ ra trên hình (8.5). Nhiệt độ vách xy lanh tăng khi tăng tW2. Tăng nhiệt độ vách xy lanh gây ra: 1, Nâng cao nhiệt độ sấy nóng không khí bởi vách xy lanh, tăng nhiệt độ bắt đầu nén Ta và theo nguyên tắc làm giảm hệ số nạp:
Giảm?H dẫn đến giảm lượng không khí nạp chu trình: = Vh .k.?v Và khi lượng nhiên liệu cấp cho chu trình không đổi = const thì dẫn đến giảm hệ số dư lượng không khí: 2, Giảm thời gian giữ chậm tự cháy nhiên liệu i, bởi vì nhiên liệu được phun vào môi trường có nhiệt độ cao hơn. Giảm i đưa đến giảm áp suất cực đại của chu trình Pz, tốc độ tăng áp suất và mức tăng áp suất = . 3. Nâng cao nhiệt độ khí thải t?,0C do tăng nhiệt độ đầu quá trình nén Ta,0K, nhiệt độ cực đại của chu trình Tz,0K và lượng nhiệt được dẫn với khí thải Q?. 4. Tăng hiệu suất cơ khí của ĐCĐT?M do giảm tổn thất do ma sát. 270 t ,0 190 tnm,0C p 9p 4nm C 250 170 2p 230 150 5p 2nm 210 130 1p 3nm 0 tw2,0C tw2, C 190 110 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100 (a) (b) t ,0 160 t , C 0 60 xl 1xl 140 50 120 40 2xl 100 30 5xl 80 20 4xl t ,0C tw2,0C w2 60 10 50 60 70 80 90 100 50 60 70 80 90 100 (c)
Hỡnh 8.4. Sửù phuù thuoọc vaứo tw2 cuỷa caực thoõng soỏ cuỷa quaự trỡnh coõng taực ủoọng cụ?15/18 (a)- Nhiệt độ pít tông; (b)- nhiệt độ của nắp máy; (c)- Nhiệt độ của ống lót xy lanh; (d)- Độ giảm nhiệt độ theo chiều dày vách xy lanh ti, 0C tr 500 400 pz, kG/cm2 p 64 62 1,55 60 1,51 58  1,47 ti.10-4,0C i 1,43 18,0  1,37 17,5  17,0 2,35 H H 2,30 0,9 M 0,8 M 0,82 0,7 0,80 0,6 0,78 0,5 0,4 0,3 50 60 70 80 90 100 n (v/ph) Hình 8.5. Sự phụ thuộc của các thông số quá trình công tác động cơ ?15 /18 vào tw2
Kết quả các thí nghiệm chỉ ra, sự giảm đột ngột tổn thất công suất do ma sát xảy ra khi nâng cao nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT đến 800C (hình 8.6). Mức giảm tổn thất công suất ma sát phụ thuộc vào các đặc điểm kết cấu của động cơ, số vòng quay và đặc tính nhiệt độ - độ nhớt của dầu bôi trơn. Sự phụ thuộc vào nhiệt độ của độ nhớt dầu chỉ ra trên hình 8.7. Khi nhiệt độ nước làm mát 80 - 900C, nhiệt độ bề mặt làm việc của ống lót xy lanh bằng 110 - 1150C, nhiệt độ trung bình của dầu trong khe hở giữa pít tông và ống lót 120 - 1250C, ở nhiệt độ này độ nhớt của dầu có trị số cực tiểu. Trong cặp “pít tông - xy lanh” ma sát độ nhớt có trị số đáng kể. Lực ma sát Ppx giữa pít tông và xy lanh được xác định bằng: , (kG) (8.3) ở đây: ? - độ nhớt tuyệt đối của dầu, kG/cm2; F - Trị số diện tích bề mặt làm việc, m2; Cm - Tốc độ trung bình pít tông, m/s;  - Khe hở hướng kính giữa pít tông và xy lanh, m. , cct 200 M, 180 % 160 1 140 200 120 170 100 140 A B 80 ? 110 60 2 80 40 20 50 80 tw2,0C 0 20 40 60 80 100 120 140 20 40 60 t ,0C Hỡnh 8.7. Sửù phú thuoọc vaứo tw2 Hỡnh 8.6. Sửù phuù thuoọc cuỷa ủoọ nhụựt dầu bõi trụn vaứo tw2 cuỷa toồn thaỏt ma
Sự thay đổi giá trị khe hở hướng kính  giữa pít tông và xy lanh khi tăng nhiệt độ nước làm mát phụ thuộc vào vật liệu chế tạo xy lanh và pít tông. Khe hở có thể bị tăng chút ít nếu hệ số dãn nở dài của xy lanh và pít tông có trị số bằng nhau; hoặc là bị giảm nếu hệ số dãn nở của vật liệu pít tông lớn hơn nhiều so với của xy lanh. Khi F.Cm = const, lực ma sát Ppx = const thì n / đặc biệt bị giảm đột ngột khi nâng cao nhiệt độ và đạt giá trị cực tiểu ở tW2 = 800C, khi đó độ nhớt của dầu có trị số cực tiểu. Nếu tính rằng đến 70% tổn thất tộng cộng cho ma sát là để khắc phục ma sát giữa pít tông và ống lót xy lanh, thì việc nâng cao nhiệt độ nước làm mát làm tăng hiệu suất cơ khí?m là điều hiển nhiên. 8.3.4. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến các chỉ tiêu chỉ thị của động cơ đốt trong Sự thay đổi hiệu suất chỉ thị?i, công suất Ni và suất tiêu hao nhiên liệu chỉ thị gi khi nâng cao nhiệt độ nước ra tW2 được xác định bằng sự tăng tương ứng phần nhiệt được sử dụng để nâng cao công chỉ thị và bằng sự giảm hệ số nạp?v. Hầu hết các thí nghiệm ghi nhận các chỉ tiêu chỉ thị bị giảm chút ít khi tăng tW2. 8.3.5. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến công suất và tính kinh tế của động cơ đốt trong Với việc nâng cao nhiệt độ nước ra tr,0C khỏi ĐCĐT tW2, hiệu suất cơ khí?M tăng tr 620 nhanh hơn sự thay đổi của hiệu suất chỉ 580 thị?i. Vì vậy trong mọi trường hợp, Ne,% tăng 540 Ne tW2 gây ra tăng hiệu suất có ích?e = ? i.? 00 1 M, ge,g/cvh 98 công suất có ích Ne = B.nđc. .?e và 96 190 ge giảm suất tiêu hao nhiên liệu có ích 180 170 . 40 50 60 70 80 90 100 0
Nhưng việc tăng hiệu suất cơ khí khi nâng cao nhiệt độ nước làm mát bị hạn chế bởi tính ổn định nhiệt động của dầu bôi trơn. Khi nhiệt độ xy lanh lớn 145 - 1500C xảy ra sự phân hủy của hầu hết các dầu bôi trơn. Trong trường hợp này giữa pít tông và xy lanh xuất hiện ma sát khô, các tổn thất cho ma sát tăng đột ngột, còn hiệu suất cơ khí bị giảm. Điều này dẫn đến giảm công suất có ích Ne và tăng suất tiêu hao nhiên liệu ge. Chế độ nhiệt độ tối ưu làm mát của các ĐCĐT tàu quân sự hiện đại từ quan điểm công suất có ích và tính kinh tế, như thấy rõ từ các tài liệu nghiên cứu và chỉ dẫn của nhà máy, có nhiệt độ giới hạn dưới 75 - 800C và nhiệt độ giới hạn trên 90 - 950C. Giới hạn trên được xác định không chỉ bằng xác suất sôi nước trong khoang làm mát của ĐCĐT, điều này có thể dẫn đến quá nóng cục bộ các chi tiết và làm hư hỏng chúng, mà trong nhiều trường hợp cả bằng sự tăng tiêu hao nhiên liệu. 8.4. ảnh hưởng của chế độ làm mát đến ứng suất nhiệt của các chi tiết động cơ ứng suất nhiệt của ĐCĐT được đánh giá bằng các nhiệt độ trên bề mặt các chi tiết và bằng độ giảm nhiệt độ trong các điểm đặc trưng của các chi tiết nhóm xy lanh - pít tông, xác định trực tiếp khả năng làm việc và độ tin cậy khai thác của các chi tiết này. Khi động cơ làm việc với tải trọng không đổi, khi nâng cao nhiệt độ nước làm mát, độ giảm nhiệt độ theo chiều dày các chi tiết nhóm xy lanh - pít tông ?t và áp suất cực đại của chu trình Pz được giảm (xem hình 8.4, 8.5), vì vậy ứng suất các chi tiết cũng được giảm. Độ giảm nhiệt độ  t tăng và ứng suất bị tăng khi giảm đột ngột nhiệt độ nước làm mát và tăng tải trọng. Sự quá nóng cục bộ các chi tiết có thể xuất hiện khi giảm áp suất trong hệ thống làm mát hoặc thất thoát không khí. Áp suất trong hệ thống làm mát được lựa chọn sao cho từ trong khoang làm mát của ĐCĐT hạn chế sự sôi của nước làm mát (khoảng 0, 4 đến hơn 1kG/cm2). Nâng cao áp suất trong khoang làm mát của động cơ làm xê dịch thời điểm xuất hiện sự sôi bề mặt vào vùng nhiệt độ cao của nước làm mát và gây ra tăng hệ số tỏa
nhiệt từ vách xy lanh vào nước. Giảm áp suất nước trong khoang làm mát ĐCĐT làm xê dịch thời điểm xuất hiện sự sôi bề mặt vào vùng nhiệt độ thấp hơn. Sự tạo thành hơi trong khoang làm mát của ĐCĐT đưa đến sự xuất hiện các túi hơi và sự quá nóng cục bộ vách xy lanh. 8.5. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến độ mòn các chi tiết động cơ. ảnh hưởng của nhiệt độ nước(%)  ra khỏi động cơ tW2 đến độ mòn các 250 chi 225 2 tiết được chỉ ra trên hình (8.9). Trên 200 hình vẽ thấy rằng nhiệt độ tối ưu của 1 nước làm mát mà ứng với nó các 175 chi 150 tiết của ĐCĐT có tốc độ mài mòn nhỏ 125 nhất là 75 - 900C. 100 Khi ĐCĐT làm việc, trên bề mặt công tác của các ống xy lanh chịu sự ăn 30 040 50 60 70 80 90 100 mòn có cường độ phụ thuộc vào hai yếu 8.9. Aỷnh hửụỷng cuỷa t Hỡnh w2 ủeỏn tố: nhiệt độ vách xy lanh và thành phần hóa học của nhiên liệu.ứn caựcmặt củaỏt chi tiết khi làm ủoọ mo Các bề chi tie các việc tiếp xúc với nước, chịu ăn mòn điện hóa và mòn xâm thực. 8.5.1. ảnh hưởng của nhiệt độ nước ra khỏi động cơ đốt trong tới sự ăn mòn bề mặt làm việc của các ống lót xy lanh. Bề mặt làm việc của ống lót xy 0 lanh bị ăn mòn do tác động của các chất tủs, C 200 ăn mòn được tạo ra khi nhiên liệu cháy. 3.0 Khi nhiên liệu cháy trong xy lanh 4.0 =2,5 ĐCĐT tạo thành a xit cacbonic, 160 anhyđrit lưu huỳnh, hơi nước và một số 6,0 lượng nhỏ ôxít nitơ và các anđêhit. Phụ thuộc vào các đi20 1 ều kiện tiếp xúc với các vách xy lanh của S,% 80
các chất ăn mòn hóa học có trong thành phần các sản phẩm cháy mà quan sát thấy được sự ăn mòn (hóa học) khí cháy và ăn mòn điện hóa. Khi nhiên liệu cháy tong xy lanh ĐCĐT tạo ra một số lượng lớn hơi nước nhất định. Nếu trên các vách xy lanh đọng ít hơi nước thì đủ để xuất hiện ăn mòn điện hóa mạnh, thậm chí khi hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu nhỏ. Điều kiện bắt buộc ngưng tụ hơi trên các xy lanh là nhiệt độ hơi nước bão hòa tH2O,0C chứa trong các sản phẩm cháy cao hơn nhiệt độ bề mặt xy lanh txl,0C. Nhiệt ủoọ ủieồm sửụng cuỷa hụi nửụực phuù thuoọc vaứo soỏ lửụùng khoõng khớ vaứo xy lanh vaứ haứm lửụùng hụi aồm cuỷa khoõng khớ. Nhieọt ủoọ ủieồm sửụng cuỷa caực saỷn phaồm chaựy t đs, 0C ủửụùc naõng cao khi taờng taỷi troùng của ĐCĐT và phụ thuộc vào hệ số dư lượng không khí  và hàm lượng lưu huỳnh trong nhiên liệu (hình 8.10) tủs,0C 0 80 60 40 20 H2O,% 340 300 a ? 260 220 S=0,0 S=1,5 180 140 c’ c 20 40 60 80 tw2,0C 0 100 Hỡnh 8.11. Aỷnh hửụỷng cuỷa haứm 0 20 40 60 80 lửụùng lửu huyứnh trong nhieõn lieọu vaứ nhieọt ủoọ nửụực laứm maựt ủeỏn ỡnh 8.12. Bieồu ủoà traùng thaựi cuỷa H hoón hụùp H2SO4 vaứ H2O ủoọ moứn caực xeực maờng Như thấy trên hình vẽ, nhiệt độ cực đại của điểm sương của sản phẩm cháy t 0 C lớn hơn nhiều so với nhiệt độ ngưng tụ của hơi nước tH2O,0C đs, (S = 0%) và tăng khi tăng tải trọng ĐCĐT (khi giảm ) và hàm lượng lưu huỳnh S,%. Tăng hàm
lượng lưu huỳnh dẫn đến nâng cao đột ngột độ mòn các chi tiết nhóm xy lanh pít tông (hình 8.11). Yếu tố chính xác định độ ăn mòn bề mặt công tác của xy lanh khi nhiệt độ thấp của vách (nước làm mát) là sự bám chất ngưng tụ a xít trên bề mặt ma sát. Phần hơi của các sản phẩm cháy là hỗn hợp hai pha H2O + H2SO4, biểu đồ trạng thái khi áp suất 1kG/cm2 được giới thiệu trên hình 8.12. Đường cong ngưng tụ (a) trong khu vực nồng độ thấp của H2SO4 đi dốc lên trên. Phải khẳng định rằng sự bám chất ngưng tụ xảy ra với nồng độ cao H2SO4 khi nồng độ thấp của H2O trong pha hơi. Nếu trong pha hơi nồng độ là C’ thì ngưng tụ xảy ra khi nhiệt độ không đổi (quá trình theo đường đứt), còn trong chất lỏng được hình thành sẽ có 85% H2SO4 (điểm C). Tốc độ ngưng tụ hơi H2SO4 bị tăng khi giảm nhiệt độ vách. Trong xy lanh ĐCĐT khi nhiệt độ vách tH20 < txl < tđs ăn mòn điện hóa diễn ra yếu vì chất ngưng tụ bám trên vách trong số lượng nhỏ là a xít lưu huỳnh nồng độ cao; khi txl > tH2O cường độ ăn mòn điện hóa bị tăng đột ngột vì trên bề mặt bám số lượng lớn chất ngưng tụ có nồng độ thấp có họat tính mạnh nhất. Điều kiện ngưng tụ trong xy lanh ĐCĐT phụ thuộc vào nhiệt độ và sự phân bố phần bề mặt xy lanh đối với hành trình pít tông. Các phần với nhiệt độ thấp hơn 1100C chịu mòn nhiều hơn, còn trên các phần có nhiệt độ vượt quá 1400C, độ mòn ít hơn 2 đến 2, 5 lần. Việc tăng đột ngột sự ăn mòn được quan sát thấy khi nhiệt độ vách sụt thấp hơn 140-1500C, trùng hợp với nhiệt độ cực đại của điểm sương của hơi nước trong xy lanh ĐCĐT. Khi đó số lượng chất ngưng tụ bị tăng đột ngột và hoạt tính của nó cũng tăng do giảm nồng độ. Để ngăn ngừa sự ngưng tụ a xít, nhiệt độ bề mặt làm việc của ống lót xy lanh trên phần lớn hành trình pít tông cần phải khồng thấp hơn 190-2200C. Phương pháp duy nhất nâng cao nhiệt độ bề mặt làm việc của ống lót xy lanh là nâng cao nhiệt độ nước làm mát. Song nâng cao nhiệt độ ống lót xy lanh tới giới hạn nói trên lại không chấp nhận được theo các điều kiện duy trì sự bôi trơn. Cường độ ăn mòn điện hóa trong xy lanh có thể giảm được bằng cách tăng nhiệt độ nước làm mát trong các giới hạn mà nhiệt độ phần thân trên của ống lót xy lanh sẽ không thấp hơn 140-1500C. Với ĐCĐT tăng áp điều này đạt được khi nhiệt độ nước ra khỏi ĐCĐT tW2 = 85-950C. Sự quá độ lên nhiệt độ cao hơn (làm mát ở nhiệt độ cao) bị giới hạn bởi tính ổn định nhiệt động của dầu, bởi độ bền nhiệt của vật liệu
pít tông (đặc biệt là nhôm) trong khu vực rãnh xéc măng trên và bởi áp suất cao trong hệ thống làm mát. 8.5.2. ảnh hưởng của nhiệt độ nước làm mát đến sự ăn mòn xâm thực ống lót xy lanh. Hiện tượng ăn mòn xâm thực được quan sát thấy trên các bề mặt ống lót và bloc các xy lanh tiếp xúc với nước làm mát. Nguyên nhân chính của ăn mòn xâm thực là sự rung động các chi tiết trong thời gian ĐCĐT làm việc. ở0C và áp suất khí quyển bình thường bản thân trong nước được tạo ra các bong bóng nghĩa là nước bắt đầu hóa sôi. Khi giảm áp suất PW trong khoang làm mát, nhiệt độ sôi của nước ts = 1000 bị giảm. Khi ống lót rung động, trên bề mặt tiếp xúc với nước của nó lần lượt xuất hiện các khu vực áp suất cao và áp suất thấp. Trên hình 8.13 cho sơ đồ xuất hiện và phá hủy các bong bóng hơi khi ống xy lanh rung động. ở trạng thái rung động khi vách rời khỏi nước, trên bề mặt vách xuất hiện vùng áp suất giảm, nước sôi và tạo bóng hơi. Khi chuyển động ngược lại trên bề mặt vách được tạo ra vùng áp suất cao, xảy ra sự phá vỡ đột ngột bóng hơI, lúc này xuất hiện xung áp suất đạt 11.000 kG /cm2. Áp suất này gây ra biến dạng mạng tinh thể, nâng cao nhiệt độ và phá hủy vật liệu. ăn mòn xâm thực luôn kèm theo ăn mòn điện hóa. Sự rung động của các chi tiết tiếp xúc với nước được xác định bằng các thời điểm cháy đột ngột nhiên liệu xuất hiện có tính chu kỳ trong xy lanh, nghĩa là bằng quá trình công tác và các tải trọng va đập khi pít tông đạt tới diiểm chết trên. Sự phá hủy lớn nhất ống lót xy lanh do mòn xâm thực được quan sát thấy ở mặt phẳng vuông góc đường tâm trục khuỷu tại vị trí rung động lớn nhất. Cường độ ăn mòn và xâm thực phụ thuộc vào sự có mặt các chất muối dung dịch và a xít trong nước. Các muối và a xít đẩy nhanh quá trình ăn mòn và mòn xâm thực.
S (1) Hỡnh 8.13. Sụ ủồ hỡnh thaứnh + F1 vaứ phaự vụừ caực bong boựng 0 0 hụi trong khoang laứm maựt cuỷa ủoọng cụ F2 S, v, j : haứnh trỡnh, vaọn toỏc vaứ gia toỏc cuỷa caực rung ủoọng cuỷa xy lanh; (1)- Dao ủoọng cuỷa vaựch vaứ - chaỏt loỷng - chaỏt loỷng bửựt v khoỷi bề maởt vaựch; (2) + F1- Lửùc huựt cuỷa chaỏt loỷng; F2- Lửùc huựt cuỷa hụi; 0 , s 2 - F1>>F2; = 11000 kG/cm ; (2)- Bieỏn thiẽn vaọn toỏc v; j (3) (3)- Gia toỏc j cuỷa dao ủoọng bề + maởt oỏng loựt; (4)- Lửùc quaựn tớnh cuỷa chaỏt 0 , s loỷng Pj = Pxl lửùc baựm cuỷa phãn - tửỷ chaỏt loỷng: khõng coự sửù P xãm thửùc; (4) Ppt (5)- Lửùc quaựn tớnh cuỷa chaỏt + loỷng Pj > Pxl lửùc baựm cuỷa phãn 0 tửỷ chaỏt loỷng: trong ủieồm A táo , s bong boựng hụi, baột ủầu xãm - thửùc; (6)- Lửùc quaựn tớnh cuỷa chaỏt (5) Pj Ppt A loỷng Pj = Pzax caực lửùc phaự vụừ + boựng hụi trong ủieồm B, caực 0 , s boựng hụi baột ủầu bũ xieỏt chaởt, (6) Pz Ppt A + 0 , s B - Pzax
Để giảm sự ăn mòn điện hoávà mòn xâm thực có các biện pháp sau: - Sử dụng nước chưng cất hay nước ngọt có hàm lượng hạn chế của các tạp chất; - Bổ sung vào nước các chất phụ gia chống ăn mòn đặc biệt để tạo màng bảo vệ trên bề mặt các chi tiết; - ống lót và blok xy lanh được phủ một lớp bọc chống ăn mòn bằng thiếc, cadimi, các loại sơn và nhựa đặc biệt; - Nâng cao nhiệt độ và áp suất trong hệ thống làm mát ĐCĐT. Trên hình 8.14 biểu diễn sự phụ thuộc vào nhiệt độ nước làm mát của sự phá hủy xâm thực các xy lanh G%. G,% 200 175 a 150 125 100 90 tw2,0C 0 10 30 50 70 Hỡnh 8.14. Sửù phuù thuoọc vaứo tw2 cuỷa sửù phaự huyỷ xaõm thửùc beà maởt caực xy lanh 8.6. Các yêu cầu được đặt ra đối với nước làm mát, các chất phụ gia chống ăn mòn 8.6.1. Các yêu cầu đối với nước làm mát ĐCĐT Khác với nước sạch hóa học, nước thiên nhiên là dung dịch có thành phần phức tạp. Trong nước có chứa các chất muối và khí hòa tan trong. Các chất khí ở trong dạng phân tử hòa tan O2, N2. Các hợp chất hóa học ở trong dạng các iôn đơn giản (Ca, Mg, Na, Ce) và thành phần phức tạp (NH4, SO4, HCO3). Nhiều hợp chất có thể ở trong trạng thái keo. Nước tự nhiên có nhiều tạp chất nên không thuận lợi sử dụng cho các mục đích kỹ thuật trong đó có cả cho làm mát ĐCĐT, vì vậy trước khi sử dụng nước được xử lý đặc biệt (chuẩn bị nước). Xử lý sơ bộ nước bao gồm việc lọc sạch các tạp chất cơ học,
loại bỏ các muối hòa tan và a xít, và bổ xung vào nước các chất phụ gia đặc biệt để trung hòa các tính chất có hại riêng biệt của nước. Với mục đích đó nước được đun sôi, được tiến hành chưng cất hay xử lý bằng các chất phản ứng hóa học hay các chất đặc biệt. Nếu nước được sử dụng làm chất lỏng làm mát trong hệ thống làm mát kín của ĐCĐT thì nó không được chứa các tạp chất tạo cặn lắng trên các chi tiết bị đốt nóng hoặc gây ra ăn mòn điện hóa mạnh. Như các thực nghiệm đã chỉ ra, để làm mát ĐCĐT tốt nhất là nước không có muối và a xít và có độ tinh khiết cao. Song để nhận được loại nước này và duy trì chất lượng ổn định của nó đòi hỏi thiết bị phực tạp không thuận lợi trong các điều kiện trên tàu quân sự. Vì vậy đối với các hệ thống là m mát người ta sử dụng nước ngọt hay nước chưng cất có hàm lượng tạp chất hạn chế. Các điều kiện kỹ thuật cho chất lượng nước làm mát được xác định bằng các chỉ tiêu sau: - Độ cứng tổng cộng (các iôn Ca ++ và Mg ++) trong giới hạn 1,0 - 2,5 mg-tđ/l; - Hàm lượng Clo (các iôn Cl -) không lớn hơn 30-300 mg/l; - Độ kiềm: không có (chỉ tiêu pH = 6,5 - 7,5). Các yêu cầu đối với nước làm mát động cơ đốt trong phụ thuộc vào các đặc điểm kết cấu của chúng và vào mức độ cường hóa. Nước làm mát các động cơ cường hóa cao tốc có những yêu cầu chặt chẽ hơn. Độ cứng của nước được đặc trưng bằng số lượng các muối hòa tan Ca và Mg và một phần Fe trong nước. Người ta phân biệt độ cứng chung, độ cứng cố định và độ cứng tạm thời của nước. Độ cứng tạm thời phụ thuộc vào hàm lượng các bicabônat canxi Ca (HCO3)2 và bicacbônát magiê Mg (HCO3)2, nó bị mất khi sôi. Độ cứng cố định là do có các sunphat, clorua và các silicat của các nguyên tố trên: CaSO4, CaCl2, CaSiO3, MgSO4, MCl2, MgSiO3. Độ cứng chung là tổng các độ cứng cố định và tạm thời. Độ cứng của nước được biểu thị bằng đơn vị độ cứng oH. Một độ của độ cứng oH tương đương hàm lượng các muối magiê và canxi trong một lít nước tương đương 10mg CaO. Từ năm
1952 thay cho 1 đơn vị thay đổi độ cứng người ta sử dụng đại lượng gọi là miligam tương đương trên lít (mg-tđ/l). Một miligam tương đương có 20,04 mg Ca hay 12, 16 mg Mg. Giữa độ cứng oH và miligam tương đương có tương quan sau: 1oH = 0,35663 mg-tđ/l 2,8040H = 1 mg-tđ/l. Nước được coi là mềm nếu chứa không lớn hơn 3 mg -tđ/l; nước trung tính: 3-6 mg-tđ/l; nước cứng: lớn hơn 6 mg -tđ/l. Hàm lượng muối của nước biển: được đặc trưng bằng độ mặn - là số lượng tổng cộng tất cả các muối (theo gam) nhận được khi bay hơi 1kg nước. Nhưng chỉ tiêu độ mặn không hoàn toàn phản ánh các tính chất của nước, vì vậy trong các điều kiện trên tàu, độ mặn được coi đặc trưng bằng độ quy ước theo Brandt (oBr hay oB). Một độ mặn của nước theo Brandt tương ứng hàm lượng 10mg NaC (cùng với NaBr, Na) trên 1 lít nước. Hiện nay, độ mặn của nước được đặc trưng bằng hàm lượng các Clorua được biểu thị bằng miligam iôn Cl - trên 1 lít nước. Độ kiềm và độ a xít của nước được xác định bằng chỉ tiêu pH, nghĩa là bằng âm lôgarít thập phân của nồng độ iôn hyđrô H+ trong nước, pH = -lgH+. Các iôn H + mang đặc tính a xít, còn mang tính kiềm (các gốc kiềm) là các iôn hyđrôxit (OH)-. Trong nước sạch H+ = (OH)-, vì vậy nó được khảo sát như mối liên kết trung tính. Trong nước sạch hóa học ở nhiệt độ 22oC, một lít đã phân ly có 1/10.000.000 = 10-7 phân tử gam nước. Chỉ tiêu hyđrô của nứoc này pH = 7, nước hoặc dung dịch khi đó là trung tính. Nếu dung dịch có tính chua thì H+ > (OH)-, trong nước có nhiều iôn (OH)- hơn. Nhưng tích c ủa chúng trong các dung dịch nước phải cố định, không phụ vào mối tương quan của các nồng độ. Vậy thì đối với đặc tính a xít và kiềm của dung dịch không cần chỉ ra cả hai nồng độ mà chỉ cần nồng độ H+ là đủ. Nếu dung dịch có tính chua thì pH < 7, nếu có tính kiềm thì pH > 7. Trong nước thiên nhiên nồng độ pH dao động từ 4 đến 9. Hiện nay có nhiều công trình nghiên cứu sử dụng nước có độ sạch cao để làm mát ĐCĐT, nghĩa là nước không có muối và a xít. Trong nước này hàm lượng tạp
chất và a xít là cực tiểu. Việc đảm bảo nước có độ sạch cao được thực hiện nhờ các phin lọc trao đổi điện - iôn đặc biệt lắp trong hệ thống làm mát ĐCĐT. Đã được xác định rằng việc sử dụng nước độ sạch cao hầu như hoàn toàn loại trừ cặn lắng trong không gian trong áo nước, chấm dứt ăn mòn điện hóa và xâm thực. 8.6.2. Các chất phụ gia cho nước làm mát ĐCĐT Với mục đích giảm ăn mòn điện hóa, là hiện tượng đáng kể trong trường hợp sử dụng nước với hàm lượng tạp chất hạn chế, người ta dùng các chất phụ gia chống ăn mòn đặc biệt pha vào nước. Các chất phụ gia dùng phổ biến cho các động cơ tàu quân sự là: 1. Nhũ tương -?: dầu khoáng vật có độ nhớt 17-23 cct, khi t = 50oC được đặc quánh lại bằng các a xít và xà phòng dầu mỏ; tạo trên các bề mặt chi tiết màng dầu bảo vệ; được pha vào nước theo tỷ lệ 1-2% trọng lượng. 2. Chất phản ứng BH??H? -177: dầu hoà tan được; khi pha số lượng nhỏ vào nước làm mát đảm bảo tạo thành các nhũ tương ổn định nhỏ hạt, phân bố đều tạo thành màng dầu trên bề mặt các chi tiết để chống ăn mòn; được pha vào nước theo tỷ lệ 1-1,5% trọng lượng. 3. Chất Crompik K2Cr2O7: là chất ôxy hóa mạnh; tạo thành màng ô xy bảo vệ trên bề mặt chi tiết, bảo vệ kim loại khỏi ăn mòn; cũng có tác dụng giảm độ cứng của nước; pha vào nước làm mát theo tỷ lệ 1-1,5% trọng lượng. 8.7. Các qui tắc cơ bản bảo dưỡng các hệ thống làm mát Để đảm bảo sự làm việc lâu dài và bình thường của ĐCĐT hệ thống làm mát cần phải tin cậy, nước làm mát và các chất phụ gia cho nó cần có chất lượng phù hợp. Trước khi nạp đầy hệ thống làm mát, cần xúc rửa nó cẩn thận bằng nước đảm bảo các yêu cầu kỹ thuật. Việc rửa hệ thống được tiến hành khi động cơ làm việc ở hành trình không tải trọng 10-15 phút. Sau khi rửa thì tháo bỏ nước này đi. Phải nạp vào hệ thống làm mát bằng nước sạch kỹ thuật, nước ngưng tụ, nước chưng cất hay nước ngọt thiên nhiên thỏa mãn cá yêu cầu kỹ thuật đối với động cơ đã cho. Người khai thác sử dụng động cơ cần có các số liệu kỹ thuật của nước theo các phân tích từng mùa. Chất lượng nước sử dụng không thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật thì tuổi thọ ĐCĐT do nhà máy xác định không được đảm bảo. Cần phải pha vào nước chất phụ gia chống ăn mòn.
8.7.1. Chuẩn bị nước với chất phụ gia BH??H? -177 Chuẩn bị nước với chất phụ gia BH??H? -177 được thực hiện như sau: Hệ thống làm mát ĐCĐT được nạp đầy khoảng 40-60%. Mỗi lượng 1,5-2, 0 kg chất phụ gia hòa trộn cẩn thận vào 8-10 lít nước có nhiệt độ 40-60oC và được nạp vào hệ thống làm mát. Sau khi pha toàn bộ chất phụ gia thì nạp đầy thể tích hệ thống làm mát. Khởi động ĐCĐT và cho chạy không tải độ 10 phút để chất phụ gia được hòa trộn tốt hơn. Sau khi lắp đặt ĐCĐT và qua mỗi 1500 giờ làm việc thì tiến hành sự thụ động hóa chống rỉ, nghĩa là tráng lên các bề mặt trong tiếp xúc với nước một lớp màng chống rỉ nhờ 1% chất keo, nạp vào hệ thống lượng nước có hàm lượng keo 1% rồi cho ĐCĐT làm việc trong 5 giờ ở các chế độ bộ phận. Sau khi dừng má y tháo hết nước ra và nạp đầy nước mới. Nồng độ chất phụ gia được kiểm tra qua 100-150 giờ làm việc của ĐCĐT, nhưng không ít hơn một lần trong một tháng. Cần thiết thì phải phục hồi nồng độ của nó. Nếu không phát hiện ra nồng độ chất phụ gia thì qua thời hạn chỉ dẫn bổ sung chất phụ gia vào nước theo tỷ lệ 0,6% trọng lượng. Việc kiểm tra nồng độ chất phụ gia được tiến hành trong phòng thí nghiệm. Nếu không có phòng thí nghiệm thì nồng độ chất phụ gia được xác định theo các đương lượng độ trong suốt được chế tạo trên tàu. Trong mỗi trường hợp kiểm tra và bổ sung chất phụ gia cần ghi vào lý lịch máy. Việc thay nước làm mát được thực hiện qua 1000-1500 giờ làm việc của ĐCĐT nhưng không ít hơn một lần trong một năm. 8.7.2. Chuẩn bị nước với chất phụ gia crômpik Chuẩn bị nước với chất phụ gia crômpik được tiến hành như sau: Số lượng cần thiết của crômpik được hòa tan vào nước trong thùng riêng. Dung dịch được hòa trộn cẩn thận và được lọc. Nhiệt độ nước khi hòa tan crômpik là 40- 60oC. Nạp nước vào hệ thống làm mát tới 40-60% thể tích, sau đó nạp dung dịch đã chuẩn bị, rồi lại nạp cho đầy hệ thống bằng nước. Crômpik có tính độc nên khi chuẩn bị dung dịch phải sử dụng các phương tiện bảo hộ chuyên dụng: găng tay cao su, tạp dề và kính bảo vệ.