Chương 1: Tổng quan; - Chương 2: Cơ sở lý thuyết quá trình phun hỗn hợp dầu thực vật - diesel của động cơ diesel tàu thủy; - Chương 3: Nghiên cứu lý thuyết ảnh hưởng của hỗn hợp dầu thực vật – dầu diesel đến hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy; - Chương 4: Nghiên cứu thực nghiệm; - Kết luận và kiến nghị: trình bày những kết quả và đóng góp mới của luận án trong lĩnh vực chuyên ngành và hướng cần nghiên cứu tiếp theo. TỔNG QUAN Như đã biết, HTPNL đóng vai trò vô cùng quan trọng trong quá trình biến năng lượng hóa học từ đốt cháy nhiên liệu thành công năng đối với động cơ đốt trong nói chung và động cơ diesel nói riêng. Trong HTPNL truyền thống kiểu cơ khí, bơm cao áp và vòi phun là hai thành phần cốt lõi và chúng có vai trò quyết định trong quá trình cấp nhiên liệu vào động cơ diesel. Phun nhiên liệu vào động cơ là quá trình tương đối phức tạp và luôn được quan tâm nghiên cứu từ nhiều thập kỉ qua.
Trên thực tế, HTPNL của động cơ diesel thường được thiết kế tối ưu đối với mỗi loại nhiên liệu đã được lựa chọn, kể từ bơm cao áp, đường ống cao áp đến vòi phun và đặc biệt là cấu tạo của các lỗ phun. Vậy nên, muốn biết được sự ảnh hưởng của loại nhiên liệu mới đối với một HTPNL đã có sẵn, nhất thiết phải tìm hiểu dựa trên nền tảng lý thuyết về tổng quát HTNL cho động cơ diesel tàu thủy. Với mục đích như vậy, trong chương này, NCS sẽ trình bày các vấn đề cơ bản cần thiết phục vụ quá trình nghiên cứu như: nguyên lý cấu tạo, chức năng, nhiệm vụ của hệ thống cấp, phun nhiên liệu của động cơ diesel thủy; cấu tạo của vòi phun trong hệ thống phun nhiên liệu kiểu cơ khí truyền thống mà luận án nghiên cứu; xu thế ứng dụng các giải pháp nhằm cải thiện chỉ tiêu kinh tế và môi trường cho động cơ diesel thế hệ cũ hiện nay, trong đó giải pháp áp dụng vào HTPNL là sử dụng nhiên liệu hỗn hợp dầu thực vật – dầu diesel được quan tâm nghiên cứu, đặc biệt trong lĩnh vực động cơ diesel cỡ vừa và lớn trên tàu thủy hiện nay đang rất được chú trọng về yếu tố bảo vệ môi trường; bên cạnh đó là đánh giá các công trình khoa học trong và ngoài nước liên quan đến nội dung nghiên cứu để tìm ra những điểm mà chưa có tác giả nào đề cập để luận án nghiên cứu giải quyết. Trình bày rõ các cơ sở khoa học lựa chọn đề tài nghiên cứu và các phân tích cụ thể lý do chọn sử dụng hỗn hợp dầu thực vât - diesel có nguồn gốc từ dầu cọ nguyên chất để nghiên cứu.
Cuối cùng là đưa ra các biện pháp nghiên cứu cụ thể trong từng chương của luận án. Hệ thống nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy Cấu tạo tổng thể của hệ thống nhiên liệu (HTNL) của động cơ diesel có thể chia thành hai phần là phần cấp nhiên liệu và hệ thống phun nhiên liệu. • Phần cấp nhiên liệu – phần thấp áp: gồm két chứa nhiên liệu, thiết bị hâm, bơm thấp áp, lọc nhiên liệu và ống thấp áp. Chức năng của phần này là lọc sạch nhiên liệu rồi cung cấp cho hệ thống phun với áp suất, độ nhớt và nhiệt độ xác định.
• Hệ thống phun nhiên liệu (HTPNL) – phần cao áp: gồm bơm cao áp (BCA), vòi phun (VP), ống cao áp và các bộ phận điều chỉnh-hiệu chỉnh. HTPNL thực hiện hầu như tất cả các yêu cầu đặt ra đối với quá trình phun nhiên liệu và có ảnh hưởng quyết định đến chất lượng quá trình hòa trộn, cháy nhiên liệu trong buồng đốt động cơ diesel. Phân loại hệ thống nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy Với chức năng lọc sạch nhiên liệu rồi phun vào buồng đốt theo những yêu cầu phù hợp với đặc điểm cấu tạo và tính năng của động cơ. Từ đây, hệ thống nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy được phân theo loại nhiên liệu như sau: 1.
Hệ thống nhiên liệu nhẹ (DO) Sơ đồ hệ thống: (3) (5) (8) V-1 V-4 E-3 E-2 (9) V-2 V-3 (4) E-4 (1) - V-5 V-10 V-12 V-8 V-9 (6) V-11 E-5 V-13 (7) E-1 V-7 V-6 (2) Hình 1. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu nhẹ cho động cơ diesel tàu thủy (DO) (1)Két chứa (4)Bơm chuyển dầu (7) Bơm cao áp (10) V1÷10 Van chặn (2)Bơm chuyển dầu (5)Két trực nhật (8) Động cơ diesel (11) E1÷5 Phin lọc (3) Két lắng (6) Bơm cấp dầu (9) Vòi phun 8 Nguyên lý làm việc: hệ thống nhiên liệu nhẹ sử dụng cho các động cơ trung tốc và cao tốc công suất nhỏ. Trong động cơ công suất lớn nó tồn tại song song với hệ thống nhiên liệu nặng. Nhiên liệu được bơm từ két chứa lên két lắng.
Tại két lắng các tạp chất bẩn và nước được lắng xuống và xả ra ngoài qua các van xả, sau đó được bơm chuyển lên két trực nhật qua phin lọc. Nhiên liệu được bơm cấp dầu bơm tới bơm cao áp và được đưa đến vòi phun, phun vào xy lanh động cơ (nếu chất lượng dầu không tốt có thể bố trí thêm máy lọc ly tâm trước khi đưa tới két trực nhật). Trong một số hệ thống khác nhiên liệu từ két trực nhật tới BCA nhờ chiều cao của cột nhiên liệu. Đặc điểm: sử dụng nhiên liệu có khối lượng riêng nhỏ (dưới 920 kg/m3), độ nhớt thấp (dưới 30cSt ở 500C), nhiệt độ đông đặc thấp và các tạp chất khác như nước, lưu huỳnh, cốc, tro, xỉ có tỉ lệ nhỏ.
Hệ thống nhiên liệu này không cần hệ thống hâm nhiên liệu cũng như có thể không cần dùng máy lọc ly tâm [14]. Hệ thống nhiên liệu nặng (HFO hoặc FO) Sơ đồ hệ thống: V-7 (7) (6) (3) V-3 V-1 V-2 V-8 (8) (5) E-3 V-6 E-2 V-15 (4) V-10 V-9 E-4 V-4 V-5 (9) (11) (1) V-11 V-12 V-18 No. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu nặng cho động cơ diesel tàu thủy (FO) (1) Két chứa (5) Bầu hâm (9) Bơm cấp dầu (13) Vòi phun (2) Bơm chuyển dầu (6) Két trực nhật FO (10) Bầu hâm dầu (14) V1÷20 Van chặn (3) Két lắng FO (7) Két trực nhật DO (11) Động cơ diesel (15) E1÷6 Phin lọc (4) Máy lọc ly tâm (8) Bầu tách hơi (12) Bơm cao áp 9 Nguyên lý làm việc: nhiên liệu từ két chứa dưới hầm tàu được bơm chuyển dầu hút qua bầu lọc tới két lắng FO (3). Tại két lắng các tạp chất bẩn và nước được lắng xuống và xả ra ngoài, ở két lắng nhiên liệu có thể hâm sơ bộ để việc lắng tốt hơn.
Nhiên liệu từ két lắng qua hộp van V-4 tiếp tục đến bầu hâm của máy lọc nhờ bơm chuyển rồi đến máy lọc ly tâm qua van V-6. Sau khi qua máy lọc để tách bỏ nước cặn bẩn nhiên liệu được đưa về két trực nhật FO qua van V-7. Từ két trực nhật, nhiên liệu chảy về két hoà trộn qua van 3 ngả, qua phin lọc rồi được bơm cấp dầu đẩy qua bầu lọc đến bầu hâm để đảm bảo độ nhớt. Sau đó BCA đẩy theo đường ống cao áp đến VP phun vào động cơ.
Nhánh phần hệ thống nhiên liệu nhẹ: gồm két trực nhật DO lắp song song với két trực nhật FO. Trước khi tàu manơ hoặc điều động từ 20 - 30 phút có thể chuyển việc sử dụng hệ thống nhiên liệu nặng sang hệ thống nhiên liệu nhẹ bằng van chuyển 3 ngả V-8 có tác dụng làm nhiệt độ của nhiên liệu thay đổi từ từ khi chuyển từ nhiên liệu nặng sau nhiên liệu nhẹ và ngược lại để tránh hiện tượng kẹt piston plunger của BCA. Hệ thống này dùng cho các động cơ diesel trung tốc, thấp tốc công suất lớn, sử dụng loại nhiên liệu có khối lượng riêng cao (trên 920 kg/m3), nhiệt độ động đặc, độ nhớt cao (trên 30cSt ở 500C) và có các thành phần tạp chất như nước, lưu huỳnh, cốc, tro, xỉ lớn [14]. Hệ thống phun nhiên liệu động cơ diesel tàu thủy Đối với động cơ diesel thủy, do điều kiện vận hành không giống như các phương tiện vận tải trên bộ, đặc biệt khi tàu ma nơ điều động cũng như khi sóng gió, do vậy HTPNL này cũng phải đáp ứng các yêu cầu tương đối khắt khe [14, 43]: - HTPNL có nhiệm vụ cung cấp đủ một lượng nhiên liệu theo yêu cầu của tải ngoài và trong một khoảng thời gian nhất định vào buồng đốt của động cơ đúng thời điểm, dưới dạng sương mù nhằm tạo điều kiện cho nhiên liệu hòa trộn tốt nhất với khí sạch đã được nén trong xy lanh.
- Thu lại nhiên liệu thừa sau mỗi lần hoạt động của các bơm cao áp đưa quay trở lại két nhiên liệu. Yêu cầu đối với hệ thống phun nhiên liệu cho động cơ diesel tàu thủy Lưu lượng phun: - Lượng nhiên liệu cấp vào phải đủ và chính xác theo yêu cầu của mỗi chu trình và có thể điều chỉnh được theo yêu cầu của phụ tải; 10 - Lượng nhiên liệu phun vào các xy lanh phải đồng đều (sự chênh lệch không vượt quá 5% khi để tay ga về vị trí cấp nhiên liệu lớn nhất). Nếu cấp không đều thì động cơ sẽ hoạt động rung động mạnh ảnh hưởng đến độ bền của động cơ. Thời điểm phun: - Nhiên liệu được phun vào buồng đốt phải đúng thời điểm.
Nếu phun sớm quá, khi đó áp lực khí nén, nhiệt độ trong xy lanh còn thấp, nên nhiên liệu bốc hơi chậm, một phần bám vào đỉnh piston và thành xy lanh sẽ khó cháy gây lãng phí nhiên liệu và sinh khói đen. Một phần nhiên liệu cháy trước điểm chất trên (ĐCT) sẽ gây phản áp làm động cơ chạy rung hoặc sẽ không hoạt động được. Nếu phun muộn quá, thời gian không đủ để nhiên liệu cháy hết và gây lãng phí, áp lực sinh ra sẽ giảm làm giảm công suất động cơ, động cơ thải khói đen. Áp suất phun: Áp suất nhiên liệu phun vào buồng đốt phải đủ lớn để tạo sương tốt và có sức xuyên tốt, tạo điều kiện hoà trộn tối ưu với khí nén trong xy lanh.
Tuy nhiên áp suất phun cũng không yêu cầu quá lớn vì gặp khó khăn trong chế tạo bơm cao áp, giảm tuổi thọ các chi tiết trong hệ thống. Chất lượng phun: - Nhiên liệu phải được phun ở trạng thái tơi sương (càng tơi sương càng tốt) hình dáng tia nhiên liệu phải phù hợp với buồng đốt, các hạt nhiên liệu phải có kích thước tương đối đồng đều, hoà trộn tốt với khí nén; - Quá trình phun phải dứt khoát, không bị nhỏ giọt lúc bắt đầu và lúc kết thúc phun.
