Cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

Bài viết dưới đây, HQC sẽ giúp bạn hiểu được cấu tạo cơ bản của động cơ diesel để vận hành máy phát điện được an toàn và hiệu quả hơn.

  • 1. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền
  • 2. Thân động cơ và xilanh
  • 3. Cơ cấu phân phối khí
  • 4. Hệ thống nhiên liệu
  • 5. Hệ thống bôi trơn
  • 6. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn
  • 7. Hệ thống phát động

Những cơ cấu và hệ thống cơ bản trong động cơ diesel

1. Cơ cấu trục khuỷu thanh truyền

Trong động cơ diesel, cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền là thành phần chính thực hiện chu trình làm việc của động cơ và biến chuyển động tịnh tiến qua lại của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền là cơ cấu chính trong động cơ diesel và bao gồm hầu hết những chi tiết chủ yếu như piston, trục khuỷu, thanh truyền,…

Cơ cấu trục khuỷu – thanh truyền trong động cơ diesel

1.1. Piston

a. Vai trò

Vai trò chủ yếu của piston là cùng với những chi tiết khác như xilanh, nắp xilanh bao kín tạo thành buồng cháy, đồng thời truyền động lực cho thanh truyền cũng như nhận lực từ thanh truyền để nén khí.

Piston trong động cơ diesel

b. Điều kiện làm việc

Điều kiện làm việc của piston rất khắc nghiệt, cụ thể là:

* Trọng tải to và với chu kỳ:

- Áp suất to, với thể lên tới 120 kg/cm2 hoặc hơn nữa.

- Lực quán tính to.

* Trọng tải nhiệt cao:

Do xúc tiếp trực tiếp với khí cháy với nhiệt độ 2200-2800 K nên nhiệt độ đỉnh piston với thể lên tới 500-800 K. Do nhiệt độ cao, piston bị giảm sức bền, bó kẹt, nứt, làm giảm hệ số nạp, gây kích nổ…

* Ma sát to và ăn mòn hóa học:

Do với lực ngang nên giữa piston và xilanh với ma sát to. Điều kiện bôi trơn tại đây rất khó khăn, thông thường chỉ bằng vung té nên khó đảm bảo bôi trơn xuất sắc. Mặt khác do thường xuyên xúc tiếp trực tiếp với sản vật cháy với những chất ăn mòn như những khá axit nên piston còn chịu ăn mòn hóa học.

c. Vật liệu chế tạo

Piston thường được chế tạo bằng hợp kim nhẹ và một số bằng gang hoặc thép.

Piston chế tạo bằng hợp kim nhẹ (chủ yếu bằng hợp kim nhôm và hợp kim manhê) so với gang, thép với ưu điểm là trọng lượng nhỏ, độ dẫn nhiệt tốt và tổn hao do ma sát lên thành xilanh nhỏ hơn, do vậy thường được sử dụng phổ biến nhất hiện nay. Nhược điểm vật liệu này khả năng chịu mài mòn kém vì hệ số dãn nở cao.

1.2. Chốt piston

a. Vai trò

Chốt piston là chi tiết nối piston và thanh truyền. Tuy với kết cấu thuần tuý nhưng chốt piston với vai trò rất quan yếu để bảo đảm điều kiện làm việc thường nhật của động cơ.

Chốt piston trong động cơ diesel

b. Điều kiện làm việc

Chốt piston chịu lực va đập, tuần hoàn, nhiệt độ cao và điều kiện bài tròn khó khăn.

c. Vật liệu chế tạo

Chốt piston thường được chế tạo từ thép it cacbon và thép hợp kim với những thành phần hợp kim như crôm, măng-gan với thành phần các-bon thấp. Để tăng độ cứng cho bề mặt - tăng sức bền nói - chốt được thấm than, xianua hóa, hoặc tôi cao tần và được mài bóng.

1.3. Xéc-măng (hay còn gọi là vòng găng)

a. Vai trò

Xéc-măng là những vòng ko khép kín, được lắp trên rãnh piston với nhiệm vụ làm cho buồng đốt được kín sát, ko cho khí nén lọt xuống các-te động cơ và ko cho dầu bôi trơn lọt lên buồng đốt (sẽ hình thành muội than và tăng tiêu hao dầu bôi trơn). Đồng thời, vòng găng còn với nhiệm vụ truyền nhiệt từ piston sang xilanh.

Xéc-măng lắp trên rãnh piston làm cho buồng đốt được kín sát

b. Điều kiện làm việc

Xéc-măng nói chung làm việc trong điều kiện nặng nề, phức tạp, thường xuyên xúc tiếp với áp suất và nhiệt độ cao, xoành xoạch chịu và đập vào rãnh piston, ma sát vớ xilanh. Nhưng điều kiện bôi trơn đối với vòng găng lại kém nên chóng mòn và nhanh mất đi tính đàn hồi.

c. Vật liệu chế tạo

Vật liệu chế tạo xéc-măng phải với độ bền cao, và phải với tính chịu mài mòn ở nhiệt độ cao. Thông thường, vòng găng được chế tạo bằng gang hợp kim, qua nhiệt luyện để tăng độ cứng và độ đàn hồi.

1.4. Thanh truyền (hay còn gọi là biên)

a. Vai trò

Thanh truyền sử dụng để nối piston với trục khuỷu, nó với nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

Thanh truyền biến chuyển động tịnh tiến thành chuyển động quay

b. Điều kiện làm việc

Thanh truyền chịu lực khí thể, lực quán tính của nhóm piston và lực quán tính của bản thân thanh truyền. Những lực trên đều là những lực tuần hoàn va đập.

c. Vật liệu chế tạo

Với điều kiện làm việc như trên, vật liệu sử dụng để chế tạo biên phải đảm bảo độ bền, cứng và nhẹ. Thông thường, thanh truyền được chế tạo bằng thép các-bon chất lượng tốt hoặc thép hợp kim.

1.5. Trục khuỷu

Đây là chi tiết rất quan yếu và chiếm tỷ trọng khá to, với thể tới 25-30% giá thành động cơ.

a. Vai trò

Trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mô-men quay, kéo những máy công việc và nhận năng lượng của bánh đà, sau đó truyền cho thanh truyền và piston thực hiện quá trình nén cũng như trao đổi khí trong xilanh.

Trục khủy, chi tiết quan yếu nhất trong động cơ diesel

b. Điều kiện là việc

Trong quá trình làm việc, nó chịu tác dụng to của sức ép khí cháy và lực quán tính của những chi tiết chuyển động tịnh tiến qua lại, cũng như những chi tiết chuyển động quay. Những lực này với trị số rất to và thay đổi theo chu kỳ nhất định nên với tính chất va đập mạnh.

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu lực tác dụng to của khí cháy và lực quán tính của nhóm piston – thanh truyền. Ngoài ra, trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của những khối lượng quay lệch tâm của bản thân trục khuỷu và của thanh truyền. Những lực này gây uốn, xoắn, dao động xoắn và dao động ngang của trục khuỷu trên những ổ đỡ.

c. Vật liệu chế tạo

Trục khuỷu yêu cầu phải chế tạo bằng vật liệu với độ bền và độ cứng cao, ít hao mòn. Thông thường, trục khuỷu được chế tạo bằng thép các- như C40, C45, thép hợp kim hoặc gang độ bền cao.

1.6. Bánh đà

a. Vai trò

Trong động cơ diesel, bánh đà với vai trò giữ cho độ ko đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép. Ngoài ra, bánh đà còn là nơi lắp ghép những chi tiết của cơ cấu phát động như vành răng và là nơi đánh dấu tương ứng với những điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu.

b. Vật liệu

Bánh đà thường được đúc bằng gang hoặc thép thường – loại thép ít các-bon, sau lúc gia công xong, được thăng bằng động lực học với trục khuỷu.

2. Thân động cơ và xilanh

Thân động cơ và xilanh là những chi tiết một mực và rất phức tạp để lắp hầu hết trong những cơ cấu và những hệ thống khác nhau của động cơ.

2.1. Thân động cơ

a. Vai trò

Như đã trình bày ở trên, thân động cơ cùng với nắp xilanh là nơi lắp đặt và xếp đặt hầu hết những cụm chi tiết của động cơ.

Cụ thể trên thân động cơ được xếp đặt xilanh, hệ trục khuỷu và những phòng ban truyền động để dẫn động những cơ cấu và hệ thống khác của động cơ như trục cam, bơm nhiên liệu, bơm dầu, bơm nước, quạt gió…

b. Vật liệu

Thân động cơ diesel lắp cho máy phát điện – thường được chế tạo bằng gang đúc.

 Thân động cơ thưởng được chế tạo từ gang đúc

2.2. Xilanh

a. Vai trò

Xilanh với nắp xilanh và piston tạo thành buồng đốt và thể tích làm việc của động cơ, đồng thời nó dẫn hướng sự chuyển động tịnh tiến qua lại của piston và vòng găng.

b. Điều kiện làm việc

Lúc động cơ làm việc, xilanh xúc tiếp với những chất khí với áp suất và nhiệt độ cao. Đồng thời lúc piston và xéc-măng chuyển động sẽ xuất hiện những lực ma sát làm mòn bề mặt làm việc của xilanh.

Lúc động cơ làm việc, khoảng 30-35% nhiệt lượng do hỗn hợp làm việc đốt cháy tỏa ra được truyền qua thành xilanh. Vì vậy, để tránh cho động cơ khỏi bị quá nóng, người ta phải làm mát xilanh bằng nước (tuần hoàn trong động cơ).

c. Vật liệu

Thông thường xilanh được chế tạo từ gang xám, mặt trong được doa và đánh bóng kỹ, được gọi là mặt gương xilanh. Xilanh với thể được đúc liền thân động cơ, hoặc chế tạo riêng biệt gọi là ống xilanh.

3. Cơ cấu phân phối khí

Cơ cấu phối khí trong động cơ diesel với nhiệm vụ kịp thời mở, đóng cửa nạp và cửa xả để nạp đầy ko khí vào trong xilanh và xả sạch khí đã làm việc ra ngoài theo trật tự làm việc của động cơ.

3.1. Xupap

Xupap là một chi tiết để mở cửa nạp và đóng của xả. Xupap làm việc trong điều kiện bị va đập mạnh và luôn xúc tiếp với áp suất và nhiệt độ cao, đặc trưng là xupap xả (với thể lên tới 8500C). Ngoài ra nó còn bị tác dụng ăn mòn hóa học.

Xupap trong động cơ diesel

Để giải quyết được yêu cầu làm việc tương tự, xupap thường được chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt với những thành phần như silic, crôm, măng-gan. Trong một số trường hợp, để chống ăn mòn và chống gỉ, người ta còn mạ lên bề mặt làm việc của xupap một lớp mỏng hợp kim cô-ban.

3.2. Trục cam

a. Vai trò

Trục cam sử dụng để điều khiển việc đóng mở những xupap thích hợp với trật tự làm việc của động cơ. Trên trục cam với những ổ trục để lắp trục vào thân động cơ, với những cam nạp và những cam xả. Số lượng cam tương ứng với số lượng xupap và được xếp đặt đúng trật tự làm việc của động cơ.

b. Điều kiện làm việc

Về mặt trọng tải, trục cam ko cần phải chịu điều kiện làm việc nặng nhọc. Những bề mặt làm việc của cam xúc tiếp thường ở dạng trượt nên dạng hỏng chủ yếu của trục cam là mài mòn.

c. Vật liệu

Vật liệu chế tạo trục cam, người ta thường sử dụng thép ít các-bon như thép C30, thép các-bon trung bình như thép C40, C45 hoặc thép hợp kim như 15Cr, 15Mn, 12CrNi…

Trục cam trong động cơ diesel

4. Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu với nhiệm vụ sản xuất dầu diesel tạo thành hỗn hợp đốt cho động cơ thích hợp với những chế độ làm việc.

4.1. Yêu cầu về hệ thống nhiên liệu:

- Phải tự động sản xuất lượng nhiên liệu thích hợp với chế độ trọng tải và tốc độ vòng quay của động cơ.

- Sản xuất nhiên liệu đồng đều cho những xilanh thích hợp với thứ tự làm việc của động cơ.

- Phun nhiên liệu vào xilanh đúng lúc và đúng quy luật.

- Nhiên liệu phải được xé nhỏ, phân bố đều trong thể tích xilanh và tia nhiên liệu phải thích hợp với hình dạng buồng cháy.

Theo cách thức tổ chức và điều khiển việc sản xuất nhiên liệu chu trình với thể chia hệ thống nhiên liệu diesel thành hai loại là: Hệ thống nhiên liệu thông thường và hệ thống nhiên liệu tích áp (Common Rail – CR).

4.2. Sơ đồ hệ thống nhiên liệu trong động cơ diesel

Về mặt nguyên tắc hệ thống nhiên liệu của động cơ thông thường gồm với những phòng ban chủ yếu như hình dưới đây, hai phòng ban quan yếu nhất là bơm cao thế và vòi phun.

Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel

a. Thùng chứa nhiên liệu

Thùng chứa nhiên liệu sử dụng để dự trữ một lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ làm việc liên tục trong một thời kì nhất định. Thông thường trong tổ máy phát điện diesel, thùng chứa nhiên liệu với dung tích đủ cho máy hoạt động trong 8-10 giờ liên tục.

b. Lọc nhiên liệu

Động cơ diesel cho máy phát điện sẽ được trang bị Hai bầu lọc nhiên liệu: Bầu lọc thô và bầu lọc tinh.

Bầu lọc thô sử dụng để lọc sơ bộ những tạp chất cơ học với kích thước to ra khỏi nhiên liệu, trước lúc nhiên liệu được chuyển tới bơm đẩy (bơm chuyển nhiên liệu từ thùng nhiên liệu lên hệ thống nhiên liệu). Bầu lọc thô với khả năng lọc những tạp chất kích thước 0.04-0.09 mm.

Bầu lọc tinh sử dụng để lọc sạch triệt để những tạp chất cơ học chứa trong nhiên liệu trước lúc dẫn nhiên liệu tới bơm cao thế.

c. Bơm đẩy (còn gọi là bơm sức ép thấp)

Bơm đẩy sử dụng để hút nhiên liệu từ thùng chứa qua bầu lọc thô vào bầu lọc tinh với một áp suất nhất định. Bơm đẩy thông dụng nhất là loại bơm piston.

d. Bơm cao thế

Bơm cao thế với vai trò nén dầu diesel với áp suất cao (với thể lên tới 1000 kg/cm2) để đẩy nhiên liệu tới từng vòi phun, đảm bảo đủ lưu lượng và đúng thời khắc cần phun nhiên liệu.

Trong động cơ diesel hiện nay thường sử dụng hai loại bơm cao thế là bơm nhiều piston và loại với một piston.

- Đối với bơm cao thế với nhiều piston thì nhiên liệu sản xuất cho mỗi xilanh được đảm bảo bằng mỗi nhánh bơm riêng biệt. Mỗi nhánh bơm là một cặp piston – xilanh tạo áp suất to cho nhiên liệu lúc phun vào xilanh của động cơ.

- Đối với loại bơm cao thế với một piston thì nhiên liệu sản xuất cho tất cả những xilanh được đảm bảo bằng một piston, với phòng ban phân phối thích hợp với trật tự làm việc của động cơ.

e. Vòi phun

Vòi phun nhận nhiên liệu với áp suất cao từ bơm cao thế để phun vào buồn đốt của xilanh động cơ thành những hạt nhỏ như sương mù. Yêu cầu đối với vòi phun là phải đảm bảo phun đều, ko nhỏ giọt và nhiên liệu phun vào buồng đốt phải tơi sương.

5. Hệ thống bôi trơn

Sơ đồ hệ thống bôi trơn của động cơ diesel

Nhiệm vụ

Hệ thống bôi trơn của động cơ diesel với nhiệm vụ sản xuất dầu bôi trơn sạch với một lượng cần thiết ở một nhiệt độ và áp suất nhất định cho những bề mặt ma sát của những chi tiết máy lúc động cơ làm việc.

Cụ thể hơn, dầu bôi trơn sẽ làm giảm hao tổn công ma sát và giảm độ hao mòn những chi tiết máy; làm nguội những bề mặt do ma sát; làm sạch muội than và mạt kim loại do những chi tiết máy bị mài mòn sinh ra ở trên những bề mặt làm việc; đồng thời bảo vệ cho những chi tiết máy ko bị ô-xi hóa và làm tăng độ kín sát giữa những cặp lắp ghép.

Phương pháp bôi trơn cưỡng bức

Hầu hết động cơ diesel lắp cho máy phát điện hiện nay sử dụng phương pháp bôi trơn cưỡng bức và các-te ướt. Dầu nhờn trong hệ thống bôi trơn được bơm cấp tới những bề mặt ma sát với áp suất nhất định, đảm bảo đủ lưu lượng để bôi trơn, làm mát và tẩy rửa những bề mặt ma sát.

Bơm dầu bôi trơn

Để tạo áp suất cao đưa dầu đi bôi trơn, động cơ phải được trang bị bơm dầu nhờn. Những động cơ diesel cho máy phát điện thường sử dụng loại bơm bánh răng và được đặt trong đáy các-te.

Lọc dầu bôi trơn

Lọc dầu bôi trơn với nhiệm vụ làm sạch những tạp chất trong dầu nhờn trước lúc đưa dầu đi bôi trơn. Bởi vì, nếu trong dầu nhờn với lẫn những tạp chất như mạt kim loại, bụi bẩn, muội than… sẽ làm cho những bề mặt làm việc bị cháy, bị cào xước hoặc tắc ống dẫn dầu gây ra những hư hỏng.

Trên động cơ diesel của máy phát điện sẽ được lắp Hai bầu lọc: Bầu lọc thô và bầu lọc tinh.

thường lắp trực tiếp trên phố dầu đi bôi trơn. Thường lọc thô chỉ lọc được cặn bẩn với kích thước to hơn 0.03 mm.

với thể lọc được những tạp chất với đường kính hạt rất nhỏ tới 0.Một mm.

6. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn

Vai trò của hệ thống làm mát với tác dụng tản nhiệt khỏi cho chi tiết của động cơ lúc làm việc, giữ cho nhiệt độ của những chi tiết ko vượt quá trị giá cho phép nhằm đảm bảo điều kiện làm việc thường nhật của động cơ.

Với động cơ diesel cho máy phát điện sẽ sử dụng làm mát bằng phương pháp làm mát tuần hoàn cưỡng bức (một vòng kín).

Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ diesel

Két nước làm mát (hay còn gọi là phòng ban tản nhiệt)

Két nước lèo để chứa nước và làm mát nước trong hệ thống làm mát của động cơ. Két nước thường được đặt phía trước động cơ.

Cấu tạo két nước gồm: Nắp, ngăn trên, ngăn dưới và những ống nối liền hai ngăn, phiến (tấm) tản nhiệt.

Két nước cho động cơ máy phát điện diesel

Giữa những ống đồng là những tấm tản nhiệt – bằng đồng hoặc nhôm. Lúc động cơ làm việc, nước nóng từ ngăn trên chảy qua những ống đồng xuống ngăn dưới. Trên đoạn đường này, nó sẽ truyền nhiệt cho những tấm tản nhiệt và nhiệt độ của nước sẽ giảm xuống. Để tản nhiệt nhanh hơn, người ta thường sử dụng quạt để đẩy gió qua két nước.

Bơm nước

Bơm nước lèo để tạo ra sự lưu thông cưỡng bức của nước trong hệ thống làm mát. Bơm nước trong động cơ diesel cho máy phát điện, thường là loại bơm ly tâm được dẫn động từ trục khuỷu thông qua dây đai.

Quạt gió

Quạt gió sử dụng để lùa ko khí qua phần giữa của két nước nhằm giúp quá trình làm mát diễn ra nhanh chóng. Quạt gió thường được lắp chung trục với bơm nước và nhận chuyển động từ trục khuỷu qua bộ đai truyền.

7. Hệ thống phát động

Muốn phát động được động cơ diesel cần phải sản xuất năng lượng để quay trục khuỷu động cơ tới tốc độ vòng quay cần thiết (khoảng 125-200 vòng/phút) cho động cơ nổ và tự làm việc.

 Sơ đồ hệ thống phát động của động cơ diesel

Phát động bằng động cơ điện (hay còn gọi là củ đề)

Phát động bằng động cơ điện tức là: Chúng ta làm quay trục khuỷu của động cơ bằng một động cơ điện chạy bằng dòng điện một chiều do ắc-quy sản xuất. Trục của củ đề nối với trục khuỷu của động cơ qua một cặp bánh răng truyền động.

Trong động cơ diesel, công suất của củ đề thường với công suất bằng 5-15% công suất của cả động cơ diesel. 

Trên đây là cấu tạo cơ bản của động cơ diesel sử dụng cho máy phát điện mà những kỹ sư của  đã HQC san sẻ tới bạn. Hiểu được cấu tạo của động cơ diesel sẽ giúp bạn vận hành tổ máy phát điện của mình hiệu quả và an toàn hơn.

BBT HQC

 Bài viết liên quan

 

 

Leave a Comment

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai. Các trường bắt buộc được đánh dấu *