Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

Vai trò của động cơ diesel quan trọng tới mức người ta thường lấy tên của hãng sản xuất động cơ để đại diện cho tên của dòng phát điện, ví dụ như: Máy phát điện Doosan, Cummins Trung Quốc, Isuzu, hay Mitsubishi Shanghai…

Giữ vai trò quan trọng là vậy nhưng cấu tạo cơ bản của nó như thế nào không phải ai cũng tường minh. Bài viết sau đây, HQC sẽ giới thiệu 7 thành tố chính tạo nên “trái tim” cho máy phát điện diesel.

MỤC LỤC BÀI VIẾT



Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Các 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 các chi tiết chủ yếu như piston, trục khuỷu, thanh truyền,…

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(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 các 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.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Piston trong động cơ diesel)

b. Điều kiện làm việc

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

* Tải trọng lớn và có chu kỳ:

- Áp suất lớn, có thể lên đến 120 kg/cm2 hoặc hơn nữa.

- Lực quán tính lớn.

* Tải trọng nhiệt cao:

Do tiếp xúc trực tiếp với khí cháy có nhiệt độ 2200-2800 K nên nhiệt độ đỉnh piston có thể lên đến 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 lớn và ăn mòn hóa học:

Do có lực ngang nên giữa piston và xilanh có ma sát lớn. Điều kiện bôi trơn tại đây rất khó khăn, thông thường chỉ bằng vung té nên khó đảm bảo bôi trơn hoàn hảo. Mặt khác do thường xuyên tiếp xúc trực tiếp với sản vật cháy có các chất ăn mòn như các hơi 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 có ưu điểm là trọng lượng nhỏ, độ dẫn nhiệt tốt và hao phí do ma sát lên thành xilanh nhỏ hơn, do vậy thường được dùng 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 có kết cấu đơn giản nhưng chốt piston có vai trò rất quan trọng để bảo đảm điều kiện làm việc bình thường của động cơ.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(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 có các 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 không khép kín, được lắp trên rãnh piston có nhiệm vụ làm cho buồng đốt được kín sát, không cho khí nén lọt xuống các-te động cơ và không 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 có nhiệm vụ truyền nhiệt từ piston sang xilanh.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(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 tiếp xúc với áp suất và nhiệt độ cao, luôn luôn 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 có độ bền cao, và phải có 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 dùng để nối piston với trục khuỷu, nó có nhiệm vụ biến chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(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. Các lực trên đều là các lực tuần hoàn va đập.

c. Vật liệu chế tạo

Với điều kiện làm việc như trên, vật liệu dùng 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 trọng và chiếm tỷ trọng khá lớn, có thể đến 25-30% giá thành động cơ.

a. Vai trò

Trục khuỷu nhận lực tác dụng từ piston tạo mô-men quay, kéo các máy công tác 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.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Trục khủy, chi tiết quan trọng nhất trong động cơ diesel)

b. Điều kiện là việc

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

Trong quá trình làm việc, trục khuỷu chịu lực tác dụng lớn của khí cháy và lực quán tính của nhóm piston – thanh truyền. Ngoài ra, trục khuỷu còn chịu lực quán tính ly tâm của các 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 các ổ đỡ.

c. Vật liệu chế tạo

Trục khuỷu yêu cầu phải chế tạo bằng vật liệu có 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 có vai trò giữ cho độ không đồng đều của động cơ nằm trong giới hạn cho phép. Ngoài ra, bánh đà còn là nơi lắp ghép các chi tiết của cơ cấu khởi động như vành răng và là nơi đánh dấu tương ứng với các điểm chết và khắc vạch chia độ góc quay trục khuỷu.


Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Bánh đà giữ cho tốc độ của động cơ đều đều)

b. Vật liệu

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

2. Thân động cơ và xilanh

Thân động cơ và xilanh là những chi tiết cố định và rất phức tạp để lắp hầu hết trong các cơ cấu và các 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 bố trí hầu hết các cụm chi tiết của động cơ.

Cụ thể trên thân động cơ được bố trí xilanh, hệ trục khuỷu và các bộ phận truyền động để dẫn động các 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.

Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện 

(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

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

Khi 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 có 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 có nhiệm vụ kịp thời mở, đóng cửa nạp và cửa xả để nạp đầy không 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 tiếp xúc với áp suất và nhiệt độ cao, đặc biệt là xupap xả (có thể lên tới 8500C). Ngoài ra nó còn bị tác dụng ăn mòn hóa học.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(xupap trong động cơ diesel)

Để đáp ứng được yêu cầu làm việc như vậy, xupap thường được chế tạo bằng thép hợp kim chịu nhiệt có các 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 dùng để điều khiển việc đóng mở các xupap phù hợp với trật tự làm việc của động cơ. Trên trục cam có các ổ trục để lắp trục vào thân động cơ, có các cam nạp và các cam xả. Số lượng cam tương ứng với số lượng xupap và được bố trí đúng trật tự làm việc của động cơ.

b. Điều kiện làm việc

Về mặt tải trọng, trục cam không cần phải chịu điều kiện làm việc nặng nhọc. Các bề mặt làm việc của cam tiếp xúc 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…

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Trục cam trong động cơ diesel)

4. Hệ thống nhiên liệu

Hệ thống nhiên liệu có nhiệm vụ cung cấp dầu diesel tạo thành hỗn hợp đốt cho động cơ phù hợp với các chế độ làm việc.

4.1. Yêu cầu về hệ thống nhiên liệu:

- Phải tự động cung cấp lượng nhiên liệu phù hợp với chế độ tải trọng và tốc độ vòng quay của động cơ.

- Cung cấp nhiên liệu đồng đều cho các xilanh phù 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 phù hợp với hình dạng buồng cháy.

Theo cách thức tổ chức và điều khiển việc cung cấp nhiên liệu chu trình có 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 có các bộ phận chủ yếu như hình dưới đây, hai bộ phận quan trọng nhất là bơm cao áp và vòi phun.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Sơ đồ hệ thống nhiên liệu của động cơ diesel)

a. Thùng chứa nhiên liệu

Thùng chứa nhiên liệu dùng để dự trữ một lượng nhiên liệu cần thiết cho động cơ làm việc liên tục trong một thời gian nhất định. Thông thường trong tổ máy phát điện diesel, thùng chứa nhiên liệu có 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 2 bầu lọc nhiên liệu: Bầu lọc thô và bầu lọc tinh.

Bầu lọc thô dùng để lọc sơ bộ các tạp chất cơ học có kích thước lớn ra khỏi nhiên liệu, trước khi nhiên liệu được chuyển đến bơm đẩy (bơm chuyển nhiên liệu từ thùng nhiên liệu lên hệ thống nhiên liệu). Bầu lọc thô có khả năng lọc các tạp chất kích thước 0.04-0.09 mm.

Bầu lọc tinh dùng để lọc sạch triệt để các tạp chất cơ học chứa trong nhiên liệu trước khi dẫn nhiên liệu tới bơm cao áp.

c. Bơm đẩy (còn gọi là bơm áp lực thấp)

Bơm đẩy dùng 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 áp

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

Trong động cơ diesel hiện nay thường dùng hai loại bơm cao áp là bơm nhiều piston và loại có một piston.

- Đối với bơm cao áp có nhiều piston thì nhiên liệu cung cấp cho mỗi xilanh được đảm bảo bằng mỗi nhánh bơm riêng biệt. Mỗi nhánh bơm là một cặp piston – xilanh tạo áp suất lớn cho nhiên liệu khi phun vào xilanh của động cơ.

- Đối với loại bơm cao áp có một piston thì nhiên liệu cung cấp cho tất cả các xilanh được đảm bảo bằng một piston, có bộ phận phân phối phù hợp với trật tự làm việc của động cơ.

e. Vòi phun

Vòi phun nhận nhiên liệu có áp suất cao từ bơm cao áp 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, không nhỏ giọt và nhiên liệu phun vào buồng đốt phải tơi sương.

5. Hệ thống bôi trơn

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Sơ đồ hệ thống bôi trơn của động cơ diesel)

Nhiệm vụ

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

Cụ thể hơn, dầu bôi trơn sẽ làm giảm hao tổn công ma sát và giảm độ hao mòn các chi tiết máy; làm nguội các bề mặt do ma sát; làm sạch muội than và mạt kim loại do các chi tiết máy bị mài mòn sinh ra ở trên các bề mặt làm việc; đồng thời bảo vệ cho các chi tiết máy không bị ô-xi hóa và làm tăng độ kín sát giữa các 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 đến các bề mặt ma sát với áp suất nhất định, đảm bảo đủ lưu lượng để bôi trơn, làm mát và tẩy rửa các 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. Các động cơ diesel cho máy phát điện thường dùng loại bơm bánh răng và được đặt trong đáy các-te.

Lọc dầu bôi trơn

Lọc dầu bôi trơn có nhiệm vụ làm sạch các tạp chất trong dầu nhờn trước khi đưa dầu đi bôi trơn. Bởi vì, nếu trong dầu nhờn có lẫn các tạp chất như mạt kim loại, bụi bẩn, muội than… sẽ làm cho các 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 2 bầu lọc: Bầu lọc thô và bầu lọc tinh.

Bầu lọc thô thường lắp trực tiếp trên đường dầu đi bôi trơn. Thường lọc thô chỉ lọc được cặn bẩn có kích thước lớn hơn 0.03 mm.

Bầu lọc tinh có thể lọc được các tạp chất có đường kính hạt rất nhỏ đến 0.1 mm.

6. Hệ thống làm mát bằng nước tuần hoàn

Vai trò của hệ thống làm mát có tác dụng tản nhiệt khỏi cho chi tiết của động cơ khi làm việc, giữ cho nhiệt độ của các chi tiết không vượt quá giá trị cho phép nhằm đảm bảo điều kiện làm việc bình thường của động cơ.

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

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Sơ đồ hệ thống làm mát của động cơ diesel)

Két nước làm mát (hay còn gọi là bộ phận tản nhiệt)

Két nước dùng 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 các ống nối liền hai ngăn, phiến (tấm) tản nhiệt.

 Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện

(Két nước cho động cơ máy phát điện diesel)

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

Bơm nước

Bơm nước dùng 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 dùng để lùa không 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 khởi động

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

Thành phần cấu tạo cơ bản của động cơ diesel cho máy phát điện 

(Sơ đồ hệ thống khởi động của động cơ diesel)

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

Khởi động bằng động cơ điện nghĩa là: Chúng ta làm quay trục khuỷu của động cơ bằng một động cơ điện chạy bằng dòng điện một chiều do ắc-quy cung cấp. 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 có công suất bằng 5-15% công suất của cả động cơ diesel.

Trên đây là thông tin về cấu tạo cơ bản của động cơ diesel sử dụng cho máy phát điện mà các kỹ sư của HQC đã chia sẻ đến bạn. Nắm bắt được cấu tạo của động cơ diesel sẽ giúp bạn vận hành tổ máy phát điện của mình hiệu quả hơn. Nếu bạn có bất kỳ thắc mắc nào, vui lòng liên hệ với chúng tôi.

BBT HQC

 Bài viết liên quan

1. Các phân khúc máy phát điện công nghiệp

2. Động cơ máy phát điện Mitsubishi Shanghai?

3. 7 phụ kiện tiêu chuẩn miễn phí khi mua máy phát điện Mitsubishi Trung Quốc

4. Máy phát điện 1500 kVA nên chọn loại nào, hãng nào rẻ nhất?

5. Máy phát điện 1000 kVA, dưới 2.7 tỷ chọn hãng nào?

 

 

 

 

 

Hỗ trợ trực tuyến
© Copyright 2019 Xây dựng bởi kenhdichvu.vn