- Bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý chênh áp được
áp dụng cho hệ thống đo lưu lượng khí biogas cung cấp cho
động cơ dual fuel biogas diesel. Khi áp dụng cho động dual
fuel biogas diesel EV2600NB thì dựa vào hệ thống đo
chúng ta đã xác định được các kích thước cơ bản của lỗ cấp
chính tương ứng với hàm lượng CH4 có trong biogas.
- Hệ thống đo lưu lượng kế kiểu ống orifice có độ chính
xác và tín hiệu đầu ra dưới dạng điện áp nên thuận lợi trong
việc thiết lập hệ thống điều khiển tự động.
- Trong điều kiện nước ta, việc chế tạo bộ đo lưu lượng
cho động cơ dual fuel biogas-diesel gặp khó khăn về mặt
kỹ thuật. Do đó, việc sử dụng các cảm biến áp suất trên các
loại ô tô để chế tạo bộ đo lưu lượng biogas có kích thước
phù hợp để áp dụng trên động cơ dual fuel biogas-diesel là
rất thiết thực.
5 trang |
Chia sẻ: huongthu9 | Lượt xem: 532 | Lượt tải: 0
Bạn đang xem nội dung tài liệu Nghiên cứu-Chế tạo bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý chênh áp cho động cơ Biogas, để tải tài liệu về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
40 Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh
NGHIÊN CỨU - CHẾ TẠO BỘ ĐO LƯU LƯỢNG BIOGAS THEO NGUYÊN LÝ
CHÊNH ÁP CHO ĐỘNG CƠ BIOGAS
DESIGNING AND MANUFACTURING PRESSURE MASS FLOW METERS
FOR BIOGAS ENGINES
Nguyễn Việt Hải1, Nguyễn Văn Anh2
1Trường Đại học Bách khoa - Đại học Đà Nẵng; nvhai@dut.udn.vn
2Trường Cao đẳng Công nghiệp Huế; nvanh@hueic.edu.vn
Tóm tắt - Sử dụng nhiên liệu biogas cho động cơ đốt trong là một
vấn đề nhận được sự quan tâm của nhiều nhà khoa học. Để nâng
cao hiệu quả sử dụng biogas trong động cơ, chúng ta cần chế tạo
bộ phụ kiện có tính năng tốt hơn. Vì vậy, bài báo này trình bày kết
quả nghiên cứu - chế tạo bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý
chênh áp cho động cơ biogas và phương pháp hiệu chỉnh lưu
lượng kế. Hệ thống đo hệ số tương đương của động cơ dual fuel
biogas diesel được lắp đặt với 2 cảm biến áp suất được dùng trên
động cơ ô tô. Mối quan hệ giữa hệ số thực tế nhận được nhờ phân
tích khí sau bộ tạo hỗn hợp và tỉ số điện áp đầu ra của hai cảm
biến cho phép ta xác định được hệ số chuẩn của hệ thống đo. Kết
quả nghiên cứu được áp dụng để đo lưu lượng biogas cung cấp
cho động cơ thí nghiệm một xi lanh EV2600NB.
Abstract - The use of biogas fuel for internal combustion engines
is an issue of great interest to scientists. To increase the efficiency
of biogas engines, we need to manufacture a kit which has better
features. This article presents the result of researching and
manufacturing pressure mass flow meters for biogas engines and
flow meter calibration method. A system of measuring equivalence
ratio of biogas diesel dual fuel engines is established by 2
pressure sensors used on automobile engines. The relationship
between real given by gas analysis in downstream of mixer and
ratio of output voltage of the two sensors allows us to determine
calibration coefficient of the system. The research result can be
used to measure the flow of biogas for the EV2600NB engines in
experiments.
Từ khóa - biogas; biogas-diesel; động cơ; phương pháp đo; bộ đo
lưu lượng.
Key words - biogas; biogas-diesel; engine; measurement
methods; flow meters.
1. Giới thiệu
Nhu cầu phát triển các hệ thống điều khiển động cơ, đặc
biệt là các hệ thống điều khiển cung cấp nhiên liệu và đánh
lửa trên động cơ đốt cháy cưỡng bức như động cơ nhiều xi
lanh/động cơ xe gắn máy dùng LPG/CNG/biogas/nhiên
liệu sinh học, đặt ra yêu cầu quan trọng cho việc nghiên
cứu và chế tạo thành công các bộ đo lưu lượng thể tích,
nhất là bộ đo lưu lượng không khí nạp cho động cơ và lưu
lượng nhiên liệu khí.
Các bộ đo lưu lượng không khí (kiểu tấm đo gió và kiểu
dây nhiệt/màng nhiệt) đã qua sử dụng có trên thị trường hiện
nay chỉ phù hợp cho các ứng dụng đo lưu lượng không khí
nạp với động cơ có thông số làm việc tương đương. Những
bộ đo này khó áp dụng được cho những động cơ có dung tích
lớn hơn như các động cơ dùng nhiên liệu khí chuyển đổi từ
động cơ diesel, hay kích thước rất nhỏ như các động cơ xe
gắn máy, hay các chất khác nhiên liệu lỏng/khí, khí thải, lọt
khí. Do đó, việc nghiên cứu và xác định công nghệ phù hợp
để tự phát triển các bộ đo lưu lượng trong điều kiện ở Việt
Nam là một công tác quan trọng và cần thiết.
Việc chuyển đổi động cơ xăng dầu truyền thống sang
động cơ sử dụng biogas có ý nghĩa rất quan trọng đối với
việc tiết kiệm nhiên liệu hóa thạch và bảo vệ môi trường ở
nông thôn nước ta. Mặt khác, việc sử dụng các động cơ
chạy bằng biogas còn góp phần giảm chi phí sản xuất nông
nghiệp, nâng cao chất lượng cuộc sống, thực hiện chương
trình nông thôn mới mà Nhà nước đang tiến hành.
Nhóm GATEC của Đại học Đà Nẵng đi tiên phong
trong việc phát triển các bộ phụ kiện đơn giản nhằm cải tạo
các động cơ truyền thống thành động cơ biogas. Đây là các
bộ phụ kiện kiểu cơ khí, điều chỉnh công suất động cơ theo
các nguyên lý cổ điển của cơ học, vì vậy hiệu quả hoạt động
có giới hạn [1].
Để nâng cao hiệu quả sử dụng biogas trong động cơ,
chúng ta cần chế tạo bộ phụ kiện có tính năng tốt hơn dựa
trên các thành tựu về điện tử và công nghệ thông tin. Một
trong những vấn đề cần giải quyết theo hướng này là phát
triển bộ đo lưu lượng biogas để xác định lưu lượng khí
biogas cung cấp cho động cơ đốt trong [2], [3].
Nghiên cứu này trình bày kết quả nghiên cứu chế tạo
bộ đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp. Bộ đo này được
áp dụng cho động cơ dual fuel biogas-diesel EV2600NB.
Đây là kết quả do nhóm GATEC của Đại học Đà Nẵng
nghiên cứu phát triển. Do đây là động cơ diesel được
chuyển đổi sang động cơ sử dụng khí biogas, do vậy phạm
vi làm việc của bộ đo lưu lượng sẽ được giới hạn theo các
thông số kỹ thuật của động cơ này.
2. Phương đo lưu lượng theo nguyên lý chênh áp
Một trong những nguyên tắc phổ biến để đo lưu lượng
chất lỏng và khí là nguyên tắc đo lưu lượng dựa trên sự
thay đổi áp suất: khi lưu chất chuyển động qua vị trí có tiết
diện hẹp sẽ làm cho vận tốc tăng lên và đồng thời làm cho
áp suất tĩnh giảm xuống. Lưu lượng chất lỏng/khí đi qua
ống tỉ lệ với độ chênh lệch áp suất này. Các phương án đo
lưu lượng dựa trên nguyên tắc chênh áp như: ống venturi,
lỗ orifice, ống nozzle và ống pitot [4], [5], [6].
Hình 1. Phương pháp đo
bằng ống venture
Hình 2. Phương pháp đo
bằng lỗ orifice
D1 D2
Doøng chaûy
h
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 41
Hình 3. Phương pháp đo
bằng ống nozzle
Hình 4. Phương pháp đo
bằng ống pitot
Đặc tính làm việc của các phương án đo dựa trên độ
chênh áp như: ống venturi, orifice, nozzle, phân kỳ - hội tụ
sẽ được khảo sát bằng phương pháp mô phỏng với phần
mềm Ansys CFD/Fluent để xác định các đặc tuyến chuyển
đổi, độ nhạy và hệ số cản tương ứng.
2.1. Điều kiện về kích thước
Các phương án được mô phỏng phải đồng dạng về kích
thước. Đường kính tại vị trí co hẹp bằng 0,75 đường kính
vào của ống. Trong đó, đường kính vào 55 được chọn
theo kích thước của động cơ ô tô.
Ống venturi
Ống orifice
Ống nozzle
Ống phân kỳ - hội tụ
Hình 5. Điều kiện về kích thước của các ống đo khi
mô phỏng
2.2. Điều kiện về lưu chất mô phỏng
Trong điều kiện mô phỏng, lưu chất được sử dụng là
không khí ở 25°C có tính chất như bảng sau:
Bảng 1. Bảng thông số của không khí ở 25°C
Khối lượng phân tử [kg/kmol] 28,96
Khối lượng riêng [kg/m3] 1,185
Hệ số giãn nở do nhiệt [1/K] 0,003356
Hệ số nhớt động học [kg/m.s] 1,831e-05
2.3. Điều kiện về lưới của mô phỏng
Hình 6. Mô hình chia lưới
ống venturi
Hình 7. Mô hình chia lưới
ống orifice
Hình 8. Mô hình chia lưới
ống nozzle
Hình 9. Mô hình chia lưới
ống phân kỳ - hội tụ
2.4. Kết quả mô phỏng
a. Ống venturi
Hình 10. Kết quả mô phỏng ống venturi
Kết quả trên Hình 10 cho thấy, với độ chênh áp
∆Pmax=5.500 Pa thì lưu lượng lớn nhất qua ống venturi
Qmax= 123 lít/s và hệ số cản Cmax = 2.500. Khi độ chênh áp
∆P tăng từ 550 Pa - 5.550 Pa thì lưu lượng Q tăng từ
40 lít/s - 123 lít/s (tăng 3 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng khoảng
3,5 lần. Nếu độ chênh áp giữa đầu vào và chỗ co hẹp ngày
càng tăng thì lưu lượng qua ống tăng theo, nhưng đồng thời
làm cho hệ số cản của ống venturi cũng tăng theo, nguyên
nhân là do khi tăng độ chênh áp sẽ làm cho các lốc xoáy
xuất hiện ngày càng nhiều và làm tăng hệ số cản.
b. Ống orifice
Hình 11. Kết quả mô phỏng ống orifice
Theo đồ thị trên Hình 11 ta thấy, với độ chênh áp
∆Pmax=2.500 kPa thì lưu lượng lớn nhất qua ống orifice
Qmax≈ 68 (lít/s) và hệ số cản Cmax ≈ 17.000. Khi độ chênh
áp ∆P tăng từ 250 Pa - 2.500 Pa thì lưu lượng Q tăng từ
21 lít/s - 68 lít/s (tăng khoảng 3,2 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng
khoảng 3,11 lần. Hệ số cản của ống orifice tăng cao là do
xoáy lốc được tạo ra khi dòng đi qua vị trí co hẹp, chính
các lốc xoáy này làm cho dòng lưu chất bị mất năng lượng
dẫn đến lưu lượng bị giảm mạnh.
c. Ống nozzle
Hình 12. Kết quả mô phổng ống nozzle
Kết quả trên Hình 12 cho thấy, với độ chênh áp
∆Pmax=2.500 Pa thì lưu lượng lớn nhất qua ống nozzle
Qmax≈ 79 (lít/s) và hệ số cản Cmax ≈ 12.200. Khi độ chênh
áp ∆P tăng từ 260 Pa - 2.440 Pa thì lưu lượng Q tăng từ
26 lít/s - 79 lít/s (tăng khoảng 3,03 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng
khoảng 3,18 lần.
d. Ống phân kỳ - hội tụ
Hình 13. Kết quả mô phỏng ống phân kỳ - hội tụ
D1
Doøng chaûy
h
D2 Doøng chaûy
Ñieåm döøng
Ps
AÙp suaát tónh
Pt
AÙp suaát
tuyeät ñoái
h
180
60
Ø
5
5
0.75 x 55
21° 7°
180
60
0.75 x 55
Ø
5
5
180
60
21°
0.75 x 55
Ø
5
5
180
1.3 x 55
Ø
5
5
42 Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh
Kết quả mô phỏng được trình bày trên Hình 13 cho
thấy, với độ chênh áp ∆Pmax = 1.000 Pa thì lưu lượng lớn
nhất qua ống phân kỳ - hội tụ Qmax ≈ 130 lít/s và hệ số cản
Cmax≈1.200. Khi độ chênh áp ∆P tăng từ 100 Pa - 1.050 Pa
thì lưu lượng Q tăng từ 41 lít/s - 130 lít/s (tăng khoảng
3,18 lần) và tỷ số ∆P/Q tăng khoảng 2,81 lần. Chính vì khả
năng cản dòng thấp cho nên độ chênh áp giữa đầu vào và
chỗ co hẹp dẫn đến độ nhạy của ống phân kỳ - hội tụ thấp
hơn nhiều so với các phương án khác.
3. Thiết kế bộ đo lưu lượng kiểu ống orifice
3.1. Nguyên lý làm việc của ống đo orifice
Hình 14. Phân bố áp suất và vận tốc trong ống đo orifice
Ống đo orifice hoạt động dựa trên nguyên tắc đo độ
giảm áp suất của dòng chảy khi đi qua màng ngăn có lỗ thu
hẹp. Khi chảy qua lỗ thu hẹp của màng ngăn, vận tốc của
lưu chất tăng lên, do đó tạo ra sự chênh áp trước và sau lỗ
thu hẹp. Sử dụng một áp kế vi sai đo độ chênh áp này có
thể xác định được lưu lượng của dòng chảy.
Từ Hình 14 áp dụng phương trình Bernoulli cho lưu
chất chảy qua lỗ ta có vận tốc cực đại W2 được xác định
như sau [7], [8]:
( )' '2 1 2
2 2
1 2
. .
.
W p p
= −
−
,[m/s] (1)
Trong đó:
- p1’, p2’ - Áp suất tĩnh tại tiết diện A-A và B-B;
- ρ - Tỉ trọng chất lưu;
- ξ - Hệ số tổn thất thuỷ lực;
- - Tỉ số thu hẹp của màng ngăn, = F0/F1;
- μ - Hệ số thu hẹp dòng chảy, μ = F2/F0.
Thường ta không đo độ giảm áp Δp’ = p’1 - p’2 ở tiết
diện A-A và B-B, mà đo độ giảm áp Δp = p1 - p2 ngay trước
và sau lỗ thu hẹp. Quan hệ giữa Δp’ và Δp có dạng:
( ) ( )' '1 2 1 2.p p p p− = − (2)
Khi đó: ( )2 1 2
2 2
2
. .
.
W p p
= −
−
,[kg/h] (3)
Mặt khác, ta có lưu lượng khối lượng của lưu chất:
2 2. .G W F = , [kg/h] (4)
Với μ = F2/F0 F2= μ .F0 , [m2] (5)
Thay (3) và (5) vào (4) ta có
( )2 0 1 2
2 2
.
. . 2. .
.
W F p p
= −
−
,[kg/h] (6)
Đặt
2 2
.
.
dC
=
−
- gọi là hệ số lưu lượng.
Suy ra ( )0 1 2. . 2. .dG C F p p= − , [kg/h] (7)
Từ các biểu thức trên và
2
2
0
4
d
F
= , ta nhận được công
thức xác định lưu lượng khối của dòng lưu chất là:
( )
2
2
1 2. . 2. .
4
d
d
G C p p
= − , [kg/h] (8)
Trên cơ sở thực nghiệm người ta xác định hệ số lưu
lượng cho mỗi lỗ thu hẹp và xem như không đổi trong
phạm vi số Reynol giới hạn.
Bảng 2. Hệ số lưu lượng Cd theo chỉ số Re [1], [3]
Cd
Số Reynolds- Re
104 105 106 107
0,2 0,60 0,595 0,594 0,594
0,4 0,61 0,603 0,598 0,598
0,5 0,62 0,608 0,603 0,603
0,6 0,63 0,61 0,608 0,608
0,7 0,64 0,614 0,609 0,609
3.2. Xác định khối lượng riêng biogas
Khối lượng riêng biogas 𝜌𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 với hàm lượng
methane %𝐶𝐻4 ở điều kiện nhiệt độ 𝑇𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 và áp suất
𝑃𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 được xác định theo công thức sau:
𝜌𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 =
𝑀𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠
𝑀𝑎𝑖𝑟
. 𝜌𝑎𝑖𝑟 (9)
Trong đó:
✓ 𝑀𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠: khối lượng mol của biogas với giả thiết chỉ
bao gồm CH4 và CO2.
𝑀𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 = 16,043 ∗ %𝐶𝐻4 + 44.01 ∗ (1 −%𝐶𝐻4) (10)
✓ 𝑀𝑎𝑖𝑟 = 29,0: khối lượng mol của không khí.
✓ 𝜌𝑎𝑖𝑟: khối lượng riêng của không khí ở điều kiện
nhiệt độ 𝑇𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 và áp suất 𝑃𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠
𝜌𝑎𝑖𝑟 =
𝑃𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠
𝑇𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠
.
𝑇𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙
𝑃𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 . 𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 (11)
3.3. Cân chuẩn bộ đo lưu lượng orifice
Lưu lượng khối lượng đi qua bộ đo orifice có dạng: [5]
�̇� = √𝜌. 𝐾. ∆𝑃 (12)
Trong đó:
- �̇�: lưu lượng khối lượng;
ISSN 1859-1531 - TẠP CHÍ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG, SỐ 5(126).2018, Quyển 1 43
- 𝜌: khối lượng riêng;
- 𝐾: hệ số đặc trưng của đĩa orifice, được giả thiết là
hằng số;
- ∆𝑃: độ chênh lệch áp suất trước và sau đĩa orifice.
Sau khi chế tạo, bộ đo được cân chuẩn (calibration)
bằng không khí ở điều kiện nhiệt độ 𝑇𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 và áp suất 𝑃𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙
(tương ứng với khối lượng riêng 𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙) để xác định quan hệ
giữa �̇� và ∆𝑃. Quan hệ này có dạng:
�̇�𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 = √𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 . 𝐾. ∆𝑃 (13)
Quá trình cân chuẩn và chương trình đo độ chênh lệch
áp suất ∆𝑃 và xác định lưu lượng �̇�𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 theo công thức (13).
Khi sử dụng bộ đo orifice để đo lưu lượng biogas có khối
lượng riêng 𝜌𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠, �̇�𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 sẽ được hiệu chỉnh để xác định
lưu lượng biogas cần đo �̇�𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠:
�̇�𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠 = �̇�𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 . √
𝜌𝑏𝑖𝑜𝑔𝑎𝑠
𝜌𝑎𝑖𝑟
𝑐𝑎𝑙 (14)
1 2
3 4
51. Bộ đo lưu lượng chuẩn ABB Sensy Flow
2. Bộ đo lưu lượng orifice
3. Quạt hút
4. Motor 3 pha
5. Biến tần điều khiển
Hình 15. Sơ đồ nguyên lý cân chuẩn bộ đo lưu lượng orifice
Hình 16. Quan hệ giữa lưu lượng không khí và
điện áp ra của cảm biến
Từ đồ thị trình bày trên Hình 16 ta rút ra đượng phương
trình quan hệ giữa lưu lượng không khí và điện áp ra:
Q = 0,179U5 – 2,4657U4 + 12,639U3 – 30,161U2
+ 38,776U – 2,9532 (16)
3.4. Bộ đo lưu lượng orifice
Hình 17 giới thiệu cấu tạo của ống đo lưu lượng kiểu orifice.
Thông số chính của bộ đo:
- Giới hạn đo tức thời cực đại : 34,0 kg/h
- Giới hạn đo tức thời cực tiểu : 15%FS
- Sai số đo tĩnh : < 2,5%FS
- Nguồn điện : 220V~50Hz
Hình 17. Cấu tạo ống đo orifice
1 2
43
5
1. Cảm biến áp suất MAP 1
2. Cảm biến áp suất MAP 2
3. Bộ khuếch đại vi sai
4. Bộ thu thập dữ liệu
5. Máy tính
Hình 18. Sơ đồ nguyên lý bộ đo lưu lượng kiểu ống orifice
Khi lưu lượng biogas đi vào ống đo thì tiếp xúc với
màng do có lỗ thu hẹp. Khi đó, áp suất trước và sau màng
đo sẽ được cảm biến áp suất 1 và 2 ghi nhận và truyền tín
hiều về bộ khuếch đại 3. Tại đây, tín hiệu được khuếch đại
lên và truyền đến bộ thu nhận dữ liệu 4, bộ thu nhận dữ liệu
xử lý và truyền tín hiệu đến máy tính hiển thị cho kết quả
đo (Hình 18, Hình 19).
Hình 19. Giao diện của chương trình ghi nhận dữ liệu đo của
bộ đo lưu lượng biogas
3.5. Kết quả thực nghiệm trên động cơ EV2600NB
Trong quá trình vận hành động cơ dual fuel biogas-
diesel, việc điều chỉnh công suất được thực hiện thông qua
điều chỉnh lưu lượng biogas cung cấp cho động cơ, thông
qua đó điều chỉnh hệ số tương đương . Các nghiên cứu lý
thuyết và thực nghiệm đều cho thấy rằng, công suất cực đại
của động cơ đạt được khi hệ số tương đương của hỗn hợp
đạt giá trị cháy hoàn toàn lý thuyết nghĩa là = 1. Do đó,
đường đặc tính ngoài của động cơ dual fuel là đường đặc
tính công suất ứng với = 1. Do nguồn cung cấp biogas có
chất lượng thay đổi nên khi thiết kế hệ thống cung cấp
biogas cho động cơ ta chọn đường kính ống cung cấp
biogas đảm bảo cho hệ số tương đương ứng với = 1, với
biogas chứa thành phần CH4 thấp nhất và động cơ chạy ở
44 Nguyễn Việt Hải, Nguyễn Văn Anh
tốc độ cao nhất. Khi thành phần CH4 trong biogas cao hơn
hay động cơ chạy ở tốc độ định mức thấp hơn, ta chỉnh lại
độ mở cực đại của bướm ga để đạt = 1.
Hình 20 giới thiệu biến thiên hệ số tương đương theo
độ mở bướm ga ứng với biogas có chứa 60%, 70% và 80%
CH4 và động cơ chạy ở tốc độ 2.000 vòng/phút. Kết quả
này cho thấy rõ hàm lượng CH4 trong biogas càng cao thì
hệ số tương đương của hỗn hợp càng cao ứng với một độ
mở bướm ga cho trước. Để đạt được hệ số tương đương
=1 khi biogas chứa 60% CH4, bướm ga phải mở 90%.
Trong khi đó, ứng với biogas chứa 70% CH4, điều kiện này
đạt được ứng với độ mở bướm ga 65% và ứng với biogas
chứa 80% CH4, ứng với độ mở bướm ga 55%.
Hình 20. Biến thiên hệ số tương đương theo độ mở bướm ga
khi động cơ chạy ở tốc độ 2.000 vòng/phút
1 - Ứng với biogas có chứa 80% CH4; 2 - Ứng với biogas có
chứa 70% CH4; 3 - Ứng với biogas có chứa 60% CH4.
Từ kết quả khi chạy thực nghiệm ta tiến hành xác định
kích thước lỗ cấp chính tương ứng với từng loại nhiên liệu
có thành phần biogas khác nhau.
Bảng 3. Đường kính lỗ cấp chính của nhiên liệu biogas
Nhiên liệu biogas 60% CH4 70% CH4 80% CH4
Đường kính lỗ
cấp chính (mm)
17,07 14,83 13,59
4. Kết luận
Kết quả nghiên cứu của bài báo này cho ta rút ra một số
kết luận sau:
- Bộ đo lưu lượng biogas theo nguyên lý chênh áp được
áp dụng cho hệ thống đo lưu lượng khí biogas cung cấp cho
động cơ dual fuel biogas diesel. Khi áp dụng cho động dual
fuel biogas diesel EV2600NB thì dựa vào hệ thống đo
chúng ta đã xác định được các kích thước cơ bản của lỗ cấp
chính tương ứng với hàm lượng CH4 có trong biogas.
- Hệ thống đo lưu lượng kế kiểu ống orifice có độ chính
xác và tín hiệu đầu ra dưới dạng điện áp nên thuận lợi trong
việc thiết lập hệ thống điều khiển tự động.
- Trong điều kiện nước ta, việc chế tạo bộ đo lưu lượng
cho động cơ dual fuel biogas-diesel gặp khó khăn về mặt
kỹ thuật. Do đó, việc sử dụng các cảm biến áp suất trên các
loại ô tô để chế tạo bộ đo lưu lượng biogas có kích thước
phù hợp để áp dụng trên động cơ dual fuel biogas-diesel là
rất thiết thực.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Bùi Văn Ga, Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Việt Hải, Võ Anh Vũ, Bùi
Văn Hùng, “Phát triển phương pháp đo hệ số tương đương ϕ của
động cơ dual fuel biogas diesel”, Tạp chí Khoa học và Công nghệ
Đại học Đà Nẵng, Số 05(90), 2015, trang 43-46.
[2] Bùi Văn Ga, Nguyễn Văn Anh, Nguyễn Việt Hải, Võ Anh Vũ, Bùi
Văn Hùng, “Đo thực nghiệm hệ số tương đương và nghiên cứu ảnh
hưởng nó đến tính năng công tác của động cơ dual fuel biogas-
diesel”, Tuyển tập công trình Hội nghị khoa học Cơ học Thủy khí
toàn quốc năm 2015, trang 225-232.
[3] Võ Anh Vũ, Nghiên cứu xác định ảnh hưởng độ đậm của hỗn hợp
đến tính năng của động cơ sử dụng biogas, Luận văn thạc sỹ kỹ
thuật, Đại học Đà Nẵng, 2014.
[4] American Society of Mechanical Engineers, Measurement of Fluid
Flow in Pipes Using Orifice, Nozzle and Venturi, ASME Standard
MFC-3M-1989, Reaffirmed 1995.
[5] Ahmet Baylar, M. Cihan Aydin, Mehmet Unsal and Fahri Ozkan,
“Numerical Modeling of Venturi Flows for Determining Air
Injection Rates Using Fluent V6.2”, Mathematical and
Computational Applications, Vol. 14, No. 2, 2009, pp. 97-108.
[6] Roger C. Baker, Industrial designs, Handbook Flow Measurement,
Operating principles, Performance and Application, 2000.
[7] Nguyễn Ngọc Ẩn, Nguyễn Thị Bảy, Lê Song Giang, Huỳnh Công
Hoài, Lê Thị Minh Nghĩa, Nguyễn Thị Phương, Nguyễn Thiện
Tống, Giáo trình Cơ lưu chất, NXB Đại học Quốc gia Thành phố
Hồ Chí Minh.
[8] Richard Thorn, Adrian Melling, Herbert Köchner, Reinhard Haak,
Zaki D. Husain, Donald J. Wass, David Wadlow, Harold M. Miller,
Halit Eren, Hans-Peter Vaterlaus, Thomas Hossle, Paolo Iordano,
Christophe Bruttin, Wade M. Mattar, James H. Vignos, Nam-Trung
Nguyen, Jesse Yoder, Rekha, Philip-Chandy, Roger Morgan,
Patricia J. Scully, Flow Measurement, 1999.
(BBT nhận bài: 14/11/2017, hoàn tất thủ tục phản biện: 13/4/2018)
Các file đính kèm theo tài liệu này:
- nghien_cuu_che_tao_bo_do_luu_luong_biogas_theo_nguyen_ly_che.pdf