Đề tài Tìm hiểu thiết kế mạch thí nghiệm dùng vi điều khiển 80C51 phối ghép với các thiết bị ngoại vi : LCD, ADC0809, RTC DS12887 và bàn phím sè HEX

MỤC LỤC Trang 1. TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIEZEL-MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG 2 1-1. Tình hình sử dụng tổ hợp động cơ diezel-máy phát cấp điện tập trung trên thế giới và ở Việt nam 2 1-2.Năng lượng sử dụng và sự biến đổi năng lượng trong tổ hợp động cơ -máy phát 5 1-3. Phân tích quá trình tiêu thụ năng lượng của động cơ diezel khi cấp điện cho các phụ tải làm việc 6 1-4. Chọn đề tài nghiên cứu 8 2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIEZEL-MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG 10 2-1.Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp động cơ-máy phát 10 2-2.Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện 11 2-3.Chế độ làm việc kinh tế của các phụ tải theo quan diểm chi phí nhiên liệu nhỏ nhất 14 2-4.Phương pháp xác định lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel trong tổ hợp động cơ -máy phát 19 3. XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CỦA ĐỘNG CƠ DIEZEL TRONG TỔ HỢP ĐỘNG CƠ MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG BROADCROWN BCD-380S 24 3-1.Tổng hợp các thông số có liên quan đến tính toán tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung 24 3-1-1.Thành phần đoàn tầu được khảo sát 24 3-1-2.Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp động cơ mát phát Broadcrown 25 3-1-3.Công suất đIện năng tiêu thụ trên đoàn tầu 26 3-1-4.Chi phí nhiên liệu ở chế độ không tảI của động cơ trong tổ hợp 30 3-2. Phân tích một số yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liẹu động cơ trong tổ hợp đông cơ máy phát 30 3-2-1. Thời gian chậm tầu 31 3-2-2. Môi trường khai thác và khí hậu thời tiết 31 3-2-3. Động cơ làm việc khi không tải 32 3-2-4.Yếu tố về hành khách đI tầu và tác nghiệp trên cung đoạn vận dông 32 3-3. Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel khi phụ tải làm việc 33 3-3-1.Tính theo mô hình bàI toán (2-20) 33 3-3-2.Tính theo thống kê thực tế và khảo sát thực nghiệm 35 3-3-3. Kiến nghị định mức mới đối vơi tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown-380s 39 kết luận và kiến nghị 40 tài liệu tham khảo 41 1. TỔNG QUAN VỀ TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL- MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG. 1-1. Tình hình sử dụng tổ hợp động cơ diesel- máy phát cấp điện tập trung. Cùng với sự phát triển kỹ thuật vận chuyển đường sắt theo hướng gia tăng tốc độ chạy tầu, sử dụng hệ thống điều chỉnh và điều khiển hiện đại, gia tăng độ êm dịu và đặc biệt sử dụng hệ thống thiết bị chẩn đoán nhanh đảm bảo an toàn chạy tầu thì không thể không quan tâm đến hệ thống cấp điện cho các đoàn tâù phục vụ trực tiếp cho tổ chức khai thác của ngành đường săt trên thế giới nói chung và đường sắt Việt nam nói riêng. Tổ hợp động cơ diezel-máy phát cấp điện tập trung được sử dụng rất rộng rãi trên các đoàn tầu chạy chính tuyến và được coi nh­ mét thành phần chủ yếu của đoàn tầu. Ơ' nước ta, trong cao trào của những năm đổi mới, hướng nâng cao chất lượng phục vụ hành khách được quan tâm nhiều hơn, có liên quan mật thiết với trang bị tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung thay cho hệ thống cấp điện cổ điển, dùng máy phát một chiều liên kết với trục bánh xe cấp điện cho đoàn tầu. Kiểu cấp điện nh­ vậy bộc lộ rất nhiều khuyết điểm không đáp ứng được nhu cầu của các trang thiết bị và hệ thống chiếu sáng ..., không nâng cao chất lượng phục vụ hành khách đi tầu, gây ra nhiều sự cố không đáng có. Từ lý do đó ngành đường sắt đã thay đổi phương thức cấp điện cổ điển bằng phương thức cấp điện tập trung theo từng giai đoạn và loại nguồn điện sử dụng là điện áp xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha. Phương án khởi đầu được sử dụng đó là: dùng tổ hợp động cơ Bông sen 12 mã lực, kéo máy phát điện một chiều LK5 của Trung quốc, phương thức cấp điện này đã có được một số tiến bộ nhất định, song cũng bộc lộ nhiều khuyết điểm nhất là về chiếm dụng không gian lắp đặt quá nhiều, cồng kềnh, chất lượng động cơ Bông sen kém, mức độ ô nhiễm môi trường cao, bất tiện khi điều chỉnh số lượng toa xe do nhu cầu vận tải...Một bước thay đổi nữa là sử dụng tổ hợp động cơ diesel YANMAR 60L của Nhật bản kéo máy phát điện không đồng bộ ba pha do nhà máy chế tạo điện cơ sản xuất, cấp dòng xoay chiÒu ba pha có điện áp 220/380VAC, nhờ biến áp hạ xuống 28V, qua bộ chỉnh lưu thành dòng một chiều cấp cho các phụ tải làm việc. Từ những năm 1996 đến năm 2001 ngành đã đầu tư mua những loại MPĐ có công suất từ 100- 300KWA lắp đặt trên một toa xe ( gọi là toa xe BVPĐ hoặc CV-PĐ) một hoặc hai tổ hợp. Những tổ hợp của MPĐ này của hãng Cummin, FGWilson, Jubilee… đã cung cấp nguồn điện 380V/220V cho các đoàn tầu từ 12 - 15 toa xe, các toa xe này được trang bị các loại thiết bị hiện đại như máy ĐHKK, Tivi, thùng đun nước sôi, các loại đèn chiếu sáng… Đối với các lọai MPĐ loại này vẫn còn thể hiện nhiều nhược điểm: công suất nhỏ, không phải thiết kế để đặt lên toa xe do đó không chịu được rung, va đập nên tuổi thọ giảm , hay hỏng bất thường (độ tin cậy thấp). Từ năm 2001 đến nay tổ hợp MPĐ Broadcroawn 380S đã được đưa vào sử dụng thử nghiệm. Sau một thời gian sử dụng nó được đánh giá là loại tổ hợp MPĐ có chất lượng và các chỉ tiêu kỹ thuật, kinh tế phù hợp với ngành Đường sắt Việt Nam và từ đó đến nay đã được sử dụng trên toàn bộ các đoàn tầu có đẳng cấp cao của Đường sắt Việt nam với số lượng như sau: XNVDTXK HN là 27 tổ hợp, XNTX Đà nẵng là 03 tổ hợp và XNTXKSG là 21 tổ hợp. Bảng 1-1 N NĂM... SÈ XE BBV-PĐ SỐ TỔ MÁY TÔNG CS [KVA] 1 1966 6 02 66 2 1998 12 22 3730 3 2000 42 34 10312 4 2002 57 73 21189 5 2005 85 147 34411 Bảng 1-1: Quá trình sử dụng tổ hợp đông cơ diesel-máy phát điện trong ngành đường sắt Việt nam Cơ cấu chủng loại tổ hợp động cơ diesel máy phát đang sử dụng trong ngành đường sắt Việt nam thể hiện trong bảng 1-2. Bảng 1-2 N LOẠI TỔ HỢP MPĐ SÈ TX SỐ LƯỢNG TỶ LỆ VỀ SL (%) 1 Broadcrowns-BCD-380 30 51 34 2 FG.WILSON- P200 13 26 17,6 3 FG.WILSON- P300 10 20 13,6 4 ONAN-CUMMIN 17 25 17 5 Các loại máy khác 17,8 Bảng 1-2: Cơ cấu chủng loại tổ hợp Động cơ diesel-Máy phát chính đang sử dụng trong ngành đường sắt Việt nam ( 1996-2005) 1-2. Năng lượng sử dụng và sự biến đổi năng lượng trong tổ hợp động cơ diesel máy phát Năng lượng nói chung có nhiều dạng : Nhiệt, điện, cơ ,gió, thuỷ...Ơ' đây chủ yếu xét về quá trình biến đôi và chuyển giao năng lượng diễn ra trong tổ hợp động cơ diezel máy phát điện. Quá trình đó được trình bày trên hình 1-1. A HN E Q Hình 1-1. Quá trình biến đổi và chuyển giao năng lượng ở tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung. HN- hoá năng của nhiên liệu diesel. Q-nhiệt lượng nhận được từ nhiên liệu. A-Công cơ học do nhiệt năng sinh ra. E- Điện năng được tạo ra từ máy phát điện. Dạng biến đổi và chuyển giao năng lượng diễn ra nh­ sau : HN Q A E Cấp cho các phụ tải. Từ phân tích trên dễ ràng nhận thấy: Nguồn điện năng cung cấp cho các phụ tải phụ thuộc chủ yếu vào công suất của động cơ diesel. Nh­ vậy mối quan hệ hữu cơ giữa động cơ diesel và máy phát là công suất cơ và công suất điện thông qua quá trình chuyển giao năng lượng. Trong mối quan hệ này, trước hết phải quan tâm đến hiệu suất cơ khí của động cơ diesel cũng có nghĩa là công suất hữu Ých trên trục động cơ diesel. Mặt khác phải thừa nhận một phần công suất hữu Ých dùng cho các thiết bị phụ để đảm bảo quá trình làm việc của bản thân động cơ diesel. Cuối cùng công suất dùng để tạo ra điện năng có dạng : ; (1-1) Trong đó : Ni-Công suất chỉ thị của động cơ diesel [kw]; -Phần công suất hữu Ých dùng cho các thiết bị phụ của động cơ diesel ; -Hiệu suất cơ khí của động cơ diesel ( ); Nh­ vậy công suất của động cơ diesel chuyển thành công suất của máy phát có dạng : (1-2) Trong đó: - Là hiệu suất của máy phát. Trong tổ hợp động cơ diesel máy phát điện, công suất tiêu thụ của các phụ tải bị giới hạn bởi độ lớn của công suất cấp NP. Công suất tiêu thụ của các phụ tải quyết định mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel. Hiệu suất của các quá trình biến đổi năng lượng được trình bày trong bảng 1-3. Bảng 1-3: Hiệu suất của các quá trình biến đổi năng lượng Bảng 1-3 N DẠNG BIẾN ĐỔI N/LƯỢNG TÊN THIẾT BỊ HIỆU SUẤT 1 Cơ năng-> cơ năng Turbin nước Động cơ gió 0.90 0.46 2 Nhiệt -> cơ năng Turbin hơi nước Động cơ hơi nước 0.40 0.20 3 Nhiên liệu -> cơ năng Động cơ diezel Động cơ xăng 0.36 0.25 4 Nhiên liệu-> nhiệt-> cơ -> điện năng Nhà máy nhiệt điện Hệ thống hơi nước khí cháy 0.40 0.55 5 cơ năng-> điện năng Máy phát điện 0.99 6 Điện năng -> cơ năng Động cơ điện 0.92 7 Điện năng -> Nhiệt năng Lò nung nóng 1.00 8 Hoá năng-> điện năng Ắc quy Pin khí cháy 0.70 0.60 9 Nhiên liệu->nhiệt Nồi hơi nước 0.88 10 Năng lượng mặt trời-> điện năng Bé pin ảnh 0.12 1-3. Phân tích quá trình tiêu thụ nhiên liệu diezel khi cấp điện cho các phụ tải làm việc. Xuất phát từ tình hình khai thác cụ thể của các đoàn tầu khách có sử dụng tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung tại Xí nghiệp vận dụng toa xe khách Hà nội, lượng tiêu hao nhiên liệu diesel có thể tổng hợp trong bảng 1-4. Bảng 1-4 N Sè toa xe Tên tổ hợp động cơ -máy phát Mác tầu sè chuyến Tiêu hao [lít] So với ĐM 1 81553 BroadcrownBCD 380S E1/2 23 31816.8 +2.274.0 2 81555 BroadcrownBCD 380S E1/2 15 35340.7 + 569.5 3 81503 BroadcrownBCD 380S S1/2 23 62.875.6 + 731.8 4 81616 F.G Wilson P200 S3/4 19 33.641.2 +3.990.7 5 81625 F.GWilson P200+P300 S5/6 20 33.286.8 +4.907.6 6 81620 F.G Wilson P200 S7/8 16 26.873.0 + 409.9 7 81558 Broadcrown BCD 380S SE1/2 18 39.903.6 +2.798.7 8 81618 F.G Wilson P200 V1/2 33 9.469.8 +1848.8 9 81620 F.G Wilson P200 LC 6 2.423.3 + 766.0 10 11511 Cummín-onan 30 M1/2 27 1.221.2 + 48.7 11 81612 BroadcrownBCD 380S LC5/6 33 15.050.1 + 851.6 12 71701 Cummín-onan 85 YB1/2 63 5.900.3 +3076.3 Bảng 1-4. Lượng tiêu thụ nhiên liệu diesel trong tổ hợp động cơ-máy phát cấp điện tập trung quý II /2005 Từ bảng 1-4 ta có thể tính lượng tiêu hao nhiên liệu bình quân theo các mác tầu trên cùng cung đoạn theo biểu thức sau : [lít/chuyến]; (1-3) Trong đó : Tổng chi phí nhiên liệu theo số chuyến trên cùng mác tầu, cùng mét cung đoạn vận tải [lít]; Tổng số chuyến trên cùng mác tầu, cùng cung đoạn vận tải; Để có cơ sở khoa học phân tích chi phí nhiên liệu của dộng cơ diesel trong tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung phải sử dụng chỉ tiêu chi phí nhiên liệu đơn vị dạng : hoặc : ; (1-4) Trong đó : Tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải; Bhi-Chi phí nhiên liệu theo giờ chạy trên đoạn đường thứ " i"; VKi-Tốc độ chạy bình quân trên đoạn đường thứ "i"; Từ công thức (1-4) ta tính được mức độ tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel trong các tổ hợp động cơ máy phát khác nhau, được trình bày trong bảng 1-4. 1-4. Chọn đề tài nghiên cứu Xuất phát từ quá trình khai thác tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung, cho đến nay vấn đề định mức nhiên liệu cho động cơ diesel vẫn mang tính thời sự và cần phải giải quyết vấn đề này bằng một phương pháp luận khoa học được kiểm nghiệm từ thực tiễn để kiến nghị một chương trình định mức hợp lý hơn. Chính vì lý do đó đề tài nghiên cứu được hình thành có tên : " Xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu cho tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung. Đối tượng nghiên cứu là tổ hợp động cơ diesel máy phát BROADCROWN BCD-380S phục vụ trực tiếp cho ngành đường sắt Việt nam. Về ý nghĩa khoa học của đề tài, được thể hiện ở chỗ hình thành phương pháp luận cho viêc xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung Về ý nghĩa thực tiễn của đề tài là giải quyết một vấn đề kỹ thuật trong ngành đường sắt, đề xuất chương trình định mức tiêu hao nhiên liệu cụ thể cho tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung, phục vụ trực tiếp cho tổ chức khai thác các đoàn tầu khách trên mạng lưới đường sắt quốc gia. Nội dung cần giải quyết bao gồm : -Tổng quan về tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung. -Năng lượng sử dụng và qúa trình biến đổi và chuyển giao năng lượng. -Tổng hợp về tình hình tiêu thụ nhiên liệu trong tổ hợp động cơ -máy phát. -Sự phối hợp làm việc của động cơ diezel và máy phát điện. -Chế độ làm việc của phụ tải theo quan điểm chi phí nhiên liệu nhỏ nhất. -Phương pháp luận xác định tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ -máy phát. -Tính toán theo lý thuyết và tổ chức thử nghiệm đo tiêu hao nhiên liệu để lựa. chọn định mức cụ thể cho các tổ hợp khac nhau. Các bước tiến hành bao gồm: -Nghiên cứu lý thuyết về kinh tế nhiên liệu. -Thu thập tài liệu về định mức cấp phát và định mức khai thác trong những năm 2003 đến quý II /2005. -Tổng hợp các cụm động cơ máy phát đang sử dụng trên đường sắt. -Tổ hợp động cơ- máy phát cấp điện tập trung Broadcrown BCD-380S và các thông số kỹ thuật của nó. -Tính toán lý thuyết và đo đạc thực nghiệm. -Xây dựng chương trình định mức và hướng dẫn sử dụng. Đề tài được thực hiện tại : + Bộ môn Cơ Khí Ôtô trường đại học GTVT Hànội. + Xí nghiệp Vận dụng toa xe khách Hànội. Với : + Sự hướng dẫn khoa học của : Tiến sĩ Nguyễn Văn Bang. Tiến sĩ Nguyễn Đức Toàn. + Sự trợ giúp của máy vi tính và máy đo tiêu hao nhiên liệu hiện có. + Sù giúp đỡ của các nhà khoa học chuyên ngành...ở bộ môn cơ khí ô tô,bộ môn đầu máy toa xe ,trường đại học GTVT Hà nội. + Sự giúp đỡ của bạn bè đồng nghiệp trong ngành đường sắt Việt nam. 2. CHẾ ĐỘ LÀM VIỆC KINH TẾ CỦA TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIESEL MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG. 2-1. Sơ đồ cấu trúc và nguyên lý làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát. Trên hình 2-1. trình bày sơ đồ cấu trúc của tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung. 1 2 3 4 GX G 3 5 6 7 M M Hình 2-1. Sơ đồ cấu trúc của tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung. 1 - Động cơ diezel; 2 - Bộ điều chỉnh chế độ làm việc của động cơ diezel; 3 - Máy phát điện một chiều; 4 - Máy phát điện xoay chiều; 5 - Bộ biến tần hoặc biến pha; 6 - Phụ tải một chiều; 7 - Phụ tải xoay chiều; Từ sơ đồ nguyên lý ( hình 2-1.) có thể miêu tả quá trình làm việc của tổ hợp động cơ diezel máy phát điện như sau: Hoá năng của nhiên liệu biến thành cơ năng trên trục động cơ diesel dùng để kéo máy phát điện taọ ra điện áp và cường độ dòng điện cấp cho các phụ tải làm việc trong quá trình khai thác đoàn tầu trên đường sát. Phụ tải của máy phát bao gồm các thiết bị tiêu thụ điện năng khác nhau như : hệ thống máy điều hoà không khí, hệ thống chiếu sáng, hệ thông hâm nóng nước, ... Chức năng của tổ hợp động cơ diesel máy phát điện là : tạo ra một điện áp ổn định, cấp theo yêu cầu của các loại phụ tải khác nhau, mà chế độ làm việc của phụ tải lại luôn thay đổi, phụ thuộc vào các điều kiện môi trường thiên nhiên và xã hội...Từ đó khó có thể xây dựng được một định mức tiêu hao nhiên liệu hoàn chỉnh cho tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung cho đoàn xe. 2-2. Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát điện Trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung,có thể các dạng biến đổi năng lượng theo hai chiều : cơ thành điện, điện thành cơ (xem hình 2-1) Về nguyên tắc động cơ diesel phải làm việc ở phạm vi hẹp của tốc độ quay để bảo đảm hiệu suất nhiệt cao và các chỉ tiêu về độc hại là thấp nhất. Ứng với phạm vi Êy, động cơ diesel sẽ làm việc ở chế độ kinh tế nhất. Theo khía cạnh khác, động cơ diesel chỉ cho phép quá tải không quá 10%, vì thế phải lựa chọn tổ hợp sao cho máy phát tiếp nhận công suất từ động cơ diesel có giá trị ổn định, không phụ thuộc vào quá trình điều khiển tốc độ quay và mômen quay của động cơ diesel, nghĩa là : Constan; (2-1) Trong đó : MS- mômen trên trục động cơ diesel; tèc độ quay trên trục động cơ diesel; Mặt khác không phụ thuộc vào các thông số dòng tức thời cấp cho phụ tải từ máy phát và công suất điện có dạng : Constan; (2-2) Từ phân tích trên cho thấy, tổ hợp động cơ diesel và máy phát phải phối hợp làm việc ở vùng có hiệu suất lớn nhất, có nghĩa là ở chế độ kinh tế nhất. Trong thực tế điều đó khó thực hiện được mà chỉ cố gắng điều chỉnh chế độ làm việc của tổ hợp ở vùng có hiệu suất đủ lớn . Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát được đánh giá bằng hai chỉ tiêu cơ bản đó là : Khả năng tiết kiệm công suất của động cơ diezel có dạng : [%]; (2-3) -Hệ sè chi phí nhiên liệu : [%]; (2-4) Trong đó : - tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải. Chi phí nhiên liệu đơn vị trung bình trong thời gian làm việc của động cơ diesel [g/kWh]. gC- Chi phí nhiên liệu đơn vị ở chế độ định mức [g/kWh]. Trên hình 2-2. Trình bày các đặc tính chủ yếu của động cơ diesel khi thanh răng nhiên liệu ở vị trí lớn nhất NS [kW] MK [N.m] MK Gh [kg/h] NS Gh ge [g/kwh] ge n[v/ph] Hình 2-2.Các đặc tính tốc độ của động cơ diezel Đối với máy phát điện một chiều cũng như máy phát điện xoay chiều, không có loại đặc tính ngoài tự nhiên nào thoả mãn yêu cầu ứng với một tốc độ quay nhất định của động cơ diezel, máy phát có một công suất ổn định khi tải thay đổi, nghĩa là thoả mãn điều kiện : NP = UI = const. Để có đặc tính dạng hypecbol công suất không đổi phải sử dụng bộ điều chỉnh sao cho đặc tính ngoài của máy phát tiếp cận với đặc tính công suất không đổi của động cơ diesel. Trên hình 2-3 trình bày mối quan hệ đó U §Æc tÝnh c«ng suÊt kh«ng ®æi cña ®éng c¬ diesel A 2 Umax 1 §Æc tÝnh ngoµi cña m¸y ph¸t UZ 3 Umin B 4 0 Imin IZ Imax I Hình 2-3. Phạm vi điều chỉnh điện áp của máy phát điện theo đặc tính công suất của động cơ diesel Phạm vi điều chỉnh điện áp của máy phát điện được xác định : ; (2-5) Trong đó: Umax - Điện áp cực đại của máy phát. UZ - Điện áp định mức của máy phát. KC - Hệ số kết cấu của máy phát và bằng: ; (2-6) Hệ số bão hoà mạch từ của máy phát; mức độ kích từ; mức độ kích từ của phụ tải; Trên hình 2-3, đoạn 1-2 biểu thị hạn chế điện áp của máy phát điện, khi đó mạch từ của nó bão hoà, do đó ở đoạn này không thể lợi dụng triệt để công suất của động cơ diesel. Đoạn 2-3 đặc tính có dạng hypecbol, ở đây máy phát bị hạn chế bởi công suất định mức của động cơ diesel và có khả năng khai thác triêt để công suất của động cơ diesel. Đoạn 3-4 biểu thị hạn chế dòng cực đại của máy phát điện, phụ thuộc vào điều kiện phát lửa, phát nóng... và không thể khai thác triệt để công suất của động cơ diesel. Hình 2-4 trình bày sơ đồ khối hệ điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát điện xoay chiều đồng bộ MP§ E TL T1 §T TG IDK G K RKT IKT PF L T2 Hình 2-4. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát điện xoay chiều đồng bộ TG - bộ điều khiển; ĐT - bộ ổn định vòng quay; T1 - thanh tỷ lệ; TL - khâu tích phân; E - máy phát kích từ; MPĐ - máy phát điện xoay chiều đồng bộ; T2 - khâu hồi tiêp. Sù phối hợp làm việc của động cơ diesel và máy phát điện có ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế nhiên liệu. Chính vì lẽ đó trong khai thác phải quan tâm đến công việc hợp lý của các hệ thống trong tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung . 2-3. Chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơ diesel máy phát cấp điện tập trung. Như đã biết, đặc tính làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát phụ thuộc vào đối tượng phục vụ của nó, ở đây đối tượng phục vụ của nó là các phụ tải dưới dạng : -Hệ thống làm mát đoàn tầu bằng điều hoà không khí -Hệ thống làm mát đoàn tầu bằng quạt điện -Hệ thống đun nước nóng -Hệ thống chiếu sáng bằng đèn tuýp -Hệ thống chiếu sáng bằng đèn sợi đốt... Tải từ các hệ thống này luôn thay đổi phụ thuộc vào rất nhiều yếu tố khác nhau,trong đó phải kể đến các yếu tố rất nhạy cảm trong quá trình vận hành đoàn tầu trên tuyến như : - Yếu tố về khí hậu thời tiết - Yếu tố về môi trường vận dụng - Yếu tố về hành khách đi tầu - Yếu tố về lưu thông và tác nghiệp khi cần thiết... Trong điều kiện hiện tại rất khó xác định mức độ ảnh hưởng của từng yếu tố về mặt định tính và đăc biệt về mặt định lượng đến chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơ máy phát. Ơ' đây phân tích chế độ làm việc kinh tế của tổ hợp động cơ máy phát theo các công việc của các hệ thống thuộc bản thân đông cơ diesel và máy phát trong quá trình khai thác. - Đặc tính làm việc của động cơ diezel Các thông số đánh giá chế độ làm việc kinh tế của động cơ diesel được xác định bởi các hệ số sau : + Chi phí nhiên liệu khai thác đơn vị [g/kWh]. + Hiệu suất khai thác của động cơ diesel [ Km]. + Hệ số khai thác lợi dụng công suất của động cơ diesel [KN]. Các chỉ tiêu này phải kể đến thời gian làm việc của động diesel khi không tải và quá trình chuyển tiếp sảy ra nếu có. - Chuyển hoá năng lượng sảy ra ở tổ hợp động cơ máy phát Việc chuyển hoá này biểu thị bằng các hiệu suất thành phần và ở mức độ lớn phụ thuộc vào sự lợi dụng năng lượng hợp lý ở bản thân động cơ, ảnh hưởng đến chuyển hoá này phải kể đến : + Đặc tính làm việc của các phụ tải. + Đại lượng công suất tiếp nhận để cấp cho các thiết bị phụ. + Quá trình rối loạn công việc của động cơ. Hiệu suất khai thác của động cơ diesel khá cao, điều đó cũng có nghĩa là khả năng lợi dụng năng lưọng cấp cho các phụ tải làm việc khá tốt. - Chế độ làm việc hợp lý của hệ thống và các thiết bị phụ. Vấn đề này có ảnh hưởng rất lớn đến kinh tế nhiên liệu của tổp hợp động cơ máy phát. Hệ thống và các thiết bị phụ chủ yếu phải kể đến là : + Hệ thống làm mát dộng cơ diesel. + Hệ thống bôi trơn. + hệ thống cấp nhiên liệu. + Hệ thống cấp không khí. + Hệ thống xả khí. + Hệ thống làm mát máy phát điện. Các hệ thống phụ trợ tiếp nhận lượng công suất đáng kể từ động cơ diezel ( từ 6-15 % ) . Trên hình 2-5 trình bày một cách định tính phần % công suất mà các tổ hợp động cơ diezel máy phát hoạt động bình thường. Từ hinh 2-5 cho thấy nhu cầu công suất cho các hệ thống và các thiết bị phụ thuộc bản thân đông cơ là rất khác nhau, phụ thuộc chủ yếu vào chế độ làm việc của bản thân động cơ và vào các phụ tải làm việc trong quá trình khai thác đoàn tầu trên tuyến đường sắt cụ thể. f(NZ) 0 N1 N2 N3................................. ............................NZ [kW] Hình 2-5. Chi phí công suất cho các hệ thống và các thiết bị phụ của tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung. -Hệ thống làm mát động cơ diezel và máy phát điện. Hệ thống này tiếp nhận phần công suất khá lớn của động cơ diezel , (trường hợp đặc biệt lên đến 6% công suất định mức) vì thế phải dành sự quan tâm thích đáng cho vấn đề này. Có thể thực hiện giảm chi phí năng lượng thông qua : + Sử dụng hệ thống làm mát nhiệt độ cao ( 110-1250C) nhờ thế có thể : * Giảm công suất để dẫn quạt làm mát tới 30%,từ đó giảm chi phí nhiên liệu của động cơ diezel * Giảm đến 3.5 lần thể tích làm mát * Cải thiện tốt công việc của động cơ diezel + Tối ưu hoá hệ thống dẫn động quạt làm mát . Dẫn động bằng cơ khí,thuỷ lực cơ khí cùng với thay đổi vị trí góc cánh quạt cho khả năng chi phí nhiên liệu nhỏ nhất. Đồng thời cũng phải chú ý rằng hệ thống dẫn động quạt bằng động cơ điện xoay chiều có tần số thay đổi phụ thuộc vào nhiệt độ của nước mang lại hiệu quả kinh tế khá lớn nhờ giảm chi phí nhiên liêụ + Cực tiểu hoá sức cản động học trong các đường ống lưu thông của hệ thống làm mát và điều chỉnh cưả chớp cũng có tác dụng giảm chi phí nhiên liệu của động cơ diezel + Làm mát tối ưu máy phát điện sẽ cho khả năng giảm chi phí nhiên liệu khá nhiều. Một điều đáng chú ý là công suất của máy điện bị hạn chế bởi nhiệt độ phát nóng cho phép. Số nhiệt lượng toả ra tỷ lệ với bình phương của cường độ dòng điện đó .Việc duy trì được nhiệt độ ổn định (tiệm cận với nhiệt độ cho phép) là lời giải lý tưởng, đồng thời thay đổi năng suất làm mát của quạt theo nhiệt độ của không khí ở cửa vào là cần thiết. Trên hình 2-6. trình bày sự phụ thuộc của nhiệt độ của cuộn dây máy điện vào năng suất làm mát của quạt khi nhiệt độ không khí ở cửa vào khác nhau. TW [0C] T5 T4 T3 T1 T2 0 QW[m3/s] Hình 2-6. Sự phụ thuộc nhiệt độ phát nóng của cuộn dây máy điện vào năng suất làm mát của quạt khi nhiệt độ không khí ở cửa vào khác nhau : T1<T2<T3<T4<T5 Trên hình 2-7 trình bày sự phụ thuộc nhiệt độ của cuộn dây máy điện vào nhiệt độ không khí ở cửa vào khi năng suất làm mát của quạt khác nhau TW[oC] QW1 Qw2 QW3 QW4 QW5 0 Ti[0C] Hình 2-7. Sự phụ thuộc nhiệt độ cuộn dây máy điện vào nhiệt độ không khí ở đầu vào Ti[0C] khi năng suất làm mát của quạt QW[m3/s] khác nhau: QW1>QW2...>QW5 Để duy trì nhiệt độ phát nóng ổn định, phương án dẫn động và điều chỉnh năng suất làm mát của quạt theo một thông số và hai thông số có dạng : (2-7) (2-8) Trong đó: Iw - Dòng điện phần ứng. tw- Nhiệt độ cuộn dây phần ứng. t0- Nhiệt độ không khí ở đầu vào. Thực hiện theo phương án này chi phí nhiên liệu sẽ giảm đáng kể so với các phương thức dẫn động và điều chỉnh hiện nay Vai trò của cơ sở kỹ thuật trong việc tiết kiệm năng lượng trong khai thác tổ hợp động cơ máy phát Thời gian khai thác của tổ hợp động cơ diesel máy phát có thể kếo dài hàng vài ba chục năm, chính vì vậy việc đảm bảo trạng thái kỹ thuật tốt của tổ hợp sẽ dẫn đến giảm chi phí nhiên liệu, ngựơc lại sẽ gia tăng chi phí nhiên liệu. Về lĩnh vực này yếu tố ảnh hưởng lớn đến gia tăng chi phí nhiên liệu bao gồm : - Trạng thái kỹ thuật không tốt của hệ thống nhiên liệu và hệ thống cấp không khí. - Trạng thái không tốt của hệ thống xả khí. Một chỉ tiêu chất lượng không thể không kể đến đó là hiệu suất khai thác của tổ hợp động cơ máy phát, hiệu suất này có dạng : ; (2-9) Trong đó : Ne - Công suất hiệu dụng của động cơ diesel; Phần công suất cấp cho các hệ thống phụ trợ của động cơ diesel; Hiệu suất của máy phát điện; Hiệu suất của phụ tải; Q - Nhiệt lượng của nhiên liệu; Bh - Chi phí nhiên liệu theo giê; Dạng đồ thị thể hiện hiệu suất khai thác của tổ hợp động cơ diesel máy phát điện được thể hiện ở hình 2-8. Vùng làm việc kinh tế nhât 0 NK Hình 2-8. Hiệu suất khai thác của tổ hợp động cơ máy phát Để đánh giá chất lượng làm việc của tổ hợp động cơ diesel máy phát trong quá trình khai thác có thể sử dụng hàm mục tiêu sau: Minimun (2-10) Trong đó : gU - Chi phí nhiên liệu khai thác ở vị trí mức phụ tải thứ " u ". Nu - Công suất của động cơ diesel ứng với vị trí mức phụ tải thứ "u". fu - Giá trị hàm mật độ phân bố tải của tổ hợp động cơ diesel máy phát trong quá trình làm việc. ku - Hệ sè thay đổi tải trong quá trình khai thác. 2-4. Phương pháp xác định lượng tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ diezel máy phát điện. Trước hết có thể tổng hợp các phương pháp tính chi phí nhiên liệu trong quá trình khai thác phương tiện giao thông có liên quan đến dạng biến đổi năng lượng : Hoá năng->cơ năng->điện năng. Trong trường hợp khai thác vận tải đường sắt dơn vị sử dụng để tính toán và phân tích tính ưu việt của quá trình khai thác là : Sử dụng năng lượng điện : đối với vận tải hàng hoá đối với vận tải hành khách Sử dụng nhiên liệu : hoặc : đối vận tải hàng hoá hoặc: đối với vận tải hành khách Để nhận được các thông số trên, trong khai thác phương tiện đường sắt tồn tại nhiều phương pháp tính .Ở đây ta quan tâm đến: Phương pháp công suất khai thác : (2-11) Trong đó : - BU - chi phi nhiên liệu đơn vị thời gian ở mức phụ tải thứ "u"[kg/h] - tU - thời gian động cơ diezel làm việc ở mức phụ tải thứ "u"[h] - BJ - Chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian khi không tải [kg/h] - Tổng thời gian làm việc không tải [h] -Phương pháp năng lượng : (2-12) Trong đó : - Bhcp- Chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian bình quân của cùng một loại MPĐ trong cùng một mác tầu và khi chạy trên tuyến [kg/h] - Tổng thời gian chạy trên cung đoạn vận dụng [h] - B0 - Chi phí nhiên liệu thời gian khi không tải [kg/h] Tổng thời gian động cơ làm việc không tải [h] Từ biểu thức (2-11); (2-12) hoàn toàn có thể tính chi phí nhiên liệu đơn vị trong khai thác vận tải dưới dạng : (2-13) và : (2-14) Trong đó: MH - Khối lượng hàng hoá được vận chuyển (tấn). MK - Khối lượng hành khách được vẩn chuyển (HK). L - Chiều dài của cung chặng vận tải. Trong trường hợp tổ động cơ máy phát cấp điện tập trung, phụ tải ở dạng công suất tiêu thụ điện năng [kWh], chính vì vậy chi phí nhiên liệu đơn vị cần xác định để phân tích tính kinh tế nhiên liệu của động cơ diesel phải có dạng : (2-15) Trong đó : B - Tổng lượng nhiên liệu cần thiết để tổ hợp động cơ máy phát làm việc theo cung đoạn vận chuyển cùng với đoàn tầu; Tổng công suất phụ tải nhận năng lượng điện từ máy phát Để tính toán tổng lượng tiêu hao nhiên liệu B có thể sử dụng phương trình (2-11) hoặc (2-12), song ở đây phải dùng thông số gU [g/kW.h] ở chế độ làm việc định mức của động cơ diesel, khi đó phương trình (2-11) có dạng : [kg] (2-16) Trong đó : Kd - Hệ số gia tăng nhiên liệu có chú ý đến yếu tố khí hậu thời tiết theo mùa, thời gian chậm tầu sảy ra trong thực tế vận dụng, tỷ lệ % công suất phụ tải tiêu thụ, nó được xác định từ khảo sát thực tế và xử lý theo thống kê toán học. Hệ số chậm tầu có dạng : (2-17) Trong đó : Tổng thời gian chậm tầu trong một ngày đêm [phút] Tkh-Tổng thời gian kế hoạch chạy trong một ngày đêm [phút] NZ - Công suất định mức khai thác của động cơ diezel sau khi đã trừ số phần trăm công suất cấp cho hệ thống và thiết bị phụ của bản thân động cơ , ở đây có thể lấy 6-10% tức là : (2-18) Xét mối quan hệ Cơ -điện-cơ-điện trong tổ hợp động cơ diezel máy phát -> phụ tải ( cơ điện nhiệt) công thức (2-16) có dạng : (2-19) Trong đó : KHC-Hệ số có chú ý đến chậm tầu và khí hậu thời tiết theo mùa cũng nh­ một vài yếu tố khác xuất phát từ thực tế khai thác. ge-Suất hao nhiên liệu của động cơ ở chế độ định mức [kg/kW.h] Tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải [kw.h] Trong thực tế có thể sử dụng công thức sau để tính chi phí nhiên liệu trong tổ hợp động cơ máy phát : (2-20) Về mặt định tính : (2-21) Với : Xi - Mật độ hàm phân bố phụ tải làm việc. Trên hình 2-9. trình bày mối quan hệ giữa và Xi Trong thực tế có thể sử dụng phương pháp thống kê toán học để xác định chi phí nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát với mô hình bài toán như sau : Trên tuyến đường sắt A-B có Mn số chuyến tầu theo tên gọi : X1,X2,...,,Xi.Trên các chuyến tầu đó, sử dụng toa xe cấp điện tập trung ứng với các phụ tải tiêu thụ điện năng có tích : cùng với chi phí nhiên liệu BXi [kg] tưong ứng. 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1.0 Xi[%] Hình 2-9. Sự phụ thuộc của chi phí nhiên liệu vào [%] phụ tải tiêu thụ. Hãy tính chi phí nhiên liệu theo đơn vị công suất tiêu thụ làm cơ sơ cho việc đề xuất định mức cấp phát và định mức khai thác cho các mác tầu trên. Để xây dựng mô hình bài toán ta lập biểu thống kê có dạng như bảng 2-1. Bảng 2-1.Các thông số càn thiết để lập mô hình bài toán tính chi phí nhiên liệu Bảng 2-1 N Sè chuyến Mác tầu Công suất phụ tải tiêu thụ dạng B[kg] b[g/kWh] 1 M1 X11 N11t11 N12t12 . . . N1it1i B1i b1i 2 M2 X21 N21t21 N22t22 . . . N2it2i B2i b2i . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . n Mn Xn Nn1tn1 Nn2tn2 . . . Nnitni Bni bni Trong đó : Nni-công suất tiêu thụ điện năng của các phụ tải được trang bị trên số chuyến tầu Mn tni-Thời gian làm việc tương ứng của các phụ tải đó Lời giải của bài toán trên có dạng sau : (2-22) và : (2-23) Mô hình (2-19); (2-20); (2-22) và (2-23) dùng để tính toán thử nghiệm đối với tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown BCD-380S sử dụng ở các đoàn tầu : E1/2, S1/2, SE1/2, SP1/2, V1/2, CL5/6 trên tuyến đường sắt thống nhất. Đồng thời có thể áp dụng các mô hình đó để tính cho các tổ hợp động cơ máy phát khác hiện có, đang khai thác trên các mác tầu cụ thể , theo các cung đoạn vận dụng khác nhau. Về nguyên tắc mô hình toán học trên hoàn toàn có thể đảm bảo độ chính xác cho phép và đảm bảo tính phù hợp với thực tế. Song trong điều kiện ở nước ta khó có thể hài lòng với mô hình bài toán này bởi vì : - Không thể thống kê chính xác thời gian làm việc của các phụ tải khác nhau trên cung đoạn vận chuyển - Sự biến động của khí hậu thời tiết rất phức tạp mà chính nó lại ảnh hưởng rất lớn đến tiêu hao nhiên liệu - Các yếu tố về hành khách, về tác nghiệp không theo mét quy luật nào cả làm cho kết quả tính toán khó bảo đảm độ tin cậy cao trong vận dụng - Ngoài ra còn nhiều yếu tố khác chưa đề cặp được hết Chính vì vậy phải sử dụng hệ số hiệu chỉnh xuất phát từ đo đạc cụ thể đối với số lượng đoàn tầu đủ lớn để đảm bảo cho định mức khi đề xuất có độ tin cậy chấp nhận được . Đồng thời có tác động tích cực theo hướng tiết kiệm nhiên liệu trong quá trình khai thác các phương tiện giao thông trên mạng lưới đường sắt Quốc gia. Để giải bài toấn theo các mô hình trên các giữ kiện cần có bao gồm : - Thông số kỹ thuật của tổ hợp động cơ máy phát cần khảo sát. - Lịch trình chạy tầu trên tuyến đường sắt Thống nhất. - Thành phần các phụ tải nhận năng lưọng từ tổ hợp động cơ-máy phát cùng với công suất định mức của chúng [kW]. - Thời gian làm việc thực tế của các phụ tải đó. - Thời gian chậm tầu nếu có. - Thống kê lượng tiêu hao nhiên liệu thực tế theo khung thời gian phản ảnh hai trạng thái khí hậu thời tiết khác nhau, cô thể : + Khung thời gian 1 : từ tháng 4 đến tháng 9 ( trạng thái mùa nóng ). + Khung thời gian 2 : từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau. (trạng thái mùa lạnh). Sơ đồ khối để giải bài toán (2-20) có dạng ( hình 2-10.) më m¸y nhËp c¸c tham sè phôc vô tÝnh to¸n TÝnh chi phÝ nhiªn liÖu cho tæ hîp §C-MF Theo m« h×nh (2-20) Cho Xi i=1,2,...,n (sai) (đúng) in kÕt qu¶ dõng m¸y Hình 2-10. Thuật toán xác định tiêu hao nhiên liệu theo mô hình (2-20) 3. XÂY DỰNG ĐỊNH MỨC TIÊU HAO NHIÊN LIỆU CHO TỔ HỢP ĐỘNG CƠ DIEZEL-MÁY PHÁT CẤP ĐIỆN TẬP TRUNG BROADCROWN 308S. 3-1. Tổng hợp các thông số có liên quan đến tính toán tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung. 3-1-1. Thành phần đoàn tầu được khảo sát. Theo tổ chức khai thác các phương tiện đường sắt, tầu khách thống nhất được thành lập bởi các loại toa xe khác nhau với số lượng từ 12 đến 15 toa. Trên mét cung đoạn vận dụng thành phần đoàn tầu có thể thay đổi chút Ýt. Nguồn động lực để kéo các đoàn tầu đó thường là các đầu máy: D19E; D13E; D18E; D12E...với hành trình thời gian khác nhau. Trên các đoàn tầu đó được trang bị toa xe phát điện tập trung, phục vụ cấp điện cho các hệ thống thiết bị theo yêu cầu nâng cao chất lượng phục vụ hành khách đi tầu. Tổng hợp thành phần đoàn tầu theo các mác cụ thể được tổng hợp trong bảng 3-1. Bảng 3-1. Thành phần đoàn tầu theo tổ chức của Đường sắt Việt nam. Bảng 3-1 Mác tầu Chủng loại toa xe Tổ ĐC-MF HCL HC AL BnL AnL An Bn B80 C BV-PĐL BV-PĐ SE1/2 1 3 4 3 1 Broadcrown380s E1/2 1 4 4 3 1 Broadcrown380s S1/2 1 4 4 3 1 Broadcrown380s S3/4 1 1 1 1 2 1 4 1 FG-WILSON S5/6 1 1 1 1 2 1 4 1 FG-WILSON S7/8 1 1 1 1 2 1 4 1 FG-WILSON S9/10 1 1 1 1 2 1 4 1 FG-WILSON SP1/2 3 3 2 1 Broadcrown380s LC1/4 5 2 1 FG-WILSON LC5/6 1 7 1 2 1 1 Broadcrown380s YB1/2 10 2 1 CUMINONAN V1/2 1 2* 4 4 1 Broadcrown380s VQ1/2 1 4 1 1 CUMINONAN M1/2 2 1 CUMINONAN HP1/2 1* 5 1 1 CUMINONAN Trong đó : - HCL: Xe hàng cơm có điều hoà nhiệt độ. - HC: Hàng cơm không có điều hoà nhiệt độ. - AL : Xe ngồi mềm 64 chỗ có ĐHKK. - BnL : Xe giường nằm cứng 42 giường có ĐHKK. - AnL : Xe giường nằm mềm 28 giường có ĐHKK. - An : Xe giường nằm mềm thường 24 - 28 giường. - Bn : Xe giường nằm cứng 42 giường. - B80 : Xe ngồi cứng 80 chỗ. - C : Xe chở hành khách và hàng hoá. - BV-PĐL : Xe lắp đặt máy phát điện có ĐHKK. - BV-PĐ : Xe lắp đặt máy các tổ MPĐ không có ĐHKK. - 2* , 1* là kí hiệu các xe ngồi mềm ĐHKK 2 tầng 108 chỗ. 3-1-2. Đặc tính kỹ thuật của tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown BCD -380S. *Máy phát điện : 380/220V; 50HZ, 1500v/ph. -Công suất dự phòng : 380KVA=304[kW] ; (1kW=1.25KVA). -Ký hiệu máy phát : BCD380S. -Công suất liên tục : 350KVA =280[kW]. -Điện áp : 380/220V; 3 pha, 4 dây. -Tần số ;tốc độ động cơ diezel : 50HZ;1500 vòng /phút. Mức độ thay đổi điện áp ( không tải -đày tải): 0.5%. Thay đổi tần số ( không tải-đầy tải ): 1%. Trọng lượng bản thân máy : 2900kg. Kích thước máy [m] : (DxRxC) : 3.100 x 1.050 x 2.020. * Động cơ diezel : hãng sản xuất DEUTZ ( Đức). -Ký hiệu động cơ : BF6M1015C2. -Sè xilanh;dung tích xi lanh : 6 chữ V; 11.90 lít. -Đường kính xi lanh;hành trình píston : 132-145. - Công suất liên tục : 315 [kW]. -Vòng quay định mức : 1500[v/ph]. -Phương thức làm mát : nứớc + quạt. -Điện áp ắc quy đề : 24V; cực âm nối vỏ máy. -Két nhiên liệu : 560 lít. -Tiêu hao nhiên liệu giờ ở 100% tải : 77 lít/h -Tiêu chuẩn : ISO9001. -Tiêu hao dầubôi trơn : . -Quá tải : 10%. -Làm việc liên tục ở 100% tải với nhiệt độ môi trường : 50C-500C. -Chịu độ Èm không khí đến 95%. -Cao độ làm việc : 300m. - Suất tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp MPĐ trong điều kiện tiêu chuấn, nhiệt độ môi trường là 200C, ở mức phụ tải là 100%. [g/kW.h] (3-1) Với : ge=200.5[g/kW.h] Gh=77 lít/h=63.14[kg/h]. Đầu phát điện : NEWAGE-HC ( Anh). -Phương thức kích từ : Kích từ đầu trục, không chổi than. -Cấp cách điện : H. -Độ kín của vỏ đầu phát điện : Cấp IP21-Tiêu chuẩn : NEMA-1. -Hệ số công suất : 0.8. -Số đầu dây quấn : 12 cho phép đấu 1 pha. -Bộ điều chỉnh điện áp : AVR SX 440. 3-1-3. Công suất, điện năng tiêu thụ trên đoàn tầu. Công suất tiêu thụ được xác định để tính tiêu hao nhiên liệu trong tổ hợp động cơ máy phát . Công suất này phải gắn liền với thời gian làm việc thực tế của các hệ thống và thiết bị có trên đoàn tầu. Điện năng tiêu thụ của một đoàn tầu tính theo đơn vị [kW.h] Và chi phí nhiên liệu cần thiết cho một đơn vị công suất chính là cơ sở để xây dựng định mức tiêu hao nhiên liệu của động cơ diezel trong tổ hợp. Lượng nhiên liệu tiêu hao nhiên liệu được tính theo một vòng quay của một mác tầu cụ thể. Các thông số ở đây bao gồm : - Công suất tiêu thụ của các phụ tải : a - Máy điều hoà không khí: + Công suất của máy điều hoà nhiệt độ LRV12/10 bao gồm : * 2 máy nén x 6.3kW = 12.6kW. * 2 quạt ngưng x 1.15kW = 2.3kW. * 1 quạt lạnh x 3.15kW = 3.15kW. * 2 dàn sưởi x 9kW = 18kW. * Công suất dành cho làm lạnh toàn tải : 18.05kW. * Công suất dành cho sưởi toàn tải : 21.5kW. * Thực nghiệm đo dòng toàn tải của máy lạnh LRV12/10: I = 22-24[A] * Công suất máy LRV12/10 : . với : . + Công suất của máy điều hoà nhiệt độ LRV8: * 2 máy nén x 5.8kW = 11.6kW. * 2 quạt ngưng x 0.73 = 1.46kW. * 1 quạt lạnh x 2.3kW = 2.3kW. * 2 dàn sưởi x 9kW = 18kW. * Công suất dành cho làm lạnh toàn tải : 15.36kW. * Công suất dàng cho sưởi toàn tải : 20.3kW. * Thực nghiệm đo dòng toàn tải làm lạnh của máy LRV8: I = 20 – 22[A]. * Công súât máy LRV8 : . với : . + Máy điều hoà nhiệt độ King KTC 2055A: * 2 máy nén x 2.6kW = 5.2kW. * 2 quạt ngưng x 0.56kW = 1.12kW. * 1 quạt lạnh x 0.48kW = 0.48kW. * 1 dàn sưởi x 4kW = 4 kW. * Công suất dành cho làm lạnh toàn tải: 6.8kW. * Công suất dành cho sưởi toàn tải: 4.48kW. * Thực nghiệm đo dòng toàn tải của máy King KTC2055A : I = 12.5[A]. * Công suất máy King KTC2055A: . với : . B - Thùng đun nước sôi công suất Công suất NNS = 3 KW Dòng làm việc I = 5A. c - Đèn chiếu sáng: Các toa xe có số đèn chiếu sáng gần bằng nhau gồm đèn 14 đèn ống 1,2 m. Công suất tổng 14 x 40W = 560W. đèn 0,6m 8 x 20W = 160W công suất tổng NĐ = 720W. Dòng làm việc . d - Tủ trữ đông : Mét xe hàng cơm có một tủ trữ đông các thông số làm việc nh­ sau: Công suất tủ trữ đông NTĐ = 4kW . Dòng làm việc . e - Tủ hâm : Mét xe hàng cơm có hai tủ hâm các thông số làm việc nh­ sau: Công suất tổng NTH = 14kW ; . Dòng làm việc . - Công suất các toa xe : * Công suất định mức của toa xe là công suất khi tất cả các thiết bị điện đều hoạt động ở chế độ định mức; thường suất hiện khi bắt đầu vận hành. * Công suất trung bình hay công suất sử dụng là công suất có kể đến hệ số sử dụng các thiết bị dùng để tính năng lượng tiêu thụ. Bằng phương pháp theo dõi các thiết bị trong quá trình sự dụng và thời gian được ghi lại bởi các chi tiết trong các thiết bi trong thời gian vận hành hệ số sử dụng được tính toán và có kết quả như sau : + Máy ĐHKK mùa hè kL = 0.6 , mùa đông k1 = 0.5. + Thùng đun nước sôi kNS = 0.3. + Đèn chiếu sáng kĐ = 0.4. + Đèn đọc sách , máy bơm kĐ + MB = 0.2. + Tủ trữ đông kTĐ = 0.5. + Tủ hâm kTH = 0.5. a - Toa xe AN - Các phụ tải : 1 máy ĐHKK LRV - 8, 1 thùng đun nước sôi, đèn chiêú sáng, đèn đọc sách + máy bơm tổng 0.6 kW. NAnĐM = NL T + NNS + NĐ + NĐ+MB = 13.5 +3 +0.72 + 0.6 = 18.17kW. NAnTB = 0.6 x 13.5 + 0.3 x 3 + 0.4 x 0.72 + 0.2 x 0.95 = 9.34kW. b- Toa xe BN: - Các phụ tải : 1 máy ĐHKK LRV -10, 1 thung đun nước sôi, đèn chiếu sáng, đèn đọc sách + máy bơm tổng 250W. NBnĐM = NL T + NNS + NĐ + NĐ+MB = 14.22 + 3 + 0.72 + 0.25 = 18.89kW. NBnTB = 0.6 x 14.22 + 0.3 x 3 + 0.4 x 0.72 + 0.2 x 0.25 = 9.91kW. c- Toa xe A: - Các phụ tải: 1 máy LRV -12, 1 thùng đun nước sôi, đèn chiếu sáng, bơm nước tổng 0.13kW. NAĐM = NLT + NNS + NĐ + NMB = 14.22 + 3 + 0.72 + 0.13 = 18.07kW. NATB = 0.6 x 14.22 + 0.3 x 3 + 0.4 x 0.72 + 0.2 x 0.13 = 10.41kW. d- Toa xe hàng cơm HC: - Các phụ tải : 1 máy LRv -10, 1 thùng đun nước sôi, 1 tủ trữ đông, 2 tủ hâm, đèn + máy bơm + quạt thông gió tổng 1kW. NHCĐM = NLT + NNS + NTĐ + NĐMB = 14.22 + 3 + 4 + 14 + 1 = 36.22kW NHCTB = 0.6 x 14.22 + 0.3 x 3 + 0.5 x 4 + 0.5 x 14 + 0.4 x 1 = 20.032kW. e- Toa xe công vụ phát điện CV - PĐ: - Các phụ tải có: 1 máy LRV -8, đèn + quạt hút + máy bơm nhiên liệu + máy bơm nước tổng 1 kW. NCV - ĐM = 13.5 + 0.75 + 0.25 = 14.5kW. NCVTB = 0.6 x 13.5 + 0.4 x 1 = 8.7kW. - Công suất tiêu thụ đoàn tàu : a - Công suất tiêu thụ định mức đoàn tàu : Đoàn tàu SE1/2 có 12 xe , thành phần nh­ sau : 1 HC + 3 A64 + 4 BN + 3 AN + 1 CV - PĐ = 12 toa xe Công suất định mức đoàn tàu : NPTĐM = NHC + 4 NA + 4 NBn + 3 NAn + N CVPĐ. NPTĐM = 36.22 + 3 x 18.07 + 4 x 18.89 + 3 x 17.82 + 14.5 = 236.95kW Công suất định mức đoàn toàn được tính để biết công suất lớn nhát có thể xảy ra; nó thường xuất hiện khi đoàn tàu đón khách tại ga hoặc tàu dừng lâu ở ga có nhiệt độ không khí trên 300C. Trên cơ sở đó ta chọn được xe CV - PĐ hoặc MPĐ có công suất thích hợp. MPĐ thích hợp là máy có NĐM > NPTĐM , tốt nhất theo công thức sau: NPTĐM = ( 0.85 0.90 ) NĐm . b- Công suất tiêu thụ trung bình đoàn tàu : Ta tính công suất tiêu thụ trung bình của đoàn tầu SE1/2. Thành phần đoàn tầu này bao gồm 12 xe: NPTTB = NHCTB +3 NATB + 4 NBnTB + 3 NAnTB + N CVPĐ TB. Căn cứ vào cách tính công suất trung bình tiêu thụ điện trong suất một hành trình một chuyến tầu ta tính được công suất tiêu thụ trung bình của cả đoàn tầu: NPTTB = 20.032 + 3 x 9.798 + 4 x 10.29 + 3 x 9.648 + 807 = 128.23kW. Công suất tiêu thụ trung bình có thể dùng để tính điện năng tiêu thụ của một mác tàu hoặc một vòng quay đoàn tàu cụ thể. - Tương tự ta tính công suất tiêu thụ định mức của các đoàn tàu S1/2, E1/2. Thành phần đoàn xe của hai đoàn tầu này bao gồm 13 xe được thành lập nh­ sau: S1/2 = E1/2 = 1HCL + 4AL + 4BLn + 3ALn + 1CV - PĐL NPTĐM = 255.02 (kW) - Công suất tiêu thụ trung bình của các đoàn tàu S1/2, E1/2 : NNTTB = 138.028(kW) Thành phần phụ tải các đoàn tàu SE , S1/2 , E1/2 ( bảng 3-2) Bảng 3-2. Thành phần phụ tải trong đoàn tầu. Bảng 3-2 LOẠI TOA XE LOẠI PHỤ TẢI [KW] Máy lạnh Thùng nước sôi Đèn chiếu sáng Đèn ĐS + Máy bơm CSĐM CSTB ALn 13.5 3 0.72 0.6 17.82 9.648 BLn 14.22 3 0.72 0.95 18.89 10.29 AL 14.22 3 0.72 0.13 18.07 9.798 HCL 14.22 3 4 15 36.22 20.032 Cv - PĐL 13.5 1 14.5 8.7 Ghi chú: Đối với các loại xe thường thì khi tính công suất phụ tải không tính đến phụ tải của máy ĐHKK còn các phụ tải khác nh­ nhau. Công suất định mức (KW): của các phụ tải ở các mác tấu SE1/2, E1/2, S1/2, S3/4, S5/6, S7/8, S9/10 chạy trên tuyến đường sắt Thông nhất được trình bày trong bảng 3-3. Bảng 3-3. Công suất định mức của các phụ tải trên các mác tầu Thống nhất. Bảng 3-3 N Mác tầu ThKH[h] Thlv[h] Ni[kW] KN 1 SE1/2 58 63 14971.32 237.63 0.75 2 E1/2 60 65 16294.32 258.64 0.82 3 S1/2 66 71 16294.32 258.64 0.82 4 S3/4 78 83 5518.17 87.59 0.28 5 S5/6 78 83 5518.17 87.59 0.28 6 S7/8 80 85 5518.17 87.59 0.28 7 S9/10 80 85 5518.17 87.59 0.28 Từ bảng 3-3 xác định được hệ số công suất tiêu thụ đối với công suất định mức của động cơ diezel dưới dạng : (3-2) Và hệ số công suất tiêu thụ của các phụ tải đối với công suất kW.h của động cơ diezel : (3-3) Thành phần Ni và ti ở bảng 3-3, được trình bày trong bảng 3-4. Bảng 3-4. Công suất phụ tải thành phần của các đoàn tầu được khảo sát Bảng 3-4 N Mác tầu Công suất tiêu thụ Ni [kW] và thời gian làm việc tưông ứng ti[h] N1 t1 N2 t2 N3 t3 N4 t4 N5 t5 N6 t6 1 SE1/2 166 63 33 63 8.64 63 12 63 4 63 14 63 2 E1/2 179 65 39 65 9.63 65 13 65 4 65 14 65 3 S1/2 179 71 39 71 9.63 71 13 71 4 71 14 71 4 S3/4 54.71 83 83 10.88 83 4 83 4 83 14 83 5 S5/6 54.71 83 83 10.88 83 4 83 4 83 14 83 6 S7/8 54.71 85 85 10.88 85 4 85 4 85 14 85 7 S9/10 54.71 85 85 10.88 85 4 85 4 85 14 85 Trong đó: N1 - Công xuất tiêu thụ của máy điều hoà nhiệt độ ứng với t1 (h). N2 - Công xuất của hệ thống đun nóng nước nhiệt độ ứng với t2 (h). N3 - Công xuất của hệ thống chiếu sáng nhiệt độ ứng với t3 (h). N4 - Công xuất của hệ thống đèn đọc sách nhiệt độ ứng với t4 (h). N5 - Công xuất của tủ chủ trữ đông nhiệt đọ ứng với t5 (h). N6 - Công xuất của tủ hâm nóng nhiệt độ ứng với t6 (h). Công suất tiêu thụ trung bình (KW): Công suất tiêu thụ trung bình của các phụ tải theo các mác tầu tương ứng được trình bày trong bảng bảng 3-5. Bảng 3-5. Công suất tiêu thụ thực tế của các phụ tải theo các mác tầu trên tuyến đường sắt Thống nhất. Bảng 3-5 N Mác tầu ThKH[h] ThLV[h] kWZ 1 SE1/2 58 63 7310.14 0.3684 2 E1/2 60 65 8164.49 0.4114 3 S1/2 66 71 8918.13 0.4493 4 S3/4 78 83 3672.13 0.1850 5 S5/6 78 83 3672.13 0.1850 6 S7/8 80 85 3760.61 0.1895 7 S9/10 80 85 3760.61 0.1895 Thành phần Ni ,ti trong bảng 3-5. được diễn giải trong bảng 3-6. Bảng 3-6. Diễn giải thành phần Ni,và ti : Bảng 3-6 N M/tầu Thành phần Ni và Ti có chó ý hệ số sử dụng thời gian làm việc N1 T1 N2 T2 N3 T3 N4 T4 N5 T5 N6 T6 1 SE1/2 166 34.65 33 18.9 8.64 25.2 12 12.6 4 31.5 14 31.5 2 E1/2 179 35.75 39 19.5 9.63 26 13 13 4 32.5 14 32.5 3 S1/2 179 39.05 39 21.3 9.63 28.4 13 14.2 4 35.5 14 35.5 4 S3/4 54.7 45.65 24.9 10.88 33.2 4 16.6 4 41.5 14 41.5 5 S5/6 54.7 45.65 24.9 10.88 32.2 4 16.6 4 41.5 14 41.5 6 S7/8 54.7 46.75 25.5 10.88 34 4 17 4 42.5 14 42.5 7 S9/10 54.7 46.75 25.5 10.88 34 4 17 4 42.5 14 42.5 Trong đó : T1 = 0.55t1; T2 = 0.3t2; T3 = 0.4t3; T4 = 0.2t4; T5=0.5t5 và T6=0.5t6. 3-1-4. Chi phí nhiên liệu ở chế độ không tải của động cơ trong tổ hợp. Một cách gần đúng chi phí nhiên liệu theo đơn vị thời gian của động cơ diezel ở chế độ không tải được xác định theo dải công suất nh­ trong bảng 3-7. Bảng 3-7. Chi phí nhiên liệu không tải theo dải công suất của động cơ diezel. Bảng 3-7 N Dải công suất định mức của động cơ diezel[kW] G0[kg/h] 1 300<800 5.6-9.5 2 800<1200 6.5-1.5 3 1200<2000 8.0-13.5 4 2000<3000. 14.5-19.5 3-2. Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố khai thác đến tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung. Trong chương 2 đã đề cặp đến một số yếu tố ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ diezel máy phát cấp điện tập trung . Ơ' đây cần tập trung vào một số yếu tố có ảnh hưởng trực tiếp đến quá trình tính toán cụ thể. Các yếu tố đó bao gồm : 3-2-1. Thời gian chậm tầu. Trong thực tế có các đoàn tầu chạy không đúng giờ kế hoạch,mặc dù tài xế đã cố gắng chạy bù giờ trong quy phạm chạy tầu. Yếu tố này có ảnh hưởng trực tiếp đến lượng gia tăng nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát vì phải làm việc thêm giờ phục vụ hành khách. Trong khai thác kỹ thuật, thông số này được xác định thông qua hệ số chậm tầu có dạng : (3-4) Tổng thời gian chậm tầu [h] trong một đơn vị thời gian khảo sát ( có thể lả 24h;48h,72h ) Tổng thời gian các đoàn tầu chạy đúng kế hoạch trong một đơn vị thời gian, ứng với thời gian chậm tầu Trong trường hợp tính toán đối với tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown-380S , đơn vị thời gian được khảo sát theo tổng hợp các đoàn tầu cụ thể ( xem phụ lục). và được tổng hợp trong bảng 3-8. Bảng 3-8. Xác định gần đúng hệ số chậm tầu theo biểu thức (3-4). Bảng 3-8 N Mác tầu số chuyến [h] [h] Kct Ghi chó 1 SE1/2 42 2688 113 0.040 KCT= 0.0282 2 E1/2 45 2925 61.5 0.021 3 S1/2 46 3348.8 65.2 0.019 4 S3/4 43 3569 110.5 0.030 5 S5/6 34 2822 138 0.047 6 S7/8 30 2550 60 0.023 7 S9/10 14 1190 9.5 0.007 Hệ số chậm tầu bây giờ có dạng : (3-5) Trong đó : Tổng số chuyến tầu được khảo sát Từ bảng 3-6 và công thức (3-2) trong tính toán tiếp nhận : KCT=0.0282. 3-2-2. Môi trường khái thác và khí hậu thời tiết. Tổ hợp yếu tố này rất phức tạp, không thể khảo sát một cách độc lâp từng thành phần của nó. Xét về môi trường khai thác thì rõ ràng mang tính đặc trưng của khí hậu biển + núi và nhiệt độ thay đổi trong phạm vi khá rộng theo hai khung thời gian: nóng lạnh. Đồng thời độ Èm khá cao cùng với mưa bão thất thường làm cho tổ hợp động cơ máy phát nói riêng và đoàn tầu nói chung ở điều kiện khắc nghiệt.Từ phân tích Êy sẽ gây ra sù gia tăng nhiên liệu vận dụng của tổ hợp động cơ máy phát. Song mức độ gia tăng như thế nào thì khó có lời giải chính xác. Trong luận văn này chỉ giám đề cặp các yếu tố trên ở dạng theo dõi diễn biến chi phí nhiên liệu trong khung thời gian từ tháng 4 đến tháng 9 và từ tháng 10 đến tháng 3 năm sau, để quán triệt một phần các yếu tố này trong tính toán cụ thể. Trong trường hợp này biểu mẫu thống kê có dạng bảng 3-9 để xác định hệ số gia tăng nhiên liệu theo mùa. Số liệu thống kê chi tiết xin xem ở phụ lục 1. Bảng 3-9. Tổng hợp chi phí nhiên liẹu theo khung thời gian . Bảng 3-9 N M/tầu Sô/chuyến B[kg] 4-9/2004 B[kg] 10/ 3 ( năm sau) KTT 1 SE1/2 100 233701 213882 0.08 2 E1/2 100 228925 207649 0.09 3 S1/2 100 268743 238161 0.11 3 S3/4 100 165867 153647 0.07 Từ bảng 3-7 có thể đánh giá mức độ ảnh hưởng " nóng lạnh" theo hai khung thời gian quy ước bởi hệ số KTT. Trong đó : (3-6) Hệ số chênh lệch theo mùa nóng - lạnh bây giờ có dạng : (3-7) Trong đó: BNi; BLi; n i- Xác định từ bảng 3-7. Sử dụng công nghệ EXEL nhận được: 0.08 (3-8) 3-2-3. Động cơ làm việc khi không tải. Trong trường hợp chỉ có một số Ýt phụ tải có công suất tiêu thụ rất thấp, chẳng hạn một số bóng đèn thắp sáng để đọc sách thì có thể coi như động cơ làm việc ở chế độ không tải. Khi đó ảnh hưởng của yếu tố này phản ảnh qua hệ số gia tăng nhiên liệu khi không tải có dạng : [%] (3-9) Trong đó : G0 - Chi phí nhiên liệu thời gian khi không tải [kg/h] ( Tra theo bảng 3-7.) Tổng thời gian động cơ chạy không tải [h] B - Tổng chi phí nhiên liệu lý thuyết tính theo công thức (2-12) Hệ số này có thể tiếp nhận theo kinh nghiệm từ quá trình khai thác tổ hợp động cơ máy phát cụ thể. 3-2-4.Yếu tố về hành khách đi tầu và tác nghiệp trên cung đoạn vận tải. Trong đoàn tầu có các loại toa được trang bị nội thất khác nhau : máy điều hoà nhiệt độ, hệ thống đèn chiếu sáng, đèn đọc sách, quạt giã, bình nứớc nóng ...Sự lưu thông từ toa này sang toa khác, đóng ngắt hệ thống chiếu sáng, khống chế thời gian làm việc của của quạt gió vân vân, có ảnh hưởng đến tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát. Trong điều kiện hiện nay chưa thể tự động hoá các tác nghiệp này nên việc xác định mức độ ảnh hửơng của các yếu tố trên rất khó khăn. Vì vậy khi tính toán tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát các yếu tố trên được coi như đã quán triệt ở thời gian làm việc thực tế của các phụ tải và chú ý so sánh mức độ tiêu hao khác nhau giữa các đoàn tầu có cùng điều kiện vận dụng. 3-3. Tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown-380S. Trong chương 2 đã trình bày phương pháp luận để tính toán lượng tiêu hao nhiên liệu của tổ hợp đông cơ máy phát cấp điện tâp trung dưới dạng mô hình toán học (2-20), (2-22) và (2-23). Trong phần này tiến hành tính toán tiêu hao nhiên liệu cụ thể của tổ hợp máy phát cấp điện tập trung Broadcrown BCD-380S sử dụng trên các mác tầu SE1/2, E1/2, S1/2, SP1/2, LC5/6 và V1/2. Trong bảng 3-10 giới thiệu thành phần của các mác tầu trên. Bảng 3-10. Thành phần đoàn tầu theo mác có sử dụng tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown BCD 380S. Bảng 3-10 M/T Chủng loại toa xe THT [h] HCL HC AL BnL AnL An Bn B80 C BV-PĐL BV-PĐ SE1/2 1 3 4 3 1 29 E1/2 1 4 4 3 1 30 S1/2 1 4 4 3 1 30 SP1/2 3 3 2 1 7.5 LC5/6 1 7 1 2 1 1 8.0 V1/2 1 2 4 4 1 6.0 3-3-1. Tính theo mô hình bài toán (2-20) Xuất phát từ biểu thức : (3-10) phải xác định các tham số cụ thể đối với từng mác tầu được trang bị toa xe cấp điện tập trung với hệ thống phụ tải xác định. Các thông số tính toán được tổng hợp trong bảng 3-11. Bảng 3-11.Tổng hợp các thông sè của phụ tải tiêu thụ điện từ tổ máy phát điện Broadcrown BCD-380. Bảng 3-11 N M/T Số/ch NPTDM [kW] KPZ NPTTB [kW] KN Th[h] NPTĐM.Th [kW.h] NPTTBTh [kW.h] 1 SE1/2 116 236 0.54 128 0.78 7308 898884 468466 2 E1/2 182 255 0.54 138 0.84 11830 1478750 724877 3 S1/2 131 255 0.54 138 0.84 9301 1134722 542886 4 SP1/2 354 165 0.50 82 0.54 7626 549072 239595 5 LC5/6 346 140 0.51 72 0.46 6880 371520 143301 6 V1/2 213 67 0.52 35 0.22 3408 61344 16480 Để tiện phân tích sau này, chưa đề cập đến hệ số hiệu chỉnh trong biểu thức (3-10). Biểu thức (3-10) bây gìơ có dạng : (3-11) Kết quả tính theo biểu thức (3-11) được tổng hợp trong bảng 3-11, với : ge=0.2005[kg/kW.h] Thực hiện giải bài toán (3-10) , còng nh­ (3-11) có thể nhờ sự trợ giúp của máy vi tÝnh với chương trình mang tên "Định mức" sử dụng ngôn ngữ Pascal` (xin xem trong phụ lục 2). Các thông số tính toán được tổng hợp trong bảng 3-12. Bảng 3-12. Tổng hợp chi phí nhiên liệu theo đơn vị thời gian ứng với phân bố tải tương ứng Bảng 3-12 M/T NPT Th.S Phân bè phụ tải tiêu thụ năng lượng(%) 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 SE1/2 237 NPT% 23.7 47.4 71.1 94.8 119 142 166 190 213 237 Gh 4.8 9.1 14.3 19.0 23.8 28.5 33.3 38.0 42.8 48. E1/2 255 NPT% 25.5 51.0 76.5 102 128 153 179 204 230 255 Gh 5.11 10.23 15.34 20.5 25.6 30.7 35.8 41 46 51. S1/2 255 NPT% 25.5 51 76.5 102 128 153 179 204 230 255 Gh 5.11 10.23 15.34 20.4 25.6 30.7 35.8 41 46.0 51 SP1/2 165 NPT% 16.5 33 49.5 66 82.5 99 116 132 149 165 Gh 3.31 6.62 6.92 13.2 16.5 19.8 23.2 26.5 29.8 33 LC5/6 140 NPT% 14 28 42 56 70 84 98 112 126 140 Gh 2.81 5.61 8.42 11.2 14.0 16.8 19.7 22.5 25.3 28. V1/2 67 NPT% 6.7 13.4 20.1 26.8 33.5 40.2 46.9 53.6 63.3 67 Gh 1.34 2.69 4.03 5.37 6.72 8.06 9.4 10.8 12.1 13. Từ bảng 3-11 có thể tìm quy luật biến thiên của chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian phụ thuộc vào phân bố tải tiêu thụ năng lượng của tổ hợp động cơ-máy phát Broadcrown BCD-380S. Trên hình 3-1 trình bày một cách định tính quy luật đó. Trong thực tế thường sử dụng chi phí nhiên liệu bình quân có dạng : (3-12) Trong đó : Tỷ trọng của các Ghi tương ứng và bằng: (3-13) Với : tổng số chuyến khảo sát và bằng : 1342 chuyến. Gh Ghdm Ghkt 0 nkt ndm n[V/phút] Hình 3-1. Đồ thị chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian [ kg/h] Kết quả nhận được trình bày trong bảng 3-13. Bảng 3-13. Chi phí nhiên liệu bình quân đơn vị thời gian [kg/h]. Bảng 3-13 N M/T Số.ch. Chi phí nhiên liệu đơn vị thời gian [kg/h] Khoảng phụ tải [%] 18.69 1 SE1/2 116 2 E1/2 182 3 S1/2 131 4 SP1/2 354 5 LC5/6 346 6 V1/2 213 3-3-2. Tính toán theo thống kê thực tế và khảo sát thực nghiệm + Tính toán từ số liệu thống kê thực tế (số liệu thống kê xin xem trong phụ lục 2) Khảo sát các chuyến tầu theo hai khung thời gian từ tháng 04 đến tháng 09 và từ tháng 10 đến tháng 3 và coi nh­ đây là một quy ước để xét ảnh hưởng của khí hậu thời tiết theo hai mùa " nóng " và " lạnh". Đồng thời trên cơ sở số liệu này được xử lý theo thống kê toán học, kêt quả nhận được trong bảng 3-11. Bảng 3-14. Thông số nhận được từ các đoàn tầu trong qúa khai thác Bảng 3-14 M/T Số/ch kPz Thtt [h] BĐM [kg] BTB [kg] NPTĐM [kW] NPTTB [kW] GĐM [kg/h] GTB [kg/h] SE1/2 116 0.54 7308 461500 249210 237 128 47.52 14.03 E1/2 182 0.54 11830 747065 403415 255 138 51.13 15.19 S1/2 131 0.54 9301 587358 317173 255 138 51.13 15.19 SP5/6 354 0.50 7626 481582 240791 165 82 33.08 8.95 LC5/6 346 0.51 6880 434472 221581 140 72 28.07 7.87 V1/2 213 0.52 3408 215215 111912 67 35 13.43 3.82 Trong đó: kPZ – Hệ số phụ tải ứng với chế độ định mức. Thtt – Thời gian hoạt động của tổ máy phát điện. BĐM – Lượng nhiên liệu tiêu hao ở chế độ tải định mức. BTB – Lượng nhiên liệu tiêu hao theo phụ tải trung bình. NPTDM- Công suất định mức của phụ tải. NPTTB – Công suất trung bình của phụ tải. GĐM- Tiêu hao nhiên liệu trong một giờ ở chế độ công suất định mức của phụ tải. GTB- Tiêu hao nhiên liệu trong một giờ ở chế độ công suất trung bình của phụ tải. Từ bảng 3-13 cho thấy tiêu hao nhiên liệu đơn vị thời gian phụ thuộc chủ yếu vào hệ số sử dụng phụ tải tiêu thụ năng lượng từ tổ hợp động cơ máy phát. Song hệ số này trong thực tế là bao nhiêu thì chưa được xác định một cách đầy đủ và đảm bảo độ tin cậy của nó. Để giải quyết vấn đề này, có thể dựa vào chương trình đo thực tế bằng máy đo công suất tiêu thụ… Ơ' đây cần chú ý đến công suất định mức của máy phát điện mà từ đó đáp ứng nhu cầu năng lượng cho hệ thống phụ tải có trong các chuyến tầu thí nghiệm. Cụ thể là: Công suất định mức: NPZ=304[kW]; suất hao nhiên liệu ở chế độ định mức là: 200.5[g/kWh] = 0.2005[kg/kW.h]. +Tính toán theo khảo sát thực nghiệm Tổng hợp các thông số đo được thực hiện từ tháng 01 đến tháng 07 năm 2005 được tổng hợp trong bảng 3-15 ( Mô tả thí nghiệm và kết quả đo xin xem trong phụ lục 3) Bảng 3-15. Các thông số đo và xác định các hệ số của mác tầu SE trên tuyến đướng sắt Thống nhất. Bảng 3-15 S/C Sè xe MPT [kW.h] TH [h] NPT [kW] KPT KN BT [kg] BNPT [kg] GNPT [kg/h] 1 81559 17160 396.0 43 0.18 0.14 2239 3414 8.60 1 81560 15840 396.0 40 0.17 0.13 2183 3176 8.00 2 81559 14100 333.5 42 0.18 0.14 1873 2809 8.40 2 81559 20760 393.0 53 0.22 0.17 2452 4178 10.6 3 81558 28200 547.0 52 0.22 0.17 3388 5705 10.4 4 81559 32340 481.0 67 0.28 0.22 3541 6460 13.4 4 81558 27060 477.0 57 0.24 0.19 3121 5452 11.4 5 81559 22320 275.9 81 0.34 0.27 2433 4481 16.2 5 81559 20760 274.5 76 0.32 0.25 2272 4183 15.2 6 81559 20520 269.0 76 0.32 0.25 2227 4100 15.2 6 81558 26880 409.0 66 0.28 0.22 2987 5411 13.2 7 81559 40920 545.0 75 0.32 0.24 4475 8197 15.0 Từ bảng 3-14. có thể xác định các thông sè so sánh với lượng cấp phát thực tế sau mỗi vòng quay. Các thông số đó được tổng hợp trong bảng 3-16. Bảng 3-16. So sánh giữa cấp phát thực tế với tính toán thực nghiệm. Bảng 3-16 T Sè xe MPT [kW.h] BNPT [kg] BDM+KT [kg] BCB [kg] KDM TDM [h] TKT [h] 1 81559 17160 3414 2239 10641 0.68 0.7896 0.18 71.280 324.72 1 81560 15840 3176 2183 10366 0.69 0.7895 0.17 67.320 328.68 2 81559 14100 2809 1873 8958 0.69 0.7909 0.18 60.030 273.47 2 81559 20760 4178 2452 10916 0.62 0.7754 0.22 86.460 306.54 3 81558 28200 5705 3388 14583 0.61 0.7677 0.22 120.34 426.66 4 81559 32340 6460 3541 12726 0.49 0.7218 0.28 134.68 346.32 4 81558 27060 5452 3121 12868 0.58 0.7575 0.24 114.48 362.52 5 81559 22320 4481 2433 7150 0.37 0.6597 0.34 93.806 182.09 5 81559 20760 4183 2272 5712 0.27 0.6022 0.32 87.840 186.66 6 81559 20520 4100 2227 7440 0.45 0.7007 0.32 86.080 182.92 6 81558 26880 5411 2987 9716 0.44 0.6926 0.28 114.52 294.48 7 81559 40920 8197 4475 13098 0.37 0.6583 0.32 174.40 370.60 Trong đó: MPT – Tổng công suất tiêu thụ của phụ tải. BNPT – Tổng lượng nhiên liệu tiêu hao theo định mức. Từ bảng 3-14 và 3-15 có thể thấy rằng : - Thời gian làm việc ở chế độ không tải khá lớn, còn thời gian làm việc ở chế độ định mức quá Ýt, gây ra sù gia tăng chi phí nhiên liệu theo đơn vị công suất. - Chi phí nhiên liệu theo thời gian của phụ tải tiêu thụ chênh lệch quá nhiều so với cơ báo. - Hệ số sai khác về chi phí nhiên liệu giữa tính toán thực nghiệm và cơ báo khá lớn, từ đó chỉ ra khả năng tiết kiệm nhiên liệu là tất yếu trong tổ chức khai thác. Từ bảng 3-14, xử lý theo biểu thức (3-12) nhận được chi phí nhiên liệu trung bình của tổ hợp động cơ Broadcrown-380s cho một đơn vị thời gian là ( chỉ đúng cho mác tầu SE từ tháng 01 đến tháng 07/2005 ): (3-13) ở đây : (3-14) Tổng hợp các kết quả tính toán trên nếu chấp nhận mức độ ảnh hưởng tổng hợp của các yếu tố: -Bất bình hành trong vận dụng -Môi trường khí hậu thời tiết -Thời gian làm việc không tải -Tác động của hành khách và tác nghiệp của đội công tác trên tầu... có thể chập nhận hệ số gia tăng nhiên liệu : (3-15) Theo khảo sát thực nghiệm và thống kê thực tế hệ số phụ tải làm việc trên các đoàn tầu dao động trong phạm vi 0.2-0.4, chính vì vậy có thể chọn giá trị lớn nhất để tính toán, khi đó chi phí nhiên liệu theo đơn vị thời gian bình quân được hiệu chỉnh cùng với hệ số gia tăng nhiên liệu sẽ trình bày trong bảng 3-17. Bảng 3-17. Chi phí nhiên liệu trong đơn vị thời gian được hiệu chỉnh Bảng 3-17 N Mác tầu NPT[kW] GBQ[kg/h] Hệ số hiệu chỉnh KHC GhHC[kg/h] 1 SE1/2 237 19.23 1.15 22.11 2 E1/2 255 20.50 1.15 23.58 3 S1/2 255 20.50 1.15 23.58 4 SP1/2 165 13.20 1.15 15.15 5 LC5/6 140 11.20 1.15 12.18 6 V1/2 67 5.37 1.15 6.18 Bây giờ có thể so sánh với định mức đang được thực hiện cho tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown 380s của các mác tầu trên tuyến đường sắt do Tổng công ty Đường Sắt Việt Nam ban hành. Kết quả này được tổng hợp trong bảng 3-18. Bảng 3-18. So sánh với định mức hiện hành Bảng 3-18 N Mác tầu NPT[kW] GHC[kg/h] GĐM[kg/h] 1 SE1/2 237 22.11 24.9 2.79 0.1119 2 E1/2 255 23.58 24.9 1.33 0.0532 3 S1/2 255 23.58 24.9 1.33 0.0532 4 SP1/2 165 15.15 24.9 9.72 0.3904 5 LC5/6 140 12.18 8.72 -4.16 -04771 6 V1/2 67 6.18 8.72 2.54 0.2918 Từ thực tế khai thác, phụ tải tiêu thụ năng lượng dao động từ 0.2 đến 0.4 tổng công suất của hệ thống phụ tải trên đoàn tầu. Trong trường hợp này tạm chấp nhận công suất phụ tải được sử dụng là 0.4 , do đó chi phí nhiên liệu cho một đơn vị [kWh] có dạng: (3-16) Trong đó : (3-17) Kết quả nhận được từ biểu thức (3-16) trình bày trong bảng (3-19). Bảng 3-19. Chi phí nhiên liệu theo đơn vị [kW.h] theo phụ tải sử dụng. Bảng 3-19 N Mác tầu Gh [kg/h] THTLV [h] Bh [kg] NPTĐM [kW] NPTTB [kW.h] MPTTB [kW.h] geKT [g/kWh] 1 SE1/2 22.11 63 1393 237 14931 5972 233 2 E1/2 23.58 65 1533 255 16575 6630 231 3 S1/2 23.58 71 1674 255 18105 7242 231 4 SP1/2 15.15 19 288 165 3135 1254 230 5 LC5/6 12.18 20 244 140 2800 1120 218 6 V1/2 6.18 16 99 67 1072 429 230 Từ bảng 3-18. cho thấy rằng suất hao nhiên liệu theo đơn vị [g/kW.h] tính toán ứng với hệ số sử dụng phụ tải cao hơn suất hao nhiên liệu ở chế độ định mức, điều đó hoàn toàn phù hợp với lý thuyết kinh tế nhiên liệu của động cơ diezel và dao động từ : 218 đến 233[g/kWh] 3-3-3. Kiến nghị định mức mới cho tổ hợp động cơ máy phát Broadcrown 380s. Xuất phát từ kết quả tính toán trên đây cho thấy khả năng tiết kiệm nhiên liệu là khả thi ( thể hiện ở bảng 3-17). Trong trường hợp riêng của mác tầu SP1/2 cần được tiếp tục làm rõ định mức cho nã. Vì trong tính toán chưa có cơ sở để khẳng định kết quả nh­ trong bảng 3-17. Song về mặt định mức cũng có thể tạm chấp nhận được. Trong tính toán kỹ thuật hệ số dự phòng thường được chọn là 5% , do đó ở đây kiến nghị khoảng định mức đựợc ghi nhận trong bảng 3-19. Bảng 3-20. Khoảng định mức của tổ hợp đông cơ máy phát Broadcrown-380S. Bảng 3-20 N Mác tầu NPTDM [kW] GTT [kg/h] GHĐMĐS [kg/h] Khoảng định mức mới [kg/h] 1 SE1/2 237 22.11 24.9 21.00 - 23.22 2 E1/2 255 23.58 24.9 22.40 - 24.76 3 S1/2 255 23.58 24.9 22.40 - 24.76 4 SP1/2 165 15.15 24.9 14.39 - 15.91 5 LC5/6 140 12.18 8.72 11.57-12.79 6 V1/2 67 6.18 8.72 5.87 - 6.49 Thực hiện định mức này có nghĩa là sẽ mang lạI hiệu quả kinh tế khá lớn. Nếu tính theo một chuyến tầu theo quy ước của xí nhiệp vận dụng toa xe khách Hà nội thì kết qủa nhận được ghi lại trong bảng 3-21. Bảng 3-21. Khả năng tiết kiệm nhiên liệu diezel ở tổ hợp máy Broadcrown-380s. Bảng 3-21 N Mác tầu NPT100 [kW] GHĐMĐS [kg/h] GhTT [kg/h] Khoảng định mức mới [kg/h] Khả năng tiết kiệm [kg] 1 SE1/2 237 24.9 22.11 21.00-23.22 105.84-246.70 2 E1/2 255 24.9 23.58 22.40-24.76 9.10-162.50 3 S1/2 255 24.9 23.58 22.40-24.76 9.94-177.50 4 SP1/2 165 24.9 15.15 14.39-15.91 170.81-199.69 5 LC5/6 140 8.72 12.18 11.57-12.79 -5.70-(-55.80) 6 V1/2 67 8.72 6.18 5.87-6.49 35.68-45.60 Với 6 mác, mỗi mác một quay vòng thì tổng lượng nhiên liệu có thể tiết kiệm đươc Ýt nhất là : 274kg và nhiều nhất là : 775kg (So sánh theo định mức hiện hành của LHĐSVN phụ lục 4). KẾT LUẬN Từ kết qủa của quá trình nghiên cứu có thể tổng hợp thành một số kết luận chủ yếu sau: 1- Năng lượng và định mức chi phí năng lượng trong hoạt đông phát triển kinh tế xã hội là một vấn đề luôn luôn mang tính thời sự và phải được quan tâm thường xuyên để sử dụng hợp lý và tiệt kiệm năng lượng. Giao thông vận tải là một trong những ngành có nhu cầu năng lượng rât lớn, việc giải quyết đè tài trên đây có ý nghĩa khoa học và thực tiễn trong lĩnh vực kinh tế nhiên liêụ nhằm mục đích góp phần đáng kể vào hạ giá thành vận tải và phục vụ hành khách. 2 - Chi phí nhiên liệu trong hoạt động giao thông phụ thuộc rất nhiều yếu tố, nên phương pháp tiên tiên nhất là khảo sát thực nghiệm với hệ thống đo lường hiện đại cùng với sự trợ giúp của công nghệ tin học. Chỉ có thế mới đạt được độ chính xác và tin cậy cao nhất. 3 - Phương pháp luận hình thành trong luận án là dựa vào quá trình biến đổi và chuyển giao năng lượng trong tổ hợp động cơ máy phát mà hệ thống phụ tải trên đoàn tầu là đối tượng phục vụ của nó. Dạng tiêu thụ là điện năng, còn dạng năng lượng để tạo ra điện áp và cường độ dòng điện lại là hoá năng từ dầu diezel. Chính vì vậy chỉ tiêu để đánh giá tính kinh tế trong tổ hợp động cơ máy phát luôn tồn tại dưới hai dạng: [kg/h] và [kg/kW.h]. Trong đó [kg/kWh] là chỉ tiêu cơ bản để đánh giá tính ưu việt trong tổ chức khai thác phương tiện giao thông đường sắt, còn [kg/h] là cơ sở để xây dựng định mức cấp phát và định mức khai thác trong quá trình sử dụng tổ hợp đông cơ máy phát cấp điện tập trung cho đoàn tầu. 4 - Kết quả nhận được từ luận án đảm bảo độ chính xác và độ tin cậy có thể chấp nhận được trong điều kiện hiện nay ở nước ta. Bởi vì chỉ tiêu và định mức được tính toán từ lý thuyết kinh tế nhiên liệu trong giao thông đường sắt và có kiểm nghiệm thực tế thông qua mét, hai chương trình khảo sát thực nghiệm đã tiến hành khá công phu trên tuyến đường sắt Thống nhất. 5 - Nếu định mức trong luận án được ứng dụng sẽ mang lại hiệu quả kinh tế khá lớn, bởi vì khả năng tiết kiệm nhiên liệu diezel là khả thi thông qua hệ số sai khác giữa định mức hiện hành với định mức đã được xác lập trong luận án có kiểm nghiệm trong thực tế khai thác. 6 - Hướng phát triển tiếp theo của luận án là: nghiên cứu chế độ làm việc tối ưu của tổ hợp động cơ máy phát cấp điện tập trung Broadcrown BCD-380S theo quan điểm chi phí năng lượng nhỏ nhất, hoặc là lựa chọn hợp lý tổ hợp đông cơ máy phát cập điện tập trung cho các đoàn tầu trên đường sắt quốc gia với mục tiêu hạ giá thành vận tải và nâng cao chất lượng phục vụ hành khách. TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] - Nguyễn Thành Lương -Động cơ đốt trong ( phương toiện giao thông) Nhà XBXD -Hànội 2002 [2] - Đỗ Việt Dũng Lại Ngọc Đường Trương Duy Phúc -Truyền động và điều khiển đầu máy-ĐHGT-Hànội 2001 [3] - Lại Ngọc Đường-Sức kéo đoàn tầu và tính toán sức kéo ĐHGT-Hànội 2000 [4] - Lại Ngọc Đường - Những vấn đề chọn lọc từ truyền động và điều khiển đầu máy ĐHGT-Hànội 2001 [5] - Jozef Mảciniak -Eksploatacja Kolẹwych Pojazdow Szynowych WKL-Warszawa 1990 [6] - Nguyễn Đức Minh- Nghiªn cứu khả năng thay thế nhiên liệu diezel bằng nhiên liệu mới được tạo ra từ dầu thực vật (Luận án TSKT) -VIện KHKTGT 1996 [7] - Jerzy Madej-Teoria Ruchu Pojazdow Szynowych WKL Warszawa -2004 [8] - Jan Gronowicz-Energochlodnosc Transportu Kolejowego WKL-Warszawa 1990 [9] - Jan Gronowicz- Gospodarka Energetyczna w Trasporcie Ladowym WPP-Poznan 2004 [10] - Lại Ngọc Đường: Phương tiện giao thông đường sắt - ĐHGTVT Hànội 2002 [11] - Báo cáo quyết toán chi phí vận doanh của XNVDTXK Hà nội các năm 2003, 2004, quý 1 + quý 2 năm 2005. M