Nghiên cứu ứng suất nhiệt piston động cơ M504 khi lắp thay cho động cơ M503A trên tàu Cảnh sát biển (Ứng dụng phần mềm Ansys)

Động cơ đốt trong với những tính năng ưu việt của nó, luôn là loại động cơ được sử dụng nhiều nhất trong tất cả các lĩnh vực, đặc biệt là trên các phương tiện giao thông đường biển. Nó thường được trang bị làm hệ động lực chính để lai chân vịt của tàu, lai các máy phát điện phục vụ cho các thiết bị trên tàu hoặc lai các bơm, các thiết bị phục vụ khác...Ngày nay cùng với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, động cơ đốt trong cũng không ngừng được cải tiến và hoàn thiện theo hướng đạt hiệu quả kinh tế cao nhất, phù hợp với các yêu cầu, mục đích của từng loại phương tiện, giảm thiểu ô nhiễm môi trường...

Trong lĩnh vực quân sự, động cơ đốt trong cũng được sử dụng làm hệ động lực chính cho các tàu Hải quân. Mặc dù ngày nay có nhiều loại động cơ mới ra đời (Động cơ điện, động cơ hạt nhân...) có những tính năng ưu việt hơn nhưng động cơ đốt trong vẫn được dùng phổ biến trong lực lượng hải quân của tất cả các nước trên thế giới.

Động cơ M500 một thời đã từng được coi là niềm tự hào của ngành thiết kế động cơ Liên bang Xô Viết bởi rất nhiều tính năng ưu việt của nó : kết cấu nhỏ gọn, khả năng phát huy công suất lớn, khối lượng động cơ tính trên 1 đơn vị công suất nhỏ, tiêu hao nhiên liệu ít,.... Chúng đựơc trang bị làm hệ động lực chính cho các tàu chiến đấu cỡ nhỏ, tốc độ cao trong lực lượng hải quân của các nước như: Liên xô, Triều tiên, Ấn độ, Việt nam...

Ở Việt nam động cơ M500 được sử dụng trên nhiều tàu chiến đấu của lực lượng hải quân (tàu quét mìn, tàu phóng lôi, tàu tên lửa...) và chúng đã đựơc phát huy tối đa những ưu điểm của mình trong quá trình tác chiến trên biển.

Động cơ M50A là loại động cơ được sử dụng làm hệ động lực chính trên tàu phóng lôi 206M của lực lượng hải quân, sau này do có sự thay đổi về yêu cầu, nhiệm vụ các tàu loại này được chuyển giao cho lực lượng Cảnh sát biển Việt nam để làm nhiệm vụ tuần tiễu bảo vệ trên biển. Mặc dù có rất nhiều tính năng ưu việt nhưng động cơ M500 nói chung và động cơ M503A nói riêng cũng có những nhược điểm nhất định. Đây là loại động cơ được nghiên cứu chế tạo từ những năm thế chiến thứ 2, có kết cấu rất phức tạp, quá trình sửa chữa và bảo dưỡng rất khó khăn, phụ tùng vật tư thay thế khan hiếm. Đặc biệt là sau quá trình theo dõi chế độ sử dụng động cơ trên các tàu Cảnh sát biển với yêu cầu sử dụng động cơ chủ yếu ở chế độ hành trình ( tốc độ vòng quay từ 1200v/p - 1700v/p), với chế độ tải nhỏ hơn định mức, động cơ hay có hiện tượng tiêu hao dầu nhờn quá lớn, khí xả màu đen, nhiệt độ khí xả cao, không phát huy hết công suất của động cơ.

Để khắc phục được những yếu tố không có lợi trên, hịên nay đã thử nghiệm việc lắp ráp thay thế piston M504 cho động cơ M503A tại nhà máy X50 - Cục kỹ thuật - Hải quân. Kết quả thử nghiệm tương đối tốt, khắc phục được phần lớn những hạn chế về mặt kỹ thuật cũng như đáp ứng được về nhu cầu khan hiếm về vật tư thay thế.

Do có sự thay đổi về các thông số kết cấu động cơ, vì thế yêu cầu đặt ra trước khi đưa động cơ vào sử dụng là phải tính toán lại các thông số của chu trình công tác, kiểm tra lại các chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật của động cơ... nhằm đảm bảo động cơ sau khi hoán cải hoạt động an toàn và hiệu quả. Đây là một công việc khó khăn đòi hỏi nhiều thời gian và công sức nghiên cứu, Trong phạm vi đề tài của mình tôi chỉ tiến hành nghiên cứu ứng suất nhiệt của piston sau khi lắp thay cho động cơ M503A mà cụ thể tên đề tài của tôi là:"NGHIÊN CỨU ỨNG SUẤT NHIỆT CỦA PISTON ĐỘNG CƠ M504 KHI LẮP THAY CHO ĐỘNG CƠ M503A TRÊN TÀU CẢNH SÁT BIỂN BIỂN".

Trong đề tài của mình tôi có sử dụng máy tính để hỗ trợ cho quá trình tính toán, cụ thể là sử dụng phần mềm ANSYS để nghiên cứu vấn đề ứng suất nhiệt trong piston.

Luận văn của tối gồm 4 phần chính:

+ Phần 1: Phần tổng quan về vấn đề nghiên cứu

+ Phần 2: Cơ sở lý thuyết của quá trình nghiên cứu ứng suất nhiệt

+ Phần 3: Xây dựng mô hình tính toán và tiến hành giải bài toán ứng suất nhiệt bằng phần mềm ANSYS.

+ Phần 4: Kết luận và kiến nghị

Trong quá trình nghiên cứu và tìm hiểu chắc chắn sẽ không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết. Rất mong được các thầy hướng dẫn, đóng góp ý kiến để tôi hoàn thiện thêm đề tài của mình.

NỘI DUNG:

Chương 1- TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU

1.1. Đặc điểm hệ động lực trên tàu Cảnh sát biển

1.2. Điều kiện làm việc của động cơ M503A trên tàu

Cảnh sát biển

1.2.1. Tính năng và thông số kỹ thuật chủ yếu của

động cơ M503A

1.2.2. Tính năng và thông số kỹ thuật chủ yếu của

động cơ M504

1.2.3. Phân tích điều kiện làm việc của động cơ

M503A trên tàu Cảnh sát biển

1.3. Vấn đề nghiên cứu thay thế piston động cơ M503A

bằng piston động cơ M504

1.3.1. Đặc điểm kết cấu và vật liệu của piston động

cơ M503A, so sánh với piston động cơ M504

1.3.2. Lựa chọn đề tài nghiên cứu

1.4. Kết luận chương 1

Chương 2- CƠ SỞ LÝ THUYẾT CỦA BÀI TOÁN XÁC ĐỊNH

ỨNG SUẤT NHIỆT VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP TÍNH

2.1. Vấn đề ứng suất nhiệt của piston

2.1.1. Trao đổi nhiệt dẫn nhiệt

2.1.2. Trao đổi nhiệt đối lưu

2.1.3. Trao đổi nhiệt bức xạ

2.2. Tính toán trường nhiệt độ của piston

2.2.1. Phương trình vi phân truyền nhiệt

2.2.2. Các điều kiện biên của bài toán tính

trường nhiệt độ

2.2.3. Cơ sở lý thuyết của phương pháp phần tử hữu

hạn trong bài toán trường nhiệt độ

2.3. Các phương pháp tính ứng suất nhiệt

2.4. Lựa chọn phương pháp tính toán

2.4.1. Cơ sở lý thuyết tính toán ứng suất nhiệt

theo phương pháp phần tử hữu hạn

2.4.2. Lựa chọn phầm mềm tính toán

2.5. Kết luận chương 2

Chương 3- XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÍNH TOÁN ỨNG

SUẤT NHIỆT CỦA PISTON

3.1. Xây dựng mô hình tính toán

3.1.1. Thiết lập bài toán, xây dựng mô hình hình học

3.1.2. Các giả thiết và điều kiện biên của mô hình tính

3.2. Phần mềm tính toán ANSYS

3.2.1. Giới thiệu chung

3.2.2. Kết cấu chương trình

3.3. Xây dựng chương trình tính toán

3.3.1. Sơ đồ thuật toán

3.3.2. Chương trình tính

3.4. Kết luận chương 3

Chương 4- KẾT LUẬN

4.1. Về phương pháp tính

4.2. Về kết quả

4.3. Các khuyến cáo

4.4. Phương hướng phát triển của đề tài

TÀI LIỆU THAM KHẢO

LINK DOWNLOAD