Dịp này ở Việt Nam thiếu điện, điện cắt luân phiên ở nhiều nơi khiến dân tình nhốn nháo. Vài thằng bạn gọi điện hỏi han tư vấn về lựa chọn sử dụng giữa máy phát hay kích điện, rồi khi được tư vấn nên sử dụng kích điện thì lại hỏi chi tiết về các vấn đề tiếp theo...Thôi thì cũng tổng hợp kinh nghiệm sử dụng của mình thành vài đoạn ghi chép ngắn lên blog để có người hỏi là đưa ngay link đến đây cho họ đọc :). Show
Vài dòng đầu này chỉ giải quyết vấn đề: Dùng máy phát hay là dùng kích điện cho mùa mất điện năm nay? Máy phát thì có lẽ quá nhiều người biết về nó rồi, còn kích điện thì nó là cái gì?. “Kích điện” là tên gọi thông dụng về một thiết bị biến đổi từ điện áp thấp-một chiều của ắc quy (12, 24, 48Vdc…) thành điện áp cao hơn -xoay chiều có tần số phù hợp với lưới điện quốc gia đang dùng (ví dụ ở Việt Nam thì điện áp là 220V, tần số 50 Hz). Kích điện có vẻ giống như những chiếc UPS được dùng cho máy tính, chỉ khác nhau là UPS được trang bị sẵn một vài ắc quy có dung lượng vừa phải ở bên trong, còn kích điện thì không. Có thể gọi kích điện là một cái UPS có ắc quy gắn ngoài cũng được. Nhiều bạn có ý tưởng dùng UPS để cấp điện cho sinh hoạt gia đình trong hoàn cảnh hiện nay, ý tưởng này là được bởi hai thiết bị này gần tương đồng nhau (tuy nhiên cũng có thể sẽ gặp một vài vướng mắc nho nhỏ trong cách sử dụng UPS với thiết bị dân dụng) Kích đện chắc sẽ được nói thêm nhiều vào một phần ghi chép tiếp sau của phần này, còn bây giờ mình muốn so sánh, lựa chọn giữa sử dụng kích điện hay máy phát điện. Để thuận tiện cho việc so sánh, mình lập một bảng so sánh tóm tắt như sau: Tiêu chí so sánh Máy phát điện Kích điện (Inverter) Sử dụng năng lượng Chủ yếu là xăng, một số máy phát điện công suất lớn hơn dùng dầu diesel Năng lượng tích trữ trong các ắc quy (được nạp trước đó) Công suất Có nhiều loại, công suất từ vài trăm W đến vài chục kW Công suất giới hạn, từ 100W đến vài kW. Công suất càng lớn càng đắt và yêu cầu nhiều ắc quy. Dạng điện đầu ra - Sóng dạng sin chuẩn. - Tần số 50 Hz (hoặc 60 Hz cho vùng khác) nếu ở chế độ hoạt động thiết kế chuẩn. - Có 2 loại sóng sin chuẩn hoặc sin mô phỏng nhưng tốt nhất nên chọn loại Sin chuẩn (true sine), khi chạy ở chế độ ắc quy, sóng Sine còn tốt hơn điện lưới. - Tần số 50 haợc 60 Hz tuỳ chọn. Thích hợp sử dụng - Cho mọi loại thiết bị có công suất phù hợp (nhỏ hơn công suất máy phát) - Tính cơ động cao, có thể hoạt động ở các vùng khác nhau - Loại Sin chuẩn dùng được cho tất cả các thiết bị điện Ti vi, đèn tuýp điện tử, máy tính, quạt, tủ lạnh, điều hoà - Loại Sine mô phỏng không nên dùng cho các thiết bị có các cuộn dây ở bên trong (quạt, động cơ, tủ lạnh, điều hoà)… - Có thể vận chuyển dễ dàng, nhưng không dụng được tại nơi không có điện (tàu thuyền, địa phương chưa có điện lưới...) Ảnh hưởng đến môi trường khi làm việc - Rất ồn, và do đó không phù hợp cho việc hoạt động trong đêm. - Khí thải độc hại cho con người và môi trường nếu trong không gian hẹp, do đó phải đặt ở nơi có không gian thoáng. - Không ồn, chỉ nghe thấy chủ yếu là tiếng của quạt làm mát hoặc tiếng rung nho nhỏ của lõi sắt từ. - Bản thân kích điện không thải khí có hại, nhưng ắc quy dùng kèm có thể có mùi (nếu là loại ắc quy nước, ắc quy kín khí hoặc loại không cần bảo dưỡng thì không gây mùi). Nếu dùng ắc quy khô thì có thể đặt tại mọi vị trí trong nhà miễn là thuận tiện. Mức độ nguy hiểm khi làm việc Sử dụng nhiên liệu dễ cháy nổ nên khả năng nguy hiểm cao hơn Sử dụng ắc quy là loại có khả năng gây cháy nổ nếu bị làm đoản mạch (chập) hai cực ắc quy. Bảo dưỡng - Thay dầu nhớt thường xuyên khi hoạt động. - Nổ máy vài phút mỗi tháng nếu như không sử dụng lâu dài. Không phải bảo dưỡng, nhưng phải bảo dưỡng ắc quy đi kèm theo kích điện. (Bảo dưỡng ắc quy gồm: châm thêm nước cất, phụ nạp điện sau mỗi khoảng thời gian tuỳ loại ắc quy). Mức độ dễ sử dụng - Thường phải “giật nổ” bằng động tác dứt khoát khi khởi động nên gây khó khăn khi người sử dụng là phụ nữ và người già. - Chỉ phải bấm hoặc gạt nút để khởi động nên thuận tiện cho mọi lứa tuổi. Chi phí đầu tư Khoảng hơn 8 triệu (đối với loại máy phát chất lượng tốt) Khoảng hơn 4,5 triệu (bao gồm kích điện và ắc quy) Phần trên là phần so sánh giữa các tiêu chí một cách tóm tắt, mình phân tích thêm một số ý mà có thể là sẽ gây khó hiểu trong bảng trên ở dưới đây (tức là cái đơn giản thì thôi không phải nói gì nữa ). Trong tổ máy phát điện diesel, động cơ luôn được coi là “linh hồn” và chiếm tới 70% giá trị của cả tổ máy. Nó có vai trò chuyển hóa năng lượng từ dầu diesel thành cơ năng (dạng mô-men quay) và truyền sang đầu phát – để phát ra điện. Động cơ diesel cho máy phát điện là loại động cơ diesel 4 kỳ, công suất lên tới 4.000 kW. Tùy theo công suất, động cơ diesel có thể sử dụng từ 3 tới 20 xilanh, và được trang bị turbo tăng áp khí nạp (một số rất ít động cơ nhỏ không có turbo). Trong bài viết này, HQC sẽ giới thiệu với các bạn về nguyên lý làm việc của đông cơ diesel 4 thì được dùng trong máy phát điện và ưu nhược điểm của nó so với động cơ xăng. MỤC LỤC BÀI VIẾT  1. Những khái niệm chung về động cơ dieselĐộng cơ diesel là một kiểu của động cơ đốt trong kiểu piston. Trong quá trình động cơ diesel làm việc, piston chuyển động tịnh tiến qua lại trong xilanh nhưng nó có hai vị trí giới hạn, đó là “Điểm chết trên” và “Điểm chết dưới”. Sơ đồ động cơ diesel - Điểm chết trên (viết tắt là ĐCT) là vị trí của đỉnh piston trong xilanh khi khoảng cách giữa piston đến đường tâm của trục khuỷu là lớn nhất. - Điểm chết dưới (viết tắt là ĐCD) là vị trí của đỉnh piston trong xilanh khi khoảng cách giữa piston đến đường tâm của trục khuỷu là nhỏ nhất. - Hành trình piston (ký hiệu bằng chữ S) là khoảng cách giức ĐCT và ĐCD. Khi piston dịch chuyển được một khoảng cách S thì trục khuỷu quay được một góc 1800. - Thể tích buồng đốt của xilanh (ký hiệu VD) là khoảng không gian trong xilanh giới hạn bởi nắp xilanh và đỉnh piston ở ĐCT. - Thể tích làm việc của xilanh (ký hiệu VLV) là dung tích của xilanh giữa hai “điểm chết” của piston. - Thể tích toàn phần của xilanh (ký hiệu VTP) là tổng thể tích buồng đốt và thể tích làm việc của xilanh: VTP= VD + VLV - Tỷ số nén của động cơ (ký hiệu là e) là tỉ số của thể tích toàn phần và thể tích buồng đốt: e \= VTP/VD = (VD + VLV)/ VD. Tỷ số nén của động cơ cho ta thấy thể tích toàn phần của xilanh đã giảm bao nhiêu lần, tức là bị ép nhỏ bao nhiêu lần khi piston đi từ ĐCD đến ĐCT. Thông thường đối với động cơ diesel thì tỷ số nén e = 12-21. - Hỗn hợp đốt: Là hỗn hợp dầu diesel trộn đều với không khí theo một tỷ lệ nhất định, được tạo thành ngay trong lòng xilanh động cơ. 2. Nguyên lý hoạt động của động cơ diesel cho máy phát điệnĐộng cơ diesel 4 kỳ dùng trong máy phát điện hoạt động với nguyên lý của động cơ diesel 4 kỳ nói chung. Động cơ diesel muốn làm việc được liên tục phải có các quá trình sau đây xẩy ra theo một trình tự nhất định ở trong xilanh động cơ: - Nạp đầy không khí vào xilanh. - Nén không khí nạp trong xilanh và đốt cháy hỗn hợp. - Dãn khí cháy trong xilanh (sinh công) - Xả sạch khí đã làm việc ra khỏi xilanh Toàn bộ quá trình đó gọi là chu trình làm việc của động cơ. Trong mỗi chu trình làm việc của động cơ diesel, piston sẽ thực hiện 4 lần chuyển động tịnh tiến qua lại, tương ứng với hai vòng quay của trục khuỷu. 2.1. Quá trình nạp (còn gọi là quá trình hút)Piston chuyển động từ ĐCT đến ĐCD, tương ứng với trục khuỷu quay một góc từ 0-1800. Thể tích trong xilanh tăng lên và áp suất giảm từ từ, đến mức nhỏ hơn áp suất khí quyển P0 (khoảng 7.4-8.5 N/cm2). Xupap nạp dưới tác động của cơ cấu phân phối khí sẽ mở ra (xupap xả vẫn đóng). Do áp suất bên trong xilanh động cơ nhỏ hơn áp suất bên ngoài nên không khí được nạp vào xilanh. 2.2. Quá trình nén cháyPiston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, tương ứng với trục khuỷu quay một góc 1800-3600. Xupap nạp và xả lúc này đã được đóng lại, không khí trong xilanh bắt đầu bị nén lại. Thể tích trong xilanh giảm và áp suất bắt đầu tăng dần lên. Khi piston cách ĐCT tương ứng góc quay trục khuỷu khoảng 15-300 thì vòi phun sẽ phun nhiên liệu vào dưới dạng sương mù, trộn đều với khống khí nén, tạo thành hỗn hợp đốt và tự bốc cháy dưới áp suất và nhiệt độ cao. Khi hỗn hợp đốt cháy, áp suất và nhiệt độ trong xilanh tăng vọt lên: Áp suất khoảng 500-800 N/cm2, nhiệt độ khoảng 1.600-1.9000C. 2.3. Quá trình dãn (còn gọi là quá trình sinh công)Dưới tác dụng của áp suất cao do hỗn hợp làm việc bị đốt cháy, piston bị đẩy tư ĐCT đến ĐCD và nhờ cơ cấu biên tay quay, chuyển động tịnh tiến của piston thành chuyển động quay của trục khuỷu, tương ứng góc quay 360-5400. Trong quá trình này, năng lượng nhiệt biến thành năng lượng cơ học nên gọi là quá trình sinh công. Áp suất của kì cuối quá trình sinh công giảm xuống còn 25-30 N/cm2. Nhiệt độ trong động cơ vào khoảng 800-9000C. 2.4. Quá trình xả (còn gọi là quá trình thoát)Piston chuyển động từ ĐCD đến ĐCT, tương ứng với trục khuỷu quay một góc 540-7200. Ở quá trình này xupap nạp vẫn đóng nhưng xupap xả mở ra, piston đẩy khí đã làm việc ra ngoài. Cuối quá trình xả, áp suất giảm xuống còn 11-12.5 N/cm2 và nhiệt độ vào khoảng 600-7000C. Sau quá trình xả, piston lại chuyển động tờ ĐCT đến ĐCD, khi đó xupap nạp lại mở và quá trình nạp lại tiếp tục thực hiện cho chu trình tiếp theo. Nói chung trong bốn quá trình: Nạp, nén cháy, sinh công, xả - của động cơ diesel, chỉ có quá trình sinh công là quá trình có ích (tạo ra năng lượng cơ học), còn lại ba quá trình khác là các quá trình cản, được thực hiện nhờ động năng của bánh đà và của các chi tiết quay khác, hoặc nhờ công của các xilanh khác trong động cơ. 3. So sánh động diesel với động cơ xăng3.1. Ưu điểm của động cơ diesel so với động cơ xăng- Hiệu suất nhiệt cao hơn, thường hiệu suất nhiệt của động cơ diesel khoảng 35-45%, còn động cơ xăng khoảng 30-35%. - Động cơ diesel tiêu hao nhiên liệu ít hơn 30-35% nhiên liệu so với động cơ xăng. Ví dụ, động cơ xăng có suất tiêu hao nhiên liệu khoảng 150-240 g/kW.h còn động cơ diesel là khoảng 110-190 g/kW.h. - Nhiên liệu dùng trong động cơ diesel là dầu diesel, nó có chi phí rẻ hơn và ít gây cháy hơn so với xăng dùng trên động cơ xăng. - Động cơ diesel làm việc chắc chắn, bền vững, ít hư hỏng bởi hệ thống cung cấp nhiên liệu diesel tuy cấu tạo tinh vi chính xác nhưng có bộ bền cao, dễ sử dụng. Còn ở động cơ xăng có bộ chế hòa khí và hệ thống đốt cháy bằng tia lửa điện hay bị hư hỏng, phải sửa chữa và điều chỉnh thường xuyên. - Động cơ diesel có khối lượng quán tính của các bộ phận chuyển động lớn hơn động cơ xăng nên khả năng vượt tải cũng ít tốn kém hơn. 3.2. Nhược điểm của động cơ diesel so với động cơ xăng- Kích thước và trọng lượng của động cơ diesel lớn hơn động cơ xăng vì áp suất khí cháy trong động cơ diesel lớn. Do đó, trọng lượng riêng của động cơ diesel (trọng lượng trên một đơn vị công suất tính bằng kW) lớn hơn trọng lượng riêng của động cơ xăng 40-70%. - Cấu tạo hệ thống cung cấp nhiên liệu phức tạp, đòi hỏi chế tạo chính xác. - Từ hai nhược điểm trên dẫn đến nhược điểm thứ 3 của động cơ diesel so với động cơ xăng là giá thành cao hơn. Ví dụ, cùng tổ máy phát điện 10 kVA, giá của tổ máy phát điện chạy xăng chỉ bằng 50-70% so với tổ máy phát điện chạy bằng dầu diesel. Từ những ưu và nhược điểm trên mà phạm vi sử dụng của động cơ diesel và động cơ xăng trên máy phát điện có sự khác nhau. Động cơ diesel được sử dụng trong những tổ máy phát điện công suất lớn từ 6-4.000 kVA, trong khi đó động cơ xăng chỉ được dùng trong các máy phát điện có công suất nhỏ dưới 15 kVA, phổ biến nhất là từ 6 kVA trở xuống. 4. Lịch sử của động cơ diesel (nói chung)Vào những năm 1890, Rudolf Diesel đã phát minh ra động cơ đốt trong mang tên ông - là loại động cơ đánh lửa nén (hay còn gọi là nén nổ). Động cơ diesel được kỳ vọng là hoạt động hiệu quả hơn các loại động cơ nhiên liệu nặng khác - động cơ bóng đèn nóng do Akroyd-Stuart phát minh. Động cơ diesel ban đầu có kích thước lớn và hoạt động ở tốc độ thấp do những hạn chế của hệ thống phun nhiên liệu hỗ trợ khí nén. Năm 1920, động cơ diesel tốc độ cao ra đời và được sử dụng trên xe thương mại. Vào năm 1930, động cơ diesel đã được lắp trên các xe du lịch. 4.1 Phát minh của Rudolf DieselRudolf Diesel sinh ra ở Paris, Pháp vào năm 1858. Ông tốt nghiệp trường Đại học Bách Khoa Munich (Đức) năm 1880. Năm 1885, Diesel thành lập cửa hàng đầu tiên của mình ở Paris để bắt đầu phát triển động cơ đánh lửa nén. Năm 1890, ông đã nhận được một số bằng sáng chế cho phát minh ra động cơ đốt trong, đốt chậm, đốt cháy chậm, hiệu quả. Năm 1893, động cơ diesel nguyên mẫu đầu tiên được chế tạo nhưng không thành công. Sau đó ông đã tiến hành một loạt cải tiến và tiếp tục thử nghiệm. Ngày 17 tháng 2 năm 1897, Diesel đã chế tạo thành công động cơ mang tên ông, và đạt hiệu suất cao, 26.2%. Động cơ diesel có hiệu suất cao hơn hẳn so với động cơ hơi nước phổ biến lúc bấy giờ (hiệu suất động cơ hơi nước chỉ đạt khoảng 10%). Việc phát triển sáng chế của Diesel cần thêm thời gian và công sức để trở thành một thành công về mặt thương mại. Nhiều kỹ sư và nhà phát triển đã tham gia vào công việc cải thiện khả năng tồn tại trên thị trường của ý tưởng do Rudolf Diesel tạo ra. Mặt khác, anh ta bị đe dọa phần nào bởi quá trình này và không phải lúc nào cũng có thể tìm thấy tiếng nói chung với các nhà thiết kế động cơ khác đang phát triển dựa trên phát minh của ông. 4.2 Cái chết của Rudolf DieselNhững nỗ lực quảng bá thị trường động cơ chưa sẵn sàng của Diesel cuối cùng đã dẫn đến suy nhược thần kinh. Năm 1913, vô cùng bối rối trước những lời chỉ trích về vai trò của mình trong việc phát triển động cơ, ông đã biến mất một cách bí ẩn khỏi một con tàu trong chuyến hành trình đến Anh, có lẽ là tự sát. Sau khi các bằng sáng chế của Diesel bắt đầu hết hạn, một số công ty khác đã lấy phát minh của ông và phát triển nó để trở nên hoàn thiện như ngày nay. Hy vọng bài viết trên của chúng tôi đã mang đến cho bạn những thông tin hữu ích về động cơ diesel dùng trong máy phát điện. |
