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
1
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

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
3
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.

5
A
Q
E
HN
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 :
miK
NN
ηβ
).1(
−=
; (1-1)
Trong đó :
N
i
-Công suất chỉ thị của động cơ diesel [kw];
β
-Phần công suất hữu Ých dùng cho các thiết bị phụ của động cơ diesel


. 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

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 :
i
n
n
i
n
B
B
∑
∑
=
1
1
[lít/chuyến]; (1-3)
8
Trong đó :
∑
−
i
B

1
1
hoặc :






∑
∑
=
km
lit
V
VB
b
Ki
Kihi
i
; (1-4)
Trong đó :
−
∑
n
i
N
1
Tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải;
B

-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.
10
-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 :
1. Tiến sĩ Nguyễn Văn Bang.
2. 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.
11
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.

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 :
==
SSS
NM
ω
Constan; (2-1)
13
Trong đó : M
S
- mômen trên trục động cơ diesel;
−
S
ω
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 :
==
GSGG
NIU
η
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 .

- tổng công suất tiêu thụ của các phụ tải.
14
−
C
g
Chi phí nhiên liệu đơn vị trung bình trong thời gian làm việc
của động cơ diesel [g/kWh].
g
C
- 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
N
S
[kW]
M
K
[N.m]
M
K
G
h
[kg/h]

N
S
G
h
g
e

Imax I
Hỡnh 2-3. Phm vi iu chnh in ỏp ca mỏy phỏt in theo c
tớnh cụng sut ca ng c diesel
Phm vi iu chnh in ỏp ca mỏy phỏt in c xỏc nh :


BHC
U
KK
K
=
Z
U
U
max
=
; (2-5)
Trong ú:
- U
max
- in ỏp cc i ca mỏy phỏt.
- U
Z
- in ỏp nh mc ca mỏy phỏt.
16
Đặc tính ngoài của
máy phát
Đặc tính công suất không
đổi của động cơ diesel
- K

KT
I
KT
P
F
L
Hình 2-4. Sơ đồ khối hệ điều chỉnh đặc tính ngoài của máy phát điện xoay
chiều đồng bộ
17
TG §T T1 TL E
MP§
T2
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

+ 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.
19
+ 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.
[%]
β
)(
Z
Nf
=
β
f(N
Z
)
0 N1 N2 N3 N

cuộn dây máy điện vào năng suất làm mát của quạt khi nhiệt độ không khí ở cửa
vào khác nhau.
T
5
T
4
T
3
T
1
T
2
0 Q
W
[m
3
/s]
21
T
W
[
0
C]
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 :
T
1
<T
2
<T

C] khi năng suất làm mát của quạt Q
W
[m
3
/s] khác nhau:
Q
W1
>Q
W2
>Q
W5
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 :
)(
WW
tfQ
=

(2-7)
)(
0
tIfQ
WW
=

(2-8)
Trong đó:
- I
w
- Dòng điện phần ứng.

η
)1(
−
==
; (2-9)
Trong đó :
N
e
- Công suất hiệu dụng của động cơ diesel;
−
β
Phần công suất cấp cho các hệ thống phụ trợ của động cơ diesel;
−
P
η
Hiệu suất của máy phát điện;
−
PT
η
Hiệu suất của phụ tải;
Q - Nhiệt lượng của nhiên liệu;
23
B
h

- 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.

KT

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 :






kmt
hW
.
.
đối với vận tải hàng hoá






kmHK
hW
.
.
đối với vận tải hành khách
- Sử dụng nhiên liệu :







kmHK
g
.
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 :
∑ ∑
+=
][. kgtBtBB
JJUU
(2-11)
25