Наши партнеры ArtmMisto
Як машин, що перетворюють теплову енергію в механічну, використовують переважно поршневі двигуни внутрішнього згоряння з самозаймання палива в середовищі стисненого в циліндрі повітря. Такі двигуни отримали найменування дизелів на прізвище їх винахідника - німецького інженера Р. Дизеля.
Мал. 1.Дізельний двигун
Дизелі складаються з великої кількості різних пристроїв, що виконують в процесі їх експлуатації певні функції. Остов дизеля утворюють фундаментна рама 6 (рис. 1), станина і циліндри 3, закриті зверху кришками 5. У суднових дизелів станина і циліндри найчастіше виконані у вигляді загальної відливки, званої блок-картером.
Усередині циліндра пересувається поршень 4, шарнірно пов'язаний з шатуном 2, нижня частина якого шарнірно з'єднана з колінчастим валом 1. Поршень, шатун і колінчастий вал утворюють кривошипно-шатунний механізм, що перетворює поступальний рух поршня в обертальний рух колінчастого вала. Крайні положення поршня в циліндрі називають мертвими точками, а відстань, яку проходить поршнем при його русі від однієї мертвої точки до іншої, - ходом поршня. Кожному ходу поршня відповідає поворот колінчастого вала на 180 °.
Крім перерахованих основних деталей кістяка, поршнів, шатунів і колінчастого вала, дизель має ще цілий комплекс механізмів, вузлів, апаратів і приладів, що забезпечують його роботу, званих системами. Заповнення циліндрів повітрям (свіжим зарядом) і очищення їх в потрібний момент від продуктів згоряння палива здійснює, наприклад, система газорозподілу. Очищення, зберігання і подачу палива в циліндри виконують пристрої паливної системи. Безперервне змазування тертьових деталей дизеля забезпечує мастильна система. При роботі дизеля циліндри і їх кришки, поршні, випускний колектор та інші деталі інтенсивно нагріваються. Для відводу теплоти від цих деталей дизеля використовується система охолодження. За допомогою системи регулювання автоматично підтримується з певною точністю задана частота обертання колінчастого вала. В процесі експлуатації судна виникає необхідність в зміні частоти обертання колінчастого вала, а також у пуску, реверсування (забезпеченні ходу судна вперед або назад) і зупинці дизеля. Ці операції виконує система управління. Нормальна і безаварійна робота дизеля контролюється за допомогою системи предупредітельноаварійной сигналізації і захисту.
Крім перерахованих груп деталей, механізмів і систем, в конструкції дизелів можуть бути і інші пристрої, наприклад засоби приготування і зберігання стисненого повітря, утилізації (використання теплоти випускних газів), нейтралізації (знешкодження) випускних газів і т. П.
Чотиритактні дизелі. При роботі двигуна в його циліндрах відбуваються термодинамічні процеси впуску (наповнення циліндрів свіжим зарядом повітря), стиснення заряду, займання і згоряння палива, розширення газоподібних продуктів згоряння палива і випуску їх з циліндрів. Названі процеси в певній послідовності періодично повторюються в кожному циліндрі двигуна. У комплексі всі ці процеси, що забезпечують перетворення хімічної енергії палива в теплову і механічну, називають циклом, а частина циклу, здійснювану в циліндрі за один хід поршня, - тактом. Цикл у поршневих двигунів внутрішнього згоряння може відбуватися за чотири або два ходи поршня (два або один оборот кривошипа). Тому двигуни називають відповідно чотирьох- або двотактними.
Розглянемо принцип дії чотиритактного дизеля. Припустимо, що поршень 6 (рис. 2, а) при обертанні колінчастого вала 8 через шатун 7 переміщається від верхньої мертвої точки (ВМТ) до нижньої мертвої точки (НМТ). Впускний клапан 2 системою газорозподілу відкритий, а випускний клапан 4 закритий. У міру руху поршня вниз обсяг над ним збільшується, а тиск падає. І коли воно стає нижче атмосферного (менш 0,1 МПа), в простір між кришкою 1, стінками циліндра 5 і поршнем 6 надходить повітря. Здійснюється такт впуску (наповнення) циліндра. Обсяг циліндра, що звільняється поршнем при його русі від ВМТ до НМТ, називається робочим Vs, а обсяг над поршнем, коли останній знаходиться в НМТ, - повним об'ємом циліндра Va
Чим більше повітря буде в циліндрах дизеля, тим більше можна спалити в них палива і, отже, отримати велику потужність. Всмоктування повітря з атмосфери не може початися відразу ж з початком руху поршня від ВМТ, так як тиск залишкових газів в циліндрі в перший момент вище атмосферного. Тому для збільшення маси повітря в циліндрі дизеля впускні клапани відкриваються трохи раніше (до приходу поршня в ВМТ), коли кривошип (коліно) вала 8 не доходить до ВМТ на кут F1 Про те, як протікає робочий цикл в циліндрах дизеля, можна судити по індикаторної діаграмі (замкнутої кривої), яку отримують під час роботи дизеля за допомогою спеціального приладу (індикатора).
Мал. 2. Робочий цикл чотиритактного дизеля
За вертикальної осі діаграми можна визначити тиск газів р в залежності від їх обсягу V, т. Е. Стану поршня в циліндрі. Зміна тиску в період впуску повітря на індикаторної діаграмі зображено лінією ram. Тиск при впуску повітря в циліндри залишається практично постійним. Коли поршень прийде в НМТ, всмоктування повітря не припиниться і навіть триває при русі поршня вгору, поки тиск в циліндрі не стане вище атмосферного. Процес впуску завершується по діаграмі в точці m, коли поршень перейде НМТ і почне рухатися вгору, а кривошип колінчастого вала повернеться від НМТ на кут <F2. Послідовність відкриття і закриття клапанів показана на круговій діаграмі розподілу. Моменти відкриття і закриття їх називають фазами газорозподілу. Значення кутів випередження відкриття клапанів і запізнювання їх закриття встановлюють в кожному конкретному випадку при заводських випробуваннях дизелів.
У момент закриття впускного клапана поршень, рухаючись до ВМТ (рис. 2, б), буде стискати надійшов в циліндр повітря. Процес стиснення, супроводжуваний підвищенням тиску і температури повітря, показаний на індикаторної діаграмі лінією mс. Температура повітря в кінці стиснення повинна знаходитися в межах, достатніх для самозаймання палива. Зазвичай надлишковий тиск повітря в кінці стиснення досягає 3-10 МПа, а температура 580-800 ° С. З приходом поршня в ВМТ обсяг над ним зменшується до Vс - обсягу камери стиснення. Ставлення повного обсягу циліндра до об'єму камери стиснення Va / Vc називають ступенем стиснення р Воно показує, у скільки разів зменшується об'єм газів в циліндрі за хід стиснення. У дизелів е коливається від 12 до 18.
Так як паливо самозаймається не відразу в момент впорскування, воно подається в циліндр через форсунку 3 (рис. 2, в) в кінці такту стиснення (до приходу поршня в ВМТ). На індикаторній діаграмі момент подачі палива відповідає точці c1. Кривошип колінчастого вала в цьому випадку не доходить до ВМТ на кут фз, званий кутом випередження подачі палива. При згорянні палива надлишковий тиск і температура газів в циліндрах дизеля (в точці z по діаграмі) зростають відповідно до 6-15 МПа і 1400-1900 ° С. Поршень під тиском газів зміщується вниз до НМТ, повертаючи через шатун колінчастий вал.
Обсяг робочого газу збільшується, а тиск його знижується. Відбувається процес розширення продуктів згоряння палива. За індикаторної діаграмі він закінчується в точці Ь до приходу поршня в НМТ. Так як газ при розширенні здійснює корисну роботу, цей хід поршня називають робочим.
До приходу поршня в НМТ (в кінці робочого ходу) відкривається випускний клапан 4 (рис. 2, г), і продукти згоряння палива витісняються з циліндра в випускний колектор. Чим більша маса газів буде видалена з циліндра, тим, отже, при подальшому такті впуску в нього більше надійде повітря. Тому процес випуску (лінія bn) починається з випередженням на кут Ф4 і закінчується із запізненням на кут ф5. З запізненням закриття випускного клапана продукти згоряння палива навіть при русі поршня вниз ще деякий час, внаслідок великої швидкості витікання, витісняються в випускний колектор по інер
ції. Надмірний тиск газів на початку випуску (в точці b по індикаторної діаграмі) становить 0,3-1,0 МПа, а температура 800-1050 ° С. В період випуску тиск і температура газів знижуються відповідно до 0,11-0,25 МПа і 450-650 ° С. Потім цикл повторюється. Як видно з розглянутої схеми роботи, в кінці такту випуску і початку такту впуску циліндри чотиритактного дизеля при відкритих впускних і випускних клапанах деякий час повідомляються як з впускним, так і випускним колектором. За цей період відбувається продування (примусова вентиляція) камери згоряння свіжим зарядом повітря. Тривалість одночасного відкриття клапанів повинна бути достатньою для завершення очищення циліндра від продуктів згоряння палива за умови відновлення втрат свіжого заряду повітря, що минає з випускними газами в період вентиляції камери згоряння.
Двотактні дизелі. У чотиритактних дизелів робочий цикл здійснюється за чотири такту (два оберти колінчастого вала), причому тільки один хід поршня є робочим, а решта три відбуваються в результаті роботи розширення продуктів згоряння палива. У двотактних дизелях робочий цикл здійснюється за два такти (один оборот колінчастого валу). Такі дизелі в найпростішому варіанті не мають впускних і випускних клапанів в кришках 3 (рис. 3, а). Повітря в циліндри 2 двотактних дизелів нагнітає продувочний насос. Вікна 6 тому називають продувними. Гази випускаються з циліндрів через вікна а.
Процеси стиснення, згоряння і розширення в двотактних дизелях здійснюються так само, як і в чотиритактних. Припустимо, що поршень 5 рухається вгору, як показано на рис. 3, а. В кінці ходу поршня через форсунку 4 в циліндр 2 дизеля впорскується паливо. Суміш палива з повітрям самозаймається, і утворилися при його згорянні гази, розширюючись, переміщають поршень 5 вниз. У момент відкриття поршнем випускних вікон а гази виходять в випускний колектор 1 і тиск в циліндрі 2 падає. Процес випуску газів триває до тих пір, поки поршень 5 при русі до НМТ не відчинить продувні вікна б (рис. 3, б). З цього моменту в циліндрі відбуватимуться одночасно два процеси: випуск продуктів згоряння палива і впуск повітря (продування циліндрів). Так як розширення газів є в даному такті основним процесом при русі поршня від ВМТ до НМТ, його називають робочим ходом. Робота розширення газів за допомогою шатуна 6 передається кривошипа 7.
При русі поршня вгору від НМТ до ВМТ процес продувки циліндра здійснюється до тих пір, поки поршень верхньої крайки не закриє продувні вікна. Після продувних перекриваються випускні вікна і відбувається стиснення заряду, т. Е. Свіжого повітря і залишилися в циліндрі продуктів згоряння палива. Процес стиснення є основним при русі поршня від НМТ до ВМТ, тому і такт називають тактом стиснення. З наближенням поршня до ВМТ в циліндр через форсунку 4 впорскується паливо і цикл повторюється.
Порівняльна характеристика чотирьох- і двотактних дизелів. Порівняння робочих циклів дизелів показує, що при одних і тих же розмірах (діаметрі циліндра, під час поршня) і при рівній частоті обертання колінчастих валів двотактні дизелі повинні розвивати вдвічі більшу потужність, ніж чотиритактні.
Мал. 3. Схема двотактного дизеля
З точки зору роботи газу частину ходу поршня двотактного дизеля, яка використовується на продувку циліндрів, вважається втраченою, тому практично двотактний дизель при зазначених вище однакових умовах розвиває потужність не вдвічі, а тільки в 1,7-1,8 рази більше чотиритактного. Пристрій двотактних дизелів з продувкою через вікна в циліндрі простіше чотиритактних, тому їх легше обслуговувати. Так як робочий цикл в двотактних дизелях відбувається за один оборот колінчастого валу, останній обертається рівномірніше, ніж у чотиритактних дизелів.
Однак у зв'язку з більш частим повторенням процесу згоряння деталі двотактних дизелів відчувають великі температурні напруги.
Мал. 4. Схема сил, що діють на основні деталі дизеля
Незважаючи на простоту пристрою і обслуговування двотактні дизелі внаслідок гіршої очищення циліндрів, додаткових витрат енергії на привід продувочного насоса і більш високий витрата палива менш економічні, ніж чотиритактні. Тому на річковому транспорті набули найбільшого поширення чотиритактні дизелі.
Слід зазначити, що зі збільшенням потужності і зменшенням частоти обертання колінчастих валів двотактних дизелів їх економічність різко зростає і наближається до економічності чотиритактних, тому дизелі з робочим об'ємом циліндра понад 215 дм3 роблять, як правило, двотактними.
Використана література: "Суднові енергетичні установки" В.А. сизих
Завантажити реферат: У вас немає доступу до завантаження файлів з нашого сервера. ЯК ТУТ скачували
Пароль на архів: privetstudent.com
