Помощничек
Главная | Обратная связь


Археология
Архитектура
Астрономия
Аудит
Биология
Ботаника
Бухгалтерский учёт
Войное дело
Генетика
География
Геология
Дизайн
Искусство
История
Кино
Кулинария
Культура
Литература
Математика
Медицина
Металлургия
Мифология
Музыка
Психология
Религия
Спорт
Строительство
Техника
Транспорт
Туризм
Усадьба
Физика
Фотография
Химия
Экология
Электричество
Электроника
Энергетика

Рабочие циклы двигателей



КОНСТРУКЦИЯ И РАБОЧИЕ ПРОЦЕССЫ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ УСТАНОВОК

ТРАНСПОРТНЫХ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ МАШИН

(нефтегазодобыча)

 

 

Учебное пособие

 

Омск

Издательство ОмГТУ

 

 

УДК 621.86:622.276(075)

ББК 30.8я73

С65

 

 

Рецензенты:

Н.С. Галдин,

 

Г.В. Редреев

 

 

Сорокин В.Н.

С65 Конструкция и рабочие процессы энергетических установок транспортных и технологических машин (нефтегазодобыча): учеб. пособие / В.Н. Сорокин; Минобрнауки России, ОмГТУ, 2015. - с.: ил.

ISBN

 

 

В краткой форме изложена конструкция и работа систем и агрегатов ДВС энергетических установок транспортных и технологических машин и оборудования.

Учебное пособие предназначено студентам направления 190600.62 "Эксплуатация транспортно - технологических машин и комплексов (нефтегазодобыча)"

 

УДК 621.86:622.276(075)

ББК 30.8я73

 

 

ISBN ОмГТУ, 2015

 

 

ВВЕДЕНИЕ

Основным агрегатом любой транспортной или технологической машины является двигатель. Ввиду особой специфики работы нефтегазодобывающих предприятий в технологических процессах, которые они реализуют, значительную долю занимают энергетические установки с двигателями внутреннего сгорания.

Одной из важнейших задач стоящих перед технологическим транспортом и энергетическими установками, является повышение их эксплуатационной надежности. Решение этой проблемы, с одной стороны, обеспечивается промышленностью за счет выпуска машин с высокой надежностью и технологичностью, с другой стороны - совершенствованием методов технической эксплуатации, которая невозможна без глубоких знаний устройства и принципов работы узлов, агрегатов и машины в целом.

 

Основы работы и конструкции двигателя

Основные понятия и определения

 

Классификация двигателей.

На современных сельскохозяйственных тракторах и автомобилях установлены поршневые двигатели внутреннего сгорания. Двигателем внутреннего сгорания называют машину, в которой сгорание топлива и преобразование его тепловой энергии в механическую происходит внутри цилиндра. Эти двигатели классифицируют по следующим основным признакам:

а) по способу смесеобразования: с внешним смесеобразованием — карбюраторные и газовые; с внутренним смесеобразованием — дизельные;

б) по способу воспламенения горючей смеси: с принудительным воспламенением от электрической искры — карбюраторные и газовые; с воспламенением от сжатия — дизельные двигатели;

в) по числу тактов рабочего цикла — четырехтактные и двухтактные;

г) по виду применяемого топлива — бензиновые, газовые, дизельные;

д) по способу охлаждения — с жидким и воздушным охлаждением;

е) по числу цилиндров — одноцилиндровые и много цилиндровые (двух -,

четырех-, шести-, восьми -, двенадцатицилиндровые.

ж) по расположению цилиндров — однорядные и двухрядные или У-образные (два ряда цилиндров расположены под углом друг к другу), оппозитные (угол развала 1800).

 

Основные понятия.

 

Для сгорания топлива необходим кислород, поэтому топливо смешивают с воздухом. Смесь, состоящую из распыленного топлива с воздухом в определенной весовой пропорции, называют горючей смесью. Последняя в цилиндре работающего двигателя перемешивается с остаточными газами, образуя рабочую смесь.

Если в двигателях топливо с воздухом смешивается в специальном приборе — карбюраторе, то такие двигатели называют карбюраторными. Горючая смесь в них воспламеняется от электрической искры. В дизельных двигателях горючая смесь образуется внутри цилиндра и самовоспламеняется от теплоты сжатого воздуха. Карбюраторные двигатели

устанавливают главным образом на автомобилях малой и средней грузоподъемности, а также на тракторах для пуска основных двигателей. В качестве основных двигателей на современных тракторах и автомобилях большой грузоподъемности применяют дизельные двигатели, или дизели.

Принцип работы дизельного двигателя рассмотрим на примере упрощенной схемы (рис. 6).

Рис. 6(1). Схема дизельного одноцилиндрового двигателя:

1 - головка цилиндра, 2 - коромысло, 3 - форсунка, 4 - выпускной клапан, 5 - впускной клапан, 6 - цилиндр, 7 - поршень, 8 - поршневой палец, 9 - шатун, 10 - маховик, 11 - картер, 12 - коленчатый вал, 13 - шестерня привода распределительного вала, 14 - распределительный вал, 15 - топливный насос, 16 - передаточные детали, 17 - воздухоочиститель

 

В цилиндре 6 помещен поршень 7. Поршень шатуном 9 соединен с коленчатым валом 12. Если поршень перемещать в цилиндре вверх и вниз, то прямолинейное движение его преобразуется через шатун и кривошип во вращательное движение коленчатого вала. На конце коленчатого вала закреплен маховик 10, он необходим для равномерности вращения вала при работе двигателя. Цилиндр плотно закрыт сверху головкой 1. В головке цилиндра имеются два клапана. Впускной клапан 5 открывает отверстие канала для впуска воздуха в цилиндр. Выпускной клапан 4 открывает отверстие для выпуска отработавших газов. Клапаны закрываются клапанными пружинами, а открываются с помощью коромысел 2, перемещаемых через передаточные детали 16 распределительным (кулачковым) валом 14. Распределительный вал и вал топливного насоса (у дизельного двигателя) приводятся во вращение шестернями 13 от коленчатого вала. У дизельного двигателя топливо в цилиндр поступает через форсунку 3 от топливного насоса.

На рис. 6 рассмотрена схема дизельного одноцилиндрового двигателя. Карбюраторный двигатель отличается от дизельного тем, что через впускной канал закрываемый клапаном 5 в цилиндр засасывается горючая смесь, а вместо форсунки 3 в головке цилиндра установлена свеча зажигания.

 

Основные определения.

 

Поршень, свободно перемещаясь в цилиндре, занимает два крайних положения (рис. 7). Крайнее верхнее положение поршня называют верхней мертвой точкой (ВМТ), а крайнее нижнее — нижней мертвой точкой (НМТ). Расстояние, пройденное поршнем от одной мертвой точки до другой, называют ходом поршня. За один ход поршня коленчатый вал повернется на пол-оборота.

 

Рис. 7(2). Положения поршня в мертвых точках: а - верхнее, б - нижнее

 

Пространство между головкой цилиндра и поршнем, расположенным верхней мертвой точке, называют камерой сгорания, или камерой сжатия. Пространство, освобождаемое поршнем при перемещении его из верхней мертвой точки в нижнюю мертвую точку, называют рабочим объемом цилиндра (V):

,

где — диаметр цилиндра, дм;

— ход поршня, дм.

Объем цилиндра измеряется в литрах. Рабочий объем всех цилиндров двигателя называют литражом. При малых объемах (до 1л) он выражается в кубических сантиметрах, а при больших объемах — в литрах.

Объем камеры сгорания и рабочий объем в сумме составляют полный объем цилиндра. Число, показывающее, во сколько раз полный объем цилиндра больше объема камеры сгорания, называют степенью сжатия. В современных карбюраторных двигателях степень сжатия колеблется в пределах 6 — 9, а в дизельных достигает 15—20.

При работе двигателя в его цилиндре происходит рад процессов. Вначале цилиндр заполняется горючей смесью или воздухом. Затем горючая смесь или воздух сжимаются. После воспламенения смесь топлива с воздухом сгорает, и образовавшиеся газы расширяются, давят на поршень, перемещают его, производя механическую работу. Затем отработавшие газы выходят из цилиндра. Перечисленные процессы, повторяющиеся в определенной последовательности, составляют рабочий цикл двигателя.

 

Рабочие циклы двигателей

 

Процесс (часть цикла), который происходит в цилиндре за один ход поршня, называют тактом. Двигатель, у которого рабочий цикл происходит за четыре хода поршня, называется четырехтактным.

Рабочий цикл четырехтактного дизельного двигателя.

Рассмотрим, что происходит в одном из цилиндров работающего двигателя

1-й такт — впуск (рис. 8, а). Поршень перемещается с помощью шатуна коленчатым валом вниз и, действуя подобно насосу, создает разрежение в цилиндре. Через открытый впускной клапан цилиндр заполняется чистым воздухом под влиянием разности давлений Выпускной клапан закрыт. В конце такта впускной клапан закрывается.

В начале работы двигателя коленчатый вал приводят во вращение посторонним источником энергии, например электрическим стартером или пусковым двигателем. В конце такта впуска давление в цилиндре в среднем составляет 0,08— 0,095 МПа, а температура 30—50°С.

2-й такт—сжатие (рис. 8, б). Поршень, продолжая движение, с помощью

коленчатого вала, перемещается вверх. Поскольку оба клапана закрыты, поршень сжимает воздух. Температура воздуха при сжатии повышается Благодаря высокой степени сжатия в дизельном двигателе давление в цилиндре повышается до 4 МПа, а воздух нагревается до температуры 600°С. В конце такта сжатия через форсунку в цилиндр впрыскивается порция дизельного топлива в мелкораспыленном состоянии.

3-й такт — рабочим ход, или расширение (рис: 8, в). Мелкие частицу топлива, соприкасаясь с нагретым сжатым воздухом, самовоспламеняются Подача топлива через форсунку и горение его продолжается некоторое время после того, как поршень пройдет ВМТ. Благодаря задержке самовоспламенения топливо в основном сгорает во время этого такта. Оба клапана при рабочем ходе закрыты. Температура газов при сгорании достигает 2000°С, давление повышается до 8 МПа. Под большим давлением расширяющихся газов поршень перемещается вниз и передает воспринимаемое им усилие через шатун на коленчатый вал, заставляя его производить механическую работу.

 

 

Рис. 8(3). Схема работы одноцилиндрового двигателя: а - первый такт (впуск), б - второй такт (сжатие), в - третий такт (рабочий ход), г - четвертый такт (выпуск)

 

4-й такт—выпуск (рис. 8, г). Поршень перемещается вверх, а выпускной

клапан открывается Отработавшие газы сначала под действием избыточного давления, а затем поршня удаляются из цилиндра. После перехода поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается, а впускной клапан открывается, и рабочий цикл повторяется.

 

Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя.

В отличие от дизельного у карбюраторного двигателя воздух и топливо поступают в цилиндр одновременно в виде горючей смеси, приготовленной карбюратором.

Каждый из тактов четырехтактного карбюраторного двигателя, так же как и дизельного, характеризуется положением клапанов и направлением движения поршня. Рабочий цикл четырехтактного карбюраторного двигателя протекает следующим образом.

Впуск — поршень перемещается в вниз. Впускной клапан открыт. Вследствие разрежения внутрь цилиндра через впускной канал поступает горючая смесь, которая перемешивается с остаточными газами, в результате чего образуется рабочая смесь.

Сжатие — поршень движется вверх. Впускной и выпускной клапаны закрыты. Объем над поршнем уменьшается, и рабочая смесь сжимается, благодаря чему улучшается испарение и перемешивание паров бензина с воздухом. К концу такта давление достигает 1,0 —1,2 МПа, а температура — 350. — 400°С,

Рабочий ход — сгорание и расширение. Оба клапана закрыты. В конце

такта сжатая рабочая смесь воспламеняется искрой. Поршень под давлением расширяющихся газов перемещается от ВМТ к НМТ. Давление газов достигает 2,5—4,0 МПа, а температура доходит до 2000°С.

Выпуск — поршень движется вверх. Открыт выпускной клапан. Отработавшие газы выходят через выпускной канал наружу.

Дизельные двигатели по сравнению с карбюраторными более экономичны. Вследствие высокой степени сжатия они расходуют на 25% меньше топлива (на единицу произведенной работы).

Дизельные двигатели работают на тяжелых сортах топлива, которое менее опасное в пожарном отношении.

Однако дизельным двигателям свойственны и некоторые недостатки:

- они более массивны, поскольку высокое давление газов в цилиндре требует увеличения прочности деталей;

- их труднее запускать, особенно в зимнее время, чем карбюраторные.

 

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного двигателя (рис. 9)

В двухтактном двигателе отсутствуют клапаны. Впуск горючей смеси и выпуск отработавших газов у пускового двигателя осуществляется через окна в цилиндре, которые своевременно открываются и закрываются движущимся поршнем.

 

Рис. 9(4). Схема работы двухтактного двигателя: а - первый такт, б - конец первого и начало второго такта, в - конец второго такта; 1 - свеча зажигания, 2 - поршень, 3 - выпускное окно цилиндра, 4 - карбюратор, 5 - впускное окно цилиндра, 6 - кривошипная камера, 7- продувочный канал, 8 - цилиндр, 9 - выхлопная труба, 10 - картер

 

При движении вверх поршень 2 (рис. 9, а) перекрывает выпускные окна 3 в цилиндре, в результате чего над поршнем происходит сжатие рабочей смеси. Одновременно под поршнем создается разрежение, и из карбюратора 4 через впускные окна 5 цилиндра горючая смесь засасывается в кривошипную камеру 6.

При подходе поршня к верхней мертвой точке в свече зажигания 1 (рис. 9, б) образуется электрическая искра и рабочая смесь в цилиндре воспламеняется. На этом заканчивается первый такт.

Под давлением образовавшихся от сгорания рабочей смеси газов поршень

перемещается вниз, совершая рабочий ход, который происходит до тех пор, пока откроются выпускные окна и начнется выпуск, отработавших газов через выпускную трубу наружу. При движении поршня вниз горючая смесь в кривошипной камере сжимается. В конце второго такта поршень открывает окно продувочного канала 7, и горючая смесь нагнетается из кривошипной камеры в цилиндр, вытесняя из него отработавшие газы (рис. 9, в). Происходит продувка и одновременно наполнение цилиндра свежей горючей смесью. При этом горючая смесь частично выходит вместе с отработавшими газами. Таким образом, за два хода поршня (два такта) совершается полный рабочий цикл.

Двигатели с описанным рабочим процессом называют двигателями с кривошипно-камерной продувкой. Эти двигатели по конструкции и в эксплуатации проще, чем четырехтактные. Их работа протекает более равномерно потому, что рабочий ход происходит при каждом обороте коленчатого вала. Однако двухтактные двигатели менее экономичны, чем

четырехтактные. При продувке через выпускные окна теряется 30% горючей смеси. Поэтому двухтактные карбюраторные двигатели используют при кратковременной работе для запуска дизельного двигателя трактора.

 

 




Поиск по сайту:

©2015-2020 studopedya.ru Все права принадлежат авторам размещенных материалов.