Жану жылулығы

4.Жану жылулығы

Атынан көрініп тұрғандай, іштен жану қозғалтқышы – қозғалтқыштың ішінде отынның жануының әсерінен жылу, жұмыс нысанына берілетін жылу машинасын көрсетеді. Мұндай қозғалтқыштарада жұмыс нысаны ретінде, бірінші сатыда ауа немесе жеңіл жанатын отын меí ауаның қоспасы, ал екінші сатыда сұйық немесе газ тәріздес отын қолданылады (бензин, керосин және т.б.). Газды қозғалтқыштарда жұмыс нысанының қысымы оншалықты жоғары емес және оның температурасы критикалық температурадан сәл ғана асады, бұл бізге жұмыс нысанын идеал газ ретінде қарастыруға мүмкіндік береді, яғни циклдің термодинамикалық анализін қарапайымдатады.

Іштен жану қозғалытқыштарды басқа жылу қозғалтқыштарының түрлерімен салыстырғанда екі маңызды ерекшелігі бар. Біріншіден, іштен жану қозғалтықыштарында жылу көзі қозғалтқыштың ішінде орналасқандықтан, үлкен жылуалмасу беттері қажет емес, әдетте олар арқылы жылу ыстық көзден жұмыс нысанына беріледі. Іштен жану қозғалтықыштарының екінші ерекшелігі мынада. Жұмыс нысанына жылу, сыртқы ыстық көзден берілетін жылу қозғалтқыштарында, жұмыс нысанының температурасының жоғарғы шегі, циклда конструкциялық материалдың температурасымен шектеледі. Ал іштен жану қозғалтықыш-тарында, жұмыс нысанының үздіксіз өзгеретін температурасының шекті мәні, бұл шекті мәннен асуы мүмкін. Мұнда жұмыс нысаны жылуды қозғалтқыштың қабырғалары арқылы емес, осы жұмыс нысанының көлемінде бөлінетін жылу арқылы алады. Сонымен қатар, цилиндрдің қабырғалары мен цилиндр блогының басы еріксіз сууына ие болатындықтан, циклдің температуралық шекарасын ұлғайтуға және оның П.Ә.К-ін арттыруға мүмкіндік беретінін ескерген жөн.

Іштен жану қозғалтықыштары (поршеньді типті) техникада (автомашиналарда, тракторларда, ескі типті ұшақтарда және т.б.) кеңінен қолданылады. Кез-келген поршеньді қозғалтқыштардың негізгі элементі – поршені бар цилиндр болып табылады. Бұл цилиндр клапанының екі саңылауы бар, оның біреуі арқылы жұмыс нысаны сорып алынады, ал екіншісі арқылы цикл аяқталғаннан соң жұмыс нысаны шығарылады.

Іштен жану қозғалтықыштарының циклінің негізінде үш түрі бар: Отто циклі (V=const); Дизель циклі (P=const); Тринклер циклі (P=const , V=const ).

Отто циклін қарастырайық (бұл циклді 1876 ж. неміс конструкторы Н.А. Отто ашқан). Отто циклі бойынша жұмыс істейтін қозғалтқыштың схемасы және индикаторлы диаграммасы 101- суретте көрсетілген. I поршень II цилиндрде қайтымды-ілгерлемелі қозғалыс жасайды, бұл поршень соратын III және шығаратын IV клапандармен жабдықталған. a-1 процесінде поршень солдан оңға қарай қозғалады, цилиндрде сиретілу пайда болады, III соратын клапан ашылып, цилиндрге карбюраторда жасалған жанатын қоспа жіберіледі. Отто циклінде жанатын қоспа ретінде, бензиннің буымен араластырылған ауа қолданылады. Поршень оң жақтағы шеткі орынға жеткен соң, цилиндрді жанатын қоспамен толтыру процесі аяқталады да, соратын клапан жабылады, поршень кері бағытта, яғни оңнан солға қарай қозғалады. Цилиндрдегі қоспаның қоспа сығылады және оның қысымы өсеі (1-2 процесі). Цилиндрдегі қоспаның қысымы индикаторлы диаграммадағы 2-нүктеге сәйкес келетін белгілі бір мәнге жеткен соң, V электр шамының көмегімен жанатын қоспаны ұштандырады. Қоспаның жану процесі лезде өтетіндіктен, поршень жылжып үлгермейді, сондықтан жану процесін изохоралы деп айтуға болады. Жану процесінде жылу бөлінгендіктен, цилиндрде орналасқан жұмыс нысаны қызады және оның қысымы индикаторлы диаграммадағы 3-нүктеге сәйкес келетін мәнге дейін артады. Осы қысымның әсерінен поршень оңға қарай жылжиды, ұлғаю жұмысы атқарылады да сыртқы тұтынушыға беріледі. Поршень оң жақтағы шеткі нүктеге жеткеннен кейін, жеке қондырғының көмегімен IV шығару клапаны ашылады және цилиндрдегі қысым азаяды, ал атмосфералық қысымнан сәл ғана бір бөлігі цилиндрден шығады. Содан соң, поршень солға қарай жылжып, цилиндрден пайдалынылған газдың қалған бөлігін атмосфераға шығарады. Осыдан кейін жаңа цикл басталады- жанаты қоспаның келесі бөлігі сорылады және тағы сол сияқты.

Сонымен, қозғалтқыштың цилиндріндегі Отто циклі бойынша жұмыс істейтін поршень, бір циклдің ішінде төрт такт орындайды – сору, сығу, қоспа жанғаннан кейінгі ұлғаю, жану затын атмосфераға шығару.

Отто циклінің термодинамикалық анализін қолданылған индикаторлы диаграммаға сәйкес, идеал циклді қарастыру арқылы жүргізу ыңғайлы. Мұндай Отто идеалды циклі, 17.1 суретіндегі p,υ диаграммасында көрсетілген, бұл диаграмма жұмыс нысанының бірлік массасына құрылған.

Іштен жану қозғалтқышының реалды циклі- тұйықталған цикл. Сонымен әр циклда, жұмыс нысанының жаңа бөлігі қолданылады. Қозғалтқыштың цилиндріне берілетін жанатын қоспада (ауа+отын), отынның мөлшері ауаның мөлшерімен салыстырғанда онша көп болмағандықтан, анализге ыңғайлы болу үшін, іштен жану қозғалтқышының циклін тұйық деп есептеуге болады.

17.1-сурет 17.2-сурет.

Сонымен қатар циклдің жұмыс нысаны ауа болып табылады, қозғалтқышта ауаның массасы өзгермейді, ал жұмыс нысанына жылу q₁ сыртқы ыстық көзден цилиндр қабырғалары арқылы изохоралы процесте беріледі және бұған сәйкес суық көзге берілетін жылу q₂, 4-1 изохора процесі арқылы жүзеге асады. Мұндай тұйық циклдің термодинамикалық анализі тұйықталмаған Отто циклінен ерекшеленбейді.

Циклдағы сығылу процесі (1-2) мен ұлғаю процесі (3-4) өте қысқа уақыт ішінде өтетіндіктен, қоршаған орта мен жылу алмасу жүріп үлгермейді, сондықтан бұл процестерді адиабаталық процесс деп есептеуге болады.

Сонымен, идеалды тұйықталған цикл, (Отто циклына еквивалентті) екі адиабатадан (сығылу адиабатасы 1-2 және ұлғаю адиабатасы 3-4) және екі изохорадан (жылу беру изохорасы 2-3 және жылу алу изохорасы 4-1) тұрады. Қозғалтқыштың бір цикл ішінде атқаратын жұмысы 2-3-4-1-2 ауданымен көрсетіледі.

Отто циклы бойынша жұмыс атқаратын карбюраторлы қозғалтқыштар техникада кеңінен таралған; олар көбінесе жеңіл және жүк автомашиналарында, ұшақтарда қолданылады.

Егер қоспаны сықпай, таза ауаны сықсақ, содан соң сығу процесі аяқталғаннан соң, цилиндрдегі отынды жіберсек, онда циклдағы ε сығу дәрежесі жоғары болуы мүмкін.

Дизель циклы осы принципке негізделген (осы цикл бойынша жұмыс істейтін қозғалтқышты ашқан неміс инженері Р. Дизельдің есімімен аталған). Дизель циклы бойынша жұмыс істейтін қозғалқыштың сұлбасы мен индикаторлы диаграммасы 17.3 суретте бейнеленген. а-1 процесінде қозғалтқыштың цилиндріне таза атмосфералық ауа сорылады; 1-2 процесінде p₂ қысымына дейін осы ауаның адиабаталық сығуы жүзеге асады (сығу дәрежесі әдетте ε =15÷16 дейін жетеді). Содан соң ауаның ұлғаю процесі басталады және бір уақытта жеке форсунка арқылы отын жіберіледі (керосин, соляр майы). Сығылған ауаның жоғары температурасының арқасында отын ұштанады және тұрақты қысымда жанады, бұл P=const болғанда газдың υ₂ - ден υ₃-ке ұлғаюымен қамтамасыз етіледі. Сондықтан Дизель циклын тұрақты қысымда жанатын цикл деп атайды.

17.3-сурет 17.4-сурет

Цилиндрге отынды жіберу процесі аяқталғаннан соң (3 нүкте), жұмыс нысанының ұлғаюы 3-4 адиабатасы бойынша жүреді. 4-нүктеге сәйкес келетін күйде шығару клапаны ашылады, цилиндрдегі қысым атмосфера қысымына дейін азаяды (4-5 изохора бойынша) және газ цилиндрден атмосфераға шығарылады (5-в түзуі); сонымен Дизель циклы – төрттактылы цикл.

Отто және Дизель циклдардың “гибриді” ретінде Тринклер циклы болып табылады (кейде Сабатэ циклы деп аталады). Бұл тип бойынша жұмыс атқаратын қозғалтқыштар жұмыс цилиндрімен жіңішке канал арқылы жалғасқан форкамераға ие, 17.6 суретінде осындай қозғалқыштың циклы р, υ- диаграммасында көрсетілген.

17.5-сурет

17.6-сурет 17.7-сурет

Жұмыс цилиндырында ауа маховиктің инерциясы арқасында адиабаталық сығылады.Форкамераға жіберілетін (1-2 процесі) сұйық отынды ұштандыру үшін ауа едәуір температураға дейін қызады. Отынның ауамен арласуының нәтижесінде форкамераның бір бөлігінде отынның тез жануы өтеді.

Форкамерадағы қысымның өсуінің арқасында, жанбай қалған отынның қоспасы, ауа және жанатын заттар жұмыс цилиндрыне ығыстырылады, мұнда жанбай қалған отын соңына дейін жанады. Бұл кезде тұрақты қысымда, поршень солдан оңға қарай жылжиды (5-3 процесі). Отын толық жанып болған соң жанатын заттардың әрі қарай ұлаюы адиабаталық түрде өтеді, (3-4 процесі) содан соң газ цилиндрден шығарылады (4-1 процесі).

Сонымен, мұндай циклде жылу бастапқыда изохора бойынша ( ), содан соң изобара бойынша ( ) әкелінеді. Дизель қозғалтқышымен салыстырғанда аралас жануы бар қозғалтқыштың ерекшелігі, оған сұйық отынды тозаңдату үшін, жоғары қысымды компрессордың қажеті жоқ. Онша жоғары емес қысымда болатын форкамераға енгізілген сұйық отын, негізгі цилиндрден келетін сығылған ауаның ағыншасы арқылы тозаңданады.

Сонымен қатар аралас жануы бар цикл Дизель циклының ерекшелігінің бір бөлігін сақтап қалады жану процесінің бір бөлігі жұрақты қысымда өтеді.

Іштен жану қозғалтқыштарының циклдері тек қана идеал циклдар үшін тиімді болады. Реал циклдарда жұмыс нысаны идеал газдан өзінің белгілі бір қасиеттерімен ерекшеленеді; адиабаталық сығылу процесі мен ұлғаю процесінің үйкелісінің салдарынан, бұл процестер изоэнтропия бойынша өтпейді; энтропияның өсуімен өтеді; цилиндрдің қабырғаларын еріксіз суыту бұл процестің изоэнропиядан көбірек ауытқуына әсер етеді; жану аз уақытта өткенмен, поршень жылжып үлгереді, сондықтан жану процесінің изохоралы болу шарты толығымен орындалмайды; механизмде механикалық шығынмен және т.б. орын алады.

Сондықтан жоғарыда қарастырған идеал термодинамикалық циклдардан реал циклдарға өту үшін, тәжірибеде анықталған қозғалтқыштың ішкі салыстырмалы ПӘК енгізу керек.

[kgl]

[gl] ТАҚЫРЫП 14 Қазандық құрылғылар[:]

Дәріс жоспары:

1. Қазандық агрегат, оның элементтері.

2. Қазандық құрылғыларының көмекші жабдықтаулары.

3.Қазандық агрегаттың жылу балансы.

⇐ Предыдущая 11 12 13 14 151617 18 19 20 Следующая ⇒