Жану барысын термодинамикалык есептеу

АЗАҚСТАН РЕСПУБЛИКАСЫ БІЛІМ ЖӘНЕ ҒЫЛЫМ МИНИСТРЛІГІ   Қаныш Сәтбаев атындағы Қазақ Ұлттық техникалық университеті   Машинажасау институты Көтеру-тасымалдау машиналары және гидравлика кафедрасы Алипов Қ.С., Қанажанов А.Е. ІШТЕН ЖАНАТЫН ПОРШЕНЬДІ ҚОЗҒАЛТҚЫШТАР Көлік техникасының энергетикалық қондырғылары пәні бойынша курстық жобаны орындауға арналған әдістемелік нүсқаулар (050713-мамандықтың студенттері ушін)     Алматы 2001

КІРІСПЕ

 

Поршеньді іштен жанатын қозғалтқыштар (ІЖҚ) көлік техникасында, яғни автомобильдерде, тракторларда, тепловоздарада, локомотивтерде, кемелерде, ұшақтарда және де тағыда басқа салаларда кеңінен қолданылады.

Поршеньді ІЖҚ басқа жылу қозғалтқыштарымен салыстырғанда айрықша үнемді жұмыс істейді. Жоғарғы үнемділігі, аз металл сыйымдылығы, беріктігі және салыстырмалы мықтылығы, бұл жылу мәшинасына көлік техникасында, әсіресе автомобиль және трактор көліктерінде алдыңғы орында болуға көптеп көмегін тигізеді.

Қозғалтқыштарды тиімді қолдану үшін, көлік техникасының мамандарынан, қозғалтқыштың жылулық теориясын және олардың жүмыс жасаған кезінде болатын барыстың маңызын анық және сапалы білуін талап етеді. Энергетикалық қоңдырғьлар мен ІЖҚ-ды оқитын 050713 мамандығы студенттерінің білімін бекіту және кеңейту үшін, оқу жоспарында курстық жоба қарастырылған.

Курстык жобаны орындауда студенттер біртіндеп инженерлік есептерді үйренуге дағдыланады, кейбір алғашқы шамаларды өз бетімен шешуге және анықталатын көрсеткіштердің дәл есептелуін үйренеді.

Бұл оқу құралының мазмұны үш бөлімнен тұрады. Бірінші бөлімі – «Қозғалтқыштардың жылулық есептелуі, жылу балансы және олардың нақты циклының индикаторлық диаграммасын құру», екінші бөлімі – «Қозғалтқыштың сыртқы жылдамдық сипатамасын есептеу және оны құру», үшінші бөлімі – «Қозғалтқыштардың динамикалық есептелуі және құрылымын жасау».

Ұсынылып отырған оқу құралының мазмұны, курстық жобаны есептеуге ғана емес, сонымен қатар студенттердің ІЖҚ-дың теориясын игеріп сынақ және емтихан тапсыруларына көмек көрсетеді.

 

1 КУРСТЫҚ ЖОБАНЫ ОРЫНДАУДАҒЫ ЖАЛПЫ

МӘСЕЛЕЛЕР ЖӘНЕ ӘДІСТЕМЕЛІК НҰСҚАУЛАР

 

Қозғалтқыштардың энергетикалық және үнемділік көрсеткіштері, әрбір жұмыс цилиндрінде мезгіл-мезгіл қайталанып отыратың тізбектелген барыстардың жиынтығы ретінде қарастырылатын жұмыс циклының жетілгендігіне және жанармай жанған кезде бөлініп шығатын жылудың, механикалық жұмысқа айналуына тәуелді болады.

Төрт тактылы поршеньді ІЖҚ-дың жұмыс циклы келесі негізгі термодинамикалық және қосымша барыстардан тұрады: кіргізу – цилиндрді жаңа зарядпен толықтыру; осы зарядты сығу; жанармайдың жануы; жану өнімдерінің ұлғаюы (механикалық жұмыстың алынуы); шығару –цилиндрлерді жану өнімдерінен тазарту.

Қозғалтқыштың жұмыс циклын жылулық есептеу дегеніміз, бұл қозғалтқыштың цилиндрінде болатын нақты барыстарды термодинамикалық есептеу, жұмыс циклын сипаттайтын параметрлерді және қозғалтқыштың энергетикалық және үнемділік жұмыстарының көрсеткіштерін анықтау, нақты индикаторлық диаграмманы құру, қозғалтқыштың негізгі құрамдылық өлшемдерін (цилиндрдің диаметерін D және поршеньнің жүрісін S) анықтау.

Қозғалтқыштардың жұмыс циклының жылулық есептелуі негізінен үш кезеңге бөлінеді. Бірінші кезендегі жылулық есептеуге керекті алғашқы параметрлер және коэффициенттер белгіленеді және негізделінеді. Мұнда жанармайға қатысты алдын-ала есептеу жүргізіледі, жұмыс қоспасының құрамы және кіргізу барысының соңындағы нүктедегі қоспаның параметрлері есептелінеді.

Екінші кезеңде жұмыс циклының негізгі барыстары тізбегімен қаралады: сығылу, жану және ұлғаю. Есептелінген индикаторлық диаграмманың негізгі нүктелеріндегі жұмыс қоспасының параметрлері анықталады. Сонан кейін, есептелінген индикаторлық диаграмманың жалпы нұсқасы белгіленеді және ол онан әрі қарай құрылады.

Үшінші кезеңде қозғалтқыштың индикаторлық және тиімділік көрсеткіштері есептелінеді, сондай-ақ қозғалтқыштың негізгі өлшемдері (поршеньнің диамтері D және поршеньнің жүрісі S) анықталады. Жылулық есептеуден кейін, қозғалтқыштың жылу балансы қарастырылады.

Сыртқы жылдамдылық сипаттаманы жеткілікті дәрежедегі дәлдікпен, қозғалтқыштың бір тәртіптегі – ең жоғарғы (номиналдық) қуаттық тәртіптегі, жұмысына сәйкес жылулық есептеудің нәтижелері бойынша, немесе эмпирикалық тәуелділікті пайдалана отырып құруға болады.

Қозғалтқышты жылулық есептеу, белгіленген немесе берілген алгашқы параметрлерге негізделеді. Барлық әр түрлі қозғалтқыштар үшін, жылулық есептеудің жалпы алғашқы параметрлері болып мыналар есептеледі: қозғалтқыштың түрі. номиналдық тиімді қуат N_e, номиналдық қуаттағы иінді біліктің айналым жиілігі n_Ne, сығылу, дәрежесі ε, цилиндрлердің саны және олардың орналасуы, S /D қатынасы, жану камерасының түрі және қоспа жасалу тәсілі, суыту жүйесінің түрі және т.б.

Жылулық есептеу әдетте жұмыс циклының барыстарын қарастырудан басталады (кіргізу, сығу, жану, ұлғаю, шығару) және индикаторлық диаграмманың тән нүктелеріндегі сонғы параметрлерді, қозғалтқыштың индикаторлық және тиімділік көрсеткіштерін, цилиндрдің негізгі өлшемдерін анықтаудан басталады. Циклдың материалдық балансы: тандап алынған жанармай үшін теориялық тұрғыда қажетті ауаның мөлшерін анықтау, артықтық коэффициентін тандау, сондай-ақ нақты керекті ауаның мөлшерін, жану өнімдерінің құрамын, молекулярлық коэффициенттің өзгеруін анықтау және т.б., осының бәрі жану барысын есептегенде және оның параметрлерін анықтағанда пайдаланылады.

Курстық жобаға кіретіндер:

1)Қозғалтқыштың нақты циклын есептеу: жылулык есептеу және индикаторлық диаграмманы құру; қозғалтқыштың жылу балансы.

2)Қозғалтқыштың сыртқы жылдамдылық сипаттамасын есептеу және оны тұрғызу.

3) Қозғалтқыштың динамикалық есебі және құрылымдық өлшемдерін анықтау.

Берілген тапсырманың есептелінетін көлемдерінің бөлімдік жағдайларына байланысты графикалық және текст бөлімдерінің көлемдері әртүрлі болуы мүмкін.

Курстық жобаның жеке бөлімдерінің арасындағы қатынасы келесі түрде болуы керек.

Графикалық бөлім:

1 парақ қағаз (формат А1) – козғалтқыштың индикаторлық диаграммасы және қозғалтқыштың сыртқы жылдамдығының сипаттамасы.; 2 парақ қағаз (формат А1) – қосиінді-бұғақты механизмнің сызбасы.

Есептеу-түсініктеме жазбасы:

қозгалтқыштың нақты циклының есебі (жылулық есептеу, индикаторлық диаграмманы құру үшін есептеу және жылу балансы) – 15 бет;

қозғалтқыштың сыртқы жылдамдылық сипаттамасын құру үшін, есептеу – 5...7 бет;

қозғалтқыштың динамикалық есептелуі және құрылымдық өлшемдерін анықтау – 5...7 бет.

Индикаторлық диаграмманы және сыртқы жылдамдылық сипаттаманы алдын-ала миллиметрлік қағазға орындауға болады (формат А2).

Курстық жобаны орындағанда және дайындағанда келесі шарттарды сақтау керек:

1) Варианттың номерін, тапсырманың шартын және бастапқы берілгендерді жазу.

2) Есептеуді міндетті түрде өз вариантына сәйкес жүргізу керек. Тапсырманың варианттық нөмірін оқытушы береді және тапсырамаға берілгендер, 1 қосымшасынан алынады.

3) Есеп жүргізу қысқаша жазба түсініктемелермен келтіріледі. Онда көрсетілетіндер: қандай шамалар және қай формуламен анықталады, формуалаға қандай шамалар қойылады және олар қайдан алынады (тапсырманың шартынан, кестеден, әдебиеттерден немесе жоғарыдағы анықталғаннан және т.б.).

4) Барлық есептелінетін шамалардың өлшемдері көрсетілуі керек. Есептеу СИ жүйесінде жүргізілуі керек.

5) Жұмысты дайындау мәшина жазатын қағазда (формат А4) ЭЕМ теріледі. Бірінші бет (титулдық табақ бет), ол Г қосымшасы бойынша дайындалады. Барлық беттер нөмірленеді.

6) Жұмыстың соңына қолданылған әдебиеттердің тізімін жазып өз қолын қою керек;

7) Графиктер және диаграммалар қарындашпен орындалады және координат өстері міндетті түрде масштабпен көрсетіледі.

 

2 ҚОЗҒАЛТҚЫШТЫҢ ЖЫЛУЛЫҚ ЕСЕБІ ЖӘНЕ ОНЫҢ ЖЫЛУ БАЛАНСЫ

Тапсырма

Төрт тактылы карбюраторлық немесе үрлеусіз немесе турбоүрлеулі р_к=... МПа дизельді қозғалтқышты есептеу жүргізу.

Иінді біліктің айналым жиілігі η _Ne....мин^-1 және цилиндрлер саны =.... кезде қозғалтқыштың тиімділік номиналдық қуаты N_е =... кВт. Цилиндрлердің орналасуы..., жану камерасының түрі ... және қоспа жасалу тәсілі ....Суыту жүйесі сұйықпен немесе ауамен. Сығу дәрежесі ε =.... Варианттың нөміріне сәйкес негізгі бастапқы берілгендер В- қосымшадан алынады.

Кіргізу барысы

 

Пайдаланылған газдарды шығару (цилиндрді тазалау) және оған жаңа зарядты кіргізуді (толтыру) газалмасу барыстары деп аталады.

Кіргізу барысы қозғалтқыштардың цилиндрлерін жанармай мен ауаның жану қоспасымен немесе тек ауамен толтыруға арналған. Кіргізу барысын есептеудің негізгі мақсаты – жұмыс жасайтын дененің күйін сипаттайтын кіргізу барысының соңындағы параметрлерді (қысымды р_а және температураны ) және цилиндрдің зарядпен толтырылу жетілдігін сипаттайтын параметрді – толтыру коэффициентін η_ν анықтау.

Кіргізу барысының параметрлеріне демек цилиндрді жаңа зарядпен толтыруға маңызды ыкпалын тигізетін параметрлерге төмендегілер жатады:

1) кіргізу және шығару жүйелеріндегі кедергілердің кесірінен қозғалтқыштың кіруіндегі және шығуындағы қысым жоғалуы ∆р_а;

2) қалдық газдар коэффициенті γ_r – цилиндрді алғашқы циклден қалған жану өнімдерінен тазарту сапасын сипаттайтын параметр;

3) жаңа зарядтың кіргізу жүйесінің қабырғаларынан және цилиндр қабырғаларынан жылыну температурасы ∆Т.

Сондықтан толтырудың соңындағы параметрлерді р_а және Т_а-ны анықтаудың алдында қоршаған ортаның қысымын р_о(р_к) және температурасын Т_о(Т_к)-ны, қалдық газдардың параметрлерін р_r және Т_r -ді, жаңа зарядтың кірердегі кіргізу жүйесінің қабырғаларынан және цилиндр қабырғаларынан алған жылыну температурасын ∆Т таңдауға және қалдық газдардың коэффициентін γ _r-ді анықтау қажет. Әдетте кіргізу барысының басында калдық газдардың параметрлерін р_r және Т_r және ∆Т шамаларын есептемейді, тек тәжірибелік (әдебиеттік) мәліметтер негізінде қозғалтқыштың құрамының ерекшелігін еске ала отырып қабылдайды. Қалған газдардың температурасы Т_r мен қысымының р_r-дың шамаларының алғашқы қабылдап алынған таңдалу дәлдіктері (56) формуламен тексеріледі.

а) - үрлеусіз; r ΄ rа ΄ аа ΄΄ -кіргізу; в ΄ в ΄΄ r ΄ а ΄-шығару; б) - газтурбиналы үрлеу.

1-сурет. Төрт тактылы қозғалтқыштағы шығару және кіргізу барыстарының диаграммалары

 

2.1.1 Қоршаған ортанын кысымы p _о және температурасы Т_о

 

Қозғалтқыштың үрлеусіз жұмыс істеу кезінде, ауа цилиндрге атмосфералық ортадан кіреді. Қозғалтқыштың жұмыс циклын есептегенде қоршаған ортаның қысымы р_о=0,1 МПа-ға, ал температурасы Т_о=288 К-ға тең деп алынады.

Үрлеумен жұмыс жасайтын қозғалтқышта цилиндрге ауа сығымдағыштан кіреді, мұнда ол алдын-ала сығылады. Сондықтан цилиндр ішіне кіретін ауаның температурасы және қысымы сығымдағыштан шығатын ауаның температурасына Т_к (К) және қысымына р_к (МПа) сәйкес алынады (1.6-суретке сәйкес). Сондықтан үрленетін қозғалтқыштарда Т_о және р_о шамаларының орнына Т_к және р_к-ның шамалары алынады.

Үрлеу дәрежесіне байланысты, үрленетін ауа қысымының р_к-ның төмендегідей мәндерінің шамалары алынады:

төмен үрлеуде......................1,5 р_о,

орта үрлеуде. .....................(1,5...2,2)р_о,

жоғары үрлеуде....................(2,2....2,5)р_о және көбірек.

Қазіргі кездегі үрлеулердің нақтылары орта және жоғары үрлеулер. Үрлеу кездегі ауаның сығымдағыштан кейінгі температурасы.

                                                             (1)

Мүнда n_к – сығымдағыштағы сығылған ауаның политроптық көрсеткіші. n_к шамасын тәжірибелік мәліметтер бойынша алады:

Тұрқысы салқындатылатын өстік және ортадан тепкіш сығымдағыштар үшін n_к= 1,4....1,8, ал салқындатылмайтын тұрқылар үшін- n_к=1,8...2,0.

Сонымен қатар температура Т_к-ны төмендегі формуламен анықтауға болады

,                                                       (2)

мүнда η _ад.к=0,66...0,8 – сығымдағыштың адиабаттық пайдалы әсер коэффициенті; k=1,41 – ауаның адиабаттық көрсеткіші.

 

2.1.2 Қал дық газдар кысымы p_r (МПа) және температурасы Т _r (К)

 

Шығару жүйесі кедергісінің әсерінен қалдық газдар қысымы p_r (МПа), әрқашан қоршаған ортаның қысымынан жоғары болады

p_r=p_о+∆p_r,                                                                        (3)

Мұнда ∆p_r – шығару жүйесінің кедергісіне байланысты қысымының өсуі. Есептеуде шығарудағы және кіргізудегі кедергілерді шамамен өзара тең қылып қабылдайды, басқаша айтқанда ∆p_r=∆p_а. Әдетте p_r-дің шамасын тәжірибелі-статикалық (әдебиеттік) материалдар бойынша таңдап алады (1-ші кестеге сәйкес).

Үрленбейтін қозғалтқыш үшін қалдық газдардың қысымы мына аралықта болу керек.

p_r=(1,05..1,25)p_о.                                                               (4)

p_r-дің үлкен мәндері жоғаргы айналымдағы қозғалтқыштар үшін алынады.

Үрленетін және шығару жүйесінде газтурбинасы бар қозғалтқыштар үшін.

p_r=(0,75...1,0)p_к.                                                                    (5)

Қалдық газдардың температурасы Т_r, әдетте тәжірибелі-статикалық (әдебиеттік) мәліметтер бойынша қозғалтқыштың түріне, сығылу дәрежесіне, айналым жиілігіне және ауаның артықтық коэффициентіне байланысты алынады (1-ші кестеге сәйкес).

 

2.1.3 Жаңа зарядтың жылыну температурасы ∆Т(°К)

Толтыру барысында қозғалтқыштың қыздырылған тетіктерінің арқасында, жаңа зарядтың температурасы бірнеше көбейеді. Қозғалтқышты жылулық есептеуде ∆Т-ны тәжірибелік мәліметтер және жанамалық есептеулердің негізінде алады (1-ші кестеге сәйкес).

 

2.1.4 Кіргізу барысының соңындағы қысым p_а

 

Кіргізу барысының соңындағы қысым p_a (МПа) – қозғалтқыштың цилиндріне берілген жаңа зарядтың мөлшерін анықтаушы, негізгі фактор болып саналады. Кіргізу жүйесі кедергісінің салдарынан қозғалтқыштағы қысым р_а әрқашан қоршаған ортаның қысымынан р_о-дан (үрлеусіз) төмен болады. р_а=р_о-∆р_а.(үрлеусіз) немесе р_а=р_к-∆р_а=р_к-∆р_к (үрлеумен)(6).

Кіргізу жүйесінің кедергісіне және цилиндрдегі зарядың қозғалыс жылдамдығының өшуіне байланысты болатын қысымның жоғалуын ∆р_а-ны (МПа), кейбір жорамалдау арқылы Бернулли теңдеуінен анықтауға болады:

мұнда β – цилиндрдің қарастырылып жатқан қимасындағы зарядтың қозғалыс жылдамдығының азаю коэффициенті;

_кір – кіргізу жүйесінің ең кіші қимасына келтірілген кедергілік коэффициенті;

ω _кір – кіргізу жүйесінің ең кіші қимасындағы зарядтың орта қозғалыс жылдамдығы (әдетте клапанда немесе үрлейтін терезелерде болады);

ρ _к және ρ _о – үрленетін және үрленбейтін кездегі (р_к=р_о кезде ρ _к=ρ _о болады) кірер зарядтың тығыздығы.

Қазіргі жоғарғы айналымдағы қозғалтқыштарда, номиналдық тәртіпте, тәжірибелік берілгендер бойынша, клапанның толық ашылуында

 және  м/с.

Қозғалтқыштағы кірер зарядтың тығыздығы:

үрленбейтін қозғалтқыштар үшін , кг/м³;

үрленетін қозғалтқыштар үшін, кг/м³

,                                                             (8)

мұнда =287 Дж/(кг•К) – ауаның меншікті газ тұрақтысы; р_о және р_к – атмосфералық ауа мен сығымдағыштан өткен ауаның қысымы, МПа; Т_о және Т_к – атмосфералық ауа мен сығымдағыштан өткен ауаның температурасы, К.

Төрт тактылы қозғалтқыштарда ∆р_а(МПа) шамасы төмендегідей шекте өзгереді:

карбюраторлы қозғалтқыштар үшін (0,05÷0,20)р_о;

үрленбейтін дизельдер үшін (0,03÷0,18)р_о;

үрленетін дизельдер үшін (0,03÷0,10)р_к.

Қазіргі төрт тактылы қозғалтқыштар үшін р_а-ның (МПа) іс жүзіндегі мәндері 1-ші кестеде көрсетілген.

2.1.5 Қалдық газдар коэффициенті γ_r

 

Қалдық газдар коэффициентінің шамасы, цилиндрдің жану өнімдерінің тазалану сапасын сипаттайды. Төрт тактылы қозғалтқыштар үшін γ _r -дің шамасы мына формуламен анықталады:

,                                                   (9)

мұндағы ε-сығылу дәрежесі.

Әртүрлі қозғалтқыштар үшін қалдық газдар коэффициентінің γ _r-дің іс жүзіндегі мәндері 1-ші кестеде келтірілген.

 

2.1.6 Кіргізу барысының соңындағы температура Т_а

 

Температура  (К) жеткілікті дәрежеде, негізінен кіргізу сызығындағы r нүктесінен  нүктесіне дейінгі аралықта құрастырылған. жылу балансы тендеуінен анықталады (1-ші суретке сәйкес).  -ның шамасы негізі кірудегі жұмыс жасайтын дененің температурасына Т_о(Т_к), қалдық газдар коэффициентіне γ _r, зарядтың қызу температурасына ∆Т және аз дәрежеде қалдық газдардың температурасына тәуелді болады. Осы айтылған факторларды еске алғанда Т_а шамасы мына теңдеумен анықталады:

                                                         (10)

Кіргізу барысының соңындағы жұмыс жасайтын дененің температурасының  -ның шамамен алғандағы мәндері 1-ші кестеде келтірілген.

 

2.1.7 Толтыру коэффициенті η_ν

 

Кіргізу барысын сипаттаушы ең маңызды шама толтыру ко-эсффициенті η_ν болып саналады, бұл нақты берілген жаңа зарядтың мөлшерінің, қоршаған ортаның қысымына және температурасына сәйкес, цилиндрдің жұмыс көлеміне V_һ-қа теориялық жүзінде сиятын жаңа зарядтың мөлшеріне қатынасы болып келеді. η_ν шамасы цилиндрлердің жаңа зарядпен толтырылу дәрежесін бағалайды (кіргізу барысының жетілгендігі ), сондай-ақ кіргізу жүйесінің тиімділігін және оның құрамының жетілгендігін анықтайды.

Толтыру коэффициентін мына тендеумен анықтайды:

.                                  (11)

Әртүрлі қозғалғыштардың толық сыртқы жүктемелерде жұмыс жасаған кездегі толтыру коэффициенттерінің іс жүзіндегі мәндері 1-ші кестеде келтірілген.

 

1-кесте. Төрт тактылы қозғалтқыштардың газ алмасу барысындағы (кіргізу және шығару) жұмысшы дененің негізгі параметрлерінің іс жүзіндегі мәндері

Параметр	Дизельдер		Карбюраторлы
	Үрлеусіз	Үрленетін *
Қалдық газдар қысымы р r, МПа	0,105÷0,125	(0,75÷1,0)Рк	0,102÷0,120
Қалдық газдар температурасы Т r, К	600÷900	600÷900	900÷1000
Жаңа зарядтың қызу температурасы ∆Т, К	20÷40	0÷10	0÷25
Қалдық газдар     коэффициенті γ r	0,03÷0,06	0,02÷0,05	0,06÷0,08
Кіргізу соңында-ғы темпера-тура Та, К	310÷350	320÷400	320÷380
Кіргізу соңындағы қысымы р а, МПа	0,085÷0,095	(0,90÷0,96) р к	0,08÷0,09
Толтыру коэффи-циенті ην	0,8÷0,9	0,8÷0,95	0,75÷0,85
* -Үрлеу қысымы р к<0,22 МПа болғанда және ауа аралық салқындатылмайтын кезде. Ескерту. Ауамен суытылатын үрленбейтін карбюраторлы және дизельді қозғалтқыштар ушін ∆Т =30...60°К.

 

Кіргізу барысының соңындағы параметрлерді анықтаған соң, сығылу барысын есептеуге кіріседі.

 

2.2 Сығылу барысы

 

Сығылу барысы кезінде қозғалтқыштың цилиндрінде жұмысшы дененің температурасы Т_с және қысымы р_с жоғарылайды, ал бұлар жанармайдың сенімді тұтануын және тиімді жануын камтамасыз етеді (2-ші суретке сәйкес).

 

 

 

2-сурет. Сығылу барысындағы қысымның өзгеруі

 

Сығылу барысын есептеудің мақсаты, политроптық орта көрсеткішті n₁, сығылу барысының соңындағы параметрлерді (қысымды р_с және температураны Т_с) және сығылу соңындағы жұмыс коспасының орта жылу сыйымдылығын (t_c – сығылудың соңындағы жұмысшы қоспасының температурасы, °С) анықтауға негізделген.

Политроптық көрсеткіш n₁-дің шамасы козғалтқыш иінді білігінің айналым жиілігіне, сығылу дәрежесіне, цилиндрдің өлшемдеріне, поршень мен цилиндр материалдарына, жылуалмасуға және де басқа факторларға байланысты тәжірибелік берілгендермен анықталады.

Номиналдық тәртіпте, төрт тактылы козғалтқыштар үшін сығылу барысы параметрлерінің өзгеру шектері (қысым р_с және температура Т_с) және политроптық көрсеткіш шамасы n₁ 2-ші кестеде келтірілген. Сондай-ақ n₁-ді нысаналап анықтау үшін, В.А.Петров айн/мин болған жағдайда ұсынған эмпирикалық формуланы қолдануға болады.

Карбюраторлық қозғалтқыш                              (12)

Дизельдер                                                   (13)

мұнда  – номиналдық қуаттағы иінді біліктің айналым жиілігі, мин^-1. Сығылу барысынің соңындағы қысымды р_с және температураны Т_с тұрақты көрсеткіште n₁-де политроптық процестің тендеуінен, поршеньнің төменгі шекті нүктеден, жоғарғы шекті нүкте аралығында болатын жүрісіндегі сығылу барысын еске ала отырып анықтайды.

                                                                             (14)

                                                                            (15)

мұнда ε – қозғалтқыштың сығылу дәрежесі.

 

2-кесте. Қазіргі қозғалтқыштардағы сығылу барысының соңындағы жұмысшы дененің параметрлерінің өзгеру шегі

 

Параметр	Дизельдер		Карбюраторлы қозғалтқыштар**
	үрлеусіз	үрлеулі*
Сығылудың орта политроптық көрсеткіші n 1	1,35÷1,38	1,33÷1,37	1,35÷1,38
Сығылу соңындағы қысым р с, МПа	2,9÷6,0	8,0-ге дейін	1,2÷2,2
Сығылу соңындағы Тсмпература Т с, К	700÷900	1000-ға дейін	600÷900
* -Үрлеу қысымы Рк<0,22 МПа болғанда және ауа аралық салқындатылмайтын кезде. **- Қақпақшаның (дроссельдің) толық ашылуы кезінде

 

Әдетте қозғалтқышты жылулық есептеуде, орта мольдық жылу сыйымдылықтар пайдаланылады.

Қозгалтқыштағы сығылатын жұмыс қоспасы кіргізу барысында цилиндрге берілген жаңа қоспадан және қалдық жану өнімдерінен (газдардан) тұрады.

Сығылу соңындағы жұмысшы қоспаның (жаңа қоспа+қалдық газдар) орта мольдік жылусыйымдылығы  мына тендеумен анықталады:

.                                     (16)

Карбюраторлы және дизельді қозғалтқыштардағы сығылудың соңындағы жаңа зарядтың (ауаның) орта мольдық жылусыйымдылығы , ауаның жылусыйымдьшығына тең деп қабылданады және мына температуралар аралығында t_с=0÷1500°С оны төмендегі тендеуден анықтауға болады:

,                                                            (17)

мұндағы .

Сығылудың соңындағы қалдық газдардың орта мольдық жылу сыйымдылығын интерполяция (қосымша жазу) әдісімен бензин үшін 3-ші кесте бойынша, ал дизельдік жанармай үшін 4-ші кесте бойынша анықтауға болады.

3-кесте.Бензин ушін (карбюраторлы қозғалтқыш) сығылу соңындағы қалдық газдардың орта мольдық жылусыйымдылығы

Температура t с (tr), °С	бойынша
	0,8	0,85	0,9	0,95	1,0.
300	22,776	22,921	23,055	23,973	23,293
400	22,143	23,303	23,450	23,586	23,712
500	23,534	23,707	23,867	24,014	24,150
600	23,929	24,113	24,284	24,40	24,586
700	24,328	24,523	24,702	24,868	25,021
800	24,715	24,919	25,107	25,280	25,441
900	25,092	25,304	25,500	25,680	25,847

 

4-кесте.Дизельді жанармай (дизель) үшін сығылу соңындағы қалдық газдардың орта мольдық жылусыйымдылығы

 

Температура, t с (tr),°С	бойынша
	1,3	1,4	1,5	1,6	1,8	2,0
300	22,858	22,745	22,647	22,560	22,415	22,300
400	23,249	23,128	23,022	22,93	22,774	22,648
500	23,662	23,533	23,421	23,322	23,157	23,023
600	24,073	23,937	23,819	23,716	23,540	23,401
700	24,484	24,342	24,218	24,109	23,927	23,780
800	24,879	24,731	24,602	24,488	24,298	24,144

 

3-ші және 4-ші кестелердегі ауаның артықтық коэффициентті α берілген тапсырманы еске ала отырып, қозғалтқыштың түріне, қоспа жасау тәсіліне, жану камерасының түріне байланысты қабылдайды (α-ны таңдауды келесі жану барысындағы 2.3.1-бөлімшеден қарау керек). Сығылу барысының соңындағы параметрлерді анықтағаннан кейін, жану барысын есептеуді жүргізеді.

 

Жану барысы

 

Жану барысы – қозғалтқыштың жұмыс циклының негізгі барысы, осы кездегі уақытта, жанармайдың жану салдарынан бөлініп шыққан жылу, жұмысшы дененің ішкі энергиясының өсуіне және механикалық жұмыс істеуге жұмсалады.

Термодинамикалық есептеуді жеңілдету мақсатында, еріксіз тұтанатын қозғалтқыштардағы жану барысын көлем тұрақты V-const болғанда өтеді деп қабылдайды, яғни изохор бойынша (3-ші суретке сәйкес сс"z түзуі), ал сығылумен тұтанатын қозғалтқыштарда – аралас цикл бойынша, яғни V=const және р=const (4-ші суретке сәйкес сс " z' және z ΄ z түзулері).

Жану барысын есептеудің мақсаты, көрініп жанудың соңындағы (z және z_н нүктелері) қысымды р_z және температураны Т_z анықтау, ал дизель үшін тағыда алдынала ұлғаю коэффициентінρ және келемді V_z.

	3-сурет. Ұшқынмен тұтанатын карбюраторлы қозғалтқыштағы қысымның өзгеруі
			4-сурет.Дизельді қозғалтқыштағы қысымның өзгеруі

 

 

 

Қисық сызық c ΄ fc " z _н қозғалтқыштардың цилиндрлерінде жану барысындағы қысымның нақтылы өзгеруін сүлбе түрінде көрсетеді. Нақты қозғалтқыштарда жану барысы, дәл айтқанда жанармайдың әрі қарай жануы z_H нүктесінен кейін, ұлғаю сызығында жалғасады.

Жану барысын есептеуді екі кезеңге бөлуге болады:

а) -жану барысын термохимиялық есептеу;

б) -жану барысын термодинамикалық есептеу.

 

2.3.1 Жану барысын термохимиялық есептеу

 

Жану барысын термохимиялық есептеу жанармайдың элементарлық құрамын массалық бірлікте (кг) анықтаудан басталады. Сұйық жанармай үшін (бензин және дизельдік жанармай):

g_С+g_Н+ =1,                                                                      (18)         

мұнда g_С, g_Н және  – 1 кг жанармайдағы көміртегінің, сутегінің және оттегінің массалық улесі. Бензиндердің және дизельді жанармайлардың орта элементарлық құрамының массалық үлесі(5-ші кестеде) келтірілген.

 

5-кесте. Бензиндердің және дизельдік жанармайлардың орта элементарлық құрамы

Жанармай	Мөлшері (1 кг-дағы үлестік)			Жанармайдың төменгі жану жылулығы , кДж/кг
	g С	g Н
Бензин	0,855	0,145	-	43930=44000
Дизельдік жанармай	0,870	0,126	0,004	42440=42500

 

Жанармайдың масса бойынша элементарлық құрамын біле отырып, 1 кг жанармай толық жануға ауаның теориялық қажетті мөлшерін  анықтайды:

кг ауа / кг жанармай                                 (19)         

немесе

 кмоль ауа / кг жанармай                        (20)         

мұнда 0,23 – 1 кг ауадағы оттегінің массалық мөлшері;

0,208 - 1 кмоль ауадағы оттегінің көлемдік мөлшері;

g_С, g_Н, – 1 кг жанармайдағы компоненттердің массалық улестері (5-ші кесте);

L_o – 1 кг жанармай толық жану үшін қажетті теориялық ауаның килимольдік мөлшері, кмоль ауа/кг жанармай.

Егер жанармайдың құрамында оттегі болмаса, онда (19) және (20) тендеулерде үшінші мүше болмайды.

1 кг жанармай толық жануға керекті нақтылы ауаның
мөлшері , қажетті теориялық мөлшерден  өзгеше
болуы мүмкін және олар ауаның артықтық коэффициенті α-мен
бағаланады.

.                                                                           (21)         

Бұдан , кг ауа /кг жанармай

немесе L= α •L_о, кмоль ауа/кг жанармай                                        (22)

Есептеу кезінде α-ны тәжірибелік (әдебиеттік) берілген негізінде қабылдайды. Номиналдық қуатта әр түрлі қозғалтқыштар үшін, ауаның артықтық коэффициенті α-ның мәні төмендегідей өзгереді.

Карбюраторлы қозғалтқыштар                               0,85÷0,96.

Бөлінбейтін камералы және көлемдік қоспа

жасайтын дизельдер                                                 1,50÷1,70.

Бөлінбейтін камералы және қабыршақтылы

қоспа жасайтын дизельдер                                      1,50÷1,60.

Қүйынды камералы дизельдер                                1,30÷1,45.

Алдыңғы камералы дизельдер                                1,40÷1,50.

Үрленстін дизельдер                                                1,30÷2,2.

Ағындылықпен қоспа жасайтын қазіргі замандағы үрленетін дизельдер, өздерінің номиналдық жұмыс істеу тәртібінде елеулі, қызбай тұрақты жұмысты α=1,6....1,8-де жасайды. Сосын ауадан және буланған жанармайдан тұратын жаңа зарядтың (жану қоспасының) мөлшері М₁ анықталады.

Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

, кмоль жану қоспасы/кг жанармай               (23)         

мұнда m_жм – жанармайдың буының молекулярлық массасы, кг/кмоль.

Әр түрлі жанармайлар үшін m_жм-ның мәндері:

Автомобильдік бензиндер үшін          m _жм=110÷120 кг/кмоль.

Дизельдік жанармайлар үшін             m _жм =180÷200кг/кмоль.

Дизельдер үшін М₁-ді анықтағанда 1/m_жм шамасын еске алмайды, себебі оның шамасы ауаның көлемімен салыстырғанда аз келеді. Сондықтан олар үшін

М₁= α· L_o кмоль жану қосп./кг жан.май.                                    (24)         

Қалған газдардың мөлшері М_r мына тендеуден анықталады

М_r= γ _r · М₁ , кмоль қал.газ/кг жан.май.                                (25)         

Жанармай толық жанғанда, (α≥1) жану өнімдері көмірқышқылы газынан СО₂, су буынан Н₂О, артық оттегінен О₂ және азоттан N₂ тұрады (дизельдерде).

α³1 болған кезде жанармайдың жану өнімдерінің жеке компоненттерінің мөлшерлері :

                  (26)

Ал, α≥1 болғандағы жанармайдың толық жанғандағы жалпы жану өнімінің мөлшері М₂ |(кмоль жану өнім./кг жан.май)| мына тендеуден анықталады:

                                              (27)         

Тексеру:                                                  (28)

Жанармай толық жанбағанда (α<1) жану өнімдері көміртегі тотығы СО, комірқышқыл тотығы СО₂, су буы Н₂О, бос сутегі Н₂ және азоттың N₂ қоспаларынан тұрады (карбюраторлы қозғалтқыштарда).

Бұл жағдайда (α<1), яғни жанармайдың толық жанбауында, жану өнімдерінің жеке компоненттерінің мөлшері :

  (29)

мұнда К жану өнімдерінде болатын, сутегі мен көміртегі тотығының қатынасына байланысты түракты шама (бензин үшін К=0,45....0,50).

Жанармай толық жанбағандағы (α<1 болғанда) жалпы жану өнімдерінің мөлшері M₂ (кмоль жану.өнім/кг жанармай) келесі теңдеу бойынша анықталады

                                     (30)

Тексеру:

                                                        (31)

Жану қоспасының (жаңа зарядтың) молекулярлық
өзгеруінің химиялық (теориялық) коэффициенті μ_о мына теңдеумен
анықталады:                                                 

.                                                                                         (32)

Жұмыс қоспасының (жану қоспасы+қалған газдар) молекулярлық өзгеруінің нақтылы коэффициенті келесі теңдеуден анықталады:

.                                                          (33)

 

μ шамасы келесі аралықта өзгереді:

карбюраторлы қозғалтқыштар үшін            1,02÷1,12;

Дизельдер үшін                                              1,01÷1,06.

Жұмыс қоспасының молекулярлық өзгеруінің нақты коэффициентін анықтаумен, жану барысын термохимиялық есептеу аяқталады.

Жану барысын термодинамикалык есептеу

 

Жану барысын термодинамикалық есептеуде бастапқыда көрініп, жанудың соңындағы газдардың температурасын Т_z-ті жану тендеуінен анықтайды. Т_z-ті есептеу, үшін керекті анықталатындар: жылуды пайдалану коэффициенті , жанған өнімдердің (газдардың) орта мольдық жылусыйымдылықтары  және , жұмысшы қоспаның жану жылылығы Н_{жұм.қосп.}.

 коэффициентінің шамасы көптеген факторларға тәуелді және ол тәжірибелік (әдебиеттік) берілгендерге негізделіп таңдалады (6-шы кестеге сәйкес).

Жану өнімдерінің (газдардың) жылу сыйымдылығы.

Әдетте жану барысын есептеу үшін тұрақты қысымдағы  және тұрақты көлемдегі  жылусыйымдылықтар пайдаланылады.

Дизельдерде (α>1 болғандағы) тұрақты көлемдегі жану өнімдерінің орта мольдік жылусыйымдылығы

(34)

Ал, тұрақты қысымдағы жану өнімдерінің орта мольдік жылусыйымдылығы   мына формуладан анықталады

= +8,315.                                                            (35)

Карбюраторлы қозғалтқыштардағы (α<1 болғандағы) тұрақты көлемдегі жану өнімдерінің орта мольдік жылусыйымдылығы  мына формуладан анықталады

=            (36)

 

мұнда t_o – қоршаған ауаның температурасы, °С; t_z – көрініп жанудың соңындағы жану өнімдерінің температурасы, °С.

Тұрақты көлемдегі газдардың орта мольдік жылусыйымдылықтарын  (α>1 және α<1 болғандағы) анықтау үшін, температура t_z=1500÷2800°С аралығында (әдетте қозғалтқыштарда t_z температурасы осы көрсетілген шамаларда өзгереді) келесідей жуықталған формулалар пайдаланылады:

                               (37)

Жанармай мен ауа қоспасының Н_{жұм.қосп.} (жұмысшы қоспа) жану жылылықтары.

Жанармайдың төменгі жану жылылығы Н_и жанармайдың элементарлық құрамына тәуелді болады және ол 5-ші кестеде келтірілген.

α<1 болғандағы жұмысшы қоспаның жану жылылығы Н_{жұм.қосп} [(кДж/(кмоль жұм.қос.] мына формуладан анықталады

H_{жұм.қос}=                                              (38)         

Ауа жетіспей (α<1 болғанда) жанармайдың химиялық толық жанбауынан болатын жылу жоғалуының мөлшері ∆Н_u (кДж/кг)

∆Н_u=119950(1- α)·L_o .                                                        (39)

α≥1 болғандағы жұмыс қоспасының жану жылылығы Н_{жұм.қосп.}  [(қДж/(кмоль жұм.қосп] төмендегі формуламен анықталады

H_{жұм.қос} =                                              (40)

α<1 болғанда жұмыс жасайтын карбюраторлы қозғалтқыштар үшін, көрініп жанатын процестің соңындағы температура t_z (°С) жану тендеуінен анықталады

 H_{жұм.қос}                                       (41)

мұнда Н_{жұм.қосп.} – жұмыс қоспасының жану жылылығы, (38) формула бойынша анықталады;  – сығылу барысының соңындағы жұмыс қоспасының орта мольдік жылусыйымдылығы, (16) теңдеу бойынша анықталады;  – жану өнімдерінің орта мольдік жылусыйымдылығы, (36) теңдеу бойынша анықталады; μ – жұмыс қоспасының молекулярлық өзгеруінің нақты коэффициенті, (33) теңдеу бойынша анықталады; – жылуды пайдалану коэффициенті (6-шы кестеден алынады).

α>1 болғандағы дизельді қозгалтқыштар үшін, көрініп жанудың соңындағы жану өнімдерінің (газдардың) температурасы t_z (42) жану тендеуінен анықталады.

 H_{жұм.қос}              (42)         

мұнда  – (35) теңдеу бойынша анықталатын, тұрақты қысымдағы жану өнімдерінің орта мольдік жылу сыйымдылығы; λ – қысымның жоғарылау дәрежесі.

Дизельдер үшін, λ-ның шамалары қоспа жасалыну тәсіліне және жану камерасының түріне байланысты 6-шы кестеден алынады.

(41) және (42) жану теңдеулеріне екі белгісіз шамалар кіреді: көрініп жанудың соңындағы температура t_z және көлем тұрақты болғандағы жану өнімдерінің жылу сыйымдылығы  немесе осы температурадағы қысым тұрақты болғандағы жылусыйымдылық .

 немесе -ны анықтау үшін, қолданылатың жуықталған формулаларды [(37) қара] пайдаланып, жану теңдеулеріне (41) және (42)-ге барлық белгілі параметрлердің сандық мәндерін қойғаннан кейін және жалғастыра әрі қарайықшамданып озгеруден кейін, екінші реттіктегі жалпы түрдегі тендеуді аламыз.

                                                                 (43)

мұнда А,В,С,-белгілі шамалардың сандық мәндері.

Осыдан (43)-тен

немесе                               (44)

Жану барысынің соңындағы қысымның Р_z-тің шамасының анықталуы, қозғалтқыштардағы болатын циклдің жүзеге асуына тәуелді. Жанудың сонындағы қысымның Р_z-тің (МПа) анықталу корінісі:

карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

                                                                         (45)

ал қысымның жоғарылау дәрежесі  

                                                                                 (46)

дизельді қозғалтқыштар үшін

                                                                          (47)

ал ұлғаюдың алғашқы дәрежесі

                                                          (48)

дизельдер үшін ρ=1,2…1,7.

Алғашқы ұлғаю барысындағы (дизельдерде) поршеньнің босату колемі V_z:

V_z=V_c(ρ-1) дм³ немесе л.                                                     (49)

 

6-кесте.Әр түрлі козғалтқыштар үшін жану барысының параметрлерінің іс жүзіндегі мәндері

Қозгалтқыштар	p z, МПа	λ	ξ z	Tz,K
Бөлінбейтін жану камералы дизельдер	7,5-12,5*	1,7-2,2*	0,7-0,82	1800-2300
Қабырғадағы қоспа жа-салынатын дизельдер	6,5-8,0	1,6-1,9	0,65-0,75	1750-2100
Болінетін жану камералы дизельдер	5,5-7,5	1,2-1,8	0,65-0,75	1750-2000
Карбюраторлы	3,0-6,5	3,6-4,2	0,8-0,9	2400-2800
Жоғарғы шек *үрленетін дизельдер үшін.

Жану барысының соңындағы параметрлерді анықтағаннан соң ұлғаю барысын есептеуге өтеді.

 

2.4 Ұлғаю барысы

 

Политропа бойынша жүретін ұлғаю барысын есептеу, ұлғаю барысының политроптық көрсеткішін n₂, ұлғаю барысының соңындағы қысымды р_в және температураны Т_в анықтау болып есептеледі.

Ұғаюдың орта политроптық көрсеткішінің шамасы n₂, әр түрлі реттегі факторларға байланысты, тәжірибелік берілген бойынша (7-ші кестені қара) анықталады немесе жуықтамалы эмпирикалық байланыстар бойынша анықталуы мүмкін:

Дизелді қозғалтқыштар үшін ;                   (50)

Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін ,          (51)

мұнда n_{N e} – номиналдық қуаттағы қозғалтқыштың айналым жиілігі, мин^-1 (тапсырмадан алады).

Ұлғаю барысының соңындағы қысым р_в (МПа) және температура Т_в (К) политроптық барысытың формулаларынан анықталады.

Көлем тұрақты V=const болғанда жылу берілетін циклде жұмыс істейтін, карбюраторлы қозғалтқыштар үшін.

                                                                             (52)

                                                                              (53)

Біріккен барыстардағы жылу берілетін циклдегі жұмыс істейтін, дизельді қозғалтқыштар үшін

                                                                           (54)

                                                                                  (55)

 

мұнда  -алғашқы ұлғаюдың дәрежесі; .

 

а) - карбюраторлы қозғалтқыш; б) - дизель. 

5- сурет, Ұлғаю барысындағы қысымның өзгеруі

Z_НВ ΄ В сызығы ұлғаю барысындағы, қозғалтқыштардың цилиндріндегі нақты қысымның озгеруінің сүлбесін көрсетеді.

 

7-кесте.Қазіргі қозғалтқыштар үшін (номиналдық төртіптегі) ұлғаю барысынің шамамен алғандағы параметрлерінің

мәндері

Қозғалтқыштар	n2	pb, МПа	Т b, К
Карбюраторлы	1,23÷1,30	0,35-0,50	1200-1500
Дизельді	1,15-1,30	0,25-0,60	1000-1200

Ұлғаю барысының параметрлерін анықтағаннан соң шығару барысын есептеуге кіріседі.

 

2.5 Шығару барысы

 

Шығару барысын есептеудің мақсаты шығарудың сонындағы газдардың параметрлерін анықтау - қысымды р_rжәне температураны Т_r және қалған газдардың γ _r коэффициентін (1-ші суретке сәйкес).

Жылулық есептеуде шығару процесінің параметрлерін (p_r және Т_r) кіргізу барысының басында қабылдайды, ал сосын қабылданған қысымның P_r және қалған газдардың температурасының Т_r-дың шамаларының дәлдігін мына формуламен тексереді.             

 K                                                                   (56)

Онда Т_r-дың анықталу қателігі:      

%                                                   (57)

Есептелінген шама Т_r-дың және оның алғашқы қабылданған мәндерінің айырмашылығы арасындағы тура келмеушілік 5%-дан аспау керек.

Газдардың жұмыс циклының барлық параметрлері анықталғаннан кейін, жылулық есептеудің келесі кезеңіне өтеді жұмыс циклының және козғалтқыштың көрсеткіштерін анықтау.

 

2.6 Қозғалтқыштың жұмыс циклының индикаторлық көрсеткіштері

 

Жұмыс циклының индикаторлық көрсеткіштері жылуды тиімді пайдалану жетілгендігін, барыстардың сапалы ұйымдасуын және олардың дұрыс, өтуін сипаттайды. Бұларға жататындар орта индикаторлық қысым р_i', индикаторлық пайдалы әсер коэффициентті (п.ә.к.) η _і және индикаторлық жанармайдың сыбағалы шығыны g_і.

2.6.1 Орта инд икаторлы қ қысым р_і΄ (МПа)

Қуатты есептеуде, сонымен қатар әр түрлі қозғалтқыштардың жұмыс циклының жүруін және олардың тиімділік дәрежесін сипаттағанда теориялық орта индикаторлық қысым р_і' деген түсініктемені пайдаланады. р_і' (МПа)-дың шамасы жылулық есептеудегі құрастырылған, теориялық ин дикаторлық диаграмма бойынша, графикалық тәсілмен немесе есептелінген аналитикалық байланыстар арқылы анықталуы мүмкін.

Көлем тұрақты V=const болғанда, жылу берілетін цикл бойынша жұмыс жасайтын карбюраторлы қозғалтқыш үшін (А.1, а-суретке сәйкес) теориялық индикаторлық қысымның р_і' шамасын аналитикалық тәсілмен анықтағанда, төмендегі тендеуді пайдаланады.

                                    (58)

Біріктірілген барыстармен жылу берілетін цикл бойынша жұмыс жасайтын, дизельдер үшін (А.1, б-суретке сәйкес).

                      (59)

Нақтылы циклдегі орта индикаторлық қысым р_і (МПа) р_і' мәнінен айырмашылығы болады, есептелген диаграмманың кемуіне пропорционалды шамаға оның с, z, b нүктелеріндегі (А.1, а, б-суреттеріне сәйкес) домалақтануы байланысты.

Нақтылы циклдың теориялық циклден ауытқуы әсерінен болатын орта индикаторлық қысымның р_і кемуін, диаграмманың толығу коэффициенті φ_T бағалайды.

р_і= φ_T· р_і'.                                                                     (60)

Диаграмманың толығу коэффициенті  мынаған тең қабылданады:

Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін....... 0,94   0,97.

Дизельдер үшін................................. 0,92. 0,95.

 

2.6.2 Индикаторлық пайдалы әсер коэффициенті η _і

 

Индикаторлық п.ә.к. η _і пайдалы жұмыс алу үшін, нақты циклдегі жанармайдың жылуын пайдалану дәрежесін сипаттайды және нақты цикл жүргендегі барлық жылу шығындарын еске алады. Жылулық есептеудегі қозғалтқыштың индикаторлық п.ә.к.-ның анықталу формуласы

                                                                       (61)

мұнда p_і көрсетілген МПа-мен; l₀ - кг/кг жанармай; Н_и -МДж/кг жанармай; ρ ₀ және ρ _к кірердегі урленбейтін және үрленетін қозғалтқыштарға сәйкес жаңа зарядтың тығыздығы кг/м³

2.6.3 Меншікті индикаторлық жанар май шығыны g_i (кВт • сағ)]

 

Қозғалтқыштың нақты циклның үнемділігі меншікті ин-дикаторлық жанармай шығынымен сипатталады , ол бірлік ин-дикаторлық қуаттағы, бірлік уақыттағы жаңармай шығынын корсетеді.

Белгілі индикаторлық п.ә.к. шамасы бойынша, меншікті ин-дикаторлық жанармай шығыны мына теңдеуден анықталады.

немесе                                  (62)

 

8-кесте, Номиналдық жұмыс істеу тәртіптегі төрт тактылы қозғалтқыштар үшін индикаторлық көрсеткіштер p_і, η _і және g_і.

 

Параметрлер	Дизельдер			Карбюраторлы қозғалтқыштар
	ұрленетін	үрленбейтін
Орта индикаторлық қысым Рі, МПа	0,75÷1,2	2,2дейің		0,6÷1,4
Индикаторлық п.ә.к. η і	0,39÷0,49	0,40÷0,50		0,26÷0,35
Меншікті индикатор-ық жанармай шығыны gі, г/(кВт • сағ)	175÷220		170÷212	250÷384

Сонан соң қозғалтқыштың тиімділік корсеткіштерін анықтауға өтеді.

 

2.7. Қозғалтқыштың тиімділік көрсеткіштері

 

Мәшиналардың және агрегаттардын жұмыстары үшін, шешуші мағыналар болатын тиімділік көрсеткіштер, яғни иінді біліктен алынатын және сыртқы пайдалануға берілетін, қозғалтқыштың нақтылы көрсеткіштері.

Тиімділік көрсеткіштер жылу шығынынан басқа, тағы газдардың ұлғаюдағы энергиясын иінді білікке бергендегі, механикалық шығындарды сипаттайды. Негізгі тиімділік көрсеткіштерге жататындар: орта тиімділік қысым p_е (МПа); тиі-мділік қуат N_e (кВт); тиімділік п.ә.к η _e ; механикалық шығындағы орта қысым p_м (МПа); тиімділік жанармай шығыны - сағаттық G_ж.м. (кг/сағ) және меншікті g_e [г/(кВт • сағ)|.

 

2.7.1. Орта тиімділік қысым p_е (МПа)

 

Орта тиімділік қысым - бұл цилиндрлердің жұмыс колеміне келтірілген, қозғалтқыштың пайдалы жұмысы. Орта тиімділік қысым p_е, индикаторлықтан p_і аз болады механикалық шығынның орта қысымының p_м шамасына тең

                               p_e = p_i – p_M                                                 (63)

Механикалық шығындар негізінде қозғалатын тетіктердің арасындағы уйкелістерге, қосымшалық агрегаттарды жетектеуге және сораптық жүрістерге жұмасалатын шығындардан тұрады.

Қозғалтқышты жылулық есептегенде, берілген механикалық п.ә.к.-тің η _м (9-ші кестеге сәйкес) шамасы бойынша орта тиімділік қуат p_е (МПа) төмендегі теңдеуден анықталады:

p_e = p_i ·η _м                                                                            (64)

2.7.2. Тиімділік қуат N _е (кВт)

 

Тиімділік қуат - бұл қозғалтқыштың қуаты, иінді біліктен алынған және трансмиссиялық механизмдер арқылы сыртқы пайдалануға берілген.

Тиімділік қуат N_е индикаторлық қуаттан N_і  механикалық шығынның N_м шамасына аз болады.

N_е=N_і-N_м                                                                                  (65)

Қозгалткышты жылулық есептеуде тиімділік номиналдық куат N_е, әдеттe тапсырмада көрсетіледі.

 

2.7.2 Тиімді пайдалы әсер коэффициенті η _е

 

Тиімді п.ә.к. қозғалтқыштың үнемділік жұмысын сипаттайды, яғни жылудың пайдалану дәрежесін, барлық жылу шығынын және сондай-ақ механикалық шығынды еске ала отырып анықталады. Тиімді п.ә.к сонымен қатар қозғалтқыштың білігіндегі эквиваленттік пайдалы жұмысының, қозғалтқыштағы жанармаймен бірге берілген жалпы жылу мөлшеріне қатынасын көрсетеді:

η _е =L_e/H_u                                                                                                                            (66)

мұнда L_e – эквиваленттік пайдалы жұмыстағы жылу, МДж/кг жан.май; Н_и — жанармайдың төменгі жану жылулығы, МДж/кг жан.май.

Жылулық есептеуде тиімділік П.Ә.К-тің шамасын мына
теңдеуден анықтайды:

η _е = η _і ·η_м                                                                                                                                 (67)

Немесе                                                                      (68)

 

2.7.4 Жанармайдың тиімді меншікті шығыны g_е [г/(кВт • сағ)] және жанармайдың сағаттық шығыны G_ж.м. (кг/сағ)

 

Жанармайдың тиімді меншікті шығыны g_е қозғалтқыштың
жанармай үнемділігін сипаттайды, бірлік тиімділік қуаттың бірлік
берілген уақыттағы    

g_e=3600/(H_и·η_е) немесе 3600                                             (69)                       
Жанармайдын сагаттық шығыны G_ж.м, (кг/сағ) келесі тендеуден анықталады:

G_ж.м.= g_e· N_е·10^-3                                                                       (70)

 

9-кесте.Номиналдық жұмыс істеу тәртіптегі әртүрлі тактылы қозғалтқыштар үшін тиімділік көрсеткіштердің мағыналары

 

Параметрлер	Дизельдер		Карбюраторлы
	үрлеусіз	үрленстін	қозғалтқыштар
Орта индикаторлық қысым p е, МПа	0,60÷0,80	0,8÷1,8 және жоғары	0,6÷1,1
Механикалық п.ә.к. η м	0,75÷0,80	0,80÷0,90	0,70÷0,85
Тиімді п.ә.к. η е	0,30÷0,42		0,25÷0,33
Тиімді меншікті жанар-май шығыны ge, г/(кВт • сағ)	210÷280		250÷325

2.7 Қозғалтқыштың негізгі өлшемдерін анықтау

 

Егер қозғалтқыштың тиімді қуаты N_е (кВт) және S/D-дың қатынасы берілсе, онда қозғалтқыштың негізгі құрамдылық параметрлері (цилиндрдің диаметрі D және поршеньнің жүрісі S) келесі түрде анықталады.

Тиімді қуат N_е (кВт), иінді біліктің айналым жиілігі n_Ne (мин^-1) және орта тиімділік қысым р_е (МПа) бойынша қозғалтқыштың литрлігі V_л (л) төменгі көріністен анықталады

                                                          (71)

мұнда τ - қозғалтқыштың тактысы, төрт тактылар үшін τ=4.Бір цилиндрдің жұмыстық көлемі V_һ (л)

 

                                                                                        (72)

 Мұндағы болатын                                              (73)

мұнда D және S дм бойынша көрсетілген.

Цилиндрдің жұмыс көлемін V_һ (72)-ден және S/D қатынасын (тапсырмадан алынады) біле отырып (73)-ден цилиндрдің диаметрін D (мм) анықтауға болады.

                                                                         (74)

Сонан соң поршеньнің жүрісін S (мм) анықтауға болады.

                                                                                     (75)

Табылған D және S-тің мәндерін бүтін санға, нөлге немесе беске дейін ықшамдалып жұмырланады. D және S-тің мәндері қабылданғаннан кейін, қозғалтқыштың негізгі параметрлері және көрсеткіштері анықталады:

қозғалтқыштың литрлігі V_л (л)

                                                                  (76)

 

тиімді қуаты N_е (кВт)  

                                                                      (77)

тиімді айналдырушы моменті М_е (Н • м)

                                                                          (78)

жанармайдың сағаттық шығыны G_ж.м. (кг/сағ)

                                                                               (79)

поршеньнің орта жылдамдығы υ _п.ор (м/с)

                                                                        (80)

Қозғалтқыштың жылулық және динамикалық кернеулік жұмыстары жөнінде жұмыс барысын бағалау үшін, берілген қозғалтқыш үшін, цилиндрдің жұмыс көлемін, төмендегі көрсеткіштерді анықтауда пайдаланады:

меншікті поршеньдік қуаты N_n (кВт/см²)

                                                                          (81)

меншікті литрлік қуаты N_л (кВт/л)

                                                                                  (82)

мұндағы; D-цилиндр диаметрі, см; N_е-тиімді қуат (кВт) (77) теңдеуден; V_л-қозғалтқыштың литрлігі (л) (76) теңдеуден.

 

2.8 Қозғалтқыштың жұмыс циклының индикаторлык диаграммасы және оны құру

 

Жұмыс циклның индикаторлық диаграммасы, теориялық және нақты циклдерді Р, V координатасында (А.І-ші сурет) графикалық түрде бейнелеу болады.

Қозғалтқыштың жұмыс циклын жылулық есептеу нәтижесінде табылған қоспа күйінің және газдардың тән нүктелеріндегі (a,c,z және в) параметрлері, циклдық есепті немесе теориялық диаграммасын қүруға мүмкіндік береді. Алғашқыда циклдың теориялық есептік диаграммасын қүру керек, сонан соң циклдың нақты индикаторлық диаграммасын қүрады.

Теориялық индикаторлық диаграмманы құрғанда, сығылу және ұлғаю сызықтары политроптық тұрақты орта көрсеткіштермен n₁ және n₂-мен өтеді деп болжайды, ал бұл кезде жану процесі V=const(карбюраторлы қозғалтқыштар) немесе V=const және P=const (дизельдер) болғанда өтеді.

Теориялық индикаторлық диаграмманы құру кезінде келесі белгілі берілгендер болу керек:

- диаграмманың негізгі тән нүктелеріндегі (a,c,z,в,r) газдардың қысымдарының мәндері МПа — р_а; р_с; р_z; р_в; р_г;

- политропты сығылу n₁ және ұлғаю n₂ көрсеткіштсрінің орта мәндері;

- сығылу дәрежесінің шамасы ε, төрт тактылы дизельдер үшін қосымша алғашқы ұлғаю коэффициентінің ρ мәні.

Бұл айтылған шамалардың мәндерін 10-ші кестеге келтіру ыңғайлы болады.

 

10-кесте.Теориялық индикаторлық диаірамманы қүру үшін керекгі берілгендер

Қозғалтқышт- ың түрі	Қысымдар, МПа					n 1	n 2	ε	ρ
	р а	р с	р в	р z	р г
Карбюраторлы
Дизельді

 

Алғашқы құру

 

Индикаторлы диаграмманы құру р(МПа) және V(м³ немесе мм) (6, а,б-суреттер) координат өстерінен басталады.

Индикаторлы диаграмманың құрылуы және оның дұрыс жасалуы ыңғайлы болу үшін қысым және келем өстері бойынша өлшемдері алдын ала 250...300 мм ден кем алыбауы тиіс. Сонан соң абсцисса өсіне (ось-V) кез-келген масштабта жану камерасының көлемдік шамасы V_ж.к (кесінді ОА, 6, а,б-суреттер) салынады, оны көлемдік бірлікте V_ж.к=ОА мм=1 деп қабылдап алады (ОА кесіндісінің шамасын карбюраторлы қозғалтқыштар үшін -28...35 мм, дизельдер үшін – 14...21 мм деп ұсынуға болады). Онда цилиндрдің жұмыстық көлемі V_һ АВ кесіндісімен бейнеленеді және оның шамасы келесі қатынастан анықталады

V_һ =V_ж.к (ε-1) , яғни АB=ОА(ε-1) мм ,                                     (83)

мұнда АВ·М_s=V_һ · М_s=S мм; S – поршеньнің жүрісі, мм;

М_s =S/АВ-поршень жүрісінің масштабы, мм/мм.

Цилиндрдің толық көлемі

V_а = V_ж.к+ V_һ=ОА + AB= AB мм .                                                  (84)

Ордината осі (ось р) бойынша газдардың қысымы салынады.

Қысымның масштабы былайша алынады, диаграмманың биіктігі оның ұзындығынан 1,2...1,7 рет кәп болуы керек, яғни

 МПа мм                                      (85)

мұндағы р_z-жану барысының соңындағы газдардың ең жоғарғы қысымы.

Алынған цифрларды стандарттық масштабтарға М_p=0,0125; 0,016; 0,02; 0,025; 0,04; 0,05; 0,07...0,1 МПа/мм жуық жақындатып ыңғайлайды, онда р өсіне р/М_р=мм шамалары өлшеніп салынады.

Алынған масштабта (М_р) қоршаған ортаның қысымының р_о немесе р_к сызығын табады, ол үшін абсцисса өсіне көлденеңді параллельді р_о/М_р немесе р_к/М_р мм ординаттарын жүргізеді. А және В нүктелері арқылы тік сызықтар жүргізіледі, бұлар поршень күйінің жоғарғы және төменгі шекті нүктелеріне сәйкес келеді, сосын жылулық есептеудегі берілгендер бойынша, осы қабылданған масштабта диаграммаға тән нүктелердегі (а, с, z, в, r) қысымдардың шамаларын салады: а (р_а), с(р_с), в (р_в), z(р_z), r(р_r).

Дизельдер үшін А нүктесі арқылы өтетін тік сызықты, z΄ (Рz΄) нүктесін бегілейді, ал кесінді z΄z (6, б-ші сурет) келесі тендеуден анықталады

z΄z=ОА(ρ-1) мм                                                                          (86)

Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін с және zнүктелерін, ал дизельдер үшін с-z΄-z нүктелерін түзу сызықтармен қоса отырып, есептелінген теориялық жану барысының түзулерін аламыз, вl және lr түзулері шығару процесінің есептелінген түзулері, ал rr΄΄, r΄΄а – кіргізу ,барысының түзулері болады.

Сығылу және ұлғаю политропаларын құруды аналитикалық және графикалық әдістермен жүргізуге болады. Сығылу (ас сызығы) және ұлғаю (zв сызығы) политропаларын аналитикалық әдіспен құрғанда (6, а,б-суреттер), берілген аралық көлемдер (V_x=ОХ) үшін =const және =const политропа тендеулері бойынша V_ж.к және V_а, сондай-ақ V_z және V_в аралығында орналасқан бірнеше (5..6) нүктелер (қысымдар р_х) есептелінеді.

Сығылу политропасы барысы үшін бұдан

                                                                           (87)

мұндағы р_х және V_х – сығылу барысындағы ізделінетін нүктелердегі қысым және көлем.

V_а/V_х қатынасы 1...ε шегіне дейін өзгереді.

Сол сияқты ұлғаю политропасыүшін

                                                                           (88)

Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін V_в/V_х қатынасы 1...ε, ал дизельдер үшін – 1...δ аралығында өзгереді.

Диаграмманы аналитикалық әдіспен құрғанда, сығылу және ұлғаю политропасының есептелінетін нүктелерінің ординаталарын анықтауды 11-ші кестелік түрде орындау ыңғайлы.

 

11-кесте. Сығылу және ұлғаю политропаларының нүктелерін септеудегі нәтижелер

Нүкте- лер №	OX=Vx мм		Политроптық сығылу			Политроп- тық ұлғаю
			(Va/Vx)	р x, МПа		(OB/OX) = =(Vв/Vx)	рx, МПа
1 2 3 4 5 6

 

Сығылу және ұлғаю политропаларының қысымдарын (р_х/М_р, мм немесе р_х, МПа) көлемдеріне сәйкес диаграммаға саламыз.

Есептелінген және диаграммаға салынған сығылу политропасының нүктелері арқылы өтетін бірқалыпты қисық сызықпен а және с нүктелерін, ал ұлғаю политропасының нүктелері арқылы өтетін қисықпен zжәне в нүктелерді қоса отырып, және де с мен z-ті, ал в мен а нүктелерін түзу сызықпен (дизельдер үщін с нүктесі z' нүктесімен, ал z' – z пен нүктесімен түзу сызықпен (6, б-ші сурет) қосылады) қоса отырып, есептелінген индикаторлық диаграмманы құрамыз (сораптық жүріс еске алынбайды). Шығару және кіргізу барыстары р=const және V=const (b l, l r, rr΄΄ және r΄΄а түзулері) болғанда өтетін болып есептеледі.

Нақтылы индикаторлы диаграмманы жұмырлау төмендегідей ойластырулар мен есептетерге негізделген.

Нақтылы индикаторлы диаграмманың ас'с''z_нв'в''rа есептелінгеннен айырмашылығы бар, себебі нақтылы қозғалтқышта алдынала ерте тұтандыру немесе жанармайды ерте бүркудің (с' нүктесі) арқасында жұмыс қоспасы, поршень жоғарғы шекті нүктеге (ж.ш.н) дейін тұтанады (f нүктесі) және сығылу барыстарының соңындағы қысымды (с'' нүктеде) жоғарылатады. Көрініп жану барысы көлем өзгерген кезінде болады және карбюраторлы қозғалтқыштар (6, а-сурет) үшін сz түзуінде емес, сz_н қисық сызығы бойынша немесе дизельдер үшін (А.1, б-сурет) сz' және z'z түзуі арқылы емес, сz_н қисық сызығы бойынша өтеді; шығарушы клапанның поршень төменгі шекті нүктеге (т.ш.н.) (в' нүктесі) жеткенге дейінгі ашылуы ұлғаюдың соңындағы (в΄΄)΄ қысымды төмендетеді, (ал в'' нүктесі, әдетте в және а нүктелерінің аралығанда орналасқан). Қозғалтқыштардың газ бөліну фазаларына (12-ші кестеге сөйкес) сүйене отырып, арнайы нүктелердің керекті бұрыштарының шамаларын алу керек. Осыған орай кіргізу клапанының ашылуы (r' нүктеде) поршеньнің ж.ш.н. келуіне дейінгі, ал оның жабылуы (а'' нүктеде) поршеньнің т.ш.н. өткеннен кейінгі күйінде; шығару клапанының ашылуы (в΄ нүктеде) поршеньнің т.ш.н. дейінгі, ал оның жабылуы (а' нүктеде) поршеньнің ж.ш.н өткеннен кейінгі күйінде жүзеге асырылады.

Көрсетілген нүктелердің орнын дұрыс анықтау үшін иіңді біліктің бұрылу бұрышы φ° мен поршеньнің орын ауыстыруының S_x өзара байланысын білу керек. Бұл байланыс бұлғақ ұзындығы L_б мен қосиін радиусының R бұлғақ ұзындығына қатынасын  тандау негізінде анықталады.

λ-ның шамасын таңдау динамикалық есептеуді жүргізгенде жасалынады және әдетте жылулық есептеуде олар төмендегідей аралықтан алынады.

Автомобильдық қозғалтқыштар үшін λ=0,26...0,33

Тез жедел жүруші дизельдер үшін λ=0,23...0,31.

 

 

12- кесте. Төрт тактылы қозғалтқыштардың газ бөлуші фазаларының жуықталған мәндері (иінді біліктің бұрылу бүрышының градиусы φ)

 

Қозғалтқыштар	Шығарушы клапан		Кіргізуші клапан
	т.ш.н. дейінгі ашылуы (в΄ нүктесінің тұратын орны	ж.ш.н. кейінгі жабылуы (а΄ нүктесінің тұратын орны)	ж.ш.н. дейінгі ашылуы (r ΄ нүктесінің тұратын орны)	т.ш.н. кейінгі жабылуы (а΄΄ нүктесінің тұратын орны)
Карбюраторлы	50-75	15-45	15-30	45-70
Үрлеусіз дизельдер	40-60	15-25	15-20	30-50
Үрленетін дизельдер	40-60	40-60	50-80	40-50

 

Ескерту: Аз мәндері кіші айналымды қозғалтқыштарға, ал үлкен мәндері тез айналымды қозгалткыштарға жатады.

Иінді біліктің тұтандырғышқа ұшкын беру (карбюраторлы қозғалтқыштардағы) немесе бүркігішке жанармай беру (дизельдерде) сәтінен ж.ш.н. дейінгі градустық бұрылуын (с΄ нүктесінің тұратын орны) сәйкесінше жанармайды ерте тұтанудыру бұрышы Ө_тұт немесе алдын-ала ерте бүрку бұрышы Ө_бұр деп атайды. Қазіргі қозғалтқыштар үшін номиналдық тәртіпте жұмыс істеу кезінде алдын-ала ерте тұтандырудың бұрышы 25...40° аралығында , ал жанармайды алдын-ала ерте бүрку бұрышы 15...30° аралығында өзгереді. f нүктесінің тұратын орны [жану сызығының сығылу сызығынан үзілуі (с΄f)] жұмысшы қоспасының тұтануының кідіру кезеңімен ∆φ₁ анықталады (3, 4-ші суреттерге сәйкес). Дизельдер үшін ∆φ₁-ның мәндері иінді біліктің бұрылуының 8...12°, ал карбюраторлы қозғалтқыштар үшін – иінді біліктің бұрылуының 5...7° аралығында өзгереді.

Қабылданған газбөлуші фазаларға және алдын-ала ерте тұтандыру (бүрку) бұрыштарына сәйкес в΄, r΄, а΄, а΄΄, с΄ және f нүктелерінің тұратын орындары поршеньнің орын ауыстыру формуласымен анықталады.

                                                 (89)

мұндағы -қосиін радиусының бұлғақ ұзындығына қатынасы._;

в΄ , r΄, а΄, а΄΄, с΄ және f нүктелерінің есептелінген ординаталарының мәндерін 13-ші кестеге толтырады.

 

 

13-кесте. в΄, r΄, а΄, а΄΄, с΄, f нүктелерінің ординаталарының есептері

 

Нүктелерді белгілеу	Нүктелердің тұратын орны	и.б.б. φ° 11 -ші кесте бойынша	(1-сosφ)+λ/4* (1-сos2φ)	Нүктенің ж.ш.н-ден қашықтығы, (Аx) мм
в΄	...°т.ш.н. дейін
r΄	...°ж.ш.н. дейін
а΄	...°ж.ш.н. кейін
а΄΄	...°т.ш.н. кейін
с΄	...°ж.ш.н. дейін
f	[(φ тұт(бүр)־∆φ 1)]° ж.ш.н. дейін

 

с ΄΄ нүктесінің орны төменгі тәуелділіктен анықталады , МПа немесе р_с''/М_р, мм.                                                            (90)

Карбюраторлы қозгалтқыштар үшін нақтылы жану қысымы:

р_zн=0,85р_z, МПа немесе р_zн/М_р мм.                                           (91)

Дизельдер үшін z_Н нүктесі z΄z сызығында жатады шамамен z нүктесіне жақын және р_zн⁼р_z

Көлденең бойынша z_ң нүктесінің тұратын орны иінді біліктің 1 градусқа бұрылуындағы қысымның мүмкіндік ұлғаю жылдамдығына (қысымның с΄΄ нүктесінен z_н нүктесіне дейінгі ұлғаюы) байланысты анықталады

 , МПа/(.и.б.б. град.).

Көлденең бойынша z_Н нүктесінің жағдайы и.б.б. ∆φ₂ шамасы бойынша анықталады, карбюраторлы қозғатқыштар үшін и.б.б ∆φ₂=8÷12°, ал дизельдер үшін – и.б.б. 6÷10° ж.ш.н. кейін.

r нүктесін а' нүктесімен, с' нүктесін f және с'' нүктесімен ары-қарай z_Н нүктесімен және ұлғаю қисығымен, в' нуктссін в'' нүктесімен (в'' нүктесі в нүктесі мен а нүктелерінің аралығында орналасқан) және онан ары қарай r' және r нүктелерімен бірқалыпты қисық сызықпен қоса отырып, жұмырланған индикаторлық диаграмманы rа'аа''с'fс''z_Нb'b''r -ді құрып аламыз.

Жұмырланған нақты циклдің есептелінгеннен айырмашылығы, диаграмма жұмырлану коэффициентімен (немесе толықтық коэффициснтімен) φ _Т бағаланады, ал оның өзі нақты индикаторлы диаграмманың ауданының F_н есептелінген теориялық диаграмманың ауданына F_т қатынасы білдіреді. Тәжірибелік берілгендер бойынша φ _Т =F_н/F_Т = 0,92÷0,97.

Индикаторлық диаграмманы құрғаннан кейін жылулық есептеудің келесі кезеңіне – қозғалтқыштың жылу балансын есептеуге кіріседі.

 

2.8 Қозғалтқыштың жылу балансы (теңгерулігі)

 

Қозғалтқыштың жылу балансы-жанармай жанғандағы бөлінген жылу мөлшерінің пайдалы жұмысқа және әр түрлі жылу шығындарына бөлінуі жөнінде түсініктеме береді.

Абсолюттік бірлікте қозғалтқыштың жылу балансы тендеуін келесі түрде көрсетуге болады:

Q=Q_е+Q_салқ+Q_г+Q_т.ж.+ Q_қалд . Дж/с,                                        (92)

мұнда, Q – жанармай жанғандағы бөлінген жалпы жылу; Q_е – пайдалы жұмысқа айналған, жылу; Q_салқ – сыртқы салқындатқыш ортаға берілетін жылу; (Q_г – пайдаланылған газбен кететін жылу; Q_т.ж. – толық жанбау әсерінен бөлінбейтін жылу; Q_қалд – баланстың қалдық мүшесі, барлық есептелмеген шығындарды қосады.

Жұмсалынған жанармайдың жану жылығы

 Дж/с,                                                                            (93)

мұндағы Н_u-жанармайдың төменгі жану жылылығы, кДж/кг;

           G_ж.м. – жанармайдың сағаттық шығыны, кг/сағ.

Пайдалы жұмысқа айналған жылу.

Q_е=100 · N_e Дж/с,                                                                      (94)

мұндағы N_e – қозғалтқыштың тиімді қуаты (тапсырмадан алынады), кВт.

Салқындату ортасына берілген, жылу:

карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

 

 Дж/с;                                    (95)

дизельдер үшін

 Дж/с,                                                  (96)

мұндағы С – пропорционалдық коэффициент (төрт ырғақты қозғалтқыштар үшін С=0,45...0,53); і – цилиндрлер саны; D – цилиндрдің диаметрі, см; m-дәрежелік көрсеткіш (төрт ырғақты қозғалтқыштар үшін m=0,6..0,7); n_Ne – иінді біліктің айналым жиілігі, мин^-1; α – ауаның артықтық коэффициенті; ∆Н_u –жанармайдың химиялық толық жанбау әсерінен жоғалтылған жылу мөлшері, кДж/кг; Н_u – жанармайдың төменгі жану жылылығы, кДж/кг.

Жұмыс істеген газбен шыққан, жылуды Q_г пайдаланылған газдың толық жылуының , және жаңа зарядтың толық жылуының  арасындағы айырмашылық ретінде төмендегі тендеуден анықтауға болады.

 Дж/с  (97)

мұндағы [кДж/(кмоль·град)] – қалдық газдардың орта мольдік жылу сыйымдылығы α және t_r=Т_r-273^ОС [Т_r(56) бойынша анықталады] бойынша 3-ші және 4-ші кестелерден интерполяциялық әдісімен алынады;  [қДж/(кмоль·град)] – жаңа зарядтың орта мольдік жылу сыйымдылығы ауа үшін интерполяциялық әдісімен t_к=Т_о-273=293-273=20°С (үрленбейтін қозғалтқыштар үшін) болғанда, ал үрленетін қозғалтқыштар үшін t_к=Т_К-273°С болғанда 14-ші кесте бойынша анықталады; М₁ (кмоль.жан.қосп/кг.жан.май және М₂ (кмоль.жанөнімі/кг жанармай) – сәйкесінше жаңа зарядтың және жанармайдың жану өнімдерінің мөлшері (23),(24), (27), (30)-і теңдеулерден анықталады; t_r және t_к – жұмыс істеген газдардың және кірердегі жаңа зарядтың (коршаған ортаның) температуралары, °С; G_ж.м. – жанармайдың сағаттық шығыны, кг/сағ.

 

14-кесте.Көлем түрақтыдағы жаңа зарядтың (ауанын): орта мольдық

жылусыйымдылығы

Температура tk , °С	кДж/(кмоль·град)
0	20,759
100	20,839
200	20,985
300	21,207

 

Жанармайдың толық жанбауының әсерінен бөлінбейтін жылу, тек карбюраторлы қозғалтқыштар үшін α<1 болған жағдайда жылу балансында карастырылады және ол мына теңдеуден анықталады.

Q_т.ж.=∆H_и·G_ж.м./3,6Дж/с                                                            (98)

мұндағы ∆H_и – жанармайдың химиялық толық жанбау әсерінен жоғалтылған жылу мөлшері, кДж/кг; G_ж.м. – жанар майдың сағаттық шығыны, кг/сағ.

Дизсльдер ушін, α>1 болғанда Q_т.ж. шамасын, әдетте оның аздығынан, бөлеқ есептелінбейді және оны жылу балансының қалдық мүшесіне Q_кал қосады.

Есепке алынбаған қалдық жылу шығындары (жылу балансының қалдық мүшесі) төмендегі айырмашылықтар бойынша анықталады.

Q_кал= Q-(Q_е+Q_сал.+Q_г+Q_т.ж.) Дж/с.                                             (99)

Көбінесе талдау үшін жиі салыстырмалы бірлікте немесе барлық бөлінген жылылық мөлшерінің пайызында құрастырылған жылу балансы тендеуі пайдаланылады, егер жалпы оны 100% -деп қабылдаса:

100% =q_e+q_сал.+q_Г+q_т.ж.+q_кал.,                                                     (100)

мұндағы

;  және т.б.                                  (101)

Есептелген нәтижелерді 15-ші кестеге келтіру ыңғайлы.

 

15-кесте. Қозғалтқыштың жылу балансының құрамы

 

Жылу балансын құрастырушылар	Q, Дж/с	q, %
Пайдалы жұмысқа айналатын жылу Qe
Салқындатушы ортаға берілетін жылу Qсал.
Жұмыс істеген газдармен кететін жылу Qг
Толық жанбаудың әсерінен болінбейтін жылу Qт.ж.
Есепке алынбаған қалған жылу шығындары Qкал
Жұмсалған жанармайдың жану жылылығы Q		100,0

 

Мумкін болатын үлкен қателіктерді болдырмау үшін, есептелу арқылы табылған жылу балансының құрамын, 16-шы кестедегі берілгендермен салыстыру қажет.

 

16- кесте.Әр түрлі қозғалтқыштардың жылу балансы құрастырушыларының мәндері (%-бен)

Қозғалтқыштар	qe	qсал.	qг	qт.ж.	qкал.
Карбюраторлы	22-29	14-28	30-55	0-45	3-10
Дизельдер үрленбейтін	29-42	15-35	30-55	0-5	2-5
Дизельдер үрленетін	35-45	10-25	25-40	0-5	2-5

 

 

Қозғалтқыштың толықтай жылу балансы және оның бөлек құраушылары, қозғалтқыш тетіктерінің жылу кернеулі күйлері жөнінде пікір айтуға, салқындату жүйесін есептеуге, жұмыс істеген газдарды әрі қарай қолдану мүмкіншілігін, мысалы, үрлеу жүйесі үшін,білуге ықпалын тигізеді, сондай-ак, козғалтқыштың немесе жалпы қондырғының жылулық үнемділігін жоғарылататын тиімді жабдықтарды дайындауға көмек береді.

Қозғалтқыштың жылу балансын анықтағаннан кейін келесі есептеу кезеңіне – козғалтқыштың сыртқы жылдамдылық сипаттамасын құру, кіріседі.

 

3 ҚОЗҒАЛТҚЫШТЫҢ СЫРТҚЫ ЖЫЛДАМДЫЛЫҚ СИПА-ТТАМАСЫН ЕСЕПТЕУ ЖӘНЕ ОНЫ ҚҰРУ

Қозғалтқыштардың жүмысын талдау ушін әр түрлі сипаттамамалар пайдаланылады: жылдамдылық, жүктемелік,реттегіштік, реттеушілік және т.б. Әдетте барлық сипаттамалар тәжірибелік жолмен қозғалтқыштарды сынауда алынады.

Жаңа қозғалтқышты жобалағанда әр түрлі жеке сипаттамалар (мысалы, жылдамдылық және жүктемелік) есептеу жолымен құрылуы мүмкін.

Жылдамдылық сипаттама қуаттың N_e, бұралу момеңтінің М_е, жанармай шығынының g_е, G_жм. және басқа параметрлердің. иінді біліктің айналым жиілігіне байланысты өзгеруін көрсетеді.

Номиналдық қуатқа сәйкес болатын дросселдің (карбюраторлы қозғалтқыш) толық ашылуы кезіндегі немесе жанармай сорабы (дизель) рейкасының толық ашылу жағдайындағы алынған жылдамдылық сипаттаманы, сыртқы жылдамдылық сипаттама деп атайды. Сыртқы жылдамдылықтық сипаттаманы жеткілікті дәлдік дәрежеде, қозғалтқыштың бір тәртіп жұмысында жүргізілген жылулық есептеудің нәтижелері бойынша ең жоғарғы қуаттық тәртіпте және эмпирикалық тәуелділіктерді пайдалана отырып құруға болады.

Жылдамдылық сипаттаманың қисықтарын құруды келесі аралықтарда жүргізеді: а) карбюраторлы қозғалтқыштар үшін n_min= 600÷1000 мин ^-1-нан n_mах=(1,05÷1,20)·  дейін; б) дизельдер үшін n_min=350÷800 мин ^-1-нан n_Ne-ға дейін, мұндағы n_Ne  – номиналды қуаттағы иінді біліктің айналу жиілігі (тапсырмадан алынады).

Параметрлердің есептелетін нүктелері эмпирикалық тәуелділік бойынша әрбір 500÷1000 мин^-1 сайын анықталады (5...6 аралық нүктелер анықталады).

Тиімді қуаттың N_ех (кВт) қисығының есептелінетін нүктелері келесі эмпирикалық тәуелділік бойынша анықталады:

карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

                                                 (102)

бөлінбейтін камералы дизельдер үшін

                                          (103)

алдыңғы камералы дизельдер үшін

                                             (104)

құйынды камералы дизельдер үшін

                                            (105)

(102)...(105) формулалардағы қабылданған: N_е және n_Ne – номиналды тиімді қуат (кВт) және номиналды қуаттағы иінді біліктің айналу жиілігі, (мин^-1) (тапсырмадан алынады); N_ех және n_х – тиімді қуат (кВт) және қозғалтқыштың жылдамдылық сипаттмасында анықталатын нүктесіндегі иінді біліктің айналым жиілігі (мин^-1).

Есептелген нәтижелермен белгілі масштабта М_Nе тиімді қуаттың қисық сызығын құрады (Б.1, а,б-суреттерге сәйкес).

Тиімді бұралу моментінің (Н•м) қисық сызығының нүктелері келесі формуламен анықталады.

М_ех=3•10⁴• N_ех/(π • n_x).                                                              (106)

Масштабта М_м құрылған бұралу моментінің қисық сызығы, сонымен қатар орта тиімді қысымның өзгеруін көрсетеді, бірақ М_р (МПа/мм) масштабында:

М_Р=М_м• π • τ/(10³•V_л)                                                                   (107)

Поршеньнің орта жылдамдығы (м/с)

υ _п.орх = S• n_x/(3•10⁴) .                                                            (108)

Есептелінетін нүктелер үшін орта тиімді қысымның Р_ех (МПа) шамасын, М_ех қисық сызығы бойынша немесе төмендегі теңдеуден анықтауға болады.

р_ex= N_ех • 30τ/(V_л• n_x).                                                           (109)

Орта индикаторлық қысымның қисығының нүктелері келесі формуламен анықталады.

р_ix= р_ex + р_mx,                                                                        (110)

мұндағы р_mx –механикалық шығындардың орта қысымы (МПа), ол қозғалтқыштың түріне және құрамына байланысты келесі тендеулермен анықталады:

цилиндрлер саны алтыға дейінгі және қатынас S/D>1 карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

р_mx=0,049 + 0,0152• υ _п.ор.х;                                                                   (111)

сегіз цилиндрлі қатынас S/D>1 карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

P_мх = 0,039 + 0,0152• υ_п.ор.х                                                                                             (112)

цилиндрлер саны алтыға дейінгі және қатынасы S/D≤1 карбюраторлы қозғалтқыштар үшін

p_мх = 0,034 + 0,013• υ _п.ор.х                                                                (113)

бөлінбейтін камералы төрт тактылы дизельдер үшін

p_мх=0,089+0,0118•υ _п.орх                                                                    (114)

алдыңғы камералы дизельдер үшін

p_мх = 0,103 + 0,0153• υ _п.орx                                                                                     (115)

құйынды камералы дизельдер үшін

p_мх= 0,089 + 0,0135• υ _п.opx                                                                                                  116)

Масштабпен М_p құрылған орта индикаторлық қысымның қисық сызығы, сондай-ақ индикаторлық бұралу моментінің өзгеруін көрсетеді, бірақ М_м (Н•м/мм) масштабында:

М_м=Мр•10³•V_л/(π•τ).                                                                (117)

Индикаторлық бұралу моментінің М_ix (Нм) //есептелінетін нүктелерін Р_к-тін қисығы бойынша немесе төмендегі теңдеуден. анықтауға болады

M_ix=P_ix•V_л•10³/(π • τ).                                                                         (118)

Жылдамдылық сипаттамадағы ізделінетін нүктедегі, жанар майдың меншікті тиімді шығыны [ г/(кВт • сағ)]:

карбюраторлы козғалтқыштар үшін

g_ex=g_eNe[1,2-1,2•n_x/n_Ne+(n_x/n_Ne)²];                                               (119)

бөлінбейтін камералы дизельдер үшін

g_ex=g_eNe[1,55-1,55•n_x/n_Ne+(n_x/n_Ne)²],                                           (120)

мұнда g_eNe – номиналды куаттағы меншікті тиімді жанармайдың сағаттық шығыны, г/(кВт•сағ).

Жанармайдың сағаттық шығыны (кг/сағ) келесі теңдеу бойынша анықталады

G_ж.м.х=g_ex• N_ех•10^-3                                                               (121)

Толтыру коэффициентін η_V анықтау үшін, айналым жиілігі бойынша ауаның артықтық коэффициентінің α өзгеру заңдылығын білу қажет. Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін, керекті дәрежелік дәлдікпен α-ның мәнін тек қана минималды айналым жиілігінен басқа барлық жылдамдылық тәртіпте тұрақты деп алуға болады. n_х=n_min болғанда n_х=n_Nе жағдайға қарағанда қоспа бірнеше көбірек байытылған болып алынады, яғни α_nmin<α_nNe.

Жылдамдылық сипаттама бойынша дизельдер жұмыс істегенде айналу жиілігінің өсуімен бірге α-ның мәндері бірнеше өседі. Тікелей бүркейтін төрт тактылы дизельдер үшін, α-ның өзгеруі сызықтық зандылықпен өтеді, және де α_nmin=(0,7÷0,8)·α_nNe. α_nmin және α_nNe түзу сызықпен (Б.1, а,б-ші суреттерге сәйкес) қоса отырып, барлық есептелінген нүктелер үшін α_x -тың мәндерін аламыз.

Қабылданған α_х өзгеру зандылығынан толтыру коэффициенті η_VX анықталады

η_VX=Р_ex• l ₀ • α _x •g_ex/[3600•ρ ₀(ρ _k)].                                                   (122)

Жылдамдылық сипаттамасынан икемділік коэффициенті К анықталады, ол максималдық бұралу моментінің М_еmax номиналдық куаттағы бұралу моментіне М_eNe катынасын көрсетеді:

K=Ме_max/М_eNe.                                                                           (123)

Бұл коэффициенттің қызметі жүктің өзгеруіне байланысты бағалау және қозғалтқыштың шамалы уақыт бойы артық сыртқы жүкті жеңу қабілеттілігің сипаттайды. Карбюраторлы қозғалтқыштар үшін К=1,20...1,25; дизельдерде буралу моментінің сипаттамасы көбірек еңісті өтеді және онда икемділік коэффициентінің мәндері келесі шекте болады К=1,05..1,20.  

Барлық есептелінген шамалар 17-кестеге толтырылады.

 

17-кесте.Қозғалтқыштың сырткы жылдамдылық сипаттамасының есептелінген параметрлері

 

Иінді біліктің айналым жиілігі nx, мин-1

Сыртқы жылдамдылықтың сипаттаманың параметрлері

Nех кВт

М ех, Н•м

р ex МПа

υ п.ор . х м/с

р Mx МПа

р ix МПа

Mix Н•м

gex,

Gж.м.

αх

ηVX

17-ші кестедегі келтірілген, есептелінген берілгендер бойынша қозғалтқыштардың сыртқы жылдамдылықтарының сипаттамалары (Б.1, а,б-ші суреттер) құрылады.

 

 

3. Қозғалтқыштар механизмдерінің кинематикасы мен динамикасы

 

3.1. Дезаксиалсыз және дезаксиалды қосінді-бұлғақты механизмнің кинематикасы

 

Іштей жанатын қозғалтқыштардағы қосиінді-бұлғақты механизм өте күрделі жағдайда жұмыс атқарады. Оның бөлшектеріне түсетін күштер шамаларын да, бағыттарын да үнемі өзгертіп отырады. Соның салдарынан механизм бөлшектерінде сырттан түсетін күштерден басқа әртүрлі бағытта әсер ететін инерция күштері пайда болады. Ондай күштер қозғалтқышта жүмыс істеп беретін негізгі газдың қысым күштеріне өз әсерлерін тигізеді.

Іштен жанатын поршеньді қозғалтқыштың қосиінді-бұлғақты механизмінің (ҚБМ) жүмыс сүлбесі 12-ші суретте көрсетілген. Жалпы осы мақсат үшін қолданылатын ҚБМ-нің екі түрі болады. Олардың бір-бірінен айырмашылығы цилиндр өсі мен иінді біліктің осьтерінің өзара орналасуында. Егер цилиндр өсі мен иінді білік өсі бір түзудің бойында орналасса, онда мүндай механизмді дезаксиалсыз механизм деп атайды, ал керісінше сол екі осьтің аралығында алшақтық болса, онда дезаксиалды механизм болады. 12-ші суретте дезаксиалсыз механизм көрсетілген. Себебі осындай ҚБМ қазіргі қозғалтқыштарда көп таралған.

Иінді біліктің иінінің бұрылу бұрышының ең алғашкы мәніне (φ=0°) поршеньнің ЖӨН-де тұрған кезін қабылдаймыз. Сонда ол бұрыштың бірінші туындысы иінді біліктің айналу жылдамдығы болмак, яғни ω = d φ/dt. Поршеньнің ең үлкен жолының ұзындығы S әрпімен белгіленді, ал оның уакыттың кез-келген кезіндегі ағынды мәндері S _x – болып белгіленген. Оның да бірінші туындысы поршеньнің қозғалыс жылдамдығы болады, яғни ν _x = d S _x / dt. Ал жолдың ең үлкен мәні S = 2 r болады. Мұндағы r иінді білік иінінің радиусы. Осыған ұқсас бұлғақтың ұзындығы l – деп белгіленген. Қосиінді-бұлғақты механизмнің осы екі геометриялық тұракты өлшемдерінің қатынасы өлшемсіз қатынас λ болады. Сонда λ= r / l . Механизм кинематикасын талдау үшін тағы да бір қажетті көрсеткіш ол бұлғақтың цилиндр өсінен бұрылу бүрышы β. Бұл бұрыштың мәні жоғарыдағы айтылған кинематикалық көрсеткіштерге байланысты өзгеріп отырады.

 

  

12 сурет - Іштен жанатын поршенді қозғалт-қыштың қосиінді-бұлғақты механизмінің кинематикалык сүлбеі

13 сурет - Қосиінді-бұлғақты механизмнің шоғырланған массасының сүлбесі                                             

 

Қосиінді-бұлғақты механизмнің цилиндр ішінде жүретін барыстарға әсерін тигізетін негізгі кинематикалық көрсеткіштеріне поршеньнің жүріс жолын (S), жылдамдығын (ν _x) және үдеуін (j_x) жатқызуға болады. Себебі осы көрсеткіштерге байланысты қозғалтқыштың жұмыс барыстары әртүрлі болуы мүмкін.

Поршеньнің жүріс жолының ең үлкен мәні оның жоғарғы және төменгі өлі нүктелерінің ара қашықтығына тең болады, яғни АА" - нүктелерінің аралығы (12 сурет). Бірақ бұл қашықтықты поршень жүріп өткен кезде иінді біліктің айналу бүрышына (φ) байланысты әртүрлі жылдамдықпен жүріп өтеді, яғни оның уақытқа байланысты, ағынды мәндері тұрақты болмайды. Сонымен қатар поршеньнің жүріс жолының ағынды мәндері екі бұрышқа (φ, β) бірдей тәуелді болады. Ал есептеуге оңай болуы үшін сол бұрыштардың (φ, β) бір-біріне тәуелді заңдылығын анықтап, орнына қойсақ, сонда бір ғана бүрышқа тәуелді жолмен S _x- мәндерін таба аламыз. Сондықтанда оның ағынды мәндерін суреттегі сүлбеден мынандай өрнекпен анықтауға болады:

S_x=OA-OA^/ =r* ,.           (124)

Поршеньнің жылдамдығы:

v_x= r ω[sin φ+(λ /2)sin2φ],                                               (125)

мұндағы ω =d φ /dt - иінді біліктің айналу жылдамдығы.

Осы формуламен есептелген поршень жылдамдығының иінді біліктің бұралу бұрышына қатысты графигі тұрғызылады. Сол графикке жүгінсек, оның жылдамдығы поршеньнің өлі нүктелерінде нольге тең болады. Ал ең жоғарғы жылдамдық жүріс жолының ортасынан ауытқып кетеді екен. Оны λ-қатынасымен түсіндіруге болады.

Көбінесе қозғалтқыштарды салыстыру мақсатымен поршень жылдамдығының орташа мәнін мына өрнек бойынша есептейді

v_{п ор} = 2S n /60 = r n / 15.                                             (126)

Бұл жылдамдық көп болған сайын поршеньнің тозуы да көп болады. Сондықтанда қазіргі қолданылып жүрген қозғалтқыштардағы поршеньнің орташа жылдамдығы шамамен 8÷15 м/сек болады.

Поршень үдеуі:

j_x = d v_x / dt . = ( d ν_η/ d φ) (dφ/dt) = rω² (cos φ + λcos 2 φ).        (127)

Үдеудің үлкен мәндері поршень жылдамдығы нольге тең болған кезіне сәйкес, ал сол жылдамдықтың ең үлкен мәнінде үдеу нольге теңеседі. Себебі бұл кезде поршень жүріс бағытын өзгертерде тоқтайды да үдеу ең үлкен мәніне жетеді, ал поршень жылдамдығы ең үлкен мәніне жеткен кезде үдеу нольге теңесетін себебі одан әрі қарай ол өзінің таңбасын өзгертеді.

 

 

3.2 Қосиінді - бұлғақты механизмнің динамикасы

 

Қосиінді-бұлғақты механизмнің бөлшектеріне жұмыс кезінде сырттан неше түрлі күштер әсер етеді. Олардың негізгілеріне газ қысымының күші, айнымалы қозғалыстың әсерінен инерция күштері, өзара қозғалысқа келетін бөлшектердің аралығындағы үйкеліс күштері және т.с.с. жатады.

Газ қысымының күші . Бұл күш цилиндр ішіндегі қоршаған бөлшектердің барлығына олардың аудандарына сәйкес таралады. Ал сол бөлшектердің ішіндегі түскен күштен козғала алатын поршень ғана, ал басқалары күш түскенімен қозғалыс жасай алмайды. Сондықтанда бізге қажетті күшке осы поршеньге түсетін күш қана жатады . Ол күштің мөлшері газ қысымы мен поршеньнің ауданына байланысты. Жалпы жағдайда поршеньге түсетін газ кысымының күшін мына формулламен анықтауга болады:

Р _г = F _п р_і,                    (108)

мұндағы: Р _г - поршенге түсетін газ күші; F _п - поршеньнің ауданы; р _і - цилиндр ішіндегі газдың индикаторлық қысымы.

Инерция күші . Инерция күші қосиінді-бұлғақты механизм бөлшектерінің қозғалыс сипатына, атап айтқанда үдеудің сипатына тәуелді болады. Ал бұл механизмдегі бөлшектерде екі түрлі үдеу пайда болады: оның біріншісі түзу сызықты қозғалатын, ал екіншісі айналмалы қозғалыстардың үдеулері. Осыларға сәйкес бөлшектердегі инерция күштері де осы екі қозғалыстың түрлеріне байланысты түзу сызықты қозғалатын және айналатын бөлшектердің инерция күштері болып бөлінеді. Бірақ бұл күштер өздігінен жеке түрде әсер ете алмайды. Себебі онымен жалғаскан бөлшектердің инерция күштері әсер етеді.

Инерция күштерін анықтау үшін курделі қозғалыс жасайтын бөлшектер массасын, яғни бұлғақтың массасын шартты түрде шоғырланган екі түрлі массаға бөлеміз (13 сурет): оның біріншісі бұлғақтың жоғарғы поршеньмен жалғасқан жеріне шоғырланған m ₁ - массасы, ал екіншісі иінді біліктің мойнында жалғаскан бұлғақтың төменгі басында шоғырланған массасы (m ₂). Сонда 13 суретте көрсетілгендей, түзу сызықты қозғалатын поршеньнің массасына (m _п) бұлғақтың жоғарғы басының массасы (m ₁) қосылады, ал иінді біліктің мойнында бұлғақтың төменгі басының шоғырланған массасымен (m ₂) қоса иінді біліктің теңгерілмеген массасы (m_K) болады. Енді массалар белгілі болса, инерция күштерін анықтауға болады. Ол үшін тек шоғырланған массаның мөлшерін анықтау қажет. Әдетте бұл массаны жүықтап қабылдайды, яғни m₁ = 0,275 m_ш , ал m₂ = 0,725 m_ш.

Түзу сызықты қозғалатын массалардың инерция күштері сол массалар мен үдеудің көбейтіндісіне тең болады, яғни

P_j = -(m_n + m_i)j_n.                   (109)

Мұндағы массалардың сан мәндерін арнаулы аныктамалық әдебиеттерден табамыз, ал үдеудің мәндерін жоғарыда қосиінді-бұлғақты механизмнің кинематикасын қарағанда анықталған. Енді сол үдеудің мәнін орнына қоятын болсақ, онда:

P_j = - (m_п+ m₁) r ω (cos φ +λcos2φ ).               (110)

Айнала козғалатын массалардың инерция күштерін механикада белгілі ортадан тебетін күштің формулласымен анықтаймыз, өйткені бұл күш иінді білік иінінің радиусымен сыртқа қарай бағытталады. Сонда:

Р_ц ⁼ (m _к + m ₂) r ω .                                              (111)

Мұндағы m_k - иінді біліктің теңестірілмеген массасына иін жактауының бұлғақтың төменгі басының маңындағы массасы мен сол жақтаудың иінді біліктің орталық мойны мен иін мойнының аралығындағы массалар жатады.

Айнала қозғалатын массалардың инерция күші поршенге әсер етпегендіктен қозғалтқыштың негізгі қуат алатын жүмыстарына да әсері болмайды. Мүны тек қозғалтқыштағы күштерді теңдестіру кезінде есепке аламыз. Себебі бұл күштің мәні қозғалтқыш орныкты жүмыс істеген кезде түрақты болады деседе болады. Өйткені оны анықтайтын шамалар (m_к, m₂ , r, ω) ол кезде тұрақты болады.

Қосынды күш . Қосынды күш деп поршеньге әсер ететін газ қысымынын күші мен түзу сызықты қозғалатын қосиінді-бұлғақты механизм бөлшектерінің инерция күштерінің косындысын айтады. Себебі бұл қосынды күш аркылы қозғалтқыштың сыртқа шығатын көрсеткіштерін, яғни эксплуатациялык көрсеткіштерін анықтайды. Олай болса бұл қосынды күш (Р) мына формуламен анықталуға тиіс

Ρ = P_r + P_j .                                  (112)

Иінді білік мойнына түсетін күштер . Иінді білік мойнына жоғарыда айтылған айналмалы қозғалыстан пайда болған инерция күшінен басқа поршеньге түскен күштерде әсер етеді. Сол поршеньнен келген күштің әсерінен иінді білік айналмалы қозғалысқа келіп, сырттан түсетін кедергі күшті жеңіп, жұмыс істеп береді. Сондықтан, алдымен поршеньнен келген күшті анықтаймыз.

Поршенге түскен қосынды күш (Ρ) бұлғақтың жұмыс жағдайындағы калпына қарай екі күшке жіктеледі (14a сурет). Оның бірі (Р_ш) бұлғақтың бойымен, ал екіншісі (Ν) цилиндр керегесіне тік бағытта бағытталған. Ол күштердің шамалары бұлғақтың цилиндр осінен алшақтау бүрышына (β) тәуелді өзгереді. Олай болса олардың мәндерін мына формуламен анықтауға болады:

Р_ш = P/cos β;                                 (113)

N = Ptg/ β.                               (114)

Осы қосынды күштің цилиндр бетіне тік бағытталған құраушысы (N) ол поршеньді цилиндр бетіне итереді де ол екеуінің аралығындағы үйкеліс күшін тудыруға себепші болады. Сондықтан бұл күштің мәндері бойынша пошень мен цилиндрдің тиісті беріктік есептеулері үшін қолданады. Ал бұлғақтың бойымен бағытталған күш (Р_ш) оның төменгі мойнымен жалғасқан иінді біліктің бұлғақтық мойнына әсер етеді.

    

а)                                           б)                                     в)

а - поршень мен бұлғақтың әсерлесу кезіндегі күштері; б - иінді біліктің тірегіне түсетін күштер; в - қозғалтқыштың қорабына түсетін күштер.

14 - сурет. Қосиінді-бұлғақты механизмге әсер ететін күштер сүлбесі

 

Бұлғақтың бойымен бағытталған күште (Р_ш) иінді біліктің бұлғақтык мойнында екіге жіктеледі. Оның біріншісі иінді біліктің айналыс шеңберінің радиусымен бағытталған. Оны (R) радиалдык күш деп атайды. Ал екіншісі айналыс шеңберіне жанама бойымен бағытталған. Оны (Т) тангенциалдық күш деп атайды. Олардың мәндері мына формуллалармен анықталады:

T = P sin(φ + β)/cos β ;                     (115)

R = Pcos(φ+ β)/cos β.                (116)

Тангенциалдық күшті (Т) иінді біліктің айналыс орталығына (0-нүктесіне) көшіріп, оның қарама-қарсы екі құраушысын анықтаймыз. Сондағы Т ΄ - құраушысы Τ - күшімен бір қосақ жасайды да иінді білікті айналдыратын момент тудырады. Оны қозғалтқыштың айналдырушы моменті (Μ _а) деп атайды. Ал екінші құраушысын (Τ') радиалдық күшке (R) геометриялык тәсілмен қоссақ, шамасы бұлғақ бойымен бағытталған күшке (Р_ш) тең, Р_ш күшін аламыз. Енді сол күшті цилиндр өсінің және оған тік бағыттарда екі құраушыға жіктеп, цилиндр өсімен бағытталған, шамасы қосынды күшпен бірдей Р' - күші мен цилиндр өсіне тік бағытталған, шамасы поршеньнің цилиндр керегесіне түсіретін (Ν) күшіне тең Ν^/ - күшін аламыз.

N және N΄- күштері иіні Η - қашықтығы болатын момент құрайды. Бұл моменттің шамасы айналдыру моментіне (Μ _а) тең болады да бағыты оған қарама-қарсы болады. Сондықтанда оны реактивтік момент деп атайды. Бұл момент қозғалтқыштың тірегі арқылы машинаның рамасына түседі.

Цилиндр өсімен бағытталған Р^΄ - күші қозғалтқыш қорабына әсер етеді. Бірақ оның біраз бөлігі газ қысымының цилиндр басына түскен күшпен теңеседі. Солай болса оның құрамындағы ілгері-кейінді түзу сызықты қозғалатын бөлшектердің, жоғарыда анықталған, инерция күші (P_j) ғана теңеспей қалады.

Теңеспей қалған инерция күшін әдетте екіге бөліп қарайды, яғни

P_j⁼P_jқ⁺P_jққ,                    (117)

мұндағы P_jқ - бірінші реттегі, ал Р_jққ - екінші реттегі инерция күштері деп аталады. Олардың мәндері, жоғарыда инерция күштерін анықтағандағыдай,

P_jқ = (m_n+ m₁]) ω² rcosφ;                         (118)

P_jққ = (m_п+m₁) ω² rλcos2φ.             (119)

Бұл бірінші және екінші реттегі инерция күштері цилиндр өсінің бойымен бағытталған. Оның үстіне олардың бағыттары да әртүрлі болуы мүмкін. Сондықтанда оларға төменде қаралатын қозғалтқышты теңестіру тақырыбында толығырақ тоқталамыз. Тағы сол сияқты, айнала қозғалатын массалардың ортадан тебетін Р_ц- күші туралы да сол тақырыпта каралады.

 

ӘДЕБИЕТТЕР ТІЗІМІ

1. Автомобильные двигатели /Архангельский В.М., Вихерт М.М. и др.; Под ред. М.С.Ховаха.-2-е изд.перераб. и доп. – М.: Машиностроение, 1977.

2. Двигатели внутреннего сгорания: Теория поршневых и комбинированных двигателей/Вырубов Д.Н., Иващенко Н.А. и др.; Под ред. Орлина А.С., Круглова М.Г. -4-е изд., перераб. И доп.-М.: Машиностроение, 1993.

3. Дъяченко Н.Х., Костин А.К. и др. Теория поршневых двигателей внутреннего сгорания.-Л.: Машиностроение, 1974.

4. Двигатели внутреннего сгорания /Хачиян А.С., Морозов В.Н. идр.; Под ред.Луканина В.Н.-2-е изд., перераб. и  доп. – М.: Высшая школа, 1985.

5. Белов П.М., Бурячко В.Р., Акатов Е.И. Двигатели армейских машин. Часть первая. Теория.-М.:Воениздат, 1971.

6. Колчин А.И., Демидов В.П. Расчет автомобильных и тракторных двигателей. – 2-е изд.перераб. и доп. – М.: Высшая школа, 1980.

7. Римаров Д.С., Астафьев М.Б. Двигатели буровых установок. – М.: Недра, 1976.

8. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 1. Теория рабочих процессов: Учебник для вузов /В.Н.Луканин, К.А.Морозов, А.С.Хачиян и др.; Под ред. В.Н.Луканина и М.Г.Шатрова. – 3-е изд., перераб. и испр. – М.: Высшая школа, 2007. – 400 с.

9. Двигатели внутреннего сгорания. В 3 кн. Кн. 2. Динамика и конструирование: Учебник для вузов /В.Н.Луканин, И.В.Алексеев, М.Г.Шатров и др.; Под ред. В.Н.Луканина и М.Г.Шатрова. – 3-е изд., перераб.– М.: Высшая школа, 2007. – 479 с.

10. Ордабаев Ерсін. Автомобиль және трактор моторының теориясы /Оқулық/. Алматы, Республикалық баспа, 1995 ж. 271 бет.

11. Алиев Б. Автомобиль двигательдері: - оқу құралы. Алматы: «Эверо» баспаханасы, 2005.-176 б.

12. Төлеуов Қ.Т. Іштен жанатын қозғалтқыштар. Жылутехникалық қондырғылар және іштен жанатын қозғалтқыштар пәні бойынша курстық жұмысты орындауға арналған әдісемелік нұсқаулар (1905-мамандықтың студенттері үшін). – Алматы: ҚазҰТУ, 2001, 1-52 бет.

 

---

Дата добавления: 2019-02-12; просмотров: 522; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!