Порядок виконання роботи

При виконанні роботи необхідно строго дотримуватись правил техніки безпеки: не доторкатися до обертових і нагрітих елементів конструкції компресора.

1. Вивчити будову і принцип дії одноступінчастого поршневого компресора за допомогою лабораторної установки.

2. Розглянути теоретичну й індикаторну діаграми компресора, відзначити характерні точки, виділити процеси циклу.

3. Відповісти на контрольні питання.

Форма звіту

Лабораторна робота № 7

Дослідження роботи одноступінчатого компресора

Мета роботи …

Обладнання …

Схема одноступінчатого компресора.

Класифікація компресорів.

Теоретична діаграма компресора.

Індикаторна діаграма компресора.

Показники роботи компресора.

Висновки до лабораторної роботи.

Виконав(ла) _______________ Прийняв ________________

«___» _______________ 20 р. «___» _______________ 20 р.

Контрольні питання

1. Яка машина називається компресором?

2. Які області застосування компресора?

3. Дати опис одноступінчастого поршневого компресора.

4. Дати класифікацію компресорів.

5. Які основні характеристики компресорів?

6. Що являє собою теоретична діаграма одноступінчастого компресора і багатоступінчастого компресорів?

7. Які процеси можливі при стиску газу в компресорі?

8. Який процес стиску є найвигіднішим, а при якому процесі затрачається найбільша робота?

9. Чим відрізняється дійсна індикаторна діаграма від теоретичної?

10. В чому полягає відмінність компресорів від вентиляторів?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №8

Дослідження циклів двигунів внутрішнього згоряння (двз)

Мета роботи: Вивчити цикли двигунів внутрішнього згоряння (ДВЗ), ознайомитися з їхнім практичним застосуванням.

Прилади і приладдя: моделі й натурні зразки ДВЗ: карбюраторний чотиритактний, карбюраторний двотактний, дизельний чотиритактний; планшети, плакати.

Теоретична частина

Двигуни, в яких паливо згоряє всередині робочих циліндрів, називаються двигунами внутрішнього згоряння. По конструкції їх розділяють на поршневі й роторні. Поршневі ДВЗ можна кваліфікувати за наступними ознаками: по роду застосовуваного палива - двигуни, що працюють на рідкому й газовому паливі; по способу сумішоутворення - із зовнішнім (карбюраторні) і внутрішнім (дизелі) сумішоутворенням; по способу здійснення робочого циклу - чотиритактні й двотактні; по способу запалення робочої суміші - із самозапалюванням (від стиску) і з примусовим запаленням (від електричної іскри); по способу наповнення циліндра - двигуни без надува і з надувом; по числу циліндрів; по розташуванню циліндрів - однорядні з вертикальним і похилим (до 20...40°С) від вертикалі розташуванням осі циліндрів, двохрядні ( V - образні) з кутом між осями циліндрів 60, 75 і 90°; по способу охолодження - з рідинним і повітряним охолодженням. Існують і інші ознаки, по яких можна класифікувати двигуни.

Поршневий двигун внутрішнього згоряння складається з двох основних механізмів - кривошипо-шатунного і газорозподільного, і чотирьох систем - охолодження і живлення, мастильної, пуску; карбюраторні двигуни, крім того мають систему запалювання.

З роботою поршневого двигуна зв'язані наступні поняття.

Верхня мертва точка (ВМТ) - положення поршня при максимальному видаленні його від осі колінчатого вала.

Нижня мертва крапка (НМТ) - положення поршня при мінімальному видаленні його від осі колінчатого вала.

Радіус кривошипа - відстань від осі колінчатого вала до осі його шатунної шийки.

Хід поршня S - відстань між верхньою і нижньою мертвими точками. Хід поршня дорівнює подвоєному радіусу кривошипа.

Об'єм камери стиску V_c - об'єм циліндра між днищем поршня й кришкою (голівкою) циліндра, при знаходженні поршня у ВМТ.

Робочий об'єм циліндра V_р - об'єм між мертвими точками,

,

де D - діаметр циліндра.

Повний об'єм циліндра V_a - об'єм циліндра між днищем поршня й голівкою, при знаходженні поршня в НМТ

V_a = V_p + V_c.

Ступінь стиску ε - відношення повного об'єму циліндра до об'єму камери стиску

.

Ступінь стиску показує, у скільки разів зменшується об'єм робочої суміші або повітря в циліндрі при переміщенні поршня із НМТ у ВМТ. Для карбюраторних двигунів = 6...10, для дизелів = 14...21. Верхня межа для карбюраторних двигунів обумовлений детонаційною стійкістю палива, а для дизелів - навантаженнями на деталі двигуна.

Робочий цикл - сукупність процесів, що повторюються в циліндрі в такій послідовності: впуск свіжого заряду, стиск, розширення або робочий хід, випуск.

Такт - частина робочого циклу, тобто сукупність процесів, що проходять за один хід поршня. Робочий цикл поршневого двигуна може бути здійснений або за чотири, або за два ходи поршня (чотиритактний і двотактний двигуни).

Двигун складається з ряду механізмів і систем. У кривошипо - шатунний механізм входять наступні основні деталі: циліндр, голівка циліндра, поршень, шатун, колінчатий вал з маховиком і картер. Для своєчасного впуску в циліндр горючої суміші і своєчасного випуску газів, що відробили, служить газорозподільний механізм. Він складається із клапанів, штовхальників, розподільного вала і деталей приводу до розподільного вала.

Горюча суміш, що поступає до циліндру, попередньо виготовляється у спеціальному приладі - карбюраторі. За допомогою насоса паливо з паливного бака подається в карбюратор, а потім змішується в необхідній пропорції з повітрям. Приготовлена в карбюраторі горюча суміш через впускний трубопровід надходить у циліндр двигуна.

Карбюратор, бензонасос, паливний фільтр, паливний бак, впускний і випускний трубопроводи, повітряний фільтр становлять систему живлення.

Стиснена в циліндрі робоча суміш запалюється від електричної іскри. Прилади, що забезпечують одержання електричного струму низької напруги (акумуляторна батарея, генератор) і прилади, що перетворять струм низької напруги в свічі запалювання, що поміщена в циліндрі (розподільник), становлять систему запалювання двигуна.

Деталі двигуна - циліндр, голівка циліндра, поршень, клапани, що інтенсивно нагріваються при роботі двигуна, необхідно охолоджувати. Для відводу тепла від нагрітих деталей двигуна в атмосферу служить система охолодження. При водяному охолодженні в систему охолодження двигуна входять: водяна сорочка і голівка, радіатор, водяний насос, вентилятор, а при повітряному охолодженні - ребра на стінках циліндра й голівці, вентилятор.

Для забезпечення подачі масла до тертьових деталей з метою зменшення сили тертя між ними, а також часткового охолодження тертьових деталей служить система змащення, що складається з масляного резервуара, масляного насоса, каналів для подачі масла, масляних фільтрів.

Більшість автомобільних карбюраторних двигунів працює по 4- тактному циклу. Відповідно до процесу, що протікає в циліндрі при даному такті, кожний із чотирьох тактів носить особливу назву: такт впуску, такт стиску, такт згоряння і розширення, такт випуску. Розглянемо ці процеси на прикладі одноциліндрового двигуна за допомогою діаграми, яка показує залежності тиску Р у циліндрі від його змінного об'єму V, що відповідає різним положенням поршня. Діаграма, що дає уявлення про роботу газів у циліндрі за весь робочий цикл двигуна, називається індикаторною діаграмою. Індикаторна діаграма знімається на працюючому двигуні за допомогою спеціального приладу - індикатора тиску.

Перший такт - впуск. Поршень рухається від ВМТ до НМТ, створюючи в порожнині циліндра над поршнем розрядження. При цьому відкривається впускний клапан і порожнина циліндра з’єднується через впускний трубопровід з карбюратором. Під впливом різниці тисків горюча суміш із карбюратора надходить у циліндр. Тиск у циліндрі під час такту впуску залежить від ряду факторів: числа обертів колінчатого вала, опорів у впускному трубопроводі і клапанах, температури стінок циліндра та ін. і по величині коливається для різних двигунів від 0,07 до 0,095 МПа.

Температура суміші, що надійшла в циліндр, зростає приблизно до 80-130°С внаслідок зіткнення з нагрітими стінками циліндра і змішування з залишковими газами, що мають високу температуру.

На індикаторній діаграмі процес впуску зображений кривою ге, розташованою нижче лінії атмосферного тиску, відповідно до розрідження в циліндрі під час такту впуску.

Ступінь наповнення циліндра горючою сумішшю характеризується коефіцієнтом наповнення, що являє собою відношення об'єму горючої суміші, що надійшла в циліндр за один хід поршня, до робочого об'єму циліндра. Для сучасних двигунів коефіцієнт наповнення лежить у межах 0,75-0,85. Чим більше коефіцієнт наповнення, тобто чим більше горючої суміші надходить у циліндр, тим більше тепла виділиться при її згорянні, тим більшу потужність зможе розвити двигун.

Другий такт - стиск. По закінченні такту впуску при подальшому обертанні колінчатого вала поршень рухається від НМТ до ВМТ, стискаючи суміш, що надійшла в циліндр. На індикаторній діаграмі процес стиску зображений кривий ас. По мірі зменшення об'єму, тиск робочої суміші в циліндрі і її температурі підвищуються. Температура суміші наприкінці такту стиску сягає приблизно 300°С. Тиск наприкінці такту стиску залежить від ступеня стиску і коливається в межах 4-9 МПа. Ступінь стиску сучасних карбюраторних двигунів доходить до 6-10. При подальшому збільшенні ступеня стиску можливе виникнення детонації робочої суміші, а також самозапалювання пар палива в циліндрі.

Детонацією називають явище, яке вкрай шкідливо впливає на двигун. При ньому в результаті великої швидкості горіння робочої суміші тиск у циліндрі зростає майже миттєво, тобто горіння має вибуховий характер.

Третій такт - згоряння і розширення. Обидва клапани закриті. Стиснена робоча суміш біля ВМТ запалюється від електричної іскри. При горінні суміші виділяється велика кількість тепла, внаслідок чого температура і тиск газів, що утворяться в циліндрі, різко зростає. Під впливом тиску газів поршень рухається вниз і за допомогою шатуна обертає колінчатий вал. Так під час такту розширення гази виконують корисну роботу. Хід поршня, що відповідає такту розширення, називають робочим ходом.

Запалення робочої суміші відбувається в точці з, відрізок cz кривій відповідає процесу згоряння робочої суміші зі швидким одночасним наростанням тиску в циліндрі. Відрізок кривій zb показує, що в міру руху поршня до НМТ і відповідного збільшення об'єму, тиск газів падає.

Тиск газів на початку робочого ходу становить приблизно 6-8 МПа і до кінця робочого ходу, коли поршень досягає НМТ, знижується до 0,2-0,5 МПа. Температура газів усередині циліндра в момент спалаху досягає 1800-2000 °С.

Четвертий такт - випуск. Поршень рухається від НМТ до ВМТ і виштовхує гази, що відробили (продукти згоряння) через відкритий випускний клапан, випускний трубопровід і глушитель в атмосферу. На індикаторній діаграмі процес випуску зображений кривою br. Тиск у циліндрі в процесі випуску трохи вищий за атмосферний і становить приблизно 0,11-0,12 МПа. Температура газів, що відробили, до кінця випуску знижується до 700-800 °С.

Повністю видалити гази, що відробили, із циліндра під час такту не вдається, і при початку впуску свіжої суміші в циліндр у ньому залишається деяка кількість газів, що відробили, які називаються залишковими.

Під час робочого ходу швидкість обертання маховика більша, ніж під час трьох інших ходів, коли маховик продовжує обертатися по інерції.

Одноциліндрові двигуни на автомобілях, за рідкісними винятками, не встановлюють по наступних причинах: практично неможливо забезпечити достатню рівномірність роботи одноциліндрового двигуна; сили інерції зворотно-поступального руху частин такого двигуна не врівноважені і передаються на раму автомобіля; потужність, що може розвити одноциліндровий двигун, невелика. Для збільшення потужності необхідно збільшити розміри двигунів або збільшити число обертів колінчатого вала двигуна, що в обох випадках веде до різкого збільшення сил інерції зворотно-поступального руху поршня.

Найбільше поширення одержали чотирьох-, шести- і восьмициліндрові двигуни. Рідше застосовуються 12-циліндрові й в одиничних випадках - 16-циліндрові двигуни.