Дәріс №7. Іштен жанатын піспекті қозғалтқыштардың циклдары.

Жұмыстық денеге жылулықты жеткізу тәсілдеріне байланысты барлық кездесетін жылулық қозғалтқыштарын екі топқа бөлуге болады – сырттан және іштен жанатын қозғалтқыштар.

Бірінші топқа жататындары, сондай жылулық қозғалтқыштар, жұмыстық денеге жылулықты жеткізу, яғни жылу процесі қозғалтқыштан бөлек жүргізіледі. Бұған мысал ретінде, булы қозғалтқыштар – булы машиналар және турбиналар. Бұл қозғалтқыштардың жұмыстық денесі су буы болып табылады да булы қазанды қондырғыдан алып, оны саптамамен (сопло) турбинаның жұмысшы доңғалағына немесе булы машинаның бу бөліп таратушы құрылғысына береді.

Екінші топқа жататындары мына жылулық қозғалтқыштар: оларға жылулықты, жұмыстық денесіне жеткізуді іске асыру - тікелей отынды қоспамен, қажетті санды мөлшердегі ауамен қозғалтқыштың ішінде жандырады. Отынның жанғыш бөліктерінің химиялық қоспалар нәтижесінде және ауаның оттегімен қосылып отынның жану өнімі – газды қоспаны құрайды да, ол іштен жанатын қозғалтқыштың жұмыстық денесі болады. Осы қозғалтқыштар типін кең ұғымда газ қозғалтқыш деп атайды, себебі оның отыны ретінде, қандай жанғыш болса да жарайды; қатты, сұйық, газ түріндегі.

Іштен жанатын қозғалтқыштардың (ШЖҚ) газ түріндегі отынмен жұмыс атқаруын тар мағынада айтады. Ондағы жанғыш газ белгілі пропорциялы ауамен араластырылады және осындай жанғыш қоспа, қозғалтқышқа кіреді де отын тұтанады, жанғыш өнім ұлғаяды да жұмыс атқарады.

Сұйық отын – бензин, спирт, керосин, диизельді отындар, мұнай – белгілі мөлшердегі ауамен тозаңды түрінде қозғалтқышқа енгізіледі де, осылардың нәтижелерінде жанғыш қоспа пайда болады.

Қатты отынды ІЖҚ-та тікелей тозаң түрінде жұмысшы кеңістікте пайдалану, әзірше қанағаттандырарлық нәтиже берген жоқ, себебі жанғыш заттарды ауамен жақсы араластыру мүмкіндігі жоқ және қозғалтқыштан, оның күлін алып кету де нәтижесіз болып отыр.

Піспекті іштен жанатын қозғалтқыштар .Халық шаруашылығының көп салаларында піспекті іштен жанатын қозғалтқыштарды кеңінен қолданады. Барлық қазіргі автомобильдер, тракторлар, кеме қозғалтқыштарының көп бөлігі аз және орташа қуатты, ал сол сияқты тұрақты қондырғылардың бірқатарының қозғалтқыштары, піспекті ІЖҚ. Бұл олардың артықшылығымен түсіндіріледі.:

1. үлкен қазандық қондырғыларының болмауы, ал олай болса, күш беруші қондырғыларды орналастыру үшін оның ғимараттары да үлкен көлемде болуы қажет;

2. жүргізуге, әр уақытта дайын болуы және жүктемені тез арада қабылдағыштығы, сонымен қатар, қозғалтқыштың жұмыссыз кезеңіндегі жанар майды аз пайдалануы;

3. суды аз пайдаланатындығы.

ІЖҚ-на мыналар жатады:

а) қатты отындарға қарағанда, сұйық және газ түріндегі отындардың қорының шекті көлемде болуы; қатты отындарды, көбінесе булы күш беруші қондырғыларда қолданады;

б) пайдаланылған газ жылулығын қолдану қиындығы;

в) инерцияның өте күшті болуынан иілмелі біліктің айналу жиілігінен қозғалушы бөлшектерінің үдемелі-қайтымды жүріс пайда болуынан, бір агрегаттан жоғары қуат алуға болмайтындығынан (қазір ІЖҚ-дың шекті қуаты 3500-4000кВт-тан артпайды).

Піспекті ІЖҚ-тың жұмыс принципінің жасалынуы былай өтеді: цилиндрдегі піспектің қозғалысына газ қысымының ықпалды әрекетінен, бұлғақ (шатун) арқылы, иілмелі білікке беріледі. Жұмысшы цилиндр және оның басында қақпақтары мен білте тұтандырушы орналастырылады, сұйықтың салқындатқышты қақпашасы бар немесе оның температура әсерінен қатты қызбас үшін қырлы ауалы салқындатқышы және қабырғаларының жұмысшы дененің қысымынан бүлінбеуі үшін жасалынады. Иілмелі біліктің, бірқалыпты айналуын қамтамасыз ету үшін және инерциялық күштерді кемітуге, сонымен қатар цилиндрдегі піспектің пайдасыз жүрісінің болмауынан іске асыру үшін, иілмелі біліктің артқы ілмегіне сермер (маховик) орналастырады, оны ең соңғы жағдайына шығарады, ал қозғалтқыш бірнеше цилиндрлі (2,4,6,8,12 цилиндрлі және одан да көп) болып жасалынады. Соңғы жағдайда цилиндрдің жұмысшы тәртібін сондай етіп таңдайды, мүмкіндігінше көршілес екі цилиндрлердің жұмыс атқаруы бірдей тактыда болмауы тиіс. Онда иілмелі білікке түсетін күш бірқалыпты болады және басқа цилиндрдегі піспектің жұмысшы жүрісі есебінен, кейбір цилиндрдегі піспектің пайдасыз жүрісін іске асыру мүмкіндігі туады. Піспекті ІЖҚ-қа жұмысшы денені кіргізу және шығарушы органдарын қақпақ түрінде орындалуы жиі кездеседі, олар қажетті уақытында рычагтың көмегімен ашылады, оны атқарушылар штанга мен итергіштерді соғумен қозғалысқа келтіреді.

ДӘРІС №8. Су буы.

Жылу энергетикалық және өндірістік қондырғыларда судың буын, жұмыстық дене ретінде кеңінен қолданады. Осы берілген тұрақты қысым кезіндегі, оның өзгеру диапазоны өте кең шегінде қазандық агрегатпен өндіреді. Тұрақты қысым кезіндегі PV-диаграммасымен будың пайда болу процесін қарастырамыз.

Кейбір қысымда (нүкте а₀), меншікті көлемі V₀, 0 ⁰C кезіндегі қайнамаған суға сәйкес. Егер суды қыздыру, осы қысым кезінде – оның температурасы ( -қанығу температурасы) дейін арттырса, ол судың қайнау (а нүктесі) жағдайына сәйкес келеді. Бұл жағдайдағы сұйықтың меншікті көлемі V дейін артады. Одан ары қарай, жылулықты арттырғанда су булану процесіне айналады. Себебі, будың көлемі көп есе артық, қайнаған сұйық көлеміне қарағанда, онда нүкте а – барлық сұйық түгелімен буға айналады да, оңға қарай сызығы бойынша орын ауысады, ал а¹¹ нүктесін құрғақ қаныққан бу деп атайды. Оның меншікті көлемін V¹¹ деп белгілеу қабылданған, а¹, а¹¹ аймағы ылғалды қаныққан буға жатады да, екі фазалы жүйені көрсетеді (бу - қайнаған су). Салыстырмалы құрамындағы ылғалды қаныққан будың, екі фазалы жүйесіндегі құрғақ будың массасын қаныққан будың құрғақтық дәрежесі деп атайды:

мұндағы -құрғақ будың массасы, - ылғалды будың массасы.

Құрғақтық дәрежесі мына қанығу шегінде өзгереді: . Қайнау жағдайындағы физикалық қасиеті бойынша және қаныққан құрғақ бу жағдайында қаныққан бу шегінде қосылады. Қаныққан бу дәрежесі болғанда ылғалды қаныққан бу деп аталады.

1-сурет. PV диаграммасында будың пайда болу процесі.

Мынаны атап өту қажет – қаныққан будың негізгі қасиеті деп аталуы сонда, кезінде, қаныққан будың температурасы өзгеріссіз болады да, барлық шегіндегі қаныққан будың (x=0 - ден x=1 – ге дейінгі) қанығу температурасына тең. Сонымен, қаныққан изобара шегі, изотермамен бірдей болады, яғни әрбір қысымға, қатаң түрде белгілі қанығу температурасы сәйкес келеді. Арнаулы кестемен құрылған қаныққан су буы үшін, қысымына (МПа) байланысты тәжірибе жолымен анықталған температуралар шамасы төменде келтірілген:

Осыдан көрсетілгендей қысымның артуымен қанығу температурасы да өседі.

Идеал газдарға қарағанда, қаныққан будың айырмашылығы, молекулалардың аралық күш әрекеттері өте үлкен. Идеалды газдарға қарағанда, қаныққан будың молекулаларының айырмашылығы - белгілі өлшемдерінде, молекулалардың жақындаған кезіндегі бір-біріне итеріле қашықтауы және молекулалардың едәуір аралық қашықтауы кезіндегі тартылыста болуы. Қайнаған сұйықтың булану процесіндегі жылулықтың жұмсалуы, көрсетілген өзара әрекетті күштерді жеңуге кетеді, ал идеалды газдарда, молекулаларының жылдамдық қозғалысын арттырады. кезінде булану процесінде температура тұрақты болуымен түсіндіріледі. Одан әрі қарай кезіндегі, құрғақ қаныққан буға жылулықты жеткізгенде, меншікті көлемнің ұлғаюына алып келеді. Бу бұл жағдайда қатты қызған бу деп аталады. Сонымен, қатты қызған бу – оның сол қысым кезіндегі температурасы қанығу температурасынан жоғары болады. Қатты қыздырылған будың меншікті көлемі мен температурасын V және t деп белгілейді. Қатты қыздырылған бу аймағының айырмашылығы, изобаралы қаныққан бу облысы, бір уақытта изотерма болмайды.