книги из ГПНТБ / Селиверстов В.М. Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин учебник
.pdfВ.М. СЕЛИВЕРСТОВ
ТЕПЛОСИЛОВОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ПОДЪІЕМНОТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
J m p '1*1
Ш-
В. М. СЕЛИВЕРСТОВ
ТЕПЛОСИЛОВОЕ
ОБОРУДОВАНИЕ ПОДЪЕМНО ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН
Допущено Управлением кадров
____ и учебных заведений МРФ
в качестве учебника для институтов
________водного транспорта________
МОСКВА «ТРАНСПОРТ»
1974
УДК 621.86:621.1.016
Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин.
С е л и в е р с т о в |
В. М. |
Изд-во «Транспорт», 1974 г., |
стр. 1—264. |
|
|
Настоящий учебник написан в соответствии с программой кур са «Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин», читаемого на факультетах механизации институтов водного транс порта.
Назначение книги — дать необходимые сведения по теорети ческим основам теплотехники, тепловым двигателям и компрес сорным установкам применительно к подъемно-транспортным ма шинам.
В первых трех частях книги излагаются теоретические осно вы теплотехники, включающие в себя техническую термодинамику, теорию теплообмена и основы теории процессов горения. В после дующих частях учебника рассматриваются прикладные вопросы теплотехники. Основное внимание здесь обращается на освещение принципов действия и конструкций двигателей внутреннего сго рания, компрессоров и вентиляторов подъемно-транспортных ма шин, применяемых на водном транспорте. Рассматриваются также вопросы выбора типа и конструкции теплосилового оборудования для различных перегрузочных машин.
Книга предназначена в качестве учебника для механизатор ских специальностей вузов водного транспорта, а также может быть использована студентами других, близких специальностей при заочном обучении. Рис. 147, табл. 11, библ. 8.
і
© Издательство «Транспорт», 1974 г.
ВВЕДЕНИЕ
Любая подъемно-транспортная машина (ПТМ) состоит из исполни тельного механизма и первичного двигателя, который непосредственно или с помощью передачи приводит в движение исполнительный меха низм (грузоподъемную лебедку, транспортер, компрессор, пневмопе регружатель и т. д.).
В качестве первичного двигателя ПТМ используют электрические, гидравлические и тепловые двигатели. В последних тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую ра
боту. К тепловым двигателям относятся паровые машины, |
паровые |
и газовые турбины, двигатели внутреннего сгорания (ДВС). |
|
Тепловой двигатель, являясь источником механической |
энергии, |
в значительной степени предопределяет экономичность и надежность подъемно-транспортной машины. Так, до недавнего времени на пор тальных, плавучих, железнодорожных и гусеничных кранах широко применялись паросиловые установки, основными элементами которых являются паровая машина и паровой котел. Вследствие низкой эконо мичности, больших веса и габаритов такие установки на вновь строя щихся кранах не применяются.
В настоящее время на подъемно-транспортных машинах в качестве первичного теплового двигателя главным образом используют различ ные типы ДВС: на автопогрузчиках и автомобильных кранах — кар бюраторные двигатели, на более крупных подъемно-транспортных ма шинах — дизельные установки.
Двигатели внутреннего сгорания имеют высокий коэффициент по лезного действия, могут применяться в установках любой производи тельности, надежны в работе.
Весьма часто на кранах первичным двигателем является дизельэлектрический привод. Дизель приводит во вращение генератор элек трического тока, который питает индивидуальные электродвигатели исполнительных механизмов крана. При этом упрощаются механиче ские передачи и облегчается управление краном.
3
К теплосиловому оборудованию подъемно-транспортных машин, помимо ДВС, относятся также компрессоры, воздуходувки и вентиля торы, получившие широкое применение в установках пневматического транспорта для перемещения сыпучих и кусковых материалов. Рабо чим телом в этих машинах являются газы, на сжатие и перемещение ко торых затрачивается механическая энергия.
Также относятся к теплосиловому оборудованию ПТМ установки кондиционирования воздуха, создающие и поддерживающие в каби нах кранов микроклимат заданной кондиции при различных пара метрах наружной среды и внутренних тепло- и влаговыделениях.
Учитывая важность физического понимания процессов, протекаю щих в тепловых двигателях, компрессорных установках и установках кондиционирования воздуха, в книге уделено сравнительно большое внимание теоретическим основам теплотехники, рассматриваются теп лофизические свойства рабочих тел и тепловые процессы, протекаю щие в различных машинах и установках.
Излагаются основы теории и рассматриваются конструкции ДВС, компрессоров и вентиляторов, установок кондиционирования воздуха подъемно-транспортных машин и пневматических установок, приме няемых на водном транспорте. Большое внимание уделяется вопросам выбора типа и конструкции теплосилового оборудования для различ ных перегрузочных машин. Рассматриваются характеристики машин и их регулирование.
ЧАСТЬ ПЕРВАЯ
ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА
Г л а в з б
ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНЫХ
ГАЗОВ
§ 1. Основные понятия и определения
Т е х н и ч е с к а я т е р м о д и н а м и к а рассматривает про цессы взаимного преобразования тепловой энергии в механическую работу. Поскольку такого рода превращения происходят в тепловых двигателях, техническая термодинамика является теоретической ба зой, необходимой для понимания, изучения и расчетов тепловых дви гателей.
Преобразуется тепловая энергия в механическую с помощью газо
йли парообразного |
тела, называемого р а б о ч и м , или те р мо д и - |
н а м и ч е с к и м |
т е л о м . Использование в качестве рабочих газо |
парообразных тел объясняется большими изменениями их объема по сравнению с жидкими и твердыми телами при взаимодействии с окру
жающей средой в процессе подвода или отвода тепла. |
Рабочие тела |
и являются объектом изучения термодинамики. |
|
Состояние рабочего тела характеризуется большим |
числом тер |
модинамических параметров. Наиболее простыми из них и достаточно полно характеризующими физическое состояние тела являются д а в л е н и е , т е м п е р а т у р а к у д е л ь н ы й о б ъ е м , называемые т е р м и ч е с к и м и п а р а м е т р а м и .
Рабочие тела могут находиться в равновесном или в неравновесном
состоянии. |
|
|
|
|
Р а в н о в е с н ы м |
называется такое |
состояние, когда во всех |
||
точках рабочего |
тела |
в данный |
момент |
времени термические пара |
метры одинаковы, |
но отличаются |
от параметров окружающей среды. |
Такое состояние можно получить, если полностью изолировать ра бочее тело от механического и теплового воздействия окружающей сре ды. В данном случае у рабочего тела по всей массе будут одинаковые температура и давление.
Если параметры состояния имеют неодинаковое значение в различ ных частях рабочего тела, то такое состояние называется н е р а в н о в е с н ы м . Указанными параметрами неравновесное состояние рабо чего тела не может быть охарактеризовано, поскольку они имеют раз-
5
личное значение в разных частях рабочего тела, а методы их осредне ния неизвестны.
При одинаковых параметрах рабочего тела и окружающей среды
наступает так называемое т е р м о д и н а м и ч е с к о е р |
а в н о в е |
с и е . Состояние рабочего тела в этом случае определяется |
заданными |
параметрами окружающей среды — давлением и температурой. При нарушении термодинамического равновесия (изменении параметров окружающей среды) окружающая среда начинает воздействовать на рабочее тело, в результате чего происходит процесс изменения состоя ния его. За изменением состояния рабочего тела можно следить по изменению его параметров. Процесс изменения состояния рабочего тела называется т е р м о д и н а м и ч е с к и м п р о ц е с с о м . Протекающие под механическим или тепловым воздействием окружа ющей среды термодинамические процессы нарушают равновесие рабочего тела, оцениваемого соответственно по давлению и темпера туре.
В зависимости от характера изменения параметров рабочего тела при изменении тех же параметров окружающей среды термодинами ческие процессы бывают равновесные и неравновесные. При н е р а в н о в е с н о м п р о ц е с с е параметры рабочего тела по всему его объему неодинаковы. Это наблюдается при конечной разности давле ний или температур между рабочим телом и окружающей средой. Про иллюстрируем сказанное следующим примером. В теплоизолирован ном цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится некоторое количество газа. Допустим, что в первоначальный момент времени он находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой, имеющей давление р. Если нагружать поршень грузом массой М, нач нется процесс сжатия газа при давлении р '. В результате воздействия на газ конечной разности давлений р' — р поршень опустится на рас стояние h. Во время сжатия и сразу же по его окончании давление по
всей массе газа будет неодинаковым: в верхних слоях несколько боль ше, чем в нижних. Это объясняется неравномерным распределением давлений по всему объему газа во время перемещения поршня с гру зом, так как он движется с конечной скоростью, а также возникнове нием вихревого движения газа в цилиндре. Данный процесс будет не равновесным.
Чтобы рассмотренный процесс стал р а в н о в е с н ы м , разность давлений между внешней средой р' и рабочим телом р нужно прибли зить к нулю: р' — р -> 0. Для этого поршень будем нагружать до мас сы М постепенно грузиками весьма малой массы т. При наложении на поршень одного грузика массой т он будет двигаться с малой ско
ростью. Неравномерность давлений по объему газа в данном случае будет незначительной. Когда сумма масс грузиков станет равной мас се М, поршень как и в неравновесном процессе, переместится на ту же величину h и сожмет газ до требуемого давления.
Если принять число грузиков, накладываемых на поршень, беско нечно большим, а их массу — бесконечно малой, процесс изменения состояния рабочего тела можно рассматривать как непрерывный ряд
6