Читать онлайн «Большая энциклопедия техники». Страница 211

Дизель

Дизель – поршневой двигатель внутреннего сгорания, в котором воспламенение топлива происходит в результате процесса сжатия.

В рабочем цикле четырехтактного дизеля различают:

  1) процесс впуска, во время которого при открытом впускном клапане происходит перемещение поршня из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее положение, а затем обратно в крайнее верхнее положение, далее происходит закрытие впускного клапана, при этом горючая смесь поступает в цилиндр, где она смешивается с газами, оставшимися от предыдущего цикла;

  2) процесс сжатия; сжатие воздуха в цилиндре начинается после закрытия впускного клапана, а заканчивается после поступления топлива в камеру сгорания;

  3) процесс сгорания; данный этап начинается после поступления топлива в цилиндр, но, в отличие от карбюраторного двигателя, где воспламенение топлива происходит при участии электрической искры, в дизеле воспламенение является результатом процесса сжатия;

  4) процесс расширения; данный этап наступает сразу же после процесса сгорания и характеризуется тем, что расширяющиеся газы совершают полезную работу, отдавая тепловую энергию стенкам цилиндра, завершается данный этап во время, когда начинает открываться выпускной клапан;

  5) процесс выпуска; данный этап осуществляется при открытом выпускном клапане.

Дизели нашли широкое применение. Они используются на дизельных электростанциях, грузовых автомобилях, сельскохозяйственной технике, тепловозах, судах.

Дизели относятся к наиболее экономичным тепловым двигателям. Удельный расход топлива лучших дизелей составляет около 190 г/(кВт × ч), а для большинства типов не превышает 270 г / (кВт × ч) на номинальной мощности. Такие расходы топлива соответствуют КПД 31—44% (КПД карбюраторных двигателей внутреннего сгорания обычно 25—30%).

Частота вращения вала дизеля обычно 100—3000 об/мин и лишь в отдельных случаях достигает 4000—4500 об/мин. Увеличение частоты вращения дизеля ограничивается только временем, которое необходимо для смесеобразования и сгорания топлива. В дизелях не возникает детонационного взрыва, поэтому диаметры цилиндров практически не ограничены. Так, в судовых дизелях диаметры цилиндров достигают 1 м, мощность в одном агрегате превышает 30 000 кВт (40 000 л. с.). Срок службы дизеля от 5 до 80 тыс. ч. Удельная масса на единицу мощности у дизеля от 3 до 80 кг/кВт (от 2 до 60 кг/л. с.).

Конструкции дизелей различают по камерам сгорания. За счет большого числа струй в дизелях с неразделенной камерой в процессе смесеобразования топливо равномерно распределяется по камере сгорания. В вихрекамерных дизелях поток воздуха закручивается при вытеснении его в вихревую камеру в процессе сжатия, а в этот момент топливо впрыскивается в быстро вращающийся вихрь. В вихрекамерных дизелях смесеобразование осуществляется вследствие поступления воздуха и топлива из предкамеры в основную камеру. Оно вызывается начавшимся сгоранием и повышением давления в предкамере. Пленочное смесеобразование характерно для конструкции «камера в поршне», когда топливо подается на стенку камеры, а его пары захватываются вихрем воздуха и хорошо перемешиваются.

Конструкции дизелей многообразны. На маневровых тепловозах и судах применяют V-образные 12-цилиндровые дизели с водяным охлаждением и газотурбинным наддувом. В качестве основных тепловозных двигателей используются дизели с прямоточной продувкой. Наибольших размеров достигают тихоходные судовые дизели (например, 2тактный рядный с клапанно-щелевой продувкой, имеющий диаметр цилиндра 840 мм, ход поршня 1800 мм, массу 885 т, высоту 12,1 м). Судовые дизели часто делают крейцкопфного типа (см. «Крейцкопфный двигатель»). Реже применяют W-образные и Х-образные дизели, у которых вместо 2 блоков цилиндров, как у V-образного, имеются 3 или 4 блока, а также дизели звездообразные с расположением цилиндров лучами и даже многозвездные (блоки звезд) до 42 цилиндров.

Область применения дизелей чрезвычайно обширна. Самые большие объемы применения приходятся на тракторостроение. Ежегодно возрастает применение дизелей в автомобилестроении. Около 50% локомотивов железнодорожного транспорта составляют тепловозы, локомотивы с дизелями. В речном флоте теплоходы с дизелями и дизель-электроходы практически вытеснили пароходы. Дизелями оборудуют самоходную военную технику (танки и ракетные установки). Дизели широко применяют в качестве передвижных и стационарных энергетических установок в районах, удаленных от линий электропередачи (см. «Дизельная электростанция»). Усовершенствование дизелей происходит путем повышения удельной мощности, частоты вращения, надежности и долговечности, расширения ассортимента применяемых видов топлива и получения многотопливных двигателей.

Змеевик – элемент теплообменного аппарата поверхностного типа; часто представляет собой трубу, изогнутую зигзагообразно или в виде спирали. Очень часто используется в паровых котлах, холодильных машинах, аппаратах для перегонки жидкостей и в других установках. В бытовых условиях часто называется «полотенцесушитель».

Теплообменные устройства представляют собой аппараты, осуществляющие обмен теплом между греющей средой и средой обогреваемой. Передача тепла от одного теплоносителя к другому является необходимым процессом во многих промышленных отраслях. Процессы, имеющие место в теплообменных устройствах, представлены различными вариантами. Это могут быть нагрев, кипение, конденсация, охлаждение, испарение, затвердевание, плавление и ряд других процессов.

Согласно современной классификации, теплообменные устройства различаются:

  1) по принципу действия:

а) поверхностные;

б) смесительные;

  2) по назначению:

а) охладители;

б) подогреватели;

в) конденсаторы;

г) испарители.

В теплообменных устройствах поверхностного типа носители тепла расположены между стенками, принимающими участие в процессе теплообмена.

Теплообменные устройства поверхностного типа могут быть:

  1) рекуперативного действия, т. е. в них теплота передается через стенку, разделяющую рабочие среды, причем эта стенка имеет поверхность охлаждения и поверхность нагрева;

  2) регенеративного действия, т. е. у них одна рабочая поверхность, которую омывают рабочие среды. В смесительных типах теплообменных устройств передача тепловой энергии осуществляется при смешении рабочих сред.

Золотник – направляющий подвижный элемент системы управления тепловым или механическим процессом. Золотник направляет поток газа или рабочей жидкости в нужный канал посредством смещения относительно окон в поверхности, по которой он скользит. Золотники применяются в поршневых паровых машинах, где с их помощью осуществляется парораспределение; в системах регулирования паровых турбин; пневматических механизмах; системах гидроавтоматики и в других установках. Различают три типа золотников: коробчатый, цилиндрический и крановый.

Коробчатый золотник представляет собой перевернутую коробку, попеременно перемещаемую золотниковой тягой вправо и влево по золотниковому зеркалу с прямоугольными окнами. В зависимости от положения золотника окна сообщаются или с замкнутым окружающим золотником и заполненным рабочим телом, или с полостью, соединенной с атмосферой или конденсатором. Недостатком такого золотника является неуравновешенность, вследствие которой рабочее тело сильно прижимает его к зеркалу, что вызывает износ трущихся поверхностей и требует значительных усилий для передвижения золотника.

Цилиндрический золотник по принципу действия аналогичен коробчатому, но в отличие от коробчатого является полностью уравновешенным. Такой золотник обычно имеет два поршня на общем штоке, перемещающихся в снабженной окнами втулке. В системах гидравлического регулирования высокой точности цилиндрическому золотнику иногда сообщают непрерывное вращательное движение вокруг оси или колебательное вдоль оси с целью повысить чувствительность системы путем замены трения покоя трением движения.

Крановый золотник, по существу, представляет собой коробчатый золотник, но согнутый вокруг оси, которая перпендикулярна направлению его движения, и вставленный в цилиндрическую втулку с двумя окнами. Качаясь вокруг неподвижной оси, золотник сообщает или разобщает окна с камерами.

Золотником также называют воздушный невозвратный клапан автомобильной шины.

Инерционный двигатель – энергосиловая машина, принцип действия которой основан на использовании энергии, аккумулированной большим маховиком. Свое основное применение инерционный двигатель нашел в приводах различных машин, транспортных средств и в других устройствах. Последнее время инерционный двигатель очень часто применяется в детских игрушках.