Соч двигатель


Сочинение: Двигатели внутреннего сгорания

Средняя общеобразовательная школа № 6

Исследовательская работа

на тему:

«Двигатели внутреннего сгорания»

Выполнил:

ученик 8 класса

МОУ СОШ № 6

Важов Евгений

Руководитель:

Рабцевич И. С.

Оглавление.

1. Введение (цели, задачи, актуальность)

2. Теоретическая часть.

2.1 История открытия.

2.2 Устройство и разновидности двигателей внутреннего сгорания.

3. Вывод.

4. Список литературы.

Введение

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию.

Цели, задачи.

Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть принцип работы двигателей внутреннего сгорания.

Актуальность.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

История создания и развития.

Двигатель внутреннего сгорания(двс) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Создали двигатель внутреннего сгорания в середине19века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническое достижение – индукционная катушка получения электрической искры.

Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822-1900) в 1860 г. КПД этого двигателя составляло всего 3,3%. В 1876 немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1815-1891) построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования - парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Рудольф Дизель(1858-1913) получил патент на двигатель, названный впоследствии его именем. Он, работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д.в.с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с.Несмотря на явныепреимущества двигателя внутреннего сгорания,до конца 19 векапаровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к1899г. механических экипажей40%составлял «паромобили»,38%-«электромобили» и лишь22%-«бензиномобили».

Разновидности и строение двигателей внутреннего сгорания.

По методу осуществления газообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Первый такт – впуск. Второй такт – сжатие. Третий такт – рабочий ход. Четвертый такт – выпуск.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателя внутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т. к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20%-35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы.

По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способны развивать большую мощность. Кроме того, КПДдизелей достигает35-40 %, что заметно выше, чемКПДкарбюраторных двигателей:25-30 %.

В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигательГАЗ-21"Волга". Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность55 кВт (75 л.с.)при4000 об/мин

По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.

Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.

По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40оС).

Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров.

Основным преимуществом Двигателей внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигателями внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).

Основные составные ДВС.

Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей.

Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока - генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В то время, когда Двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.

Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Ход поршня S - путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.

Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равна нулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертвая точка – н.м.т.

Рабочий объем цилиндра Vр- объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т. до н.м.т.

Литраж – рабочий объем всех цилиндров двигателя.

Объем камеры сгорания Vc- объем, образующийся над поршнем, когда последний находится в в.м.т.

Полный объем цилиндра Vп- это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания.

Индикаторная мощность – мощность, развиваемая расширяющимися газами при сгорании топлива в цилиндрах двигателя (без учета потерь).

Эффективная мощность – мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 – 15% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение его вспомогательных механизмов и приборов.

Литровой мощностью называется эффективная наибольшая мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража) цилиндрического двигателя.

Принцип работы ДВС.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Первый такт – впуск. При движении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объема в цилиндре создается разрежение, под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь.

Второй такт – сжатие. Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси. Смесь сжимается, температура смеси в конце сжатия составляет200-400°C.

Третий такт – рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает (за0,001 – 0,002с). При этом происходит выделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нем определенный крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Четвертый такт – выпуск. После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.

Из рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе, и часть ее отдает на совершение вспомогательных тактов.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного.

Сжатие— первый такт. При движении поршня вверх он перекрывает продувочное 1 и выпускное 3 окна и сжи­мает ранее поступившую в цилиндр топливовоздушную смесь. Одновременно с этим в кривошипной камере 6 создается разрежение, и в нее через открывшееся впуск­ное окно 5 поступает свежий заряд топливовоздушной смеси, приготовленной в карбюраторе 4.

Рабочий ход, выпуск и впуск— второй такт. Когда поршень, идущий вверх, не доходит до в. м. т. на 25... 27° (по углу поворота коленчатого вала), в свече 2 проскакивает искра, которая воспламеняет топливо. Горение топлива продолжается до прихода поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкают поршень вниз и тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушная смесь, находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.

В конце рабочего хода поршень вначале открывает выпускное окно 3, через которое выходят отработавшие газы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в), через которое из кривошипной камеры в цилиндр поступает свежий заряд топливовоздушной смеси. В дальнейшем все эти процессы повторяются в такой же последовательности.

Вывод.

В этой исследовательской работе я изучил историю создания и развития, строение, разновидности и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.

В дальнейшем , используя теоретические знания, создать работающую модель двигателя внутреннего сгорания.

Список литературы.

1. К.С. Шестопалов Устройство, техническое обслуживание легкового автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990.

2. Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва.. 1957.

3. Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.

4. Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002.

5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2 cd).

6. Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.

superbotanik.net

Сочинение: Двигатели внутреннего сгорания

Оглавление.

1. Введение (цели, задачи, актуальность)

2. Теоретическая часть.

2.1 История открытия.

2.2 Устройство и разновидности двигателей внутреннего сгорания.

Возможно вы искали - Курсовая работа: Двигатели внутреннего сгорания и базовые тягачи

3. Вывод.

4. Список литературы.

Введение

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию.

Цели, задачи.

Похожий материал - Реферат: Двигатель

Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть принцип работы двигателей внутреннего сгорания.

Актуальность.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

История создания и развития.

Очень интересно - Контрольная работа: Двигатель автомобиля ВАЗ-2106

Двигатель внутреннего сгорания(двс) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническое достижение – индукционная катушка получения электрической искры.

Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822-1900) в 1860 г. КПД этого двигателя составляло всего 3,3%. В 1876 немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1815-1891) построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования - парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Рудольф Дизель(1858-1913) получил патент на двигатель, названный впоследствии его именем. Он, работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д.в.с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с.Несмотря на явныепреимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к 1899г . механических экипажей 40% составлял «паромобили», 38% -«электромобили» и лишь 22% -«бензиномобили».

Разновидности и строение двигателей внутреннего сгорания.

Вам будет интересно - Реферат: Движение в сложных погодных условиях

По методу осуществления газообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Первый такт – впуск. Второй такт – сжатие. Третий такт – рабочий ход. Четвертый такт – выпуск.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателя внутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т. к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20%-35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы.

По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способны развивать большую мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 % , что заметно выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.

В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга" . Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об/мин

Похожий материал - Реферат: Движение по автомагистралям и дорогам для автомобмлей

По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.

Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.

По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40о С).

Если вы ищите где найти или скачать Сочинение: Двигатели внутреннего сгорания, то Вам точно к нам!

cwetochki.ru

Реферат: Сочинение: Двигатели внутреннего сгорания

Средняя общеобразовательная школа № 6

Исследовательская работа

на тему:

«Двигатели внутреннего сгорания»

Выполнил:

ученик 8 класса

МОУ СОШ № 6

Важов Евгений

Руководитель:

Рабцевич И. С.

Оглавление.

1. Введение (цели, задачи, актуальность)

2. Теоретическая часть.

   2.1 История открытия.

   2.2 Устройство и разновидности двигателей внутреннего сгорания.

3. Вывод.

4. Список литературы.

Введение

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию.

Цели, задачи.

Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить  строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть  принцип работы двигателей внутреннего сгорания.

Актуальность.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

История создания и развития.

Двигатель внутреннего сгорания (двс) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническое достижение – индукционная катушка получения электрической искры.

Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822-1900) в 1860 г. КПД этого двигателя составляло всего 3,3%. В 1876 немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1815-1891) построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования - парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Рудольф Дизель(1858-1913) получил патент на двигатель, названный впоследствии его именем. Он, работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д.в.с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с.Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял «паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили».

Разновидности и строение двигателей внутреннего сгорания.

По методу осуществления газообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя  совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Первый такт – впуск. Второй такт – сжатие. Третий такт – рабочий ход. Четвертый такт – выпуск.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателя внутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т. к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20%-35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы.

По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способны развивать большую мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 %, что заметно выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.

В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об/мин 

По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.

Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.

По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

 Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40оС).

Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров.

Основным преимуществом Двигателей внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигателями внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).

Основные составные ДВС.

Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения.   Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей.

Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока - генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В то время, когда Двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.

Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

 Ход поршня S - путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.

Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равна нулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертвая точка – н.м.т.

Рабочий объем цилиндра Vр - объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т. до н.м.т.

Литраж – рабочий объем всех цилиндров двигателя.

Объем камеры сгорания Vc - объем, образующийся над поршнем, когда последний находится в в.м.т.

Полный объем цилиндра Vп - это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания.

Индикаторная мощность – мощность, развиваемая расширяющимися газами при сгорании топлива в цилиндрах двигателя (без учета потерь).

Эффективная мощность – мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 – 15% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение его вспомогательных механизмов и приборов.

Литровой мощностью называется эффективная наибольшая мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража) цилиндрического двигателя.

Принцип работы ДВС.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя  совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Первый такт – впуск. При движении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объема в цилиндре создается разрежение, под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь.

Второй такт – сжатие. Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси. Смесь сжимается, температура смеси в конце сжатия составляет 200-400°C.

Третий такт – рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает (за 0,001 – 0,002 с). При этом происходит выделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нем определенный крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Четвертый такт – выпуск. После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.

Из рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе, и часть ее отдает на совершение вспомогательных тактов.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного.

Сжатие — первый такт. При движении поршня вверх он перекрывает продувочное 1 и выпускное 3 окна и сжи­мает ранее поступившую в цилиндр топливовоздушную смесь. Одновременно с этим в кривошипной камере 6 создается разрежение, и в нее через открывшееся впуск­ное окно 5 поступает свежий заряд топливовоздушной смеси, приготовленной в карбюраторе 4.

Рабочий ход, выпуск и впуск — второй такт. Когда поршень, идущий вверх, не доходит до в. м. т. на 25... 27° (по углу поворота коленчатого вала), в свече 2 проскакивает искра, которая воспламеняет топливо. Горение топлива продолжается до прихода поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкают поршень вниз и тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушная смесь, находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.

В конце рабочего хода поршень вначале открывает выпускное окно 3, через которое выходят отработавшие газы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в), через которое из кривошипной камеры в цилиндр поступает свежий заряд топливовоздушной смеси. В дальнейшем все эти процессы повторяются в такой же последовательности.

Вывод.

В этой исследовательской работе я изучил историю создания и развития, строение, разновидности и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.

В дальнейшем , используя теоретические знания, создать работающую модель двигателя внутреннего сгорания.

Список литературы.

1.                К.С. Шестопалов  Устройство, техническое обслуживание  легкового автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990.

2.                Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва.. 1957.

3.                Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.

4.                Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002.

5.                Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001  (2 cd).

6.                Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.

www.neuch.ru

Сочинение- Двигатели внутреннего сгорания

Работа добавлена на сайт samzan.ru: 2016-03-30

Средняя общеобразовательная школа № 6

Исследовательская работа

на тему:

«Двигатели внутреннего сгорания»

Выполнил:

ученик 8 класса

МОУ СОШ № 6

Важов Евгений

Руководитель:

Рабцевич И. С.

Оглавление.

1. Введение (цели, задачи, актуальность)

. Теоретическая часть.

.1 История открытия.

.2 Устройство и разновидности двигателей внутреннего сгорания.

3. Вывод.

4. Список литературы. 

Введение

Внутренней энергией обладают все тела –земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию.

Цели, задачи.

Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить  строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть  принцип работы двигателей внутреннего сгорания.

Актуальность.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества. 

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

История создания и развития.

Двигатель внутреннего сгорания (двс) –тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническое достижение –индукционная катушка получения электрической искры.

Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822-1900) в 1860 г. КПД этого двигателя составляло всего 3,3%. В 1876 немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1815-1891) построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования - парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Рудольф Дизель(1858-1913) получил патент на двигатель, названный впоследствии его именем. Он, работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д.в.с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с.Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял «паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили».

Разновидности и строение двигателей внутреннего сгорания.

По методу осуществления газообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя  совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Первый такт –впуск. Второй такт –сжатие. Третий такт –рабочий ход. Четвертый такт –выпуск.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателя внутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т. к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20%-35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы.

По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способны развивать большую мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 %, что заметно выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.

В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об/мин  

По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением. 

Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.

По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

 Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40оС).

Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров.

Основным преимуществом Двигателей внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигателями внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).

Основные составные ДВС.

Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения.   Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей.

Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока - генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В то время, когда Двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.

Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске. 

Такт –это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Ход поршня S - путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой. 

Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равна нулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертвая точка –н.м.т.

Рабочий объем цилиндра Vр - объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т. до н.м.т.

Литраж –рабочий объем всех цилиндров двигателя.

Объем камеры сгорания Vc - объем, образующийся над поршнем, когда последний находится в в.м.т.

Полный объем цилиндра Vп - это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания.

Индикаторная мощность –мощность, развиваемая расширяющимися газами при сгорании топлива в цилиндрах двигателя (без учета потерь).

Эффективная мощность –мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 –% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение его вспомогательных механизмов и приборов.

Литровой мощностью называется эффективная наибольшая мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража) цилиндрического двигателя.

Принцип работы ДВС.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя  совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Первый такт –впуск. При движении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объема в цилиндре создается разрежение, под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь. 

Второй такт –сжатие. Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси. Смесь сжимается, температура смеси в конце сжатия составляет 200-400°C.

Третий такт –рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает (за 0,001 –,002 с). При этом происходит выделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нем определенный крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Четвертый такт –выпуск. После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.

Из рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе, и часть ее отдает на совершение вспомогательных тактов.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного.

Сжатие —первый такт. При движении поршня вверх он перекрывает продувочное 1 и выпускное 3 окна и сжимает ранее поступившую в цилиндр топливовоздушную смесь. Одновременно с этим в кривошипной камере 6 создается разрежение, и в нее через открывшееся впускное окно 5 поступает свежий заряд топливовоздушной смеси, приготовленной в карбюраторе 4.

Рабочий ход, выпуск и впуск — второй такт. Когда поршень, идущий вверх, не доходит до в. м. т. на 25... 27° (по углу поворота коленчатого вала), в свече 2 проскакивает искра, которая воспламеняет топливо. Горение топлива продолжается до прихода поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкают поршень вниз и тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушная смесь, находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.

В конце рабочего хода поршень вначале открывает выпускное окно 3, через которое выходят отработавшие газы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в), через которое из кривошипной камеры в цилиндр поступает свежий заряд топливовоздушной смеси. В дальнейшем все эти процессы повторяются в такой же последовательности.

Вывод.

В этой исследовательской работе я изучил историю создания и развития, строение, разновидности и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.

В дальнейшем , используя теоретические знания, создать работающую модель двигателя внутреннего сгорания.

Список литературы.

  1.  К.С. Шестопалов  Устройство, техническое обслуживание  легкового автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990.
  2.  Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва.. 1957.
  3.  Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.
  4.  Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002.
  5.  Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001  (2 cd).
  6.  Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.

samzan.ru

Двигатели внутреннего сгорания (работа 6)

Средняя общеобразовательная школа № 6

Исследовательская работа

на тему:

«Двигатели внутреннего сгорания»

Выполнил:

ученик 8 класса

МОУ СОШ № 6

Важов Евгений

Руководитель:

Рабцевич И. С.

Оглавление.

1. Введение (цели, задачи, актуальность)

2. Теоретическая часть.

2.1 История открытия.

2.2 Устройство и разновидности двигателей внутреннего сгорания.

3. Вывод.

4. Список литературы.

Введение

Внутренней энергией обладают все тела – земля, камни, облака. Однако извлечь их внутреннюю энергию довольно трудно, а порой и невозможно. Наиболее легко на нужды человека может быть использована внутренняя энергия лишь некоторых, образно говоря, "горючих" и "горячих" тел. К ним относятся: нефть, уголь, горячие источники вблизи вулканов, теплые морские течения и т.п. Рассмотрим один из примеров использования превращения внутренней энергии названных тел в механическую энергию.

Цели, задачи.

Я поставил перед собой задачу изучить историю создания и развитие двигателей внутреннего сгорания. Подробнее изучить строение и разновидности двигателей внутреннего сгорания. Рассмотреть принцип работы двигателей внутреннего сгорания.

Актуальность.

Актуальность данной темы заключается в том, что двигатели внутреннего сгорания играют важную роль в жизни человечества.

Применение двигателей внутреннего сгорания чрезвычайно разнообразно: они приводят в движение самолеты, теплоходы, автомобили, тракторы, тепловозы. Мощные двигатели внутреннего сгорания устанавливают на речных и морских судах. Несмотря на то, что двигатели внутреннего сгорания являются весьма несовершенным типом тепловых машин (низкий КПД, громкий шум, токсичные выбросы, меньший ресурс) благодаря своей автономности (необходимое топливо содержит гораздо больше энергии, чем лучшие электрические аккумуляторы) двигатели внутреннего сгорания очень широко распространены, например на транспорте.

История создания и развития.

Двигатель внутреннего сгорания (двс) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего в рабочей полости, преобразуется в механическую работу.

Создали двигатель внутреннего сгорания в середине 19 века, когда на транспорте безраздельно царствовала паровая машина. В то время для освещения улиц стали применять светильный газ. Свойство нового топлива натолкнула изобретателей на мысль, что поршень в цилиндре может перемещать не пар, а газовая смесь. На вопрос о том, как воспламенить эту смесь помогло ответить ещё одно техническое достижение – индукционная катушка получения электрической искры.

Первый практически пригодный газовый Д. в. с. был сконструирован французским механиком Этьеном Ленуаром (1822-1900) в 1860 г. КПД этого двигателя составляло всего 3,3%. В 1876 немецкий изобретатель Николаус Август Отто (1815-1891) построил более совершенный 4-тактный газовый Д. в. с. По сравнению с паромашинной установкой Д. в. с. принципиально более прост, т. к. устранено одно звено энергетического преобразования - парокотельный агрегат. Это усовершенствование обусловило большую компактность Д. в. с., меньшую массу на единицу мощности, более высокую экономичность, но для него потребовалось топливо лучшего качества (газ, нефть).

В 1880-х гг. О. С. Костович в России построил первый бензиновый карбюраторный двигатель. В 1897 немецкий инженер Рудольф Дизель(1858-1913) получил патент на двигатель, названный впоследствии его именем. Он, работая над повышением эффективности Д. в. с., предложил двигатель с воспламенением от сжатия. Усовершенствование этого Д.в.с. на заводе Л. Нобеля в Петербурге (ныне "Русский дизель") в 1898-99 позволило применить в качестве топлива нефть. В результате этого Д. в. с. становится наиболее экономичным стационарным тепловым двигателем. В 1901 в США был разработан первый трактор с Д. в. с. Дальнейшее развитие автомобильных Д. в. с. позволило братьям О. и У. Райт построить первый самолёт с Д. в. с.Несмотря на явные преимущества двигателя внутреннего сгорания, до конца 19 века паровые и электрические считались более перспективными, чем газовые и бензиновые. В США, например, из выпущенных к 1899г. механических экипажей 40% составлял «паромобили», 38%-«электромобили» и лишь 22%-«бензиномобили».

Разновидности и строение двигателей внутреннего сгорания.

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

По методу осуществления газообмена ДВС подразделяются на двухтактные и четырёхтактные. Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала. Первый такт – впуск. Второй такт – сжатие. Третий такт – рабочий ход. Четвертый такт – выпуск.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного Двигателя внутреннего сгорания. При равных условиях двухтактный двигатель должен быть в два раза более мощным, чем четырёхтактный, т. к. рабочий ход в двухтактном двигателе происходит в два раза чаще, однако на практике мощность двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания часто не только не превышает мощность четырёхтактного с тем же диаметром цилиндра и ходом поршня, но оказывается даже ниже. Это обусловлено тем, что значительную часть хода (20%-35%) поршень совершает при открытых клапанах, когда давление в цилиндре невелико и двигатель практически не производит работы.

По типу и способу воспламенения горючей смеси различают дизельные и карбюраторные двигатели. Дизельные двигатели работают на воспламенении топлива в воздушной среде. Горючая смесь воспламеняется за счет повышения температуры воздуха при сжатии в цилиндрах и распыления топлива форсунками. Дизели также способны развивать большую мощность. Кроме того, КПД дизелей достигает 35-40 %, что заметно выше, чем КПД карбюраторных двигателей: 25-30 %.

В карбюраторных двигателях горючую смесь приготавливают в карбюраторе и воспламеняют ее в цилиндрах электрической искрой. Примером карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания может служить двигатель ГАЗ-21 "Волга". Это четырёхцилиндровый четырёхтактный двигатель, развивающий мощность 55 кВт (75 л.с.) при 4000 об/мин

По способу образования горючей смеси используют двигатели с внутренним и внешним смесеобразованием. Внутреннее смесеобразование осуществляется в дизелях, воздух всасывается отдельно и насыщается распыленным дизельным топливом внутри цилиндров перед воспламенением.

Внешнее смесеобразование применяют при бензиновом и газовом топливах. Всасываемый двигателем воздух смешивается с бензином или газом в карбюраторе или смесителе до попадания горючей смеси в цилиндры.

По способу охлаждения известны двигатели с жидкостным и воздушным охлаждением.

Двигатели с жидкостным охлаждением обеспечивают более равномерный режим работы при колебании температуры наружного воздуха и их предпочитают на многих базовых машинах. В качестве охлаждающей жидкости применяют воду или антифризовые жидкости, которые замерзают при более низких температурах (до минус 40оС).

Двигатели с воздушным охлаждением обдуваются потоком воздуха, нагнетаемого вентилятором в обребренные поверхности цилиндров.

Основным преимуществом Двигателей внутреннего сгорания, так же как и др. тепловых двигателей (например, реактивных двигателей), перед двигателями гидравлическими и электрическими является независимость от постоянных источников энергии (водных ресурсов, электростанций и т. п.), в связи с чем установки, оборудованные Двигателями внутреннего сгорания, могут свободно перемещаться и располагаться в любом месте. Это обусловило широкое применение Двигателей внутреннего сгорания на транспортных средствах (автомобилях, строительно-дорожных машинах, самоходной военной технике и т. п.).

Основные составные ДВС.

Двигатели внутреннего сгорания представляют собой сложный агрегат, включающий ряд узлов и систем.

Остов двигателя - группа неподвижных деталей, являющихся базой для всех остальных механизмов и систем. К остову относятся блок-картер, головка (головки) цилиндров, крышки подшипников коленчатого вала, передняя и задняя крышки блок-картера, а также масляный поддон и ряд мелких деталей.

Механизм движения - группа движущихся деталей, воспринимающих давление газов в цилиндрах и преобразующих это давление в крутящий момент на коленчатом валу двигателя. Механизм движения включает в себя поршневую группу (поршни, шатуны, коленчатый вал и маховик).

Механизм газораспределения служит для своевременного впуска горючей смеси в цилиндры и выпуска отработавших газов. Эти функции выполняют кулачковый (распределительный) вал, приводимый в движение от коленчатого вала, а также толкатели, штанги и коромысла, открывающие клапаны. Клапаны закрываются клапанными пружинами.

Система смазки - система агрегатов и каналов, подводящих смазку к трущимся поверхностям. Масло, находящееся в масляном поддоне, подаётся насосом в фильтр грубой очистки и далее через главный масляный канал в блок-картере под давлением поступает к подшипникам коленчатого и кулачкового валов, к шестерням и деталям механизма газораспределения. Смазка цилиндров, толкателей и других деталей производится масляным туманом, образующимся при разбрызгивании масла, вытекающего из зазоров в подшипниках вращающихся деталей.

Система питания осуществляет приготовление горючей смеси из топлива и воздуха в пропорции, соответствующей режиму работы, и в количестве, зависящем от мощности двигателя. Система состоит из топливного бака, топливоподкачивающего насоса, топливного фильтра, трубопроводов и карбюратора, являющегося основным узлом системы.

Система зажигания служит для образования в камере сгорания искры, воспламеняющей рабочую смесь. В систему зажигания входят источники тока - генератор и аккумулятор, а также прерыватель, от которого зависит момент подачи искры. В то время, когда Двигатели внутреннего сгорания не имели электрического зажигания, применялись запальные калоризаторы.

Система пуска состоит из электрического стартёра, шестерён передачи от стартёра к маховику, источника тока (аккумулятора) и элементов дистанционного управления.

Система впуска и выпуска состоит из трубопроводов, воздушного фильтра на впуске и глушителя шума на выпуске.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре за один ход поршня.

Ход поршня S - путь, проходимый поршнем от одной мертвой точки до другой.

Мертвыми точками называются крайние верхнее и нижнее положения поршня, где его скорость равна нулю. Верхняя мертвая точка сокращенно обозначается в.м.т., нижняя мертвая точка – н.м.т.

Рабочий объем цилиндра Vр - объем, освобождаемый поршнем при движении от в.м.т. до н.м.т.

Литраж – рабочий объем всех цилиндров двигателя.

Объем камеры сгорания Vc - объем, образующийся над поршнем, когда последний находится в в.м.т.

Полный объем цилиндра Vп - это его рабочий объем плюс объем камеры сгорания.

Индикаторная мощность – мощность, развиваемая расширяющимися газами при сгорании топлива в цилиндрах двигателя (без учета потерь).

Эффективная мощность – мощность, получаемая на маховике коленчатого вала. Она на 10 – 15% меньше индикаторной из-за потерь на трение в двигателе и приведение в движение его вспомогательных механизмов и приборов.

Литровой мощностью называется эффективная наибольшая мощность, получаемая с одного литра рабочего объема (литража) цилиндрического двигателя.

Принцип работы ДВС.

Рабочий цикл четырехтактного двигателя совершается за 4 хода поршня (такта), т. е. за 2 оборота коленчатого вала.

Первый такт – впуск. При движении поршня от в.м.т. (вниз) вследствие увеличения объема в цилиндре создается разрежение, под действием которого из карбюратора через открывающийся впускной клапан в цилиндр поступает горючая смесь (паров бензина с воздухом). В цилиндре горючая смесь смешивается с оставшимися в нем от предыдущего рабочего цикла отработавшими газами и образует рабочую смесь.

Второй такт – сжатие. Поршень движется вверх, при этом оба клапана закрыты. Так как объем в цилиндре уменьшается, то происходит сжатие рабочей смеси. Смесь сжимается, температура смеси в конце сжатия составляет 200-400°C.

Третий такт – рабочий ход. В конце такта сжатия рабочая смесь воспламеняется электрической искрой и быстро сгорает (за 0,001 – 0,002 с). При этом происходит выделение большого количества тепла и газы, расширяясь, создают сильное давление на поршень, перемещая его вниз. Сила давления газов от поршня передается через поршневой палец и шатун на коленчатый вал, создавая на нем определенный крутящий момент. Таким образом, во время рабочего хода происходит преобразование тепловой энергии в механическую работу.

Четвертый такт – выпуск. После совершения полезной работы поршень движется вверх и выталкивает отработавшие газы наружу через открывающийся выпускной клапан.

Из рабочего цикла двигателя видно, что полезная работа совершается только в течение рабочего хода, а остальные три такта являются вспомогательными. Для равномерности вращения коленчатого вала на его конце устанавливают маховик, обладающий значительной массой. Маховик получает энергию при рабочем ходе, и часть ее отдает на совершение вспомогательных тактов.

Рабочий цикл двухтактного карбюраторного Двигателя внутреннего сгорания осуществляется за два хода поршня или за один оборот коленчатого вала. Процессы сжатия, сгорания и расширения практически аналогичны соответствующим процессам четырёхтактного.

Сжатие — первый такт. При движении поршня вверх он перекрывает продувочное 1 и выпускное 3 окна и сжи­мает ранее поступившую в цилиндр топливовоздушную смесь. Одновременно с этим в кривошипной камере 6 создается разрежение, и в нее через открывшееся впуск­ное окно 5 поступает свежий заряд топливовоздушной смеси, приготовленной в карбюраторе 4.

Рабочий ход, выпуск и впуск — второй такт. Когда поршень, идущий вверх, не доходит до в. м. т. на 25... 27° (по углу поворота коленчатого вала), в свече 2 проскакивает искра, которая воспламеняет топливо. Горение топлива продолжается до прихода поршня в в.м.т. После этого нагретые газы, расширяясь, толкают поршень вниз и тем самым совершают рабочий ход (см. рис 2, б). Топливовоздушная смесь, находящаяся в это время в кривошипной камере 6, сжимается.

В конце рабочего хода поршень вначале открывает выпускное окно 3, через которое выходят отработавшие газы, затем продувочное окно 1 (рис 2, в), через которое из кривошипной камеры в цилиндр поступает свежий заряд топливовоздушной смеси. В дальнейшем все эти процессы повторяются в такой же последовательности.

Вывод.

В этой исследовательской работе я изучил историю создания и развития, строение, разновидности и принцип работы двигателей внутреннего сгорания и получил дополнительные знания по этой теме.

В дальнейшем , используя теоретические знания, создать работающую модель двигателя внутреннего сгорания.

Список литературы.

  1. К.С. Шестопалов Устройство, техническое обслуживание легкового автомобиля. Учебное пособие. Москва. Издательство ДОСААФ. 1990.

  2. Двигатели внутреннего сгорания, т. 1-3, Москва.. 1957.

  3. Двигатели внутреннего сгорания, Москва. 1968.

  4. Физика 8 класс, Москва. Издательство Дрофа. 2002.

  5. Большая энциклопедия Кирилла и Мефодия 2001 (2 cd).

  6. Большой справочник школьника 5-11 классы. Москва. Издательство Дрофа. 2001.

topref.ru

Сочинение - Электродвигатели - Остальные рефераты

Введение.

Электрические машины широко применяют на электрических станциях, в промышленности, на транспорте, в авиации, в системах автоматического регулирования и управления, в быту.

Электрические машины преобразуют механическую энергию в электрическую, и наоборот. Машина, преобразующая механическую энергию в электрическую, называются генератором. Преобразование электрической энергии в механическую осуществляется двигателями.

Любая электрическая машина может быть использована как в качестве генератора, так и в качестве электродвигателя. Это свойство электрической машины изменять направление преобразуемой ею энергии называется обратимостью машины. Электрическая машина может быть также использована для преобразования электрической энергии одного рода тока ( частоты, числа фаз переменного тока, напряжения постоянного тока ) в энергию другого рода тока. Такие электрические машины называются преобразователями.

В зависимости от рода тока электроустановки, в которой должна работать электрическая машина, они делятся на машины постоянного и переменного тока.

Машины переменного тока могут быть как однофазными, так и много фазными. Наиболее широкое применение нашли трехфазные синхронные и асинхронные машины, а также катекторные машины переменного тока, которые допускают экономичное регулирование частоты вращения в широких пределах

В настоящее время асинхронные двигатели являются наиболее распространенными электрическими машинами. Они потребляют около 50% электроэнергии, вырабатываемой электростанциями страны. Такое широкое распространение асинхронные электродвигатели получили из-за своей конструктивной простоты, низкой стоимости, высокой эксплуатационной надежности. Они имеют относительно высокий КПД: при мощностях более 1кВт кпд=0,7:0,95 и только в микродвигателях он снижается до 0,2-0,65.

Наряду с большими достоинствами асинхронные двигатели имеют и некоторые недостатки: потребление из сети реактивного тока, необходимого для создания магнитного потока, в результате чего асинхронные двигатели работают с соs =1. Кроме того, по возможностям регулировать частоту вращения они уступают двигателям постоянного тока.

Появление трехфазных асинхронных двигателей связано с именем М.О.Доливо-Добровольского. Эти двигатели были изобретены им в 1889г.

Принцип действия асинхронных двигателей

Наиболее распространенные среди электрических двигателей получил трехфазный асинхронный двигатель, впервые сконструированный известным русским электриком М.О.Доливо-Добровольским.

Асинхронный двигатель отличается простотой конструкции и несложностью обслуживания. Как и любая машина переменного тока, асинхронный двигатель состоит из двух основных частей — ротора и статора. Статором называется неподвижная часть машины, ротором – ее вращающаяся часть. Асинхронная машина обладает свойством обратимости, то есть может быть использована как в режиме генератора, так и в режиме двигателя. Из-за ряда существенных недостатков асинхронные генераторы практически не применяются, тогда, как асинхронные двигатели получили очень широкое распространение.

Много фазная обмотка переменного тока создает вращающееся магнитное поле, частота вращения которого в минуту рассчитывается по формуле:

n1=60f1/p, [1, стр. 134]

где: n- частота вращения магнитного поля статора;

f — частота тока в сети;

р — число пар полюсов.

Если ротор вращается с частотой, равной частоте вращения магнитного поля статора, то такая частота называется синхронной.

Если ротор вращается с частотой, не равной частоте магнитного поля статора, то такая частота называется асинхронной.

В асинхронном двигателе рабочий процесс может протекать только при асинхронной частоте, то есть при частоте вращения ротора, не равной частоте вращения магнитного поля.

Номинальная частота вращения асинхронного двигателя зависит от частоты вращения магнитного поля статора и не может быть выбрана произвольно. При стандартной частоте промышленного тока f1=50Гц возможные синхронные частоты вращения (частоты вращения магнитного поля) n1=60f1/p=3000/p

Работа асинхронного электродвигателя основана на явлении, названном “диск Араго — Ленца”

Это явление заключается в следующем: если перед полосами постоянного магнита поместить медный диск, свободно сидящий на оси, и начать вращать магнит вокруг его оси при помощи рукоятки, то медный диск будет вращаться в том же направлении. Это объясняется тем, что при вращении магнита его магнитное поле пронизывает диск и индуктирует в нем вихревые токи. В результате взаимодействия вихревых токов с магнитным полем магнита, возникает сила, приводящая диск во вращение. На основании закона Ленца направление всякого индуктивного тока таково, что он противодействует причине, его вызвавшей. Поэтому вихревые токи в теле диска стремятся задержать вращение магнита, но, не имея возможности сделать это, приводят диск во вращение так, что он следует за магнитом. При этом частота вращения диска всегда меньше, чем частота вращения магнита. Если бы эти частицы почему-либо стали одинаковыми, то магнитное поле не перемещалось бы относительно диска, и, следовательно, в нем не возникали бы вихревые токи, то есть не было бы силы, под действием которой диск вращается.

В асинхронных двигателях постоянный магнит заменен вращающимся магнитным полем, создаваемым трехфазной обмоткой статора при включении ее в сеть переменного тока.

Вращающееся магнитное поле статора пересекает проводники обмотки ротора и индуктирует в них ЭДС, то есть электродвижущую силу. Если обмотка ротора замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко, то по ней под действием индуктируемой электродвижущей силы проходит ток.

В результате взаимодействия тока в обмотке ротора с вращающемся магнитным полем обмотки статора создается вращающейся момент, под действием которого ротор начинает вращаться по направлению вращения магнитного поля.

Если предположить, что в какой-то момент времени частота вращения ротора оказалась равной частоте вращения поля статора, то проводники обмотки ротора не будут пересекать магнитное поле статора и тока в роторе не будет. В этом случае вращающийся момент станет равным нулю и частота вращения ротора уменьшится по сравнению с частотой вращения поля статора, пока не возникнет вращающейся момент, уравновешивающий тормозной момент, который складывается из момента нагрузки на валу и момента сил трения в машине.

Асинхронная машина кроме двигательного режима может работать в генераторном режиме и режиме электромагнитного тормоза.

Генераторный режим возникает в том случае, когда ротор с помощью постоянного двигателя вращается в направлении вращения магнитного поля с частотой вращения, большей частоты вращения магнитного поля. Поэтому работе асинхронной машины в генераторном режиме соответствуют скольжения в пределах от 0 до-.Если ротор под действием посторонних сил начнет вращаться в сторону, противоположную направлению вращения магнитного поля, то возникает режим электромагнитного тормоза.

Режим электромагнитного тормоза начинается при n=0 и может продолжаться теоретически до n=, поэтому скольжение находиться в пределах от 1 до + .

Для изменения направления вращения ротора, то есть для реверсирования двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного поля, созданного обмотками статора. Это достигается изменением чередования фаз обмоток статора, для чего следует поменять местами по отношению к зажимам сети любые два из трех проводов, соединяющих обмотку статора с сетью.

Вне зависимости от направления вращения ротора его частота n всегда меньше частоты вращения магнитного поля статора.

Устройство асинхронных электродвигателей.

Асинхронные электродвигатели состоят из двух частей: неподвижной – статора и вращающейся – ротора.

Сердечник статора, представляющий собой полый цилиндр, набирают из отдельных листов электротехнической стали толщиной 0,5-0,35мм. Для сердечников асинхронных двигателей применяются холоднокатаные изотронные электротехнические стали марок 2013,02312,02411 и другие. Листы или пластины штампуют с впадинами (пазами), изолируют лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые потоки, собирают в отдельные пакеты и крепят в станине двигателя.

К станине прикрепляют также боковые щиты с помещенными на них подшипниками, на которые опирается вал ротора. Станину устанавливают на фундамент.

В продольные пазы статора укладывают проводники его обмотки, которые соединяют между собой так, что образуется трех фазная система. На щитке машины имеется шесть зажимов, к которым присоединяются начала и концы обмоток каждой фазы. Для подключения обмоток статора к трехфазной сети они могут быть соединены звездой или треугольником, что дает возможность включать двигатель в сеть с двумя разными линейными напряжениями.

Например, двигатель может работать от сети с напряжением 220 и 127в. На щитах машины указаны оба напряжения сети, на которые рассчитан двигатель, то есть 220/127в или 380/220в.

Для более низких напряжений, указанных на щитке, обмотка статора соединяется треугольником, для более высоких – звездой.

При соединении обмотки статора треугольником на щитке машины верхние зажимы объединяют перемычками с нижними, а каждую пару соединенную вместе зажимов подключают к линейным проводам трехфазной сети. Для включения звездой три нижних зажима на щитке соединяют перемычками в общую точку, а верхние подключают к линейным проводам трехфазной сети.

Роторы асинхронных электродвигателей выполняют двух видов: с короткозамкнутой и фазной обмотками. Первый вид двигателей называют асинхронными двигателями с короткозамкнутым ротором, а второй – асинхронными двигателями с фазным ротором или асинхронными двигателями с контактными кольцами. Наибольшее распространение имеют двигатели с короткозамкнутым ротором.

Сердечник ротора также набирают из стальных пластин толщиной 0,5мм, изолированных лаком или окалиной для уменьшения потерь на вихревые токи.

Пластины штампуют с впадинами и собирают в пакеты, которые крепят на валу машины. Из пакетов образуются цилиндры с продольными пазами, в которых укладывают проводники обмотки ротора. В зависимости от типа обмотки асинхронные машины могут быть с фазным и короткозамкнутым ротором. Короткозамкнутая обмотка ротора выполняется по типу беличьего колеса. В пазах ротора укладывают массивные стержни, соединенные на торцевых сторонах медными кольцами. Часто короткозамкнутую обмотку ротора изготовляют из алюминия. Алюминий в горячем состоянии заливают в пазы ротора под давлением. Такая обмотка всегда замкнута накоротко и включение сопротивления в нее не возможно. Фазная обмотка ротора выполнена подобно статорной, то есть проводники соответствующим образом соединены между собой, образуя трехфазную систему. Обмотки трех фаз соединены звездой. Начала этих обмоток подключены к трем контактным медным кольцам, укрепленным на валу ротора. Кольца изолированы друг от друга и от вала и вращаются вместе с ротором. При вращении колец поверхности их скользят по угольным или медным щеткам, неподвижно укрепленным над кольцами. Обмотка ротора может быть замкнута на какое-либо сопротивление или накоротко при помощи указанных выше щеток.

Двигатели с короткозамкнутым ротором проще и надежнее в эксплуатации, значительно дешевле, чем двигатели с фазным ротором. Однако двигатели с фазным ротором обладают лучшими пусковыми и регулировочными свойствами.

В настоящее время асинхронные двигатели выполняют преимущественно с короткозамкнутым ротором и лишь при больших мощностях и специальных случаях используют фазную обмотку ротора.

Асинхронные двигатели производят мощностью от нескольких десятков ватт до 15000кВт при напряжениях обмотки статора до 6кВ.

Между статором и ротором имеется воздушный зазор, величина которого оказывает существенное влияние на рабочие свойства двигателя.

Наряду с важными положительными качествами – простой конструкции и обслуживания, малой стоимостью – асинхронный двигатель имеет и некоторые недостатки, из которых наиболее существенным является относительно низкий коэффициент мощности (соs ). У асинхронного двигателя соs при полной нагрузке может достигать значения 0,85-0,9; при недогрузках двигателя его соs резко уменьшается и при холостом ходе составляет 0,2-0,3.

Низкий коэффициент мощности асинхронного двигателя объясняется большим потреблением реактивной мощности, которая необходима для возбуждения магнитного поля. Магнитный поток в асинхронном двигателе встречает на своем пути воздушный зазор между статором и ротором, который в большей степени увеличивает магнитное сопротивление, а следовательно, и потребляемую двигателем мощность.

В целях повышения коэффициента мощности асинхронных двигателей воздушный зазор стремятся делать возможно меньшим, доводя его у малых двигателей (порядка 2-5кВт) до 0,3мм. В двигателях большой мощности воздушный зазор приходится увеличивать по конструктивным соображениям, но все же он не превышает 2-2,5мм.

Вал ротора вращается в подшипниках, которые укреплены в боковых щитах, называемых подшипниковыми щитами. Главным образом это подшипники качения и только в машинах большой мощности иногда используются подшипники скольжения.

Подшипниковые щиты прикрепляют болтами к корпусу статора. В корпус запрессовывают сердечник статора.

Техника безопасности.

Блоки и отдельные панели щитов, а также силовые шкафы следует перевозить на автомашинах в вертикальном положении с закреплением растяжками и упорами. При перемещении шкафов и щитов по прочному полу или настилу необходимо пользоваться рожковыми ломами.

Страховку груза при подъеме производят стропами — короткими кусками цепи или стального каната, снабженного крюками, петлями.

Устанавливать на место монтажа щиты, шкафы и пусковые ящики массой более 196Н (20 килограмм) следует не менее чем двум рабочим.

При установке конструкций, закрепляемых в стенах, потолках или полах с помощью цементного раствора, нельзя удалять поддерживающие детали до полного затвердения раствора.

При наличии кабельных каналов сзади или спереди щита на время его монтажа необходимо закрыть их плитами или досками толщиной не менее 50 миллиметров.

Собранные блоки панелей до их постоянного закрепления необходимо временно скрепить между собой и ближайшей стеной.

При установке и регулировке аппаратов щита, имеющих движущиеся части на обратной стороне панели, необходимо принять меры для безопасности работающих сзади щита.

Работы по установке электродвигателей на фундаменты следует выполнять в рукавицах.

Электродвигатели массой до 50 килограмм на низкие фундаменты можно установить вручную, но не менее, чем двумя рабочими.

Запрещается проверять пальцами совмещение отверстий в собираемых панелях щитов или полумуфтах (для этой цели использую специальные шаблоны).

Запрещается перемещение, и установка щитов без принятия мер, предупреждающих их опрокидывание.

При затяжке болтовых соединений полумуфт запрещается: пользоваться вместо гаечных ключей каким-либо другим инструментом; удлинять гаечные ключи другими ключами, отрезками труб и так далее; пользоваться неисправными гаечными ключами или ключами несоответствующих размеров.

Перед пробным пуском электродвигателя необходимо проверить: крепление фундаментных блоков и прочих элементов оборудования; отсутствие посторонних предметов внутри или вблизи оборудования; наличие защитного заземления.

Литература.

1.Китаев Е. В. Электротехника с основами промышленной электроники. — М.: Высшая школа, 1980.

2.Токарев Б.Ф. Электрические машины – М.: Энергоатаниздат, 1989.

3.Гусев Н.Н., Мельцер Б.Н. Устройство и монтаж электрооборудования.-Мн.: Высшая школа,1979.

4.Дьяков В.И. Типовые расчеты по электрооборудованию:- М.: высшая школа, 1991.

Схемы пуска асинхронного двигателя.

Существует множество схем пуска асинхронного двигателя. Можно двигатель включить по средствам прямого пуска, то есть с помощью рубильника или автоматического выключателя. Также асинхронный двигатель можно включить с помощью различной коммутационной аппаратуры, то есть через контактор, магнитный пускатель, и так далее.

На рисунке 1 изображена электрическая система пуска асинхронного двигателя через магнитный пускатель, автоматический выключатель и кнопку управления.

Принцип работы схемы следующий: включаем автоматический выключатель QF, тем самым подавая напряжение на схему. Нажимаем кнопку SBC, то есть кнопку «пуск». При этом запитается катушка магнитного пускателя КМ, магнитный пускатель включается, при этом его силовые контакты замкнутся, замкнется так же его вспомогательный замыкающий контакт, шунтирующий кнопку «пуск». Кнопку «пуск» можно отпустить. Как только силовые контакты магнитного пускателя замкнулись, включается двигатель М и начинает работать в заданном режиме.

Для отключения двигателя необходимо нажать кнопку SBT, КНОПКУ «СТОП». При этом мы размыкаем цепь катушки магнитного пускателя КМ. Магнитный пускатель КМ отключится, разомкнуться его силовые контакты, разомкнется вспомогательный замыкающий контакт КМ, и при этом двигатель М отключиться.

Существуют схемы пуска асинхронного двигателя, в которых необходим реверс, то есть изменение направления вращения ротора двигателя. На рисунке 2 показана схема включения асинхронного двигателя с помощью реверсивного магнитного пускателя.

Реверс мы получаем, изменяя порядок чередования фаз на двигателе или магнитном пускателе.

Межремонтное обслуживание электродвигателей.

Межремонтное обслуживание обязательно для электрических машин, находящихся в эксплуатации. В порядке производственно- технического обслуживания осуществляют надзор за нагрузкой и вибрацией электродвигателей, температурой их подшипников, контроль за температурой входящего и выходящего воздуха в замкнутых системах вентиляции, проверку отсутствия ненормальных шумов и искрения под щетками, уход за подшипниками и контроль количества смазки. Перечисленные операции проводит дежурный персонал цеха. Этот же персонал ежемесячно выполняет наружный осмотр и чистку электродвигателей и аппаратуры от пыли и загрязнений.

Переодические осмотры электродвигателей проводят по графику, установленному главным энергетиком. Целью осмотров является определение технического состояния электродвигателя и выявление объема работ, которые должны быть выполнены при очередном ремонте. Кроме того при осмотре проводят уход за подшипниками, коллекторами, кольцами, щетками и мелкий ремонт без разборки машин.

Мелкий ремонт и устранение незначительных неисправностей электродвигателей проводят во время плановых перерывов в работе технологического оборудования (в обеденные перерывы, нерабочие смены, выходные дни). К этим работам, выполняемым оперативно-ремонтным персоналом цеха, относится подтяжка резьбовых крепежных соединений и соединительных муфт, затяжка разъемных контактных соединений и фундаментных болтов, регулировка защиты и аппаратов управления, регулировка положения траверс, уход за коллекторами, кольцами и щеточными устройствами.

Кроме указанных работ дежурный персонал цеха осуществляет постоянный контроль за состоянием изоляции и исправностью заземляющих устройств электроприводов, ведет надзор за соблюдением правил технической эксплуатации электродвигателей и правил электробезопасности труда мотористов производственных механизмов и технологического персонала цеха, а также принимает участие в приемо-сдаточных испытаниях электродвигателей и их систем управления и защиты после монтажа, ремонта и наладки.

Перед включением электрической машины в работу дежурный электромонтер убеждается в отсутствии посторонних предметов на машине или внутри ее, проверяет состояние контактных колец или коллектора, положение рукоятки пускового реостата, которая должна быть в положении «Пуск». В небольших машинах провертывают ротор вручную. Устройства защиты, автоматического пуска и остановки, имеющиеся в схеме блокировки и управления, провертывают и регулируют в соответствии с инструкцией, утвержденной главным энергетиком предприятия.

Подготовка электрических машин к пуску после их ремонта проводится силами заводской электролаборатории в присутствии дежурного электромонтера. При наличии на подшипниках электрической машины указателя уровня масла в подшипниках, проверяют наличие и нормальный уровень масла.

После пуска электрической машины контролируют нагрев корпуса машины и подшипников, вибрацию, шум и гудение, искрение на коллекторе, биение ременной передачи или соединительной муфты с механизмом.

Аварийная остановка работающей электрической машины производится в следующих случаях: при несчастном случае, когда требуется остановка машины, при появлении дыма или огня из машины или пускорегулирующей аппаратуры, при поломке приводимого механизма, при сильной вибрации, угрожающей целостности машины, при чрезмерном нагреве машины с заметным снижением частоты вращения.

Неисправности электродвигателей.

Неисправности электродвигателей возникают в результате износа деталей и старения материалов, а также при нарушении правил технической эксплуатации. Причины возникновения неисправности и повреждений электродвигателей различны. Нередко одни и те же неисправности вызываются действиями различных причин, а иногда – и совместными их действием. Успех ремонта во многом зависит от правильного установления причин всех неисправностей и повреждений поступающего в ремонт электродвигателя.

Повреждения электродвигателей по месту их возникновения и характеру происхождения делят на электрические и механические. К электрическим

Относят повреждение или токопроводящих частей обмоток, коллекторов, контактных колец и листов сердечников. Механическими повреждениями считают ослабление крепежных соединительных резьб, посадок, нарушения формы и поверхности деталей, перекосы и поломки. Повреждения обычно имеют очевидные признаки или легко устанавливаются измерениями.

Неисправности электрических двигателей и возможные причины их возникновения.

Признаки неисправности

Причины неисправности

Способ ремонта

Электродвигатели

Двигатель при включении в сеть не развивает нормальной частоты вращения, издает не нормальный шум, при проворачивание вала от руки работает неравномерно

Ротор двигателя не вращается, сильно гудит, быстро нагревается до вышедопустимых температур

Двигатель сильно гудит (особенно при пуске), ротор вращается медленно и работает устойчиво

Двигатель устойчиво работает при номинальной нагрузке на валу, с частотой вращения, меньше номинальной, ток в одной фазе статора увеличен

При работе электродвигателя на холостом ходу наблюдаются местные перегревы активной стали статора

Перегрев обмотки статора в отдельных местах при несимметрии токов в фазах; двигатель гудит и не развивает номинального момента

Равномерный перегрев всего электродвигателя

Перегрев подшипников скольжения с кольцевой смазкой

Перегрев подшипника качения, сопровождающийся ненормальным шумом

Стук в подшипнике скольжения

Стук в подшипнике качения

Повышение вибрации при работе

Электродвигатели

Якорь машины не вращается под нагрузкой; если вал развернуть усилием извне, двигатель идет в «разнос»

Частота вращения якоря меньше или больше номинальной при нормальных значениях напряжения сети и тока возбуждения

Щетки одного знака искрят сильнее щеток другого знака

Щетки искрят; образуется почернение пластин коллектора, расположенных на определенном расстоянии друг от друга; после чистки чернеют те же пластины

Чернеют каждая вторая-третья пластины коллектора

При нормальном нагреве двигателя и совершенно исправных щеточном аппарате и поверхности коллектора щетки искрят

Повышенное искрение щеток от вибрации, перегрев коллектора и щеток, потемнение большей части коллектора

При вращении якоря двигателя в разных направлениях щетки искрят с различной интенсивностью

Повышенное искрение

щеток на коллекторе

переменного

Возможен обрыв фазы при соединении обмоток статора звездой или двух фаз при соединении треугольником

Обрыв фазы обмотки

Обрыв в фазе ротора

Обрыв в одной фазе статора при соединении обмоток треугольником

Замкнуты между собой листы сердечника статора из-за порчи межлистовой изоляции или выгорания зубцов при повреждениях обмотки

Витковое замыкание одной фазы в обмотке статора; межфазное замыкание в обмотках статора

Неисправен вентилятор (система вентиляции)

Одностороннее притяжение роторов из-за чрезмерной выработки вкладыша; плохое прилегание вала к вкладышу

Загрязнение смазки, чрезмерный износ тел качения и дорожек; неточная центровка валов в агрегате

Большой износ вкладыша

Разрушение дорожек или тел качения

Нарушение балансировки ротора шкивами или муфтами; неточная центрова валов агрегата; перекос соединительных полумуфт

постоянного

Обрыв или плохой контакт в цепи возбуждения; короткие или межвитковые замыкания в обмотке независимого возбуждения

Щетки сдвинуты с нейтрали соответственно в направлении вращения или против направления вращения вала

Неодинаковы расстояния между рядами щеток по окружности коллектора; межвитковые замыкания в обмотках одного из главных или добавочных полюсов

Плохой контакт или короткое замыкание в обмотке якоря; обрыв в катушке, присоединенной к почерневшим пластинам

Ослабла прессовка коллектора или выступает миканит дорожек изоляции

Недопустимый износ коллектора

Выступают дорожки изоляции коллектора; коллектор «бьет»

Щетки смещены с централи

Недостаточное прилегание щеток к коллектору; дефект рабочей поверхности щеток; неодинаковое давление щеток на коллектор; заклинивание щеток в обоймах щеткодержателя

тока

Наиболее вероятное место повреждения – межкатушечные соединения или окисления контактных поверхностей замыкающих колец (у двигателей с фазным ротором). Производят ремонт соединения, зачистку контактов, ремонт обмотки

То же

« »

« »

Удалить заусеницы, обработав места замыкания острым напильником, разъединить листы и покрыть их лаком. При сильном выгорании листов – вырубить поврежденные места, между листами проложить тонкий электрокартон и пролакировать

Найти место повреждения обмотки и устранить замыкание. В случае необходимости – перемотать поврежденную часть обмотки

Снять защитный кожух и отремонтировать вентилятор

Перезалить подшипники скольжения

Удалить старую смазку, промыть подшипник и заложить новую смазку. Заменить подшипник качения. Проверить установку подшипников и центровку машины с агрегатом

Пережалить подшипник

Заменить подшипник

Дополнительно отбалансировать ротор, шкивы или полумуфты; произвести центровку двигателя и машины; снять и вновь правильно установить полумуфту

Найти место обрыва или плохого контакта и исправить повреждение

тока

Чаще всего неисправность бывает в регуляторе возбуждения

Установить щетки коллектора на нейтраль

Обрыв чаще происходит в катушке, находящейся между почерневшими пластинами коллектора. Найти место повреждения и отремонтировать

Проверить пайку всех соединений между обмоткой якоря и почерневшими пластинами коллектора. Обнаруженные неисправности соединения – пропаять

Затянуть пластины коллектора и проточить его поверхность

Двигатель капитально ремонтируют или заменяют на новый

Проточить и прошлифовать коллектор

Проверить положение щеток и установить их по заводским меткам, расположенным на траверсе

Проверить и при необходимости укоротить нажимную пружину щеткодержателей или заменить их новой.

Отшлифовать поверхности щеток. Установить щетки в соответствии с рекомендациями завода-изготовителя, применив щетки одной марки

Неисправности часто можно установить лишь по косвенным признакам. При этом приходится производить не только измерения, но и сопоставлять обнаруженные факты с известными из опыта и делать соответствующие выводы.

Предремонтные испытания. Для электродвигателей, поступающих в ремонт, когда это, возможно, следует проводить предремонтные испытания.

Объем испытаний устанавливают в каждом случае в зависимости от вида ремонта, результатов анализа карт осмотра и внешнего состояния электродвигателя. Работа по предметному выявлению неисправности машин называется дефектацией. Перед испытаниями электродвигатель подготавливают к работе с соблюдением всех требований правил технической документации: измеряют размеры зазоров в подшипниках и воздушные зазоры, осматривают доступные узлы и детали и оценивают возможность их использования при испытаниях. Непригодные детали по возможности заменяют исправными (без разборки)

В асинхронных двигателях на холосто ходу измеряют ток холостого хода, контролируют его симметрию и оценивают визуально или с помощью инструментов все параметры, подлежащие контролю при эксплуатации.

В электродвигателях с фазным ротором и двигателях постоянного тока оценивают работу контактных колец, коллекторов. Щеточного аппарата. Нагружая электродвигатель в допустимой мере оценивают влияние нагрузки на работу его основных узлов, контролируют равномерность нагрева доступных частей, вибрацию, определяют неисправности и устанавливают возможные их причины.

Типичные признаки и причины неисправностей асинхронных электродвигателей при номинальных параметрах питающей сети и правильном включении обмоток электродвигателя приведены.

Виды и объемы ремонтов.

В соответствии с Правилами технической эксплуатации в системе планово-предупредительных ремонтов электрооборудования (ППРЭО) предусматривают два вида ремонтов: текущий и капитальный.

Текущий ремонт. Проводится с переодичностью (установленной главным энергетиком) для всех электродвигателей, находящихся в эксплуатации. В типовой объем работ при текущем ремонте входят следующие виды работ: наружный осмотр электродвигателя, промывка и замена смазки в подшипниках и при необходимости замена подшипников качения, проверка и ремонт вентиляторов и чистка вентиляционных устройств и каналов, чистка и продувка сжатым воздухом обмоток, контактных колец, коллекторов щеточного аппарата, проверка состояния крепления лобовых обмоток, шлифования контактных колец и коллекторов, регулировка щеточного аппарата, протирка и замена щеток, продороживание коллекторов, проверка и затяжка всех резьбовых крепежных соединений, проверка защитного соединения, проведение профилактических испытаний.

Капитальный ремонт. Проводят в условиях электроремонтного цеха (ЭРЦ) или специализированного ремонтного предприятия (СРП). В объем капитального ремонта входят работы, предусмотренные текущим ремонтом. Он включает в себя также следующие виды работ: полную разборку электродвигателя, проверку всех узлов и деталей и их дефиктация, ремонт станин и подшипников щитов, магнитопроводов ротора и статора, валов, вентиляторов, роторов, коллекторов, устранения местных дефектов изоляции обмоток и соединений, проведение послеремонтных испытаний.

Переодичность капитальных ремонтов электродвигателей Правилами технической эксплуатации не устанавливается. Она определяется лицом, ответственным за электрохозяйство предприятия на основании оценок общей продолжительности работы электродвигателей и местных условий их эксплуатации.

После транспортировки для монтажа электродвигателей на фундаментах производят следующие дополнительные работы: выверка положения электродвигателя, центровка и соосность валов электродвигателя и агрегата, крепление, подливка оснований. Частичная замена обмоток целесообразна в случае повреждения нескольких однослойных катушек или стержневых обмоток (частичная замена двухслойных обмоток статора нецелесообразна, так как при этом повреждается изоляция исправных катушек).

Провода снятые с поврежденных электродвигателей в период ремонта, используют повторно. В этом случае необходимо восстановить электрические и механические параметры обмоток до их первоначальных значений. Для очистки проводов от их старой изоляции применяют отжиг в печах, а механическое отделение остатков изоляции от проводов – волочением через деревянные или текстолитовые клицы. После рихтовки провода обматывают новой изоляцией на станках.

При ремонте статорных обмоток из жестких катушек медные провода прямоугольного сечения используют повторно. Изоляцию восстанавливают с помощью обматывания лентой внахлестку, перекрывая на 1:2 ширины изолировочной ленты. Замену коллекторов проводят лишь при значительных повреждениях (пяти и более коллекторных пластин) с пробоем и выгоранием изоляции.

Кроме того, коллекторы подлежат замене целиком, если запас размера коллекторных пластин по высоте не обеспечивает их естественного износа без уменьшения этого размера ниже допустимого предела за время до следующего капитального ремонта.

Сушка, пропитка и испытание обмоток. Изготовление обмотки статоров, роторов и якорей подвергаются сушке в специальных печах и сушильных камерах при температуре 105-120С. С помощью сушки из гигроскопических изоляционных материалов (электрокартон, хлопчатобумажные ленты) удаляется влага, которая препятствует глубокому проникновению пропиточных лаков в поры изоляционных деталей при пропитке обмотки.

Сушку проводят в инфракрасных лучах специальных электрических ламп, или с использованием горячего воздуха в сушильных камерах. После просушки обмотки пропитывают лаками БТ-987, БТ-95, БТ-99, ГФ-95 в специальных пропиточных ваннах. Помещения оборудуются приточно-вытяжной вентиляцией. Пропитка проводится в ванне, заполненной лаком и оборудованной подогревом для лучшей проникающей способности лака в изоляцию обмотки провода.

С течением времени лак в ванне становится более вязким и густым, в связи с улетучиванием растворителей лаков. В результате этого сильно снижается их способность проникать в изоляцию проводов обмотки, особенно в тех случаях, когда провода обмотки плотно уложены в пазы сердечников. Поэтому при пропитке обмоток постоянно проверяют густоту и вязкость пропиточного лака в ванне и периодически добавляют растворители. Обмотки пропитывают до трех раз в зависимости от условий их эксплуатации.

Для экономии лака, расходуемого за счет прилипания к стенкам станины статора, применяют другой метод пропитки обмотки с использованием специального приспособления. Готовый к пропитке статор с обмоткой устанавливают на крышку специального бака с лаком, предварительно закрыв заглушкой коробку вывода статора. Между торцом статора и крышкой бака прокладывают уплотнение. В центре крышки имеется труба, нижний конец которой располагается ниже уровня лака в баке.

Для пропитки обмотки статора в бак по патрубку подается сжатый воздух давлением 0,45 – 0,5 МПа, с помощью которого уровень лака поднимается до заполнения всей обмотки, но ниже верхней части кромки станины статора. По окончании пропитки выключают подачу воздуха и выдерживают статор примерно 40мин (для слива остатков лака в бак), снимают заглушку с коробки выводов. После этого статор направляют в сушильную камеру.

Это же приспособление используют для пропитки обмоток статора под давлением. Необходимость в этом возникает в тех случаях, когда в пазах статора очень плотно уложены провода и при обычной пропитке (без давления лака)лак не проникает во все поры изоляции витков. Процесс пропитки под давлением заключается в следующем. Статор устанавливается как и в первом случае, но сверху закрывается крышкой. Сжатый воздух подается в бак и цилиндр, который прижимает крышку к торцу станины статора через установленную прокладку уплотнения. Поворотная траверса, укрепленная на колонке, и винтовое соединение крышки с цилиндром позволяют использовать это приспособление для пропитки обмоток статоров различной высоты.

Пропиточный лак в резервуар подается из емкости, расположенной в другом, не пожароопасном помещении. Лак и растворители являются токсичными и пожароопасными и в соответствии с правилами охраны труда работа с ними должна проводиться в защитных очках, рукавицах, резиновом фартуке в помещениях, оборудованных приточно-вытяжной вентиляцией.

После окончания пропитки обмотки машин сушат в специальных камерах. Воздух, подаваемый в камеру принудительной циркуляцией, нагревается электрическими калориферами, газовыми или паровыми подогревателями. Во время сушки обмоток ведется непрерывный контроль за температурой в сушильной камере и температурой выходящего из камеры воздуха. В начале сушки обмоток температуру в камере создают несколько ниже (100-110с). При этой температуре удаляются растворители из изоляции обмоток и наступает второй период сушки – запекания лаковой пленки. В это время на 5-6 часов повышают температуру сушки обмоток до 140с (для класса изоляции А). Если после нескольких часов сушки сопротивление изоляции обмоток остается недостаточным, то отключают подогрев и дают остыть обмоткам до температуры, на 10-15С превышающей температуру окружающего воздуха, после чего вновь включают подогрев и продолжают процесс сушки.

Процессы пропитки и сушки обмоток на энергоремонтных предприятиях совмещены и, как правило, механизированы.

В процессе изготовления и ремонта обмоток машин проводят необходимые испытания изоляции катушек. Испытательное напряжение должно быть таким, чтобы в процессе испытаний выявлялись дефектные участки изоляции и не повреждалась изоляция исправных обмоток. Так, для катушек напряжением 400В испытательное напряжение недемонтированной из пазов катушки в течении 1 мин должно быть равно 1600В, а после соединения схемы при частичном ремонте обмотки – 1300В.

Сопротивление изоляции обмоток электродвигателей напряжением 500В после пропитки и сушки должно быть не менее 3Мом для обмоток статора и 2Мом – для обмоток ротора после полной перемотки и 1Мом и 0,5Мом соответственно после частичной перемотки. Эти значения сопротивлений изоляции обмоток рекомендованы, исходя из практики ремонта и эксплуатации отремонтированных электрических машин.

Монтаж электродвигателей.

После испытания электродвигателей определяют возможность их включения без сушки. Электродвигатели напряжением до 1000В включают без сушки, если сопротивление изоляции их обмоток при температуре от 10С до 30С не менее 0,5Мом. Если указанные условия не удовлетворяются, электродвигатели должны быть подвергнуты сушке.

Методы сушки электрических машин. Метод сушки внешним нагревом применяют для сильно увлажненных машин. Машину помещают в теплоизоляционную камеру, продуваемую горячим воздухом от воздуходувки.

Инфракрасную сушку производят с помощью теплоизлучателей, в качестве которых применяют зеркальные лампы мощностью 250 или500Вт, располагаемые на расстоянии 200-400мм от нагреваемой поверхности. Лампы размещают на расстоянии 200-300мм одну от другой в шахматном порядке. Температуру регулируют включением и отключением части ламп.

Методы инфракрасной сушки и сушки внешним нагревом применяют для любых электрических машин. Напряжение питания пониженное. Роторы машин переменного тока при сушке от внешних источников затормаживаются. Включение и отключение тока производят плавным изменением сопротивления реостата.

Режим сушки. Перед сушкой машину тщательно очищают и продувают сжатым воздухом. Корпус машины надежно заземляют. Принимают меры по уменьшению теплопотерь: перекрывают деревянными щитами фундаментные ямы, ограждают машину брезентовыми палатками. В процессе сушки первоначальный нагрев проводят медленно (особенно при сильно отсыревшей изоляции крупных машин). Средняя температура допустимого нагрева 65-70С. Разброс температур нагрева различных частей машины должен быть в пределах 20С. Температуру измеряют термометрами, встроенными или закладными термоиндикаторами, а также методом сопротивления.

В процессе сушки через каждый час (или два часа) измеряют следующие параметры: температуры в контрольных точках машины и окружающего воздуха, сопротивления изоляции каждой обмотки от корпуса и изоляции между обмотками. Коэффициент абсорбции определяют в холодном состоянии машины в начале сушки, после ее нагрева до установившейся температуры, в конце сушки (для принятия решения о ее прекращении) и после сушки при остывании машины.

Сушка заканчивается после того, как устанавливается постоянное сопротивление изоляции при неизменной температуре в течение 3-8ч. Общая продолжительность сушки машин малой и средней мощности должна быть не менее 15-20ч.

Отремонтированный и испытанный электродвигатель транспортируют к месту установки и монтируют в следующем порядке. Устанавливают на плиту электродвигатель и выверяют положение его вала так, чтобы наилучшим образом обеспечить совпадение в пространстве осей всех валов.

Центровка валов с общей осью обычно производится в два этапа. Предварительную центровку производят по рискам, нанесенным на ободы полумуфт. Риски наносят с помощью центроискателей на каждой полумуфте соединяемых валов через 90.Сначала накладывают контрольную линейку на обе полумуфты в четырех точках окружности, сдвинутых на 90, и убеждаются в отсутствии параллельного сдвига осей валов. Если оси сдвинуты, то на риску базовой полумуфты накладывают контрольную линейку и, вращая центрируемый вал, совмещают одну из рисок его полумуфты с базовой риской. При совпадении обеих рисок с кромкой линейки без углового расхождения линейку переносят на следующие две риски и так далее. В случае, когда угловое расхождение осей валов установлено, перемещают центрируемый вал до совпадения рисок. Предварительная центровка считается достигнутой, если совпадают все четыре пары рисок соединяемых полумуфт. Для окончательной центровки малогабаритных тихоходных машин применяют монтажные скобы. Центровка может производиться по втулкам или по ободам полумуфт. Для центровки валов крупных быстроходных машин используют более сложные приспособления, в которых несоосность измеряют индикаторами с точным отсчетом по шкале.

Окончательная центровка заключается в измерении зазоров «а» и «в» в четырех положениях валов, совместно поворачиваемых ступнями на 90. Разность как зазоров «а», так и зазоров «в» в диаметрально противоположных направлениях должна быть меньше допустимых отклонений.

В электроприводах с двигателями мощностью до 100кВт нередко применяют ременные передачи. Валы электродвигателя и производственного механизма в этом случае располагаются параллельно. Для сопряжения валов передачей выверяют горизонтальность их осей валовыми уровнями и вертикальность торцевых плоскостей шкивов рамными уровнями. Затем совмещают поперечные оси симметрии обеих шкивов с осью ременной передачи. При одинаковой ширине шкивов пользуются контрольной линейкой. Ее располагают в плоскости осей обоих валов и прижимают к кромкам обработанных торцов обоих шкивов, добиваясь касания обоих ободов шкивов во всех четырех точках. Если ширина шкивов неодинакова, их расположение регулируют выравниванием зазоров по обе стороны от узкого шкива между его ободами и двумя контрольными линейками, наложенными на торцы широкого шкива. Допустимое отклонение измерений как односторонних зазоров, так и разности сумм накрест лежащих зазоров по ободу узкого шкива не должны превышать 0,3мм.

Для клиноременной передачи допускается осевой сдвиг канавок шкивов не более 16мм на 1000мм расстояния между осями валов.

Предварительно затягивают до отказа фундаментные болты вручную нормальными ключами. Контролируют сохранность центровки, осуществляют окончательную затяжку резьбовых креплений тарированными ключами. Достаточность затяжки контролируют щупом толщиной 0,05мм, который должен проникать в стык резьбового соединения не глубже, чем на 0,5мм.

Проводят пробный пуск электродвигателя: его включают в сеть только на несколько секунд и повторяют включение несколько раз. При благополучном исходе включений «толчком» электродвигатель пускают на 20-30мин, контролируя работу систем смазки, охлаждения и отсутствия ненормальных шумов в машине. Перед остановом измеряют температуру подшипников. Если признаков ненормальной работы не обнаружено, обкатывают электродвигатель на холостом ходу и производят испытание на холостом ходу и под нагрузкой. Время обкатки устанавливают по данным завода-изготовителя для нового электродвигателя.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей.

Частота вращения ротора в минуту определяется следующим выражением:

n2=n1(1-s)=60f1/p(1-s).[ 1, стр.147].

Из этого выражения видно, что частоту вращения ротора можно регулировать изменением любой из трех величин, определяющих ее, то есть изменением частоты тока сети f1, числа пар полюсов р и скольжения s.

Регулирование частоты вращения асинхронных двигателей изменением частоты тока сети сложно, так как необходим какой-либо регулирующий преобразователь частоты или генератор. Поэтому такой способ не имеет широкого применения.

Число полюсов машины может быть изменено, если на статоре имеется несколько (обычно две) обмоток с разным числом полюсов или одна обмотка, которую можно переключать на различное число полюсов, или две обмотки, каждая из которых может переключаться на различное число полюсов.

Если изменить направление тока в одной из катушек, включив ее встречно с другой, то обмотка может переключаться на два полюса. При изменении числа полюсов обмотки статора изменится частота вращения его магнитного поля, а следовательно, и частота вращения ротора двигателя. Этот способ регулирования частоты вращения асинхронного двигателя экономен, но недостатком его является ступенчатое изменение частоты. Кроме того, стоимость такого двигателя значительно возрастает вследствие усложнения габаритов машины.

Регулирование частоты вращения изменением числа полюсов применяют в двигателях с короткозамкнутым ротором; в двигателях с фазным ротором этот способ не используется, так как приходится одновременно изменять число полюсов обмотки статора и число полюсов обмотки вращающегося ротора, что весьма сложно.

Заводы выпускают двигатели с синхронными частотами вращения 500-750-1000-1500 оборотов в минуту. Такие двигатели имеют на статоре две обмотки, каждая из которых может быть переключена на разное число полюсов.

Скольжение можно изменить регулировочным реостатом, введенным в цепь обмотки ротора, а также регулированием напряжения сети. При регулировании напряжения питающей сети изменяется вращающий момент двигателя пропорционально квадрату напряжения. При изменении вращающего момента уменьшается частота вращения ротора, то есть увеличивается скольжение.

Регулировочный реостат включается в цепь обмотки фазного ротора подобно пусковому реостату, но в отличие от пускового он рассчитывается на длительное прохождение тока.

При включении регулировочного реостата ток в роторе уменьшается, что вызовет снижение вращающего момента двигателя, и, следовательно, уменьшения частоты вращения, или увеличения скольжения. При увеличении скольжения увеличивается электродвижущая сила и ток в роторе. Частота вращения или скольжения будет уменьшаться до восстановления равновесия моментов, то есть пока ток в роторе не примет своего начального значения.

Этот способ регулирования частоты вращения может быть использован только в двигателях с фазным ротором и несмотря на то, что является неэкономичным (так как в регулировочном реостате происходит значительная потеря энергии) имеет широкое распространение.

План.

1)Введение ст.1-2

2)Устройство асинхронного электродвигателя ст.3-6

3)Принцип действия асинхронного электродвигателя ст.7-9

4)Схема пуска асинхронного электродвигателя ст.10-13

5)Регулирование частоты вращения асинхронного электродвигателя ст.14-15

6)Межремонтное обслуживание асинхронного электродвигателя ст.16-17

7)Не исправности электродвигателя ст.18

8) Не исправности электродвигателя и возможные причины их возникновения ст.19-22

9)Виды и объем ремонта ст.23-26

10)Монтаж электродвигателя ст.27-29

11)Техника безопасности ст.30-31

12)Литература ст.32

13)План ст.33

.

www.ronl.ru

Сочинение - Мотор автомобиля и окружающая среда

Блудова Г.И., учитель физики, Циба Л.В., учитель химии

Интегрированный урок по физике и химии в 10 классе.

После изучения в 10 классе тем по физике “Принцип действия тепловых двигателей; КПД тепловых двигателей. Охрана окружающей среды” и по химии “Природные источники углеводородов и их переработка” провожу интегрированный урок в форме урока-конференции.

Цель урока – стремление привлечь максимальное число учащихся к живой творческой работе, так как материал интересный, объемный, связан с жизнью и доступен для учащихся.

Задачи урока: повторение и систематизация знаний о принципах действия двигателей внутреннего сгорания (ДВС), видах топлива и физико-химических процессах в природе; развитие способностей учащихся анализировать ситуации, связанные с охраной атмосферы; формирование умения работать с дополнительной литературой. Воспитание бережного и разумного отношения к окружающей среде; умение работать коллективно.

Наглядные пособия: модель ДВС, грамзапись песни “Автомобили” (музыка В. Матецкого, слова М. Шаброва), таблицы, сделанные учениками.

Плакат: “Или люди сделают так, чтобы в воздухе стало меньше дыма, или дым сделает так, что на Земле станет меньше людей”.

Л. Дж. Баттан.

Стенд. “Все мы, ныне живущие, в ответе за природу перед потомками”

Диафильмы и видеозаписи:

“Применение ДВС”, “Влияние свинца выхлопных газов на здоровье человека”, “Фотохимический смог”, “Кислотные дожди”, “Новости из экологической программы”.

Оборудование для демонстрации экспериментов.

“Принцип действия двигателя внутреннего сгорания на водороде”, “Действие кислот на мел, известняк и мрамор”, “Определение pH в снеговой воде”.

План урока-конференции.

Двигатели внутреннего сгорания: карбюраторный, дизельный. Их устройство и принцип работы.

Топливо и его виды.

Загрязнение атмосферного воздуха выхлопными газами автотранспорта, их влияние на здоровье человека.

Мероприятия по борьбе с загрязнением атмосферного воздуха выхлопными газами автотранспорта; нейтрализаторы, дизельные двигатели, альтернативные виды топлива, электромобили, управление городским автотранспортом.

Вступительное слово учителя:

Сегодня на нашем уроке речь пойдет о моторе автомобиля и о городской экологии. Какие физические задачи встают перед конструкторами автомобильных двигателей, чтобы они не загрязняли городской воздух? О моторе мечтали давно. Не надо быть специалистом, чтобы понимать: Эх, побольше бы мощности самосвалу, изготовленному на Московском автомобильном заводе. Да не ему одному – сколько километров дорог выиграла бы страна, на сколько ускорилась бы перевозка грузов. Этот дизель давно ждали на Ярославском моторном заводе. Необычно раздвинулись границы творчества молодых инженеров, техников, рабочих. И в эти новые горизонты вошли проблемы, которые казалось бы, выходят за рамки основной профессии. Каков он, мотор, с точки зрения экономики горючего? Каков он, мотор, в условиях окружающей нас природной среды. Не всегда такое мировоззрение актуально, иногда упомянутые соображения “можно сбросить со счетов”. Но не лишено практического интереса следующее рассуждение. Каковы потери горючего, если их подсчитать в масштабах станы? Сколько двигателей, работая ежедневно, “обогащают” наш воздух вредными примесями? В пользу этого рассуждения работает арифметика.

Предоставляется слово инженеру-конструктору :

Рассмотрим физические явления в работе автомобильных двигателей, исходя из этих двух требований: экономия горючего; охрана окружающей Среды. Двигатель с искровым воспламенением иногда называют двигателем Отто.

Идея четырехтактного двигателя принадлежит французу Альфонсу Бо де Роша. Сконструировал первый действующий образец немецкий инженер Николаус Отто. Он изобрел его в 1885 году.

Четырехтактный цикл Отто состоит из следующих тактов:

Такт впуска, во время которого поршень в цилиндре опускается и через открытый впускной клапан втягивает внутрь горючую смесь.

Такт сжатия, во время которого при поднятии поршня и сжатии горючей смеси закрыты и впускной и выпускной клапаны.

Так как сжатие очень быстрое, его можно считать почти адиабатным, следовательно, растет и температура, и давление.

Рабочий такт, во время которого горючий газ, возникший в результате горения, вызванного искрой на исходе такта сжатия с большим давлением действует на поршень и толкает его вниз. При этом совершается работа над коленчатым валом.

Такт выхлопа, в ходе которого поршень выталкивает наружу продукты сгорания через открытый выпускной клапан.

Итак, перечислим ключевые этапы цикла Отто:

адиабатное сжатие;

изохорный подвод тепла;

адиабатное расширение;

изохорный отвод тепла.

КПД двигателя определяется как отношение результирующей работы к затраченному количеству теплоты, т.е. количеству теплоты, выделенному при сгорании топлива.

Отношение объема цилиндра в тот момент, когда поршень находится в нижней мертвой точке, к объему при верхнем положении поршня известно как степень сжатия.

Расчет показывает, что КПД двигателя, работающего на основе цикла Отто, с ростом степени сжатия увеличивается.

Однако, повышать степень сжатия все же не так просто. Малая масса, компактность, сравнительно высокий КПД (25-30%) обусловили широкое применение в автомобилях, мотоциклах, моторных лодках, применяются двигатели в бензопилах.

В это время ученик — оператор демонстрирует кадры из диафильма “Применение ДВС”.

Но есть и недостатки: работают на дорогом высококачественном топливе, довольно сложны по конструкции, имеют большую скорость вращения вала двигателя, их выхлопные газы загрязняют атмосферу.

Предоставляется слово второму инженеру-конструктору.

Почти двадцать пять лет спустя после того, как Отто построил первый удачный образец двигателя с искровым воспламенением, его соотечественник Рудольф Дизель получил патент на двигатель, основанный на цикле сжатия–воспламенения. Р. Дизель задался целью построить двигатель, способный сжигать угольную пыль. Хотя в этом он не преуспел, его двигатель значительно менее разборчив по отношению к сорту горючего, чем двигатель Отто. Двигатель Дизеля может сжигать низкосортную нефть, имеющую высокую температуру кипения, и совершать большую работу на единицу израсходованного горючего. Хотя сегодня некоторые легковые автомобили и оснащены двигателями Дизеля, большинству людей они знакомы лишь как шумные и дымные моторы грузовиков, автобусов и железнодорожных локомотивов. Основное функциональное различие двигателей Дизеля и Отто состоит в том, каким образом происходит воспламенение.

В двигателе Отто смесь бензина с воздухом сжимается, а затем воспламеняется искрой.

В двигателе Дизеля адиабатно сжимается чистый воздух, причем степень сжатия здесь примерно в 2 раза больше, чем в двигателе Отто. Температура сжатого воздуха к исходу такта настолько велика, что при впрыскивании топливная смесь загорается самопроизвольно. При одинаковой степени сжатия двигатель Отто имеет больший КПД, чем двигатель Дизеля. Тогда почему же двигатели Дизеля все-таки привлекают внимание? Дело в том, что в них достигаются большие степени сжатия, а значит и больше рабочий КПД. Самым привлекательным в двигателе Дизеля является пониженный расход горючего.

Несмотря на относительную массивность и медлительность, двигатели Дизеля постепенно вытесняют двигатели Отто, даже в легковых автомобилях. Дизельные двигатели устанавливают на речных и морских теплоходах, на дизель электроходах, на тепловозах, на электростанциях небольшой мощности.

Химик-технолог – подчеркнем, что КПД двигателя, работающего на основе цикла Отто, с ростом степени сжатия увеличивается, однако большие степени сжатия неизбежно сопровождаются высокими температурными, а последние независимо от способа их получения дают нежелательный побочный эффект. При высоких температурах в выхлопных газах повышается концентрация оксида азота.

Смешиваясь с окружающим воздухом NO окисляется до NO2. Это едкий газ, который и придает смогу коричневый оттенок. Загрязнение оксидом азота становится все серьезней в результате попыток снизить количество другого поллютанта (загрязняющего воздух компонента автомобильного выхлопа).

Дело в том, что выхлопные углеводороды окисляются и образуют вредные раздражители. Чтобы уменьшить примесь углеводородов в выхлопе, двигатели приспособили к использованию обедненных смесей топлива. Избыток кислорода при этом гарантировал полное сгорание бензина. Однако тогда лишний кислород оказывается способным к реакции с азотом, составляющим 80% атмосферного воздуха, впускаемого в двигатель. В результате по мере уменьшения углеводородной компоненты выхлопа автомобилей росла концентрация оксидов азота.

Производители автомобилей пытаются найти компромиссное решение: понизить степень сжатия в своих двигателях и ввести вторичное использование некоторого количества выхлопных газов в качестве добавки к поступающей воздушно-топливной смеси. Достигнуты снижение пиковых температур и ослабление потока оксидов азота.

Химик-технолог

Работа двигателей зависит от видов топлива, которые получают из нефти (схема переработки нефти).

****

Карбюраторные двигатели работают на ее легкой фракции–бензине. Смеси углеводородов состава С5 – С12. Смесь некоторых углеводородов бензина с воздухом воспламеняется от сотрясения. Удар взрывной волны о поршень происходит преждевременно.

Такое взрывное сгорание бензина называют детонацией, оно приводит к перегреву и преждевременному износу двигателя. Детонационную стойкость бензина определяют октановым числом. Чем больше октановое число, тем выше стойкость бензина к детонации. Этим определяются его марки – А-72; А-76; А-96; АИ-93 и т.д.

Демонстрируются виды топлива. Если октановое число бензина равно 96, то это означает, что он допускает такое же сжатие своих паров в цилиндре без детонации, как смесь из 96% изооктана ( Ch4–CH(Ch4)–Ch3–C(Ch4)2–Ch4) и 4% иптона (h4C–(Ch4)4–Ch4). Бензин прямой перегонки нефти представляет собой смесь углеводородов в основном нормального строения, поэтому у него невысокое октановое число (50-65). Такой бензин непригоден для непосредственного использования. Его детонационную стойкость повышают при процессах изомеризации, реформинга или добавлением антидетонатора, например, тетраэтилсвинца. Pb(C2H5)4 при горении этилированного бензина образуются частицы свинца и оксида свинца, которые замедляют определенные стадии горения бензина и поэтому препятствуют детонации.

Эколог — ученик.

Большой вред окружающей среде наносят вещества, содержащиеся в выхлопных газах (СО, СО2, SO2, NОx, Сх,, Ну и др.). Некоторые специалисты считают, что один автомобиль выделяет 1000-1200 вредных компонентов, большая часть из них – очень таксичны.

Состав отработанных газов бензиновых двигателей

Компонент Концентрация, % Токсичность Предельно — допустимая концентрация, мг/м3
N2 74-77 нетоксичный отсутствует
h3O 3,0-5,5 нетоксичный отсутствует
O2 0,2-5,0 нетоксичный отсутствует
CO2 0,5-12,0 нетоксичный отсутствует
CO 0,2-5,0 токсичный 20
NO 0-0,8 токсичный 5
SO2 0,02-0,1 токсичный 10

Коварным газом является монооксид углерода, или угарный газ (СО). Отравление им происходит через дыхательные пути. В легких угарный газ соединяется с гемоглобином в крови в 200-300 раз быстрее, чем кислород. При сильном отравлении человек может погибнуть от кислородного голодания. Зарегистрированы случаи, когда, попадая в район интенсивного автомобильного движения, люди теряли сознание в следствие локального отравления угарным газом. Он снижает также активность ферментов печени, сердца, мозга, повышает уровень сахара в крови.

Большие количества выбрасываемого углекислого газа ведут к образованию парникового эффекта, т.к. он задерживает тепловое (инфракрасное) излучение Земли. Это может привести к повышению температуры земной поверхности, которая вызовет таяние льдов и поднятие уровня Мирового океана на 50 метров.

Выбросы сернистого газа (SO2) и оксидов азота способствует возникновению заболеваний дыхательных путей. Кроме того, соединение азота неблагоприятно действует на кровь и кровеносные сосуды. Считается, что оксиды азота в 10 раз опаснее, чем оксид углерода. Они являются причиной возникновения в воздухе нитрозоаминов – сильных канцерогенов.

Содержащиеся в выбросах автомобилей углекислый и сернистый газы и оксиды азота, растворяясь в дождевой воде, образуют кислоты:

CO2+ h3O« h3CO3,

SO2+ h3O « h3SO3,

2 NO2+h3O« HNO3+HN2

Кислотные дожди вызывают коррозию металлов, разрушают строительные материалы, содержащие карбонат кальция, приводят к образованию “каменного рака” архитектурных изделий.

Действие кислот на мел, мрамор и известняк

CaCO + h3SO4 ® CaSO + CO2­ + h3O,

CaCO + 2 HNO3 ® Ca(NO3)2 + CO2 +h3O.

При сжигании топлива образуются и твердые выбросы (сажа). Попадая в поверхностные воды она способствует повышению их щелочной реакции. В саже содержится и канцерогенное вещество – бензопирен.

Еще одним компонентом автомобильного выхлопа является свинец. Применение тетраэтилсвинца для получения этилированного бензина приводит к тому, что в атмосферу выбрасывается ежегодно около 200 тыс. т. свинца. Свинец – один из наиболее токсичных элементов по международной классификации. В организме человека задерживается 30-40% попавшего свинца, он вызывает заболевание крови, нарушение функции почек, нервные расстройства, отрицательно влияет на синтез белка и наследственность организма.

Врач. Согласно гипотезе инженера К. Арсеньева причиной акселерации является увеличение в атмосфере углекислого газа. По антропологическим исследованиям скелетов воинов Полтавской битвы он установил, что рост солдат в XVIII в. был на 10 см меньше, чем у современных призывников. Результаты исследования показали, что акселерации больше подвержены дети в городах, чем на селе. У городских детей из-за загрязненности воздуха усиливаются дыхательные процессы, начинается быстрый рост грудной клетки, что приводит к ускорению развития всего организма в целом. Это способствует акселерации.

В то же время повышенное содержание углекислого газа приводит к более быстрому прекращению роста человека за счет образования карбоната кальция. Так, если в 1900 году процесс роста человека заканчивался к 26 годам, то сейчас к 18-19. Поскольку в крупных городах основным поставщиком CO2 является автотранспорт, то видимо, акселерация вызвана ростом автомобильного парка.

Конструктор. Примером строжайшего контроля экологии воздуха является катализатор. В России разрабатываются катализаторы, которые снижают уровень оксида углерода (II) в отработанных газах на 80%, углеводородов на 70 %, оксидов азота – на 50%. В целом токсичность выброса уменьшается в 10 раз.

Лучшим катализатором является платина, но этот дорогой и дефицитный материал не может широко применяться.

Поэтому в нейтрализаторах российского производства используется медь или палладий на оксиде алюминия. Эти нейтрализаторы применяются на автомобилях с бензиновыми и дизельными двигателями.

Сотрудник ЦНИИАТ. Возрастающий интерес к дизельному двигателю связан не только с проблемой удешевления эксплуатации автомобилей, но и в основном с тем, что использование дизельных двигателей уменьшает загрязнение окружающей Среды. В дизельном топливе нет свинцовых присадок, а выброс таких вредных веществ, как оксиды углерода и углеводороды, на 50-90% ниже.

Состав отработанных газов автомобильных двигателей

Компонент Количество отработанных газов двигателей, %
дизельного карбюраторного
Оксид углерода(II), СО 0,2 6
Оксиды азота, NO 0,35 0,46
Углеводороды, СхНу 0,04 0,4
Диоксид серы, SO2 0,04 0,007
Сажа, С 0,3 (мг/л) 0,05 (мг/л)

У нас в стране использовали газ только для автомобилей с карбюраторными двигателями, а не дизельными.

Решение нашли специалисты нашего Центрального Научно-исследовательского института автомобильного транспорта.

В продуктах сгорания газодизельной смеси токсичных веществ в два-три раза меньше, а это очень существенно для городов.

Химик-технолог.

Хочу добавить, что в последнее время стали использовать в качестве топлива этиловый спирт, который при сгорании образует только углекислый газ и воду:

C2H5OH+ 3O2®2CO2+3h3O

Возможно получение этанола из растений, которые для своего роста используют углекислый газ и воду.

Это не ведет к загрязнению окружающей среды. Машины на спирте, биогазе уже имеются в различных государствах, но больше всего их в Бразилии. Наиболее экологически чистым видом топлива является водород. Водород не ядовит и при сгорании образует только воду, экологически чистое вещество. При сгорании 1 моль водорода выделяется в три раза больше тепла, чем при сгорании такого же количества бензина. При сжигании атомарного водорода выделяется энергия в 8 раз больше, чем при сжигании бензина. Трудности состоят в промышленном разложении воды. Водород – топливо будущего:

2 Н2+О2®2 h3O

“Везде пути открыты водороду,

Горючим стать имеет все права,

Не гибла бы от дыма вся природа,

Зеленая прекрасная трава.”

Скоро ли электромобили появятся на наших дорогах?

Конструктор.

О простоте и надежности электромобиля инженеры наслышаны достаточно давно. Родословную электромобиля можно повести с 1837 года, когда англичанин Роберт Девидсон построил самобегущую коляску, приводимую в движение электродвигателями, получавшими от гальванических элементов. Это был обычный конный экипаж, но двигался он без конной тяги вполне исправно.

В США в конце прошлого столетия их производили до 2000 в год. Но с изобретением бензинового двигателя в 1885 г. немецким инженером Дайлером быстро наступил закат этих колясок. Сейчас, похоже, инженеры решили все поставить на свои места. Свидетельство тому – тот “Жигуленок”, который был построен в Тольятти.

Преимущества электромобиля:

Экологически чист.

Исключается использование нефти. Нефть – основной продукт для получения бензина, принадлежит к невозобновляемым источникам сырья. И сжигать ее, как заметил еще Д.И. Менделеев, все равно, что “топить печь ассигнациями”.

Легкость замены аккумуляторов. Конструкторы могут сегодня предоставить энергоемкие источники питания: натриево-серные, никель-кадмиевые и другие типы аккумуляторов, которые позволяют преодолевать до 700 км, развивая скорость свыше 100 км/ч. Поддоны с аккумуляторными батареями меняются за 10-15 минут.

Представим себе мысленно, что в следующем году все мы пересядем на электромобили. Выполнимо ли это?

Нет! Для их производства надо создать целую отрасль промышленности. Если все автомобили перевести на электротягу, на планете не хватит электричества для зарядки аккумуляторов. Значит, надо построить новые электростанции. Ведь сегодня большую часть энергии (до 80%) вырабатывают ТЭС, сжигающие уголь, мазут и вырабатывающие в атмосферу немало вредных веществ. Так что экологически чистый электромобиль будет отнюдь не таким чистым. Поэтому специалисты сегодня проверяют разные варианты: “Жигули”, “Уазики”, “Рафики” с надписью “электро” на борту есть во многих городах.

Сотрудник ГАИ. Снижению вредных выбросов автомобилей способствуют:

Равномерное движение машин на улицах, ликвидация заторов, сокращение задержек транспорта на перекрестках. Большую роль в этом играет светофор. Благодаря светофору автомобили меньше простаивают на перекрестках, вхолостую расходуя горючее и загрязняя воздух отработанными газами.

Предельная скорость движения в городе установлена не 80, не 50, а 60 км/ч т.к. при этой скорости происходит минимум вредных выбросов. При увеличении или уменьшении скорости движения выброс возрастает более чем в двое.

Важен вывод из городской черты грузовых транзитных потоков.

В некоторых районах России есть микрорайоны, куда въезд автотранспорта предельно ограничен и где люди ходят только пешком. Жаль, но в нашем городе таких микрорайонов нет.

Каждый водитель должен знать, что причины “дымления” автомобилей следующие: неисправность двигателя, неотлаженность систем питания и зажигания.

Если все автомобильные двигатели будут правильно отрегулированы, то выброс вредных веществ в атмосферу уменьшиться в три-пять раз. Нежелание лишний час покопаться в двигателе приводит к тому, что автомобиль неделями, а то и месяцами “развозит” по улицам ядовитый чад.

Плохо накачанные шины не только быстрее изнашиваются, но и увеличивают сопротивление движению, а значит, сжигается больше горючего.

Неумелое поведение водителя за рулем: неправильный выбор скорости движения, резкие разгоны и торможения, превышение установленной скорости, увеличение частоты вращения на холостом ходу – все это приводит к загрязнению атмосферы. Значит, нужна разъяснительная работа среди водителей.

Для контроля за техническим состоянием автомобиля есть диагностические станции “ВАЗ — сервис”, “ГАЗ — сервис” и др. Такие диагностические станции должны иметь транспортные предприятия, но в наше время это многим не по карману.

Учитель. Наша конференция показала, что при развитии автотранспорта нужны знания как по физике, так и по химии. Базируясь на них, можно разработать мероприятия по снижению токсичности автотранспорта на региональном, государственном и международном уровнях. В частности, они нужны для выполнения стандартов Единой комиссии ООН по экологии автотранспорта, которые наша страна обязалась выполнять по Женевскому соглашению 1986г. В заключение хочу сказать, что каждый из нас в ответе за чистоту на нашей планете.

“ О люди Берегите Землю!

Неповторимую среди планет!

Планета у нас одна, это наш дом,

И ее судьба небезразлична для всех людей.”

( С. А. Радкевич)

Благодарю всех за внимание. Урок окончен.

Список литературы

Физика и Химия. А.А. Воротников – 1995г.

Физика – 10. А. А. Пинского. Просвещение – 1995г.

Физика – 10. Т. Я. Мякишев, Б.Б. Буховцев. Просвещение – 1990г.

Хрестоматия по физике. Б.И. Спасский. Просвещение – 1990г.

Занимательные опыты по физике. Л.А. Горелов. Просвещение – 1985г.

Физика и творчество в твоей профессии. Т.Е. Гнедина. Просвещение – 1988г.

Химия 10-11. А.И. Артеменко, И.В. Типунова. Просвещение – 1993г.

Химия защищает природу. А.В. Очкин, Г.Н. Фадеев. Просвещение – 1984г.

Приложение к газете “Первое сентября” – 1997г.

Природа и человек. Ю.В. Новиков. Просвещение – 1991г.

www.ronl.ru


Смотрите также