Усовершенствование водяного двигателя. Усовершенствование водяного двигателя


Обеспечение бескавитационной работы водяного насоса двигателя внутреннего сгорания

Библиографическое описание:

Арабян А. К., Мамошин А. И., Магомедов А. Р., Стрельцов Р. В. Обеспечение бескавитационной работы водяного насоса двигателя внутреннего сгорания [Текст] // Технические науки: традиции и инновации: материалы III Междунар. науч. конф. (г. Казань, март 2018 г.). — Казань: Молодой ученый, 2018. — С. 72-74. — URL https://moluch.ru/conf/tech/archive/287/13794/ (дата обращения: 31.10.2018).



В статье рассмотрены механизмы возникновения кавитации на поверхностях охлаждения гильз и блоков дизелей, дана методика расчёта кавитационных разрушений с целью определения сроков службы деталей. Указаны рекомендации по уменьшению кавитационных явлений на поверхностях охлаждения. На основе анализа существующих конструкций дизелей теоретически обоснованы конструктивные решения при проектировании дизельного двигателя с высокотемпературным охлаждением.

Ключевые слова: система охлаждения, дизельный двигатель, кавитационные разрушения, высокотемпературное охлаждение, водяной насос

Повышение температуры в системе охлаждения сопровождается повышением давления насыщенных паров охлаждающей жидкости, что в свою очередь повышает вероятность вскипания жидкости, циркулирующей в системе охлаждения.

Наличие пузырьков пара в охлаждающей жидкости может привести к снижению производительности водяного насоса, которое может привести к перегреву двигателя.

Кроме того, кавитация отрицательно влияет на состояние таких деталей как крыльчатка водяного насоса, корпус водяного насоса, гильзы цилиндров и так далее.

Вместе с тем, повышение температуры охлаждающей жидкости при неизменных конструкциях водяного тракта, напора и подаче насоса возможно лишь при достаточно большом значении действительного (располагаемого) кавитационного запаса насоса, превышающем значение его критического (требуемого) запаса не менее чем в 1–1,5 раза.

Требуемый кавитационный запас определяется конструкцией насоса, его параметрами и представляет собой минимально допустимую разность между удельной энергией потока на входе в рабочее колесо при данной подаче и энергией, соответствующей давлению насыщенных паров перекачиваемой охлаждающей жидкости при данной температуре.

В настоящее время применяется несколько способов борьбы с кавитацией водяного насоса.

Располагаемый кавитационный запас можно повысить, если сократить длину всасывающего тракта и увеличить диаметр подводящего патрубка. Однако изменение размеров всасывающей магистрали ограничено условиями компоновки системы охлаждения и взаимосвязи отдельных элементов водяного тракта.

Этот способ не может быть приемлем для проектируемого дизеля, так как потребует пересчёта параметров водяного насоса и изменения конструкций некоторых деталей двигателя.

Можно создать подпор в подводящем патрубке водяного насоса, если поместить расширительный бачок выше, чем в штатной системе охлаждения. Тогда высота его установки более чем в три раза превысит то же значение из штатной системы охлаждения. Делать это не позволяют условия компоновки дизеля на транспортном средстве.

По известным причинам, неприемлемы также возможные варианты создание искусственного подпора от постоянного источника сжатого воздуха с целью повышения давления охлаждающей жидкости в подводящем патрубке водяного насоса.

Не может быть признан удачным и проектируемый некоторыми заводами изготовителями дизелей способ создания подпора за счёт перепуска части охлаждающей жидкости с повышенным давлением из линии нагнетания в подающий патрубок водяного насоса, так как это связано с необходимостью увеличения подачи насоса почти на 60 % и соответственно затрат мощности на его привод.

Возможен вариант включения в контур системы высокотемпературного охлаждения вспомогательного центробежного насоса для обеспечения подпора в подводящем патрубке основного циркуляционного насоса. Однако при этом возникает задача обеспечения безкавитационной работы уже вспомогательного насоса, да и установка на двигатель второго насоса вызовет определённые сложности.

Особого внимания заслуживает схема для замкнутых систем высокотемпературного охлаждения двигателей внутреннего сгорания, предложенная Соколовым Е. А., Зингер Н. М. [1, с. 15]. Это схема системы высокотемпературного охлаждения с использованием смесительного подпорного узла. Он состоит из струйного насоса, сопла, которое подключено к нагнетательной полости водяного насоса, а диффузор соединён с его всасывающим патрубком и так называемый компенсационной линией (она сообщает расширительный бачок с приёмной камерой струйного насоса). Предложенная схема позволяет получить значительный подпор при меньшей доле перепускаемой жидкости из полости нагнетания.

Принципиальная схема системы охлаждения с применением струйного насоса представлена на рисунке 1. Потоки рабочей и инжектируемой сред поступают в камеру смешивания, где происходит выравнивание скоростей, сопровождающееся повышением давления. Из смесительной камеры поток поступает в диффузор, где происходит дальнейший рост давления. Давление смешанного потока на выходе из диффузора выше давления инжектируемого потока, поступающего в приёмную камеру [2, с. 38].

В данном случае инжектируемым является поток, поступающий из расширительного бачка, рабочим — из нагнетающей полости водяного насоса.

Рис. 1. Принципиальная схема системы охлаждения. ВН — водяной насос; В — вентилятор; ДКЛ — датчик контрольной лампы; ДТЖ — датчик температуры охлаждающей жидкости; ЗГ — заливная горловина; К — кран сливной; ВК — воздушный клапан; ПК — паровой клапан; КТ — коробка термостатов; Р — радиатор; РБ — расширительный бачок; РО — рубашка охлаждения

Повышение давления инжектируемого потока без непосредственной затраты механической энергии является основным принципом струйных насосов. Благодаря этому качеству использование струйного насоса позволяет получить более высокое давление на входе в циркуляционный насос по сравнению с давлением столба жидкости в расширительном бачке.

Основным достоинством струйных насосов является простота схемы включения, простота конструкции, несложность изготовления [3, с. 76].

Включение в водяной тракт системы высокотемпературного охлаждения смесительно-подпорного устройства параллельно водяному насосу — один из наиболее простых и эффективных способов увеличения располагаемого кавитационного запаса циркуляционного насоса.

Применение высокотемпературного охлаждения на дизельном двигателе вносит некоторые конструктивные изменения в агрегаты системы охлаждения. Не исключено, что может возникнуть и необходимость уточнённого проектировочного расчёта отдельных элементов системы охлаждения.

Оценка конструкции проектируемого двигателя заключается в оценке таких его показателей, как живучесть, готовность к функционированию и обитаемости с одним двигателем.

Применение высокотемпературного охлаждения позволяет двигателю сохранить стабильный режим охлаждения в любых условиях эксплуатации без потерь охлаждающей жидкости в виде пара.

Уменьшенная емкость радиатора системы охлаждения, вызванная применением высокотемпературного охлаждения, несколько уменьшает время заправки системы охлаждения жидкостью при подготовке автомобиля к движению, отсюда и экономия охлаждающей жидкости, и меньшая вероятность поражения осколками радиатора системы охлаждения.

Отсутствие жалюзи совсем исключает участие водителя в регулировании теплового состояния двигателя.

При эксплуатации автомобиля в условиях низких температур окружающего воздуха используется система отопления кабины.

Размеры теплообменников могут быть сокращены, так как температура охлаждающей жидкости обеспечит быстрый прогрев кабины водителя и при меньшей поверхности теплообменника. Это — еще один путь экономии цветных металлов при использовании высокотемпературного охлаждения.

В данной статье рассмотрен механизм и места кавитационных разрушений наиболее ответственных деталей двигателя, таких как гильза и блок, предложена методика определения их ресурса из условий кавитационных явлений. Даны рекомендации по снижению вибраций и кавитационных разрушений полостей охлаждения дизельного двигателя.

Литература:
  1. Кавитационные разрушения в дизелях. Иванченко Н. Н., Скуридин А. А., Никитин М. Д., Л., Машиностроение, 1970 г.
  2. Петриченко Р. М. Системы жидкостного охлаждения быстроходных двигателей внутреннего сгорания. Л., Машиностроение. 1975 г.
  3. Соколов Е. Я., Зингер Н. М. Струйные аппараты. -М.: Энергия 1989 г.

Основные термины (генерируются автоматически): водяной насос, высокотемпературное охлаждение, охлаждающая жидкость, расширительный бачок, подводящий патрубок, дизельный двигатель, струйный насос, повышение давления, система охлаждения, приемная камера.

Похожие статьи

Причины перегрева двигателя и его профилактика

водяной насос, высокотемпературное охлаждение, охлаждающая жидкость, расширительный бачок, подводящий патрубок, дизельный двигатель, струйный насос, повышение давления, система охлаждения...

Энергосберегающие технологии в переработке пластиковых отходов

водяной насос, высокотемпературное охлаждение, охлаждающая жидкость, расширительный бачок, подводящий патрубок, дизельный двигатель, струйный насос...

Анализ систем жидкостного охлаждения электронной аппаратуры

Обеспечение бескавитационной работы водяного насоса... Уменьшенная емкость радиатора системы охлаждения, вызванная применением высокотемпературного охлаждения, несколько уменьшает время заправки.

Усовершенствование конструкции привода вентилятора...

Насос запускает циркуляцию жидкости в «рубашке охлаждения» двигателя.

Вентилятор радиатора служит для улучшения охлаждения охлаждающей жидкости, за счет увеличения скорости и количества воздуха, проходящего через радиатор.

Система терморегулирования гидропривода | Статья в журнале...

жидкость. Охлаждение происходит при открытой заслонке в результате создаваемого

Нагнетательная гидролиния масляного насоса системы смазки ДВС, включающая

Поступая через подводящий штуцер во внутреннюю полость теплообменника, рабочая жидкость...

Перспективы развития охлаждения наддувочного воздуха...

Объясняется это тем, что вода на тепловозе и автомобиле, используемая для охлаждения наддувочного воздуха, имеет сравнительно высокую температуру, так как, в свою очередь, охлаждается атмосферным воздухом.

Из системы исключается водяной насос и его привод.

система охлаждения, дизельный двигатель, кавитационные...

Обеспечение бескавитационной работы водяного насоса... система охлаждения, дизельный двигатель, кавитационные разрушения, высокотемпературное охлаждение, водяной насос.

Формирование теплового режима охладителя наддувочного...

Рис. 4. Температурный датчик охлаждающей жидкости. Обеспечение бескавитационной работы водяного насоса... Повышение температуры в системе охлаждения сопровождается повышением давления насыщенных паров охлаждающей жидкости...

система охлаждения, дизельный двигатель, кавитационные...

Обеспечение бескавитационной работы водяного насоса... система охлаждения, дизельный двигатель, кавитационные разрушения, высокотемпературное охлаждение, водяной насос.

moluch.ru

От водяного колеса до водяной турбины

Cтраницы истории уральской гидроэнергетики

XVIII век, когда широко развернулось строительство горнозаводских предприятий, был периодом расцвета русского плотиностроения. На Урале в этот период было построено более 200 плотин. Вода от плотины подавалась на колеса, колеса приводили в движение заводские механизмы: воздуходувные меха, молоты и прокатные станы.

Водяные колеса приводились в движение преимущественно действием веса воды, заключенной в ковшах или между лопатками одной стороны колеса; другая сторона, имея пустые ковши, была легче первой; благодаря этой разнице в весе получалось вращение. Использовался, главным образом, статический напор воды или потенциальная энергия и только лишь в «пошвенных» водяных колесах частично использовался удар, т.е. живая сила водного потока — кинетическая энергия.

Известны водяные колеса вертикальные и горизонтальные. Среди распространенных горизонтальных конструкций различались колеса: наливное (верхнебойное), среднебойное, подливное (нижнебойное или «пошвенное») и плавучее. 

  • В наливном (верхнебойном) колесе поток воды, подведенной жолобом, действовал на верхнюю его часть, вода падала струей в ковши верхней части и выливалась из них внизу. 
  • В среднебойном вода била около середины задней половины колеса и вытекала из жёлоба через водослив. 
  • В подливном (нижнебойном, «пошвенном) колесе поток действовал на его нижнюю часть; при выпуске из жёлоба вода получала значительную скорость, т.е. использовалась, главным образом, ее живая сила. 
  • Плавучее колесо было разновидностью подливного и устанавливалось (между козлами или на двух барках) на быстрой реке; нижние лопасти колеса увлекались водой и вращали его. 
Показательно, что уже первые уральские заводы широко использовали в качестве двигателей наливные (верхнебойные) колеса, имевшие самый высокий коэффициент полезного действия, опережая на десятилетия западноевропейскую гидротехнику.

Русские гидротехники принимали сложные и смелые решения, приспосабливая колесо к обслуживанию нескольких механизмов, т.е. превращая его в пределах цеха или даже завода в центральный двигатель. 

Одной из первых таких попыток было выделение гидравлического колеса, обслуживавшего механизмы кузнечной фабрики Екатеринбургского завода, крупнейшего предприятия XVIII в., оснащенного самой передовой техникой того времени. Это колесо диаметром 5,7 м — одно из самых больших на заводе — было установлено в особом помещении за пределами кузнечной фабрики. Через систему трансмиссий оно приводило в движение 24 меха 12-ти кузнечных горнов и с помощью палечного колеса вращало шестерню вала с точилами и шлифовальными кругами. Таким образом, оно представляло собою как бы центральный двигатель, своеобразную «силовую станцию».

В 1763-1765 гг. уральский гидротехник Козьма Дмитриевич Фролов впервые в мире заставил колесо приводить в действие машины и транспорт в пределах целого предприятия. Созданная К.Д. Фроловым на Алтае, на реке Корбалихе, установка действовала как совершенная система механизмов, по отношению к которым водяное колесо играло роль основного центрального двигателя. Переработка руд механизмами и передвижение вагонеток здесь осуществлялось автоматически.

Поистине чудом техники XVIII в. было другое его гениальное сооружение - грандиозный завод-автомат, который действовал от гигантской гидросиловой системы.

Находясь под землей, чтобы зимой, когда река скована льдом, работа воды не останавливалась, Змеиногорская установка К.Д. Фролова приводила в действие пильную мельницу, рудоподъемные устройства, рудничный транспорт. К.Д. Фролов построил здесь самые мощные в мире водяные колеса. Это были верхнебойные колеса, в диаметре 16, 17 и 19 метров.

Изобретения Фролова помогли рудничному хозяйству Алтая повысить ежегодную добычу серебра до 670 с лишним пудов, а золота – до 21 пуда. 

Гидросиловая установка К.Д. Фролова:

  1. Плотина
  2. Пильная мельница
  3. Канал
  4. Здание рудоподъёмника Екатерининской шахты
  5. Кунстштат Екатерининской шахты
  6. Кунстштат Екатерининского водоподъёмника
  7. Екатерининская шахта
  8. Надшахтный сарай Вознесенской шахты
  9. Вознесенская шахта
  10. Кунстштат Вознесенского рудо-водоподъёмника
Сам К.Д. Фролов родился в Полевском заводе в семье мастеровых, окончил Екатеринбургскую горнозаводскую школу, после чего 18 лет проработал на горных заводах Урала, пройдя путь от подмастерья до старшего горного инженера. С 1863 года императорским указом был переведен на Алтай, где за введение своих гидротехнических изобретений получил чин берг-гауптмана VI класса и назначен управляющим всех Колывановских горных заводов.

С развитием металлургии, в 1830-х годах русская гидротехника сделала смелый шаг от усовершенствования колес к постройке водяных турбин заводского действия. Первая водяная турбина — двигатель промышленного типа — была построена на Алапаевском железоделательном заводе в 1837 году. Ее изобретателем и строителем был уральский умелец, плотинный мастер Алапаевских заводов Игнатий Евстафиевич Сафонов. 

Существенное отличие турбин от водяного колеса заключается в следующем. В турбине вода входит на одну кромку лопатки, проходит по лопатке и сходит с другой кромки, не меняя направления своего движения. В водяном колесе вода входит и выходит в одном и том же месте, совершая перемещение на лопатке в обратную сторону; вследствие этого как скорость, так и направление движения воды в некоторой точке лопатки различны в разные моменты времени. 

В турбине вода от входных до выходных кромок течет непрерывно и в каждой точке лопатки скорость ее одинакова по направлению и отличается только по величине. Так как вода имеет возможность поступать в рабочее колесо теоретически с любой скоростью, то турбина может, во-первых, применяться в широком диапазоне напоров и, во-вторых, развивать большее число оборотов. Кроме того, в турбине вода проходит одновременно по всем лопаткам рабочего колеса, а в водяном колесе - лишь по небольшой их части, что приводит к уменьшению размеров турбины по сравнению с водяным колесом. Меньшие размеры и вес турбины при большей скорости позволяют сделать всю конструкцию более компактной и упрощают передаточные механизмы.

Турбина И.Е. Сафонова расходовала воды столько же, сколько и верхнебойное колесо, но мощность развивала в 2 раза больше, коэффициент полезного действия был равен 53%. В 1849 г. все хвостовые молоты Алапаевских заводов перевели на привод от турбин. Вслед за Алапаевским заводом Сафонов установил еще более совершенные водяные турбины: на Ирбитском заводе - в 1839 г., на Нейво-Шайтанском заводе - в 1841 г. Коэффициент полезного действия здесь составлял 70-75%.

В то время на Урале считали, что наиболее совершенные водяные колеса действуют на Нижне-Исетском заводе под Екатеринбургом, где три верхнебойных колеса, работавших при напоре 6,4 метра, требовали для своей работы в общей сложности 800 литров воды в секунду. Нейво-Шайтанская турбина Сафонова работала при напоре порядка 3,5 метра и расходовала около 240 литров воды в секунду, выполняя большую работу, чем все три нижнеисетских колеса. При этом диаметр турбины был невелик – чуть более 2-х метров, в несколько раз меньше диаметра водяного колеса. 

Уральские мастера-изобретатели внесли большой вклад в развитие российской промышленности, а их имена вписаны в мировую историю гидротехнической инженерии.

Дата публикации: 10.02.2015 16:51:00Теги: История, Урал

musen.ru

Усовершенствование водяного двигателя, реферат — allRefers.ru

Работа сделанна в 2001 году

Усовершенствование водяного двигателя - Доклад, раздел История, - 2001 год - Технические открытия и изобретения в XI-XV веках

Усовершенствование водяного двигателя. В горном деле и ремесле стали применять водяной двигатель. Водяное колесо использовали на мельницах в стремительный поток воды погружали нижнюю часть колеса, оно вращалось и приводило в движение тяжлые жернова.

Такое колесо называлось нижнебойным. Позднее было изобретено верхнебойное колесо оно приводилось в движение силой падающей на него воды и вращалось быстрее, чем нижнебойное. Реку перегораживали плотиной и отводили от не желоба узкие каналы для стока воды. Вода устремлялась в жлоб и падала сверху на лопасти колеса, ускоряя его движение. При обработке металла этим колесом приводили в движение молот весом до одной тонны.

В производстве бумаги с помощью водяного двигателя поднимали и опускали прессы, в горном деле поднимали и дробили руду, откачивали воду из шахт. Это позволяло рыть более глубокие шахты.

– Конец работы –

Эта тема принадлежит разделу:

Технические открытия и изобретения в XI-XV веках

По сравнению с ранним средневековьем сильно продвинулись техника производства, образование, наука и искусство. Крестьяне и ремесленники продолжали… Феодальный период характеризуется дальнейшим совершенствованием обработки… Из чугуна отливали различные изделия, а путм его переплавки получали железо и сталь. Для плавки металлов в домнах…

Если Вам нужно дополнительный материал на эту тему, или Вы не нашли то, что искали, рекомендуем воспользоваться поиском по нашей базе работ: Усовершенствование водяного двигателя

allrefers.ru