БНБ "БРОКГАУЗ И ЕФРОН" (121188) - Photogallery - Естественные науки - Математика - Технология
|
Нефтяной двигатель ДизеляОпределение "Нефтяной двигатель Дизеля" в словаре Брокгауза и Ефрона
Нефтяной двигатель Дизеля Нефтяной двигатель Дизеля. Фиг. 1. — Диаграмма работы идеального двигателя по циклу Карно. Фиг. 2. — Диагр. процесса, отклоняющегося от идеального. Фиг. 3. — Первый двигатель, построенный Аугсбургским заводом, без охлаждающей рубашки. Фиг. 4. — Диагр. Шретера приблизительно изотермического сгорания. Фиг. 5. — Диагр. современного двигателя Дизеля. Фиг. 6. — Теорет. диагр. Дизелевского процесса с изотермич. сгоранием. Фиг. 7. — Теорет. диагр. при изодинамич. сгорании. Фиг. 8. — Конструкция соврем. двигателя Дизеля и способ его работы. Фиг. 9 —13. — Последовательный ход работы цилиндров. Фиг. 14. — Детали устройства нефтяного клапана и клапана для пуска в ход. Фиг. 15. — Нефтяной насос. Фиг. 16. — Двухцилиндр. двигатель Дизеля в 150 действ. лош. сил, постр. завода Нобеля. Фиг. 17. — Одноцилиндр. двигатель Дизеля в 10 лош. сил, постр. того же завода. Фиг. 18. — Четырехцилиндр. двигатель Дизеля в 180 сил на барже Нобеля "Сармат". Сам Дизель отнесся с сомнением к возможности практического достижения работы двигателя по этому идеальному циклу. Главное препятствие он справедливо видел в трудности достижения тех громадных величин сжатия до 250 атм., которые бы явились необходимыми при сохранении условия изотермического сжатия (AB). Не желая затруднять исполнение первого опыта и стремясь обойти это условия для возможности действительного испытания его машины, он предложил применить на практике "отклоняющийся от совершенного процесс", в котором сжатие воздуха целиком бы происходило по адиабате АС (фиг. 2). При таком упрощенном процессе потребовалось бы сжатие лишь до 90 атм., но зато и термический коэффициент цикла соответственно бы понизился. Дизель предполагал, что его двигатель будет в состоянии работать без охлаждения и даже полагал нужным для защиты камеры горения от потерь через стенки, одеть ее стеклянной или фарфоровой футеровкой. По его предположениям двигатель этот, при работе на угольной пыли, по сравнению с паровой машиной должен был потреблять в 6 или 7 раз меньше угля и иметь размеры цилиндров в 4 раза меньшие. Однако, в первом двигателе, построенном Аугсбургским заводом (1893 — 1897 г.) без охлаждающей рубашки и, вообще, по наружному виду (фиг. 3) приближавшемся к конструкции, намеченной Дизелем в упомянутой его брошюре, не удалось достигнуть удовлетворительной работы ни на угольной пыли, ни на газе, и он работал на керосине. Сжатие в нем достигало только 40 — 45 атм., т. е. всего только половины предположенного Дизелем для его "отклоняющегося" процесса. После этого была введена охлаждающая рубашка. Также на практике оказалось выгодным отклониться от предложенного Дизелем изотермического сгорания. Собственно, изотермического сгорания, в полном смысле слова, никогда и не удалось реализовать, но во всяком случае, судя по первым диаграммам, опубликованным проф. Шретером (фиг. 4), линия сгорания при первых опытах приближалась к изотерме и Дизель еще говорил о "приблизительно изотермическом сгорании". При дальнейших совершенствованиях двигателя пришлось еще более отклониться от изотермического процесса сгорания и приблизить его к изодинамическому, т. е. горению при равном давлении, как это видно из диаграммы современного двигателя Дизеля (фиг. 5). Причиной этого было то обстоятельство, что для осуществления, или вернее, для приближения только к изотермическому процессу, необходимо было ограничиться весьма малыми количествами вводимого в цилиндр топлива, что вело к работе двигателя при сравнительно небольшой нагрузке и, след., ставило работу его в неблагоприятные условия в отношении механического коэффициента его полезного действия, уже и без того низкого в этих двигателях. Переход от изотермического сгорания к изодинамическому привел, таким образом, к лучшему общему экономическому коэффициенту полезного действия, т. е., другими словами, к меньшему расходу горючего, который соответственно изменялся с 240 гр. до 185 гр. на одну действительную лошад. силу, а также к возможности, при том же конечном давлении сжатия, уменьшить размеры цилиндра, в виду относительного повышения среднего индикаторного давления. Последнее становится ясным из сравнения теоретических диаграмм Дизелевского процесса (с изотермическим сгоранием) и действительно применяемого теперь процесса с постоянным сгоранием (фиг. 6 и 7). Двигатель Дизеля в настоящем его виде может быть охарактеризован как двигатель с весьма высоким сжатием и постепенным сгоранием. Высокая степень сжатия, являющаяся одним из главных факторов необыкновенной экономичности этого двигателя, делается возможной благодаря тому, что сжатию подвергается один только воздух, а не смесь его с горючим, как то делается в других системах двигателей. Вследствие применения сильного сжатия, результатом которого является чрезвычайно высокая температура сжатого воздуха (около 600° Ц.), воспламенение горючего становится возможным без применения каких-либо зажигательных приборов, а лишь благодаря этой высокой температуре. Горючее вводится постепенно в течение 10 — 12 % хода поршня; этим устраняется возможность резких и вредных повышений давления и достигается горение при почти равном давлении. Вследствие того, что горючее поступает в цилиндр в распыленном виде в самом центре масс сжатого воздуха, т. е. там, где температура наиболее высока и где меньше всего сказывается охлаждающее влияние стенок, сгорание его происходит быстро и совершенно, что также является одним из факторов, определяющих высокий термический коэффициент двигателя. По роду своего действия современный двигатель Дизеля принадлежит к типу 4-тактных, простого действия, с вертикальным расположением цилиндров. Однако, эти черты не являются уже характерными для двигателя Дизеля, так как, независимо от того, будет ли двигатель 4-тактным, или 2-тактным, простого или двойного действия, с вертикальным или же с горизонтальным расположением цилиндров, основные условия его работы, а именно, отдельное сжатие воздуха, высокая степень этого сжатия, самовоспламенение горючего и постепенное его горение, могут остаться неизменными. Пока еще было сделано сравнительно мало попыток к видоизменению двигателя Дизеля в этих направлениях. Однако, следует думать, что переход к двигателям 2-тактным, или же двойного действия, есть вопрос недалекого будущего и что от разрешения этого вопроса надо ожидать дальнейшего развития и совершенствования двигателя, как в отношении возможности достижения более крупных по силе единиц двигателя, так и в отношении уменьшения размеров и веса его на единицу силы. Конструкция современного двигателя Дизеля и способ его работы видны на фиг. 8. Здесь изображен вертикальный 2-цилиндровый, 4-тактный двигатель, конструкции завода Нобеля в СПб. Основанием двигателя служит чугунная рама А, в которой помещаются подшипники коленчатого вала В. На вале находится маховик, рядом с которым оставлено место для ременного или канатного шкива. С — станина со вставленным в нее рабочим цилиндром D. Цилиндрическая в верхней части станина уширяется к низу и образует две ноги, которыми она крепится к раме. В рабочем цилиндре ходит удлиненный поршень Е, на цапфу которого F надевается шатун G, передающий движение коленчатому валу. К станине сверху притянута крышка цилиндра H, в которой находятся все необходимые клапаны: в центре — нефтяной, или, так назыв., игольчатый клапан J, служащий для пульверизации нефти в цилиндр; справа от него впускной клапан К — для засасывания воздуха; слева — выпускной клапан L — для удаления продуктов горения, и, наконец, поближе к распределительному валу Р — клапан для пускания двигателя в ход M. Все 4 клапана — приводные. В закрытом положении они удерживаются пружинами, а открываются под действием рычагов, получающих движение от вала P при помощи насаженных на него кулачных шайб. Когда выступающая часть кулачной шайбы подходит к ролику соответственного рычага и подымает или опускает одно его плечо, то другое плечо рычага действует на шпиндель клапана и открывает его. Когда выступающая часть кулачной шайбы отошла от рычага, клапан закрывается под действием пружин. Распределительный горизонтальный вал получает вращение от вертикального регуляторного вала Q, который в свою очередь получает вращение от главного вала двигателя. Передача вращения в обоих случаях производится зубчатыми винтовыми шестернями. Передача от главного вала к распределительному устроена таким образом, что последний вращается в два раза тише, чем первый, что необходимо ввиду работы двигателя в 4 такта, при каковой открывание и закрывание нефтяного, впускного и выпускного клапана должно происходить только по одному разу за каждые два оборота главного вала. Посмотрим теперь, что происходит внутри каждого из цилиндров двигателя во время работы. Начнем с того хода поршня вниз, когда открыт всасывающий (впускной) клапан, дающий доступ атмосферному воздуху в цилиндр (фиг. 9). Пока поршень идет вниз, клапан остается открытым, и в цилиндр устремляется воздух, всасываемый поршнем. Когда поршень дошел до нижнего своего положения и цилиндр наполнился свежим воздухом, то всасывающий клапан закрывается. При обратном ходе поршня все клапаны закрыты (фиг. 10), и воздух, заключенный в цилиндре, подвергается сжатию, сопровождающемуся повышением температуры. Когда поршень дошел до своего высшего положения, воздух в цилиндре сжат до 32 — 35 атм., и темп. его возросла до 500 — 600° Ц. С самого начала следующего хода поршня вниз открывается нефтяной клапан (фиг. 11), через который вбрызгивается нефть. Последняя, попадая в раскаленный воздух, немедленно воспламеняется и горит. Введение нефти и горение ее происходит лишь на части хода поршня (10 — 12 %), а далее нефтяной клапан закрывается (фиг. 12) и образовавшиеся продукты горения с высоким давлением расширяются на остальной доле хода. Наконец, во время хода поршня вверх, открывается выпускной клапан (фиг. 13) и продукты горения выгоняются через отводную трубу наружу. В следующий ход поршня вниз снова открывается впускной клапан (фиг. 9) и т. д. Итак, весь процесс, происходящий внутри цилиндра, обнимает 4 такта. Из них только третий такт доставляет энергию и является рабочим. След., в 1-цилиндровом двигателе на 2 оборота вала приходится один рабочий такт. В 2-цилиндровом двигателе процессы протекают в каждом цилиндре аналогично, но при этом 1 -й такт в одном цилиндре совпадает с 3-м тактом в другом и, след., на каждые 2 оборота вала приходится 2 рабочих такта. В 3-цилиндровом двигателе соответственно на 2 оборота вала приходится 3 рабоч. такта, в 4-цилиндровом — 4. Характер и схема работы двигателя Дизеля выясняются еще лучше из рассмотрения индикаторной его диаграммы (фиг. 5). Прямая (1 — 2) соответствует всасыванию воздуха (1 такт); кривая (2 — 3) — сжатию воздуха (2 такт); кривая (3 — 4) — вбрызгиванию и горению нефти, а (4 — 5) — расширению продуктов горения (3 такт) и, наконец, прямая (5 — 1) соответствует выпуску отработавших продуктов горения (4 такт). Вернемся теперь к дальнейшему описанию частей двигателя. Конструкция выпускного, впускного, а также клапана для пуска в ход совершенно тождественна и не представляет никаких особенностей (фиг. 8). Стерженек g (фиг. 14), называемый иглой, проходит через длинную втулку i и нижний конец его под действием спиральной пружины плотно закрывает впускное отверстие. Специальная помпочка подает, 1 раз за каждые 2 оборота, по трубке т своевременно такое количество горючей жидкости, какое необходимо для 1 раб. хода. Эта жидкость располагается в нижней части клапана около нижней части иглы. По трубке l в верхнюю часть клапана притекает сильно сжатый воздух, который в течение первой части раб. хода, когда распределительный механизм приподымает иглу g, вгоняет горючую жидкость через образовавшееся отверстие в цилиндре двигателя. Сжатый воздух доставляется особым воздушным насосом (компрессором) U (фиг. 8), приводимым в движение от главного шатуна помощью двух тяг, коромысла Z и маленького шатуна Y. Воздушные насосы в небольших двигателях одноцилиндровые, а в больших — системы компаунд; воздух в одном цилиндре сжимается до 7 — 10 атм., а затем в другом далее до 50 атм. Насос подает сжатый воздух в особый цилиндрический резервуар, из которого воздух этот и вступает в верхнюю часть игольчатого клапана. Для получения полного сгорания горючее непременно должно быть доставлено в цилиндр в мелко раздробленном, пульверизованном виде. Для этой цели служат несколько шайб p с мелкими отверстиями (фиг. 14). Сжатый воздух из верхней части игольчатого клапана, под действием значительной разности давлений сверху и снизу, с огромной скоростью входит в отверстия шайб, разделяется на много отдельных струй, увлекает и мелко распыливает жидкое топливо и в таком пульверизованном виде вводит его в цилиндр двигателя, где оно и сгорает. Впускное отверстие находится в особом наконечнике h, который привинчен к седлу игольчатого клапана и легко может быть заменен другим, так, что величина отверстия может быть так подобрана, что сгорание горючего в цилиндре будет происходить с требуемой интенсивностью и быстротой. Нефтяной насос (фиг. 8 и 15) подает нефть из резервуара-фильтра в нефтяной (игольчатый) клапан. Из резервуара-фильтра нефть подводится к насосу самотеком и через всасывающий клапан b поступает под ныряло нефтяного насоса, при нисходящем ходе которого часть нефти выгоняется через открытый всасывающий клапан обратно в резервуар-фильтр, а остальная часть, с момента закрытия всасывающего клапана, вгоняется через нагнетательный клапан по подводящей трубке к пульверизатору. Ныряло насоса получает движение от эксцентрика с, насаженного на распределительном валу. Как явствует из только что сказанного, нефтяной насос забирает большее количество нефти, чем необходимо для сгорания в рабочем цилиндре, и затем выбрасывает обратно в резервуар известное количество ее. Разумеется, что чем дольше будет удерживаться открытым всасывающий клапан, тем большее количество нефти попадет обратно и тем меньшее количество ее попадет в пульверизатор. На этом основано регулирование двигателя. Таким образом, регулятор должен действовать на всасывающий клапан нефтяного насоса. С этою целью муфта центробежного регулятора, укрепленного на верхнем конце вала Q, связана с горизонтальным передаточным валиком, идущим параллельно валу Р. Этот валик заканчивается у нефтяного насоса пальцем, действующим на всасывающий клапан насоса. Когда при уменьшении нагрузки шары регулятора расходятся более обыкновенного, движение муфты вызывает поворот валика, и палец на конце валика устанавливается в таком положении, что всасывающий клапан открыт на большей доле возвратного хода ныряла насоса и, след., приток нефти в пульверизатор уменьшается. При увеличении нагрузки происходит обратное. Итак, регулирование двигателя производится вполне автоматически: при изменении нагрузки от полной до холостого хода регулятор сам по себе тотчас же нормирует приток нефти, соответствующий установившейся нагрузке. Пускание двигателя в ход производится сжатым воздухом. Для пуска двигателя необходимо сначала, повернув вручную маховик, привести его в такое положение, чтобы поршень перевалил за верхнюю мертвую точку. Если в этот момент произвести впуск сжатого воздуха поверх поршня, то двигатель придет в движение. Для того же, чтобы двигатель мог начать действовать самостоятельно, необходимо привести его в такое состояние, при котором могло бы произойти первое сгорание нефти при положении поршня, соответствующем 3 такту, а для этого необходимо сжать воздух в цилиндре до 32 атм. и поднять его температуру до 500° Ц., для чего нужно, чтобы сжатие было весьма быстрое. Таким образом, для пуска двигателя в ход недостаточно только сдвинуть его с места, но нужно дать ему еще достаточный разгон, что достигается несколько раз повторенным впуском сжатого воздуха. Сжатый воздух берется из особого резервуара, куда этот воздух накачивается при работе двигателя воздушным насосом, о котором уже было говорено. Понятно, что во время пускания двигателя в ход нефтяной клапан должен бездействовать, а взамен его должен действовать клапан для пускания двигателя в ход. С этой целью валик а (фиг. 8), на котором сидят рычаги, открывающие клапаны, устроен так, что его можно повернуть в два положения: при одном рычаг нефтяного клапана не затрагивается выступом нефтяной шайбы и, след., нефтяной клапан при этом всегда закрыт; при другом — рычаг клапана для пуска в ход не затрагивается выступом его шайбы и, след., при этом положении валика клапан для пуска в ход всегда закрыт. Итак, при пускании двигателя в ход валик а помощью ручки h ставится в первое положение: открывается вентиль у резервуара сжатого воздуха, воздух устремляется в цилиндр, гонит поршень и дает двигателю разгон, после чего валик переставляется во второе положение, вводится нефть и двигатель начинает работать. Весь процесс пускания двигателя в ход занимает 1 — 3 мин. Для остановки двигателя достаточно прекратить подачу нефти к пульверизатору. Это производится при помощи особой ручки i, которая останавливает всасывающий клапан нефтяного насоса и удерживает его все время открытым, благодаря чему вся входящая под ныряло насоса нефть обратно выгоняется в резервуар-фильтр и подача ее к пульверизатору совершенно прекращается. Для охлаждения цилиндры двигателя и компрессора, а также их крышки, снабжены рубашками, в пространстве между которыми и стенками цилиндров происходит беспрерывная циркуляция воды. Расход воды в двигателях Дизеля не велик, в среднем можно считать 1 ведро на 1 лошад. силу-час. Что касается смазки двигателя, то поршень и поршневая цапфа смазываются под давлением, помощью аппарата Моллеруп приводимого в движение самим двигателем. Остальные трущиеся части смазываются капельными лубрикаторами. В коленчатом вале колено смазывается центробежной, а подшипники кольцевой смазкой. Отработавшее масло стекает в кольцеобразную часть фундаментной рамы и отсюда собирается в ведро или горшок и затем выливается в фильтр. Расход масла в двигателях Дизеля не велик, в особенности при употреблении фильтров. Можно принять его в среднем: на 1 лош. силу-час равным 1 зол. цилиндрового масла и 1,5 зол. обыкновенного. Ниже приведены 3 табл. с нек. данными относительно норм. стационарных двигателей Дизеля. В табл. I приведены данные испытания двигателей в 8 и в 70 д. л. с. Аугсбургского зав. (1902 г., проф. Мейер). Во II таблице указаны некот. данные для 1- и 2-цилиндров. двигателей завода Нобеля для мощностей от 10 до 250 д. л. с. В табл. III приведены данные о расходе топлива в таких же двигателях при разных нагрузках (в грамм. на 1 д. л. силу-час).
Таблица I.
Примечание. Испытание производилось русск. керосином уд. в. 0,806 и с теплопровзводительн. в 10300.
Таблицa II.
Таблица III.
Примечание. Расход топлива показан при теплопроизводит. его в 10000. На фиг. 16, 17 и 18 изображены двигатели Дизеля постройки завода Л. Нобеля в СПб. Два из них, в 10 и 150 д. л. с., представляют тип обыкновенного, тяжелого, тихоходного стационарного двигателя, третий — представляет быстроходный, 4-цилиндровый двигатель в 180 сил, установленный на нефтеналивной барже Нобеля "Сармат". Заграничные двигатели Дизеля мало отличаются от описанного выше. Двигатели эти строятся самой разнообразной величины, начиная от 8 сил до 100. Большая часть их установлена в России и служит для самых разнообразных целей, главным образом для электрических станций, для приведения в действие насосов и трансмиссий на заводах и фабриках, для мельниц и т. д., а также в последнее время зав. Нобеля была сделана попытка применения его для движения судов. С этой целью заводом были оборудованы двигателями Дизеля две нефтеналивных баржи "Вандал" и "Сармат" водоизмещением по 1000 тонн, уже совершившие несколько рейсов по Волге. Широкое распространение двигателя Дизеля объясняется главным образом его необыкновенно высоким коэффициентом полезного действия, доходящим до 33 %, и чрезвычайной его экономичностью в расходе горючего материала. В самом деле, расход топлива на 1 д. л. с. в час для разного рода машин составляет:
Кроме этого, самого важного, преимущества двигателя Дизеля следует отметить еще и другие, а именно: 1) при установке этот двигатель требует весьма мало места, 2) он совершенно безопасен в пожарном отношении, 3) легко пускается в ход, без всяких предварительных приготовлений, 4) работает без зажигателей, 5) продукты горения не имеют никакого запаха, так как сгорание происходит полное и 6) требует весьма мало охлаждающей воды. К недостаткам двигателя Дизеля следует отнести: тяжеловесность конструкции, вызываемую значительными усилиями, действующими в двигателе, и деликатность конструкции некоторых его частей. Эти недостатки двигателя приводят к высокой первоначальной его стоимости и необходимости весьма тщательного и умелого ухода. Следует, однако, заметить, что недостатки эти в последних двигателях в значительной мере уменьшены. Что же касается высокой первоначальной стоимости двигателя, то она в большинстве установок компенсируется, с одной стороны, экономией в месте и уменьшением стоимости других частей установки, и, с другой стороны, дешевизной эксплуатации. Условия для установки двигателей Дизеля особенно благоприятны у нас в России, имеющей громадные запасы нефти и потому следует ожидать именно в России весьма широкого распространения этого двигателя. Литература. A. Musil, "Grundlagen der Theorie und des Baues der Wärmekraftmaschinen"; A. v. Ihering, "Die Gasmaschinen. Berechnung, Untersuchung und Ausführung"; R. Scböttler, "Die Gasmaschine. Ihre Entwickelung, ihre Heutige Bauart und ihr Kreisprocess"; H. Быков, "Газовые двигатели" (курс, чит. в спб. технол. инст.); Д. Филиппов, "О применимости машин с внутр. сгоранием для движения современных боевых судов"; Diesel, "Theorie und Konstruction eines rationellen Wärmemotors"; O. Lueger, "Lexikon der Gesamten Technik und ihrer Hilfswissenschaften"; A. Witz, "Traité théor. et prat. des moteurs à gaz et à petrole"; H. Güldner, "Das Entwerfen und Berechnung der Verbrennungsmotoren"; "Zeitschr. d. Vereins Deutsch. Ingen." (1897, 1898, 1899 и 1903, статьи Дизеля, Мейера, Стодоля и Шретера). Д. Филиппов.
Статья про "Нефтяной двигатель Дизеля" в словаре Брокгауза и Ефрона была прочитана 1901 раз |
TOP 15
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||