1. Дәріс - Тақырып – «Кіріспе. ЭҚ көлік жүйесіндегі ролі және орны».

Мазмұны. Көлік құралы жұмысының энегнергетикалық негізі. ЭҚ түрлері. Даму тарихы.

Автономдық көлік құралы жұмысының энегнергетикалық негіздері

Энергетикалық қондырғылар тартым күшін F (Н) тудыра отырып, көлік құралының (автомоби­ль, трактор, тепловоз, самолет, теплоход және т.б.) қозғалысын қамтамассыз етеді. Осы күш арқылы көлік құралын S (км) арақашықтыққа қозғап, пайдалы механикалық жұмыс А_пол жасайды:

А_пол = F·S (кДж). (1)

Пайдалы жұмыс жасау үшін қандайда бір энергия мөлшерін А_зат шығындау қажет. Сырттан энергия берілмейтін барлық автономдық көлік құралдары үшін қозғалтқышта жанатын әртүрлі жанармайлардың ішкі химиялық энергиясы энергия көзі болып табыла алады. Бұл көліктерде жанармайдың қоры көлік құралының өзінде орналасуы мүмкін. Жанармайды жағуда оның жану өнімдері (газдар) жоғары температураға ие болады және жылулық энергияны тасмалдағыш болып табылады.

Автономдық көлік құралдарының энергетикалық қондырғылары жанармайдың ішкі химиялық энергиясын механикалық жұмысқа айналдыруға арналған.

Жанармайдың В (кг) массалы белгілі бір мөлшері Q (кДж/кг) жылулықпен жанған кезде А жылулық энергия алуға болады:

А = В·Q (кДж).

Жанармайдың жануынан алынған А энергиясы пайдалы жұмыстың орындалуына жұмсалуы мүмкін,

А = А_зат

Көлік құралы үшін энергетикалық тізбек (А_зат=В·Q дан А_пол=F·S дейін энергия өзгеруінің тізбектелген деңгейі) келесі қажетті тізбектелген мүшелерден тұрады:

— жылулық генератордан ЖГ—жанармайдың ішкі химиялық энергиясын жылулық энергияға өзгертетін қондырғы;

— жылулық қозғалтқыш ЖҚ—жылулық энергияны механикалық жұмысқа өзгертетін машина(рис. 1.).

Бұл екі мүше барлық автономдық көлік құралының өзіндік энергетикалық қондырғысын құрайды.

ЖГ

ЖҚ

БМ

Ж 1 2 1-β 3 F

β S

Ауа АҚА

Сурет1.Автономдық көлік құралының энегнергетикалық тізбегінің

құрылымдық сұлбасы.

ЖГ — жылулық генератор; ЖҚ — жылулық қозғалтқыш; БМ — беріліс механизмі (беріліс); АА — локомотивтің өз қажетіне қуат алу; Д — жетекші дөңгелек; F — тартым күші; S — жүрілген жол.

Заттың және энергияның ағыны: Ж - жанармай (ішкі химиялық энергия);

Ауа — атмосферадан алынатын ауа; 1 — жылутуасмалдағыштың жылулық энергиясы — жұмыстық дененің; 2 — жылулық қозғалтқыштың жұмыстық органының тура‑кері қозғалысы немесе айналымның механикалық жұмысы;

3 — көлік құралының жетекші дөңгелегінің айналымның механикалық жұмысы.

Көлік құралының пайдалы әсер коэффициенті (п.ә.к.) η_көл.қ энергия алуға шығындалған және пайдалы жұмыс қатынасына тең.

(2)

Көлік құралының энергетикалық тізбегінде тағы да екі элемент бар, бұл:

- беріліс механизм-БМ («беріліс»), жылулық қозғалтқыштың шығу қондырғысы мен көлік құралының жетекші дөңгелек аралығында (немесе винтпен)-Д;

— аралық қуат алу – АҚА, көлік құралының өз қажеттілігіне (көмекші жабдықтар жетегі, жылу жүйесі, жарықтандыру және т.б.) өндірілген энергия бөлігін алу.

Энергетикалық қондырғылар түрлері.

Энергетикалық қондырғылар екі негізгі топтарға бөлінеді:

— сырттай жану қозғалтқышы;

— іштей жану қозғалтқышы.

Энергетикалық қондырғылардың принципиальдық сұлбасы сур.2. көрсетілген.

Энергетикалық қондырғылар

(Жылулық қозғалтқыштар)

Іштей жану

Сырттай жану

Піспекті қозғалтқыштар

Піспекті

қозғалтқыштар

Қалақшалы

қозғалтқыштар

Қалақшалы

қозғалтқыштар

Сыртқы энергия көзінен тұтану

Сурет 2. Жылулық қозғалтқыштьардың принципиальдық сұлбасы.

Жылулық қозғалтқыштардың даму тарихы.

Бірінші жұмысқа қабілетті бу күштік қондырғыны 1712 жылы Томас Ньюкомен (темірұстасы, өнертапқыш) ұсынды.

Орыс өнертапқышы И.И. Ползунов 1763 жылы ұста терісінің жетегі үшін бу атмосфералық машина жобасын жасап шығарды.

Шотландтық Джеймс Уатты (1736-1819) өнертапқыш және бу машинасын жасаушы ретінде есептейді.

Қарапайым жұмысты машинаға патентті Д. Уаттом 1769 жылы алды.

Джеймса Уаттың техникадағы және энергетикадағы еңбектері өте жоғары, дүние жүзінде қуаттың өлшем бірлігі оның атымен Watt [W] (бұл атауды орысша «Ватт» [Вт] деп атау және белгілеу қабылданған)аталады.

Бу шығыры. Жұмысқа қабілетті белсенді бу шығыры 1883-1889 жж. швед инженері Густав де Лавал (1845-1913) ойлап шығарды.

Іштей жану қозғалтқыштары

1824 ж. француз инженері Сади Карно ұсынған жылулық энергияны механикалық жұмысқа өзгерту үрдісіне арналған идеальды термодинамикалық цикл мұндай қозғалтқышты жасау үшін теориялық негіз болып табылады.

Бірінші жұмысқа қабілетті і.ж.қ. Францияда Жан-Этьен Ленуар жасаған жарықтандыру газымен жұмыс істейтін қозғалтқыш болып атбылады. Ол 1860 ж. патент алды.

Европада Ленуардың кішкене қозғалтқыштары (с мощностью по­рядка 0,5-1 кВт) үлкен атақ алды, қозғалтқыштың п.ә.к. 3% деңгеймен бағаланды.

Ленуар қозғалтқышы өздігінен үйренген өнертапқыш неміс Николаус Аугуст Оттоға (1832-1891) қызығушылық тудырды. 1866 ж. ол жетілдірілген газ қозғалтқышына бірінші патент алды. 1867 ж. Оттоның кішкене моторы Бүкіләлемдік Париждегі көрмеде көрсетілді және көрмеде басқада өнертапқыштардың он бестей газ қозғалтқыштарының болуына қарамай алтын медаль алды, Отто моторы басқаларға қарағанда экономикалық тиімділікпен жұмыс істеді. Отто өзінің көмекшілерімен бірге қозғалтқыштар өндірісін ұйымдастырды. Оның фирмасының жұмысының жақсаруына екі дарынды неміс инжерлерін шақыру себеп болды. Олардың аттары қазіргі белгілі Готлиб Даймлер және Вильгельм Майбах. Олар ұйымдастырған автомобиль зауыттары және фирмалары әлі Германияда бар.

Г. Даймлер 1883 ж. төртырғақты іштей жану қозғалтқышын жасады, онда жарықтандыру газының орнына сұйық жанармай бензин қолданылды. Бензин буы және ауа араласқан түрдегі жанғыш қоспа, ол арнайы жасаған құрал карбюраторда пайда болды. 1891 жылы Г.Даймлер зауыты қозғалтқышпен дөңгелек арасында тісті берілісті автомобиль түріндегі Европадағы ең бірінші өнеркәсіптік локомотивті жасады. Оның қуаты 4 а.к. тең болды.

Соңынан бензиндік карбюраторлы қозғалтқышты арбаға қойып Даймлер бірінші нағыз автомобильді жасап шығарды. 1893 жылы Г.Даймлер автомобиль зауыты неміс темір жолы үшін автомотристер (рель­стік автобустар) ‑ өздігінен жүретін рельстік вагондар құрастырды.

Дизельдік іштей жану қозғалтқыштары. 1897 жылы неміс инженері Рудольф Дизель іштей жану қозғалтқышын жасады, онда ауыр сұйық жанармай цилиндрде сығымдалған ауаның жоғары температурасына байланысты өздігінен тұтанды. Содан бері қозғалтқыштар оны жасаушы атымен ‑ дизель деп аталады. Жанармайды беру тәсілі Дизельдің өнертапқыштығының негізгі элементі болып табылды.

1896 жылы Нижний Новгородта жұмыс істейтін орыс маманы Г.В. Тринклер жоғары қысымды компрессорсіз іштей жану қозғалтқышын құрастырды. Ол 1899 жылы ұсыныс беріп тек қана 1904 патент алды. Сондықтан қазіргі компрессорсіз дизельдік қозғалтқыштар «аралас» циклмен (Тринклер циклімен) жұмыс істейді.

Газ шығырлы қондырғылар.

Орыс инженері П.Д.Кузьминский ГШҚ‑ының өндірістік үлгісін бірінші жасағандардың бірі болып табылады. 1894 жылмен 1900 жылдар аралығында ол тұрақты қысымда жанармай жанатын ГШҚ жобалады және құрастырды.

Инженер Штольц 1900-1904 жылдары ГШҚ жасап шығарды, бірақ сынау үрдісінде қондырғы компрессорды айналдыруға қажетті қуатты жоғарлата алмады. 1906 жылы француз инженерлері Арманго және Лемал 300 кВт ГШҚ жасады, бірақ оның ПӘК өте төмен болды.

1908 жылы орыс инженері В.В.Караводин тұрақты көлемде жанармай анатын ГШҚ жасады. Оның ПӘК 2,4% аспады.

Әдебиеттер:

1. Тепловые ДВС. А.Э. Симсон, А.Э. Хомич, А.А. Куриц и др., М., Транспорт – 1987 .

2. Володин А.И. Тепловозные ДВС. М., Транспорт – 1978 г.

3. Орлин А.С., Круглов М.Г. Устройство и работа поршневых и комбинированных двигателей. М., Машиностроение – 1980 г.

4. Ванштейдт В.А. Справочник.