Toplinski strojevi i uređaji 2. predavanje

Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka

TSU 2. Predavanje Uvod Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 1

Toplinski strojevi i uređaji

2. predavanje



Izvedbe volumetrijskih strojeva



• Osnovu volumetrijskih strojeva čini periodički promjenljivi volumen radnog prostora, ispunjen plinovitim ili tekućim radnim medijem.

• Kod toplinskih strojeva radni medij je plinovit.

• Tlak radnog medija povećava se kompresijom (smanjenjem volumena) i smanjuje ekspanzijom (povećanjem volumena).

• Unutar jednog radnog procesa stroja još imamo i faze izmjene radnog medija.

• Kod pogonskih toplinskih strojeva (motori s unutarnjim izgaranjem i parni strojevi) prevladava dio procesa u kojemu se odaje rad, a to su ekspanzija radnog medija i usis.



• Kod radnih toplinskih strojeva (kompresori) prevladava dio procesa u kojemu se dovodi rad, a to je kompresija radnoga medija i njegovo istiskivanje van radnog prostora.

• Geometrijska značajka svih ovih procesa je stapajni volumen Vs, tj. razlika

između maksimalnoga i minimalnoga volumena ili najveća promjena volumena radnog prostora tijekom jednog procesa.

• Potiskivač, pomoću kojega mijenjamo volumen radnog prostora, može biti klip s oscilacijskim translacijskim gibanjem, s oscilacijskim rotacijskim gibanjem, kao i drugi radni medij koji se giba u radijalnom ili aksijalnom smjeru obzirom na os stroja (npr. tekućina ispred sebe može izvršiti kompresiju plina).

• Obzirom na dinamičke strojeve (centrifugalne pumpe, turbine itd.) ubrzanja radnog medija u radnom prostoru su zanemarivo mala.



• Ako radni medij struji po obodu stroja u kojemu je rotor postavljen ekscentrično s pomakom e, volumen prostora između površina rotora i kućišta će se mijenjati periodički (slika a str. 6).

• Dobro brtvljenje radnog prostora ostvaruje se specijalnim profilima rotora, na primjer trohoidom kod Wankelova motora (slika a) ili kod kompresora.

• Drugo rješenje predstavljaju rotori s pomičnim krilcima kod kompresora (slika b) i pumpi.

• Bez ekscentričnosti rotora može se ostvariti samo, gotovo, udarna promjena tlaka, kao kod Rootsova puhala (slika c).

STROJEVI S ROTIRAJUĆIM POTISKIVAČEM



a) Wankelov stroj, b) krilni stroj, c) Rootsovo puhalo



• Ako medij struji u aksijalnom smjeru (duž osi rotacije), njega transportiramo rotorima u obliku pužnih vijaka.

• Kod vijčanih kompresora (slika e str. 8) oba su rotora tako oblikovana, da se zahvaćeni volumen između granica dodira stalno smanjuje. Prednost ovakvih vijčanih kompresora je u povoljnom gibanju za prijenos energije za određeni stupanj kompresije. Nedostatak je u temperaturnim ekstremima koji se javljaju na određenim mjestima, tako da je otežano dobro brtvljenje zbog termičkih dilatacija, kao i hlađenje zagrijanih dijelova.

• Ovi potiskivači za svoje gibanje iziskuju mehanizam, koji kružno gibanje pretvaraju u njihajuće gibanje, kao i organe upravljanja za ulaz i izlaz radnog medija (ventili upravljani razlikom tlaka, ili mehanički upravljani). Za promjenu rotacionog gibanja u njihajuće koristi se najviše koljenasti mehanizam, koji za svoje slobodno gibanje traži dovoljno veliki prostor stroja (slika f).

NJIHAJUĆI POTISKIVAČ



e) vijčani stroj (s dva para vijaka)

f) krilni stroj s njihajućim rotorom



• Ovi strojevi su dobili svoje nazive po svojoj konstrukciji i primjeni.

• Radni prostor (slika a, str. 11) sastoji se iz cilindra 1, zatvorenog s jedne strane cilindarskom glavom 2 i u kojemu se s druge strane giba klip 3.

• Klip se giba s hodom s (stapaj) od jednog krajnjeg položaja do drugog krajnjeg položaja i natrag.

• Krajnje točke gibanja klipa, u kojima brzina klipa mijenja svoj smjer, nazivamo mrtvim točkama. Kako se klipni strojevi najčešće izvode kao stojeći, imamo gornju mrtvu točku (GMT) i donju mrtvu točku (DMT).

• Hod klipa xk mjerimo od položaja GMT, a maksimalna vrijednost mu je jednaka

stapaju s, tj. hodu od jedne do druge mrtve točke.

• Maksimalni volumen radnog prostora se sastoji iz volumena kompresijskog prostora Vc i stapajnog volumena Vs.

KLIPNI STROJEVI



• U stroju se odvija radni proces koji se periodički ponavlja i koji se sastoji iz izmjene radnog medija (usis i istiskivanje) te kompresije i ekspanzije u cilindru.

• Kod nekompresibilnih medija (tekućine), otpadaju procesi kompresije i ekspanzije (primjer na slici c na str. 13).

• Kod pogonskih strojeva, kao što su pneumatski motori i toplinski strojevi, rad ekspanzije je daleko veći od rada kompresije. Ovdje su najznačajniji motori s unutarnjim izgaranjem, zbog unutarnjeg dovoda topline.

• Kod radnih strojeva, koji pogon dobivaju izvana, prevladava rad kompresije, koji je veći od rada ekspanzije. Primjer za te strojeve su kompresori i pumpe (kod pumpi nemamo rada kompresije, već je to rad istiskivanja).

RADNI PROCES STROJA



Klipni stroj

(primjer parnoga stroja s ventilima)

1 - prostor cilindra

2 - cilindarska glava s ventilima

3 - klip

xk - trenutni hod klipa

s - stapaj

GMT, DMT - gornja i donja mrtva točka

p - tlak

V - volumen

Vc - kompresijski volumen

Vs - stapajni volumen

GMT DMT

VsVc



• Izmjena radnog medija se regulira ventilima. Kod radnih strojeva (npr. kompresora), upravljanje ventilima se vrši pod djelovanjem razlika tlakova, tako da nije potreban mehanički pogon ventila.

• Kod jednoradnog klipnog stroja istiskivanje i kompresija se odvijaju pri gibanju klipa od DMT prema GMT, a usis i ekspanzija pri gibanju klipa od GMT prema DMT.

• Kod radnih strojeva, proces se u p-V dijagramu odvija suprotno smjeru kazaljke na satu (slike b i c na str. 13), a kod pogonskih strojeva u smjeru kazaljke na satu (slika a na str. 11).

• Tlak prilikom usisa u cilindar je, zbog gubitaka strujanja na ventilima i usisnoj cijevi, manji od vanjskog tlaka, tako da je p1'<p1, pa je za usis potrebno dovoditi

rad. Kod istiskivanja je iz istog razloga p2">p2, tako da i tu moramo dovoditi

rad.

• Kod kompresije i ekspanzije, radni medij izvodi rad prema zakonima termodinamike. Taj rad možemo odrediti indiciranjem (mjerenjem p-V dijagrama) ili mjerenjem snage stroja.



p-V dijagrami klipnih strojeva

b) - klipni kompresor,

c) - klipna pumpa

d) - četverotaktni motor s unutarnjim izgaranjem

e) - dvotaktni motor s unutarnjim izgaranjem



• Kod motora s unutarnjim izgaranjem (slike d i e na str. 13) se goriva smjesa dovodi u radni prostor stroja. Izgaranje i predaja topline radnom mediju vrši se u samom cilindru. Goriva koja se koriste moraju izgarati bez pepela, tako da se koriste samo tekuća i plinovita goriva.

• Kako bi se izgaranjem dobile što više temperature, tlak i bolja korisnost, radni medij se prije izgaranja komprimira.

• Porast tlaka izgaranjem, nakon kompresije, daje dovoljno visok tlak za dobivanje mehaničkog rada ekspanzijom nastalih plinova izgaranja.

• Nakon kompresije od točke 1 do točke 2, slijedi izgaranje, od 2 do 4. Nakon izgaranja slijedi ekspanzija od točke 4 do točke 5. Opisani dio procesa je jednak kod dvotaktnih i četverotaktnih motora.

• Kod četverotaktnog motora (slika d) imamo još takt ispuha od točke 5 do točke 0 i takt usisa od točke 0 do točke 1, tako da radni proces motora obuhvaća 4 takta, odnosno dva okretaja koljenastog vratila.

• Kod dvotaktnog motora (slika e) vrši se ispiranje od točke 5 do točke 7

MOTORI S UNUTARNJIM IZGARANJEM



• Kod kompresora (slika b na str. 13) dolazi do usisa od točke 4 do točke 1 i kompresije od točke 1 do točke 2.

• Tijekom kompresije se smanjuje volumen, a temperatura i tlak rastu. Da bi se spriječile moguće eksplozije zbog samoupaljivanja para ulja za podmazivanje, temperatura se ograničuje na 200C. Radi toga je potrebno dobro hlađenje stjenke cilindra, cilindarske glave i klipa, kao i hlađenje zraka u hladnjacima, pomoću vode ili zraka. Time se štedi i na pogonskoj energiji.

• Kada je u točki 2 tlak u cilindru narastao iznad tlaka p2, zbog razlike tlaka

otvaraju se ispušni ventili i dolazi do istiskivanja radnog medija iz cilindra, sve do točke 3. Tu je klip došao do GMT i u cilindru je zaostalo još nešto komprimiranog radnog medija.

• Klip će se gibati sada prema DMT, volumen u cilindru se povećava i tlak se u cilindru smanjuje. Ispušni ventil se zbog razlike tlaka sam zatvara. Tlak u cilindru i dalje opada ekspanzijom zaostalog radnog medija, sve dok tlak u cilindru ne opadne ispod tlaka p1, iza točke 4, kada će doći do otvaranja usisnog ventila i

ustrujavanja radnog medija u cilindar od točke 4 do točke 1.

KOMPRESORI



OSNOVE PRORAČUNA



Krajnji položaji koljenastoga mehanizma

GMT

DMT (donja mrtva točka)

Vc

Vmax

VS

2r

=

r

l

DMT

GMT (gornja mrtva točka)

DMT

Vc

2r

= 0

r

l

GMT



Osnovne veličine koljenastoga mehanizma

s = 2r stapaj (hod klipa)r radius koljenaD promjer cilindraz broj cilindara

Stapajni volumen: Ukupni stapajni volumen stroja: VH = z Vs

Kompresijski volumen: Vc

Maksimalni volumen: Vmax = Vs + Vc

Trenutni volumen cilindra:

sD

Vs 4

2

xD

VV c 4

2

GMT (gornja mrtva točka)

DMT (donja mrtva točka)

D

Vc

Vmax

VSs=2r

2r

r

l



Geometrijski stupanj kompresije: Izvedeni volumeni: Stupnjevi kompresije:

Ottovi motori = 6.5 ... 11Dizelski motori, 2T, sporokretni = 12 ... 14Dizelski motori, 4T, brzo- i srednjekretni = 15 ... 18Automobilski brzokretni motori, 4T, IDI = 20 ... 25

Omjer s/d s/d = 1 kvadratični stroj

s/d < 1 podkvadratični strojs/d > 1 nadkvadratični stroj

c

sc

V

VV

V

V

min

max

1

s

c

VV

1max

sVV

1max

VVs



Brzina vrtnje: n Vrijeme jednog okretaja: Srednja brzina klipa (srednja stapna brzina)

cs = 6 ..... 15 m/s (većinom 8 ... 10 m/s)

Kutna brzina: Vrijeme za prijelaz kuta : Brzina na koljenu: Ubrzanje na koljenu:

Aktivna brzina vrtnje = 2 ili 4 = taktnost procesa

nT

1

nsT

scs 2

2

ntd

d 2

n

to

360

rv

r

vra

22

n

na

2



Volumen i sila tlaka plinova

0

2

4pp

DFpl

Jednoradni stroj

r

l

A

B

O

p0

p()

D

Fpl

x() xD

VV c 4

2

0

2

2

22

1

2

444p

dp

dDp

DFpl

Dvoradni stroj

xsdD

VV c

4

22

2,2

xD

VV c 4

2

1,1

r

l

A

B

O

p0

p1()

D

p2()d

x() V1()

V2()



Sila tlaka na klip

a, b - jednoradni stroj

c - dvoradni stroj

Značenje oznaka

Vh stapajni volumen (Vs)

OT gornja mrtva točka (GMT)

UT donja mrtva točka (DMT)



Kut koljena

Računalo

Indicirani tlak Pojačalo naboja

Podaci o radnim parametrima

GM

T

Sat

Više kanalno mjerno

pojačalo

Brzi A/D konverter s

buffer memorijom

Različiti mjerni signali

Uređaj za indiciranje tlaka u cilindru motora i druga mjerenja pomoću elektroničkog računala

Indiciranje tlaka u cilindru stroja



Indicirani p-V dijagram promjene tlaka u cilindru četverotaktnog Ottovog

motora



Srednji tlak procesaSrednji tlak procesa je jednak radu procesa podijeljenom sa stapajnim volumenom. Rad procesa predstavlja se površinom pravokutnika s bazom jednakom stapajnom volumenu, dok je visina pravokutnika jednaka srednjem tlaku procesa.

ssr V

Wp

ssr VpW

Rad procesa prikazan pravokutnikom s visinom jednakom srednjem tlaku

procesa

V

p

Qdov

Qdov

Qodv

W

1

4

2

3 3’

W

psr

Stvarni proces i rad procesa prikazan

površinom zatvorene krivulje procesa

Vs

00





Trenje i pogon opreme

Wi

We

WR

Pogonski stroj (motor)

Trenje i pogon opreme

Wi

We

WR

Radni stroj (kompresor)







e

mge

mgi

i

e

im P

PP

PP

P

P

P





Volumen iste mase plina pri:

•stanju okoline,

•pri nižoj temperaturi ili višem tlaku

•pri višoj temperaturi ili nižem tlaku



mg

mi

mth

mu mD

Masa koja bi pri stanju okoline na usisnoj strani stala u cilindar

Masa koja je usisom

dovedena u cilindar

Masa koja je istiskivanjem odvedena iz cilindra

Masa odvedena propuštanjem iz cilindra

Masa uhvaćena u cilindru

Cilindar

g



IZVEDBE KLIPNIH STROJEVA



• Klipni strojevi sastoje se iz kućišta i pogonskog mehanizma s koljenastim vratilom, njegovim ležajevima i opremom za regulaciju, hlađenje, podmazivanje itd.

• Konstrukcijska izvedba proizlazi iz radnog procesa radnog medija.

• Izvedbe i veličine pogonskog mehanizma, ovise o opterećenjima i načinu izrade.



• Kućište stroja nosi sve dijelove stroja, preuzima sile tlaka radnog medija i inercijalne sile mehanizma. Radi lakše izrade i montaže kućište je podijeljeno, a dijelovi su međusobno pričvršćeni elastičnim vijcima.

• Kako je za postizanje nepropusnosti na mjestima na kojima je kućište podijeljeno potrebna vrlo kvalitetna i skupa obrada, nastoji se broj podjela svesti na najmanju moguću mjeru.

• Jedno standardno kućište se tako na primjer sastoji (slika c na str. 37) iz cilindarske glave 1, kućišta cilindara 2, postolja 3 i temeljne ploče 4

• Jednocilindrični strojevi imaju i jednodijelno kućište (slika b na str. 36) sa cilindarskom glavom 5, ležajnim štitovima 6 i bočnim poklopcima 7 za potrebe montažnih radova. Komplicirani odljevci su ekonomični samo kod strojeva s jednim cilindrom.

• Kod manjih strojeva s više cilindara koristi se vodoravna podjela, tako da jednu cjelinu čini cilindarska glava, drugu cjelinu cilindarski blok, treću kućište i posebnu postolje stroja (slika c). Kod velikih strojeva se podjela vrši standardno po svakom cilindru (slika d).



Izvedbe kućišta stroja

a) - koljenasti mehanizam jednoga cilindra

b) - stroj s jednim cilindrom

c) - stroj s više cilindara i zajedničkom cilindarskom glavom

d) - stroj s više cilindara i odvojenim cilindarskim glavama

1 - cilindarska glava,

2, 3 - kućište motora

4 - uljna kada

5 - cilindarska glava,

6 - ležajni štit,

7 - bočni poklopac



Izvedbe rasporeda cilindara

a) linijska izvedba, b) bokser izvedba, c) V-izvedba, d) L-izvedba, e) W-izvedba, f) zvjezdasta izvedba



Linijska izvedba (slika a na str. 38)

Cilindri su poredani svi u jednoj ravnini (do 18 cilindara) na jednoj strani koljenastog vratila. Cilindri mogu biti stojeći, viseći ili ležeći. Razmak među osima cilindara iznosi a = (1.2...2)D, gdje je D promjer cilindra. Linijska izvedba se najčešće koristi kod klipnih strojeva.

Bokser izvedba (slika b)

Cilindri leže u jednoj ravnini, u kojoj je položeno i koljenasto vratilo. Svaki cilindar ima svoj koljenasti mehanizam i svoje koljeno. Stroj je kratak i nizak. Broj ležaja na koljenastom vratilu je mali.

V izvedba (slika c)

Po pola cilindara leži u jednoj od dvije ravnine, koje su međusobno položene pod kutom od = 45....120. Na jedno koljeno vežu se nasuprotni cilindri iz dviju ravnina, tako da je broj koljena jednak polovici ukupnog broja cilindara. Strojevi su kratki i kompaktni. Ukupni broj cilindara ide do 20 (najčešće su izvedbe s 8, 12, 16 i 18 cilindara). V kut je postavljen tako da je simetrala kuta okomita.



L izvedba (slika d)

Kod ove izvedbe, koja sliči V izvedbi, jedan red cilindara je položen u horizontalnoj ravnini, a drugi u vertikalnoj ravnini. Kut među cilindrima je 90. Upotrebom prostora između redova cilindara za ugradnju opreme, dobiva se vrlo kompaktna izvedba stroja.

W izvedba (slika e)

Cilindri su kod ove izvedbe podijeljeni u tri ravnine, od kojih je jedna okomita, a druge dvije su od nje nagnute simetrično, svaka na jednu stranu. Broj koljena na koljenastom vratilu odgovara broju cilindara u jednom redu. Stroj je vrlo kratak i kompaktan. Koljenasti mehanizam se izvodi tako da su klipovi cilindara iz vertikalne ravnine vezani na glavnu ojnicu, na koju se vežu, svaka sa svoje strane, bočne ojnice koje se vežu na klipove iz nasuprotnih cilindara.

Zvijezdasta izvedba (slika f)

Cilindri su kod ove izvedbe raspoređeni po opsegu kruga. Jedan klip je vezan na glavnu ojnicu, dok su drugi klipovi povezani sa privješenim ojnicama. Koljenasto vratilo ima samo jedno koljeno. Ponekad se koristi konstrukcija sa dvije ili tri zvijezde, koje su poredane jedna za drugom. U takvom slučaju broj koljena na koljenastom vratilu jednak je broju zvijezda.



Koljenasto vratilo

• Koljenasto vratilo sastoji se iz koljena s rukavcima vratila 1 (slika na str. 44), kojima se koljenasto vratilo oslanja u glavnim ležajevima, rukavcima koljena 2, na koje se hvataju velike pesnice ojnica i ramena 3, na koja se postavljaju protuutezi 4. Prirubnica 5 služi za prijenos momenta, dok se na slobodni kraj 6 pričvršćuju elementi za pogon pomoćne opreme stroja.

• Udaljenost osi dva susjedna koljena jednaka je razmaku cilindara i iznosi a = (1.2...1.6) D, gdje je D promjer cilindra.

• Kod linijskih izvedbi dizelskog motora (slika a), kod kojih na koljeno djeluju velike sile, između svaka dva susjedna koljena postavljaju se glavni ležajevi koljenastog vratila, tako da kod motora sa z cilindara u liniji, odnosno kod koljenastog vratila sa z koljena, imamo z+1 glavni ležaj.

• Kod parnog broja cilindara i kod malih sila na koljeno (slika c) spajaju se kosa ramena dva susjedna koljena, pri čemu dobivamo ukupno (1+z )/2 glavnih ležaja.



• Kod strojeva s V izvedbom cilindara na koljeno se veže po 2 ojnice.

• Kod motor-kompresora susreću se na istom koljenu koljena dva različita radiusa, gdje se na jedno koljeno vežu, jedna do druge dvije ojnice, jedna od motora, druga od kompresora, svaka sa drugačijim stapajem (hodom klipa) (slika g na str. 45).

• Koljenasto vratilo obično se izrađuje iz konstrukcijskog čelika ili čelika za poboljšanje i kuje se u više prolaza. Manja koljenasta vratila kuju se u kalupima. Rukavci koljena i rukavci glavnih ležaja se kale i cementiraju.

• Kod lijevanih koljenastih vratila iz temper lijeva ili iz čeličnog lijeva, mala se čvrstoća materijala nadoknađuje povoljnim oblikovanjem odljevka. Izrada lijevanih koljenastih vratila je jednostavnija od kovanja.

• Koljenasta vratila koja su prevelika bilo za kovanje ili za lijevanje izrađuju se sastavljanjem, tako da se koljena izrađuju zasebno i nakon toga se spajaju osnacima glavnih ležaja.



• Kao ležajevi se koriste klizni ležajevi zbog mogućnosti podjele takvih ležaja u dva dijela, tako da koljenasto vratilo može biti jednodijelno. Valjkasti i kuglični ležajevi nisu pogodni za primjenu kod klipnih strojeva zbog povišenog habanja i nemogućnosti montaže kod jednodijelnih koljenastih vratila.

• Pojedine konstrukcije imaju ramena koljena izvedena kao diskove, tako da se na njihov obod postavljaju valjkasti ležajevi, ili se oni montiraju kod sastavljenih koljenastih vratila u fazi izrade samog vratila (slika d).



1 1 12

2

4

4

3



Izvedbe koljenastih vratilaa) Kovano koljenasto vratilo, 1 glavni rukavci, 2 leteći rukavac, 3 ramena koljena, 4 protuutezi, 5 prirubnica na

pogonskom kraju, 6 slobodni kraj, b) Koljenasto vratilo s ramenima u obliku diskova, koji služe i kao glavni rukavci, c) Ljevano koljenasto vratilo, d) Sastavljeno koljenasto vratilo, h) Koljenasto vratilo s izbačenim letećim

rukavcima



Ojnica

• Ojnica (slika na str. 48) spaja klip s koljenom. Ojnica se sastoji iz male pesnice 1, kojom se hvata na osovinicu klipa ili križnu glavu, velike pesnice 2, kojom se hvata na rukavac koljena, s ležajnim šalicama 3 i 4 i struka ojnice 5.

• Ojnica prenosi sile s klipa na koljeno. Ojnica se izrađuje iz konstrukcijskih čelika, čeličnog lijeva ili iz lakih metala. Lijevane ojnice se zbog niske čvrstoće vrlo rijetko koriste.

• Mala pesnica ojnice izvodi translacijsko gibanje, a velika pesnica rotacijsko po kružnici koju opisuje koljeno. U kućištu stroja treba ostaviti dovoljno mjesta za gibanje ojnice.

• Jednodijelne ojnice (slika a) koriste se kod koljenastog vratila s čeonim koljenom.

• Podijeljene velike pesnice (slika b) omogućuju primjenu jednodijelnih koljenastih vratila. Koso dijeljenje (slika c) koristi se kod visokih tlakova u cilindru i da bi se klip sa dijelom ojnice mogao izvući kroz cilindar radi demontaže.



• Rascijepljena velika pesnica (slika d) koristi se rjeđe kod V rasporeda cilindara, kada se na isto koljeno hvataju dvije ojnice.

• Da bi se povećala stabilnost struka ojnice na izvijanje pod djelovanjem velikih tlačnih sila, presjek struka se izvodi u obliku slova H (slike b i c), pri čemu je potrebno pažljivo izvesti sve prijelaze između struka i pesnica. U ostalim slučajevima struk ojnice se izvodi sa eliptičnim (slika a), kružnim ili pravokutnim presjekom, pri čemu je i masa ojnice značajno veća.

• Ležajevi ojnice su najčešće klizni, s ležajnim šalicama debljine 2 do 3 mm, s ležajnim slojem debljine 0.25 do 0.5 mm. Ležajni sloj se izvodi iz ležajne bronze za malu pesnicu i iz bijelog metala ili olovne bronze za veliku pesnicu. Za malu pesnicu kod malih strojeva se često stavlja i igličasti ležaj. Primjena valjkastih ili kugličnih ležajeva za veliku pesnicu iziskuje jednodijelnu ojnicu sa znatno povećanom velikom pesnicom, čak i kada se valjčići odvaljuju direktno po poboljšanoj (kaljenoj, cementiranoj) površini vratila. Ležajevi se podmazuju uljem koje se dovodi bilo kroz provrte u ojnici ili prskanjem.



Izvedbe ojnicaa) Ljevana ojnica, b) Kovana ojnica, c) Ojnica u

izvedbi za izvlačenje kroz provrt cilindra, d) rascijepljena ojnica (za V izvedbu stroja), e)

Kritična mjesta za čvrstoću ojnice



Deformacija od sile tlaka plinova

Deformacija od inercijskih sila

FEM analiza za deformacije ojnice



Klipovi

• Klipovi se izrađuju iz sivog lijeva, čeličnog lijeva, čelika ili lakih legura. Na čelo klipa djeluju sile tlaka radnog medija. Plašt klipa služi za vođenje klipa u cilindru i nosi elemente za brtvljenje radnog medija i ulja za podmazivanje.

• Kod plinovitih radnih medija klip se jako zagrijava, tako da je mehanički i termički jako napregnut. Toplina se odvodi putem klipnih prstena na stjenku cilindra ili se odvodi rashladnim medijem kojim hladimo klip (ulje). Kod jačeg zagrijavanja klipa, potrebno je plašt klipa profilirati, kako bi kod radnih temperatura imao cilindričan oblik. Udarac klipa u poklopac cilindra ili otvorene ventile sprječava se puštanjem potrebnog zazora.

• Izvedbe klipa su različite. Razlikujemo klip, na kojega se pričvršćuje direktno ojnica, koja se njiše oko osovinice, tako da u dodir s radnim medijem može doći samo gornja površina klipa.



• Stap je pričvršćen na stapajicu koja se giba translatorno, pa u dodir s radnim medijem može doći gornja i donja površina stapa (dvoradni strojevi). Kod dvoradnog stroja potrebno je da stapajica prolazi kroz donju glavu cilindra i da se u prolazu stapajice postavi brtva.

• Čelo klipa 1 je u dodiru s radnim medijem. Kod motora ono ima različite profile, s upustima za ventile, s kanalima za rashladno ulje itd. Plašt klipa 2 je profilno brušen ili ima odgovarajuće umetke od invar čelika za kompenzaciju termičkih dilatacija. U njemu je smještena osovinica 3 s osiguračima 4, čije je ležište 6 ojačano radi prijenosa sila. Po obodu plašta smješteni su klipni prsteni (kompresijski 7 i uljni 8), s kanalima 9 za odvođenje viška ulja.

• Za izradu ovakvih klipova koristi se laka aluminijska legura, legirana sa silicijem, manganom i niklom, gustoće 2850 kg/m3, s dobrom toplinskom vodljivosti i visokom čvrstoćom na izmjenično opterećenje. Visoki koeficijent toplinskog istezanja iziskuje posebna konstrukcijska rješenja.



• Na slici b prikazan je stap sa stapajicom 2. Ovaj dvoradni stap nosi dva paketa klipnih prstena. Složeni stapovi sastavljeni su iz više dijelova. Na mjestima spajanja postavljaju se jednodijelni elementi za brtvljenje, obično iz elastomera.

• Stupnjeviti klipovi (slika d) koriste se kod kompresora s više stupnjeva. Površine klipa su izvedene prstenasto. Prikazana izvedba na slici predviđena je za jedan dvostepeni kompresor s prvim 1 i drugim stupnjem 2.

• Klipni prsteni imaju najčešće pravokutni presjek i rascijepljeni su na jednom mjestu, kako bi se mogli prilagoditi provrtu cilindra i pritiskati na stijenku. Sam rascjep može biti različito izveden, bilo ravan ili kos, s preklopom itd. Njegova izvedba direktno utječe na propuštanje na prstenima. Izrađuju se iz čelične žice ili iz specijalnog lijeva. Tvrdoća klizne površine prstena je manja od tvrdoće stijenke cilindra, kako bi se lakše trošili, pošto je njihova izmjena jeftinija i lakše izvediva.



Izvedbe klipovaa) Klip motora ili kompresora, b) Stap, c) Stap pumpe za vodu, d)

Klip kompresora s više stupnjeva, e) Stap hidrauličkog cilindra



Kućište i temeljna ploča

• Kućište stroja nosi cilindre, mehanizam s ležajima za koljenasto vratilo, opremu za upravljanje, podmazivanje itd. Kućište se putem vibroizolatora pričvršćuje na temelj stroja ili na noseću konstrukciju kod broda, vozila itd.

• Izvedbu kućišta diktira radni proces, izvedba stroja, način uležištenja koljenastog vratila i način izrade.

• Sile tlaka prenose se sa cilindarske glave do ležaja koljenastog vratila, dok inercijske sile djeluju u ležajima koljenastog vratila i bočno na stjenku cilindra, te se prenose preko kućišta na temelj stroja. Moment ovih sila opterećuje kućište na vlak, tlak i savijanje.

• Presjeci u ravnini okomitoj na koljenasto vratilo opterećeni su najviše i ojačavaju se rebrima. Krutost je potrebna prije svega radi ležaja koljenastog vratila. Za gibanje ojnice i protuutega, u kućištu moramo imati dovoljno slobodnog prostora. Pokretni dijelovi ne smiju udarati u površinu ulja.



Razina ulja

Razina ulja u uljnoj kadi mora biti takva da pokretni dijelovi ne udaraju u njenu površinu (da se spriječi stvaranje pjene koje bi onemogućilo da kaplje ulja dospiju na stjenke cilindarske košuljice)



Izvedbe kućišta stroja

a) - jednodijelno kućište, tunelska izvedba, (1 - ležajni štit, 2 - provrt za ugradnju koljenastog vratila, 3 - rebra, 4 - kućište, 5 - bočni otvor za pristup alata, 6 - stope)

b) - otvoreno kućište (na donjoj strani), (1- cilindarska košuljica, 2 - oslonac ležaja, 3 - jaram ležaja, 4 - stopa, 5 - prostori za rashladnu vodu, 6 - rebra, 7 - uljna kada)

c) - sastavljeno kućište (1 - temeljna ploča, 2 - stope, 3 - oslonac glavnog ležaja, 4 - poprečne ploče, 5 - provrti za prolaz ulja, 6 - stalak motora, 7 - stope, 8 - inspekcijski otvori, 9 - kućište cilindara, 10 - provrt za prolaz stapajice, 11 - staze križne glave, 12 - rebra)







Motor hlađen vodom

1 - Radijatorski hladnjak

2 - Cirkulacijska pumpa

3 - Termostatski ventil

4 - Ekspanzijska posuda

5 - Čep za punjenje



Čep ekspanzijske posude Hladnjak

Ventilator

Motor

Termostat Optok

Pumpa vode

TermostatTermostat

VentilVentil

Hladni motor, termostatski ventil je zatvoren i ne dopušta da se voda

hladi, kako bi motor čim prije dosegao radnu temperaturu

Zagrijani motor, termostatski ventil je otvoren i propušta dio vode u

hladnjak, kako bi temperatura vode na ulazu u motor bila konstantna

Pretlačni ventil

Čep ekspanzijske posude

Preljev

Podtlačni ventil

Spremnik

Uloga termostatskog ventila u rashladnom

sustavu motora



Rashladni sustav vodenog hlađenja brodskih motora

Hladnjak ulja

Hladnjak zraka NT

Hladnjak zraka VT

Hladnjak vode cil.

Termostatski ventil

Termostatski ventil

Cirkulacijske pumpe

Predgrijavanje

Sjedišta ventila

Korištenje otpadne topline

Ekspanzijska posuda

Centralni rashladnik

Odušivanje zraka

NT - niska temperaturaVT - visoka temperatura



Osjetnik temperature

Ventilator

Elektromotor

Ekspanzijska posuda

Protok vode Izvedba s orebrenim

okruglim cijevima

Protok vode

Posuda

Izvedba s orebrenim plosnatim cijevima

Izvedba s orebrenim plosnatim cijevima

Protok vode

Posuda

Radijatorski hladnjak voda - zrak





Hlađenje stroja zrakom

Orebrene cilindarske košuljice

Motor hlađen zrakom u izvedbi s oklopom za prigušivanje buke

Ventilator

Ulaz zraka

Ispust zraka







Podmazivanje motora

1 - Pumpa ulja za podmazivanje

2 - Pretlačni ventil

3 - Filter ulja

4 - Glavna magistrala ulja

5 - Uljna kada

6 - Bregasto vratilo

7 - Brizgaljke za hlađenje klipova



Sustav ulja za podmazivanje



Glavna magistrala za razvod ulja na ležaje

Filter

Sigurnosni ventil

Očišćeno ulje

Zaprljano uljePumpa

ulja

Pretlačni ventil

Sabirnik ulja



Klip Osovinica klipa

Magistralni vod ulja

Pumpa ulja

Stjenka cilindra

Ojnica

Glavni ili temeljni ležaj

Kanali za razvod ulja u koljenastom

vratilu

Leteći ležaj

Uljna kada



Podmazivanje motora

1 - Sigurnosni ventil uz pumpu ulja za podmazivanje,

2 - Hladnjak ulja,

3 - Filter ulja

4 - Mlaznice ulja za hlađenje klipova

5 - Ležaji koljenastoga vratila

6 - Ležaji bregastog vratila

7 - Ležaji klackalica



Zahvaljujemo na Vašoj pozornosti



Documents

Toplinski strojevi i uređaji 2. predavanje