История создания тепловых двигателей
 Скачать 24.42 Kb.
|
Практическая работа №1. Тема: История создания тепловых двигателей Время: 2 часа Цели работы: изучение истории создания тепловых двигателей, достижений отечественных и зарубежных ученых, ознакомление с историей кафедры ТиТД (специальность ДВС) СибАДИ и ее научными достижениями. Изучить историю создания тепловых двигателей, отметить достижения отечественных и зарубежных ученых, изучить историю кафедры ТиТД СибАДИ, структуру и состав кафедры, основные научные направления, развиваемые учеными кафедры. Перечень оборудования: Учебные плакаты, учебная литература, макеты элементов двигателя. Литература: - В.Л.Роговцев «Устройство и эксплуатация автотранспортных средств» - С.К Шестопалов «Устройство, техническое обслуживание и ремонт легковых автомобилей». - С.М.Круглов «Все о легковом автомобиле» -Ю.И. Боровских «Устройство, техническое обслуживание и ремонт автомобилей». - Г.К.Мирзаев «Альбом Устройство и эксплуатация автомобилей ВАЗ 2108-2109». История развития ДВС Двигатели внутреннего сгорания (ДВС) вырабатывают более 60 % мощности, используемой человеком. Мощность – работа, выполненная за единицу времени. Мощность в современных двигателях изменяется от 1 до 70 000 кВт. Мощность 70 000 кВт имеет судовой двухтактный двигатель 12 К-98 МС фирмы МАN-BMW (Германия, Дания). Диаметр поршня равен 98 см, а ход поршня 266 см. Частота вращения коленчатого вала 90 мин–1, среднее эффективное давление 1,8 МПа (18 бар или атм) при массе 2200 тонн. Удельный расход топлива составляет 170 г/(квт×час). Двигатель данной марки устанавливают на судах-контейнеровозах. ДВС используют на транспорте (речной, морской флот, тепловозы, грузовые и легковые автомобили), сельскохозяйственной технике (тракторы, комбайны), дорожной и строительной технике, в энергетике (стационарные и передвижные электростанции), нефтедобывающей и военной промышленности. Первый паровой двигатель был создан в России в г. Барнауле в 1763 г. И.И. Ползуновым [6, 8]. В своих научных трактатах он писал «огонь слугою к машинам склонить, облегчить труд по нас грядущим». В 1816 г. шотландский священник Роберт Стирлинг предложил конструкцию двигателя внешнего сгорания (топливо сгорает вне цилиндра). В 1823 г. в России был пущен первый в мире завод по производству керосина в г. Моздоке. В 1860 г. француз Ленуар изготовил первый двигатель внутреннего сгорания. Он был двухтактным, работал на светильном газе, без сжатия, имел КПД 5%. В 1862 г. механик Николай Отто из Германии построил первый четырехтактный двигатель мощностью 1,5 кВт со сжатием газовоздушной смеси. В 1886 г. Даймлер создал первый в истории автомобиль с четырехтактным двигателем мощностью 1,1 кВт при частоте вращения коленчатого вала 900 мин –1 . В 1879 г. русским инженером Костовичем был спроектирован первый бензиновый двигатель мощностью 60 кВт. В 1894 г. Рудольф Дизель продемонстрировал в работе первый двигатель с воспламенением от сжатия мощностью 2 кВт. В 1898 г. Россией был куплен патент Дизеля и конструкция двигателя была переработана на использовании сырой нефти. В 1898 г. инженер Романов из Петербурга демонстрировал электромобиль с питанием от аккумуляторных батарей. С 1902 г. завод Нобеля «Русский дизель» в России приступил к производству двухтактных двигателей с клапанно-щелевой продувкой. В 1906 г. в Москве была создана первая кафедра ДВС, ныне МГТУ им. Н.Э. Баумана. В 1916 г. в России строятся четыре автомобильных завода АМО (Автомобильное московское общество), «Руссо-Балт» в Филях, «Русский Рено» в Рыбинске и в Ярославле. Значительная потребность в двигателях внутреннего сгорания проявилась в годы Великой Отечественной войны. Двигатели нужны были для автомобилей, самолетов, подводных лодок, танков. В 1945 г. в СССР было выпущено 75 тысяч автомобилей. С 1941 по 1945 года танковая промышленность выпустила 100 тыс. боевых машин. Автомобиль – источник прогресса, дает развитие всем сферам общества. Для дальнейшего совершенствования автомобилей и их двигателей требуются новые технологии, последние достижения науки и техники, высококвалифицированные кадры. Автомобиль не только средство передвижения, но и источник загрязнения атмосферы и представляет большую опасность для человека. Ежегодно в ДТП погибает до 30 тыс. жителей России. В 1786–1790 гг. английскому механику Уатту удалось построить и приспособить паровую машину для непосредственного вращения вала. Он является автором регулятора частоты вращения. Суть изобретения заключается в том, что под действием центробежной силы грузы регулятора, при увеличении частоты вращения вала машины, расходятся и через подвижную втулку сжимают пружину. Подвижная втулка через рычаги связанна с органом регулирования, например, с дроссельной заслонкой карбюратора. С увеличением частоты вращения грузы расходятся и сдвигают втулку и заслонку в сторону уменьшения подачи топлива и наоборот. До конца XIX века паровые машины являлись практически единственными тепловыми двигателями, применявшимися в промышленности и на транспорте. Они были громоздки и малоэкономичны, но работали на любом виде топлива. Еще в начале XX века паровые машины использовали даже на автомобилях. Над совершенствованием паровых автомобилей работы продолжались и во второй половине прошлого столетия, продолжаются они и в наше время в связи с поисками возможностей замены нефтяных топлив. На смену паровым машинам пришли более совершенные двигатели – паровые турбины и ДВС. Стационарные двигатели, работавшие на керосине и тяжелых топливах, появились в период 1884–1890 гг. Зажигание было калоризаторным (от нагретых шаровых поверхностей). В России их называли «нефтянками». В 1890 г. в Москве завод Брамлея (позже «Красный пролетарий») начат выпуск четырехтактных калоризаторных двигателей (воспламенение горючей смеси от нагретых шаровых тел). В 1908 г. в России началось производство газовых двигателей на Коломенском, а затем на других заводах. В 1892 г. Рудольф Дизель получил патент на двигатель внутреннего сгорания нового типа, рассчитанный на использование жидкого топлива (керосина). Двигатель работал на керосине, который впрыскивался в цилиндр при помощи сжатого в компрессоре воздуха. Изобретатель предложил нагревать воздух в цилиндре путём сжатия до температуры 400– 500 °С, при которой распыленное впрыскиваемое топливо могло бы самовоспламеняться и сгорать по мере поступления в цилиндр, причем по его замыслу двигатель должен был работать без охлаждения стенок цилиндра. Последующий опыт не подтвердил возможность создания в то время двигателя без охлаждения цилиндров, но идея самовоспламенения топлива оказалась перспективной. В 1898 г. Г.B. Тринклер предложил заменить компрессорное распыливание топлива механическим. В течение 1899 г. двигатель Тринклера был построен и испытан на Путиловском заводе. Двигатель имел диаметр цилиндра 205 мм, ход поршня 350 мм, мощность 10 л. с. при частоте вращения вала 160 мин–1. Такие двигатели называли бескомпрессорными, так как топливо подавалось в камеру сгорания в распыленном виде при помощи насоса высокого давления и форсунки. Двигатель данной конструкции приводил в действие генератор, который служил для освещения зимнего дворца в Санкт-Петербурге. Двигатель с самовоспламенением смеси за счет сжатия, работающий на нефти, впервые был построен в 1899 г. на заводе Э. Нобеля в Петербурге. В 1926 г. Созданы двигатели: «АМ» А.А. Микулина, «ВК» В.Я. Климова, «АШ» А. Д. Швецова. В настоящее время в народном хозяйстве успешно используют газовые турбины, идея создания которых зародилась почти одновременно с первыми попытками создания поршневых двигателей внутреннего сгорания. Построена газовая турбина была только в 1897 г. По проекту русского инженера П. Д. Кузьминского. Газовые турбины широко используют в стационарных силовых установках, в авиации, на водном и железнодорожном транспорте. Созданы также экономичные газотурбинные двигатели для легковых и грузовых автомобилей. В 60-е годы прошлого века настойчиво искали пути использования в качестве транспортного агрегата весьма компактного работоспособного роторно-поршневого ДВС или двигателя с вращающимся поршнем. Попытки создания простых по идее двигателей роторного типа предпринимались ещё в ХIХ веке, но успеха не имели из-за трудностей уплотнения зазоров между ротором и статором. Только в 1957 г. немецкому инженеру Ванкелю удалось создать работоспособный роторно-поршневой двигатель. Профессор МВТУ В.И. Гриневецкий в 1906 г. создал методику теплового расчета двигателя, которая давала возможность определить основные размеры двигателя в соответствии с тепловыми процессами, протекающими в цилиндре. Дальнейшее уточнение и развитие методики теплового расчета провели Н.Р. Брилинг, Е.К. Мазинг, Б.С. Стечкин, А.С. Орлин. Широкую известность получили комбинированные двигатели конструкции В.Я. Климова, В.А. Константинова, А.А. Микулина, А.Д. Чаромского, А.Д. Швецова, В.М. Яковлева. Для дальнейшего повышения эффективности двигателей внутреннего сгорания в современной практике широко применяют комбинированные двигатели, в которых поршневой двигатель и газовая турбина работают на одном и том же рабочем теле, так как в газовой турбине продолжается расширение газов, вытекающих из поршневого двигателя, и энергия от них передается потребителю. В сложившейся кризисной ситуации с моторными топливами усиленно осваивают транспортные варианты двигателей Стирлинга, работающих на любых топливах, так как камера сгорания их размещена вне цилиндров. В качестве топлива в ДВС используется водород. Созданы топливные элементы, в которых водород не сгорает, а при помощи химических реакций окисляется кислородом воздуха, и на аноде и катоде образуется напряжение, которое подается к электродвигателю, вращающему, например, колеса автомобиля. В России известны следующие заводы по выпуску двигателей внутреннего сгорания: 1. Барнаул (Алтайский моторный завод «Алтайдизель» и Барнаултрансмаш, который выпускает двигатели для тракторов, комбайнов и военной техники). 2. Ярославль (Ярославский моторный завод «Автодизель» выпускает дизели мощностью 110-588 кВт для автомобилей, автобусов, тягочей, тракторов, комбайнов). 3. Заволжск (Заволжский моторный завод) 4. Набережные Челны (Камский моторный завод выпускает для автомобилей двигатели мощностью 170-260 кВт). 5. Тольятти (Волжский автомобильный завод – двигатели семейства ВАЗ). 6. Уфа (Уфимский моторный завод). 7. Челябинск (Челябинский тракторный завод выпускает двигатели для тракторов, тепловозов, автомобилей, судов). 8. Санкт-Петербург (завод «Звезда» выпускает двигатели для подводных лодок и судов). 9. Владимир (Владимирский тракторный завод выпускает двигатели с воздушным охлаждением для тракторов мощностью до 60 кВт). 10. Коломна (Коломенский завод выпускает дизели для тепловозов, судов и большегрузных автомобилей). Современные двигатели становятся более интеллектуальными (умными). Рабочим процессом управляет мозговой центр – многофункциональные контроллеры. В системах управления применяется электроника, реализуется функция самодиагностики. Управление двигателем наделяется искусственным интеллектом, способным на правильное (осмысленное) решение в различных ситуациях. Управление двигателем можно осуществить с монитора компьютера. Качество двигателя оценивается его надежностью, долговечностью, минимальным удельным расходом топлива 160– 170 г/(кВт×ч) и минимальной токсичностью отработавших газов (ЕВРО-5). |