POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Transkrypt

1 POLITECHNIKA WARSZAWSKA Wydzał Saochodów Mazyn Roboczych INSTYTUT POJAZDÓW Laboraoru Terodynak Ćwczene nr: 9 BADANIA SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ oracował: dr hab. nż. Por Orlńk

2 CEL ĆWICZENIA Cel ćwczena obejuje ndykowane rężark oraz obróbkę wykreu ndykaorowego, oblczene araerów erodynacznych welkośc energeycznych w odelach rężarek eoreycznych, oblczene araerów erodynacznych welkośc energeycznych w obegu rężark rzeczywej oraz analzę właścwośc rężark rzeczywej w orównanu do rężarek eoreycznych.. STANOWISKO BADAWCZE Ry... Schea anowka badawczego: - rężarka łokowa, - lnk elekryczny rójfazowy, 3 - zbornk rężonego owerza, 4 - ndykaor echanczny, 5 - anoer, 6 achoer cyfrowy (oar rędkośc obroowej wału), 7 waoerz Ry... Wdok rężark łokowej jednocylndrowej wykorzyywanej w badanach laboraoryjnych

3 Dane echnczne anowka badawczego: - dane jednocylndrowej rężark łokowej: - średnca cylndra d = 6, - kok łoka = 36, - objęość zkodlwa rężark z = 0,05., - odcśnene zayana. 0 4 Pa - dane uzuełnające: - rawność lnka elekrycznego el = 0,6, - rawność rzekładn aowej = 0,95, - raa ocy w łożykach lnka elekrycznego N o =5 W, - ała waoerza k W = W/dzałkę, - dane ndykaora: - ała cśnenowa, odzałka cśnena k P = 58 Pa/, DANE POTRZEBNE DO OPRACOWANIA SPRAWOZDANIA Z ĆWICZENIA Podcza wykonywana ćwczena dokonuje ę naęujących oarów: cśnena w zbornku rężark - zb cśnena ooczena - b eeraury ooczena - o rędkośc obroowej rężark - n lczby dzałek na waoerzu - W Na odawe wykreu ndykaorowego oblcza ę ole F wyk odowadające racy ndykowanej rężark L. Wynk oarów należy zeawć w ablcy wg wzoru (ablca ): TABELA : Dane oarowe: zb b o n Lczba dzałek waoerza W F wyk L. [MPa] [Pa] [Hg] [Pa] [ o C] [obr/n] - [ ] 3 Legenda: zb [MPa] - cśnene anoeryczne w zbornku, b [Hg]- cśnene baryczne, o [. C] - eeraura owerza, n [obr/n] - rędkość obroowa wału rężark zerzona achoere, Nel [W] - oc elekryczna oberana rzez lnk elekryczny z ec, Fwyk [ ] - ole lanerowanej owerzchn wykreu ndykaorowego. 3

4 . WPROWADZENIE Srężarka je o azyna robocza, kórej cele je doarczene gazów lub ar ceczy o odwyżzony cśnenu. azy rężone ą orzebne w welu dzedznach echnk, oza y rężark częo ą częścą bardzej złożonych urządzeń, n. chłodzarek, urbn gazowych nnych. Podawowy welkośca określający charakeryzujący roce rężana w rężarkach rzeczywych ą: ounek cśnena końcowego do cśnena ocząkowego, nazywany ounke rężana lub ręże, cśnene eeraura końcowa czynnka łoczonego, lość czynnka rzełaczanego rzez rężarkę w jednoce czau - zw. wydaek, zaorzebowane energ na jednokę ay (kg) lub objęośc ( 3 ) rężonego czynnka oraz ounek lośc czynnka rzeczywśce rzełoczonego na jeden obró wału rężark do lośc czynnka odowadającej objęośc eoreycznej rężark - zw. wółczynnk rzełaczana lub rzeczywy wółczynnk wydaku... TYPY SPRĘŻAREK Srężark w kórych rężane odbywa ę okreowo zalczane ą do rężarek wyorowych. W zależnośc od oobu realzacj roceu rężana, dzel ę je naęująco: rężark łokowe - roce rężana zachodz w cylndrze, w kóry oruza ę łok ruche ouwo-zwrony, rężark roacyjne - roce rężana realzowany je za oocą eleenów wrujących, rzez kóre gaz rzeływa w oób cągły. Srężark e dzelą ę z kole na: łoakowe, o jedny łoku wykonujący ruch obroowy Roaco oraz o dwóch łokach wykonujących ruch obroowy - Rooa oraz rężark śrubowe. Srężark w kórych cśnene końcowe czynnka łoczonego oągane je w jedny rocee rężana nozą nazwę rężarek jednoonowych. Naoa rężark w kórych cśnene końcowe oągane je w klku kolejnych roceach rężana oędzy kóry naęuje ochładzane czynnka - o rężark weloonowe... ROZWIĄZANIA KONSTRUKCYJNE Srężark łokowe dzelone ą na: jednoonowe weloonowe - w zależnośc od lczby on rężana, jednoronnego lub dwuronnego dzałana - w zależnośc od ego, czy łok ręża gaz o jednej czy o dwóch ronach, chłodzone owerze lub wodą, bezwodzkowe wodzkowe - w zależnośc od ego czy układ korbowy zawera wodzk czy ne. 4

5 Ry... Srężarka łokowa jednocylndrowa (naz obek badań): - koło aowe z żebra, - cylnder, 3 - głowca, 4 - flr owerza, 5 - łok, 6 - wał korbowy, 7 - korbowód, 8 - zawór ący, 9 - zawór wyloowy W ałych średnch rężarkach oowane ą układy cylndrów ojące lub wdlae. W średnch dużych rężarkach wolnobeżnych ouje ę układ kąowy w kzałce lery L lub układy leżące. Cylndry rężarek chłodzonych owerze ą użebrowane, a na wale korbowy uezcza ę wenylaor owodujący wyuzony rzeływ owerza ak, aby oywało użebrowane, chłodząc y ay cylndry. Cylndry rężarek chłodzonych wodą ooczone ą łazcze wodny, anowący część wodnego układu chłodzena rężark z wyuzony obege wody. Zaleą rężarek chłodzonych owerze w orównanu ze rężarka chłodzony wodą je brak wodnego układu chłodzena co uożlwa ch racę rzy eeraurze ooczena nżzej od 0C. Wadą je nejza nenywność chłodzena (wękzy wykładnk olroy rężana) nż rzy chłodzenu wodą. Na ry... rzedawony je rzekrój rężark jednoonowej, jednoronne dzałającej, chłodzonej owerze, bezwodzkowej o ojący układze cylndrów. Je ona naędzana lnke elekryczny orzez rzekładnę aową. Użebrowane koło aowe ełna akże rolę wenylaora. 5

6 .3. ZASADA DZIAŁANIA SPRĘŻARKI TŁOKOWEJ W rężarce łokowej (ry...) rężane gazu naęuje na kuek ouwo-zwrongo ruchu łoka 5 w cylndrze. Ruch ouwo-zwrony realzowany je za oocą echanzu korbowego, naędzanego lnke elekryczny lub alnowy rzez rzekładnę. Cykl racy rężark realzowany je odcza jednego obrou wału korbowego 6. Zayane gazu rozoczyna ę w chwl, gdy łok znajdujący ę w górny zwrony ołożenu zaczne rzeuwać ę w dół na kuek obrou wału korbowego. Wówcza w cylndrze rężark wywarza ę odcśnene. W wynku różncy cśneń w cylndrze kanale ący owera ę aoczynne zawór ący 8. Naełnane cylndra rwa ak długo, aż łok dojdze do dolnego zwronego ołożena. Przy y ołożenu łoka eoreyczne zayka ę zawór doloowy. Po rzekroczenu dolnego zwronego ołożena łok zaczyna rzeuwać ę do góry, rężając gaz. Srężane kończy ę w chwl gdy cśnene gazu oągne eoreyczne warość cśnena anującego za zawore wyloowy 9 - rakyczne je o cśnene neco wyżze, nezbędne do okonana oorów rzeływu na wyloce ze rężark - łok znajduje ę w ołożenu ośredn oędzy zwrony ołożena.. Wówcza owera ę zawór wyloowy gaz zoaje wyłoczony z cylndra. Wyłaczane kończy ę gdy łok oągne górne zwrone ołożene. W rężarkach oowane ą rawe wyłączne zawory aoczynne, zaykające ę owerające na kuek różncy cśneń o obu ronach zaworu. Najczęścej ouje ę zawory łykowe, w kórych eleene zaykający je łyka z wycęy w nej owora..4. PODSTAWY TEORETYCZNE Teoreyczny roce rężana rozaruje ę zazwyczaj w odneenu do rężark dealnej, kóra ełna naęujące warunk: ne a rzerzen zkodlwej, odcza naełnana rzerzen roboczej rężark oraz wyłaczana czynnka roboczego ne wyęują ray zwązane z oora rzeływu, jak równeż ne wyęuje wyana ceła ędzy ścanka cylndra a czynnke rężany, wykładnk olroy rężana je ały, ne wyęują ray arca, nezczelnośc..4.. SPRĘŻARKA TEORETYCZNA BEZ PRZESTRZENI SZKODLIWEJ Ry... Wykre racy rężark eoreycznej bez rzerzen zkodlwej 6

7 W rzyadku gdy rężane odbywa ę wg olroy o wykładnku k, ają ejce naęujące zależnośc: - raca rężana: L [J] - ładunek cylndra: cyl [kg] RT RT - wydaek rężark równy je ładunkow cylndra: = cyl = RT [kg/cykl] - średne nadcśnene: L - raca rężana kg gazu: L l RT [Pa] [J/kg gazu].4.. SPRĘŻARKA TEORETYCZNA Z PRZESTRZENIĄ SZKODLIWĄ Ry... Wykre racy rężark eoreycznej z rzerzeną zkodlwą 7

8 Srężarka eoreyczna z rzerzeną zkodlwą rozważana je rzy założenu, że rężane rozrężane odbywa ę według olroy o ak ay ały wykładnku. Na kuek nena rzerzen zkodlwej rężarka ne zaya całej objęośc kokowej lecz nejzą ( z+ 3-4). Całkowy ładunek cylndra wyno: z cyl [kg] RT RT Wydaek rężark równy częśc ładunku kóra zoaje wyłoczona z cylndra, wyno: z 4 [kg/cykl] RT Część ładunku jałowo rężana wyno: z 4 [kg] RT W rzyadku gdy rocey rężana rozrężana odbywają ę wg olroy o wykładnku <<k, ają ejce naęujące zależnośc: - raca eoreyczna: L oneważ 4 = oraz 3 =, o: L z [J] - raca rężana kg gazu: z 3 4 L l RT [J/ kg gazu] z 4 RT - średne nadcśnene eoreyczne: L z 4 [Pa].4.3. PORÓWNANIE SPRĘŻARKI TEORETYCZNEJ BEZ PRZESTRZENI SZKODLIWEJ I SPRĘŻARKI TEORETYCZNEJ Z PRZESTRZENIĄ SZKODLIWĄ - objęoścowy wółczynnk zayana: 8

9 z 4 - raca rężana kg gazu: w rężarce eoreycznej: l RT [J/ kg gazu] w rężarce eoreycznej z rzerzeną zkodlwą: l RT [J/ kg gazu] czyl: l = l.4.4. SPRĘŻ RANICZNY Ry..3. Wykre nerreujący ojęce rężu grancznego W arę wzrou cśnena rężana, wydaek rężark aleje (znejza ę odcnek 4 - ; ry..3). Przy rężanu do cśnena ax, odowadającego rężow granczneu, rężane rozrężane odbywa ę według olroy - a wydaek rężark wyno zero. Welkośca charakeryzujący rężark ą: względna objęość rzerzen zkodlwej: 9

10 a z ręż: objęoścowy wółczynnk zayana: z z a oneważ : o: z 4 oraz 3 = z,, ąd: z a a a a ręż granczny: ax ax 3. OBLICZENIA z z z a 3.. PORÓWNANIE WYKRESÓW PRACY SPRĘŻAREK z Ry. 3.. Porównane rzeczywego wykreu ndykaorowego z wykree racy rężark eoreycznej z rzerzeną zkodlwą eoreycznej bez rzerzen zkodlwej Na ry. 3. rzedawone ą wykrey racy rężark rzeczywej (wykre ndykaorowy), eoreycznej z rzerzeną zkodlwą eoreycznej bez rzerzen zkodlwej. Punky charakeryyczne wykreów oznaczone ą naęująco: 0

11 - w układze wółrzędnych - : rężarka rzeczywa: rężarka eoreyczna z rzerzeną zkodlwą: w układze wółrzędnych - : rężarka eoreyczna bez rzerzen zkodlwej: Wykre racy rężark rzeczywej, w orównanu z wykree racy rężark eoreycznej z rzerzeną zkodlwą, wykazuje obecność dodakowych owerzchn racy (zakrekowane ola), raconej na wykonane racy wynkającej z okonana odcśnena zayana nadcśnena wyłaczana. 3.. OPRACOWANIE WYKRESU INDYKATOROWEO SPRĘŻARKI Przykładowy wykre ndykaorowy rężark rzedawony je na ry. 3.. Na wykre zoały naneone charakeryyczne unky oraz ch oznaczena, oowane w dalzy oku oblczeń. Ry. 3.. Wykre ndykaorowy rężark Podzałk na wykree ndykaorowy: odzałka cśnena: k =. [Pa/] odzałka objęośc: k v =... [ 3 /] odzałka ola owerzchn: k F = k *k v [J/ ] Oblczene cśneń w unkach : 0 = b + zb [Pa] = b + zb + [Pa] = b - [Pa] gdze: zb - cśnene w zbornku (z oarów) b - cśnene ooczena (z oarów) = 0 4 Pa - warość odczyana z wykreu ndykaorowego Hg = 33,3 Pa bar = 0 5 Pa MPa = 0 6 Pa

12 Oblczene objęośc w unkach,, 3, 4: 4 d [ 3 ] z = 0,05* [ 3 ] = z + [ 3 ] gdze:, 4 - warośc odczyane z wykreu ndykaorowego Oblczene wykładnka olroy rężana: ln ln gdze ownen wynoć <<,4 Oblczene eeraury w unkach, : Teeraura T : T = T o - warość uzykana z oaru Teeraura T : Z równana olroy rężana: wynka: Z równana anu gazu wyznacza ę objęość w unkce : RT oblcza objęość w unkce : RT Z równana anu gazu wyznacza ę eeraurę T w unkce : T R oblcza jej warość o odawenu wyrażena na : T R RT T T Sręż:

13 Sręż granczny: gr z a Praca ndykowana: L = k f * F wyk [J/cykl] gdze: F wyk [ ] - ole wykreu ndykaorowego Średne cśnene ndykowane (ry. 3.): L [Pa] Wydaek: b z 4 r RT n [kg/] Moc ndykowana: N L n [W] r [kg/cykl] Moc lnka elekrycznego naędzającego rężarkę: N e = 3*w*k w [W] gdze: w - lość dzałek odczyanych na waoerzu k w - ała waoerza (W) Moc wykorzyana do naędu wału rężark: N = (N e* el - N o)* [W] W dzedzne rężarek wyorowych ouje ę naęujące określena wyęujących rac ocy: L, N - raca oc ndykowana. Praca ndykowana je o raca orzebna do rężena czynnka w rężarce rzeczywej bez uwzględnena ra echancznych. L, N - raca oc ra echancznych. Praca ra echancznych je o raca arca w łożykach, erścen łokowych o gładź cylndra. oraz raca orzebna do naędu echanzów oocnczych (oa wodna, olejowa, wenylaor). L e, N e - raca oc użyeczna (erzona na wale rężark). Moc użyeczna je o oc kórą należy doarczyć na wał rężark. N e- - oc lnka naędowego. Je o oc kóra oże być odebrana z wału lnka naędowego. L o,(e) - energa doarczona do lnka naędowego. W rzyadku lnka elekrycznego będze o energa rądu elekrycznego oberanego rzez lnk, w rzyadku lnka alnowego czy eż arowego będze o lość ceła dorowadzonego w alwe czy eż w arze OBLICZENIA SPRĘŻARKI TEORETYCZNEJ BEZ PRZESTRZENI SZKODLIWEJ Praca (ole na ry. 3.): 3

14 0 L b [J/cykl] b Wydaek: b [kg/cykl] RT o gdze: R ow = 87 [J/kg*K] * n [kg/] gdze: n Moc: N n 60 n r r - rędkość obroowa rężark na ekundę [obr/] ; n [obr/n] - rędkość obroowa rężark L * n [W] r Średne nadcśnene (ry..): L [Pa] 3.4. OBLICZENIA SPRĘŻARKI TEORETYCZNEJ Z PRZESTRZENIĄ SZKODLIWĄ Praca (ole na ry. 5.): L b z 0 4 [J/cykl] b Objęość 4 wyznacza ę z równana olroy rozrężana 3-4 : Wobec ego że: 3 = 0, 3 = z, 4 = b, 4 z 0 b [ 3 ] Objęoścowy wółczynnk zayana: z 4 Wydaek: [kg/cykl] [kg/] Moc: N L n [W] r Średne nadcśnene (ry..): L [Pa] 4

15 3.5. WIELKOŚCI PORÓWNAWCZE Wółczynnk wydaku: Srawność ndykowana: l l l l Wobec ego że: l L Wobec ego że: L L L L oraz l Srawność echanczna: N N Srawność rężark:, L, 4. TABELARYCZNE OPRACOWANIE WYNIKÓW OBLICZEŃ Tabela. Wybrane wynk oblczeń L.. Welkość Jednoka Warość 3 L J/cykl 4 L J/cykl 5 L J/cykl 6 l J/ kg gazu 7 l J/ kg gazu 8 l J/ kg gazu 9 Pa 0 Pa Pa 3 4 5

16 5. SPRAWOZDANIE Srawozdane końcowe z ćwczena ownno zawerać:. O rzebegu ćwczena.. Tablcę wynków oarów. 3. Nezbędne oblczena. 4. Tablcę wynków oblczeń. 5. Wnok. Inrukcję oracowano na odawe nżej wyenonej leraury oraz orzednch nrukcj rzygoowanych do ego ćwczena rzez dr nż. Zdzława Nagórkego dr nż. Ewę Fudalej-Korzewę 6. LITERATURA: []. Dowkon J.: Teora lnków celnych. WKŁ, Warzawa 97 []. Wśnewk S.: Terodynaka echnczna. WNT, Warzawa 980 (oraz wydana óźnejze) [3]. Kolewk F. n.: Poary w echnce celnej. WNT, Warzawa