TOPLINSKI STROJEVI I UREĐAJI 5. predavanje
-
Upload
cain-keith -
Category
Documents
-
view
141 -
download
2
description
Transcript of TOPLINSKI STROJEVI I UREĐAJI 5. predavanje
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 1
TOPLINSKI STROJEVI I UREĐAJI
5. predavanje
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 2
GORIVA
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 3
Oprema za bušenje nafte
Toranj
Rezervne cijevi
Osigurač protiv istjecanja Okretni stol
Motor za pogon okretnog stola
Oplata
Bušeća kolona
Bušeća cijev
Spremnik muljaEl. generator
Svrdlo
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 4
Shema rafinerijskog procesa prerade nafte
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 5
Vrste ugljikovodika
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 6
Normalni parafini ili alkani su ravne, nerascijepljene lančane strukture sastavljene iz kostura od ugljika na koji se vežu atomi vodika. Sve slobodne valencije su popunjene pa ih stoga nazivamo i zasićeni ugljikovodici.
Normalni parafini su vrlo skloni samoupaljivanju te su pogodni kao sastojci goriva za dizelske motore.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 7
Izoparafini su također zasićeni ugljikovodici slični normalnim parafinima. Od njih se razlikuju po tome što lanac nije ravni već se račva u nekoliko ogranaka. Struktura molekule je kompaktnija i otpornost na samoupaljivanje je veća nego kod normalnih parafina, tako da su izoparafini pogodni za primjenu u Ottovim motorima. Prikazan je primjer izooktana s oktanskim brojem 100.
Olefini su nezasićeni parafini s jednom jednostruko ili dvostruko nezasićenom vezom. Ta je veza slabija, tako da su potrebne manje energije za aktiviranje reakcije, te oni izgaraju uz veće oslobađanje topline. Tako npr. Acetilen izgaranjem u kisiku daje najvišu temperaturu plamena, potrebnu za rezanje čeličnih limova.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 8
Nafteni su zasićene prstenaste strukture koje se sastoje iz prstena ugljika, na čije se slobodne valencije spajaju atomi vodika.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 9
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 10
Kemijska svojstva goriva
Tekuća goriva rijetko su pojedinačni čisti kemijski sastojci. Čisti kemijski sastojci su npr. alkoholi kao goriva. Tekuća goriva su najčešće smjese više ugljikovodika. Tako se za motorni benzin procjenjuje da je to smjesa više od 200 različitih ugljikovodika, dok se za dizelsko gorivo procjenjuje da je smjesa od najmanje 400 različitih ugljikovodika.
Plinovita goriva su isto tako smjese dva ili više ugljikovodika.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 11
Potrebna svojstva goriva za primjenu u motorima s unutarnjim izgaranjem
Ottovi motori
Stupanj djelovanja Ottovih motora povećava se s povećanjem stupnja kompresije. Viši stupanj kompresije znači i viši tlak i temperaturu na kraju kompresije. Kako se u Ottovom motoru vrši kompresija gorive smjese (smjese para goriva i zraka), s višim stupnjem kompresije povećava se opasnost da će se tijekom kompresije goriva smjesa upaliti sama od sebe. Da do toga nebi došlo suviše rano, potrebno je da goriva za Ottove motore budu čim otpornija na samoupaljivanje. Ta se otpornost izražava oktanskim brojem. Što je gorivo otpornije na samoupaljivanje, to je oktanski broj goriva veći. Goriva koja se koriste u Ottovim motorima moraju imati oktanski broj 90 ili veći.
Dizelski motori
Kod dizelskih motora gorivo se u cilindar ubrizgava tek na kraju kompresije. Ubrizgano gorivo, koje se pri ubrizgavanju raspršuje u vrlo sitne kapljice, mora čim prije ispariti kako bi se stvorila goriva smjesa, koja se treba čim prije upaliti sama od sebe. Zbog toga se kod dizelskih motora traže karakteristike goriva koje su potpuno suprotne onima koje se traže kod Ottovih motora. Sklonost goriva samoupaljivanju izražava se cetanskim brojem. Goriva koja se koriste u dizelskim motorima imaju cetanski broj najmanje 35 kod sporohodnih motora, odnosno najmanje 45 kod brzohodnih motora.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 12
Svojstva ugljikovodika vezana za brzinu
aktivacije
Linija miješanja za određivanje
cetanskog brojaLinija miješanja za
određivanje oktanskog broja
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 13
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 14
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 15
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 16
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 17
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 18
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 19
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 20
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 21
Kristalizacija parafina u dizelskom gorivu
pri niskim temperaturama
Pri niskim temperaturama dolazi do zamućenja goriva. Ono više nije bistro, već se
čini zamućenim zbog kristalizacija parafina u
gorivu. Kristali parafina se grupiraju i mogu potpuno začepiti filter goriva i time
onemogućiti dotok goriva do motora, nakon čega se motor zaustavlja. Da se to spriječi, često se pribjegava tome da
se filter goriva smješta u blizinu motora, a povrat
goriva iz motora se dovodi pred filtar i tu se miješa s
dolazećim gorivom.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 22
TEŠKA GORIVA
Goriva za sporohodne brodske motore
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 23
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 24
PROBLEMI S TEŠKIM GORIVIMA
• Visoka viskoznost,
• Sadržaj sumpora i niskotemperaturna korozija,
• Visokotemperaturna korozija zbog sadržaja vanadija,
• Ostaci katalizatora i abrazija.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 25
Dijagram promjene viskoznosti goriva u ovisnosti o temperaturi
Granica viskoznosti za mogućnost pumpanja goriva radi transporta: 1000 mm2/s
Maksimalna viskoznost za ubrizgavanje u 2T dizelske motore: 13 – 17 mm2/s
Maksimalna viskoznost za ubrizgavanje u 4T dizelske motore: 10 – 14 mm2/s
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 26
Promjena viskoznosti goriva ovisno o temperaturi i tlaku
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 27
SADRŽAJ SUMPORA
Sumpor izgaranjem stvara sumporni dioksid SO2 i sumporni trioksid SO3. Oba plina reagiraju s vodenom parom nastalom izgaranjem vodika. U spoju s molekulama vode stvaraju se:
SO2 + H2O H2SO3 sumporasta kiselina
SO3 + H2O H2SO4 sumporna kiselina
Ukoliko su stjenke hladnije od temperature kondenzacije, doći će do stvaranja kapljica kiseline. U dodiru s površinom metala započeti će korozija.
Da se spriječi korozija, ulju za podmazivanje cilindara dodaju se lužnati (alkalni) aditivi. Ovi aditivi s kiselinama stvaraju neutralne soli. Lužnatost ovih aditiva izražava se TBN brojem (Total Base Number). TBN 1 odgovara 1 mg KOH / litra ulja.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 28
Temperature kondenzacije plinova izgaranja u ovisnosti o sadržaju sumpora i tlaku plinova izgaranja
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 29
VISOKOTEMPERATURNA KOROZIJA
Visokotemperaturna korozija pripisuje se djelovanju smjese vanadijevog pentoksida V2O5 i natrijeva sulfata Na2SO4. Vanadijev pentoksid nastaje oksidacijom vanadija pri izgaranju u motoru:
5O2 + 10V 5V2O5
Natrijev sulfat nastaje reakcijom soli iz morske vode sa sumpornom kiselinom:
2NaCl + H2SO4 Na2SO4 + 2HCl
Pri visokim temperaturama oba spoja su u stanju tekućine. Na vrelim površinama dolazi do nakupljanja kapljica koje izuzetno jako korozijski djeluju na površini feritnih materijala, koja djeluje po granicama među kristalnim zrnima i napada materijal po dubini. Najčešće napadnuta mjesta su sjedišta ispušnih ventila, a rijeđe i čelo klipa.
Djelovanju te korozije suprotstavljamo se dovoljno niskom temperaturom dijelova, odnosno hlađenjem dijelova kako njihova temperatura nebi prešla 400 oC.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 30
Oštećenja sjedišta ventila zbog djelovanja visokotemperaturne korozije
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 31
OSTACI KATALIZATORA (Catalytic fines)
U procesu krekinga koristi se kao katalizator umiješani prah od sitnih kuglica silicijevog dioksida SiO2 i aluminijeva trioksida Al2O3. Promjer tih kuglica varira od 0.1 mm na manje. Oba materijala su vrlo tvrda.
Najveći dio katalizatora odvoji se u rafineriji nakon procesa krekinga. Dio koji ostaje u teškom gorivu pokušava se očistiti u centrifugalnim separatorima i filtrima, no mali dio dospijeva s gorivom u cilindar. Prilikom izgaranja goriva često dolazi do pucanja tih kuglica, tako da nastaju krhotine oštrih rubova.
Ako je debljina sloja ulja među kliznim površinama mala, tako da dolazi do zaglavljivanja krhotina, doći će do jake abrazije (struganja) i do oštećenja kliznih površina.
Sadržaj ostatka katalizatora u gorivu često se ograničava maksimalnim sadržajem aluminija u gorivu (koji je vezan u aluminijevom trioksidu Al2O3 u katalizatoru).
Abraziju sprječavamo dovoljno niskom temperaturom ulja za podmazivanje. Pri niskim temperaturama viskoznost ulja je veća i debljina sloja ulja na kliznim površinama je veća.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 32
Ostaci katalizatora iz kreking procesa
Povećanje 400x Povećanje 8000x
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 33
Kuglica katalizatora s promjerom od 0.04 mm, cijela i puknuta
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 34
Utjecaj teškoga goriva i temperature cilindarske košuljice na brzinu habanja klipnih prstena
Brzina habanja
Temperatura
Habanje zbog niskotemperaturne
korozije
Habanje zbog abrazije ostacima katalizatora zbog sve
manje debljine uljnog filma
Oko 180 oC Oko 230 oC
Minimalna debljina
sloja ulja
Najveća čestica katalizatora koja prolazi kroz filter
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 35
OGRJEVNA MOĆ GORIVA I GORIVE SMJESE
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 36
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 37
Donja ogrjevna moć goriva za poznati maseni sastav goriva
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 38
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 39
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 40
POTREBNA MASA ZRAKA ZA IZGARANJE
Stehiometrijska količina zraka za izgaranje goriva u kg zraka / kg goriva za poznati maseni sastav goriva može se izračunati još točnije po jednadžbi:
Potrebna masa kisika za stehiometrijsko izgaranje 1 kg goriva je:
Ost = 2.66667 c + 8 h + s – o kg kisika / kg goriva
Potrebna masa zraka za stehiometrijsko izgaranje je:
232.0st
st
OL
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 41
PRETIČAK ZRAKA
Za potpuno izgaranje goriva često puta dovodimo više zraka nego ga je stehiometrijski potrebno za izgaranje. Omjer dovedene mase zraka i stehiometrijski potrebne mase zraka nazivamo pretičak zraka:
stL
L
Pretičak zraka za gorivu smjesu je kod Ottovih motora jednak u cijelome području rada. Kod Ottovih motora s katalizatorom trostrukog djelovanja on mora biti strogo jednak jedinici. Kod dizelskih motora on je promjenljiv i ovisi o opterećenju motora. U motor se usisava otprilike jednaka masa zraka, a goriva se ubrizgava samo koliko je potrebno za razvijanje snage.
Motor: Puno opterećenje Prazni hod
Ottov motor = 0.9 do 1.3 (1.00) = 0.9 do 1.3 (1.00)
Brzohodni DM = 1.3 do 1.7 = 6 do 12
Sporohodni DM = 1.8 do 2 = 6 do 10
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 42
PRETIČAK ZRAKA I GORIVA SMJESA
Englesko govorno područje vrlo se često koristi s drugačijim parametrom koji opisuje gorivu smjesu. Taj se parametar naziva omjer ekvivalencije “fuel-air equivalence ratio” i označava se sa . Njegova je vrijednost jednaka recipročnoj vrijednosti pretička zraka
1
“Bogatstvo” gorive smjese ovisi o pretičku zraka. Ovisno o pretičku zraka definiramo i naziv gorive smjese.
Pretičak zraka Omjer ekvivalencije Naziv za gorivu smjesu
< 1 > 1 bogata goriva smjesa (manjak zraka, višak goriva)
= 1 = 1 stehiometrijska goriva smjesa
> 1 < 1 siromašna goriva smjesa (višak zraka, manjak goriva)
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 43
OGRJEVNA MOĆ GORIVE SMJESE
Ako zanemarimo entalpiju koju osjetnom toplinom donosi gorivo i zraka za izgaranje, možemo reći da je sva energija koja se dovodi izgaranjem samo energija koja se oslobađa izgaranjem goriva. Ova se energija dovodi gorivom smjesom goriva i zraka, koje moramo dovesti u prostor izgaranja. Ogrjevna moć takve gorive smjese je donja ogrjevna moć dovedenog goriva podijeljena s ukupnom masom gorive smjese:
st
dizgs L
HH
1
gdje je izg stupanj djelovanja izgaranja, Hd je donja ogrjevna moć goriva, je pretičak zraka i Lst je stehiometrijska masa zraka za izgaranje.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 44
STUPANJ DJELOVANJA IZGARANJA izg
Stupanj djelovanja izgaranja izg ima različitu ovisnost o pretičku zraka za Ottove i za dizelske motore.
Kod Ottovih motora goriva smjesa je potpuno pripremljena u trenutku izgaranja, svo gorivo je ispareno i pomiješano sa zrakom u homogenu smjesu. Ako je premalo zraka ili goriva u smjesi, upaljivanje električnom iskrom može izostati i gorivo može izaći neizgoreno iz procesa. Ako se gorivo i upali električnom iskrom, zbog nedostatka zraka ili goriva može doći do usporenih kemijskih reakcija i izgaranje može biti nepotpuno. Potpuno izgaranje se kod Ottovih motora postiže s nešto siromašnijom gorivom smjesom ( = 1.06 do 1.1). Tada je i specifična potrošnja goriva najmanja.
Kod dizelskih motora izgaranje započinje još prije nego se je izvršilo ubrizgavanje ukupne količine goriva. Tijekom izgaranja gorivo će isparavati i miješati se sa zrakom (kisikom). Sastav gorive smjese mijenja se po prostoru izgaranja, tako da ćemo uvijek naći mjesta gdje je lokalni sastav gorive smjese pogodan za izgaranje. Obzirom da se kisik iz zraka troši za izgaranje, da bi omogućili da tijekom kratkog vremena trajanja procesa sve čestice goriva nađu potrebni kisik za izgaranje, za izgaranje se dovodi više zraka od stehiometrijski potrebnog. Minimalni potrebni pretičak zraka ovisi o uvjetima strujanja u prostoru izgaranja i on ovisno o motoru i uvjetima rada iznosi min = 1.3 do 2. Što smo više zraka doveli, to će izgaranje biti potpunije.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 45
Temperatura
Samo zrak ili kisik
Samo gorivo
= 0 =
Područje samoupaljivanja za smjesu goriva i kisika
Područje samoupaljivanja za smjesu goriva i zraka
= 1
Područje samoupaljivosti gorive smjese
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 46
Stupanj djelovanja izgaranja u ovisnosti o pretičku zraka
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 47
OGRJEVNA MOĆ GORIVE SMJESE Hs
Ogrjevna moć gorive smjese kod motora s unutarnjim izgaranjem jako ovisi o pretičku zraka s kojim se može postići zadovoljavajuće izgaranje. Snaga motora izravno ovisi o unesenoj toplini u proces, tj. o ogrjevnoj moći gorive smjese.
Kod Ottovih motora područje koliko toliko potpunog izgaranja je vezano uz područje stehiometrijske smjese. Katalizator trostrukog djelovanja, koji se koristi za obradu štetnih sastojaka u ispušnim plinovima je djelotvoran samo u području strogo stehiometrijske smjese i uvjetuje korištenje samo takve smjese. Ako imamo slobodu odabira sastava smjese, najveća ogrjevna moć gorive smjese postiže se za blago bogatu gorivu smjesu s pretičkom zraka = 0.9 do 0.95. Tada će snaga motora biti najveća.
Kod dizelskih motora potpuno izgaranje možemo postići tek kod pretička zraka min = 1.3 do 2, ovisno o motoru i opterećenju. Izgaranje s manjom količinom zraka odrazilo bi se u jako povećanoj emisiji čađe u ispušnim plinovima. Zbog višeg potrebnog pretička zraka, smjesa je siromašnija u usporedbi s Ottovim motorom, tako da je i snaga motora, za isti stapajni volumen i brzinu vrtnje, manja kod dizelskog motora. Kako ćemo kasnije vidjeti, primjenom prednabijanja ćemo ovaj nedostatak eliminirati, tako da će snaga dizelskog motora premašiti snagu Ottovog motora za istu geometriju motora i istu brzinu vrtnje.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 48
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 49
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 50
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 51
Ogrjevna moć goriva i ogrjevna moć gorive
smjese za različita goriva
Nitrometan
Ugljični monoksid Metan
Metanol EtanolBenzol
Dizel
Zemni plin
Benzin
Acetilen Vodik
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 52
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 53
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 54
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 55
IDEALNI I STVARNI PROCES U MOTORIMA S UNUTARNJIM
IZGARANJEM
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 56
IDEALNI TERMODINAMIČKI PROCES MOTORA
Da se ne bi krivo shvatilo, idealni termodinamički proces motora nije ono čemu bi trebali težiti. Idealnim ga nazivamo samo zato što smo ga idealizirali, kako bi si olakšali matematički postupak za njegovu obradu. Kako ćemo kasnije vidjeti, on se razlikuje od stvarnoga procesa motora.
Osnovne aproksimacije koje uvodimo za idealni proces motor su:
• Proces motora je zatvoreni termodinamički proces, što pretpostavlja da se masa radnog medija ne mijenja (ni po količini ni po kemijskom sastavu). To je različito od stvarnoga motora u kojemu se vrši izgaranje (promjena kemijskog sastava) i izmjena radnog medija (promjena količine radnog medija pri ispuhu i usisu).
• Izgaranje i izmjena radnoga medija zamjenjuju se dovodom topline izvana i odvodom topline iz procesa.
• Tijekom procesa kompresije i ekspanzije nema izmjene topline s okolišem (stjenkama), tako da je kontrolni volumen izoliran od okoliša. Procesi kompresije i ekspanzije odvijaju se adijabatski.
• Kako se ne mijenja kemijski sastav, eksponent adijabate je jednak za procese kompresije i ekspanzije.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 57
Idealni termodinamički proces
Pretpostavka za adijabatski proces tijekom kompresije i ekspanzije podrazumijeva da nema izmjene topline (ili se ono može zanemariti) između radnog medija i stjenki prostora izgaranja.
Kod realnog procesa dolazi do izmjene topline između radnog medija i stjenki, no udio u ukupnim toplinama procesa nije toliko izražen. Najveći prijenos topline s radnog medija na stjenke imamo tijekom samoga izgaranja i početka ekspanzije, zbog izraženog utjecaja turbulentnih struktura u strujanju radnog medija. Te su strukture pobuđene lokalnim ekspanzijama tijekom izgaranja u motoru.
Predana toplina između stjenke i radnog medija je:
dtTTAdtdt
dQdQ stst
Koeficijent prijelaza topline i površina stjenke nisu jednaki nuli. Kako je vrijeme koje stoji na raspolaganju za izmjenu topline vrlo kratko, možemo reći i da je predana toplina dQ mala, te je najčešće zanemarujemo kod idealnoga procesa.
S druge strane pretpostavljamo da imamo jako dobru izmjenu topline tijekom faze izgaranja. Obzirom da smo pretpostavili da se radni medij kemijski ne mijenja, pretpostavili smo da toplinu, koja se inače razvija izgaranjem, dovodimo izvana prijenosom topline na radni medij.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 58
Idealni termodinamički procesi motora
Ottov proces Sabatheov proces
Seiligerov proces
Trinklerov proces
Dieselov proces
Dovod topline pri V = const
Dovod topline pri V = const i p = const
Dovod topline pri p = const
V V V
p p p
Qdov xQdo
v
(1-x)QdovQdov
Qodv Qodv Qodv
x = 1 x = 0
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 59
Qodv
Sabatheov proces
Sabatheov proces udružuje u sebi karakteristike i Ottovog procesa i Dieselovog procesa. On je od sva tri procesa najbliži stvarnom procesu u motoru.
V
p
xQdov
(1-x)Qdov
W
1
4
2
3 3’ T
s
Qodv
W
3’
4
1
2
3
(1-x)Qdov
xQdov
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 60
Sabatheov proces
V
p
xQdov
(1-x)Qdov
Qodv
W
1
4
2
3 3’
Početno stanje (točka 1)
Početno stanje određeno je tlakom p1, volumenom V1 i temperaturom T1. Masa radnog medija određena je jednadžbom stanja plina:
1
1
11
1
1
TR
Vp
TR
Vpm s
Dovedena toplina u proces određena je masom gorive smjese m i ogrjevnom moći Hs:
ssdov HTR
VpHmQ
1
1
11
Ako pretpostavimo da je od ukupno dovedene količine topline Qdov samo dio x doveden pri V = const tada možemo opisati:
Ottov proces s x = 1 i
Dieselov proces s x = 0
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 61
Sabatheov proces
V
p
xQdov
(1-x)Qdov
Qodv
W
1
4
2
3 3’Kompresija (proces od točke 1 do točke 2)
Tijekom kompresije imamo adijabatsku promjenu stanja:
constpV
2211 VpVp
2
1
1
2
V
V
p
p
1
1
2
1
1
2
2
1
11
22
1
2
V
V
V
V
V
V
Vp
Vp
T
T
constmRT
Vp
1
2
VV
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 62
Sabatheov proces
V
p
xQdov
(1-x)Qdov
Qodv
W
1
4
2
3 3’Izgaranje (proces od točke 2 do točke 3’)
Izgaranje ima dva dijela, pri konstantnom volumenu i pri konstantnom tlaku:
tlakapovecanjastupanj2
3
2
3 T
T
p
p
constmRT
Vp
volumenapovecanjastupanj3
'3
3
3
T
T
V
V
23 VV
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 63
Sabatheov proces
V
p
xQdov
(1-x)Qdov
Qodv
W
1
4
2
3 3’Ekspanzija (proces od točke 3’ do točke 4)
Tijekom ekspanzije imamo adijabatsku promjenu stanja:
constpV
44'3'3 VpVp
'3
1
2
2
'3'3
4
'3'34 p
V
V
V
Vp
V
Vpp
1
2
2
'3
1
4
p
p
p
p
p
p
constmRT
Vp
1
4
1
4
p
p
T
T
14 VV
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 64
V
p
xQdov
(1-x)Qdov
Qodv
W
1
4
2
3 3’
Sabatheov proces
Stupanj djelovanja procesa
Stupanj djelovanja termodinamičkog procesa jednak je omjeru dobivenoga rada i dovedene topline:
dov
odv
dov
odvdov
dovT Q
Q
Q
Q
W
1
2
3
3
'3
2
3
1
4
2
1
3'323
14
11
1
11
TT
TT
TT
TT
T
T
TTcmTTcm
TTcm
pv
vT
1
1
2 T
T 2
3
T
T 3
'3
T
T 1
4
T
T
11
111
1
T
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 65
Idealni termodinamički procesi motora
Ottov proces Sabatheov proces Dieselov proces
11
111
1,
SabatheT
1,
11
OttoT
1
111
1,
DieselT
1 1
V V V
p p p
Qdov xQdo
v
(1-x)QdovQdov
Qodv Qodv Qodv
x = 1 x = 0
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 66
Te r
mod
ina m
i čki
st u
panj
dj e
lova
nja
Stupanj kompresije
x = 0
x = 1.0
R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K, = 1.4, Qdov = 3275 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3
= 1.0
11
111
1,
SabatheT
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 67
Te r
mod
ina m
i čki
st u
panj
dj e
lova
nja
Stupanj kompresije
x = 0
x = 1.0
R = 287 J/kg.K, cv = 736 J/kg.K, = 1.4, Qdov = 2231 J, p1 = 100 kPa, V1 = 0.001 m3
= 1.5
11
111
1,
SabatheT
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 68
REALNI PROCES MOTORA
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 69
Proces 4T motora
Stvarni i idealni proces prikazani su preklopljeni jedan preko drugoga. Najveća odstupanja imamo tijekom izgaranja i izmjene radnoga medija.
U T-s dijagramu prikazan je samo visokotlačni dio procesa jer se tijekom izmjene radnoga medija mijenja masa u cilindru motora.
V
p
+W
1
4
2
3 3’
s
T
W
3’
4
1
2
3
V
p
+W
1
4
2
3 3’
s
T
W
3’
4
1
2
3
-W
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 70
Proces 2T motora
Stvarni i idealni proces prikazani su preklopljeni jedan preko drugoga. Najveća odstupanja imamo tijekom izgaranja i izmjene radnoga medija.
U T-s dijagramu prikazan je samo visokotlačni dio procesa jer se tijekom izmjene radnoga medija mijenja masa u cilindru motora.
V
p
+W
1
4
2
3 3’
s
T
W
3’
4
1
2
3
-W
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 71
Proces izmjene radnoga medija kod 4T motora
Razlikujemo izmjenu radnoga medija kod motora sa slobodnim usisom i kod motora s prednabijanjem. Rad izmjene radnoga medija je kod motora sa slobodnim usisom negativan, dok kod motora s prednabijanjem može biti i pozitivan.
V
p+W
-W
+W
+W
p
V
p0
pP
pT
Tlak iza puhala
Tlak pred turbinom
Atmosferski tlak
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 72
Mjerenje promjene tlaka u cilindru motora (indiciranje)
Mehanički indikator (primjer Maihak)
Uređaj se spaja (8) na indikatorski pipac spojen na cilindar motora. Valjak za papir (42) se preko redukcije povezuje na
križnu glavu. Pomak klipa (9) se prenosi na kazaljku (15), koja na papiru ispisuje p-V dijagram. Mjerilo tlaka ovisi o krutosti
izmjenjive opruge.
Nedostatak ovoga indikatora je u tome što mu je vlastita frekvencija vrlo niska (oko 300 Hz), tako da nije pogodan za
točna mjerenja brzih procesa kod srednjehodnih ili bržih motora. Rijetko se još koristi na sporohodnim motorima.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 73
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 elektroničko indiciranje koristi davače tlaka na bazi piezoelektričkog efekta. Ti davači
imaju visoku vlastitu frekvenciju (preko 20 kHz) te omogućuju točno snimanje vrlo brzih
promjena tlaka. Signal iz pojačala se danas vodi u A/D konverter za pretvorbu analognog signala u digitalni podatak radi pohranjivanja u računalu
Mjerenje promjene tlaka u cilindru motora (indiciranje)
Uređaj za indiciranje tlaka u cilindru motora i druga mjerenja pomoću elektroničkog računala
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 74
INDICIRANA I EFEKTIVNA SNAGA MOTORA
STUPNJEVI DJELOVANJA
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 75
INDICIRANA I EFEKTIVNA SNAGA MOTORA
Snaga (rad u jedinici vremena), koju su plinovi predali klipovima motora, naziva se indicirana snaga.
Snaga, koju motor predaje potrošaču na svojoj spojci, naziva se efektivna snaga.
Indicirana snaga je veća od efektivne snage za snagu mehaničkih gubitaka na putu od klipova do spojke motora.
Indiciranu snagu dobivamo iz podataka indiciranja tlaka u cilindru motora. Efektivnu snagu dobivamo mjerenjem snage na kočnici motora.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 76
dgssdov HmHmQ
Indicirana snaga Pind koju su plinovi predali klipovima
Snaga mehaničkih gubitaka Pmeh za pokrivanje trenja i pogona pomoćne
opreme motora
Efektivna snaga Pef koju motor predaje potrošaču
mehindef PPP
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 77
MEHANIČKI GUBICI MOTORA
Mehaničke gubitke motora čine dvije skupine gubitaka:
• Gubici zbog trenja među dijelovima motora (trenja u ležajima motora, na kliznim površinama, aerodinamičko trenje itd.)
• Gubici zbog pogona pomoćne opreme motora (pogon rashladne pumpe, pumpe ulja za podmazivanje, sustava za ubrizgavanje goriva, pogon ventila, pogon električnog generatora, pogon klima jedinice itd.)
Kada je spojka motora otkopčana, efektivna snaga motora je jednaka nuli. Tada motor svojim radom pokriva samo mehaničke gubitke.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 78
Snaga mehaničkih gubitaka
Snaga predana klipovima
Snaga na spojci motora
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 79
Toplina dovedena u proces izgaranjem goriva:
Indicirani rad procesa motora:
Rad mehaničkih gubitaka:
Efektivni rad procesa motora:
Snaga toplinskog toka dovedena izgaranjem goriva:
Indicirana snaga motora:
Snaga mehaničkih gubitaka:
Efektivna snaga motora:
dgiind HmW ssizgdprocgizgdov HmHmQ ,
indmmeh WW 1
dgefmehindindmef HmWWWW
dgiind HmP
ssizgdprocgizgdov HmHmQ ,
indmmeh PP 1
dgefmehindindmef HmPPPP
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 80
KOČENJE MOTORA
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 81
Efektivna snaga motora može se izmjeriti kočenjem. Moment kočenja pomnožen s kutnom brzinom dati će efektivnu snagu motora, tj. Snagu koju motor predaje na svojoj spojci, odn. zamašnjaku.
nFRMPef 2
Na kočnici se moment mjeri tako da se na kraku radiusa R mjeri sila reakcije F. Na slobodnom kraju vratila kočnice mjeri se brzina vrtnje n. Da bi se izračunavanje snage olakšalo, često se koristi takav radius kraka R da se to omogući:
kW60
min2mkN
-1nRFPef
Za R/30 = 1/10 dobivamo da je R = 3, odnosno R = 0.955 m. Formula za izračunavanje snage je tada:
kW10
minkN -1nFPef
n
F Motor
Kočnica
Brzina vrtnje na rotoru kočnice
Sila reakcije na kućištu kočnice
R
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 82
Kućište kočnice se izvodi tako da se može zakretati za jedan ograničeni kut na svojim osloncima, kako bi se mogla mjeriti sila reakcije zbog momenta kočenja.
Ako se za kočenje koriste kočnice s trenjem (mehaničkim, hidrauličkim ili s vrtložnim strujama), sva efektivna snaga motora se pretvara u toplinu, koju treba odvesti rashladnom vodom za hlađenje kočnice. Ako koristimo električni generator za kočenje, dobivenu električnu energiju možemo koristiti na neki pogodni način.
Danas se prednost daje električnim kočnicama s asinhronim generatorom koji može raditi u generatorskom i u motornom području. Takva kočnica nam omogućuje da kočimo motor ili da ga guramo (kao što npr. vozilo pri kočenju svojom inercijom ili na nizbrdici gura motor vozila). Primjenom ovakvih kočnica s upravljanjem pomoću računala, moguće je na samoj kočnici ispitati uvjete rada motora pri pogonu vozila (npr. simulacije vožnje Formule 1 na trkaćoj pisti ili teretnog vozila s različitim stupnjevima prijenosa mjenjača)
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 83
EFEKTIVNI PODACI MOTORA
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 84
EFEKTIVNI PARAMETRI MOTORA
Efektivna snaga motora:
Srednji efektivni tlak:
Efektivni moment motora:
Specifična efektivna potrošnja goriva:
npKn
zVpt
WP efsrsefsr
efef ,1,
2
s
efefsr Vnz
Pp
2,
efsrsefsrsefsref
ef pKz
Vpn
nzVp
PM ,2,, 2
2
ef
ge P
mb
dgefef HmP
defdgef
g
ef
ge HHm
m
P
mb
1
MJ/kg
6.3
J/MJ10MJ/kg
1
kW1
W1000
h1
s3600kg/kWh
6defdef
e HHb
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 85
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 86
SNAGA MOTORA
Nazivna snaga Pn je proračunska efektivna snaga koju motor može trajno davati. Brzina vrtnje motora koja odgovara nazivnoj snazi naziva se nazivna brzina vrtnje. Vrijeme rada motora na nazivnoj snazi ograničeno je propisima proizvođača.
Maksimalna snaga Pmax je najveća dopustiva efektivna snaga kojom možemo kratkotrajno opteretiti motor (110 - 120% Pn). Trajanje preopterećenja je vremenski ograničeno, obično na 1 sat svakih 12 sati rada motora.
Maksimalna trajna snaga (MCR) je najveća efektivna snaga pri kojoj motor može trajno raditi bez vremenskog ograničenja. Obično ona iznosi 85 - 90% Pn. Brzina vrtnje za tu snagu je nMCR.
Ekonomična snaga Pek je trajna snaga pri kojoj se postiže najmanja specifična potrošnja goriva i iznosi 75 - 80% Pn.
Minimalna snaga Pmin je snaga koju motor može razviti pri minimalnoj, još stabilnoj brzini vrtnje.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 87
PROPISI ZA SNAGU MOTORA
Vozilska snaga motora (DIN 70020) je snaga na spojci motora koji je serijski opremljen sa svom opremom, uključujući usisni i ispušni cjevovod, pri danim uvjetima okoline: p0 = 101.3 kPa, T0 = 293 K (20 oC), relativna vlaga se zanemaruje.
Trajna snaga motora (DIN 6270, snaga A) je maksimalna snaga s kojom motor može trajno raditi uz mogućnost kratkotrajnog preopterećenja za 10% u trajanju 1 sat svakih 12 sati rada. Snaga se mjeri pri zadanim uvjetima okoline: p0 = 98 kPa, T0 = 293 K (20 oC), relativna vlaga = 60%.
Trajna snaga motora (DIN 6271, snaga B, ISO 3046) je maksimalna trajna snaga s kojom motor može raditi bez mogućnosti preopterećenja. Snaga se mjeri pri zadanim uvjetima okoline: p0 = 98 kPa, T0 = 293 K (20 oC), relativna vlaga = 60%, temperatura rashladne vode Trv = 300 K (27 oC).
Maksimalna trajna snaga brodskih motora (MCR) je maksimalna trajna snaga s mogućnosti kratkotrajnog preopterećenja. Mjeri se kod zadanih uvjeta okoline: p0 = 100 kPa, T0 = 318 K (45 oC), relativna vlaga = 60%, temperatura rashladne vode Trv = 305 K (32 oC).
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 88
UTJECAJ UVJETA OKOLINE (ISO 3046)
Visinski položaj (tlak zraka). Povećanjem visine, na kojoj se motor koristi, smanjuje se gustoća zraka, a time i snaga motora (za oko 1% svakih 100 m nadmorske visine iznad 500 m)
Temperatura. Povećanjem temperature smanjuje se gustoća zraka, a s njom i snaga motora (za oko 3% svakih 10 oC povećanja temperature)
Vlaga u zraku. Povećanjem relativne vlage smanjuje se sadržaj kisika po masi i raste sadržaj vlage koja će sniziti maksimalnu temperaturu procesa. Kod dizelskih motora se obično zanemaruje utjecaj vlage.
Preračunavanje snage na nove uvjete okoline vrši se prema propisima ISO 3046.
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 89
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 90
Ottov motor za osobno vozilo
Dizelski motor za teretno vozilo
Univerzalni dijagrami motora s ucrtanim izolinijama jednake specifične potrošnje goriva
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 91
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 92
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 93
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 94
33 nKPef
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 95
TOPLINSKA BILANSA MOTORA
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 96
Energija dovedena gorivom 100%
Mehanička energija
Toplinska energija
Mehanički rad 40%
Pogon ventilatora
2%
Toplina ispušnih plinova 30%
Toplina odvedena rashladnom vodom 24%
Toplina predana zračenjem i konvekcijom na okoliš 4%
Primjer bilanse topline za 4T dizelski motor za teretno vozilo
Zavod za tehničku termodinamiku i energetiku Katedra za brodsko strojarstvo Tehnički fakultet Rijeka
Toplinski strojevi i uređaji 5. Predavanje Motori Prof. dr. sc. Vladimir Medica 2010. 97
Zahvaljujemo Vam na pozornosti