Avtoargon.ru

АвтоАргон
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Двигатель в котором энергия пара преобразуется в механическую работу

Двигатель в котором энергия пара преобразуется в механическую работу

§ 46. Преобразование механической энергии в электрическую и обратно

На законах электромагнитной индукции и электромагнитных сил основано действие электрических машин — генераторов, преобразующих механическую энергию в электрическую, и двигателей, преобразующих электрическую энергию в механическую.

Обратимся к рис. 95. В магнитном поле между полюсами N и S помещен прямолинейный проводник. Если при помощи внешней механической силы F передвигать этот проводник перпендикулярно магнитным линиям поля, то в нем будет индуктироваться э.д.с. Е = Blυ.


Рис. 95. Преобразование механической энергии в электрическую

Если концы проводника замкнуты на внешнее сопротивление, то по цепи потечет ток I, совпадающий по направлению с э.д.с. Е.

Напишем уравнение 2-го закона Кирхгофа для этой цепи:

где U — напряжение на зажимах, в;

r — сопротивление проводника, ом;

I ⋅ r — падение напряжения в проводнике, в.

Умножая почленно выражение (а) на I, получим

Так как Е = Blυ, то

Учитывая, что ВIl = F и Fυ = Рмех, имеем

где Рмех = E ⋅ I — механическая мощность, преобразуемая в электрическую;

Рэл = UI — электрическая мощность, отдаваемая во внешнюю цепь;

ΔP = I 2 r — потери мощности (в виде тепла) в сопротивлении проводника. Рассмотрим теперь процесс преобразования электрической энергии в механическую.

Пусть прямолинейный проводник АВ (рис. 96), по которому проходит ток I от источника напряжения, помещен во внешнее магнитное поле, образованное магнитом N — S. Если проводник неподвижен, то энергия источника напряжения расходуется исключительно на нагрев проводника:


Рис. 96. Преобразование электрической энергии в механическую

Затрачиваемая мощность будет равна

откуда определяем ток в цепи:

Однако известно, что проводник с током, помещенный в магнитное поле, будет испытывать действие силы F со стороны поля, стремящейся перемещать проводник в магнитном поле в направлении, определяемом правилом левой руки. При своем движении проводник будет пересекать магнитные линии поля и в нем, по закону электромагнитной индукции, возникнет индуктированная э.д.с. Направление этой э.д.с., определенное по правилу правой руки, будет обратным току I. Назовем ее обратной э.д.с. Eобр. Величина Eобр согласно закону электромагнитной индукции будет равна

По второму закону Кирхгофа, для замкнутой цепи имеем

откуда ток в цепи

I =U — Eобр. (в)
r

Сравнивая выражения (а) и (в), видим, что в проводнике, движущемся в магнитном поле при одних и тех же значениях U и r, ток будет меньше, чем в неподвижном проводнике.

Умножая почленно выражение (б) на I, получим

Так как Eобр = Blυ, то

Учитывая, что BlI = F и Fυ = Рмех, имеем

Последнее выражение показывает, что при движении проводника с током в магнитном поле мощность источника напряжения преобразуется в механическую мощность и частично в тепловую. Аналогичный процесс преобразования электрической энергии в механическую происходит в электрических двигателях.

Рассмотренные выше примеры показывают, что электрическая машина обратима, т. е. может работать как генератор и как двигатель.

Методические указания. Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии

Гидравлические машины служат для преобразования механической энергии в энергию перемещаемой жидкости (насосы) или для преобразования гидравлической энергии потока жидкости в механическую (гидравлические двигатели). Гидравлическим приводом называют гидравлическую систему, которая состоит из насоса и гидродвигателя с соответствующей регулирующей и распределительной аппаратурой и служит для передачи посредством рабочей жидкости энергии на расстояние. При помощи гидравлического привода можно преобразовывать механическую энергию в кинетическую на выходе системы с одновременным выполнением функций регулирования и реверсирования скорости выходного звена, а также преобразовывать один вид движения в другой.

Существуют две основные группы насосов: объемные (поршневые и роторные) и динамические (в том числе лопастные и вихревые). Насосы различают по герметичности (первые – герметичные, вторые – проточные); виду характеристики (первые имеют жесткую характеристику, вторые – пологую), характеру подачи (первые имеют порционную подачу, вторые – равномерную). Напор, развиваемый объемными насосами, не зависит от подачи, а у лопастных напор и подача взаимосвязаны. Этим обусловливается различие возможных напоров, создаваемых обеими группами насосов, различие способов регулирования их подачи и пр.

В рабочем колесе лопастного насоса основная часть подводимой энергии передается жидкости путем динамического воздействия лопаток на поток. При натекании потока на соответствующим образом спрофилированную поверхность лопатки (аналогично крылу самолета) на ее поверхностях образуется перепад давления и возникают подъемные силы. Рабочее колесо совершает работу, преодолевая при своем вращении момент этих сил. Для этого к колесу насоса подводится механическая энергия двигателя, которая насосом преобразуется в энергию движущейся жидкости. Характерным признаком объемного насоса является наличие одной или нескольких рабочих камер, объемы которых при работе насоса периодически изменяются. При увеличении объема камер они заполняют-

ся жидкостью, а при уменьшении их объема жидкость вытесняется в отводящую линию. Основные параметры насосов: подача, напор, мощность, коэффициент полезного действия (к.п.д.), частота вращения.

Подачей насоса называют количество жидкости (объем), подаваемое насосом за единицу времени, т.е. расход потока через насос. Напором H насоса (рис. 4) называют механическую энергию, сообщаемую насосом единице веса (1 Н) жидкости. Поэтому напор имеет линейную размерность. Напор насоса равен разности полного напора за насосом и напора перед ним и обычно выражается в метрах столба перемещаемой жидкости:

Читать еще:  Электрический двигатель постоянного тока лабораторная работа

, (20)

где рн и рв – абсолютные давления в местах установки манометра и вакуумметра; и – средние скорости в нагнетательном и всасывающем трубопроводах; D z – вертикальное расстояние между точками установки вакуумметра и манометра; r – плотность перемещаемой жидкости; g – ускорение силы тяжести.

Ввиду того, что вертикальное расстояние между точками установки приборов бывает обычно небольшое, а скоростные напоры на выходе и на входе в насос или одинаковые, или весьма близки, то напор насоса можно определить по упрощенной формуле:

. (21)

Насос передает жидкости не всю механическую энергию, которая подводится к насосу. Отношение полезной мощности насоса к потребляемой им мощности двигателя называют коэффициентом полезного действия насоса (к.п.д.). Он равен произведению трех коэффициентов полезного действия: объемного, гидравлического и механического. Объемным к.п.д. учитываются потери объема жидкости (утечки жидкости через уплотнения, уменьшение подачи из-за кавитации и проникновения воздуха в насос), гидравлическим к.п.д. – уменьшение напора насоса, вызываемое гидравлическими сопротивлениями в самом насосе (при входе жидкости в насосное колесо и выходе из него, сопротивление жидкости в межлопастных каналах насосного колеса и пр.), механическим к.п.д. – трение между элементами машины.

В РПДВС «ЯРЕДВАС» происходит прямое превращение энергии сгорания топлива в механическую энергию вращения выходного вала.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ

роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания

«ЯРЕДВАС» конструкции Ярошенко Эд. Вас.

Вниманию конструкторов, инженерно-технических и научных работников, изобретателей, рационализаторов, а также специалистов различных отраслей, занимающихся разработкой, созданием, эксплуатацией и исследованием двигателей внутреннего сгорания (ДВС), и просто энтузиастов предлагаются уникальные конструкции новых оригинальных роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания (РПДВС или РПД) серий «ЯРЕДВАС» конструктора Ярошенко Эдуарда Васильевича (Україна, м. Запоріжжя).

«ЯрЕдВас» — украинская аббревиатура от фамилии, имени и отчества изобретателя.

Настоящая публикация познакомит читателей с принципиально новым видом роторно-поршневой машины (РПМ) или, конкретнее, с роторно-поршневыми двигателями внутреннего сгорания перспективного направления, разнообразных конструкций, разных крутящих моментов, мощностей и назначений.

Роторно-поршневая машина Ярошенко Эд. Вас. в 1993 году запатентована в Украине. В дальнейшем на её основе были разработаны конкретные конструкции роторно-поршневых двигателей внутреннего сгорания.

В РПДВС «ЯРЕДВАС» происходит прямое превращение энергии сгорания топлива в механическую энергию вращения выходного вала.

Роторный двигатель (РД) —двигатель внутреннего сгорания, в котором энергия выделившихся газов после сгорания топлива преобразуется в механическую с помощью ротора, совершающего вращательное движение в цилиндрической полости (в цилиндре) корпуса. Идея создания роторного двигателя, известного также как коловратный или роторно-поршневой, была впервые выдвинута в XVI веке. Зарегистрировано несколько тысяч патентов на роторный двигатель.

Первая попытка постройки действующего образца роторного двигателя относится к 1799 г., однако практически пригодные двигатели появились лишь в 1957 г. (двигатель Ванкеля).

В процессе работы РД объёмы полостей, формируемые поверхностями ротора и корпуса, периодически изменяются — непрерывно происходят и повторяются процессы сжатия и расширения рабочего тела, которые характерны для поршневых двигателей внутреннего сгорания (ПД или ПДВС).

Современные роторные двигатели (в основном это двигатели Ванкеля) выполняются как с одной, так и с двумя или тремя рабочими секциями (2 или 3 ротора, установленные на общем эксцентриковом валу).

Предлагаемые роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания содержат корпус с цилиндрической полостью (цилиндром), в которой установлен ротор с выходным валом.

Торцы корпуса закрыты боковыми крышками двигателя.

Особенности рассматриваемых двигателей «ЯРЕДВАС» — применение в роторе обычных цилиндров и поршней с поршневыми кольцами, создающих кинематические пары «цилиндр-поршень». Пары устроены в круглом роторе, жёстко установленном на простейшем выходном валу. Ротор имеет вид цилиндрического диска, вращающегося внутри цилиндрической полости (обычного цилиндра), выполненной в корпусе двигателя и закрываемой боковыми крышками.

В предлагаемых двигателях нет «мёртвых точек» поршней. Поршни без остановки при всех тактах рабочего цикла вращаются вокруг выходного вала отбора мощности в одном постоянном направлении. При этом имеются верхняя точка цилиндра (ВТЦ или ВТ) и нижняя точка цилиндра (НТЦ или НТ).

Напомним, тактом поршневого ДВС называется часть рабочего цикла с соответствующими процессами, происходящими в камере рабочего цилиндра двигателя, при движении поршня от верхней мёртвой точки (ВМТ) поршня к нижней мёртвой точке (НМТ) поршня или, наоборот, от НМТ к ВМТ. Со сменой тактов изменяется направление движения поршня в цилиндре.

Тактом РПДВС называется часть рабочего цикла с соответствующими процессами, происходящими в камере цилиндра двигателя, при движении поршня от верхней точки (ВТ) цилиндра к нижней точке (НТ) цилиндра или, наоборот, от НТ к ВТ. Со сменой тактов изменяется направление относительного движения поршня в цилиндре.

Верхняя и нижняя точки цилиндра новых роторно-поршневых двигателей – это те точки цилиндра, при достижении поршнем которых происходит изменение направления относительноговозвратно-поступательного движения поршня в цилиндре.

В предлагаемых двигателях для отдельных тактов, при необходимости, возможно изменение движения поршня в цилиндре до достижения им крайних ВТ и НТ.

Такая конструкция РПДВС позволяет осуществлять любые процессы рабочих циклов Отто или Дизеля, а также процессы других парнотактных рабочих циклов без применения специального механизма газораспределения. Открытие или закрытие окон впуска или выпуска осуществляется непосредственно ротором (обоймой ротора).

Читать еще:  Газель 405 двигатель инжектор датчик температуры

Впускные и выпускные окна устанавливаются в стенках и/или в торцах рабочих цилиндров.

Герметизация камер цилиндров обеспечивается обычными поршневыми кольцами и специальными кольцами с плоской или цилиндрической торцевой поверхностью, установленными в роторе, вернее, в торцах впускных и выпускных окон рабочих цилиндров или в торцах самих цилиндров. Торцевые поверхности последних колец соответствуют внутренней поверхности боковой крышки или поверхности цилиндрической полости (цилиндра) корпуса в зависимости от местонахождения впускных и выпускных окон. Кольца установлены в роторе и прижимаются к поверхности крышки или цилиндрической полости (цилиндра) корпуса центробежными силами, давлением газа и пружинами-экспандерами.

Отсутствие механизма газораспределения делает двигатели «ЯРЕДВАС» значительно проще двухтактных поршневых, а тем более четырехтактных поршневых (экономия составляет около сотни деталей). Отсутствие сопряжения между отдельными рабочими объёмами (это картерное пространство, пространства коленвала и шатунов в поршневом двигателе) обеспечивает компактность и высокую удельную мощность.

За один оборот выходного вала отбора мощности двигатель выполняет столько рабочих циклов сколько кинематических пар «цилиндр-поршень» установлено в роторе. Это одна или несколько пар. Желательно не менее четырёх пар и столько же рабочих циклов, что эквивалентно работе восьмицилиндрового четырёхтактного поршневого двигателя, в котором рабочий цикл осуществляется за два оборота коленвала. Полный рабочий цикл предлагаемых роторно-поршневых двигателей осуществляется, как правило, за один оборот выходного вала и ротора.

Все четыре такта выполняются за один оборот ротора, что позволяет получить существенно более высокую мощность по сравнению с поршневым двигателем.

При выполнении рабочего цикла за пол-оборота или за треть, или за четверть оборота ротора, что вполне возможно, работа такого двигателя будет эквивалентна, соответственно, шестнадцати или двадцатичетырёхцилиндровому, или тридцатидвохцилиндровому поршневому четырёхтактному двигателю.

презентация Виды тепловых двигателей

Внутренняя энергия тепловых машин. Двигатель непрерывного действия. Преобразование энергии сжатого и нагретого газа в механическую работу на валу. Изучение разнообразия видов тепловых машин. Устройства для преобразования одного вида энергии в другой.

Нажав на кнопку «Скачать архив», вы скачаете нужный вам файл совершенно бесплатно.
Перед скачиванием данного файла вспомните о тех хороших рефератах, контрольных, курсовых, дипломных работах, статьях и других документах, которые лежат невостребованными в вашем компьютере. Это ваш труд, он должен участвовать в развитии общества и приносить пользу людям. Найдите эти работы и отправьте в базу знаний.
Мы и все студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будем вам очень благодарны.

Чтобы скачать архив с документом, в поле, расположенное ниже, впишите пятизначное число и нажмите кнопку «Скачать архив»

РубрикаФизика и энергетика
Видпрезентация
Языкрусский
Дата добавления12.03.2014
Размер файла1,4 M
  • посмотреть текст работы
  • полная информация о работе

Подобные документы

История создания тепловых двигателей и общий принцип их действия. Виды тепловых двигателей: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбины, реактивный двигатель. Использование современных альтернативных источников энергии.

презентация [1,3 M], добавлен 23.02.2011

Исследование истории создания тепловых машин, устройств, в которых внутренняя энергия превращается в механическую. Описания изобретения парового двигателя, паровой пушки Архимеда, турбины Герона. Анализ конструкции первых паровых автомобилей и паровозов.

презентация [3,3 M], добавлен 11.12.2011

Тепловой двигатель как устройство, в котором внутренняя энергия преобразуется в механическую, история его появления. Типы двигателя внутреннего сгорания. Схемы работы двигателей. Экологические проблемы использования тепловых машин и пути их решения.

презентация [4,3 M], добавлен 25.03.2012

Понятие и классификация тепловых машин, их устройство и компоненты, функциональные особенности и сферы практического применения. Отличительные признаки, условия использования двигателей внешнего и внутреннего сгорания, их преимущества и недостатки.

контрольная работа [149,6 K], добавлен 31.03.2016

Определение тепловых двигателей как машин, преобразующих теплоту в механическую работу. Рассмотрение рабочего процесса паровых и газовых турбин. Изучение потерь в ступенях, коэффициентов полезного действия, мощности, размеров лопаток и расхода газа.

контрольная работа [225,1 K], добавлен 17.10.2014

Принцип устройства и действия тепловой трубки Гровера. Основные способы передачи тепловой энергии. Преимущества и недостатки контурных тепловых труб. Перспективные типы кулеров на тепловых трубах. Конструктивные особенности и характеристики тепловых труб.

реферат [1,5 M], добавлен 09.08.2015

Истоки развития теплоэнергетики. Преобразование внутренней энергии топлива в механическую энергию. Возникновение и развитие промышленного производства в начале XVII века. Паровая машина и принцип ее действия. Работа паровой машины двойного действия.

реферат [3,5 M], добавлен 21.06.2012

Двигатель в котором энергия пара преобразуется в механическую работу

Передача и преобразование механической энергии. Виды редукторов

  • Авторы
  • Руководители
  • Файлы работы
  • Наградные документы

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Актуальность рассмотрения темы заключается в повсеместном использовании механизмов и различных устройств для передачи и преобразования механической энергии. Это самый древний и самый распространенный в использовании вид энергии. Везде, где есть движущиеся детали, колеса или части механизмов, используются разные виды передачи механической энергии.

Объект – процесс передачи механической энергии.

Предмет – зубчатая передача механической энергии.

Гипотеза исследования заключается в построении зубчатой передачи с заранее заданными характеристиками и проверкой на практике предполагаемой скорости вращения ведущего и ведомого валов.

Читать еще:  Газель 2007 года 405 двигатель схема

В первой главе будет рассмотрен процесс передачи механической энергии и разные виды этого процесса. Будет подробнее рассмотрен конкретный механизм зубчатой передачи механической энергии, который является нашим предметом исследования. Будут также рассмотрены разные виды редукторов и различное преобразование механической энергии.

Во второй главе, в практической части проекта, будет рассмотрен механизм зубчатой передачи и применение редуктора в нашем конкретном проекте, указаны их размеры, характеристики, представлены расчеты скорости и количества оборотов ведущего и ведомого валов. Будет опытным путем проверена зависимость скорости вращения ведомого вала от параметров зубчатой передачи.

В заключении предполагается сделать вывод о том, что в дальнейшем проект возможно применить для построения движущихся частей роботов в курсе робототехники. Это соответствует ориентиру школы на углубление в математику, информатику и робототехнику.

Глава 1. Теоретическая часть проекта. 1. 1. Что такое механическая энергия?

Энергия – это способность тела совершать работу. Есть разные виды энергии, каждый вид энергии изучают разные разделы науки.

Например, ядерная — энергия взаимодействий частиц в атомном ядре. Изучается в ядерной физике.

Электромагнитная — энергия электрических зарядов, магнитных полей и фотонов. Изучается в теории электромагнетизма.

Есть еще химическая — энергия химических связей. Изучается в химии.

И биохимическая — энергия в клетках живых организмов. Изучается в разделе биологии — биохимии.

В нашем проекте рассматривается механическая энергия.

Механическая энергия изучается механикой, это раздел физики.

Механическая энергия – это энергия, связанная с движением объекта или его положением, способность совершать механическую работу.

Еще можно сказать, что механическая энергия – это физическая величина, показывающая, какую работу может совершить тело (или несколько тел).

Раз это величина, это значит, что ее можно измерить и выразить числом, можно сравнивать разные величины и подсчитывать математически. Это очень хорошо, потому что, в практической части мы будем эти величины сравнивать. Кроме того, механическую энергию можно легко передавать от одного тела другому. Поэтому этот объект нам для изучения подходит.

Механическая энергия делится на кинетическую энергию и потенциальную энергию. Это мы будем изучать в 5 классе на уроках физики.

Еще следует отметить, что разные виды энергии легко переходят один в другой. Например, электрическая энергия двигателя становится механической энергией движущихся шестеренок. Шестеренки нагреваются, как и все движущиеся части двигателя. И выделяется тепловая энергия в виде тепла.

Таким образом, происходит переход энергии из электрической в механическую и частично в тепловую. Это очень распространенное явление, и можно привести множество подобных примеров.

Теперь надо рассмотреть подробнее, что такое механическая передача энергии, потому что наш объект изучения – процесс передачи механической энергии.

1.2. Передача механической энергии. Виды передачи.

Механическая передача — механизм, служащий для передачи и преобразования механической энергии от энергетической машины до исполнительного механизма (органа) одного или более, как правило, с изменением характера движения (изменения направления и скорости). Как правило, используется передача вращательного движения.

Основные виды механических передач (по виду) используемых элементов:

Червячная (зубчато-винтовая) передача

Наиболее распространенный вид механической передачи. В зависимости от формы зубчатых колес и зубьев различают следующие виды зубчатых передач:

Цилиндрическая зубчатая передача

Коническая зубчатая передача

1. 3. Редукторы. Виды редукторов.

Устройство, предназначенное для передачи механической энергии и преобразования скорости вращения (крутящего момента) с одной или несколькими механическими передачами.

Обычно редуктором называют устройство, преобразующее высокую угловую скорость вращения входного вала в более низкую на выходном валу, повышая при этом крутящий момент, такой редуктор обычно называют демультипликатором, а редуктор, который преобразует низкую угловую скорость в более высокую, обычно называют мультипликатором.

Редуктор со ступенчатым изменением передаточного отношения называется коробкой передач, с бесступенчатым— вариатор.

1. 4. Преобразование механической энергии.

Зубчатое колесо или шестерня— основная деталь зубчатой передачи в виде диска с зубьями на цилиндрической или конической поверхности, входящими в зацепление с зубьями другого зубчатого колеса

Зубчатые колёса обычно используются парами с разным числом зубьев с целью преобразования вращающего момента и числа оборотов валов на входе и выходе. Колесо, к которому вращающий момент подводится извне, называется ведущим, а колесо, с которого момент снимается — ведомым. Если диаметр ведущего колеса меньше, то вращающий момент ведомого колеса увеличивается за счёт пропорционального уменьшения скорости вращения, и наоборот.

Глава 2. Практическая часть проекта. 2. 1. Практическое применение передачи механической энергии.

В практической части изготовили редуктор для изучения зависимости между количеством зубьев шестерен и скоростью вращения валов.

2. 2. Рассмотрение на примере зубчатой передачи.

Количество зубьев на шестеренках: 57, 43, 78, 40, 10

При указанных количествах зубьев при одном полном обороте ведущего вала ведомый вал совершит 5,7 оборота.

Заключение

В ходе работы над проектом построен редуктор с зубчатыми передачами и проверено соотношение между количеством зубьев входящих в него шестерен и скоростями вращения ведущего и ведомого валов.

Кроме того изучено несколько других видов механических передач.

Список используемой литературы

”Что? Зачем? Почему? Для мальчиков” Минск “Харвест” 2011

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector