Zgryźliwość kojarzy mi się z radością, która źle skończyła.
13. SILNIKI SPALINOWE
13.1. PODZIAŁ
Silniki spalinowe dzielą się na trzy podstawowe grupy:
1. silniki spalinowe tłokowe o postępowo-zwrotnym lub krążącym ruchu tłoka,
2. silniki turbinowe czyli turbiny spalinowe, o obrotowym ruchu organu
czynnego, którym jest wirnik,
3. silniki odrzutowe, działające na zasadzie reakcji dynamicznej strumienia spalin uchodzących z silnika.
13.2. SILNIKI SPALINOWE TŁOKOWE
Tłokowe silniki spalinowe są to maszyny energetyczne przetwarzające energię cieplną doprowadzaną w postaci paliwa cieklego lub gazowego na energię mechaniczną. Przemiany termodynamiczne towarzyszące temu przetwarzaniu, zachodzą w tzw. przestrzeni roboczej silnika, której objętość jest zmienna. Silnik tłokowy ma co najmniej jeden tłok, stanowiący ruchome ograniczenie przestrzeni zajmowanej przez czynnik roboczy.
Rys.81. Schemat działania silnika spalinowego tłokowego
Tłok wykonuje ruch postępowy lub krążący i służy do przenoszenia sił. Praca użyteczna takiego silnika polega na przesunięciu tłoka pod wpływem nacisku czynnika roboczego. Czynnikiem tym są spaliny uzyskane w wyniku spalania paliwa. Dzięki zastosowaniu mechanizmu korbowego tłok przesuwając się powoduje obrót wału korbowego, z którego odbierana jest moc użyteczna silnika.
Silniki spalinowe krążące stanowią odmianę silników tłokowych. Ich cechą charakterystyczną jest cykliczna zmiana objętości przestrzeni roboczej w wyniku obrotowego ruchu w cylindrze organu roboczego, nazywanego tłokiem obrotowym.
Rys.82. Schemat działania silnika spalinowego krążącego
Silnik taki jest zbudowany z cylindra o przekroju poprzecznym trochoidalnym, w którym porusza się ruchem okrężnym tłok, o przekroju trójkąta i bokach krzywoliniowych, którego wierzchołki w każdej chwili stykają się z cylindrem. Dzięki temu między cylindrem a tłokiem powstają jednocześnie trzy komory, które zmieniają swą objętość. Każda z nich podczas pełnego obrotu tłoka dwukrotnie przyjmuje maksymalną i minimalną wartość objętości. Krążący tłok, poprzez przekładnię planetarną, jest połączony z wałem.
Rys.83. Silnik Wankla
12.3. SILNIKI TURBINOWE
Turbinowy silnik spalinowy, zwany w praktyce silnikiem turbośmigłowym ma wirnik napędzany strumieniem gazu o dużej energii kinetycznej. Stosowany jest głównie do napędu urządzeń latających, to jest samolotów i śmigłowców. Moc użyteczna odbierana jest z wału głównego silnika, sprzężonego ze śmigłem. W silnikach tych, wypływające spaliny mają stosunkowo małą energię i nie wpływają znacząco na napędzanie urządzenia latającego. Rys.84. Schemat silnika turbośmigłowego
Turbina jest sprzężona ze sprężarką oraz śmigłem za pomocą przekładni redukcyjnej, która przenosi niski moment przy wysokich obrotach na wejściu, na wysoki moment przy niskich obrotach na wyjściu. Silnik składa się z następujących podstawowych elementów:
Ü kanał wlotowy powietrza,
Ü sprężarka,
Ü komora spalania,
Ü turbina,
Ü dysza wylotowa.
Powietrze pobierane jest przez kanał wlotowy a następnie sprężane przez sprężarkę. W komorze spalania wtryskiwane jest do niego paliwo i tak utworzona mieszanka ulega spaleniu. Gorące spaliny, płynąc wzdłuż turbiny, zwiększają swą objętość, przekazując cześć swojej energii do napędu sprężarki, a resztę przez przekładnię do śmigła. Podstawowym paliwem w tych silnikach jest kerozyna.
12.4. SILNIKI ODRZUTOWE
Silniki odrzutowe są to silniki działające na zasadzie wyrzucania z duża prędkością strumienia gazów, co wywołuje siłę ciągu skierowaną w przeciwną stronę, zgodnie z 3-cim prawem dynamiki Newtona.W silnikach tych wykorzystywana jest wyłącznie siła ciągu, natomiast nie odbiera się mocy użytecznej z wału silnika.
Rozróżnia się:
- lsilniki przepływowe (przelotowe), w których utleniaczem, niezbędnym do procesu spalania jest zasysane z otoczenia powietrze,llsilniki rakietowe używające do spalania utleniaczy przewożonych wraz z paliwem.l
Silniki przepływowe dzielą się na:
▼ strumieniowe,
▼ pulsacyjne
▼ turboodrzutowe,
▼ dwuprzepływowe,
▼ wentylatorowe.
Silnik strumieniowy nie ma żadnych części ruchomych. Jego konstrukcja jest pozornie prosta. Składa się on z:
è komory spalania z dyszą,
è wtryskiwaczy paliwa,
è stabilizatorów płomienia.
. Rys.85. Schemat silnika strumieniowego
Komora spalania silnika strumieniowego jest ukształtowana tak, aby napływające z przodu powietrze zmniejszało prędkość przepływu i ulegało sprężaniu w dyfuzorze wlotowym. Zadaniem stabilizatorów jest zawirowanie mieszanki paliwowo–powietrznej co pozwala na zapalenie mieszanki i podtrzymanie procesu spalania. Gorące gazy spalinowe wypływają przez dyszę de Lawala wytwarzając siłę pchającą silnik do przodu.
Dysza de Lavala jest to kanał aerodynamiczny, dzięki któremu można uzyskać przepływ naddźwiękowy.
Rys.86. Schemat dyszy de Lavala
Przekrój dyszy de Lavala początkowo zwęża się a następnie rozszerza. W części zwężającej się następuje przyspieszenie gazu od prędkości początkowej do prędkości dźwięku (M= wg/wdź =1). W drugiej części następuje dalsze przyspieszenie gazu powyżej prędkości dźwięku. Na całej długości dyszy gaz rozpręża się i następuje wzrost jego prędkości (M > 1). W najwęższym miejscu (przekroju krytycznym) prędkość gazu równa jest prędkości dźwięku.
W silniku strumieniowym można spalać: benzynę, kerozynę, alkohol, parafinę i inne paliwa.
Silnik pulsacyjny jest silnikiem nie posiadającym zespołu sprężarki. Spalanie paliwa w nim ma charakter powtarzalnych eksplozji..
W czasie spalania porcji mieszanki paliwowo–powietrznej ciśnienie w komorze spalania dociska sprężynowe żaluzje (zawory) zamykając wlot powietrza. Fala ciśnienia może przemieszczać się jedynie rurą wylotową. Po przejściu fali powstaje podciśnienie, powodując otwarcie sprężynowych żaluzji co powoduje zasysanie przez wlot nowej porcji powietrza i proces się powtarza. Początkowo trzeba mieszankę zapalać iskrowo. Kiedy silnik się rozgrzeje zapłon świeżych porcji następuje samoczynnie od rozżarzonej rury wylotowej.
Rys.87. Schemat silnika pulsacyjnego
Silnik turboodrzutowy (jednoprzepływowy) jest najprostszym z silników turbinowych. Składa się on z:
è wlotu powietrza,
è sprężarki,
è komory spalania z wtryskiwaczami paliwa,
è turbiny,
è dyszy wylotowej,
è wału.
W silniku turboodrzutowym powietrze zasysane jest przez sprężarkę (osiową lub promieniową, jedno- lub wielostopniową) i sprężane przez nią. Następnie płynie do komór spalania usytuowanych obwodowo wokół osi silnika. Do komór wtryskiwacze wtryskują paliwo, które zapala się od gorących spalin. Spalanie paliwa podwyższa temperaturę gazów w komorze spalania. Gorące gazy spalinowe napędzają turbinę, sprzęgniętą wałem ze sprężarką. Turbina napędza sprężarkę.
Rys.88. Schemat ideowy silnika ze sprężarką promieniową
Rys.89. Schemat ideowy silnika ze sprężarka osiową
Silnik jest wyposażony w zespoły współpracujące:
▼ układ paliwowy z pompami,
▼ układ olejowy z pompami i chłodnicą oleju,
▼ czujniki,
▼ układy sterujące i monitorujące.
Rys.90. Jednoprzepływowy silnik turboodrzutowy
1. Dyfuzor wlotowy 6. Część gorąca
2. Sprężarka niskiego ciśnienia 7. Turbiny wysokiego i niskiego ciśnienia
3. Sprężarka wysokiego ciśnienia 8. Rura ogniowa
4. Komory spalania 9. Część zimna
5. Dysza wylotowa wraz z turbiną 10. Wlot powietrza
Ciąg silnika powstaje z różnicy pędów gazów wpływających przez wlot i wypływających przez dyszę wylotową ze zwiększoną prędkością.
Rys.91. Schemat pracy silnika turboodrzutowego
Rys.92. Widok silnika turboodrzutowego
Silnik dwuprzepływowy jest silnikiem turboodrzutowym, przez który przepływają dwa strumienie gazów. W silniku tym wewnętrzna część ( zawierająca sprężarkę, komory spalania i turbinę) obudowana jest pierścieniowym kanałem zimnego (nie posiadającym komór spalania) przepływu zewnętrznego. Dodatkowy stopień turbiny poprzez oddzielny wał napędza sprężarkę, tłoczącą powietrze przepływu zewnętrznego umieszczoną na wewnętrznym wale, obracającym się wewnątrz części gorącej. Sprężarka ta równocześnie spręża wstępnie powietrze przepływu wewnętrznego. Stosunek dwuprzepływowości (stosunek strumienia masy powietrza przepływającego przez kanał zewnętrzny do strumienia masy powietrza przepływającego prze kanał wewnętrzny) BPR (By-Pass Ratio) wynosi 0,6 do 1,0.
...