Mérnöki alapok 11. előadás Készítette: dr. Váradi Sándor Budapesti Műszaki és Gazdaságtudományi Egyetem Gépészmérnöki Kar Hidrodinamikai Rendszerek Tanszék 1111, Budapest, Műegyetem rkp. 3. D ép. 334. Tel: 463-16-80 Fax: 463-30-91 http://www.vizgep.bme.hu
Négyütemű Ottomotor Indikátor diagram : a p hengertér nyomása a V lökettérfogat függvényében p(v) elméleti (ideális) indikátordiagram
Valóságos indikátordiagram Az alsó hurok munka befektetés, míg a felső hurok munka nyereség. A diagram alatti terület: az indikált munka + W i = W W [ J] = [ Nm] Ezt a munkát két fordulat alatt végzi a gép
Az indikált teljesítmény: P i = Win 2 [ W ] Az indikált középnyomás: (A d s a lökettérfogat) W Wi = pi Ad s i pi = Ad s Hasznos teljesítmény: P h = η mech P i
Alkalmazás Otto-motor z=4; i=4; n=4000/min; P h =36.4kW; v köz =11.33m/s s/d=1.1 Mekkora a motor lökete és hengerátmérője? v köz = 2sn vköz 11.33 m / s * 60 s / min s = = = 0.085m = 85mm 2n 2 * 4000 / min s 85mm D = = 77mm s / D 1.1 η m =0.85; Mekkora az indikált középnyomás? Ph 36.4kW zpik Asn Pi = = = 42.82kW = η 0.85 2 m
2 D π 0.077 * π A = = = 4 4 2 0.004657m 2Pi 2* 42.82kW *60s / min pik = = = 811.3kPa 8. 11bar 2 zasn 4*0.004657m *0.085m * 4000/ min 2
Kétütemű motor A kétütemű motoroknál a közegcsere két löket határán (az expanzió löketének végén, ill. a kompresszió elején), a holtpont közelében játszódik le.
Tüzelőanyag ellátás: porlasztó (karburátor) A Bánki-Csonka féle porlasztó feltalálása volt a legjelentősebb lépés a belső égésű motorok történetében
Diesel motor körfolyamat Tiszta levegőt szív be és sürít p c = 35... 75bar pc = 35...75 ps A kompressziótér így jóval kisebb, mint az Otto-motoroké. Befecskendezés (tüzelőanyag) Az indikált középnyomás (teljes terhelésnél): pi = 6.5 8. 5bar i
Jelleggörbék: 1. Otto-motor jelleggörbe A motor nyomatéka az indikált középnyomással arányos Kis fordulatszámnál romlik az égés minősége, ezzel p i és M Nagy fordulatszámnál romlik (a nagy térfogatáram miatt romlik) a töltési fok és ezzel p i és M A teljesítmény ugyanilyen értelemben tér el a névleges ponton átmenő egyenestől Nagy fordulatszámnál a mechanikai hatásfok is romlik
Jelleggörbék: 2. Diesel-motor jelleggörbe Diesel-motor M(n) jelleggörbéje laposabb Fordulatszám szabályozás kell! Töltési fok: λ = = p m m o f o = p p o V s s ρ f V ρ T o o = p To + T p csupán a szívási nyomáseséstől és a melegedéstől függ f o =
A töltési fok szokásos értékei: Négyütemű, lassú járású szívómotoré: λ = 0.80-0.93 Négyütemű, gyors járású szívómotoré: λ = 0.65-0.80 feltöltött motoré: λ = 1.50-2.0 mivel az I. ütemben a motor hengerében a nyomás a légkörinél nagyobb, ezért λ > 1
Jelleggörbe, munkapont Jelleggörbe: függvénykapcsolat a gép jellemző mennyiségei között Forgó gépeknél: M(n) Egyenes vonalú mozgást végző gépeknél: F(v) Áramlástechnikai gépeknél: p ö - q Kalorikus gépeknél: i ö m& Erőgép: a folyamat szempontjából hasznosítható energiát állít elő más energiából.
Pl.: Belsőégésű motor Kémiai energia Mozgási (mechanikai energia) Villamos Elektromos Mechanikai motor energia energia Víz, gáz, gőz turbina Víz, gáz, gőz (folyadék) energia Mechanikai energia
Erőgép jelleggörbe típusok 1. Erő v. nyomaték tartó 2. Sebesség v. fordulatszám tartó 3. Teljesítmény tartó M [Nm] 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 n [1/min] 1 2 3
Példák: 1. Diesel motor
Példák: 2. Aszinkron motor
Háromfázisú aszinkron motor fordulatszáma s=4% szlip esetén n f = n0 1 p 1 ( 1 s) = ( s) Ahol f 1 a hálózat frekvenciája (f 1 =50Hz) Póluspárok száma (p) Szinkron fordulat n 0 [1/min] Aszinkron Fordulat n [1/min] 1 2 3 4 5 3000 1500 1000 750 600 2880 1440 960 720 576
Teljes aszinkron motor jelleggörbe
Munkagép jelleggörbe típusok 1. Erő v nyomatéktartó 2. Sebesség négyzetével arányos M [Nm] 1600 1400 1200 1000 800 600 400 200 0 0 500 1000 1500 2000 2500 n [1/min] 1 2
MUNKAPONT. Erőgép + munkagép együttes üzeme M [Nm] 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 n [1/min] M ü n ü erőgép Munkagép
Alkalmazás: Villamos motorral hajtott ventilátor jelleggörbéi M [Nm] 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 0 200 400 600 800 1000 n [1/min] Mh Mt
A munkapont adatai a jelleggörbék metszéspontjából kiolvashatók: n=800/min; M=130Nm Áramkimaradás miatt a fordulatszám az üzemi fordulatszám 80%-ára csökken, azaz n =640/min, az ehhez tartozó hajtó nyomaték: M h =190Nm, míg ugyanitt a terhelő nyomaték: M t =88Nm A fenti két nyomaték különbsége a pillanatnyi gyorsító nyomaték: M=102Nm A Θ=480kgm 2 tehetetlenségi nyomatékú forgórészek szöggyorsulása: M 102Nm 2 ε = = = 0.213rad / s 2 Θ 480kgm
M [Nm] 220 200 180 160 140 120 100 80 60 40 20 0 M d 0 200 400 600 800 1000 n [1/min] Mh Mt