книги из ГПНТБ / Селиверстов В.М. Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин учебник

В. М. СЕЛИВЕРСТОВ

ТЕПЛОСИЛОВОЕ

ОБОРУДОВАНИЕ ПОДЪЕМНО­ ТРАНСПОРТНЫХ МАШИН

Допущено Управлением кадров

____ и учебных заведений МРФ

в качестве учебника для институтов

________водного транспорта________

МОСКВА «ТРАНСПОРТ»

1974

УДК 621.86:621.1.016

Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин.

Настоящий учебник написан в соответствии с программой кур­ са «Теплосиловое оборудование подъемно-транспортных машин», читаемого на факультетах механизации институтов водного транс­ порта.

Назначение книги — дать необходимые сведения по теорети­ ческим основам теплотехники, тепловым двигателям и компрес­ сорным установкам применительно к подъемно-транспортным ма­ шинам.

В первых трех частях книги излагаются теоретические осно­ вы теплотехники, включающие в себя техническую термодинамику, теорию теплообмена и основы теории процессов горения. В после­ дующих частях учебника рассматриваются прикладные вопросы теплотехники. Основное внимание здесь обращается на освещение принципов действия и конструкций двигателей внутреннего сго­ рания, компрессоров и вентиляторов подъемно-транспортных ма­ шин, применяемых на водном транспорте. Рассматриваются также вопросы выбора типа и конструкции теплосилового оборудования для различных перегрузочных машин.

Книга предназначена в качестве учебника для механизатор­ ских специальностей вузов водного транспорта, а также может быть использована студентами других, близких специальностей при заочном обучении. Рис. 147, табл. 11, библ. 8.

і

© Издательство «Транспорт», 1974 г.

ВВЕДЕНИЕ

Любая подъемно-транспортная машина (ПТМ) состоит из исполни­ тельного механизма и первичного двигателя, который непосредственно или с помощью передачи приводит в движение исполнительный меха­ низм (грузоподъемную лебедку, транспортер, компрессор, пневмопе­ регружатель и т. д.).

В качестве первичного двигателя ПТМ используют электрические, гидравлические и тепловые двигатели. В последних тепловая энергия, получаемая при сгорании топлива, преобразуется в механическую ра­

в значительной степени предопределяет экономичность и надежность подъемно-транспортной машины. Так, до недавнего времени на пор­ тальных, плавучих, железнодорожных и гусеничных кранах широко применялись паросиловые установки, основными элементами которых являются паровая машина и паровой котел. Вследствие низкой эконо­ мичности, больших веса и габаритов такие установки на вновь строя­ щихся кранах не применяются.

В настоящее время на подъемно-транспортных машинах в качестве первичного теплового двигателя главным образом используют различ­ ные типы ДВС: на автопогрузчиках и автомобильных кранах — кар­ бюраторные двигатели, на более крупных подъемно-транспортных ма­ шинах — дизельные установки.

Двигатели внутреннего сгорания имеют высокий коэффициент по­ лезного действия, могут применяться в установках любой производи­ тельности, надежны в работе.

Весьма часто на кранах первичным двигателем является дизельэлектрический привод. Дизель приводит во вращение генератор элек­ трического тока, который питает индивидуальные электродвигатели исполнительных механизмов крана. При этом упрощаются механиче­ ские передачи и облегчается управление краном.

3

ЧАСТЬ ПЕРВАЯ

ТЕХНИЧЕСКАЯ ТЕРМОДИНАМИКА

Г л а в з б

ПАРАМЕТРЫ СОСТОЯНИЯ И ОСНОВНЫЕ ЗАКОНЫ ИДЕАЛЬНЫХ

ГАЗОВ

§ 1. Основные понятия и определения

Т е х н и ч е с к а я т е р м о д и н а м и к а рассматривает про­ цессы взаимного преобразования тепловой энергии в механическую работу. Поскольку такого рода превращения происходят в тепловых двигателях, техническая термодинамика является теоретической ба­ зой, необходимой для понимания, изучения и расчетов тепловых дви­ гателей.

Преобразуется тепловая энергия в механическую с помощью газо­

парообразных тел объясняется большими изменениями их объема по сравнению с жидкими и твердыми телами при взаимодействии с окру­

модинамических параметров. Наиболее простыми из них и достаточно полно характеризующими физическое состояние тела являются д а в ­ л е н и е , т е м п е р а т у р а к у д е л ь н ы й о б ъ е м , называемые т е р м и ч е с к и м и п а р а м е т р а м и .

Рабочие тела могут находиться в равновесном или в неравновесном

Такое состояние можно получить, если полностью изолировать ра­ бочее тело от механического и теплового воздействия окружающей сре­ ды. В данном случае у рабочего тела по всей массе будут одинаковые температура и давление.

Если параметры состояния имеют неодинаковое значение в различ­ ных частях рабочего тела, то такое состояние называется н е р а в н о ­ в е с н ы м . Указанными параметрами неравновесное состояние рабо­ чего тела не может быть охарактеризовано, поскольку они имеют раз-

5

личное значение в разных частях рабочего тела, а методы их осредне­ ния неизвестны.

При одинаковых параметрах рабочего тела и окружающей среды

параметрами окружающей среды — давлением и температурой. При нарушении термодинамического равновесия (изменении параметров окружающей среды) окружающая среда начинает воздействовать на рабочее тело, в результате чего происходит процесс изменения состоя­ ния его. За изменением состояния рабочего тела можно следить по изменению его параметров. Процесс изменения состояния рабочего тела называется т е р м о д и н а м и ч е с к и м п р о ц е с с о м . Протекающие под механическим или тепловым воздействием окружа­ ющей среды термодинамические процессы нарушают равновесие рабочего тела, оцениваемого соответственно по давлению и темпера­ туре.

В зависимости от характера изменения параметров рабочего тела при изменении тех же параметров окружающей среды термодинами­ ческие процессы бывают равновесные и неравновесные. При н е р а в ­ н о в е с н о м п р о ц е с с е параметры рабочего тела по всему его объему неодинаковы. Это наблюдается при конечной разности давле­ ний или температур между рабочим телом и окружающей средой. Про­ иллюстрируем сказанное следующим примером. В теплоизолирован­ ном цилиндре, закрытом подвижным поршнем, находится некоторое количество газа. Допустим, что в первоначальный момент времени он находится в термодинамическом равновесии с окружающей средой, имеющей давление р. Если нагружать поршень грузом массой М, нач­ нется процесс сжатия газа при давлении р '. В результате воздействия на газ конечной разности давлений р' — р поршень опустится на рас­ стояние h. Во время сжатия и сразу же по его окончании давление по

всей массе газа будет неодинаковым: в верхних слоях несколько боль­ ше, чем в нижних. Это объясняется неравномерным распределением давлений по всему объему газа во время перемещения поршня с гру­ зом, так как он движется с конечной скоростью, а также возникнове­ нием вихревого движения газа в цилиндре. Данный процесс будет не­ равновесным.

Чтобы рассмотренный процесс стал р а в н о в е с н ы м , разность давлений между внешней средой р' и рабочим телом р нужно прибли­ зить к нулю: р' — р -> 0. Для этого поршень будем нагружать до мас­ сы М постепенно грузиками весьма малой массы т. При наложении на поршень одного грузика массой т он будет двигаться с малой ско­

ростью. Неравномерность давлений по объему газа в данном случае будет незначительной. Когда сумма масс грузиков станет равной мас­ се М, поршень как и в неравновесном процессе, переместится на ту же величину h и сожмет газ до требуемого давления.

Если принять число грузиков, накладываемых на поршень, беско­ нечно большим, а их массу — бесконечно малой, процесс изменения состояния рабочего тела можно рассматривать как непрерывный ряд

6