Capitolul II Motoare Si Turbine Navale

CAPITOLUL II MOTOARE SI TURBINE NAVALE. MECANISME SI INSTALATII AUXILIARE SPECIFICICE MASINILOR DE PROPULSIE II.1. MOTOARE CU APRINDERE PRIN COMPRESIE II.1.1. Principiile constructiv-funcţionale ale m.a.i. II.1.1.1. Definiţii ale noţiunilor caracteristice m.a.i. Motorul cu ardere internă este o maşină termică (transformă energia produsă prin arderea unui combustibil în lucru mecanic prin intermediul unui fluid, numit fluid motor) la care produsele arderii intră în compoziţia fluidului motor, iar evoluţia acestuia se realizează prin intermediul unui piston, a cărui mişcare rectilinie alternativă în interiorul unui cilindru se transformă în mişcare de rotaţie de către mecanismul bielă manivelă. Motorul cu ardere internă reprezintă o maşină complexă alcătuită din: a) mecanismul motor: 1) mecanismul bielă-manivelă (piston, bielă, arbore cotit şi, eventual, tija pistonului şi capul de cruce); 2) partea fixă, alcătuită din cilindru, chiulasă şi carter (rama de fundaţie şi batiul). b) ansamblul de sisteme auxiliare: 1) sistemul de distribuţie; 2) sistemul de alimentare cu combustibil; 3) sistemul de aprindere (numai la m.a.s.); 4) sistemul de ungere; 5) sistemul de răcire; 6) sistemul de pornire; 7) sistemul de inversare a sensului de marş (numai la unele motoare diesel de propulsie); 8) sistemul de supraalimentare (la majoritatea m.a.i.). c) aparatura de comandă, supraveghere şi protecţie.

şi

Fig.II.1.1.1. Schema de principiu a motorului monocilindric

Schema motorului monocilindric din figura I.1.1.1. cuprinde mecanismul motor şi sistemul de distribuţie. În cilindrul 1 se deplasează pistonul 2, legat de arborele cotit 3 prin intermediul bielei 4. Cilindrul este închis la partea superioară de chiulasa 5, în care sunt practicate 3 orificii. Două dintre orificii sunt controlate de către o supapă: supapa de admisie 6 şi supapa de evacuare 7. În cel de-al treilea orificiu se montează injectorul 8 (pentru m.a.c.) sau bujia (pentru m.a.i.). Partea inferioară a cilindrului se fixează pe carterul motor, format, în general, din două părţi: carterul superior 9, de care se suspendă lagărele arborelui cotit carterul inferior 10, care poate conţine baia de ulei. În timpul funcţionării, pistonul se deplasează între două poziţii limită, numite puncte moarte (puncte în care viteza pieselor cu mişcare de translaţie este nulă). Poziţia pistonului care corespunde volumului minim ocupat de fluidul motor se numeşte punct mort interior şi se notează p.m.i.; poziţia

pistonului care corespunde volumului maxim ocupat de fluidul motor se numeşte punct mort exterior şi se notează p.m.e. Spaţiul parcurs de piston între cele două puncte moarte se numeşte cursa pistonului (S), iar diametrul cilindrului – alezaj (D). Volumul generat prin deplasarea pistonului în cursa S se numeşte cilindree unitară: πD 2 S (II.1.1.1) VS = dm 3 , 4

[

]

[

]

3 Suma cilindreelor unui motor policilindric reprezintă cilindreea totală: Vt = i ⋅ VS dm , (II.1.1.2) unde I reprezintă numărul de cilindri. Analog, se defineşte volumul minim şi, respectiv, volumul maxim al camerei de ardere:

VC =

[

πD 2 min dm 3 4

]

(II.1.1.3) Va = VS + VC =

πD 2 ( S + hmin ) dm 3 . 4

[

]

(II.1.1.4)

Raportul dintre cele două volume se numeşte raport de comprimare:

ε=

Va V S = 1+ S = 1+ [ −]. Vc VC hmin

(II.1.1.5)

Unghiul făcut de manivelă cu axa cilindrului se numeşte unghi de rotaţie a arborelui cotit (unghi de manivelă sau, simpli, unghi de rotaţie) şi se notează cu α. Originea unghiului α se alege în pmi, iar numerotarea se realizează în sensul de rotaţie al motorului. Pentru α=3600RAC, arborele cotit efectuează o rotaţie completă, iar pistonul parcurge două curse. Numărul de rotaţii efectuate de arborele cotit într-un minut se numeşte turaţie, se notează cu n şi se măsoară în rotaţii pe minut. Între unghiul α, turaţia n şi timpul τ a în care este parcurs unghiul α există relaţia de dependenţă

[

]

α = 6nτ α 0 RAC .

(II.1.1.6)

Se numeşte viteza medie a pistonului νmp acea viteză consumată cu care pistonul ar parcurge două curse succesive 2S, în intervalul de timp 60/n [s] în care arborele cotit efectuează o rotaţie completă: vmp=

Sn [m/s] 30

(II.1.1.7)

Succesiunea proceselor care se repetă periodic în cilindrul motor se numeşte ciclul de funcţionare (ciclul motor). Partea din ciclul motor care se efectuează într-o cursă a pistonului se numeşte timp. Dacă se notează cu τ numărul de timpi ai motorului, expresia generală a numărului de cicluri în unitatea de timp este : n nc = [cicluri/sec.] (II.1.1.8) 30τ Realizarea unui ciclu motor presupune înainte de toate să se introducă în cilindru fluid proaspăt (aer la m.a.c. sau amestec aer – combustibil la m.a.s.); introducerea fluidului proaspăt reprezintă procesul de admisie (admisia). Eliberarea energiei chimice a combustibilului are loc în procesul de ardere (arderea). Pentru a mări eficienţa acestui proces ( implicit eficienţa

ciclului de funcţionare), se interpune un proces de comprimare a fluidului motor. Lucrul mecanic util se interpune prin acţiunea gazelor de ardere asupra pistonului, în cursa de destindere. După încheierea arderii, are deci loc procesul de destindere. În sfârşit, pentru reluarea ciclului motor, gazele de ardere se îndepărtează din cilindru. Eliminarea gazelor de ardere din cilindru reprezintă procesul de evacuare. Procesele de evacuare şi de admisie const5ituie împreună aşa- numitele procese de schimbare a gazelor (procesele de distribuţie). Toate procesele care alcătuiesc ciclul motor se numesc procese termice.

II.1.1.2. Clasificarea m.a.i. Diversitatea deosebită înregistrată în construcţia m.a.i. impune stabilirea unor criterii de clasificare care să permită identificarea particularităţilor esenţiale. Există astfel un număr ridicat de criterii : 1. Felul procesului de ardere a. motoare cu ardere izocoră (Otto sau Beau de Rochas); b. motoare cu ardere izobară ( Diesel); c. motoare cu ardere mixtă (Trinkler, Selinger sau Sabatherer). 2. Procedeul de aprindere a. motoare cu aprindere prin scânteie (motoare la care aprinderea combustibilului este produsă de o scânteie electrică); b. motoare cu aprindere prin comprimare ( motoare la care aprinderea combustibilului se datorează contactului dintre combustibil şi aerul încălzit în prealabil prin comprimare în cilindru ). 3 Modul de realizare a ciclului motor a. motoare în 2 timpi (ciclul motor se realizează într-o rotaţie completă a arborelui cotit, respectiv pe durata a două curse succesive ale pistonului); b. motoare în 4 timpi (ciclul motor se realizează în două rotaţii ale arborelui cotit, respectiv pe durata a 4 curse succesive ale pistonului). 4 Construcţia mecanismului bielă-manivelă a. motoare cu piston portant (fără cap de cruce); b. motoare cu cap de cruce. 5 Numărul de combustibili utilizaţi a. motoare monocarburante; b. motoare policarburante. 6 Felul combustibilului utilizat a. motoare cu combustibil lichid: a.1. cu vâscozitate mică (benzină, petrol, alcool); a.2. cu vâscozitate medie (motorină); a.3. cu vâscozitate mare (păcură); b. motoare cu combustibil gazos; c. motoare cu combustibil gazos şi lichid; d. motoare cu combustibil solid şi lichid. 7 Tipul camerei de ardere a. motoare cu cameră de ardere unitară; b. motoare cu cameră de ardere semidivizată (în piston); c. motoare cu cameră de ardere divizată: d. cu antecameră (cameră de preardere);

e. cu cameră de turbionare (de preamestec sau de vârtej). Procedeul de admisie a. motoare cu admisie naturală (normală); b. motoare supraalimentate. 9 Raportul dintre cursa pistonului şi diametrul cilindrului a. motoare cu cursă scurtă (0,9