Maszyna to urządzenie techniczne zawierające mechanizm lub zespół mechanizmów we wspólnym kadłubie służące do wykonania określonej pracy mechanicznej
Maszyna wytwarzająca energie to silnik. Maszyna, która pobiera energie mechaniczna w celu wykonania określonej pracy to maszyna robocza.
Podział Maszyn ze względu przeznaczenia
- technologiczne do przetworzenia surowców lub półwyrobów przez zmianę kształtu, objętości, własności chemicznych lub fizycznych i wytworzenia gotowego wyrobu lub półfabrykatu,- transportowe służące do zmiany położenia ciał stałych cieczy gazu, dźwignice(windy lewarek) przenośniki(schody ruchome) środki transportu dalekiego (samochody statki),- maszyny energetyczne wytwarzają z energię mechanicznej inne rodzaje energii prądnice, sprężarki,- maszyny informatyczne: - kontrolno sterujące, - maszyny matematyczne, s Łużyce do wytwarzania i przetwarzania informacji
- maszyny cybernetyczne funkcjonują w oparciu o posiadana sztuczna inteligencje (roboty wyposażone w układy do rozpoznawania obrazów i kształtów)
Proces techniczny niezwiązany z transformacja energii materii i informacji
W procesach techn. Transformacji przedmiot transformacji zmienia się przez zmianę
- postaci zewnętrznej (kształt wygląd),- własności wewnętrznych (zmiana struktury)
- położenia (zmiana współrzędnych),- potencjału (energie)
Spośród procesów techn. Można wyróżnić
- transformacja energii bez zmiany jej postaci,- przemiana energii z jednej postaci w inna,- przesyłanie energii,- kształtowanie materiałów (obróbka plast kształt)
- przetwarzanie materiałów (procesy fiz i chem),- transport i magazynowanie
- zmiana postaci informacji (odbieranie przetwarzanie kodowanie),- przetwarzanie informacji (ulega zmianie charakter zmiany informacji),- przesyłanie informacji
Za maszynę uważa się całość powiązanych ze sobą elementów, z których przynajmniej jeden jest ruchomy wraz z odpowiednimi uwzględnieniami roboczymi i układami sterowania zasilania itp., Które są połączone razem w celu określonego zastosowania w szczególności do przetwarzania obrabiania przemieszczenia i pakowania materiałów
Źródła i postacie energii
Energią określa się jako najbardziej ogólna własność wszystkiego rodzaju ruchu materii. Energie może zawierać naciągnięta sprężyna węgiel, które w określonych warunkach mogą być przemienione w prace. Do najważniejszych źródeł energii w współczesnej, techn. energia biochemiczna paliwo węgiel ropa gaz, energia spadku wody, en wiatru, en jadrowa, en słońca. Podział energii z fizycznego punktu widzenia: mechaniczna, cieplna, promieniowania, elektryczna, chemiczna, jądrowa.
Podstawowe cechy i parametry maszyn
- funkcjonalność (jest to poprawne spełnienie funkcji przez maszynę, do których jest przeznaczona),- niezawodność i trwałość (polega na uzyskaniu zadanego prawdopodobieństwa dobrej i bezawaryjnej pracy maszyny w założonym okresie pracy),- optymalność (oznacza najlepiej spełniona przez maszynę zadanie w określonych warunkach ze względu na założone kryterium).
Podst. parametry maszyn moc, moment obrotowy, prędkość obrotowa, prędkość liniowa, przyspieszenie, okres, częstość, wydajność, udźwig, prędkość kątowa, sprawność
Ogólne problemy budowy maszyn, *proces powstania maszyny
- potrzeba (związana ze spełnieniem określonego zadania przez maszynę w określonych warunkach),- projektowanie (całokształt postępowania przy realizacji zamierzeń inwestycyjnych (sformułowanie, analiza możliwych do zastosowania środków technicznych, analiza ekonom),- konstrukcja i obliczanie (opracowanie całości, określenie parametrów maszyny),-wykonanie obliczeń wytrzymałościowych
- określenie kształtów oraz elementów konstrukcyjnych,- opracowanie elementów technicznych,- *badanie prototypu,- *produkcja jednostkowa, seryjna, masowa
*eksploatacja,- zespół czynności obejmujących planowanie użytkowanie obsługiwanie przechowywanie i inne przedsięwzięcia racjonalizujące użytkowanie maszyny,- naprawy bieżące i główne,- wycofanie z użytku.
Podstawowe konstrukcje maszyny
- konstrukcja (zespół cech określonych ze względu na określoną funkcje maszyny
- proces tworzenia maszyny to konstruowanie),- zbiór informacji o strukturze maszyny będących spisem ich budowy nazywamy zespołem cech konstrukcyjnych
Cechy konstrukcyjne
- materiałowe ( informacje materiałowe rodzaje obróbki),- geometryczne ( wymiary gabarytowe max odchyłki wymiarowe zapewniające prawidłowości działania)
- dynamiczna (określenie własności wytrzymałościowych rodzaje obciążeń, wpływ drgań)
Konstruowanie zawiera pewne cechy wspólne dla rożnych rodzajów maszyn a wynikają one z:,- stosowania podst. części i zespołów, w rożnych maszynach i urządzeniach(śruby wały łożyska),- występowanie podobnych problemów podczas konstruowania rożnych maszyn (łączenie części łożyskowanie),- stosowanie podst. zasad konstruowania 1) konstr powinna spełniać podst. warunki konstrukcyjne w stopniu nie gorszym od założonego 2) konstr powinna być optymalna w danych warunkach ze względu na podst. kryteria optymalizacji.
Oprócz zasad podst. należy przestrzegać zasad szczegółowych
- funkcjonalność (poprawne spełnianie przez proj. maszynę funkcji, do których jest przeznaczona)- niezawodność i trwałość (zadane prawdopodobieństwo niezawodnej pracy maszyny przy danych obciążeniach,okresie nie krótszym od założonego)
- sprawność ( kontr powinna zapewnić uzyskanie żądanej sprawności)
- lekkość -(wiąże się z wyborem materiałów oraz rozwiązaniem konstrukcyjnym)
- względy ergonomiczne [dostosowanie do potrzeb obsługującego człowieka (wygoda obsł hałas wibracje)],- estetyka (istotny wpływ na psychikę człowieka tym samym wydajność pracy),- bezpieczeństwo w przypadku niektórych maszyn i urządzeń maszynę pod dużym obciążeniem (transportowe) wymagają oceny współczynnika bezpieczeństwa,- optymalizacja, aby zbudować model należy, określić wielkości występujące w rozwiązywanym problemie tzn zmienne decyzyjne parametry, określić obszar decyzji dopuszczalnych, w których poszukuje się rozwiązania, utworzyć funkcje cele lub odpowiedni algorytm, który pozwoli na ustalenie czy otrzymane rozwiązanie jest najlepsze.
Elementy maszyn,- łączniki gwintowe - połączenia gwintowe połączenia kształtowe cierne rozłączne utworzone przez 2 elementy zaopatrzone w pow. gwintowe o zbliżonych zarysach i wymiarach ich przekrojów tym samym skoku i skręcie ( śruby wkręty nakrętki),^ gwinty metryczne - trójkątne o kacie rozwarcia 60o stosuje się jako gwinty złączne spoczynkowe do łączenia elementów maszyn w 1 sztywna całość
^ gwinty trapezowe - połączenia ruchome jako śruby robocze kat rozwarcia 30o maja najniższą sprawność największą wytrzymałość stosowane w konstr silnie obciążonych,- elementy sprężyste do najczęściej stosowanych w maszynach należą sprężyny SA to łączniki sprężyste wykonane z materiałów o niewielkiej odkształtonosci a których duża podatność kształtuje się dzięki specjalnemu ukształtowaniu, nagromadzenie energie celach napędowych, łagodzenie uderzeń i wstrząsów (zderzaki resory), dociskanie El kontr w czasie ich pracy (zawory), pobudzanie i łagodzenie drgań (wibratory), mierzenie siły (dynamometry)
Wały i osie,-osią lub wałem nazywamy element maszyny najczęściej mocowany w łożyskach, na których osadzone SA części maszynowe wykonujące ruchy obrotowe lub wahadłowe (Kola pasowe zębate),- wały stosuje się do przenoszenia momentu obrotowego SA one zawsze ruchome obracają się z osadzonymi elementami,- osie nie przenoszą momentu Obr SA przeznaczone do utrzymania w określonym położeniu innych obracających się elementów maszyn,- łożyska są elementami, których zadaniem jest podtrzymanie obracających się wałów i osi oraz przejecie działających na nie obciążeń przeniesienie ich na korpus lub fundament obciążenia.
NORMALIZACJA I UNIFIKACJA W BUDOWIE MASZYN
Maszyna: zespoły, podzespoły, elementy robocze ( niepodzielne), np. śruba, łożysko
Normalizacja i unifikacja mają na celu obniżenie kosztów.
Normalizacja - polega na racjonalnym wyborze, uporządkowaniu, ujednoliceniu i uproszczeniu symboli, pojęć, nazewnictwa, kształtów, wymiarów, metod badawczych, obliczeniowych itp. Zadania normalizacji polegają na ograniczeniu kształtów, wymiarów i materiałów elementów typowych ( śruby, łożyska, uszczelki), jak i całych zespołów ( sprzęgła, hamulce). Płyną z tego korzyści: 1) ułatwienie i przyspieszenie procesu konstruowania, 2) obniżenie kosztów własnych przez uproszczenie produkcji i zmniejszenie liczby narzędzi, 3) zmniejszenie asortymentu produkowanych i magazynowanych części, 4) ułatwienie produkcji, remontu i eksploatacji dzięki zamienności części, 5)umożliwienie budowy maszyn w oparciu o typowe, standardowe zespoły, 6) zmniejszenie ilości zapasów i przyspieszenie obrotu handlowego, 7) rozwój nauki i piśmiennictwa, 8) przyspieszenie postępu technicznego i ułatwienie współpracy naukowej.
Unifikacja - jest mniej ogólna niż normalizacja; obejmuje przede wszystkim powszechnie stosowane zespoły, maszyny, tworzące określone typoszeregi o ściśle określonych parametrach technicznych.
Typoszeregi: łożysk, przekładni, silników ( elektrycznych, spalinowych, hydraulicznych). Jednym z najważniejszych skutków normalizacji i unifikacji jest zapewnienie elementom i zespołom wzajemnego zastępowania, czyli osiągnięcie zamienności.
PODSTAWOWE ZAGADNIENIA EKSPLOATACJI MASZYN
Eksploatacja - zespół czynności, których celem jest organizacja racjonalnego użytkowania maszyny. Etapy eksploatacji: użytkowanie (w tym etapie odbywa się praca sprawnej maszyny oraz bieżąca kontrola stanu technicznego), obsługiwanie (zespół działań wykonywanych pomiędzy etapami użytkowania maszyny w celu zapewnienia jej pełnej sprawności; obsługa techniczna i naprawy bieżące), przechowywanie (oczekiwanie maszyn na przekazanie ich do użytkowania, obsługi, czy też naprawy).
Rodzaje zużycia maszyn
Prawidłowość działania maszyny ocenia się na podstawie charakterystyki roboczej. Wszelkie odchylenia spowodowane mogą być złą regulacją lub zużyciem. Każda maszyna składa się z wielu połączeń ruchomych i spoczynkowych. W wyniku zmian w tych połączeniach następują zmiany charakterystyk. Na intensywność tych zmian mają wpływ następujące czynniki: konstrukcja części i zespołów, jakość użytych materiałów oraz jakość obróbki, dobór pasowań, rodzaj stosowanych olejów i smarów
Zużycie - jest to proces, w czasie, którego pogorszeniu ulega stan techniczny urządzenia. Jest to proces naturalny. Zużycie dzieli się na: mechaniczne [następuje przede wszystkim na skutek tarcia pomiędzy współpracującymi ze sobą powierzchniami części; powoduje zmianę wymiaru i kształtu. ( wykres - szybkość zużycia / czas eksploatacji )], chemiczne (polega na zmianie w strukturze powierzchni współpracujących części, powstającej w wyniku korodującego działania kwasów zawartych w oleju, smarach oraz wpływu środowiska), zużycie części urządzeń narażonych na długotrwałe, zmienne obciążenia, jest to tzw. zużycie zmęczeniowe (wykresy naprężeń + wykres Wohlera ).
Naprężenie zmęczeniowe gwarantuje długą pracę, przekroczenie jego wartości spowoduje szybsze zużycie zmęczeniowe.
Smarowanie - zmniejsza straty energii na pokonanie tarcia i zapobiega wczesnemu zużyciu części. Jest ono dokonywane przez wprowadzenie pomiędzy współpracujące powierzchnie cieczy smarnej o bardzo małym tarciu wewnętrznym, w celu zmniejszenia współczynnika tarcia. Poza tym smarowanie spełnia też inne zadania: częściowo zabezpiecza przed korozją części metalowe, chłodzi części przez odprowadzenie ciepła, przyspiesza docieranie, odprowadza z obszaru współpracy części zużytych mikrocząstek materiałów.
W zależności od metody powstawania warstwy smarnej rozróżnia się smarowanie hydrostatyczne i hydrodynamiczne.
Smarowanie hydrostatyczne występuje wtedy, gdy ciecz smarująca jest dostarczana do obszaru powierzchni współpracujących pod ciśnieniem zapewniającym określoną siłę wyporu. Smarowanie hydrodynamiczne - warstwa cieczy smarnej wnika między powierzchnie współpracujące w wyniku ich ruchu względnego, tworząc tzw. klin smarowy. Spotyka się dwa podstawowe układy smarowania: indywidualny, centralny
Przy smarowaniu indywidualnym każdy punkt smarowy ma swój własny zbiornik napełniany okresowo. Smarowanie centralne polega na tym, że wiele punktów smarnych jest zasilanych ze wspólnego zbiornika.
Diagnostyka techniczna - metoda określania stanu technicznego maszyny lub urządzenia z lokalizacją ewentualnych nie domagań bez demontażu maszyny. Obejmuje m.in. obserwację i rejestrację zewnętrznych objawów towarzyszących procesom fizycznym, analizę i ocenę rejestrowanych danych.
Badanie diagnostyczne polega na określeniu stanu technicznego maszyny podczas eksploatacji lub kontroli gotowego wyrobu. W wyniku badania otrzymujemy informacje o wewnętrznych cechach maszyny, chociaż części, których cechy chcemy określić są zazwyczaj niedostępne do bezpośredniego badania.
Trwałość - własność maszyny lub urządzenia charakteryzująca proces ich zużywania się podczas eksploatacji.
Niezawodność - zdolność urządzenia do bezawaryjnej pracy.
Kryteriami niezawodności są: duża trwałość, pewność działania, bez awaryjność, zdolność do długotrwałej pracy bez pogorszenia parametrów wyjściowych, mały zakres i łatwość obsługi, długie okresy międzynaprawowe, małą pracochłonność procesów napraw i obsługi. Trwałość i niezawodność zależą od konstrukcji, jakości wykonania i warunków użytkowania. Jako wskaźniki trwałości można przyjąć: czas pracy w godzinach lub latach do całkowitego zużycia, czas użytkowania (aż do całkowitego zużycia bez przestojów. Wskaźnikiem niezawodności jest prawdopodobny średni czas bezzakłóceniowej pracy).
Obsługa techniczna maszyn i urządzeń
W czasie eksploatacji należy ściśle przestrzegać instrukcji użytkowana, a szczególnie instrukcji smarowania. Prawidłowa konserwacja obniża koszty napraw. Polega ona na wykonaniu właściwego smarowania, utrzymani czystości i zabezpieczeniu powierzchni przed korozją. Czynności te mają zasadniczy wpływ na zużycie i trwałość części mechanizmu.
Tolerowanie
Rzeczywiste wymiary w zależności od dokładności obróbki w większym lub mniejszym stopniu odbiegają od tzw. wymiarów nominalnych ( N). Dokładność wykonania wymiarów części współpracujących ma decydujący wpływ na prawidłowość montażu oraz jakość współpracy. Zapewnienie właściwej współpracy przez wykonanie poszczególnych części maszyny w określonych granicach odbywa się przez tolerowanie. Rozumie się przez to wyznaczenie dopuszczalnego zakresu wartości pewnego parametru rzeczywistego obiektu.
Tolerancja jest to różnica dopuszczalnej wartości tolerowanego obiektu, czyli szerokość przedziału jego zmienności. Obszar zmienności wartości parametru nosi nazwę pola tolerancji. Tolerowanie geometryczne warunkuje jednoznaczną kontrolę jakości. Znajomość tolerancji geometrycznej umożliwia dobranie odpowiedniej metody kontroli i narzędzia kontrolno - pomiarowego. Narzucenie ściśle określonej tolerancji wymiarom elementów stwarza możliwość pełnej zamienności części.
Tolerowanie symetryczne - na plusie i minusie ta sama wartość
Tolerowanie asymetryczne - odchyłka albo na plusie albo na minusie
Tolerowanie asymetryczne dwustronne - różne wartości na plusie i minusie
Tolerowanie asymetryczne jednostronne - odchyłki mają te same wartości, ale różne wartości. Tolerowane swobodne - konstruktor sam przyjmuje tolerancję.
Tolerowanie normalne - związane z normami tolerancji.
Pasowanie - charakter współpracy wałka z otworem, zależy jedynie od różnicy ich wymiarów przed połączeniem. Obrazem pasowania jest skojarzenie dwóch pól tolerancji otworu i wałka. Pasowanie luźne - pole tolerancji otworu leży powyżej pola tolerancji wałka. Istnieją luzy graniczne. Pasowanie mieszane - pola tolerancji częściowo się pokrywają. Istnieją Luz max oraz Wcisk max. Pasowanie ciasne - pole tolerancji wałka leży powyżej pola tolerancji otworu. Istnieją wciski graniczne.
Turbiny wodne
Dzielimy na dwie grupy: akcyjne, reakcyjne.
Turbiny wodne-maszyny, które przetwarzają energię wody na energię mechaniczną. Aby uzyskać energię mechaniczną woda musi być spiętrzona w sposób naturalny lub sztuczny. Podstawowym elementem każdej turbiny jest obracający się wirnik z łopatkami.
W turbinach akcyjnych energia potencjalna spiętrzonej wody w całości przekształca się w energię kinetyczną strugi, jeszcze przed wirnikiem turbiny w nieruchomej kierownicy lub dyszy. Ruch obrotowy wirnika uzyskuje się w skutek naporu strugi na jego łopatki. Ciśnienie strugi przed i z wirnikiem jest równe ciśnieniu atmosferycznemu. Wzdłuż łopatek wirnika woda przepływa ruchem jednostajnym.
Turbinie reakcyjnej tylko część energii potencjalnej spiętrzonej wody przekształca się w nieruchomej kierownicy pod wirnikiem na energię kinetyczną strugi. Pozostała część zamienia się na energię kinetyczną dopiero na łopatkach wirnika. Kanały miedzy łopatkami wirnika zwężają się w kierunku wypływu wody. Zwiększa się wtedy prędkość strugi, a ciśnienie maleje. Pracę wirnika turbiny reakcyjnej zawdzięcza się przede wszystkim działaniu reakcji hydrodynamicznej strugi na łopatkach wirnika. Ciśnienie wody przy wejściu na łopatki wirnika jest większe od atmosferycznego i maleje przy przepływie
Moc użyteczną turbiny wodnej „Pu” określamy zależnością: Pu=ၨoဪၤ*Q*g*H [W-wat]
ၨo - sprawność ogólna turbiny, ၤ - gęstość wody(1000kg/m3), Q - strumień objętości cieczy przepływającej przez turbinę [m3/sek], H - różnica poziomów cieczy zwana spadem [m], g - przyśpieszenie ziemskie [m/s2]
Parametry największych turbin wodnych: 500 MW, przepływność 1000m3/s, spadek w granicach 1,5Ⴘ2300m, ၨo = 0,8Ⴘ0,94
Podstawowe równanie turbin wodnych
Wirnik obraca się dookoła osi O z prędkością kątową ၷ. Linia 1,2 przedstawia zarys łopatki wirnika. Cząstki cieczy wpływające do wirnika przez powierzchnie walcową r1 z prędkością bezwzględną c1 i wpływające zaś przez powierzchnię walcową r2 z prędkością bezwzględną c2. Prędkość c1 i c2 rozkładamy na prędkość unoszenia u1 i u2 oraz prędkość względną w1 i w2. Kąty zawarte miedzy wektorami prędkości bezwzględnej, a prędkości unoszenia oznaczamy przez ၡ1 ,ၡ2, a kąty zawarte między prędkościami względnymi, a ujemnymi wartościami unoszenia przez ၢ1,ၢ2.
Składowa obwodowa prędkości c1,i c2 jest określona przez składową obwodową prędkości Cu1 i Cu2. Całkowity moment obrotowy jaki płynący strumień wytwarza oddziałując na ścianki łopatek jest równy zmianie momentów ilości ruchu w jednostce czasu wywołanej zmianą składowej obwodowej prędkości Cu na drodze od krawędzi wlotowej do krawędzi wylotowej łopatek. Moment „M” jest równy: M=j/g Q(r1Cu1-r2Cu2), Cu1=C1cos(alfa1), Cu2=C2cos(alfa2), M=j/gQ[r1C1cos(alfa1) - r2C2cos(alfa2) - twierdzenie Oilera.
Moc reakcji hydrodynamicznej strumienia przepływającego przez wirnik turbiny, a zatem moc przekazywana turbinie przez wodę:
N = Mၷ = j/gQ(r1 ၷC1cosၡ1 - r2 ၷC2cosၡ2), U1 = r1ၷ, U2 =r2ၷ }prędkość obwodowa
N = y/gQ(c1 u1cosၡ1 - c2 u2cosၡ2), N = ၨ*ၧ*H*Q ၧ - ciężar właściwy wody
c1 u1cosၡ1 - c2 u2cosၡ2 =(równa się) ၨGh
Turbina wodna o otwartej komorze
Wysokość energii w przekroju dopływu A-A odniesiona do płaszczyzny O-O wyrażona w metrach wynosi:EA=HA+CA2/2q
Wysokość energii w przekroju dopływu B-B
EB=HB+CB2/2q, Różnica wysokości energii w przekrojach wynosi:
H=Hz+CA2/2q - CB2/2q (spad użyteczny)
Moc użyteczna: N=ၨ [J-Q-H/102], ၨ - sprawność turbiny, J - ciężar właściwy wody
Q - przepływ wody [m3/s] [przepływność turbiny]
Współczesna technika zmierza do konstruowania turbin o cechach: o dużej mocy, pracujące przy małym spadzie, przy dużej przepływności (natężenie przepływu przez wnętrze turbiny). Przy tych cechach musi być zachowana duża prędkość obrotowa.
Turbina Kaplana (rys.)- uzyskują szybkobieżność przy spadzie 1,5Ⴘ80m,- sprawność do 93% dzięki zastosowaniu nastawnych łopatek,- średnica wirnika 1 do 10m,- moc 200MW,- przepływność 500m3/s
Pompą nazywamy maszynę robocza, która kosztem energii silnika napędowego przenosi ciecz z poziomu niższego na wyższy. Działanie pompy opiera się na wytworzeniu różnicy ciśnień miedzy przestrzeniami ssajacymi i tłoczącymi pompy za pomocą ruchomego elementu pompy
Podział pomp:- objętościowe: tłokowe(tłokowe wirnikowe, przeponowe), rotacyjne (zębate, srubowe, łopatkowe, wielotłoczkowe) - przepływowe: wirowe (odśrodkowe, śmigłowe, diagonalne, samozasysające), strumieniowe (strumiennicze, iniektory)
Pompy objętościowe -takie pompy, których działanie polega na przetłaczaniu cieczy z przestrzeni ssanej przez odpowiedni ruch elementu roboczego (tłoka) do przestrzeni tłocznej. Pompy przepływowe - takie, których działanie polega na wykorzystywaniu warunków ciągłego równomiernego przepływu cieczy przez przestrzeń wew. Pompy. W zależności od warunków pracy dzielimy na ssące, tłoczące, ssaco-tłoczace. W zależności od rodzaju napędu rozróżniamy pompy ręczne, napędzane mechanicznie.
W pompach objętościowych jest wyrównane ciśnienie, które działa na ruchomy elem roboczy maszyny np. tłoka. Zależy ono jedynie od położenia tłoka zamykającego przestrzeń roboczą i od odpowiadającej temu położeniu objętości czynnika roboczego. Działanie maszyny objętościowej opiera się na prawach statyki cieczy
Pompy tłokowe parametry: wys. Ssania, wys. Tłoczenia, wys. Podnoszenia, wydajność, sprawność objętościowa, moc, sprawność ogólna.
Ruchomy element roboczy, który wytwarza różnice ciśnień miedzy przestrzenia ssącą a tłoczącą pompy potrzebny do wywołania ruchu cieczy jest w pompie tłokowe płaski tłok tarciowy(tarczowy?) lub obły tłok nurnikowy
Pompy rotacyjne są pompami wyporowymi o obrotowym ruchu elementu roboczego. Elementy robocze tych pomp podczas jednostajnego obrotu okresowo zwiększają przestrzeń sądną, zmniejszają przestrzeń tłoczną i na odwrót wskutek czego następuje jednoczesne zasysanie cieczy do wnętrza komory roboczej i wytłaczanie na zewnątrz. Elementy robocze stale oddzielają przestrzeń sądną od tłocmej. Zalety tych pomp: prosta konstrukcja, małe rozmiary, dobra zdolność samozasysająca, brak konieczności stosowania zaworów sterujących i możliwość pompowania cieczy gęstych. Wady:, niemożność pompowania cieczy zawierających twarde zanieczyszczenia, np. piasek, które powodują szybkie, zużycie stykający się elementów roboczych i kadłuba. Wydajność pomp rotacyjnych to - 500 m3/h. Ciśnienie tłoczenia - 100 mega P Temperatura cieczy - 450°C Sprawność ogólna - 0,5 do 0,9
W grupie pomp rotacyjnych najpopularniejsze są pompy zębate.
Pompy zębate (schemat budowy}. Ciśnienie tłoczenia pomp zębatych wynosi - 32Mpa Wydajność - 20 l/s Sprawność ogólna - 0,7 do 0,85 Zalety: niewielki rozmiar i ciężar, prosta konstrukcja i wykonanie, niezawodność działania, trwałość szybkobieżność. P. zębate znajdują zastosowanie jako pompy olejowe, paliwowe, w napędach hydraulicznych maszyn, sterowaniu i automatyce.
Pompa łopatkowa Przeznaczenie: transport cieczy samosmarnej.
Pompy przepływowe :
a) wirowe Działanie maszyn przepływowych polega na wykorzystaniu warunków ciągłego i równomiernego przepływu czynnika przez ich przestrzeń wew. Opiera się więc na prawach dynamiki cieczy i gazów.
Przetworzona energia i czynniki wartości w jego strumieniu. W pompie wirowej elementem roboczym jest wirnikz łopatkami.
Właściwości: prędkość obrotowa pomp wirowych - 500 do 3000 obr/min, sprawność ogólna - 0,4 do 0,9, możliwość pompowania cieczy gęstych i zanieczyszczonych. W pompie rurowej odśrodkowej ciecz przepływa przez wirnik promieniowy. Pompa odśrodkowa składa się z: wirnik (1), spirala zbiorcza (2), kraniec wlotowy (3), króciec wylotowy (4), Wał napędowy (5). Ciecz dopływająca krańcem (3) trafia do wirnika obracającego się z pewna prędkością kątową omega. Wirnik w kształcie tarczy, na której znajdują się łopatki przypominające łuki zmienia kierunek przepływu napływającej cieczy z osiowego na promieniowy. Element pływu porusza się wzdłuż łopatki wirnika o promieniu, ruchem obrotowym, nabierając znacznej prędkości u wylotu z kanału międzyłopatkowego. Następuje wyhamowanie cieczy i zmiana kierunku energii kinetycznej na potencjalną w wyniku czego rośnie ciśnienie statyczne cieczy na wylocie. b) Pompy strumieniowe
Otrzymują energię nie od silnika napędowego, lecz od czynnika zasilającego. Czynnikiem tym może być woda pod ciśnieniem, para wodna lub sprężony gaz. Mogą być używane do transportu materiałów sypkich np. żwir itp. Schemat (rysunek).
Doprowadzona przez wlot (1) woda pod ciśnieniem (czynnik roboczy) przepływające przez dyszę (4) zasysa ciecz pompowaną wlotem (2) przez szczelinę między dyszą a zwężką (5) i tłoczy ją do wylotu.
Kotły i silniki parowe
Kocioł parowy to naczynie zamknięte, w którym pod działaniem energii cieplnej woda przechodzi w parę o ciśnieniu wyższym od atmosferycznego, a para ta jest użytkowana na zewnątrz kotła. Występuje tutaj zamiana energii cieplnej na mechaniczna. Dostarczając ciepło otrzymujemy w tych maszynach prace. Pośrednikiem w tym procesie jest tzw. czynnik termodynamiczny, którym sa z reguły gazy lub pary. Wytwarzanie pary w kotle jest związane z 3 zjawiskami:
1. Spalaniem paliwa do wytworzenia potrzebnej ilości ciepła. 2. Wymiana ciepła miedzy spalinami a woda zasilająca. 3. Parowanie wody.
Kocioł musi być zasilany woda, paliwem i powietrzem. Produktem głównym kotła jest para wodna o określonym ciśnieniu a produktami ubocznymi sa spaliny, popioły i żużel.
W skład urządzenia kotłowego wchodzą:
1. Parownik, czyli właściwy kocioł, w którym z wody wytwarza się parę mokra, nasycona o wysokim stopniu suchości. 2. Palenisko, jest to urządzenie służące do przetwarzania energii chemicznej paliwa na energie cieplna w procesie spalania. Jego budowa zależy od rodzaju paliwa i budowy kotła. 3. Przegrzewacz pary- jego zadaniem jest osuszanie pary pobieranej z parowiska oraz przegrzanie jej do zadanej temperatury ( 300-350C).
Podstawowe parametry techniczne, które charakteryzują każde urządzenie kotłowe: 1. Wydajność kotła- D- ilość pary wytworzonej w ciągu 1 godz., wyrażona jest w kg/godz. lub tona/godz. (najwyżej 3 tys. ton/godz.). 2. Ciśnienie pary- P- zawiera się w granicach 50 kPa do 60Mpa. 3. Temperatura pary- t- osiąga temperaturę do 550-700C dla pary wysokoprzegrzanej. 4. Powierzchnia ogrzewalna- H- to pole powierzchni ścianek parownika, które sa po jednej stronie omywane woda a po drugiej spalinami. Powierzchnia ogrzewania H wynosi kilka m” dla małych kotłów i dochodzi do 20tys. m” w dużych kotłach. Powierzchnia ta liczona jest od strony spalin. 5. Natężenie powierzchni ogrzewalnej- D/H- jest to stosunek wydajności kotła do pola powierzchni ogrzewalnej i wyraża się liczba kg. pary wytworzonej w ciągu 1godz w przeliczeniu na 1m” powierzchni ogrzewalnej kotła. Wartość tego parametru charakteryzuje wykorzystanie pow. ogrzewalnej i zależy głównie od konstrukcji paleniska i kotła a także od rodzaju paliwa i rodzaju pary urządzenia kotłowego. 6. Wielkość odparowania- D/B- jest to stosunek wydajności kotła do ilości B-kg. węgla spalanego w ciągu 1godz. 7. Sprawność urządzenia kotlowego-n (eta)- to stosunek ciepła wykorzystanego użytecznie na wytworzenie pary w kotle do całkowitej ilości energii dostarczonej do paleniska w postaci energii chemicznej paliwa. Sprawność waha się od 0,5 do 0,94. O jego wart6osci decydują straty energii cieplnej, które praktycznie sa nieuniknione. Największa jest strata kominowa spowodowana unoszeniem dużej ilości niewykorzystanego ciepła przez gorące spaliny do komina. Aby je zmniejszyć instaluje się podgrzewacze wody.
Silniki parowe- jego działanie polega na zamianie energii wewnętrznej czynnika o wysokiej temperaturze (pary wodnej w kotle) na prace. Zamiana ta może wystąpić podczas wymiany ciepła miedzy ciałem o wysokiej i niskiej temperaturze. Zgodnie z 2 zasada termodynamiki cześć ciepła pobranego z pary wodnej nieuchronnie przechodzi do otoczenia lub skraplacza a pozostała cześć ciepła powoduje wykonanie przez silnik reakcji mechanicznych. Silniki te maja zastosowanie w siłownikach cieplnych, których prądnice wytwarzają prąd elektryczny.
Działanie siłowni parowej.
W kotle parowym-1 następuje przemiana wody w parę nasycona, która w podgrzewaczu-2 zamienia się w parę przegrzana. Para przechodzi do silnika parowego-3, w którym rozpręża się i wykonuje prace napędzając prądnice elektryczna-4. Po opuszczeniu silnika para wodna nasycona o małym ciśnieniu po i niskiej temperaturze przechodzi do skraplacza-5, który chłodzi wodę. Pompa-6 przetłacza skropliny do kotła parowego i obieg czynnika zamyka się.
Definicja tłokowego silnika parowego.
Jest to silnik cieplny, w którym energia wewnętrzną pary wodnej zamienia się w prace, za pomocą tłoka poruszającego się w cylindrze ruchem postępowo zwrotnym. Ciśnienie pary działa na przemian lub po jednej stronie tłoka a ruch tłoka jest przekazywany przez ukl. Korbowy i przekształca się w ruch obrotowy wału korbowego. Turbina parowa.
Jest cieplnym silnikiem wirowym, w którym energia wewnętrzna pary zamieniona w dyszy na energie kinetyczna strugi zostaje przekazana łopatkom wirnika. Zasadniczymi elementami turbiny parowej sa: nieruchoma dysza oraz obracający się wirnik z odpowiednio ukształtowanymi łopatkami.
W turbinach akcyjnych rozprężanie pary zachodzi jedynie w dyszy, a przepływ strugi pary przez kanał miedzylopatkowy wirnika odbywa się przy stałym ciśnieniu. Kanał miedzylopatkowy ma stale pole przekroju poprzecznego.
W turbinie reakcyjnej para rozpręża się częściowo w dyszy, a częściowo w kanałach miedzylopatkowych wirnika. Pole kanału miedzylopatkowego zmienia się podobnie jak w dyszy.
Głównymi elementami sa: nieruchoma dysza i obracający się wirnik z łopatkami. W dyszy zmniejsza się ciśnienie pary a wzrasta jej prędkość. Struga pary przepływającej wzdłuż łopatek wirnika wywiera na nie napór, co wywołuje ruch obrotowy wirnika.
Turbina parowa reakcyjna
- para przepływająca przez zwężające się kanały miedzy łopatkami wirnika turbiny reakcyjnej rozpręża się w nim jak w dyszach i zwiększa swoja prędkość względną a przyspieszeniu strugi towarzyszy siła reakcji hydrodynamicznej obracającej wirnik
Zmiana pędu następuje, dlatego ze struga zmuszona do przepływu pomiędzy odpowiednio ukształtowanymi łopatkami. Ze zmiana pedu łączy się pojawienie popędu a wiec siły wywieranej na łopatki przez strugę siła ta może być rozłozoma na 2 składowe Po wzdłuż wirnika PN prostopadła do osi wirnika
Silniki spalinowe
Silniki spalinowe przekształcają energie cieplna paliw na prace mechaniczna. S o spalaniu wewnętrznym, co oznacza ze paliwo spalane jest bezpośrednio w cylindrze roboczym silnika bądź w komorze spalania stanowiącej całość konstrukcyjna z silnikiem. Spalaniu paliwa towarzyszy gwałtowny wzrost temp oraz znaczne i bardzo szybkie zwiększenie objętości gazow powst jako produkt spalania. Gazy te SA czynnikiem termodynamicznym, który pośredniczy w zamianie energii cieplnej na prace mechaniczna pod względem konstrukcyjnym można rozróżnić następujące
Rodzaje silników: silniki tłokowe o ruchu tłoka postępowo zwrotnym, typ winkla z tłokami wirującymi, przepływowe silniki wirowe, przepływowe silniki odrzutowe.
Silniki tłokowe podział: ze względu na cykl pracy 2,4 suwowe, w zależności od sposobu przygotowania mieszanki (gaźnik wtrysk), rodzaj zapłonu (iskrowy samoczynny), sposób chłodzenia (ciecz powietrze), rodzaj konstrukcji (ukł korbowy bezkorbowy).
Skład zespołów silnika niezbędnych do prawidłowej pracy: mechanizm rozrządu, układ zasilania, ukł zapłonu, ukł chłodzenia, ukł smarowania.
Podstawowe wskazniki i parametry silnika spalinoweg- D średnica cylindra
- S skok tłoka odl miedzy zwrotnymi położeniami tłoka- Vs poj skokowa cylindra
- Vk poj komory spalania- E stopień sprężania stosunek całkowitej poj cylindra Vs+Vk do poj komory spalania Vk - k współczynnik skoku tłoka - n prędkość obrotowa wału korbowego - Mo średni moment Obr wału korbowego przenoszony na maszynę lub przekładnie - ηn sprawność mechaniczna stosunek pracy użytecznej do pracy indukowanej - Ne moc użyteczna
Fazy pracy silnika 4 suwowego
Suw ssania ruchowi tłoka w dół towarzyszy otwarcie zaworu ssącego ZS i napłyniecie do komory roboczej mieszanki paliwa z powietrzem. Gdy tłok osiągnie wewnętrzny punkt zwrotny rozpoczyna się ruch ku górze i jest realizowany suw sprężania pod jego koniec w pobliżu zwrotnego punktu Zp następuje zapłon mieszanki proces spalania powoduje gwałtowny wzrost temp i ciśnienia gazu następuje zmiana czynnika roboczego na spaliny. One realizuja suw, w którym wykonywana jest praca i trwa do chwili, gdy tłok osiągnie wewnętrzny punkt zwrotny WZP nastąpi otwarcie zaworu wylotowego ZW w czasie ruchu tłoka ku górze spaliny sa z cylindra usuwane - suw wydechu. Kończy się z chwila osiągnięcia ZZP. Otwarci zaworu wlotowego rozpoczyna nowy cykl pracy silnika (wykres)
Mechanizm korbowy - zadaniem mechanizmu korbowego jest przekształcenie postępowo - zwrotnego ruchu tłoka na ruch obrotowy wału korbowego. Mechanizm ten składa się z tłoka wraz z pierścieniami uszczelniającymi i zbierającymi, sworznia łączącego tłok z korbowodem, wału korbowego i koła zamachowego. Na poszczególne elementy układu korbowego działają znaczne siły wywołane ciśnieniem gazu oraz siły bezwładności. Tłok jest szczególnie narażony na prace w wysokich temperaturach przy dużym ciśnieniu i ze znacznymi przyspieszeniami ruchu. Wał korbowy jest narażony na drgania skrętne spowodowane nierównomiernymi obciążeniami. Mechanizm rozrządu - zadaniem mechanizmu rozrządu jest umożliwienie okresowego doprowadzenia świeżej mieszkanki paliwowo - powietrznej lub powietrza do cylindra i opróżnienie go e spalin. W silnikach czterosuwowych cel ten osiąga się za pomocą rozrządu zaporowego. Układ zasilania - rodzaj układu zasilania przygotowującego i dostarczającego do cylindra mieszankę paliwowo - powietrzna zależy od rodzaju paliwa. Silniki z zapłonem iskrowym zasilane paliwem ciekłym (głównie benzyną) maja gaźnikowy układ zasilania. Gaźnikowy układ zasilania skalda się z następujących elementów: zbiornika paliwa, pompy zasilającej, filtru powietrza, gaźnika, przewodów dolotowych i wylotowych.
Układ zasilania silników wysoko prężnych składa się: zbiornika paliwa, pompy wtryskowej, wtryskiwaczy.
Układ zapłonowy - do zapalenia mieszanki w silniku z zapłonem iskrowym konieczne jest wytworzenie iskry elektrycznej o dostatecznie dużej energii. Powszechnie stosowany w silnikach samochodowych zapłon bateryjny składa się z :
Akumulatora, wyłącznika zapłonu, cewki zapłonowej, aparatu zapłonowego z przerywaczem, kondensatora z rozdzielaczem, świec zapłonowych, przewodów.
Układ chłodzenia - procesy spalania paliwa odbywające się wewnątrz cylindrów silnika powodują silne nagrzewanie się metalowych ścianek komory spalania oraz cylindra - szkodliwe dla tłoka i gładzi cylindra, jak również oleju smarowego. Aby utrzymać temperaturę na poziomie zapewniającym trwałość olejów smarnych i wytrzymałości konstrukcji potrzebne jest intensywne chłodzenie. Jako czynnik chłodzący stosuje się powietrze lub ciecz.
Układ smarowania - smarowanie współpracujących ruchomo części silnika ma na celu zmniejszenie do minimum współczynnika tarcia ślizgowego i zużycia powietrza, chłodzenie olejem tych elementów, do których nie dociera czynnik chłodzący (tłok, łożyska, itp.) zabezpieczenie przed korozja oraz poprawienie uszczelnienie silnika.
Rozróżniane są 3 zasadnicze sposoby smarowania silników: ciśnieniowy, rozbryzgowy, mieszankowy.
URZĄDZENIA TRANSPORTOWE
Ś.T. dalekiego (poj. Szynowe, statki...), Bliskiego (dźwignice, przenośniki...),
Obiekty (są to fizyczne jednostki transportowe), Infrastruktura( budowle i drogi)
PODZIAŁ Ś.T.: - ś.t. o zasięgu nieograniczonym, - ś.t. o zasięgu ograniczonym[o ruchu przerywanym(dźwignice - np. {żurawie, suwnice}; wózki jezdniowe), o ruchu przerywanym i ciągłym (koleje linowe; ładowarki), o ruchu ciągłym (przenośniki; przenośniki pneu i hydra - uliczne)]
CECHY TRANSPORTU: Charakter ruchu(przerywany, ciągły i przerywany, ciągły); Miejsce transportu( Trans. Wew.[składowo-magazynowy, produkcyjny wew. i między wydziałowy]; Trans. Zew.; Trans. Daleki) Zasięg Ś.T. (o zasięgu ograniczonym i nieograniczonym)
Maszyna może być rozpatrywana jako system , tj. jako zbiór relacji sprzężeń i relacji przekształceń dot. energii, masy, info. który można przedst. poglądowo schematem blokowym: SCH. BLOK. Układu (U) jest częścią całego systemu (S). Ukł. Składa się z pięciu ele. o relacjach przekształceń stałych (1,4,5) lub uwarunkowanych (2,3). Oddziaływanie zwrotne ele. 3 na 2 jest sprzężeniem zwrotnym charakterystycznym w układach regulacji automatycznej.
ZAPIS STRUKTURY SYSTEMOWEJ ŁADOWARKI
U - skutek użyteczny(przemieszczenie masy), 1- zmiana e. chem. Paliwa na e mech. Silnika, 2 - zmiana parametrów e. mech silnika Ms ns w ukł. transmisji na moment Mx i obroty nx odpowiednio do warunków ruchu i oporu, 3 - zmiana ruchu obrotowego kół na ruch liniowy ładowarki, 4 - zmiana e. mech. na e. pot. cieczy, 5 - zmiana e. pot. cieczy na e mech. w siłownikach, 6 - nabieranie masy przeładunkowej na łyżkę przemieszczenie masy i opróżnienie łyżki, 7a - przetwarzanie info. o oporach jazdy i sterowanie skrzynią biegów, 7b - przetwarzanie info. o oporach napełniania łyżki i sterowanie siłownikami hydraulicznymi.
Dźwigniki - przemieszczają ładunek w pionie lub w prawie pionie za pomocą sztywnego elementu (śruby trapezowej), Cięgniki - przemieszczają ładunek za pomocą cięgna linowego lub łańcuchowego, ładunek zaczepiony do cięgna za pośrednictwem urządzenia chwytnego; urządzeniem chwytnym może być hak, uchwyt elektromagnetyczny, chwytak itp.
Przyciągarka z nawijanym cięgnem: wciągarka z nawijanym cięgnem: 1 - bęben linowy 2 - lina 3 - ciężar przemieszczany.
Suwnice -dźwignica złożona z przejezdnego ustroju nośnego o kształcie pomostu , mostu, bramy i półbramy o stosunkowo znacznej rozpiętości oraz z mechanizmem jazdy .
SUWNICA POMOSTOWA I BRAMOWA
1 - konstrukcja nośna (blachownica lub kratownica) 2 - mechanizm podnoszenia (wciagarka) 3 - wózek jezdny mech. Podnoszenia 4 - mechanizm jezdny suwnicy
5 - tor jezdny 6 - konstrukcja budowlana, na której osadzony jest tor jezdny
Podstawową zasadą jest podnoszenie zestawu Q na wyskość podnoszenia Hp z prędkościa Vp; podst. Parametrem jest udźwig; próby realizowane przez Urząd Dozoru Technicznego
Żurawie - mają wspornikowy ustrój nośny, obrotowy w płaszczyźnie poziomej lub wychylny w płaszczyźnie pionowej; względnie też ustrój jednocześnie obrotowy i wychylny
Żurawie samochodowe dzielą się na dwa zasadnicze układy: ukł. Podwozia - służy do jazdy z częścią dźwigową; ukł. Nadwozia - posiada część dźwigową z konstrukcją nośną. Jeżeli na żuraw działa siła Q to powstają odprężenia i odkształcenia konstrukcji. Mechanizm teleskopowania wysięgnika realizowany jest za pomocą siłownika teleskopowego i olinowania wysięgnika; mechanizm podnoszenia za pomocą wciągarki hydraulicznej; mechanizm obrotu - umożliwia obrót kadłuba platformy obrotowej z wysięgnikiem w zakresie kąta 360o. wysięgnik w pionie ma największą stateczność 1 - podłużnica ramy samochodowej 2 - rama podżurawiowa (dźwigowa) 3 - kadłub platformy obrotowej 4 - wysięgnik teleskopowy (z członem podst. I wysuwanym) 5 -mechanizm zmiany wysięgu realizowany siłownikiem hydraulicznym 6 - elementy łączące ramę dźwigową z samochodową (połaczenie śrubowe) R - wysięg
WYDAJNOŚĆ DŹWIGNIC
Q - ciężar (udźwig kół), i - liczba cykli, T - czas trwania cyklu transportowego, Tm - czas trwania czynności manipulacyjnych, Tp - czas przemieszczania ładunku
T = Tm + Tp , W - wydajność W = Q x i = 3600 Q/T
PODZIAŁ PRZENOŚNIKÓW
CIĘGNOWE (taśmowe, członowe, podwieszane, kubełkowe, zabierakowe) BEZCIĘGNOWE( impulsowe i grawitacyjne, wałkowe i krążkowe napędzane, śrubowe, wstrząsowe) Z OŚRODKIEM POŚREDNICZĄCYM (pneumatyczne, hydrauliczne)
PRZENOŚNIK TAŚMOWY
1 - taśma przenośnika, 2 - bęben napędowy, 3 - bęben napinający, 4 - krążki podtrzymujące taśmę, 5 - krążek kierujący, 6 - ciężar G napinający taśmę, 7 - konstrukcja nośna, S1 - siła nabiegająca, S2 - siła zbiegająca W - wydajność W = 3600 x F x V x ju [t\h], F - przekrój strumienia materiału transportowanego, V - prędkość taśmy, ju - (gamma) ciężar usypany
W ukl. Napędowym musimy dobrac odpowiedni silnik, moc
N = N1 + N2 + N3 + N4 [kW] , N - Moc całk. ; Moc potrzebna do napędu przenośnika nieobciążonego(N1), do przemieszczenia materiału trans. (N2), na podniesienie materiału trans. na wyższy poziom (N3), do pokonania oporów różnych dodatkowych urządzeń (N4).
PRZENOŚNIK ŚRUBOWY
1 - napędzająca przekładnia zębata , 2 - wał śrubowy, 3 - łożysko, 4 - obudowa, 5,6 - załadunek, wyładunek
W = 60 πD2/ 4 x s x n x ψs x k1 x k2 [t/h], D - średnica linii śrubowej, s - skok linii śrubowej, n - prędkość obrotowa wału śrubowego, ψs - współczynnik napełnienia koryta, k1 -współczynnik zależy od kąta nachylenia przenośnika od poziomu, k2 - współczynnik zależy od rodzaju ślimaka, Q - strumień objętościowy, Q = W x ju , ju - ciężar nasypowy materiału transportowanego
N = Q/367(Lwo + H) + 0,05 x D x L, L - dł. Przenośnika, Wo -współ. Oporów ruchu, H - wysokość transportowania, N - moc (?)
PRZENOŚNIKI HYDRAULICZNE CIŚNIENIOWE
1 - pulpa, 2 - pompa wirowa odśrodkowa, 3 - rurociąg tłoczący, 4 - sito, 5 - zbiornik z wodą, 6 - rurociąg zasysający wodę, 7 - pompa tłocząca wodę do zbiornika zawierającego materiał transportowany i wodę