Projekt realizoaný na SPŠ Noé Město nad Metují s finanční podporou Operačním programu Vzděláání pro konkurenceschopnost Králoéhradeckého kraje Modul 03 - TP ing.jan Šritr Pístoé stroje ing.jan Šritr 1
píst Pístoé stroje ing.jan Šritr 3 Pístoé stroje ing.jan Šritr 4
Motor stroj, který přeměňuje jeden druh energie na mechanickou práci Spaloací motor tepelný stroj, který spaloáním palia získáá tepelnou energii, která se praconím prostoru mění tlakoou energii plynu a ta se přeádí na mechanickou práci Základní rozdělení spaloacích motorů: - pístoé spaloací motory s přímočarým pohybem pístu s kroužiým pohybem pístu - WANKEL - spaloací turbíny - reaktiní motory proudoé raketoé Pístoé stroje ing.jan Šritr 5 Rozdělení pístoých spaloacích motorů: podle způsobu zapaloání: - zážehoé = BENZÍNOVÉ - směs zduchu a palia se zapálí elektrickou jiskrou - znětoé = NAFTOVÉ - do zduchu zahřátého stlačením se střikuje palio, které se teplem znítí podle uspořádání oběhu: - doudobé D - celý praconí oběh probíhá během zdihů pístu ( 1 otáčka klik. hřídele ) - čtyřdobé 4D - celý praconí oběh probíhá během 4 zdihů pístu ( otáčky klik. hřídele ) podle počtu a uspořádání álců: - jednoálcoé - íceálcoé řadoé idlicoé do V s protilehlými písty hězdicoé Pístoé stroje ing.jan Šritr 6 3
podle chlazení : - zduchem - kapalinou - kombinoané podle druhu palia: - na kapalné palio - na plynné palio - ícepalioé Hlaní části spaloacích motorů: pené - toří základ pro uložení pohybliých částí - blok álců (motoru) - klikoá skříň - hlaa álců - spodní íko motoru - íka, kryty, těsnění pohyblié - klikoý mechanismus (klik. ústrojí) - rozodoý mechanismus Pístoé stroje ing.jan Šritr 7 Pístoé stroje ing.jan Šritr 8 4
Pístoé stroje ing.jan Šritr 9 Loď použíá nejětší motor sého druhu na sětě, který byl kdy postaen. Motor Wärtsilä-Sulzer RTA96-C je přeplňoaný diesel, doutaktní 14-ti álec s technologií Common-Rail. Motor má hmotnost 300 tun, při 10 otáčkách za minutu dáá ýkon 84.4 MW (114,800 koní). Každou hodinu spotřebuje okolo 13,7 tun palia Rozměry plaidla délka: 397 metrů šířka: 56 metrů ýška: 30 metrů maximální ponor: 15,50 metrů Rychlost - 5,5 uzlů (47. km/h) Celkoá áha (tun) - 170.794 Max hmotnost nákladu (tun) - 151.687 Pístoé stroje ing.jan Šritr 10 5
Pístoé stroje ing.jan Šritr 11 Pístoé stroje ing.jan Šritr 1 6
Pístoé stroje ing.jan Šritr 13 Pístoé stroje ing.jan Šritr 14 7
Výkon motoru lodi je roen ýkonu 1.150 běžných osobních automobilů o ýkonu 74 KW. Každých 66 km ydá 1 kwh na 1 tunu nákladu. Jumbo Jet spotřebuje stejné množstí energie na 1 tunu nákladu za 0,5 km. Kota lodi áží 9 tun (= hmotnost pěti dospělých slonů afrických). Loď ujede přibližně 170 000 námořních mil ročně, což je jako obeplout Zemi 7,5 krát. Pokud se při plné kapacitě přeložily šechny kontejnery na lak, dosáhl by délky 71 km. Loď je ybaena potrubím o celkoé délce 40 km. Loď recykluje odpad pro ýrobu tepelné energie. Tímto dosahuje úsporu energie ronající se roční spotřebě 5 000 eropských domácností. Noě yinutý silikonoý nátěr místech ponoru umožňuje roční úsporu 1 00 tun motoroé nafty. Pístoé stroje ing.jan Šritr 15 příslušenstí motoru 1) palioá soustaa ) mazací soustaa 3) chladící soustaa 4) zapaloání 5) přípraa směsi, odod spalin 1) Palioá soustaa a) zážehoé motory - slouží k přípraě směsi benzínu a zduchu - nádrž - filtr palia - palioé čerpadlo - potrubí - karburátor nebo střikoací zařízení Pístoé stroje ing.jan Šritr 16 8
b) znětoé motory - slouží k dákoání, dopraě a rozprašoání palia do spaloacího motoru - nádrž - filtr palia - palioé čerpadlo - potrubí - střikoací zařízení - střikoací entil - ratné potrubí - střikoání přímé palio se střikuje přímo do praconího prostoru álce nepřímé palio se střikuje do komůrky hlaě álce Pístoé stroje ing.jan Šritr 17 Do karburátoru přichází zduch (modrá šipka). Ve zúženému místě (1), zaném difuzor, zniká podtlak, který nasáá palio z emulzní trubice (). Tryska (3) připouští palio z ploákoé komory (4) s ploákem (5), který se stará spránou ýši hladiny emulzní trubici. Ploák má jehloý entil příodu palia (6), který se otírá při poklesu hladiny palia. Pístoé stroje ing.jan Šritr 18 9
Vstřikoání palia Myšlenka přímého střikoání je elmi stará a leteckém průmyslu se yužíala již e 30. letech 0. století. V automobiloém průmyslu šak ještě uběhlo hodně ody, než byl ueden na trh relatině lený a přitom spolehliý systém. Umožňuje reguloat ýkon nikoli jen kantitou, ale též kalitou směsi. Při malé zátěži motoru se pracuje s elmi chudou směsí, která by se obtížně zapálila. Výhodou praoání směsi elektronickými systémy je možnost upraoat množstí střikoaného palia, a tedy i olbu mezi ýkonem nebo hospodárným proozem. Usnadnily se roněž studené starty. Podle místa střiku se dají tyto systémy rozdělit na tři typy: Jednobodoé nepřímé Vícebodoé nepřímé Vícebodoé přímé Pístoé stroje ing.jan Šritr 19 Pístoé stroje ing.jan Šritr 0 10
1.6.011 Pístoé stroje ing.jan Šritr 1 Pístoé stroje ing.jan Šritr 11
1.6.011 Pístoé stroje ing.jan Šritr 3 ing.jan Šritr 4 Turbodmychadlo poháněné zplodinami Rootsoo dmychadlo poháněné mechanicky Pístoé stroje 1
1.6.011 Pístoé stroje ing.jan Šritr 5 Pístoé stroje ing.jan Šritr 6 13
Pístoé stroje ing.jan Šritr 7 ) Mazací soustaa Doudobé motory - mazání směsí - mazací olej se přidáá do palia, směsí je mazáno klikoé ústrojí a píst s álcem - poměr mazia paliu 1 : 30 až 1 : 50 Čtyřdobé motory - mazání tlakoé (oběhoé) - mazio se nasáá čerpadlem z nádrže a je ytlačoáno přes čistič k jednotliým mazacím místům - olej zároeň pomáhá chladit kritická místa Pístoé stroje ing.jan Šritr 8 14
Mazací soustaa - slouží k dákoání, čištění a dopraě oleje do šech ložisek a třecích ploch motoru. Skládá se z: - olejoého čerpadla - filtru - olejoých kanálů - kontrolního spínače - zásobní nádrže (e spodním íku motoru) -přepouštěcího entilu - ypouštěcího a naléacího otoru Pístoé stroje ing.jan Šritr 9 1 - Plnící hrdlo e íku hlay - Zásoba oleje e spodním íku 3 - Sací koš čerpadla 4 - Olejoé čerpadlo 5 - Hlaní tlakoý rozodný olejoý kanál 6 - Kanály k přímému mazání klikoého a ačkoého hřídele, ojnic, ahadel a entilů, rozodoých kol a řetězu 7 - Čistič oleje (nádoba a čistící ložka) 8 - Odtok čištěného oleje do motoru 9 - Spínač k signalizaci tlaku oleje 10 - Bezpečností entil (uzaírací šroub je ně bloku motoru) 11 - Přepouštěcí komůrka čepu ačkoého hřídele k pulsačnímu mazání ahadel a entilů 1 - Mazací otor ahadel 13 - Ostřikoací otor ojnic k mazání álců a pístů 14 - Mazací šroub (tryska) mazání rozodoých kol a řetězu 15 - Volný odkap oleje z mazání ahadel a entilů a mazání entiloých tyček a zdihátek Pístoé stroje ing.jan Šritr 30 15
1 - hadice odsáání olejoých par do tělesa čističe zduchu - uzáěr plnícího hrdla oleje 3 - měrka hladiny oleje 4 - tlakoý spínač 5 - čistič oleje 6 - pojistný entil čističe 7 - kanál k čističi 8 - redukční entil 9 - olejoé čerpadlo 10 - sací hrdlo se sítem 11 - ýpustný otor 1 - přepážka 13 - spodní íko motoru Pístoé stroje ing.jan Šritr 31 Pístoé stroje ing.jan Šritr 3 16
3) Chladící soustaa - praconím prostoru álce dosahují teploty až 000 C - při teplotě stěn álce yšší než 50 C dochází k rozkladu oleje, při teplotě nižší než 75 C dochází ke kondenzaci odní páry ze zduchu - nejýhodnější proozní teplota stěn álce motoru je 170 190 C tuto teplotu udržujeme chlazením Chlazení zduchoé kapalinoé Vzduchoé chlazení - álec a hlay álců žebroané, zduch proudí mezi žebry a odádí teplo - proedení: přirozené (náporoé) motocykly nucené entilátor doplněný hodnou kapotáží pro usměrnění proudu zduchu přetlakoé (entilátor před álci účinnější) podtlakoé (entilátor za álci) - ýhody - nižší áha motoru - jednodušší údržba a obsluha - ětší pohotoost zimě - yšší spolehliost - neýhody - yšší hlučnost motoru - yšší teplota motoru Pístoé stroje ing.jan Šritr 33 Kapalinoé chlazení - chladící kapalinou je oda s přídakem nemrznoucí směsi ( Fridex apod. ) - motory mají dojité stěny álce, roněž hlaách álců jsou dutiny - chlazení: samočinné bez čerpadla ( způsobeno rozdílem hustoty teplé a studené kapaliny) nucené s čerpadlem ( čerpadlo, chladič, termostat, yronáací nádoba ) přetlakoé atmosférické (je třeba doplňoat) - ýhody - tišší chod motoru - ětší účinnost chlazení - možnost yužití ohřáté praconí kapaliny k ytápěn ozu - ronoměrnější rozložení teplot - neýhody - yšší áha motoru - složitější údržba a obsluha Pístoé stroje ing.jan Šritr 34 17
1 ypouštěcí kohout - těsnění hlay álců 3 - hlaa álců 4 - otor rozáděcího potrubí 5 - rozáděcí potrubí 6 - termostat 7 - odáděcí potrubí 8 - přepouštěcí kanál 9 - oběžné kolo čerpadla 10 řemenice 11 - entilátor 1 - chladič 13 - ýpustný kohout 14 - příodní potrubí 15 - blok álců 16 - uzáěr chladiče 17 - hadice 18 - uzáěr nádržky 19 - yronáací nádržka 0 - značka "MIN Pístoé stroje ing.jan Šritr 35 Pístoé stroje ing.jan Šritr 36 18
Pístoé stroje ing.jan Šritr 37 Pístoé stroje ing.jan Šritr 38 19
Pístoé stroje ing.jan Šritr 39 3) Přípraa směsi a odod spalin Pístoé stroje ing.jan Šritr 40 0
Pístoé stroje ing.jan Šritr 41 Výfuk obecně slouží k ododu spálených plynů z motoru a také k podstatnému snížení hluku motoru. Při hoření palia znikají e spaloacím prostoru plyny o ysoké teplotě a tlaku, které je nutné rychle odést. Běžný ýfuk se skládá : ze sběrného potrubí z turbodmychadla (účelem je zýšení ýkonu motoru) katalyzátoru (slouží ke snížení emisí škodliin) rezonátoru (yronáá tlakoé rázy potrubí) tlumiče pro snížení úroně hluku spojoacího potrubí pružných záěsů Pístoé stroje ing.jan Šritr 4 1
1 - příruba ke sběrnému potrubí, - lambda sonda, 3 - třícestný katalyzátor, 4 - naznačení chemické činnosti katalyzátoru, 5 - expanzní komora prního (předního) tlumiče, 6 - dojitý plášť s izolační rstou, 7 - tlumicí prky druhého (zadního tlumiče), 8 - dojitý plášť s izolační rstou, 9 - yústění ýfuku Pístoé stroje ing.jan Šritr 43 Za sběrným potrubím je umístěn dnes už ždy katalyzátor. Slouží ke zmírnění toxicity ýfukoých plynů. Vytáří sice další zpětný tlak na motor ( kolem jedné desetiny atmosféry), ale je dnes yžadoán pro splnění emisních norem. Běžný katalyzátor se nazýá trojcestný a znamená to, že způsobuje tři chemické procesy: redukce oxidu dusného na kyslík a dusík : NO x xo + N oxidace oxidu uhelnatého na oxid uhličitý: CO + O CO oxidace nespálených uhloodíků (HC) na oxid uhličitý a odu: C x H y + no xco + mh O Žiotnost katalyzátoru se pohybuje rozmezí 80-150 tis. km. Po určitém kilometroém průběhu přestáá pracoat a musí se yměnit. Pro ýměnu lze použít unierzální katalyzátor, který má stejnou funkci a konstrukci. Pístoé stroje ing.jan Šritr 44
Katalyzátor se použíá u zážehoých motorů proto, že je prakticky nemožné nalézt složení směsi, která by dala ysoký ýkon, ale při jejím spálení by znikalo nejméně škodliin. Na nosiči (jemná struktura s elkým porchem plochou) z keramiky nebo oceli je tenká katalytická rsta (platina oxidační, rhodium - redukční), která při proozní teplotě (400 800 C) umožní oxidaci CO a HC na CO a H O a redukci NO X na N Pístoé stroje ing.jan Šritr 45 Pístoé stroje ing.jan Šritr 46 3
Pístoé stroje ing.jan Šritr 47 Kapalina se doprauje tlakem a ratným pohybem pístu e álci Mechanická energie se mění přímo tlakoou energii kapaliny Funkce dopraa kapaliny do yššího místa, zýšení tlaku Výhody yšší účinnost, samonasáací schopnost, necitliost k tlakoým změnám, čerpání kapalin s ětší iskozitou Neýhody ětší rozměry a ětší pořizoací a udržoací náklady než odstřediá čerpadla Použití - menší objemoé průtoky, yšší tlaky (15-50 Mpa) Pístoé stroje ing.jan Šritr 48 4
Pístoá čerpadla slouží k dopraě a k tlakoání kapalin a hydrosměsí (kapaliny a tuhé látky). Princip činnosti šech pístoých čerpadel je zhruba stejný a to: Vzniklým podtlakem dojde k nasátí určitého objemu kapaliny do praconího prostoru čerpadla (uzařeného), pohybem pístu dojde k natlakoání tohoto objemu kapaliny a následuje ytlačení natlakoané kapaliny mimo čerpadlo. Hlaní funkční části pístoých čerpadel se dají rozdělit na základní oblasti a to na: 1) Sací část sací koš zpětná klapka sací potrubí sací entil ) Praconí část praconí komora e taru álce příslušný druh pístu 3) Výtlačná část ýtlačný entil ýtlačné potrubí zdušník tlakoá nádoba, která yronáá tlakoé rázy kapaliny ycházející z čerpadla 4) Ostatní příslušenstí pohonná jednotka spojka přeodoka klikoý mechanismus uložení celého systému FRÉMA Pístoé stroje ing.jan Šritr 49 Všechna pístoá čerpadla patří do skupiny tz. objemoých čerpadel (stlačujeme a ytlačujeme konstantní objem kapaliny). Druhy pístoých čerpadel: Podle konstrukce a principu činnosti mezi pístoá čerpadla patří: jednočinná dojčinná diferenciální zdižná axiální Pístoé stroje ing.jan Šritr 50 5
Jednočinné pístoé čerpadlo Q D D 4 D 4 3 S L n L n D n 4Q n Volí se: L / D n 6 (8) s 1 p 0,1- -10 10-0 0-30 0,8- -4 3-5 4-7 Pístoé stroje ing.jan Šritr 51 Dojčinné pístoé čerpadlo Q (D 4 D 1,85 4 D 3 1,85 4Q d ) D n n L n Volí se: S d 15% S D Pístoé stroje ing.jan Šritr 5 6
1 S 1 Diferenciální pístoé čerpadlo D D 4 L L ( S D S d ( D 4 ) L d ) L Výpočet rozměrů jako jednočinné čerpadlo d D D Pístoé stroje ing.jan Šritr 53 dojzdižné Zdižná čerpadla jednočinné diferenciální Pístoé stroje ing.jan Šritr 54 7
Pístoé stroje ing.jan Šritr 55 Ostatní hydrostatická čerpadla přímočaré tlakoé ruční pístoé axiální Pístoé stroje ing.jan Šritr 56 8
Ventily talířoý kuloý Pístoé stroje ing.jan Šritr 57 kuželoý prstencoý záklopkoý Pístoé stroje ing.jan Šritr 58 9
Vysokotlaká čerpadla na doprau čistých médií - od, olejů, emulzí a jiných požadoaných kapalin. Jsou určena jako zdroj tlaku hydraulických obodech tářecích strojů, tlakoých stanicích, na zatláčení od do rtů na naftoých polích, destrukci betonoých ploch, čištění či řezání různých materiálů apod. Pístoé stroje ing.jan Šritr 59 Pístoé stroje ing.jan Šritr 60 30
Čerpací stanice Pístoé stroje ing.jan Šritr 61 H gs geodetická sací ýška H g geodetická ýtlačná ýška H d - geodetická (dopraní) ýška H d = H gs + H g H s() ztráty prouděním sacím (ýtlačném) potrubí H man manometrická ýška H man = H d + H s + H Účinnost: objemoá Q / Qt 0,98 hydraulická mechanická h Y / Y i h m 0,96 0,97 0,97 0,98 Příkon čerpadla P p Q Y W Pístoé stroje ing.jan Šritr 6 31
3 s a s s gs s p p p p H c g H Y a s g p p H c c g H Y ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( s s s s z z c c d l Y s 4 0,3164 64 e T e L e R R d c R Měrná energie sací a ýtlačná Ztráty potrubí a místní iz Hydrodynamika Měrná energie Y = Y s + Y (Jkg -1 ) Pístoé stroje ing.jan Šritr 63 p V diagramy Pístoé stroje ing.jan Šritr 64
Pístoé stroje ing.jan Šritr 65 Pístoé stroje ing.jan Šritr 66 33
Pístoé stroje ing.jan Šritr 67 Pístoé stroje ing.jan Šritr 68 34
Pístoé stroje ing.jan Šritr 69 Pístoé kompresory V pístoých kompresorech se pohybují písty e álcích lineárně protiběžně. Pohon pístů se šeobecně děje klikoým ústrojím s klikoou hřídelí a ojnicemi, přičemž na jednom klikoém čepu může být uspořádáno až 5 ojnic. Řízení sání a ýtlaku zduchu se děje samočinně otíranými a zaíranými entily. Pístoé kompresory jsou jedno i íceálcoé, stojaté či do "V", nebo do "W". Dále se pístoé kompresory rozeznáají podle počtu stlačoacích stupňů. Na obr. je zduchem chlazený čtyřálcoý, doustupňoý pístoý kompresor. Má 4 ojnice na jednom čepu klikoé hřídele. Tři písty pracují paralelně jako prní stlačoací stupeň, čtrtý (leý) álec jako druhý stlačoací stupeň. Na příkladu douálcoého kompresoru do "V" si lze objasnit rozdíl mezi jednostupňoým a doustupňoým stlačoáním stejně jako si lze přesněji ysětlit samotný postup stlačoání. V jednostupňoém proedení by měl zobrazený kompresor leo stejně elký álec jako prao a zduch nasáaný a na konečný praconí tlak stlačený oběma álci by se ytlačoal společným tlakoým potrubím. Pístoé stroje ing.jan Šritr 70 35
Při sestupném V zobrazeném doustupňoém proedení se zduch stlačí prním álci (4) na mezitlak (5) a po ochlazení mezichladiči se druhém álci (6) stlačí na konečný praconí tlak. Velikost mezitlaku stanoí konstrukčně peně zájemný poměr průměrů álců. Průměr álce druhého stupně je ždy podstatně menší než průměr álce prního stupně, protože předstlačený zduch na stupu do druhého stupně má podstatně menší objem. Na obrázku jsou yznačené sací entily () a ýtlačné entily (3). Pístoé stroje ing.jan Šritr 71 Maximální možné zýšení tlaku jednom stupni je u pístoých olejem mazaných zduchoých kompresorů omezeno maximálními přípustnými konečnými teplotami stlačení (stanoenými Předpise zabránění nehod = UVV VBG 16 mezi 160 a 0 C, podle proozních podmínek). Na základě těchto teplotních omezení zniklo toto hrubé přiřazení nutného počtu stupňů stlačení pro dosažení žádaného konečného tlaku:, kde K = 1,38 až 1,4 Konečný tlak (MPa) do 1 1 0,6 až 4,0 až 5,0 3 1,0 až 35,0 4 0,0 až 45,0 5 Počet stupňů stlačoání Pístoé stroje ing.jan Šritr 7 36
Vzduch ohřátý stlačoáním se ochlazuje chladičích zařazených za jednotliými stupni kompresoru. Podmíněno fyzikálně se celá energie nutná k pohonu kompresoru mění teplo, které se musí odést. Kompresory jsou chlazené buď zduchem či odou. Počet chlazených zduchem přeažuje, protože jsou konstrukčně jednodušší. V ozduší je obsažena zdušná lhkost. Ta může při stlačoání zduchu zkondenzoat. Proto jsou nutné podle podmínek použití, četně ícestupňoých kompresorů, odlučoače k odloučení zkondenzoané ody. Pístoé kompresory se nejčastěji pohánějí elektromotory a spaloacími motory. Přenos ýkonu mezi pohonnou jednotkou a pístoým kompresorem je buď přímou spojkou nebo pro přizpůsobení otáček nejčastěji řemenicemi s klínoými řemeny. Pístoé stroje ing.jan Šritr 73 Pístoé stroje ing.jan Šritr 74 37
Pístoé stroje ing.jan Šritr 75 Pístoé stroje ing.jan Šritr 76 38
Common rail (také Common-Rail) je systém přímého ysokotlakoého střikoání nafty s tlakoým zásobníkem u znětoých motorů. Palio střikoané do álce pod ysokým tlakem toří lépe hořlaou směs, čímž se dosahuje yšší účinnosti motoru, yššího ýkonu a točiého momentu. Důležitá je také nižší spotřeba palia, nižší hlučnost a menší emise dieseloých motorů. Oproti jiným systémům je tlak palia ytářen nezáisle na otáčkách motoru a střikoaném množstí palia a je ždy dostatečný práě díky zásobníku tlaku. Pístoé stroje ing.jan Šritr 77 39