Siurbliai ir Vidaus Degimo Variklių Naudingumo Koeficientas: Technologiniai Aspektai ir Pramoninis Pritaikymas

Šiandien kiekvienai pramonės šakai, žemės ūkiui, vandens tiekimui ir nuotekų šalinimui reikalingas siurblys. Nuo maisto pramonės iki naftos gavybos siurbliai vaidina svarbų vaidmenį, palaikant mūsų gyvenimo lygį. Norint, kad vamzdžiais būtų perpumpuojami skysčiai, būtini siurbliai. Vamzdžiuose pernešamas skystis, o siurbliai tam tiekia energiją.

Kadangi vamzdynai ir siurbliai veikia kartu, jie turi būti gerai apgalvoti ir suprojektuoti kaip integruota viena sistema. Apžvelgsime pagrindines siurblių kategorijas, ypatumus, tipus ir pramonės šakas, kuriose jie naudojami. Šiame vadove stengsimės pateikti informaciją kuo paprasčiau. Atminkite, kad siurbimo sistemos yra grynai techninio pobūdžio.

Išcentrinis siurblys

Siurblių Veikimo Principai ir Tipai

Siurbliai įvairiais būdais sukuria žemą slėgį ar įsiurbimą, pagal tai ir nustatomas siurblio tipas. Išcentriniame siurblyje išcentrinė jėga pagreitina skysčio judėjimą į darbo rato išorę, sukurdama žemą slėgį sparnuotės centre. Naudojant stūmoklinius siurblius, stūmoklio kilimas-leidimasis sukuria vakuumą. Krumpliaratiniuose, kai dantračiai užsikabina vieni už kitų ir atsiskiria, susidaro vakuumas. Tokiu būdu slėgio skirtumas sukuria įsiurbimą. Besisukantys siurbliai naudoja išcentrinę jėgą skysčiui pagreitinti, sukurdami žemą slėgį sparnuotės centre.

Vakuumas - apibrėžiamas kaip bet koks slėgis mažesnis nei atmosferos slėgis. Atmosferos slėgis - jūros lygyje oro slėgis aplink mus veikia 1,01325 bar. Vieną mėgintuvėlio galą įmerkus į vandenį ir sudarius idealų vakuumą kitame gale, 1,01325 bar galėtų laikyti 10.29 metrų aukščio vandens stulpą. Tačiau tai įmanoma pasiekti tik jūros lygyje ir esant puikiam vakuumui.

Svarbūs Siurblių Elementai

• Sparnuotės (darbo ratai): Besisukantys diskai su pritvirtintomis briaunomis ar mentėmis.
• Ašis (velenas): Ant jos prijungiamas darbo ratas, įtvirtinta guolio mazge.
• Sandariklis: Apsaugo guolio mazgą nuo užteršimo, taip pat sulaiko skysčius siurblio viduje nuo ištekėjimo, tuo pačiu leidžiant velenui suktis ar stumti-traukti, priklausomai nuo siurblio tipo.

Siurblių Veikimo Ribos

Siurbliai turi griežtas veikimo ribas ir tikslias sąlygas, kuriomis jie turi veikti, kad sukurtų geriausią efektyvumo tašką. Kiekvienas siurblys turi diagramą (darbo kreivę), rodančią efektyvumo kreives ir kaip pasiekti aukščiausią efektyvumo tašką. Siurblių gamintojai apskaičiuoja našumo kreives su manometru ir prijungtu prie išleidimo angos srauto matuokliu, kad surastų optimalias vamzdynų, skysčio tipo ir pakėlimo aukščio konfigūcijas.

Pasirenkant siurblį, reikia atkreipti dėmesį į tai, kad jis dirbs su tokiu našumu, su kuriuo leis jo spaudimas slėgio vamzdyne. Labai gerai, kai siurblio darbo taškas (Q,H) atitinka maksimalų naudingo siurblio veikimo koeficientą. Viršijus siurblio aukščiausio efektyvumo darbo ribas, padidėja siurblio galios poreikis ir gali pasireikšti kavitacijos reiškinys siurblio įsiurbimo zonoje ir siurblio viduje. Kaip matote, siurblį veikia keli faktoriai, kurie daro tiesioginę įtaką jo veikimui.

Siurblių Pritaikymas Pramonėje ir Žemės Ūkyje

Siurbliai pritaikomi pagal konkrečius poreikius - užtikrina pramonės procesų patikimumą. Kiekvienas pramonės sektorius gamybos technologijoms ir visų komponentų medžiagoms kelia aukštus reikalavimus. Todėl siurblių gamintojai kuria konkretiems poreikiams pritaikytus gaminius, užtikrinančius labai efektyvius, saugius ir patikimus gamybos procesus. Pavyzdžiui, maisto pramonei skirti siurbliai padeda maisto pramonės įmonėms užtikrinti itin aukštus kokybės ir higienos standartus.

Žemės ūkyje naudojama daugybė siurblinės įrangos, skirtos įvairioms praktinėms problemoms spręsti: nuo žemės ūkio paskirties žemės drėkinimo iki gyvulininkystės atliekų išpumpavimo. Didelio našumo išcentriniai pramoniniai siurbliai yra skirti švariems arba šiek tiek užterštiems skysčiams su nedideliu dalelių kiekiu pumpuoti. Jie idealiai tinka tiekti vandenį vandens įrenginiams ir drėkinimui. O siurbliai su vidaus degimo varikliais suteikia galimybę tiekti didelius vandens kiekius tose vietose, kur nėra elektros ar vandens tiekimo.

Ypač didelio našumo siurbimo agregatai su atviro tipo darbo ratais skirti skysčiams, kuriuose daug priemaišų, pumpuoti, nusausinti pelkėtas žemes. Specialūs žemės ūkio siurblių modeliai su smulkintuvais ir kapoklėmis minkštoms atliekoms ir pluoštinėms terpėms susmulkinti, gali būti naudojami pramoninėms gyvulininkystės ūkių nuotekoms išpumpuoti.

Siurbliai Kasybos ir Naftos Pramonėje

Daugumoje kasybos darbų visada kyla problemos su vandeniu trykštančiu iš požeminių šaltinių. Kalnakasybos siurbliai turi būti pakankamai patvarūs, kad būtų galima siurbti ne tik vandenį, bet ir purvą bei uolienas. Šie siurbliai yra „purvo“ tipo siurbliai, sukurti tam, kad pro siurblį galėtų praeiti akmenys, grumstai nepažeidžiant siurblio sparnuotės.

Naftos ir dujų pramonėje naudojami įvairūs specialaus išpildymo siurbliai, priklausomai nuo skirtingų pumpuojamų skysčių fizinių ir cheminių savybių, pavyzdžiui, žalios naftos, distiliatų, dujų ir suspensijų pumpavimui. Kartu su pumpuojama terpe yra įvairių korozinių ir toksiškų dujų, tokių kaip sieros ar vandenilio sulfidas.

Siurblių Klasifikacija ir Tipai

Siurbliai skirstomi į kategorijas pagal tai, kaip jie pumpuoja skysčius. Tiesioginio skysčio perstūmimo siurbliai (tūrinio tipo) išstumia skysčio kiekį su kiekvienu siurbimo elementų apsisukimu ir turi du pagrindinius pogrupius: stūmokliniai ir rotaciniai. Žemiau pateiktas pagrindinis siurblių klasifikacijų suskirstymas priklausomai nuo konstrukcijos. Tiesioginio skysčio perstūmimo siurbliai (tūrinio tipo) efektyviausiai veikia, kai pumpuojami didelės klampos skysčiai.

Kitas skirtumas tarp išcentrinių ir tiesioginio skysčio perstūmimo siurblių yra tai, kaip jie išleidžia savo pumpuojamą turinį. Nors vamzdžiai, einantys iš šaltinio į siurblį, yra vadinami „įsiurbimo linijomis“, siurbliai „nesiurbia“ skysčio, jie jį tik stumia. Siurblys sukuria vakuumą, į kurį skystis teka priverstinai dėl atmosferos slėgio, tokio pat kaip, naudojant geriamąjį šiaudą ar dulkių siurblį.

Pagrindiniai siurblių tipai

Pagrindiniai Siurblių Tipai

• Horizontalūs „Split Case“ siurbliai: Turi konstrukcinę savybę, leidžiančią atsukti viršutinį korpusą ir nuimti, kad būtų galima lengviau patikrinti, prižiūrėti ar pakeisti sparnuotę, neatjungiant vamzdynų ar nekeičiant ašies lygiavimo.
• „Magnetic Drive“ (magnetinės movos) siurbliai: Sujungti su varikliu magnetiškai, o ne naudojant tiesioginį mechaninį veleną. Šie siurbliai yra labai svarbūs cheminiuose gamybos procesuose, skirti pumpuoti chemiškai agresyvius, korozinius skysčius.
• Savisiurbiai siurbliai: Yra išcentrinių siurblių konstrukcijos tipo, siurbiančių oro ir vandens mišinį, kol pasiekiama visiškai tinkama siurbimo sąlyga.
• Panardinami siurbliai: Yra žemiau skysčių, kuriuos jie siurbia, paviršiaus, įrengiami paprastai rezervuaruose ar šuliniuose. Siurblio variklis yra hermetiškai uždarytas ir glaudžiai sujungtas su siurbliu.
• Vertikalūs daugiapakopiai siurbliai: Tai yra išcentriniai siurbliai su keliais darbo ratais, išdėstytais nuosekliai ant to paties veleno viename korpuse.
• Stūmokliniai siurbliai: Naudoja alkūninio veleno švaistiklinį mechanizmą taip pat, kaip tai veikia automobilio variklyje.
• Diafragminiai siurbliai: Naudoja lanksčią membraną, sukurdami žemą ir aukštą slėgį, lankstant ją darbo kameroje.
• Peristaltiniai siurbliai: Naudojami tirštų, chemiškai agresyvių skysčių, su dideliu kiekiu kietųjų priemaišų siurbimui.

Vidaus Degimo Variklių Evoliucionavimas ir Naudingumo Koeficientas

Pirmoji S.Karno vidaus degimo variklių 1824 m. teorija nusakė svarbiausią teiginį, kad variklis gali veikti tik esant aukštos temperatūros degimo procesui ir žemos temperatūros šaltiniams (duslintuvui, radiatoriui), todėl naudingumo koeficientas niekada negali būti lygus vienetui. Įvertinus variklio nuostolius dėl siurblių, ventiliatoriaus naudojimo, trinties transmisijoje galutinis automobilio naudingumo koeficientas tėra apie 33 procentus. Taigi įpylus į baką 100 litrų benzino, tik 33 litrai suka ratus, kiti išsisklaido į aplinką kaip teršalai ir šilumos nuostoliai.

Todėl per paskutinį XX a. dešimtmetį visų mokslininkų pastangos buvo sutelktos naudingumui padidinti ir išmetamų į atmosferą teršalų kiekiui sumažinti. Nors dabartinis 33 proc. naudingumo koeficientas yra ne toks mažas palyginti su pirmą kartą 1860 m. išbandytu garo mašinos pavidalo vidaus degimo varikliu, kai vietoj garo įleidžiant ir uždegant gamtines dujas bandytojui prancūzui Ž.E.Lenuarui dėl nne vietoje pastatytos mišinio uždegimo žvakės viduryje cilindro, o ne gale, pavyko pasiekti tik 0,4 proc. naudingumo koeficientą.

Vyresnio amžiaus vairuotojai prisimena XX a. vidurio automobilį “Pobieda” su 2 litrų 50 AG varikliu, sunaudojančiu iki 15 litrų benzino 100 km, o 2000 m. aplink pasaulį keliavęs serijinis automobilis VW Lupo su 1,1 litro 61 AG varikliu sunaudodavo vidutiniškai 2,5 litro dyzelino 100 km, t.y. per pastaruosius 50 mmetų mokslo laimėjimai padėjo sumažinti kuro sunaudojimą daugiau kaip 5 kartus esant panašiai variklio galiai. Nereikia pamiršti, kad atitinkamai sumažėja ir degimui reikalingas oro kiekis bei į atmosferą išmetamų teršalų.

Didžiuliai mokslo laimėjimai elektronikos, medžiagotyros, prietaisų pramonės srityse tuoj pat buvo pritaikyti automobiliuose. Tai ir elektroninio įpurškimo ESM valdomos sistemos, ir elektromagnetiniai uždegimo sistemų davikliai, ir siurbliai, reguliatoriai, plastmasinės lingės, ir t.t. Mokslas pakeitė net tokias nusistovėjusias sistemas, kaip akumuliatoriai: juose įrengiami ESM valdomi pašildytuvai ir maišytuvai šaltam variklio paleidimui, rengiamasi naudoti kondensatorius, o starterius ir generatorius - montuoti ant smagračių šitaip padidinant sukimo momentą ir apsaugant elektrines grandines nuo drėgmės važiuojant drėgnu keliu. Tokia elektrinė variklio paleidimo sistema įgalina pradėti važiuoti galinga kondensatorių baterija maitinamu iki 10 AG starteriu.

Didžiulis mokslinis darbas atliekamas tobulinant degimo procesą cilindre virš stūmoklio. Dar įdomesni mokslo laimėjimai slėginio uždegimo varikliuose (neteisingai vadinamuose dyzeliniuose). Kad būtų gauti kuo mažesni rūko pavidalo dyzelino lašeliai, jie išpurškiami 200 MPa (2000 atmosferų) elektromagnetiniais siurbliais, atidarant kompiuteriu valdomu elektromagnetu kuro purkštuvą dviem etapais: iš pradžių per 0,001 sekundės be triukšmo uždegama 12,5 proc. dyzelino, paskui per kitas 0,007 sekundės į degančią aplinką suleidžiamas ir visiškai sudeginamas likusis kuro kiekis. Dyzelis veikia taupiai, be dūmų ir triukšmo.

Alternatyvūs Degalai ir Ateities Perspektyvos

Mažėjančios naftos ir dujų atsargos (užteks 50 metų!) bei didėjantys ekologiniai reikalavimai ir kainos privers daugiausia dėmesio skirti elektromobiliams. Kaip matyti iš lentelės, šiuo pereinamuoju laikotarpiu didžiausias mokslininkų dėmesys krypsta į vandenilį naudojančius vidaus degimo variklius ir tobulesnius kuro elementus, tiesiogiai chemiškai be degimo gaminančius elektros energiją 60 proc. naudingumu.

Vandenilis bus laikomas kuro bakuose esančiose intermetalidų (75 proc. FeTiH ir 25 proc. Mg3NiHx) kapsulėse, sugeriančiose jo iki 1000 kartų didesnį tūrį (mokslas!). Panaudojus moderniausius elektrinius akumuliatorius mieste galima bus visiškai likviduoti taršą, o tarpmiestiniams pasivažinėjimams naudoti hibridinius variklius. Juose, be akumuliatoriaus ir elektros variklio, įrengiamas nedidelis, užmiestyje automatiškai pasileidžiantis, ekonomiškas vidaus degimo varilis.

Kadangi Lietuva beveik visiškai priklauso nuo naftos importo, taupant jos sąnaudas, tikslinga naftinės kilmės degalus pakeisti kitais, iš vietinių atsinaujinančių išteklių išgaunamais degalais. Vilniaus Gedimino technikos universitete Automobilių transporto katedroje pagal Panevėžio spirito gamyklos akcinės bendrovės “SEMA” užsakymą buvo atlikti spirito gamybos atliekų pritaikymo vidaus degimo variklių degalams teoriniai ir eksperimentiniai (laboratoriniai) tyrimai. Buvo išnagrinėti spiritinių degalų (alkoholių) panaudojimo vidaus degimo varikliuose trūkumai ir pranašumai palyginti su degalais, pagamintais iš naftos. Etilo ir metilo spiritų tūrio vienetas energijos išskiria daugiau už kitų rūšių alternatyviuosius degalus. Kadangi spiritiniai degalai yra didelio oktaninio skaičiaus, tikslingiau juos naudoti kibirkštinio uždegimo varikliuose.

Naudojant spiritinius degalus galima padidinti oro ir degalų mišinio slėgį prieš uždegimą, oro ir degalų santykį bei liepsnos plitimo greitį. Dėl to gerėja variklių efektyvumas. Norint kuo geriau išnaudoti antidetonacines spiritų savybes ir pritaikyti variklį grynam spiritui, reikia padidinti variklio suspaudimo laipsnį iki 12-14. Pagrindinis alkoholių trūkumas - didelė garavimo šiluma ir mažas sočiųjų garų slėgis, apsunkinantis variklio paleidimą. Etanolio šios eksploatacinės savybės yra geresnės nei mmetanolio. Kad variklio paleidimas palengvėtų, į spiritus įmaišoma 6-8 proc.

Naudojant alkoholius kaip variklio degalus, sumažėja kenksmingų medžiagų kiekis išmetamuose deginiuose. Dėl žemesnės degimo temperatūros variklio cilindre susidaro iki 10 proc. Kadangi alkoholiuose yra degimo procese dalyvaujančio deguonies, vyksta tobulesnė degimo reakcija ir susidaro mažiau negalutinio degimo deginių - anglies monoksido CO ir angliavandenilių CH. Tačiau išmetamuosiuose deginiuose padidėja aldehidų kiekis, ir jis didėja didėjant spirito koncentracijai mišinyje. Nuo grynų spiritų smarkiau šyla variklių cilindro ir stūmoklio grupės detalės, nes ant cilindro sienelių patenka nemažai neišgaravusių degalų, kurie nuplauna nuo sienelių alyvą, ir ant besitrinančių paviršių ssusidaro spirito ir alyvos emulsija.

Kadangi etanolio oktaninis skaičius yra ddidelis (108), t.y. 10-25 vienetais didesnis už benzino oktaninį skaičių, todėl mažo oktaninio skaičiaus benziną (pvz., A-76) maišant su etanoliu galima gauti didelio oktaninio skaičiaus degalus. Tačiau atlikus eksperimentinius tyrimus paaiškėjo, kad didėjant etanolio tūrio daliai mišinyje su benzinu, mišinio oktaninis skaičius didėja ne pagal tiesinę priklausomybę. Variklio bandymai parodė, kad karbiuratorinis variklis be specialių konstrukcijos pakeitimų, varomas benzino ir spiritiniais mišiniais, veikia stabiliai, kai etanolio kiekis mišinyje ne didesnis kaip 14 procentų.

Įmaišius į benziną 14 proc. tūrio etanolio, variklio lyginamosios degalų sąnaudos be padidėja apie 6 proc., o įmaišius 25 proc. Variklio, varomo benzino ir etanolio mišiniais, vidutinis indikatorinis slėgis padidėja 4 proc., o efektyvusis naudingumo koeficientas padidėja 5 proc. palyginti su benzinu. Naudojant spiritinius priedus degaluose būtų galima išspręsti žemdirbių išaugintos produkcijos supirkimo problemą, atgaivinti merdinčias spirito gamyklas, kurios veikia maždaug tik 20 proc. pajėgumu, sukurti papildomų darbo vietų, sumažinti naftos importo poreikius bei aplinkos teršimą. Tam turi būti sukurta teisinė bazė bei numatytas ekonominis skatinimas naudoti spiritinius degalus.

Detalesnę informaciją apie siurblių tipus ir jų pritaikymą galima rasti šioje lentelėje:

tags: #kodel #siluminio #variklio #naudingumo #koeficientas #negali