گزارش کاراموزی بررسی ماشین های حرارتی در 21 صفحه ورد قابل ویرایش

فهرست:

ریشه لغوی موتور حرارتی

انواع موتورهای حرارتی




ریشه لغوی موتور حرارتی


این عبارت مرکب است از دو کلمه موتور به معنای بوجود آورنده قدرت و حرارت که بیان کننده نحوه تأمین این قدرت است که با استفاده از حرارت دادن سوخت ایجاد می‌شود.

دید کلی

بشر برای انجام کارهای روزمره و تأمین رفاه و آسایش خود از منابع قدرت مختلفی در زندگی خود استفاده می‌کند. این منابع قدرت که برای انجام کارهای مختلف مور استفاده قرار می گیرند عبارتند از :

قدرت انسان: انسان برای انجام بسیاری از کارهای سبک از توانایی بدن خود استفاده می‌کند.
حیوانات اهلی: استفاده از حیوانات در کارهایی مثل بارکشی و زراعت از اوایل تمدن بشری تا به حال رواج دارد.
قدرت باد: از قدرت باد جهت حرکت برخی قایقها و یا آسیابهای بادی و یا تولید برق می‌توان استفاده کرد.
قدرت آب: در مزارع آسیابهای آبی قدیمی وجود داشته است لیکن کاربرد قدرت آب امروزه به شکل تولید برق است.
قدرت برق: برق منبع قدرتی است که به آسانی در دسترس قرار می‌گیرد. و به منظور ایجاد حرارت ، روشنایی و به کار انداختن دستگاههای مختلف می‌توان از آن استفاده کرد.
موتورهای حرارتی: این موتورها با سوزاندن مواد سوختی تولید قدرت می‌کنند و اصول کلی کار این موتورها بر اساس تشدید حرکت مولکولها به دلیل حرارت است.
حتما این را می‌دانید که مواد هنگامی که در معرض حرارت قرار می‌گیرند. حرکت مولکولهایشان سریعتر می‌گردد، البته این حرکت در گازها به شکل جابجایی مولکولها و در جامدات به شکل ارتعاش مولکولها در سر جایشان است. موتورهای حرارتی هم از این قاعده استفاده می‌کنند. لیکن در همه موتورهای حرارتی یک گاز باعث انتقال حرارت و انرژی می‌گردد.

بدین شکل که در موتورهای حرارتی یک قطعه متحرک به نام پیستون وجود دارد که در یک محفظه بسته به نام سیلندر حرکت رفت و برگشتی دارد. عامل این حرکت یک گاز است که یا در داخل خود سیلندر گرم می‌شود و یا خارج از محفظه سیلندر گرم شده و پس از گرم شدن به داخل سیلندر فرستاده می شود. این گاز داغ باعث حرکت پیستون می‌شود. انرژی این حرکت بوسیله مولکولهای پرانرژی گاز داغ تامین می‌شود.

تاریخچه

در حدود سال 1800 میلادی فکر پژوهشگران به طرف ساخت موتورهای احتراق داخلی معطوف گردید. در طول سالهای 1800 تا 1860 میلادی تعدادی موتور ساخته شد که در حقیقت هیچکدام از آنها بطور واقعی موفقیت آمیز نبود اما گام‌های موثری نیز طی این سالها برداشته شد. مثل استفاده از تراکم در سیکل موتور و اصلاح سیستم اشتعال سوخت توسط بارنت در سال 1838 م و تولید یک موتور احتراق داخلی در مقیاس تجارتی توسط ژان ژوزف لنوآر در سال 1860.


انواع موتورهای حرارتی

موتورهای حرارتی خود به دو دسته کلی احتراق داخلی و احتراق خارجی تقسیم می‌شوند.

موتورهای احتراق خارجی: در این موتورها که عموما موتورهای بخار نامیده می‌شوند. از بخار آب به عنوان عامل محرک پیستون استفاده می‌شود. وجه تسمیه آن نیز بدین دلیل است که بخار داغ به علت محترق شدن ماده سوختنی در خارج از سیلندر موتور ایجاد می‌شود و توسط یک لوله به محفظه سیلندر منتقل می‌گردد.
موتورهای احتراق داخلی: این موتورها خود به دو دسته کلی موتورهای اشتعال جرقه‌ای و دیزل تقسیم می‌شوند و وجه تسمیه آنها اینست که ماده سوختنی در داخل محفظه سیلندر محترق می‌گردد.
موتورهای اشتعال جرقه‌ای: در این موتورها پس از ورود مخلوط سوخت و هوا به داخل سیلندر از یک جرقه برای شعله‌ور ساختن آن استفاده می‌شود.
موتورهای دیزل: در این موتورها برای محترق ساختن سوخت از حرارت ایجاد شده بواسطه تراکم هوا استفاده می‌شود.

طرز کار

همانگونه که از نام این موتورها بر می‌آید با استفاده از حرکت ، تولید قدرت می کنند هرچند که این موتورها برای تولید حرارت ممکن است از سوختهای مختلف ، نظیر زغال سنگ ، نفت ، بنزین ، گازوئیل و یا گاز استفاده کنند. اما در همه آنها انرژی آزاد شده بواسطه سوختن این مواد باعث حرکت پیستون و تولید قدرت می‌گردد. در موتورهای بخار ابتدا ‌آب را در یک مخزن که بوسیله مواد سوختنی حرارت داده می‌شود به جوش می‌آورند، سپس این بخارهای حاصله از جوشیدن آب بوسیله یک لوله به محفظه سیلندر و بالاتر از پیستون انتقال داده می‌شوند. انرژی جنبشی مولکولهای بخار آب باعث حرکت پیستون به سمت پایین می‌شود پس از رسیدن به پایین سیلندر یک وزنه تعادل و یا میل ‌لنگ باعث برگشتن پیستون به نقطه بالای سیلندر می‌شود و این چرخه ادامه پیدا می‌کند.

در موتورهای احتراق داخلی ماده سوختنی را در داخل محفظه سیلندر محترق می‌کنند. این احتراق آنقدر سریع اتفاق می‌افتد که حالت انفجاری دارد. انرژی آزاد شده در این انفجار باعث اعمال نیرو روی پیستون و حرکت دادن آن می‌شود این حرکت پیستون (در موتورهای تک سیلندر) یا پیستونها (در موتورهای چند سیلندر) بوسیله میل‌لنگ به حرکت چرخشی تبدیل می‌شود. که برای انجام کار مفید مورد استفاده قرار می‌گیرد.


ساختمان سرسیلندر

سرسیلندر یک قطعه ریخته‌گری شده است که معمولا از جنس چدن یا آلیاژهای آهن ، مس یا آلومینیم ساخته می‌شود. شکل کلی سرسیلندر متانسب است با شکل سیلندر موتور به نحوی که می‌بایست تمام قسمت‌های آنها بر یکدیگر منطبق باشند. (لازم به ذکر است که موتورهای دوزمانه فاقد سرسیلندر می‌باشند) سرسیلندر می‌بایست با قسمت فوقانی سیلندر و سرسیلندر تطابق کامل داشته باشد تا بتواند از نشست گازهای محبوس در سیلندر یا گاز محترق در اتاقک انفجار جلوگیری کند.

در ضمن می‌بایست سرسیلندر دارای مجاری در امتداد مجاری سیلندر داشته باشد تا جریان آب و روغن از پوسته موتور به سرسیلندر رفته و پس از انجام وظایف روغن کاری و خنک کاری دوباره به سیلندر برگردد. البته برای انجام آب بندی کامل میان سیلندر و سرسیلندر از یک واشر استفاده می‌شود. جنس این واشر از مس و پنبه نسوز است که باعث می‌شود تا از محل اتصال سیلندر و سرسیلندر هیچگونه عبور گاز یا مایعی اتفاق نیافتد. (آب بندی : جلوگیری از نشست یک سیال).

در ضمن سرسیلندر به وسیله پیچ کاملا به بدنه موتور چسبانیده می‌شود. سرسیلندر می‌بایست دارای یک سطح بسیار صاف و پرداخت شده در قسمت تحتانی باشد. البته این حالت برای سطح فوقانی سیلندر نیز الزامی است. تاب برداشتگی یا وجود خراش‌های عمیق در قسمت بالای بدنه موتور و یا قسمت تحتانی سرسیلندر می‌تواند مانع آب بندی کامل گردد. که در صورت جزئی بودن این نقایص می‌توان با صفحه تراشی آنها را رفع نمود.

قطعات سرسیلندر

سرسیلندر دارای مجاری متعددی می‌باشد. برخی از آنها جهت آب و روغن تعبیه شده اند. گروهی دیگر از این مجاری جهت ورود هوا به داخل اتاقک احتراق تعبیه شده‌اند، که به آنها مانیفولد هوا می‌گویند. گروه سوم جهت خارج کردن گازهای ناشی از احتراق از اتاقک احتراق در نظر گرفته شده‌اند که به آنها مانیفولد دود می‌گویند.

سیستم دیگری که بر روی سرسیلندر موتورها نصب می‌شود ، سیستم سوپاپ‌ها است. که شامل سوپاپ ، میل سوپاپ ، اسبک‌ها ، فنرها و دیگر تجهیزات مربوطه می‌باشد. البته محل قرار گیری سوپاپ‌ها در سرسیلندر نیز به شکل متناسب با سوپاپ‌ها از قبل تعبیه شده است و برای آب بندی آنها ، عملیات ماشین کاری بر روی آنها انجام شده است.


اتاقک احتراق

که عمل تراکم مخلوط هوا و سوخت و نیز عمل انفجار این مخلوط در آنجا صورت می‌گیرد، نیز در بدنه سرسیلندر تعبیه شده‌ است که از لحاظ شکل و ابعاد دارای گونه‌های فراوانی است. ناگفته نماند که سرسیلندر در زیر یک درپوش محفوظ است.

طرز کار

قطعات عمده سرسیلندر که تحرک دارند همان سوپاپ‌های سرسیلندر می‌باشد که می‌بایست بصورت بسیار دقیق و متناسب با حرکات پیستون باز و بسته شوند. عمل باز و بسته شدن این سوپاپ‌ها و نیز زمان بندی آن (تعیین مدت زمان بسته بودن یا باز بودن سوپاپ‌ها) بوسیله میل بادامک انجام می‌پذیرد. قسمت‌های دیگر سرسیلندر که فاقد تحرک هستند کافیست که در برابر حرارت‌های بالای ایجاد شده در اثر احتراق و نیز در برابر شوک‌های بوجود آمده در اثر انفجار سوخت پایداری داشته باشند. و البته باز بودن مجاری عبور آب و روغن نیز ضروری است.


کاربرد

سرسیلندرها تنها در موتورهای احتراق داخلی چهار زمانه وجود دارند و علت استفاده از آنها این است که اگر به علت خرابی نیاز باشد که سیلندرها یا پیستونها دستکاری شوند، یا برداشته شوند، با باز کردن سرسیلندر دسترسی به آنها بسیار ساده‌تر خواهد بود.

انواع متورها

ریشه لغوی

ترکیب اشتعال جرقه‌ای ترجمه واژه انگلیسی «Spark Ignition» است. و به معنای شعله‌ور ساختن یک ماده سوختنی به کمک یک جرقه است.