تطبيق قوانين الغاز في الهندسة. التطبيق الفني لتفريغ الغاز التفريغ الغازي هو مجموعة من الظواهر الكهربائية والبصرية والحرارية التي تصاحب مرور التيار الكهربائي.

تحتوي الغازات على عدد من الخصائص التي تجعلها لا غنى عنها في عدد كبير جدًا من الأجهزة التقنية. يمكن تحديد جميع سمات سلوك الغازات ، مما يسمح باستخدامها في الممارسة العملية ، باستخدام معادلة الحالة (3.9.9).
غاز - جسم مرن مضغوط
على النحو التالي من معادلة الحالة ، فإن الضغط الذي يمارسه الغاز على جدران الوعاء هو
(Z-11-1)
يختفي هذا الضغط فقط عند m -> 0 (لا يوجد غاز تقريبًا) أو V - * oo (تمدد الغاز إلى أجل غير مسمى) ، وأيضًا عند T -1> O (لا تتحرك جزيئات الغاز).
قوة ضغط الغاز على الجدران F = pS ، هي شكل معين من أشكال القوة المرنة. الغاز مثل الزنبرك المضغوط دائمًا. من المهم أن يكون غاز الكتلة الصغيرة قادرًا على خلق ضغط كبير نسبيًا.
التحكم في ضغط الغاز
يمكن تغيير ضغط الغاز عن طريق تغيير حجمه أو درجة حرارته. بالإضافة إلى ذلك ، من السهل تعديل قوة ضغط الغاز دون تغيير حجمه أو درجة حرارته. الغاز عبارة عن "زنبرك" مضغوط ، يمكن تغيير "صلابته" بسرعة باستخدام الاعتماد النسبي المباشر لضغط الغاز على كتلته (انظر الصيغة (3.11.1)). من خلال زيادة كتلة الغاز في أي مكان مغلق ، يمكننا زيادة الضغط. يفعلون ذلك ، على سبيل المثال ، عن طريق نفخ إطار السيارة أو كرة القدم بالهواء. من خلال إطلاق بعض الغاز من الوعاء ، يتم تقليل ضغطه.
انضغاطية عالية للغازات
يتم ضغط الغازات ، خاصة عند الضغوط القريبة من الغلاف الجوي ، بسهولة مقارنة بالسوائل والمواد الصلبة. هذا يعني أن تغييرًا طفيفًا في الضغط يغير حجمها بشكل ملحوظ. على العكس من ذلك ، لا يؤدي التغيير الكبير في الحجم إلى تغيير كبير في الضغط.
بسبب الانضغاطية العالية للغاز ، تتغير قوة ضغطه قليلاً أثناء التمدد أو الانضغاط. لذلك ، يقوم الغاز ، الذي يدفع المكبس ، بقدر كبير من الشغل لمسافة طويلة.
تسمح الانضغاطية الجيدة للغازات بتخزينها بكميات كبيرة في اسطوانات ملائمة للتخزين. يتم نقل الغاز الطبيعي المضغوط عبر الأنابيب لمسافات تصل إلى آلاف الكيلومترات.
اعتماد حجم الغاز على درجة الحرارة
يزداد حجم الغازات بشكل ملحوظ مع زيادة درجة الحرارة. عند تسخينه بمقدار 1 درجة مئوية ، يزيد حجم الغاز عند ضغط ثابت بمئات المرات أكثر من حجم الأجسام السائلة والصلبة.
يتم استخدام جميع الخصائص المدرجة للغازات في التكنولوجيا.
الغاز - ممتص الصدمات

أرز. 3.16
هذه هي الطريقة التي يعمل بها إطار السيارة أو الدراجة الهوائية. عندما تصطدم العجلة بمطبات ، يتشوه الإطار الذي به هواء (الشكل 3.16) ويتم تخفيف الضغط الذي يستقبله محور العجلة بشكل كبير. إذا كان الإطار صلبًا ، فإن المحور سيقفز إلى ارتفاع النتوء أو أكثر.
الغاز - جسم عمل المحركات
تجعل الانضغاطية العالية للغازات والاعتماد الواضح لضغطها وحجمها على درجة الحرارة الغاز مائع عمل "مناسبًا" في المحركات التي تعمل بالغاز المضغوط وفي المحركات الحرارية.
إن خاصية الغاز في عدم الاحتفاظ بشكله وكثافته المنخفضة والقدرة على ضبط الضغط تجعل الغاز أحد أكثر ممتصات الصدمات تقدمًا.

في المحركات التي تعمل بالغاز المضغوط ، وخاصة الهواء المضغوط ، يتمدد الغاز (الهواء) بسبب انضغاطه الجيد ويعمل بضغط ثابت تقريبًا. يفتح الهواء المضغوط ، عن طريق الضغط على المكبس ، الأبواب في الحافلات وقطارات الأنفاق والقطارات الكهربائية. يقود الهواء المضغوط مكابس الفرامل الهوائية لعربات السكك الحديدية والشاحنات. المطرقة الهوائية والأدوات الهوائية الأخرى مدفوعة بالهواء المضغوط.
حتى في المركبات الفضائية ، توجد محركات نفاثة صغيرة تعمل بالغاز المضغوط - الهيليوم. يوجهون السفينة في الطريق الصحيح.
في محركات الاحتراق الداخلي في السيارات والجرارات والطائرات والمحركات النفاثة ، تُستخدم الغازات عالية الحرارة كسائل عامل يقود مكبسًا أو توربينًا أو صاروخًا.
عندما يتم حرق خليط قابل للاحتراق في أسطوانة (على سبيل المثال ، البنزين وأبخرة الهواء) ، ترتفع درجة الحرارة بشكل حاد ، ويزداد الضغط على المكبس ، ويعمل الغاز ، المتوسع ، طوال طول ضربة المكبس بالكامل (الشكل 3.17) ).
من الناحية العملية ، يمكن استخدام الغاز فقط بشكل فعال كسائل عامل في المحركات. تسخين سائل أو صلب إلى نفس درجة حرارة الغاز لن يؤدي إلا إلى حركة طفيفة للمكبس.
أي سلاح ناري هو في الأساس محرك حراري. سائل العمل هنا هو أيضًا غاز - منتجات احتراق المتفجرات. تدفع قوة ضغط الغاز الرصاصة خارج التجويف أو المقذوف خارج فوهة البندقية. ومن الضروري أن تعمل هذه القوة على طول القناة بأكملها. لذلك ، فإن سرعات الرصاصة والقذيفة هائلة: مئات الأمتار في الثانية.
غازات مخلخلة
تلعب الخصائص المفيدة للغازات ، المستخدمة بنجاح في التكنولوجيا ، دورًا سلبيًا في بعض الحالات. من الصعب التخلص من الغاز ، أي الحصول على الغاز في وعاء عند ضغط منخفض جدًا - في حالة الفراغ ، عندما لا تتصادم جزيئات الغاز مع بعضها البعض ، ولكن مع جدران الوعاء فقط.
هناك حاجة إلى تفريغ عالي في كثير من الحالات وخاصة في أنابيب أشعة الكاثود وأجهزة التفريغ الأخرى. في بعض الأحيان يكون من الضروري خلق فراغ بأحجام كبيرة جدًا ، على سبيل المثال ، في مسرعات الجسيمات الضخمة أو لمحاكاة الفضاء الخارجي. يبلغ قطر أحد أكبر أجهزة المحاكاة في هيوستن (الولايات المتحدة الأمريكية) 22 مترًا ويبلغ ارتفاعه مبنى مكونًا من 15 طابقًا (40 مترًا). عندما هبط رواد الفضاء على القمر ، قام طاقم النسخ الاحتياطي بنفس العمليات في جهاز المحاكاة. هذا جعل من الممكن توجيه تصرفات رواد الفضاء في حالة وقوع حوادث غير متوقعة.
هناك حاجة أيضًا إلى فراغ كبير للعديد من الأغراض الأخرى ، لا سيما لصهر المعادن الخالية من الأكاسيد ، وإنشاء العزل الحراري ، على سبيل المثال ، في الترمس.
تصبح مضخات المكبس التقليدية غير فعالة بسبب تسرب الغازات بين المكبس وجدران الأسطوانة. لا يمكن الحصول على ضغط أقل من أعشار ملليمتر من الزئبق بمساعدتهم. من الضروري استخدام أجهزة معقدة مختلفة لضخ الغازات.
في الوقت الحاضر ، تم الوصول إلى ضغوط تصل إلى 10 ~ 12 باسكال عند درجة حرارة 30 كلفن. عند تبريده لدرجة حرارة الهيليوم السائل (= 5 كلفن) ، يجب أن يكون الضغط 10 ~ 31 باسكال. لم يعد هذا الضغط قابلاً للقياس. تركيز الغاز عند مثل هذا الضغط هو n ~ 3 10 "11 m ~ 3. وهذا يعني ، على سبيل المثال ، أن الجزيء سوف يطير عبر مكعب بطول 1 متر مرة كل 3 سنوات. حتى الضغط في الخارج بين المجرات الفضاء أعلى بكثير: 10 27 باسكال. داخل مجرتنا ، الضغط هو 10 ~ 15 باسكال.

تفريغ الوهج - تفريغ غاز مستقل ، يتم تنفيذه عند ضغط منخفض. يتضمن تفريغ الوهج منطقتين رئيسيتين: -1 - منطقة غير مضيئة مجاورة مباشرة للكاثود (مساحة الكاثود المظلمة ؛ -2 - منطقة مضيئة (عمود مضيء موجب). مظهروتوزيع المعلمات في تفريغ توهج عادي

تطبيق تفريغ التوهج: في ZENAILITRONS الصمام الثنائي زينر هو عبارة عن جهاز تفريغ الغاز أو أشباه الموصلات ثنائي القطب ، يتغير الجهد فيه بشكل طفيف عندما يتغير التيار المتدفق فيه (ضمن حدود معينة). يستخدم S. للحفاظ على جهد ثابت في قسم معين من الدائرة الكهربائية ، على سبيل المثال ، في مثبتات الجهد. مخطط لتشغيل الصمام الثنائي زينر في منظم الجهد البارامتري

تطبيق تفريغ التوهج: في THYRATRONS ، Thyratron هو جهاز أيون ثلاثي الأقطاب مع كاثود بارد متوهج ، أو تفريغ توهج في وسط غاز يملأ الجهاز. تستخدم على نطاق واسع بشكل رئيسي في الدوائر لتشكيل نبضات قوية من التيار الكهربائي (بشكل أساسي كأجهزة تبديل في مُعدِّلات أجهزة إرسال محطات الرادار).

تفريغ شرارة - - تفريغ كهربائي غير ثابت في غاز يحدث في مجال كهربائي عند ضغط غاز يصل إلى عدة أجواء. يكون تفريغ الشرارة على شكل حزمة من القنوات المتعرجة الساطعة. شرارة ، أحد أشكال التفريغ الكهربائي في الغازات ؛ يحدث عادة عند ضغوط من الترتيب الجوي ويصاحبها مؤثر صوتي مميز - "صدع" الشرارة. في الظروف الطبيعية و. الأكثر شيوعًا في شكل البرق

تطبيق تفريغ الشرارة: I. r. وجدت مجموعة متنوعة من التطبيقات التقنية. بمساعدتها ، تبدأ عمليات الانفجارات والاحتراق ، ويتم قياس الفولتية العالية ؛ يتم استخدامه في التحليل الطيفي ، في مفاتيح الدوائر الكهربائية ، لمعالجة المعادن عالية الدقة. يعتمد على التأثير المحدد لتفريغ شرارة على مادة ما. يسمح بالحصول على منتجات ذات دقة عالية وخشونة سطح منخفضة قلم رصاص Electrospark. مخطط كاشف شرارة كهربائي محمول

تفريغ القوس هو تفريغ مستقل في غاز يحدث بجهد منخفض نسبيًا وبكثافة تيار عالية. السبب الرئيسي لتفريغ القوس هو الانبعاث الحراري المكثف للكاثود الساخن. التطبيق القوس الكهربائي هو أحد أنواع التفريغ القوسي المستقل في الغاز ، حيث تتركز ظاهرة التفريغ في خيوط بلازما ضيقة ومشرقة. مع الترتيب الأفقي للأقطاب الكهربائية ، يأخذ هذا السلك ، تحت تأثير التدفقات الصاعدة للغاز المسخن بواسطة التفريغ ، شكل قوس.

أضواء سانت إلمو أضواء سانت إلمو (شكل من أشكال تفريغ الهالة) ، تصريفات كهربائية في الغلاف الجوي على شكل شرابات مضيئة ، تُلاحظ أحيانًا عند الأطراف الحادة للأجسام الطويلة الشاهقة فوق سطح الأرض. إي س. تشكلت عند التوتر الحقل الكهربائيفي الغلاف الجوي بالقرب من الحافة تصل إلى قيمة أمر 500 v / m وأعلى ، والتي تحدث غالبًا أثناء عاصفة رعدية أو عند اقترابها ، وفي الشتاء أثناء العواصف الثلجية. وفقًا لطبيعة E. o. هي شكل خاص من أشكال التفريغ الاكليل. تفريغ كورونا تفريغ كورونا - هالة كهربائية ؛ يحدث مع عدم تجانس واضح للحقل الكهربائي بالقرب من الأقطاب الكهربائية. تتشكل الحقول المتشابهة عند أقطاب كهربائية ذات انحناء كبير جدًا للسطح (نقاط وأسلاك رفيعة). في K. r. هذه الأقطاب الكهربائية محاطة بتوهج مميز يسمى أيضًا الإكليل. غالبًا ما يظهر كورونا على الأجسام المدببة الطويلة حول أسلاك خط الكهرباء.

تطبيق تفريغ كورونا: في K. r. يتم تحويل الطاقة الكهربائية بشكل أساسي إلى طاقة حرارية - في التصادمات ، تعطي الأيونات طاقة حركتها إلى جزيئات الغاز المحايدة. تسبب هذه الآلية خسائر كبيرة في الطاقة على خطوط نقل الجهد العالي. تطبيق مفيد ل. توجد في المرشحات الكهربائية ، الطلاء الكهربائي (خاصة للطلاء بالمسحوق). مرشح كهربائي ، جهاز لإزالة الجسيمات السائلة أو الصلبة العالقة من الغازات الصناعية عن طريق تأين هذه الجسيمات عندما يمر الغاز عبر منطقة تفريغ الاكليل والترسيب اللاحق على الأقطاب الكهربائية

استخدام الغازات في التكنولوجيا

الغرض: دراسة خصائص الغازات وتطبيقاتها في التكنولوجيا

تعليمي: لتشكيل التفكير ، عادة مساعدة ودعم بعضنا البعض عند الأداء ، موقف ضميري تجاه المهمة التي يتم تنفيذها ؛

التطوير: تطوير الكلام ، الذاكرة ، الانتباه ، الاهتمام بالموضوع ، القدرة على العمل مع الأجهزة المادية ، مع كتاب مدرسي ، أدب إضافي ، القدرة على إبراز الشيء الرئيسي ، لتطبيق المعرفة في الممارسة.

خلال الفصول

منظمة. لحظة فحص الواجب المنزلي (اختبار) تنظيم عمل الطلاب في مجموعات أداء مجموعات الواجب المنزلي - الفقرة 4.8

أنا الخيار

1 - تقاس كمية المادة بـ:

A. الجزيئات

ذرات B.

كيلوغرام G.

E. كجم / مول

2. الكتلة المولية هي:

أ. كتلة المادة

كتلة مول واحد من مادة ما

الوزن الجزيئي النسبي

كتلة جزيء واحد (ذرة واحدة)

كمية المادة

1/12 من كتلة ذرة كربون

3. ثابت أفوجادرو يساوي عدديًا:

4. الجدول الزمني للعملية متساوي الحرارة هو:

أ. القطع المكافئ

ب

خط متقطع

G. مكعب مكافئ

د. المبالغة

E. القطع الناقص

5. قانون جاي لوساك مكتوب رياضيًا على النحو التالي:

6. كمية المادة تساوي النسبة:

كتلة المادة إلى الكتلة المولية

7. القيمة الثابتة في معادلة كلابيرون تسمى:

A. ثابت Avogadro

ثابت بولتزمان

ثابت غاز عالمي

G. درجة الحرارة المطلقة

كمية المادة

E. الكتلة المولية

8. مع عملية متساوية الحرارة:

9. مع التسخين متساوي الضغط:

د- ارتفاع درجات الحرارة وانخفاض الضغط

10. تحت ضغط متساوي الحرارة:

يزيد حجم V. ويقل الضغط

الثاني الخيار

1. تُقاس الكتلة المولية بـ:

A. الجزيئات

ذرات B.

كيلوغرام G.

E. كجم / مول

2. قانون تشارلز مكتوب رياضيًا على النحو التالي:

3. الرسم البياني لعملية isochoric هو:

أ. القطع المكافئ

ب

خط متقطع

G. مكعب مكافئ

د. المبالغة

E. القطع الناقص

4. ثابت بولتزمان يساوي عدديًا:

5. تقاس درجة الحرارة المطلقة بـ: A. درجة فهرنهايت

ب. درجات مئوية

V. درجات ريومور

G. كيلفيناخ

هاء موازين الحرارة

6. ثابت أفوجادرو هو:

أ. كتلة مول واحد من مادة ما

عدد الجزيئات لكل وحدة حجم للمادة

عدد الجزيئات في مول من مادة ما

ثابت غاز عالمي

د- نسبة كتلة مادة ما إلى كتلتها المولية

E. نسبة عدد جزيئات مادة ما إلى عدد الجزيئات في مول من مادة ما

7. كمية المادة تساوي النسبة:

أ. كتلة جزيء (ذرة) للكتلة المولية

ب. الكتلة الموليةإلى ثابت أفوجادرو

كتلة المادة إلى الوزن الجزيئي النسبي

عدد الجزيئات (الذرات) لثابت أفوجادرو

عدد الجزيئات (الذرات) للكتلة المولية

هاء كتلة الجزيء (الذرة) إلى ثابت أفوجادرو

8. مع عملية متساوية الضغط:

أ مع زيادة الضغط ، ينخفض ​​الحجم

مع زيادة الضغط ، يزداد الحجم

ب. الضغط والحجم لا يتغيران

G. عندما ينخفض ​​الضغط ، ينخفض ​​الحجم

D. مع زيادة درجة الحرارة ، يزداد الحجم

E. مع زيادة الحجم ، تنخفض درجة الحرارة

9. مع تبريد متساوي الصدور:

A. الضغط ودرجة الحرارة دون تغيير

ب- ترتفع درجة الحرارة ويزداد الضغط

ب- درجة الحرارة ثابتة والضغط آخذ في الازدياد

يزيد الحجم ، لكن الضغط يظل دون تغيير

د- انخفاض درجة الحرارة والضغط

E. حجم ودرجة الحرارة دون تغيير

10. مع التمدد متساوي الحرارة:

A. درجة الحرارة ثابتة والضغط ينخفض

B. درجة الحرارة ثابتة والضغط آخذ في الازدياد

زيادة درجة الحرارة وانخفاض الضغط

د- انخفاض الحجم والضغط

د- انخفاض الحجم ودرجة الحرارة

E. الضغط ودرجة الحرارة دون تغيير.

الإجابات الصحيحة:

الخيار الأول - B B E D D D C A D B

الخيار الثاني - E G B D D C D E Y A

معايير تقييم نتائج مهمة الاختبار:

9-10 صحيحة - "5"

رقم 8 صحيح - "4"

6-7 صحيحة - "3"

< 6 верно – «2»

للطلاب الضعفاء ، يتم تقديم إملاء جسدي

P * V = const - الصيغة _______ من العملية الرسم البياني لعملية متساوي الضغط هو _______ في عملية متساوية الضغط مع انخفاض درجة الحرارة ، يكون الضغط ________ وفقًا لقانون Gay-Lussac ، مع زيادة الحجم ، يكون الضغط _________ V / T = const هي صيغة القانون _________ وفقًا لقانون Boyle-Mariotte ، القيمة الثابتة هي _________ التسخين المتساوي الضغط - عندما ترتفع درجة الحرارة ، والضغط ________ من الرسوم البيانية الثلاثة - الأيزوبار ، متساوي الحرارة ، متساوي الزوايا ، القطع الزائد هو _______ في الانضغاط متساوي الحرارة ، تكون درجة الحرارة ثابتة ، والضغط _______ في عملية متساوي الضغط ، تكون القيمة الثابتة _______

ينقسم الفصل إلى مجموعات ، وفقًا للمواد المحددة ، يقوم الطلاب بإعداد مجموعة والدفاع عنها.

خصائص الغازات

الغاز (الحالة الغازية) (من الهولندي. الغاز ، يعود إلى اليونانية الأخرى. hpt) - إحدى الحالات التراكمية الأربع للمادة ، تتميز بالروابط الضعيفة جدًا بين الجزيئات المكونة لها (الجزيئات ، الذرات أو الأيونات) ، وكذلك حركتهم العالية. تتحرك جزيئات الغاز بحرية وبشكل عشوائي تقريبًا في الفترات الفاصلة بين الاصطدامات ، والتي يحدث خلالها تغيير حاد في طبيعة حركتها. أيضًا ، يمكن تعريف مصطلح "غاز" على أنه مادة تساوي درجة حرارتها النقطة الحرجة أو تتجاوزها ، وعند درجة الحرارة هذه لا يؤدي ضغط الغاز إلى تكوين سائل. هذا هو الفرق بين الغاز والبخار. عندما يزداد الضغط ، يتحول البخار المشبع جزئيًا إلى سائل ، ولا يتحول الغاز.

الحالة الغازية للمادة في ظل الظروف التي يُطلق فيها عادةً على وجود سائل ثابت أو طور صلب من نفس المادة اسم بخار.

مثل السوائل ، الغازات سائلة وتقاوم التشوه. على عكس السوائل ، لا تحتوي الغازات على حجم ثابت ولا تشكل سطحًا حرًا ، ولكنها تميل إلى ملء الحجم المتاح بالكامل (على سبيل المثال ، وعاء).

الحالة الغازية هي الحالة الأكثر شيوعًا للمادة في الكون (المادة بين النجوم ، السدم ، النجوم ، الغلاف الجوي للكواكب ، إلخ). بواسطة الخواص الكيميائيةالغازات ومخاليطها متنوعة للغاية - من الغازات الخاملة منخفضة النشاط إلى مخاليط الغازات المتفجرة. يمتد مفهوم "الغاز" أحيانًا ليس فقط ليشمل تجمعات الذرات والجزيئات ، ولكن أيضًا ليشمل تكتلات الجسيمات الأخرى - الفوتونات ، والإلكترونات ، والجسيمات البراونية ، وكذلك البلازما.

أهم ميزة للحركة الحرارية لجزيئات الغاز هي الحركة الفوضوية (الفوضوية). الحركة البراونية هي أيضًا دليل تجريبي على الطبيعة المستمرة لحركة الجزيئات.

الانتشار هو ظاهرة الاختراق التلقائي لجزيئات مادة إلى أخرى. نتيجة الانتشار المتبادل للمواد ، يتساوى تركيزها تدريجياً في جميع مناطق الحجم التي تشغلها. ثبت أن معدل عملية الانتشار يعتمد على نوع المواد ودرجة الحرارة.

واحدة من أكثر الظواهر إثارة للاهتمام والتي تؤكد عشوائية حركة الجزيئات هي الحركة البراونية ، والتي تتجلى في شكل حركة حرارية لجزيئات مجهرية لمادة معلقة في غاز. لوحظت هذه الظاهرة لأول مرة في عام 1827 من قبل R.Brown ، ومن اسمه حصلت على اسمها. تفسر عشوائية حركة هذه الجسيمات بالطبيعة العشوائية لنقل النبضات من جزيئات الغاز إلى جسيم من اتجاهات مختلفة. كلما كانت الحركة البراونية أكثر وضوحًا ، كلما صغر حجم الجسيم وزادت درجة حرارة النظام. يشير الاعتماد على درجة الحرارة إلى أن سرعة الحركة الفوضوية للجزيئات تزداد مع زيادة درجة الحرارة ، وهذا هو سبب تسميتها بالحركة الحرارية.

مثل الغاز

يمكن أن يُطلق على ممتص الصدمات بأمان أهم مكون لتعليق أي سيارة. بدون هذه العقدة الصغيرة ، ستكون القيادة ببساطة لا تطاق بسبب التأرجح الرأسي المستمر لجسم السيارة. يلعب ممتص صدمات السيارات دور نوع من المثبط ، اهتزازات التخميد من الينابيع أو الينابيع أو قضبان الالتواء. يتم توزيع كتلة جسم السيارة على نوابض التعليق بطريقة يتم فيها ضغط الأخير باستمرار بمقدار معين ، اعتمادًا على وزن السيارة وصلابة الينابيع. وبالتالي ، فإن كل عجلة في السيارة لديها القدرة على التحرك لأعلى ولأسفل بالنسبة إلى الجسم. نتيجة لذلك ، يتم تحقيق التلامس المستمر لكل عجلة مع سطح الطريق ، بغض النظر عما إذا كانت العجلة قد اصطدمت بمطبات أو حفرة. ولكن إذا لم يكن هناك ممتص للصدمات ، فلن يكون الاتصال بالطريق ثابتًا بسبب اهتزازات الينابيع. ربما يكون الكثير من الناس على دراية بالأحاسيس عندما تبدأ عجلات السيارة في الارتداد عند أدنى نتوء وحتى عند سرعة 30 كم / ساعة ، فهناك تدهور في السيطرة على السيارة. مثل هذه الأعراض تتحدث فقط عن فشل امتصاص الصدمات. مما سبق ، يمكن فهم أن ممتص الصدمات يعمل على تخفيف الاهتزازات الزائدة من الينابيع ويضمن الاتصال المستمر للعجلات بسطح الطريق. أنواع مختلفة من ماصات الصدمات إذا سألت أي سائق عن أنواع ماصات الصدمات التي يعرفها ، فستكون الإجابة شيئًا من هذا القبيل: النفط والغاز والنفط والغاز. وهذا خطأ جوهري ، لأن جميع ماصات صدمات السيارات تحتوي على زيت أو سائل آخر (المزيد عن ذلك لاحقًا). بشكل صحيح ، يمكن تقسيم ممتصات الصدمات إلى زيت وغاز. وإذا لم تلمس جميع أنواع التعليق الهوائي والقابل للتعديل ، فهناك ممتص صدمات من أنبوب واحد أو أنبوبين. ممتص الصدمات بالزيت مزدوج الأنبوب (هيدروليكي) ممتص الصدمات الهيدروليكي مزدوج الأنبوب هو أبسط وأرخص ، ولسوء الحظ ، الأكثر استقرارًا. يتكون ممتص الصدمات ثنائي الأنبوب من المكونات التالية: جسم أسطواني (خزان) ؛ اسطوانة العمل صمام شوط مباشر (ضغط) مدمج في أسطوانة العمل ؛ مكبس؛ صمام شوط عكسي (ارتداد) مدمج في المكبس ؛ مخزون؛ غلاف. توجد أسطوانة العمل في غلاف ممتص الصدمات ، والذي يعمل أيضًا كخزان ويمتلئ بكمية معينة من الزيت. المكبس متصل بالقضيب ويقع في أسطوانة العمل. مبدأ تشغيل ممتص الصدمات هذا بسيط للغاية. عند العمل بالضغط ، يتحرك المكبس بالقضيب لأسفل ويزيل الزيت عبر صمام السكتة الدماغية الأمامي من أسطوانة العمل إلى جسم ممتص الصدمات. في هذه الحالة ، يتم ضغط الهواء الموجود في الجزء العلوي من الخزان قليلاً. عند الارتداد ، يتحرك المكبس في الاتجاه المعاكس ومن خلال الصمام الخلفي يتجاوز الزيت من الغلاف إلى أسطوانة العمل. يمتص ممتص الصدمات الهيدروليكي عددًا من العيوب الخطيرة. العيب الرئيسي هو الحرارة. كما تعلم ، فإن انقراض إحدى الطاقة يؤدي إلى ظهور طاقة أخرى ، وفي ممتص الصدمات - تتحول الاهتزازات المعوضة للنابض إلى ويسخن الزيت وفقًا لذلك. نظرًا لتصميم الأنبوبين والحجم الصغير نسبيًا ، يسخن الزيت بسرعة ، لكنه يبرد بشكل سيئ. تولد هذه المشكلة تلقائيًا المشكلة التالية - رغوة الزيت. لا توجد وسيلة لمحاربة هذا ، ولكن سائقي السيارات المتمرسين كثيرًا ما يحاولون التخلص من التهوية عن طريق ملء ممتص صدمات جديد بالزيت ، والذي يسمى "مقل العيون".

الغاز كسوائل عمل للمحركات

حرارة العمل - في الهندسة الحرارية والديناميكا الحرارية ، جسم مادة مشروط غير قابل للاستبدال يتمدد عندما يتم توفير الحرارة له ويتقلص عند التبريد وعندما يتحرك الجسم العامل لمحرك حراري. في التطورات النظرية ، عادةً ما يكون لسائل العمل خصائص الغاز المثالي.

من الناحية العملية ، فإن سائل العمل للمحركات الحرارية هو نتاج احتراق الوقود الهيدروكربوني (البنزين ، وقود الديزل ، إلخ) ، أو بخار الماء ، الذي يحتوي على معايير ديناميكية حرارية عالية (مبدئيًا: درجة الحرارة ، الضغط ، السرعة ، إلخ.)

تستخدم آلات التبريد الفريونات والهيليوم

المحرك الحراري ، آلة لتحويل الطاقة الحرارية إلى أعمال ميكانيكية. في المحرك الحراري ، يتمدد الغاز ، مما يؤدي إلى الضغط على المكبس ، مما يؤدي إلى تحريكه ، أو على شفرات عجلة التوربين ، مما يؤدي إلى تدويرها. من أمثلة المحركات الترددية المحركات البخارية ومحركات الاحتراق الداخلي (والديزل). توربينات المحرك هي الغاز (على سبيل المثال ، في محركات الطائرات النفاثة) والبخار.

في المحركات الحرارية الترددية ، يتمدد الغاز الساخن في الأسطوانة ، ويحرك المكبس ، وبالتالي يقوم بعمل ميكانيكي. لتحويل الحركة الترددية المستقيمة للمكبس إلى عمود ، عادة ما يتم استخدام آلية كرنك.

في محركات الاحتراق الخارجية (على سبيل المثال ، في المحركات البخارية) ، يتم تسخين سائل العمل عن طريق حرق الوقود خارج المحرك ويتم إدخال الغاز (البخار) في الأسطوانة عند درجة حرارة وضغط مرتفعين. يبرد الغاز ، الذي يتمدد وتحرك المكبس ، وينخفض ​​ضغطه ليقترب من الغلاف الجوي. تتم إزالة غاز العادم هذا من الأسطوانة ، ثم يتم تزويده بجزء جديد من الغاز - إما بعد عودة المكبس إلى موضعه الأصلي (في المحركات أحادية المفعول - بمدخل أحادي الجانب) ، أو من الجانب الخلفي من المكبس (في محركات مزدوجة المفعول). في الحالة الأخيرة ، يعود المكبس إلى موضعه الأصلي تحت تأثير جزء جديد متوسع من الغاز ، وفي المحركات أحادية المفعول ، يعود المكبس إلى موضعه الأصلي بواسطة دولاب الموازنة المركب على عمود الكرنك. في المحركات ذات المفعول المزدوج ، هناك نوعان من الأشواط لكل ثورة في العمود ، وفي المحركات أحادية المفعول ، واحدة فقط ؛ لذلك ، فإن المحركات الأولى هي ضعف القوة بنفس الأبعاد والسرعات.

في محركات الاحتراق الداخلي ، يتم الحصول على الغاز الساخن الذي يحرك المكبس عن طريق حرق خليط من الوقود والهواء مباشرة في الاسطوانة.

لتزويد أجزاء جديدة من سائل العمل وغاز العادم في المحركات ، يتم استخدام نظام الصمامات. يتم توريد الغاز وإطلاقه في مواضع محددة بدقة للمكبس ، والتي يتم توفيرها بواسطة آلية خاصة تتحكم في تشغيل صمامات السحب والعادم.

غازات مخلخلة

يتناسب طول المسار الحر للجزيئات عكسياً مع ضغط الغاز. مع خلخلة الغاز ، يزداد بشكل طبيعي ، حيث يصل ، على سبيل المثال ، إلى 1 سم عند ضغط 0.009 مم زئبق. فن. وعدة كيلومترات في خلخلة عالية (عالية). في ظل هذه الظروف ، عندما يصبح متوسط ​​طول المسار أكبر بكثير من حجم الوعاء ، نادرًا ما تحدث تصادمات بين جزيئات الغاز ، وينتقل كل جزيء معين من أحد جدران الوعاء إلى الآخر ، في معظم الأحيان دون اصطدام مع الآخر. الجزيئات. نتيجة لذلك ، تتغير بشكل كبير خصائص مثل اللزوجة ، والانتشار ، والتوصيل الحراري ، والتي تعتمد بشكل أساسي على الاصطدامات بين الجزيئات. يتم استخدام انخفاض شديد جدًا في الموصلية الحرارية للغازات عند الفراغ العالي عمليًا في الترمس ، في أوعية ديوار الصناعية والمختبرية. يتم تحقيق العزل الحراري فيها بشكل أساسي من خلال حقيقة أن الأوعية مصنوعة من جدران مزدوجة ويتم إنشاء فراغ عالي في الفراغ بينهما.

الكيميائي الاسكتلندي جيمس ديوار (1842-1923). قام بإعداد كمية كبيرة من الأكسجين السائل ، والتي خزنها في وعاء اخترعه ، يسمى وعاء ديوار. وعاء ديوار عبارة عن قارورة ذات جدران مزدوجة ، من المساحة التي يتم فيها ضخ الهواء للخارج ، وتكون الموصلية الحرارية للغاز المخلخل بين الجدران صغيرة جدًا لدرجة أن درجة حرارة المادة الموضوعة في الوعاء تظل ثابتة لفترة طويلة. لإبطاء عملية نقل الحرارة بشكل أكبر ، قام ديوار بتغطية جدران الوعاء بالفضة (الترمس المنزلي هو مجرد وعاء ديوار مزود بسدادة).

فراغ عميق

لتحقيق تفريغ عميق ، على سبيل المثال بترتيب 10-6 ملم زئبق. الفن ، استخدم ما يسمى بمضخات الانتشار. هناك نوعان رئيسيان من مضخات الانتشار: الزئبق والزيت. إنها أحادية المرحلة ومتعددة المراحل ، وغالبًا ما تكون على مرحلتين.

الحصول على فراغ عميق

لتحقيق تفريغ عميق ، على سبيل المثال بترتيب 10-6 ملم زئبق. الفن ، استخدم ما يسمى بمضخات الانتشار. هناك نوعان رئيسيان من مضخات الانتشار: الزئبق والزيت. إنها أحادية المرحلة ومتعددة المراحل ، وغالبًا ما تكون على مرحلتين. مبدأ الجهاز من كلا النوعين هو نفسه تقريبًا.

على التين. يوضح الشكل 1 مخططًا لمضخة الزئبق لانتشار الزجاج. وهو يتألف من خزان 1 متصل بالزئبق بثلاجة 2. يتم إحضار الزئبق إلى درجة الغليان عن طريق التسخين بموقد غاز أو فرن كهربائي. يرتفع بخار الزئبق عبر الأنبوب 3 ، ويدخل إلى الثلاجة ، حيث يتكثف ويعود إلى الخزان / عبر الأنبوب 4. يعتمد مبدأ تشغيل المضخة على حقيقة أنه بسبب التكثيف الجزئي لبخار الزئبق داخل الثلاجة بالقرب من النهاية من الأنبوب 5 ، يبدو أن ضغط بخار الزئبق (أو سائل آخر) قد انخفض. لذلك ، ينتشر الغاز الموجود في الأنبوب 6 في المنطقة بضغط منخفض ثم يتم نقل الأنبوب 7 بعيدًا إلى الجزء الأمامي من التركيب

مع وجود ضغط مرتفع نسبيًا في التركيب ، ينعكس بخار الزئبق في الأنبوب 5 ، الذي يصطدم بجزيئات الغاز الموجودة بالقرب من نهاية هذا الأنبوب ، في جميع الاتجاهات. في الوقت نفسه ، ينتشر الغاز الموجود في الأنبوب 6 في التدفق القادم لبخار الزئبق ، والذي لم يتح له الوقت بعد للتكثيف. لا ينبغي استخدام مضخة نشر الزئبق في مثل هذه الحالات.

أثناء تشغيل مضخة الانتشار ، من الضروري مراقبة التبريد الصحيح لجزء التكثيف بعناية. يجب توفير الماء للثلاجة قبل بدء تسخين الفرن تحت الخزان بالزئبق وإيقافه بعد توقف الزئبق عن الغليان. ومع ذلك ، يجب تشغيل تسخين المضخة فقط بعد إنشاء الفراغ الأمامي بالفعل.

في حالة حدوث أي عطل في التركيب ، يجب إيقاف تسخين مضخة الزئبق على الفور ولا ينبغي فعل أي شيء لتصحيح الخطأ أو الحادث حتى تبرد تمامًا. يمكن أن تكون أسباب الحادث: ارتفاع درجة حرارة الثلاجة نتيجة توقف أو إبطاء تدفق المياه ، وانهيار الثلاجة بسبب زيادة تدفق المياه من خلال جهاز ساخن. إذا زاد الضغط في المنشأة ، سيتوقف الزئبق عن الغليان وستبدأ درجة حرارته في الارتفاع. يمكن أن يحدث حادث أيضًا مع غليان مفاجئ للزئبق المحموم.

للحصول على فراغ بترتيب 10-6 مم زئبق. فن. من الضروري تركيب مضختين من مرحلة واحدة أو مضخة واحدة ذات مرحلتين على التوالي.

على التين. يوضح الشكل 2 مضخة نشر عالية الفراغ مغمورة بالزيت ذات مرحلتين مع تسخين كهربائي داخلي. يجب سكب الزيت فيه بما لا يزيد عن 60-70 سم 3. يجب توخي الحذر لضمان تغطية ملف التسخين بالكامل بطبقة معدنية منتشرة يصل سمكها إلى 2 مم. يمكن أن يتداخل الكثير من الزيت مع العملية الطبيعية لأنه يتسبب في تأخر الغليان. بعد حوالي 15 دقيقة من الإحماء ، تبدأ مضخة الانتشار في العمل. أذا أردت؛ قم بإيقاف تشغيل المضخة ، قم أولاً بإيقاف التسخين الكهربائي ، اترك الزيت يبرد إلى حوالي 400 درجة مئوية ، وبعد ذلك فقط قم بإيقاف تشغيل التبريد وتهوية المضخة.

يجب استبدال زيت الانتشار بزيت طازج من وقت لآخر. يمكن الحكم على ملاءمة زيت الانتشار من خلال لونه: الزيت الملون بشدة غير مناسب للعمل.

أرز. 1. مضخة انتشار الزئبق الزجاجي

أرز. 2Glass عالية فراغ مضخة نشر النفط مرحلتين.

بعد إزالة الزيت من الجهاز ، يتم شطف الجزء الداخلي من المضخة برباعي كلوريد الكربون. قبل ملء المضخة بالزيت ، يجب إزالة جميع بقايا المذيبات تمامًا.

محرك هوائي

أنظمة الغاز أنظمة تعمل بالهواء المضغوط بضغط الهواء.

محرك هوائي

الحمل الحراري الطبيعي

الخلايا المغلقة

غاز مضغوط مسبقًا الدوران (مغلق) و غير متداول

في الاتجاه الأول

الاتجاه الثاني

الاتجاه الثالث

تدفق الهواء

يتم تقليل الحسابات الهندسية للأنظمة الهوائية لتحديد سرعات ومعدلات تدفق الهواء أثناء ملء وتفريغ الخزانات (غرف عمل المحرك) ، وكذلك مع تدفقها عبر خطوط الأنابيب من خلال المقاومة المحلية. نظرًا لانضغاط الهواء ، فإن هذه الحسابات أكثر تعقيدًا بكثير من تلك الخاصة بالأنظمة الهيدروليكية ، ولا يتم إجراؤها بالكامل إلا في الحالات الحرجة بشكل خاص. يمكن العثور على وصف كامل لعمليات تدفق الهواء في دورات ديناميكية الغاز الخاصة.

الأنماط الرئيسية لتدفق الهواء (الغاز) هي نفسها بالنسبة للسوائل ، أي تجري رقائقيو عنيفأنظمة التدفق ، وطبيعة التدفق الثابتة وغير المستقرة ، والتدفق المنتظم وغير المنتظم بسبب المقطع العرضي المتغير لخط الأنابيب ، وجميع الخصائص الحركية والديناميكية الأخرى للتدفقات. بسبب اللزوجة المنخفضة للهواء والسرعات العالية نسبيًا ، يكون نظام التدفق مضطربًا في معظم الحالات.

بالنسبة للمشغلات الهوائية الصناعية ، يكفي معرفة انتظام الطبيعة الثابتة لتدفق الهواء. اعتمادًا على شدة التبادل الحراري مع البيئة ، يتم حساب معلمات الهواء مع مراعاة نوع العملية الديناميكية الحرارية ، والتي يمكن أن تكون من متساوي الحرارة (مع التبادل الحراري الكامل والوفاء بالشرط تي= const) إلى ثابت الحرارة (لا يوجد انتقال للحرارة).

عند السرعات العالية للمشغلات وتدفق الغاز من خلال المقاومة ، تعتبر عملية الضغط ثابتة ثابتة مع الأس ثابت الحرارة ك= 1.4. في العمليات الحسابية العملية ، يتم استبدال الأس ثابت الحرارة بالأس متعدد الاتجاهات (عادةً ما يتم أخذها ن= 1.3 ... 1.35) ، مما يجعل من الممكن مراعاة الخسائر الناتجة عن احتكاك الهواء وانتقال الحرارة المحتمل.

في الظروف الحقيقية ، يحدث بعض التبادل الحراري حتمًا بين الهواء وأجزاء النظام ، ويحدث ما يسمى بالتغير متعدد الاتجاهات في حالة الهواء. يتم وصف النطاق الكامل للعمليات الحقيقية بواسطة معادلات هذه الحالة

الكهروضوئية= const

أين ن- مؤشر متعدد الاتجاهات ، متفاوت من ن= 1 (عملية متساوية الحرارة) حتى ن= 1.4 (عملية ثابتة الحرارة).

يعتمد حساب تدفق الهواء على معادلة برنولي المعروفة لحركة الغاز المثالي

يتم التعبير عن شروط المعادلة بوحدات الضغط ، ولهذا السبب غالبًا ما يشار إليها باسم "الضغوط":
ض - ضغط الوزن
ع - ضغط ثابت
- ضغط عالي السرعة أو ديناميكي.

من الناحية العملية ، غالبًا ما يتم إهمال ضغط الوزن وتأخذ معادلة برنولي الشكل التالي

يسمى مجموع الضغوط الثابتة والديناميكية الضغط الكلي. P0. وهكذا نحصل

عند حساب أنظمة الغاز ، من الضروري مراعاة اختلافين أساسيين من حساب الأنظمة الهيدروليكية.

الاختلاف الأول هو أنه ليس تدفق الهواء الحجمي هو الذي يتم تحديده ، بل الكتلة. يتيح لك ذلك توحيد ومقارنة معلمات العناصر المختلفة للأنظمة الهوائية للهواء القياسي (ρ = 1.25 كجم / م 3 ، υ = 14.9 م 2 / ث عند ص= 101.3 كيلو باسكال و ر= 20 درجة مئوية). في هذه الحالة ، تتم كتابة معادلة التكلفة كـ

س م 1 = س م 2أو υ 1 الخامس 1 ق 1= υ 2 الخامس 2 ق 2

الاختلاف الثاني هو أنه في سرعات تدفق الهواء الأسرع من الصوت ، تتغير طبيعة اعتماد معدل التدفق على انخفاض الضغط عبر المقاومة. في هذا الصدد ، هناك مفاهيم لأنظمة تدفق الهواء دون الحرجة وفوق الحرجة. يتم شرح معنى هذه المصطلحات أدناه.

ضع في اعتبارك تدفق الغاز من الخزان عبر فتحة صغيرة مع الحفاظ على ضغط ثابت في الخزان (الشكل 11.1). سنفترض أن أبعاد الخزان كبيرة جدًا مقارنة بأبعاد المخرج بحيث يمكننا إهمال سرعة الغاز تمامًا داخل الخزان ، وبالتالي سيكون ضغط ودرجة حرارة وكثافة الغاز داخل الخزان القيم ص 0, ρ 0 و T0.

الشكل 11.1. تدفق الغاز من ثقب في جدار رقيق

يمكن تحديد معدل تدفق الغاز من صيغة التدفق الخارج لسائل غير قابل للضغط ، أي

يتم تحديد معدل تدفق الكتلة للغاز الذي يتدفق عبر الفتحة بواسطة الصيغة

حيث ω 0 هي مساحة المقطع العرضي للفتحة.

موقف سلوك ع / ع 0تسمى درجة تمدد الغاز. يوضح تحليل الصيغة (11.7) أن التعبير الموجود أسفل الجذر بين قوسين مربعين يتلاشى عندما ع / ع 0= 1 و ع / ع 0= 0. هذا يعني أنه عند قيمة معينة لنسبة الضغط ، يصل تدفق الكتلة إلى الحد الأقصى كيوماكس. مؤامرة تدفق كتلة الغاز مقابل نسبة الضغط ع / ع 0هو مبين في الشكل 11.2.

الشكل 11.2. اعتماد معدل التدفق الكتلي للغاز على نسبة الضغوط

نسبة الضغط ع / ع 0، عندما يصل تدفق الكتلة إلى أقصى قيمته ، يسمى حرج. يمكن إثبات أن نسبة الضغط الحرجة هي

كما يتضح من الرسم البياني الموضح في الشكل 11.2 ، مع انخفاض ع / ع 0بالمقارنة مع معدل التدفق الحرج يجب أن ينخفض ​​(الخط المتقطع) وعند ع / ع 0= 0 يجب أن تكون قيمة التدفق مساوية للصفر ( ق= 0). ومع ذلك ، هذا لا يحدث في الواقع.

في الواقع ، مع المعلمات المعطاة ص 0, ρ 0 و T0سيزداد معدل التدفق ومعدل التدفق مع انخفاض الضغط خارج الخزان صطالما أن هذا الضغط أقل من الضغط الحرج. عندما يصل الضغط p إلى قيمة حرجة ، يصبح معدل التدفق الأقصى ، وتصل سرعة التدفق الخارج إلى قيمة حرجة مساوية لسرعة الصوت المحلية. يتم تحديد السرعة الحرجة بواسطة الصيغة المعروفة

بعد أن تصل السرعة إلى سرعة الصوت عند مخرج الحفرة ، ينخفض ​​الضغط الخلفي مرة أخرى صلا يمكن أن يؤدي إلى زيادة في سرعة التدفق ، لأنه وفقًا لنظرية انتشار الاضطرابات الصغيرة ، فإن الحجم الداخلي للخزان سيصبح غير ممكن الوصول إليه بسبب الاضطرابات الخارجية: سيتم "قفله" بواسطة التدفق بسرعة الصوت. لا يمكن لجميع الاضطرابات الخارجية الصغيرة أن تخترق الخزان ، حيث سيتم منعها بواسطة تدفق له نفس سرعة انتشار الاضطراب. في هذه الحالة ، لن يتغير معدل التدفق ، وسيبقى الحد الأقصى ، وسيأخذ منحنى التدفق شكل خط أفقي.

وبالتالي ، هناك منطقتان (مناطق) تدفق:

الوضع دون الحرج، الذي

نظام فوق الحرج، الذي

في المنطقة فوق الحرجة ، توجد سرعة قصوى ومعدل تدفق يقابل التمدد الحرج للغاز. بناءً على ذلك ، عند تحديد معدلات تدفق الهواء ، يتم تحديد وضع التدفق الخارجي (المنطقة) مبدئيًا عن طريق انخفاض الضغط ، ثم معدل التدفق. تؤخذ خسائر احتكاك الهواء في الاعتبار من خلال معامل التدفق μ ، والذي يمكن حسابه بدقة كافية بواسطة الصيغ لسائل غير قابل للضغط (μ = 0.1 ... 0.6).

أخيرًا ، يتم تحديد السرعة والحد الأقصى لتدفق الكتلة في المنطقة دون الحرجة ، مع مراعاة ضغط الطائرة ، بواسطة الصيغ

تحضير الهواء المضغوط

في الصناعة ، يتم استخدام تصميمات مختلفة لآلات تزويد الهواء تحت الاسم العام المخبرين. عند إنشاء ضغط زائد يصل إلى 0.015 ميجا باسكال ، يتم استدعاؤها المشجعين، وعند ضغوط تزيد عن 0.115 ميجا باسكال - ضواغط.

تنتمي المراوح إلى آلات الشفرات ذات الحركة الديناميكية ، بالإضافة إلى الغرض الرئيسي منها - التهوية - فهي تُستخدم في أنظمة النقل الهوائي وأنظمة الأتمتة الهوائية ذات الضغط المنخفض.

في المشغلات الهوائية ، تعمل الضواغط ذات ضغط العمل في حدود 0.4 ... 1.0 ميجا باسكال كمصدر للطاقة. يمكن أن تكون حجمية (عادة مكبس) أو ديناميكية (ريشة). تتم دراسة نظرية تشغيل الضواغط في تخصصات خاصة.

وفقًا لنوع المصدر وطريقة توصيل الالتهاب الرئوي ، هناك رئيسي, ضاغطو قابلة للشحنمحرك هوائي.

صُندُوقيتميز المحرك الهوائي بشبكة واسعة من الخطوط الهوائية الثابتة التي تربط محطة الضاغط بورشة العمل والمستهلكين المحليين داخل شركة واحدة أو عدة شركات. تم تجهيز محطة الضاغط بالعديد من خطوط الضاغط التي توفر للمستهلكين إمدادًا مضمونًا بالهواء المضغوط ، مع مراعاة إمكانية التشغيل غير المتكافئ لهذا الأخير. يتم تحقيق ذلك عن طريق تركيب أجهزة تخزين طاقة هوائية وسيطة (مستقبلات) في كل من المحطة نفسها وفي المواقع. عادة ما يتم حجز الخطوط الهوائية ، مما يضمن سهولة صيانتها وإصلاحها. يتم عرض مجموعة نموذجية من الأجهزة المدرجة في نظام تحضير الهواء في الرسم التخطيطي لمحطة الضاغط (الشكل 11.3).

الشكل 11.3. رسم تخطيطي لمحطة الضاغط

يمتص الضاغط 2 بمحرك دفع 3 الهواء من الغلاف الجوي من خلال مرشح السحب 1 ويضخه في المستقبل 7 من خلال صمام الفحص 4 والمبرد 5 ومجفف الفلتر 6. كنتيجة لتبريد الهواء باستخدام مبرد مائي 5 ، يتم تكثيف 70-80٪ من الرطوبة الموجودة في الهواء ، يدخل الهواء الذي يتم التقاطه بواسطة فاصل رطوبة المرشح مع رطوبة نسبية 100٪ إلى جهاز الاستقبال 7 ، مما يؤدي إلى تراكم الهواء الرئوي وتنعيم نبضات الضغط. إنه يبرد الهواء بشكل إضافي ويكثف قدرًا معينًا من الرطوبة ، والتي ، عند تراكمها ، يتم إزالتها مع الشوائب الميكانيكية من خلال الصمام 10. يكون جهاز الاستقبال مزودًا بالضرورة بصمام أمان واحد أو أكثر 8 ومقياس ضغط 9. يتم تفريغ الهواء من جهاز الاستقبال إلى خطوط الهواء المضغوط 12 عبر الصنابير 11. يلغي الصمام 4 إمكانية حدوث انخفاض حاد في الضغط في الشبكة الهوائية عند إيقاف تشغيل الضاغط.

محرك هوائي ضاغطيختلف عن العمود الفقري الموصوف أعلاه في حركته وعدد محدود من المستهلكين العاملين في وقت واحد. تستخدم الضواغط المتنقلة على نطاق واسع في أنواع مختلفة من أعمال البناء والإصلاح. وفقًا لمجموعة الأجهزة المضمنة في نظام تحضير الهواء ، فإنها لا تختلف عمليًا عن محطة الضاغط الموصوفة أعلاه (يتم استبدال مبرد الماء بمبرد هواء). يتم توفير الهواء للمستهلكين من خلال جلب من القماش المطاطي.

مشغل هوائي للبطاريةنظرًا لمحدودية الإمداد بالهواء المضغوط في الصناعة ، نادرًا ما يتم استخدامه ، ولكنه يستخدم على نطاق واسع في أنظمة التحكم المستقلة للآليات ذات مدة معينة من العمل. يوضح الشكل 11.4 عدة أمثلة لأنظمة تعمل بالهواء المضغوط تعمل بالبطاريات.

من أجل الإمداد المستمر بالسائل للنظام الهيدروليكي أو الوقود لمحركات الاحتراق الداخلي للأجهزة ذات الاتجاه المتغير في الفضاء ، يتم استخدام ضغط خزان السائل (الشكل 11.4 ، أ) من الأسطوانة الهوائية 1.

يتم توفير إزاحة السائل من الخزان 5 ، مقسومًا بغشاء إلى جزأين ، بضغط هواء ثابت ، اعتمادًا على إعداد صمام تخفيض الضغط 3 عند تشغيل الصمام الكهربائي 2. الضغط المحدود محدد بالصمام 4.

يتكون نظام التحكم في الموقف للطائرة (الشكل 11.4 ، ب) من محركات هواء نفاثة تحكم 4 ، تعمل بواسطة منفاخ هواء كروي 1 من خلال صمام تخفيض الضغط 2 وصمامات كهربائية 3.

الشكل 11.4. مخططات تخطيطية لطاقة البطارية
أنظمة تعمل بالهواء المضغوط (أ ، ب ، ج) ونظام هوائي مغلق (د)

لتشغيل أنظمة الأتمتة الهوائية الصناعية ، غالبًا ما يستخدم النطاق المتوسط ​​(العادي) لضغط الهواء (0.118 ... 0.175 ميجا باسكال) ، ولكن أيضًا النطاق المنخفض (0.0012 ... 0.005 ميجا باسكال). يتيح لك ذلك تقليل استهلاك الهواء المضغوط ، وزيادة مساحة تدفق العناصر ، وبالتالي تقليل احتمالية انسداد أجهزة الاختناق ، وفي بعض الحالات الحصول على نظام تدفق هواء رقائقي بعلاقة خطية س = و (Δ ص) ، وهو أمر مهم جدًا في أجهزة الأتمتة الهوائية.

في حالة وجود مصدر ضغط مرتفع ، من الممكن تزويد نظام هوائي منخفض الضغط بتدفق هواء كبير باستخدام قاذف (الشكل 11.4 ، ج). من أسطوانة الهواء ذات الضغط العالي 1 ، المجهزة بصمام تخفيض الضغط 4 ومقياس الضغط 2 وصمام الشحن 3 ، يدخل الهواء فوهة الإمداد 5 من القاذف. في هذه الحالة ، يتم إنشاء ضغط منخفض داخل مبيت القاذف ومنه بيئةيتم امتصاص الهواء من خلال الفلتر 6 ، والذي يدخل إلى فوهة الاستقبال 7 بقطر أكبر. بعد القاذف ، يتم تنظيف الهواء مرة أخرى من الغبار بواسطة الفلتر 8 ويدخل الأجهزة 10 من الأتمتة الهوائية. يتحكم مقياس الضغط 9 في ضغط العمل ، والذي يمكن تعديل قيمته بواسطة المخفض 4.

جميع أنظمة الهواء المضغوط أعلاه مفتوحة (غير دائرية). يوضح الشكل 11.4 ، د مصدر طاقة دائرة مغلقة لنظام التشغيل الآلي الهوائي المستخدم في جو مليء بالغبار. يتم إمداد الهواء للوحدة الهوائية الآلية 3 بواسطة المروحة 1 من خلال الفلتر 2 ، وقناة الشفط الخاصة بالمروحة متصلة بالتجويف الداخلي للغلاف المحكم للوحدة 3 ، والذي يتواصل في نفس الوقت مع الغلاف الجوي من خلال مرشح جيد 4. غالبًا ما تستخدم المكانس الكهربائية المنزلية كمروحة قادرة على خلق ضغط يصل إلى 0.002 ميجا باسكال.

يجب تنظيف الهواء المزود للمستهلكين من الشوائب الميكانيكية واحتواءه على حد أدنى من الرطوبة. للقيام بذلك ، يتم استخدام فواصل الترشيح والرطوبة ، حيث يتم عادةً استخدام النسيج والكرتون واللباد والسيرمت والمواد المسامية الأخرى ذات دقة الترشيح من 5 إلى 60 ميكرون كعنصر مرشح. من أجل تجفيف أعمق للهواء ، يتم تمريره من خلال مواد ماصة تمتص الرطوبة. في أغلب الأحيان يستخدم هلام السيليكا لهذا الغرض. في المشغلات الهوائية التقليدية ، توفر المستقبلات وفواصل الفلاتر للرطوبة تجفيفًا كافيًا ، ولكن في نفس الوقت ، يجب نقل خصائص التشحيم إلى الهواء ، حيث يتم استخدام فتيل أو مرذاذ زيت من نوع القاذف.

الشكل 11.5. وحدة تحضير الهواء النموذجية:
أ - رسم تخطيطي ؛ ب - الرمز

يوضح الشكل 11.5 وحدة تحضير هواء نموذجية ، تتكون من مرشح مجفف 1 ، وصمام تخفيض الضغط 2 ، وبخاخ زيت 3.

يتلقى الهواء الداخل إلى مدخل المرشح حركة دورانية بسبب المروحة الثابتة ك. بواسطة قوة الطرد المركزي ، يتم إلقاء جزيئات الرطوبة والشوائب الميكانيكية على جدار العلبة الشفافة وتستقر في الجزء السفلي منها ، حيث يتم إزالتها من خلال صمام الصرف عند الضرورة. تتم تنقية الهواء الثانوية في مرشح مسامي Ф ، وبعد ذلك يدخل في مدخل علبة التروس ، حيث يتم خنقه عبر فجوة الصمام Cl، والتي تعتمد قيمتها على ضغط المخرج فوق الغشاء م. زيادة قوة الربيع صيوفر خلوصًا أكبر للصمام Clوبالتالي ضغط المخرج. جسم بخاخ الزيت 3 شفاف ومليء بزيت التشحيم من خلال السدادة. الضغط الناتج عن سطح الزيت يجبره على الخروج عبر الأنبوب تيحتى الفوهة منحيث يتم إخراج الزيت وتصريفه بواسطة تدفق الهواء. في رشاشات الزيت من نوع الفتيل بدلاً من الأنبوب تييتم تركيب فتيل يدخل الزيت من خلاله إلى فوهة الرش بسبب التأثير الشعري.

فهرس

محرك هوائي

معلومات عامةعلى استخدام الغازات في التكنولوجيا

يمكن أن يُعزى أي كائن تستخدم فيه مادة غازية أنظمة الغاز. نظرًا لأن الغاز الذي يمكن الوصول إليه هو الهواء ، والذي يتكون من مزيج من العديد من الغازات ، فإن استخدامه على نطاق واسع في العمليات المختلفة يرجع إلى الطبيعة نفسها. ترجمت من اليونانية pneumatikos - مهواة ، وهو ما يفسر الأصل الاشتقاقي للاسم أنظمة تعمل بالهواء المضغوط. غالبًا ما تستخدم الأدبيات الفنية المصطلح الأقصر - بضغط الهواء.

بدأ استخدام الأجهزة التي تعمل بالهواء المضغوط في العصور القديمة (توربينات الرياح ، والآلات الموسيقية ، والمنفاخ ، وما إلى ذلك) ، ولكنها أصبحت أكثر انتشارًا نتيجة إنشاء مصادر موثوقة للطاقة الهوائية - منفاخ قادر على إعطاء الغازات الإمداد اللازم للإمكانات و (أو) الطاقة الحركية.

محرك هوائي، الذي يتكون من مجموعة من الأجهزة لآلات وآليات القيادة ، بعيدًا عن الاتجاه الوحيد لاستخدام الهواء (بشكل عام ، الغاز) في التكنولوجيا وحياة الإنسان. لدعم هذا الحكم ، سننظر بإيجاز في الأنواع الرئيسية للأنظمة الهوائية ، والتي تختلف في كل من الغرض وطريقة استخدام المادة الغازية.

وفقًا لوجود وسبب حركة الغاز ، يمكن تقسيم جميع الأنظمة إلى ثلاث مجموعات.

المجموعة الأولى تتضمن أنظمة ذات الحمل الحراري الطبيعي (دوران) الغاز (غالبًا الهواء) ، حيث يتم تحديد الحركة واتجاهها من خلال تدرجات درجة الحرارة والكثافة ذات الطبيعة الطبيعية ، على سبيل المثال ، الغلاف الجوي للكوكب ، وأنظمة تهوية المباني ، وأعمال المناجم ، وقنوات الغاز ، إلخ.

المجموعة الثانية تشمل الأنظمة ذات الخلايا المغلقة ، عدم التواصل مع الغلاف الجوي ، حيث قد تتغير حالة الغاز بسبب التغيرات في درجة الحرارة ، وحجم الغرفة ، والضغط أو شفط الغاز. وتشمل خزانات التخزين المختلفة (اسطوانات الهواء) ، وأجهزة الفرامل الهوائية (المخازن المؤقتة للهواء المضغوط) ، وجميع أنواع الأجهزة المطاطية القابلة للنفخ ، والأنظمة الهوائية لخزانات وقود الطائرات ، وغيرها الكثير. من الأمثلة على الأجهزة التي تستخدم الفراغ في غرفة مغلقة القابض الهوائي (أكواب الشفط الهوائية) ، والتي تكون أكثر فاعلية في نقل منتجات الألواح المقطعة (الورق ، والمعادن ، والبلاستيك ، وما إلى ذلك) في الإنتاج الآلي والروبوتي.

يجب أن تتضمن المجموعة الثالثة مثل هذه الأنظمة حيث يتم استخدام الطاقة غاز مضغوط مسبقًا لأداء وظائف مختلفة. في مثل هذه الأنظمة ، يتحرك الغاز على طول خطوط الأنابيب بسرعة عالية نسبيًا وله احتياطي طاقة كبير. يستطيعون الدوران (مغلق) و غير متداول . في أنظمة التدوير ، يتم إرجاع غاز العادم عبر الخطوط إلى الشاحن الفائق لإعادة استخدامه (كما هو الحال في المحرك الهيدروليكي). استخدام الأنظمة محدد للغاية ، على سبيل المثال ، عندما يكون تسرب الغاز إلى الفضاء المحيط غير مقبول أو لا يمكن استخدام الهواء بسبب خصائصه المؤكسدة. يمكن العثور على أمثلة لهذه الأنظمة في التكنولوجيا المبردة ، حيث يتم استخدام الغازات السامة أو السوائل المتطايرة (الأمونيا والبروبان وكبريتيد الهيدروجين والهيليوم والفريونات وما إلى ذلك) كناقل للطاقة.

في الأنظمة غير الدورية ، يمكن للمستهلك استخدام الغاز كمفاعل كيميائي (على سبيل المثال ، في إنتاج اللحام، في صناعة كيميائية) أو كمصدر للطاقة الهوائية. في الحالة الأخيرة ، عادة ما يستخدم الهواء كناقل للطاقة. هناك ثلاثة مجالات رئيسية لتطبيق الهواء المضغوط.

في الاتجاه الأولتشمل العمليات التكنولوجية حيث يؤدي الهواء مباشرة عمليات النفخ ، والتجفيف ، والرش ، والتبريد ، والتهوية ، والتنظيف ، إلخ. أصبحت أنظمة النقل الهوائية عبر خطوط الأنابيب منتشرة بشكل كبير ، خاصة في الصناعات الخفيفة والغذائية والتعدين. تُنقل المواد ذات القطع والكتل في أوعية خاصة (كبسولات) ، وتتحرك المواد المتربة الممزوجة بالهواء لمسافات طويلة نسبيًا تشبه المواد السائلة.

الاتجاه الثاني- استخدام الهواء المضغوط في أنظمة التحكم الهوائية (PSU) للتحكم الآلي في العمليات التكنولوجية (أنظمة الأتمتة الهوائية). تم تطوير هذا الاتجاه بشكل مكثف منذ الستينيات بفضل إنشاء نظام عالمي لعناصر الأتمتة الهوائية الصناعية (USEPPA). تتيح لك مجموعة واسعة من USEPPA (المستشعرات الهوائية ، والمفاتيح ، والمحولات ، والمرحلات ، والعناصر المنطقية ، ومكبرات الصوت ، والأجهزة النفاثة ، وأجهزة القيادة ، وما إلى ذلك) التنفيذ على أساسها ، ودوائر الترحيل والتناظرية والتناظرية ، والتي تكون قريبة في معلمات للأنظمة الكهربائية. نظرًا لموثوقيتها العالية ، فهي تستخدم على نطاق واسع للتحكم في البرامج الدورية في مختلف الآلات ، والروبوتات في الإنتاج على نطاق واسع ، وفي أنظمة التحكم في الحركة للأشياء المتنقلة.

الاتجاه الثالثتطبيق الطاقة الهوائية ، أكبرها من حيث القوة هو المحرك الهوائي ، والذي يعد من الناحية العلمية أحد أقسام الميكانيكا العامة للآلات. في أصول نظرية الأنظمة الهوائية كان I.I. أرتوبوليفسكي. كان رئيسًا لمعهد الهندسة الميكانيكية (IMASH) في لينينغراد ، حيث تحت قيادته ، في الأربعينيات والستينيات من القرن الماضي ، تم تنظيم وتعميم المعلومات المتراكمة حول نظرية وتصميم الأنظمة الهوائية. كان أحد الأعمال الأولى حول نظرية الأنظمة الهوائية مقالًا بقلم أ. تم نشر "تطبيق الهواء المضغوط في التعدين" الألماني عام 1933 ، حيث تم لأول مرة حل حركة الجسم العامل لجهاز يعمل بالهواء المضغوط جنبًا إلى جنب مع المعادلة الديناميكية الحرارية لحالة معلمات الهواء.

تم تقديم مساهمة كبيرة في نظرية وممارسة المشغلات الهوائية من قبل العلماء B.N. بيزانوف ، ك. بوريسينكو ، أ. بوخارين ، أ. فوششينين ، إي. هيرتز ، ج. كرييني ، أ. كودريافتسيف ، ف. ماروتوف ، ف. موستكوف ، يو. زيتلين وغيرها.

تحتوي الغازات على عدد من الخصائص التي تجعلها لا غنى عنها في عدد كبير جدًا من الأجهزة التقنية.

ممتص صدمات الغاز. إن الانضغاطية العالية وخفة الغاز ، والقدرة على ضبط الضغط تجعله أحد أكثر ماصات الصدمات تطوراً المستخدمة في عدد من الأجهزة.

هذه هي الطريقة التي يعمل بها إطار السيارة أو الدراجة الهوائية. عندما تصطدم العجلة بمطبات ، يتم ضغط الهواء الموجود في الإطار ويتم تخفيف الضغط الذي يتلقاة من محور العجلة بشكل كبير (الشكل 35). إذا كان الإطار صلبًا ، فإن المحور سيرتد إلى ارتفاع النتوء.

الغاز هو سائل عمل المحركات.تجعل الانضغاطية العالية والاعتماد الواضح للضغط والحجم على درجة الحرارة الغاز مائع عمل لا غنى عنه في محركات الغاز المضغوط والمحركات الحرارية.

في المحركات التي تعمل بالغاز المضغوط ، مثل الهواء ، يتمدد الغاز ويعمل بضغط ثابت تقريبًا. يفتح الهواء المضغوط ، عن طريق الضغط على المكبس ، أبواب الحافلات والقطارات الكهربائية. يقود الهواء المضغوط مكابس الفرامل الهوائية لعربات السكك الحديدية والشاحنات. المطرقة الهوائية والأدوات الهوائية الأخرى مدفوعة بالهواء المضغوط. حتى في المركبات الفضائية ، توجد محركات نفاثة صغيرة تعمل بالغاز المضغوط - الهيليوم. يوجهون السفينة في الطريق الصحيح.

في محركات الاحتراق الداخلي في السيارات والجرارات والطائرات والمحركات النفاثة ، تُستخدم الغازات عالية الحرارة كسائل عامل يقود مكبسًا أو توربينًا أو صاروخًا. عندما يحترق الخليط القابل للاحتراق في الأسطوانة ، ترتفع درجة الحرارة بشكل حاد إلى آلاف الدرجات ، ويزداد الضغط على المكبس ويعمل الغاز ، المتوسع ، على طول ضربة المكبس (الشكل 36).

يمكن استخدام الغاز فقط كسائل عامل في المحركات الحرارية. تسخين سائل أو صلب إلى نفس درجة حرارة الغاز لن يؤدي إلا إلى حركة طفيفة للمكبس.

أي سلاح ناري ، في جوهره ، هو محرك حراري. قوة ضغط الغاز - نواتج احتراق المتفجرات - تدفع الرصاصة خارج التجويف أو المقذوف من فوهة البندقية. ومن الضروري أن تعمل هذه القوة على طول القناة بأكملها. لذلك ، فإن سرعات الرصاصة والقذيفة تكون ضخمة - مئات الأمتار في الثانية.

غازات مخلخلة.تؤدي القدرة على التوسع غير المحدود إلى حقيقة أن الحصول على الغازات عند ضغوط منخفضة للغاية - في حالة الفراغ - يمثل مشكلة فنية معقدة. (في حالة الفراغ ، لا تتصادم جزيئات الغاز عمليًا مع بعضها البعض ، ولكن فقط بجدران الوعاء)

تصبح مضخات المكبس التقليدية غير فعالة بسبب تسرب الغازات بين المكبس وجدران الأسطوانة. لا يمكن الحصول على ضغوط أقل من أعشار ملليمتر من الزئبق بمساعدتهم. من الضروري استخدام الأجهزة المعقدة لضخ الغازات. في الوقت الحاضر ، تم تحقيق ضغوط من أجل Pa mmHg. فن.).

الفراغ مطلوب بشكل رئيسي في الأنابيب المفرغة والأجهزة الإلكترونية الأخرى. التصادم كهربائيا

تتداخل الجسيمات المشحونة (الإلكترونات) مع جزيئات الغاز مع التشغيل العادي لهذه الأجهزة. في بعض الأحيان يكون من الضروري خلق فراغ بأحجام كبيرة جدًا ، على سبيل المثال ، في مسرعات الجسيمات الأولية.

هناك حاجة أيضًا إلى الفراغ لصهر المعادن الخالية من الشوائب ، وإنشاء العزل الحراري ، إلخ.

1. ما يسمى معادلة الدولة؟ 2. صياغة معادلة الحالة لكتلة عشوائية للغاز المثالي. 3. ما هو ثابت الغاز العام؟ 4. كيف يرتبط ضغط وحجم الغاز في عملية متساوية الحرارة؟ 5. كيف يرتبط الحجم ودرجة الحرارة في عملية متساوية الضغط؟ 6. كيف يرتبط الضغط ودرجة الحرارة في عملية متوازنة؟ 7. كيف يمكن تنفيذ العمليات متساوي الضغط ومتساوي الضغط ومتساوي الضغط؟ 8. لماذا تستخدم الغازات فقط كسائل عامل في المحركات الحرارية؟