Двигатель с воздушным охлаждением своими руками

ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Начнем рассматривать каждую часть такого воздушного двигателя по отдельности. Данный двигатель способен дать от 500 до 1000 оборотов в минуту и благодаря применению маxовика обладает приличной мощностью. Запаса сжатого воздуxа в резонаторе xватает на 20 минут непрерывной работы двигателя, но можно и увеличить время работы, если в качестве резервуара использовать автомобильное колесо. Данный двигатель может работать и с паром. Принцип работы состоит в следующем — цилиндр с припаянной к одной из его сторон призмой имеет отверстие в своей верxней части, которое проxодит и через призму качается вместе с укрепленной в нем осью в подшипнике стойки.

Справа и слева от подшипника сделаны два отверстия, одно для впуска воздуxа из резервуара в цилиндр, второе для выпуска отработанного воздуxа. Первое положение работы двигателя показывает момент впуска воздуxа (отверстие в цилиндре совпадает с правым отверстием в стойке). Воздуx из резервуара войдя в полость цилиндра давит на поршень и толкает его вниз. Движение поршня через шатун передается к маxовику, который поворачиваясь, выводит цилиндр из крайнего правого положения и продолжает вращаться. Цилиндр принимает вертикальное положение и в этот момент впуск воздуxа прекращается, так как отверстия цилиндра и стойки не совпадают.

Благодаря инерции маxовика движение продолжается и цилиндр переxодит уже в крайнее левое положение. Отверстие цилиндра совпадает с левым отверстием в стойке и через это отверстие отработанный воздуx выталкивается наружу. И цикл повторяется снова и снова.

Детали воздушного двигателя

ЦИЛИНДР — изготавливается из латунной, медной или стальной трубки с диаметром 10 — 12 мм,. В качестве качестве цилиндра можно использовать латунную гильзу ружейного патрона подxодящего калибра. Трубка должна иметь гладкие внутренние стены. На цилиндр нужно напаять выпиленная из куска железа призма, в которой плотно укреплен винт с гайкой (ось качания), выше винта, на расстоянии 10 мм от его оси, просверлено через призму внутрь цилиндра отверстие диаметром 2мм для впуска и выпуска воздуxа.

ШАТУН — выпиливают из латунной пластинки толщиной 2 мм. один конец шатуна расширение в котором сверлят отверстие с диаметром 3 мм для пальца кривошипа. Другой конец шатуна, предназначен для впайки в поршень. Длина шатуна 30 мм.

ПОРШЕНЬ — отливают из свинца непосредственно в цилиндре. Для этого в жестяную банку насыпают суxой речной песок. Затем заготовленную для цилиндра трубку вставляем в песок, оставляя снаружи выступ 12мм. Для уничтожения влаги, банку с песком и цилиндр нужно прогреть в печи или на газовой плите. Теперь нужно расплавлять свинец в цилиндр и сразу же нужно погружать туда шатун. Шатун нужно установить точно в центре поршня. Когда отливка остынет , из банки с песком вынимают цилиндр и выталкивают из него готовый поршень. Все неравномерности сглаживаем мелким напильником.

СТОЙКИ ДВИГАТЕЛЯ — нужно изготовить согласно размерам которые указаны на фотографии. Его делаем из 3 — миллиметрового железа или латуни. Высота основной стоки 100 мм. В верxней части основной стойки сверлят по центральной осевой линии отверстие диаметром 3мм, которое служит подшипником для оси качания цилиндра. Два самыx верxниx отверстия диаметром по 2 мм сверлим по окружности радиусом 10 мм, проведенной от центра подшипника оси качания. Эти отверстия расположены по обе стороны от осевой линии стойки на расстоянии 5 мм от нее. Через одно из этиx отверстий воздуx поступает в цилиндр, через другое — выталкивается из цилиндра. Вся конструкция воздушного двигателя собрана на основной стойке, которая сделана из дерева с толщиной примерно 5 см.

МАXОВИК — можно подобрать готовый или отлить из свинца (раньше выпускались машинки с инерционным двигателем, там присутствует нужный нам маxовик). Если вы все же решили отлить его из свинца, то не забудьте в центре формы установить вал (ось) с диаметром 5мм. Размеры маxовика также указаны на рисунке. Для крепления кривошипа на одном конце вала имеется резьба.
КРИВОШИП — выпиливаем из железа или латуни с толщиной 3 мм по рисунку. Палец кривошипа можно изготовить из стальной проволки с диаметром 3 мм и впаивается в отверстие кривошипа.
КРЫШКА ЦИЛИНДРА — изготовливаем и 2-х миллиметровой латуни и после отливки поршня припаивают к верxней части цилиндра. После сборки всеx частей двигателя собираем его. В пайке латуни и стали следует использовать мощный советский паяльниик и соленую кислоту для прочной пайки. Резервуар в моей конструкции применен от краски, трубки резиновые. Мой двигатель собран чуть по иному, размеры я поменял, но принцип работы тоже самое. Двигатель раньше у меня работал часами, к нему был подключен самодельный генератор переменного тока. Такой двигатель особенно может заинтересовать моделистов. Используйте двигатель там, где сочтете нужным и на сегодня все. Удачи в сборке — АКА

Форум по обсуждению материала ВОЗДУШНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ

Источник

Практика автоматизации: Принудительное охлаждение электродвигателя

Как мы знаем, основное назначение асинхронного электродвигателя – преобразование электрической электроэнергии в механическую. Также мы знаем, что законы физики едины вне зависимости от силы научной и технической мысли, и данный процесс неизбежно сопровождается выделением тепла и, как следствие, нагревом электродвигателя.

Повышенная температура в меньшей степени несёт вред для металлических конструкций электродвигателя и в большей степени для изоляции обмоток, собственно, предельная рабочая температура электродвигателя определяется нагревостойкостью изоляции.

В соответствии с ГОСТ Р МЭК 60085-2011 существует классификация нагревостойкости изоляции и соответствующая этим классам фактическая температура изоляции: Y (90°C), A (105°C), E (120°C), B (130°C), F (155°C), H (180°C), N (200°C), R (220°C), 250 (250°C).

В части буквенного обозначения классов нагревостойкости вышеуказанный ГОСТ схож (но не идентичен) с классификацией, установленной национальной ассоциацией производителей электрооборудования (NEMA).

Как обеспечивается охлаждение электродвигателя

Современная конструкция асинхронных электродвигателей технически выверена, технологична и эстетически прекрасна. Пассивное охлаждение осуществляется за счёт отвода тепла в атмосферу через корпус. Не случайно корпус двигателя имеет продольные ребра и фактически выполняет роль радиатора. Активное охлаждение и отвод тепла от корпуса осуществляется за счёт крыльчатки (осевого вентилятора) на валу двигателя с нерабочей стороны, вентилятор закрывается защитным корпусом.

Таким образом, электродвигатель во время работы сам себя охлаждает, что очень удобно и в большинстве случаев при номинальных режимах работы достаточно, иногда такую систему вентиляции называют самоохлаждением или зависимой.

Мы ведь с вами понимаем, что тема данной стати родилась не случайно

Простота конструкции самоохлаждения двигателя иногда играет с нами злую шутку и не позволяет использовать оборудование в желаемых нами режимах работы, в таких случаях на помощь приходит независимая вентиляция электродвигателя.

В каких случаях может потребоваться независимая вентиляция:

• Продолжительный режим работы* , характеризуется работой электродвигателя при неизменной нагрузке длительное время, за которое все части машины достигают установившейся (неизменной) температуры. В том случае если температура окружающей среды близка к верхней границе по паспорту устройства, то высока вероятность перегрева электродвигателя. Иными словами, нарушен теплообмен частей электродвигателя и окружающего воздуха.
• Режим работы с частыми пусками и остановами* – это последовательность рабочих циклов, длительность циклов такова, что электродвигатель не успевает достигнуть максимальной температуры, но при останове не охлаждается до температуры окружающей среды. Вероятность перегрева так же высока, как и в предыдущем случае.
• Частотно регулируемый режим работы с понижением частоты вращения . Понижение частоты (читай – скорости вращения вала) с глубиной перестройки более 10% несет опасность перегрева двигателя в следствии уменьшения потока воздуха с крыльчатки, расположенной на валу электродвигателя.
• Частотно регулируемый режим работы с повышением частоты вращения . Следуя логике из прошлого пункта, повышение частоты вращения вала должно снять риски перегрева оболочки электродвигателя, и это действительно так.
• Проблема в данном случае кроется в том, что крыльчатка вентилятора не рассчитана на работу при скорости отличной от номинальной, и если при понижении скорости вращения опасность кроется в снижении воздушного потока, то при незначительном повышении скорости вала вентилятор может создавать дополнительное аэродинамическое сопротивление, вызывая вибрацию и повышенную нагрузку на подшипники.
• Установка на вал электродвигателя энкодера и/или тормоза возможна только на нерабочую часть вала, как раз на место штатного вентилятора.

Подробнее о режимах работы электродвигателей S1-S10 можно узнать в ГОСТ Р 52776-2007 (МЭК 60034-1-2004) Машины электрические вращающиеся.

Чем опасен перегрев электродвигателя

Воздействие повышенной температуры на изоляцию обмоток электродвигателя приводит к ухудшениям ее эксплуатационных характеристик: высыханию и растрескиванию электроизоляционных пропиток, повреждению керамических элементов, потери диэлектрических свойств. Как итог, межвитковое замыкание, потеря мощности или полный выход из строя электродвигателя.

Важно понять, что чем больше превышение температуры эксплуатации, тем быстрее протекает процесс снижения ресурса устройства, по некоторым непроверенным нами данным длительное превышение температуры эксплуатации на 10°С снижает ресурс электродвигателя вдвое, при незначительном превышении температуры этот процесс может протекать медленно, постепенно снижая производственный ресурс.

Что мы предлагаем?

Независимая вентиляция – проверенное временем решение для двигателей габарита от 63 до 200.

Независимая вентиляция представляет собой кожух (как правило, алюминиевый цилиндр) с вентилятором внутри, скорость вращения которого не зависит от скорости вращения вала электродвигателя, что обеспечивает эффективное охлаждение независимо от режима работы электродвигателя.

Важно, что независимая вентиляция устанавливается на место штатного кожуха, крепится штатными винтами и не требует никакой доработки или модернизации электродвигателя.

Какие преимущества нашего предложения?

• Большой ассортимент по наличию (уточняйте у менеджеров компании);
• Большая глубина защитного кожуха, позволяет монтировать на двигатели с тормозом и датчиком угла положения (энкодером);
• Универсальное крепление по стандарту DIN, соответствует отечественным двигателям АИС;
• Клеммная коробка с классом защиты IP55.

Источник

Домашняя яхт-верфь.

Сайт создан для тех, кто мечтает построить яхту своими руками — яхту своей мечты…

Двигатели с воздушным охлаждением на малых судах.

Вода в качестве средства охлаждения двигателя внутреннего сгорания используется практически с первых же лет его существования. Тем более оправдано применение двигателей с водяным охлаждением на судах, на которых нет недостатка в сравнительно холодной забортной воде. И тем не менее, в последнее десятилетие конструкторы ДВС все чаще обращаются к использованию не водяного, а воздушного охлаждения и не только для двигателей наземных транспортных средств, но и для судовых двигателей. Одной из причин этого является всеобщая озабоченность сохранением чистоты внешней среды.

К чистоте выхлопа и явлениям, сопутствующим работе двигателей на судах, предъявляются все более строгие требования. Как бы ни был «чист» двигатель с водяным охлаждением, вместе с нагретой водой из его системы охлаждения всегда выбрасывается в воду какое — то количество горючего и смазочного масла, проникающих в систему в результате не абсолютной герметичности соединений.

Есть и другие доводы в пользу воздушного охлаждения судовых ДВС, причем все они вытекают из недостатков систем водяного охлаждения. Взять хотя бы коррозию рубашки двигателя от контакта ее поверхностей с проточной забортной водой. Коррозия блока цилиндров и его головки нередко является главной причиной преждевременного выхода двигателя из строя. Правда, некоторые фирмы снабжают системы охлаждения протекторной защитой в виде цинковых анодов, монтируемых в водопроточных каналах двигателя. Однако периодически протекторы нуждаются в замене, для чего необходима частичная разборка двигателя.

Коррозия может быть также уменьшена при использовании двухконтурной системы водяного охлаждения, при которой в замкнутом внутреннем контуре циркулирует пресная вода. Однако применение двухконтурной системы усложняет конструкцию двигателя, увеличивает его массу и удорожает монтаж на судне: двигатель необходимо снабдить водо — водяным и водо — масляным холодильниками; кингстоном, фильтром и насосом забортной воды; термостатом; смонтировать трубопровод с определенным числом соединений.

Эта система является весьма уязвимой, требует постоянного внимания и контроля со стороны обслуживающего персонала — нужен контроль за температурой воды, работой насоса, очисткой фильтра и водозаборника, не говоря уже о необходимости открывать перед запуском кингстон забортной воды.

Как показывает опыт, в двадцати случаях из ста причиной отказа двигателей являются неполадки в системе водяного охлаждения как на судах, так я на наземных транспортных средствах. Вероятность отказа системы охлаждения повышается при эксплуатации судна в воде, засоренной взвешенными частицами ила или песка, которые забивают фильтры и приемную решетку системы. При отрицательных температурах возможно размораживание двигателя, при котором в рубашке цилиндров и головке блока могут появиться трещины.

Как надежные и неприхотливые в эксплуатации ДВС воздушного охлаждения получили широкое распространение на тракторах, грузовых автомобилях, дорожных и горных машинах, работающих в самых сложных условиях. Одним из крупнейших поставщиков дизелей с воздушным охлаждением на мировом рынке является фирма «Дёйтц» (ФРГ), выпускающая в настоящее время около 40 моделей таких ДВС мощностью от 5 до 500 л. с. Имеются образцы 1000-сильных дизелей, однако дальнейшему повышению мощностей ДВС с воздушным охлаждением препятствует чрезмерное увеличение размеров ребер охлаждения цилиндров, что, помимо увеличения габаритов и массы двигателей, вызывает определенные конструктивные трудности.

Использование ДВС воздушного охлаждения на судах не является технической новинкой, точнее будет сказать, что в последние годы оно получает новый толчок. Можно, например, вспомнить глиссеры 30-х годов или современные мелкосидящие катера с воздушными винтами, приводимыми от мощных авиационных моторов. На большинстве судов на воздушной подушке ДВС с воздушным охлаждением приводят во вращение вентиляторные установки.

В этих случаях используются такие положительные качества двигателей воздушного охлаждения, как малый вес на единицу мощности и простота конструкции. Поскольку ДВС устанавливаются за воздушным винтом или вентилятором — в струе воздуха, имеющего достаточно высокую скорость, охлаждение их не представляет никаких проблем. В последние годы судостроители обращают пристальное внимание на двигатели другого рода — надежные и имеющие большой моторесурс дизели воздушного охлаждения, пригодные для более тяжелых условий службы на судах различного назначения.

Одними из первых типов судов, которые стали оснащаться дизелями воздушного охлаждения, стали спасательные шлюпки и бортовые катера для морских судов. Для них ценна возможность запуска двигателя до спуска шлюпки на воду, когда она еще висит на шлюпбалках и заполняется людьми. Как только шлюпка окажется на воде и будут отданы гаки шлюп — талей, она немедленно отойдет от борта.

Конструкция современных шлюпочных дизелей с водяным охлаждением рассчитана на работу в течение 10—12 мин без контакта шлюпки с водой, но ДВС воздушного охлаждения может работать в таких условиях неограниченное время без опасности закипания воды, которая существует у обычных шлюпочных дизелей. Кроме того, при плавании в арктических водах в систему водяного охлаждения приходится добавлять антифриз и предусматривать специальные устройства для облегчения холодного запуска.

Условия размещения дизеля воздушного охлаждения на открытой шлюпке практически не отличаются от условий, в которых он работает на тракторе — он открыт для воздуха со всех сторон и ничто не препятствует свободному отводу подогревшегося воздуха. Попытки же применить такие ДВС в тесных моторных отсеках запалубленных катеров и яхт первое время часто оказывались неудачными: не уделялось достаточного внимания обеспечению циркуляции больших масс воздуха у двигателя.

Заметим, что для охлаждения двигателя требуется примерно в 25 раз большее количество воздуха, чем для сгорания топлива в его цилиндрах. Поэтому после запуска двигателя температура в моторном отсеке и смежных помещениях быстро поднималась, особенно если нельзя было открыть двери и люки.

Сейчас эта проблема успешно решена и количество судов различного назначения, оснащенных ДВС воздушного охлаждения, ежегодно увеличивается. Среди них немало судов, получивших класс различных классификационных обществ, что является высшей оценкой надежности и пригодности к эксплуатации на море. В частности, японский рыболовный флот насчитывает более 3000 мото — ботов и сейнеров, оборудованных дизелями «Дёйтц — Митсуи» ряда FL 912 мощностью от 17 до 110 л. с.

Успешно эксплуатируются лоцманские боты, патрульные катера, паромы, моторные и моторно-парусные яхты, на которых установлены дизеля с воздушным охлаждением. На ряде озер в Центральной Европе, где запрещено плавание судов с обычными ДВС, сделано исключение для пассажирских и прогулочных катеров с двигателями воздушного охлаждения (иногда со спаренной установкой при мощности дизелей по 220 л. с.).

Имеется положительный опыт применения дизелей с воздушным охлаждением типа Д22 и Д37 производства Владимирского тракторного завода и в отечественном малом судостроении. В частности, эти двигатели устанавливались на плавучих комбайнах ИРД, предназначенных для эксплуатации на внутренних водоемах для искусственного разведения рыбы; они непременно должны были отвечать повышенным требованиям к чистоте воды.

Однако широкого распространения на малых судах эти двигатели не получили из-за отсутствия в серийном производстве реверсивно — редукторных передач, пригодных для их комплектации. Итак, ДВС воздушного охлаждения имеют определенные качества, позволяющие рассматривать их как перспективный тип двигателей для малых судов. Познакомимся с некоторыми их особенностями, которые следует учитывать при установке на судно.

При водяном охлаждении максимальная температура охлаждаемых поверхностей двигателя (в частности — головки блока и стенки цилиндра) ограничивается температурой кипения воды, т. е. 90—11О°С. При воздушном охлаждении температура стенок цилиндров может быть допущена значительно выше — до 150°. Благодаря этому смазочное масло становится более жидким, его смазочные свойства улучшаются, что способствует уменьшению износа стенок цилиндров и поршневых колец.

Топливо, попадающее в смазочное масло и не успевающее сгореть при холодном пуске, при хорошо прогретом двигателе испаряется, затем через сапун и всасывающий тракт оно вновь поступает в цилиндры, где и сгорает. В судовых двигателях с водяным охлаждением при нормальной эксплуатации перегрева не бывает, поэтому попавшее в масло топливо остается в нем, ухудшая смазочные свойства. Для компенсации разжижения масла топливом приходится периодически доливать масло в расходный бак.

Большие температурные перепады, на которые рассчитывается ДВС воздушного охлаждения, обусловливают важные преимущества их при работе в условиях высоких температур окружающего воздуха. Для них не существует опасности закипания воды в межрубашечном пространстве при засорении системы охлаждения, неисправности насосов забортной или циркуляционной воды, а также размораживания системы в случае отрицательных температур.

При холодном запуске дизеля воздушного охлаждения температура выпадения конденсата на стенках цилиндров достигается за срок, примерно в три раза более короткий, чем у двигателя с водяным охлаждением. Это обусловливает менее благоприятные условия для развития коррозии в цилиндрах ДВС воздушного охлаждения и больший срок их службы.

Распространенное мнение о том, что ДВС воздушного охлаждения создают при работе больше шума, чем двигатели с водяным охлаждением, в настоящее время потеряло под собой почву. Проведенные исследования показали, что тип охлаждения не является фактором, предопределяющим уровень шумности двигателя. Водяная рубашка отнюдь не является шумопоглощающей изоляцией, как это ранее предполагалось. Гильзы цилиндров, будучи соединенными со стенками картера, передают через него шум, создаваемый двигателем.

При тщательной доработке аэродинамических качеств вентилятора воздушного охлаждения шум двигателя может быть существенно снижен, особенно в его высокочастотных спектрах, оказывающих наибольшее звуковое воздействие на человека. ДВС воздушного охлаждения имеют несколько меньшие габариты и массу при равной мощности с двигателями водяного охлаждения.

Естественно, что у ДВС воздушного охлаждения имеются и недостатки, которые связаны прежде всего с работой этих двигателей на повышенном тепловом режиме. В целом такой режим благоприятно сказывается на некотором повышении термического КПД двигателя и его экономичности, но и в то же время происходит довольно большой угар масла. Это приводит к необходимости более частой замены масла в двигателе, повышенному образованию нагара на поршнях, клапанах, поршневых кольцах и форсунках и как следствие — к износу таких деталей.

При установке ДВС воздушного охлаждения на судне необходимо обеспечить подвод холодного наружного воздуха к вентилятору двигателя и отвод теплого воздуха в атмосферу. Если двигатель установлен в моторном отсеке у транца, воздухозаборники могут быть расположены в переборке, отделяющей отсек от кокпита. Иногда они выполняются в виде шахт, подводящих воздух из заборников, смонтированных в боковых или передней стенках рубки.

Важно, чтобы вместе с воздухом в моторный отсек не попадала вода с верхней палубы и воздух опускался беспрепятственно до трюма в моторном отсеке. В этом случае холодный воздух на пути в вентилятор двигателя будет охлаждать реверс — редуктор, топливные цистерны, переборки отсека. Вместе с ним будут удаляться газы, скапливающиеся в трюме.

При размещении двигателя у транца отвод горячего воздуха (его температура около 50 о ) может осуществляться через короткую трубу, соединяющую выходное отверстие в транце с патрубком на двигателе. При размещении двигателя в средней части судна оптимальной конструкцией отвода воздуха является вертикальная шахта, заканчивающаяся дымовой трубой над палубой или рубкой. Внутри шахты можно пропустить выхлопной трубопровод, который будет охлаждаться омывающим его воздухом, потому его не требуется изолировать.

Чтобы выхлопные газы не попадали в трубу, срез газовыхлопа желательно расположить слегка выше кромки дымовой трубы. Трубопровод, отводящий горячий воздух, должен быть по возможности коротким и не иметь крутых поворотов с тем, чтобы не оказывать сопротивления работе вентилятора. После остановки двигателя вентиляция моторного отсека происходит естественным путем — за счет тяги дымовой трубы.

Воздушные заборники и шахты в ряде случаев отнимают полезный объем помещений на малых судах и требуют определенных затрат на их изготовление и монтаж. Однако эти затраты окупаются надежностью, простотой обслуживания и другими эксплуатационными качествами двигателей с воздушным охлаждением.

Источник