устройство, принцип работы и классификация

Что такое ДВС?

ДВС (двигатель внутреннего сгорания) – один из самых популярных видов моторов. Это тепловой двигатель, в котором топливо сгорает непосредственно внутри него самого – во внутренней камере. Дополнительные внешние носители не требуются.

ДВС работает  благодаря физическому эффекту теплового расширения газов. Горючая смесь в момент воспламенения смеси увеличивается в объёме, и освобождается энергия.

Вне зависимости от того, о каком из ДВС идёт речь – о ДВС с искровым зажиганием – двигателе Отто (это, прежде всего, инжекторный и карбюраторный бензиновые двигатели) или о ДВС с воспламенением от сжатия (дизельный мотор, дизель) сила давления газов воздействует на поршень ДВС. Без поршня сложно представить большинство современных ДВС. В том числе, он есть даже у комбинированного ДВС. Только в последнем, кроме поршня, мотору работать помогает ещё и лопаточное оборудование (компрессоры, турбины).

Бензиновые, дизельные поршневые ДВС – это двигатели, с которыми мы активно встречаемся на любом транспорте, в том числе легковом, а ДВС, работающие не только за счёт поршня, но и за счёт компрессора, турбины – это решения, без которых сложно представить современные суда, тепловозы, автотракторную технику, самосвалы высокой грузоподъёмности, т.е. транспорт, где нужны двигатели средней (> 5 кВт) или высокой мощности (> 100 кВт).

Без двигателя внутреннего сгорания невозможно представить движение практически любого транспорта (кроме электрического) – автомобилей, мотоциклов, самолётов.

• Несмотря на то, что технологии, в том числе, в транспортной сфере, развиваются семимильными шагами, ДВС на авто человечество будет устанавливать еще долго. Даже концерн Volkswagen, который, как известно, готовит масштабную программу электрификации модельного ряда своих двигателей, пока не спешит отказываться от ДВС. Открытой является информация, что автомобили с ДВС будут выпускаться не только в ближайшие 5, но и 30 лет.
  Да, время разработок новых ДВС у концерна уже подходит к финальной стадии, но производство никто сворачивать не будет. Нынешние актуальные разработки будут использоваться и впредь. Некоторые же концерны по производству авто и вовсе не спешат переходить на электромоторы. Это можно обосновать и экономически, и технически. Именно ДВС из всех моторов одни из наиболее надежных и при этом дешёвых, а постоянное совершенствование моделей ДВС позволяет говорить об уверенном прогрессе инженеров, улучшении эксплуатационных характеристик двигателей внутреннего сгорания и минимизации их негативного влияния на атмосферу.
• Современные дизельные двигатели внутреннего сгорания позволяют снизить расход топлива на 25-30 %. Лучше всего такое уменьшение расхода топлива смогли достигнуть производители дизельных ДВС. Но и производители бензиновых двигателей внутреннего сгорания активно удивляют. Ещё в 2012-м году назад американский концерн Transonic Combustion (разработчик так называемых сверхкритических систем впрыска топлива) впечатлил решением TSCiTM. Благодаря новому подходу к конструкции топливного насоса и инжекторам, бензиновый двигатель стал существенно экономичней.
• Большие ставки на ДВС делает и концерн Mazda. Он акцентирует внимание на изменении конструкции выпускной системы. Благодаря ей улучшена продувка газов, повышена степень их сжатия, а, вместе с тем, снижены и обороты  (причём сразу на 15%). А это и экономия расхода топлива, и уменьшение вредных выбросов – несмотря на то, что речь идёт о бензиновом двигателе, а не о дизеле.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

При разнообразии конструктивных решений устройство у всех ДВС схоже. Двигатель внутреннего сгорания образован следующими компонентами:

1. Блок цилиндров. Блоки цилиндров – цельнолитые детали. Более того, единое целое они составляют с картером (полой частью). Именно на картер ставят коленчатый вал). Производители запчастей постоянно работают над формой блока цилиндров, его объемом. Конструкция блока цилиндров ДВС должна чётко учитывать все нюансы от механических потерь до теплового баланса.
2. Кривошипно-шатунный механизм (КШМ) – узел, состоящий из шатуна, цилиндра, маховика, колена, коленвала, шатунного и коренного подшипников. Именно в этом узле прямолинейное движение поршня преобразуется непосредственно во вращательное. Для большинства традиционных ДВС КШМ – незаменимый механизм. Хотя ряд инженеров пытаются найти замену и ему. В качестве альтернативы КШМ может рассматриваться, например, система кинематической схемы отбора мощности (уникальная российская технология, разработка научных сотрудников из «Сколково», направленная на погашение инерции, снижение частоты вращения, увеличение крутящего момента и КПД).
3. Газораспределительный механизм (ГРМ). Присутствует у четырехтактных двигателей (что это такое, ещё будет пояснено в блоке, посвященном принципу работы ДВС). Именно от ГРМ зависит, насколько синхронно с оборотами коленчатого вала работает вся система, как организован впрыск топливной смеси непосредственно в камеру, под контролем ли выход из нее продуктов сгорания.
   
   

   Основным материалом для производства ГРМ выступает кордшнуровая или кордтканевая резина. Современное производство постоянно стремится улучшить состав сырья для оптимизации эксплуатационных качеств и повышения износостойкости механизма. Самые авторитетные производители ГРМ на рынке – Bosch, Lemforder, Contitech (все – Германия), Gates (Бельгия) и Dayco (США).

   Замену ГРМ проводят через каждые 60000 — 90 000 км пробега. Всё зависит от конкретной модели авто (и регламента на неё) и особенностей эксплуатации машины.

   Привод газораспределения нуждается в систематическом контроле и обслуживании. Если пренебрегать такими процедурами, ДВС может быстро выйти из строя.

4. Система питания. В этом узле осуществляется подготовка топливно-воздушной смеси: хранение топлива, его очистка, подача в двигатель.
5. Система смазки. Главные компоненты системы – трубки, маслоприемник, редукционный клапан, масляный поддон и фильтр. Для контроля системы современные решения также оснащаются датчиками указателя давления масла и датчиком сигнальной лампы аварийного давления. Главная функция системы – охлаждение узла, уменьшение силы трения между подвижными деталями. Кроме того, система смазки  выполняет очищающую функцию, освобождает двигатель от нагара, продуктов, образованных в ходе износа мотора.
6. Система охлаждения. Важна для оптимизации рабочей температуры. Включает рубашку охлаждения, теплообменник (радиатор охлаждения), водяной насос, термостат и теплоноситель.
7. Выхлопная система. Служит для отвода от мотора продуктов сгорания.
   Включает:
   — выпускной коллектор (приёмник отработанных газов),
   — газоотвод (приёмная труба, в народе- «штаны»),
   — резонатор для разделения выхлопных газов и уменьшения их скорости,
   — катализатор (очиститель) выхлопных газов,
   — глушитель (корректирует направление потока газов, гасит шум).
8. Система зажигания. Входит в состав только бензодвигателей. Неотъемлемые компоненты системы – свечи и катушки зажигания. Самый популярный вариант конструкции – «катушка на свече». У двигателей внутреннего сгорания старого поколения также были высоковольтные провода и трамблер (распределитель). Но современные производители моторов, прежде всего, благодаря появлению конструкции «катушка на свече», могут себе позволить не включать в систему эти компоненты.
9. Система впрыска . Позволяет организовать дозированную подачу топлива.

В LMS ELECTUDE системе и времени впрыска уделяется особое внимание. Любой автомеханик должен понимать, что именно от исправности системы впрыска, времени впрыска зависит способность оперативно изменять скорость движения авто. А это одна из важнейших характеристик любого мотора.

Тонкий нюанс! При изучении устройства нельзя проигнорировать и такой элемент, как датчик положения дроссельной заслонки. Датчик не является частью ДВС, но устанавливается на многих авто непосредственно рядом с ДВС. 

Датчик эффективно решает такую задачу, как передача электронному блоку управления данных о положении пропускного клапана в определенный интервал времени.

Это позволяет держать под контролем поступающее в систему топливо. Датчик измеряет вращение и, следовательно, степень открытия дроссельной заслонки.

А изучить устройство мотора основательно помогает дистанционный курс для самообучения «Базовое устройство двигателя внутреннего сгорания автомобиля», на платформе ELECTUDE. Принципиально важно, что каждый может пошагово продвинуться от теории, связанной с ДВС и его составными частями, до оттачивания сервисных операций по регулировке. Этому помогает встроенный LMS виртуальный симулятор.

Принцип работы двигателя

Принцип работы классических двигателей внутреннего сгорания основан на преобразовании энергии вспышки топлива — тепловой энергии, освобождённой от сгорания топлива, в механическую.

При этом сам процесс преобразования энергии может отличаться.

Самый распространённый вариант такой:

1. Поршень в цилиндре движется вниз.
2. Открывается впускной клапан.
3. В цилиндр поступает воздух или топливно-воздушная смесь. (под воздействием поршня или системы поршня и турбонаддува).
4. Поршень поднимается.
5. Выпускной клапан закрывается.
6. Поршень сжимает воздух.
7. Поршень доходит до верхней мертвой точки.
8. Срабатывает свеча зажигания.
9. Открывается выпускной клапан.
10. Поршень начинает двигаться вверх.
11. Выхлопные газы выдавливаются в выпускной коллектор.

Важно! Если используется дизельное топливо, то искра не принимает участие в запуске двигателя, дизельное топливо зажигается при сжатии само.

При этом для понимания принципа работы важно не просто учитывать физическую последовательность, а держать под контролем всю систему управления. Наглядно понять её помогает схема учебного модуля ELECTUDE. 

Обратите внимание, в дистанционных курсах обучения на платформе ELECTUDE при изучении системы управления дизельным двигателем она сознательно разбирается обособленно от системы регулирования впрыска топлива. Очень грамотный подход. Многим учащимся действительно сложно сразу разобраться и с системой управления, и с системой впрыска. И для того, чтобы хорошо усвоить материал, грамотно двигаться именно пошагово.

Но вернёмся к работе самого двигателя. Рассмотренный принцип работы актуален для большинства ДВС, и он надёжен для любого транспорта, включая грузовые автомобили.

Фактически у устройств, работающих по такому принципу, работа строится на 4 тактах (поэтому большинство моторов называют четырёхтактными):

1. Такт выпуска.
2. Такт сжатия воздуха.
3. Непосредственно рабочий такт – тот самый момент, когда энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую (для запуска коленвала).
4. Такт открытия выпускного клапана – необходим для того, чтобы отработанные газы вышли из цилиндра и освободили место новой порции смеси топлива и воздуха

4 такта образуют рабочий цикл.

При этом три такта – вспомогательные и один – непосредственно дающий импульс движению. Визуально работа четырёхтактной модели представлена на схеме.

Но работа может основываться и на другом принципе – двухтактном. Что происходит в этом случае?

• Поршень двигается снизу-вверх.
• В камеру сгорания поступает топливо.
• Поршень сжимает топливно-воздушную смесь.
• Возникает компрессия. (давление).
• Возникает искра.
• Топливо загорается.
• Поршень продвигается вниз.
• Открывается доступ к выпускному коллектору.
• Из цилиндра выходят продукты сгорания.

То есть первый такт в этом процессе – одновременный впуск и сжатие, второй — опускание поршня под давлением топлива и выход продуктов сгорания из коллектора.

Двухтактный принцип работы – распространённое явление для мототехники, бензопил. Это легко объяснить тем, что при высокой удельной мощности такие устройства можно сделать очень лёгкими и компактными.

Важно! Кроме количества тактов есть отличия в механизме газообмена.

В моделей, которые поддерживают 4 такта, газораспределительный механизм открывает и закрывает в нужный момент цикла клапаны впуска и выпуска.

У решений, которые поддерживают два такта, заполнение и очистка цилиндра осуществляются синхронно с тактами сжатия и расширения (то есть непосредственно в момент нахождения поршня вблизи нижней мертвой точки).

Классификация двигателей

Двигатели разделяют по нескольким параметрам: рабочему циклу, типу конструкции, типу подачи воздуха.

Классификация двигателей в зависимости от рабочего цикла

В зависимости от цикла, описывающего термодинамический (рабочий процесс), выделяют два типа моторов: 

1. Ориентированные на цикл Отто. Сжатая смесь у них воспламеняется от постороннего источника энергии. Такой цикл присущ всем бензиновым двигателям.
2. Ориентированные на цикл Дизеля. Топливо в данном случае воспламеняется не от искры, а непосредственно от разогретого рабочего тела. Такой цикл лежит в основе работы дизельных двигателей.

Чтобы работать с современными дизельными моторами, важно уметь хорошо разбираться в системе управлениям дизелями EDC (именно от неё зависит стабильное функционирование предпускового подогрева, системы рециркуляции отработанных газов, турбонаддува), особенностях системы впрыска Common Rail (CRD), механических форсунках, лямбда-зонда, обладать навыками взаимодействия с ними.

А для работы с агрегатами, работающими по циклу Отто, не обойтись без комплексного изучения свечей зажигания, системы многоточечного впрыска. Важно отличное знание принципов работы датчиков, каталитических нейтрализаторов.

И изучение дизелей, и бензодвигателей должно быть целенаправленным и последовательным. Рациональный вариант – изучать дизельные ДВС в виде модулей.

Классификация двигателей в зависимости от конструкции

• Поршневой. Классический двигатель с поршнями, цилиндрами и коленвалом. При работе принципа ДВС рассматривалась как раз такая конструкция. Ведь именно поршневые ДВС стоят на большинстве современных автомобилей.
• Роторные (двигатели Ванкеля). Вместо поршня установлен трехгранный ротор (или несколько роторов), а камера сгорания имеет овальную форму. У них достаточно высокая мощность при малых габаритах, отлично гасятся вибрации. Но производителям невыгодно выпускать такие моторы. Производство двигателей Ванкеля дорогостоящее, сложно подстроиться под регламенты выбросов СО2, обеспечить агрегату большой срок службы. Поэтому современные мастера СТО при ремонте и обслуживании с такими автомобилями встречаются крайне редко. Но знать о таких двигателях также очень важно. Может возникнуть ситуация, что на сервис привезут автомобили Mazda RX-8. RX-8 (2003 по 2012 годов выпуска) либо ВАЗ-4132, ВАЗ-411М. И у них стоят именно роторные двигатели внутреннего сгорания.

Классификация двигателей по принципу подачи воздуха

Подача воздуха также разделяет ДВС на два класса:

1. Атмосферные. При движении поршня мотор затягивает порцию воздуха. Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.
2. Турбокомпрессорные. Организована дополнительная подкачка воздуха в камеру сгорания.

Для вращения турбины и вдувания сжатого воздуха у турбокомпрессорных двигателей внутреннего сгорания используются непосредственно выхлопные газы.

Атмосферные системы активно встречаются как среди дизельных, так и бензиновых моделей. Турбокомпрессорные ДВС – в большинстве своём, дизельные двигатели. Это связано с тем, что монтаж турбонаддува предполагает достаточно сложную конструкцию самого ДВС. И на такой шаг готовы пойти чаще всего производители авто премиум-класса, спорткаров. У них установка турбокомпрессора себя оправдывает. Да, такие решения более дорогие, но выигрыш есть в весе, компактности, показателе крутящего момента, уровни токсичности. Более того! Выигрыш есть и в расходе топлива. Его требуется существенно меньше.

Очень часто решения с турбокомпрессором выбирают автовладельцы, которые предпочитают агрессивный стиль езды, высокую скорость.

Преимущества ДВС

1. Удобство. Достаточно иметь АЗС по дороге или канистру бензина в багажнике – и проблема заправки двигателя легко решаема. Если же на машине установлен электромотор, зарядка доступна пока ещё не во всех местах.
2. Высокая скорость заправки двигателя топливом.
3. Длительный ресурс работы. Современные двигатели внутреннего сгорания легко работают в заявленный производителем период (в среднем 100-150 тыс. км. пробега), а некоторые и 300-350 тыс. км пробега. Впрочем, мировой рекордсмен – пробег и вовсе ~4 800 000 км. И здесь нет лишних нулей. Такой рекорд установлен на двигателе Volvo» P1800. Единственное, за время работы двигатель два раза проходил капремонт.
4. Компактность. Двигатели внутреннего сгорания существенно компактнее, нежели двигатели внешнего сгорания.

Недостатки ДВС

При использовании двигателя внутреннего сгорания нельзя организовать работу оборудования по замкнутому циклу, а, значит, организовать работу в условиях, когда давление существенно превышает атмосферное.

Большинство ДВС работает за счёт использования невозобновляемых ресурсов (бензина, газа). И исключение – машины, работающие на биогазе, этиловом спирте (на практике встречается редко, так как при использовании такого топлива невозможно добиться высоких мощностей и скоростей).

Существует тесная зависимость работы ДВС от качества топлива. Оно должно обладать определённым определенным цетановым и октановым числами (характеристиками воспламеняемости дизельного топлива, определяющими период задержки горения рабочей смеси и детонационной стойкости топлива), плотностью, испаряемостью.

Автомеханики называют ДВС сердцем авто, инженеры модернизируют ГРМ, а производители бензина не беспокояться о том, что все перейдут на электротранспорт.

Двигатель внутреннего сгорания — устройство и принцип работы ДВС

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – это самый распространенный тип двигателя из всех, которые устанавливаются в настоящее время на автомобили. Несмотря на то, что современный двигатель внутреннего сгорания состоит из тысячи частей, принцип его работы весьма прост. В рамках данной статьи мы рассмотрим устройство и принцип работы ДВС.

Внизу страницы смотрите видео, на котором наглядно показано устройство и принцип работы бензинового ДВС.

В каждом двигателе внутреннего сгорания есть цилиндр и поршень. Именно внутри цилиндра ДВС происходит преобразование тепловой энергии, выделяемой при сжигании топлива, в энергию механическую, способную заставить наш автомобиль двигаться. Этот процесс повторяется с частотой несколько сотен раз в минуту, что обеспечивает непрерывное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Принцип работы четырёхтактного двигателя внутреннего сгорания

В подавляющем большинстве легковых автомобилей устанавливают четырехтактные двигатели внутреннего сгорания, поэтому мы и берём его за основу. Чтобы лучше понять принцип устройства бензинового ДВС, предлагаем вам взглянуть на рисунок:

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Топливно-воздушная смесь, попадая через впускной клапан в камеру сгорания (такт первый – впуск), сжимается (такт второй – сжатие) и воспламеняется от искры свечи зажигания. При сжигании топлива, под воздействием высокой температуры в цилиндре двигателя образуется избыточное давление, заставляющее поршень двигаться вниз к так называемой нижней мертвой точке (НМТ), совершая при этом такт третий – рабочий ход. Перемещаясь во время рабочего хода вниз, с помощью шатуна, поршень приводит во вращение коленчатый вал. Затем, перемещаясь от НМТ к верхней мертвой точке (ВМТ) поршень выталкивает отработанные газы через выпускной клапан в выхлопную систему автомобиля – это четвертый такт (выпуск) работы двигателя внутреннего сгорания.

Такт – это процесс, происходящий в цилиндре двигателя за один ход поршня. Совокупность тактов, повторяющихся в строгой последовательности и с определенной периодичностью, обычно называют рабочим циклом, в данном случае, двигателя внутреннего сгорания.

1. Такт первый — ВПУСК. Поршень перемещается от ВМТ к НМТ, при этом возникает разряжение и полость цилиндра ДВС заполняется горючей смесью через открытый впускной клапан. Смесь, попадая в камеру сгорания, смешивается с остатками отработавших газов. В конце впуска давление в цилиндре составляет 0,07–0,095 МПа, а температура 80-120 ºС.
2. Такт второй – СЖАТИЕ. Поршень движется к ВМТ, оба клапана закрыты, рабочая смесь в цилиндре сжимается, а сжатие сопровождается повышением давления (1,2–1,7 МПа) и температуры (300-400 ºС).
3. Такт третий – РАСШИРЕНИЕ. При воспламенении рабочей смеси в цилиндре ДВС выделяется значительное количество теплоты, резко увеличивается температура (до 2500 градусов по Цельсию). Под давлением поршень перемещается к НМТ. Давление равно 4–6 МПа.
4. Такт четвертый – ВЫПУСК. Поршень стремится к ВМТ через открытый выпускной клапан, отработавшие газы выталкиваются в выпускной трубопровод, а затем в окружающую среду. Давление в конце цикла: 0,1–0,12 МПа, температура 600-900 ºС.

И так, вы смогли убедиться, что двигатель внутреннего сгорания устроен не очень сложно. Как говорится, все гениальное – просто. А для большей наглядности рекомендуем посмотреть видео, на котором также очень хорошо показан принцип работы ДВС.

Видео: как устроен двигатель внутреннего сгорания

Двигатель внутреннего сгорания: устройство и принцип работы

Вот уже около ста лет повсюду в мире основным силовым агрегатом на автомобилях и мотоциклах, тракторах и комбайнах, прочей технике является двигатель внутреннего сгорания. Придя в начале двадцатого века на смену двигателям внешнего сгорания (паровым), он и в веке двадцать первом остаётся наиболее экономически эффективным видом мотора. В данной статье мы подробно рассмотрим устройство, принцип работы различных видов ДВС и его основных вспомогательных систем.

Определение и общие особенности работы ДВС

Главная особенность любого двигателя внутреннего сгорания состоит в том, что топливо воспламеняется непосредственно внутри его рабочей камеры, а не в дополнительных внешних носителях. В процессе работы химическая и тепловая энергия от сгорания топлива преобразуется в механическую работу. Принцип работы ДВС основан на физическом эффекте теплового расширения газов, которое образуется в процессе сгорания топливно-воздушной смеси под давлением внутри цилиндров двигателя.

Классификация двигателей внутреннего сгорания

В процессе эволюции ДВС выделились следующие, доказавшие свою эффективность, типы данных моторов:

• Поршневые двигатели внутреннего сгорания. В них рабочая камера находится внутри цилиндров, а тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством кривошипно-шатунного механизма, передающего энергию движения на коленчатый вал. Поршневые моторы делятся, в свою очередь, на
• карбюраторные, в которых воздушно-топливная смесь формируется в карбюраторе, впрыскивается в цилиндр и воспламеняется там искрой от свечи зажигания;

• инжекторные, в которых смесь подаётся напрямую во впускной коллектор, через специальные форсунки, под контролем электронного блока управления, и также воспламеняется посредством свечи;
• дизельные, в которых воспламенение воздушно-топливной смеси происходит без свечи, посредством сжатия воздуха, который от давления нагревается от температуры, превышающей температуру горения, а топливо впрыскивается в цилиндры через форсунки.
• Роторно-поршневые двигатели внутреннего сгорания. В моторах данного типа тепловая энергия преобразуется в механическую работу посредством вращения рабочими газами ротора специальной формы и профиля. Ротор движется по «планетарной траектории» внутри рабочей камеры, имеющей форму «восьмёрки», и выполняет функции как поршня, так и ГРМ (газораспределительного механизма), и коленчатого вала.
• Газотурбинные двигатели внутреннего сгорания. В данных моторах преображение тепловой энергии в механическую работу осуществляется с помощью вращения ротора со специальными клиновидными лопатками, который приводит в движение вал турбины.

Наиболее надёжными, неприхотливыми, экономичными в плане расходования топлива и необходимости в регулярном техобслуживании, являются поршневые двигатели.

Технику с прочими видами ДВС можно вносить в Красную книгу. В наше время автомобили с роторно-поршневыми двигателями делает только «Mazda». Опытную серию автомашин с газотурбинным двигателем выпускал «Chrysler», но было это в 60-х годах, и более к этому вопросу никто из автопроизводителей не возвращался. В СССР газотурбинными двигателями оснащались танки «Т-80» и десантные корабли «Зубр», но в дальнейшем решено было отказаться от данного типа моторов. В связи с этим, подробно остановимся на «завоевавших мировое господство» поршневых двигателях внутреннего сгорания.

Устройство двигателя внутреннего сгорания

Корпус двигателя объединяет в единый организм:

• блок цилиндров, внутри камер сгорания которых воспламеняется топливно-воздушная смесь, а газы от этого сгорания приводят в движение поршни;
• кривошипно-шатунный механизм, который передаёт энергию движения на коленчатый вал;
• газораспределительный механизм, который призван обеспечивать своевременное открытие/закрытие клапанов для впуска/выпуска горючей смеси и отработанных газов;
• система подачи («впрыска») и воспламенения («зажигания») топливно-воздушной смеси;
• система удаления продуктов горения (выхлопных газов).

Четырёхтактный двигатель внутреннего сгорания в разрезе

При пуске двигателя в его цилиндры через впускные клапаны впрыскивается воздушно-топливная смесь и воспламеняется там от искры свечи зажигания. При сгорании и тепловом расширении газов от избыточного давления поршень приходит в движение, передавая механическую работу на вращение коленвала.

Работа поршневого двигателя внутреннего сгорания осуществляется циклически. Данные циклы повторяются с частотой несколько сотен раз в минуту. Это обеспечивает непрерывное поступательное вращение выходящего из двигателя коленчатого вала.

Определимся в терминологии. Такт — это рабочий процесс, происходящий в двигателе за один ход поршня, точнее, за одно его движение в одном направлении, вверх или вниз. Цикл — это совокупность тактов, повторяющихся в определённой последовательности. По количеству тактов в пределах одного рабочего цикла ДВС подразделяются на двухтактные (цикл осуществляется за один оборот коленвала и два хода поршня) и четырёхтактные (за два оборота коленвала и четыре ходя поршня). При этом, как в тех, так и в других двигателях, рабочий процесс идёт по следующему плану: впуск; сжатие; сгорание; расширение и выпуск.

Принципы работы ДВС

— Принцип работы двухтактного двигателя

Когда происходит запуск двигателя, поршень, увлекаемый поворотом коленчатого вала, приходит в движение. Как только он достигает своей нижней мёртвой точки (НМТ) и переходит к движению вверх, в камеру сгорания цилиндра подаётся топливно-воздушную смесь.

В своём движении вверх поршень сжимает её. В момент достижения поршнем его верхней мёртвой точки (ВМТ) искра от свечи электронного зажигания воспламеняет топливно-воздушную смесь. Моментально расширяясь, пары горящего топлива стремительно толкают поршень обратно к нижней мёртвой точке.

В это время открывается выпускной клапан, через который раскалённые выхлопные газы удаляются из камеры сгорания. Снова пройдя НМТ, поршень возобновляет своё движение к ВМТ. За это время коленчатый вал совершает один оборот.

При новом движении поршня опять открывается канал впуска топливно-воздушной смеси, которая замещает весь объём вышедших отработанных газов, и весь процесс повторяется заново. Ввиду того, что работа поршня в подобных моторах ограничивается двумя тактами, он совершает гораздо меньшее, чем в четырёхтактном двигателе, количество движений за определённую единицу времени. Минимизируются потери на трение. Однако выделяется большая тепловая энергия, и двухтактные двигатели быстрей и сильнее греются.

В двухтактных двигателях поршень заменяет собой клапанный механизм газораспределения, в ходе своего движения в определённые моменты открывая и закрывая рабочие отверстия впуска и выпуска в цилиндре. Худший, по сравнению с четырёхтактным двигателем,  газообмен является главным недостатком двухтактной системы ДВС. В момент удаления выхлопных газов теряется определённый процент не только рабочего вещества, но и мощности.

Сферами практического применения двухтактных двигателей внутреннего сгорания стали мопеды и мотороллеры; лодочные моторы, газонокосилки, бензопилы и т.п. маломощная техника.

— Принцип работы четырёхтактного двигателя

Данных недостатков лишены четырёхтактные ДВС, которые, в различных вариантах, и устанавливаются на практически все современные автомобили, трактора и прочую технику. В них впуск/ выпуск горючей смеси/выхлопных газов осуществляются в виде отдельных рабочих процессов, а не совмещены со сжатием и расширением, как в двухтактных. При помощи газораспределительного механизма обеспечивается механическая синхронность работы впускных и выпускных клапанов с оборотами коленвала. В четырёхтактном двигателе впрыск топливно-воздушной смеси происходит только после полного удаления отработанных газов и закрытия выпускных клапанов.

Процесс работы двигателя внутреннего сгорания

Каждый такт работы составляет один ход поршня в пределах от верхней до нижней мёртвых точек.  При этом двигатель проходит через следующие фазы работы:

• Такт первый, впуск. Поршень совершает движение от верхней к нижней мёртвой точке. В это время внутри цилиндра возникает разряжение, открывается впускной клапан и поступает топливно-воздушная смесь. В завершение впуска давление в полости цилиндра составляет в пределах от 0,07 до 0,095 Мпа; температура — от 80 до 120 градусов Цельсия.
• Такт второй, сжатие. При движении поршня от нижней к верхней мёртвой точке и закрытых впускном и выпускном клапане происходит сжатие горючей смеси в полости цилиндра. Этот процесс сопровождается повышением давления до 1,2—1,7 Мпа, а температуры — до 300-400 градусов Цельсия.
• Такт третий, расширение. Топливно-воздушная смесь воспламеняется. Это сопровождается выделением значительного количества тепловой энергии. Температура в полости цилиндра резко возрастает до 2,5 тысяч градусов по Цельсию. Под давлением поршень быстро движется к своей нижней мёртвой точке. Показатель давления при этом составляет от 4 до 6 Мпа.
• Такт четвёртый, выпуск. Во время обратного движения поршня к верхней мёртвой точке открывается выпускной клапан, через который выхлопные газы выталкиваются из цилиндра в выпускной трубопровод, а затем и в окружающую среду. Показатели давление в завершающей стадии цикла составляют 0,1-0,12 Мпа; температуры — 600-900 градусов по Цельсию.

Вспомогательные системы двигателя внутреннего сгорания

— Система зажигания

Система зажигания является частью электрооборудования машины и предназначена для обеспечения искры, воспламеняющей топливно-воздушную смесь в рабочей камере цилиндра. Составными частями системы зажигания являются:

• Источник питания. Во время запуска двигателя таковым является аккумуляторная батарея, а во время его работы — генератор.
• Включатель, или замок зажигания. Это ранее механическое, а в последние годы всё чаще электрическое контактное устройство для подачи электронапряжения.
• Накопитель энергии. Катушка, или автотрансформатор — узел, предназначенный для накопления и преобразования энергии, достаточной для возникновения нужного разряда между электродами свечи зажигания.
• Распределитель зажигания (трамблёр). Устройство, предназначенное для распределения импульса высокого напряжения по проводам, ведущим к свечам каждого из цилиндров.

Система зажигания ДВС

— Впускная система

Система впуска ДВС предназначена для бесперебойной подачи в мотор атмосферного воздуха, для его смешивания с топливом и приготовления горючей смеси. Следует отметить, что в карбюраторных двигателях прошлого впускная система состоит из воздуховода и воздушного фильтра. И всё. В состав впускной системы современных автомобилей, тракторов и прочей техники входят:

• Воздухозаборник. Представляет собою патрубок удобной для каждого конкретного двигателя формы. Через него атмосферный воздух всасывается внутрь двигателя, посредством разницы в показателях давления в атмосфере и в двигателе, где при движении поршней возникает разрежение.
• Воздушный фильтр. Это расходный материал, предназначенный для очистки поступающего в мотор воздуха от пыли и твёрдых частиц, их задержки на фильтре.
• Дроссельная заслонка. Воздушный клапан, предназначенный для регулирования подачи нужного количества воздуха. Механически она активируется нажатием на педаль газа, а в современной технике — при помощи электроники.
• Впускной коллектор. Распределяет поток воздуха по цилиндрам мотора. Для придания воздушному потоку нужного распределения используются специальные впускные заслонки и вакуумный усилитель.

— Топливная система

Топливная система, или система питания ДВС, «отвечает» за бесперебойную подачу горючего для образования топливно-воздушной смеси. В состав топливной системы входят:

• Топливный бак — ёмкость для хранения бензина или дизтоплива, с устройством для забора горючего (насосом).
• Топливопроводы — комплекс трубок и шлангов, по которым к двигателю поступает его «пища».
• Устройство смесеобразования, то есть карбюратор или инжектор — специальный механизм для приготовления топливно-воздушной смеси и её впрыска в ДВС.
• Электронный блок управления (ЭБУ) смесеобразованием и впрыском — в инжекторных двигателях это устройство «отвечает» за синхронную и эффективную работу по образованию и подаче горючей смеси в мотор.
• Топливный насос — электрическое устройство для нагнетания бензина или солярки в топливопровод.
• Топливный фильтр — расходный материал для дополнительной очистки топлива в процессе его транспортировки от бака к мотору.

Схема топливной системы ДВС

— Система смазки

Предназначение системы смазки ДВС — уменьшение силы трения и её разрушительного воздействия на детали; отведение части излишнего тепла; удаление продуктов нагара и износа; защита металла от коррозии. Система смазки ДВС включает в себя:

• Поддон картера — резервуар для хранения моторного масла. Уровень масла в поддоне контролируется не только специальным щупом, но и датчиком.
• Масляный насос — качает масло из поддона и подаёт его к нужным деталям двигателя через специальные просверленные каналы-«магистрали». Под действием силы тяжести масло стекает со смазанных деталей вниз, обратно в поддон картера, накапливается там, и цикл смазки повторяется снова.
• Масляный фильтр задерживает и удаляет из моторного масла твёрдые частицы, образующиеся из нагара и продуктов износа деталей. Фильтрующий элемент всегда меняется на новый вместе с каждой заменой моторного масла.
• Масляный радиатор предназначен для охлаждения моторного масла, с помощью жидкости из системы охлаждения двигателя.

— Выхлопная система

Выхлопная система ДВС служит для удаления отработанных газов и уменьшения шумности работы мотора. В современной технике выхлопная система состоит из следующих деталей (по порядку выхода отработанных газов из мотора):

• Выпускной коллектор. Это система труб из жаропрочного чугуна, которая принимает раскалённые отработанные газы, гасит их первичный колебательный процесс и отправляет далее, в приёмную трубу.
• Приёмная труба — изогнутый газоотвод из огнестойкого металла, в народе именуемый «штанами».
• Резонатор, или, говоря народным языком, «банка» глушителя — ёмкость, в которой происходит разделение выхлопных газов и снижение их скорости.
• Катализатор — устройство, предназначенное для очистки выхлопных газов и их нейтрадизации.
• Глушитель — ёмкость с комплексом специальных перегородок, предназначенных для многократного изменения направления движения потока газов и, соответственно, их шумности.

Выхлопная система ДВС

— Система охлаждения

Если на мопедах, мотороллерах и недорогих мотоциклах до сих пор применяется воздушная система охлаждения двигателя — встречным потоком воздуха, то для более мощной техники её, разумеется, недостаточно. Здесь работает жидкостная система охлаждения, предназначенная для забирания излишнего тепла у мотора и снижения тепловых нагрузок на его детали.

• Радиатор системы охлаждения служит для отдачи избыточного тепла в окружающую среду. Он состоит из большого количества изогнутых аллюминиевых трубок, с рёбрами для дополнительной теплоотдачи.
• Вентилятор предназначен для усиления охлаждающего эффекта на радиатор от встречного потока воздуха.
• Водяной насос (помпа) — «гоняет» охлаждающую жидкость по «малому» и «большому» кругам, обеспечивая её циркуляцию через двигатель и радиатор.
• Термостат — специальный клапан, обеспечивающий оптимальную температуру охлаждающей жидкости путём запуска её по «малому кругу», минуя радиатор (при холодном двигателе) и по «большому кругу», через радиатор — при прогретом двигателе.

Слаженная работа данных вспомогательных систем обеспечивает максимальную отдачу от двигателя внутреннего сгорания и его надёжность.

В заключение необходимо отметить, что в обозримом будущем не предвидится появления достойных конкурентов двигателю внутреннего сгорания. Есть все основания утверждать, что в своём современном, усовершенствованном виде, он ещё несколько десятилетий останется господствующим видом мотора во всех отраслях мировой экономики.

Устройство двигателя внутреннего сгорания — видео, схемы, картинки

Двигатель внутреннего сгорания – это одно из тех изобретений, которые в корне перевернули нашу жизнь – с лошадиных повозок люди смогли пересесть на быстрые и мощные автомобили.

Первые ДВС обладали малой мощностью, а коэффициент полезного действия не доходил даже до десяти процентов, но неутомимые изобретатели – Ленуар, Отто, Даймлер, Майбах, Дизель, Бенц и множество других – привносили что-то новое, благодаря чему имена многих увековечены в названиях известных автомобильных компаний.

ДВС прошли длительный путь развития от коптящих и часто ломающихся примитивных моторов, до сверхсовременных битурбированных двигателей, но принцип их работы остался все тот же – теплота сгорания топлива преобразуется в механическую энергию.

Название “двигатель внутреннего сгорания” используется потому, что топливо сгорает в середине двигателя, а не снаружи, как в двигателях внешнего сгорания – паровых турбинах и паровых машинах.

Благодаря этому ДВС получили множество положительных характеристик:

• они стали намного легче и экономичнее;
• стало возможным избавиться от дополнительных агрегатов для передачи энергии сгорания топлива или пара к рабочим частям двигателя;
• топливо для ДВС обладает заданными параметрами и позволяет получать значительно больше энергии, которую можно преобразовать в полезную работу.

Устройство ДВС

Вне зависимости от того, на каком топливе работает двигатель – бензин, дизель, пропан-бутан или экотопливо на основе растительных масел – главным действующим элементом является поршень, который находится внутри цилиндра. Поршень похож на металлический перевернутый стакан (скорее подойдет сравнение с бокалом для виски – с плоским толстым дном и прямыми стенками), а цилиндр – на небольшой кусок трубы, внутри которой и ходит поршень.

В верхней плоской части поршня имеется камера сгорания – углубление круглой формы, именно в нее попадает топливно воздушная смесь и здесь же детонирует, приводя поршень в движение. Это движение передается на коленчатый вал с помощью шатунов. Шатуны верхней своей частью прикреплены к поршню с помощью поршневого пальца, который просовывается в два отверстия по бокам поршня, а нижней – к шатунной шейке коленчатого вала.

Первые ДВС имели всего один поршень, но и этого было достаточно, чтобы развить мощность в несколько десятков лошадиных сил.

В наше время тоже применяются двигатели с одним поршнем, например пусковые двигатели для тракторов, которые выполняют роль стартера. Однако больше всего распространены 2-х, 3-х, 4-х, 6-и и 8-цилиндровые двигатели, хотя выпускаются двигатели на 16 цилиндров и более.

Поршни и цилиндры находятся в блоке цилиндров. От того, как расположены цилиндры по отношению к друг другу и к другим элементам двигателя, выделяют несколько видов ДВС:

• рядные – цилиндры расположены в один ряд;
• V-образные – цилиндры расположены друг против друга под углом, в разрезе напоминают букву “V”;
• U-образные – два объединенных между собой рядных двигателя;
• X-образные – ДВС со сдвоенными V-образными блоками;
• оппозитные – угол между блоками цилиндров составляет 180 градусов;
• W-образные 12-цилиндровые – три или четыре ряда цилиндров установленные в форме буквы “W”;
• звездообразные двигатели – применяются в авиации, поршни расположены радиальными лучами вокруг коленчатого вала.

Важным элементом двигателя является коленчатый вал, на который передается возвратно-поступательное движение поршня, коленвал преобразует его во вращение.

Когда на тахометре отображаются обороты двигателя, то это как раз и есть количество вращений коленвала в минуту, то есть он даже на самых низких оборотах вращается со скоростью 2000 оборотов в минуту. С одной стороны коленвал соединен с маховиком, от которого вращение через сцепление подается на коробку передач, с другой стороны – шкив коленвала, связанный с генератором и газораспределительным механизмом через ременную передачу. В более современных авто шкив коленвала связан также со шкивами кондиционера и гидроусилителя руля.

Топливо подается в двигатель через карбюратор или инжектор. Карбюраторные ДВС уже отживают свое из-за несовершенства конструкции. В таких ДВС идет сплошной поток бензина через карбюратор, затем топливо смешивается во впускном коллекторе и подается в камеры сгорания поршней, где детонирует под действием искры зажигания.

В инжекторных двигателях непосредственного впрыска топливо смешивается с воздухом в блоке цилиндров, куда подается искра от свечи зажигания.

Газораспределительный механизм отвечает за согласованную работу системы клапанов. Впускные клапаны обеспечивают своевременное поступление топливновоздушной смеси, а выпускные отвечают за выведение продуктов сгорания. Как мы уже писали раньше, такая система используется в четырехтактных двигателях, тогда как в двухтактных необходимость в клапанах отпадает.

На данном видео показано как устроен двигатель внутреннего сгорания, какие функции выполняет и как он это делает.

Устройство четырехтактного ДВС

Загрузка…

Поделиться в социальных сетях

Принцип работы двигателя внутреннего сгорания, устройство ДВС

Двигатель внутреннего сгорания — один из ключевых элементов конструкции транспортного средства. Он представляет собой внушительный агрегат, принцип работы двигателя внутреннего сгорания основывается на изменении энергии для действия определенных частей агрегата.

Виды моторов

Существует три вида двигателей, встречаемых в транспортных средствах:

• поршневой
• роторно-поршневой
• газотурбинный

Большой популярностью пользуется первый вариант моторов. На некоторые модели автомобилей устанавливают так поршневые двигатели с четырьмя тактами. Вызвана такая популярность тем, что подобные агрегаты стоят дешевле, имеют небольшой вес и подходят для использования практически во всех машинах вне зависимости от производства.

Если говорить простыми словами, то двигатель автомобиля — это особый механизм, способный изменить энергию тепла, превратив ее в механическую энергию, благодаря чему удается обеспечить работу множества элементов конструкции автомобиля, а также его систем.

Изучить принцип действия мотора не составит труда. Например, поршневые ДВС делятся на двух- и четырехтактные агрегаты. Четырехтактными двигатели называют потому, что в одном рабочем цикле элемента поршень двигается четыре раза (такта). Подробнее о том, что представляют собой такты, написано далее.

Устройство мотора

Прежде, чем разбираться с принципом работы, стоит сначала понять, как устроен силовой агрегат и что входит в его конструкцию. Так как поршневые считаются наиболее востребованными, рассматриваться будет именно такое устройство. К основным деталям следует отнести:

1. Цилиндры, образующие отдельный блок
2. Головку блока с ГРМ
3. Кривошипно-шатунный механизм

Последний приводит в движение коленчатый вал, заставляя его вращаться. Механизм передает валу энергию, получаемую от двигающегося поршня, который в несколько тактов меняет свое положение. Движение поршня регулирует энергия тепла, возникающая в результате горения топлива.

Невозможно представить и организовать движение силового агрегата без установленных в нем механизмов. Так, например, ГРМ меняет положение клапанов, за счет чего удается обеспечить регулярную подачу топлива, впуская и выпуская определенные составы. Система поступления новых газов и выхода отработавших налажена.

Работа двигателя возможна только при одновременной работе всех включенных в конструкцию деталей, механизмов и других элементов. Также вместе с ними должны бесперебойно действовать следующие системы:

• зажигания, основная роль которой заключается в воспламенении топлива,
• содержащего также воздух;
• впускная, регулирующая своевременную подачу воздуха внутрь цилиндра;
• топливная, благодаря которой удается обеспечить подачу топлива для сгорания и дальнейшей работы транспорта;
• система смазки, снижающая износ трущихся деталей конструкции во время их работы;
• выхлопная, посредством действия которой удается удалить отработавшие газы, в результате чего снижается их токсичность.

Также работает система охлаждения, регулирующая температуру внутри агрегата и следящая за тем, чтобы она была оптимальной.

Рабочий цикл ДВС

Основной цикл мотора подразумевает выполнение четырех основных тактов. Именно о них и пойдет речь дальше по тексту.

Первый такт: впуск

Начальный — движение кулачков, которые являются частью конструкции распределительного вала. Они меняют воздействуют на клапан впуска, заставляя его открыться.

Далее, вслед за открывшимся клапаном, с места двигается поршень. Деталь постепенно перемещается из крайнего верхнего положения в крайнее нижнее. Воздух внутри цилиндра в связи с уменьшением пространства поршнем становится более разреженным, благодаря чему становится возможным поступление подготовленной рабочей смеси.

После этого поршень начинает действовать на коленвал через шатун, вследствие чего вал поворачивается на 180 градусов. Сам поршень уже достигает своего критического нижнего положения, и на этом моменте начинается второй такт.

Второй такт: сжатие

Он подразумевает дальнейшее сжатие смеси, находящейся внутри цилиндра. Клапан впуска закрывается, и поршень меняет свое направление, двигаясь вверх. Воздух в связи с уменьшением пространства начинает сжиматься, а рабочая смесь — нагреваться. Когда второй такт подходит к концу, в действие приходит система зажигания. Ее основное назначение — подача на свечу заряда электричества для образования искры. Именно эта искра поджигает сжатую смесь из топлива и воздуха, приводя к ее воспламенению.

Отдельно стоит рассмотреть, как зажигается топливо у дизельного ДВС. Как только завершается сжатие, начинает поступать мелкораспыленное дизельное топливо через форсунку внутрь камеры. Впоследствии горючее вещество перемешивается с воздухом внутри, благодаря чему происходит воспламенение.

Что касается карбюраторного двигателя со стандартным топливом, то на втором такте коленчатый вал успевает сделать полный оборот.

Третий такт: рабочий ход

Третий такт называется рабочим ходом. Газы, оставшиеся после сгорания смеси, начинают толкать поршень, перемещая его вниз. Полученная деталью энергия передается коленвалу, и тот снова поворачивается, но уже на половину оборота.

Четвертый такт: выпуск

Четвертый такт — выпуск оставшихся газов. Когда такт только начинается, кулачок меняет положение на этот раз выпускного клапана, открывая его. Это способствует началу движения поршня наверх, вследствие чего из цилиндра начинают выходить отработавшие газы.

Интересно, что на современных моделях транспортных средств ДВС оборудованы не одним цилиндром, а несколькими. Благодаря их слаженной работе обеспечивается более качественная работа мотора и систем машины. При этом в каждом цилиндре единовременно выполняются разные такты. Так, например, в одном цилиндре вовсю идет рабочий ход, а во втором — коленчатый вал еще только совершает оборот. Подобная конструкция также:

• избавляет от ненужных вибраций;
• уравновешивает силы, которые действуют на работу коленвала;
• организует ровную работу мотора.

Ввиду компактности двигатели с несколькими цилиндрами изготавливают не рядными, а V-образными. Также существует форма оппозитных двигателей, которые часто можно встретить на автомобилях производства Subaru. Такое решение позволяет сэкономить много места под капотом.

Как работает двухтактный мотор

Выше было упомянуто, что поршневые двигатели делятся как на 4-тактные, так и на 2-тактные. Принцип работы вторых немного отличается от того, что был описан ранее. Да и само устройство такого агрегата значительно проще предыдущей конструкции. В двухтактном агрегате всего два окна в цилиндре — впускное и выпускное. Второе расположено чуть выше первого, и сейчас будет объяснено, для чего это.

Поршень при начале первого такта, до этого перекрывавший впускное окно, начинает двигаться наверх, в результате чего перекрывает собой окно впуска топлива. Поршень в это же время продолжает опускаться, что приводит к сжатию рабочей смеси. Как только деталь достигает нужного положения, на свече образуется первая искра, и созданная смесь тут же поджигается, воспламеняясь. Впускное окно к этому моменту уже открывается. Оно пропускает очередную порцию топлива и воздуха, продолжая работу механизма.

Начало второго такта характеризуется сменой направления движения поршня — он начинает перемещаться вниз. На него действуют газы, стремящиеся расширить имеющееся пространство. Поршень перемещается, открывая впускное окно, и оставшиеся после сгорания смеси газы уходят, пропуская внутрь новую порцию топлива.

Какая-то часть рабочей смеси также покидает цилиндр через открытый выпускной клапан. Поэтому становится понятным, почему двухтактные двигатели требуют такого количества топлива.

Преимущества и недостатки

Преимуществом двухтактных поршневых агрегатов является достижение большой мощности при небольшом рабочем объеме, если сравнивать их с четырехтактными. Однако владелец авто будет страдать от внушительных расходов топлива, из-за чего в скором времени в его голове возникнет идея поменять агрегат.

Также плюсами двухтактных ДВС можно назвать простую конструкцию, понятную и равномерную работу, маленький вес и компактный размер. К минусам следует отнести грязный выхлоп, нехватку различных систем, а также быстрый износ деталей конструкции. Довольно часто владельцы машин с таким двигателем жалуются на перегрев агрегата и его поломку.

Также читайте:

Какое моторное масло лучше заливать в двигатель Мерседес

Компрессор Мерседес: Виды компрессоров Плюсы и Минусы

ТОП 5 ЛУЧШИХ и ХУДШИХ МОТОРОВ MERCEDES

Что означает индикатор Check Engine и почему может гореть?

Что такое VIN CODE ? Как расшифровать вин код автомобиля Мерседес

Двигатель внутреннего сгорания: устройство, принцип работы

Двигатель внутреннего сгорания – это такой тип мотора, у которого топливо воспламеняется в рабочей камере внутри, а не в дополнительных внешних носителях. ДВС преобразует давление от сгорания топлива в механическую работу.

Из истории

Первый ДВС являлся силовым агрегатом Де Риваза, по имени его создателя Франсуа де Риваза, родом из Франции, который сконструировал его в 1807 году.

В этом двигателе уже было искровое зажигание, он был шатунный, с поршневой системой, то есть, это своего рода прообраз современных моторов.

Спустя 57 лет соотечественник де Риваза Этьен Ленуар изобрел уже двухтактный агрегат. Этот агрегат имел горизонтальное расположение своего единственного цилиндра, наличествовал искровым зажиганием и работал на смеси светильного газа с воздухом. Работы двигателя внутреннего сгорания в то время хватало уже на малогабаритные лодки.

Еще через 3 года конкурентом стал немец Николаус Отто, детищем которого стал уже четырехтактный атмосферный мотор с вертикальным цилиндром. КПД в данном случае увеличился на 11%, в отличие от кпд двигателя внутреннего сгорания Риваза, он стал 15-процентным.

Чуть позже, в 80-х годах этого же столетия, российский конструктор Огнеслав Костович впервые запустил агрегат карбюраторного типа, а инженеры из Германии Даймлер и Майбах усовершенствовали его в облегченный вид, который стал устанавливаться на мото- и автотехнике.

В 1897 году Рудольф Дизель выводит в свет ДВС по типу воспламенения от сжатия, используя нефть в качестве топлива. Этот вид двигателя стал родоначальником дизельных моторов, использующихся по настоящее время.

Виды двигателей

• Бензиновые моторы карбюраторного типа работают от топлива, смешанного с воздухом. Смесь эта предварительно подготавливается в карбюраторе, далее поступает в цилиндр. В нем смесь сжимается, воспламеняется искрой от свечи зажигания.
• Инжекторные двигатели отличаются тем, что смесь подается напрямую от форсунок во впускной коллектор. У этого вида имеются две системы впрыска – моновпрыск и распределенный впрыск.
• В дизельном моторе воспламенение происходит без свечей зажигания. В цилиндре данной системы находится воздух, разогретый до температуры, которая превышает температуру воспламенения топлива. В этот воздух через форсунку подается топливо, и вся смесь воспламеняется по образу факела.
• Газовый ДВС имеет принцип теплового цикла, топливом может являться как природный газ, так и углеводородный. Газ поступает в редуктор, где давление его стабилизируется в рабочее. Затем попадает в смеситель, а в итоге воспламеняется в цилиндре.
• Газодизельные ДВС работают по принципу газовых, только в отличие от них, смесь воспламеняется не свечой, а дизельным топливом, впрыск которого происходит также, как и у обычного дизельного мотора.
• Роторно-поршневые типы двигателей внутреннего сгорания принципиально отличаются от остальных наличием ротора, который вращается в камере, имеющей форму восьмерки. Чтобы понять, что такое ротор, нужно усвоить, что в данном случае ротор выполняет роль поршня, ГРМ и коленчатого вала, то есть специальный механизм ГРМ здесь полностью отсутствует. При одном обороте происходит сразу три рабочих цикла, что сравнимо с работой двигателя с шестью цилиндрами.

Принцип работы

В настоящее время преобладает четырехтактный принцип работы двигателя внутреннего сгорания. Это объясняется тем, что поршень в цилиндре проходит четыре раза – вверх и вниз одинаково по два.

Как работает двигатель внутреннего сгорания:

1. Первый такт – поршень при движении вниз втягивает топливную смесь. При этом клапан впуска находится в открытом виде.
2. После достижения поршнем нижнего уровня, он двигается вверх, сжимая горючую смесь, которая, в свою очередь, принимает объем камеры сгорания. Этот этап, включенный в принцип работы двигателя внутреннего сгорания, является вторым по счету. Клапаны, при этом, находятся в закрытом виде, и чем плотнее, тем качественнее происходит сжатие.
3. В третий такт включается система зажигания, так как здесь происходит воспламенение топливной смеси. В назначении работы двигателя он называется «рабочим», так как при этом начинается процесс привода в работу агрегата. Поршень от взрыва топлива начинает движение вниз. Как и во втором такте, клапаны находятся в закрытом состоянии.
4. Завершающий такт – четвертый, выпускной, который дает понять, что такое завершение полного цикла. Поршень через выпускной клапан избавляется от отработавших газов цилиндра. Затем все циклически повторяется снова, понять, как работает двигатель внутреннего сгорания, можно представив цикличность работы часов.

Устройство ДВС

Устройство двигателя внутреннего сгорания логично рассматривать с поршня, так как он является основным элементом работы. Он представляет собой своеобразный «стакан» с пустой полостью внутри.

Поршень имеет прорези, в которых фиксируются кольца. Отвечают эти самые кольца за то, чтобы горючая смесь не выходила под поршень (компрессионное), а так же за то, чтобы масло не попадало в пространство над самим поршнем (маслосъемное).

Порядок работы

• При попадании внутрь цилиндра топливной смеси, поршень проходит четыре вышеописанных такта, и возвратно-поступательное движение поршня приводит в движение вал.
• Дальнейший порядок работы двигателя следующий: верхняя часть шатуна закреплена на пальце, который находится внутри юбки поршня. Кривошип коленвала фиксирует шатун. Поршень, при движении, вращает коленвал и последний, в свое время, передает крутящий момент системе трансмиссии, оттуда на систему шестерен и далее к ведущим колесам. В устройстве двигателей автомобилей с задним приводом посредником до колес выступает еще и карданный вал.

Конструкция ДВС

Газораспределительный механизм (ГРМ) в устройстве двигателя внутреннего сгорания отвечает за впрыск топлива, а так же за выпуск газов.

Механизм ГРМ состоит из верхнеклапанного и нижнеклапанного, может быть двух видов – ременной или цепной.

Шатун чаще всего изготавливается из стали путем штамповки или ковки. Есть виды шатунов, изготовленные из титана. Шатун передает усилия поршня коленвалу.

Коленвал из чугуна или из стали представляет собой набор коренных и шатунных шеек. Внутри этих шеек есть отверстия, отвечающие за подачу масла под давлением.

Принцип работы кривошипно-шатунного механизма в двигателях внутреннего сгорания заключается в преобразовании движений поршня в движения коленвала.

Головка блока цилиндров (ГБЦ), большинства двигателей внутреннего сгорания, как и блок цилиндров, чаще всего изготавливается из чугуна и реже из различных сплавов алюминия. В ГБЦ находятся камеры сгорания, каналы впуска – выпуска, отверстия свечей. Между блоком цилиндров и ГБЦ находится прокладка, обеспечивающая полную герметичность их соединения.

В систему смазки, которую включает в себя двигатель внутреннего сгорания, входит поддон картера, маслозаборник, маслонасос, масляный фильтр и масляный радиатор. Все это соединено каналами и сложными магистралями. Система смазки отвечает не только за уменьшения трения между деталями мотора, но и за их охлаждение, а также за уменьшение коррозии и износа, увеличивает ресурс ДВС.

Устройство двигателя, в зависимости от его вида, типа, страны изготовителя, может быть чем-либо дополнено или, напротив, могут отсутствовать какие-то элементы ввиду устаревания отдельных моделей, но общее устройство двигателя остается неизменным так же, как и стандартный принцип работы двигателя внутреннего сгорания.

Дополнительные агрегаты

Само собой, двигатель внутреннего сгорания не может существовать как отдельный орган без дополнительных агрегатов, обеспечивающих его работу. Система запуска раскручивает мотор, приводит его в рабочее состояние. Существуют разные принципы работы запуска в зависимости от типа мотора: стартерный, пневматический и мускульный.

Трансмиссия позволяет развить мощность при узком диапазоне оборотов. Система питания обеспечивает ДВС двигатель малым электричеством. В нее входит аккумуляторная батарея и генератор, обеспечивающий постоянный поток электричества и заряд АКБ.

Выхлопная система обеспечивает выпуск газов. В любое устройство двигателя автомобиля входят: выпускной коллектор, который собирает газы в единую трубу, каталитический конвертер, который снижает токсичность газов путем восстановления оксида азота и использует образовавшийся кислород, чтобы дожечь вредные вещества.

Глушитель в этой системе служит для того, чтобы уменьшить выходящий из мотора шум. Двигатели внутреннего сгорания современных автомобилей должны соответствовать установленным законом нормам.

Тип топлива

Следует помнить и об октановом числе топлива, которое используют двигатели внутреннего сгорания разных типов.

Чем выше октановое число топлива – тем больше степень сжатия, что приводит к увеличению коэффициента полезного действия двигателя внутреннего сгорания.

Но существуют и такие двигатели, для которых увеличение октанового числа выше положенного заводом изготовителем, приведет к преждевременной поломке. Это может произойти путем прогорания поршней, разрушения колец, закопченности камер сгорания.

Заводом предусмотрено свое минимальное и максимальное октановое число, которое требует двигатель внутреннего сгорания.

Тюнинг

Любители увеличить мощность работы двигателей внутреннего сгорания зачастую устанавливают (если это не предусмотрено заводом изготовителем) различного рода турбины или компрессоры.

Компрессор на холостых оборотах выдает небольшую мощность, при этом держит стабильные обороты. Турбина же, наоборот, выжимает максимальную мощность при ее включении.

Установка тех или иных агрегатов требует консультации с мастерами, имеющими опыт работы в узком направлении, поскольку ремонт, замена агрегатов, или же дополнение двигателя внутреннего сгорания дополнительными опциями – это отклонение от назначения работы двигателя и уменьшают ресурс ДВС, а неправильные действия могут привести к необратимым последствиям, то есть работа двигателя внутреннего сгорания может быть навсегда окончена.

Принцип работы 2х тактного и 4х тактного двигателей

При выборе силового оборудования необходимо уделить особое внимание типу двигателя. Существует два типа двигателей внутреннего сгорания: 2-х тактный и 4-х тактный.

Принцип действия двигателя внутреннего сгорания основан на использовании такого свойства газов, как расширение при нагревании, которое осуществляется за счет принудительного воспламенения горючей смеси, впрыскиваемой в воздушное пространство цилиндра.

Зачастую можно услышать, что 4-х тактный двигатель лучше, но чтобы понять, почему, необходимо более подробно разобрать принципы работы каждого.

Основными частями двигателя внутреннего сгорания, независимо от его типа, являются кривошипно-шатунный и газораспределительный механизмы, а также системы, отвечающие за охлаждение, питание, зажигание и смазку деталей.

Передача полезной работы расширяющегося газа осуществляется через кривошипно-шатунный механизм, а за своевременный впрыск топливной смеси в цилиндр отвечает механизм газораспре6деления.

Четырехтактные двигатели — выбор компании Honda

Четырехтактные двигатели экономичные, при этом их работа сопровождается более низким уровнем шума, а выхлоп не содержит горючей смеси и значительно экологичней чем у двухтактного двигателя.  Именно поэтому компания Honda при изготовлении силовой техники использует только четырехтактные двигатели. Компания Honda уже многие годы представляет свои четырехтактные двигатели на рынке силовой техники и добилась высочайших результатов, при этом их качество и надежность ни разу не подвергались сомнению. Но всё же, давайте рассмотрим принцип работы 2х и 4х тактных двигателей.

Принцип работы двухтактного двигателя

Рабочий цикл 2-х тактного двигателя состоит из двух этапов: сжатие и рабочий ход.

Сжатие. Основными положениями поршня являются верхняя мертвая точка (ВМТ) и нижняя мертвая точка (НМТ). Двигаясь от НМТ к ВМТ, поршень поочередно перекрывает сначала продувочное, а затем выпускное окно, после чего газ, находящийся в цилиндре, начинает сжиматься. При этом через впускное окно в кривошипную камеру поступает свежая горючая смесь, которая будет использована в последующем сжатии.

Рабочий ход. После того, как горючая смесь максимально сжата, она воспламеняется при помощи электрической искры, образуемой свечой. При этом температура газовой смеси резко возрастает и объем газа стремительно растет, осуществляя давление, при котором поршень начинает движение к НМТ. Опускаясь, поршень открывает выпускное окно, при этом продукты горения горючей смеси выбрасываются в атмосферу. Дальнейшее движение поршня приводит к сжатию свежей горючей смеси и открытию продувочного отверстия, через которое горючая смесь поступает в камеру сгорания.

Основным недостатком двухтактного двигателя является большой расход топлива, причем часть топлива не успевает принести пользу. Это связано с наличием момента, при котором продувочное и выпускное отверстие одновременно открыты, что приводит к частичному выбросу горючей смеси в атмосферу. Еще идёт постоянный расход масла, так как 2х тактные двигатели работают на смеси бензина и масла. Очередное неудобство — в необходимости постоянно готовить топливную смесь. Главными преимуществами двухтактного двигателя остаются его меньшие размеры и вес по сравнению с 4х тактным аналогом, но размеры силовой техники позволяют использовать на них 4х тактные двигатели и испытывать намного меньше хлопот в ходе эксплуатации. Так что уделом 2х тактных моторов осталось различное моделирование, в частности, авиамоделирование, где даже лишних 100г имеют значение. 

Принцип работы четырехтактного двигателя

Работа четырехтактного двигателя значительно отличается от работы двухтактного. Рабочий цикл четырехтактного двигателя состоит из четырех этапов: впуск, сжатие, рабочий ход и выпуск, что стало возможным за счет применения системы клапанов.

Во время впускного этапа поршень двигается вниз, открывается впускной клапан, и в полость цилиндра поступает горючая смесь, которая при смешении с остатками отработанной смеси образует рабочую смесь.

При сжатии поршень движется от НМТ к ВМТ, оба клапана закрыты. Чем выше поднимается поршень, тем выше давление и температура рабочей смеси.

Рабочий ход четырехтактного двигателя представляет собой принудительное движение поршня от ВМТ к НМТ за счет воздействия резко расширяющейся рабочей смеси, воспламененной искрой от свечи. Как только поршень достигает НМТ, открывается выпускной клапан.

Во время выпускного этапа продукты сгорания, вытесняемые поршнем, движущимся от НМТ к ВМТ, выбрасываются в атмосферу через выпускной клапан.

За счет применения системы клапанов четырехтактные двигатели внутреннего сгорания более экономичны и экологичны — ведь выброс неиспользованной топливной смеси исключен. В работе они значительно тише, чем 2х тактные аналоги, и в эксплуатации намного проще, ведь работают на обычном АИ-92, которым вы заправляете свою машину. Нет необходимости в постоянном приготовлении смеси масла и бензина, ведь масло в данных двигателях заливается отдельно в масляный картер, что значительно уменьшает его потребление. Вот именно поэтому компания Honda производит только 4х тактные двигатели и достигла в их производстве колоссальных успехов.

операций по обеспечению соблюдения и удалению | ICE

Усилия ERO по обеспечению соблюдения и удалению данных проводятся его 24 национальными отделениями на местах. В Центральных учреждениях Отдел полевых операций обеспечивает руководство и координацию между этими отделениями. Это направление часто относится к многочисленным программам и инициативам, посредством которых ERO выявляет, арестовывает, преследует и устраняет приоритетных неграждан.

Штаб-квартира полевых операций состоит из следующих трех отделов, каждый из которых обеспечивает руководство, внедряет и информирует политику и процедуры, а также способствует усиленной координации между штаб-квартирой и полевыми отделениями:

Отдел внутренних операций наблюдает, направляет и координирует всю деятельность ERO полевых операций во всех национальных полевых офисах и суб-офисах, стремясь повысить национальную безопасность, безопасность границ и общественную безопасность посредством обеспечения соблюдения Гражданской иммиграционной службы DHS Приоритеты.

На этой карте показано расположение и зона ответственности полевых офисов ERO. По вопросам, касающимся местонахождения лиц, находящихся в настоящее время под стражей ICE, воспользуйтесь системой поиска задержанных в Интернете. Чтобы узнать о местонахождении и информацию о конкретных местах содержания под стражей, посетите поисковик мест содержания под стражей.

Отдел специальных операций наблюдает и координирует деятельность ERO по сбору разведывательных данных, обучение огнестрельному оружию и закупку защитного оборудования, различные тактические программы и коммуникационные мероприятия, а также наблюдает за операциями ERO, которые поддерживают планы предотвращения, готовности, реагирования и восстановления для критических и значительных инцидентов. например, террористические атаки, стихийные бедствия или другие чрезвычайные ситуации или инциденты в стране.

Подразделение Правоохранительных систем и анализа (LESA) отвечает за помощь в разработке стратегий ERO и поддержку постоянного совершенствования бизнес-процессов ERO для выполнения этих стратегий. Посредством сбора и анализа данных, а также улучшения технологий и процессов LESA предоставляет инструменты, исследования и рекомендации, которые помогают ICE принимать решения и планировать (стратегические, деловые и операционные). LESA изучает операции и ресурсы ICE (персонал, процессы, технологии и инфраструктуру), чтобы найти области для постоянного улучшения.

Как работают ледогенераторы | HowStuffWorks

Существует множество способов сконфигурировать большой отдельно стоящий ледогенератор — все, что вам нужно, это система охлаждения, водоснабжение и какой-либо способ сбора образующегося льда.

В одной из простейших профессиональных систем используется большой металлический поддон для кубиков льда, расположенный вертикально. Вы можете увидеть, как эта система работает, на схеме ниже.

Этот контент несовместим с этим устройством.

В этой системе металлический лоток для льда подсоединен к набору спиральных теплообменных труб , подобных тем, которые находятся на задней стороне холодильника.Если вы читали «Как работают холодильники», то знаете, как работают эти трубы. Компрессор приводит в движение поток хладагента в непрерывном цикле конденсации и расширения. По сути, компрессор пропускает хладагент через узкую трубку (называемую конденсатором ) для его конденсации, а затем выпускает его в более широкую трубку (называемую испарителем ), где он может расширяться.

Сжатие хладагента увеличивает его давление, что увеличивает его температуру. Когда хладагент проходит через узкие змеевики конденсатора, он отдает тепло более холодному воздуху снаружи, и конденсируется в жидкость.Когда сжатая жидкость проходит через расширительный клапан , она испаряется — расширяется, превращаясь в газ. Этот процесс испарения потребляет тепловую энергию из металлических труб и воздуха вокруг хладагента. Это охладит трубы и прикрепленный к ним металлический поддон для льда.

Ледогенератор имеет водяной насос, который забирает воду из сборного поддона и выливает ее на поддон для охлажденного льда. По мере того, как вода течет по лотку, она постепенно замерзает, образуя кубики льда в углублении лотка.Когда вы таким образом замораживаете воду слой за слоем, она образует чистый лед. Когда вы замораживаете все сразу, как в домашнем льдогенераторе, лед становится мутным (дополнительную информацию см. В разделе «Как сделать прозрачные кубики льда?»).

По прошествии заданного времени ледогенератор запускает электромагнитный клапан , подключенный к теплообменным змеевикам. Переключение этого клапана изменяет путь хладагента. Компрессор перестает нагнетать нагретый газ из компрессора в узкий конденсатор; вместо этого он нагнетает газ в широкую перепускную трубку .Горячий газ возвращается в испаритель без конденсации. Когда вы проталкиваете горячий газ через трубы испарителя, трубы и лоток для льда быстро нагреваются, в результате чего кубики льда разрыхляются.

Как правило, отдельные полости для кубов имеют наклон на , поэтому разрыхленный лед самостоятельно выскользнет в сборный бункер, расположенный ниже. Некоторые системы имеют цилиндр , поршень , который слегка толкает лоток, выбивая кубики.

Такая система популярна в ресторанах и отелях, поскольку она позволяет производить кубики льда стандартной формы и размера.Другим предприятиям, таким как продуктовые магазины и научно-исследовательские фирмы, нужны более мелкие хлопья льда для упаковки скоропортящихся продуктов. Далее мы рассмотрим чешуйчатые льдогенераторы.

Системы циркуляции холодной воды

Бесплатная стандартная доставка доступен при покупке системы и терапевтических подушек

---

Системы циркуляции холодной воды Active Ice® 3.0

Наша удобная и простая в использовании система холодовой терапии отлично подходит для немедикаментозного обезболивания после травм или послеоперационных операций! Polar Products предлагает системы холодовой терапии, предназначенные для определенных участков тела, и универсальные системы, предназначенные для использования в любом месте! Бесплатная доставка предлагается при системных покупках.

---

Рекомендуемые

Показана прямоугольная система

Коленная система
Наш лучший продавец, идеально подходит для восстановления после замены коленного сустава!

---

Все системы

---

Сравните нас с другими системами

---

Прокладки для холодной терапии Active Ice® 3.0

Все прокладки для терапии холодной водой Active Ice® можно приобрести по отдельности! Проведите локализованную холодовую терапию пациенту дома или во время его или ее пребывания в больнице.Ознакомьтесь с нашим ассортиментом уникальных подушечек для терапии!

В Магазин

Аксессуары и эластичные ремни

Polar Products Аксессуары Active Ice® 3.0 позволяют настроить систему Active Ice® в соответствии с вашими индивидуальными потребностями!

на дороге

Возьмите с собой Active Ice! Наш адаптер отбора мощности можно подключить к вашему автомобилю!

В Магазин

Компрессионные ремни Active Ice®

Наши компрессионные бинты обеспечивают комфортное сжатие при использовании с универсальной терапевтической подушечкой.Они облегчают установку и прикрепление прокладки к определенной части тела.

В Магазин

Ресурсы

---

Вопросы FSA и HSA

Flex Spending Account (FSA) и Health Savings Account (HSA) Соответствующие критериям продукты. Оплата возможна при оформлении заказа онлайн или по телефону.

Руководство по эксплуатации

Загрузите самую последнюю версию Руководства по Active Ice®. В нашем руководстве есть все, от пошаговых инструкций до устранения неполадок в вашей системе.

Вопросы по страхованию

Мы не выставляем счета за страхование. Вам следует связаться с вашим поставщиком до размещения заказа, чтобы узнать, будут ли они покрывать необходимые вам продукты.

Обучающие видеоролики

Обучающие видеоролики по настройке и использованию Active Ice System®. Этот раздел нашего сайта будет доступен этой зимой.

Посетите другую категорию в разделе «Системы и аксессуары Active Ice®»: Просмотр подкатегорий Active Ice® 3.0 Все системы циркуляции холодной воды Аксессуары Active Ice® 3.0 Прокладки для холодной терапии Active Ice® 3.0 Компрессионные обертывания Active Ice®

Знакомство с пользователем OpenICE

Введение

Спасибо, что попробовали OpenICE!

Это руководство призвано познакомить читателей с интеграцией медицинских устройств с использованием интегрированной клинической среды с открытым исходным кодом (OpenICE). OpenICE — это распределенная системная платформа для соединения сетевых узлов друг с другом — e.грамм.:

• медицинских изделий, обнаруженных в операционной или отделении интенсивной терапии,
• приложения для записи в черный ящик (например, регистрация данных),
• приложения для поддержки принятия клинических решений (CDS),
• и внешние интерфейсы к другим системам ИТ (HIT) в области здравоохранения, например, технологические схемы EMR.

OpenICE автоматизирует обнаружение одноранговых узлов, публикацию данных и подписку между узлами, а также трансляцию проприетарных протоколов медицинских устройств. Пользователи и разработчики платформы OpenICE получают нужные им данные в общепринятом разумном формате, беспрепятственно доставляемые в нужные места назначения.

OpenICE был назван открытой платформой клинических исследований, уровнем абстракции для медицинских устройств, платформой медицинского Интернета вещей (MIoT), инструментом тестирования киберфизической системы (CPS), средой размещения приложений и другими именами. Текущая версия OpenICE позволяет пользователям преобразовывать данные разнородных медицинских устройств с поддерживаемых устройств в общую структуру и протокол и обмениваться этими данными с демонстрационными клиническими приложениями на другом компьютере (или машинах).OpenICE включает несколько простых, но полезных примеров приложений, а также пример кода, чтобы помочь пользователям писать свои собственные.

Щелкните, чтобы увеличить — Пример реализации OpenICE для сбора данных с MP70, PB840 и симулятора.

Обзор компонентов системы

Приложение OpenICE — это точка входа и выхода данных о медицинских устройствах в сеть и из нее.OpenICE имеет два режима работы: Supervisor и Device-Adapter .

Программное обеспечение Device-Adapter действует как мост, который соединяет как реальные, так и смоделированные медицинские устройства в сеть OpenICE. Программное обеспечение Device-Adapter преобразует проприетарные протоколы связи устройств в стандартные структуры данных OpenICE (описанные в ice.idl) и протокол связи.

Supervisor запускает клинические приложения и подписывается на все медицинские устройства в одном домене и контексте пациента.

Загрузка и установка

Для вашего удобства адаптер устройства OpenICE и супервизор распределены как один JAR. Вы можете скачать программное обеспечение, щелкнув здесь. Чтобы просмотреть различные доступные выпуски, проверьте раздел файлов на github.

Linux

1. Распаковать архив OpenICE-1.0.0.tar.gz. Будет создан каталог с именем OpenICE-1.0.0.
2. В каталоге OpenICE-1.0.0 перейдите в каталог bin.
3. В каталоге bin запустите сценарий OpenICE.

ПРИМЕЧАНИЕ. Для платформ Linux среда выполнения Java 8 не включена. Загрузите JRE от Oracle.

Macintosh

1. Дважды щелкните пакет установщика. (OpenICE-1.0.0.pkg)
2. Следуйте инструкциям по установке программного обеспечения.
3. В меню «Приложения» запустите OpenICE.

Окна

1. Дважды щелкните исполняемый файл для установки.(OpenICE-1.0.0-x86.exe)
2. Следуйте инструкциям по установке программного обеспечения.
3. В меню «Пуск» запустите OpenICE.

Запуск программного обеспечения OpenICE из графического интерфейса пользователя

Запустите OpenICE. В открытом состоянии приложение OpenICE представляет собой графический интерфейс меню «Пуск». Это меню используется для настройки режима работы приложения OpenICE.

ПРИМЕЧАНИЕ: Если вы хотите использовать графический интерфейс для запуска как супервизора, так и адаптера (ов) устройств, сначала запустите супервизор и запустите адаптеры устройств из супервизора.

Заявление

Выберите, в каком программном режиме запускать приложение: ICE Supervisor или ICE Device Interface (аналогично устройству-адаптеру). ICE_Supervisor содержит клинические приложения. ICE_Device_Interface подключает медицинское устройство к сети OpenICE.

ID домена

Системы OpenICE в одной сети могут сосуществовать, используя разные целочисленные идентификаторы домена.Если в вашей сети нет других систем ICE, можно использовать любое значение. Значение по умолчанию, используемое в MD PnP, — 15.

FHIR Сервер

(Необязательно) Это базовый URL-адрес сервера HL7 FHIR (Fast Healthcare Interoperability Resources), с которого должна быть получена информация о пациентах. Это поле можно оставить пустым, чтобы использовать локальную базу данных пациентов.

Документы пользователя

Введение в OpenICE

Ищете, с чего начать с OpenICE? Ознакомьтесь с этой страницей, чтобы получить основную информацию, которая вам понадобится, чтобы начать работу с OpenICE.

Обзор супервайзера

Эта страница предназначена для того, чтобы помочь пользователям познакомиться с работой с OpenICE Supervisor. Supervisor используется для запуска демонстрационных приложений для взаимодействия с подключенными устройствами и симуляторами.

Демо-приложения

Все это данные! Что мне с этим делать? Конечно же, введите это в демонстрационное приложение! На этой странице объясняется назначение и работа каждого из наших демонстрационных приложений, включенных в Supervisor.

Настройка адаптера устройства

Заинтересованы в подключении поддерживаемого устройства к вашей собственной сети OpenICE? Следуйте этому руководству, чтобы изучить основы «устройства-адаптера» и узнать, как установить программное обеспечение адаптера устройства на Beaglebone Black. Показанный здесь процесс можно использовать для подключения любого поддерживаемого устройства к любому Java-совместимому компьютеру, включая ваш ноутбук.

Конфигурация адаптера устройства

Из этого туториала Вы узнаете, как настроить адаптер устройства для связи с Philips MP70.

Настройка системы OpenICE

OpenICE — очень гибкая система, которая оставляет пользователям множество вариантов использования технологии. В этом руководстве показаны три образца конфигурации OpenICE: одно устройство, потребитель и предприятие.

Для разработчиков

Описание архитектуры

Описание архитектуры приложения для обеспечения безопасности инфузии представляет собой высокоуровневый обзор ключевых архитектурных компонентов текущей реализации интегрированной клинической среды (ICE), разработанной в лаборатории взаимодействия MD PnP в Кембридже, Массачусетс.Этот документ предлагает читателям целенаправленное представление об основных конструктивных особенностях этой реализации, которые относятся конкретно к приложению PCA Infusion Safety.

Привет, OpenICE!

Хотите использовать платформу OpenICE для чего-то нового? Напишите собственное приложение OpenICE! Репозиторий кода hello-openice поможет вам разобраться с подпиской на базовые устройства, сбором данных о жизненно важных функциях и т. Д.

Привет, OpenICE! Документы

Документация по созданию приложения из «Hello, OpenICE!»

Заметки Биглебона

На этой странице перечислены изменения, которые мы вносим в образ диска Beaglebone Black Debian по умолчанию при создании образа диска «устройство-адаптер».

Сборка из исходного кода

Не требует пояснений. Полезная информация для создания проекта OpenICE из исходников. Эти инструкции предназначены для опытных разработчиков программного обеспечения, желающих работать с исходным кодом проекта OpenICE.

Инструменты и ресурсы

В лаборатории мы используем различные внешние инструменты в наших исследованиях и разработках OpenICE.На этой странице перечислены инструменты и ресурсы, без которых мы бы не хотели жить.

5 типов противообледенительного оборудования, их преимущества и недостатки

Обледенение — одна из самых опасных угроз в авиации. Вот преимущества и недостатки обычного противообледенительного оборудования.

1) Пневматические сапоги для удаления льда

Преимущества:

Поскольку в ботинках от обледенения используется воздух, отводимый компрессором, защита от обледенения никогда не иссякнет.Большинство самолетов, оснащенных ботинками для удаления льда, имеют ручной или автоматический режимы, в которых для удаления льда используются разные части ботинок.

Недостатки:

Когда вы надуваете пыльник, вы изменяете аэродинамическую характеристику аэродинамического профиля, что увеличивает скорость сваливания. Также существует риск образования льда за ботинком, где он не может быть удален системой. Наконец, наконец, есть риск дырки в ботинках. Если это произойдет, они не будут надуваться должным образом, и ваша способность удалять лед уменьшится.

2) Плачущие крылья

Преимущества:

Одним из основных преимуществ «мокрых крыльев» является их способность защищать всю поверхность аэродинамического профиля. По мере того, как жидкость TKS откачивается из передних кромок, она течет обратно через верх и низ поверхности, образуя слой защиты от льда.

Недостатки:

Вы можете носить с собой только ограниченное количество жидкости TKS, и в конечном итоге она у вас закончится. Даже в условиях обледенения вам все равно необходимо продумать, каким будет ваш план действий, чтобы у вас не заканчивалось количество жидкости (у большинства самолетов с TKS есть 1.5-2,5 часа защиты в нормальных условиях).

3) Удалить воздух из поверхностей с подогревом

Преимущества:

Использование отбираемого воздуха для нагрева поверхностей передней кромки может быть очень эффективным. Пока ваш двигатель работает, воздух, забираемый из турбинной секции, будет достаточно горячим, чтобы предотвратить образование льда.

Недостатки:

Если слишком поздно включить обогреваемые передние кромки, существует риск обратного хода, который может замерзнуть позади защищаемых поверхностей.Если вы не включите систему вовремя, вы также можете отломить куски льда от капота двигателя и попасть в двигатель. Еще один недостаток, как и у ботинок для удаления льда, — это снижение производительности.

4) Поверхности с электрическим нагревом

Преимущества:

Поверхности, такие как лобовые стекла реактивного двигателя, быстро получают защиту от обледенения и обледенения независимо от работы двигателя. Поскольку они электрические, если у вас нет электрического сбоя, у вас всегда будет защита от обледенения и защиты от обледенения на поверхностях.

Недостатки:

Электрически нагреваемые поверхности, такие как альфа-лопатки на больших самолетах, ветровые стекла и трубки Пито, могут быть повреждены, если нагревательное устройство остается включенным во время наземных операций. Еще один недостаток — невозможность обогрева больших площадей, таких как крылья и хвостовое оперение.

Прямая трансляция из полетной палубы

5) Электромеханический

Преимущества:

Электромеханическое удаление обледенения, или EMEDS, обнаруживает обледенение с помощью датчика.Когда лед начинает накапливаться, катушки за обшивкой передней кромки начинают вибрировать, вызывая отрыв льда. Поскольку она не изменяет поверхность аэродинамического профиля, система не увеличивает скорость сваливания. Еще одним преимуществом является относительно низкая потребляемая мощность для работы.

Недостатки:

Согласно Cox and Company, оборудование должно быть встроено в планер, поэтому эта технология еще некоторое время не позволит использовать более крупные коммерческие самолеты. Они начали развивать его на самолетах меньшего размера, таких как корпоративный самолет Raytheon Premier 1.Еще один недостаток — применимость на всех поверхностях. Поскольку проливать лед на двигатель — плохая идея, необходимо использовать нагретые ведущие поверхности на впускных отверстиях капота.

Вы летали на какой-либо из этих систем? Какая система защиты от обледенения и обледенения вам больше нравится? Расскажите в комментариях ниже .

Станьте лучшим пилотом.
Подпишитесь, чтобы получать последние видео, статьи и викторины, которые сделают вас более умным и безопасным пилотом.

ИНСТРУКЦИИ ПО ПОСЛЕОПЕРАЦИИ — АРТРОСКОПИЯ КОЛЕННОГО КОЛЕНА С ВОССТАНОВЛЕНИЕМ ACL

ОГРАНИЧЕНИЕ / ДВИЖЕНИЕ
Вы можете ходить и сгибать колени настолько, насколько это допустимо.Первые 2-3 недели пользуйтесь костылями и корсетом. Не ходите на длительные прогулки и не стойте на ногах длительное время. Это вызовет отек и боль. Носите бандаж все время, когда не принимаете обледенение и не купаетесь. Держите скобу в выдвинутом положении во время ходьбы до следующего визита.

Вам будет предоставлен аппарат непрерывного пассивного движения (CPM) — вы должны использовать его не менее 4 часов в день в течение 2 недель после операции. Начните с 0-40 градусов, а затем постепенно увеличивайте сгибание на 5-10 градусов ежедневно.

ICE
Льдогенератор будет предоставлен вам перед операцией. Это поможет уменьшить отек и боль после операции. По возвращении домой используйте льдогенератор как можно чаще с интервалами в 20 минут. Льдогенератор следует оставить примерно на две недели. Не пользуйтесь льдогенератором во время сна.

Если вы не получили льдогенератор, вам следует регулярно прикладывать пакеты со льдом к месту операции в течение дня.

В дополнение к обледенению колена поднимите колено так, чтобы пальцы ног были выше носа. Это поднимет колено над сердцем и поможет уменьшить отек.

ЛЕКАРСТВА
Если вам сделали блокаду нерва для анестезии, она пройдет в течение 18-24 часов. В течение этого времени вы практически не будете чувствовать себя в той части тела, где вам сделали операцию (например, в ноге). Чтобы контролировать вашу боль во время этого перехода, когда нервная блокада проходит, вы должны сначала поесть, а затем начать принимать обезболивающее (например,грамм. Vicodin, Percocet и т. Д.) Сразу по возвращении домой после операции. Это избавит вас от сильной боли. Принимайте обезболивающее каждые 4 часа, пока не ложитесь спать.

Вам прописали антибиотик — пожалуйста, принимайте его в соответствии с предписаниями до завершения курса лечения.

Пожалуйста, принимайте 325 мг аспирина в день в течение первых двух недель после операции.

Также предоставляется снотворное (например, Амбиен), чтобы помочь вам уснуть ночью. Примите по одной таблетке за 30 минут до сна.

ПЛАТЬЯ / БАНДАЖИ
Держите хирургическую повязку чистой и сухой. Не снимайте повязку до первого послеоперационного визита. Вы можете принять душ, накинув на ногу полиэтиленовый пакет, чтобы повязка оставалась чистой и сухой.

Не принимайте ванну и не погружайте колено в воду, пока разрезы не будут проверены при первом послеоперационном посещении.

ВОЖДЕНИЕ
Вы можете водить машину через 1-2 недели после операции, если не принимаете обезболивающие.Если ваша правая нога является рабочей стороной, вы должны хорошо контролировать ее перед вождением.

ТЕМПЕРАТУРА
Повышенная температура в первые 2-3 дня после операции — это нормально. Пожалуйста, позвоните в наш офис, если ваша температура выше 101oF, если вокруг участков разрезов наблюдается повышенное покраснение или если наблюдается усиленный дренаж из участков разрезов.

Если у вас возникли трудности с приемом противовоспалительных препаратов или аспирина, или если у вас в анамнезе язвенная болезнь, сообщите нам об этом.

Воздействие и снижение обледенения оборудования электросетей

Опубликовано 11 ноября 2019 г.

Предоставлено INMR

INMR предлагает квалифицированный технический контент для инженеров-энергетиков в области электрических изоляторов, ограничителей перенапряжения, вводов, кабельных аксессуаров MV HV и коммунальных услуг.

Во многих частях мира нарастание льда и снега на сетевом оборудовании, таком как проводники, заземляющие провода и изоляторы, является серьезной проблемой для операторов энергосистем.Разрушающие эффекты обледенения возникают из-за чрезмерного скопления льда или снега в сочетании с силами ветра, а также последующим скачком кабелей и проводов после внезапного обледенения. К другим потенциальным источникам отказов относятся динамические явления, такие как галоп, часто связанный с сильными динамическими силами.

Электрический пробой по обледеневшим или покрытым снегом изоляторам — еще одна серьезная проблема, влияющая на надежность воздушных линий и наружных подстанций. Катастрофические социально-экономические последствия некоторых крупных обледенений, таких как те, которые обрушились на регионы Северной Америки и Китая в 1998 и 2008 годах, соответственно, послужили толчком к осуществлению значительных совместных проектов в области НИОКР между научными кругами и промышленностью.Эти согласованные действия привели к большому количеству инноваций и улучшений в проектировании, строительстве и эксплуатации воздушных сетей.

Однако, несмотря на прогресс, база знаний, когда дело доходит до этого сложного и непредсказуемого явления, все еще недостаточна — тем более, если принять во внимание увеличение числа экстремальных метеорологических явлений, вероятно, вызванных изменением климата. Кроме того, постоянный рост потребления энергии и необходимость модернизации существующих сетей и строительства более надежных линий передачи требуют инновационных решений проблем обледенения.Этот отредактированный вклад в INMR почетного профессора Масуда Фарзане из Университета Квебека в Кикутими в Канаде посвящен воздействию обледенения на проводники, заземляющие провода и наружные изоляторы, а также вариантам смягчения последствий для повышения надежности в таких условиях.

Процессы атмосферного обледенения

Атмосферное обледенение (или просто обледенение) относится к замерзанию и налипанию воды в различных формах на поверхности открытого объекта. Следовательно, обледенение описывает рост льда и снега на открытых конструкциях, таких как оборудование электросетей.

Обледенение можно разделить на несколько категорий:

и. Обледенение осадков , , такое как ледяной дождь и снег;

ii. Обледенение в облаке, связанное с замерзанием капель переохлажденной воды в облаке или тумане при ударе о незащищенную конструкцию;

iii. Изморозь, возникающая в результате конденсации водяного пара в воздухе на конструкции при температуре ниже 0 ° C.

Воздействие обледенения на сетевое оборудование и смягчение его последствий

Типы аккреции

В зависимости от атмосферных и метрологических параметров (температура воздуха, скорость ветра, количество осадков, относительная влажность, влажность и др.)) на воздушных линиях и подстанциях могут возникать различные виды наростов. Они классифицируются как:

• Глазурь плотностью 900-920 кг / м ³ имеет прозрачную структуру без пузырьков воздуха и обычно образует сосульки. Обледенение обнаженной конструкции обычно происходит в результате ледяного дождя или мороси. Это также может быть результатом обледенения в облаках, когда приток облачной воды высокий.

• Иней-лед имеет плотность от 150 до 700 кг / м ³ и возникает при температурах ниже –5 ° C, когда небольшие капли переохлажденной воды спонтанно замерзают на открытой конструкции.Этот тип нарастания обычно образуется на структурах в холмистой местности над основанием облака или на структурах, подверженных воздействию холодного тумана. В зависимости от внешнего вида, структуры и плотности изморозь классифицируется как твердый изморозь или мягкий изморозь. Твердый иней характеризуется однородной непрозрачной структурой и плотностью от 300 до 700 кг / м. ³ однородно выращен с включениями пузырьков воздуха. Мягкий иней имеет зернистую непрозрачную структуру и плотность от 150 до 300 кг / м. ³ .Он имеет гранулированную структуру с множеством пузырьков воздуха.

• Мокрый снег возникает при температуре воздуха выше точки замерзания, обычно от 0,5 до 2ºC. В зависимости от жидкой воды и локальной скорости ветра плотность мокрого снега колеблется от 100 до 850 кг / м ³ .

• Сухой снег плотностью не более 100 кг / м ³ возникает при минусовых температурах и может накапливаться на открытых конструкциях в условиях низкой скорости ветра.

• Иней имеет плотность менее 100 кг / м ³ и осаждается в виде взаимосвязанных кристаллов льда, образованных путем прямой сублимации замерзающих водяных паров в воздухе на открытой структуре.

Из-за различий в метеорологических условиях обледенение атмосферы может представлять собой смесь двух или более различных типов обледенения. Среди них глазурь, твердый изморозь и мокрый снег с относительно высоким содержанием воды обладают сильной адгезией, накапливаясь на открытых конструкциях.Что касается сухого снега, мягкого изморози и инея, прочность сцепления обычно низкая, так что эти наросты легко сдуваются ветром или стряхиваются с проводов или заземляющих проводов. В случае инея, хотя увеличение ледовой нагрузки обычно невелико, он, тем не менее, может вызвать высокие потери на коронный разряд на линиях высокого и сверхвысокого напряжения.

Процессы атмосферного обледенения

Воздействие нарастания льда и снега

Механические проблемы

Обледенение или комбинированные нагрузки ветра и обледенения могут серьезно повлиять на воздушные передающие и распределительные сети в регионах с холодным климатом.Например, перегрузка проводов и заземляющих проводов сильным обледенением, иногда в сочетании с ветровыми силами, может привести к их разрыву, что иногда приводит к обрушению башни. Помимо чрезмерной нагрузки, другие явления, такие как скачок проводов и заземляющих проводов, выпадение льда или снега от проводов и заземляющих проводов, а также перекатывание связанных проводов, могут вызвать серьезные проблемы с нагрузкой, как подробно описано ниже.

Галопирование проводов и заземляющих проводов

Галоп, вызванная ветром нестабильность, возникает при умеренном и сильном ветре по ледяным или заснеженным проводам и заземляющим проводам.Это возмущающее явление с размахом размаха до 15 м может привести к межфазному перекрытию или к прямому контакту фазных проводов, что приведет к коротким замыканиям и отключениям. Это динамическое явление также может привести к проблемам с усталостью, а также к серьезным механическим повреждениям проводов, оборудования и опорных конструкций.

Лед и снег от проводов и заземляющих проводов

Лед или снег, выпадающий из проводов и заземляющих проводов, могут вызывать динамические силы, аналогичные тем, которые возникают при скачке проводов.Скорость выпадения льда или снега в источнике этих динамических переходных сил зависит от морфологии льда или снега, метеорологических условий, характеристик проводов и проводов и температуры, а также от конструкции линий. Внезапное выпадение льда или снега от проводников может вызвать высокие динамические силы и, как следствие, отскок проводов и их вибрацию с большой амплитудой. Это может привести к уменьшению зазора между затронутым проводником и соседней фазой, проводами заземления или частью опоры, вызывая электрические пробои.Чрезмерные индуцированные динамические силы также могут вызвать отказ опор башни и даже каскадный отказ нескольких соседних опор. Обледенение дорог и шоссе также угрожает общественной безопасности.

Прокатка жгутов проводов

Это явление наблюдается в горных районах, подверженных чрезмерному обледенению проводов пучков линий электропередачи. Это также может произойти под гололедом на длинных участках над долинами или реками, а нестабильность может вызвать повреждение прокладок и проводов, что приведет к отключению электроэнергии.Рис. 1 иллюстрирует физическое моделирование этого явления. Испытания проводились с двух- и четырехпроводными пучками с использованием двух пролетов, нескольких расположений распорок и шести различных типов распорок.

Рис.1 | Испытательная линия на открытом воздухе, используемая для исследования устойчивости пучка к кручению, показывающая скрученные субпроводники в середине пролетов после обрушения

Проблемы с электричеством

В дополнение к вышеуказанным явлениям, которые являются причиной механических повреждений и отказов энергетического оборудования и опорных конструкций, нарастание льда и снега на высоковольтное оборудование является источником других типов возмущений, возникающих в результате взаимодействия между электрическим полем, жидкой водой и кристаллами льда. и окружающий воздух.Возможные электрические проблемы из-за обледенения включают следующее:

• Частичные разряды и локальные дуги;

• Коронационный шум и потери мощности;

• Электромагнитные помехи;

• Пробои изоляторов.

Среди вышеупомянутых электрических явлений перекрытие изоляторов, покрытых льдом и снегом, привлекло внимание исследователей, а также электроэнергетических компаний, поскольку они могут быть источником сбоев и отключений. Действительно, о проблемах перекрытия изолятора в условиях обледенения сообщалось из различных стран, в которых возникло атмосферное обледенение.Согласно этим сообщениям, количество таких инцидентов увеличивается во время обледенения или после обледенения с последующим повышением температуры воздуха выше 0 ^ᵒ C.

Например, исследование СИГРЭ в 2006 году показало, что проблемы перекрытия обледенения возникали в сетях от 400 кВ до 735 кВ на 35 предприятиях в 18 странах и затрагивали изоляторы станций и линий, как чистые, так и предварительно загрязненные. Также сообщалось о проблемах перекрытия в сетях 115–230 кВ в условиях комбинированного обледенения и загрязнения.Обледенение представляет собой особую проблему для изоляторов, эксплуатируемых вблизи районов с интенсивным движением, где используется дорожная соль или другие типы противообледенительных жидкостей. Эти условия могут вызвать быстрое накопление загрязнения на открытых изоляторах от солевого тумана. То же самое и с изоляторами, установленными рядом с градирнями.

Вариант смягчения последствий обледенения проводов и заземляющих проводов

Разработчики линий и коммунальные предприятия использовали различные стратегии для предотвращения или ограничения продолжительных отключений электроэнергии, вызванных проблемами механического обледенения.Они включают в себя ряд различных мер. Как правило, проектировщики воздушных сетей делают все необходимое для надлежащего проектирования линий и конструкций, способных выдержать воздействие обледенения и снега с учетом сил ветра, на основе предписаний доступных стандартов и информации, содержащейся в технических руководствах. . По возможности в процессе проектирования избегают участков, подверженных высоким нагрузкам от обледенения. Однако предотвращение механических повреждений и отказов, вызванных экстремальной ледовой и снеговой нагрузкой, потребует строительства линий с проводниками и проводами большего диаметра, а также более прочных опор.Обычно это связано с крупными инвестициями, которые не являются прибыльными и реалистичными. С другой стороны, грамотная конструкция строп даже с усиленными элементами не всегда может решить все проблемы обледенения. Отсюда необходимость мониторинга нарастания льда и снега и интеграции методов предотвращения налипания и нарастания льда и снега или их удаления до превышения критической толщины льда или снега. Эти методы классифицируются следующим образом:

1. Защита от обледенения (AI)

2.Обледенение (DI)

3. Использование пассивных устройств

4. Подход к линейному проектированию

Методы защиты от обледенения

Эти методы используются для предотвращения или уменьшения накопления атмосферного льда (гололед, снег, иней или иней) на основе уменьшения прочности сцепления льда или замерзания капель переохлаждения.

Использование пассивных покрытий

Ряд физико-химических свойств поверхности обледенения, включая поверхностную энергию и шероховатость поверхности, влияют на силу сцепления между атмосферным льдом и субстратом.Один из методов уменьшения адгезии льда основан на так называемых пассивных покрытиях, которые не требуют внешней энергии для своей эффективности.

Вязкие покрытия

Прилипание льда к открытой поверхности можно уменьшить, нанеся вязкое или жидкое покрытие, такое как промышленные смазочные материалы, масла и консистентные смазки. Это приводит к высвобождению льда под действием силы тяжести, вибрации или ветра. Действительно, лабораторные исследования показали, что литиевая смазка и промышленные смазочные материалы могут снизить прочность сцепления льда с алюминиевой поверхностью в 63 раза.Однако этот тип защиты носит временный характер и потребует повторного применения, а также точного полевого наблюдения для прогнозирования следующего ледяного шторма. Наконец, поскольку эти продукты не разлагаются микроорганизмами, они представляют угрозу для окружающей среды. По этим причинам такие покрытия не считаются подходящими для широкого использования, но все же могут представлять собой последнее средство защиты стратегических участков линии, когда прогнозируются сильные ледяные ураганы.

Жидкости, понижающие точку замерзания

Этот метод позволяет избежать налипания и образования льда на незащищенном объекте.Эти жидкости обычно готовятся путем смешивания коммерческих жидких продуктов с водой и обычно используются на дорогах, взлетно-посадочных полосах, самолетах и ​​других конструкциях для предотвращения обледенения. Например, стойкость этих покрытий на крыльях самолета ограничена примерно одним часом. Таким образом, применение таких жидкостей в энергетическом оборудовании не представляется целесообразным из-за ограниченной долговечности, экономической эффективности и вреда для окружающей среды.

Твердые покрытия

Этот подход заключается в уменьшении адгезии льда за счет создания ледофобных покрытий из материалов с низкой поверхностной энергией, таких как тефлон или полимеры на основе силикона, или за счет использования гетерогенных полимерных покрытий.Однако с практической точки зрения и несмотря на их способность снижать прочность сцепления со льдом, эти материалы нельзя рассматривать как ледобоязни, учитывая, что наросший лед на кабелях и проводах не отслаивается под собственным весом или под действием ветра. . Недавние разработки в области смачивания поверхностей и адгезии льда, а также новые достижения в области материаловедения и науки о поверхности привели к разработке усовершенствованных супергидрофобных покрытий с самоочищающимися и ледобоязненными свойствами.Эти покрытия с нано / микрошероховатостью поверхности могут предотвратить или значительно снизить прочность сцепления льда с поверхностями за счет разрыва химической связи, участвующей в адгезии льда, и / или за счет введения воздуха между твердой поверхностью и льдом.

Нанесение этих покрытий на проводники, заземляющие провода и несущие конструкции потенциально может снизить механические нагрузки из-за нарастания льда и снега, тем самым увеличивая надежность передачи в зимних условиях. Всесторонний обзор этих покрытий был проведен CIGRE WG B2.44, в результате чего в 2015 г. была опубликована Техническая брошюра 630. В настоящее время проводится обновление этого исследования в рамках РГ B2.61 СИГРЭ. Несмотря на исследования во многих странах и прогресс в разработке ледофобных покрытий, все еще существуют ограничения в отношении применения к воздушным проводам и заземляющим проводам. В основном это связано со стабильностью и долговечностью разработанных покрытий. Проводники или провода, покрытые черным или эффективным поглотителем тепла, могут создавать благоприятные условия для улавливания энергии солнца и атмосферного света для ускорения выпадения льда и снега.Эта технология, которая сейчас используется на солнечных панелях, установленных в регионах с холодным климатом, потенциально может быть применена к проводникам и особенно к заземляющим проводам.

Использование активных покрытий и устройств

В отличие от пассивных покрытий, активные покрытия требуют внешней энергии, чтобы быть эффективными. Так же, как и пассивные покрытия, активные покрытия могут предотвращать или уменьшать прочность сцепления льда с поверхностями за счет разрушения химической связи, участвующей в адгезии льда, и / или за счет введения воздуха или других газов между твердой поверхностью и льдом.Другие такие покрытия работают за счет ослабления прочности сцепления льда за счет генерирования тепла или механического напряжения на границе раздела между льдом и субстратом, чтобы вызвать нарушение адгезии слоя льда.

Система электролиза льда

Один из этих методов основан на электролизе льда и состоит в приложении постоянного напряжения между сеткой-электродом и проводящей поверхностью, которую необходимо защитить, когда лед образует на поверхности и замыкает цепь (см. Рис. 2). Сетка-электрод изолирована от проводящей поверхности (рис.2 а) и могут иметь различную конфигурацию, как показано на рис. 2b и 2c. Газы для электролиза льда, производимые этой системой, вставляются между льдом и твердой поверхностью. Газ также накапливается в виде пузырьков, которые способствуют образованию межфазных трещин.

Рис. 2: Принцип генерации электролиза льда путем приложения напряжения постоянного тока, патент США 6027075, воспроизведен и опубликован в исх. [10] с разрешения Виктора Федоровича Петренко.

На основе этой концепции конфигурация, показанная на рис.3 была предложена для защиты проводников под напряжением от обледенения, несмотря на то, что эта технология кажется более удобной для применения в заземляющих проводах. Одной из трудностей этого метода является установка осевого сеточного электрода, окружающего провод, который должен быть электрически изолирован от провода.

Рис. 3: Метод электролиза льда для проводников (Международный патент 2005083862, воспроизведен и опубликован в ссылке [10] с разрешения Виктора Ф. Петренко.

Pulse Electro-Thermal De-Icer

Этот метод основан на введении импульсного тока в проводящее покрытие, окружающее проводник, для генерации тепла на границе раздела льда и внешнего проводящего слоя.Как показано на рис. 4, внешнее покрытие изолировано от основной части основного проводника слоем диэлектрика. По сравнению с антиобледенителями переменного или постоянного тока, этот антиобледенитель требует средней мощности примерно в 100 раз меньше. Такие проблемы, как необходимость значительных изменений в проводниках и их тепловое ограничение, вызванное добавлением диэлектрического слоя, ограничивают использование этой концепции.

Рис. 4: Принцип действия импульсного электротермического антиобледенителя для проводов.

Спиральные стержни LC

Другой такой метод, описанный в технических брошюрах СИГРЭ, основан на использовании ферромагнитного покрытия (см.рис.5). Принцип такой системы состоит в поглощении энергии спиральным стержнем Лоу-Карри (LC) из переменного магнитного поля, создаваемого током в проводнике. Тепловая энергия, необходимая для таяния снега, генерируется гистерезисом и индуцированным вихревым током.

Рис. 5: Магнитный провод для таяния снега, используемый в Японии.

Спиральная штанга

LC была внедрена в Японии около трех десятилетий назад для предотвращения несчастных случаев, вызванных внезапным падением больших кусков снега. Одним из преимуществ этого противообледенительного устройства является его способность генерировать относительно большое количество тепловой энергии зимой и небольшое количество летом.Вырабатываемый нагрев может регулироваться плотностью намотки с помощью оберточной машины. Основываясь на экспериментах на природном участке Гидро-Квебек, эта технология, эффективная для таяния мокрого снега, также кажется эффективной в условиях обледенения при благоприятных погодных и текущих условиях.

Активные материалы

Другое потенциально активное покрытие для нанесения на проводники или заземляющий провод на основе активных материалов, таких как пьезоэлектрические пленки и электроактивные полимеры.Пьезоэлектрические полимеры, такие как PVDF, кажутся подходящими для этой цели, поскольку они тонкие, гибкие и могут выдерживать высокие механические и электрические нагрузки. Электроактивные полимеры и особенно диэлектрические эластомеры, состоящие из полимерного материала, зажатого между двумя податливыми электродами, также могут обеспечивать тонкопленочные активные покрытия. Приложение сильного электрического поля к электродам позволяет растянуть полимер под действием максвелловского напряжения. Создаваемое механическое напряжение, то есть до 7 MP _a на границе раздела лед / подложка, кажется достаточным для разрыва слоя льда.Необходимы дальнейшие исследования для проверки эффективности и применимости PVD и электроактивных полимеров для воздушных проводов и проводов.

Методы удаления льда

Методы защиты от обледенения используются для удаления обледенения проводов или заземляющих проводов во время или после обледенения. Как правило, используются как термический, так и механический подходы: термические методы основаны на использовании нагревательных проводов или заземляющих проводов для растапливания отложений льда, чтобы вызвать его выпадение; Механические методы, напротив, основаны на разрушении льда для его разрушения.Всесторонний обзор этих методов был проведен в нескольких публикациях, а также недавно был представлен обзор методов защиты от обледенения и защиты от обледенения на IWAIS 2019. Ниже приводится обзор таких методов защиты от обледенения:

Методы термического обледенения

Эти методы, использующие эффект Джоуля для защиты от обледенения проводников и заземляющих проводов, были разработаны и широко используются в течение примерно столетия с использованием как переменного, так и постоянного тока.

Защита от обледенения проводника

а.Метод переключения нагрузки

Этот метод заключается в использовании эффекта нагрева токами нагрузки для предотвращения или удаления льда с проводов. Таким образом, он не требует дополнительного оборудования в системе. В общем, чтобы обеспечить циркуляцию тока к проводнику, вызывающего таяние льда, нормальные рабочие условия должны быть изменены путем передачи или переключения нагрузок от других цепей, соединяющих те же две подстанции. Однако регулирование силы тока в течение периода размораживания не всегда возможно, поскольку оно определяется в основном потребностями потребителей в нагрузке.Этот метод больше подходит для защиты от обледенения отдельных проводов, учитывая, что для защиты от обледенения жгутов требуется гораздо больший ток.

б. Метод короткого замыкания пониженного напряжения

Этот метод включает нагрев проводников путем создания трехфазного короткого замыкания на одном конце линии и подачи трехфазного источника напряжения на другой стороне. Сила тока короткого замыкания, необходимого для защиты от обледенения, зависит от приложенного напряжения, длины цепи и электрических характеристик проводников.Этот метод требует установки оборудования, такого как переключатели, подключения к линиям, подлежащим защите от обледенения, и системы защиты для поддержки тока защиты от обледенения.

г. Метод постоянного тока

Эта технология выгодна для защиты от обледенения длинных линий электропередачи с проводниками большого диаметра, поскольку исключаются реактивные потери. Этот метод был успешно разработан и использовался в бывшем СССР для защиты от обледенения длинных линий 500 кВ с проводниками большого диаметра.Основной принцип состоит в формировании замкнутого контура с использованием линейных проводов, как показано на рис. 6.

Рис. 6: Одна из двухэтапных последовательностей, необходимых для удаления льда с проводников с использованием постоянного тока.

г. Де-обледенение сети под нагрузкой

В отличие от предыдущих методов защиты от обледенения, которые требовали удаления обледенения отсоединяемых секций, эта система может быть активирована без нарушения работы сети. De-Icer сети под нагрузкой (ONDI) основан на использовании специального трехфазного трансформатора, называемого фазосдвигающим трансформатором (PST), который используется для управления потоками энергии в линиях электропередачи.Путем соответствующей регулировки фазового сдвига PST становится возможным в четыре раза увеличить ток в линии, противоположной линии PST, при этом поддерживая напряжение в сети в течение периода защиты от обледенения.

e. Защита от обледенения путем передачи тока соединенных в пучок субпроводников через контакторные устройства

Принцип этого метода состоит в том, чтобы передать ток, протекающий по всем связанным проводникам, одному вспомогательному проводнику во время процесса защиты от обледенения.Так, например, для четырехжильных проводов ток, протекающий в субпроводнике, умножается на четыре, а потери в джоулях — на 16. Этот процесс позволяет создать достаточно тепла для таяния льда. Процесс повторяется через равные промежутки времени до тех пор, пока все субпроводники не очистятся ото льда.

Защита от обледенения заземляющего провода с помощью эффекта Джоуля

Чтобы нагреть заземляющие провода для защиты от обледенения за счет эффекта Джоуля, необходимо сначала электрически изолировать их от опор, как показано на рис.7. Ток защиты от обледенения может подаваться через трансформатор напряжения. С помощью этого метода становится возможным удалить лед с нескольких километров наземных кабелей. В удаленных районах также можно использовать вспомогательный дизельный генератор для удаления льда с заземляющих кабелей на стратегических участках линии, таких как переходы через реки.

Рис.7 Одновременная защита от обледенения двух проводов заземления.

Механические методы

По сравнению с методами термического удаления льда, механическое удаление льда имеет то преимущество, что оно простое в использовании и позволяет своевременно и быстро вмешиваться в критические участки воздушной сети.Кроме того, эти методы требуют в 100 раз меньше энергии.

Как правило, большинство механических методов основаны на разрушении льда путем соскабливания или на высвобождении энергии от ударных волн или вибраций для разрушения и тяги офиса.

а. Методы соскабливания

Одним из распространенных способов удаления льда с проводов является использование веревки, к которой прикреплены скребки, ролики или ножи, переброшенные через провод. Сила тяги для натягивания каната прикладывается линейными монтерами или другим обученным персоналом вручную или с помощью моторизованного оборудования.Совсем недавно, после ледяного шторма 1998 года в Квебеке, исследователи из Hydro-Québec разработали робот с высоким тяговым усилием под названием ROV (Дистанционно управляемое транспортное средство). Это компактное устройство было успешно испытано на проводах под напряжением 315 кВ. Инструмент для очистки льда состоит из набора стальных лезвий, установленных на ROV (см. Рис. 8).

Рис. 9: Провода для защиты от обледенения с использованием изолированного столба.

После ледяного шторма 1998 года компания Hydro-Québec разработала портативное устройство для защиты от обледенения от ударных волн для заземляющих кабелей, которое называется De-icer Actuated by Cartridge (DAC).Это устройство (см. Рис. 10), которое полностью управляется с земли, состоит из переносного поршневого цилиндра, оснащенного холостыми патронами, которые могут стрелять дистанционно для создания ударных волн. Компания Hydro-Québec проверила метод защиты от обледенения жгутов проводов путем короткого замыкания двух- или четырехпроводных проводов при номинальном напряжении 315 кВ и 735 кВ. Электромагнитные силы, индуцированные токами короткого замыкания, проходящими через проводники, создают колебательные движения проводников, заставляя их сталкиваться друг с другом и удалять лед с пролета, как показано на рис.11. Исследования воздействия на сеть Hydro-Québec показали, что этот метод может быть применен к линиям 315 кВ, но только в случае аварийной ситуации во время сильных ледяных штормов.

Рис. 10: Прототип DAC удерживается на месте натянутым тросом и готов к стрельбе.

Рис. 11: Защита от обледенения сдвоенных жгутов проводов.

г. Вибрационные устройства

Принцип этих методов основан на создании устойчивых колебаний проводов или заземляющих проводов подключенными к ним устройствами для удаления льда или снега.

Одно из вибрационных устройств, называемое автоматическим контролем обледенения (AIC), постоянно установлено в середине пролета. Он состоит из трансформатора тока, камеры, различных датчиков для обнаружения льда, блока управления с ВЧ-излучателем / приемником и промышленного электромагнитного вибратора, помещенных в жесткий защитный корпус (см. Рис. 12).

Рис. 12: Автоматический контроль льда.

Второй вибрационный аппарат, называемый ледоколом (рис. 13), состоит из двигателя, приводящего в действие неуравновешенный груз, неуравновешенное движение которого настроено на собственную частоту пролета.Это устройство может быть легко установлено и приведено в действие питанием от проводника или от внешнего источника. При использовании вибрационных устройств для защиты от обледенения следует соблюдать особые меры предосторожности, поскольку сильные колебания проводов или заземляющих проводов могут вызвать длительное механическое повреждение компонентов линии электропередачи.

Рис. 13: Ледокол.

Использование пассивных устройств

Пассивные устройства используют естественные силы, такие как ветер, гравитация или солнечное излучение, для ограничения ледовой или снежной нагрузки на проводники и заземляющие провода.Использование некоторых специальных устройств, оборудования, жесткости проводов, конфигурации или длины пролета может повлиять на ледовые и снеговые нагрузки и избежать образования однородной и круглой формы, что облегчит их осыпание. Некоторые из этих методов уже успешно применяются.

а. Применение вибрационных устройств Торсионных устройств

Один из этих методов состоит в использовании устройств, препятствующих скручиванию, таких как противовесы (см. Рис. 14), межфазные прокладки и распорные демпферы для увеличения жесткости на кручение пролетов проводников и ограничения их вращения.Такие меры могут предотвратить образование цилиндрических отложений мокрого снега, облегчая его осыпание под действием силы тяжести и ветра.

Рис.14: Иллюстрация противовеса.

г. Использование резиновых или пластиковых колец, проводов или лент PTFE

Другой метод уменьшения скопления мокрого снега — использование резиновых или пластмассовых колец, расположенных на одинаковом расстоянии друг от друга, вокруг проводов. Как видно на рис. 15 (вверху), снег имеет тенденцию накапливаться на верхней части проводника и скользить вниз по направлению прядей.Кольца (Рис. 15, посередине) заставляют скользящий мокрый снег осыпаться при ударе. Проволока, намотанная на проводник в противоположном направлении от жил, может иметь тот же эффект, что и кольца (рис. 15, внизу). Ленты из ПТФЭ, намотанные на проводник, также могут иметь такой же эффект.

Рис. 15: Вверху: Дорожка скопления мокрого снега, скользящая в направлении пряди. В центре: снежные кольца. Внизу: проволока намотана в направлении, противоположном направлению нити, для облегчения отслаивания.

В Японии, за исключением Окинавы, где нет снега, все воздушные линии оборудованы снежными кольцами.Однопроводные воздушные линии также снабжены противовесами, как показано на рис. 16.

Рис.16: Комбинация колец и противовесов для уменьшения налипания мокрого снега на проводники.

Подходы к линейному дизайну

Эти подходы, рассматриваемые как лучшие методы предотвращения, должны дополнять вышеупомянутые варианты смягчения последствий для более совершенной и более эффективной защиты воздушных линий от обледенения.

Улучшенная маршрутизация линии

Выбор маршрута линии — это первый шаг оптимизации, который необходимо выполнить во время проекта линии электропередачи.В этой связи статистические данные об обледенении важны для предотвращения прохождения зон повышенного риска при проектировании и строительстве новой линии.

Профиль проводника, диаметр, жесткость и конфигурация пучка

Диаметр проводника и шероховатость его поверхности — это два параметра, которые влияют на обледенение и осыпание льда. Проводник меньшего диаметра с аналогичной жесткостью на кручение собирает меньше льда, чем проводник большего диаметра. Кроме того, более гладкая поверхность снижает адгезию льда к проводнику и уменьшает конвекционную теплопередачу в окружающий воздух.Принимая это во внимание, при тех же условиях проводник, такой как компактная трапециевидная жила с меньшим диаметром и более гладкой поверхностью, требует меньше времени для удаления льда по сравнению с эквивалентным стандартным многожильным проводником. Количество проводников в связке — еще один фактор, влияющий на нагрузку нарастания льда и снега и время осыпания. С одной стороны, увеличение количества проводников вызовет увеличение аккреционных нагрузок. С другой стороны, это приводит к уменьшению времени осыпания, поскольку обеспечивает более высокую вращательную жесткость, что предотвращает образование цилиндрического льда.Использование одного жесткого проводника в условиях обледенения кажется лучшим выбором, чем жгут проводов немного меньшего диаметра. В любом случае необходимы дополнительные лабораторные и полевые исследования, чтобы прояснить роль диаметра, формы, шероховатости поверхности и жесткости проводника, а также количества и конфигурации связанных проводов и длины пролета, чтобы выяснить влияние всех этих параметров на лед. снеговые нагрузки и время осыпания.

Без заземляющего провода

Это решение можно использовать в регионах, подверженных обледенению, где молнии случаются нечасто.Использование грозозащитных разрядников также может быть интересно для замены заземляющих проводов для защиты воздушных линий от молнии.

Повышенные расчетные ледовые нагрузки

Этот подход в целом является хорошим решением для повышения надежности передачи в условиях обледенения. Однако в идеале этот метод следует сочетать с другими решениями.

Устройства для снижения нагрузки или механические предохранители

Использование таких устройств может предотвратить повреждения, вызванные тяжелым льдом или неуравновешенными грузами.Этот метод обычно не является эффективным методом противообледенительной обработки, а скорее является подходом к уменьшению повреждений. Например, автоматическое отключение заземляющих проводов в условиях обледенения успешно использовалось компанией EDF во Франции.

а. Антикаскадные башни

Существует ряд возможных причин переходных динамических нагрузок, например: разрыв проводника в пролете, вызванный сильным ветром, сильным скоплением льда или снега или внезапным обледенением. Динамические нагрузки, создаваемые опорными опорами при обрушении опор в таких условиях, увеличивают силы, действующие на соседние или последующие опоры, что приводит к многочисленным отказам опор.Интеграция противокаскадных башен в линию может ограничить степень возможного ущерба, причиненного зимним штормом, таким образом сохраняя затраты на ремонт на разумном уровне.

б. Подземные проводники

Использование подземных кабелей для решения проблем, вызванных обледенением воздушных линий, можно считать хорошим решением, особенно для распределительных линий. Достижения в кабельной технологии делают этот вариант возможным и для более высоких уровней напряжения. Подземные кабели также хорошо поддерживаются публикой с эстетической точки зрения.

Варианты смягчения последствий обледенения изолятора

Для повышения надежности изоляторов, подверженных обледенению, были разработаны различные методы ремонта.

Размеры и конфигурация изолятора

Увеличенное расстояние до сухой дуги

Результаты испытаний показывают, что критическое напряжение пробоя изоляторов, покрытых льдом и снегом, увеличивается с увеличением расстояния до сухой дуги. Эта корреляция линейна для длины изолятора от 0.От 3 до 3 мес. Этот вариант остается наиболее надежным способом улучшить характеристики изолятора в условиях обледенения.

Увеличенное расстояние утечки

В отличие от расстояния от сухой дуги, увеличение расстояния утечки в качестве лечебной меры становится менее эффективным при умеренном и сильном обледенении, которое перекрывает расстояние между изоляторами. Однако эта мера может быть эффективной в условиях холодного тумана, когда тонкая ледяная пленка образуется по длине утечки.Модернизация изоляторов с увеличенным расстоянием утечки полезна только в тех областях, где нарастание льда и снега не является серьезным.

Диаметр изолятора, размер и расстояние между ними

Диаметр изолятора, размер зева и расстояние между зевами — это другие важные параметры, влияющие на количество и уровень нарастания льда и снега, а также на уровень перекрытия между зевами. Как правило, характеристики изоляторов по перекрытию лучше при меньшем диаметре зева и большем расстоянии между зевами.

Комбинирование изоляторов разного диаметра

Комбинация изоляторов разного диаметра, как показано на рис. 17, увеличивает эффективное расстояние от зева до зева. В определенном диапазоне условий обледенения этот вариант модернизации будет работать лучше, чем стандартные профили. Этот удобный вариант можно применить как к существующим линиям, так и к новым дизайнам.

Рис. 17: Обледенение на изоляционных струнах подвески раструб-диск и раструб-диск-диск.

Ориентация изолятора

Доказано, что в условиях обледенения изоляторы с горизонтальной колонной и V-образной колонной работают лучше, чем вертикальные изоляторы. Это главным образом связано с тем, что для достижения полного перекрытия этих изолирующих гирлянд требуется гораздо больше льда по сравнению с вертикальными гирляндами. Лабораторные испытания и математическое моделирование показали, что минимальное напряжение пробоя, V _MF , горизонтальной колонны из четырех дисков в условиях сильного обледенения примерно на 60% выше, чем у той же колонны в наклонном положении, и на 100% выше, чем у колонны. вертикальное положение (см. рис.18).

Рис. 18. Результаты моделирования и экспериментальных результатов VMF для колонны в вертикальном, наклонном и горизонтальном положениях.

Принадлежности

а. Бустерные навесы и расширители пути утечки

Эти аксессуары, которые используются для защиты вводов и изоляторов опор станции от попадания влаги или загрязнения, также доказали свою эффективность в качестве укрытия во время обледенения. Каждый бустерный навес может создать зону, свободную ото льда (воздушный зазор), достаточной длины, чтобы увеличить силу пробоя на 10-20 кВ (см.рис.18)

Рис. 18: Изоляторы опор станции с вспомогательными навесами.

г. Кольца для сортировки

Применение коронирующих колец (см. Рис. 19a) может ухудшить, а не улучшить характеристики перекрытия изолятора поста сверхвысокого напряжения в условиях обледенения. Результаты показали, что однородное электрическое поле эффективного коронирующего кольца на поверхности изолятора имеет тенденцию способствовать полному замораживанию льда, а не формированию воздушных зазоров рядом с высоковольтным выводом, как показано на рис. 20а. Когда верхние поверхности коронирующих колец покрываются мелкой металлической сеткой, вблизи колец образуются воздушные зазоры (см.рис.20b), что приводит к улучшенным характеристикам перекрытия. Бустерные навесы, однако, выполняют эту функцию лучше и с меньшими затратами.

Рис.19. Накопление льда на изоляторе опоры станции,
(a) с калибровочным кольцом (b) с модифицированными сортировочными кольцами с экраном.

Материал поверхности

а. Силиконовое покрытие RTV

Покрытия

RTV, разработанные для улучшенной защиты от загрязнения, также использовались в качестве меры противодействия в условиях обледенения.В условиях холодного тумана (очень легкое обледенение), например, увеличение сопротивления перекрытию примерно на 25% на метр расстояния утечки достигается при нанесении силиконового покрытия RTV на фарфоровые изоляторы. Однако в случае сильного обледенения, вызывающего перекрытие сосулек промежутков между навесами изолятора, RTV неэффективен и не может изменить ситуацию. Фактически, лед удерживается на фарфоре с покрытием RTV в течение более длительного периода во время опасной фазы таяния. Таким образом, эффективность этих покрытий для предотвращения пробоя изолятора в результате обледенения сомнительна.

б. Полупроводящая глазурь

Использование полупроводниковых глазурованных изоляторов в условиях обледенения дает несколько преимуществ. Во-первых, низкий ток утечки в полупроводящем слое, обычно около 1 мА, нагревает поверхность изолятора выше температуры окружающей среды и может помочь предотвратить образование инея. Резистивный ток утечки также может улучшить распределение напряжения вдоль изолятора, что, в свою очередь, способствует образованию более равномерного обледенения. Относительно равномерное напряжение вдоль изолятора также задерживает возникновение дуги в свободных ото льда зонах или сухих зонах в случае загрязнения.Как лабораторные испытания, так и воздействие в полевых условиях полупроводниковых опорных изоляторов показали, что эти изоляторы образуют большие свободные от льда зоны во время периодов таяния, что приводит к более высокой прочности на пробой по сравнению с обычной глазурью. Таким образом, эти изоляторы доказали свою высокую эффективность в борьбе с обледенением. Прямое сравнение характеристик обычных и полупроводящих глазурованных изоляторов для сухой дуги длиной 2,0 м, испытанной в тяжелых ледовых условиях, показало улучшение примерно на 20 процентов.

г.Супергидрофобные покрытия

Супергидрофобные покрытия (SHC) с самоочищающимися и ледобоязненными свойствами являются привлекательными для улучшения характеристик перекрытия изоляторов в условиях загрязнения, а также в условиях обледенения. Эти покрытия со статическим краевым углом смачивания для воды более 150 ° и гистерезисным краевым углом смачивания менее 10 ° могут быть получены за счет комбинации материалов с низкой поверхностной энергией, имеющих микронаноструктурированную поверхность. Обзор таких покрытий с возможностью их применения для наружных изоляторов представлен в CIGRE TB 631.На рис. 21 показан пример эффективности SHC в снижении обледенения изоляторов. Как видно, в отличие от изолятора без покрытия, на изоляторе с покрытием не образуются сосульки даже после 3 часов воздействия обледенения. Это можно объяснить тем, что наросший лед с поверхности изолятора с покрытием до того, как могли образоваться сосульки.

Рис. 21: Сравнительный внешний вид обледенения на изоляторах без покрытия и изоляторах с SHC покрытием через 30 минут и через 3 часа.

Недавно была разработана технология, использующая метод прямой репликации, для производства микронаноструктурированных поверхностей из силиконового каучука с помощью систем компрессионного формования и литья под давлением с применением для полимерных изоляторов.Поверхности из силиконовой резины, испытанные в этом проекте, показали угол смачивания CA> 160 ° и гистерезис угла смачивания CAH <10 °. Самоочищающиеся и ледобоязненные свойства этих поверхностей были успешно подтверждены в лабораторных условиях. В настоящее время в Университете Квебека в Шикутими продолжаются исследования с целью практического применения.

г. Полупроводящие покрытия RTV

В ходе лабораторных исследований покрытия RTV были улучшены углеродным легированием, что сделало их полупроводящими с достаточным током, чтобы предотвратить образование льда, или путем смешивания их с материалами субмикрометрового масштаба, сделав их супергидрофобными, самоочищающимися и ледобоязненными. .На рис. 22 показан пример использования полупроводникового RTV в качестве антиобледенительного покрытия. На этом рисунке лед был искусственно образован как на чистых, так и на загрязненных изоляторах. Покрытие из полупроводящего силиконового каучука было нанесено только на нижнюю сторону изолятора, чтобы исключить потери мощности при отсутствии осадков. Для струны с полупроводящим покрытием не было сосулек и льда, покрывающего поверхность изоляторов. Кроме того, струна с покрытием показала очевидный эффект нагрева поверхности.Температура была около 16 ° C в области около крышки и штифта, но около 0 ° C в большинстве других частей.

Рис. 22: Тепловое изображение образцов при испытании на обледенение. Слева: образец без покрытия; правая сторона: образец, покрытый полупроводящей силиконовой резиной, предотвращающей обледенение.

Пониженное напряжение системы

Снижение рабочего напряжения системы передачи в критических ледовых или снежных условиях может быть эффективным способом снижения вероятности пробоя изолятора. В одном тематическом исследовании снижение рабочего напряжения на 5% при использовании 50 параллельных изоляторов при полном обледенении уменьшило вероятность пробоя с 49.От 5% (максимальное рабочее напряжение) до 11,7%. Снижение напряжения на 10%, если таковое имеется, снизило бы вероятность пробоя до 1,2%.

Мойка изолятора

Промывка изоляторов под напряжением, покрытых льдом, горячей водой под давлением успешно прошла испытания в лабораторных условиях. Кроме того, длительная промывка изолятора зимой с использованием деионизированной воды в качестве электрического барьера была успешно протестирована несколькими коммунальными предприятиями в Северной Америке, а также в Японии.

Выводы

Обледенение оборудования воздушных сетей электроснабжения, в том числе проводов, заземляющих проводов и изоляторов, происходит во многих регионах мира и может привести к серьезным сбоям и ущербу с серьезными социально-экономическими последствиями. Такие эффекты усугубляются чрезмерным обледенением в сочетании с силой ветра, вызывающей такие динамические явления, как скачки и скачки проводов, вызванные внезапным обледенением. Несмотря на большой прогресс в исследованиях, некоторые явления, связанные со сцеплением, нарастанием и выпадением льда, до сих пор полностью не изучены.Лучшее понимание этих явлений приведет к более подходящей защите электрических сетей в зимних условиях.

Рассмотрены различные подходы к уменьшению воздействия обледенения на сетевое оборудование, включая защиту от обледенения, защиту от обледенения, пассивные устройства и проектирование линий. Методы защиты от обледенения используются для предотвращения или уменьшения нарастания льда или снега и в основном заключаются в использовании пассивных и активных покрытий. Новые технологии, основанные на использовании ледобоязненных материалов, имеют большой потенциал для применения в будущем.Разработка эффективных, долговечных и рентабельных покрытий, защищающих от льда, по-прежнему требует больших усилий в области исследований и разработок. Что касается активных покрытий, за последнее десятилетие практически не произошло значительного прогресса. Несколько ранее предложенных концепций, например, основанных на электролизе льда и введении импульсного тока в проводящее покрытие, вероятно, неэффективны или непрактичны. Один из активных методов, используемых в настоящее время и эффективных для таяния мокрого снега, основан на использовании ферромагнитного покрытия.Однако применение этого метода для плавления льда на кондукторах потребует дополнительных исследований и разработок. Еще предстоит продемонстрировать эффективность других потенциально активных покрытий на основе таких материалов, как пьезоэлектрические пленки или электроактивные полимеры.

Что касается методов борьбы с обледенением, они используются для удаления обледенения или мокрого снега на проводниках или заземляющих проводах во время или после обледенения. Обычно для этого используются термический и механический подходы. Многие коммунальные предприятия внедрили тепловые методы, основанные на эффекте Джоуля, для крупномасштабной защиты от обледенения проводов и заземляющих проводов, и страны используют эти методы уже почти столетие.Однако для того, чтобы стратегия термического удаления льда была эффективной, необходимы адекватное обнаружение и мониторинг развития образования льда / снега, что по-прежнему потребует дальнейших исследований и разработок. С другой стороны, механические методы, требующие более короткого времени для удаления льда по сравнению с тепловыми методами, предпочитаются коммунальными службами для защиты более коротких участков стратегической линии. Механические методы хорошо подходят для снижения риска повреждения или обрушения башен в экстремальных аварийных ситуациях.

Что касается защиты заземляющих проводов от обледенения, это остается одной из важных проблем и проблем в регионах с холодным климатом.Тем не менее, некоторые существующие методы, такие как удаление их в зонах с низким уровнем обледенения, кажутся пригодными для применения. В зонах повышенного риска обледенения заземляющие провода могут быть заменены молниеотводами для защиты воздушных линий от молнии.

Методы, основанные на использовании специальных устройств, оборудования, проводов с высокой жесткостью или с улучшенной конфигурацией или длиной пролета, доказали, что они ограничивают ледовые или снеговые нагрузки. Некоторые из этих устройств и оборудования, которые используются в настоящее время, могут предотвращать образование однородных и круглых форм, тем самым облегчая линьку.

Пробой изоляторов в условиях льда и снега, иногда в сочетании с загрязнением, является еще одним источником неисправностей. Риск перекрытия можно снизить несколькими способами в зависимости от степени обледенения и загрязнения. Силиконовое покрытие RTV было признано эффективным для легкого обледенения с высоким уровнем загрязнения поверхности, создаваемым в условиях холодного тумана. В более жестких условиях обледенения могут быть приняты такие решения, как замена изоляторов другими с улучшенными профилями или полупроводящей глазурью.Было показано, что в условиях сильного обледенения и очень низкого загрязнения использование таких устройств, как вспомогательные навесы, значительно улучшает электрические характеристики изоляторов подстанций. Другое решение состоит в более частой мойке изоляторов в зимний период или в строительстве линии и подстанций с изоляторами, имеющими большее расстояние от сухой дуги. Большой прогресс был достигнут в области инженерии поверхностей и супергидрофобных покрытий с самоочищающимися и ледобоязненными свойствами, которые потенциально могут применяться в керамических и некерамических изоляторах.