Teknikk. 3 [3] [PDF]

Zitiervorschau

TEKNIKK BIND III

TEKNIKK Redaktør:

Klaus Torgård sivilingeniør, rektor ved Oslo Yrkesskole

Bind III

f BAMBLE B1BLI0 . EK ■

i i/AQqpRT ’

Fai\t OSLO 1972

Copyright 1972

Faktum Forlag A/S Arne Skuseth

Oslo

2. opplag i 3 bind 1. opplag (2 bind) 1958/1959 ved

Studieforlaget A/S, Olav L. Aasberg

Printed in Nonvay - Harald Lyche & Co. A.s, Drammen

MEDARBEIDERE I BIND III Redaktør:

Klaus Torgård, sivilingeniør, rektor ved Oslo Yrkesskole

P. 0. Eliassen,7 overingeniør, Norges Statsbaner o 7 o Finn Wergeland Orre, driftsingeniør, Oslo Sporveiers Bussavdeling

Klaus Torgård, sivilingeniør, rektor ved Oslo A rkesskole

Torbjørn Elle, sivilagronom, landbrukskonsulent, Vestby Sivert Øverås, sivilingeniør, direktør i Norges Rederforbund Ragnar Molvik, overingeniør, Fredriksstad Mek. Verksted Arne Steineger, overingeniør, Norsk Dampkjeliorening

Bjørn Grødem, overingeniør, Kværner Brugs Kjøleavdeling Truls Dahl, overingeniør, Luftfartsdepartementet

Odd Grundseth, driftsingeniør, Braathens SAFE Erik Tandberg, sivilingeniør, Institutt for Langtidsplanlegging, Hartmark & Co. — IRAS

BIND I INNEHOLDER:

MATEMATIKK

REGNESTAV TEKNISK TEGNING

MEKANISK TEKNOLOGI I Materiallære

II Forming og støping III Formgivningsprosessene

IV Sveising

V Verktøyinaskiner MEKANIKK

MASKINDELER SKIPSNAVIGASJON OG METEOROLOGI

LUFTNAVIGASJON

OLJEPRODUKSJON MATEMATISKE OG TEKNISKE TABELLER

FAGUTTRYKK OG FREMMEDORD

BIND II INNEHOLDER: DATA-MASKINER

RASJONALISERING OG AUTOMATISERING

ELEKTRONIKK (RADIO, RADAR, ASDIC OG TV) RADIO OG TV-SERVICE

STERKSTRØMSTEKNIKK ATOMKRAFT

FORORD TIL 2. OPPLAG Det skjer i dag innenfor teknikken så mye — og så raskt — at bare på den tid det tar fra manuskriptet er klart til boken fore­ ligger. kan grensene for teknikkens muligheter være utvidet. \ i har imidlertid i dette bokverket forsøkt ogsa a gi en innføring i de aller siste tekniske landevinninger. Når bokverket TEKNIKK nå foreligger ferdig, vil jeg som redaktør først og fremst takke forfatterne for det alvor de har vist i arbeidet med sine artikler og for den interesse de har lagt for dagen for å få utgitt et best mulig teknisk bokverk. Jeg vil også takke disponent Olav L. Aasberg i Studieforlaget A/S, som på tross av å være sterkt opptatt med andre oppgaver, har vært behjelpelig med å få utgitt det nye opplaget. Til slutt vil jeg takke Faktum Forlag A/S. Omkostningene har aldri avholdt forlaget fra å godta redaksjonens forslag om forandringer og til­ føyelser for å gjøre bokverket så godt som mulig. Oslo i januar 1972.

Klaus Torgård

INNHOLD p. 0. Eliassen.................................

9

Finn Wergeland Orre ..................

21

MOTORSYKKEL OG SCOOTERE Klaus Torgård ...............................

101

TRAKTORER OG REDSKAP

Torbjørn Elle ..................................

125

DIESELMOTORER FOR SKIP

Sivert Øverås ..................................

165

DAMPTURBINER

Ragnar Molvik................................

231

TEKNISK \ ARMELÆRE

Arne Steineger ................................ 273

Kl LDETEKNIKK

Bjørn Grødem

AERODYNAMIKK

Truls Dahl.........................................

365

FLTETS TEKNIKK

Odd Grundseth...............................

431

RAKETTER OG ROMFERD

Erik Tandberg ...............................

485

KRAFTMASKINER

BILLÆRE

................................ 297

Se for øvrig detaljert innholdsfortegnelse foran hver artikkel.

P. (). Eliassen

KRAFTMASKINER

KRAFTMASKINER Lokomotiver Nåtidens jernbaner har litt etter litt utviklet seg fra de enkle baner som engelske og tyske bergverk i det 16. århundre begynte med for å lette transporten av sine produkter. Det ble da brukt alminnelige vogner på spor av tre, og med folk eller hester som trekkraft. Spor av støpejern ble laget i 1767. og spor av stålskinner i 1820. Det første lokomotiv for skinnelagt bane ble bygd av engelskmannen Trevithick i 1804, og i de etterfølgende år ble det bygd flere loko­ motiver. Disse var alle svært primitive, med liten damputvikling, og av den grunn ble også farten liten. I 1829 lyktes det Trevithicks landsmann George Stephenson og hans sønn Robert å bygge et virkelig levedyktig lokomotiv (se fig. 1). Det hadde et kjeltrykk på 3,3 kp cm2. Lokomotivet ble kalt «Rocket» og kunne trekke et tog på ca. 20 tonn med en største hastighet på 32 km pr. time. George og Robert Stephen­ son må derfor betraktes som de egentlige grunnleggere av damplokomotiv-byggingen.

Fig. 1.

I de nærmest følgende år vokste lokomotivene i størrelse, men bare med en økning av kjeltrykket fra 3,3 kg til ca. 10 kp cm2. Flere av de anordninger som George og Robert Stephenson brukte, har imidlertid holdt seg helt opp til våre dager. I 1855 ble 4-sylinder-lokomotivet innført, og fra 1876 fikk kompound-lokomitivene større ut­ bredelse. En viktig milepæl i damplokomotivenes ut­ vikling passeres ved århundreskiftet, ved inn­ føringen av overhetet damp — de såkalte overheter-lokomotiver. Disse lokomotiver har bygget inn i kjelen et system av overheterrør, som blir opphetet av røykgassene på veien fra fyrgassen til røykkammeret. Dampen fra kjelen ledes da gjennom dette system av overheter­ rør til sylinderen. 1 forhold til de sakalte våtdamp-lokomotiver, der dampen går til sylindrene uten spesiell oppvarming underveis, gir overheter-lokomotivene en betydelig besparelse både i vann- og kullforbruk. Etterhvert som fordringene til trekkraft steg, ble lokomotivene bygd større og større, med en stadig stigning av kjeltrykket. Hvordan ut­ viklingen har vært gjennom hundre år, ser vi av fig. 2. I vårt land ble den første jernbane, som trafikerte strekningen Oslo—Eidsvoll, åpnet 1. septemeber 1854. Denne banen — kalt Hoved­ banen — ble bygd under ledelse av engelske fagfolk, og det falt derfor naturlig at de første lokomotivene ble levert fra engelske fabrikker. I begvnnelsen var disse lokomotivene basert på koksfyring, men senere gikk man over til fyring med kull, som siden har vært vanlig brensel på våre damplokomotiver. Pa fig. 3 ser vi et av disse første lokomotivene.

12

P. O. Eliassen: Kraftmaskiner

Rocket 1S29

T/enestei/ekl Adhesjons vekt

1829 1929 k,5 506,7 246,5

1829

Heteftete Kislflate

Med det lave kjeltrykk og de små heteflater disse første lokomotivene hadde, måtte natur­ ligvis ytelsen bli nokså beskjeden. Brenseløkonomien var ikke god, og høyt regnet lå den største ytelse antagelig rundt 150 hk. Det første norsk-bygde damplokomotiv ble levert av Nidelven Mek. Værksted i Trondheim sa tidlig som i 1865. Det var smalsporet og ble satt inn på Rørosbanen. Noen fortsatt norsk lokomotiv-bygging ble det imidlertid ikke noe av. De lokomotivene som trengtes her i landet, ble i de følgende år levert fra England, Skot­ land, Tyskland, Sverige, USA og Sveits. Det var Nylands Verksted i Oslo som i vårt land tok opp igjen byggingen av damplokomotiver, og verkstedet leverte i perioden 1894—96 en serie kompound-lokomotiver — og et par små skiftelokomo liver. Verkstedet fortsatte ikke å bygge lokomotiver. Omkring århundreskiftet tok så Hamar Jernstøperi & Mek. Verksted og Thunes mek. Værk­ sted i Oslo for alvor opp lokomotiv-byggingen, og etter den tid ble den overveiende del av damplokomotiver til Norges Statsbaner bygd her i landet. Etterhvert som fordringene til trekkraft steg, økte også størrelsen på loko­ motivene, og de fikk et teknisk utstyr som stadig ble forbedret. Da damplokomotivene har tapt terreng til fordel lor elektriske lokomotiver og diesellokomotiver, vil vi her bare komme litt inn på de siste og største damplokomotiver som ble bygd for Norges Statsbaner, de såkalte Dovre­ gubben Disse lokomotivene, som er de kraf­ tigste damplokomotiver i verden i forholdt til

1929

12,8 1Q12IO 0,56 16,9

Kje!trykk Arbeidsytelse

^/cml

ind Hk

1829 3,3 10

1929 17,6 6000

Fig. 3.

vekten, danner avslutningen på utviklingen av damplokomotiver ved Norges Statsbaner. Et snitt gjennom disse lokomotiver ser vi i fig. 4. Lokomotivene veier i arbeidsstand 152 tonn og har en største ytelse på drivhjulene på over 2100 hk. Største kjørehastighet er 100—120 km pr. time. Det ble bygd i alt 7 Dovregubber i tidsrommet 1931—41. De var Norges Statsbaners stolthet, men ingen av dem er lenger i drift. En av Dovregubbene nyter imidlertid sitt otium på jernbanemuséet i Hamar. Verdens største damplokomotiv er ameri­ kansk og vises på fig. 5. I begynnelsen av vårt århundre ble bruken av elektrisk strøm mer og mer utbredt, og forsøk med elektriske lokomotiver brakte på det rene at elektrisk drift hadde flere fordeler. Disse lokomotivene var renslige, man kunne få bygd

Lokoino liver

13

1 forerhus, 2. fyrkasse, 3. røykror med innebygde overheterrør, 1. ruykskap. 5. gnistfanger, 6. skorsteiner, 7. damprør til dampmaskin, 8. hovedmaskin med to høytrykk- og to lavtrykksylindre, 9. drivhjul i hovedramme. 10. hovedramme, 11. boggiramme, 12. lopehjul i boggiramme, 13. forreste løpehjul. 1 1. ventil lor damp til overheterkasse, 15. overheterkasM som består av to rom (ett for fordeling av dampen fra kjelen til overheterrørene og ett for oppsamling av den overhetede dampen for den føres til sylindrene via ventil 16). 17. lysgenerator, 18. mekanisk smøreoljepumpe.

Fig. 5.

inn mange hestekrefter i forholdsvis lette aggregater, de var driftssikre, og man kunne oppnå store hastigheter med dem. Til å begynne med ble elektrisk kraft dyrere enn dampdriften, for prisen på den elektriske strøm var høy, mens kull til damplokomotivene var forholds­ vis rimelig i innkjøp. Dessuten krevde den elektriske drift store, øyeblikkelige kapitalutlegg til kjøretråd og transformatorstasjoner. Derfor var land med rikelig tilgang på kapital og elektrisk kraft først ute med elektrifiserin­ gen av jernbanenettet; f.eks. har land som Sverige og Sveits elektrifisert praktisk talt all

trafikk på sine jernbaner, mens Norge ligger noe tilbake. Den egentlige elektrifisering av våre jernbaner tok til med åpningen av den elektriske drift på Drammensbanen i 1922, og den har siden fort­ satt — i vekslende tempo. Ved innføringen av den elektriske drift ble man stående ved det strømsystem som tidligere var valgt ved de sveitsiske forbundsbaner, og senere også i Sve­ rige og Tyskland: kontaktledningsspenning 15 000 V og én-fase vekselstrøm med 162/3 perioder pr. sekund. De første elektriske lokomotiver til Dram-

14

P. O. Eliassen: Kraftmaskiner

mensbanen ble bygd som boggi-lokomotiver. Thunes mek. Værksted bygde lokomotivene, mens det elektriske utstyr ble levert av A/S Per Kure. (Fig. 6.) I hver boggi er her anbrakt en motor som over blindaksel og koplestenger driver begge hjulakslene i boggien. Lokomotivkassen har maskinrom med hovedtransformator i midtre parti og førerrom i begge endeseksjoner. Lokomotivene har en timeytelse på ca. 950 hk, en totalvekt på rundt 62 tonn og en kjøre­

hastighet på 70 km pr. time. Året etter ble det til samme bane levert lokomotiver med elektrisk utstyr fra Brown. Boveri & Co. De hadde en timeytelse på ca. 1150 hk, en totalvekt på rundt 77,5 tonn og en kjørehastighet på 75 km pr. time. De neste to serier av elektriske lokomotiver ble anskaffet da man gikk over til elektrisk drift ved Ofotbanen i 1925. Man benyttet to typer lokomotiver. Det største ble utført som dobbelt-lokomotiv hvor hver halvdel hadde to

Fig. 6.

Fig. 7.

Lokomotiver

15

1 Stromavtagare 2 Huvudbrytare med franskiljare torl 3 Transformator med lastkopplare 4 Oljekylare med ventilator 5 Traktionsmotor 6 Ventilator och apparater for 5 7 Kisellikriktare med skyddsutrustnng 8 Bfomskompressor 9 Forarhytt 10 Apparatstativ 11 Omforjmare 1? Motstand for el broms 13 Batteri 14 Bromsapparatstativ 15 GlSttningsreaktor

motorer, som over en felles blindaksel overførte kraften til drivakslene gjennom koplestenger (fig. 7). Lokomotivene hadde en timeytelse på ca. 2900 hk og en totalvekt på rundt 138 tonn. Stigningen av transportmengden pa Ofotbanen har gjort det nødvendig å bygge enda større lokomotiver. De sist anskaffede lokomotiver, som ble levert i 1967, er blant verdens sterkeste. De er beregnet på malmtransporten fra Sverige og har en timeytelse på 7350 hk, en totalvekt på 132 tonn, et akseltrykk på 22 tonn og en maksimal kjørehastighet pa 120 km pr. time. To lokomotiver av denne type kjørt i fellesstyring har en maksimal trekkraft på 84 000 kg. Thunes mek. Værksted har utført den mekaniske del; den elektriske del er levert av ASEA—Per Kure A/S.

Fig- 9.

1 fig. 8 ser vi den generelle oppbygging av lokomotivet; i fig. 9 er to av lokomotivene sammenkoplet for fellesstyring. Elektrisifiseringen av strekningen* Oslo— Lillestrøm ble fullført i 1927. Det ble da anskaf­ fet en serie boggi-lokomotiver som i prinsippet var oppbygd som de første lokomotiver som trafikerte Drammensbanen, men med en time­ ytelse på ca. 1400 hk, en totalvekt på rundt 67 tonn og en maksimal kjørehastighet på 70 km pr. time. Den videre utvikling av de elektriske loko­ motiver ved Norges Statsbaner er i særlig grad preget av en stadig økning av lokomotivenes ytelse i forhold til deres vekt, dvs. minsket lokomotivvekt pr. hk. Fra rundt 65 kg pr. hk timeytelse for de første elektriske lokomotiver på Drammensbanen i 1922 er vekten pr. hk gradvis minsket til rundt 48 kg for de elek­ triske lokomotiver som i 1927 ble satt inn på strekningen Oslo—Lillestrøm, og til ca. 20 kg for de elektriske lokomotiver som ble bygd i tids­ rommet 1957—66 (fig. 10). Disse lokomotivene ble anskaffet til Sørlandsbanen. Bergensbanen og Dovrebanen og har en timeytelse på 3600 hk, en totalvekt på 72 tonn, et akseltrykk på 18 tonn og en maksimal kjørehastighet pa 100 km pr. time. Da tiden krever tyngre tog pa våre stam­ baner, ble det i januar 1965 bestilt en serie elektriske lokomotiver som forutsettes å kunne kjøre togstørrelser på 700 tonn i 2O°/oo stig­ ning med en kontinuerlig hastighet på 50 km

P. (). Eliassen :

pr. time. Det første lokomotiv ble levert i fe­ bruar 1968, og ved utgangen av 1969 var levert 15 av en serie på 25. Disse lokomotivene bar en timeytelse på 6 900 hk, en totalvekt på 105 tonn, et akseltrykk på 17,5 tonn og en maksi­ mal kjørehastighet på 120 km pr. time. Loko­ motivene har en vekt på rundt 15 kg pr. hk timeytelse. (Fig. 11.) Ved de elektriske lokomotiver som er bygd i den senere tid, har man gått vekk fra ord­ ningen med overføring av kraften over blindaksel til drivakslene gjennom koplestenger. Nå monteres én motor for hver hjulaksel, altså fire motorer på lokomotiver med fire aksler. Hver motor er lagret i tre punkter i boggiene og er på den måten belt avfjæret i forhold til skinnegangen. Kraftoverføringen til drivhjulene skjer ved en fjærende drivanordning som til­ later en vertikal bevegelse av drivhjulkapselen. Drivanordning med armer og tannhjul går i oljebad. Etterat damplokomotivene har holdt stillin­ gen ved jernbanene i mer enn hundre år, blir de nå ved jernbaneforvaltninger nærsagt over hele verden skiftet ut til fordel for elektriske lokomotiver og diesel-lokomotiver. At damp­ lokomotivene har tapt terreng, skyldes først og fremst at det er få maskiner som på en så lite effektiv måte utnytter drivstoffet. Et damp­ lokomotiv i togtjeneste omsetter bare rundt 12 pst. av energien til nyttig trekkarbeid, mens et diesel-lokomotiv omsetter ca. 30 pst. og et elektrisk lokomotiv ca. 80 pst. I tillegg kom­ mer at prisen på kull har steget relativt mer enn prisen på dieselolje og elektrisk kraft. Etter århundreskiftet var forbrenningsmotorene så høyt utviklet at det kom på tale å bruke slike også som kraftmaskiner ved jern­ banene. Det ble lansert flere forslag til motor-

lokomotiver med forbrenningsmotor som drivmotor; men den største vanskelighet var å få overført motorkraften til hjulakslene. En del motor-lokomotiver ble utstyrt med mekanisk overføring tilsvarende den som brukes på biler. Imidlertid skulle det snart komme for dagen at denne overføring ble for dårlig når det gjaldt de store krefter det var tale om på et lokomotiv av noen størrelse. Som forbrennings­ motor brukes nå overveiende dieselmotor med hydraulisk eller elektrisk kraftoverføring. Ved hydraulisk kraftoverføring nyttes oftest en såkalt hydraulisk veksel, der energien fra dieselmotoren kan omsettes til passende has­ tighet. Den hydrauliske veksel består av pum­ per og turbiner som er føyet sammen i et felles hus fylt med væske. Pumpehjulet, som drives av dieselmotoren, forvandler motorens effekt til strømningsenergi, som igjen blir forvandlet til mekanisk energi i turbinhjulet, som sitter på den utgående aksel. Denne fører energien gjennom aksler, veivstenger eller kardanger til de forskjellige hjul. Den elektriske overføring består av en like­ strømsgenerator som er direkte drevet av diesel­ motoren. Generatoren leverer gjennom en van­ lig bøyelig elektrisk kabel strøm til hjulenes motorer. Man står her temmelig fritt med hen­ syn til lokomotivets hjulanordning. Hvert hjul kan drives av sin bensinmotor, og alt som heter veivstenger og kardanger faller da bort. Den hydrauliske kraftoverføringen kan gjøres lettere enn den elektriske og er derfor billigere. Den elektriske kraftoverføring har imidlertid vist seg å være den mest hensiktsmessige, særlig for store ytelser. I USA ble det første diesel-elektriske loko­ motiv satt i drift i 1924. Det var et skiftelokomotiv som ytet 300 hk. Fra omkring 1936

Fig. 11.

17

Lokomotiver

O

Motor

Svinyhjul medeloslisb kobhny Q) Kardanqokse!

CZ

Qlindoksel for slonydrillav drivhjul

'•&J Oljebeholder

© Hydrauhsk veksot

Brenseloljetitler @ La de v itle

\5) Tnnnkoblinq oq ven dedrer

® fyylevifle

Håndtak for Irinnkoblinq

Lfdniny tor kjOlevann

^Kjoler lor vann oy ve faset dje

'ffy Mjo/er for jmerot/e HfyHryhk kompressor

7?

LuHbe holder ■2C Bremsesytmder ffi) Håndbremse

Siar/etuft flasker

fyore bond!ok med do dmonns rat!

Bremsekcmpressor

Forer brem se ven hl

Bremse/ut/beho/der

Direkte forerbremseventtl

Trykkluft uHosmnqsvenlil BoHen

*2* Sionaitomper Ekstra!oqs‘ qnotlamper

(Linje fi oy Skittetj")

Fig. 12. Dieselmotoren (1) er en 6-sylindret 4-takts motor med en sylinderdiameter på 230 mm og en slaglengde på 300 mm. Fra dieselmotorens veivaksel overfores dreiemomentet over en elastisk kopling (2) gjennom en kardangaksel (3) til den hydrau­ liske veksel (4). Fra den utgående aksel på den hydrauliske veksel ledes dreiemomentet over en mekanisk trinnkopler og et vendedrev(5) til lokomotivets blindaksel (7) og siden gjennom koplestengene til drivhjulene.

har det i USA vært en så voldsom utvikling i bruken av diesel-elektriske lokomotiver at det nå praktisk talt ikke brukes damplokomotiver der. Også ved våre jernbaner har man gått over til elektrisk drift og dieseldrift, slik at damp­ lokomotivene er helt forsvunnet i den ordi­ nære togdrift. Det er to typer av diesel-lokomotiver i drift hos oss. Den minste typen er et dieselhydraulisk lokomotiv med en ytelse på rundt 600 hk. Disse lokomotivene er i første rekke bygd som skiftelokomotiver, men de kan også nyttes til lettere togtjenester, f.eks. på sidebaner. Den største typen er et diesel-elektrisk lokomotiv med en ytelse på rundt 1 900 hk. Det er for­ utsetningen at disse lokomotivene skal brukes på de baner som foreløpig ikke blir elektri­ fisert. Det diesel-hydrauliske lokomotiv er vist på fig. 12. De første lokomotiver av denne type ble levert fra Tyskland. De senere lokomotiver er levert fra norske verksteder. 2 —Teknikk III

Lokomotivets førerhus er plassert midt i lokomotivet og løftet så høyt som konstruksjonsprofilet tillater det av hensyn til utsyn og oversikt. Førerhuset er innredet med to diagonalt anordnede førerbord, som lokomo­ tivet betjenes fra for den ene eller den annen kjøreretning. Hvert førerbord er utstyrt med komplett sett betjeningsutstyr og instrumenter. Lokomotivet er énmannsbetjent og er utstyrt med «dødmannsinnretning», som automatisk bevirker nødbremsing og motorstopp dersom føreren blir tjenesteudyktig (slipper dødmannsringen). Med fulle beholdninger har lokomotivet en totalvekt på 45 tonn, et akseltrykk på 15 tonn og en maksimal kjørehastighet på 80 km pr. time. Det diesel-elektriske lokomotiv er vist på fig. 13. Lokomotiver av denne type er levert av Nydqvist & Holm, Sverige. Lokomotivet har med fulle beholdninger en totalvekt på rundt 99 tonn, et akseltrykk på maksimum 16,5 tonn og en maksimal kjøre-

18

P. O. Eliassen: Kraftmaskiner

Fig. 13. Dieselmotoren (1) er en 16-sylindret 2-takts motor med en sylinderdiameter på 216 mm og en slaglengde på 254 mm. Storste turtall er 875 omdreininger pr. minutt. Ved tomgang er det koplet en viftekjølt likestrømsgenerator (2) for 600 V spenning. Motoren, som avgir 1900 hk, driver dessuten en vekselstrømsgenerator (3) for 149 V. Denne mater motorene som driver kjøleviftene for dieselmotoren og for banemotorene. Ved starting av dieselmotoren gjør hovedgeneratoren tje­ neste som motor med batteriene (31) som strømkilde. De seks banemotorene (35) er opphengt på boggienes aksler, og kraften overføres gjennom en enkel sylindrisk tannhjulsutveksling.

hastighet på 100 km pr. time. To lokomotiver kan koples sammen og multiple-kjøres, og man får da en total effekt på 3 800 hk. Manøvre­ ringen av et slikt dohbelt-lokomotiv skjer fra førerplassen i det forreste lokomotivet. Helt fra George Stephensons dager har det vært en selvfølge at jernhanetog skulle bestå av ett eller flere lokomotiver som trakk et rime­ lig antall vogner som var avpasset for den last som skulle transporteres. Ved dampdrift var dette system praktisk talt det eneste mulige på grunn av damplokomotivenes krav til vedlikhold og drift. Etterat forbrenningsmotorer og elektro­ motorer ble tatt i bruk som trekkraft ved jernbanene, ble det ganske snart gjort forsøk med å kombinere trekkraft-aggregater og vogner: først enkelte motorvogner hvor motoren er bygd inn i vognen, og senere motorvogn­ sett som består av én eller flere motorvogner og én eller flere vanlige vogner uten motor. På kortere avstander, og når det gjelder persontrafikk, gir drift med motorvogner særlige fordeler. Denne driftsform finner man derfor gjerne anvendt ved små jernbaneselskaper og i forstadstrafikk omkring og mellom store by­

sentra. Også som supplement til lokomotivtrafikken over lengre strekninger kan motor­ vognsett med fordel anvendes når man ønsker stor reisehastighet, særlig i persontrafikken. Fra omkring 1930 ble først bensindrevne, senere små, dieseldrevne motorvogner anskaf­ fet ved Norges Statsbaner. De fleste motor­ vogner kjøpt inn før 1952 er nå utrangert, mens de som ble anskaffet samme år, fremdeles er i drift. Disse er også små, med motorer på 150 hk pr. vogn, totalvekt 15,5 tonn og en maksimal kjørehastighet på 80 km pr. time. For lokaltrafikk er det anskaffet motorvogn­ sett som består av dieselvogn og styrevogn. Disse settene kan koples sammen i tog med inn­ til tre motorvogner og tre styrevogner. Hver motorvogn er utstyrt med to motorer på hver 212 hk, har en vekt på 30,5 tonn og en maksi­ mal kjørehastighet på 100 km pr. time. For å korte inn kjøretiden på de ikkeelektrifiserte baner ble det i 1945 anskaffet diesel-ekspresstog. Hvert sett består her av to motorvogner og én mellomvogn. Hver motor­ vogn har en motor på 650 hk, en vekt på 45,5 tonn og en maksimal kjørehastighet på 120 km pr. time. Disse togsettene brukes på Dovre-

Lokomotiver

banen. Når denne banen er elektrifisert til Trondheim, vil settene antagelig gå ut av trafikk. For de elektriske baner er det inntil 1955 anskaffet elektriske motorvognsett som består av motorvogn, mellomvogn og styrevogn. Hver motorvogn er utstyrt med fire motorer på hver 158 hk, har en vekt på 45—51,5 tonn og en

19

maksimal kjørehastighet på 70 km pr. time. Disse lokaltogsett skal etterhvert byttes ut med nye sett som består av motorvogn og styre­ vogn. Motorvognene i de nye settene utstyres med fire motorer på hver 400 hk og får en vekt på rundt 52 tonn. Maksimal kjørehastighet vil bli 120 km pr. time.

Finn Wergeland Oi’re

BILLÆRE

BENSINMOTOREN............................................. 23 Bilmotorens grunnleggende begreper............ 23 Bensinmotorens oppbygning og virkemåte . 23 Firetaktsmotoren ............................................. 23 Totaktsmotoren ............................................... 25 Flersylindrete motorer................................... 27 Hva motoren må tåle...................................... 28 Motorens enkelte deler........................................ 29 Sylinder ............................................................... 29 Forbrenningsrom og topplokk ................... 29 Stempler, stempelringer og veivstenger . . 30 Veivaksel og svinghjul................................... 31 Ventiler og ventilmekanisme ..................... 32 Kamaksel og register........................................ 33 Ventilenes åpning og lukking........................ 34 Innstilling av ventilene ................................. 35 Innsugningsrør og eksosrør.......................... 35 Lyddemper ........................................................ 36 Brennstoffsystem og forgasser ........................ 36 Brennstoffblandinger ...................................... 36 Brennstoffenes egenskaper .......................... 37 Kjemisk analyse av brennstoffet .............. 38 Luftbehovet........................................................ 38 Forgasseren ........................................................ 38 Bensinpumpen.................................................... 41 Luftfilteret........................................................... 41 Bensinmotorer med brennstoffinnsprøytning................................................................ 42 Bensintanken...................................................... 43 Tenningssystem og elektrisk anlegg.............. 44 Coil og kondensator ........................................ 44 Avbrytermekanisme og strømfordeler ... 44 Tennpluggene .................................................... 46 Batteriet ............................................................. 47 Ladestrømkretsen ............................................. 47 Vekselstrømsdynamo ...................................... 49 Starterkretsen...................................................... 49 Sikringer............................................................... 50 Bilmotorens kjølesystem...................................... 50 Smøresystem og olje............................................. 53 Motorfeil.................................................................... 56 1. Motoren vil ikke starte (motorstopp) 57 2. Motoren stopper når man gir gass ... 57 3. Motoren fusker........................................... 57 4. Motoren trekker dårlig ........................... 57 5. Motoren bruker for meget brennstoff 58 6. Motoren spytter og smeller ................. 58 7. Motoren banker ......................................... 58 8. Forgasserbrann........................................... 58 Motoroverhalinger ............................................... 58 Sliping av ventiler .......................................... 58

Skifting av stempelringer ............................ Montering av nye lagre .................................

59 59

DIESELMOTOREN .......................................... Dieselmotorens virkemåte................................. Innsprøytningssystemet..................................... Innsprøytningspumpen ................................. Innsprøytningsdysen ..................................... Regulatoren........................................................ Dieselmotorkonstruksjoner................................. Motorer med direkte innsprøytning......... Forkammer-motorer........................................ Turboladning ...................................................... Hvirvelkammer-motorer .............................. Totakts dieselmotorer ...................................

59 60 61 61 62 63 64 64 64 65 65 65

DRIVVERK .......................................................... Koplingen ............................................................... Girkassen.................................................................... Mellomakselen........................................................ Differensialen.......................................................... Drivakser.................................................................. Forhjulsdrift ..........................................................

66 66 68 71 71 73 73

CHASSIS .................................................................. Styringen.................................................................... Forhjulsvinkler .................................................... Styringen og kjøresikkerheten................... Overstyring og understyring ..................... Ubalansering av hjulene............................... Bremsene.................................................................... Grunnleggende prinsipper.............................. Konstruksjon og virkemåte ....................... Skivebremser...................................................... To-krets bremsesystem ................................. Bremsene og kjøresikkerheten................... Ramme, fjærer og hjul........................................

75 75 76 77 77 77 77 77 80 82 82 82 82

BILENS LYSANLEGG ...................................

87

.................................................

89

STELL OG VEDLIKEHOLD AV BILEN

91

BILTEKNIKK...................................................... Hestekrefter............................................................. Dreiemoment........................................................... Beregning av noen motordata .......................

92 92 93 94

FRAMTIDENS BILER ...................................

96

KAROSSERIET

BENSINMOTOREN Bilmotorens grunnleggende begreper De fleste biler drives i dag med forbrenningsmotor. I likhet med dampmaskinen er også forbrenningsmotoren en varmekraftmaskin. Det vil si at maskinen omsetter varme til mekanisk arbeid. Forskjellen er imidlertid at dampmaski­ nen tilføres varmeenergi fra brennstoflet som forbrenner utenfor selve maskinen, mens i forbrenningsmotoren drivstoffet forbrenner i selve sylinderen. Det er to hovedgrupper av forbrenningsmotorer for biler: bensinmotorer og dieselmotorer. Begge typer kan utføres som fire- eller totaktsmotorer. Prinsippet for bensinmotoren er at en

brennbar blanding av bensindamp og luft bringes til hurtig forbrenning i forbrenningsrommet over stemplet ved hjelp av en elektrisk gnist. Brenn­ stoff kan tilføres enten gjennom en forgasser eller ved innsprøytning. Ved forbrenningen utvider gassene seg og utover et trykk på stemplet, som derved setter drivverket i bevegelse. Dieselmotoren arbeider ikke med elektrisk tenning, men det innsprøytede brennstoffet blir antent ved den høye temperatur som oppstår når den innsugede luften komprimeres til høyt trykk i sylinderen. (Om dieselmotorens oppbyg­ ning og virkemåte, se Skipsdieselmotorer).

Bensinmotorens oppbygning og virkemåte Firetaktsmotoren I motorsylinderen er det et stempel som er plasert gasstett mot sylinderveggen ved hjelp av fjærende stempelringer. Stemplet, som glir opp og ned i sylinderen, omsetter sin rettlinjede be­ vegelse til sirkulær bevegelse av veivakselen ved hjelp av veivstangen, som forbinder stempel og veivtapp. Den vei som stemplet tilbakelegger mellom øverste stilling i sylinderen (øvre død­ punkt) og nederste stilling (nedre dødpunkt), kalles slaglengden (se fig. 11). Sylinderen er montert over veivhuset, hvor veivakselen er lagret. Nedre del av huset, bunnkassen, kan demonteres. Her er motorens smøre­ olje samlet. Over sylinderen er topplokket mon­ tert. Hulrommet i topplokket over stemplet i øvre dødpunkt danner forbrenningsrommet. Fig. 1. Firetaktsmotorens hoveddeler, prinsipptegning. (1) Tennplugg. (2) Kjølevann. (3) Sylinder. (4) Stempelring. (5) Stempelbolt. (6) Stempel. (7) Veivstang. (8) Veivaksel. (9) Registerkjede. (10) Registerdrev. (11) Kam. (12) Kamaksel. (13) Ventilløfter. (14) Ventilregulering. (15) Ventilfjær. (16) Ventiler.

24

Finn Wergeland Orre: Billære

2. takt: Kompresjon.

3. takt: Arbeidstakt.

4. takt: Utblåsning.

Fig. 2. Firetaktsmotor — de fire takter.

Innsugningsventilen og eksosventilen er plasert i forbrenningsrommet; innsugningsventilen åpnes for den friske gassblanding, og eksosventilen slipper ut den gassen som er forbrent. Ventilene styres fra en kamaksel, som roterer halvparten så fort som veivakselen. Den brennbaie blandingen blir på de fleste motorer dannet i forgasseren, hvor forskjellige innretninger gir den riktige blanding under de forskjellige belastningsforhold. Gjennom et innsugningsror strømmer den friske blanding til sylinderen; innsugningsventilen loftes opp fra sitt sete av ventilløftermekanismen 02 o kamakselen, mens stemplet beveger seg nedover og virker som en sugepumpe. Når stemplet igjen går opp­ over, er ventilene lukket av fjærer. Derved tryk­ kes gassblandingen sammen. Etter sammenpressingen er blandingen klar til å tennes. I det rik­ tige øyeblikk dannes gnisten fra tennpluggen i topplokket, og så kommer tenningen i stand. Mengden av blandingen bestemmes av gassspjeldets stilling i forgasseren, som igjen påvirkes direkte av gasspedalen. Til enden av veivakselen er festet et svinghjul, som tar opp energi fra arbeidstakten og avgir denne til de ikke effektive takter slik at motoren holdes i jevn bevegelse. Vi skal se litt på de enkelte takter (fig. 2).

1. takt: Innsugningstakten. — Stemplet beveger seg nedover, innsugningsventilen åpen. X ed stemplets nedgående bevegelse i sylinde­ ren oppstår en sugevirkning, som nyttes til å

fylle sylinderen. Når stemplet begynner å gå nedover, er trykket i sylinderen ca. 1 atmosfære. Det synker til 0,8—0,9 kp/cm1 2 ved innsugningen. Trykket bor være så nær atmosfæretrykket som mulig. Det gir best fylling. Luften som suges inn bør være så kald som mulig. Kald luft er tyngre enn varm, og jo mer luften veier, desto større mengde brennstoff blir det til forbrenningen, og desto større ytelse blir det. Man merker f. eks. at bilen «trekker» bedre en kjølig kveld enn på en varm dag. Under innsugningen trenger luft inn i forgasseren gjennom luftfilteret, og luften river med seg forstøvet bensin gjennom forgasserens dysesystem. I forgasserens blandingskammer, der lufthastigheten rundt dysen er stor, blir ben­ sin og luft blandet godt sammen og suget inn. Når stemplet har nådd nedre dødpunkt, er inn­ sugningstakten slutt.

2. takt: Kompresjonstakten. — Stemplet beveger seg oppover, begge ventiler er lukket. Stemplet beveger seg oppover, og hele gass­ mengden presses sammen i forbrenningsrommet. Ved slutten av kompresjonstakten er trykket 8— 15 kp/cm/. Denne kompresjonen er meget viktig. Ved at trykket bringes opp, blir forbrenningsprosessen forsterket, og tenningen forbedret, slik at det blir hurtig forbrenning. Det er klart at forutsetningene for kraftytelsen blir gunstigere jo sterkere blandingen presses sammen, altså jo høyere den blir kom­ primert. Men man kan bare komprimere inntil

Bensinmotoren

en viss grense, ellers blir temperaturen så høy at brennstoffet kan selvantennes. Slik selvantennelse er ikke ønskelig i bensin­ motoren, i dieselmotoren utnytter man derimot nettopp denne prosessen.

3. takt: Arbeidstakten. — Tenning som gir for­ brenning og arbeidsimpuls for stemplet, som be­ veger seg nedover. Begge ventiler lukket. Kompresjonstakten er slutt like for stemplet har nådd ovre dødpunkt. I dette øyeblikk sprin­ ger en elektrisk gnist over i tennpluggen, og brennstoffblandingen tennes. Den sterkt komprimerte blandingen tenner meget raskt, og under for­ brenningen utvider den seg slik at stemplet drives nedover med stor kraft. Forbrenningstrykket går opp til 30—50 kp/cm2. Det avtar etter hvert som stemplet beveger seg mot nedre dødpunkt. Ved slutten av takten er trykket falt til 4—5 kp/cm2. 4. takt: Utblåsningstakten. — Stemplet beveger seg oppover. Eksosventilen åpen. Når stemplet har nådd nedre dødpunkt etter arbeidstakten, åpnes eksosventilen. Stemplet be­ veger seg nå oppover og presser de forbrukte gassene ut gjennom eksosventilen og videre gjennom eksosledning og -potte til friluft. Tryk­ ket i avgassene er ganske stort, og det vil derfor oppstå larm når de blåses ut i det fri. Lyddempe­ ren jevner ut trykket i utløpet og demper larmen. Totaktsmotoren I motsetning til firetaktsmotoren, der bare én av de fire taktene er effektiv arbeidstakt (én arbeidstakt på to hele veivakselomdreininger),

25

er i totaktsmotoren den ene av to stempeltakter arbeidstakt. Det blir med andre ord én arbeids­ takt på én full veivakselomdreining. Det er klart at slike forandrede arbeidsbeting­ elser krever en spesiell motorkonstruksjon. Også totaktsmotoren har på vanlig måte stempel, sylinder, stempelringer, veivaksel og veivstang. Men forbrenningsrommet er avgjort annerle­ des. Her er ingen ventiler. Totakteren er altså en ventilløs motor. I stedet står forbrenningsrom­ met i forbindelse med veivhuset ved en over­ strømningskanal. Dessuten har motoren en innsugningskanal og en utblåsningskanal. Åpningene i sylinderen kalles også porter. En totaktsmotor med porter for innsugning, eksos og spyling gjennom overstrømningskanalen, kal­ les en treportsmotor. Tennpluggen er på vanlig måte skrudd inn i forbrenningsrommet. Blandingen fra forgasseren kommer i totakts­ motoren ikke inn i forbrenningsrommet, men inn i veivhuset under stemplet når dette går opp­ over, idet luften i veivhuset fortynnes og det dannes undertrykk. Stemplet styrer selv beve­ gelsen av blandingen, dvs. det åpner og lukker for de enkelte kanaler alt etter hvor det befinner seg i sylinderen. Den blandingen som er suget inn i veivhuset, blir lett komprimert av stemplet når det går nedover, helt til overkanten av stemplet frigir overstrømningskanalen. I dette øyeblikk strømmer den lett forkomprimerte blandingen gjennom kanalen og inn i forbrenningsrommet, hvor den nye fylling dannes samtidig som eksosen spyles ut. Når stemplet går oppover, lukker det både overstrømningskanalen og eksoskanalen, slik at blandingen i det lukkede forbrenningsrom komprimeres. Når stemplet har nådd øvre død­ punkt, blir blandingen antent av tennplugggnisten, og forbrenningstrykket presser stemplet nedover. De enkelte taktene: 1. takt: Innsugnings- og kompresjonstakt Ved første takt beveger stemplet seg fra nedre til øvre dødpunkt og suger blandingen inn i veiv­ huset, idet innsugningskanalen frigjøres. Sam­ tidig tetter stemplet for utblåsningskanalen og overstrømningskanalen. Derved komprimeres den blandingen som allerede er i forbrenningsrommet.

Fig. 3. Totaktsmotor, prinsipptegning. (1) Tennplugg. (2) Eksoskanal. (3) Overstrømningskanal. (4) Veivhus. (5) Tenningsmagnet. (6) Innsugningskanal. (7) Forgasser.

2. takt: Arbeids- og utblåsningstakt Ved øvre dødpunkt tennes blandingen, og stemplet drives nedover: Innsugningskanalen dekkes, og blandingen i veivhuset komprimeres og trykkes gjennom overstrømningskanalen, som

26

Finn Wergeland Orre: Billære

fig. 4. Totaktsmotor med vendespyling — virkemåten vist skjematisk. (1) Kompresjon i forbrenningsrommet. Stemplet beveger seg oppover. Innsugningskanalen frigjøres. (2) Tenning og forbrenning. Stemplet drives nedover. (3) Innsugning i veivhuset mens stemplet beveger seg til øvre dødpunkt. I - Innsugningskanal. E - Eksoskanal. O - Overstrømningskanal. (Samtidig komprimeres gassen i forbrenningsrommet.) (4) Gassen i veivhuset forkoniprimeres mens stemplet beveger seg mot nedre dødpunkt. (Samtidig tenning og forbrenning i sylinderen.) (5) Eksoskanalen frigjøres, eksosen spyles ut. (6) Overstrømningskanalene frigjøres, gassen strømmer inn i forbrenningsrommet.

som nå frigjøres. Samtidig har også stemplet fri­ gjort utblåsningskanalen, og avgassene strøm­ mer ut. På noen totaktmotorer er stempeltoppen ut­ formet med en «nese». «Nesens» oppgave er å lede den friske blandingen riktig inn i sylinderen og de forbrente gassene ut. Nyere totaktere har imidlertid flere overstrømningskanaler, slik at

man får en effektiv spyling av sylinderen uten å nytte «nese» på stemplet. Fordelene ved totaktsmotoren er at den er enkel, er lett i vekt, og at mulighetene for motorfeil er mindre, på grunn av at det er så få beve­ gelige deler. En ulempe ved totaktsmotoren er at den, på grunn av tap under spylingen, ikke er så økonomisk. Det blir også stor varmepåkjenning

27

Bensinmotoren

på stemplene, og det oppstår nokså lett feil ved tennpluggene. Totaktsmotorer er nå nærmest for­ latt av bilprodusentene, men hadde tidligere gan­ ske stor anvendelse på noen europeiske småbiler. Flersylindrede motorer Hittil har vi gått ut fra énsylindrede motorer, som er de enkleste motorkonstruksjoner. Men nå for tiden bygges ikke énsylindrede motorer inn i biler. For å få lette, effektive, sterke og stillegående motorer, bygger man alltid bil­ motorer med flere sylindre. En tosylindret motor har dobbelt så mange kraftimpulser som énsylinder-motoren. På en firesylindret motor faller det fire arbeidstakter på to veivakselomdreininger, altså to arbeids­ takter på hver veivakselomdreining. På en firesylindret motor er alltid veivakselen utført slik at veivtappene for de to ytterste sylindrene flukter med hverandre og tappene for de to indre sylindre ligger på samme lengdeakse. Dermed er tenningsrekkefølgen for en firesylind­ ret motor gitt, nemlig etter to mulige arbeidsskjemaer: Ved arbeidsskjema I tenner først sylinder 1, deretter sylinder 3, så sylinder 4 og til slutt sylinder 2. Ved arbeidsskjema II er rekke­ følgen: 1-2-4-3.

Arbeidsskjema I

Syl. 1.

T enningsr ekkefølge Syl. 2. Syl. 3.

Forbrenning Utblåsning Innsugning Kompresjon

Utblåsning Innsugning Kompresjon Forbrenning

Kompresjon Forbrenning Utblåsning Innsugning

Syl. 4.

Innsugning Kompresjon Forbrenning Utblåsning

Arbeidsskjema II

Syl. 1.

Tenningsrekkefolge Syl. 2. Syl. 3.

Forbrenning Utblåsning Innsugning Kompresjon

Kompresjon Forbrenning Utblåsning Innsugning

Utblåsning Innsugning Kompresjon Forbrenning

Syl. 4.

Innsugning Kompresjon Forbrenning Utblåsning

Ved begge tenningsrekkefølger går alltid stemplene i de ytre sylindrene samtidig opp eller ned, samtidig med at de indre stempler utfører motsatte bevegelser. Derved oppnås gunstig utligning av massekreftene. Fullkommen masseutligning får man ved en seks-sylindret motor. Veivakselen i en sekssylinder-motor er kjenne-

28

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 6. Tverrsnitt (forfra) av motoren vist i fig. 5.

Fig. 8. American Motors Rambler-modell (Rebell) med sideventiler. Tverrsnitt forfra.

tegnet ved at veivtappene ligger 120° i forhold til hverandre, slik at to tapper ligger i samme lengdeakse. To stempler utfører altså alltid par­ vis like bevegelser. Ved firesylinder-motoren føl­ ger arbeidstaktene skarpt avgrenset etter hver­ andre, på hver veivakselomdreining faller én arbeidstakt. Ved sekssylinder-motoren faller seks arbeidstakter på to hele veivakselomdreininger. Dette betyr at de enkelte arbeidstaktene over­ lapper hverandre.

Fig. 7. Tverrsnitt (forfra) av Chrysler V-8-motor.

Hva motoren må tåle Alle deler i en motor har et hardt arbeid å utføre, og slitasjen er relativt stor. I forbrennings­ rommet er det f. eks. opp til 2000° C ved arbeidstakten! På stempeltoppen virker umiddelbart etter tenningen et arbeidstrykk på 30- 50 kp. pr. kvadratcentimeter. For en motor med boring 90 mm, vil det maksimale trykk på stemplet da bli over 1,5 tonn.

29

Bensinmotoren

Motorens enkelte deler Sylinder På de fleste bilmotorer er sylindrene plasert i en blokk, sylinderblokken, som ofte er stopt sammen med veivhuset. Sylinderblokken er van­ ligvis utført av grått støpejern. På vannkjølte motorer finnes i sylinderblokken også en vannkappe rundt sylindre og ventiler. På en del motorer, særlig de med lettmetallblokk, er sylindrene presset inn som foringer, enten i direkte forbindelse med kjølevannet (våte foringer), eller indirekte, idet de er presset inn i hulrom i blokken (tørre foringer).

Fig. 10. Forbrenningsrom, ventiler, stempel og andre detal jer fra en toppventil-motor (Chrysler V-8).

Fig. 9. Topplokk for Chrysler V-8-motor. (I) Innsugningskanal. (E) Eksoskanal. (P) Pluggåpning.

Forbrenningsrom og topplokk Vi har tidligere snakket om stemplets slaglengde og dødpunktstillinger. Vi skal komme litt tilbake til dette og en del andre begreper som er grunnleggende for motorens beregning. Moto­ rens størrelse spesifiseres alltid etter sylinderdiameteren (boringen), og stemplets slaglengde. Hvis boringen og slaglengden er like, kalles mo­ toren en kvadratmotor. På en del bilmotorer er boringen større enn slaglengden. Volumet mel­ lom øvre og nedre dødpunkt i sylinderen kalles slagvolumet, og volumet på ovre siden av stem­ plet, når det står i øvre dodpunktstilling, kalles kompresjonsvolumet. Rommet over stemplet — der kompresjon og forbrenning foregår — som er utformet i topplokket, kalles forbrennings­ rommet. Motorkonstruktorene har lagt an på å gi dette rommet spesiell form, slik at forbrenningsprosessen blir gunstigst mulig. Av stor betvdning for motorens yteevne er kompresjonsforholdet. Dette er forholdet mellom kompresjons-

volumet og hele sylindervolumet. Hele sylin­ dervolumet er det rommet i sylinderen som be­ grenses av stemplets topp- og bunnstilling -|rommet over stemplet når dette er på topp. Kaller vi det førstnevnte rom eller volum for V5 (slagvolum), og det andre volum A k (kompresjonsvolum), får vi kompresjonsforholdet ut­ trykt i følgende formel: Slagvolum + kompresjonsvolum Kompresjonsvolum

Kompresjonsforholdet uttrykkes vanligvis med den greske bokstav e (epsilon). Jo mindre kompresjonsrom, desto høyere er motoren komprimert, og desto større kompresjonsforhold får vi. Skjematisk er dette antydet i fig. 11. Vi ser at blandingen som opprinnelig besto av 6 romenheter, under kompresjonen blir presset sammen til én. Kompresjonsforholdet er 6:1. I moderne bensinmotorer er vanligvis kompresjonsforholdet fra omkring < : 1 til ca. 10 : 1. Som vi allerede har nevnt under omtalen av de forskjellige takter, kan man ikke drive kom­ presjonen vilkårlig opp, selv om høy kompresjon er avgjørende for virkningsgrad og økonomi.

30

Finn Wergeland Orre: Billære

man begynner på midten og arbeider seg utover vekselvis og diagonalt. Til å begynne med er man forsiktig med tiltrekkingen, som man gjentar til alle muttere sitter godt. Etter prøvekjøring går man over samtlige muttere mens motoren er varm. Hvis lokket er av lettmetall, trekker man over en gang til etter at motoren er blitt kald igjen.

Fig. 11. Motorens kompresjonsforhold. Slaglengden er stemplets bevegelse fra øvre dødpunkt (Ø.D.) til nedre dødpunkt (N.D.). Boringen er sylinderdiameteren. Vk = Kompresjonsvolum. Vg = Slagvolum.

Kompresjonsgrensen er gitt i brennstoffets selvtenningstemperatur. Den gassmengde som presses sammen over stemplet under kompresjonstakten, utøver et visst trykk, kompresjonstrykket. Dette trykket gir et mål for motorens tilstand med hensyn til tetthet i ventiler og mellom stempel og sylinder­ vegg. Med en spesiell måler, som settes inn i tennplugghullet, kan man lettvint og effektivt måle trykket for hver enkelt sylinder mens motoren tørnes med selvstarteren. Dette er den vanligste måling et verksted foretar når en motor gir dårlig ytelse eller viser tegn som tyder på utettheter. Topplokket kan tas av og er ofte utfort av samme materiale som blokken. På nyere, høykomprimerte motorer kan topplokket være ut­ fort av lettmetall-legering. I topplokket er det også vannkanaler. Mellom topplokk og sylinderblokk ligger topplokkpakningen, en metall/ asbestpakning. Asbestplaten er kledd med en tynn kobberplate eller stålplate på begge sider, og pakningen har de nødvendige hull for pinnebolter og vannkanalforbindelser mellom blokk og topplokk. Pakningen må være absolutt gassog vanntett. Når man skifter topplokkpak­ ningen, må man være omhyggelig med monte­ ring og tiltrekking av topplokket. Muttere for lokket må trekkes til i en bestemt rekkefølge:

Stempler, stempelringer og veivstenger Stemplet i motoren er sylinderens «bevegelige bunn» som opptar gasstrykket under forbren­ ningen. Gjennom stempel og veivstang blir energien fra forbrenningen omsatt til mekanisk arbeid i veivakselen. Stemplet tjener også som sugepumpe under innsugningstakten og trykker de forbrente gassene ut under utblåsningstakten. Det opptar dessuten varme og leder den over i sylinderveggene. Som vi alt har nevnt, holdes stemplet gasstett mot sylinderveggen ved hjelp av ringer av støpe­ jern. Vanligvis har stemplene tre sett ringer som er plasert i riller i godset: kompresjonsringene for tetting og varmeoverføring og oljereguleringsringer som fordeler oljen i sylinderløpet. Et stempel for en personbilmotor har vanligvis to kompresjonsringer og én oljering. I en del bil­ motorer er stempelringene forkrommet, og noen er utført med spesielle profiler. Koniske ringer for eksempel skraper oljen av sylinderveggene når stemplet beveger seg nedover. I det hele tatt er det gjort mye for å oppnå lang levetid for disse viktige, meget utsatte motorelementer. Foruten at stemplet direkte påvirkes av var­ me, får det også mekanisk påkjenning fra gass­ trykket og av de massekrefter som bl. a. oppstår ved forandring av bevegelsesretningen. Tidligere brukte man praktisk talt bare stempler av støpe­ jern i bilmotorene. I den senere tid er de i meget stor utstrekning avløst av lettmetallstempler, framstilt av aluminium- eller magnesiumlegeringer. Lettmetallstempler har mange fordeler. Lette stempler gir reduserte massekrefter, og leder dessuten varmen bedre bort enn støpejernstempler. Imidlertid har de den idempen at materialet har større varmeutvidelse enn støpe­ jern. Dermed får man det problem at klaringen mellom sylindervegg og stempel må gjøres ufor­ holdsmessig stor. For å råde bot på dette er lettmetallstemplene i moderne motorer enten utført som slissede stempler eller som kombinasjonsstempler. På slissede stempler utføres skjørtet (nedre stempeldel) med slisser. På den måten kan

Bensinmotoren

Fig. 12 a. Stempel med veivstang. Stemplet delvis gjennomskåret.

materialet utvide seg uten at ytterdiameteren økes. På kombinasjonsstempler legges stålribber med særlig liten varmeutvidelse inn i skjørtet, og hindrer varmeutvidelsen på dette punkt. Stempelbolten, som forbinder stempel og veiv­ stang, er hul og utført av overflateherdet, legert stål. Bolten er vanligvis lagret i bronseforinger i stempelbosset og veivstangen (helt flytende). Bolten holdes på plass med låseringer, som ligger i spor ytterst på hver side i bosset. Veivstangen har til oppgave å overføre kraften fra det fram- og tilbakegående stemplet til den roterende veivakselen. I øvre ende av veiv­ stangen, som her er utformet som et øye, er det

Fig. 13. Veivaksel og svinghjul for 4-sylindret motor.

31

Fig. 12 b. Stemplets og veivstangens enkelte deler. (1) Veivstangens ovre lager. (2) Festeskrue. (3) Festebolt. (4) Lagerskål. (5) Nedre endestykke. (6) Festemutter for bolt. (7) Stempelbolt. (8) Stempel. (9) Oljering. (10) Koniske kompresjonsringer. (11) Kompresjonsring.

presset inn en bronseforing for stempelbolten. Den nedre del er delt i to, slik at underlaget holdes fast av to bolter med muttere. Veivstengene i en bilmotor er vanligvis utført av legert stål og formet i I-profil. Selve veivlageret ut­ føres på moderne bilmotorer med tynne lagerskåler av hvittmetall eller blybronse, og skålene holdes på plass i veivstangen med styretunger. Lagerskålenes tykkelse er ca. 1.5—2.0 mm. Veivaksel og svinghjul Veivakselens oppgave er å overføre kraften fra sylindrene til bilens drivverk. (Fig. 13.) Veiv­ akselen er laget av legert stål og smidd i senke. Den kan også utføres av spesielt støpejern. Dette materiale utmattes ikke så hurtig som stål når det utsettes for stadig vekslende bøyningspåkjenning. I veivakselen er det boret oljekanaler med utløp på lagerflatene for transport av smøreolje til lagerne. Veivene har også motvekter for å mot­ virke sentrifugalkreftene som framkalles når veivene, veivtappene og veivstengenes nedre del roterer.

32

Finn Wergeland Orre: Billære

Veivakselen er lagret opp i veivhuset i de såkalte bære- eller rammelager, antallet av lager varierer med antall sylindere og motortypen. Bærelagerne er som veivlagerne utfort i hvittmetall eller blybronse. For å motvirke vibrasjoner i sekssylindermotorer er det på enden av veivakselen i forkant plasert en svingningsdemper, som består av en vektanordning innelukket i en hylse. Når dreie­ momentet fra sylindrene oker, vil vektene i svingningsdemperen holde igjen, omvendt hvis momentet avtar. For å utjevne kraftimpulsene fra stemplene utstyres motoren med et svinghjul. Dette er særlig viktig ved lavere turtall, og er nødvendig for å kunne oppnå jevn tomgang. Svinghjulet, som er utført av spesiallegert støpejern, er festet på enden av veivakselen med bolter. På sving­ hjulet er det krympet på en tannkrans, startkransen. I denne kransen griper starterdrevet i selvstarteren inn ved start av motoren. Hvis svinghjulet er løst, vil man merke harde slag når motoren går på tomgang og når man gir gass.

Ventiler og ventihnekanisme I en firetaktsmotor er det ventilene som åpner og lukker kanalene for innsugningen og utblåsningen. Man sier at gassbevegelsen blir «styrt» gjennom ventilene. Ventiltallerkenen, eller ventil­ hodet, er et soppformet stykke som går over i en stamme. Ventilhodet har en anleggsflate, som slutter tett mot et sete i motorgodset. (Fig. 14.) Det er av største betydning for motorens

Fig. 14. Snitt gjennom ventilsete.

ytelse og økonomi at ventilene åpner og lukker som de skal. Utette ventiler kan også føre til alvorligere motorfeil og farlige situasjoner. Hvis for eksempel innsugningsventilene er utette, kan flammen fra forbrenningen slå inn igjennom utettheten og inn i innsugningsrøret, hvor det er en brennbar blanding, og forgasserbrann kan oppstå. Forutsetningen for at ventilene skal være absolutt tette, er at ventilens anleggsflate har samme vinkel som ventilsetet, og at begge er fint bearbeidet og tilslipt. Ofte foreskrives imid­ lertid forskjellige vinkler på ventil og sete (sete 44°, ventil 45°). Ventilsetet kan enten være støpt inn i blokken eller krympet inn som en los ring. Vanlig setevinkel på bilmotorer er 30° og 45°. Ventilstammen styres i en hylse, som er presset inn i godset, ventilstyringen. (Fig. 15.) Det er også om å gjøre at gass-strømmen får jevnest mulig passasje, av den grunn er bl. a. overgangen fra ventilstammen til hodet utført med en rikelig hulkile. Ventilene fabrikeres alltid av høylegert stål, og kvaliteten må være førsteklasses, da ventilene kommer i direkte berøring med forbrenningsflammen. Særlig får eksosventilene en hard påkjenning, idet de hete avgassene stadig stryker forbi. Ventilene dirigeres fra kammene på kamakselen. Når kammen presser imot ventilløftersystemet, overvinnes trykket av fjæren som holder ventilen lukket mot setet, ventilhodet løftes fra setet, og gassen kan slippe igjennom. Ventilfj ærene må være temmelig kraftige for at ventilene skal kunne lukke hurtig igjen etter åpningen. For å hindre vibrasjon, og for at den enkelte fjær ikke skal bli for stiv, har enkelte

Fig. 15. Snitt gjennom sylindertopp og ventilstyring.

33

Bensinmotoren

ventilen åpner for sent og hikker for tidlig, slik at det blir for liten fylling. For å få jevn slitasje mellom ventilflate og sete, har man på enkelte motorer latt ventilen få en liten rotasjon hver gang den lofter. Anordningen kalles «Roto-Cap» og sitter mellom ventilfjæren og ventilbrikken. Det finnes også motorer med såkalte hydrau­ liske ventilloftere, hvor det ikke er nødvendig med klaring. Lofteren er da hul, og ventilmekanismen arbeider mot en «oljepute» som opprett­ holdes av motoroljens trykk.

Fig. 16. Detalj av toppventil i snitt. (1) Topplokk. (2) Ventilstyring. (3) Ventilstamme. (4) Ventillås. (5) Brikke (6) Øvre fjærholder. (7) Ventilfjær. (8) Nedre fjærholder.

motorer to fjærer, den ene utenpå den andre. I den ene enden har ventilstammen et spor, der en fjærbrikke låses fast mot ventilfjæren. Låsen er som oftest en konisk todelt låsering. Det finnes to anordninger for ventiler i bil­ motorer: sideventiler og toppventiler. På sideventilkonstruksjoner er som regel ventilhodet øverst med stammen nedover, og på toppventilmotorer omvendt. Toppventiler er mest brukt, men det finnes utførelser med kombinasjon av toppventiler og sideventiler. Noen amerikanske biler bruker fremdeles sideventiler (se fig. 8). På toppventilmotoren fig. 10 overføres ventilbevegelsen fra løfteren over en støtstang som igjen betjener en vippearm, montert i topplokket. Når støtstangen presser vippearmen opp i den ene ende, vil den andre enden presse ventilen ned, og passasjen frigjøres. Ventilklaringen juste­ res her mellom vippearm og støtstang og måles mellom ventilstammens topp og vippearmens anleggsflate. Det må alltid være klaring her, ellers vil ven­ tilen, som utvider seg ved varm motor, bli for­ lenget, og tettingen blir ikke effektiv. Hvis klaringen er for liten, vil ventilen ikke lukke helt når motoren blir varm. For stor klaring gjor at 3 — Teknikk III

Kamaksel og register Kamakselen, eller knastakselen, som den også kalles, er vanligvis lagret opp i glidelager i veiv­ huset. Den er utstvrt med to kammer pr. sylin­ der og roterer med halv veivakselhastighet, da de enkelte ventiler i en firetaktsmotor bare skal åpne og lukke én gang for hver fjerde takt, dvs. én gang for hver annen omdreining. Kamakselen (fig. 17) er utført av seigt stål, og kammenes flater er overflateherdet. Kamakselen drives fra veivakselen enten direkte over tann­ hjul eller med kjede. Drivanordningen kalles registeret. (Fig. 18.) Ved direkte drift brukes

Fig. 17. Kamaksel til 4-sylindret motor.

Fig. 18. Registerkjede med automatisk strammeanordning.

34

Finn Wergeland Orre: Billære

skråfortannede drev for å gi mest mulig lydløs gang. Ved kjededrift brukes spesielle rullekjeder. Kjeden strammes enten for hånd med et ek­ sentrisk opplagret strammehjul eller automatisk ved fjærtrykk. Ventilenes åpning og lukking Det viktigste ved hele ventilarbeidet i bil­ motoren er tidspunktene for ventilenes åpning og lukking. Tidligere er nevnt at de enkelte takter begrenses av stemplets dødpunktstillinger. I virkeligheten faller imidlertid de såkalte ventiltider sjelden sammen med stemplets dødpunkt­ stillinger. Det betyr for eksempel at innsugningsventilen ikke åpner akkurat når stemplet har nådd øvre dødpunkt, men som oftest noe tidligere, og at den ikke lukker når stemplet har nådd nedre dødpunkt, men noe senere. Kom­ presjonstakten går heller ikke helt til øvre død­ punkt, og tenningen skjer ikke bestandig i stemplets dødpunktstilling, men som oftest noe før. Endelig åpner ikke eksosventilen i nedre død­ punktstilling, men allerede noe for. Den lukker heller ikke ved øvre dødpunktstilling, men noe senere. At ventiltidene ikke faller sammen med stem­ plets dødpunktstillinger, har naturligvis sine grunner. Utgangspunktet er igjen den usedvan­ lig korte tid som står til rådighet for de enkelte takter i en hurtiggående motor, hvor det forlanges best mulig sylinderfylling, best mulig kompresjon og effektiv forbrenning og utblås­ ning. Den brennbare blandingen, som består av luft og finfordelt brennstoff, ligger ved lukket innsugningsventil som en søyle i innsugningsrøret. Denne gass-søyle har naturligvis en viss treghet. Det varer altså en viss tid innen gasssøylen kommer i bevegelse når sugevirkningen oppstår ved stemplets nedgående bevegelse, ved åpen innsugningsventil. For å overvinne treg­ heten lar man av denne grunn innsugningsventilen begynne å åpne allerede før øvre dødpunkt­ stilling. Av samme grunn lukkes heller ikke ven­ tilen når stemplet når nedre dødpunkt. Man ut­ nytter massetregheten i den innstrømmende gass-søyle, slik at fyllingen blir gunstigst mulig. Først når stemplet har begynt å gå oppover igjen, lukkes innsugningsventilen. Som nevnt skjer tenningen noe for eller ved øvre dødpunkt. Også dette har sine grunner. Tenningen foregår nemlig ikke slik at gnisten med ett slag tenner hele blandingen — først tennes gassen nær gnisten, og så forplanter forbrenningen seg bølgeformet inne i forbrenningsrommet. Det

varer altså en viss tid innen hele blandingen har forbrent. Derfor kan man av hensyn til ytelsen la gnisten tenne før stemplet når øvre dødpunkt, slik at det hele er under forbrenning idet stemplet når toppen. Så kan stemplet avgi sin energi i arbeidstakten med fullt arbeidstrykk. Som vi alt har nevnt, kan man imidlertid i visse tilfelle ikke gå til for markert fortenning. Blir fortenningen (tidlig tenning) for stor, eller populært sagt, blir tenningen for høy, kan man få uønskede forbrenningsforhold i forbrennings­ rommet. Dette skal vi se på senere. Dette er igjen avhengig av brennstoffet og forbrenningsrommets utformning. Man kan foreta innstilling på senere tenning. Tenningen blir da «lavere». Vi skal komme tilbake til tenningsregulering senere. For å unngå at stemplet møter for stor mot­ stand på sin vei oppover i eksostakten, lar man eksosventilen åpne noe før nedre dødpunkt, slik at gassen får en viss mulighet for «avspenning». Selve gasstrykket driver nå til å begynne med gassen ut av eksosventilen, og stemplet foretar den endelige rensning på sin vei oppover.

Fig. 19. Ventilstyringsdiagram. Eksosventil lukker ved A og åpner ved B. Innsugningsventil åpner ved C og lukker ved D. Vi ser at eksosventil og innsugningsventil står oppe samtidig. Dette kalles «overlapp». Hurtiggående motorer har store overlapp og lange åpningstider.

35

Bensinmotoren

Ventiltidene og tenningstidspunktet blir som regel oppgitt i veivakselgrader, så og så mange grader før eller etter dødpunktene. Hvis det for eksempel blir oppgitt at innsugningsventilen åpner 20 0 før øvre dødpunkt, betyr dette at åp­ ningen skjer 20 grader før svinghjulsmerkingen viser at stemplet er i øvre dødpunkt. Ved slik gradmarkering kan man sette opp et såkalt ventilstyringsdiagram, som gir et tydelig bilde av når ventilene åpner og lukker. V idere kan diagrammet også opplyse om når tenningen finner sted. Hver bilmotortype bar sitt ventil­ styringsdiagram, som varierer med de forskjel­ lige motortyper. Fig. 19 viser et eksempel på et ventilstyringsdiagram for en européisk person­ bil.

Innstilling av ventilene For at motoren skal kunne gi best ytelse, må ventilene være riktig innstilt. Som regel er det på svinghjulet slått inn merker som markerer dødpunktstillingene, ofte også ventilstillingene. Hvis slike merker ikke finnes, må man finne øvre og nedre dødpunkt selv. Dette kan gjøres ved å ta ut tennpluggen av sylinder nr. 1 (nærmest radiatoren) og tørne motoren inntil innsugningsventilens fjær beveger seg under innsugningstakten. Dernest følger man ved bjelp av en stål­ tråd eller lignende stemplets bevegelse oppover under kompresjonstakten helt til det er på topp. Svinghjulet kan da f. eks. merkes med et hakk som skal stå overfor et tilsvarende merke i svinghjulhuset. Hvis styretidene ikke er merket på svinghjulet, kan man også finne fram til disse

Fig. 20. Justering av ventilklaringen.

ved å merke svinghjulet etter følgende utregning: Man ønsker f. eks. en stilling på 160 grader etter ovre dødpunkt. Svinghjuldiameteren måles, og omkretsen regnes ut: 3,14 x svinghjuldia­ meteren. Hvis diameteren er 400 mm, blir om­

kretsen

1256

mm. En grad tilsvarer

=

3,49 mm. 160 grader = 160 x 3,49 = 558,4 mm. Denne distansen måles langs svinghjulomkretsen fra øvre dodpunktmerke og avmerkes på hjulet. Hvis motoren har vært demontert, må for øvrig merkene på registerdrevene alltid stemme overens, slik at kamakselen får den riktige stilling. Som før nevnt, er det viktig at ventilklaringen er riktig innstilt. Dette kontrolleres med et lære (søker) som stikkes inn mellom stammen og løfteren eller mellom stammen og vippearmen. (Fig. 20.)

Innsugningsrør og eksosrør Fra forgasseren fores blandingen til motoren gjennom et forgreningsrør, som er tilkoplet kanalåpningene i topplokket. Pakningene her må være absolutt tette, så motoren ikke suger falsk luft. Forgreningsroret, også kalt innsugningsmanifold, er ofte bygd sammen med eksosutløpet på en slik måte at de hete gassene varmer opp innsugningsrorets vegger og gir gassen en viss forvarmning. Derved blir fordampningen mer effektiv ved kald motor, og man unngår kondensering av brennstoff. Noen motorer har også en varmekappe rundt innsugningsroret, hvor kjølevannet sirkulerer.

Fig. 21. Eksos-systemet. (1) Motor. (2) Eksos-grenror (manifold). (3) Eksosror. (4) Lydpotte. (5) Eksos-utløpsrør.

36

Finn Wergeland Orre: Billære

Grenrøret for eksosen er også koplet til kanale­ ne i topplokket, og pakningene må også her være absolutt tette. Defekte pakninger gir en egen piffende lyd når motoren går. Grenrøret er forbundet med eksosrøret, som ender i en lyd­ potte. Her blir svingningene i avgassene dem­ pet ned, slik at larmen blir redusert.

Lyddemper Det linnes en rekke forskjellige lyddemperkonstruksjoner. Vi skal kort omtale den type som er vist på fig. 22. Det er en såkalt absorpsjonslyddemper. Her blir eksosstoyen fanget opp av et porøst, lydabsorberende stoff med små luftceller, f. eks. glassull ved vanlige eksosgasstemperaturer, eller en særlig varmestandig stoffblanding for høye temperaturer. Et perforert stålrør er omgitt av absorpsjonsstoffet. Eksosgassen passerer gjennom røret med liten motstand og uten å forårsake større mottrykk enn det som ville

Fig. 22. Skjematisk snitt gjennom lyddemper (absorpsjonstype).

oppstå i et vanlig stålror av samme lengde. Den totale motstand i en lyddemper er meget liten, og neppe målbar ved mindre belastninger. Man regner at 1/2—1 % av den maksimale motor­ ytelse går tapt i lyddemperen. På grunn av kullosfaren er det viktig at eksosledningen til enhver tid holdes under kontroll. Lekkasjer kan forårsake at giftig kullos trenger inn i bilen.

Breiinstoffsystem og forgasser

Bensin er det brennstoff som mest brukes til drift av bilmotorer. Bensin er et mineralsk pro­ dukt, destillert av jordolje eller steinkulltjæreolje, og har en spesifikk vekt på 0,72—0,76. Den spesifikke vekt er avhengig av temperaturen i luften omkring. Når man derfor sier at bensin har en spesifikk vekt på 0,72, betyr det at ved en temperatur på 15 ° C veier 1 liter 0,72 kg eller 720 g. Når jordoljen eller steinkulltjæreoljen destilleres, får vi fram atskilte grupper av kullhydrogenprodukter, som inndeles i (1) lettoljer, (2) mellomoljer, (3) tungoljer. Bensin hører til gruppen lettoljer, som har et kokepunkt opp til 150° C. Til denne gruppe horer også bensol. Dieselolje f. eks., kommer under gruppen tungoljer, som har kokepunkt opp til 350° C. Ved utvinning av bensin brukes nå i vesentlig grad en bedre metode enn vanlig destillasjon av råoljen. Man har gått over til den såkalte Crackingprosess, som går ut på en sprengning (cracking)

av molekylene ved høyt trykk og høy temperatur.

Brennstoffblandinger Forbedringer i motorens økonomi og ytelse skjer ikke bare konstruksjonsmessig, men også gjennom brennstoffet. Bedre brennstoff for forgassermotorer enn bensin vil man neppe kunne finne, men en stadig forbedring av brennstoffkvaliteten følger i takt med den konstruktive utvikling av motoren. I moderne motorer blir kompresjonsforholdet stadig høyere. Derfor gjel­ der det å finne fram til bensintyper som kan tåle dette uten at detonasjon (brennstoffbank) opp­ trer i forbrenningsrommet. Ved en viss tilsetning av tetra etyl/bly og tetra metyl/bly kan man øke bensinens bankefasthet. I racerbil-motorer bru­ kes blandinger med alkohol eller eter, men når det gjelder vanlige motorer, selv høykomprimerte, vil slike blandinger by på forskjellige van­ skeligheter. Vi skal senere komme tilbake til brennstoffbanking og kompresjonsfasthet.

Bensinmotoren

Brennstoffenes egenskaper Bare ved kjennskap til de kjemiske og fysi­ kalske egenskaper hos brennstoffet er det mulig å bedømme om det er egnet for bildrift eller ikke. I det følgende skal vi kort omtale de egen­ skaper som kjennetegner de forskjellige brenn­ stoffer.

1. Spesifikk vekt Brennstoffets egenvekt, den spesifikke vekt, kan bestemmes ved hjelp av en gradert flytevekt, areometer, som flyter i brennstoffet. Bestemmel­ sen foretas ved 15° C. Bensinen er alltid en blan­ ding av lett fordampbare og tungt fordampbare bestanddeler. Det er viktig at bensinen hverken inneholder for mange lette eller for mange tunge bestanddeler. Tidligere kunne man temmelig nøy­ aktig bestemme bensinkvaliteten etter den spesi­ fikke vekt, den bensinen som ble framstilt var nokså ensartet. Nå for tiden kan ikke den spesi­ fikke vekt avgjøre forholdet så sikkert, på grunn av de forskjellige mengder tyngre og lettere bestanddeler.

2. Fordampningsevne Da den spesifikke vekt ikke avgjør brenn­ stoffets kvalitet, blir verdien først og fremst bedømt etter fordampningsevnen. Fordampningsevnen bestemmes ved destillasjon. Det settes da opp kurver for bensintypene, som viser forløpet av fordampningen: Temperaturen når den prøvede type begynner å fordampe, og tem­ peraturen når fordampningen er slutt. Ved å følge kurven kan man se temperaturen for for­ dampningen av de forskjellige prosentdeler. Kvaliteten av bensinen etter fordampningskurvemetoden bestemmes ved 100° C og fast­ settes etter hvor mange volumprosent som da skal være fordampet. Før i tiden var det vanlig å anbefale en lav volumprosent, men etter hvert har man økt prosentverdien opp til 40. I USA kjøres med tyngre bensin enn hos oss. Der regner man en fordampet volumprosent ved 100° C til omtrent 20. 3. Bankefasthet og oktantall Bensin leveres i dag vanligvis i to hovedgrup­ per: 1) standard eller vanlig bensin og 2) høyoktan bensin, som de forskjellige oljeselskaper har satt sine egne betegnelser på. Som kjent gir hoyt kompresjonsforhold i mo­ toren bedre ytelse og økonomi, men høykompri-

37

merte motorer trenger også spesiell bensin. Ben­ sin som passer til høykomprimerte motorer, kal­ les kompresjonsfast eller bankefast bensin og horer inn under gruppe 2. Vi får nemlig lett banking eller «tikking» hvis en høvkomprimert motor kjores på vanlig bensin (av gruppe 1). Denne tikkingen opptrer som en hard, metallisk lyd i motoren og kan forklares på følgende måte: Når tennpluggen antenner blandingen i sylin­ deren, skjer det en forbrenning. Under stadig temperatur- og trvkkøkning sprer flammen seg gjennom blandingen med en hastighet av ca. 35 m pr. sek. Hvis trykket eller temperaturen stiger for kraftig, vil den siste del av blandingen eksplodere, dvs. at flammehastigheten oker til omtrent 250 m pr. sek. Når trykkbølgen fra en slik eksplosjon treffer sylinderveggen eller stempeltoppen, vil det høres et smell. Det er dette smellet som kalles tikking eller brennstoffbank. Når brennstoffbankingen inntreffer, vil man ikke få utnyttet energien i bensinen fullt ut. Det oppstår også sjokkbelastninger som gir en ekstra påkjenning på stempel og lagre. For å bli bankefast og best mulig egnet til moderne motorer (der tendensen er økning av kompresjonsforholdet) må bensinen tilsettes stof­ fer under raffineringsprosessen. Som tidligere nevnt, brukes blvforbindelser, men p.g.a. gift­ stoffer i avgassene vil man soke å få erstattet blyforbindelsene med andre stoffer. Oljeselskapene bruker også et mål for å angi bensinens motstandsevne mot banking, og dette mål kalles oktantall. Oktantallet for en bensintype bestemmes i laboratorier ved drift av spesielle provemotorer. Motorene har regulerbare kompresjonsforhold, og i disse motorer sammenlignes brennstoff som skal bestemmes, med blandinger som består av karbonhydrogenforbindelser med høy og lav bankefasthet. Stoffet med liten fasthet heter heptan, det med stor fasthet heter oktan. Når oktanen begynner å banke, er kompresjons­ forholdet kjent, og brennstoffene blir klassifisert etter en skala fra 0 til 100, der heptan er gitt bankefasthet 0 og oktan bankefasthet 100. Hvis f. eks. en bensins bankefasthet tilsvarer 10% heptan og 90% oktan i prøvemotoren, gir 90% oktanverdi et mål for bankefastheten. 90 oktan bensin svarer altså til en blanding av 10% heptan og 90% oktan. I Norge selges nå vanlig bensin i gruppe 1 med oktantall 92—93, og bensin i gruppe 2 97—100. Jo hovere oktanverdi en bensin har, desto større bankefasthet har den.

38

Finn Wergeland Orre: Billære

Under drift kan vi få banking hvis tenningen skjer for tidlig. Press av motoren på hoyt gear kan også framkalle brennstoffbank, likeledes feil blanding. Det er vanskelig å trekke grensen for anven­ delsen av hoyoktan bensin, da mye avhenger av motorkonstruksjonen. Stort sett kan man imid­ lertid si at motorer med høyere kompresjonsforhold enn 7,5 : 1 bor ha hoyoktan bensin. Det må presiseres at hoyoktan bensin ikke bar større energi-innhold. Hvis en motor går på van­ lig bensin uten å banke, er det ingen grunn til å benytte hoyoktan bensin. 4. Varmeverdi Flytende brennstoffer inneholder kjemisk bun­ det energi, som blir omsatt til varme ved for­ brenningen i motoren. Den varmemengden som på denne måte utvikles, bestemmes i kilokalorier. 1 kcal eller 1 varmeenhet (VE) er den varme­ mengde som skal til for å varme opp 1 kg vann 1 ° C. Den varmemengden som utvikles av 1 kg brennstoff, kalles stoffets varmeverdi. Varmeverdien for 1 kg brennstoff er for: Bensin............................... 10 400kcal/kg Motorbensol................... 9 600 « Sprit ................................. 5 860 «

Kjemisk analyse av brennstoffet De fleste flytende brennstoffer inneholder kjemiske forbindelser av karbon og hydrogen. Bensin består av 85 % karbon og 15 % hydro­ gen, motorbensol av 91,5 % karbon og 8,5 % hydrogen. Alkohol inneholder en betraktelig mengde oksygen: 52 % karbon, 13 % hydrogen og 35 % oksygen. Luftbehovet Kullhydrogenet forbrenner i motoren under tilførsel av oksygen til karbondioksyd og vann­ damp. Til forbrenningen trengs en bestemt oksygenmengde, det såkalte teoretiske luftbehov, og dette er for: 1 kg bensin ca. 15,5 kg luft 1 « bensol « 13,0 « « 1 « sprit « 9,0 « « Dette teoretiske luftbehov er ikke tilstrekkelig for fullstendig forbrenning i motoren. Det må være et visst luftoverskudd til stede. Erfarings­ messig oppnår man best økonomi ved 10 % luft­ overskudd, derimot størst ytelse ved det teoret­ isk nødvendige luftbehov, ofte til og med ved 5—10 % luftunderskudd.

Vi har da tre former for forbrenning: (1) forbrenning med teoretisk nødvendig luft­ behov, (2) forbrenning med luftoverskudd (mager blanding), (3) forbrenning med luftunderskudd (fet blan­ ding). Karbonet omdannes til karbondioksyd og hy­ drogenet til vanndamp ved tilsetting av den teo­ retisk riktige luftmengde. Ved luftunderskudd blir forbrenningen ufullstendig, den kjemiske reaksjon forer ikke til karbondioksyd (CO2), men til karbonmonoksyd (CO). Karbonmonoksyd, eller kullos, er, som vi også for har nevnt, meget farlig. Innånding av kullos kan få doden til folge, og en motor må aldri kjøres i lukket rom uten direkte eksosavtrekk Selv luft som innehol­ der så lite som 0,1 % kullos, virker dødelig. Kull­ os er uten lukt og smak. Eksosen vil under alle driftsforhold inneholde karbonmonoksyd, da de varierende belastninger i motoren stadig trenger fete blandinger. Både ved akselerasjon og tom­ gang er blandingen fet. Forgasseren Forgasserens oppgave er å levere motoren en blanding av luft og bensin, som gir best ytelse og gunstig økonomi under alle belastningsforhold. Det finnes mange forgassertyper, og det vil føre for langt å komme inn på annet enn det alminnelige prinsipp for konstruksjon av for­ gassere. I virkeligheten er forgasser ikke en helt riktig betegnelse. Brennstoffet omdannes faktisk ikke til gass i forgasseren, men finfordeles til meget små partikler, som blandet med luft blir til en «tåkeaktig» blanding. Forgasserens prinsipp ser vi av fig. 23. Den innstrømmende luften river med seg bensin gjennom fine dysehull, og dermed får man den finfordeling av brennstoffet man ønsker.

Fig. 23. Forgasserprinsippene, vist skjematisk. (A) Stigeforgasser. (B) Fallforgasser. I dag er fallforgasseren mest brukt.

Bensinmotoren

39

Motorens forgreningsrør er samlet i et kort rørstykke med en flens til feste for forgasseren. Tidligere var forgasseren i bil­ motorene utført som stigeforgasser, men de fleste moderne moto­ rer har i dag fallforgasser. Noen motorer har også såkalte horisontalforgassere, hvor blandingen til­ føres horisontalt. Fig. 24 viser prinsippet i en stigeforgasser, fig. 25 viser en Zenith fallforgasser. Gjennom et luftfilter, hvor den innsugede luft renses og frigjøres for støv, suges luften forbi luftspjeldet, også kalt struper- eller chokespjeld. Dette kan regule­ res fra dashbordet eller automatisk. Suget oppstår hver gang et stem­ pel går nedover i innsugningstakten. Luftmengden og dens hastighet gjennom forgasseren bestemmes av forskjellen i trykk utenfor og inne i sylinderen. Forskjellen i trykk ved dyseåpningen og på Fig. 24. Forgasserprinsipp, detaljer. (1) Tomgangs-blandingsskrue. (2) Utskiftbart innsatsstykke. (3) Tomgangs-overdel. (4) Bensin-sil. bensinen avgjør hvor mye bensin (5) Flottørkammer. (6) Flottornålsete. (7) Flottor. (8) Sprederrør. (9) motoren får. For å oppnå god Utjevningsdyse. (10) Sprederrør. (11) Hoveddyse. (12) Bensininnlop. (13) sugevirkning har man i forgasserKanal. (14) Kanal. (15) Klemme. (16) Bolt. (17) Chokespjeld. (18) Festerøret omkring hoveddysen (hovedskrue. (19) Forsnevringshylse. (20) Gass-spjeld. (21) Overgangsdyse. (22) Tomgangsdyse. (23) Munning for tomgangskanal. sprederen) satt en stromlinjeformet ring, en forsnevringshylse. Luften får her større hastighet, og sugeHvis gass-spjeldet lukkes nesten igjen, blir sugevirkningen i dysen blir bedre. Bensinen fra hastigheten rundt hoveddysen så liten at man tanken og bensinpumpen passerer et flottør­ bare får en ganske liten bensinmengde til å strøm­ kammer, hvor en flyter (flottør) regulerer til­ me ut av dysen i forhold til luftmengden. Dette førselen med en nål og holder bensinnivået i kan medføre en gassblanding som er så mager at forgasseren konstant. Ved hjelp av et spjeld, den ikke antennes, det vil si at den inneholder gass-spjeldet, som står i forbindelse med gass­ ca. 30 % mindre bensin enn teoretisk nødvendig. pedalen, kan blandingstilførselen reguleres. Når For å råde bot på dette har man i alle forgassere spjeldet forandrer stilling, vil trykket og luftbygd inn et tomgangssystem, som trer i funksjon hastigheten rundt dysen forandre seg, dermed ved liten åpning av gass-spjeldet. På figurene ser også den mengde bensin som strømmer ut. vi hvorledes tomgangssystemet er arrangert. Det er klart at en motor ved sakte fart trenger Spjeldet gir en liten passasje for luften ved tommindre brennstoff enn en motor ved full belast­ gangskanalens utløp, og bensin, oppblandet med ning. Har vi for eksempel en firetaktsmotor med tilsatsluft, rives ut gjennom tomgangsdysen og 1 liters sylindervolum, og denne motor på full et hull i forgasser veggen. Blandingen kan regu­ fart kan gjøre 5000 omdr./min, vil den teoretisk leres med en skrue, som virker som en ventil. forbruke en gassblanding på 2500 1 i minuttet. På moderne forgassere, som skal tilfredsstille Lar vi så motoren gå sakte, f. eks. med 400 alle driftsforhold på en effektiv og økonomisk omdr./min, vil den bare bruke 200 1 blanding. måte, er det imidlertid ikke nok med bare én Man kan da lukke spjeldet temmelig mye. Som hoveddyse. Denne ville gi for fet blanding ved vi har hørt, vil motoren ha en bestemt bensinøkte turtall og undertrykk. Høyere turtall på mengde i forhold til den. mengde luft som blir motoren krever større mengde av bensin-luftsuget inn. Her støter man på vanskeligheter.

40

Finn Wergeland Orre: Billære

I tillegg til de anordninger som er nevnt her, finnes også på de fleste forgassere en akselerasjonspumpe. Akselerasjonspumpens oppgave er å gi hoveddysen eller en spesiell dyse ekstra bensintilskudd ved opprusning og brå forandring av gass-spjeldstillingen fra liten til stor åpning. Motoren blir da friskere og akselerasjonen bedre. Selve pumpen er en liten stempelpumpe, som står i forbindelse med gass-spjeldets bevegelser. Se fig. 26.

Fig. 25. Snitt gjennom Zenith fallforgasser. (1) Utløp fra 17. (2) Sparedyse. (3) Bensinkanal til 6. (4) Utjevningsdyse. (5) Dyseplugg. (6) Hoveddyse. (7) Bensinkanal. (8) Tomgangskanal. (9) Utjevningskammer. (10) Sprederblokk. (11) Hovedkanal. (12) Flottørventil. (13) Tomgangsdyse. (14) Gjenger for pumpestempel. (15) Banjokopling. (16) Flottør. (17) Flottorkammer. (18) Innløpsfilter. (19) Choke. (20) Arm på chokespjeld-akselen. (21) Tomgangs-blandingsskrue. (22) Forbindelsesledd mellom choke-og gass-spjeld. (23) Vakuum-forbindelse med fordeleren. (24) Overgangsdyse. (25) Åpning til tomgangskammer i forgasserhalsen. (26) Tomgangskanal. (27) Forsnevringshylse.

blanding, men ikke fetere blanding. Forgasserne er derfor utstyrt med såkalte bremseluftdyser el­ ler utligningsdyser, som ved å levere magrere blanding motvirker hoveddysens tilbøyelighet til å gi for fet blanding. Dette foregår slik: Et reguleringskammer, som står i forbindelse med utligningsdysen, er fylt med bensin. Når gass-spjeldet åpnes, suges det bensin ut både gjennom hoved­ dyse og utligningsdyse. Man får en særlig fet blanding når man skal øke motorhastigheten. Ved fortsatt åpent gass-spjeld synker bensinnivået i reguleringskammeret, og utligningsdysen vil begynne å levere en blanding av luft og bensin. Jo større gasshastigheten er, desto større mengder luftbobler vil det bli suget inn, og den fete blandingen spes ut så forholdet blir riktig. Skal imidlertid forgasseren virke tilfredsstillende, må naturligvis hoveddyse, utligningsdyse, tom­ gangsdyse, luftåpninger og forsnevringshylse være nøyaktig avstemt til hverandre.

Fig. 26. Akselerasjonspumpe til Zenith fallforgasser. (1) Festeskrue for pumpesylinder. (2) Bensinkanal til 12. (3) Innløpsventil. (4) Bensinkanal fra 29. (5) Ventil for overskudds-bensin fra akselerasjonspumpen. (6) Kanal til 5. (7) Kan al for hoveddyse. (8) Bensinkanal til 12. (9) Bensin­ kanal. (10) Innløpsventil. (11) Pumpeinnløp. (12) Pumpe­ sylinder. (13) Bensinkanal til 17. (14) Stempel med feste­ skrue. (15) Indre stempelfjær. (16) Indre pumpestempel. (17) Akselerasjonspumpe-dyse. (18) Utløpsventil. (19) Luftdyse. (20) Tomgangsdyse. (21) Ytre stempelfjær. (22) Styreskive. (23) Flottor. (24) Mansjett på 29. (25) Fjær. (26) Skrue på flottøraksel. (27) Utløp for overskudds-bensin fra akselerasjonspumpen. (28) Innløp til 29. (29) Ventil. (30) Filter.

Regulering av forgasseren Regulering av forgasseren må foretas mens mo­ toren er driftsvann. Forgasseren reguleres ved at man justerer tomgangens blanding og hastighet. På gass-spjeldarmen sitter skruen for tomgangshastigheten, og på siden av forgasserhuset blandingsskruen for tomgangen. Denne åpnes mest mulig uten at motoren kveles eller stopper ved rusing. Forgasseren er et presisjonsinstrument som bileieren ikke bor klusse med selv. Inngrep må foretas av fagfolk; men justering av tomgangen er en enkel sak. Etter ca. 50.000 km bør forga e en

Bensinmotoren

inspiseres med henblikk på slitasje i ledd, spjeld, aksler, dyser m. v. Bruk av struperen Ved start av kald motor stenges luftspj eldet helt eller delvis ved hjelp av chokeknappen på dashbordet. Når spjeldet stenges, stiger under­ trykket i forgasseren, og mer bensin rives med, slik at blandingen blir fetere og letter starten. Struperen må brukes forsiktig, og så snart motoren arbeider uten å kveles, må spjeldet åpnes (knappen skyves inn). Noen biler har automatchoke, hvor spjeldet er styrt av en bimetallfjær, som blir oppvarmet av en varmespiral i et keramikkdeksel i fjærhuset på enden av spjeldakselen. Varmespiralen får strom når tenningen settes på, og bimetallf jæren varmes opp og dreier spjeldet mer og mer.

Forvarming I en del motorer har innsugningsrøret dobbelt vegg like innenfor forgasseren. I det hulrom som oppstår ledes en del av den varme eksosgassen fra motoren. Denne varmen får bensinen til å for­ dampe fullstendig. Forvarmingen reguleres ved et spjeld som virker automatisk. Når temperaturen stiger, stopper forvarmingen automatisk, slik at forvarmingen ikke blir så stor at blandingen ut­ vider seg for meget og fyllingen blir for dårlig.

Fig. 27. Bensinpumpe med håndpumpebetjening. (1) Filter. (2) Korkpakning.(3) Til forgasserledningen. (4) Utlopsventil. (5) Membran. (6) Membranfjær. (7)Støttefjær. (8) Kamaksel. (9) Kam. (10) Pumpearm. (11) Pumpearmlager. (12) Forbindelsesledd. (13) Kam for håndpumping. (14) Støtstang. (15) Stang for håndpumping. (16) Pumpekammer. (17) Slamsamler. (18) Renseventil for slam. (19) Innlopsventil. (20) Fra bensinrøret.

41

Bensinpumpen Bensinpumpens oppgave er å fore bensinen fra tanken til forgasseren. Vanligvis drives bensin­ pumpen mekanisk fra kamakselen, med en pumpearm som beveges av en kam. Se fig. 27. Pumpen er utfort som en membranpumpe; membranen trekkes ned under sugeslaget, mens fjæren trykker den opp under trykkslaget. Ben­ sinen passerer et filter for den går inn gjennom innlopsventilen, kommer så inn i pumpekammeret og trykkes gjennom utlopsventilen til forgasserledningen og forgasseren. Når mottrykket blir for stort, f. eks. når flottornålen stenger, blir hevarmens bevegelse opptatt av leddmekanismen under membranen. Pumpen leverer da ikke bensin for nålen åpner og mottrykket synker. Vanlige feil ved bensinpumpen er slitte ventiler (av press-stoff) eller sprekker i membranen.

Luftfilteret På alle biler fins det i dag et stort og effektivt luftfilter, som er montert foran luftinntaket til forgasseren. Luftfilteret skal hindre at støv og andre forurensninger trenger inn med forbrenningsluften. Oljebadfiltere er meget brukt. Filtermassen er jernspon eller stålull som fuktes av oljen. Oljen på filteret må skiftes med bestem­ te mellomrom. Innsatsen renses særlig ofte når man kjorer meget på støvete veier. Man bør gjøre seg til regel å kontrollere filteret når man skifter olje på motoren. Det finnes også «torre» filtere, hvor innsatsen av spesielt papir må skiftes etter bestemte in­ tervaller.

Fig. 28. Snitt gjennom oljebad-luftfilter. (A) Luftinntak. (B) Ytre passasje. (C - E - G - H) Luftens vei over oljeflaten gjennom oljefuktet stålull til motoren. (F) Olje.

42

Finn Wergeland Orre: Billære

Bensinmotorer med brennstoffinnsproytning

I de senere år har en del fabrikker lansert mo­ torer med bensininnsprøytning. Mot tillegg i prisen er systemet i dag å få på en rekke biler. Bensininnsproytningen byr på flere fordeler når det gjelder forbruk: lett start, bedre ytelse og bedre kjøreegenskaper. Her skal vi kort beskrive det siste på området: elektronisk styrt bensininnsproytning fra Bosch, for Volkswagen-motorer. A olkswagenwerk AG har i samarbeid med Bosch utviklet et elektronisk styrt bensininnsprøytningsanlegg for VW 1600- og VW 411motorene. Til grunn for denne konstruksjon ligger i første rekke ønsket om å imøtekomme de såkalte «California-spesifikasjonene» for avgass-rensing som nå praktiseres i USA. Disse krav til avgass-renhet for den klassen som VW-motorene tilhører, er 2,3 % Co og 410 PPMCH (parts pr. million kullvannstoff). Volkswagens elektronisk styrte innsproytningsanlegg gir bare 1 % Co og 300 PPMCH som regnes for å være et meget tilfredsstillende resultat. Det kan her nevnes at en vanlig forbrenningsmotor under normale forhold utskiller ca. 7 % Co (opptil 12 % under ugunstige forhold) og 1200 (2100) PPMCH. Datamaskinen har nå via innsprovtningsanlegget gjort sitt inntog på bilens område. Selve computeren (den elektroniske styresentral), som er på storrelse med en sigarkasse, blir kontinuer­ lig matet med data fra trykk- og temperaturfolere plassert forskjellige steder på motoren. Sentralen samordner disse data og gir impulser til inn­ sprøytningsdysene, som til enhver tid forsyner motoren med korrekt tilmålt bensinmengde. A i skal gå litt nærmere inn på de enkelte kom­ ponenter i dette anlegg. Bensinpumpen pumper bensin fra tanken over filteret og inn i ringrøret. Trykkregulatoren er tilsluttet ringrøret og re­ gulerer bensintrykket til 2 ato (2 kp/cm2). De elektromagnetiske innsprøytningsdysene er ved fordelerstykket tilsluttet ringrøret. Fra trykkre­ gulatoren strømmer overflødig bensin tilbake til bensintanken via et returror plassert i rammetunnelen, som også er tilkoplet et overlopsror fra bensinpumpen. Bensinpumpen har en innebygd overtrvkksventil. Denne trer i funksjon dersom trykket p.g.a. en feil ved trykkregulatoren stiger vesent­ lig over den fastsatte verdi. En tilbakeslagsventil i trykkrorets tilslutning på bensinpumpen for-

Fig. 29. Volkswagen bensininnsprøytningsanlegg. A-|-B: fra trykkføler (belastningstilstand). C-J-D: fra fordelerkontaktene (motoromdreiningstall og styring av innsprøytningsdysene, gruppe I og II). E-f-F: fra temperaturfølerne (temperaturangivelse). G: fra gasspjeldbryter (utkopling av bensin ved motorbreinsing 1250—1800 o/min). Gj: akselerasjonsanordning. J: fra selvstarter (bensintilførsel i startoyeblikket). I: til innsprøytningsdysene 1 og 4. II: til innsprøytningsdysene 2 og 3. (1) Bensintank. (2) Bensinpumpe. (3) Bensinfilter. (4) Trykkregulator. (5) Trykkføler. (6) Innsugningsluftfordeler. (7) Sylindertopp. (8) Innsprøytningsdyser. (9) Ringror. (10) Ringror med tilkopling for kaldstart. (ll)Stromfordeler med avbryterkontakter. (12) Computer. (13) Gassspjeldbryter med akselerasjonsanordning. (14) Lufttilskuddsventil. (15) Kaldstartdyse. (16) Termobryter for kaldstartanlegg.

hindrer at trykket i ringrøret forsvinner med det samme hvis bensintilforselen avbrytes. Computeren åpner innsprøytningsdysene i to grupper for sylinder 1—4 og 3—2, ved elektriske impulser. Som folge av det konstante bensintryk-

Bensinmotoren

ket (2 kp/cm2) sprøytes bensinen inn. Innsprøytningsdvsene er nøyaktig kalibrert, og da bensintrykket holdes konstant, bestemmes innsprøytningsmengden av dysenes åpningstid. Denne innsprøytningstiden «utregnes» av computeren, som innholder 35 dioder, 20 silisiumtransistorer og et utall av motstander og kondensatorer. Informasjonene — eller «tallene» — som elektro­ nikken i computeren bearbeider, er data fra de enkelte informasjonskilder på motoren. Informasjonskildene arbeider på følgende måte: Tidspunktet for innsprøytningene — i forhold til kamakselens stilling — bestemmes av to kontak­ ter plassert under sentrifugalregulatoren i stromfordeleren. Den innsprøytede bensinmengde be­ stemmes først og fremst av to faktorer: motorens omdreiningstall og belastning. Omdreiningstallet informeres til computeren via stromfordelerkontaktene. Belastningen (del- eller fullbelastning) avleses av trykkforholdene i manifolden. Det til enhver tid herskende trykk blir av trykkfoleren omsatt til elektriske verdier og informert com­ puteren, som bearbeider disse informasjonene — og resultatet bestemmer så innsprøytningsdysenes åpningstider. På denne måten bestemmes bensingrunnmengden. Foruten bensingrunnmengden behøver moto­ ren et nøyaktig utmålt bensintilskudd ved start i lavere temperaturområder, under motorens oppvarmingsperiode, ved akselerasjon og fullbe­ lastning. Bensintilskuddet ved start er avhengig av motorens temperatur og gis til motoren via en separat elektromagnetisk dyse plassert i innsugningsmanifolden. Temperaturen måles elektrisk via to temperaturfolere plassert på motoren, en i innsugningsmanifolden og en på venstre topp­ lokk. Ut over dette skal starttilskuddet ved lavere temperaturer (under 5° C) bare skje mens startermotoren er i virksomhet, og styres da av en termobryter plassert i motorrommet. Ved kjøring på skyv (når motoren brukes som brems) karakteriseres denne kjoretilstand ved lukket gasspjeld. Gasspjeldkontakten avbryter da bensintilførselen når omdreiningstallet over­ stiger 1800 o/m, og kopler inn bensintilførselen igjen ved 1250 o/min. Dette gir en bedre over­ gang mellom trekk og skyv. Således vil man ogsa eliminere de uforbrente og Co-holdige avgassene som oppstår under slike forhold. Som akselerasjonsanordning har gasspjeldbryteren to kontaktbaner med hver 10 kontakt­ punkter. Ved åpning av gasspjeldet blir disse kontaktene tilsluttet og brutt etter hverandre og

43

gir computeren tilsvarende impulser. På denne måten får motoren riktig tilmålt bensinmengde også under akselerasjon. En slepekontakt sorger for at kontaktbanene bare er innkoplet ved åp­ ning av gasspjeldet. Ved fullbelastning er det trykkfoleren som via computeren bestemmer bensinmengden. For å forenkle computeren, og derved formin­ ske produksjonsutgiftene, er innsprøytningsdysene, som tidligere nevnt, koplet parallelt. (Dysegruppe I — sylinder 1 og 4, dysegruppe II — sy­ linder 3 og 2). Begge ventiler i en gruppe foretar innsprøytning samtidig. Derved sprøytes bensi­ nen i sylinder 1 og 3, som er under innsugningsperioden, forbi de åpne ventilene og direkte inn i forbrenningsrommet. Innsprøytningsdysene til sylinder 2 og 4 er i funksjon under utblåsningstakten, med den folge at bensinen opplagres i innsugningskanalen foran de lukkede innsugningsventilene. Denne måten å styre innsprøyt­ ningsdysene på har i praksis vist seg hensikts­ messig. Luftmengden til motoren reguleres av gasspjel­ det i manifolden. Tomgangsluften kommer bare gjennom en såkalt «by-pass kanal» i manifolden. Tomgangshastigheten reguleres ved at tversnittet i by-pass kanalen blir endret via en justeringsskrue. En motor som ikke har nadd sin driftstemperatur, behøver et lufttilskudd. En regulator (dreieventil) regulerer dette. Den en­ drer det virksomme tversnittet i slangen for lufttilskuddet avhengig av motorens oljetemperatur. Ved 4-30° C er dreieventilen helt åpen, ved +50° C helt stengt. For VW 411’s vedkommende er det montert en lufttilskuddsventil som styres av et varmeelement. Med dette innsprøytningsanlegget får man ikke bare renere avgass. Man oppnår ogsa andre fordeler, så som mindre bensinforbruk og større motoreffekt. Fra Bosclfs side er det for A 1600 antydet en besparelse på 0,3—0,4 1/mil ved bykjoring og ca. 0,2 1/mil ved landeveiskjoring. Effekten øker også noe, og man kan anta at denne motoren yter ca. 58—60 HK DIN. A idere kan nevnes at man også får en adskillig renere motor. Tar man Bosch’s opplysninger om 1600motorene til følge, vil man ved 70 % bykjøring °g 30 % landeveiskjoring kunne redusere bensinutgiftene med over kr. 400,— pr. kjorte 10.000 km. Bensintanken kan være anbrakt bakerst i bilen, under fører­ setet, på siden eller foran. Foruten påfyllings-

44

Finn Wergeland Orre: Billære

stuss med lokk har tanken også bunnplugg. Luftehullet i lokket må holdes åpent. Ved tanker

som ikke har luftehull i lokket, er det i stedet et lufterør, slik at det ikke oppstår undertrykk.

Tenningssystem og elektrisk anlegg Som vi har nevnt tidligere, tennes brennstoffblandingen ved hjelp av en elektrisk gnist. For å kunne frembringe denne gnisten bruker man et elektrisk tenningsanlegg. De fleste biler har batteritenning, og vi skal derfor bare behandle det tenningssystemet her. Prinsippet for batteritenningen er vist på fig. 30 og 33. De som vil ha mer omfattende kunnskaper, henvises til avsnit­ tene om magnetisme og induksjon under artik­ kelen «Elektrisitetslære» i denne bok. Vi skal her bare ganske kort komme inn på tenningsanleggets enkelte deler.

Fig. 30. Bilens elektriske anlegg, prinsippskisse. (1) Høyre lyskaster. (2) Parkeringslys. (3) Koplingsboks. (4) Coil. (5) Avbrytermekanisme og kondensator. (6) Fordeler. (7) Tenningslås. (8) Tennplugger. (9) Dynamo. (10) Strom- og spenningsregulator. (11) Amperemeter. (12) Batteri. (13) Venstre lyskaster. (14) Parkeringslys. (15) Koplingsboks. (16) Dimbryter. (17) Lysbryter. (18) Startmotor. (19) Bakog stopplys. (20) Stopplysbryter. (21) Varsellampe for fjernlys.

Coil og kondensator Batteriet gir lavspent strom (6 eller 12 V) til det lavspente kretsløpet i tenningssystemet. Denne strøm må imidlertid omdannes til høy­ spent for å danne tennplugg-gnisten, som trenger en spenning på ca. 20.000 V. Coilen skaffer denne

høyspente strømmen i det korte øyeblikk det trengs for å danne gnist. Coilen er bygd opp slik: I et lukket, vanntett hus er det lagt inn en jernkjerne med to viklinger, primærviklingen og sekundærviklingen. Primærviklingen, som van­ ligvis ligger ytterst, har 150—200 viklinger av 0,3—0,5 mm tykk tråd. Sekundærviklingen, som ligger nærmest kjernen, har mange tusen viklinger av meget tynn tråd. Batteriet er koplet til primærkretsen, der det er lagt inn en avbrytermekanisme som bryter primærstrømmen hver gang det trengs gnist for tenningen. Når strømmen er sluttet, dannes et magnetisk felt i coilen. Dette felt omgir viklin­ gene så lenge strømmen står på. Når strømmen brytes, vil kraftlinjene rundt viklingene trekke seg sammen og overskjære sekundærviklingene. Ifølge prinsippet om induksjon kan det i brytningsøyeblikket tas ut et høyspent strømstøt fra coilens sekundærside. I primærkretsen er det dessuten bygd inn en kondensator, som er koplet parallelt over avbryterkontaktene. Kondensatoren er laget av tinnfoliestrimler, som er isolert fra hverandre og samlet til to sett. Disse forbindes ikke gjen­ nom kondensatoren, men over avbryterkontaktene, hver gang disse er lukket. Kondensatoren har to oppgaver: For det første skal den minske gnistdannelsen mellom kontaktene, og for det annet skal den bevirke raskere reduksjon av mag­ netfeltet når kontaktene åpnes. Dermed indu­ seres høyest mulig spenning i sekundærviklingen. Mellom coilen og batteriet er tenningslåsen og amperemeteret innkoplet.

Avbrytermekanisme og stromfordeler Som nevnt må strømmen i primærkretsen bry­ tes hver gang høyspent strøm skal tas ut fra coilen. Dette skjer ved hjelp av en avbryter­ mekanisme, som er bygd inn i et hus sammen med strømfordeleren. Bryterkontaktene, to wolframkontakter (platinastifter), ligger altså i primærkretsen, og sitter på hver sin arm, én bevegelig, som betjenes av en knasteskive, og én fast. Knasteskiven har så mange flater som mo­ toren har sylindre og er festet på fordelerakselen. Den roterer med halve motorturtallet. Brytergapet må være justert etter foreskrevne mål, da

45

Bensinmotoren

24

10 Fig. 31. Bosch stromfordeler. (1) Roterende kontakt. (2) Fjærende kontaktkullstift. (3) Rotor. (4) Kam. (5) Avbryterarm. (6) Innstillingsskrue. (7) Arm for membran. (8) Svingbart avbryterfundament. (9) Faststående bæreplate. (10) Fordeleraksel. (11) Klokopling. (12) Dreiearm for innstilling av tenningstidspunkt. (13) Drivaksel. (14) Smørefilt for fordeleraksel. (15) Kam. (16) Fjærklemme for fordelingsskive. (17)—(20) Sentrifugalvekter, detaljer. (21) Membran. (22) Trykkfjær. (23) Undertrykkledning. (24) Til forgasseren. (25) Gass-spjeld. (26) Innsugningsror. (27) Til motoren. (28) Vakuumdåse. (29) Fettkopp. (30) Fordelerhus. (31) Kondensator.

dette er av største betydning for tenningens effektivitet. 0,3—0,6 mm er et vanlig mål ved full åpning. Gapet justeres lett med skrue og kontramutter, og kontrolleres deretter med søker. Det er viktig at strømstotene fordeles i riktig tur og orden til pluggene, i samsvar med tenningsrekkefølgen. Fordelermekanismen består av en rotor eller fordelerarm, som er presset ned på fordelerakselen over knasteskiven, og dessuten et fordelerlokk av ebonitt, som er klemt ned på fordelerhuset. Rotoren har en kontaktflate som står i forbindelse med en børste av kull i lokkets sentrum, hvor høyspentkabelen fra coilen er stukket inn. Inne i fordelerlokket sitter et antall fordelerpunkter, som danner kontakt med rotoren når den dreier rundt. (Fig. 31.) Over hvert fordelerpunkt er ledningene til pluggene stukket inn i fordelerlokket. Her er det direkte kontakt. Hver gang rotoren gir kontakt mot et fordelerpunkt, sendes gnisten til de respektive sylindere gjen­ nom høyspentkablene. Tenningstidspunktet er viktig for motorens

drift. Dette kan reguleres på den måte at man dreier hele fordeleren i forhold til fordelerakselen, slik at avbrytingen skjer tidligere eller senere (se fig. 32). Ved større omdreiningstall må ten­ ningen komme tidligere (høyere tenning). Dette reguleres automatisk ved at fordelerplaten vris ved hjelp av det varierende undertrykk (va­ kuum) i motoren. En vakuumdåse med membran

Fig. 32. Innstilling av tennings­ tidspunkt. Skruen i svingarmen løsnes, og fordeleren kan dreies fram og tilbake. Når innstillingen er foretatt, må skruen dras til.

46

Finn Wergeland Orre: Billære

står i forbindelse med innsugningsrøret på moto­ ren, og membranen virker på en arm som vrir fordelerplaten slik at tenningstidspunktet for­ andres alt etter som vakuumet stiger eller synker ved varierende omdreiningstall på motoren. Reguleringen kan også skje mekanisk med vekter som er montert inne i fordelerhuset og påvirkes av sentrifugalkraften. Moderne motorer bar som regel kombinert sentrifugal- og vakuumregulering. På noen biler er det i de senere år forsøkt såkalt transistortenning, hvor brytningen av lavspentstrømmen foregår elektronisk. Man unngår da gnistdannelse i kontaktene, kondensatoren kan sløyfes, og spenningen for pluggene blir høyere enn vanlig — opptil 30.000 volt.

Tennpluggene Fig. 34 viser en tennplugg i snitt. Plugglegemet er utstyrt med gjenger for innskruing i topp­ lokket. Mellom pluggen og topplokket skal det alltid ligge en kobberpakning for å sikre god tetning. Strøm­ men ledes til midtelektroden, som er skilt fra godset med en porselensisolator. Sideelektroden er forbundet med gods, og gnisten springer over i gapet mellom de to elektroder. Gapet skal være justert etter et bestemt mål i henhold til motorfabrikkens spesifikasjon. Vanligvis er plugg-gapet 0,4— 1,0 mm. Et målelære gir den nøyaktigste måling (fig. 35). Tennpluggen er sterkt utsatt i Fig. 34. Snitt gjennom tennplugg (Bosch). (1) Ledningfeste. (2) Isolamotoren, og det sjonskappe av porselen. (3) Midtstilles store krav elektrode. (4) Sokkel. (5) Pakning. til dens effektivi­ (6) Isolatorfot. (7) Elektrodegap. tet. Den må (8) Sidelektrode.

Fig. 35. Elektrodegapet justeres.

kunne holde stand mot alle herskende trykk i motoren, den må kunne tåle temperaturvariasjo­ nene, den må holde tett både ved varm og kald motor. Den må kunne gi god gnist ved alle belastningsforhold, og må ikke gløde i motoren så det oppstår selvtenninger. Imidlertid må pluggene under drift bli så varme at de holder seg selv rene. At de holder sin selvrensingstemperatur, er avhengig av deres varmeverdi. Varmeverdien er betegnelsen for pluggens motstandsevne mot overopphetning. En motor som ikke blir særlig varm, trenger en plugg med forholdsvis lav varmeverdi. For varm motor er det motsatte tilfelle. Hvis vi betrakter pluggen, kan vi se om den er den riktige for motoren. Fargen på isolatorfoten (d.e. den delen av porselensisolatoren som er nærmest gnistgapet) gir en pekepinn om dette. Hvis isolatorfoten er dekket av et grågult oksvdbelegg og elektrodene er sterkt brent, må plugger med høyere varmeverdi settes inn. Hvis pluggene holder seg fuktige av olje osv., trenger man plugger med lavere varmeverdi. En plugg med riktig varmeverdi har lysebrun isola­ torfot. Hvis det brukes plugger med for lav var­ meverdi, kan porselenet bli så varmt at det an­ tenner blandingen. Fig. 36 viser skjematisk hvorledes varmen hurtig avledes ved en «kald» plugg (til venstre),

47

Bensinmotoren

Fig. 36. Tennpluggers forskjellige varmeverdi. Til venstre leder en «kald» plugg varmen hurtig bort, til høyre sees «varm» plugg som holder lenger på varmen.

og hvorledes den holder lenger i den «varme» pluggen (til høyre). Av instruksjonsbøkene for motorene ser vi alltid hvilken plugg vi skal bruke. Dette bør man være oppmerksom på. Det er god økonomi å stelle godt med pluggene. De bor kontrolleres hver 5000 km og skiftes etter ca. 15000 km kjoring. A il man på en enkel måte undersøke pluggene, for eksempel ved motorfusk, kortslutter man dem etter tur med en skruetrekker med isolerende håndtak. Hvis motorens gang ikke forandrer seg når en plugg kortsluttes, er pluggen i uorden. Batteriet De fleste biler har, som nevnt, batteritenning. Her skal vi derfor bare omtale batteritenning, og se bort fra magnettenning. Batteriet i bilen er et 6 eller 12 volts akkumulatorbatteri, som er bygd opp av celler av bly-

plater i en ebonittkasse (Fig. 37). Hver celle gir 2 V. Batteriet har to sett plater, som innbyrdes er isolert med treplater. Samtlige positive plater er med et åk forbundet med den positive batteriklemme, og de negative på samme måte med den negative klemme. Batteriet fylles med fortynnet svovelsyre, som skal stå opp til ca. 1 cm over platekantene. Når man lader batteriet, foregår det en kjemisk prosess mellom platene og syren, slik at det lades opp elektrisk energi. Syremengden i elektrolyten stiger, og dermed økes elektrolytens spesifikke vekt. Under utladningen skjer det også en kje­ misk reaksjon i cellene, idet blyet i de negative plater og blysuperoksyden i de positive plater omdannes til bly sulfat. Den spesifikke vekt minker, og elektrolyten blir etter hvert «tyn­ nere», dvs. mer vannholdig. Det er viktig å merke seg at jo mer et batteri er utladet, desto lettere fryser det. Elektrolytens frysepunkt avhenger av den spesifikke vekt. Den spesifikke vekt forteller oss også om batteriets tilstand. Målingen utføres med en spesiell syremåler (Areometer). Spes, vekt 1,265—1,290 1,235—1,260 1,205—1,230 1,170—1,200 1,140—1,165 1,110—1,135

fullt oppladet 3/4 « 1/2 « 1/4 « nesten utladet helt utladet

Frysepunkt °C 70 4- 52 4- 27 4- 15 4- 11 4- 8

Batteriet bør settes på ladning når den spesi­ fikke vekt er sunket til ca. 1,25. Vannet i syreblandingen dunster dels bort, dels forsvinner det i knallgassform under spaltingen ved den kjemiske prosess. Man bør derfor etterse batteriet hver 14. dag og eventuelt etterfylle destillert vann. Man må ellers passe på at gasshullene i påfyllingsproppene er åpne, at polklemmene er godt tiltrukket og at de blir satt inn med vaselin så man unngår oksydbelegg. Batteriet må sitte godt fast, og for øvrig skånes for store utladninger, f. eks. ved pining under langvarig bruk av selvstarteren.

Ladestrømkretsen Batteriet alene kan ikke brukes som strønikilde i bilen. Det ville etter hvert bli helt utladet. 1 ’ For å kunne holde batteriet oppladet, og for å kunne levere strøm når motoren er i gang med et omdreiningstall over tomgang, er det i en bil­ Fig. 37. Røntgensnitt gjennom bilbatteri. (1) Batterikasse. motor alltid bygd inn en dynamo. (Fig. 38.) Den­ (2) 4--plate. (3) Separator. (4) +-plater.(5) Plateforbinder. ne leverer strøm til tenning og strømforbrukere, (6) Pol. (7) Åk.

48

Finn Wergeland Orre: Billære

gen stadig stige og synke. Sank spenni gen for mye, ville lyset bli svakt, og tenningssystemet ville ikke virke som det skulle. Hvis spenningen ble for høy, ville lamper og coil brenne i stykker. Dynamoen kan være enten spenningsregulert eller strømregulert. I en spenningsregulert dynamo er feltet parallellkoplet med ankeret. En slik dynamo kalles

Fig. 38. Dynamo (Bosch). (1) Polhus. (2) Anker. (3) Polsko. (4) Feltviklig. (5) Borstefjær. (6) Kullborste. (7) Borsteholder. (8) Oljekopp. (9) Kollektor. (10) Klemmebånd. (11) Kontaktforbindelse. (12) Regulator.

samtidig som den lader opp batteriet. Dynamoens størrelse angis i watt eller ved ampere og volt. Bildynamoenes størrelse varierer mellom 125 og 300 watt. Strømmen går fra dynamoen gjennom et relé, den såkalte vippe, gjennom amperemeteret til batteriet, og tilbake til gods. Vippen skal hindre at batteriet lades ut gjennom dynamoen når motorens turtall er så lavt at dynamospenningen er lavere enn batterispenningen. Dynamoens spenning må kunne reguleres så den holder seg konstant. Dette skjer ved hjelp av et eget strømeller spenningsreguleringssystem. Bilmotoren går med meget varierende turtall. Hvis dynamoen ikke var regulert, ville spennin­

Fig. 39. Regulator (Relé). (1) Kontakter. (2) Festeplate.(3) Magnetviklinger. (4) Anker. (5) Nedre regulatorkontakt. (6) Øvre regulatorkontakt.

Fig. 40. To-polet shunt-dynamo (Bosch). (1) Børster. (2) Kollektor. (3) Polhus. (4) Feltvikling. (5) Polsko. (6) Anker.

Fig. 41. Skjematisk framstilling av dynamoreguleringen. Øverst feltstrømmens forløp. Nederst feltstrømmens innvirkning på spenningen.

ig. 100 a. Rover ga ssturbin-motor.

Fig. 100 b. Rover gassturbin-motor, forklaring av fig. 100 a. (1) Forbrenningsrom. (2) Rom for komprimert luft. (3) Luftkanal. (4) Temperaturkontroll. (5) Turbin. (6) Ledeskovler. (7) Varmeisolator. (8) Kompressor. (9) Oljefilter. (10) Kompressorhus. (11) Luftinntak. (12) Brennstoffpumpe. (13) Drev for kraftoverføring. (14) Plate for hjelpeutstyr. (15) Luftkammer. (16) Innsprøytningsdyse (brenner). (17) Ventillasionsror. (18) Oljepåfylling.

Bensinmotoren

s/mnt-dynamo. Fig. 40 viser en to-polet shuntdynamo. De fleste dynamoer er fire-polet. I ankerviklingene induseres en elektrisk strom når ankeret roterer i feltet. Spenning og strøm­ styrke stiger ved økende rotasjon, fordi det ved en bestemt spenning vil være en bestemt strøm­ styrke. For å unngå at spenning og strømstyrke stiger så mye at strømforbrukere og dynamo kan bli ødelagt, har man lagt inn en motstand i feltkretsen. Motstanden bryter og slutter feltkretsen. Ved å svekke eller styrke feltet forandrer man det magnetiske felt, og spenningen fra dynamoens kommutator (kollektor) forandres. Fig. 41 viser hvordan feltstrømmen vil gå når motstanden koples ut og inn mellom punktene A og B. Feltstrømmens middelverdi er angitt med C. Hvis vi tenker oss at dynamoens spenning er avhengig av strømstyrken, ser vi av figuren, hvor både spennings- og strømkurve er tegnet inn, at spenningen innstiller seg på en konstant verdi. I praksis reguleres spenningen av et relé som svekker feltet elektromagnetisk. Bildynamoen krever lite stell. Det er viktig at vifteremmen, som vanligvis driver dynamoen, er riktig strammet.

V ekselstrømsdynamo blir nå svært meget brukt i biler og busser. Den vesentlige forskjell mellom vekselstromsdynamoen (alternator) og likestromsdynamoen (D.C. generator) er størrelse, vekt og prinsippet for likeretting av vekselstrøm. Begge typer lager vekselstrøm til å begynne med, likestromsdynamoen i ankeret og vekselstromsdynamoen i statoren. Denne vekselstrøm­ men likerettes mekanisk i likestromsdynamoen ved hjelp av kommutator og børster, i vekselstromsdynamoen elektronisk gjennom dioder (likerettere). I likestromsdynamoen kalles rotoren for anke­ ret og er meget lengre enn rotoren i vekselstromsdynamoen. Ved høy hastighet kan derfor anker­ viklingene lett slenge ut fra ankerkjernen og bli ødelagt. I vekselstromsdynamoen, hvor roto­ ren er kort, er feltviklingen bare en spole viklet rundt rotorakselen; den er dessuten beskyttet av 8 magnetspoler så den ikke kan slenge ut. Dette gjor at vekselstromsdynamoen kan kjores med høyere hastighet enn likestromsdynamoen, hvor ankerviklingene ville slenge ut. At vekselstromsdynamoen kan tåle så hoyt turtall, er en av grunnene til at den kan levere så mye mer strøm ved bykjøring — uten fare for at 4 —Teknikk III

49

rotorviklingen skal slenge ut ved hoy hastighet på landeveien. Vekselstromsdynamoens største fordel er at den gir stor ytelse allerede når moto­ ren går på tomgang. Vekselstromsdynamoen bruker ikke «kommu­ tator — borstew-kombinasjonen. Isteden blir vekselstrømmen likerettet ved hjelp av dioder. Siden det ikke er noen glidende kontakt­ flate i hovedstromkretsen på en vekselstromsdynamo, unngår man de periodiske ettersyn og reparasjoner som er nødvendig ved en likestromsdynamo, hvor hovedstrømmen tas ut gjen­ nom børstene som glir mot kommutatoren. Når kommutatoren blir slitt, må den dreies, og isola­ sjonen mellom lamellene må skjæres ned 1/32”, samtidig som nye børster må settes inn. Vekselstromsdynamoen har to glatte sleperinger og to små børster på størrelse med dem som brukes i et varmeapparat, og de leder bare en liten strom til den roterende feltviklingen. Bare 3 amp. eller mindre passerer mellom børstene og sleperingene, med praktisk talt ingen gnistdannelse. Derfor er vedlikeholdet av børster og sleperinger ubetydelig. Strømforbrukerne for øvrig er alltid koplet inn mellom dynamoen og ampéremeteret. Starterkretsen er en krets for seg, direkte koplet til batteriet, og avhengig av dette. Det elektriske anlegg vises skjematisk på fig. 30.

Starterkretsen Starteren (fig. 42) er koplet direkte til batteriet. Den er en likestromsmotor med seriekopling og får hele strømstyrken gjennom feltkretsen. Der­ ved får motoren sterk igangsettingskraft. Når starteren brukes, trenger den meget høy strøm­ styrke, opptil 400 amp. når den begynner å rotere, mens styrken avtar etter hvert som om­ dreiningstallet stiger. På grunn av de store strømstyrker må starterkablene ha stort tverrsnitt (ca. 25 kvadratmillimeter). Dårlige kontaktforbindelser i tilknytning til store ampérestyrker gir stor motstand, og der­ med varmeutvikling som kan forårsake brann. Det er derfor ytterst viktig at starterkretsens kontaktforbindelser blir ofte kontrollert. Selvstarteren koples til tannkransen på sving­ hjulet på den måten at et tannhjul på starterakselen, bendixdrevet, skrues inn i inngrep når akselen begynner å rotere. Bendixdrevet er kon­ struert slik at det slynges ut fra inngrepet så snart motoren er kommet i gang. Hvis det ikke

50

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 42. Selvstarter med mekanisk innkopling. Til hoyre vist skjematisk. (1) Starterdrev. (2) Frilop. (3) Skruefjær. (4) Ankeraksel. (5) Anker. (6) Polsko. (7) Feltvikling. (8) Kullborste. (9) Borsteholder. (10) Børstefjær. (11) Kollektor. (12) Klemmebånd. (13) Polhus. (14) Starterbryter. (15) Kabelfeste. (16) Innkoplingsarm. (17) Hylse. (18) Med­ bringer. (19) Innkoplingsarm. (20) Stag. (21) Pedal. (22) Returfjær. Istedenfor direkte forbindelse med en startpedal som her vist, foregår nå, på de aller fleste biler, innkoplingen av startstrømmen med en elektromagnetisk bryter. Bryteren betjenes av tenningsnøkkelen.

går tilbake etter at motoren er startet, må drev og aksel gjøres rene. En annen metode for tilkopling av starteren til motoren er pedalinnrykning, hvor starterdrevet først via startpedalen skyves i inngrep med starterkransen og strømmen settes på i neste trinn. Et friløp hindrer at ankeret roterer med motoren når den starter. Dessuten finnes startere med forskyvbart anker, og solenoidstartere, hvor en solenoid kopler starteren inn så snart strøm­ men settes på. Ved hjelp av en vakuumboks som

påvirkes av motorens undertrykk når den star­ ter, koples spolen ut.

Sikringer Biler har som oftest sikringer for de forskjellige grupper av strømforbrukere i det elektriske anlegg. Sikringstråden ligger i et lite glassrør, og samtlige sikringer er plasert i en boks nær førerplassen. Alle bilførere må vite hvor sikringene sitter, og reservesikringer må man ha i bilen.

Bilmotorens kjølesystem Den varmemengden som går ut i motorens kjølesystem, tilsvarer omtrent den som nyttig­ gjøres til mekanisk energi i motoren. Den utgjør ca. 25—30 % av den varmemengde som tilføres med brennstoffet. Normal kjølevannstemperatur for vannet når det forlater motoren er 75—85°. Ved vanlig vannkjøling passerer vannet kjølekapper rundt sylindere, gasskanaler og forbren­ ningsrom, og det varme vannet kjøles ned i en radiator. Vi skjelner mellom to forskjellige vannkjølingsmetoder, termosyfonkjøling og pumpekjøling. Ved termosyfonkjøling sirkulerer vannet på

grunn av de skiftende temperaturer. Vannets spesifikke vekt minker med stigende temperatur. Når vannet passerer gjennom radiatoren, øker den spesifikke vekt, slik at det synker. Sirkula­ sjonen som da oppstår, forsterkes ytterligere ved at vannet oppvarmes i sylinderblokken. Motorer med termosyfonkjøling har rikelig dimensjonerte rom i kjølekapper og rør, for at sirkulasjonen skal bli tilfredsstillende. Slik kjøling brukes nå bare i et fåtall mindre motorer. Sirkulasjonen ved pumpekjøling (fig. 43) kom­ mer i stand ved hjelp av en vannpumpe, som drives av motoren (fig. 45). Vannpumpen er en sentrifugalpumpe. Hvis den har glidelagre, må

51

Bensinmotoren

Fig. 43. Bilens kjølesystem, skjematisk. (1) Gummislange. (2) Vifte. (3) Tappeplugg. (4) Innstrømmende luft. (5) Termostat. (6) Vannpumpe. (7) Kjølekapper. (8) Temperaturmåler.

disse smores med spesielt vannpumpefett. Har den innebygde kulelagre, skal disse som regel ikke smores. Fiberskiver besørger tettingen. Praktiske forsøk har vist at kjølevannet bør ha en temperatur på 75-—85° C når det forlater motortoppen. Høy driftstemperatur gir de beste resultater med hensyn til effekt, økonomi og slitasje. Blir motoren for varm, kan det oppstå glødetenning på grunn av overopphetede deler, og trekkevnen blir mindre. Videre vil smøreoljen bli for varm, slik at smøreeffekten reduseres. Hvis motoren kjøres med for lav temperatur, stiger brennstofforbruket, og slitasjen øker på grunn av kondensdannelser og kjemiske reak­ sjoner med brennstoffet. Dette tærer på delene. Dessuten vil ikke bensinen fordampe riktig, og uforbrente bensinpartikler kan trenge ned og fortynne smøreoljen. På nyere biler er kjølesystemet bygd slik at det arbeider under trykk. Dette oppstår når vann­ temperaturen oker. Hensikten med trykkjoling er å heve kokepunktet og derved få opp arbeids­ temperaturen. For å holde trykket er radiatoren utstyrt med et trykklokk. Lokket har to ventiler — en overtrykkventil og en vakuumventil. Overtrykkventilen regulerer trykket så dette ikke overstiger det som er foreskrevet. Ventilen sperrer også for overflomsrøret så ikke vannet slipper ut her ved

Fig. 44. Toppen av en radiator. (1) Påfylling. (2) Vannstand. (3) Deleplate. (4) Øvre vanntank.

varmeutvidelsen. Vakuum ventilen åpner når tem­ peraturen på vannet synker og trykket kommer under atmosfæretrvkket. For å kunne regulere temperaturen, og for at motoren skal komme hurtigst mulig opp i drifts­ temperatur etter start, har man forsynt kjøle­ systemet med en termostat som stenger mer eller mindre for vanntilførselen til radiatoren. Er motoren kald, driver pumpen vannet rundt i

Fig. 45. Røntgensnitt av vannpumpe.

52

Finn Wergeland Orre: Billære

motorblokken utenom radiatoren, idet termostatspjeldet stenger for passasjen. Bare et lite lekkliull tillater litt vann å strømme gjennom radiatoren for å hindre at vannet fryser om vin­ teren. En fjær som beveges alt etter som tempe­ raturen stiger eller synker, virker på termostatspjeldet. Denne fjæren er laget av to metaller med forskjellige utvidelsesegenskaper. Spjeldet åpnes ved den temperatur termostaten er regulert på, f. eks. 70° C. Mest brukes imidlertid belg-termostater. En lukket metallbelg er delvis fylt med væske med lavt kokepunkt. Trykket i belgen forandrer seg ved fordampningen, som igjen er avhengig av temperaturen på kjølevannet. Belgen beveger seg, og bevegelsen overføres til en ventil. Fig. 46 viser termostatens virkemåte skje­ matisk. Like foran termostaten er det koplet inn et termoelement, som står i forbindelse med temperaturmåleren på dashbordet. Noen biler har og­ så en rød lampe som lyser inntil motoren har nådd driftstemperatur. Da vannet er kaldest i nedre del av radiatoren (nedre kjøletank), bør man om vinteren dekke til her eller bruke en gardin. Av­ kjølingen blir da ikke så stor. Fra øvre til nedre kjøletank i radiatoren fører en rekke rør, som er bygd opp som et celle­ system — radiatorregisteret. Her får man stor flate for avkjølingen. En vifte trekker luft gjen­ nom registeret. Viften drives av motoren med en kilerem (vifterem).

Enkelte biler, og i særlig grad dieseldrevne tyngre kjøretøyer, har innmontert en termostatregulert kjølevifte. Det finnes forskjellige utførel­ ser, både hydrauliske og elektromagnetiske. Sist­ nevnte utførelse virker i korthet slik: På remskiven er det montert en elektromagnet og på viftenavet en koplingsplate. Viften går fritt på pumpeakselen. Elektromagneten får strøm fra en termokontakt som sitter i topplokket. Når kjølevannet når den temperatur termokontakten er innstilt på, f.eks. 85° C, vil elektromagneten få strøm, koplingen trekkes til, og viften går. Kom­ mer temperaturen ned i f.eks. 79° C, koples elektromagneten ut, og viften stopper. Fordelen ved en slik vifte er både at man får en hurtig driftstemperatur på motoren, og at denne temperatur holdes konstant. Dessuten gir utkoplet vifte noen hestekrefter i besparelse (ca. 5 HK på en større dieselmotor). Kjølesystemet må holdes fylt med vann eller kjolevæske, og det må være absolutt tett. Gummislangene som forbinder radiatoren med moto­ ren, har lett for å svelle og bli sprø, og må derfor stadig kontrolleres. Fyll aldri kaldt vann på varm motor. Vifteremmen må med jevne mellomrom kontrolleres. En riktig strammet rem skal kunne trykkes innover ca. 25 mm (i”). I kjølesystemet avsetter det seg etter hvert et isolerende belegg, kjelstein, som reduserer kjølevirkningen og er vanskelig å fjerne. Kjelstein dannes av stoffer som er løst opp av vannet. Hvis man unngår å skifte vann på radia­ toren og bare fyller etter når det er nød­ vendig, motarbeides kjelsteindannelse/rust. Om vinteren krever kjølesystemet spesiell aktsomhet. Man må da sørge for at vannet til­ settes frostfri væske i et forhold som gir sik­ kerhet mot frysing. Til veiledning gir vi her anvisning på blan­ dingsforholdet i en del av de mest brukte frost­ væsker : Fig. 46. Termostatvirkning. (A) Ved kald motor. (B) Ved varm motor.

Bensinmotoren Sprit

10% 20% 30% 40% 50%

Vann Frostsikker inntil

90% 80% 70% 60% 50%

4- 3°C 4- 7°C 4-12°C 4-19°C 4-28 °C

Glyserin

Vann

10% 20% 30% 40% 50%

90% 80% 70% 60% 50%

Når kjølesystemet er fylt opp, bor man kon­ trollere vannstanden etter at motoren har vært i gang en stund. Det hender at termostaten lukker seg ved fvllingen og hindrer at anlegget blir helt fullt. Om luftkjøling av motorer kan man kort si at varmen fra sylinderne ledes ut til luften over en stor overflate, som dannes ved at sylinderne ut­ styres med kjøleribber. En spesiell vifte sørger for at luften stadig spyles rundt sylinderne. Den mest kjente av de luftkjølte bilmotorene er Folkevognmotoren, som har vist seg å være meget pålitelig. Fordelene ved luftkjøling er at man unngår hele det relativt kompliserte vannkjolingssystem med sine ganske mange feilmuligheter, og at man ikke har frostproblemer. En av ulempene ved en luftkjolt motor kan sies å

Frostsikker inntil

4- 2 °C 4- 6 °C 4-ll°C 4-18°C 4-26 °C

53 Etylenglykol Vann

10% 20% 30% 40% 50%

90% 80% 70% 60% 50%

Frostsikker inntil

4- 3°C 4- 8°C 4-14°C 4-24°C 4-36 °C

være at den larmer mer enn en vannkjolt. Man har heller intet varmtvann å utnytte til opp­ varming og defrosting, og oppvarmingen i en bil med luftkjolt motor blir derfor ikke så god som med en vannkjolt.

Fig. 47. Luftkjøling, prinsippskisse.

Sniøresystem og olje I alle motorer er det deler som roterer eller glir fram og tilbake. Her oppstår det friksjon, noe som alltid er tilfelle når to flater beveges mot hverandre. Jo ujevnere overflaten er, jo større blir friksjonen. Selv de best polerte flater har en viss ruhet, og det vil etter hvert oppstå anselig varme og slitasje når flatene gnis tørre mot hver­ andre. Smøreoljens oppgave er å hindre torr friksjon ved å omdanne den til såkalt flytende friksjon, idet det dannes en fast oljefilm mellom de delene som gnis mot hverandre. Man unngår direkte kontakt metall mot metall, og oljens kjølende og smørende virkning vil på denne måte redusere slitasjen. I en bilmotor er stempler, ventilløftere og ven­ tiler de deler som glir fram og tilbake, mens veivaksel, kamaksel, registerdrev osv. er roterende deler. Derfor må sylindervegger, ventilløfter- og ventilstyringer, veivstang- og veivaksellager, kammer og kamaksellager osv. få tilfredsstillende smøring hvis motoren skal bli driftssikker. I de fleste moderne bilmotorer brukes nå trykksmøring. En oljepumpe fordeler oljen til

smørestedene under trykk, slik at en fast og bestandig oljefilm kan dannes. Prinsippet for trykksmøring er følgende: En oljepumpe suger motoroljen fra veivhuset gjennom en sil og trykker oljen ut gjennom en hovedkanal til forgreningskanaler, som leder ol­ jen fram til de forskjellige smøresteder. (Fig. 48.) Oljepumpen, som vanligvis er bygd som en tannhjulspumpe, drives som oftest med over­ føring fra kamakselen. (Fig. 49.) Trykket kan reguleres med en kuleventil, som åpner når trykket blir for høyt, slik at en del olje løper tilbake til bunnkassen. I smøresystemet legges ofte inn et utvendig oljefilter med utskiftbar innsats, som har til oppgave å rense oljen før den fordeles til smørestedene. Dette filteret er slik koplet til oljeledningen at oljen passerer det. Hvis filteret blir tett, vil det ikke gå ut over oljesirkulasjonen, da en ventil sørger for forbiløp. Filteret er tett hvis det er kaldt å ta på mens motoren er varm. Oljetrykkmanometeret er koplet til trykkledningen og viser til enhver tid oljetrykket i moto­ ren. Oljetrykket ligger ofte på 3—3,5 kp pr.

54

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 49 a. Oljepumpedrift.

Fig. 48. Bilmotorens smøresystem, skjematisk. (1) Bunnplugg. (2) Bunnpanne med olje. (3) Oljestand. (4) Sil. (5) Oljepumpe, drevet av kamakselen. (6) Returolje. (7) Veivaksellager. (8) Veivstanglager. (9) Ledning til oljetrykkmanometer eller varsellampe. (10) Kamaksellager. (11) Oljedamp som smører stempel og sylindervegg. (12) Veivstang. (13) Påfylling. (14) Peilepinne. (15) Ventillofter. (16) Stempelboltlager. (17) Returolje. (18) Oljeskrapering. (19) Kjølekapper. (20) Ventilstyring. (21) Ventilfjær. (22) Vippearmslager. (Oljefilter ikke inntegnet her.)

Fig. 49 b. Skjematisk tegning av tannhjuls-oljepumpe.

Bensinmotoren

55

cm2 (40—50 pund pr. kvadrattomme) ved en hastighet på ca. 50 km/t. På mange biler er det nå bygd inn en varsel­ lampe, som lyser når det ikke er oljetrykk, slik at føreren får tydelig beskjed om at det er fare på ferde — og det er det når oljetrykket blir borte. Hvis oljetrykket blir borte, kan ikke filmen på de glidende og roterende flater holdes ved like. Man får varmgang, i første rekke ved at lagermetallet i veivstang- eller veivaksellager smelter. Fig. 50 viser et lager som er ødelagt på grunn av manglende smøring. Da opp­ står den karakteristiske lagerbank. Forbrenningstrykket slår Fig. 50. Lager, ødelagt på grunn av manglende smøring, veivstangen direkte mot tap­ pen, som kan bli ødelagt. fra forbrenningen angriper også oljen, og den er Slitasje i lagerne av andre årsaker kan også gi utsatt for oksydasjon når den blandes med dårlig oljetrykk, da oljen slipper for lett igjennom luften inne i veivhuset. på grunn av for stor klaring. Andre årsaker til at Disse forhold opptrer i større eller mindre grad oljetrykket blir borte kan være brudd på oljerør, alt etter som driftsforholdene for bilen er. En at rørene eller silen er tette, at det er for lite olje vanlig regel er at oljen i en ny eller nyboret motor i bunnpannen eller at det er feil ved oljepumpen. skal skiftes etter ca. 500 km. Ellers er det almin­ Ved lavt oljetrykk må man være oppmerk­ nelig praksis å skifte olje etter 1500—2000 km som og forsiktig med kjøringen. Ved oljetrykk kjøring. Hvor ofte oljen bor skiftes, er også av­ == 0 må motoren ikke kjøres lenger. hengig av hvorvidt motoren har oljefilter eller Ved totaktsmotorer brukes blandingssmøring, ikke. Med filter kan man kjøre lenger mellom det vil si at smøreoljen blir blandet i bensinen hvert oljeskift. Når man tapper oljen, må moto­ etter et bestemt forholdstall. ren være god og varm, slik at all olje renner ut og forurensningene lettere folger med. Det som tærer på oljen En smøreolje slites aldri ut. Den kan raffineres omigjen og omigjen til brukbar olje, idet de Pass av oljesystemet uønskede oppblandingsstoffer fjernes. Når moto­ Ved stadig kjøring bør oljen helst hver dag ren er i gang, vil som kjent all olje, uansett hvor peiles med peilepinnen. god den er, utsettes for en rekke påkjenninger Kontrollér regelmessig om det finnes oljeleksom forurenser den, fortynner den og gradvis kasjer. nedsetter dens evne som brukbar motorolje. Det Bruk bare førsteklasses motorolje, og følg de er derfor nødvendig å skifte olje med bestemte anvisninger motorfabrikken har gitt om tykmellomrom. kelsesgrad og type. Oljen er utsatt for både mekaniske, kjemiske og termiske (varme-)påkjenninger i motoren. Smøreoljer for bilmotorer Sot og avleiringer fra forbrenningen blandes i Ved spesielle fysikalske raffineringsmetoder oljen, støv fra innsugningsluften og metalliske blir det nå fremstilt høyverdige smøreoljer for partikler som rives av de metalliske flater, kom­ mer også med. Videre kan uforbrent brennstoff bilmotorer. Det forlanges mye av en smøreolje i dag, og oljeforskningen er stadig i utvikling. trenge ned i oljen og fortynne den. Dessuten vil Produktene må sies å være av meget høy kvalitet. ved kald motor vanndamp kunne trenge ned Det som i første rekke forlanges av en motoretter kondensering og danne slam i oljen. Syrer

56

Finn Wergeland Orre: Billære

olje, er at den skal ha god hefteevne mot metallflatene, og at oljefilmen skal ha stor fasthet. Fil­ men må vanskelig kunne ødelegges, oksyderes eller danne koks og bek-lignende rester ved høye temperaturer og trykk. Oljen skal også ved lave temperaturer være så lettflytende at den ved start av kald motor hurtig kan gi en smø­ rende film. Den viktigste egenskap man bedømmer oljen etter, er dens viskositet, dvs. målet for dens flyteevne eller indre friksjon. Til bestemmelse av viskositeten brukes forskjellige apparater, f. eks. Englerapparatet, som består av en beholder med et bestemt dimensjonert htdl i bunnen. Ved en bestemt temperatur måler man utløpstiden for 200 cm3 olje og sammenligner denne med utløps­ tiden for samme mengde vann ved en tempera­ tur på 20° C. Viskositeten er altså det tall som angir hvor mye lenger tid en viss mengde olje trenger for å renne gjennom viskosimeteret enn vann av samme mengde. Tallet angir viskositeten i Englergrader, E °. I Amerika og England nyttes Saybolt- og Redwood-apparater, som i prin­ sippet er de samme som Englerapparatet. Vis­ kositeten oppgis i sekunder Saybolt eller Redwood. Klassifisering av smøreoljer Smøreoljer graderes etter viskositeten. Den inndeling som vanlig brukes, er den såkalte SAEgradering. SAE-betegnelsen foran en motorolje har ingen ting med oljekvaliteten å gjøre, men er en forkortelse for The American Society of Automotive Engineers. Det er denne organisasjon som har utarbeidet den standardiserte gradering av oljene. SAE-graderingen bygger på oljenes viskositet ved 130° F (Fahrenheit) for de tyn­ nere og 210° F for de tykkere oljer. Hver grad SAE betegnes med et nummer, f. eks. SAE 10, som er tyntflytende olje, og SAE 40, som er tykkere olje. SAE 10 W og SAE 20 W er tynne vinteroljer. Man skal alltid bruke den smøreoljetykkelse som oppgis fra fabrikken. I den senere tid har oljeselskapene sendt på

markedet såkalte «multigrade»-oljer, dvs. oljer med et viskositetsområde som dekker f. eks. 10—30. Man kan altså kjøre på denne oljetype både sommer og vinter. Spesialoljer for motorer er ellers tilsatt for­ skjellige stoffer for at man skal kunne øke oljens motstandskraft mot trykk, temperaturer og forbrenningshastigheter. Tilsetningene skal også motvirke korrosjon på motordelene, samt koksog asfaltavleiringer på stempelringer. Til dieselmotorer brukes de såkalte Heavy Duty oljer (HD-oljer), som har spesielle tilset­ ninger. Foruten det som alt er nevnt, skal også tilsetningene, som kalles detergents (et amerikansk uttrykk for rengjøringsmiddel), virke rensende på motoren. De består av metallsalter, såper, fosfater og andre oppløsningsstoffer, som gjør at avleiringene blir oppløst i oljen, og på den måten holdes motoren ren. En olje med tilsetninger vil bli relativt hurtig svart, men det betyr ikke at oljen er klar for skifting, bare at forurensningene holder seg opp­ løst i oljen uten å skade smøreevnen. Til diesel­ motorer brukes som nevnt, i dag utelukkende HD-oljer. Også moderne bensinmotoroljer med forskjellige hemmelighetsfulle navn har de sam­ me egenskaper. I de senere år et det blitt behov for en spesiell klassifisering for bensinmotorer og dieselmotorer etter konstruktive egenarter og de forhold som det kjøres under. Det såkalte A.P.L-systemet (American Petro­ leum Institute) klassifiserte i 1952 (med revisjon 1955) motorene etter drifts- og konstruksjonsbetingelser, og oljeselskapene kan således ta ut den rette olje for den rette motor. En bensinmotor som f.eks. arbeider under særlig vanskelige for­ hold, skal ha en olje for Service MS (vanskelige arbeidsforhold); en dieselmotor som f.eks. arbei­ der under middels vanskelige forhold, trenger en olje for Service DM. En olje kan altså være merket SAE 20 - Service MS, og dermed er klassifikasjonen gitt for olje som skulle tilfredsstille alle krav, med denne viskositet.

Motorfeil En bilmotor er en ganske komplisert innret­ ning med en hel rekke detaljer som i løpet av driftstiden kan svikte og gi årsak f. eks. til dårlig trekk-kraft, for stort brennstoff-forbruk, for stort

oljeforbruk, overopphetning, startvansker, ure­ gelmessig gang osv. Når man ved feilsøkingen går fram etter et spesielt skjema, vil man som oftest finne ut at

Bensinmotoren

feilene oppstår på grunn av rent opplagte ting. Med litt hendighet kan man ofte selv finne ut av det og slippe å sende bilen på verksted. I det følgende skal vi vise en del eksempler på motorfeil som vanlig forekommer, feilenes årsa­ ker og hvorledes man kan finne feilene og even­ tuelt rette på dem. 1. Motoren vil ikke starte (motorstopp) Hvis motoren er helt «dod» og ikke vil gå når det er bensin på tanken, selvstarteren arbeider normalt og tenningen er satt på, er årsaken tem­ melig sikkert svikt i bensintilforsel eller tenning. Om bensinen kommer fram til forgasseren, kan man lett undersøke ved at man skrur av røret fra bensinpumpen ved forgasseren og derpå tørner motoren. Hvis det kommer bensin ut av røret, er tilførselen i orden. Det er da naturlig å undersøke tenningen. En av pluggkablene løses fra pluggen og holdes ca. 0,5 cm fra gods, f. eks. topplokket. Hvis man ikke ser noen gnist når motoren tørnes (tenningen på), kan feilen ligge i fordeleren. Kabelen fra coilen til fordelerlokket loses da og holdes 0,5 cm fra gods. Hvis det her er god gnist når motoren tørnes, tyder det på at feilen kan lokaliseres til fordeleren. Ingen gnist, eller bare en ganske liten, tyder på at det er feil i selve coilen eller i lavspentkretsen, eventuelt avbrytermekanismen. Man undersøker så videre «bakover» i lavspentkretsen, ved å løse ledningen fra batteriet til coilen og kortslutte denne ledning til gods. Hvis det slår over en gnist mellom coil-ledningen og gods, er det i orden fram til coilen. Hvis ikke, er det brudd på lavspentsiden mellom batteri og coil. Hvis man ved kortslutningsprøvene har lokali­ sert tenningssvikten til høyspentsiden, kontrol­ lerer man at alle kabler gir god kontakt i for­ delerlokket. Selve lokket kontrolleres for sprek­ ker, og kontaktpunkter renses. Rotoren under­ søkes grundig. En nesten usynlig sprekk i ebo­ nitten kan gi total motorstopp. Hvis feilen er lokalisert til lavspentsiden, undersøkes brytermekanisme, kondensator og coil. Kontaktbryteren må ha rene og tørre kon­ taktpunkter. Man undersøker om bryterarmen beveger seg ved omdreining av motoren, og om stiftavstanden holder korrekt mål. Feil ved kondensatoren viser seg ved at det slår en stor, blålig gnist mellom kontaktpunktene, som da oftest er brent. En defekt coil lar seg ikke reparere, heller

57

ikke kondensatoren. Har man mistanke om at det er feil i disse deler, må de skiftes ut. Det lønner seg å ha reserve coil og kondensator med i bilen når man er ute på lengre turer. Er tenningssystemet i orden, men motoren fremdeles ikke vil gå, kan det være direkte feil ved forgasseren. Skru ut tennpluggene, og hell litt bensin gjennom åpningene inn i motoren på hver sylinder. Hvis motoren da tenner og gjør etpar omdreininger, skyldes feilen antagelig for mager blanding. Årsaken kan være tilstoppede dyser. Dysene må da skrues ut og blåses rene. Det kan selvsagt være andre årsaker til at motoren stopper eller ikke vil starte, men dette som her er nevnt, skulle gi veiledning om det vesentligste. Imidlertid kan det til slutt også nevnes at hvis det ikke kommer bensin fram til forgasseren, kan dette skyldes feil ved bensin­ pumpen, eller fortetninger i rør fra tanken. Ben­ sinpumpen kan man vanskelig få gjort noe med selv, men ledningene kan man blåse igjennom, og filteret kan renses. Hvis man løsner røret ved inntaket til bensinpumpen, og blåser i dette, vil man ved å undersøke om det bobler i bensin­ tanken lett kunne konstatere om ledningen er åpen.

2. Motoren stopper når man gir gass Det hender at motoren stopper når man gir gass. Dette kan skyldes svikt i bensintilførselen på grunn av vann i bensinen eller tiltetninger i bensinledningen. Det kan også skyldes dårlig fordampning ved kald motor. 3. Motoren fusker Tenningen svikter hvis avbryterarmene eller fordeleren arbeider uregelmessig. Dette skyldes slitasje eller løse eller defekte deler. Isolasjonsbrist i høyspentkabler, fuktighet eller sprekk­ dannelse i fordelerlokk, lose kontaktforbindelser i tenningsanlegget, defekte tennplugger eller feil elektrodeavstand gir også fusk. Videre kan det være ventilfeil og eventuelt brudd pa topplokkpakningen mellom to sylindre. \ ed motorfusk bør man først kontrollere plugger og kabler, deretter fordeleren. Har man mistanke om brudd på topplokkpakningen, kan dette kon­ stateres ved at man undersøker om det er vann i motoroljen. 4. Motoren trekker dårlig Dårlig trekk-kraft kan komme av at motoren fusker — av årsaker som er nevnt ovenfor. Dess­ uten kan innsugning og kompresjon være dårlig

58

Finn Wergeland Orre: Billære

fordi stempler eller ventiler er utette, eventuelt at en eller flere av ventilene har hengt seg opp eller at ventilklaringen ikke er korrekt. (Se tid­ ligere avsnitt om ventilklaring og kompresjonsmåling.) Hvis motoren arbeider med for fet eller for mager blanding, vil også dette gå ut over trekk-kraften. Forgasseren bør da kontrolleres. Feil innstilt tenning, oftest for lav, kan være årsaken. En overopphetet motor vil også gi dår­ ligere trekk-kraft. Hvis tennpluggene har feil varmeverdi, vil man få glødetenning og dermed reduksjon av trekk-kraften. 5. Motoren bruker for meget brennstoff For fet blanding, som skyldes for store dyser eller feil ved flottørsystemet i forgasseren, gir selvsagt for stort forbruk. Hvis eksosen er temmelig mørk, nesten svart, tyder dette på at blandingen er for fet. Feil innstilt tenning og dårlige plugger fører til økt forbruk. Kjøring med for lav motortemperatur er heller ikke av det gode for økonomien. Dårlig kompresjon og ventilfeil oker forbruket. Se for øvrig senere avsnitt om økonomitrimming. 6. Motoren spytter og smeller Hvis en uforbrent gassblanding når fram til eksosledningen, vil den forbrenne der. Det skyldes som regel at blandingen er for mager, at tenningen fusker på enkelte sylindre eller at eksosventilen har hengt seg opp. At forgas­ seren spytter, kan også skyldes for mager gass­ blanding, som forbrenner langsomt og fortsetter å brenne inntil innsugningsventilen åpner, særlig ved lav tenning. Også ved glødetenning kan dette inntreffe. Det er viktig å ha riktige plugger.

7. Motoren banker Slitte drivverkdeler, lager og andre bevegelige deler i motoren gir bankende og klaprende lyder. En skarp, klingende lyd skyldes brennstoffbanking, som vi tidligere har omtalt. Den merkes best når motoren presses på høygir. Feil ved bære-, veiv- eller kamaksellagre hører til de alvorlige motorfeil. De kan være oppstått ved stor slitasje, ved sprekkdannelse og brudd under støpingen eller ved at lagrene er utbrent. Hvis det har vært dårlig olje på motoren, eller oljen har inneholdt faste partikler, vil dette ha forårsaket slitasje. Det kan bli sprekker og hull i lagermetallet hvis partikler blir presset inn i flaten, eller hvis lageret ikke har godt anlegg i blokken (bærelager). Forsvinner oljetrykket, slik at det ikke blir smøring, stiger temperaturen så meget at hele lagermetallflaten smelter. Hvis lagerklaringen er for liten, blir det ikke plass til oljefilmen, og lageret vil bli ødelagt.

8. Forgasserbrann Forgasserbrann opptrer heldigvis sjelden, men den kan oppstå hvis blandingen er for mager eller for kald, slik at flammen slår tilbake i grenrøret. Uregelmessig tenning og hengende innsugnings­ ventil kan også føre til forgasserbrann. Hvis det begynner å brenne i forgasseren, må man om mulig stenge bensintilførselen. Derpå ruses motoren, slik at forgasseren hurtig blir tømt. Man må ikke forsøke å slokke med vann. Det beste er å kvele varmen med klesplagg e. 1. For sikkerhets skyld burde man alltid ha et Ute kjemisk slokningsapparat i bilen. Det finnes nå små hendige effektive apparater i handelen.

Motoroverhalinger Vi kan skjelne mellom to typer hovedreparasjoner: 1. Skifting av stempelringer, sliping av venti­ ler, skifting av slitte deler i tenningssystem og andre slitte deler man kommer over mens ar­ beidet pågår. Samtidig med skifting av stempel­ ringer slipes gjerne slitekanten bort ved ovre dødpunkt i sylinderløpet. Stempelringene skiftes som regel mens motoren sitter på plass i vognen. 2. Total overhaling. Motoren tas ut av vognen og demonteres helt, likeledes alt hjelpeutstyr. Sylinderne bores opp, foringer skiftes eventuelt ut, nye stempler og ringer settes inn. Arbeidet omfatter ellers ventilsliping, eventuelt innsetting av nye ventiler, fjærer og styringer, eventuelt sliping av veivaksel, innsetting av nye veivstang-,

veivaksel- og kamaksellager, overhaling av vann­ pumpe, oljepumpe, forgasser, bensinpumpe, ten­ ningssystem, dynamo, starter osv. Motoren blir faktisk som ny hvis overhalingen har vært full­ stendig og alle slitte deler er skiftet ut. I forbindelse med hovedreparasjon av motoren skal her tas med litt om de viktigste arbeidene. Sliping av ventiler Motorytelsen er i høy grad avhengig av at ventilene arbeider som de skal. Først og fremst må de slutte tett. De må være rette, slik at de ligger skikkelig an mot ventilsetet. Hvis klaringen mellom ventil og ventilstamme er større enn motorfabrikken oppgir i sine spesifikasjoner, må ventilen byttes, likedan hvis ventiltallerkenen er

Dieselmotoren

ødelagt av varme eller tidligere er slipt av så mye at den ikke ville tette helt ved ny sliping. Venti­ lene slipes i spesielle maskiner. Samtidig med ventilslipingen freser man gjerne ventilsetene i sylinderblokken. Etter denne sliping og fresing kan man slipe ventilen inn i setet for hånd. Man smorer da fin slipepasta på tetningsflaten, presser ventilen mot setet og dreier med en vinde eller annet verktøy ventilen fram og tilbake. Operasjonen gjentas til ventilen er innslipt. Fjerning av sot foregår vanligvis samtidig med sliping av ventiler.

Skifting av stempelringer Når stempler og veivstenger tas ut av motoren, må de merkes med nummer. Stemplene vaskes grundig. Når ringene mon­ teres, må man spesielt passe på klaringen i låsen (altså der ringen er delt) og sideklaringen og dybden i sporet. Klaringen i låsen prøver man når ringen er lagt på plass. Gapet måles med en søker. Sideklaringen prøver man ved å la ringen trille rundt i sporet. Ringen skal falle på plass av sin egen tyngde. Ved koniske ringer skal minste diameter vende opp. Ringsporene i stemplet må ikke ha grader. Hvis sporene ikke er rene, må de dreies ut, og bredere ringer må monteres. Når nye stempel­ ringer monteres, bruker man en spesiell tang. Ved monteringen må et splittet stempel settes inn slik at splitten kommer på motsatt side av trykksiden i sylinderen. Stempler og stempel­ ringer må settes godt inn med motorolje før de monteres. Klaringen mellom stempel og sylinder­ vegg oppe og nede på begge sider av stemplet kontrolleres med søker.

59

Montering av nye lagre Lagerskålene holdes på plass av styretunger. Det er viktig at styretungene ligger riktig i sine spor. Man må ikke fore opp mellom stålskålen og underlaget for å få mindre slakk. Det vil gjøre kjølingen meget dårligere. Man må heller ikke file av skåler eller deksler. Når bør motoren overhales, og når bør man eventuelt skifte stempelringer? Sikre tegn på at motoren er moden for det ene eller det andre er: Stort oljeforbruk, stort brennstoff-forbruk, dårlig trekk-kraft og larm fra motoren. Når man har målt kompresjonen, tar man av topplokket og måler slitasjen i sylinderne. Slitas­ jen viser om det er tilstrekkelig å skifte stempel­ ringer eller om det er nødvendig å bore motoren. Er slitasjen under 10/1000” (0,25 mm), klarer det seg med å skifte stempelringer. Er den større, bør motoren bores. Man borer alltid i trin på hele 10/1000”. I forbindelse med overhaling bor man huske på at en motor som kjøres med jevn og riktig kjølevannstemperatur, går mange flere tusen kilometer mellom overhalingene enn f. eks. en som stadig stoppes og startes og sjelden når full driftstemperatur. Dette er kjemisk slitasje-virk­ ning, som skyldes at vanndampen i brennstoffet ved kald motor kondenseres på sylinderveggene. Sammen med kulldioksydet i forbrenningsgassen danner vannet kullsyre, som tærer på de me­ talliske flatene. Når motoren er overhalt, må den kjøres pent den første tiden. Den må ikke presses på lavt turtall eller kjøres med høyt turtall. Oljen bør skiftes etter de første 500—1000 kilo­ meter.

DIESELMOTOREN Da dieselmotoren i de senere år har vunnet stor utbredelse som kraftkilde i biler, særlig i større lastebiler og busser, også i meget stor ut­ strekning i traktorer, skal denne motor i korte trekk behandles her. En vanlig firetakts dieselmotor til bruk i kjøretøyer har konstruktivt meget til felles med bensinmotoren. Således er oppbygningen av sylindere, stempler med veivstenger, ventilmekanisme, topplokk, veivhus, bunnkasse og smøresystem ensartet for begge motortyper. I

forbrenningsrommets utformning i topplokket er det imidlertid en forskjell. Dette vil bli forklart i det følgende. Se for øvrig kapitlet om bensin­ motoren når det gjelder de detaljer som er nevnt ovenfor. Årsaken til at dieselmotoren blir brukt i stadig større utstrekning, er dens mange fordeler i sam­ menligning med forgassermotoren. Disse for­ deler kan sammenfattes i følgende: Dieselmotoren er for det første meget økono­ misk. Den arbeider med billig brennstoff, og dens

60

Finn Wergeland Orre: Billære

forbruk er også meget rimelig. Det er ikke uvan­ lig at en dieselmotor bruker ca. 160 gram brenn­ stoff for hver utviklet hestekrafttime, mens en bensinmotor av samme størrelsesorden vil bruke fra 230 til 270 gram. Dieselmotoren utnytter således det tilførte brensel bedre enn bensinmotoren. Den omsetter inntil 35 % av den tilførte energi i arbeid, mens bensinmotoren i alminnelighet utnytter ca. 25 % av energien. En betydelig fordel er at dieselmotoren kan arbeide fra kald tilstand med praktisk talt full trekk-kraft, mens bensinmotoren må ha flere minutter for å oppnå den arbeidstemperatur som gir normal trekk-kraft. Videre har man den fordel at ildsfaren er liten. Avgassen er heller ikke så farlig, da den praktisk talt ikke inneholder kull­ oksyd. Motoren gir stor kraft, selv ved lave tur­ tall, og den er uavhengig av et komplisert elek­ trisk utstyr, som gir muligheter for feilkilder. Det ville være nokså nærliggende å tro at dieselmotoren, som byr på så mange fordeler,

kanskje ville fortrenge forgassermotoren etter hvert. Det er imidlertid flere ting som gjør at dieselmotoren ikke egner seg så godt til mindre vogner og derfor neppe vil bli brukt i større ut­ strekning til vanlige privatbiler. Dieseloljen i seg selv er nok billig, men dieselbiler får likevel høyt driftsbudsjett, fordi myndighetene krever avgift for slike kjøretøyer etter vekt. Man må derfor kjøre svært mange kilometer i året for at det billige brennstoffet skal kunne få gunstig virk­ ning på budsjettet. Avgiften blir like høy om man kjører mye eller lite. For bensindrevne biler er avgiften som kjent en meget vesentlig del av den pris man betaler for bensinen. Innsprøytningsutstyret på en dieselmotor er temmelig innviklet, og ettersyn og justeringer er spesialarbeid. Reservedelene er meget kostbare. Dieselmotoren koster mer i innkjøp enn en til­ svarende forgassermotor, den larmer og vibrerer mer og vil dessuten neppe imøtekomme en al­ minnelig bilkjorers ønsker når det gjelder aksel­ erasjon.

Dieselmotorens virkemåte Som tidligere nevnt, suger dieselmotoren ren luft inn i sylinderen, hvor luften komprimeres så sterkt at temperaturen overstiger brennstoffets antennelsestemperatur. Når brennstoffet sprøy­ tes inn i sylinderen kort før stemplet når øvre dødpunkt, forbrennes brennoljen i den opphetede luft, og stemplet trykkes ned. I bensinmotoren brukes et kompresjonsforhold på ca. 8:1, mens samme forhold i dieselmotoren varierer mellom 14 : 1 og 22 : 1. Kompresjonstrykket ligger mellom 30 og 55 kp/cm2, mot 8—15 kp/cm2 i bensinmotoren. Kompresjonstemperaturen ligger mellom 550 og 700 °C, mot 300—350° C i bensinmotoren. Maksimalt forbrenningstrykk ligger mellom 45 og 70 kp/cm2, mot ca. 30—50 kp/cm2 i bensin­ motoren. Dieselmotorer for biler bygges både etter firetakts- og totaktsprinsippet. I Europa er fire­ taktsmotorer det mest vanlige. Dieselmotorens arbeidsprinsipp i fire takter blir: Fig. 51. Dieselmotor med direkte innsprøytning, tverrsnitt. (1) Kamaksel. (2) Ventilstøtstang. (3) Innsugningsventil. (4) Luftinntak. (5) Vippearm. (6) Eksosrør. (7) Innsprøytningsdyse. (8) Stempel. (9) Innsprøytningspumpe. (10) Veivstang. (11) Veivaksel.

Dieselmotoren

1. takt: Ren luft suges inn gjennom innsugningsrøret (4), og innsugningsventilen (3), mens stemplet (8) beveger seg nedover. 2. takt: Stemplet beveger seg oppover, og luf­ ten komprimeres. Like for øvre dødpunkt sprøy­ tes brennstoffet inn i sylinderen gjennom innsprøytningsdysen (7), som tilføres brennstoff fra innsprøytningspumpen (9), med et trykk som

61

varierer mellom 80 og 300 kg/cm2, alt avhengig av motortypen. Kort etter at strålen når den varme luften, antennes den. 3. takt: Trykket som utvikles under forbren­ ningen, presser stemplet nedover i arbeidstakten. 4. takt: Den forbrente gassen presses ut gjen­ nom eksosventilen.

Innsproytningssystemet Dieselmotoren har altså ikke forgasser og tenningssystem. I stedet har den et innsproytningssystem (fig. 52). Fra tanken (1) suges brennoljen opp ved hjelp av en matepumpe (3) som er bygd opp på lignende måte som bensinpumpen i en bensin­ motor. I forbindelse med matepumpen er det lagt inn et grovfilter eller forfilter (4). Brennoljen trykkes av matepumpen opp i finfdteret (5), sombestår av et hus med en filterinnsats av filtplater eller papir. Gjennom denne innsatsen må oljen passere og eventuelle fine partikler vil da av­ leires her. Finfilteret har også en overstrømningsventil, som regulerer trykket til innsprøytnings­ pumpen og leder overflødig olje tilbake til tanken (10). Fra bunnen av filteret ledes oljen til inn­ sprøytningspumpen (6). Denne drives av moto­ ren og har et pumpeelement for hver motorsylinder. Gjennom trykkrørene (7), presses så brennoljen med stor kraft til innsprøytningsdysene (8) og finfordeles til en dusj i forbren­ ningsrommet.

Innsprøytningspumpen Innsprøytningspumpens oppgave er, som nevnt, å sprøyte inn en bestemt mengde brenn­ stoff under stort trykk inn i dieselmotorens for­ brenningsrom på et bestemt tidspunkt. Alle sylindrene i motoren må få sprøytet inn den sam­ me mengde brennstoff avstemt etter hastighe­ ten. Mengden må til enhver tid kunne økes og minskes. Fig. 53 viser en innsprøytningspumpe i snitt. For hver motorsylinder har pumpen et pumpe­ element, som består av stempel og sylinder. Stemplet beveges over en rull fra en kamaksel, som ligger lagret i pumpehuset. Når stemplet går nedover, suger det brennolje inn i pumpekammeret. Stempel og sylinder er tilpasset så nøye at det alltid er full tetning uten fjærer e. 1. Når stemplets overkant åpner for begge innløpene til sylinderen, strømmer brennoljen inn

og fyller rommet over stemplet. Stemplets slaglengde er konstant, og for å kunne regulere motorens hastighet og belastning, som er avhen­ gig av den innsprøytede brennstoffmengde, har

Fig. 52. Brenselsystemet i en dieselmotor. (1) Dieseloljetank. (2) Tankfilter. (3) Matepumpe. (4) Forfilter. (5) Finfilter. (6) Innsprøytningspumpe. (7) Trykkrør. (8) Dyse. (9) Lekkoljerør. (10) Overstrømningsventil. (11) Returledning til tanken.

62

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 54. Pumpeelement, med stemplet i forskjellige stillinger. Fig. 53. Snitt gjennom innsprøytningspumpe for 4-sylindret dieselmotor. (1) Peilepinne for motoroljen i pumpehuset. (2) Brennstofftilforsel (dieselolje). (3) Trykkror. (4) Trykkventil. (5) Pumpeelement. (6) Plugg. (7) Tannsegment. (8) Reguleringsstang. (9) Hylse. (10) Rullestøtter. (11) Kamaksel. (12) Skrue. (13) Endedeksel.

5. Stemplet er nå dreid enda mer, og alt brenn­ stoffet renner tilbake gjennom den loddrette spalten i stemplet og ut. Det blir da ingen oljetilførsel. Motoren stoppes ved at stemplene i pumpen dreies i denne stilling. Over pumpeelementene er det bygd inn trykkventiler, som åpner når trykket bygges opp av pumpestemplet og lar oljen strømme ut i trykkrøret. Så snart try kket faller, lukkes ventilen av en fjær. Den her omtalte pumpe betegnes som rekkepumpe. Det finnes også en annen type, såkalt fordelerpumpe eller rotorpumpe, hvor en rotor for­ deler brennstoffet til sylindrene. Rekkepumper er mest benyttet.

man laget pumpestemplet slik at det kan la en del av brennstoffet strømme tilbake igjen gjen­ nom den ene åpningen i sylinderen. Dette skjer ved at stemplet kan dreies i sylinderen ved hjelp av en reguleringsstang som står i forbindelse med stemplene over haker eller tannsegmenter. Alt etter den brennstoffmengde som returneres gjen­ nom den ene åpningen i sylinderen, reguleres motorens hastighet når reguleringsstangen dreier stemplene akkurat like mye i hver sylinder. Fig. 54 viser stemplet i forskjellige stillinger under Innsprøytningsdysen 2 varierende motorbelastninger og i nullstilling: Innsprøytningsdysen sitter festet i en dyse1. Stemplet er i nedre dødpunkt ved full-last. holder i topplokket. Den har til oppgave å finStemplets overkant styrer ved å stenge innløpet, fordele det brennstoff som tilføres fra pumpen. og innsprøytningen kan begynne. Den nedre Fig. 55 viser en type innsprøytningsdyse. spiralskårne kanten styrer ved å lukke for returInne i dysen sitter en fjærbelastet nåleventil, hullet på den andre siden, og innsprøytningssom enten er utformet som en tapp i enden slaget er slutt. (tappdyse) eller er kjegleformet (hulldyse). Brenn2. Stemplet har avsluttet innsprøytningsslaget. oljen ledes inn i et ringkammer rundt nålen, som 3. Stemplet er igjen i nedre dødpunkt, og er nå på grunn av det store trykket løftes fra sitt sete dreid en del, slik at det bare leverer til halv fart og frigjør dyseåpningen. Et kort øyeblikk pres­ og belastning. ses brennoljen ut i stråleform. Så snart trykkslaget opphører og trykket faller, lukker dyse4. Skråkanten åpner nå tidligere for returen, fjæren nålen fast mot sitt anlegg. Overflødig og det effektive slaget blir kortere.

Dieselmotoren

63

Fig. 55. Innsprøytningsdyse. (1) Reguleringsskrue. (2) Ut­ løp for lekkolje. (3) Trykkrørforbindelse. (4) Stavfilter. (5) Dysespiss.

brennstoff til dysene leveres tilbake til tanken gjennom returledning. Regulatoren Regulatoren er en viktig detalj i dieselmotoren. Regulatorens oppgave er å regulere brennstoffmengden automatisk. Prinsippet vises i fig. 56. Motoren må jo dels kunne kjøres ved relativt lave tomgangsturtall, dels ved ganske bøye maksimalturtall. Farten reguleres på en dieselbil også med en pedal, og mellom pedalen og inn­ sprøytningspumpen må man ha en reguleringsanordning, som virker avhengig av motorens belastning. Prinsippet for en vakuumregulator med tomgangsstabilisering er følgende: Til innsprøytningspumpens reguleringsstang er det festet et membran, som påvirkes av under­ trykket i motorens innsugningsrør. På motorens innsugningsrør er det koplet inn et spjeldhus med et spjeld som står i forbindelse med gasspedalen. På innløpssiden av spj eldhuset er luftfilteret montert. Spjeldhuset står i forbindelse med regulatorhuset på pumpeenden med en slange. Regulatorhuset har to kammer, som er atskilt med mem­ branen på reguleringsstangen. En stor fjær pres­ ser membranen og reguleringsstangen mot stil­ lingen for full levering. Det ytre kammer står i forbindelse med spjeldhuset gjennom slangen, mens det indre kammer står i forbindelse med ytterluften. Når motoren er i gang, oppstår det

Fig. 56. Vakuumregulator. (1) Innsprøytningspumpe. (2) Indre hevarm for stoppregulering. (3) Lærmembran. (4) Vakuumkammer. (5) Regulatorfjær. (6) Demperventil. (7) Ventilfjær. (8) Stilleskrue for stabilisering av tomgang. (9) Kammer forbundet med luften omkring. (10) Regulatorstang. (11) Vakuumrør til demperventil (ubetydelig under­ trykk). (12) Vakuumrør til regulator. (13) Gassregulering. (14) Venturi-rør. (15) Gass-spjeld. (16) Stoppknapp. (17) Overforing fra gasspedal. (18) Kaldstart-knapp.

undertrykk i det ytre kammer. Undertrykket er dels avhengig av spjeldets stilling, dels av moto­ rens turtall. Turtallet igjen er avhengig av den innsproytede brennstoflmengden og av motorens belastning. Membranens, og derved reguleringsstangens stilling, er avhengig av trykkforskjellen mellom de to kammerne. Jo lavere trykket er i ytre kammer, desto mer kommer det ytre lufttrykket i indre kammer til å presse membranen til høyre mot fjærtrykket og samtidig føre reguleringsstangen i retning av stoppstilling. Hvis motoren prøver å øke tur­ tallet, økes også lufthastigheten i spjeldhuset, og det oppstår sugevirkning i slangen. Dermed syn­

64

Finn Wergeland Orre: Billære

ker trykket i ytre kammer. Membran og regu­ leringsstang beveger seg mot hoyre, og turtallet synker til det blir oppnådd likevekt. Hvis motorens turtall synker, minskes også lufthastigheten i spjeldhuset. Sugevirkningen i slangen blir mindre og trykket i ytre kammer sti­ ger. Membranen vil da beveges mot venstre ved fjærtrykket, og brennstoffmengden øker. Moto­ rens turtall oker inntil likevekt er oppnådd. Enhver tendens hos motoren til å endre tur­ tallet utløser altså automatisk en tilsvarende endring i brennstoffmengden som tilføres fra innsprøytningspumpen. Hver spjeldstilling svarer alltid til et bestemt turtall. Dette endrer seg bare med motorbelastningen. Hvis motoren for eksempel skal gå på tomgang, stenges spjeldet, slik at det bare er en liten åpning mellom spjeld og hus. På denne måte får man et undertrykk, som trekker membranen nesten over til stoppstilling.

Hvis man derimot trår gasspedalen helt inn, åpnes spjeldet helt, og hvis motoren er belastet, blir undertrykket i innsugningsrøret for lite. Fjæren kan da presse membranen helt til venstre, dvs. reguleringsstangen vrir pumpestemplene for full tilførsel. Når motoren skal stoppes, skjer dette med en stopparm, som sitter på membranhuset. Armen står i forbindelse med reguleringsstangen og en overføring til førerplassen, slik at tilførselen kan brytes herfra. Hvis motoren er vanskelig å starte i kaldt vær, må den ha noe mer olje enn normalt (fet blanding). Dette kan skje ved at man for­ skyver reguleringsstangen over til venstre ved hjelp av en kaldstartknapp. Når knappen presses ned, vrir stangen stemplene litt ekstra, slik at det tilføres en større oljemengde enn normalt ved full tilførsel. Motoren starter derved lettere. Så snart motoren går, vil kaldstartanordningen ut­ løses automatisk.

Dieselmotorkonstruksjoner Som fig. 51 viser, er en dieselmotor stort sett bygd opp på samme måte som en bensinmotor. Det man merker seg er at delene er kraftigere dimensjonert og at alt virker tyngre. Dette har sin naturlige grunn i at dieselmotoren arbeider med mye større trykk enn forgassermotoren. Ved utnyttelse av spesielle metall-legeringer er man imidlertid i de siste år kommet langt i retning av å bygge lettere motorer, og denne utvikling fort­ setter. Det er utformningen av forbrenningsrommet som hovedsakelig skiller bensinmotoren fra for­ gassermotoren rent konstruktivt. Etter forbrenningsrommets oppbygning får også diesel­ motorene sin spesielle betegnelse. Vi skal nevne tre av de mest brukte typer:

Motorer med direkte innsprøytning I disse motorer sprøytes brennstoffet direkte inn i sylinderen. Innsprøytningsdysen er plasert slik at strålen fordeles mot stempeltoppen, som ofte danner selve forbrenningskammeret. I stempeluthulningen er det ofte en kjegleformet topp, slik at forstøvningen og blandingen skal bli så god som mulig. Se fig. 51. Motorer med direkte innsprøytning krever høyt pumpetrykk, men de har god virknings­ grad, og varmetapet er mindre enn ved andre konstruksjoner. De kan som regel startes uten hj elpeanordninger.

Forkammer-motorer Brennstoffet blir her ikke sprøytet direkte inn i forbrenningsrommet, men i et lite sylindrisk forkammer, som er skrudd inn i topplokket. Forkammeret står i forbindelse med sylinderen gjennom en eller flere trange kanaler. Under kompresjonstakten strømmer luften inn i forkammeret. Når brennstoffet sprøytes inn, be­ gynner forbrenningen, men det er bare luft nok

Fig. 57. Forkammer-motor. (1) Innsprøytningsdyse. (2) Glødeplugg. (3) Forkammer. (4) Forbrenningsrom.

Dieselmotoren

til en mindre del av brennstoffet. Den delen som forbrenner, skaper imidlertid et trykk og blåser luft og brennstoff ut gjennom kanalene, og på den måten foregår den endelige forstøvning og for­ brenning. Luften kjoles noe ned når den passerer kanalene til forkammeret under kompresjons­ takten, og derfor må forkammer-motorer ha glødeplugger til hjelp ved oppstarting. Glodeplugg-spiralen rager inn i forkammeret. Når den gløder, blir luften varmet opp, slik at det blir tilstrekkelig til tenning. Forkammer-motorer arbeider stillere enn en motor med direkte innsprøytning. De er imid­ lertid ikke så økonomiske, og dessuten er de altså avhengig av starthjelp. Forkammcr-motorer er i dag fortrengt av direkte innsproytningsmotorer for tyngre kjøretcyer.

Hvirvelkammer-motorer I disse motorer er det også en slags forkammer-virkning, men kammeret er her kuleformet og står i forbindelse med forbrenningsrommet gjennom en kanal som går jevnt over i sylinder­ veggen. Luften blir hvirvlet rundt i kammeret ved kompresjonen, slik at brennstoffet forstoves godt.

65

eksosgassen til drift av et ladeaggregat som pum­ per luften inn for forbrenningen. Overtrykket ligger på ca. 0,8 kp/cm2. Turboladeren drives av eksosgassen. Den har to skovlhjul; det ene sitter på eksossiden og driver akselen hvor pumpehjulet sitter. Når akselen ro­ terer, blåses luften inn i innsugningsroret. En turbolader roterer med 60000—700C0 o/min. En fabrikk opplyser at når det monteres turbo­ lader på en motor som gir 200 HK ved 2100 o/min., økes effekten til 262 HK ved samme omdreiningstall.

Totakts dieselmotorer En del fabrikker har konstruert effektive totakts dieselmotorer for storre biler, bl. a. Gene­ ral Motors og Rootes. Slike motorer har en særskilt lade- og spylepumpe (se fig. 61). Motoren på figuren er også utstyrt med eksosventiler. For øvrig arbeider den som en vanlig totaktsmotor.

Turbolading De fleste dieselmotorfabrikker kan i dag levere motorer med turbo. For å oke effekten ved samme volum uten turbo, kan man utnytte energien i

Fig. 61. Totakts dieselmotor, skjematisk tegning av virke måten.

Fig. 58. Hvirvelkammer-motor. (1) Innsprøytningsdyse. (2) Glødeplugg. (3) Glødeskål. (4) Forbrenningsrom. 5 —Teknikk III

Det finnes også en del andre konstruksjons­ typer, men det ville fore for langt å komme inn på dem her. Vanskeligheter med en dieselmotor skyldes i de fleste tilfelle brennstofftilforselen. Hvis det kom­ mer luft inn i anlegget, kan man lufte ut med lufteplugger på finfilteret og pumpen. For øvrig må man passe på at brennstoff som fylles på tanken, er absolutt rent. Selv små urenheter i brennstoffet kan skade de fint tilpassede innsproytningsorganer. Reparasjoner på innsprøyt­ ningspumpen må alltid overlates til spesial­ verksteder.

66

Finn Wergeland Orre: Billære

DRIWERK Kraften fra motoren virker ikke direkte på bakhjulene, men ledes gjennom en rekke ele­ menter, som med en fellesbetegnelse kalles drivverk eller transmisjon. Kraften fra motoren fores først gjennom en kopling (clutch), som kan be­ tjenes fra førerplassen, og deretter gjennom en

rekke tannhjul, som danner girkassen. Fra gir­ kassen føres kraften over en mellomaksel til drivakslene. På hver drivaksel er festet et kjegletannhjul. Mellom disse tannhjulene ligger planettannhjul. Hele tannhjulsatsen, medregnet over­ føringen fra mellomakselen, kalles differensialen.

Koplingen Koplingens oppgave er å skille motoren fra drivverket når dette er nødvendig, f. eks. ved giring og stoppbremsing. Koplingen gir dessuten en elastisk forbindelse, som skåner drivverket. I biler brukes friksjonskoplinger. Prinsippet for vanlig platekopling er følgende (fig. 63):

Fig. 62. Bilens driwerk, skjematisk. (1) Motor. (2) Kopling. (3) Girkasse. (4) Mellomaksel. (5) Differensial. (6) Bakaksel. (7) Kronhjul. (8) Universalledd.

Kraftkilden driver en skive. Hvis skiven be­ rører en tilsvarende skive som står stille, opp­ står det friksjon som sørger for at den roterende skiven setter den andre i bevegelse. Hvis trykket fra den ene skiven mot den andre er lite, roterer den andre bare delvis med. Hovedkraften går tapt ved sluringen mellom de to skivene. Først når trykket økes, vil den drivende skive trekke den andre med seg med samme rotasjonshastig­ het, og kraftoverføringen skjer uten tap. Alle friksjonskoplinger er bygd etter dette prinsipp, uansett hvordan de enkelte typer ellers er konstruert. Det er alltid motorens svinghjul som er den drivende del. Den delen som drives, blir presset mot svinghjulet med kraftig fjærtrykk. Koplingspedalens funksjon er å overvinne fjærtrykket og dermed skille den del som drives, fra svinghjulet. Det er en grunnbetingelse at innkoplingen foregår mykt. Det betyr at koplingen skal gripe litt etter litt, slik at det ikke kan oppstå harde rykk som kan skade motor eller driwerk. Enplatekoplingen er meget brukt på vanlige personbiler i dag. Den har mange fordeler. Den er lett og enkel og gir rask ut- og innkopling. Noen biler har også såkalt membrankopling, hvor man istedenfor koplingsfjærer og utløserarmer har en fjærende membran. Fig. 64 viser en enkel enplatekopling. Kraften fores fra veivakselen og svinghjulet over til

Fig. 63. Enplate-kopling, skjematisk. Til venstre innkoplet, til høyre utkoplet.

Drivverk

67

der. Oljetrvkket som oppstår, forplantes gjen­ nom ror til en manoversylinder (slavesvlinder) som er festet på siden av koplingshuset. Trykket presser stemplet i manøversylinderen bakover, og koplingsmuffen beveges. Etter hvert som koplingslamellene blir slitt, vil pedalens utkoplingsstilling forandre seg. Platens stilling kan derfor etterreguleres, så det blir ca. 2,5 cm klaring mellom pedalarmen og gulvet. Når man kjører må man ikke la benet hvile på pedalen. Sluring med koplingen fører til unormal slitasje av lamellene. Hvis koplingen har kullskive i stedet for lager, vil skiven i så fall slites ned fort.

Væskekoplinger finnes på en del større biler, særlig amerikanske. Her utnyttes ikke friksjonen ved plater som presses mot hverandre, men ved et kretsløp av en væske gjennom et skovlhjulsystem. En væskekopling er meget enkel i bruk.

Fig. 64. Enplate-kopling. (1) Svinghjul. (2) Koplingsbelegg. (3) Koplingsplate. (4) Veivaksel. (5) Trykkplate. (6) Overforingsbolt. (7) Overforingsarmer. (8) Koplingsdeksel. (9) Koplingsaksel. (10) Utløsermuffe. (11) Koplingsfjærer.

friksjonsplaten, som kan gli i et spor på drivakselen, til girkassen. På friksjonsplaten er det klinket på lameller av asbest med høy friksjons­ verdi. For å gjøre koplingen mykere og for å hindre vibrasjoner bakover, er platen som regel gjort fjærende. Selve navet er forbundet med ytterkanten ved hjelp av små fjærer. Når kop­ lingen er innkoplet, presser koplingsfjærene trykkplaten mot friksjonsplaten, som da klem­ mes mellom svinghjulet og trykkplaten. Derved forbindes veivaksel og drivaksel (koplingsaksel). Når pedalen trykkes inn, skyves koplingsmuffen med koplingslageret mot venstre, og en armmekanisme trekker trykkplaten ut fra friksjons­ platen, slik at koplingen blir fri. Vanligvis skjer overforingen fra pedalen til koplingen mekanisk, men mange biler har hydrau­ lisk overføring. Systemet er i prinsippet det sam­ me som ved hydrauliske bremser. Når pedalen trykkes ned, beveges et stempel i en hovedsylin-

Fig. 65. Oljekopling. (1) Veivaksel. (2) Skovlhjul på motor­ siden. (3) Skovlhjul på drivverksiden. (4) Utgående aksel.

68

Finn Wergeland Orre: Billære

Man har ingen pedal, men inn- og utkopling skjer ved visse omdreiningstall på motoren. Koplingen består av et skovlhjul med en tett rekke ribber som er festet på svinghjulet, eller tjener som svinghjul, og et tilsvarende skovlhjul som er festet til drivverket. Fig. 65. Begge hjul ligger mot hverandre som to hvelvede tallerkener, og det hele er lukket inne i et hus, som delvis er fylt med spesialolje. Koplingsvirkningen oppstår på den måten at oljen presses ut i drivhjulets periferi når motoren har nådd et visst turtall, og trykkes videre inn i skovlene i det andre hjulet, som da tvinges til å rotere med. Væskekoplinger brukes i alminnelighet sam­ men med hydrauliske girkasser eller spesielle girkasser med forvelging (hel- eller halvauto­ matisk kraftoverføring). Automatisk kopling ved hjelp av vakuumhydraulisk overføringssystem uten pedal fins på en del engelske biler. Systemet kalles Manumatic. Fordelene ved systemet er at kjøringen blir

enklere. Til gjengjeld er selve systemet temmelig innviklet, med brytere, ventiler og hydraulisk og vakuumstyrt opplegg. Kort fortalt virker prinsippet slik: På håndtaket på girspaken er det en bryter, som slutter strommen til et kontrollrelé når man griper om girspaken. Reléet styrer en ventil, som åpner for et undertrykk til koplingens servosylinder. Motoren skaper dette undertrykket, og det er lagt inn egen vakuumtank. Undertrykket beveger et stempel i servosylinderen, og dette stempel driver igjen et annet stempel, som sender væske under trykk til en sylinder ved koplingen. I denne sylinderen sitter et stempel, som er for­ bundet med koplingens utløsningsmekanisme. Denne vakuuni-hydrauliske koplingsbetjening arbeider sammen med et reguleringssystem for motorens turtall i koplingsøyeblikket. Denne regulering er også vakuumstyrt og står i forbin­ delse med gass-spjeldet.

Girkassen Det er typisk for forbrenningsmotorer at ytel­ sen er avhengig av turtallet. En motor med omtrent 2800 omdr./min. gir f. eks. en ytelse på 100 HK. Ved 2000 omdr./min. vil den samme motor bare gi en ytelse på 85 HK, og ved 1000 omdr./min. 48 HK. På tomgang er ytelsen bare 12 HK. Nå er forholdet at man ikke alltid kan kjore med storste hastighet når man har behov for stor motorytelse. I sterke stigninger f. eks. synker kjørehastigheten vesentlig, og nettopp under slike forhold trenges stor motorytelse. For at man også ved lave kjørehastigheter skal kunne oppnå større motorytelse, er det bygd inn en girkasse i kraftoverføringen. Ved hjelp av tann­ hjulene i girkassen er det mulig å gi drivhjulene og dermed bilen, forskjellige hastigheter med samme omdreiningstall på motoren. Girkassen har også en fristilling, slik at motoren kan være i gang når bilen står stille, og en reversanordning, som gjør det mulig å kjøre bilen bakover. Ved innsjalting av et lavt gir vil motoren rotere atskillig fortere enn mellomakselen, og ved det store turtall får man stor kraft ut av motoren mens bilens hastighet er lav. Det laveste gir kalles første gir. Her får man størst trekkkraft på drivhjulene, mens bilens hastighet er meget lav. Mellomgiret, annet gir, gir noe større kjørehastighet og noe mindre trekk-kraft. Tredje

gir er det høyeste («direkte») gir en tre-girs kasse. Her er motoren koplet direkte sammen med mel­ lomakselen. Med dette gir oppnås største kjorehatighet, og trekk-kraften er da forholdsvis mindre. Tannhjulene (drevene) i giret settes i forskjellige inngrepsstillinger ved hjelp av girstangen, som står i forbindelse med armer og gaffeloverforinger. Gaflene kan forskyve tann­ hjulene på en aksel, slik at de kommer i inngrep med faste tannhjul på en annen aksel. Fig. 66 A-B-C-D, viser skjematisk hvordan en tre-girskasse kan være oppbygd. Særlig for europeiske vogner brukes i stor utstrekning 4-trinns girkasse, hvor 4. gir er «direkte». Fra koplingen er det ført en aksel, koplingsakselen, inn i girkassen. På denne aksel sitter det fastkilt et drev. Dette drev er alltid i inngrep med et annet drev som sitter fast på aksel nr. 2, sideakselen eller kubbeakselen. På kubbeakselen er det ytterligere tre faste drev, fra høyre: annet faste girdrev, første faste girdrev og reversdrevet. På girkassens tredje aksel, sleideakselen eller utgående aksel, sitter to forskyvbare drev, fra høyre: annet og første sleidegirdrev. En kort aksel med et lite drev sees helt til venstre. Dette drev er et mellomdrev for reversinnkoplingen. Drevet er i konstant inngrep med det faste reversdrev på kubbeakselen. Ved hjelp av girstangen og overføringsgafler

Drivverk

69

Fig. 66. Girenes virkemåte, vist skjematisk.

(A) 1. gir er koplet inn. Mannen ved vinsjen skal løfte 400 kg. Tannhjulet på trommelen er fire ganger så stort som det på sveivakselen. For hver omdreining av det store, må det lille tannhjulet gå fire ganger rundt. Med samme kraft på sveiven kan man løfte fire ganger mer enn når de to tannhjul har samme omkrets, men hastigheten for selve løftebevegelsen blir selvsagt mindre. (B) 2. gir er koplet inn. Tannhjulet på sveivakselen har her fått dobbelt så stor omkrets, og har dermed halvparten så mange tenner som trommelhjulet. Med samme kraft på sveiven kan mannen nå bare lofte 200 kg, mens hastigheten for løftebevegelsen blir dobbelt så stor.

(C) 3. gir er koplet inn (direkte drift). Tannhjulet på sveivakselen har nå fått samme antall tenner som trommelhjulet. Med uforandret kraftforbruk løfter mannen nå bare 100 kg. Hastigheten for løftebevegelsen er imidlertid økt til det dobbelte fra foregående eksempel. (D) Reversgiret er koplet inn, og bilen kjører bakover. Girdrev i inngrep: 1. sleidedrev, revers mellomdrev, revers fastdrev på kubbeakselen.

70

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 68. Snitt gjennom 4 trinns girkasse (usynkronisert). Tallene med tilhørende piler viser hvilke tannhjul som er i inngrep på de forskjellige trinn. Fig. 67. Synkronisering av gir, vist skjematisk. A Låsekule. B Sleidestykke. C Synkroniseringshylse. D Synkroniseringskonsus. E Tannring. F Koplingsaksel. G Kubbedrev. H Kubbeaksel. J Utgående aksel. L 2. girdrev. K Enden av girstangen.

kan girdrevene på sleideakselen skyves i inngrep med de faste drev på kubbeakselen, og for direkte drift kan inngående og utgående aksel koples direkte sammen. Når man legger inn første gir, går drivkraften fra motoren og koplingsakselen ned til kubbeakselen, og opp igjen til utgående aksel. Første sleidedrev er da skjøvet inn i inn­ grep med drevet på kubbeakselen (se fig. 66 A). Legges så annet gir inn, koples først første sleidedrev ut av inngrep, mens annet sleidedrev bringes i fast inngrep med drevet på kubbe­ akselen (se fig. 66 B). I tredje gir, høygir eller «direkten», er det direkte forbindelse mellom inngående og ut­

gående aksel. En koplingsanordning, som be­ tjenes ved gaffelen, bringer de to aksler sammen (se fig. 66 C). For bakoverkjoring bringes første sleidedrev i inngrep med det lille «tomgir» på reversakselen. Tre drev er da i inngrep, slik at utgående aksel roterer motsatt (se fig. 66 D). På moderne biler brukes i alminnelighet syn­ kroniserte girkasser, som tillater skifting av gir uten skraping når drevene skal komme i inngrep. Har bilen ikke synkroniserte gir, må man være meget nøye med å regulere drevenes periferihastigheter. Girstangen settes i fristilling, og man regulerer hastigheten med gasspedalen. I en synkronisert girkasse er drevene alltid i inngrep, og de koples fast sammen ved hjelp av spesielle synkroniseringsmuffer, som arbeider etter friksjonsprinsippet. I alle moderne girkasser er tennene på drevene

Driwerk

skrå eller spiralskårne, for at drevene skal kunne arbeide med minst mulig støy. Fig. 67 viser delene i en synkronisert girkasse og hvorledes de virker ved giringen. Øverste bilde viser synkroniseringsmekanismen, nederste del hvorledes de koniske friksjonsflater arbeider. Når en giring utføres (nederst til høyre), kommer først den bevegelige friksjonskonus (C) i kontakt med den faste synkroniseringskonus (D). Dette synkroniserer hastigheten på koplingsakselen (F), som drives av motoren, med den utgående aksel (J). Når girføringen (K) beveges ytterligere, presses den fjærbelastede kulen (A) ned, og tannhjulsdrevene (B) og (E) går i inngrep (nederst til venstre). Drivkraften overføres nå fra koplings­ akselen til utgående aksel gjennom synkroniseringsmuffen, og giret er direkte koplet (hoygir). Drevet (L) løper lost på akselen. Drevet (G) står i konstant inngrep med drevet på koplings­ akselen, slik at kubbeakselen roterer. Hvis man sjalter ned i annet gir, kommer drevet (L) i fast inngrep med synkroniseringsmuffen og dermed utgående aksel.

71

På en del biler brukes såkalt overgir. Med dette kan man, ved stor hastighet på vognen, utnytte motoren meget økonomisk. Når over­ giret brukes, er turtallet på motoren mindre enn på «direkten» ved samme hastighet. Mellomakselen får større hastighet enn motoren når man har sjaltet inn overgiret. På personbiler er utvekslingsforholdet i overgiret fra 0,7:1 til 0,8:1, det vil altså si at turtallet på motoren er 0,7 til 0,8 ganger turtallet på mellomakselen. For å lette kjøringen har man på flere personbiltyper, særlig amerikanske, bygd inn auto­ matiske gir, som vanligvis arbeider hydraulisk, f.eks. Dynaflow. Det riktige oversetningsforhold innstilles automatisk ved hydraulisk styring og er avhengig av gasspjeldets stilling og av kjøre­ hastigheten. Kassen er bygd opp av planetgirsett med bremseband og lamellkoplinger. 1 biler med automatgir er koplingspedal og girstang sløyfet. Her er det dessverre ikke mulig å komme inn på automatiske girsystemer. De er hver for seg ganske kompliserte og krever utfør­ lig beskrivelse.

Mellomakselen Fra girkassen må kraften overføres til driv­ hjulene. Overforingen skjer ved hjelp av en mellomaksel, som er utstyrt med ett eller to ledd, universalledd, som kan beveges opp, ned eller til siden. Bevegelighet med ledd er nødven­ dig, da bakakselen er fjærende opphengt, mens girkassen er fast opphengt i rammen. I den ene ende har mellomakselen riller og er her omsluttet av en hylse, som er bevegelig på rillene i lengde­ retningen. Universalleddene er bygd opp som kryss, som ved sin spesielle konstruksjon mulig­ gjør elastisk kraftoverføring. Fig. 69 viser universalleddets prinsipp.

Fig. 69. Universalledd demonteres. Leddets virkemåte går tydelig fram av figuren.

Differensialen Differensialen (ofte feilaktig kalt kardangen) er forbindelsesleddet mellom mellomakselen og akslene som driver hjulene. Bakakselen er en fellesbetegnelse på de to drivaksler, hylsen for disse akslene og differensialen. Det er nødvendig med en spesiell tannhjulskonstruksjon i akseldriften for å muliggjøre kjøring i kurver, hvor ytre hjul må rotere med større hastighet enn indre. Denne tannhjulskonstruksjon og drevoverføringen fra mellomakselen

er bygd inn i et hus eller en hylse sammen med drivakslene, og bakakselhuset er igjen festet til bilens fjærer. Midt i bakakselhuset veksler kraftretningen fra mellomakselen fra et lite drev, som er forbundet med akselen og har samme rotasjonsretning, til et stort ringformet drev av tallerkenform, som roterer i samme retning som drivakslene og hjulene. Det lille drevet (fig. 70) kalles pinjongen, og det store kalles kronhjulet. Kronhjulet er ikke direkte festet til akslene. På

72

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 70. Akseldrift og differensial, skjematisk. (1) Drivaksler. (2) Differensialdrev. (3) Ramme. (4) Hjul. (5) Differensialhus. (6) Drivaksel. (7) Differensialdrev. (8) Utligningsdrev. (9) Aksel. (10) Kronhjul. (11) Pinjong.

kronhjulet er det boltet fast et hus, differensialhuset. Her er det lagret opp utligningsdrev, som er i konstant inngrep med de koniske differensialdrev på akslene. Hvis bilen kjører rett fram, roterer mellomakselen med pinjongen, kronhjulet med differensialhuset, og utligningsdrevene følger med rundt uten å rotere. De virker som lås, og drevene på akslene roterer da begge med lik hastighet innbyrdes, og med samme hastighet som kron­ hjul og hus. Hvis bilen kjøres inn i en kurve, tvinges det ene bakhjulet til å rotere med større eller mindre hastighet enn det andre. Da trer utlignings­ drevene i funksjon, idet de roterer om sine aksler i huset så lenge bilen svinger. Hvis f. eks. høyre bakhjul må rotere fortere enn det venstre i en venstresving, roterer utligningsdrevene mot ven­ stre og legger til omdreininger på høyre aksel og hjul, mens det trekkes fra på venstre side. Ut­ ligningsdrevene kalles også planetdrev. Bilens differensial er en meget sinnrik innretning, som konstruktivt har holdt seg uforandret gjennom alle år. Bedre løsning for kraftoverføring til hjulene vil neppe kunne finnes. I stedet for pinjong og kronhjul finnes også kraftoverføringer med snekke. (Se fig. 72). Her ligger kronhjulet, som er laget av en bronselegering, i inngrep med en underliggende snekke.

Fig. 71. Snitt gjennom differensial. D Bolt for mellomakselflens. E Skrue for hus. F Hus. G Sentreringsbolt. H Bolt for pinjongdeksel. J Reguleringsmuttere. K Pinjonglager. L Rullelager. M Differensialdrev. N Differensialkryss. O Låseskruer. P Kilespor i bakaksel. Q Kronhjulbolter. R Differensialhus-bolter. S Låseplate. T Kulelager.

Kransen på siden er for regulering av inngrepet mellom snekke og kronhjul. Slik kraftoverføring finnes mest på større bruksvogner (lastebiler og busser). Om oljen på differensialen må man merke seg at fabrikkens forskrifter absolutt må følges. En del differensialer har såkalt hypoidfortanning. Det betyr at pinjongen har sitt inngrep i kron­ hjulet under senteraksen. Flatetrykkene blir her meget store, og det må brukes spesialolje, hypoidolje. Oversetninssforholdet i bakakselen, bilens «giring», er forholdet mellom omdreiningene mellomaksel/kronhjul. Hvis pinjongen f. eks. har 12 tenner og kronhjulet 48, er utvekslingsforholdet 4:1. En bil som er høyt giret, har f. eks. et oversetningsforhold 3:1, dvs. at hvis mellom-

Driwerk

73

akselen roterer 4500 ganger pr. min. på «direk­ ten», vil bakhjulene rotere 1500 omdreininger. Hvis bilen er lavt giret, f. eks. 7:1, vil bak­ hjulene bare rotere med ca. 650 omdr./min. ved samme hastighet på mellomakselen. Stor utveks­ ling gir stor trekk-kraft, men liten fart; liten ut­ veksling gir liten trekk-kraft, men stor fart — under forutsetning av tilstrekkelig motorkraft.

Fig. 72. Kraftoverføring med snekke.

Drivaksler Drivakslene føres gjennom bakakselhylsen og kan være festet til hjulene på forskjellige måter, alt avhengig av biltypen. Ved såkalt helflytende utførelse er hjulet lag­ ret på selve bakakselhylsen, og drivakslene over­ fører kraften til hjulene over en skive som er

festet til hjulet. Bilens vekt overtas bare av bakakselhylsen. Ved halvflytende utførelse er akslene lagret opp inne i bakakselhylsen og festet direkte til hjulnavet. Her bærer drivakslene vognvekten og overfører dreiemomentet.

Forhjulsdrift En del européiske bilfabrikker holder på for­ hjulsdrift og understreker fordelene ved denne konstruksjon: Kjøreegenskapene i svinger er bedre enn ved bakhjulsdrift, idet bilen trekkes rundt kurven istedenfor å skyves. V idere kan vognen bygges lav og med flatt gulv, uten tunnel for mellomakselen. En ulempe ved forhjulsdrift er at vekten på forakselen ofte blir for liten når bilen skal opp en bakke på glatt føre, slik at for­ hjulene har lett for spinne. Eksempel på forhjuls­ drift, se fig. 73 og 74. Ved kollisjoner i fronten kan man risikere

større skader enn på bakhjulsdrevet bil, da hele drivverket ligger samlet foran. Rent konstruktivt er en forhjulsdrevet bil bygd opp på den måte at både motor og drivverk er samlet i én enhet i fronten. Man har ingen mellomaksel, bakhjulene er lagret opp på en fast aksel. Girkassen ligger forrest, deretter dif­ ferensialen og så motoren. Fra differensialen kom­ mer drivakslene, som er utstyrt med spesielle ledd inne ved differensialen og ute ved hjulene. Derved kan akslene følge bilens bevegelser ved fjæringen,

74

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 73. Forhjulsdrift (DKW). (1) Pinjong. (2) Kronhjul. (3) Leddforbindelse. (4) Drivaksel (foraksel). (5) Kopling. (6) Frihjul. (7) Girdrev. (Sammenlign fig. 5 foran i artikkelen.)

Fig. 74. Forhjulsdrift (DKW), detalj. (1) Bladfjær. (2) Parallellstag. (3) Støtdemper. (4) Drivaksel. (5) Nedre king­ bolt. (6) Ytre leddforbindelse. (7) Hjultapp.

Chassis

75

CHASSIS Stvringen Styremekanismen for alle moderne biler er stort sett den samme, når man ser bort fra visse avvikelser i utformningen.

således ikke svinge uten at den andre hjultappen følger med, da den trekkes av parallellstaget ved hjelp av svingarmen. Den svingende bevegelse oppstår ved at rattet dreies til en av sidene. Be­ vegelsen fra rattet overføres gjennom en snekke (fig. 71) til et snekkehjul, som igjen er forbundet med en arm, styrearmen, som sitter festet på snekkehjulets aksel. Styrearmen kan altså, som illustrasjonen viser, bevege seg fram og tilbake, alt etter snekkehjulets stilling. Den står videre i forbindelse med et styrestag, som igjen er for­ bundet med den ene hjultappen ved hjelp av en svingarm. Når den ene hjultapp på denne måten bringes i bevegelse, må den andre nødvendigvis folge med. Rattet er godt lagret i bilens karosseri, slik at styrearmen stadig svinger i samme bane. Snek­ ken med snekkehjulet må smores godt. Av denne grunn er styresnekken bygd inn i et hus, snekke-

Fig. 75. Styreanordningen. (1) Rattstamme. (2) Snekkehus. (3) Styrearm. (4) Styrestag. (5) Parallellstag. (6) Svingarm. (7) Hjultapp. (8) Kingbolt. (9) Foraksel. (10) Snekke og snekkehjul, detalj av 2.

Styringen foregår (som fig. 75 viser) på den måten at forhjulene, som er hengt opp på hjultappene ved hjelp av kule- eller rullelager, kan svinges om kingboltene. Kingboltene går, som vi ser av figuren, gjennom forakselen. Hjultappenes forlengelse er utformet slik at kingboltene også går gjennom disse. Hjultappene blir på denne måte festet til forakselen som hengsler. Hver av hjultappene står i forbindelse med svingarmer, som ved hjelp av bolter igjen er forbundet med et parallellstag. Den ene hjultappen kan

Fig. 76. Styreanordning med delt styrestag. (1) Ratt. (2) Snekkehus. (3) Styrearm. (4) Delt styrestag. (5) Svingarm. (6) Kingbolt.

a b c Fig. 77. Forskjellige prinsipper for overforing av rattbevegelsene til styrearmen. (a) Snekke og rull, (b) Kulekretslop. (c) Tannstang.

76

Finn Wergeland Orre: Billære

huset, som er fylt med olje. Oljestanden her bør kontrolleres fra tid til annen. De fleste nye biler leveres nå med rattaksel som kan gi etter for stot i tilfelle frontkollisjon. Derved unngår man alvozlige skader som folge av at rattet presses opp mot føreren. Istedenfor snekke og snekkehjul kan andre innretninger brukes. Vi nevner snekke og rull (fig. 77a), hvor snekkehjulet er erstattet av en gaffelformet arm, hvor det er lagret en profilert rull, som griper inn i snekkens gjenger. Videre finnes det såkalte kulekretslopsystem (fig. 77b), hvor snekkeskruen er omgitt av en slags gjenget hylse. I gjengene er det plass til herdede stålkuler. Når rattet tørnes, vil hylsen forskyves med meget liten friksjonsmotstand, og bevegelsen overføres fra en tapp på hylsen til en arm på styrearmakselen. Når kulene ruller ut av gjen­ gene i den ene enden av hylsen, ledes de gjennom et rør tilbake til gjengene i den andre enden, så kulerekken stadig sirkulerer. Tannstangstyring (fig. 77c) brukes meget på personbiler. Her ender rattakselen i et tannhjul, som griper inn i en tannstang. Denne er forbundet med hjulene over et todelt parallellstag. Dyrere personbiler, busser og større lastebiler kan ha såkalt «servostyring», hvor rattbevegelscn overføres til hjulei e gjennom et ventilsystem og en mekanisme som under høyt oljetrykk «hjel­ per til» med å bevege hjulene. Særlig er dette en fordel under parkeringsmanøvrering. Forakselen er avfjæret så den kan oppfange veibanens ujevnheter. Derfor må kingbolter og styrearmer utføre en svingende bevegelse i for­ hold til karosseriet, og overføringene må være leddet. Styrestaget er forbundet med styrearmen og svingarmen ved hjelp av kuleledd. Kulen presses av en fjær inn mot setet. Justering kan foretas ved hjelp av en skrue i styreleddets ytre kant. Styreleddene smøres med fett. — Noen biler har smøringsfrie ledd.

Når en bil kjører på en rett vei, går den rett fram så og si av seg selv. Når man har passert en kurve, behøver sjåføren bare løsne grepet i rattet, og bilen retter seg opp av seg selv. Disse egenskaper skyldes at hjulene har spesi­ elle faste stillinger. En forutsetning er at dekkene foran er feilfrie, at forhjulene er utbalansert og at ledd og lagringer i forstillingen er i førsteklasses stand. Hjulenes spesielle stillinger skal ikke bare sikre lett styring, men også minske slitasje på dekk og lagringer. Alle hjulstillinger, med unn-

Fig. 78. Forhjulsvinkler. (a) Cambervinkel (styrt), (b) Kingbolthelling innover, (c) Castervinkel (kingboltbelling bak­ over). (d) Toe-in (spissing).

tagelse av spissingen, betegnes som vinkler og måles i grader. Forhjulene har følgende stillinger (fig. 78): (a) Forhjulenes helling utover (styrt), engelsk: Camher. Denne stilling letter styringen og min­ sker belastningen på hjultapp og kingbolt. Dess­ uten overføres det meste av lagertrykket på det innerste og største hjullager. Denne stilling er som regel ikke justérbar. Den er avhengig av kingboltstillingen og forakselen. Hvis disse ele­ menter skades ved en kollisjon, må bilen igjen få det riktige cambermål ved opprettingen. (b) Forhjulenes spissing, engelsk: Toe in. Spissing av forhjulene vil si at hjulenes for­ reste deler ligger nærmere hverandre enn de bakerste. Spissingen henger nøye sammen med hjulhellingen (punkt a). Ved hjelp av spissingen overvinnes den ulempe som hjulhellingen fører med seg, nemlig at hjul som heller, har en tendens til å rulle til siden og ikke rett fram. Takket være spissingen streber hjulene etter å rulle innover, altså i motsatt retning av den som hjulhellingen vil forårsake. Disse krefter motvirker hverandre og danner en resulterende kraft som virker i bilens kjøreretning. Spissingen reguleres til rik­ tig mål ved en forskruning på parallellstaget. (c) Kingbolthelning bakover, engelsk: Caster. Forakselen med kingboltene må ha en viss helling bakover. Uten denne stilling blir bilens styring usikker. Hvis castervinkelen er feil, får man skjelving i rattet, og bilen blir vanskelig å holde på veien. For stor helling gjor styringen tung, for liten helling gjør styringen ustabil. Denne hjulstilling kan regideres ved å legge kiler mellomforaksel og forfjærer. (d) Kingbolthelning innover, engelsk: Kingpin inelination. På alle moderne biler har kingboltene en viss helling innover. Dette er for å hindre at bilen skjener og for å få den til å rette seg opp igjen etter en kurve. Dessuten oppheves forhjulsbremsenes innvirkning på styringen,

77

Chassis

Hjulstillingene for en bil er alltid spesifisert i vedkommende modells vedlikeholdskatalog. Det finnes spesielle apparater for kontroll av hjulvinkler. Her ser vi eksempler på hjulvinkler for en Opel-serie:

Merke og modell

Hjulhelning utover (Camber)

Opel

Rekord Caravan Varevogn

l°±i°

Opel

Kapitan

0°±i°

Spissing (Toe-in)

Kingbolthelning bakover (Caster)

1,5—2 mm H°±F 2—4 mm

Kingbolthelning innover (Kingpin inclination)

7°±i°

Fig. 78a. Skisse som viser overstyring og understyring.

5°

Styringen og kjoresikkerlieten Det er bileierens plikt å sorge lor at bilen har en styring som ikke er usto, skjelvende eller skjenende. Styring og forstilling horer til bilens sikkerhetskomponenter. En bilforer er etter loven også ansvarlig for at bilen, og dermed også sty­ ringen, er i forskriftsmessig stand. Dessverre har man kunnet konstatere mye likegyldighet når det gjelder styringsdetaljer, og det er et faktum at en ganske høy prosent av utforkjøringsulvkker skyldes feil i styringen. Ellers er det stadig biler som ved veikontroller blir notert for feil. De feil som oppstår i styringen, skyldes som regel slitasje og kan oppsummeres i disse punkter: Slitasje mellom styresnekke og styresnekkehjul. Slitasje i styrearmens opplagring. Slitasje i forbindelsen mellom svingarmen og styrestaget, samt mellom parallellstag og svingarmer. Slitasje i kingbolter. Slitasje i rattfestet. Hvis man har mer enn 1" dodgang i rattet, må bilen til verksted for kontroll. Fra tid til annen kan man selv jekke opp bilen, ta tak i pitmanarmen og kontrollere opplagringen, ta tak i forhjulene med begge hender og vrikke på dem horisontalt og vertikalt. Man merker da lett om det er slakk i kingbolter eller leddforbindelser.

Overstyring og understyring Man horer av og til om overstyrte og understyrte biler. Disse begreper er avhengige av bilens kon­ struksjon, dens belastning og plasseringen av lasten. En overstyrt bil har en tendens til å gå i en skarpere kurve enn den som rattbevegelsen til­ sier, slik at man må «holde igjen» noe. En understvrt bil vil derimot strebe etter en slakkere kurve, og denne biltype må altså snarere «tvinges» inn i kurven. Ved f.eks. å endre belastningen eller lastens plassering, eller ved å kople til en tilhen­ ger, kan man forandre kjøreegenskapene så en tidligere understyrt bil blir overstyrt.

Utbalansering av hjulene Skjelving i rattet ved bestemte hastigheter kan ofte skyldes ubalanse i hjulene. I tillegg til at kjøresikkerheten nedsettes, får dekkene unor­ mal slitasje. Dessuten utsettes forstilling og bilen for ovrig for ekstra påkjenninger ved unormale vibrasjoner. Ubalansen skyldes mistyngde i dekket eller hjulet. Når dekket med hjulet avbalanseres, må både statisk og dynamisk ubalanse utlignes med små bly vekter som klemmes inn langs felgen. Hjul som ikke er i statisk balanse, vil hoppe opp og ned på veien under kjøring, og manglende dynamisk balanse vtrer seg ved at hjulet slingrer. Balansering av hjul må overlates til verksteder som har utstyr for slikt.

Bremsene Grunnleggende prinsipper Det heter i motorvognloven at bilen skal være utstyrt med to uavhengige bremseinnretninger, og at bilen skal kunne bremses til stopp på en bestemt veilengde fra en bestemt hastighet. Tidligere brukte man bare bremser på driv­

hjulene, i alminnelighet bakhjulene, men etter hvert gikk man over til 4-hjulsbremser. Alle biler leveres i dag med bremser på alle fire hjul. På grunn av øket hastighet på gater og veier og stadig større trafikk, er det absolutt nødvendig at bilen har et sikkert og effektivt bremsesystem,

Finn Wergeland Orre: Billære

78

så man kan stoppe kjøretøyet på minst mulig veilengde og uten fare for skjening osv. De brem­ ser som brukes i dag er konstruert etter samme prinsipper som i bilens barndom for 50 år siden. Bremsesko med friksjonsbelegg presses mot tromler eller skiver på hjulene og bringer på den måten gjennom friksjon hastigheten ned og får kjøretøyet til å stanse. Dette prinsipp brukes overalt hvor det nyttes bremser. Konstruktivt er moderne bremser i dag vel gjennomarbeidet, lette å betjene, og ikke minst, enkle i vedlikehold og meget effektive. Når en bil settes i bevegelse, oppstår det en viss fartsøkning fra starten opp til den ønskede hastighet. Vi sier at bilen akselererer. Denne akselerasjon, hastighetsøkning pr. tidsenhet, måles i m/sek. pr. sek. eller m/sek2. Når bilen bremses, blir det tilsvarende hastighetsforringelse pr. tidsenhet, retardasjon. Denne måles også i m/sek2. Bremseretardasjonen er av trafikkmyndighetene i alle land satt til bestemte verdier, avhengig av bestemte hastigheter ved be­ dømmelse av bremsenes effektivitet. Retardasjon er avhengig av hastigheten (v) og veilengden (s). Jo kortere veilengde bilen stopper på, desto bedre blir dens retardasjonssiffer. Dette kan uttrykkes i formelen r =

v2

, hvor r er retardasjonen.

Til prøving av en bils bremseeffekt benyttes spesielle retardasjonsmålere som direkte viser retardasjonen i m/sek2. Ved hjelp av slike målere kan f. eks. de bilsakkyndige finne ut om en bils bremser holder de forskrevne mål. Selv om bilen har førsteklasses bremser, kan hastigheten ikke reduseres mer enn til den grense som bestemmes av friksjonen mellom gummien og veibanen. Det er også klart at friksjonen eller adhesjonen vil variere i forhold til veibanens og gummiens beskaffenhet. I tørt vær, på god vei og med god gummi kan adhesjonen motstå en kraft tilsva­ rende bilens egen vekt og kan ikke under noen omstendigheter bli større. På vått føre kan adhesjonen kanskje motstå en kraft som er under halvparten av bilens vekt, og på vått sleipt føre blir den enda mindre. En kan derfor si at hvis gummien og veibanen tillater det, oppnås den største bremseeffekt når bremsene klarer å gi en bremsekraft lik 100 % av bilens vekt. Bremseeffekten settes i det tilfelle til 100 %, og dette kan bare skje når hvert hjul bremser effektivt slik at friksjonen helt ut kan benyttes til brem­ sing. Erfaringsmessig er man kommet til at det

neppe bør regnes med en bedre midlere bremse­ effekt enn 50 %, maks. 80 % på tørt føre. Friksjonskraften benyttes altså for å oppnå retardasjonen og friksjonskraften uttrykkes ved den såkalte friksjonskoeffisient. Denne er som ovenfor nevnt avhengig av arten av de legemer som berører hverandre, både materialets over­ flate og tilstand forøvrig. Vi kan betrakte friksjonskraften slik: En masse med vekt (G) hviler mot et underlag eller glir langs underlaget med en viss hastighet. En friksjon (F) vil da oppstå, og vi får to slags friksjonsbegreper: 1. Når massen ligger stille på underlaget, har vi en hvilende eller statisk friksjon, eller uttrykt p med formel: = fh, hvor fh er den hvilende

(statiske) friksjonskoeffisient. Når massen glir mot underlaget, får vi en p glidende friksjon: = fg, fg er glidende frik­

2.

sjonskoeffisient. Hvis det virker en kraft (P) på massen, vil denne motvirkes av friksjonskraften (F). Hvis massen beveges med konstant hastig­

het, blir F = P, og vi får

= fg eller P = fg • G.

I praksis vil vi få den gunstigste friksjons­ koeffisient ved statisk friksjon, og oppnå de beste bremseresultater når bilen bremses av med rul­ lende hjul. Hvis hjulene låses under bremsing, får man glidende friksjon, som gir ugunstigere friksj onskoeffisient. Friksjonskoeffisienten er ved målinger satt til 0,6 ved vanlig sommerføre. Jo glattere veibane, desto lavere friksjonskoeffisient. På bilene er som kjent bremsene bygd slik at den bevegelige del, bremsetrommelen eller -ski­ ven, roterer med hjulet, og den faste del, bremsebakkene eller bremseskoene, gjennom trykk presses mot trommelen (skiven). For å få så god friksjon som mulig har man utstyrt bremsesko­ ene med spesielle bremsebelegg, som ved behov kan skiftes ut. Ved bremsingen utnyttes friksjonen på to måter: 1. Mellom hjulene og veibanen. Både framdrift og bremsing er mulig på grunn av friksjonen mellom hjulet og veien. 2. Mellom bremsetrommel eller -skive og brem­ sebelegg. Når skoene presses mot trommelen, oppstår friksjonskrefter som hindrer trommelen i dens rotasjon. Det er selvsagt viktig at fg mellom bremsesko og trommel (skive) er så høy som mulig (her er

Chassis

glidende friksjon til stede). Materialet i bremsebelegget må ha den egenskap og samtidig evne at det kan lede bort friksjons var men. Den kraft som er nødvendig for å bremse bilen, bestemmes av føreren, som trykker på bremsepedalen. Den kraft som utvikles fra forerplassen under bremsing bør stige jevnt. Dette er nød­ vendig for at føreren skal kunne avpasse bremsingen til den varierende friksjon mellom hjul og veibane. Man regner at føreren normalt bruker en kraft på opp til 50 kg for å kunne bremse av et kjøretøy med forskreven retardasjon 4—5 m/seki2. Ved selve bremsingen utføres et arbeid som kan uttrykkes slik A = G • f • s kgm. Her er (G) vogneffekten, (f) friksjonskoeffisienten, (s) bremselengden i meter. En bil i fart er i besittelse av såkalt kinetisk energi, eller beve­ gelsesenergi. Denne må tilintetgjøres av bremsearbeidet:

hvor (G) er vognvekten i kg, (g) tyngdens akse­ lerasjon = 9,81 m/sek2 og (v) vognens hastighet i m/sek. i bremseøyeblikket. Setter man disse to ligninger sammen, har vi: G-f s = i - v2 2 g v2 °g fs = i 7 s =

i

v2 —

v = | 2f• g • s Hastigheten ved bremsingen kan altså regnes ut ved måling av bremsespor og antagelse av friksjonskoeffisient. Av utregningen ser vi at (G) faller bort, følgelig har vognvekten ingen betyd­ ning for bremsingen. En lett og tung bil vil ved samme hastighet og under samme forhold kunne stanse på samme veilengde. Vi har av det foregående forstått at bremseveien, eller bremselengden, er en meget viktig faktor når det gjelder å stoppe bilen. Vi kan bestemme bremselengden ved hjelp av enkle formler. Etter bevegelseslovene er den kinetiske energi (bevegelsesenergien) K = / $ v2, hvor g = 9.81 m/sek2.

En bil som veier (P) kg og har hastigheten v m/sek., har en kinetisk energi K=i|v>kgm (1)

79

For å få bilen til å stoppe må hele denne kinetiske energi forbrukes. Er motstanden på grunn av bremsenes friksjon lik x % av bilens vekt vil friksjonen bli

utføres blir da

av

P-x

kg og arbeidet som

kraft over en veilengde s

denne

S • P • X 100

(2)

Videre får vi S • P • X 100 • v2 —-----

m

(3) (4)

Ved å sette inn forskjellige prosentverdier for x, kan man regne ut s ved forskjellige hastig­ heter. Ved 50 % bremseeffekt og 40 km/time fåes en bremselengde på 12.571 meter. Ved 30 % bremseeffekt får vi en bremselengde på 20,953 meter med samme hastighet. Disse lengder er imidlertid ikke de reelle bremselengder, men bare den lengde som fremkommer fra det øyeblikk bremsene er satt i funksjon til bilen stopper. Når en skal fastlegge den virkelige lengde en bil tilbakelegger fra det øyeblikk sjåføren opp­ fatter faren til bilen er stoppet helt, må man derfor legge til den avstand som tilbakelegges i reaksjonstiden. Med reaksjonstid mener vi den tid som går fra det øyeblikk bilføreren oppdager faren, til han trår på pedalen og bremsefunksjonen settes i gang. Verdiene nedenfor er gjen­ nomsnittsverdier for en alminnelig bilist. For racerkjørere eller meget dyktige bilkjørere kan man regne med at tiden er noe kortere. Hvis føreren er påvirket av alkohol, forhøyes reak­ sjonstiden betraktelig selv om vedkommende ikke kan sies å være beruset. Nettopp her ligger faren ved promillekjøringen og årsaken til at man har så strenge bestemmelser. (a) Føreren er forberedt på fare, ferdig til å bremse. Reaksjonstid: 0,6—0,8 sek. (b) Føreren sitter anspent, oppmerksom f. eks. ved hurtig kjøring: 0,7—0,9 sek. (c) Oppmerksomheten er avledet, f. eks. ved konversasjon, giring, forbikjøring osv.: 1,0—■ 1,1 sek. (d) Føreren forbigående uoppmerksom, f. eks. fordi han betrakter et hus, landskapet e. L, synet litt svekket ved blending av lyskastere, tunneler osv.: 1,4—1,8 sek. Man kan også inndele reaksjonstiden i tre perioder:

80

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 79. Hydrauliske bremser, prinsipp­ skisse. H Hovedsylinder (mastersylinder). B Bremsesylinder (hjulsylinder).

Fig. 81. Bremse-hovedsylinder (mastersylinder). (1) Kanal for returolje. (2) Ventil. (3) Fjær. (4) Gummipakning. (5) Stempel. (6) Gummipakning. (7) Støvhette.

Jo større hastigheter, desto større veilengder og lengre tider. Faremomentet er altså større ved de store hastigheter. Bare i lopet av reak­ sjonstiden kan ulykken være skjedd, selv ved relativt lavere hastigheter. Dette bør bilførere legge seg på hjertet når de trår på gassen og lar hestekreftene slippe til. Fig. 80. Bremsemekanismens enkelte deler. (1) Ankerplate. (2) Bremsesylinder. (3) Bremsesko med belegg. (4) Returfjær for bremsesko. (5) Gummipakning (mot støv). (6) Stempel. (7) Pakning. (8) Feste for pakning. (9) Fjær. (10) Sylinderhus. (11) Mutter og sprengskive. (12) Lufteskrue. (13) Hette til lufteskrue. (14) Bremseslange. (15) Mutter og sprengskive. (16) Stilleskrue.

«Sjokktiden», eller den tid det tar fra føreren oppdager faren til han reagerer normalt. 2. Latenttiden, eller den tid det tar fra foreren reagerer normalt til nervesystemet har ut­ løst den refleks som trengs for handling. 3. Aksjonstiden, eller den tid det tar fra det øyeblikk foreren løfter foten fra gasspedalen og til han plaserer den på bremsepedalen. Med funksjonstid mener man tiden fra man trår inn bremsepedalen til bilen bremses av og stanser.

1.

Bremsenes konstruksjon og virkemåte Det finnes mange forskjellige bremsekonstruksjoner — den vesentlige forskjell ligger i systemet mellom bremsepedalen og bremseskoene, altså i selve bremsemanøvreringen. Hvordan disse or­ ganer er bygd opp og virker, er avhengig av biltypen. Det ville være utenkelig å utstyre en tung buss med mekaniske bremser, liksom det ville være utenkelig å legge opp lufttrykkbremser på en 4-seters personbil. Vogntypen, kjøreforholdene og andre ting spiller inn når det gjelder bremseutstyret. Bilen skal ha to bremser som virker uavhengig av hverandre. I praksis vil dette si at man har en fotbremse som kjørebremse og en håndbremse som parkeringsbremse eller eventuelt nød- eller hjelpebremse. Håndbremsen er vanligvis meka-

Chassis

nisk og virker enten på et hjulpar eller på trans­ misjonen. Det ville føre for langt å komme detaljert inn på alle bremsetyper vi kan finne på biler. I kort­ het skal vi se på hovedprinsippene i bremseutstyret: 1. Mekaniske bremser. 2. Hydrauliske bremser (oljetrykkbremser, fig. 79). 3. Trykkluftbremser. 4. Vakuumbremser. 5. Kombinasjonsbremser. Ved mekanisk og hydraulisk betjening over­ føres bremsekraften direkte, i første tilfelle ved stag og/eller wire, i det andre via olje, som over­ fører pedaltrykket til bremseskoene. Trykkluftbremser, vakuumbremser og kombi­ nasjonsbremser, som er kombinert med trykk­ luft/hydraulisk eller vakuum/hydraulisk, kalles under ett for servobremser. Bremsepedalen for­ midler ikke selv direkte noen kraft som betjener bremseskoene, den utløser bare en ventil i syste­ met, slik at dette blir satt i gang. Mekaniske bremser blir nå mer og mer sjeldne. De blir fortrengt av de hydrauliske, som gir langt bedre og varigere bremseeffekt og mykere og behageligere bremsing. Så godt som alle vanlige biler er utstyrt med hydrauliske bremser. Prinsippet er det samme for alle. En hovedsylinder (Mastersylinder) (fig. 81) med bremsevæsketank er direkte tilkoblet bremsepedalen. Når pedalen tråes ned, vil et stempel i hovedsylinderen under trykk presse olje ut i rørledninger til bremsesylindere ved hjulene. Hvert hjul har sin bremsesylinder (fig. 80) med et stempel i hver ende, og oljetrykket kommer inn i sylinderne mellom stemplene. Disse blir da presset utover og trykker videre bremseskoene ut mot trommelen. Når bremsingen opphører, trekker returfjæren skoene sammen igjen, bort fra trommelen. Bremseoljen leveres som original bremsevæske. Den må være slik at den ikke angriper delene i bremsesystemet, og den må være uforanderlig ved temperatursving­ ninger. Det må aldri benyttes annet enn brem­ sevæske i anlegget. Hydrauliske bremser har den fordel at trykket, som fra pedalen økes gjennom oljen, fordeles jevnt til alle hjul. Hvis de hydrauli­ ske bremser virker dårlig, kan det skyldes luft i systemet. Et sikkert tegn på dette er at pedalen «fjærer». På hver hjulsylinder er det en luftestuss. Ved lufting festes en slange til denne, og slangens andre ende settes ned i et kar med brem­ sevæske. Når man pumper med bremsepedalen, 6 — Teknikk III

81

kan man få presset luftboblene ut av systemet. Slikt arbeid må bare utføres av fagfolk. I rene trykkluftbremser arbeider man med et trykk på ca. 6 kg/cm2. Trykket får man fra en kompressor, som blir drevet av motoren. Luften pumpes inn i en eller flere beholdere. Bremseventilen åpnes av pedalen, og lufttrykket presser direkte på stempler i sylindere ved hvert hjul. Fra bremsesylindrene forplantes så trykket via overføringer til bremseskoene. Trykkluftbremser brukes hovedsakelig i busser og større lastebiler og spesialbiler, særlig ofte i slike som har til­ henger. Trykkluftbremser gir kraftig og effektiv bremsing, men systemet krever ekstra omhygge­ lig vedlikehold, da lekkasjer o. 1. kan sette brem­ sene helt ut av funksjon. Vakuumbremser er på en måte det omvendte av trykkluftbremser. Man arbeider her med et lite undertrykk, som man enten får fra motorens innsugningsror eller en egen vakuumpumpe dre­ vet av motoren. Ved hjelp av en spesiell servosylinder, som dirigeres av pedalen, settes brem­ sene i funksjon. Vakuumforsterkede bremser leveres nå også på mange personbiler, særlig i forbindelse med skivebremser, hvor man ikke har noen selvpåtrekkcnde virkning. For å få et moderat pedaltrykk, gir da bremseforsterkeren — som vakuumaggregatet også kalles — større sikkerhet og effekt under avbremsingen. I en del større vogner er lufttrykk- eller vakuumsystemet satt i forbindelse med oljetrykk, slik at selve bremseoperasjonen skjer hydrau­ lisk. Etter hvert som bremsebelegget slites, blir klaringen mellom belegg og trommel større. Dette betyr at bremsepedalen ma ha lengre vandring for bremsene «tar». Justering av brem­ sene er da nødvendig. Dette kan gjøres enten ved at man legger til skoene ved dreining av anker­ boltene, som kan være eksentriske, eller ved at man skrur overforingstappene i hjulsylindrene utover, slik at skoene legges nærmere inntil trommelen. Man justerer vanligvis på den måte at bremseskoene legges helt til, slik at hjulet ikke lar seg torne for hånd. Deretter slakker man litt opp, så hjulet dreier fritt. Noen biler har også automatisk regulering av bremsene — ved spesielle mekanismer som legger til bremsene etter hvert som beleggene slites. Før bremseskoene reguleres på en bil med hydrauliske bremser, må dødgangen i bremsepedalen kontrolleres. Det må være klaring mel­ lom pedalen og bunnbordene, for stemplet i

82

Finn Wergeland Orre: Billære

hovedsylinderen skal gå helt tilbake når man slipper pedalen opp.

Skivebremser Skivebremser er de senere år innført på mange biler, særlig foran. Det er mange fordeler ved skivebremsene. Man sparer store bremsetromler og belegg, kjølingen er meget god, virkningen meget myk og effektiv ved alle hastigheter og under alle vær- og tempe­ raturforhold. Vann har ingen virkning på syste­ met, da sentrifugalkraften i den roterende skiven kaster vannet av og skiven holdes ren av bremseklossene. Ved alminnelige bremser skaper varmeutviklin­ gen en viss «fading» eller utmatting når det bremses mye. Ved skivebremsene slipper man disse ulemper på grunn av den gode kjølingen. Skivebrems­ ene er dessuten enkle å vedlikeholde. Fig. 83 viser skive- Fig. 82. Skivebremsens virke­ bremse for forhjul. En måte, skjematisk. av bremsesylindrene er vist i snitt, og vi ser stemplet og bremseklosser. Bakhjulsbremsene er konstruert på samme måte, men de er i tillegg innrettet slik at de kan brukes som håndbremse. Skiven er festet til navet og roterer med hjulet. Rundt skiven ligger bremsehuset, som er festet til akselen. Huset har to sylindere, som hver inneholder stempel, og i forbindelse med dette en rund bremsekloss av friksjonsmateriale. Sylin­ drene hvor bremsevæsken strømmer inn, er plasert på hver side av skiven. Når bremsepedalen trås inn, presser væsken bremseklossene mot skiven. Når pedalen slippes opp, vil tilbaketrekningsmekanismen løse klossene fra skiven. Mekanismen er utført slik at bremsene justeres automatisk. Det hydrauliske system for øvrig er det van­ lige, med hovedsylinder og rorledninger til skive-

Fig. 83. Skivebremse. (1) Bremsekloss. (2) Bremsehus. (3) Sylinderblokk. (4) Tilbaketrekksmekanisme. (5) Lufteplugg. (6) Skive. (7) Støvhette. (8) Stempel. (9) Stempelpakning.

sylindrene. Systemet kan også innrettes for trykkluftbetj ening. To-krets bremsesystem Av sikkerhetsgrunner blir nå de fleste biler levert med såkalt to-krets bremsesystem. Anleg­ get deles opp i to separate kretser som normalt virker på alle fire hjul, men som i et bruddtilfelle på et ror eller en slange fremdeles gir brems til ett hjulpar.

Bremsene og kjøresikkerheten I likhet med styringen er bremsene sikkerhetskomponenter. Det tillates ikke kjørt med svake bremser. Svake eller skjeve bremser må straks repareres. Bare fagfolk har tillatelse til å reparere bremser; dette arbeid horer ikke til hobbyvirk­ somheten.

Ramme, fjærer og hjul Rammen Rammen er bilens ryggrad eller grunnmur. Til rammen er motor, drivverksdeler og andre understellsdetaljer festet. Ovenpå rammen er så bil-

karosseriet montert. (Vi ser i denne forbindelse bort fra såkalte rammeløse biler.) Selve rammen består av to langbjeiker, som oftest utført i U-profil. Disse er forbundet med tverrbjelker.

Chassis

83

Forbindelsene mellom lang- og tverrbjelker er naglet eller sveiset. Det finnes forøvrig et utall rammekonstruksjoner, som også i stor utstrek­ ning avviker fra det vanlige prinsippet som er nevnt ovenfor, men formålet med alle rammer er det samme. Fig. 84 viser hvorledes en bil kan være bygd opp omkring rammen.

Fig. 85. Bakhjulsopphengning med bladfjærer og teleskopstotdemper.

Skader i rammen kan oppstå ved kollisjoner. En skjev ramme har i forste rekke innvirkning på bilens styring. Det er derfor absolutt nødven­ dig å kontrollmåle rammen etter en frontkollisjon. Motoren kan være festet, eller som man sier, opphengt, i rammen på forskjellige måter. Som regel er motoren festet i tre eller fire punkter. Motoropphengene har gummimellomlegg for at motorens vibrasjoner ikke skal overføres til karosseriet. Biler med egen ramme er nå sjeldne i personbilfabrikasjonen, mens det er vanlig for større bruksvogner.

Fjærene Kjørekomforten er i høy grad avhengig av et godt fjærsystem. Fjærene må også være solide nok til å kunne stå imot de største påkjenninger fra en dårlig veibane. Ved forskjellige løsninger har bilfabrikkene gjennom årene stadig utviklet bilenes fjærsystemer, og en moderne bil må i dag sies å gi utmerket kjorekomfort under de fleste forhold. Stort sett kan vi skjelne mellom tre hovedtyper av fjærsystemer: bladfjærer, spiralfjærer og stavfjærer (torsjonsfjærer). Materialet er bestandig fjærstål. Bladfjærer (fig. 85) er som regel brukt i forbin­ delse med faste aksler. Foraksel med hjul er festet direkte til langsgående, eventuelt tversgående bladfjærer, som igjen er opphengt i rammen. Bakakselhuset er på samme måte festet til blad­ fjærer. En bladfjær består av et antall fjærblad av forskjellig lengde, lagt over hverandre. Blade­ ne, eller lagene, som de ofte kalles, holdes sam­ men av en senterbolt, som går gjennom alle lag.

Det lengste bladet kalles hovedbladet. Dette er smidd ut i et øye i hver ende. I fjæroyet er det presset inn en bronseforing, og i denne lagres fjærbolten, som forbinder fjær og ramme i fjærfestene. På noen biler er fjærbolten lagret i gummiforinger. Dette er for å motvirke slitasje. Kramper holder fjærbladene på plass mot forskyvning. Bladfjærenes egenskaper er av­ hengige av fjærenes lengde, fjærbladenes antall, bredde og tykkelse. Bladfjæren som er vist på fig. 85, kalles en halvelliptisk fjær. Fjærene beveger seg under kjøring, derfor må den ene ende eller begge ender være svingbart lagret i fjæropphengene. Spiralfjærer eller skruefjærer brukes i almin­ nelighet i forbindelse med uavhengig fjæring av hjulene, spesielt som forfjærer. «Kneledd» på personbiler er spiralfjærer, plasert mellom undre kneledd og rammen. Forhjulene er her lagret opp i to ledd som svinger i en tverrbjelke. Fig. 86 viser en spiralfjær og «kneledd».

Fig. 86. Forhjulsopphengning med spiralfjærer (omkring teleskop-stotdemper) og kneledd.

Uavhengig fjæring bak, med leddaksler til bakhjulene og fast opphengt differensial, brukes på en del biler, dessuten i forbindelse med blad­ fjærer på tvers, spiralfjærer eller stavfjærer. Stavfjærer eller torsjonsfjærer brukes mest i per­ sonbiler. Ved stavfjæring utnyttes torsjonsvirkningen i stålet, idet stålstaven er fast innspent i

84

Finn Wergeland Orre: Billære

Fig. 87. Forskjellige former for uavhengig fjæring.

Fig. 88 b. Torsjonsfjæring, detalj.

den ene ende, mens den andre enden vris sam­ men med hjulopphengingen. Stavfjærprinsippet er vist på fig. 88a og b. Det eksperimenteres stadig med nye fjærsystemer, og noen fabrikker bar med hell utviklet kombinasjoner av luft/vann eller luft/olje. Austin og Morris bruker et system som kalles «Hydrolastic», hvor vann og gummi utgjør fjær-elementene.

Krengningsstabilisatorer For å motvirke bilens krengning i sving mon­ teres en tverrgående stålstang foran, eventuelt også bak, lagret i gummiforinger i rammen. Endene av stangen er forbundet med hjulpopphenget. Stabilisatoren skal utligne fjærutslagene ved vridning og motvirke karosseriets krengning.

Støtdempere Støtdempere bar til oppgave å dempe de sving­ ninger som fjærene fremkaller etter at bilen har

kjørt over en dump. Man unngår da en rekke huskende be­ vegelser, og fjæringen blir behageligere. I dag brukes nesten bare hydrauliske støtdempere på biler. En hydraulisk støtdemper virker slik: Akselen eller hjul­ et står med en arm i forbindelse med et stempel i en lukket sylinder, som er festet til rammen. Stemplet trykker mot en oljepute i sylinderen, og en viss oljemengde pas­ serer et gjennomløp Fig. 89. Støtdemper, teleskopi stemplet som følge type. (1) Ytre sylinder. (2) Oljeav trykket. Støtet reservoar. (3) Arbeidssylinder. (4) Stempelstang. (5) Stempel utjevnes gjennom med ventiler. (6) Ventil. (7) den dempende, hy­ Lokk med pakning. (8) Fester. drauliske virkning. Såkalt teleskopdemper vises skjematisk i fig. 89. Hjul Et bilhjul er bygd opp av hjulskiven og felgen. Tidligere bruktes ekehjul, med eker av tre eller stål, mens nesten alle biler nå er utstyrt med platehjul eller skivehjul. Hjulfestet dekkes av skjønnhetshensyn med forkrommede hjulkapsler. Felgen danner underlag for slange og dekk. Den lages i forskjellig utførelse, vanligvis som bronnfelg eller flatfelg. Flatfelgen er delt i to, med den ene side utformet som en løs ring. Det er denne ringen som holder dekket på plass. Bronnfelgen har ingen ring. Dekket holdes på plass av seg selv. Felgdimensjonene blir vanligvis oppgitt i tommer og diametermål. En 16” felg svarer til 16 tommers felgdiameter. Fig. 90 viser en bronnfelg og en flatfelg med påmontert gummi.

Chassis

85

Fig. 90. Snitt gjennom felg og gummi, (a) Brønnfelg. (b) Flatfelg.

Felg- og dekkdimensjoner Biler har felg- og dekkdimensjoner som er til­ passet kjøretøyets totalvekt og kjoreforholdene. Et vanlig lavtrykksdekk for personbil kan f. eks. ha denne spesifikasjon: 6.70 — 15 4 lag. 6.70 — 15 er dekkets dimensjon. Tallene angir at dekket er 6,70” bredt (målt fra sidevegg til sidevegg i ringen), og at det passer for en felg med 15” diameter. 15”-felgen skal være 4,5 ' bred for denne gummidimensjon. 4 lag betyr at dekket har en stamme på 4 cordlag. Bilgummien Det har foregått en kolossal utvikling av bildekk-kvaliteten siden de første vogner forsynt med luftringer kom på markedet omkring år­ hundreskiftet. Vitenskapens og teknikkens mest moderne hjelpemidler er tatt i bruk for å fram­ stille det best mulige produkt. Et moderne bil­ dekk tilfredsstiller meget strenge krav. Hoved­ kravene er: (1) Sikkerhet mot eksplosjoner, (2) Sikkerhet mot skliing, (3) Stor slitestyrke. Kort kan man si at en bilring er en elastisk luftpute, innesluttet i en lufttett gummislange, som beskyttes av et ytterdekk, som igjen er bygd opp av elastiske cordlag. Det beskyttes mot veilegemet av en slitesterk bane, og holdes på plass på felgen av stålwirer langs innerkantene. Selve dekket består av en stamme, som er bygd opp av gummilag, forsterket med tråder (cord) av tekstil eller kunststoff (se fig. 91). Ytterst ligger selve slitebanen med mønsteret. Foten på stammen omgir stålwiren, som holder dekket på plass. Denne stålkjernen kalles bead. Innerslangen er av seig, elastisk gummi, og ven­ tilen er ført ut gjennom felgen. Mellom slangen og felgen er det ofte lagt felgbånd av tekstil­ materiale.

Fig. 91. Hvordan et moderne bildekk — diagonaldekk — er bygd opp. (1) Slitebane. (2) Gummipute. (3) Cord-pute. (4) Cord-lag. (5) Mellomlegg. (6) Stålwire (bead). (7) Beadbånd. (8) Tekstil-mellomlegg. (9) Kantbånd. (10) Sidegummi.

Slangeløse dekk Flere store bildekkfabrikker har i de siste år satt i gang produksjon av slangeløse dekk. Disse dekk er slik konstruert at de holder tett for luften uten løse gummislanger. Gummilaget ytterst er som på vanlige dekk, bortsett fra det partiet som ligger mot felgflensen. Dette parti er forsynt med en rekke langsgående gummiriller, eller et tykkere gummilag, som skal sikre effektiv lufttetting mellom felg og dekk. Corden er det heller ikke noe spesielt ved, bortsett fra at enkelte typer er utstyrt med særlig sterk og myk nyloncord. Innvendig har dekket et seigt gummibelegg. Dette laget er lufttett og vil kunne holde spikerhull tette inntil spikeren blir trukket ut. Det finnes også spesialutførelser som har et punkteringstettende lag (se fig. 92). Dette tykke, seige gummilaget tetter igjen hullet når fremmed­ legemet trekkes ut. Det finnes også spesialdekk med en halvslange, som skal gjore dekket eksplosjonssikkert. Halvslangen er utført av to lag gummiert cord og er utstyrt med en ventil, som vanligvis er åpen, slik at lufttrykket blir likt i begge hulrom. Hvis dekket eksploderer, vil den store trykkforskjellen i de to luftrom stenge ventilen. Det ytre luftrom mot dekket er det minste, og det er bare luften der som slipper ut med det samme. En viss luftstrøm er det gjennom ventilen, men den er så liten at man kan ha full styring på bilen inntil man får stoppet. Den

86

Finn Wergeland Orre: Billære

Beltedekk. — radialdekk Beltedekket — eller radialdekket, som det ofte kalles — skiller seg i sin konstruksjon vesentlig fra det vanlige dekket, som nå også kalles diagonaldekk. Måten corden er lagt på, gir hovedfor­ skjellen. Som fig. 91 viser, er cordlagene i diagonaldekket lagt kryssvis over hverandre. I radialdekket (fig. 92a) går imidlertid cordtrådene i rett vinkel fra head til head. Mellom dekkets slitebane og corden ligger det et stivt belte av to-tre lag cord, hvor to eller flere lag danner spisse vinkler med hverandre. Beltet bevarer slitebanens fasong og hindrer at rillene presses sammen. Derved opp­ nås bedre veigrep og større motstand mot sli­ tasje. Diagonaldekk og radialdekk må ikke monteres sammen på bilen.

Fig. 92. Snitt gjennom slangeløst dekk.

Fig. 92 a. Radialdekk.

vanlige luftventilen er plassert i ventilåpningen på felgen, men er naturlig nok utstyrt med en spesiell gummitetting i gjennomføringen. Slangeløse dekk krever ikke spesialfelger. Enhver felg som er i riktig stand for bruk med vanlig dekk og slange, kan også nyttes til slange­ løse dekk. Fra 1955 har alle amerikanske bilfabrikker levert sine modeller med slangeløse dekk, og de européiske følger godt opp. Dermed ser det ut til at de slangeløse dekkene har overvunnet barne­ sykdommene og at vanlige bildekk med løs inn­ vendig slange antagelig med tiden helt vil for­ svinne på personbilene.

Vinterdekk —piggdekk Vinterdekk er ikke noen spesiell dekktvpe, det er bare monsteret som skiller det fra «vanlige» dekk. Et grovt og dypt monster gjor at det let­ tere kan trenge ned gjennom søle og snø og der­ ved oke friksjonen i forhold til et sommerdekk. Piggdekk er et grovmonstret dekk med pigger av spesialstål. Selv om spesialmønster og pigger gir større kjøresikkerhet enn for på vinterføre, må man alltid huske på at slike dekk aldri vil gi «sommerforhold». Med piggdekk oker for øvrig bremsestrekningen på tørr veibane. Hvordan bilgummien bor behandles For å kunne oppnå lengst mulig levetid for dekkene, og av hensyn til kjøresikkerheten, må man passe godt på og iaktta forskjellige ting. Forutsetningen for at et dekk skal få lengst mulig levetid er at det brukes i overensstemmeise med formålet. Her er en del ting man må huske på:

Et 40 % overbelastet dekk vil gi høyst 50 % av normal levetid. For lite luft vil ha samme virk­ ning. Den fastsatte bæreevne kan ikke økes ved høyere lufttrykk. Luften øker ikke cordens styrke. Riktig lufttrykk gir størst sikkerhet mot cordbrudd og unormal slitasje. Kontrollér dekkenes lufttrykk minst en gang pr. uke (mens de er kalde). Skift upålitelig ventilinnsats. Bruk alltid ventilhette, og skru den godt til. Hvis lufttrykket på en ring stadig går unor­ malt mye ned, må man se etter om det er smålekkasjer. Reparer slangen straks.

87

Bilens lysanlegg

Det er normalt at lufttrykket i slangen stiger når dekket er kjørt varmt. Slipp aldri ut luft av et varmt dekk for å få trykket ned til det nor­ male. Dette vil bare ytterligere øke varmeut­ viklingen i dekket, og vil gi for lavt trykk når dekket blir kaldt igjen. Et dekk slites dobbelt så fort i sommervarmen som i vinterkulden, kanskje enda mer. Kjorevaner. For noen bilkjørere varer dekkene 15.000 km, for andre 30.000, og for atter andre 50.000 km eller mer. Dette kan for størstedelen føres tilbake til måten bilen kjøres på. «Harehopp»-start, bråstopp, overdreven bruk av brem­ sene, full fart i svinger, hyppig stans i trafikken, alt sammen bidrar til at dekkene slites fort. Husk at slitte dekk er livsfarlige. 1 mm mon-

sterdvbde er

det minimumsmål som tillates.

Mekaniske feil ved bilen kan også være årsak til dekkslitasje. Hjulstillingen kan være feil, eller hjulene kan være ute av balanse. Slitasje kan også skyldes skjev ramme eller bøyd aksel. \ed unormal forhjulsslitasje skal hjulstillingen kon­ trolleres på verksted. For å få jevn slitasje på dekkene kan man i tur og orden la hjulene være reservehjul. De bor flyttes rundt på vognen hver 5000—6000 km. Skiftingen kan foretas diagonalt eller etter et annet system. Kutt og sår i gummien kan ned­ sette dekkets levetid til det halve. Husk at for stramme snokjettinger tærer på banen. Kjettin­ gen skal ha en viss «vandring» på dekket. «Rennesteinskjoring» sliter hardt på gummien.

BILENS LYSANLEGG Motorvogner som registreres her i landet, må være utstyrt med følgende lysanlegg (utdrag fra kjoreforskriftene gjeldende fra 1/1 1970):

a) 2 fjernlys i hovedlyskasterne. Fjernlyset må kunne kaste hvitt eller gult lys på veien slik at denne blir tydelig synbar minst 100 m framover.

b) 2 nærlys. Disse må være slik innrettet at kjøre­ banen belyses minst 40 m framover, og slik at motende trafikk ikke blir blendet c) Baklys, som skal lyse rødt uten å blende, og være synlig på minst 100 m avstand. d) Nummerskiltlys, som skal belyse nummerskil­ tet bak på vognen, slik at dette kan leses i en avstand av minst 40 m. e) 2 stoppsignallys, som lyser opp med en gulrod farge straks man trår på bremsepedalen. f) 2 parkeringslys.

g) 2 retningssignallys foran, minst 2 bak og minst 1 på hver side som gir oransje, blinkende lys. Disse lamper skal også kunne blinke konti­ nuerlig på likt som nodsignallys.

Dessuten kan man ha: søkelys, groftelys, tåkelys, ryggelys, lyshorn, tåkebaklys. Innebelysning og instrumentbrettbelysning er standard på alle biler. Strømmen til alle disse lys kommer fra batte­ riet og dynamoen. Strømmen føres fram til

de respektive lyspærer eller stromforbrukere gjennom ledninger, som vanligvis består av et antall tynne kobbertråder i en isolerende kappe av gummi eller plast, for ledningene kommer fram til sine respektive stromforbrukere, fores de som oftest gjennom en sikringsboks med én eller flere sikringer, smeltestykker som strøm­ men blir ledet igjennom. Ved normalt strømforbruk passerer strømmen gjennom smeltestykket. Skulle strømstyrken av en eller annen grunn bli for stor, vil smeltestyk­ ket straks smelte, slik at strømmen i ledningen brytes og alvorlig skade ikke oppstår. Sikringenes størrelse varierer etter strømforbruket. Det alminnelige er 10 og 15 amp. sikringer. Det er meget viktig at det elektriske anlegg blir ettersett med visse mellomrom. 10% spenningstap gir 30% redusert lysstyrke! Ledningsendene,som bør være loddet, må selvfølgelig være rene og godt festet til kontakten, slik at rystelser i bilen ikke bryter kontakten. Samtidig må ledningen beskyttes mot bensin- og oljedrypp, som øde­ legger isolasjonen temmelig hurtig, og dermed kan forårsake kortslutning.

Lyskastere og pærer I hovedlyskasterne er det bygd inn en blank, buet reflektor. Lyskilden er plasert i brenn­ punktet eller i nærheten av dette. Når man setter en punktformet lyskilde i brennpunktet av en reflektor, vil lysstrålene kastes parallelt ut i

88

Finn Wergeland Orre: Billære

rommet som en samlet strålebunt. Flyttes brenn­ punktet utover, vil strålene spres mer. For billyktenes vedkommende oppnår man denne spredning for en stor del ved at lyskilden, dvs. selve glodetråden i lyspæren, ikke er punktformet, men har en viss utstrekning. De lyspærer som er godkjent her i landet, har 2 glodetråder, fjernlystråden (fig. 93 a) og nærlystråden (fig. 93 b). De kalles skålpærer, fordi det under nærlystråden er plasert en liten skål eller skjerm (c), som hindrer lysstrålene i å gå nedover. De tref­ fer reflektoren i en annen vinkel enn fjernlysstrålene og vil reflek­ teres litt ned­ over. Avblendinzen o foregår fra fører­ setet ved hjelp av en kontakt, som enten kan betjenes med foten eller med hånden. Det er viktig at lyskasterne er justert. Lys­ kaster som kaster lyset for høyt, vil blende ved møting, selv om de er sjaltet over på nærlys (dim). Alle større verksteder har nå moderne optiske eller fotoelektriske innstillingsapparater for jus­ tering av lyskastere. Hver høst, men helst oftere, bør alle bileiere sørge for at lyskasterne blir justert. Lyset skal alltid være i forskriftsmessig stand. Svake eller utbrente pærer må skiftes straks, og andre feil må rettes. Halogenlys Den vesentlige svakhet ved en konvensjonell glødelampe er at det wolfram som fordamper fra glodetråden, kondenseres på innsiden av kolben og gjor denne gradvis mattere, slik at lyset umer­ kelig reduseres. I en halogenlampe har man, ved å tilsette et halogen, klart å få det fordampede wolfram til å

slå seg ned på glodetråden igjen. Den nye lampen kalles dels jodlampe, dels halogenlampe, og man kan også se uttrykket jod-halogen-lampe brukt. Halogen er fellesbetegnelsen for en gruppe stoffer, bl.a. jod og brom. I dag benyttes vesentlig brom til fremstilling av halogenlamper. A irkemåten er, kort fortalt, folgende: Lampen er fylt med normal fyllgass som er til­ satt et halogen. Når lampen er i drift, fordamper wolfram fra glodetråden. Ved temperaturer un­ der ca. 1450° C forbinder wolfram seg med brom til wolframbromid. Forutsetningen er at tempe­ raturen ikke nce sted i lampen er lavere enn 250—300° C. Under sirkulasjonen vil gassen tett ved glode­ tråden oppvarmes over 1500° C, og den spalter seg igjen i wolfram og brom. Wolfram går tilbake til glodetråden, mens brom deltar i det videre kretsløp. Levetiden er ikke uendelig. Wolfram fordam­ per mest fra de varmeste, tynneste partier av tråden, mens nedslaget skjer jevnt over hele tråden. For å holde temperaturen over 250-—300° C på alle punkter i lampen, måtte man redusere kolbens størrelse vesentlig. En glasskolbe tåler ikke disse temperaturer, og man måtte lage kol­ ben av kvarts. Ved en slik liten kolbe lå det nær å øke gasstrykket vesentlig, og på den måten redusere fordampningshastigheten og derved oke levetiden (3 ato til ca. 15-—20 ato). Istedenfor å utnytte disse muligheter til en vesentlig forlengelse av lampens levetid, ble den elektriske belastning okt, slik at halogenlampen avgir 22—25 lm/W, mens en konvensjonell gløde­ lampe avgir ca. 16 lm/W. Man konstaterer at lysmengden ved en halogenlampe er okt med bortimot 100%. Den storste fordel ved halogenlampen er nok likevel at lysutbyttet er konstant gjennom hele lampens levetid. Bruk av halogenlys er nå tillatt i Norge, og slikt lys leveres som standardutstyr på en rekke biler. Ekstra lyskastere med halogen tillates også montert, etter særskilte regler. Kjoring med halo­ genlys gir en atskillig bedre belysning av vei­ banen enn med vanlige pærer, og sikkerheten okes. Asymmetrisk nærlys Kjøring i morke, og særlig blending, har vært årsak til mange ulykker. Ved møting i mørke med avblendede lyskastere er det også store fare­ momenter til stede. Den tid møtingen varer, har

Karosseriet

man følelsen av å kjøre på det uvisse, idet det belyste felt av veien virker — og i mange tilfelle virkelig er — altfor kort. Eksperter har arbeidet med disse problemer i lang tid, og i Vest-Europa har man funnet fram til et nytt og meget brukbart system, asymmetrisk nærlys, som kaster lyset langt framover i høyre side av høyre veibane uten at møtende trafikk sjeneres. (Fig. 94.) Dette har man oppnådd ved å slipe en sektor av begge lyskasterglass på en spe­ siell måte og ved å gjøre en forandring med alen i pæren. Skålen er i venstre side skrådd av i en vinkel som avviker 15° fra horisontalplanet, slik at lyset faller på en del av reflektoren som før var avskjermet. Lyset kastes ut gjennom den spesielt slipte sektor i glasset, og lyskjeglen blir asymmetrisk. Pæren skiller seg fra det vanlige ved at den er laget i ett med holderen. Det er både for å unngå forvekslinger og for å sikre nøyaktig­ het i det optiske system. Glodetråden for nærlys er på 40 W, for fjernlys 45 W.

89

Fig. 94. Asymmetrisk lys. Bildet viser hvordan hoyre del av kjørebanen blir godt belyst uten at motende trafikk blir sjenert.

KAROSSERIET Karosseriet er bilens overbygning. Karosseri­ ene kan inndeles i et stort antall typer. Vi skal kort behandle de alminnelige hovedgrupper. (a) Personbiler. Her skjelnes forst og fremst mellom åpne og lukkede vogner, med fra 2 til 6-—-7 sitteplasser, dessuten en kombinert type, hvor sideveggene blir stående og taket helt eller delvis kan fjernes. Disse typene leveres med både to og fire dorer. (b) Lastevogner, med åpent, stort lasteplan. (c) Varevogner, med lite plan eller lukkede. (d) Kombinerte vogner, med plass både for passasjerer og varer, her også stasjonsvogner.

(e) Busser, enten med solskinnstak eller helt lukkede. Plaseringen av setene varierer mye. (f) Spesialbiler, f. eks. tankbiler, vannbiler, brannbiler, sykevogner etc.

Biler uten ramme De fleste bilfabrikker bygger biler uten vanlig ramme. Karosseriet er selvbærende og utstyrt med sveisede bæreseksjoner for feste av motor, drivverksdeler, fjærer osv. Selvbærende karosserier byr på mange for­ deler. Bl. a. får bilen et lavt tyngdepunkt, vekten

Fig. 96. Tverrsnitt gjennom en personbil. Det går tydelig fram av tegningen at passasjerene sitter mellom forog bakhjulene.

90

Finn Wergeland Orre: Billære

Karosseriets utforming Ved siden av slitestyrke og nødvendig rom for last og personer stilles bl. a. følgende krav til karosseriet: Stor sikkerhet, liten luftmotstand og vekt, minst mulig ømfintlighet overfor sol, regn og skiftende temperaturer, god utsikt til alle sider, pent utseende, gode inn- og utstigningsmuligheter og god lydisolasjon. Det må ha effektiv opp­ varming og ventilasjon. Særlig viktig er det at karosseriet er effektivt beskyttet mot rust. Da det, som vi ser, er en mengde ting å ta hensyn til, kan man ikke si at den ene karosseritype er så og så mye bedre enn den andre. Alle har sine fordeler og ulemper. Ved valg av bil må man ta hensyn til de forhold bilen brukes under og de egenskaper man legger størst vekt på. I flere år har man drevet mye med å utprøve karosserienes form, ved hjelp av forskjellige me­ toder til bedømmelse av motstand, trykkfordeling, hvirveldannelser osv. Fabrikkene har ofte såkalte vindtunneler hvor modeller, som regel også bilen i hel størrelse, blir prøvd idet luft presses mot vognen. Om vedlikehold av karosseriet, se kapitlet nedenfor.

Fig. 97. Popufær framstifling av den motstand karosseriet yter mot luften under fart. Øverst en firkantet plate som presses framover; motstandskoeffsienten er her som eksempel satt til 1,25. For den stromlinjeformede bil ne­ derst er koeffisienten sunket til femtedelen.

reduseres, og man unngår at forbindelser mellom karosseriet og ramme løsner. Selvbærende karosserier er også i stor utstrek­ ning nyttet i busser.

Karosserimaterialene Bilkarosseriene ble til å begynne med som regel laget som en trekonstruksjon, hvor det var festet plater av forskjellig art, jern, kryssfiner, aluminium osv. Trekarosseriene er forlengst for­ trengt av helsveisede stålkarosserier, som kan lages selvbærende, så man slipper ramme (se ovenfor). Plast i forskjellige former brukes i sta­ dig større utstrekning, ikke minst i personbilens interiør,

Bilsikkerhet Det stigende antall trafikkulvkker med uhyg­ gelige tall for drepte, skadede og invalider, har i de senere år tvunget bilfabrikkene til intens forskningsvirksomhet på området bilsikkerhet. Når det gjelder bilens utforming og sikkerheten, betegnes dette som passiv sikkerhet, dvs. sikker­ het mot skader når en ulykke inntreffer. Til en bils passive sikkerhet henregnes alle de sikkerhetsmomenter som gjor seg gjeldende ved elimi­ nasjon eller reduksjon av skader når noe skjer, og man kan også skjelne mellom utvendig og innvendig passiv sikkerhet. Med utvendig sikker­ het menes utforming av frontparti f.eks., slik at dette gir minst mulig skader ved påkjørsler. Med innvendig sikkerhet menes bl.a. en kraftig rammestruktur rundt kupéen og lettere konstruksjon i front og bakpart hvor stotene kan absorberes, — videre detaljer som utforming av ratt og ratt­ stamme, polstring av frontparti i kupéen, hen­ siktsmessig plassering av brytere, håndtak m.v. Det brukes store summer på forskning innen­ for området bilsikkerhet, og det er gledelig at man på de fleste nye biler kan se positive residtater.

Stell og vedlikehold av bilen

91

STELL OG VEDLIKEHOLD AV BILEN Vedlikeholdet begynner straks man får sin nye bil. Det er absolutt nødvendig at bilen får regel­ messig stell og pleie, om den skal kunne yte sitt beste. Driftssikkerhet, trafikksikkerhet og kjoreøkonomi er faktorer som er avhengige av at bil­ eieren sorger for nødvendig stell og ettersyn. Med enhver bil folger en instruksjonsbok med aktuelle data, angivelse av smøremidler, spesifi­ kasjoner vedrørende diverse innstillinger og ju­ steringer m.v. Instruksjonsboken er utarbeidet på grunnlag av fabrikkens erfaringer, og angi­ velsene her bor absolutt folges. En fornuftig bileier forer også en vedlikeholdsjournal, hvor han noterer justeringer, reparasjo­ ner, utskifting av deler osv. Slike notater kan være meget nyttige når bilen trenger verkstedbesøk senere. Til det vedlikehold man selv kan utføre, tren­ ges en del utstyr og verktøy, men hver enkelt må selv finne ut hva han mener han bor anskaffe. Her kan nevnes: vaskeutstyr, feiekost, polérsaker, småverktøy. Fingernemme bileiere kan greie mye små ved­ likehold selv, men det er tabu for andre enn fagfolk å reparere bremser og styring.

Vask og smøring Vask er ofte nødvendig både utvendig og inn­ vendig. Også understell og motor trenger en renselse av og til. Utvendig vask krever rikelig med vann, gode svamper og pusseskinn. A ask fra taket og nedover. Vannstrålen må ikke settes direkte på bilen med kraftig sprut; lakken kan da ta skade av smuss som presses inn. Mildt vaskemiddel kan brukes; syntetiske vaskemidler fjerner etter hvert fettet i vokslaget, og bilen må vokses oftere når slike midler brukes. Voksing og polering beskytter lakken, forlenger dens levetid og får bilen til å se pen ut. Det finnes en mengde gode voks- og polishtyper i handelen. Virkningen bor holde seg 2—3 måneder. Mange vokstvper inneholder silikon. Man må unngå å få voks på vinduene, da det dannes et belegg som er meget vanskelig å få av. Derfor må ikke samme klut brukes til vinduer og lakk. Silikon på glasset kan forsøkes fjernet med white spirit; det finnes også spesialmidler å få kjopt. Blanke deler friskes opp og bevares med kromvoks. Sår og slag i lakken er ikke til å unngå. Man kan selv utbedre sår med litt slipepapir,

grunning og lakk. En fin pensel er nødvendig til dette. Rusten er karosseriets verste fiende, og rusttæring på skjulte steder kan by på meget ube­ hagelige overraskelser — dessuten kan rusten gripe så langt om seg at bilen blir direkte farlig i trafikken. Det er nødvendig med jevnlig antirustbehandling av bilen og regelmessig kontroll av denne. Behandlingen må utfores av et godt anskrevet firma som har fagfolk og det nødvendige utstyr. Det er særlig viktig at alle hulrom behandles. Selv kan man foreta utbedring av rustskader under gulvmatter m. v. ved skraping (borsting) og påføring av rusthindrende maling. Eksospotte og -ror tæres både utenfra og innenfra. Eksoslekkasjer er farlige, og anlegget må kontrolleres særlig ofte og grundig. Litt «småsmoring» av dorhengsler, vinduspusseraksler, panserlåser, stolreguleringsskinner, gasspedalbevegelser osv. er nyttig. Slikt kan man lett klare selv. Det man i dagligtale forstår ved smoresenice, omfatter både oljeskift og understellsmøring. Det er vanskelig å angi noen eksakte tall for smøring og oljeskift: det er de lokale kjoreforhold, biltypen og motortvpen som bestemmer dette. Instruksjonsboken gir anvisninger om smøreog skiftintervaller for oljen, men disse tall ma betraktes som en norm som må modereres skjønns­ messig på basis av de forhold bilen lever under. Man bor overlate smoreservicen til en bensinog servicestasjon. For øvrig skal man peile motoroljen regelmessig og holde øye med eventuelle lekkasjer. Olje på girkasse og differensial må også skiftes, og her kan man mer direkte folge instruksjons­ boken. Regelmessig ettersyn 1. Dekkene. Instruksjonsbokens data om luft­ trykk må folges. Mål alltid lufttrykket når dekkene er kalde. Kontroller med hensyn til sår og sprekker. NB: Skjevtslitte dekk betyr feil ved forstillingen. 2. Batteriet. Etterfvll med destillert vann hvis det er for lite væske på batteriet. Væskestand 1 cm over platene. Se etter at hullene i platene er åpne. Batteriet må sitte godt fast,

Finn Wergeland Orre: Billære

og polene må være rene og innsmurt med fett eller vaselin.

3. Luftfilteret. Motorens luftfilter kontrolleres særlig ofte ved kjøring på støvete grusveier. Det må renses, og olje skiftes ved oljebadfiltere. Innsats skiftes ved torrfilter.

4. Vannlekkasjer oppstår som regel ved slangeforbindelsene mellom radiator og motor, og ved vannpumpen. Gamle slanger sprekker eller sveller innvendig. «Mistenkelige» slan­ ger bor skiftes. 5. Oljelekkasjer oppstår gjerne ved ventildeksler’ mellom veivhus og bunnpanne, ved registerdeksel og oljefilter. Olje fra girkassen kan lekke ut i bakkant ved mellomakselen, fra differensialen gjennom bakakselrøret.

6. Bensinlekkasjer kan oppstå i rorledning mel' lom tank og pumpe, eller i forgasseren hvis nåleventilen ikke holder tett. 7. Eksoslekkasjer kan oppstå ved pakningene mellom motor og grenrør, i lyddemper og utløpsrør. Gir en typisk «piffelyd». Kan være farlige! Må utbedres straks. 8. Bremsevæskelekkasje kan oppstå ved hjulsylindre og slangeforbindelser. Må utbedres straks.

9. Vifterem. Vifteremmen driver dynamo og vannpumpe. Den må være så stram at den bare kan trykkes inn ca. 2 mm mellom de to remskivene. 10. Lysanlegg, elektriske kabler. Bilens lys er vik­ tig for trafikksikkerheten og må kontrolleres regelmessig. Lyskasterne må justeres før

mørketiden setter inn. Ved bilkontroller viser det seg at feil ved Ivset er den hvppigste mangel. Svakt batteri, irrede kontakter, dår­ lig dynamoladning, gamle pærer, belagte reflektorer (må skiftes) kan være feil ved lyset.

11. Bremser. Bremseslangene og rørene (rust) må kontrolleres regelmessig, og defekte de­ taljer straks skiftes.

12. Styring og forstilling. Regelmessig kontroll av alle leddforbindelser, bærearmlagringer, kingbolter, hjullagere. Viktig er også forstillingskontroll og hjulbalansering. 13. Fjærer og støtdempere. Fjærer kontrolleres for brudd. Ved bladfjærer kontrolleres at dragbånd er fast tiltrukket. Støtdempere kontrol­ leres for slitasje. Man undersøker støtdem­ perne ved å huske bilen opp og ned ved hvert hjul. Fortsetter bilen å gynge etter at man har sloppet taket, kan støtdemperen være defekt.

Bilen på verksted Før eller siden blir det nødvendig å sende bilen til verksted p.g.a. feil eller mangler, og det er da viktig at man nøye har avtalt med verkstedet på forhånd hva som skal gjøres og hva arbeidet vil koste, så man slipper ubehagelige overraskelser. Man bør holde seg til ett bestemt verksted, så sant dette er mulig. For øvrig er det sunn praksis å overlate en del av det mer omfattende periodiske ettersyn til verkstedet. Noen fabrikker har spesialverksteder, hvor man «følger» bilen etter hvert som kilometrene går, og bilen etterses etter spesielle skjemaer.

BILTEKNIKK For mange kan det være av interesse å studere den mer «teoretiske side» av bilen, og i det føl­ gende vil vi i korthet gjennom noen enkle for­ klaringer og ved eksempler komme litt inn på de

begreper som kan interessere, nemlig hestekref­ ter, dreiemoment og virkningsgrad, beregning av noen motordata og videre litt om kjøremotstander og oversetningsforhold.

Hestekrefter En maskins ytelse måles i hestekrefter, enten det dreier seg om en forbrenningsmotor, damp­ maskin eller elektromotor. Ser vi på den histor­ iske bakgrunn for hestekrefter som ytelsesmål, må vi tilbake til slutten av det attende århundre, da man i England fikk problemet med å fastsette en enhet for måling av dampmaskinens ytelse.

På den tid bruktes hester til å heise kull opp fra grubene, og man fant da å kunne bruke en hests arbeidsytelse som enhet. Man satte i gang nøy­ aktige målinger og fant ut at en hests gjennom­ snittlige ytelse svarte til 33.000 pund løftet i en høyde på 1 fot i ett minutt. Dette skrives: 33.000 lb/ft pr. min. Omregnet til det metriske

93

Bilteknikk

målesystem blir dette 76,04 kgm/sek., men det blir alltid avrundet til 75 kgm pr. sek. Et arbeid på 75 kgm som utføres i ett sekund, tilsvarer 1 hk. Som vi ser, er den tid som er brukt for å utføre arbeidet tatt i betraktning. Blir f. eks. en vekt på 75 kg løftet opp 2 m, så er det utførte arbeid 75 kg x 2 m = 150 kgm, men det er ikke det samme som ytelse. For at ytelsen skal komme fram, må man ta med den tiden som er brukt til arbeidet. Trengs det 10 sek., blir ytelsen 75 kg x 2 m ,- , . , ---- —f—~------ — lo kgm/sek. 10 sek & 1

For å få dette omregnet til hk, må det divi­ deres med 75 kgm/sek. Man får da: 15 kgm/sek 75 kgm/sek

1 5

For bilmotorer uttrykkes hestekreftene på to måter, enten i indikerte hestekrefter (N,) eller i effektive hestekrefter (Ne). Den indikerte heste­ kraft har bare interesse for motorkonstruktorene. Forutsetningen for beregningen er at man kjen­ ner det midlere arbeidstrykk. Det kan finnes ved hjelp av en indikator, som i et diagram opptegner trykkvariasjonene under alle motorens takter. Ut fra diagrammet kan så det midlere trykk be­ regnes. Formelen for den indikerte ytelse er Ni =

Pmm f• J 1 60 • 75

(ihk)

Pm — midlere arbeidstrykk i sylinderen, kp/cm2 F — stemplets overflate, cm2 1 — slaglengde, m n — turtallet pr. min. i — antall sylindre. m — konstant (2 for firetakts, 1 for totaktsmotor). Den effektive ytelse som blir oppgitt for en bil er enten etter de tyske DIN- eller de amerikanske SAE-normer. DIN-effekt måles ved vanlig innsugnings- og utblåsningssystem, med tilsluttet dynamo, kjølevifte, vannpumpe etc. SAE-effekt måles gjerne ved mer «ribbet» motor og blir som

regel 6—7 hk høyere. (Eks. Volkswagen: DINeffekt — 30 hk/3400. SAE-effekt — 36 hk/3400.) Den effektive hestekraft kalles også bremsehestekraft (bhk), fordi man måler den (ved å bremse) ved hjelp av avbremsingsinnretninger som koples til motoren på provestanden. Målin­ gen kan også utføres med motoren i bilen. Denne kjøres da på tromler som rote­ rer med bakhjul­ ene, og den avbremsede ytelse avleses ved hjelp av bremseinnretninger som står i forbindelse med tromlene. Fig. 98. Måling av bremsehestekrefter, prinsipp.

Skjematisk vises avbremsingen i fig. 98. Man bruker her et vektlastet tau som bremses av svinghjulet. Bremsekraften avleses på fjærvekten. Formelen for den effektive ytelse blir her:

N. = (P~I')6o'.æ

+ t)n

= (bhk)

P — loddenes vekt, kg. p — avlest kraft på fjærvekten, kp. D — svinghjulets diameter, m. t — tauets tykkelse, m. n — motorens turtall pr. min. Mellom den indikerte ytelse og den effektive ytelse må det alltid være et bestemt forhold. Ved å beregne dette forhold får man et mål for hvor mye av den indikerte hestekraft man får som effektiv ytelse. Dette forhold kaller man moto­ rens mekaniske virkningsgrad, som i mekanikken betegnes med den greske bokstav v) (eta), og for­ holdet blir bhk =

Thk

For en vanlig bilmotor er den mekaniske virkningsgrad ca. 0,85.

Dreiemoment Mens hestekrefter er et mål for motorens ytelse, er dreiemomentet et mål for motorens evne til å drive bilen framover. Dreiemomentet

er ikke et begrep hvor tiden kommer inn, det er bare et mål for nyttet kraft, et produkt av kraft og arm.

94

Finn Wergeland Orre: Billære

Et eksempel på dreiemoment har vi når en mann trekker en sveiv. Hvis man må bruke en kraft på 20 kp for å trekke sveiven rundt, og sveivens lengde er 0,3 m, får vi dreiemomentet: Ma = 20 kp x 0,3 m = 6 kpm. Hvis samme kraft nyttes på en arm som er 0,6 m lang, får vi: Md = 20 kp x 0,6 = 12 kpm. Mellom en motors effekt og dens dreiemoment er det et bestemt forhold, gitt i formelen

Md — 716 —- kpm. n — motorturtall. N — bremsehestekrefter.

Minimum er 15,5 kpm ved 4000 omdr./min. Vi ser at ytelseskurven synker etter sitt maksimum ved 4000 omdr./min., bl. a. fordi strømningsmotstanden i ventiler og kanaler blir betydelig. Hvis vi vil regne ut det dreiemoment som overføres til bakakselen, må motorens dreie­ moment multipliseres med bakakselens oversetningsforhold. Er motorens dreiemoment 21 kpm og oversetningsforholdet i bakakselen 6,67 : 1, vil dreiemomentet, uten at drivverkstap er regnet med, på høyeste gir bli: 21 kpm x 6,67 — 140 kpm. Med et tap på 5 %, altså virkningsgrad på 0,95, får vi: 140 kpm x 0,95 = 133 kpm, eller fordelt på hver drivaksel 66,5 kpm. Trekk-kraften ved bakhjulets periferi kan reg­ nes ut når vi kjenner hjulets rulleradius. Er den 42 cm, som tilsvarer dekkdimensjon 6,50 - 20, får vi: 66,5 kpm = 158 kp. 0,42 m

Diagrammet fig. 99 viser kurvene for effekt og dreiemoment for en åttesylindret bilmotor. Vi ser at motorens ytelse er storst ved 4000 omdr./ min., nemlig 89 hk, mens dreiemomentet har sitt maksimum ved 2000 omdr./min., 21 kpm.

Utnyttelse av brennstoffete energi Vi tilfører motoren energi som er kjemisk bun­ det i brennstoffet, og denne energi blir under forbrenningen omsatt til varmeenergi som ved hjelp av stempelet omsettes til mekanisk arbeid. Denne energi overføres gjennom girkasse, dif­ ferensial og drivaksler for den virker på driv­ hjulene og gir bilen fart. Det ideelle ville ha vært om all energien hadde kunnet nyttes fullt ut til drift av bilen, men så vel er det dessverre ikke. Vi har en rekke ganske store tapsposter under­ veis. Bare i eksos- og kjølesystem er tapene hele 68% til sammen. I tillegg kommer tap p.g.a. friksjon i motoren på ca. 7%, så den motoreffekt som kan nyttes til å overvinne rullemotstand, stignings- og luftmotstand og til akselerasjon av bilen, blir bare rundt 25% av den tilførte energi i en bensinmotor med forgasser. — Dieselmoto­ ren har noe mindre tap og utnytter ca. 35% av bremselets varmeenergi.

Beregning av noen motordata Ytelse • Eksempel: Hvor stor er ytelsen Ne i en 6sylindret motor med 2,65 liters slagvolum ved 4500 omdr./min.? Vi går ut fra formelen KT

Vh • Pm • n

Pm — midlere arbeidstrykk, kp/cm2.

n —■ motorturtall ved maks. Ne, omdr./min.

Pm — valgt 6 kp/cm2. Ne

2,65 • 6 • 4500 = 79,5 hk. 900

95

Bilteknikk

Kompresjon • Eksempel: Hvor stort er kompresjonsromniet (kompresjonsvolumet) i samme motor? Vi går ut fra formelen om kompresjonsfor­ holdet : Vk +V9 ’ ~ Vk

Kompresjonsforholdet er 7 : 1. Vs = 2650 cm3, eller pr. sylinder 442 cm3.

vk. e = vk • vs Vk(e-r 1) =VS ir

5s 442 ~ . V. =----- = 74 cm3 pr. syl. K e 4- 1 6

60 3-6

i r 7 m/sek.

,T Wr • v 23 • 16.7 TShjul — 75 — 75

= 5.1 hk

2. Stigriingsmotstanden W, er avhengig av bilens vekt og stigningsvinkelen. Vi får WSs = O O O G • sin a. Sin a settes lik tg a, da det dreier seg om små vinkler, og vi får da forholdet direkte:

i

2

2 •s•n s • n 60 = 30

Kjøreniotstand Samlet kjoremotstand består av: 1. Rullemotstand. 2. Stigningsmotstand. 3. Luftmotstand. 1. Rullemotstanden Wr er avhengig av bilens vekt (G) og rullemotstandstall (f). Wr=G-f(kg) (f) er igjen bestemt av veibanen. Ved godt under­ lag kan (f) settes til en verdi mellom 0.015 og 0.025.

• Eksempel: Hvor stor er rullemotstanden for en bil med totalvekt 1150 kg, og hvor stor må effekten være for å kunne overvinne rullemot­ standen ved en hastighet på 60 km/time?

Valgt rullemotstandstall f = 0,02. Wr = f . G - 0,02 . 1150 = 23 kg. For å beregne effekten brukes den enkle hestekraftformel: N =

V 3-6

W, = G • | (kg) o

Midlere stempelhastighet • Eksempel: Hvor stor er den midlere stempel­ hastighet på nevnte motor? Slaglengden er 88,9 m. Vi går ut fra folgende formel, hvor cm betegner den midlere stempelhastighet: Cm =

Kraften settes lik motstanden, og vi får da:

h — hoyden ved stigningen 1 — lengden o oved ostigningen 3. Luftmotstanden Wi gjor seg forst gjeldende ved store hastigheter og vokser da med hastig­ hetens kvadrat: Wi = 0,0048 • cw • F • V2 (kg) cw — luftmotstandstall avhengig av karosseriform. (Se også fig. 97.) F — flate som beveges loddrett mot vinden, et produkt av sporvidde og vognhøyde, m2. V — hastighet, km/time.

Utvekslingsforholdet i bakakselen Hvis man kjenner utvekslingsforholdet i bak­ akselen, kan man regne ut bilens hastighet ved forskjellige motorturtall på de enkelte gir. • Eksempel: Motoren — og dermed også mellomakselen — roterer med et turtall på 4000 omdr./ min. på direkte gir. Utvekslingsforholdet er 4:1. Da roterer bakhjulene med 1000 omdr./min., dvs. 16,7 omdr./sek. Setter vi rulleradien til 33,5 cm, som tilsvarer dekkdimensjon 6,70 - 15, får vi hastigheten: V — 16,7 • 2k • 0,335 = 35,1 m/sek. = 126 km/t. Med girene kan man variere utvekslingsfor­ holdet. (Det konstante utvekslingsforhold i bak­ akselen er bestemt av antall tenner i kronhjul og pinjong.) • Eksempel: 1. gir har et utvekslingsforhold 3,5:1, bakakselutvekslingen er 4:1. Det gir samlet utveksling 14:1. Med et turtall på 2800 omdr./ min. vil hjulene rotere med 200 omdr./min., dvs. 3,3 omdr./sek. V = 3,3 • 2k • 0,335 = 6,9 m/sek. = 24 km/t.

96

Finn Wergeland Orre: Billære

FRAMTIDENS BILER Ved en bilparade i 1903 uttalte en journalist at den tekniske utvikling på bilområdet var kommet så langt at man neppe kunne vente å nå lenger ... Snart 70 år er gått siden den gang, og alle er vel enige i at utviklingen har vært imponer­ ende — fra de karjol-lignende biler til nåtidens luksusvogner i stål, krom og plast. Men — begynner man nøkternt å vurdere den utvikling som bar foregått i disse år, vil man faktisk komme til at noen epokegjørende eller revolusjonerende forandringer i grunnen ikke har forekommet når det gjelder selve prinsip­ pet i en bils oppbygning. Forbrenningsmotoren med stempler, veivaksel og alle sine kompliserte deler har alltid vært drivkilden for bilen. Kop­ ling, gir og differensial har vært der i alle år. Hestevognens fjærsystem brukes i mange biler i dag som for 60 år siden. Snekkestyringen er av gammel dato. En stor forandring i bilchassiset kom da de hydrauliske bremser ble lansert. Dette moment i utviklingen var så mye mer bemerkelsesverdig som det nettopp hadde betydning for sikker­ heten. Videre har det skjedd en hel rekke forbed­ ringer med bilen i de år som er gått: elektrisk lys og start, uavhengig fiæring, mindre vekt pr. hestekraft, mer driftssikre motorer og dertil en mengde finesser ved karosseriet, slik at kjørekomforten er blitt meget høy. Utviklingen av bilen har imidlertid ikke holdt tritt med utviklingen på flyets område. Ser vi på de 70 år som er gått siden de første flyforsøk ble gjort, og følger utviklingen fram til dagens jetfly og helikoptere, kan man snakke om en eksplosiv utvikling. På den annen side vil de store bilfabrikker i 1970-årene komme med en del nyheter av stor interesse. Mest interessant er uten tvil utviklingen av to nye motortyper: gassturbinmotoren og JF ankelmotoren. Begge disse drivaggregater har etter årelang eksperimentering nå forlatt laboratoriestadiet og er blitt tilbudsvare i bilproduksjonen. Gassturbinen, eller forbrenningsturbinen, synes å passe best for større og tyngre kjøre­ tøyer, og det er også for slike man nå kommer i gang med serieproduksjon.

Forbrenningsturbinen Her skal vi gi en kort beskrivelse av for­

brenningsturbinen (gassturbinen) som Rover har eksperimentert med for personbiler. Aggregatet består i hovedsaken av en sentrifugalkompressor, et forbrenningskammer og en turbin. Kompressorens og turbinens løpehjul er montert på en felles aksel, forbundet med bilens mellomaksel over et reduksjonsgir. Kompres­ soren suger inn ren luft, som komprimeres til et trykk på ca. 4 kp/cm2 og presses inn i forbrenningskamrene, der den blandes med brenn­ stoff, som uavbrutt sprøytes inn gjennom dyser. Brennstoffet er som regel parafin, og blandingen tennes av en tennplugg som bare er i virksomhet ved starten. Forbrenningen, som ligner den som foregår i en loddelampe, gir ingen trykk­ stigning, men fremkaller en meget høy utstrømningshastighet fra forbrenningskamrene. De hete gassene strømmer gjennom et sett stille­ stående ledeskovler til turbinen, og effekten går med til drift av kompressoren og den ut­ gående aksel, som igjen driver bilen.

Roverturbinen har bare ett forbrennings­ kammer, som er foret med en kapsel av varmefast stål. Luften fra kompressoren strømmer dels utenom og dels gjennom kapselen. Slisser i kapselen fremkaller hvirveldannelser, slik at luft og forbrenningsprodukter blandes grundig før inngangen til høytrykksturbinen. Denne roterer ved full fart med 40 000 o/min. Kom­ pressoren kjøres opp i turtall ved hjelp av en elektrisk selvstarter når turbinen skal settes i gang. Ved et turtall på ca. 6 000 o/min. åpnes for brennstofftilførselen, og flammen tennes med en spesiell tennplugg. Ved ca. 10 000 o/min. koples starteren fra automatisk. Hvis man øker brennstofftilførselen, øker turbinens turtall, og dreiemomentet øker til motstanden overvinnes og bilen settes i gang. Da motoren bare inneholder roterende deler, arbeider den nesten uten vibrasjoner. Turbinen krever ingen vannkjøling, og smøreoljeforbruket er minimalt. — Mens turbinmotorer for personbiler ennå må sies å befinne seg på eksperimenteringsstadiet, har man tydeligvis kommet så langt nå for yngre kjøretøyer at resultatene av forskningen blir omsatt i reell produksjon. Både Ford Motor Co., Leyland og andre fabrikker har større turbiner i produksjon, og prinsippet er det samme som i den beskrevne Roverturbin, men med kon­ struktive endringer som er tilpasset formålet.

Framtidens biler

97

Turbinmotoren for tyngre kjøretøyer er beregnet på langdistansekjøring, hvor man utnytter full effekt og derved får et rimelig brennstofforbruk. Ved lavere turtall og vari­ erende belastninger er forbruket relativt høyt.

W ankelm otoren I 1957 var Felix Wankels motor klar for prøvebenken, og denne interessante motor er nå et faktum som drivkilde i en rekke biltyper. Mest kjent er vel NSU type RO, som i et ganske stort antall selges med Wankelmotor. Wankelmotoren har en enkel konstruksjon som skulle gi lav produksjonspris, den har lav vekt og lite plassbehov. Da den ikke som en vanlig motor har frem- og tilbakegående beve­ gelse, blir det vibrasjonsfri gange, og motoren kan gå med høye turtall. De siste typer Wankel­ motor utføres med dobbelt rotor.

Oppbygning og virkemåte Typisk for Wankelmotoren er at den faktisk bare har to bevegelige hovedkomponenter: rotasjonsstempelet og akselen. Sammenlignet med en vanlig stempelmotor er dette ganske enestående, og fig. 101 viser tydelig forskjellen.

Fig. 100. Skjematisk snitt gjennom Rover gassturbinmotor *. (1) Kompressorhus. (2) Luftinntak. (3) Forbren­ ningsrom. (4) Ytre bus. (5) Luftkanal. (6) Ledekappe. (7) Eksosutløp. (8) Turbinhjul. (9) Kompressor. (10) Endeplate. (11) Reduksjonsdrev. (12) Oljetrykkpumpe. (13) Oljefilter. (14) Kraftuttak.

Man har bl.a. forlatt felles aksel for turbinhjul og kompressorhjul, idet et toakslet system har vist seg å være mest gunstig for bildrift. Over­ føringen mellom de to hjul gir myk start og gange, girkassen kan forenkles, og man kan greie seg med færre reduksjonstrinn. Bremseeffekten på Fords «707-turbin» blir oppgitt til 280 hk. Med en bortimot 100 pro­ sents forbrenning får man en nesten giftfri eksos. Man kan bruke forskjellige typer brenn­ stoff, men Ford har satset på vanlig dieselolje. Man regner videre med at motoren vil kunne gå 1 million km uten overhaling. Vektbesparelsen er også vesentlig, idet en turbinmotor bare vil veie halvparten av det en dieselmotor av tilsvarende størrelse ville veie. Lydnivået er behagelig lavt. 7—Teknikk III

Selve motoren består av et vannkjølt hus med et hulrom som begrenses av deksler i begge ender. Tverrsnittet av rommet utgjøres ikke av en sirkel, men har en spesiell form; kurven er utført som en epitrochoide. En triangelformet, hul rotor, som nærmest kan betegnes som Fig. 101. Driwerket i Wankel­ motoren sammenlignet med driwerket i en tolylindret fire­ taktsmotor av vanlig konstruk­ sjon.

98

Finn Wergeland Orre: Billære

1-^ Innsugning

8-10 Kompresjon Tenning

Arbeidstakt (Forbrenning)

Utblåsning

Fig. 102. Wankelmotor ens arbeidsprinsipp. (1-4) Innsug­ ning. (5-7) Kompresjon - tenning. (8-10) Arbeidstakt (for­ brenning). (11-12) Utblåsning.

en skive med tre sirkelbuer, beveger seg i kurvebanen, og under rotasjonen danner det seg mellomrom, kammere, som stadig endrer volum. De tre kanter på rotasjonsstempelet berører i alle stillinger veggen under sine sirklende, planet-aktige bevegelser. Motoren arbeider etter firetaktsprinsippet med de vanlige faser for innsugning, kompresjon, ekspansjon og utblåsning. Da motoren mangler ventiler, er det rotasjonsstempelet selv som styrer fasene på samme måte som i en totaktsmotor. I mellomrommene eller kamrene som dannes, foregår de enkelte faser, og tetningen under rotasjonen skjer ved spesielle radielle og aksielle tetningsanordninger på rotoren. Her er selvsagt et slitasjeforhold, men rotorens arbeidsmåte har redusert dette meget, p.g.a. en gunstig oversetning mellom rotorturtall og motorakselturtall. konstruksjonen betinger at de tre punkter A-B-C

på rotoren (se fig. 101) beskriver en epitrochoidisk bane, og det oppnås på følgende måte: På motorakselen som er opplagret i huset, sitter et eksenter. Rotoren er opplagret på dette ek­ senter. I forhold til huset beveger rotoren seg med Vå av motorakselens og eksenterets vinkel­ hastighet, og alle tre kanter A-B-C beskriver den ønskede bane. I forhold til eksenteret med tre ganger høyere turtall beveges rotoren i samme dreieretning med % av akselens vinkel­ hastighet. Forskjellen i omdreiningstallet mel­ lom aksel og rotor oppnås ved hjelp av to drev, som gir et oversetningsforhold på 3:2. Videre sørger drevene for jevnt anlegg mot kurvebanen så det ikke oppstår kipping. Det store drev med innvendig fortanning er plassert sentrisk i rotoren. Det mindre drev er presset inn i husets endedeksel rundt lagringen for motor­ akselen, og står stille. Ved å studere fig. 102 kan man følge arbeids­ gangen i motoren. Motoren har én kraftimpuls pr. omdreining av motorakselen. Illustrasjonen viser huset med vannkapper, innsugningskanal, utblåsningskanal (svart pil), rotasjonsstempel, tannhjulsoversetning og endring av volumene med indikasjon av de enkelte faser. Blandingen av luft og brennstoff suges inn, og volumet 1, som har sin minste størrelse, øker i 2 og 3. Ved 4 er innsugningstakten slutt, og rotasjonsstempelets hjørne C stenger innsugningsåpningen. Deretter følger kompresjons­ takten, som er uttrykt i volumet 5. Man ser nå bori fra rommet mellom hjørnene A og C, og tar for seg rommet mellom B og A. Kompre­ sjonstakten går videre i 6 og avsluttes i 7. Her tennes blandingen av gnisten fra tennpluggen, og arbeidstakten begynner med 8 og fortsetter i 9 og 10 som vist. Etter arbeidstakten innledes utblåsningstakten ved 10, idet utblåsningskanalen frigjøres av rotorens hjørne C. Ved 11 og 12 skyves eksosen fullstendig ut. Ved 1 begynner prosessen på ny.

Motoren utfører prosessen som en énsylindret totakter eller firesylindret firetakter. Hvor­ dan dreiemomentet utvikles, vises på fig. 103, hvor rotorens stilling tilsvarer stilling I i fig. 102. Eksenteraksen er betegnet med h, motorakselen med i, og de stiplede sirkler c og cl er delesirklene på de to tannhjul. I forhold til huset kan man betrakte rotorens bevegelse som en dreining rundt skjæringspunktet M for trochoide-normalene. I punktet M griper rotorens tannkrans inn i tannhjulet på huset, så rotoren

Framtidens biler

99

Fig. 103. Dreiemomentet i Wankelmotoren. (1-3) Rotorens hjørner. (A-C) Arbeidskammere; A ved kompresjonen, B ved arbeidsslag, C ved ovre dodpunkt. (a) Rotor, (b) Motorhusvegg. (c-d) Delesirkler for de to drev, (e-g) Epitrochoidens normaler, (h) Eksenterakse. (i) Motoraksel. (M) Skjæ­ ringspunkt for trochoide-normalene og berøringspunkt for delesirkler (c) og (d).

dreier seg virkelig om dette punkt, som holdes fast av det sistnevnte drev. Når det i det skraverte rom B, hvor for­ brenningen nettopp har funnet sted, hersker et større trykk enn i rommet A, så dreies roto­ ren med urviseren om punktet M, hvilket gjør en akselomdreining med omsetning over tanndrev og eksenter. Når man dreier akselen i om sin faste akse i urviserretningen, utfører rotoren en dreiebevegelse i samme retning om punktet M, men med tre ganger så liten vinkel­ hastighet, fordi avstanden mellom h og M om­ fatter det tredobbelte av avstanden mellom h og i. Ut fra trykkforskjellen mellom rommene A og B kan man utlede dreiemomentet som opp­ står ved akselen, da rommet C av symmetrigrunner ikke gir noe moment i denne stilling. På samme måte er det mulig å beregne dreie­ momentet for alle stillinger av motoren.

Planetbevegelsen som rotoren utfører, kom­ pliserer kjøleproblemet. Kjøleolje tilføres roto­ ren gjennom den hule motoraksel og ledes bort igjen over stasjonære skovler på motorhuset i en returkanal. Denne oljen smører også aksel og lågere. Smøring ellers foregår som blandingssmøring, og forsøk er gjort med for­ skjellige blandingsforhold (1:50, senere redu­ sert til 1:200). Fremtidig utvikling En ekspert for et større bilkonsern har nylig uttalt om 1970-årenes familiebil:

Fig. 104. Snitt av Wankelmotoren. (1) Motoraksel. (2) Kjølevannstilkopling. (3) Innsugningskanal. (4) Eksosutlop. (5) Svinghjul. (6) Rotor (dreiesteinpel). (7) Svinghjul.

Det blir en fire-fem seter saloon med stål karosseri, akselavstand ca. 2.8 m og totallengde 4.7 m, 1.8 m bredde og 1.2 m høyde. Det blir kombinasjon av saloon/stasjonsvogn som er en populær utførelse, og bilen får fem dører. 1970-årenes bil vil preges av en rekke sik­ kerhetsfaktorer; støtabsorberende front og hekk samt innebygde veltebøyler vil være selvsagte ting. Skjulte vinduspussere, nedfellbare frontIvkter og spesialbehandlet refleksglass blir også med. Tverrstilt motor med forhjulsdrift, bensininnsprøytning, servo-assisterte skivebremser på alle hjul og antiblokkeringsmekanisme for bremsene.

Instrumenter og utstyr på forerplassen På alle biler finnes det en rekke instrumenter, kontrollamper og betjeningsorganer som er nød­ vendige for kjøresikkerheten og for overvåking av forskjellige funksjoner under kjøringen. Speedometer (fartsmåler) er obligatorisk på

100

Finn Wergeland Orre: Billære

alle biler, og likedan bensinmåler. Man finner også på mange biler oljetrykkmåler, kjølevanntermometer og ainpéremeter. De nevnte tre instrumenter er ofte kombinert med varsel­ lamper, eller det finnes bare varsellamper for de driftsfunksjoner man skal holdes under­ rettet om. Videre finnes lysbryter, blinklysbryter, hornbryter, vinduspusserbryter og vindusspyler på alle biler. Noen detaljer skal her kort omtales:

Speedometer Utførelsen av speedometeret kan være for­ skjellig, men virkemåten er lik for de fleste. Rotasjonen fra hjulene overføres enten direkte eller via gearkassen med en wire i en strømpe til speedometeret. En magnet i speedometerhuset dreier med rundt inne i en aluminiumsskål som sitter på en aksel med en skalanål. Magneten fremkaller hvirvelst rømmer i aluminiumsskålen som dreies i samme retning som magneten. En fjær begrenser skålens dreiningsutslag. Speedometernålen slår ut og viser på skalaen hvor fort bilen kjører. I speedometeret er det vanligvis et telleverk som viser hvor langt bilen har kjørt. Bensinmåler En flottør er montert i bensintanken, og den virker på en motstand. Når flottøren beveger seg endres motstanden og dermed strømgjen­ nomgangen. Den er stor ved tom tank og liten ved full. I instrumentet er det to spoler, en «full» spole og en «tom» spole. Når bensin brukes går mere og mere av strømmen som passerer tom-spolen gjennom motstanden istedetfor gjennom full-spolen. Kraftbalansen opp­ heves mellom spolene og nålen slår ut mot tomsiden på skalaen. Ved full tank er motstanden stor og det meste av strømmen passerer fullspolen med nålutslag til full-siden. Det finnes også bensinmålere med timetallsender og -mottager som også påvirkes av tankflottør og kontakt for oppvarming av bimetal­ let, som bøyer seg og påvirker nålen.

Oljetrykkmåler Denne måler arbeider som et direkte mano­ meter eller elektrisk gjennom en membranbryter. I manometeret er det en sirkulær, luk­ ket rørfjær. Fjæren er koblet til motorens smøresystem med en rørledning. Under trykk prøver fjæren å rette seg ut, og den fri ende står via overføring i forbindelse med viseren som viser trykket på en skala. I membranmåleren er det trykk på den ene siden av en membran i en liten boks. Mem­ branen overfører trykkvariasjonene over en arm til en motstand som regulerer viseren på instrumentet.

Temperaturmåler (kjølevannstermometer) Her finner man også mekaniske eller elek­ triske utførelser. En «giver» er plassert i topplokket. Den inneholder en lett fordampbar væske. Fra den lille hylsen med væske fører et tynt rør til instrumentet. Når vannet i motoren blir varmt, går en del av væsken over i dampform, og dam­ pen fyller røret og en hul manometerfjær i instrumentet. Trykket stiger med varmere vann og fjæren bøyes, påvirker nålen og utslaget avleses på skalaen. Vinduspusser Alle personbiler har idag elektriske vinduspussere. På større lastebiler og busser finner man også trykkluftdrevne pussere. Vinduspusserne drives av en elektromotor med en tannhjulsoverføring. Pusserne kan ha én eller to hastigheter. Anlegg med én hastighet gir ca. 60 slag i minuttet, med to hastigheter 50 slag og 70 slag. Overføringen fra motoren skjer via snekke eller tannhjul til et leddarmsystem, som gir den pendlende bevegelse. Pusserbladene av gummi slites etter hvert, og armene bør skiftes fra tid til annen. Standard på alle biler idag er vindusspyler, som enten betjenes direkte eller elektrisk. En pumpe trykker væske ut mot frontglas­ set gjennom en dobbelt dyse.

Klaus Torgård

MOTORSYKKEL, SCOOTER OG MOPED

UTVIK LINGEN.................................................... 103

MOTOREN................................................................ 106 Sammenligning mellom to- og firetakts­ motorer ............................................................. 106 Motorens hoveddeler .......................................... 106 Sylinderen ........................................................... 106 Sylinderlokket (topplokket) ........................ 107 Topp-pakningen ............................................... 107 Stemplet................................................................ 107 Stempelringer (stempelfjærer)..................... 108 Stempelbolten...................................................... 108 Veivstangen......................................................... 108 Veivakselen ......................................................... 108 Vanlige betegnelser og begrep ........................ 109 Boring og slaglengde ...................................... 109 Stempelhastighet ............................................. 109 Kompresjonsforhold ........................................ 109 Ytelse (effekt) .................................................... 110 Vridningsmoment ............................................. 110 Massekrefter. Utbalansering.......................... 111 Forgassere og forgasserkonstruksjoner .... 111 Tenning og forbrenning ...................................... 113 Elektrisk strøm, spenning og motstand . 113 Elektrisk arbeid ............................................... 114

Magnetisme. Induksjon.............. ;.................. Magnettenning ................................................. Kondensator........................................................ Spenningene i tennspolen ............................ Lysanlegg............................................................. Tennpluggen ...................................................... Kjøling og smøring............................................... Filtere og lyddempere ........................................ Luftfilter ............................................................. Bensinfilter ........................................................ Lyddempere........................................................

114 114 115 115 116 116 117 118 118 118 118

KRAFTOVERFØRINGEN — DRIVVERKET......................................................... 119 Koplingen ............................................................... 119 Giret............................................................................. 120 Kraftoverføringen fra gir til bakhjul og fra veivaksel til koplingsaksel............................ 121 Oversetningsforhold............................................... 121 STELLET ............................................................... 122 Rammen.................................................................... 122 Fjæring...................................................................... 122 Bremser .................................................................... 123

UTVIKLINGEN I 1883 fikk tyskeren Gottlieb Daimler tysk patent på en bensinmotor. I 1884 laget han en forholdsvis lett motor på 1/2 hk, og denne bygde han inn i en sykkel. I 1885 provekjorte han denne verdens første motorsykkel, som er vist i fig. 1. Fig. 2 viser oppbygningen av en motorsykkel.

Fig. 2. Oppbygningen av en motorsykkel. (1) Dekk. (2) Felg. (3) Ventil. (4) Eiker. (5) Bremsetrommel. (6) Bremsesko. (7) Bremsewire. (8) Teleskopgaffel. (9) Skjerm. (10) Hovedlys. (11) Park-lys. (12) Tenningsbryter. (13) Speedometer. (14) Horn- og dimkontakt. (15) Koplingshåndtak. (16) Styre. (17) Styrebremse. (18) Styrestamme. (19) Horn. (20) Tanklokk. (21) Bensintank. (22) Bensinsil. (23) Bensinkran. (24) Forgasser. (25) Luftfilter. (26) ITottorkammer. (27) Pumpe. (28) Ramme. (29) Knepute. (30) Tennplugg. (31) Topplokk. (32) Kjoleribber. (33) Stempel. (34) Innsugningsport. (35) Eksosport. (36) Eksosror. (37) Svinghjul. (38) Veivhus. (39) Girpedal. (40) Kopling. (41) Fothviler. (42) Stativ. (43) Kickstarter. (44) Batteri. (45) Fjær. (46) Svingsadel. (47) Svinggaffel. (48) Teleskop-støtdemper. (49) Kjedekasse. (50) Bremsetrommel. (51) Bremsearm. (52) Bremsestrammer. (53) Bremsestag. (54) Lyddemper. (55) Bak- og stopplys. (56) Bakskjerm, bakerste del kan slås opp. (57) Kjedestrammer.

104

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

Fig. 3 Scooter. (1) Spiralfjær ved forhjulets svingarm. (2) Viftekjølt totaktsmo­ tor. (3) Lykt med speedometer. (4) Luftspjeld til forgasser. (5) Verktøykasse. (6) Tanklokk. (7) Håndtak for passasjer. (8) Luftinntaksfilter. (9) Batteri. (10) Girpedal. (11) Kickstarter og frigir-velger. (12) Forgasser. (13) Lager for bakhjulets sving­ arm. (14) Fjærelement med innebygd hy­ draulisk støtdemper.

Fig. 4. Moped. (1) Forhjulsfjær. (2) Svingarm. (3) Svinggaffel. (4) Teleskopfjær. (5) Luftinntak. (6) Forgas­ ser. (7) Speedometerdrev.

Et rontgensnitt av en scooter sees i fig. 3, og fig. 4 viser en moped. Som en vil se av disse bilder, skiller scooteren seg ut med hensyn til oppbyg­ ningen. Fig. 5 viser en interessant racer-motor-

sykkel, og fig. 6 fantomsnitt av NSU’s motor­ sykkel bygd for forsok på å sette hastighetsrekorder. En av de aller nyeste frembringelser på motorsyklenes område er vist i fig. 7.

U tviklingen

105 Fig. 5. Racer-motorsykkel, spesialbygd for løp på 1000 meters rundbane. Sykke­ len tilhørte og ble kjørt av Leif «Basse» Hveem og var nok verdens hurtigste maskin av denne art. Den er 190 cm lang, 120 cm høy og veier 100 kg. Moto­ ren utvikler 60 hk ved 8000 omdr./min. og kan på rett strekning gi sykkelen en fart på ca. 250 km/t. —(1) Dekk, 2,25— 23. (2) Aluminiumfelg. (3) Stromlinjetorpedo. (4) Koplingshåndtak. (5) Gasshåndtak. (6) Drivstofftank (for metyllalkohol). (7) Motor (Norton Manx TT 500 cm3 — Hveem brukte mest JAP). (8) Forgasser. (9) Drivstoffledning. (10) Returlop for olje. (11) Teleskopfjæring bak. (12) Dekk, 3,50—22. (13) Teleskopfjæ­ ring foran. (14) Magnet. (15) Kopling. (16) Fothviler. (17) Oljetank. (18) Drivkjede. (19) Eksosrør.

Fig. 6. Fantomsnitt av motorsykkel, bygd for absolutte hastighetsrekorder. Den 500 cm3 NSU-motoren utviklet 110 hk ved 8400 omdr./min.

Fig. 7. 1972-modell motorsykkel. Fire sylindere, 736 cm3, 67 hk ved 8000 omdr. pr. min. Sykkelen har skivebremser, turteller, selvstarter og ellers elektrisk utstyr og instru­ menter som en moderne velutstyrt bil.

106

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

MOTOREN Forbrenningsmotorer kan etter arbeidsmåten deles inn i to hovedtyper: totaktsmotorer og fire­ taktsmotorer. For lettere motorsykler, scootere og mopeder har man hittil mest brukt énsylindrede totaktsmotorer. Firetaktsmotoren synes imidler­ tid også her stadig å få storre innpass, helt ned til motorer på 50 cm3 sylindervolum. For storre motorsykler og småbiler dominerer firetaktsmo­ toren helt, og ofte med to eller opptil fire sylindere. Fig. 8 og 9 viser snitt gjennom henholdsvis en totaktsmotor og en firetaktsmotor. Når det gjelder oppbygningen og virkemåten for to- og firetakts motorer, vises her til F. W. Orres artikkel «Billære».

Sammenligning mellom to- og firetaktsmotorer Ved samme sylindervolum og omdreiningstall skulle en tro at ytelsen for en totaktsmotor ble dobbelt så stor som for en firetaktsmotor, men det er langt fra tilfelle. For små motorer kan en få høyst 30—40 % storre ytelse enn for en fire­ taktsmotor med tilsvarende volum. For riktig hurtiggående motorer kan en til og med få storre ytelse av en firetaktsmotor enn av en totakts­ motor av samme volum. Dette skyldes vesentlig at spyleprosessen ikke er fullkommen. Det er vanskelig å få ut alle forbrenningsgassene (eksos­ en) samtidig som en del av friskgassen forsvinner sammen med eksosgassen. En totaktsmotor bruker også mere bensin enn en firetaktsmotor med samme ytelse. Totaktsmotoren kan likevel ha sine fordeler som motor for små, lette motorsykler og scoo­ tere fordi den bl. a.

Fig. 8. Snitt gjennom 2-sylindret totaktsmotor.

1) ikke har ventiler med tilhørende knastaksel, register m. m. 2) har et enkelt smøresystem — nemlig ved å blande olje i bensinen. Dette er det enklest mulige smøresystem og samtidig effektivt. 3) er billig i framstilling og vedlikehold. Av mangler kan nevnes: 1) Sterkt forurenset og ubehagelig eksos. 2) Tilsoting av tennplugg og tetning av eksosanlegg. 3) Går dårlig på tomgang. 4) Blir lett overopphetet. 5) Mindre god økonomi.

Motorens hoveddeler Sylinderen Tidligere ble nesten alltid sylinderen utført av støpejern. Også i dag blir dette materiale meget

Fig. 9. Snitt gjennom en 1-sylindret firetaktsmotor.

Motorens hoveddeler

brukt. Støpejern har gode glideegenskaper og egner seg derfor godt til motorsylindere. For luftkjølte motorer blir sylinderen forsynt med kjøleribber. (Fig. 10.1.) Det er viktig at varmen blir ledet bort fra sylinderen og ut i ribbene så fort og effektivt som mulig. Da aluminium leder varmen bedre enn støpejern, er det av flere fabrikker laget bare en tynn foring av støpejern, som settes inn i en lettmetallsylinder. Denne utførelsen er imidlertid nokså kostbar. Overgangen mellom foringen av støpejern og selve sylinderen av aluminium kan i noen grad hindre varmeavledningen. A armeovergangen her avtar også med tiden. Denne utførelsen blir derfor ikke så mye brukt. I den senere tid er det fabrikker som mener de har klart å få en kjemisk forbindelse mellom støpejernforingen og sylinderen av aluminium, og dermed oppnår en varig fullgod varmeavledning. Det er blitt gjort mange forsøk på å lage sylindre av lettmetall. Det er først i den senere tid Ivkkes å få et tilfredsstillende resultat med en hardforkromming av sylinderflaten. En slik sylinder har mange fordeler. Den har lettere for å lede varmen bort fra forbrenningsrommet. Ut­ videlsen ved oppvarming er noenlunde den samme som for et stempel av lett-metall. Ved sterk oppvarming har derfor stemplet ikke så lett for å skjære seg fast når sylinderen er av lettmetall, i motsetning til når den er av støpe­ jern. Stemplet kan også tilpasses med mindre klaring i kald tilstand. Dessuten har en sylinder av lettmetall betydelig mindre vekt enn en til­ svarende støpejernsylinder. Sylindere for totaktsmotorer har kanaler foi innføring av bensin-luft-blandingen og avløp av forbrenningsgasser. Disse kanaler svekker selv­ sagt sylinderen. Videre blir oppvarmingen av sylinderen ujevn — det blir svært varmt rundt eksoskanalen og forholdsvis kaldt ved luftkanalen (spvlekanalen). Denne temperaturfor­ skjellen kan føre til at sylinderen ikke holder seg helt rund og kan også fore til sprekkdannelse. Sylinderlokket (topplokket) Alle totaktsmotorer har topplokk av lett­ metall. (Fig. 10.2.) Fordelen er bl. a. større varmeavledning ved lettmetall enn støpejern. Fire­ taktsmotorer har ofte topplokk av støpejern. Her er i alminnelighet ventilene plasert i topplokket (toppventiler eller hengende ventiler). Topplokk av aluminium må behandles forsik­ tig, f. eks. ikke skrus hardt fast i en skruestikke

107

eller lignende, da aluminium er forholdsvis bløtt og derfor lett deformeres (forandrer formen). En må være svært forsiktig når en skal skru noe ned i en del av aluminium, f. eks. en tenn­ plugg i et aluminium topplokk. Ofte blir det satt inn en stålforing som tenn­ pluggen kan skrues i når topplokket er av alu­ minium.

Topp-pakningen Topp-pakningen (fig. 10.3) kan bestå av en spe­ siell kobber-asbest plate. Særlig tidligere ble slike topp-pakninger meget brukt. En slik pakning iso­ lerer imidlertid nokså godt, så varmeovergangen fra sylinderen til topplokket ikke blir så god. Derfor brukes i dag for totaktsmotorer ofte en aluminiumspakning. For småmotorer brukes ofte ikke noen pakning i det hele tatt. Sylinderen eller topplokket har da en forholdsvis smal tetningskant. Det blir ogsålbrukt pakninger av blott stål. Stemplet Stemplet (fig. 11) i en motor er utsatt for stor påkjenning. Et motorstempel blir meget varmt, og det må tåle trykket av forbrenningen. Stem­ plet må også holde tett mot forbrenningsgassene, samtidig som det skal kunne bevege seg

Fig. 10. Sylinder (1), topplokk (2) og topp-pakning (3).

108

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

Fig. 11. Stempel for totaktsmotor. Merk stempelring-sikringen.

fram og tilbake i sylinderen med stor hastighet. Det stilles derfor store krav til et stempel og hvordan det tilpasses i sylinderen. Stemplene i sykkelmotorer blir i dag laget av en lettmetall-legering med hovedbestanddel alu­ minium. Derfor blir også disse lettmetallstempler i alminnelighet kalt aluminiumstempler. Fordelene ved lettmetallstempler fremfor stem­ pler av stopejern er at de har mindre vekt og storre varmeledningsevne. En mangel ved slike stempler er deres store varmeutvidelse. Dette kan særlig by på vansker med sylindre av stope­ jern. Stemplene får da et forholdsvis stort spille­ rom når motoren er kald. Stempelringer (stempelfjærer) For at stemplet skal holde tett i sylinderen og samtidig kunne gli lett fram og tilbake, nytter man en tetning i form av fjærende ringer, som blir lagt i riller på stemplet. Materialet i disse stempelringene er finkornet grått støpejern. Den øverste ringen kan være forkrommet, da det har vist seg at dette kan bidra til mindre slitasje av sylinderen. For små totaktsmotorer blir det i alminnelighet brukt to stempelringer, for firetaktsmotorer minst 3 ringer, og av disse er den nederste en oljering, som har til oppgave å hindre overskuddssmøreolje å trenge opp i forbrenningsrommet. Stempelringene må passe godt i rillene på stemp­ let. For totaktsmotorer, som har kanaler i sylin­ deren, må stempelringene hindres i å rotere, så ikke ringåpningene kan komme over en kanal i sylinderen. En liten stift i stemplet holder ringen på plass (fig. 12). Ringene på et stempel ordnes slik at åpningene ikke kommer rett over hverandre. For firetaktsmotorer med stående sylindre kan en ha stempelringene «flytende». For liggende sy­ lindre bor likevel ringene sikres, da en ellers (på grunn av tyngdekraften) kan risikere at ringene innstiller seg med åpningen opp og at en da kan få direkte gjennomgang av forbrenningsgasser.

Fig. 12. Sikring av stempelring.

Fig. 13. Sikring av stempelbolt med Seeger-ring.

Stempelbolten blir utført hul, altså som et rør. På den måten får den stor anleggsflate og liten vekt. Den er settherdet og slipt og blir i alminnelighet holdt på plass med sikringsringer (fig. 13).

Veivstangen Stemplet er forbundet med veivakselen gjen­ nom veivstangen (råden). Den er festet til stemp­ let med stempelbolten. Veivlageret er i almin­ nelighet et rullelager. Veivstangen er oftest ut­ ført av senkesmidd stål; men den kan også være av lettmetall. Veivakselen Sammen med veivstangen omsetter veivakse­ len en fram- og tilbakegående bevegelse av

Fig. 14. Veivstang og veivaksel. (1) Veivstang. (2) Kule­ lager. (3) Ruller — veivlager. (4) Veivtapp. (5) Motvekter.

109

Vanlige betegnelser og begrep

stemplet til en roterende bevegelse. Veivakselen er på hver side i alminnelighet opplagret i to kulelagre. For å få en noenlunde jevn gang på moto­ ren, må den ha et svinghjul. På småmotorer er det

magneten som er utformet slik at den gjør tjene­ ste som svinghjul — såkalt svinghjulsmagnet. Fig. 14 viser veivstang og veivaksel.

Vanlige betegnelser og begrep Boring og slaglengde Det som i daglig tale blir kalt en motors boring, er ikke annet enn den innvendige diameter av sylinderen. Den vei stemplet tilbakelegger fra øvre til nedre dødpunkt (eller fra nedre til øvre) kaller vi slaglengden eller slaget (fig. 15).

Sylindervolumet (også kalt slagvolumet) er det volum som stemplet frigjør når det går fra øvre til nedre dødpunkt. Sylindervolumet for mopedmotorer ligger i alminnelighet en liten tanke under 50 cm3, da 50 cm3 er den øverste grensen for å bli godkjent som moped. For motorsykler er volumet ca. 100 cm3 opp til 500 cm3. Det er forholdsvis få motorsykler som har større volum enn 500 cm3. For scootere er volumet fra 120 cm3 til 200 cm3 — i enkelte tilfelle noe større. Sylindervolumet er -4 B > lett å regne ut når en kjenner sylinderdiameteren og slaglengden. Det er sylinderdiameteren ganger sylinderdiameteren ganger ganger slaglengden. Kaller vi sylinder dia­ meteren d, slaglengden s og sylindervolumet V, får vi: V = ~ • d2 • s. 4

Hvis vi i denne for­ melen setter inn syFig. 15. Sylinder- og komlinderdiameteren og presjonsvolum for firetakts­ slaglengden i cm, får vi motor. sylindervolumet i cm3. Vi kan ta som eksempel en Puch scooter med sylinderdiameter 52 mm og slaglengde 57 mm, så blir volumet:

V Puch =

4

• 5,22 • 5,7 =

4

• 5,2 • 5,2 • 5,7

— 120,99 cm3. En Sachs mopedmotor har sylinderdiameter på 38 mm og slaglengde på 42 mm. Volumet blir da: V Sachs =

• 3,82 • 4,2 = 47,61 cm3.

Som vi ser, er sylindervolumet et uttrykk for størrelsen av motoren og indirekte også for ytelsen. Stempelhastighet Ved én omdreining av motoren går stemplet én gang ned og én gang opp i sylinderen, altså en vei 2 s (2 X slaglengden). Gjor motoren n om­ dreininger i minuttet, går stemplet 2 • s • n meter i minuttet, dersom s regnes i meter. Divi­ derer vi med 60, får vi hvor langt stemplet i middel går i et sekund. Kaller vi den midlere stempelhastighet for cm, kan vi sette det hele . p , 2•s•n s • n , , opp i formelen: cm = —™ m/sek.

Ov

Ov

Vi tar en mopedmotor (Sachs) med slaglengde 42 mm, altså 0,042 m. Ved 6000 omdreininger, som er et høyt turtall, blir den midlere stempel­ hastighet: s-n 0,042-6000 o , , , c“ = 30 = 30------ = 84 ”/Sek

Tar vi en 350 cm3 DKW, har denne en slag­ lengde på 85 mm og hastighet på 4000 omdrei­ ninger pr. min. Den midlere stempelhastighet for denne motor blir: s-n 0,085-4000 11,33 m/sek. c, 30 30

Den midlere stempelhastighet for litt større motorer — eksempelvis bilmotorer — ligger gjerne omkring 10—12 m/sek. ved maksimalt turtall — for racermotorer betydelig høyere. Stempelhastigheten kan gi et bedre uttrykk for påkjenningen på motoren enn turtallet. Som vi ser, har en mopedmotor, på tross av stort turtall, forholdsvis liten stempelhastighet. Kompresjonsforhold Når stemplet står i øvre dødpunkt, altså så langt inne i sylinderen som det går, er det et lite rom igjen over stemplet. Dette rom kalles kompresjonsvolumet (eller forbrenningsrommet). Når stemplet beveger seg fra øvre til nedre dødpunkt, frigjør det et volum som vi kalte for sylinder­ volumet. Det totale volum vi har over stemplet når dette står i nedre dødpunkt, er da sylinder­ volumet + kompresjonsvolumet. Hvis vi tar

110

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

dette volum og dividerer med kompresjonsvolumet, får vi det tall vi kaller kompresjonsforholdet. Dette tallet angir altså hvor høyt motoren er komprimert, som vi sier. Er kompresjonsvolumet for en motor lite i forhold til sylindervolumet, får vi et høyt kom­ presjonsforhold. Vi kan sette det hele opp i en formel. Kaller vi sylindervolumet Vs, kompressjonsvolumet Vk, og kompresjonsforholdet e

(det greske bokstav «epsilon»), får vi s = Egentlig gjelder denne formel bare for fire­ taktsmotorer. I en totaktsmotor begynner kom­ primeringen av bensin-luftblandingen først etter at stemplet dekker for eksoskanalen i sylinderen. I stedet for å regne det fulle slagvolum (sylinder­ volum) V8, må en her regne med det virksomme slagvolum, V8’, slik som vist i figur 16. Med høyt kompresjons­ forhold kan en få større ytelse og bedre virknings­ grad for en motor. Er kompresjonen for høy, får enselvtenningogbankingi motoren og unormalt høye trykk. Utformingen av forbrenningsrommet, ef­ fektiviteten av varmeavledninm n for de deler som blir varmest, bensinkvaliteten en forutsetter brukt Fig. 16. Sylinder- og og flere andre tekniske kompresjonsvolum for forhold, virker inn på hvor totaktsmotor. høyt en kan gå med kom­ presjonen. I en firetaktsmotor kan en i almin­ nelighet gå høyere opp med kompresjonen enn i en totaktsmotor, bl. a. fordi en firetakts­ motor kan få bedre og jevnere kjøling av forbren­ ningsrommet.

vs

Ytelse (effekt) Med mekanisk arbeid mener vi produktet «kraft ganger vei». Har en mann løftet en vekt på 1 kp (kraften) en høyde på 1 m (veien), sier vi han har utfort et arbeid på 1 «kilopondmeter» (kpm), som er en enhet for mekanisk arbeid. Har han løftet f. eks. 10 kp en høyde på 2 m, har han utført et arbeid på 10 • 2 = 20 kpm. Vi har her ikke tatt hensyn til tiden han bruker. Vil vi be­ dømme hvor god mannen er til å arbeide, med andre ord gi et uttrykk for hans yteevne eller effektivitet, må vi ha greie på hvor lang tid han har brukt. Dividerer vi arbeidet han har utført

med den tiden han har brukt, får vi det arbeid han har utført pr. tidsenhet. Dette uttrykk kalles for ytelse eller effekt. Arbeidet måles i kpm, og tiden i sekunder. Effekten blir da:

Effekt =

utfort arbeid brukt tid

kpm sek

Enheten 1 kpm pr. sek. er litt liten enhet for praktisk bruk i teknikken. En har derfor innført uttrykket «1 hestekraft» (1 hk) som er 75 kpm/ sek. som enhet for ytelse eller effekt. Dette kalles en metrisk hestekraft. I England er enheten for arbeid footpound. Da 1 foot (ft) er 0,305 m og 1 pound (lb) er 0,4536 kg, tilsvarer et footpound: 0,305 • 0,4536 = 0,1383 kpm.

1 kpm = ---- = 7,23 ft. Ibs. v, 1003

1 hk — 7,23 • 75 = 542 ft. Ibs. pr. sek.

En engelsk (amerikansk) hestekraft forkortes BHP (brake horse-power) er litt større enn en metrisk hestekraft, nemlig 550 ft.lbs. pr. sek. Dette tilsvarer at eksempelvis 10 hk er lik 9,86 BHP. Vridningsmoment Hvis man på en tråsykkel med en lengde på pedalarmen på f. eks. 18 cm (0,18 m) trår rett ned på pedalen med en kraft på 30 kp når pedalarmen er vannrett, får vi et vridningsmomen t på 30 X 0,18 = 5,4 kpm. I spesifikasjoner over motorer ser vi ofte opp­ gitt det maksimale vridningsmoment, og da ved et bestemt turtall på motoren, som alltid ligger betydelig under det maksimale turtall, ofte på omtrent det halve. Måler vi, f. eks. med en bremseinnretning, vridningsmomentet — Md — for en motor ved et bestemt turtall, finner vi ytel­ sen etter formelen: „ Md n N = ytelsen (effekten) i hk 716 n = turtallet, og 716 en konstant Omvendt kan vi finne vridningsmomentet når vi kjenner ytelsen og turtallet:

Md = 716 • N n I engelsk litteratur blir vridningsmomentet (eng. torque) angitt i footpound, i alminnelighet skrevet lb./ft. Vi har tidligere regnet ut at 1 lb/ft er lik 0,1383 kpm (eller ca. 0,14 kpm). Har vi en engelsk motor med oppgitt vridnings­ moment f. eks. 30 lb./ft, tilsvarer dette: 30 X 0,1383 = 4,15 kpm.

Forgassere og forgasserkonstruksjoner

Massekrefter. Utbalansering Når stemplet beveger seg opp og ned i sylin­ deren, må det stå stille et øyeblikk idet bevegel­ sesretningen skifter. Når stemplet på grunn av forbrenningen presses nedover med stor kraft og hastighet, ville det ha fortsatt i sin bevegelses­ retning dersom det ikke gjennom veivstangen var forbundet til veivakselen. Den kraft (beve­ gelsesenergi) som stemplet har nedover, må over­ vinnes for det tvinges oppover igjen. Den kraf­ ten som stemplet (og veivstangen) på grunn av sin motvilje mot å forandre bevegelsesretning og hastighet trykker på veivtappen med, blir kalt

Hl

massekraft. Slike massekrefter er større jo tyngre stemplet er og jo større omdreiningstall motoren har. Det er derfor viktig at de deler som beveger seg fram og tilbake i en motor er så lette som mulig. Dette gjelder da først og fremst stempel med stempelbolt og i noen grad også veivstangen. For å motvirke massekreftene fra stempel og veivstang, blir det anbrakt motvekter på veiv­ akselen. Disse frambringer massekrefter i motsatt retning av kreftene fra stemplet og veivstangen, slik at disse søker å oppheve hverandre. Helt kan imidlertid denne kraften ikke bli utbalansert i en 1-sylindret motor.

Forgassere og forgasserkonstruksjoner Skal det brenne i en ovn, må det luft til. Like­ dan må det luft til for at bensin skal brenne. For­ gasserens oppgave er å blande bensin med luft i så riktig forhold som mulig under alle de for­ skjellige variasjoner av belastning og turtall som en sykkelmotor kan bli utsatt for. Dette er en vanskelig oppgave, og en moderne forgasser er temmelig komplisert. Men prinsippet er nokså enkelt, og dette framgår av fig. 17, som skjem­ atisk viser en forgasser. Bensin tilføres flottørkammeret gjennom et ror fra tanken, som ligger høyere enn forgasseren. I flottørkammeret er det en flottør, som har til oppgave å holde konstant bensinnivå i flottorkammeret, og dermed i sprederen. Sprederåpningen må ligge litt høyere enn bensinnivået i flottørkammeret, for ellers vil bensin renne ut gjennom sprederen når motoren står stille. Når motoren går, suger den inn luft som stry­ ker forbi sprederåpningen og river med seg bensin. Det samme prinsippet har man i en

parfymeforstover eller i en insektsproyte. (Egent­ lig får en, på grunn av større lufthastighet forbi sprederåpningen, undertrykk i forhold til atmosfæretrykket i flottørkammeret. Det er denne trykkforskjellen som driver bensinen ut gjennom sprederåpningen.) Den enkle sprederforgasseren som er vist skjematisk i figur 17, vil ikke være brukbar i praksis. Vi ser bl. a. at når gass-spjeldet trekkes opp, altså gir mer gass, vil gjennomstromnings-

Fig. 18. Nåldyse-forgasserens virkemåte, skjematisk. (1) Bensintilførsel. (2) Dyse (også kalt stråleror»).(3) Nål. (4) Hull for innstilling av nål.

Fig. 17. Forgasser, prinsippskisse.

112

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

Fig. 19. Skjematisk snitt gjennom nåldyse-forgasser. (1) Tipper. (2) Nippe] for bensinrør. (3) Flottørventil. (4) Flottør. (5) Boring fra flottørhus til dysekammer. (6) Dysekammer. (7) Dyseåpning. (8) Dyse. (9) Gass-spjeld. (10) Gasswire. (11) Nål. (12) Nålfeste.

Fig. 20. Skjematisk snitt gjennom for­ gasser med luftfortynning i sprederen. (1) Forgasserhus. (2) Lokk. (3) Stilleskrue for bowdentrekk. (4) Mutter. (5) Luftboring. (6) Gass-spjeld. (7) Fjær. (8) Dyse. (9) Tetteskrue. (10) Hoved­ dyse. (11) Nippel for bensinrør. (12) Pakning. (13) Sil. (14) Tipper. (15) Fjær. (16) Skrue. (17) Flottørkammer. (18) Flottør. (19) Flottørventil. (20) Lagring for flottør. (21) Pakning. (22) Festeskrue. (23) Luftfilter. (24) Festeskrue. (25) Pakning.

åpningen for luften rundt sprederåpningen bli større, altså lufthastigheten mindre. Dermed kommer mindre bensin gjennom sprederen i stedet for at vi trenger mer bensin til den økede luftmengden. For å kunne regulere bensin mengden i forhold til luftmengden, har man festet en konisk reguleringsnål til gass-spjeldet. På figur 18 ser vi skjematisk gass-spjeldet med den koniske nålen (3) som følger med gassspjeldets bevegelser opp og ned. Nålen er festet slik i gass-spjeldet at den kan flyttes trinnvis opp eller ned. På den måten får motoren mer, respek­ tive mindre, bensin ved samme stilling av gassspjeldet. Når gass-spjeldet er helt åpent, kan motoren suge inn mer luft. Men da er også den koniske nålen trukket lengre ut av sprederen, så den del av nålen som er i sprederåpningen, er yntnere. Dermed får motoren tilsvarende mer bensin. I alminnelighet begrenses nå bensinmengden av hoveddysen. Når motoren går på tomgang, er gass-spjeldet lukket, så det bare er en liten spalte for luftgjennomgang. Motoren kan da ikke suge bensin gjennom hovedsprederen. Forgasseren blir derfor utstyrt med en egen tomgangsdyse. Bensin­ mengden gjennom tomgangsdysen kan reguleres med en nålformet skrue, som kan skrus mer eller mindre inn i tomgangsdysen. Dermed reguleres bensinmengden. Det er også forgassere hvor vi regulerer lufttilførselen til en tomgangsdyse i ste­ det for bensinmengden. Mye luft — lite bensin,

Tenning og forbrenning

lite luft — mye bensin. Forgassere for svært små motorer, eksempelvis mopedmotorer, har i al­ minnelighet ikke noen tomgangsdyse. Foruten denne type forgassere, som regulerer bensinmengden ved en konisk nål — vi kunne kalle dem «nåldyseforgassere» (fig. 18 og 19) — finnes det typer der bensinmengden reguleres med luftfortynning i sprederen. Fig. 20 viser skjematisk en slik forgasser. Bensin fra flottørkammeret fyller rommet rundt hoveddysen 10, som har hull, så bensinen kommer inn i dyseboringen. Når motoren går og suger luft gjen­ nom luftfilteret 23 forbi gass-spjeldet 6, suges det også inn bensin gjennom dysen. Men sam­ tidig som det suges bensin gjennom dysen, suges det luft gjennom hullet 5, og på den måten «fortynnes» bensinen med luft. Rom­ met over gass-spjeldet står nemlig i direkte forbindelse med luftinntaket. Mellom dysen og gass-spjeldet er et kjegleformet rom. Når gass-spjeldet loftes — det gis mer gass — kom­ mer boringen 5 ned i det kjegleformede ringrommet. En får da større undertrykk rundt åpningen 5, slik at mindre luft kan suges inn, og «fortynne» bensinen. På den måten får vi tilpasset bensinmengden gjennom dyseåpningen alt etter belastningen. Denne type forgassere blir i alminnelighet bare brukt for mindre motorer,

113

bl. a. er det mopedmotorer som har forgassere av denne type, eksempelvis Pallasforgasseren. De fleste forgassere har en liten knapp som en kan trykke på for å fylle mere bensin i flottør­ kammeret ved start av motoren. På den måten får motoren rikere blanding. Hold knappen rolig nede i de få sekunder som er nødvendig for å fylle flottørkammeret. Man må ikke «hamre» med knappen. Det kan skade flottøren og nålventilen. Ved alle motorsykler ligger tanken høyere enn motoren, slik at bensinen av seg selv renner fra tanken til forgasseren. Særlig om vinteren kan en være utsatt for å få vann i bensinen. Dette kommer av at når fuktig luft kommer i berøring med en kald gjenstand, eksempelvis bensintanken, kondenseres noe av fuktigheten og danner vanndråper. Da det er luft i den del av tanken som ikke er fylt med bensin, kan det her kondenseres vanndamp fra luften, og vanndråper renner ned i bensinen. Da vann er tyngre enn bensin, og vann og bensin ikke blan­ der seg, vil vannet synke til bunns. Foruten at vannet fra tanken kommer ned i forgasseren og bl. a. kan vanskeliggjøre start av motoren, vil det også kunne forårsake rustdannelse i tanken. Om vinteren er det en fordel til enhver tid å holde tanken så godt fylt som mulig, så det blir minst mulig luftrom igjen over bensinen.

Tenning og forbrenning Tenningen av bensin-luft-blandingen inne i sylinderen skjer ved en elektrisk gnist. Denne gnisten må hver gang komme ved en bestemt stilling av stemplet. For en hurtiggående totakter kan det bli opptil 100 gnister i sekundet, og det må være nøyaktig like lang tid mellom hver gnist. Vi skjønner derfor at det stilles svært store krav til tenningsutstyret for en motor. Det er da også i dette utstyr det har lettest for å oppstå feil. Slike feil kan det ofte være vanskelig å finne.

Elektrisk strøm, spenning og motstand For at en skal kunne forstå hva som foregår i tenningsanlegget for en motor, må en ha litt kjennskap til begrep som magnetisme, induksjon og elektrisk strøm. For å få en elektrisk strøm gjennom en ledning, må det være en elektrisk spenningsforskjell til stede som driver strømmen gjennom ledningen. Vi kan sammenligne dette med en vannledning. Vannbassenget må ligge høyere enn tappestedet. Den spenningen som driver strømmen gjennom 8— Teknikk III

en ledning måler vi i volt (V), akkurat som vi kan måle vanntrykk i kp pr. cm2. Ved høy spenning — mange volt — får vi mye strøm gjennom led­ ningen. Strømmen møter en viss motstand i en ledning, og denne motstanden er større i en ledning med lite tverrsnitt enn i en med stort tverrsnitt. Mot­ standen i en elektrisk ledning vokser også med lengden. En kan også her tenke på sammenlig­ ningen med en vannledning. I et trangt og langt vannrør er det større motstand enn i et stort, kort rør. Den elektriske motstanden måles i ohm (skri­ ves med den greske bokstav omega: Q). Mot­ standen i en elektrisk ledning er avhengig av det materiale ledningen er laget av. Et materiale som yter liten motstand, eksempelvis kobber, sier vi er en god leder. Andre stoffer har så liten led­ ningsevne at vi regner dem som ikke ledende, eksempelvis gummi. Den strømmengde som går gjennom en led­ ning, måler vi i ampere (A), på tilsvarende måte som vi måler vannmengden gjennom et rør i liter

114

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

pr. sek. Kaller vi strømstyrken I, spenningen og motstanden R, har vi: Spenningen eller I = H Strømstyrken = K Motstanden

u

Elektrisk arbeid Når en strøm går gjennom en ledning med en viss motstand, har strømmen en elektrisk ef­ fekt som er lik produktet av spenning og strøm­ styrke. Denne effekt måles i watt (W). Kaller vi effekten P, har vi: Effekt = spenningen X strømstyrken, eller P = U . I. Vi kan nå stille oss spørsmålet: Hvor mye strøm i ampere tar en 15 watt 6 volt lampe? Vi har: P

linjene fra magneten «skjærer» viklingene i spolen. Dette fenomen kalles magneto-elektrisk induksjon eller bare induksjon. Det er denne in­ duksjon som danner grunnlaget for elektriske generatorer, elektriske motorer og de såkalte magneter for forbrenningsmotorer. Vi oppnår den samme virkning — induksjon — om vi i stedet for en permanent magnet nytter en spole som det går strøm i. Vi får også utslag av magnetnålen om vi forandrer på strømstyrken i stedet for å bevege den ene spolen i forhold til den andre. Ved å legge en kjerne av bløtt jern inni den spolen det går strøm i, samles kraft­ linjene bedre, og vi har laget det vi kaller en elektromagnet.

1S

P = U • I, det vil si: I = u = y = 2,6 ampere. For at strømmen skal gå gjennom en ledning, må den være en del av en såkalt lukket stromkrets. Vi sier at strømmen går fra strømkildens positive pol, gjennom den ytre strømkretsen og tilbake til strømkildens negative pol. (Egentlig går strømmen fra den negative pol til den posi­ tive). Når det er bare én ledning fram til eksem­ pelvis en lampe, så er det selve sykkelen, ram­ men, motoren osv. som danner tilbakeledningen.

Magnetisme. Induksjon Elektrisitet og magnetisme er meget nær be­ slektede fenomener. Ved hjelp av elektrisk strøm kan en få magnetisme, og omvendt kan en ved hjelp av magnetisme få elektrisk strøm. Tar vi en alminnelig stavmagnet, vet vi at vi har et såkalt magnetisk felt rundt magneten (fig. 21). Tar vi en slik magnet og fører den inn i en spole, vil vi få en elektrisk strøm i spolen. Vi konstaterer Fig. 21. Magnetfelt om­ kring en stavmagnet. dette ved å kople inn et amperemeter (se fig. 22). Trekker vi magneten ut av spolen, slår ampere­ meteret ut til den andre siden, dvs. strømmen har skiftet retning. Strømmen opphører så snart beve­ gelsen stanser. Vi får den samme virkning om vi beveger spolen i stedet for magneten. Årsaken til at vi får Fig. 22. Induksjon, strøm i spolen, er at kraft­ prinsippskisse.

Magnettenning Fig. 23 viser skjematisk kraftlinjene i en mag­ net. Kraftlinjene går fra nordpolen gjennom jernkjernen i ankeret til sydpolen. Jernkjernen for­ søker å holde kraftlinjene mest mulig samlet. Rundt jernkjernen er det lagt en spole av for­ holdsvis tykk ledningstråd (vanlig 0,3 — 0,5 mm) og med ikke så mange viklinger, eksempelvis et par hundre. Utenpå denne er viklet en ledning av svært tynn tråd, med flere tusen viklinger. Strøm av vekslende spenning i spolen med få viklinger vil indusere en strøm i spolen med mange viklin­ ger, og da spenningen blir i forhold til antallet viklinger, får vi i den andre spolen strøm av meget høy spenning. I stilling I skjærer ikke kraftlinjene noen av ankerets viklinger. Vi kan se dette skjematisk i fig. 24, der vi har vist en enkel vikling i en stilling som svarer til I. Vi ser at viklingen her ikke skjærer noen av kraft­ linjene, altså ingen strøm blir indusert. Kraftlinjene forsøker mest mulig å gå gjennom jernkjernen i ankeret, selv om det dreier seg ut av feltet, slik som i stillingen II. Når ankeret

Tenning og forbrenning

dreies videre, veksler kraftlinjene retning i jernkjernen — stilling III. De fleste kraft­ linjer skjærer anker­ viklingene i det øye­ blikk denne retningsvekslingen foregår, og vi får da indusert den største strømstyrken i ankerviklingene. I dette øyeblikk bryter man primærstrømmen. I _. n. „ , , .... f i ... . Fig. 24. En enkel vikling i et bryterøyeblikket oppmagnetisk kraftfelt. står i primærviklingene en ekstra spenning som forsterker den induserte spenning og gir i sekundærviklingen et kraftig strømstøt, så det kan slå en gnist over i tenn­ pluggen. Den stilling av ankeret i forbold til magneten som en får indusert den høyeste spen­ ning, blir angitt med avstanden mellom spissen av magnetens og ankerets polsko. Denne kan vi kalle «avbryteravstanden». Som oftest blir imidlertid den tyske betegnelsen «abriss» brukt. For svingbjulsmagneter varierer abriss fra 5 til 12 mm, avhengig av magnettypen. Abriss blir oppgitt for de enkelte magnettyper. Fig. 25 viser skjematisk virkemåten for en svinghjulsmagnet og betegnelsen på de enkelte deler. Begynnelsen av primærviklingen er loddet fast til jernkjernen, og begynnelsen av sekundærvik­ lingen er loddet fast til slutten av primærviklin­ gen. En transformator som er koplet på denne måten, er hva man kaller sparekoplet. Endeflatene på magnetene må være helt plane og falle nøyaktig sammen med endeflatene på polskoene, så det ikke her blir noen isolerende luftspalt imellom. Både jernkjernen i ankeret og polskoene er satt sammen av forholdsvis tynne blikkplater — såkalt dynamoblikk. Dette er gjort for mest mulig å unngå noe som heter hvirvelstrømmer, som virker forstyrrende på det kraftfelt vi ønsker å ha.

Kondensator Når vi slår av en elektrisk bryter, kan vi se det gnistrer dersom vi ser kontaktpunktene. Strøm­ men forsøker liksom å fortsette etterat den er brutt. Da slike gnister både ville brenne ut kon­ taktpunktene i avbrytermekanismen og forår­ sake upresis tenning, har vi den lille geniale inn­ retningen som vi kaller en kondensator. Kon-

115

Fig. 25. Virkemåten for svinghjulsmagnet og lysanlegg, vist skjematisk. (1) Kondensator. (2) Baklys. (3) Lysbryter. (4) Dimbryter. (5) Nærlys. (6) Fjernlys. (7) Lysspole. (8) Avbryterknast (roterer). (9) Svinghjul (av umagnetisk materiale). (10) Avbryterkontakter. (11) Polsko (roterer). (12) Tennspole (anker—står stille). (13) Permanent magnet. (14) Tennplugg. (15) Abriss. (16) Sekundærvikling. (17) Primærvikling.

densatoren «suger» på en måte opp den strøm­ men som ville ha forårsaket gnistdannelse. Fig. 25 viser hvorledes kondensatoren er innkoplet. Det er svært viktig at kondensatoren er i orden hvis man vil ha tilfredsstillende tenning. Dersom en motor ikke går opp i turtall ved belastning, kan det være feil ved kondensatoren, vi sier den «lekker». Lekkasje i kondensatoren kan måles med et forholdsvis enkelt elektrisk måleinstru­ ment. En defekt kondensator kan ikke repareres, men må skiftes ut med en ny.

Spenningene i tennspolen Spenningen i primærviklingen blir i alminne­ lighet 6—8 volt. For å få sikker gnist i tennplug­ gen, kreves flere tusen volt, eksempelvis minst

116

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

5000—6000. Det er denne høye spenningen vi oppnår i sekundærviklingen, da vi her har så mange viklinger, og spenningen øker praktisk talt i samme forhold som tallet på viklinger. En tennspole er derfor i grunnen ikke noe annet enn en transformator.

Lysanlegg Mopeder, motorsykler og scootere må ha et lysanlegg med lyskaster foran og baklys som samtidig kaster lys på nummerskilt. Større motorsykler og mer velutstyrte scootere har et elektrisk anlegg som ligner meget på det en bil har, nemlig med batteri, ladedynamo og i enkelte tilfelle også selvstarter. Mindre motor­ sykler og alle mopeder har et meget enkelt lys­ anlegg uten batteri av noe slag. Her er svinghjulsmagneten kombinert med et lite lysaggregat, som skaffer strom til lyskaster og baklys samt i enkelte tilfelle også horn. For disse anlegg må motoren være i gang for å få lys, da det ikke er noe batteri. I den svinghjulsmagneten som skjematisk er vist på fig. 25, er det lagt inn et eget anker — spole — som kalles lysspolen. I denne spolen opp­ står en elektrisk strøm når magnetene roterer for­ bi på tilsvarende måte som for tennspolen. Som forklart i forbindelse med tenningen, får vi vekselstrøm i spolen og dermed også veksel­ strøm i lampene. Hadde vi akkumulator, som strømmen skulle lade, måtte vi sørge for å få den likerettet til likestrøm. Fig. 25 viser også skjematisk lysanlegget. Spenningen en får avhenger av turtallet på motoren. Men spenningen stiger ikke proporsjo­ nalt med turtallet. Ved ca. 2000 omdreininger pr. minutt er spenningen ca. 5 volt, ved 3000 5,5 volt og ved 4000 vel 6 volt. Spenningen stiger da videre lite ved økning av turtallet. For magneter med fire poler, som blir mest brukt for mindre motorsykler og for mopeder, leverer lysspolen ca. 17 watt ved 6 volt spenning. Frontlyset har da en lampe på 15 watt og bak­ lyset 2 watt. Dersom lampen for baklyset brenner ut, kan det bli for stor strømstyrke for lampen i lys­ kasteren, så også den brenner ut. For å unngå dette, blir det også laget lysanlegg med to at­ skilte lysspoler, en for frontlyset og en liten for baklyset. Lysspole, tennspole og de andre tenningsdeler er montert fast på en plate, ankerplaten. Denne ankerplaten er festet slik til veivhuset at den kan svinges litt om veivakselen. Dette blir mulig

f. eks. ved å gjøre hullene, som festeskruene går gjennom, ovale. Denne mulighet til dreining av ankerplaten er nødvendig for å kunne innstille riktig tenningstidspunkt. Tennpluggen Tennpluggen er en meget viktig del i tenningsanlegget. Fig. 26 viser oppbyggingen av en tenn­ plugg og betegnelsen på de enkelte deler. Det er

Fig. 26. Tennplugg. (1) Mutter. (2) Porselenkappe. (3) Midtelektrode. (4) Sokkel. (5) Pakning. (6) Isolatorfot. (7) Elektrodegap. (8) Sideelektrode.

viktig at elektrodeavstanden er nøyaktig justert etter forskriftene for vedkommende motor. Stor avstand mellom elektrodene gir en lang og kraftig gnist og dermed god tenning. På den andre siden må ikke avstanden være så stor at en ikke får gnist ved start og lav hastighet på motoren. Ved en svinghjulsmagnet virker hastigheten inn på spenningen. Av den grunn kan en ikke ved bruk av svinghjulsmagnet ha så stor avstand mellom elektrodene som ved batteritenning. Ved batteri­ tenning er nemlig spenningen praktisk talt uav­ hengig av turtallet. For motorer med svinghjuls­ magnet bør elektrodeavstanden i alminnelighet være 0,4—0,5 mm, maksimum 0,6 mm, for batteritenning er den vanlige avstand 0,7—0,8 mm. For stor avstand mellom elektrodene vil også belaste tennspolen i en svinghjulsmagnet for sterkt så den lett kan bli ødelagt.

Kjoling og smoring For at det skal slå en gnist over i tennpluggen ved 0,5 mm elektrodeavstand, kreves ca. 5000 volt. Vi kan regne minst 1000 volt tillegg for hver 0,1 mm avstanden økes —■ altså krever en avstand på 0,8 mm 8000 volt. Dette avhenger for øvrig i noen grad av kompresjonstrykket i moto­ ren. Jo større trykket inne i sylinderen er, des­ to større motstand moter gnisten for å slå over elektrodene. Det sier derfor lite om en tennplugg gir gnist i friluft. Et gap på 0,5 mm på pluggen inne i motoren svarer til ca. 5 mm i friluft. Elektrodene skal være plane og avstanden innstilles nøyaktig — helst med en trådlære. Også for ny tennplugg må elektrodeavstanden justeres. Det gjelder å nytte en plugg som passer til vedkommende motor. Dersom en tennplugg blir sotet og får belegg, tyder det på at pluggen ikke holder seg så varm at nedslag på den brenner bort. Pluggen har for høy varmeverdi — det vil si at den leder bort varme for godt, slik at den holder seg for kald. Den har ikke hva vi kaller selvrenselsestemperatur. Vi må i dette tilfelle velge en plugg med lavere varmeverdi. Blir tem­ peraturen i pluggen for høy, får vi glødetenning. Vi må da skifte inn en plugg med høyere varme­ verdi.

117

Tennpluggfabrikkene har sine bestemte typebetegnelser for sine tennplugger. Av disse typebetegnelser kan en finne ut pluggens dimensjon, varmeverdi og utførelse. Disse betegnelser er imidlertid ikke standardisert, men hver enkelt fabrikk har sitt eget system. Dette gjor jo hele saken noe mer komplisert. Tabeller over tenn­ plugger inneholder i alminnelighet en sammen­ stilling over forskjellige tennpluggfabrikata. Kjenner en betegnelsen for en plugg av et be­ stemt merke, skal en etter en slik tabell kunne ta ut en tilsvarende plugg av et annet merke, men ofte viser det seg at dette kan være vanskelig. Totaktsmotorer stiller særlig store krav til tennpluggene. Først og fremst har det ved to­ taktsmotorer lett for å danne seg en «bro» mel­ lom elektrodene. Denne kortslutter i så fall pluggen. Flere fabrikker har tatt opp fabrikasjon av spesielle tennplugger for totaktsmotorer. Bosch har en tennplugg med betegnelsen W 190 M 11 S, som er spesielt beregnet på små, hurtig­ gående totaktsmotorer. Da tennpluggene i små totaktsmotorer blir så sterkt belastet, holder de ikke så lenge. En regner med at en ikke bor kjøre over 3000 km med samme plugg. Elektrodeavstanden bør kontrol­ leres ved hver 1000 km.

Kjoling og smoring Kjøling De fleste sykkelmotorer er luftkjolt. For å få så stor overflate som mulig, blir sylinder og topp­ lokk forsynt med ribber. De fleste motorer blir kjølt av den luftstrømmen en får over motoren på grunn av hastigheten en kjører med. Når syk­ kelen står stille og motoren går, og ved liten has­ tighet oppover store stigninger, kan det bli for­ holdsvis liten kjøling på motoren av luftstrøm­ men, og den kan derfor bli overopphetet. Motorer med forkrommede aluminiumssylindre har bedre kjøling enn motorer med stopejernssylindre og tåler derfor hardere kjøring i mot­ bakker. Kjølingen ved den naturlige luftsirkulasjon en får ved kjøringen, virker for så vidt mot­ satt av det som kunne være ønskelig. Ved lange, forholdsvis bratte stigninger får en liten hastig­ het og dermed også liten luftstrøm til motoren, men samtidig stor påkjenning (kjøring på gir). På flat vei eller i slake utforkjøringer får en stor hastighet og god kjøling, men samtidig mindre belastning på motoren.

Bedre kjoling både ved stillstand, bykjoring og i motbakker kan en få ved å utstyre motoren med kjølevifte. Det er meget alminnelig å utstyre scootere med slik vifte. En vifte fordyrer motoren og gjør den noe mere komplisert. Dessuten tar viften noe av motorkraften. Mangelfull kjoling av en motor kan bl. a. gå ut over smøringen, da smøreoljen brenner opp. Dette kan føre til at stemplet skjærer seg fast. En får også lett glødetenning og upresis gang av motoren. For rikelig kjoling er også uheldig. En får da dårligere forgassing av bensinen og dermed dår­ ligere forbrenning. Dette fører til lavere ytelse. Ved rikelig kjoling danner det seg også lett kon­ dens (væsker) fra forbrenningen, som kan forår­ sake tæring (korrosjon) på vitale deler i motoren. Smøringen kan også bli mindre god.

Smøring Smøringen av totaktsmotorer foregår i almin­ nelighet ved å blande olje i bensinen, oftest i

118

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

5

Fig. 27. Tørrsumpsmøring, skjematisk. (1) Oljesil. (2) Lufterør. (3) Oljetank. (4) Trykkpumpe. (5) Pumpehus. (6) Returpumpe. (7) Smøring til ventilmekanisme. (8) Stempler. (9) Lufterør for veivhus. (10) Oljesil. (11) Boring for tilkopling av manometer. (12) Ventil for regulering av oljetrykket.

forholdet 1 : 25. Dette er en meget enkel, men også ganske effektiv smøring. Blant annet får en her smøring med det samme man starter, noe som er av stor betydning for å nedsette slitasjen i motoren. Smøringen kan bli mangelfull ved lange utforkjøringer dersom en bruker motoren som bremse uten å gi noe gass. Det kommer da ikke noe bensin-oljeblanding inn i motoren og dermed heller ikke smøring. I lange utforkjørin­ ger med motoren innkoplet bor man en gang imel­

lom gi litt gass på motoren for å få olje til smørestedene. For smøring av firetaktsmotorer benyttes ofte det såkalte tørrsump-systemet. Dette kjenneteg­ nes ved at bunnkassen holdes tørr for olje, dvs. at så snart oljen renner ned fra de forskjellige smøresteder, pumpes den opp i en spesiell oljetank. Mens våtsumpsystemet — som brukes på de aller fleste biler — bare trenger en fødepumpe, trenger tørrsumpsystemet både fødepumpe og returpumpe (se fig. 27).

Filtere og lyddempere Luftfilter En motor trenger luft til forbrenningen. All luft inneholder noe støv. Særlig luften som moto­ ren suger inn på en tørr norsk grusvei inneholder mye støv. Noe av dette støvet som suges inn i motoren blander seg med smøreoljen og danner da nærmest slipepasta. Det er klart dette vil slite sterkt på motoren. For å unngå at så mye støv suges inn i moto­ ren sammen med luften, plasseres et filter foran innsugningsrøret på forgasseren. Luften må her suges gjennom en stålull-lignende filterinnsats, som er fuktet med olje. Denne innsatsen bør tas ut med visse mellomrom, vaskes godt ren i f.eks. petroleum, og helst blåses tørr og ren med trykkluft og så fuktes med ren motorolje. Et filter som er fylt med smuss og skitt ned­ setter ytelsen på motoren og renser ikke innsugningsluften tilfredsstillende.

Støv i innsugningsluften kan også i noen grad bidra til dannelsen av «broen» mellom elek­ trodene og dermed kortslutte tennpluggen. Luftfilteret tjener også til å dempe larm ved innsugningen.

Bensinfilter I forbindelse med bensinkranen under bensin­ tanken sitter et lite filter i form av finmasket messingduk. Det kan være nødvendig å rense dette hvis bensintilførselen til forgasseren ikke er tilfredsstillende. Lyddempere Når stemplet i en totaktsmotor åpner for eksoskanalen eller eksosventilen åpnes i en fire­ taktsmotor, har gassen i motorsylinderen ganske høy temperatur — flere hundre grader — og ganske høyt trykk, 3—5 kp pr. cm2. Gassen har

Kraftoverføringen — drivverket

119

derfor ennå stor energi som ikke blir nyttet til drift av motoren. Ved at denne gassen — eksosen — plutselig slippes ut fra sylinderen, oppstår trykksvingninger som danner lydbølger og der­ med larm. Derfor blir det i forbindelse med eksosledningen satt inn en lyddemper, også kalt eksospotte. Lyddemperens oppgave er å oppta mest mulig av energien fra eksosgassene og jevne ut lydbølgene. Energien blir først og fremst nedsatt ved en avkjøling av eksosen. På denne måten avtar volumet og dermed også trykket. Lydbølgene forsøker en å dempe på forskjellig måte. Ofte nyttes absorbsjonsprinsippet. Gassen kan her strømme gjennom bull ut i et rom som er fylt med glassvatt, stålull eller lignende, og som da virker dempende på lydbølgene. Fig. 28 viser forskjellige prinsipper for lyddempere.

Fig. 28. Forskjellige lyddempere, prin­ sippskisser. (a) Dem­ per for høye toner (passer for totakts­ motorer). (b) Dem­ per for lave toner (passer for firetakts­ motorer med mid­ dels høye turtall), (c) Hvirveldemper. (d) Absorpsjonsdemper.

KRAFTOVERFØRINGEN — DRIVVERKET Koplingen Motoren kan ikke koples direkte til driv­ hjulet på sykkelen, men motorkraften blir ledet gjennom en rekke elementer, som med en felles­ betegnelse kalles drivverket eller transmisjonen. Fig. 29 viser prinsippet for drivverket for motor­ sykkel (og moped), fig. 30 drivverket for en scooter (Vespa). Fig. 29. Prinsipp­ skisse for drivverket. (1) Stempel. (2) Veivstang. (3) Veivpartiet. (4) Svinghjul. (5) Primærkjede. (6) Kopling. (7) 1. gir. (8) 2. gir. (9) 3. gir. (10)4. gir.(ll)Kjedehjul på koplingsaksel. (12) Kjede. (13) Kjedehjul bak.

Fig. 30. Drivverket for en scooter (Vespa). (1) Girskifterhåndtak. (2) Koplingshåndtak. (3) Wire fra girskifterhåndtak til girboks. (4) Girskifter. (5) Girvelgeraksel. (6) Girvelger. (7) 1. gir. (8) 2. gir. (9) 3. gir. (10) Drivaksel. (11) Kubbeaksel med faste drev. (12) Kopling.

120

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

Fig, 31. Snitt gjennom tørr flerplatekopling.

Koplingen (clutchen) er ikke noe annet enn en innretning til å frigjøre motoren, så denne kan gå uavhengig av sykkelen og girene. Koplingen kan være en såkalt torrplatekopling, eller den

kan gå i oljebad. En kopling behøver ikke å få noen større varighet om den går i oljebad. En torrplatekopling løser i alminnelighet bedre ut enn en kopling som går i olje, særlig om vinteren, når oljen kan være litt stiv. Fig. 31 viser snitt av en tørr flerplatekopling. Koplingen består rett og slett av skiver, som presses så hardt sammen at de holder ved friksjonen. Det er en fjær, eller flere fjærer, som presser koplingen sammen. For å øke friksjonen, har disse skivene et belegg, det kan være av kork eller kunststoff av noe slag. Koplingen kan sitte på selve veivakselen. Den kan da dimensjoneres forholdsvis liten, da den får et lite vridningsmoment å overføre, fordi veivakselen går så fort. Men samtidig kan en også få noe større slitasje på en slik kopling på grunn av den store hastigheten. De fleste mope­ der og sykler har koplingen på mellomakselen, som derfor ofte blir kalt clutch-akselen eller girboksakselen. Utvekslingsforholdet mellom moto­ ren og mellomakselen (som også blir kalt ut­ vekslingsforholdet mellom motor og girboks), kan variere. Et utvekslingsforhold 1 : 3 vil si at motoren går tre ganger så fort som mellom­ akselen. Når koplingen sitter her, må den ut­ føres betydelig større og kraftigere enn når den sitter på veivakselen. Den har mindre hastighet, og samtidig får en da også noe mindre slitasje.

Giret Gir betyr egentlig ikke annet enn tannhjul, men uttrykket blir i alminnelighet brukt om en

tannhjulsoversetning. For motorsykler blir be­ tegnelsen brukt om en trinnvis regulering av oversetningsforholdet mellom motor og bakhjul. De aller fleste motorsykler har minst tre slike trinn, altså tre gir. Mange har fire gir. Oversetningen skjer i alminnelighet på den måten at et mindre tannhjul griper inn i et større. Har vi f. eks. et hjul med 20 tenner som griper inn i et hjul med 30 tenner, får vi en oversetning som 30 : 20, altså 1,5. Ved flere gir har en i alminnelighet flere sett tannhjul med for­ skjellige oversetningsforhold. Fig. 32 viser et blikk inn i en typisk engelsk girkasse med fire gir. For mopeder blir det også brukt planetgir (Ziindapp). På de fleste mopeder og scootere foregår girskiftningen ved å vri venstre håndtak på styret. Girskiftingen på motorsykler foregår ved hjelp av en fotpedal, som står i en bestemt stilling, uansett hvilket gir som er inne. «Positiv stopp» kalles systemet.

Kraftoverføringen — drivverket

121

Kraftoverføringen fra gir til bakhjul og fra veivaksel til koplingsaksel Til kraftoverføring fra gir til bakhjul blir mest brukt kjede. Det finnes også motorsykler med kileremsdrift, som er slik laget at utvekslingsforboldet kan variere etter belastningen (DKW — Hobby). Ved å nytte forholdsvis lite hjul fra girkassen og et ganske stort på bakhjulet, kan man her oppnå et betydelig oversetningsforhold. Kjeder for kraftoverføring kan en si lider av mange svakheter. De har lett for å strekke seg og må i alminnelighet ha mekanisme for etterstramming. Ved forholdsvis stort vridningsmoment og liten hastighet er en kjede en meget brukbar løsning for kraftoverføring. Den er enkel og billig, har god virkningsgrad, forholdsvis lydløs gang og gir en viss elastisitet. Kjeden til bak­ hjulet er også lett å kontrollere. Flere fabrikker bruker også kjedeoverforing fra veivakselen til koplingsakselen (mellomakse­ len). Kjededriftene krever liten plass, går ganske stille, har en viss dempning og kan muliggjøre en forholdsvis stor oversetning. På grunn av den store hastighet kjeden her får, blir den dog lett slitt, og en har i alminnelighet heller ingen strammemuligheter dersom ikke motor og girboks er separate aggregater. Blir den slakk, kan en få ubehagelig banking i motoren fra kjeden. En kommer heller ikke her så lett til for kontroll av kjeden, så ruller o. 1. kan gå i stykker på den uten at en direkte merker dette, og deler av rul­ lene kan komme inn imellom tenner i girboksen og foranledige beskadigelse. Tannhjulsoverføring mellom veivakselen og koplingsakselen (mellomakselen) blir nokså mye brukt. På grunn av den store hastigheten vil slike tannhjul lett gi larm, og derfor blir de i al­

minnelighet utfort med skrå tenner. Videre bør avstanden mellom akslingene for disse tann­ hjulene være uhyre nøyaktig dersom en ikke skal få larm. En annen kraftoverføring mellom veivaksel og mellomaksel som blir brukt for mopeder, er en slags plastrem, såkalt synkroflexrem. Mange scootere har en kraftoverføring med bare tannhjul uten bruk av kjeder. En slik over­ føring må regnes som mer stabil enn kjeder. En­ kelte dyre og helst store motorsykler har heller ikke kjededrift, men såkalt kardangdrift. På fig. 33 ses et eksempel på kardangdrift.

Fig. 33. Svinggaffel med oljestøtdempere for bakhjul Bildet viser også eksempel på kardangdrift.

Oversetningsforhold For en moped som eksempelvis kjører i ca. 40 km kan motoren ha mellom 5000—6000 om­ dreininger pr. minutt. Bakhjulet gjør ved denne hastighet —• eksempelvis for 23” gummi — 300—400 omdreininger pr. minutt. Motoren går altså i høygir 14—15—16 ganger så fort rundt som bakhjulet. Det vil med andre ord si at man må ha et utvekslingsforhold eller oversetnings­ forhold som er så stort. Dette oversetningsfor­

hold får man da først fra veivakselen til mellom­ akselen og ved kjeden fra uttaket av girboksen til bakhjulet. For flere mopeder har en også på høygir en oversetning i selve girkassen. Oversetningsforholdet er ofte oppgitt i brosjy­ rer o. 1., og når vi kjenner dette og gummidimensjonen, kan vi regne oss til hva motorhastigheten blir under de forskjellige hastigheter.

122

Klaus Torgård: Motorsykkel, scooter og moped

STELLET Rammen En kan si det er to hovedtyper av rammer, Det er rammer laget av stålrør — såkalte rørrammer — og rammer av stålblikk. Det fins også rammer støpt av lettmetall (aluminium). En kan neppe si at den ene konstruksjon er så meget bedre enn den andre. Stålrør skulle eksem­

pelvis egne seg utmerket til sykkelrammer. Pressede stålrammer kan kun komme på tale for fabrikker med stor produksjon, da verktøyet til slike rammer faller svært kostbart. Det er også scootere med selvbærende karos­ seri, f.eks. Cezetta.

Fjæring Alle motorsykler har i dag fjæring på forhjulet, og de fleste har også bakhjulsfjæring. Det er først og fremst to hovedprinsipper for forhjulsfjæring. Det er enten teleskopgaflel eller svinggaffel. Den billigste og enkleste formen for svinggaffel er den såkalte bottom link-typen. Fig. 34 viser skjematisk de nevnte forgaffeltyper. Teleskopgaffelen blir i alminnelighet utstyrt med oljedempning (oljestøtdempere). De kan gi en ganske god fjæring, men det er en forholdsvis kostbar konstruksjon, som krever en meget solid aksel for forhjulet, da denne får nokså stor påkjenning, fordi begge gaflelben må fjære parallelt. Svinggaffelen er enklere og gir også god fjæring. Her kreves det også en solid aksel for forhjulet, dersom dette ikke skal stille seg skjevt ved sidebelastning. Som fjærelement nyttes i alminnelig­

het spiralfjærer, men ved enkelte konstruk­ sjoner av bottom link-typen blir også nyttet gummi.

Fig. 35. Solid utførelse av svinggaffel med oljestøtdempere forforhjul.

Stellet

Fig. 35 viser en solid utførelse av svinggaffel med fjærelement og dobbeltvirkende hydrauliske støtdempere, bygd sammen i en enhet. Den mest alminnelige bakhjulsfjæring er også ved en sving-gaffel, som er opplagret foran hjulet. Bak på hver side av svinggaffelen er montert

123

teleskoprør med innebygd spiralfjær som fjær­ element og ofte også med innebygd oljestøtdemper. Fig. 33 viser eksempel på slik utførelse. For enkelte små sykler, eksempelvis mopeder, nyttes også for bakhjulet gummi som fjær­ element.

Bremser Bremsene på motorsykler og scootere er i al­ minnelighet innvendig ekspanderende bakkebremser. De er mekaniske, dvs. at kraftover­ føringen fra betjeningsorganene blir overført ad mekanisk vei gjennom wire eller stenger til bremsebakkene (bremseskoene). På bremsesko­

ene er klinket (eller limt) et spesielt belegg — bremsebånd. Dette har den egenskap at det gir stor friksjon, tåler høy temperatur og samtidig er slitesterkt. I den senere tid er det også kommet motorsyk­ ler med skivebremser.

Torbjørn Elle

TRAKTOR, HØSTEMASKINER OG REDSKAP

INNLEDNING......................................................

127

TRAKTORENS OPPBYGNING ................. 128 De forskjellige traktortyper ............................ 128 4-lijulstraktor med drift bare på bak­ hjulene ........................................................ 128 4-hjulstraktor med halvbelter..................... 128 4-lijulstraktor med helbelter........................ 128 4-bjulstraktor med drift på alle hjul .... 128 Spesielle beltetraktorer ................................. 128 2-hjulstraktorer og jordfresere ................... 128 «Midjestyrte» traktorer ............................... 128 Firehjulstraktorens enkelte deler................... 129 TRAKTORMOTOREN...................................... 129 Traktormotorens opphengning........................ 130 Hastighetsregulatoren ........................................ 130

TRAKTORENS DRIWERK........................ Koplingen ................................................................ 2-trinns kopling................................................. Giret.............................................................................. Differensial og differensialsperre..................... Kraftuttak................................................................

131 131 131 131 133 133

HJUL, BREMSER OG BELTEUTSTYR . Hjulene....................................................................... Hjulstilling........................................................... Bremsene.................................................................... Belteutstyr til 4-hjulstraktorer ........................ Halvbelter ........................................................... Helbelter .............................................................

133 133 134 134 134 134 135

HYDRAULISK UTSTYR OG REDSKAPSKOPLING........................................................... 135 Hovedtyper av hydraulisk utstyr ................. 136 Redskapskoplingen............................................... 136 Kontrollmekanismen .......................................... 137 Løfting av redskapet ...................................... 138 Sikkerhetsutlosning ved fastkjøring .... 138 Spesielle ekstra kontrollsentraler for trak­ torer ............................................................. 138 Oljepumpen ............................................................. 139 Ekstra løftesylinder ............................................. 140

TRAKTORREDSKAP........................................ 140 Ploger........................................................................ 141 Grubbere .................................................................. 142 Slodder...................................................................... 143 Harver — kultivatorer ..................................... 143 Stivtindkultivatorer........................................ 143 Skålharver............................................................. 144 Spaknivharver.................................................... 144 Jordfresere............................................................... 145 Spredere for husdyrgjødsel ............................... 146 Gjødselspredere med transportskrue og spredevifte ................................................. 146 Kunstgjødselspredere.......................................... 147 Tallerkenspredere............................................... 147 Sentrifugalspredere.......................................... 147 Radgjødsling — dypgjødsling ................... 148 Såmaskiner som sår korn og gjødsler i en operasjon ........................................................ 148 Såmaskiner ............................................................. 149 Såapparatet ........................................................ 150 Sålabbene............................................................. 150 Stokkelands såmaskin ................................... 150 Spesielle såmaskiner for rotvekstfrø ............ 150 Redskaper for potetsetting................................. 151 Potetsettemaskinen med manuell betje­ ning ................................................................ 151 Den helautomatiske potetsetteren............ 152 Redskaper for jordbearbeiding og ugrasbekjempelse i radkulturer.......................... 152 Slåmaskiner............................................................. 152 Transportutstyr for traktorer.......................... 153 Traktorbåret transport ...................................... 154 Transport av høy og halm .......................... 154 Transport av silogras ..................................... 156 Potettransport.................................................... 156 Kassetransport for korn ............................... 159 Gjødseltransport............................................... 159 Spesielle lesseapparater ................................. 159 Gravemaskiner for direkte montering på traktoren ........................................................ 160 Skurtreskere............................................................. 160 Forhøstere ............................................................... 162 Potethøstere............................................................. 162 Spesielle skogstraktorer...................................... 163 Spesielle lastebærende skogstraktorer......... 164

Fra professor Øivind Haugens bok «Maskinlære for landbruket» er med forfatterens tillatelse gjen gitt følgende figurer: Nr. 2, 11, 15, 17, 32, 34, 37, 38, 39, 40, 42.

INNLEDNING I jordbruket produserer i gjennomsnitt nå (1971) en mann det samme som tre mann klarte i 1939. Prognoser går ut på at i 1980 blir ar­ beidsforholdet i jordbruket ca. 25% i forhold til 1939. Siden 1939 har jordbruksproduksjonen til 1970 økt med ca. 50 %. Samtidig har arbeidsforbruket målt i årsverk gått ned med over 60 %.

1939 1949 1960 1970

Total jord­ brukspro­ duksjon

Arbeidsforbruk i årsverk

Produk­ sjon pr. årsverk

100 94 120 147

100 73 53 38

100 129 226 287

Vi skal her nevne noen karakteristiske trekk fra resultatene av driftsomleggingen. — I 1970 var arealet for korn, erter og oljevekster 2.6 millioner dekar, i 1949 — 1.5 millioner dekar. Denne økningen på over 60 % hadde vært umulig å gjennomføre uten skurtreskere. Før disse kom var kornhøstingen meget arbeidskrevende, selv om en brukte selvbindere. Den samlede plante­ produksjon ble omtrent fordoblet fra 1952 til 1968. I 1949 hadde vi 770 000 kyr i Norge, i 1970 er tallet gått ned til ca. 440 000. Det går raskt mot en halvering av antall kyr, men i samme tidsrom er melkemengden økt fra 1.567.000 kg til 1.744.000 kg — en økning på ca. 12 %. Melkemengden pr. ku er nesten fordoblet. Fremgangen har også vært meget stor for andre husdvrprodukter i samme tidsrom, både når det gjelder kvalitet og kvantitet. Antall hester har gått sterkt ned. I 1946 hadde vi 238 000 hester, i 1970 snaut 40 000. I disse tallene inngår foruten arbeids-hester også unghester og sportshester. For nær 200 000 færre hester sparer man nå store arealer (rundt 2 mill, dekar) som kan brukes til direkte matproduksjon i steden for produksjon av for til trekkraft i jord- og skog­ bruk. Man regner med at det koster mellom 2 000—4 000 kroner pr. år å holde en hest.

Traktorer med redskaper, skurtreskere og andre høstemaskiner har avløst hesten som trekk kraft. I stor grad har også maskinene med sin motorkraft — og ikke minst hydrauliske utrustning — eliminert og redusert i stor grad menneskenes tunge manuelle arbeid. I 1945 hadde vi ca. 2 500 traktorer, i 1949 ca. 9 700, i 1970 ca. 105 700, herav ca. 18 000 2-hjulstraktorer. Hver traktor har i gjennomsnitt avløst 2 hester, men traktor med utstyr kan avløse menneskets manuelle arbeid i langt større grad enn hesten. Skurtreskere har betydd svært mye for å mu­ liggjøre omlegging i planteproduksjon, husdyr­ bruk og disponering av arbeidskraft. \ i hadde få skurtreskere for 1960. I 1970 har vi 11 200 skurtreskere, av disse er 6 052 selvgående (med egen motor og fremdrift). A i har ca. 5 160 slepetreskere som trekkes og drives av en vanlig traktor. Forhostere er maskiner som drives av trak­ tor, kutter gras og andre vekster og blåser mas­ sen rett i tilhengere. Disse maskinene, som er forsynt med utstyr for automatisk tilsetting av konserveringsmidler til graset, har fått stor be­ tydning for melkeproduksjonen basert på stort forbruk av silo av høy kvalitet. Alle traktorer og skurtreskere blir importert. Det finnes et stort antall forskjellige merker. Det byr på store problemer å holde forsvarlig reservedellager og serviceapparat for traktorer som 4et bare kommer noen få av til landet. En meget stor andel, ca. 95 % av samtlige traktorer, er heldigvis levert av noen ganske få fabrikker. Importfirmaer baserer seg i dag på å ha distriktsforhandlere med verksteder, lager, lokale verkstedkontakter og serviceapparat, slik at man kan yte service så raskt som mulig. I travle onnetider er det viktig at det ikke er for langt til nærmeste reservedellager og fagkvndig verksted, og at det ellers er mulig å få servicebil, utstyr med nødvendig verktøy og dellager, til gårds når det er mest rasjonelt.

128

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

TRAKTORENS OPPBYGNING Vanlige traktorer skiller seg fra biler bl. a. ved at rammen er erstattet med en støpejernkapsel, der bakaksel, differensial, hydraulikk og gir er bygd inn. Kapselen fortsetter stivt forbundet til motoren. Traktorkroppen danner på denne måten

en stiv bro mellom bakhjulene og forhjulsakselen. Vanlige traktorer har ingen fjæring utenom den støtdempende svikt som særlig de store bakhjulene med gummiringer gir. Noen få traktorer har fjæring i fronten.

Fig. 1. De viktigste typer av traktorer, (a) 4-hjulstraktor med drift bare på bakhjulene, (b) 4-hjulstraktor med halvbelter. (c) 4-hjulstraktor med helbelter. (d) 2-hjulstraktor. (e) Beltetraktor.

De forskjellige traktortyp er 4-hjulstraktor med drift bare på bakhjulene Dette er absolutt den mest alminnelige traktortype. De fleste 4-hjulstraktorer har bakhjul med forholdsvis stor diameter og bredde, og gummidekkene har store gripeknaster. Dette er for å oppnå god flyte- og gripeevne for hjulene.

4-hjulstraktor med halvbelter Denne traktoren er blitt alminnelig for skogbruk, nydyrking m. m., der det gjelder å få større flyteevne. Vanlige 4-hjulstraktorer utstyres med et ledehjul mellom forhjul og bakhjul. Beltet legges rundt bakhjulet og ledehjulet. Ledehjulet er montert på en arm som kan gi etter i vertikalplanet når beltet går over ujevnheter. 4-hjulstraktor med helbelter Her nyttes også vanlige 4-hjulstraktorer. For­ hjulene låses fast i styringen, og beltet strekkes helt over for- og bakhjul. Som for halvbeltene skjer driften også her ved hjelp av traktorens normale gummihjul. Styringen foregår med de vanlige individuelle bremsene for bakhjulene, som alle moderne trak­ torer er utstyrt med.

4-hjulstraktorer med drift på alle hjul Slike traktorer finnes det et mindre antall av i landets jordbruk. Forhjulsdrift finnes også som ekstra utstyr til flere av de mest vanlige traktorer. Noen 4-hjulsdrevne traktorer har styring også for bakhjulene. Dette er for å overvinne ulem­ pene ved at store forhjul ikke gir mulighet for så liten svingradius som ofte er ønskelig. 4-hjulsdrevne traktorer har gjennom de siste

10 år vunnet stort innpass som spesielle skog- og anleggstraktorer. Utformingen av selve traktoren er forskjellig til de forskjellige formål.

Spesielle beltetraktorer Slike traktorer er ikke tatt i bruk i særlig ut­ strekning her i landet, hverken i jord- eller skog­ bruket. De nyttes mest i anleggsarbeid. Beltene bygges opp av bastante stålseksjoner, som er bundet sammen med ledd-ører og bolter. Disse beltetraktorene har ikke samme differensial som bil og vanlig hjultraktor. Vanligvis er differensi­ alen sløyfet. I stedet foregår styringen med to friksjonskoplinger, en på hver bakakselhalvdel. Ved hjelp av disse kan beltene koples fri. Trak­ toren svinger til den siden der beltet er koplet ut. 2-hjulstraktorer og jordfresere På disse maskinene ligger motor og girkasse oftest på den ene siden av hjulakselen og tjener som motvekt for arbeidsorganene på den andre siden. Styringen skjer på den måten at man vrir hele traktoren ved hjelp av et styre med to hånd­ tak. «Midjestyrte» traktorer Siden forste opplag av «Teknikk» kom ut har en ny traktorkonstruksjon kommet sterkt, særlig i skogbruket, men også innen anleggsvirksomhet. Midjestyrte traktorer har alltid 4-hjulsdrift, «Midjestyringen» viser til at traktoren styres ved at kroppen (rammen) kan «brekkes» om­ kring en bolt midt mellom traktorens for og bak­ aksel. Dette gir meget gode kjøreegenskaper i f.eks. skogsterreng med bakker, stubber, stein, snø osv.

Traktormotoren

129

Firejhulstraktorens enkelte deler

Fig. 2. Skjematisk vertikal- (A) og horisontal-snitt (B) gjennom en traktor (Allis Chalmers). (1) Svinghjul. (2) Hovedkopling. (3) Remskive med drev. (4) Akselkammer for hydraulikkpumper. (5) Kraftuttak. (6) Tannhjul for kraftuttak. (7) Drivhjulskopling. (8) Girkasse. (9) Kronhjul og differensial. (10) Bakhjulsbremse. (11) Tannhjulsoverføring til bakhjulene. (12) Bakhjul. (13) Aksel for kraftuttak.

Fig. 3. Snitt gjennom en moderne traktor (Ferguson 35). (1) Dieselmotor. (2) Radiator med overtrykksventil. (3) Brenseltank. (4) Lokk som gir adgang til brenseltank, batteri og radiator. (5) Luftfilter. (6) Hvirvelkammer. (7) Utskiftbare sylinderforinger. (8) Stempel. (9) Eksosventiler. (10) Veivaksel. (11) Trykksmøring, (12) Styremekanisme. (13) To-trinnskopling. (14) Drivaksel for kraftoverføring. (15) Drivaksel for oljepumpe og kraftuttak. (16) Mellomaksel. (17) og (18) Girboks. (19) Hovedgirspak. (20) Spak for reduksjonsgir. (21) Oljepumpe. (22) 7-veiskontroll for det hydrauliske system. (23) Hovedspak. (24) Dybdespak. (25) Dobbeltvirkende kontrollfjær. (26) Kraftuttak. (27) Sleidekopling for kraftuttak. (28) Differensial og bakaksel. (29) Sete. (30) 3-punktskopling. (31) Traktometer. (32) Sikkerhetsbryter for elektrisk strom.

TRAKTORMOTOREN De fleste traktorer i Norge hadde tidligere bensin- eller petroleummotor. Dette skyldes i første rekke skatteordningen for traktorbrensel. For tiden leveres alle nye traktorer i Norge med dieselmotor. Petroleum er dårlig drivstoff for forbrenningsmotorer, særlig for traktorer, som i våre dager er i allsidig bruk også om vinteren. Ved liten be­ 9 —Teknikk III

lastning på motoren er det ofte vanskelig å holde den så varm som det kreves for petroleumsdrift. Varm motor er nødvendig, blant annet for at det ikke skal bli skadelig utblanding av motoroljen med uforbrent petroleum. Dette resulterer i stort forbruk av brensel og gir dessuten nedsatt motor­ ytelse og stor slitasje. Petroleum ble tatt i bruk for traktorer i en tid da denne oljen nærmest var

130

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

avfall. Nå har nye destillasjonsmetoder og bruken av jet-motorer forlengst ført til at petroleum bare er ubetydelig billigere enn bensin. Vi kan si at det er beklagelig at avgifts­ ordningen virker så sterkt inn på valget av motortype. Det hadde vært en stor fordel for mange traktoreiere hvis de i større grad fortsatt kunne basere seg på bensinmotoren, som krever mindre fagkyndighet ved stell og vedlikehold enn diesel­ motoren. Mange traktoreiere bor avsides og langt fra verksteder med tilstrekkelig utstyr og kyndig­ het. Dette kan bevirke tidstap og utlegg i travle onnetider. Et meget stort antall eldre traktorer med ben­ sinmotorer er ennå i bruk. Traktorer som brukes mye i skogbruket, bor ha dieselmotor for å oppnå god driftsøkonomi. Det samme gjelder traktorer som går i tyngre anleggsvirksomhet og industri. Dieseldrift blir mer berettiget desto større motorene og den gjennomsnittlige belastningen er. Uansett hva slags motor traktoren har, er motorens oppbygning og virkemåte praktisk talt i ett og alt slik som bilmotorens. Vi skal derfor ikke gå i detaljer om motoren her, men viser til F. W. Orres artikkel «Billære» når det gjelder disse ting. Her skal vi bare behandle forhold som er helt spesielle for traktoren.

Fig. 4. Registerkjede og hastighetsregulator med vektlodder.

Traktormotorens opphengning Traktormotoren, som er stivt forbundet med traktorens bakre del, har i fronten en fastskrudd, bastant forlengelse med festebolt for den svingbare forakselen, Traktorkroppen er på denne måten lagret opp på tre punkter — ved begge bakhjulene og på midten av forakselen.

Hastighetsregulatoren I motsetning til bilen har traktoren automatisk hastighetsregulator. Ved arbeid som pløying, harving m. m. reguleres således drivstoff-forsyningen automatisk etter de skiftende belast­ ninger som terreng og jordmotstand gir. Motorhastigheten og kjørehastigheten holdes noen­ lunde konstant. Mekanisk hastighetsregulator er mest alminnelig. Fig. 4 viser registerkjeden og hastighetsregulatorens vektlodder på fronten av en motor. Fig. 5 viser skjematisk hvordan regulatoren vir­ ker på en bensinmotor. Regulatorens hastighet = kamakselens hastighet = den halve motorhastighet. Gass-spjeldet åpnes og lukkes ved de bevegelser som loddene (1) gir ved varierende sentrifugalkraft, som følger av varierende motorbelastning og -hastighet. Flere traktorer har nå også fotgass, slik som på biler. Dette er en følge av at traktorene får stadig mer omfattende arbeidsoppgaver.

Fig. 5. Hastighetsregulatorens virkemåte, skjematisk. (1) Vektlodder. (2) Skive. (3) Regulatorarm. (4) Opplagringsbolt. (5) Stålfjær. (6) Gass-spjeld. (7) Spak. (8) Tomgangsregulering.

Traktorens driwerk

131

TRAKTORENS DRIWERK Koplingen Traktoren har friksjonskopling. Som regel er det en tørrkopling med friksjonsskive og friksjonsbelegg. Koplingen kan ha en eller flere plater. En plate er mest alminnelig. Friksjonskoplingen sitter mellom motoren og girkassen. All utkopling må skje meget raskt, og innkopling må ikke ta lenger tid enn nødvendig for jevn igangsetting av traktoren. Lar man kop­ lingen slure for mye, blir det stor varmeutvikling, og belegget på friksjonsskiven blir fort ødelagt. 2-trinns-kopling Denne koplingen er blitt alminnelig i den senere tid. Fordelen med denne konstruksjon er at kraftuttak og hydraulisk oljepumpe kan fort­ sette å gå når traktoren stoppes, ved at driften til girene koples ut. Dette har stor betydning, f. eks. ved drift av skurtresker når det gjelder kraftuttaket, og ved drift av lesseapparat når det gjelder hydraulikken. Ved 2-trinns-koplingen sitter det et sett lamel­ ler på en drivaksel som er hul og gir rom for en drivaksel til. Her sitter det andre lamellsettet. Når koplingspedalen trykkes halvveis ned til en følbar ekstra motstand, stopper bare traktoren.

Fig. 6. 2-trinns-koplingens virkemåte.

Først når pedalen trykkes helt ned, stoppes også kraftuttak og oljepumpe.

Giret Eldre traktorer har vanligvis tre hastigheter framover og en bakover. Nå er det mer almin­ nelig med 5—6 eller flere hastigheter framover og 2 bakover. Enkelte traktorer kan også bli utstyrt med ekstra girbokser for å tilfredsstille mer spesielle behov. Det er også kommet hydraulisk regulerte gir, som gir trinnløs hastighetsregulering. De fleste traktorer har maksimal hastighet på 20— 25 km/t. Med reduksjonsgir kan enkelte traktorer komme ned i en minimumshastighet på ca. 500 m/t. Særlig for gartnerier er dette av betyd­ ning, for trekk av plantemaskiner, lukeplattformer m. m. At man kan velge mange girhastigheter, betyr meget for effektiv utnyttelse av traktoren til flere og flere arbeidsoppgaver.

Motor-omdreininger pr. minutt 500

1. 2. Gir 3. 4. 5. 6. Revers 1. » 2.

0,51 km/t 0,77 » 1,41 » 2,05 » 3,07 » 5,62 » 2.72 » 0,69 »

1500

1,54 km/t 2,30 » 4,20 » 6,15 » 9,25 » 16,90 » 8,20 » 2,06 »

2000

2,05 km/t 3,08 » 5,65 » 8,20 » 12,30 » 22,50 » 10,90 » 2,75 »

Fig. 7. Kjørehastighet ved forskjellig motorhastighet (hjuldimensjon 10—28”).

Fig. 7 og 8 gir et inntrykk av hvordan man kan velge motorkraft (turtall) og kjørehastighet etter

132

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Fig. 8. Kjørehastighet i forhold til gir og motorhastighet.

Fig. 9. Planetgir. Fig. 10. Drivverk og hydraulikk. (1) 2-trinns kopling. (2) Girboks. (3) Planetgir. (4) Hydraulisk pumpe. (5) Kontrollventil. (6) Kontrollmekanisme for hydraulikk — automatisk og manuell kontroll. (7) Arbeidssylinder. (8) Dybdespak. (9) Hovedspak. (10) Kontrollfjær.

Hjul, bremser og belteutstyr

behov. Forskjellige redskaper og arbeidsopp­ gaver stiller svært ulike krav til motorkraft og kjørehastighet. Reduksjonsgir settes inn ikke bare i den ordi­ nære girkassen. Hastigheten reduseres også ved ekstra gir på bakhjulsakslene ute ved hjulene på enkelte traktorer. Fig. 9 viser et planetgir som er montert i

133

enden av hver bakakselhalvdel. Tilsvarende planetgir tjener også som reduksjonsgir for trak­ toren på fig. 10. Fig. 3 viser gir ved enden av bakakselen som reduserer kjørehastigheten og som samtidig, ved sin plasering, forer til at traktorkroppen eller bakakselen ut fra differensialen loftes i forhold til drivhjulakselen.

Differensial og differensialsperre I praksis oppstår det situasjoner der det er best å ha «hel» bakaksel. Dette gjelder særlig når det ene hjulet slurer mens det andre kanskje har godt feste. Traktoren kommer da ingen vei på grunn av differensialen. For å løse dette problem har man utstyrt alle traktorer med differensialsperre, der kronhjulet blir koplet fast med bakakselen, slik som fig. 11 viser. Differensialsperren må aldri være tilkoplet ved kjøring i sving.

Fig. 11. Differensial med differensialsperre. (1) Planethjul. (2) Solhjul. (3) Bak­ aksel. (4) Differensialhus. (5) Differensialsperre. (6) Kilespor. (7) Kronhjul. (8) Pinjong.

Kraftuttak Det kommer stadig flere maskiner og redskaper som får drivkraft fra traktoren. Kraftuttak bak på traktoren brukes mest, og til de fleste traktorredskaper som drives fra traktormotoren. Det gjelder redskaper som skurtreskere, selvbindere, slåmaskiner, potetopptakere, vinsjer m. m. Overføringen av drivkraften foregår oftest ved hjelp av aksler med universalledd. På kraftuttaket kan det også monteres remskiver for rein­

drift av f. eks. treskeverk, kappsager o. 1. Noen traktorer har kraftuttak på siden (fig. 3). Dette brukes mest til drift av stasjonære maskiner, og dessuten til oljepumper for gravemaskiner. Noen få maskiner har kraftuttaket under midten av traktorkroppen, vesentlig for drift av sidemonterte slåmaskiner. Man kan også ta drivkraften direkte fra motor­ akselen foran på traktoren.

HJUL, BREMSER OG BELTEUTSTYR Hjulene Før hadde traktorene vanligvis jernhjul,nåbruker man her i landet utelukkende gummihjul. Vanlige 4-hjulstraktorer har bakhjul med stor

dimensjon. Man bruker lavt trykk i ringene (van­ ligvis 12—15 pund), og dekkene er utstyrt med kraftige griperibber. En vanlig dimensjon er 10

134

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Fig. 12. Regulering av sporvidden ved at hjulplater og felger kan snus. Sporvidden er angitt i centimeter.

eller 11 — 28”, men det finnes mange variasjoner over eller under. For å oppnå bedre hjulfeste, f. eks. på løs jord, nyttes forskjellig utstyr, fra de enkleste kjettinger til belter. Vil man oppnå bedre bjulfeste på fast jord med klinet eller løs overflate, vinner man oftest mest ved å øke vekten. Derfor fylles ofte hjulene med væske. Tunge vekter blir også skrudd på hjulene. Når hjulene slurer, øker slitasjen på gummien sterkt. Det er meget uheldig å kjøre med for lite luft i ringene. Da kan det lett blir sprekker i sidene på dekkene, og slike skader er det vanskelig å reparere. Hjulstilling På de fleste traktorer som brukes her i landet kan hjulavstanden reguleres. Dette kan skje på forskjellig vis. Oftest skjer reguleringen av bakhjulavstanden ved at man snur hjulplaten, som er formet som et fat, og monterer den på begge sider av festeøret i felgen. Se fig. 12. Hjul­ avstanden på denne traktoren er her satt til 88” (223,5 cm) c.-c. Normalavstanden er 52” (132 cm). Når gummiringene fylles, nyttes vann,

tilsatt klorkalsium (veisalt) for å hindre frysing. En 15 % oppløsning fryser til sørpe ved 4~ 12 °C, men stivner først ved nær 4- 30 °C. Ringen blir fylt til 75 % av totalvolumet når væsken står opp til ringens ventil (hjulet er da snudd slik at ventilen står øverst). Som eksempel: 75 % fylling av et 10—28” hjul har et rom på 125 liter; ved 20 % oppløsning gir dette rom for 28 kg salt og 115 liter vann, i alt 143 kg. Oppløsningen kan fylles på med en slange fra et kar som settes 2—3 meter høyere enn traktoren. Luften som fortrenges må slippe ut av og til. Spesielle fyllingsnipler finnes også. De gjør arbeidet lettere og tillater også 100 % fylling av ringene. Mulighetene for å regulere hjulavstanden ut­ nyttes ved kjøring i radkulturer, ved montering av forskjellig belteutstyr og spesielle redskaper. Ved arbeid i sterke sidehellinger blir kjøresikkerheten selvsagt større når hjulavstanden økes. Forhjulene på en vanlig 4-hjulstraktor er for­ holdsvis små. Dimensjonene er blitt økt noe etter at det er blitt vanlig med frontmontert lesseapparat. Regulering av hjulavstanden skjer her ved å forlenge eller korte inn forakselen. Denne er hengslet til traktorkroppen slik at den kan svinge opp og ned etter ujevnhetene i terrenget. Kingboltene ender nederst i akseltappene for hjulene. Øverst har de en svingarm, som er for­ bundet med rattets styremekanisme ved hjelp av stag. Nyere traktorer har også utstyr for hydraulisk styring. En oljesylinder svinger for­ hjulene. Dreininger av rattet dirigerer kontrollventilen for oljestrømmen. Oljetrykket skaffes fra en liten pumpe som er montert på motoren.

Bremsene De fleste traktorer har nå en parkeringsbremse, en hovedbremse som virker på begge hjul og en bremsepedal for hvert av bakhjulene. Den siste tjener til å lette styringen i skarpe svinger og til å bremse av hjul som slurer, slik at det andre hjulet kan komme i bevegelse. Den vanligste

traktorbremse har to bremsesko, som presses utover mot sidene i en trommel på hjulet. Det finnes også skivebremser, som er helt innebygd. Disse virker som en lamellkopling, der en eller flere lameller roterer med akselen. Disse presses sammen med stillestående lameller ved bremsing.

Belteutstyr til 4-hjulstraktorer Halvbelter spennes rundt traktorens bakhjul og et ledehjul som løper mellom for- og bakhjul. Dette hjulet

sitter på en arm fra bakakselen. På mer utviklede konstruksjoner av ledehjulutstyr finnes mekanis­ mer som presser hjulet ned mot bakken og sam-

Hydraulisk utstyr og redskapskopling

135

Fig. 14. Helbelter («Hillary-belter») på traktor ved grøfting i meget bløt myr. Fig. 13. Halvbelter av stål montert på traktor.

tidig framover i beltet, slik at dette blir boldt passelig stramt, samtidig som det kan gi etter når ledehjulet og beltet ruller over skarpe ujevn­ heter. Fig. 13 viser de mest alminnelige belter, der ribbene koples sammen med stållenker. Disse faller rimeligere, men de gir ikke så god bære­ evne i dyp snø. Helbelter Disse beltene er av samme type som halvbeltene, men spennes også helt over forhjulene. Forhjulene låses fast. Styringen skjer også her med rattet, men armene fra styresnekken blir ved hjelp av en wirestump forbundet med

bremsemekanismen på hvert av bakhjulene, slik at man kan styre med bremsene. På fig. 14 ser vi helbelter av samme konstruk­ sjon som dem Sir Edmund Hillary fikk fra Norge. Med sine Ferguson traktorer nådde han, som kjent, Sydpolen. Hvert belte er ca. 60 cm bredt. Gummiremmene som ribbene er montert på, er her ca. 16 cm brede. På fig. 14 ser man også en frontmontert vinsj, som drives fra kraftuttaket bak med en overforingsaksel langs siden og nederst på traktoren. Wiren fra vinsjen kan trekkes forover fra trak­ toren, under traktoren og bakover, eller over traktoren ved hjelp av lederuller til en lastebom for tømmer, som kan monteres bak på traktoren.

HYDRAULISK UTSTYR OG REDSKAPSKOPLING De første traktorer med hydraulisk betjente redskaper kom til Norge i 1938. Etter mange års eksperimenter var irlenderen Harry Ferguson kommet fram til den traktorkonstruksjon som er blitt forbildet for de fleste andre hele verden over. Ferguson mente at traktorer og redskaper måtte gjøres lettere og enklere, og de måtte være så billige at også folk med mindre gårder hadde råd til å kjøpe dem. Traktormaskineriet måtte også være lettere å håndtere, slik at det kunne

nyttes på mindre arealer og i vanskeligere terreng. Tidligere ble redskapene alltid slept etter traktoren. Forholdsvis tunge ploger og kultivatorer hvilte på redskapenes egne hjul under ar­ beidet. Traktorene måtte ha temmelig stor død­ vekt for at det skulle bli god nok trekkevne. Bruksmulighetene var derfor mindre gode i bakket terreng og på små arealer. Kontroll og justering av redskapene var nokså tungvint.

136

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

(Dessuten er prisen høyere desto tyngre traktor og redskap er.) Moderne 3-punkts monterte redskaper er lette og enkle, og den hydrauliske betjeningen er også enkel. Redskapsvekt og jordtrykk overføres til

traktoren, slik at den får større trekkevne og bedre stabilitet under arbeidet. Til mer utviklet hydraulisk utstyr hører auto­ matisk sikkerhetsutløsning, som virker f. eks. når plogen kjøres fast i fjell e. 1.

Hovedtyper av hydraulisk utstyr 1. Hydraulikk med automatisk dybdekontroll for redskapet. Trykk- og strekkimpulsene i toppstaget mellom redskap og traktor overføres til det automatiske kontrollutstyret. Med denne type hydraulikk kan traktoren bære hjulløse redskaper under arbeidet, slik at vekt fra redskap og jordtrykk blir overført til traktoren, som da får større trekkevne og stabilitet. Ved fastkjøring i stein o. 1. tømmes øyeblikkelig den innebygde loftesylinderen for olje. Derved avlastes traktorhjulene for vekt av redskap og jordtrykk, slik at hjulene slurer. 2. Kontrollutstyr som tillater delvis vektoverforing fra redskap til traktor. Men en plog f. eks. må være utstyrt med dybdehjul og reguleringsutstyr for dette.

3. Hydraulikk uten automatisk dybdekontroll, men med kontrollsystem som gjør det mulig å holde redskapet i forskjellige hoydestillinger. 4. Enkleste form for traktorhydraulikk er ut­ styr som bare tjener til å heve og senke redska­ pene. (Fig. 15.) Redskapene må være utstyrt med dybdehjul. Dybdekontrolleu skjer ved justeringer på selve redskapet. Traktoren får liten eller ingen vekt overført fra redskapet. Dette forhold må rettes opp med større dødvekt på traktoren. Det hydrauliske utstyret på traktorer om­ fatter også utenforliggende oljesylindere, f. eks. på lesseapparater, tippesylindere på tilhengere, ekstra loft for diverse transportredskaper m. m.

I det følgende skal vi gjennomgå det hydrau­ liske systemet som er nevnt under punkt 1. Dette er systemet for Ferguson og Ford-Ferguson traktorer. For lettere å forstå hvordan systemet virker, må man kjenne til redskapskoplingen.

Fig. 15. Skjematisk tegning av hydraulikk som løfter, holder og senker redskapet. (A) Oljen går fra pumpen gjen­ nom kontrollventilen til forsiden av arbeidssylinderen. Stemplet presses bakover og løfter redskapet. (B) Oljen går gjennom kontrollventilen tilbake til tanken. Kanalene fra arbeidssylinderen er stengt, og stemplet og redskapet kan ikke bevege seg. (C) Oljen går fra pumpen gjennom kontrollventilen til baksiden av arbeidssylinderen. Stemplet presses framover, redskapet nedover.

Redskapskoplingen En redskapskopling som den på fig. 16 kalles oftest 3-punktskopling. De vanligste bakmonterte redskaper har nemlig 3 koplingspunkter — to nederst for traktorens trekkstenger, og ett øverst for traktorens trykkstag (toppstag). Selve tilkoplingsmåten er den samme for de fleste nyere traktorer. Alle tilkoplingspunkter for

stenger og redskap har kuleledd. Trekkstengene trekker redskapet, mens redskapets topp-punkt (f. eks. plogens) har større eller mindre tendens til å trykke mot traktoren — av dette betegnelsen trykkstag. Dette trykket oppstår ved at jordmotstanden mot redskapets arbeidsorganer (f. eks. plogkropper eller kultivatortinder) søker å

Hydraulisk utstyr og redskapskopling

dreie redskapet omkring den akselen som for­ binder det med trekkstengene. De trykkimpulsene som overføres fra redskapets topp-punkt gjennom trykkstangen til et fjærende feste for denne, utnyttes ved hjelp av en kontrollmeka­ nisme til å få automatisk dybdekontroll- og sikkerhetsutløsning ved fastkjøring. Løfting av redskapet skjer (fig. 17) ved at trekk­ stengene ved hjelp av løftestag er forbundet med løftearmene (2). Disse dreies om en aksel ved trykk fra stempelstangen (7), som beveges av stemplet (6) i arbeidssylinderen (5). Arbeidssylinderen får oljetrykk fra pumpen (I). Senking av redskapet skjer ved at kontrollventilen åpner slik at oljen kan renne ut av oljesylinderen. Det er vekten av redskapet som driver oljen ut av arbeidssylinderen.

137

Fig. 16. 3-punktskopling, (1) og (2) koplingspunkter £or trekkstengene, (3) for trykkstaget (toppstaget).

Kontrollmekanismen Vi betrakter fortsatt fig. 17. Kontrollventilen (11) styres av gaffelmekanismen (9), som be­ tjenes med kontrollhåndtaket (3). Når håndtaket føres framover, vil eksentertappen (18) tvinge gaffelen til å svinge med kontrollfj ærens gaffel (4). Kontrollventilen trekkes bakover. Oljen får da anledning til å renne ut av arbeidssylinderen under det trykk som redskapets vekt øver mot sylinderens stempel. Redskapet senkes. Ventilens bevegelse bakover begrenses av gaffellengdens anslag mot bunnen av senterhuset. Når denne stilling er nådd, kan kontrollhåndtaket likevel beveges ytterligere framover, fordi gaffelmeka­ nismen er leddet. Når redskapet er nådd til jorden, vil bevegelsen av traktoren framover skape et trykk framover, som går fra redskapets topp via trykkstangen til kontrollfjæren, som holder imot for trykket. Alt etter trykkets styrke vil gaffelen (4) bevege seg forover. Dette, i forbindelse med strekket i fjæren som holder gaffelen (9), fører til at gaffelen dreier seg med svingepunkt ved 18, og kontroll­ ventilen føres tilsvarende framover i sin bøssing. Redskapet vil fortsette å søke nedover i jorda inntil trykket er blitt så stort at kontrollventilen er ført til midterste stilling, der den stenger for både innløp og utløp av olje i redskapssylinderen. Redskapets stilling blir da uforandret. Når trak­ toren går over eller nedi ujevnheter, vil trykkimpulsen fra redskapet øyeblikkelig forandres i styrke. I samme øyeblikk forandres kontroll-

ventilens stilling, og dette fører til at arbeidsdybden kan holdes, selv om traktoren går på ujevn grunn. Det trykk mot kontrollfjæren som trenges for å oppnå balanse (kontrollventilen i

Fig. 17. Hydraulikk som automatisk regulerer redskapets høyde i forhold til jordmotstanden. (1) Trykkstag. (2) Loftearm. (3) Kontrollhåndtak. (4) Trykkgaffel. (5) Arbeidssylinder. (6) Stempel. (7) Stempelstang. (8) Anslag. (9) Gaffelmekanisme. (10) Oljeinnlop. (11) Kontrollventil. (12) Oljeutlop. (13) Sikkerhetsventil. (14) Pumpe. (15) Innlopsventil. (16) Utlopsventil. (17) Tilbakeslagsventil. (18) Eksentertapp.

138

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

midtstilling), vil oke jo lenger forover kontrollhåndtaket står. Redskapets arbeidsdybde er derfor avhengig av hvordan kontrollhåndtaket er stilt inn.

Løfting av redskapet Når kontrollhåndtaket (3) føres bakover, får øverste del av den leddede gaffelen (9) anledning til å svinge med sentrum i leddet mellom gaffel 4 og 9. Dette skyldes kraften i fjæren under arbeids­ sylinderen som holder igjen nederste del av gaf­ felen. Derved føres kontrollventilen fram til «løftestilling» — den åpner for oljeinnløp til pumpen. Olje pumpes inn i arbeidsylinderen (5) og beveger stemplet (6). Løfteakselen med løftearmene (2) svinges, og redskapet løftes. Oljeinnløpet i sylinderen stoppes når stemplets skjørt er kommet så langt ut av sylinderen at det støter mot knaster på gaffelen og fører gaffelen tilbake med svingepunkt i leddet mellom gaffel 4 og 9 til kontrollventilen når sin midtstilling. Sikkerhetsutløsning ved fastkjøring Hvis redskapet støter mot en fast hindring, blir det ekstra stor bevegelse forover av kon-

trollfjærens gaffel (4). Knastene på gaffelen (9) vil da støte mot enden av den hydrauliske sylin­ deren og danne svingepunkt for gaffelen der denne slår an mot sylinderenden. Derved vil den nedre enden av gaffelen bevege seg den motsatte vei av hva som skjer ved vanlig trykkpåvirkning (bakover istedenfor forover). Kontrollventilen trekkes bakover til «senke»-stilling med stor hastighet. Traktoren, som hittil har båret red­ skapet, frigjøres momentant for vekten av dette. Trykket på traktorens bakhjul reduseres kraftig, traktoren stopper på grunn av hjulsluring, og man unngår å skade redskapet. På de nyere Massey-Ferguson traktorer er kontrollmekanismen for hydraulikken utviklet videre. Også her virker den automatiske dybdekontrollen ved bruk av redskaper som gir strekk i toppstangen (trykkstangen), f. eks. tunge radrenseredskaper som får liten jordmotstand fordi arbeidsorganene arbeider grunt. På eldre mo­ deller må dette avhjelpes ved å strekke en stram spiralfjær fra redskapets topp-punkt bort til et feste på traktoren, slik at kontrollfjæren fortsatt kan få trykkimpulser fra red­ skapets arbeid. Kontrollspaken nærmest setet kalles hoved­ spaken. Utenfor denne står dybdespaken med sin støttesektor. Hovedspakens øvre sektordel gir posisjonskontroll, bestemt ønsket høyde for red­ skapet. Når spaken føres framover, senkes red­ skapet mer og mer. Foran på sektoren er det et område der kontrollspaken dirigerer ventilen til å slippe oljen raskt ut av sylinderen. Stilles spaken noe lenger ned, gir kontrollventilen mindre åpning for oljeutløpet. Arbeidsdybden for vanlige jordgående redskaper stilles med den andre spaken, dybdespaken. Heving og senking, f. eks. av plogen, skjer med hovedspaken. Heving og senking av lesseapparat som har egne oljesylindre, skjer med dybde­ spaken — mens den senkehastighet man ønsker, velges på forhånd med hovedspaken.

Spesielle ekstra kontrollsentraler for traktorer Videre utbygging av kontrollutstyret må til når det skal nyttes flere og flere oljesylindre som skal dirigeres uavhengig av hverandre. Dette blir aktuelt når f. eks. et mer utviklet lesseapparat skal ha dobbelt virkende oljesylindre for løfting av armene, dessuten sylindre for skuffesvingen. Samtidig har kanskje traktoren et hydraulisk betjent redskap bak. For slike formål bygges det opp spesielle kon­ trollsentraler med en ventil for hver sylinder

Hydraulisk utstyr og redskapskopling

(eventuelt for flere sylindre hvis de arbeider parallelt). I samme sentral kan det settes inn ventiler både for dobbeltvirkende og enkeltvirkende oljesylindre. Sylindrene og kontrollventilene kan koples inn på ledningsnettet til den innebygde oljepumpen. Det kan også bli behov for å montere et ekstra komplett system med

Fig. 19. Traktorens kontrollventil-mekanisnie, g j ennomskår et.

Oljepumpen Oljepumpen på Fer­ guson, Ford-Ferguson og Massey-Ferguson traktorer er en 4-sylindret stempelpumpe. Kraftuttakakselen, som løper gjennom pumpehuset, driver eksenterblokken. Denne skyter fire stempler i bevegelse. På hver side av pumpen sitter et ventilhus. Hvert av dem inneholder to par inntaks- og utløpsventiler med fjærer. En tilbakeslagsventil hin­ drer mottrykk, og en sikkerhetsventil trer i funksjon hvis trykket i det hydrauliske sy­ stemet overstiger det tillatte.

Fig. 20. Snitt gjennom pumpen, som viser ventilkamrene og svingmekanismen for kontrollventilen.

139

egen oljepumpe, oljetank, overtrykksventil osv., f. eks. ved industrilesseapparater, hydraulisk gravemaskin m. m. Dette utstyret har også mye til felles med vanlig hydraulisk utstyr for trakto­ rer som ikke har automatisk dybdekontroll. Se fig. 15, som skjematisk viser en traktor som kan heve, holde og senke redskapet.

140

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Ekstra loftesylinder Når traktorhydraulikken ikke klarer f. eks. silo- eller stemlassene på svanseredskapene, kan det være aktuelt med ekstra løfteutstyr for transportredskaper, montert bak på traktoren. Fig. 21 viser hvordan en ekstra loftesylinder moteres mellom traktorens trekk-krok og øverste del av redskapets rygg. Trykket i traktorens innebygde loftesylindre og denne ekstrasylinderen vil jevne seg ut. Ved hjelp av kranen på olje­ ledningen kan sylinderen virke som loftelås. Redskap med lass kan låses fast i hvilken som helst ønsket høyde.

;

Fig. 21. Ekstra loftesylinder montert mellom traktorens trekkkrok og øverste del av redskapets rygg («superløft»).

TRAKTORREDSKAP Vanlige jordbearbeidingsredskaper, som ploger og kultivatorer, er meget enkle. Det man først og fremst må ha i tankene er at traktor og redskap skal arbeide sammen som en enhet. I praksis vil man da lett kunne skjønne hvordan plogen f. eks. skal justeres og hvordan man skal få det beste ut av maskinen i f. eks. bakket lende. Vi skal her gjenta litt av det som ble nevnt i forbindelse med hydraulikken, slik at det blir lettere å oppfatte prinsippene i praksis, med redskapet i jorda. Forklaringene her gjelder spesielt for traktore­ ne Massey-Ferguson 35 og ME 65, men en rekke av punktene har gyldighet for de fleste andre alminnelige traktorer. 1. Når redskapet ikke har dybdehjul, overføres redskapsvekten til traktoren. Derved oppnår man større trekkevne, selv7 om traktorens dødvekt er nokså lav. Det er viktig å ha gode plogskjær og riktig sokning, for å få effektiv vektoverføring til traktoren. 2. Redskapets jordmotstand tas opp av7 toppstaget. Belastningsimpulsene gjennom toppstaget blir tatt opp av den hydrauliske kontrollfjær, som er forbundet med mekanismene for den auto­ matiske dybdekontroll. Toppstagets plasering tjener samtidig til å oppnå god frontstabilisering. 3. Reaksjonskontroll gir lettvint adgang til å justere følsomheten i det hydrauliske system. Med innstilling for hurtig reaksjon oppnås jevn arbeidsdybde også i småkupert terreng. Seneste reaksjon er gunstig for trekkevnen ved bruk av dyptgående redskaper.

4. Automatisk dybdekontroll oppnås uansett om redskapet øver trykk eller strekk i toppstaget under arbeid. Derved oppnår man jevn arbeids­ dybde uten bruk av dybdehjul, selv med gruntgående, baktunge redskaper, slik som radrensere og potetsettemaskiner. 5. Ved fastkjøring oppstår et kraftig trykk i toppstaget. Denne impuls virker via kontrollfjær og stagmekanisme på kontrollventilen, slik at den hydrauliske arbeidssylinder tømmes for olje. Dermed blir ikke redskapet lenger båret av trak­ toren. Den momentane reduksjon av vekten på bakhjulene gjor at disse straks slurer. Legg merke til at det kraftige trykk i toppstaget sam­ tidig tvinger traktoren ned i fronten og hindrer at den steiler. 6. Posisjonskontroll gjør det mulig å låse red­ skapet i den høyde man ønsker. Slik kontroll kan være hensiktsmessig for redskaper som arbeider i jordoverflaten eller over bakken, f. eks. svanser, moldskufler og skraper. Også jordgående red­ skaper kan stå under posisjonskontroll. Kjører man fast, løses redskapet ut. 7. Traktorens hydraulikk har oljeuttak og or­ ganer for kontroll av alle slags redskaper, uansett hvor disse er plasert på traktoren. Allsidig ut­ nyttelse av traktoren stiller store krav til det hydrauliske utstyr. Her vises tilhenger med tipp og lesseapparat på traktoren. 8. «Et-halvt-minutt-koplingen» gjør kopling av tunge tilhengere, belastningslodd, snøploger m. m. til «fingertupp-jobb». Trekk-kroken senkes

Traktorredskap

141

Fig. 22. Traktor og redskap, skjematisk framstilling av vektforhold, jordmotstand m. m. (Se punktene 1—8 s. 610.)

og rygges inn under trekk-øyet på tilhengeren. Kroken løftes hydraulisk og låses automatisk fast helt oppløftet stilling. Koplingens tverrbom hindrer traktoren i å steile farlig mye. Ved transport med traktor bør en del av nytte­ lasten overføres til traktoren, for at denne skal få godt feste med hjulene og god trekkevne. Prinsippet for delvis overføring av lastvekten til traktorens bakhjul passer godt ved bruk av doninger med både ett og to par meier, som ved bruk av vanlig tilhenger. Hvis doningen har to

par meier, «bukk og geit», er forreste lessebanke plasert på rammen mellom trekk-kroken og «bukken». Derfra får traktorhjulene overført stor vekt på lasset, og dette øker trekkevnen. Det er viktig at trekk-kroken ligger så lite bakenfor bakakselen som mulig. Derved kan større lastvekt overføres fra lasset uten at dette går ut over stabilitet og styreevne for traktoren. Kopling langt bakenfor bakakselen er meget farlig for tunge lass, særlig i svinger ved utfor­ kjøring.

Ploger God pløying er den grunnleggende arbeids­ operasjon i åkerdyrkingen. For å kunne pløye godt, er det ikke nok bare å kunne kjøre trakto­ ren. Man må også ha tilstrekkelig begrep om plogens funksjoner under forskjellige forhold, slik at nødvendige justeringer og vedlikehold blir utført riktig. Før ble det brukt slepeploger til traktoren. Disse ble trukket etter traktoren og hadde hjul

som på en tilhenger. Dette gjorde at traktorene måtte være tunge, for at traktorhj ulene skulle få skikkelig gripefeste til å trekke plogen. Dette er et ugunstig forhold, særlig ved pløying i bratt lende. Det er bare ganske få slepeploger i bruk her i landet nå. Den 3-punkts monterte plogen er enkel. Som bildene viser, har plogrammen en tverrgående aksel, som traktorens to trekkstenger koples til.

142

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Fig. 24. Fireskjærs plog for traktor. (1) Skjær. (2) Veltefjel. (3) Rullende landside. (4) Plogås. (5) Sideregulering. (6) Skumskjær. (7) Skiveristel.

Fig. 23. 3-punkts montert treskjærs plog.

Festetappen for trekkstengene sitter eksentrisk i forhold til tverrakselens sentrum. Tverrakselens ender er bøyd i motsatt retning i forhold til hverandre. Ved å vri akselen, kan man med en

reguleringsspak lettvint regulere plogens sidestilling i forhold til traktoren, slik som bildet viser. På plogrammen er det bygd opp et stativ med et topp-punkt som gir feste for trykkstaget mel­ lom plog og traktor. Plogens søkning reguleres ved at man forandrer lengden av dette staget. Gjøres staget kortere, vil plogen få mer søkning — og omvendt. Plogåsene er bøyd ned fra plogrammen og gir feste for plogkroppene. Plogkroppen består av skjær, veltefjel og landside.

Grubbere Når det av og til er om å gjøre å bryte jorda ekstra dypt, kan man utstyre en ettskjærsplog med fjærende tinder, som roter i bunnen av plogfura etter plogen. Rammen med tindene er skrudd fast til plogrammen. Skal man arbeide enda dypere og bedre, er det best å kjøre foran med en traktor som pløyer, og så kjøre med en traktor som går skrevs over plogfura og trekker en solid grubber i bunnen av den for å løse opp hard jord og ta opp stein. Fig. 25 viser en slik en-tindsgrubber. Denne brukes også til å rive opp stein og stubber ved nydyrking.

Fig. 25. Grubber.

Traktorredskap

143

Slodder Slodden er det første redskap som brukes på pløygsla om våren. Med denne jevnes overflaten, jordskorpa blir brutt opp, og jordklumper blir knust. Det finnes flere typer slodder. Det er vanlig at

den bakre sloddebjeiken har pigger eller kniver. Disse knuser klumpene lettere og bearbeider jorda bedre. Sloddene blir som regel ekstra belastet med stein.

Harver — kultivatorer Harven skal smuldre og blande jorda, gjøre i stand en god såseng, bekjempe ugras og bryte hard jordskorpe. Vi har derfor ulike typer harver. Fig. 26 viser en harvtype som er meget brukt i vanlig våronnarbeid i dag. Tidligere var det mest

Fig. 26. Kultivator.

Fig. 27. Harv med universalramme og flyttbart 3-punktsfeste.

alminnelig med forholdsvis brede tinder i har­ vene. Harven på bildet har spesielt smale tinder og et forholdsvis stort antall godt spredte tinder, slik at halm og andre planterester lettere glir igjennom. Denne harven gir også en god såseng. Harven er koplet til traktoren slik at den kan svinges sidelengs i forhold til traktoren. Den kan løftes ved hjelp av 3-punktskoplingen, og man kan oppnå stor vektoverforing fra redskap til traktor under arbeidet. Arbeidsdybden kan reguleres ved at man skrur dybdehjulene opp eller ned i forhold til harvtindene. Avstanden mellom tindene kan regu­ leres. Fig. 27 viser en harv med de tinder som har vært mest alminnelig hittil. Her er harven festet til en universalramme, som kan brukes for red­ skaper til mange andre arbeidsoppgaver. Den øvre rammen med 3-punktsfeste for traktoren kan lett tas av og flyttes over på andre bærerammer.

Stivtindkultivatorer Dette er en spesiell form for kultivatorer som er beregnet på å arbeide særlig dypt i jorda og i det hele tatt under vanskelige forhold. Normalt fun­ gerer tindene som om de var helt stive. Nederst har de, som andre tinder, skjær, og av dem finnes det flere typer å velge imellom. Hver tinde holdes i stilling ved hjelp av to kraftige fjærer. Kjører man fast, slik at trykket blir for stort på en tinde, kan den slås tilbake ved hjelp av en leddmekanisme. Straks hindringen er passert, spretter tinden fram i normal stilling igjen. På fig. 28 er det på kultivatoren montert en spesiell forlengelsesramme, slik at avstanden fra traktoren er større. Med denne forlengelsen

144

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

lang gjennomgående skrue, slik at skiver med mellomhylser trekkes sammen. Når seksjonene stilles mer eller mindre skrått i forhold til kjøreretningen, skjærer skivene seg ned og arbeider på en måte som en rullende plog. Skålharven passer særlig godt for nedmolding av gjødsel og for harving på opp-pløyd eng hvor vanlige harver lettere kaster opp grastorv. Den kjøres som regel med ganske stor hastighet etter traktoren. Da gjør den best arbeid. Sammenlignet med andre harveredskaper kre­ ver skålharven meget tilsyn. Hver av de fire harvseksjoner er lagret i hus med treskåler, som må smøres ofte med fett.

Fig. 28. Stivtindkultivator (med forlengelsesramme). Over : Redskapet i arbeid med å trekke ut oppgravd masse fra kanten av en kanal. Under: Tindene slår tilbake når de støter på en fast hindring.

brukes kultivatoren også til å trekke ut jordvoller som er kastet opp ved kanalisering og til å spre groftefyll fra skogsgrøfter. Når denne kultivatoren utstyres med såkalte gåsefotskjær, er den meget effektiv når det gjelder å bekjempe rotugras.

Skålharver Vanlige traktor-skålharver er bygd for sleping eller de kan være utstyrt med ramme for 3-punkts montering, slik at de kan bæres for tipp. På den alminnelige traktor-skålbarven er arbeidsorganene i fire seksjoner, som beveger seg etter terrenget uavhengig av hverandre. Hver av de fire aksler har 4—8 runde stålskiver. Det finnes også skål­ harver med skiver som har tannet periferi. Akse­ len er firkantet, og skivene holdes på plass med hylser som er tredd inn på den firkantede akselen mellom hver skive. Det hele holdes sammen av en

Spaknivharver Disse harvene er velkjent fra den tiden hesten var eneste trekkraft. Men under «traktoriseringen» av norsk jordbruk forsvant dette redskap for jordbearbeiding inntil det for få år siden vant nytt og meget stort marked i Norge som nykonstruerte redskaper for traktor importert fra Finnland. Praksis har vist at spaknivharvens arbeids­ måte virket mye bedre ved de langt høyere kjøre­ hastigheter som motorsterke traktorer kunne yte sammenliknet med hester som trekkraft, som var bare rundt 30—50 meter pr. minutt. Spaknivharven kjøres med best resultat etter traktor med hastigheter 10—15 km pr. time. Når trak­ torens motorstyrke i forhold til harvstørrelsen er god nok for enhver hastighet, er det bare traktorførerens bekvemmelighetsfolelse som set­ ter grense for hensiktsmessig kjørehastighet. Som bildet viser har spaknivharven roterende aksler utstyrt med «knivkors», som med hjelp av sin skråstilling i forhold til underlaget skjærer opp, løsner og blander jordlaget fra den dybde som knivene arbeider. Arbeidsdybden kan regu­ leres med ekstrabelastning på harverammen opp til 400 kg. Spaknivharvens særpreg i forhold til vanlige harvredskaper er at den blander jorden bedre og kan kjøres med større hastigheter uten å mote så stor risiko for brekkasjer ved hindringer som stein, fjellskjær o.l. Spaknivharven er dessuten meget hensikts­ messig ved bruk om hosten, for ploging og etter skurtreskingen. Ved spakniving for pløying stimuleres ugress til å spire, for så å ødelegges av hosten. Halmen blandes samtidig med jord, kut­ ting og jordblanding forer til raskere forråtnelse, og dermed bedre næringsforhold for etterfølgende avling.

Traktorredskap

145

Fig. 28 A. Bildene viser (A) hvordan skråstillingen av kniwalsene kan reguleres. Storre skråstilling i forhold til kjøreretningen gir sterkere jordbearbeiding. (B) Viser platt­ form for ekstra belastningsvekt opp til 400 kg for å oke effekten av jordbearbeidingen og arheidsdybden. (C) Her vi­ ses den harvtype som helst anbefales ved at det er 3 X 2 spaknivaksler i føringssporet. Dette gir enda bedre jord­ bearbeiding enn den enklere konstruksjon (D), som har vært mest alminnelig i starten av utviklingen for denne harvkonstruksj on. Fig. 28 B. Bildet, som viser spaknivharven i marken, har også med en viktig nyskapning når det gjelder finbearbeiding av såarealet. Den rullende ribbetrommel som her sees bak spaknivharven kan også monteres bak såmaskiner, har­ ver og kultevalser. Ribbetrommelen har som hensikt å knuse jordklumper, jevne og pakke dem til en hensiktsmessig fast­ het så langt det gjelder jordoverflaten. Dette har meget stor betydning for plantenes spiring og vannhusholdning.

Jordfresere Små tohjuls jordfresere for hagebruk og gart­ nerier har vært i bruk ganske lenge. Storre jord­ fresere, drevet av traktor og montert som andre 10 —Teknikk III

redskaper bak på 3-punktskoplingen, er kommet i bruk først i de senere år. Erfaringer fra praksis og forsøk tyder på at jordfreserne vil bli brukt

146

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Fig. 30. Jordfreser i arbeid på myr som er tett tilvokst av dvergbjørk (Våler i Solør).

Fig. 29. Jordfreser, type Howard D.

mer og mer også i den vanlige jordbearbeiding i landbruket. Hittil er traktor-jordfreserne mest

blitt brukt til nydyrking og jordbearbeiding i frukthager og storre gartnerier. Jordfresere av solid konstruksjon, slik som på fig. 29, kan rive opp mose, mindre vidjekratt, småskog, mindre rotter og stein uten å bli ødelagt.

Spredere for husdyrgjødsel De fleste spredere for husdyrgjødsel som brukes her i landet er av kjerretypen. Sprederne har en hjulaksel under kassen og har utstyr for trekk av hest eller traktor. Bunnen i sprederen er formet som et endeløst belte, som beveger husdyrgjød­ sla bakover. I bakre enden av kjerra blir gjødsla tatt opp av en spredevalse for den kastes bak­ over.

Gjødselspredere med transportskrue og spredevifte Dette er en ny type gjødselspredere av norsk konstruksjon. Den er kommet på markedet i løpet av de senere år og virker meget lovende. Selve tilhengeren er en stor beholder, langstrakt og smal i bunnen, som rommer 1,5—2 tonn gjød­ sel. Nederst i den smale bunnen, i kjøreretningen, ligger en transportskrue (omtrent som skruen i en kjøttkvern), som drives direkte fra traktorens kraftuttak. Skrueakselen ender på baksiden av beholderens vegg i en vifte, som kaster gjodsla ut med stor kraft og sprer den effektivt. Utløpet ved viften kan stenges ved å trekke en boks som omfatter viften inn mot bakveggen av gjødsel-

Fig. 31. Gjødselspreder, type Guffen. (1) Lokk som kan åpnes og stenges fra førersetet. (2) Spredevifte, som drives fra traktorens kraftuttak.

Traktorredskap

beholderen, slik at gjodsla ikke kan renne ut. Åpning og lukking dirigeres lett med en håndspak fra traktorsetet og med stagforbindelser tilbake til stengemekanismen. Som man skjønner, er denne gjødselsprederen

147

langt enklere enn de typer som har vært brukt tidligere. De gode erfaringer man har med den forteller at den etter hvert nok vil fortrenge de eldre og mer kompliserte typer spredere for traktor og best.

Kunstgjodselspredere Verdistoffene i kunstgjødsla er blitt mer og mer konsentrert. For hvert kilo kunstgjødsel som spres ut, blir det sterk konsentrasjon av nærings­ stoffer for plantene. Det er derfor meget viktig at kunstgjødsla blir spredd så jevnt som mulig. Tallerkenspredere Disse har i mange år vært de mest alminnelige kunstgjodselspredere. De arbeider sikkert og sprer jevnt, og de er enkle å vedlikeholde, sam­ menlignet med de fleste eldre typer av spredere. Tallerkensprederne utføres for trekk av både hest og traktor. De er nå mest alminnelig å bruke små eller middels store spredere uten hjul. De monteres direkte på traktorens 3-punktskopling og får drift gjennom en kjede fra et kjedehjul på utsiden av traktorhjulet. Som fig. 32 viser, er systemet meget enkelt.

Karusellen drives fra traktorens kraftuttak når sprederen er montert direkte på 3-punktskoplingen. På grunn av sentrifugalkraften slynges gjodsla ut i vifteform. Mengden av gjødsel pr. dekar kan varieres med karusellens omdreiningshastighet og/eller ved å gi storre eller mindre åpning ved utmatningen. For gjødselspredere er det meget viktig med godt vedlikehold, vask og smoring etter bruk. Kunst- og naturgjodsel forer lett til sterk rustdannelse, slik at maskinene snart blir ødelagt hvis de ikke får skikkelig stell.

Fig. 32. Tallerkenspreder for kunstgjødsel, (a) Spredevalse. (b) Tallerken, (c) Drivaksel. (d) Reguleringsspjeld. (e) Regulering av såmengden.

Større spredere med mange tallerkner må være montert på en hjulgang og kjøres som tilhenger etter traktoren. Det er på grunn av vekten. Sprederne er ellers like. Sentrifugalspredere Disse sprederne blir stadig mer alminnelige. De er enkle og billige. I prinsippet arbeider mange forskjellige typer av disse sprederne likt. Man bar en beholder for kunstgjødsla, for det meste formet som en trakt, hvor bunnåpningen ender ned mot en «karusell» med stor hastighet.

Fig. 33. Sentrifugalspreder for kunstgjødsel, type Bøgballe. (1) Koplingsmuffe. (2) Koplingsplate av gummi. (3) Fir­ kantet akselstykke. (4) Firkantet akselhylster. (5) Gummiring på drivhjul. (6) Drivhjul med gummiring. (7) Aksel til drivhjul.(8) Bladfjær. (10) Karusell med akseltapp. (11) Lagerhus med deksel. (12) Røreverk. (13) Rører.(14) Skrapekniv. (15) Utkasterving. (16) Utkasterving med labb. (17) Dekkplate. (18) Spjeldgummi. (19) Kardangskjerm. (20) Ekstra karusell. (21) Toppstykke til rører. (22) Stopper for innstillingshåndtak.

148

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Fig. 33 A. (1) Beholder. (2) Utmater. (3) Gjødsellabb: gummirør. (4) Tømmeklaff. (5) Gjødsellabb: ståsrør. (6) S-tinde (7) Ribbetrommel, 2-delt. (8) Ribbetrommelens stammefjær. (9) Regulering av arbeidsdybden. (10) Løftearmens festepunkt.

Radgjødsling - dypgjødsling Dette er en ny teknikk for spredning av kunst­ gjødsel som har vunnet sterkt innpass gjennom de siste 3—4 år. Maskinene kommer fra Finnland. Omfattende gjodslingsforsøk gir grunn­ laget for denne metode. Hittil har gjodsla blitt spredd på åkeren for siste harving. Det blir nokså tilfeldig i hvilket nivå gjodsla blir liggende. Med radgjodsling — dypgjødsling — plasseres kunstgjødsla i den eksakte dybde som velges. Man sår gjodsla noe dypere enn kornet. Derved stimuleres rottene til å trekke seg nedover, og en får rotutvikling som gjor kornåkeren sterkere mot torrskader, noe som ofte forekommer på forsommeren. Samtidig oppnår man at gjodsla blir lagt slik at kornet etter spiring får rik adgang til næringstoffer. Selve gjodselsprederen er utformet som en 3punktsmontert kultivator utstyrt med en stor gjodselskasse over. Gjodsla mates ned fia kassen

med en mekanisme som er helt lik den som er vist for såmaskinen for korn, men her er alle deler laget av rustfrie materialer. A ia plastror som er festet på baksiden av vanlige harvtinner mates gjodsla ned i jorden. Arbeidybde og utmatet gjødselmengde kan bestemmes meget nøyaktig gjennom en meget enkelt betjent justeringsmekanisme. Slik det fremgår av bildet har gjødselkassen lav hoyde, noe som letter arbeidet med fylling av gjødsel. Når det gjødsles med en slik maskin får en samtidig en ekstra omgang harving av jordet. Denne maskin kan også brukes til såing av korn.

Såmaskiner som sår korn og gjødsel i en operasjon Det finnes noen få av disse også i norsk jord­ bruk, men de synes ikke å vinne innpass. Disse maskinene har en 2-delt kasse, en for kunstgjød­ sel og en for såfrø. En kan så gjodsel og såfrø i en operasjon, men i praksis har det vist seg at denne

Traktorredskap

149

komplisering av arbeidet med fylling osv. ikke har gitt de ønskede rasjonaliseringsgevinster. Dette kan imidlertid forandre seg med nye ma­ skinkonstruksjoner og andre former for lagiing og håndtering av kunstgjødsel og såfrø.

Fig. 33 B.

Såmaskiner

Fig. 35. Såmaskin.

Fig. 34. Snitt gjennom såmaskin for korn. (1) Såkasse. (2) Såvalse. (3) Stengemuffe. (4) Regulerbar bunn. (5) Overmatingsklaff. (6) Innstillingsarm for 5. (7) Stengespjeld. (8) Loftestag. (9) Loftestag for baklabb. (10) Sålabbstag. (11) Amerikansk sålabb. (12) Sårør.

En god såmaskin må først og fremst kunne så jevnt, med minst mulig variasjon i såmengden ved overgang fra kjøring oppover til kjøring ned­ over bakke. Sådybden må kunne reguleres. Så-

kassen og såapparatet må lett kunne tømmes når man skal gå over fra en frøsort til en annen. Såmaskinen må videre kunne brukes til sterkt varierende frøstørrelser, fra frø så små som gulrot- og kålrotfrø helt opp til frø av erters størrelse. Fig. 34 viser en tradisjonell type såmaskin, slik prinsippet har vært i lange tider. Dette er likevel en type som vil være aktuell i lang tid framover. Såmaskiner er meget holdbare, og dessuten kan gamle heste-såmaskiner lett utsty­ res med 3-punktskopling for montering direkte til traktorene. Som man skjønner av bildet, er det enkelt å sette på et stativ i fronten av såmaskinen, hvor en har monteringsfester for traktorens to trekkstenger og toppstaget, slik som er beskrevet foran for ploger og andre redskaper.

150

Torbjorn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Såapparatet består av to hoveddeler — såhuset og såvalsen. Utmatingen foregår mellom valsen og bunnen av såhuset (undermating). Ved såhus med riflet såvalse kan man også ta ut fro på oversiden av valsen (overmating). Dette forekommer nokså sjelden. Når det gjøres, er det i forste rekke for å verne fro som er omtålige mot å bli knust. Såvalsene er utført på forskjellige måter, og man har typer som: tannet såvalse, riflet såvalse, skråriflet såvalse og såvalse med tallerkenhjul. Sålabbene varierer også i utformning. De typer som er mest alminnelige her hos oss, er engelsk sålabb og ameri­ kansk sålabb (11), fig. 34. Den engelske har den fordel at den lett frigjør seg fra planterester, halm o. 1. som måtte finnes i jorda. Den ameri­

kanske sålabben brukes mye der det er svært steinet jord, idet den mer skyver stein til side enn å hoppe opp og gli over. Såmaskiner med skållabber er lite brukt hos oss. De er betydelig dyrere. Den største fordelen ved dem er at de ikke fylles med jord, halm og planterester. Såmaskiner uten egne hjul, montert direkte på traktorens 3-punktskopling og drevet med kjede fra kjedehjul utenpå traktorens hjul, er blitt stadia; mer aktuelle etter at traktorene har fått sterkere løft ved sin hydrauliske 3-punktsmontering, slik at de kan ta større last.

Stokkelands såmaskin er en ny konstruksjon, som bryter helt med vanlig kjente og anerkjente prinsipper. Sålabbene er riktignok av den tradisjonelle type, men ellers har denne maskinen ingen ting til felles med andre såmaskiner. Såapparatet er her basert på sentrifugalkraften. Fra bunnen blir kornmassen skrudd opp med en spesiell mekanisme, og med den hastighet som den valgte såmengde krever. Frøet kommer i kraftig rota­ sjon og blir slynget ut i periferien på en rund be­ holder, som har åpninger ned til sårørene. Sam­ tidig skaper rotasjonen en viss blåsevirkning, som fører frøene sikkert fram gjennom sårørene, selv om disse bare har liten helning ned mot så­ labbene. Det er mulig å så små mengder med maskinen, og den kan så fro fra de aller minste til de største. Fig. 36. Stokkelands såmaskin.

Spesielle såmaskiner for rotvekstfro Selv om de fleste såmaskiner av den type som er beskrevet detaljert foran, kan brukes til såing av rotvekstfro, er det svært alminnelig i Norge å ha egne, lettbygde maskiner til disse arbeids­ oppgaver. Troll er den maskintype som nærmest er ene­ rådende. Disse maskinene leveres som to- eller fireraders, både for traktor og hest. Selve såutstyret er montert på universalrammer, som også brukes for montering av forskjellige arbeidsorganer for radrensing m. m. Troll Universal har såhus med riflet såvalse. Denne maskinen kan reguleres på forskjellige måter. Såvalsen kan skyves fram og tilbake i så­ huset, slik at storre og mindre deler av såvalsen går inne i selve huset hvor utmatingen skjer.

Fig. 37. 4-raders såmaskin for rotvekstfro, type Troll.

Bunnen i såhuset kan heves og senkes i forhold til såvalsen, og hastigheten på såvalsen kan re­ guleres ved at man bytter tannhjul. «En-frømaskiner» for rotvekstsåing. Disse ma-

Traktorredskap

151

skinene kan så ett og ett frø med en valgt av­ stand. Dette letter arbeidet med tynning. Men p. g. av vår stadig senking av rotvekstarealet har disse såmaskinene fått mindre betydning i

Fig. 38. Såapparat for rotvekstfrø, type Troll Universal. (1) Utskiftbart tannhjul. (2) Akseltapp til feste for 1. (3) Riflet såvalse. (4) Regulering for bunnen i såhuset. (5) Spak for innstilling av såvalsen. (6) Sårør. (7) Løftekjetting. (8) Spak for utkopling av såapparatene og for løfting av sålabbene. (9) Forbindelsesstang til førersetet på traktoren.

Redskaper for potetsetting

Fig. 39."Halvautomatisk potet-settemaskin, type Underhaug.

Fig. 41. Helautomatisk potet-settemaskin, type Radi.

Det finnes et utall av typer og redskaper for setting av poteter, og vi skal ber bare nevne de mest vanlige. Svært mange bruker enkle rammer, festet til traktorens 3-punktskopling, som er utstyrt med vanlig byppeskjær og som gjerne trekker opp tre potetrader ad gangen. Etter at potetene er satt, blir samme redskapet kjort om igjen, slik at jorden hyppes over potetene. Fig. 40. Snitt gjennom potet-settemaskin med elevator. (1) Ramme. (2) Skjær. (3) Potetbeholder. (4) Setterør. (5) Rulleskjær. (6) Elevator. (7) Skrue for stramming av elevatorkjeden.

Potetsettemaskinen med manuell betjening er enkel. Det er vanlig å sette to rader ad gangen, ved at to mann sitter og plukker poteter

152

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

ned i røret for hver fure, slik at potetene faller ned bak tippeskjæret. Når grodde poteter settes, brukes en plattform i stedet for den beholder man ser på fig. 39, slik at kassene for grodde poteter kan settes rett på plattformen. Herfra kan potetene tas direkte. Den helautomatiske potetsetteren går godt når terrenget ikke er altfor bratt og når potetene er forholdsvis jevnstore.

Det finnes flere prinsipper for helautomatiske potetsettere, men det prinsippet som er vist på fig. 40, er mest alminnelig. Det går ut på at en kopp-elevator trekker en og en potet for hver kopp opp fra potetmassen. Potetene bringes så opp til toppen av elevatoren. Her tømmes kop­ pen, slik at poteten faller ned gjennom en tut bak skjæret, som drar opp potetfura. Den mest brukte helautomatiske potetsetteren her i landet er Radi, som er av norsk fabrikat (fig. 41).

Redskaper for jordbearbeiding og ugrasbekjempelse i radkulturer Når vi tar med de redskaper for disse formål som også finnes i våre naboland, er det en rekke forskjellige typer. Her hos oss, hvor det dyrkes forholdsvis små arealer med radkidturer, har det nærmest skjedd en standardisering, som grunner seg på de enkle og meget rimelige Troll radkulturredskaper.

Fig. 43. Frontmontert ugrasskjær med ramme som kan heves hydraulisk. Merk de ekstra smale bakhjul på trak­ toren.

Fig. 42. 4-raders radrensker.

Slåmaskiner Slåmaskinens konstruksjon kan deles opp i tre hovedgrupper: skjæreapparatet, driwerket og rammen som holder det hele sammen. Selve skjæreapparatet på slåmaskinen har holdt seg forholdsvis uforandret i lange tider, enten det gjelder slåmaskiner for hest eller traktordrift. Men driwerket og rammen er blitt for­ enklet etter hvert, slik at de slåmaskiner vi har for traktorer i dag er langt enklere og lettere enn noen tidligere slåmaskiner for hester og traktorer. På slåmaskiner som trekkes for hest og på enkelte modeller av traktorslåmaskiner drives kniven av hjul som hører til slåmaskinen. Men nå brukes for traktor nesten bare slåmaskiner hvor driften av skjæreapparatet skjer fra trak­ torens kraftuttak. Vi har for øvrig to hovedtyper av slåmaskiner for traktorer hvor skjæreapparatet er montert på

siden av traktoren, omtrent midt imellom forhjul og bakhjul. Disse var foretrukket i noen år, men nå går man i stor utstrekning over til lettere og enklere slåmaskintyper, som monteres bak på traktorens 3-punktskopling, slik at selve skjære­ apparatet kommer bak og ut til siden fra trak­ torens høyre drivhjul. Når de fleste lenge ønsket å ha skjæreapparater på siden av traktoren, kom dette mer av selve monteringen på traktoren, som gjorde det mulig å ha tilhengere og annet utstyr bakmontert samtidig. Imidlertid har de bakmonterte slåmaskiner etter hvert fått så enkel utforming og er så lette å kople at de blir fore­ trukket. Den slåmaskinen som er avbildet her, kan for eksempel monteres på traktoren i løpet av et halvt minutt. Frakoplingen går like lett. De fleste slåmaskiner er utstyrt med sikkerhetsutløsning, slik at fingerbj eiken kan slå tilbake

Traktorredskap

153

når den blir hengende i faste hindringer. Sikkerhetsutløsningen er på de fleste maskiner ordnet ved at selve trekket for skjæreapparatet er ut­ styrt med en sikkerhetsutloser som tillater skjæreapparatet å slå tilbake når et visst trykk oppstår. Trykket som skal til for å løse ut skjære­ apparatet, kan justeres.

kMvOAÅÅ ÅÅÅÅÅÅÅ M

Fig. 44. Bakmontert slåmaskin, type Ferguson

Fig. 45. Sikker­ hetsmekanismen for Ferguson bak­ montert slåma­ skin. Når skjære­ apparatet støter imot hindringer, svinger det bakover, slik at maskinen ikke blir skadet.

Transportutstyr for traktorer Tidligere ble traktorene brukt så og si ute­ lukkende til pløying, harving og annen jordbear­ beiding. Først etter at traktoren ble utstyrt med

Fig. 46. Tohjuls traktortilhenger med hydraulisk tippemekanisme av type Ferguson.

Fig. 47. Tilhenger med én aksel virker som en bro som overfører en meget stor del av lastvekten til selve traktoren.

gummihjul, ble den tatt i bruk også til transport. I dag kan man hevde at det som kanskje mer enn noe annet har revolusjonert jordbruket, er trans­ porten ved hjelp av moderne traktorer. For en del år siden var det her som i andre land vanlig å bruke firehjuls vogner til traktorene. Dette er nesten helt slutt nå. Erfaringene har vist at en får langt bedre arbeidsmuligheter når en bruker forholdsvis enkle tilhengere med en hjulaksel, montert langt bak på tilhengeren, slik at en god del av lassvekten overføres til traktorens bakhjul. På denne måten utnyttes nyttelasten til nødvendig vektoverføring til traktoren, slik at denne lettere kan utnytte sine motorkrefter. Den enkleste form for tilhenger blir således tilhenger med én hjulaksel langt bak, slik at til­ hengeren så å si er en bro mellom denne hjulakselen og traktorens bakhjul. Når det skal transporteres lengere gods, som tømmer, master og lignende, kan en henge en ekstra tilhenger etter samme type tilhenger som foran nevnt. Da må en ha svin gb anke for ikke å få brytninger i lasset. Men en viss del av lasset vil etter samme prinsipper overføres til trakto­ ren. Tilhengere av denne type vil ellers virke akkurat slik som skissen for tømmerdoningen med meier.

154

Torbjorn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Betingelsen for å bruke tilhengere og meiedoninger, som overfører stor lastvekt til traktor­ en, er at en har traktorutstyr med hydraulisk

Fig. 48. Hydraulisk betjent trekk-krok, som kan betjenes fra førersetet på traktoren.

betjent trekk-krok. Fig. 48 viser en slik trekkkrok. Med denne hydraulisk betjente kroken kan tilkoplingen skje ved at kjøreren sitter på traktorsetet og senker trekk-kroken med den hydrauliske kontrollhendelen. Når kroken er kommet under øyet i tilhengerens trekkbom, heves kroken ved hjelp av hydraulikken, og i øverste stilling låses kroken fast mekanisk for å hindre at den skal kunne falle ned under kjøringen. Tverrbommen som hører til trekkanordningen, tjener også som sikkerhet ved steiling. Hvis traktoren i hardt trekk og/eller i sterk motbakke skulle steile, vil denne bommen slå an mot trekkbommen fra tilhengeren eller tømmerdoningen, slik at traktoren ikke kan slå lengere over. Den samme trekk-krokens tverrbom nyttes til skyving av frontmonterte snøploger. Da koples traktoren til ved å kjøre en frontmontert styreramme inn i tilsvarende ramme i snøplogen, trekk-kroken senkes til et øye i snøplogens skyveramme, og så snart trekk-kroken er hevet igjen, er snøplogen ferdig montert. Den samme trekk-krokens tverrbom benyttes også for å belaste traktoren med ekstra bakvekt. Dette ordnes med jernkroker faststøpt i en be­ tongblokk. Når trekkanordningens tverrbom rygges innunder betongblokkens kroker, blir ekstrabelastningen festet til traktoren ganske enkelt ved å heve tverrbommen med loddet hengende i krokene.

Traktorbåret transport Den moderne traktors hydrauliske utstyr har ført med seg en nærmest fantastisk utvikling av transportmetodene i jordbruket. Det blir mer og mer alminnelig å transportere de forskjelligste produkter på hensiktsmessige arbeidsorganer både i fronten og bak på traktoren samtidig. Transport av høy og halm Til transport av høy brukes høysvanser, mest alminnelig en høysvans bak på traktoren, men mer og mer blir det også brukt høysvans montert i fronten på et vanlig lesseapparat for traktoren. Den bakmonterte transportriven monteres på den tidligere omtalte 3-punktskopling og heves og senkes av det samme hydrauliske utstyr som er beskrevet flere steder foran. I fronten mon­ teres de samme redskapene på lesseapparat. Et lesseapparat er for øvrig et enkelt utstyr, som består av to armer, svingbart festet til en ramme på traktoren og som heves og senkes

ved hjelp av en oljesylinder på hver side. Konstruksjonen av lesseapparatet kan være noe forskjellig, men arbeidsprinsippet er det samme for dem alle. Oljetrykket fås fra traktorens hydrauliske pumpe. Utviklingen av høysvanser for høytransport, silosvanser (for silogras-transport) og diverse

Fig. 49. Høysvans montert foran og bak på traktoren.

Traktorredskap

typer gafler for transport av kasser og paller er et meget langt skritt framover, sammenlignet tilhengertransport. Når det gjelder å legge opp en hensiktsmessig teknisk plan på en gård i vårt land i dag, er nok transportarbeidene noe av det viktigste å ha klare begreper om. Det tekniske utstyret er blitt enklere og enklere gjennom de siste årene. Men det gjelder i storre grad enn noen gang for å ha oversikt over og kjennskap til transportutstyrets økonomiske muligheter — at en kjenner utsty­ rets kapasitet og i grove trekk vet hva de enkelte arbeidsmetoder koster i forhold til andre. Når vi for eksempel ser på diagrammene her fra arbeidsstudier ved transport av høy, får man interessante opplysninger både for kapasitet og kostnader med forskjellig transportutstyr. Av kapasitetsdiagrammet ser vi hvordan det enkleste utstyret, en traktor påmontert to svanser, hevder seg meget sterkt sammenlignet med det langt mer kompliserte utstyr med tilhengere. A i ser for eksempel at to traktorer med fullt svanseutstyr, kurve B, har større kapasitet enn tre traktorer med frontlesser og tilhengere, kurve A, helt opp til tre-fire kilometers avstand. Ved første alternativet er to mann engasjert i trans­ porten, ved annet alternativ er det tre mann som kjører traktor pluss en mann som tråkker i høyvogna. Vi ser videre at en traktor med to svanser (kurve C) har ganske stor timekapasitet. Over en kilometers avstand kan vi kjøre inn ca. 1800 kilo høy pr. time etter våre forutsetninger eller 12—15 tonn pr. dag. Ser vi på det andre diagrammet, vil vi finne at kostnadene ved transporten også ligger svært mye lavere med det enkleste utstyret, sammen­ lignet med det mer kompliserte utstyr med til­ hengere som blir lesset med lesseapparat osv. Tilsvarende diagrammer, hvor det hadde vært tatt med lessing med gaffel, bruk av hester og vogner, ville selvfølgelig vise langt større behov for arbeidskraft enn her. Bare pålessingen av to høysvanser tok, i de her refererte arbeidsstudier, ca. 2,7 minutter, og dette var én manns jobb, mens tiden for å lesse en tilhenger tok 8,2 minutter for to traktorer og tre mann. Tilhengerlasset var da gjennomsnitlig 622 kilo, og de to høysvansene tok tilsammen 524 kilo i dette tilfellet. Gjennom svansetransporten er det også blitt mulig å redusere kostnadene ved en nybygning for stråforlageret. Mens en før var avhengig av innvendig kjørebro i låven for å kunne arbeide lettvint, eller låver med åpen takstol med

155

Fig. 50. Diagrammer etter arbeidsstudier ved høy-transport.

Fig. 51. Stablegrind montert i tillegg til hoysvans.

heis, kan en nå regne med å stable høyet ved hjelp av traktoren, påmontert lesseapparat, svans og en enkel forlengelsesgrind, som lettvint settes på for å stable høyet opp. Både kjørebro

156

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

og «lessingen» av et slikt lass tar 2—4 minutter. Avlingens størrelse og terrenget betyr nokså meget for arbeidskapasiteten. Åvlessingen skjer bare ved å trekke i en snor, som tipper riven, enten den er montert foran eller bak på traktoren.

Fig. 52. Silosvans foran og høysvans bak på traktor i arbeid med å rake sammen og transportere halm.

og heisebane krever rom. Nå kan låverommet fylles mer effektivt opp. Ved nybygning kan driftsbygningen planlegges med betydelig mindre rom enn for.

Transport av silogras Tilsvarende resultater fra arbeidsstudier, som foran nevnt fra arbeidet med hoytransporten, finnes også for transport av silogras, poteter m. m. Med en silosvans, dvs. en transportrive med tynnere tinder enn den spesielle riven for høytransport, kan en både rake sammen og bære graset. For litt større distanser lonner det seg også her å ha transportrive, montert både foran og bak på traktoren. Samlingen av graset gjøres da lettest med den frontmonterte riven. Det er da viktig å ha en hjulgang under lesseapparatets armer, slik at tindebommen bæres klar av bak­ ken bakenfor. Tindene følger så overflaten lett, slik at det blir ren og effektiv raking. I praksis kan en kjøre gjennomsnittslass på 850 kilo, for­ delt foran og bak på traktoren. Sammenrakingen

Fig. 53. Siloriver montert foran og bak på traktoren.

Potettransport For potettransporten er det utviklet en til­ svarende metode. Her baseres det hele på betyde­ lig større kasser enn dem som hittil har vært van­ lige. Vanlige kasser rommer fra 400 opptil 650 kilo. Disse kassene brukes på jordet under potet­ opptakingen. Da settes de bortover langs potetrennene med en avstand av ca. 10 meter. Av hensyn til plukkerne blir kassene flyttet etter en gang, slik at det ikke skal bli så langt å gå med kurvene for tømming. Når traktoren kjøres riktig med lesseapparatet rett mot kassen, må

Fig. 54. Potettransport, tre 400 kilos kasser på én traktor.

det tas en riktig sving ved ryggingen slik at den kommer riktig til neste kasse igjen. For framflytting tar det ca. 7 sekunder å flytte hver kasse. Det tar for øvrig ca. 30 sekunder å lesse to kasser — en foran og en bak på traktoren. Løftingen skjer her som ellers med traktorens kontrollutstyr for hydraulikken. For litt større distanser kjører man gjerne to kasser bak på traktoren og en foran. Med 400 kilos kasser vil en da få et lass på tilsammen 1,2 tonn. Dette lasset lesses med fmgertuppkontroll på ett og et halvt minutt. Åvlessingen i en potetkj eller er avhengig av at dørene er plasert riktig i forhold til stolper og vegger. Er dette i orden, tar åvlessingen av et lass på 1,2 tonn ca. 1,5—2 minutter. Vanlig kjørehastighet er ca. 100 m pr. min. på selve potetjordet og opptil 300 meter på god vei. Denne transportmetoden for

Fig. 55. Eksempel på moderne kassetransport. Selvgående skurtresker med kasse i stedet for sekker på plattformen. Kassen skiftes lett ut. 1 mann frigjøres fra plattformen.

Fig. 58. Ved hjelp av skuffesylinderen kan skuffen lett dirigeres til å gå den minste motstands vei i hard og steinfull jord. Skuffen er så bevegelig at det er mulig også å grave loddrett ned, f. eks. inn mot en^vegg.

Fig. 56. Gjødseltransport. Traktor med halvbelter og lesse­ apparat kan kjøre i brattere terreng og på bløtere mark enn med tilhengere eller sleder.

Fig. 57. Lesseapparat (foran) med to dobbeltvirkende sylindere for lessearmene. Traktorens frontvekt overføres til skuffeskjæret ved fylling. Skuffen har to dobbeltvirkende sylindere som gir «rullende aksjon». Traktoren her er også utstyrt med gravemaskin bak.

Fig. 59. Traktormontert gravemaskin i arbeidsstilling. (1) Kontrollspaker. (2) Trykkmåler. (3) Lufteplugg. (4) og (5) Oljetanker. (6) Svingsylindere. (7) Ledd for vippbar fot. (8) Svingstamme. (9) Sylinder for hovedbom.

Fig. 60. «Fingertupp-kontroll». En ung pike betjener med letthet en stor traktormontert gravemaskin.

Fig. 61. Traktor med sikkerhetsstativ (til vern ved ev. velting), svingbar 1 t kran og 3 t frontmontert vinsj.

Traktorredskap

poteter viser svært stor innsparing i arbeid. Videre er selve transportutstyret svært enkelt, sammenlignet med to hjnls eller fire hjuls vogner, enten de nå er for hest eller traktor. Potettransporten har vært preget av slit og mange tun­ ge loft. Når hele arbeidsopplegget gjores som be­ skrevet her, finnes det ikke igjen noen tunge tak i det hele tatt. Men det er selvfølgelig svært viktig at lagerrommene tilpasses teknikken. Lagring av poteter i de samme kassene som er beskrevet her, er en nyere metode som her er tatt i bruk i en viss utstrekning og som gir utmerkede lagringsforhold for poteter. Men kassene kan selvfølgelig også tømmes, og da blir behovet for antall kasser ikke så stort. Kassetransport for korn Tilsvarende teknikk for kassetransport med traktoren er også utviklet for korn. Enkelte van­ lige skurtreskere med hensiktsmessig lav sekkeplattform kan lett utstyres med kasser istedenfor sekker, slik som fig. 55 viser. På denne måte kan en mann frigjøres. Skurtreskerkjoreren kan skifte kasse alene på 1—1,5 minutt. For å spare transportutstyr, lar det seg også gjøre å bruke kasser i forbindelse med skur­ treskere som har egen tank. En tankskurtresker er avhengig av traktor med tilhenger eller lastebil slik at skurtreskeren kan tommes med jevne mel­ lomrom. Dette krever at transportutstyret så og si stadig er i nærheten. Men hvis man, særlig i forbindelse med mindre selvgående skurtreskere med egen mindre tank, har kasser på jordet som tanken kan tommes opp i, kan transporten skje temmelig uavhengig av skurtreskerens arbeid. For å øke løfteevnen på traktorens bakmonterte gaffelhorn for kassetransport eller silosvanser, kan det monteres en ekstra loftesylinder på traktoren, slik som vist tidligere. Denne ekstra oljesylinderen festes i bunnen til en ramme som står på traktorens trekk-krok, slik at de vertikale belastninger føres ned til denne. Oljesylinderens stempelstang koples så til redskapets rygg. Denne oljesylinderen er forbundet med traktorens hydrauliske ledningsnett, og ved hjelp av en kran kan oljen slippes inn i sylinderen for løfting. Løftets høyde kan reguleres med kranen ved at oljesøylen i sylinderen og ledningen kuttes av med kranen, slik at lasset blir hengende igjen i ønsket høyde. En ekstra loftesylinder som dette er svært nyttig, særlig i forbindelse med eldre traktorer og traktorer som har begrenset løfteevne ved trekk­ stengene.

159

Gj odseltranspor t For transport av gjødsel er det også konstruert utstyr bak på traktoren som gjor det mulig å vippe skuffen ekstra mye under lessingen. Ved arbeidsstudier er det for eksempel registrert at 1350 kilos gjodsellass, fordelt på 850 kilo bak på traktoren og 500 kilo foran i lesseapparatets skuff, blir lesset på 1,25 til 2,2 minutter i gjødselkjelleren. Når traktoren i tillegg er utstyrt med halvbelter og bærer lassene på denne måten, har en også stor evne til å ta seg fram i bratte bakker og på blot jord om våren.

Spesielle lesseapparater Lesseapparatet til vanlige traktorer for mer krevende arbeid, utstyres gjerne med dobbelt virkende oljesylindere, både for dirigering av skuffen og lesseapparatets armer. (Se fig. 57.) Fordi oljesylinderne som er montert til armene her er dobbeltvirkende, kan traktorens frontvekt løftes over på skuffens skjærkant, noe som gjør det mulig i større grad å grave løs fast mark med lesseapparatskuffen, sammenlignet med når olje­ sylinderne til lesseapparatet er enkeltvirkende og bare kan løfte armene. Når skuffen i tillegg er utstyrt med dobbelt­ virkende sylindere, blir det også bedre gravende aksjon, ved at skuffen hele tiden kan få mer rullende bevegelse under arbeidet. Lesseappa­ ratet på fig. 57 har også høyt feste for lesseapparatarmene. Dette gir stor loftehøyde. Sam-

160

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

tidig gir denne monteringsmåten mulighet for å velge mellom å kjøre lesseskuffen foran eller bak på traktoren. Omstilling mellom front- og bak­ montert lesseapparat skjer lett. Jo mer det kreves av et lesseapparat, desto mer blir det også aktuelt å ha eget hydraulisk system for det. Traktorer som brukes ved an­ leggsdrift og i industrien, med typiske anleggslesseapparater, utstyres derfor gjerne med en egen oljepumpe, som drives ved traktorens front fra motorakselen, eller den monteres bak på trakto­ rens kraftuttak. De fleste lesseapparater kan utstyres med

mange forskjellige slags redskaper utenom dem som før er nevnt for transport i jordbruket. Det er for eksempel enkelt nok å montere på blader for skyfling av jord og snø, for planering osv. Det finnes skuffer av forskjellig størrelse og styrke for lessing av stein, jord, sand, snø osv. Det kan settes på ekstra forlengelser for reising av telefonstolper eller løfting av bygnings­ materialer på byggeplassen. I det hele tatt ser det ut til å bli slik at på de aller fleste arbeids­ plasser vil traktorene alltid være utstyrt med et lesseapparat av en eller annen mer eller mindre fullkommen type, alt etter hva arbeidet krever.

Gravemaskiner for direkte montering på traktoren Gravemaskinen hører også til de transport­ arbeider som traktoren i større og større grad tar over. For en del år siden kom de første hydrauliske gravemaskiner hit til landet fra Amerika. Etter hvert er det blitt flere fabrikanter for slike maski­ ner i Norge. En traktor med hydraulisk grave­ maskin er en meget mobil enhet, som har funnet større og større anvendelse på de fleste arbeids­ felter. Disse maskinene ble i de første årene vesentlig brukt til jordbruket, til drenering og kanalisering. Etter hvert har de funnet stor an­ vendelse i skogbruket, også for drenering, og det åpner seg store muligheter for mer effektiv skog­ reising på grunn av disse maskinene. Men i de senere år har traktormonterte gravemaskiner også funnet meget stor anvendelse ved alminne­ lig anleggsvirksomhet for vannforsyning, kloakk­ anlegg, på byggeplasser, ved tomtegraving, i veivesenet osv. For noen tid tilbake fantes det også hydrauliske gravemaskiner, akkurat som vinsj maskiner, som sto på en egen vogn etter traktoren, men disse er falt nesten helt vekk etter hvert. Erfaringene har vist at direkte montering av gravemaskinen på traktoren gir en mer kompakt enhet. Den er billigere å produsere, og prinsippet er i det hele tatt bedre.

Den hydrauliske gravemaskin får sitt oljetrykk fra egen oljepumpe, som drives fra traktorens kraftuttak bak, eller direkte fra motorakselen foran. De gravemaskiner som finnes på vårt marked drives enten av tannhjulspumper eller vingepumper. Ved montering av en hydraulisk gravemaskin på en vanlig traktor, brukes alltid mer eller mindre frontvekt på traktoren. Denne vekten kan være mellom 150 og 700 kilo. Når det graves på noenlunde fast mark, hvor traktoren er rela­ tivt lett å flytte, flyttes maskinen fram ved hjelp av gravemaskinens graveskuff, som presser traktoren framover, eller om nødvendig, trekker den bakover. Hvis traktoren synker nedi med sine hjul, eventuelt belter, blir det tyngre å flytte den. Da må en benytte traktorens eget utstyr for framdrift til å flytte maskinen. En hydraulisk gravemaskin montert på en vanlig traktor, hindrer ikke traktorens vanlige fartsmuligheter for rask transport fra sted til sted. Dette er gravemaskin-enheter som sikkert vil finne større og større anvendelse på alle felter, ikke minst fordi de er så mobile, fordi de på et øyeblikk kan flyttes og fordi det ikke finnes noen omstillingsjobber for å dra avgårde til neste sted.

Skurtreskere Her beskrives bare en selvgående skurtresker som illustrasjonen viser. Noe over halvparten av landets skurtreskere var i 1970 selvgående,

men etter hvert vil antakelig slepetreskere, som trekkes og drives av en vanlig traktor, forsvinne. En selvgående skurtresker har store fordeler

Traktor side 160/161

Traktorredskap

161

Fig. 63

frodi den har skjæreorganet foran hele maski­ nen. Den «tråkker» aldri i uskjært åker. En kan lettere sortere åkeren etter modningsgrad, lengde, terreng o.s.v. En selvgående skurtres­ ker tar seg også hedre frem i vanskelig terreng. Før var skurtreskere her i landet bare utstyrt med sekkeplattform. Foruten føreren av skur­ treskeren må det derfor være en mann på sekkeplattformen som knyter igjen sekker, kas­ ter disse av og setter på nye tomsekker. Etter hvert går man mer og mer over til enmannsbetjente tanktreskere. Maskinen har da en korntank som blir matet av en kornelevator. Når tanken skal tømmes, skjer dette ved hjelp av en skrueelevator, som raskt tømmer tanken under fart, eller ved å stoppe. Tankskurtreskere har også gjerne utstyr for å bruke sekker. Dette er aktuelt for f.eks. en maskinholder eller andre som tildels skal høste på mindre arealer for småbrukere o.s.v. Tankskurtresking krever mer når det gjelder utstyr og organisasjon for transport, tørking og lagring, men det gis stor arbeidsrasjonalisering når utstyr og organisasjon er iorden. Skurtreskerens funksjoner Følg illustrasjonen og tilhørende tekst. Fremdriften er i prinsippet det samme som for alle motorkjøretøyer på hjul. Motoren (19) overfører kraften til girkassen (20), derfra videre til drivhjulene. Driften av skjæreapparat (3), kamhaspel (2), skjærebordregulering (3), selve treskeverket og tømmeelevatoren m.m. skjer ved hjelp av mellomaksler, kjede- og remdrift, samt hydraulisk drevet av samme motor som for fremdriften. 11 — Teknikk III

Selve treskingen Kornåkeren oppfanges av stråskillerene (1). Kamhaspelen (2), som kan reguleres i høyde, fremover og bakover, løfter evt. liggende åker og gir alltid kornet en hensiktsmessig stilling når det skjæres av kniver, som arbeider slik som beskrevet for slåmaskiner. Når kornet er reist og skjært, fanges det av innmatningsvalsen (4). Denne trekker kornet inn fra begge sider og driver massen videre bak- og oppover. Skjærebredden er større enn bredden på selve treskeverket. Treskeverkets funksjon Når kornet er skåret tar innføringselevatoren (5) over og mater jevnt slageren (8). Her slås og rispes kornet fra strå og agner. Det meste av kornet går gjennom en rist-bru (9) og ut på soldene, men en del korn følger med halmen på halmristerne (11). Her ristes halmen meget kraftig, samtidig med at den fraktes bakover og ut. Kornet sammen med agner renner ned på soldet (13). Et undersold (14) hjelper med en ytterligere sortering av korn og agner ved hjelp av en sterk og regulerbar luftstrøm fra en vifte (12). Når kornet er sortert fra halm og agner, faller det ned til en transportskrue (16), som bringer kornet sidelengs til elevatoren (17), som så avslutter transporten opp til korntanken. Tanken er utstyrt med en svingbar skrueeleva­ tor som fører kornet ut i en lastebil, traktortilhenger e.l. ved tømming. Halmpresse eller halmkutter kan monteres i bakre ende av skurtreskeren. Halmpresser bru­ kes når halmen skal tas vare på til for, evt. halmluting, strø eller til andre formål. Halm-

162

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

kutter brukes for å gjøre nedpløying av halm lettere. Dessuten foregår omdannelsen, forråtningen, av halmen lettere når den kuttes. Både halmpresse og kutter mottar strømmen av halm fra risterne (11). Agnene (skallene på kornene) blåses vekk fra soldene (13) ved hjelp av viften

(12) og faller ned på bakken noe foran halmen. Skurtreskere som brukes i Norge har vari­ erende størrelse, skjærebredde, motorstyrke og kapasitet. Kapasiteten kan variere i praksis fra 1 til 6 tonn korn pr. time, alt etter maskinstørrelse og arbeidsforhold.

Forhøstere På få år har forhøstere gjort seg sterkt gjel­ dende i norsk jordbruk for høsting av gras til silonedlegging. Forhøsteren kan også brukes til høsting av bladene fra rotvekster før selve røttene tas opp. Videre brukes forhøsteren til kut­ ting av potetris, halm og grasrester etter bei-

Fig. 64. Sidemontert forhøster.

ting, slått og skårlegging av gras til vanlig høyberging, og til snefresing m.m. Det finnes mange typer forhøstere til å ta vare på planteproduk ­ sjonen, men den type som er avbildet her, er

den eneste som foreløpig har noen betydning i Norge. Sammenliknet med slåmaskinteknikken sær­ preges forhøsteren ved at den foruten å kutte graset fra bakken også kutter og slår stenglene, slik at konserveringen virker bedre, og hele siloteknikken får et gunstig forløp. En viktig sak er at nå utstyres de aller fleste forhøstere med en plastkanne fylt med konserveringsmid­ del, som via en slange tilfører strømmen av gras passende mengde konserveringsvæske. For­ uten å kutte graset, blande inn konserverings­ middel. transporterer (blåser) forhøsteren gra­ set automatisk over i traktortilhengeren via en styrbar tut. Graset kan deretter transporteres direkte til forskjellige typer siloer, gjevnes ut og pakkes. Denne teknikken representerer en betydelig rasjonalisering i forhold til tidligere praksis ved grashøsting og konservering. Særlig er det manuelle tunge arbeid med å håndtere store mengder rått gras blitt erstattet med motorkraft og hydraulisk hjelpeutstyr. De fleste forhøstere som brukes her i landet nå, er montert til traktor, som bildet viser. Traktoren har en 3-punktsmontert hjelperamme, som inkluderer en hydraulisk styrt hurtigkopling for selve forhøsteren, sammen med hurtigkoplet overføring av motorkraften fra trakto­ rens kraftuttak til forhøsteren. Videre har hjelperammen en hydraulisk betjent trekkrok for tilkopling av traktortilhengere. Hjelperam­ men kan også ha utstyr for kraftoverføring til tilhengere, som er utstyrt med diverse eleva­ torer for selvlossing i forskjellige høyder.

Potethøstere Under betegnelsen potethøstere kommer ma­ skiner som tar potetene opp fra jorden, skiller fra jord, potetris og stein — og leverer potetene i traktortilhenger, kasse, tank eller sekker.

Eventuell manuell betjening står på maskinen underveis og hjelper til med kontroll, utskil­ ling av ris, stein o.l. «Potetopptakere» benev­ nes de gamle velkjente maskiner som trekkes

Traktorredskap

av hester eller traktor, og som leverer potetene på bakken for manuell plukking. Disse maski­ nene skal vi ikke gå nærmere inn på her. Internasjonalt sett finnes det en rekke typer potethøstere som tar en eller flere rader om gangen. I Norge finnes det for tiden to hoved­ typer av potethøstere:

1. Den norskproduserte «Faun» potethøster, som er bygget omkring og bæres av vanlige trak­ torer. Potetene leveres her i kasser. Den manuelle betjening står på plattform og har en hensiktsmessig arbeidsstilling under job­ ben med å hjelpe til og skille fra resten av stein, jordklumper og ris.

2. En rekke importerte potethøstere arbeider i prinsippet likt. De trekkes etter, og drives av vanlige traktorer, i prinsippet som slepeskurtreskere. Feller for disse maskinene er at potetraden tas opp av et skjær og føres bakover på et «grind-belte». Her drysser jor­ den ned. Samtidig virker forskjellige hjelpe­ organer til at riset rives fra potetene og brin­ ges bakover, hvor riset slippes på bakken.

163

Potetene ledes inn i en hjulformet elevator, som løfter potetene opp til en elevator i annen etasje, og som beveger seg i motsatt retning av elevatoren. På begge sider av toppelevatoren er det plass for kontrollbetjening. Er forholdene lette med tørr, steinfri sand­ jord og lite ris, kan disse maskinene arbeide uten betjening. Behovet for manuell innsats øker med stein, jordklump, umodne poteter som sitter fast på ristet o.s.v. Fra toppelevatoren kan potetene leveres videre pa forskjellige måter: A Potetene renner direkte i 400—500 kg’s kasser som står fremst på potethøsterens ramme. B Potetene går i en større tank plassert i samme posisjon som nevnt for kassene. Tanken tippes ved hjelp av hydraulikk over i tilhengere. C Potetene føres over på en sidemontert belteelevator og ledes direkte over i traktortilhenger som kjøres ved siden av potethøsteren og dennes traktor. D Potetene kan føres direkte i sekker på platt­ formen fra toppelevatoren. Dette er aktuelt ved levering av tidligpoteter.

Spesielle skogstraktorer Traktorene har tatt over det meste av tømmertransporten frem til bilveiene. Det vesent­ ligste av denne transporten foregår med de van­ lige jordbrukstraktorer utstyrt med én eller totromlede vinsjer. Enkelte har gripelastere til­ svarende de som brukes på tømmerbiler. I de senere år har det kommet en del spesialtraktorer som benyttes av større skogeiere og/eller maskinentreprenører, som tar på seg det meste av driften også for en del mindre skogeiere.

Midjestyrte traktorer har vunnet stort inn­ pass særlig der hvor det passer å drive frem tømmer i fulle lengder. Traktoren trekker med vinsj, wire og snare inn store bunter tømmer, gjerne 4—6 kubikkmeter, som tas i hvert lass. Rotenden av stokkene blir hengende bak på traktoren og gir denne stor vekt. Den andre enden av lasset slepes på bakken under trans­ porten. Dette gir store lass med lavt tyngde­ punkt, noe som er fordelaktig i kupert terreng. Det karakteristiske ved disse traktorene er «midjesty ringen». Det finnes ingen vanlig «automobilstyring». Styringen skjer ved at selve traktorkroppen brytes sidelengs omkring et vertikalt svingpunkt som ligger omtrent midt

Fig. 65. Midjestyrt traktor.

mellom for- og bakaksel. Hydrauliske sylindre som kontrolleres av rattet bryter de to traktordelene i forhold til hverandre. Disse traktorene har like store hjul foran og bak. De har alltid 4-hjulsdrift. Det brukes hjul med stor diameter. Derved far traktoren stor bakkeklaring, og evnen til å ta seg frem i dyp sne og kronglete terreng er meget god. Trak­ torene kan utstyres med dozeblad eller lesse­ apparat med tømmerklo i fronten. Tilsvarende traktorer med midjestyring er også blitt vanlige som anleggstraktorer (hjulshovler).

164

Torbjørn Elle: Traktor, høstemaskiner og redskap

Spesielle lastebærende skogstraktorer Felles for disse er at de er utstyrt med kraf­ tige hydrauliske griplastere. Tømmeret plukkes

Fig. 66. Lastebærende skogstraktor.

med lasteren på hogstfeltet og lastes direkte på vognen. Traktoren er også gjerne utstyrt med vinsj for å kunne trekke inn tømmer som ligger for vanskelig til, slik at griplasteren ikke rek­ ker frem. Traktor-vognenheten er utformet på mange måter. En vanlig type som brukes bl.a. i Sve­ rige beskrives her. Man benytter en vanlig stor traktor. Forhjulene tas vekk. Traktorens bakre ende koples sammen med en kraftig boggitilbenger. Styringen skjer ved hjelp av olje­ sylindre som svinger traktoren i forhold til tilhengeren ved et dreiepunkt bak traktoren. I prinsippet er dette samme sak som beskrevet for den midjestyrte traktoren. En bør merke seg at disse traktorene med vogn og griplaster må arbeide med tømmer som er kappet ferdig på hogstfeltet. Store lass som disse maskinene kan bære, byr på vanskeligheter i kupert terreng, særlig ved kjøring i sidehelling.

Sivert Øveraas

DIESELMOTOREN

SOM FRAMDRIFTSMASKIN FOR SKIP

DEN STORE TANKEN SOM BLE VIRKELIGHET Et merkeår i skipsfartens historie ................

167

HVA ER EN DIESELMOTOR? Hovedtyper av dieselmotorer..........................

168

KONSTRUKTIVE UTFØRELSER AV DIESELMOTORER................................... 169 Hovedoppbygning av dieselmotorer ............ 171 Bunnrammen...................................................... 171 Stativene ............................................................. 171 Sylinderpartiet .................................................. 171 Veivakselen ...................................................... 171 Trykkaksel og trvkklager ............................ 172 Svinghjulet ......................................................... 172

SPYLESYSTEM FOR TOTAKT-MOTORER Overladning (supercharging) av dieselmo­ torer .................................................................. 173 YTELSE OG VIRKNINGSGRAD FOR DIESELMOTORER ...................................... 178 Kontroll av arbeidet i sylinderen ved hjelp av indikatordiagrammer .......................... 180

BRENNSTOFFSYSTEMET FOR DIESEL­ MOTORER........................................................... 184 STARTESYSTEMET ........................................

185

REGULERING AV SKIPS-HOVEDMOTORER....................................................... 185 OMSTYRING AV SKIPSMOTORER .... 186

SMØRESYSTEM FOR DIESELMOTORER Sylindersmoring ................................................... 187 Lagersmøring.......................................................... 187 Rensing av smøreolje.......................................... 188 KJØLESYSTEM FOR DIESELMOTORER Ferskvannskjøling ............................................... 188 Kjøling av stemplene.......................................... 189

BRENNSTOFF TIL DIESELMOTORER «Tung-olje» som brennstoff ............................ Hva er «tung-olje»?........................................ Egenskaper ved «tung-oljer» ..................... Brennstoffsystemet utenom motoren............ Ekstrautstyr for å brenne «tung-olje»..

189 190 191 191 191 191

ANNET HJELPEMASKINERI OMBORD 192

HOVEDMOTORANLEGGET OMBORD . Generelle hensyn.................................................... Direkte koplede motorer...................................... Giret anlegg............................................................. Diesel-elektrisk drift............................................. Torsjonssvigninger i eksossystemet..............

193 194 194 197 197

FORSKJELLIGE TYPER AV DIESEL­ MOTORER Burmeister & Wain’s dieselmotorer ............. 200 Doxford-motorer.................................................... 203 M.A.N. dieselmotorer.......................................... 207 Sulzer dieselmotorer............................................. 212 Normo dieselmotorer .......................................... 217 Wichmann dieselmotor ...................................... 219 Automatisk styring og driftskontroll av skipsdieselmaskineri ................................... 223 SKIPSDIESELMOTORENS FRAMTIDIGE UTVIKLING .................................................... 228

DEN STORE TANKEN SOM BLE VIRKELIGHET Allerede mens Rudolf Diesel holdt på med sin utdannelse til ingeniør, var han opptatt av en stor idé. Den gikk ut på å bygge en forbrenningsmotor som var mer effektiv enn de typene som var kjent da. Dette mente han skulle la seg gjøre ved å presse sammen luften i sylinderen ved hjelp av stemplet så mye at temperaturen på luften ble høy nok til å antenne brennstoffet når det ble sprøytet direkte inn i sylinderen. I 1893 offentliggjorde han sin teori om hvordan en slik maskin skulle konstrueres. Allerede året før hadde han tatt ut patent, og han hadde også gjort eksperimenter som hadde vakt oppmerk­ somhet over hele Europa. Men han motte mye motstand. Imidlertid var det en mann med stor innflytelse som straks så de muligheter som åpnet seg. Det var Heinrich Buz i Augsburg. Han stu­ derte Diesels patent, og på det grunnlaget be­ gynte samarbeidet mellom Diesel og firmaene Krupp og M.A.N. (Vereinigte Maschinenfabriken Augsburg und Maschinenbau Actiengesellschaft, Niirnberg.) Dette samarbeidet kom til å få stor betydning. Den dagen i 1897 da den første dieselmotor ble startet, er blitt karakterisert som «en av de største dager i Tysklands tekniske utvikling». Fire år med intens eksperimentering var gått før man nådde så langt. Den nye maskinen arbeidet ikke helt, men i alt vesentlig etter Diesels patent. Den utnyttet omtrent 34 % av brennstoffets varmeinnhold, mens dampmaskinen den gang utnyttet ca. 15 % og gassmaskinen ca. 23 %. Dieselmotoren betydde derfor et stort skritt framover i utviklingen. Flere firmaer i Europa tok opp produksjon av dieselmotorer, og det ble etter hvert gjort flere forsøk på å bygge slike motorer til framdrift av skip.

Et merkeår i skipsfartens historie Etter initiativ av direktør Ivar Knudsen hadde det danske firma Aktieselskabet Burmeister & Wains Maskin og Skibsbyggeri innle­

det samarbeid med Rudolf Diesel. Dette firma utviklet dieselmotoren i sin egen retning og løste problemet med forandring av gangretningen (= reversering) også for store motorer. Fra dette verksted la M/S «Selandia» ut på sin jomfrutur som det første havgående skip med dieselmotorer som framdriftsmaskineri. Det var i februar 1912. Skipet hadde to hovedmotorer med hver sin akselledning og propell. Motorene kunne reverseres fra full fart forover til full fart akter­ over i løpet av 20 sekunder. M/S «Selandia» ble fulgt med veldig interesse av alle skipsfartsinteresserte, og det fikk stor be­ tydning for den videre utvikling at dette første fartøyet viste seg å være driftssikkert og økono­ misk. Dieselmotorens posisjon økte stadig, og den innarbeidet seg forholdsvis hurtig. Selv om andre typer skipsmaskineri — spesielt dampturbinen — har gjennomgått sterk utvik­ ling, er dieselmotoren fremdeles den mest øko­ nomiske skipsmaskin når det gjelder brennstoffforbruk, og det er ikke noe som tyder på at denne situasjonen kan bli forandret med det første. Den bygges i alle størrelser fra små hurtigløpende og opp til de største langsomtgående motorer som passer for de kjempetankskip som bygges i dag. I den norske handelsflåten er dieselmotoren nå dominerende som framdriftsmaskineri. Følgende tall gir et bilde av utviklingen i forholdet damp — motorskip:

Årstall (pr. 1/1.) 1950 1955 1960 1965 1970 1971

Motorskip

Antall 1234 1710 2366 2594 2810 2768

Dampskip

T. brutto 3 532 5 758 9 178 12 522 16 466 17 005

572 312 835 181 845 467

Antall 891 635 436 227 100 99

T. brutto

1 1 1 2 2 2

588 166 616 012 135 916

839 124 853 751 404 885

168

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

HVA ER EN DIESELMOTOR? Diesels opprinnelige tanke var at forbrennin­ gen i sylinderen sknlle foregå ved konstant trykk, og han hadde på forhånd lagt opp den «kretsprosess» som arbeidet i sylinderen skulle følge så nær som mulig. Under eksperimenteringen viste det seg at det av praktiske grunner ikke lot seg gjøre å følge denne prosessen helt. Det er derfor ikke hensiktsmessig å forklare prinsippet for dieselmotoren på denne måten. Men ut fra den vanlige oppfatning hos dem som bygger maskinene og dem som steller med dem, kan man gi følgende definisjon: «Dieselmotoren er en motor der luft komprimeres (= presses sammen) til så høyt trykk at brennstoffet tennes straks innsprøytning tar til. En bestemt mengde brennstoff sprøytes inn og forbrennes i løpet av en viss tid.» Brennstoffet er mineralolje. Det kan i denne forbindelse være nyttig å være

oppmerksom på vekselvirkningen mellom trykk og temperatur for en gass — i dette tilfelle for den gassen vi kaller luft. (Se nærmere om dette under avsnittet om varmelære.) I et lukket rom med en viss gassmengde vil forandring av en av disse størrelser medføre forandring hos den andre. Hvis f. eks. sylinderen er fylt med luft, og luften ved hjelp av stemplets bevegelse oppover komprimeres til høyere trykk, vil luftens tempe­ ratur stige. Og temperaturen, når stemplet er i topp, vil være avhengig av hvor høy temperatu­ ren var da kompresjonen begynte og av luftens trykk ved endt kompresjon. For en vanlig dieselmotor avpasses volumet før og etter kompresjon — og dermed sluttrykket — slik at temperaturen er 500—600 °C når stemplet er i topp. Dette er noe høyere enn strengt tatt nødvendig for å tenne blandingen av olje og luft.

Hovedtyper av dieselmotorer Det oppstår undertrykk i sylinderen, og luft suges inn gjennom innsugningsventilen, som er åpen. 2) Kompresjonsslag. Alle ventiler er lukket mens stemplet presses inn i sylinderen. Derved komprimeres luften, og trykket og temperaturen stiger. 3) Arbeidsslag. Også under arbeidsslaget er alle ventiler lukket. Idet stemplet er i topp, be­ gynner innsprøytningen av brennstofi, og ten­ ning finner sted. Selv om stemplet beveger seg nedover, øker trykket i sylinderen til å begynne med på grunn av forbrenningen. Men på grunn av stemplets bevegelse nedover blir volumøk­ ningen så stor at trykket faller, og fra det øye­ blikk innsprøytningen av brennstofi er slutt, får vi ren ekspansjon. (Ekspansjon vil si at gas­ sens trykk og temperatur synker tilsvarende volumøkningen. Med andre ord: den motsatte prosess av kompresjon.) 4) Eksosslag. Eksos­ ventilen åpner like før stemplet er i bunnstilling. Da begynner forbrenningsgassene å strømme ut av sylinderen. Når stemplet så beveger seg opp­ over, skyves resten av forbrenningsgassen ut av sylinderen. Prinsippet for totakt-motoren ser vi klarest når det er «tverrspyling», se fig. 6 og 7. 1) Kom­ Eksosslag. presjonsslag. Når stemplet er på vei oppover, og Forbrenningsdet er kommet så høyt i sylinderen at det stenger gassene skyves for eksosportene, begynner kompresjonen. 2) ut av sylinde­ Arbeidsslag. Den første del av arbeidsslaget fore­ ren.

For hver omdreining av motoren gjor stemplet to slag —■ et nedover og et oppover. Etter ar­ beidstaktene i sylinderen inndeles dieselmotorene i to hovedgrupper: 1) Når hvert fjerde slag er arbeidsslag, kalles det firetakt-motor. En firetakt-motor har altså ett arbeidsslag for hver an­ nen omdreining av veivakselen. 2) Når hvert annet slag er arbeidsslag, kalles det totakt-motor. En totakt-motor har altså ett arbeidsslag for hver omdreining av veivakselen. Fig. 1 viser skjematisk hvordan prosessen i sylinderen foregår i en firetakt-motor. 1) Innsugningsslag. Stemplet trekkes ut av sylinderen.

Fig. 1.

Innsugningsslag. Sylinde­ ren fylles med luft.

Kompresjons- Arbeidsslag, slag. Luften Forbrenning komprimeres i sylinderen, i sylinderen.

Konstruktive utførelser av dieselmotorer

går som for firetakt-motor. Når stemplet er kom­ met så langt ned at det åpner for eksosportene, er trykket i sylinderen falt så mye at det ikke er høyere enn lufttrykket i maskinrommet (= atmo­ sfærens trykk = 1.033 kg/cm2 ved barometer-

169

stand 760 mm Hg). Spyleluft strømmer inn gjen­ nom portene, og spyler sylinderen ren for forbrenningsgasser. Totakt-motorer må ha en spylepumpe eller annet arrangement som leverer spyleluft.

KONSTRUKTIVE UTFØRELSER AV DIESELMOTORER Den fram- og tilbakegående bevegelsen av stemplet forandres til roterende bevegelse av veivakselen ved hjelp av en stangoverføring. Overføringen kan gjøres på to måter: enten bare ved en stang, en såkalt veivstang, som i den ene enden har et lager i stemplet, og i den andre enden et lager ved veivakselens veivtapp. På grunn av at veivlageret roterer, vil veivstangen få en skråstilling i forhold til stemplet, og det vil bli en tilsvarende sidekraft på stemplet. For at stemplet skal få god styring i sylinderen og at sidetrykket ikke skal bli for stort, er det nødven­ dig å forlenge stemplet med et såkalt skjørt eller trunk, som det er blitt kalt. Etter denne stempelutførelsen har motorkonstruksjonen fått navnet trunkmotor. Fig. 2 viser stempel og veivstang med veivlager for en trunkmotor. Den andre måten går ut på å bruke to stenger for overføringen. Veivstangen er da lagret ved veivtappen i den ene enden og ved hjelp av et krysslager forbundet til et krysshode i den andre enden. Krysshodet er fast forbundet til stemplet ved hjelp av en stempelstang. Stempelstang og krysshode følger da helt stemplets bevegelse. Sidekraften fra veivstangen blir opptatt av kryss­ hodet, som glir mot et såkalt geideplan. Fig. 3 viser et fotografi av en veivaksel for en totakt enkeltvirkende motor. På tverrsnittstegningene, fig. 28, 39 (fargebilder) og 34, 43 og 44 ser man hvordan stempel, stempelstang, kryss­ hode, veivstang og veivlager er montert sammen og bygd inn i motoren. Hurtiglopende og mellomhastige motorer ar­ rangeres ofte i V-form. Dette vil si at det er to rekker sylindre som er bygget sammen til en motor og danner V-form. Alle veivstenger er for­ bundet med samme veivaksel. V-motorene byg­ ges som trunkmotorer som vist på fig. 31, 41,48, og 53. Etter den måten dieselmotorene er bygd på,

kan de deles i to hovedgrupper. Enkeltvir­ kende motorer er enerådende idag, men det er fremdeles i drift dobbeltvirkende motorer av type M.A.N. Denne dobbeltvirkende motoren har forbrenningsrom både på oversiden og på undersiden av stemplet. Dette arrangementet krever en meget god pakningsboks rundt stempel­ stangen. En dobbeltvirkende motor må altså utstyres med krysshode. Enkeltvirkende motorer bygges både som trunk­ motorer og som krysshodemotorer og begge disse både som firetakt- og to­ takt-motorer. Av forskjel­ lige årsaker bygges de største skipsmotorene med krysshode, mens de mel­ lomstore gjerne er trunk­ motorer og de mindre alltid trunkmotorer. En spesiell type totakt enkeltvirkende motor er motoren med motgående stempler. Det er en krysshodemotor med to stempler — et øvre og et nedre — i hver sylinder. Forbren­ ningsrommet er felles for toppstempel og bunnstempel. Doxfordmotoren, som er vist i fig. 34, bygges etter dette prinsipp.

Fig. 2. Stempel, veivstang og veivlager for firetakt enkeltvirkende trunk­ motor (Bergen Diesel).

170

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 3. Helbygd veivaksel for B & W totakt enkeltvirkende dieselmotor. (1) Veivarm. (2) Akseltapp. (3) Veivtapp. (4) Motvekt.

Konstruktive utførelser av dieselmotorer

171

Hovedoppbygning av dieselmotorer De bærende deler av en motor består av bunnramme, stativ og sylinderparti. Disse konstruk­ sjonsdelene skal gi mulighet for overforing av vektbelastningen fra bele motoren til fundamen­ tet. Videre skal de overføre til fundamentet det momentet som oppstår på grunn av sidetrykket fra veivstangen og dessuten massekrefter fra motorens roterende og fram- og tilbakegående deler. Tenningstrykket i sylinderen vil gi like stor kraft mot sylinderlokket som mot stemplet. Gjennom stempel, stempelstang og veivstang overføres denne trykk-kraften til rammelagrene. I den utvendige konstruksjon: sylinderparti, stativ og bunnramme vil det bli en like stor strekk-kraft. Konstruksjonen må derfor være egnet til å overføre denne kraft. Tidligere ble det bare brukt støpejern i disse delene. Men da støpe­ jern er dårlig egnet til å overføre strekk-kraft, måtte man ha lange gjennomgående stag fra toppen av sylinderen og ned under rammelageret. Nå er det mest vanlig å sveise stativ og bunn­ ramme sammen av stålplater. Langstagene er da ofte sloyfet. En konstruksjon med langstag gir imidlertid en mer direkte kraftoverføring og er å foretrekke. Veivrommet, som dannes av de delene som er nevnt, må være tett. Når motoren går, vil det på grunn av smøreolje, som slynges ut fra lagrene, danne seg oljedamp, som ikke må få anledning til å trenge ut i maskinrommet. Bunnrammen består av to langdragere — en på hver side — som er forbundet med tverrbjelker. Det er bjel­ ker mellom sylindrene og en i hver ende. Hele bunnrammen har flenser i overkant i samme plan slik at den kan boltes sammen med stativene. Langdragerne og tverrbjelkene ved hver ende har flenser i underkant slik at hele maskinen kan boltes til fundamentet. I hver tverrbjelke er det et rammelager som bærer veivakselen.

Stativene står over hver tverrbjelke, og forbindelsen skjer ved hjelp av bolter. På forside og bakside blir veivrommet dekket av store plater mellom stati­ vene. Disse platene har luker som gjor det mulig å komme til veivrommet for inspeksjon og repa­ rasjon. Når lukene er på plass, må det være tett langs kantene.

Geideplanene som i krysshodemotorer opptar sidetrykket fra stempelstangen, er montert mel­ lom stativene.

Sylinderpartiet over stativene kan stå i forbindelse med veivrom­ met, men det er nå mest vanlig for krysshode­ motorer at det er en horisontal skilleplate på toppen av stativene. Stempelstangen som må fores gjennom denne skilleplaten, går da gjennom en pakkboks. Dette er gjort for at ikke forurens­ ninger fra forbrenningen i sylinderen skal kunne komme ned i veivrommet og blande seg med smøreoljen og ødelegge den. Smøreoljen samles i et trau i bunnen av bunnrammen. I forbindelse med den «tunge» brennoljen som gjerne brukes i dag for store motorer, er dette enda viktigere enn tidligere. Trunkmotorer må selvfølgelig ha åpning mel­ lom sylinderen og veivrommet.

Veivakselen På fig. 3 ble vist foto av en veivaksel. Dette er en «helbygd» aksel, dvs. veivarmene er støpt i egne stvkker. I disse veivarmene blir det gjort to store utboringer. Akseltapper og veivtapper blir så krympet sammen med veivarmene. Tap­ pene har litt større diameter enn boringen i veiv­ armene. Veivarmene blir varmet opp til en viss temperatur, de utvider seg, og tappene presses inn. Etter avkjøling vil denne krympeforbindelsen holde akselen sammen. Store veivaksler ut­ føres på denne måten, eller de lages som «halvbygde» aksler. Da er hele veiven -— to veivarmer og veivtappen — støpt i ett stålstvkke, og dette stykket krvmpes sammen med akseltappene. Fig. 35 viser en veivaksel for Doxford-motor. For mindre maskiner er det vanlig at akselen er helsmidd. Av hensyn til god utbalansering er det ofte nødvendig å montere motvekter på veivakselen. Disse sitter da på motsatt side av veivtappen. Dette er vist på fig. 3. Akseltappen ligger i rammelagrene. De er glidelager, de har et lag med lagermetall — «hvittmetall» — og smøres med olje. Ved veiv­ tappen er nedre ende av veivstangen lagret. I øvre ende lagres veivstangen i et krysslager ved krvsshodet. Som vi har nevnt for. glir krysshodet

172

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 4. Lengdesnitt av hoved- og sideveivlager, rammelager, trykklager og tørnehjul for Doxford-motor. Lagerskålene for veivlager og rammelager er sfærisk lagret. Trykklageret er bygd i ett med bunnrammen. Trykkringen sitter på den akterste akseltapp for veivakselen.

Fig. 5. Tverrsnitt av trykklager for Doxford-motor (se også lengdesnitt, fig. 4). Trykklagerets bæreflate utgjøres av de segmentene som man ser fire stk. av på figuren. Ved hjelp av en plate som sitter i øvre del av lageret, hindres segmentene fra å rotere med akselen.

på geideplanet. Ved akterovergang vil sidekraften mot geideplanet skifte retning. Man må derfor ha en list som griper om geiden, og som kan oppta kraften ved akterovergang. Ofte er det to geideplan, ett på hver side. Det er ikke alltid de er plane, de kan også ha buet form. I trunkmotorer lagres øvre ende av veivstangen ved en kryssbolt som sitter i selve stemplet, se fig- 2. Alle disse lager er også glidelager.

ret sitte aktenfor veivakselen, fordi den har en slik form at den ikke egner seg til overføring av trykk-krefter. I fig. 4 og 5 er vist trykklageret for en Doxford-motor. Trykkringen sitter her på selve veivakselen aktenfor akterste veiv. Som vanlig for skipsmotorer i dag er det bare en ring på akselen, og lageret er et såkalt «Michell»lager. Av tverrsnittet (fig. 5) ser vi at ringen glir mot «trykksegmenter». Disse dekker den nedre halvdel av lageret og litt av den øvre. Der hvor segmentene slutter, er det et fast stykke som hindrer dem i å rotere. Segmentene sitter nem­ lig ikke fast i lageret. De er lagret på punkter på baksiden litt utenfor segmentenes midtlinje slik at det blir en kileformet åpning mellom trykk­ ringen og segmentene når akselen roterer. Smøre­ oljen som ringen trekker med seg, kiles da inn, og man oppnår på denne måten god smøring av lagerflatene. Figuren viser også hvordan sving­ hjulet er festet til flensen for veivakselen.

Trykkaksel og trykklager En skipspropell kan betraktes som en maskin som omsetter kraften fra dreiemomentet i ak­ selen til trykk i akselens retning. Dette trykket skal drive skipet framover, og det må overføres til skroget. Det må derfor være et spesielt lager som kan gjøre dette, og en spesiell aksel med en ringutformning som overfører kraften til lageret. Trykkakselen må være et sted mellom motoren og propellen. Det kan være en egen aksel som er koplet inn i akselledningen aktenfor motoren, men det er kanskje mer alminnelig at trykklage­ ret bygges i ett med bunnrammen. På denne måten oppnår man en meget stiv konstruksjon, som gir god overføring av trykket til skroget uten at noe gir etter. I alle tilfelle må trykklage­

Svinghjulet har til oppgave å jevne ut dreiemomentet mest mulig. På store maskiner blir det ofte kalt tørne­ hjul, fordi det også har til oppgave, ved hjelp av en fortanning utvendig på hjulet å tørne motoren rundt.

Spylesystemer for totakt-motorer

173

SPYLESYSTEMER FOR TOTAKT-MOTORER På fig. 6 ser vi prinsippet for vanlig tverrspyling. På venstre side kommer spyleluften inn gjennom porter i sylinderveggen. En kam på stempeltoppen gjor at luften får retning oppover og på den måten river med seg forbrenningsgassene når den passerer sylinderen og strømmer ut gjennom eksosportene på høyre side av sylinderen. Dette spylesystemet gir ikke alltid like god renspyling av sylinderen. Det kan kom­ me til å danne seg «lommer» med restgasser. Tverrspylesystemet som er vist på fig. 7, er i så måte noe bedre. Som vi ser har spyleportene her fått retning så luften vil strømme oppover i sylinderen. M.A.N. nytter et system som kalles vendespyling. Portene sitter på samme side i sylinder­ veggen, eksosportene øverst og spyleportene nederst (fig. 19). Spyleluften strømmer rett over stempeltoppen, opp langs høyre side av sylinder­ veggen og ned igjen langs venstre side og ut gjennom eksosportene. Lengdespyling er kanskje det systemet som gir best renspyling. Fig. 8 viser hvordan dette ut­ føres på motorer med motgående stempler. Det øvre stemplet avdekker eksosportene, og forbrenningsgassene begynner å strømme ut. Det nedre stemplet åpner så for spyleportene. Disse viser skrått inn i sylinderen slik at luften får en roterende bevegelse opp gjennom sylinderen. For en vanlig totakt-motor arrangeres lengde­ spyling slik at det er spyleporter i sylinderveggen

som avdekkes av stemplet. Eksosportene er erstattet med en eller flere eksosventiler i sylinderlokket. Åpning og lukking av disse eksosventilene blir styrt utenfra som for firetakt-motorer. Dette systemet brukes blant annet av B&W, som en vil se på tverrsnittstegningen, fig. 28.

Fig. 7. Tverrspyling. (S) Spy­ leporter. (E) Eksosporter.

Fig. 8. Lengdespyling for totaktmotor med motgående stempler. (E) Eksosporter. (S) Spyleporter.

Overladning (supercharging) av dieselmotorer Temperatur og trykk under forbrenningen i en dieselmotorsylinder av bestemte dimensjoner er avhengig av blandingsforholdet mellom brenn­ stoff og luft og av reguleringen av brennstoflinnsprøytningen. Den maksimale ytelse er be­ grenset av den luftmengde som er i sylinderen, fordi det kreves en viss mengde luft for å oppnå forbrenning av en viss mengde brennstoff (se også avsnittet om varmelære). En vanlig dieselmotorsylinder, slik vi har for­ klart den for totakt- og firetakt-motorer, er fylt med luft av meget nær atmosfærisk trykk når kompresjonen begynner. Hvis luften på forhånd, før kompresjonen i sylinderen begynner, har et

høyere trykk og dermed større tetthet, vil vi kunne forbrenne en storre mengde brennstoff og dermed få storre ytelse ut av en sylinder med de samme dimensjoner. Det er dette som kalles overladning eller supercharging av en diesel­ motor. Ved vel gjennomtenkte konstruksjoner og kontroll med blandingen av brennstoff og luft og likeså med forbrenningsprosessen har det lykkes motorfabrikantene å bygge maskiner etter dette prinsippet. Samtidig har de greidd å unngå økning i materialpåkjenniugene i større grad. Forbrenningsgassene fra en dieselmotor inneholder en restenergi, som vil øke når motoren

174

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 9. Montering av rotor i turboblåser (B & W).

overlades, både fordi luftmengden som strømmer gjennom sylinderen øker, og fordi den effektive ekspansjonen blir forholdsvis mindre når en større mengde brennstoff skal forbrennes. Hvis kompressoren som skal levere luft av høyere trykk, blir drevet mekanisk, går økningen i restenergien i forbrenningsgassene tapt. Hvis den derimot drives av en turbin som er plasert i avgassrøret for motoren, kan den gjenvinnes idet man får et nytt ekspansjonstrin i turbinen. I de siste år er slike avgassturbiner som driver luftblåsere, blitt så alminnelige for overladede

dieselmotorer at man i praksis kan si at dette er definisjonen på en overladet motor. Fis. 9 viser montering av rotor i en slik turboblåser. Overladning av firetakt-motor Ved bruk av turboblåser ved firetakt-motor strømmer avgassene fra motoren gjennom avgassrøret til turbinbladene og deretter ut til fri luft. Turbinen driver blåseren, som suger luft fra atmosfæren, komprimerer den og leverer den gjennom luftrør til motorsylinderen. Ventilregu-

Spylesystemer for totakt-motorer

leringen er svært lik den for en vanlig firetaktmotor, selv om overlappingen mellom åpning av innsugningsventil og lukking av eksosventil kan variere. Akselen for turboblåseren er ikke på noen måte forbundet med motoren. Ved økning av belastningen — forbrenning av større mengde brennstoff — øker mengden av avgass og gassens trykk, og dermed også effekten av turboblåseren. På denne måten oppnår man automatisk regu­ lering av blåseren avhengig av belastningen på motoren. Overladning av totakt-motor Som det ble nevnt i forbindelse med spylesystemer, må totaktmotorer ha et arrangement som leverer spyleluft til arbeidssylinderne. For de tidligere, såkalte normalladede dieselmotorer var det vanlig at spyleluften ble levert fra en stempelpumpe eller en roterende pumpe, som ble trukket direkte fra motoren. I tillegg kunne man ha elektrisk drevne pumper, som ble koplet inn ved lave hastigheter. Spyletrykket var gjerne fra 0,1 til 0,3 over atmosfærens trykk. For en normalladet totakt-motor åpner eksos­ portene før spyleportene under arbeidsslaget. Under kompresjonsslaget stenger spyleportene før eksos-organene. For en overladet totaktmotor bør arrangementet helst være slik at eksosorganene åpner før spyleportene under arbeidsslaget, samtidig som de bør kunne stenge før spyleportene under kompresjonsslaget. På den måten tapes minst mulig av luften gjennom eksoskanalen. For dieselmotorer som har lengde­ spyling og eksosventil(er) i sylinderlokket, kan dette arrangeres uten videre, da åpning og stenging av eksosventilen (e) styres fra en ut­ vendig kamaksel. For motorer med motgående stempler kan det gjøres ved at øvre stempel får et visst forsprang i veivstillingen i forhold til nedre stempel. Det er imidlertid meget be­ grenset hvor langt man kan gå med løsninger som dette. De forbedrede forhold av maskinen under gang forover vil bli tilsvarende forverret ved gang akterover. I og med at motorens eksos­ ventil (er) er styrt fra en utvendig kamaksel, kan det riktig nok arrangeres med kamrer for gang akterover, men dette er så komplisert både konstruktivt og operativt at det unngår man helst. For motorer med eksosporter i sylinderveggen har det i eksoskanalen i mange år vært benyttet roterende eller oscillerende sleider eller spjeld til å stenge portene under kompresjonsslaget. En slik eksossleide er vist på fig. 21. I de senere

175

år har man gått mer og mer bort fra disse eksossleidene, da de kompliserer konstruksjonen og er meget utsatt for skader under drift, for­ årsaket hl.a. av koksdannelser. De fordeler som oppnås, står ikke i forhold til ulempene. Det er enklere å sørge for mer tilførsel av luft med nødvendig trykk. De arrangementer som blir benyttet ved over­ ladning på totakt-motorer, kan i prinsippet deles opp i to hovedgrupper: 1) «Liketrykk-systemet»: Avgassene fra sylin­ drene ledes til en felles beholder. Fra denne beholderen går avgassrør til turboblåserens turbinside, og i turbinen blir trykk- og varmefallet i eksosgassen utnyttet til å drive denne og samtidig luftkompressoren, som sitter på samme aksel. Deretter ledes luften gjennom en luftkjøler og derfra til en eller flere stempelspylepumper, der den blir komprimert til det trykket den skal ha, for så å ledes inn i spyleluftbeltet. Det omgir sylindrene og har direkte forbindelse til spyleportene for hver av sylin­ drene. Både M.A.N. og SULZER. totakt enkeltvir­ kende krysshodemotorer har et spyle/overladesystem etter liketrykkprinsippet. M.A.N. har dessuten to varianter av dette, injektorsystemet og kompressorsystemet. For begge disse benyttes undersiden av noen stempler som kompressor i tillegg til turboblåserne. Injektorsystejuet er vist i fig. 10. Ved normal belastning av motoren leverer undersiden av noen stempler spyleluft direkte inn i spyleluftkanalen og arbeider altså parallelt med turboblåserens kompressorside. Ved mindre belastning av motoren ledes luften fra stempelpunipene inn i spylekanalen gjennom dyser, som er plassert like etter utløp fra turbo­ blåserens kompressor. Luften har høy hastighet, og den trekker dermed luften ut av turbo­ blåseren. Dette har en stabiliserende effekt på turboblåserens luftleveranse selv ved meget lave hastigheter. Omstilling av ventilen (9) som sty­ rer luftleveringen fra stempelkompressorene, skjer automatisk ved hjelp av spylelufttrykket. Kompressorsystemet fremgår av fig. 11. Også i dette tilfelle arbeider stempelundersiden som kompressor i parellell med turboblåseren så lenge motoren går med normal belastning. Ved dellast går imidlertid luften fra stemplenes underside dirkte til dysene i turboblåserens roterende kompressor. Den ekstra luftkjøleren (11) for luften fra stempelkompressorene er derfor plassert slik at luften kjøles før den går til turboblåseren. Denne ekstraluften som til-

176

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 10. Spyle/overladesystemet for M.A.N. dieselmotorer, injektorsystemet. 1. arbeidssylinder. 2. spyleluftkanal og spyleluftbelte. 3. eksoskanalens innløp til felles eksosmanifold. 4. turboblåserens turbinside. 5. turboblåserens kompressorside. 6. lufttilforsel gjennom filter/lyddemper. 7. ventilbus for stempelkompressor med innsugnings- og utlopsventiler. 8. oljeutskiller. 9. sleideventil innstilt for normalbelastning, ventilstilling regulert av spylelufttrykket. 9a. sleideventil innstilt for delbelastning, ventilstilling regulert av spylelufttrykket. 10. luftkjoler. 11. luftkjoler for luft levert fra stemplets underside. 12. luftledning til injeksjonsdyse i spyleluftkanal

Fig. 11. Spyle/overladesystemet for M.A.N. dieselmotorer, kompressorsystemet. 1. arbeidssylinder. 2. spyleluftkanal og spyleluftbelte. 3. eksoskanalenes innlop til felles eksosmanifold. 4. turboblåserens turbinside. 5. turboblåserens kompressorside. 6. lufttilforsel gjennom filter/lyddemper. 7. ventilbus for stempelkompressor med innsugnings- og utlopsventiler. 8. oljeutskiller. 9. sleideventil innstilt for normalbelastning, ventilstilling regulert av spylelufttryk­ ket. 9a. sleideventil innstilt for delbelastning, ventilstil­ ling regulert av spylelufttrykket. 10. luftkjoler. 11. luft­ kjoler for luft levert fra stemplets underside. 13. luftledledning til turboblåserens kompressorside.

føres, gjør at luftleveransen fra turboblåseren blir tilstrekkelig også ved lave hastigheter. SULZER’s spyle/overlade-system er vist i fig. 12. Eksosgassene fra arbeidssylindrene samles i en felles beholder (eksosmanifolden) (a), og ledes derfra til en eller flere turboblåsere. Luften som leveres fra turboblåserne, går gjen­ nom en luftkjøler (e) inn i en felles beholder for spyleluft (/). Derfra går luften gjennom tilbakeslagsventiler inn i et rom (g) på under­ siden av arbeidsstemplene, som virker som stempelkompressorer. Gjennom et sett tilbake­ slagsventiler leveres luften fra stemplets under­ side inn i et spyleluftrom, som er separat for hver sylinder (/i). Ved å holde dette rom separat oppnås et ekstra trykk akkurat i det øyeblikk spyleprosessen starter. Dette er av betydning for effektiviteten av renspylingen av sylinderen. Når spylingen er kommet i gang og trykket i rommet (Ti) er kommet ned på

samme nivå som i spylebeholderen (/), strøm­ mer det luft fra denne gjennom et tredje sett tilbakeslagsventiler, inntil spylingen av den sylinderen er avsluttet. Utnyttelsen man har gjort av effekten fra kompressorvirkningen fra stemplets underside, gjør det mulig å kjøre motoren uten tilleggsluft fra separatdrevet luftpumpe. For å oppnå røyk­ fri forbrenning også ved de laveste motorhastigheter og under manøvrering, er det imid­ lertid bygget på en liten elektrisk drevet blå­ ser (i). 2) Impuls-systemet: Ved dette system ledes eksosen fra arbeidssylinderen direkte til turbo­ blåserens turbinside. Gassene har stor hastighet når de kommer ut av sylinderen. Ved impulssystemet utnytter man bevegelsesenergien i gas­ sene til å drive turbinen, i tillegg til at man utnytter trykk- og varmefallet som gassene får gjennom turbinen. Etter dette systemet vil der-

Spylesystemer for totakt-motorer

177

Fig. 13a. Snitt gjennom turboblåser, type Burmeister & Wain. Gassturbinen er vist på venstre side av den felles aksel, og forbrenningsgassenes gjennomstrømning er angitt med piler. Luftkompressoren er vist på høyre side. Luften suges inn gjennom filter plassert på overflaten av den ringformede innsugningskanal.

Fig. 12. Spyle/overladesystem for SULZER dieselmotor, a) eksosmanifold. b) utløp for eksosgasser til skorsten. c) turboblåserens kompressorside. d) luftinntak med filter, e) luftkjøler. f) spyleluftbeholder. g) spyleluftrom på under­ siden av stempel, h) spyleluftrom for hver sylinder (i for­ bindelse med spyleporter). i) elektrisk drevet spyleluftblåser.

for luften, som blåseren suger fra atmosfæren, komprimeres til høyere trykk enn etter det første systemet under ellers like forhold. Som det vil fremgå av tverrsnittstegning, benytter Burmeister & Wain dette system for denne type totakt enkeltvirkende krysshodemotor, fig. 28. Fig. 9 viser en turboblåser av type B & W, mens fig. 13 viser et tverrsnitt gjennom en slik blåser. Pilene viser strømmen av eksosgass, og piler viser også luftens vei gjennom den roterende kompressor. For å oppnå riktig forbrenning og kjøleeffekt, er det av stor betydning at luften som tilføres sylinderen, har riktig temperatur og trykk. Derfor må luftkjøleren holdes så ren som mulig, og ved konstruksjonen er det tatt hensyn til dette ved at kjølevannsrørerene er lagt horisontalt i kjøleren, mens ledefinnene for luft står vertikalt. Rengjøring av kjøleren 12 — Teknikk III

Fig. 13b. Turboblåser, type Burmeister & Wain. Gassturbinrotor til venstre, kompressorrotor til høyre.

178

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 14. Spyle/overladesystem for DOXFORD motor, a) rist (skal fange opp deler som måtte folge eksosgassene). b) turboblåserens turbinside. c) turboblåserens kompres­ sorside. d) luftkjoler. e) spyleluftbeltet (har direkte for­ bindelse med spyleportene for samtlige arbeidssylindre).

utføres i havn når motoren ikke er i gang ved at det fylles på en rensevæske, som opp­ varmes med damp og sirkulerer i kjøleren på luftsiden. Også DOXFORD benytter impulssystemet for overladning av sine motorer, og turboblåserne er av Brown, Boveri-fabrikat. Fig. 14 viser hele syklusen i prinsipp. Fra hver arbeidssylinder ledes eksosgassene direkte til turboblåserens turbinside (6) gjennom rister (a), som skal fange opp eventuelle faste deler som måtte følge med gassene, f.eks. avbrukne stykker fra stempelringene. På turboblåserens kompressorside (c) suges luft fra atmosfæren gjen­ nom en filter-lyddemper. Etter kompresjonen leveres spyleluften til spyleluftbeltet (e) etter å ha passert luftkjøleren (d). Dette arrangement er tilstrekkelig for å levere den nødvendige spyleluft ved alle motorhastigheter, men en direkte drevet blåser er likevel anbragt for å sikre god forbrenning ved lave hastigheter og under manøvrering. Under sakte fart vil DOXFORD-motoren normalt kunne kjø­ res ned til 22 o/min., og omdreiningstallet vil kunne økes fra sakte fart til halv og full fart selv med en blåser ute av drift.

YTELSE OG VIRKNINGSGRAD FOR DIESELMOTORER Som mål for ytelsen brukes hestekrefter. Effektenheten hestekraft tilsvarer i metriske en­ heter et arbeid på 75 kgm utfort i lopet av 1 sekund (1 hk =75 kgm/sek). Ytelsen som svarer til den varmemengde som omsettes til mekanisk arbeid i sylindrene, kalles indikert ytelse. Den ytelsen man får ut ved akselenden, kalles effektiv ytelse. For at det skal være klart hva man mener, bruker vi betegnelsen indikerte hestekrefter (ihk) om indikert ytelse og betegnelsen akselhestekrefter eller bremsehestekrefter (ahk eller bhk) når vi mener den effektive ytelse. Fordi en del av arbeidet som utføres i sylinderen går tapt ved friksjon i motorens forskjellige bevegelige deler, og en del går med til å drive pumper i forbindelse med motoren, er den effektive ytelsen noe mindre enn den indikerte. Forholdet mellom disse to ytelser

kalles den mekaniske virkningsgrad (den meka­ niske virkningsgrad = effektiv ytelse indikert ytelse

ahk ihk

\ /

For å finne den indikerteytelsen må man kjenne trykket i arbeidssylinderen ved hver stilling av stemplet i lopet av en omdreining. Til denne «indikering» av motoren benyttes et in­ strument som kalles indikator. Fig. 15 viser en slik indikator av type Maihak. På hver arbeidssylinder er det en rorstuss med en kran — en såkalt indikatorkran. Ved hjelp av denne kranen blir indikatoren satt i direkte forbindelse med sylinderen, slik at gassens trykk virker direkte på et lite stempel i indikatoren. Dette stemplet er ved hjelp av en stempelstang forbundet til en utvendig fjær. Bevegelsen av stempelstangen overføres til en arm, og i enden av

Ytelse og virkningsgrad for dieselmotorer

Fig. 15. Indikator.

armen er det en skrivestift. Under malingen trykkes stiften ganske lett mot indikatorpapiret som er festet på en trommel. Papiret kan lettvint skiftes ut. Ved hjelp av et snortrekk vil indikatortrommelen følge stemplets bevegelse i sylinde­ ren, men i mindre målestokk. For å få dette til må det være et indikatortrekk på motoren. Det er mest alminnelig at dette trekket er en stangoverføring fra en kamskive på en kamaksel på motoren. Denne kamskiven må da være kilt på kamakselen på en slik måte at den følger nøyak­ tig stempelbevegelsen. Den mekaniske indikator brukes vanligvis ikke når det gjelder svært hurtigløpende maskiner. Derimot er den alminnelig for de fleste skipshovedmotorer. Indikatorstemplet med tilhørende fjær kan skiftes ut så man får en passende størrelse på ut­ slaget av skrivestiften. «Fjærskalaen» er justert og oppgitt av indikatorfabrikanten. Det maksi­ male trykk i en dieselmotorsylinder kan være 50—60 kg/cm2, og det vil da passe med en fjærskala f. eks.: 1 mm = 1 kg/cm2. Når en totakt-motor skal indikeres, åpner man først indikatorkranen til fri luft. Når snortrekket på indikatoren så er koplet til motorens trekkanordning, og stiften fores mot papiret, vil den skrive en rett linje — atmosfærelinjen. Lengden av denne linjen står i et visst forhold til stempelveien — slaglengden. Da sylinderdiameteren er den samme under hele slaget, representerer denne linje også sylindervolumet i grafisk fremstilling. Stenger man så indikatorkranens løp mot fri luft, åpner for løpet som forbinder indikatoren med sylinderen og fører skrivestiften mot papi­

179

ret, vil stiften skrive en lukket kurve. Den verti­ kale avstand fra atmosfærelinjen til denne kurven viser trykket for hver stilling av motorstemplet både under kompresjonsslaget og under arbeids­ slaget. \ i har med andre ord fått et diagram der den horisontale linjen (abscissen) representerer volumet og den vertikale linjen (ordinaten) gir et mål for trykket i kg pr. cm2 stempelareal. Slike trykkvolumdiagrammer brukes mye i varmelæren for å gjøre klart hvordan en prosess for overforing av varme til mekanisk energi foregår (se for øvrig avsnittet om varmelære. Om grafisk fremstilling, se avsnittet om matematikk). Det indikatordiagrammet vi nå har fått, kalles arbeidsdiagram. Eksempel på et slikt diagram for totakt-motor er vist i fig. 16. På vanlig firetakt-motor med innsuging av luft, tar man ikke atmosfærelinje, fordi innsugningslinjen bare vil ligge helt ubetydelig under atmosfærelinjen. Innsugningslinjen regnes da som atmosfærelinje. Det arealet som er innelukket av arbeidsdiagrammet, er et mål for det arbeidet som er utfort i sylinderen. Dette arealet må derfor regnes ut for å komme videre. Den mest nøyaktige måten å gjøre det på er å nytte et planimeter, et instru­ ment til å finne areal av flater med. Istedenfor planimeter kan man nytte et gjen­ nomsiktig rutepapir. Man teller så hvor mange ruter hver på 1 mm2 som innesluttes av arbeidsdiagrammet. Når arealet er funnet, regner man ut en tenkt størrelse som kalles det midlere indikerte trykk. Uttrykket for det midlere indirekte trykk i kg pr. cm2 stempelareal blir: r

diagramflate (mm2) diagramlengde (mm) • fjærskala (mm)

Når det midlere indikerte trykk er funnet, vil kraften på hele stempelflaten bli: p; . ”

d2 (kg)

når d er stempeldiameteren målt i cm. Det ar­ beidet stemplet utfører under et arbeidsslag, vil

da bli: p* . —

. d2 . s (kgm) når s er slaglengden

målt i m. Hvis motoren gjor n omdreininger pr.

minutt (o/min), vil den gjøre

omdreininger

pr. sekund (o/sek). Sylinderens arbeid i løpet av 1 sek. vil da bli: pi .

“

. d2 . s .

(kgm pr.

sek). Da det er 75 kgm pr. sek. i en hk, blir hele uttrykket for den indikerte ytelsen i en sylinder for en totakt-motor:

ihk — pi . 1

4

. d2 . s .

60 • 75

180

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som fr amdriftsmaskin for skip

Hvis det er en firetakt-motor det gjelder, må dette uttrykket divideres med 2, fordi den bare har et arbeidsslag for hver annen omdreining. Tar man på denne måten arbeidsdiagram fra hver sylinder på en motor, regner ut den indikerte ytelse for hver sylinder og legger disse sammen, får man motorens samlede indikerte ytelse. Måleinstrumenter for effektiv ytelse er atskil­ lig mer kompliserte. Det finnes såkalte torsjonmetre som kan monteres på akselen ombord i skip, men det er ikke vanlig å installere slike instrumenter på motorskip, selv om det nok er gjort i mange tilfelle og kan være meget nyttig. Når motoren kjøres på prøvestand i verkstedet,

må ytelsen opptas på en eller annen måte for at man skal kunne belaste motoren. Når det gjelder store skipsmotorer er det vanlig å gjøre det ved hjelp av en vannbremse. Vannbremsen er utført slik at ytelsen den opptar, kan måles meget nøy­ aktig. Når motoren da samtidig indikeres, finner man både den indikerte og den effektive ytelse, og har dermed motorens mekaniske virknings­ grad. Etter at motoren er installert ombord, nøyer man seg så med å måle den indikerte ytelse og nytter den mekaniske virkningsgrad som tid­ ligere er funnet ved verkstedprøvene. Fig. 14 viser en Doxford-motor koplet til en vannbremse på prøvestand.

Kontroll av arbeidet i sylinderen ved hjelp av indikatordiagraninier Indikatoren brukes ikke bare som et hjelpe­ middel for å finne ytelsen av motoren. Indikatordiagrammene gir også mulighet for kontroll med hvordan arbeidet i sylinderen foregår. Det skjel­ nes mellom fire forskjellige typer indikatordiagrammer, nemlig: arbeidsdiagram, trekkdiagram, kompresjonsdiagram og svakfjærsdiagram. Arbeidsdiagr ammet brukes altså først og fremst til å finne det midlere indikerte trykk i sylinde­ ren. Men det gir også mulighet for å følge ar­ beidsprosessen. På arbeidsdiagrammet fig. 16, som er tatt fra en totakt enkeltvirkende diesel­ motor, er vist fire karakteristiske punkter. Ved A

begynner kompresjonen. Når stemplet er i topp ved B, begynner innsprøytning av brennstoff, og trykket stiger sterkt. Denne trykkstigningen fortsetter også litt etter at stemplet har begynt å gå nedover igjen, men så faller det igjen, og omtrent fra punkt C er innsprøytning av brenn­ stoff slutt, og det er ren ekspansjon av forbrenningsgassene som foregår. Ved punkt D åpnes eksosportene, og gassene strømmer ut av sylin­ deren, som spyles ren og fylles med ny luft. Kompresjonslinjen fra A til B gir mulighet for å finne ut om kompresjonen foregår slik som den skal, og ekspansjonslinjen fra C til D gir den

Fig. 16. Arbeidsdiagram og trekk dia­ gram. A til B CA’ til B): Kompresjon. B til C: Forbrenning (B’ til C’ på trekkdiagram.) C til D: Ekspansjon. D til ende atmosfærelinje: Utstøt. For totakt-motor uten overladning vil kompresjonen begynne ved A, idet stemplet da er så høyt i sylinderen at eksosportene stenger (rett under D). — For totakt-motor med overladning stenges eksosorganene for, i dette til­ felle omtrent ved A’. For å finne punktet A’, der kompresjonen begyn­ ner, tar man svakfjærsdiagram, eller man kjenner dette punktet ut fra reguleringen av motoren.

Ytelse og virkningsgrad for dieselmotoren

181

Fig. 17. Doxford motor, ytelse 13.000 ahk ved 124 omdr./min., på provestand. Motoren er koplet til en vannbremse av type Hennan & Froude. Kraften som motorens dreiemoment øver på bremsen, balanseres ved hjelp av en vektstanganordning som belastes med lodder. Midt mellom tørnehjulet og bremsen sees omdreiningstelleren. Til ven­ stre for tørnehjulet sees en snekkeskrue som drives av en elektrisk motor. Når motoren skal tørnes, blir snekkeskruen satt i inngrep med fortanningen på tørnehjulet, og motoren drives sakte rundt ved hjelp av kraften fra den elektriske motoren.

182

Sivert Overaas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 18a. Feil kompresjonsdiagram. (E) Ekspansjonslinje. (K) Kompresjons]inje.

samme mulighet for denne. Hvis ekspansjonslinjen ligger for høyt, er det sannsynlig at det fore­ går «etterbrenning». Det vil si at det foregår for­ brenning etter at innsprøytning av brennstoff skulle vært avsluttet (ved punkt C). Dette tyder da på at det kan være feil ved brennstoffventilen. For den perioden av slaget da forbrenningen foregår (fra B til C), er det vanskelig å få god oversikt over trykkforlopet. Da nytter man et trekkdiagram. Trekkdiagrammet kan tas idet man trekker indikatortrommelen for hånd i det samme stemp­ let er i topp. Det skal øvelse til å gjøre dette slik at resultatet blir bra. Skipsmotorene er nå ofte utstyrt med trekk fra kamskive også for indikatortrekk til trekkdiagram. Denne kamskiven er da forskjøvet 90 grader i forhold til kamskiven for arbeidsdiagrammet, slik at når stemplet er i topp, ser man trykket midt på diagrammet. Det er svært vanlig at brennstoffinnsprøytningen inn­ stilles slik at den begynner når stemplet er i topp. På trekkdiagrammet i fig. 13 kan man således følge den jevne kompresjonslinjen til stemplet er i topp ved B’. Her begynner trykkstigningen på

grunn av forbrenningen. Først har vi sterk stig­ ning, så faller trykket igjen, og fra punkt C’ er det jevn ekspansjon av forbrenningsgassene. Hvis trykkstigningen begynner for sent — «sentenning» — vil virkningsgraden gå ned (p; blir mindre for samme mengde brennstoff). Tidlig tenning — «fortenning» — er gunstig med hensyn til virkningsgraden, men trykket vil da bli høyt under forbrenningen, og det kan være uheldig på grunn av påkjenningene på motoren. Kompresjonsdiagram tar man på den måten at man stenger av brennstofftilførselen til den sylinder man måler på, mens motoren går. Kompresjonsdiagrammet tas både med trekk som for arbeidsdiagram og med trekk som for trekk­ diagram. Som trekkdiagram skal diagrammet vise jevn stigning og akkurat like jevnt fall på den andre halvdel av diagrammet. Kompresjonsdiagrammet nyttes for å kontrollere at indikato­ ren og motorens indikatortrekk er i orden. Når kompresjonsdiagrammet er tatt med trekk som for arbeidsdiagram, skal kompresjons- og ekspansjonslinjen falle sammen. Gjør de ikke det, må man foreta nærmere undersøkelse. Fig. 18 a

Fig. 18c. Svakfjærsdiagram, vendespyling uten eksossleide. (Arrangement av porter, se fig. 19.) ato = atmosfærer overtrykk. (S) Spyleport. (U) Eksosport.

Fig. 18d. Svakfjærsdiagram, vendespyling med eksossleide. (Arrangement av porter, se fig. 20.) ato = atmosfærer overtrykk. (S) Spyleport. (U) Eksosport.

Ytelse og virkningsgrad for dieselmotoren

183

kene er lave. Av dette kan man så finne ut om det er feil ved åpning og lukking for eksos- og innsugningsventil for firetakt-motorer, og om eksosorganene og innstrømning av ny luft foregår slik det skal for totakt-motorer. Fig. 18c viser svakfjærsdiagram for M.A.N. to­ takt-motor uten og fig. J 8(1 med eksossleide. Spyle- og eksosportene er merket S og U. a er underkant og b er overkant av spyleportene. c er underkant og d er overkant av eksosportene. På fig. 19 og fig. 20 er vist hvordan portene er arran­ gert i sylinderen. Fig. 21 viser arrangementet av eksossleiden. Begge diagrammer viser sterkt trykkfall under utstøt slik at utstøtslinjen blir nesten vertikal. Indikatorstemplet får stor has­ tighet, og vil på grunn av tregheten først fort­ sette under atmosfærelinjen. Deretter vil indikatorfjæren svinge litt for indikatorstemplet kommer til ro ved riktig trykk når motorstemp­ let er i nedre dødpunkt. Når motorstemplet så

Fig. 19. Vendespyling (M.A.N.).

viser et kompresjonsdiagram der kamskiven for indikatortrekket ikke står riktig. Kompresjonslinjen ligger i dette tilfelle øverst. Det finner man ut ved å stanse motoren, tørne den, og merke av et eller flere punkter på indikatordiagrammet under kompresjonsslaget og under ekspansjonsslaget. Når kompresjonslinjen er øverst, vil det igjen si at skrivestiften for indikatoren kommer etter stemplets bevegelse. Skiven for indikator­ trekket må altså stilles fram. Fig. 18b viser et riktig kompresjonsdiagram etter at dette er gjort. Svakfjærsdiagram tar man for å få et tydelig bilde av trykkforholdene under slutten av utstøtsperioden og ved begynnelsen av kompresjo­ nen. Navnet svakfjærsdiagram kommer av at det blir nyttet en svak fjær til indikatoren, slik at man får registrert lave trykk i stor skala. Fjærskalaen kan være f. eks. 25 mm = 1 kg/cm2. Av denne grunn vil indikatorstemplet slå helt ut for den største delen av slaget, unntatt når motorstemplet er ved nedre dødpunkt, og tryk­

Fig. 20. Vendespyling med roterende eksossleide (M.A.N.). Arrangementet av portene i sylinderveggen er litt anner­ ledes her enn på fig. 19.

184

Sivert Øveraas: Dieselmotoren s m framdriftsmaskin for skip

Fig. 21. Arrangement av eksossleide for spylesystemet som er vist på fig. 20.

begynner å gå oppover igjen, ser vi en meget tydelig forskjell på de to diagrammene. Når spyleportene stenger for den vanlige motor i fig. 18c, vil en del luft strømme ut gjennom eksos­

portene fordi trykket i sylinderen er større enn trykket utenfor. Når eksosportene stenger, er trykket i sylinderen falt til litt under atmo­ sfærens trykk. At trykket blir lavere enn atmosfæretrykket, kommer av en viss sugevirkning når luft strømmer ut av sylinderen. Kompresjo­ nen begynner ved punkt d. Når spyleportene stenger for motoren med eksossleider i fig. 18d, har eksossle.den samtidig stengt for eksosportene. Kompresjonen begynner da allerede ved punkt b. Man taper ikke her noe luft ut gjennom eksosportene, og det kan i dette tilfelle forbrennes større mengder brennstoff i en sylinder med samme dimensjoner. Ser man på utstøtslinjene for de to diagrammene, oppdager man at trykkfallet er størst i fig. 18d, fordi meng­ den av forbrenningsgasser som skal ut i løpet av samme tid, er størst for motoren med eksos­ sleide. Diagrammet i fig. 18d er ikke tatt fra en motor med overladning, men fra en motor med såkalt «etterfylling». Dette er en totakt-motor som har samme spyleluftpumper som en vanlig motor, og samme eller ubetydelig høyere spylelufttrykk,

BRENNSTOFFSYSTEMET FOR DIESELMOTORER Hovedoppgaven for brennstoffsystemet er å levere en nøyaktig avmålt mengde brennstoff i sylinderen til riktig tid. Brennstoffet må dessuten leveres i sylinderen meget fint forstøvet og spres rundt i forbrenningsrommet slik at det blander seg med luften og på den måten opptar den nød­ vendige mengde oksygen, som må til for å få full­ stendig forbrenning. Tidligere nyttet man trykkluft til innsprøyt­ ning og forstøving av brennstoffet. Dette «luftinnblåsingssystemet» er ikke lenger i bruk. Nå nyttes mekanisk drevne brennstoflpumper som leverer brennstoffet til brennstoffventilene på sylindrene med meget høyt trykk. Brennstoff­ ventilene åpner gjerne ved et trykk på 200 atm. eller litt under, men trykket stiger under innsprøytningen til 500—700 atm. For at pumpehuset skal være sterkt nok til å tåle dette høye trykket, blir det boret ut av et helsmidd stålemne. Pumpeplungeren og hylsen som hører til, blir settherdet og slipt nøyaktig sammen. For enkeltvirkende motorer er det som regel en pumpe for hver sylinder, mens det for de dobbelt­

virkende er to, fordi dobbeltvirkende motorer har to forbrenningsrom pr. sylinder. På de fleste motortyper blir pumpeplungerne drevet fra kamskiver, og det vanlige arrangement for omstyring er at det er to kamskiver — en for forovergang og en for akterovergang. Ved det høye oljetrykket fra pumpen blir oljen presset noe sammen, og rørledningen til brennstoffventilen på sylinderen vider seg litt ut. Dette vil føre til en «innsprøytningsforsinkelse». Det går også en viss tid fra innsprøytningen be­ gynner og til tenning finner sted — «tennforsinkelse». Dette er forhold man må ta hensyn til når pumpeslaget skal innstilles så det leverer brenn­ stoff til riktig tid. Regulering av brennstoffmengden for hvert pumpeslag oppnår man som oftest ved hjelp av en tilbakeløpsventil som åpnes når pumpe­ plungeren har utført en del av trykkslaget. Denne tilbakeløpsventil innstilles ved hjelp av en overføringsanordning fra reguleringshendelen på manøverplassen. Brennstoffventilene styres enten mekanisk ved

Regulering av skips-hovedmotorer

hjelp av en knast på en kamaksel, eller ved en fjærbelastet nålventil som åpnes av oljetrykket. Vi taler derfor om mekanisk eller hydraulisk styrt ventil. Selve forstavingen foregår i brennstoffventilen når trykket omsettes i bevegelsesenergi idet oljen presses gjennom fine forstøverhull i en dyse eller forstøverplate. For å oppnå god for­ brenning er det svært viktig at hullene i forstøveren er riktig utformet både slik at de gir god forstøving og god spredning av brennstoffet. Det må tas hensyn til den type olje som skal forbren­

185

nes og formen på forbrenningsrommet i sylinde­ ren. Innsprøytningen må foregå slik at det ikke blir «etterdrypping» av brennolje, fordi det da vil dannes oljekoks som mer eller mindre tetter igjen forstøverhullene. Den høye temperaturen under forbrenningen i sylinderen kan gjøre at oljen spaltes inne i forstøveren, og at det på denne måten dannes belegg. For å unngå dette bruker man gjerne kjøling på brennstoffventilen. Kjolemiddel er enten destillert vann eller brennolje.

STARTESYSTEMET Når man skal starte skipsdieselmotorer, nytter man trykkluft. Men denne får man ikke ved hjelp av drivkraft fra selve motoren. For å skaffe trykkluft har man hjelpemotorer som driver kompressorer for oppladning av starteluftbeholdere. Trykket i beholderne er 15 til 30 atm., og fra dem går det rørledninger til motorens starteventiler. En forgrening går direkte på selve starteventilen og videre inn i sylinderen hvis starteventilen er åpen. En annen forgrening går til en starteluftfordeler. Det er denne starteluftfordeleren som bestemmer åpning og lukking av starteventilen. Dette foregår på den måten at når starteluften blir satt på, trykkes en sleid i starteluftfordeleren ned mot en kam på en kam­ aksel. Kammen styrer da starteluftfordeleren slik at denne åpner til bestemt tid. Dette er av­

hengig av hvordan kammen er kilt på kam­ akselen. Når starteluftfordeleren åpner for trykkluften, strømmer den gjennom og inn på et fjærbelastet stempel som er festet på ventilstangen til starte­ ventilen. På grunn av trykket går stemplet ned, og starteventilen er åpen for innstrømning av trykkluft til arbeidssylinderen fra det tilløpet som kommer direkte fra trykkluftbeholderen. Så snart starteluftfordeleren stenger for tilløp fra trykkluftbeholderen og åpner avløp til fri luft, fører fjæren på stemplet for starteventilen venti­ len tilbake mot ventilsetet og stenger dermed tilløpet av luft til arbeidssylinderen. Under vanlig kjøring av motoren og når den omstyres, blir starteluftfordelersleidene holdt fra kammene av fjærer.

REGULERING AV SKIPS-HOVEDMOTORER Under vanlig gang er motstanden mot propel­ lens rotasjon og dermed belastningen på en skipsdieselmotor temmelig konstant. Hvis det er sterk sjøgang, slik at propellen blir løftet mer eller mindre ut av vannet, vil motstan­ den plutselig bli mye mindre både fordi en del av propellen ikke er virksom og fordi strømningsforholdene rundt propellbladene blir ugunstige. Det er da fare for at motoren kan «ruse». Dette vil skje temmelig hurtig. For en hovedmotor er det derfor ikke påkrevd med en regulator som sørger for å holde konstant omdreiningstall, som f. eks. en sentrifugalregu-

lator. (En slik regulator er derimot meget viktig for en skips-hjelpemotor som må holde konstant omdreiningstall selv under store variasjoner i be­ lastningen. Det kan være en hjelpemotor som driver en elektrisk generator. Når så en større elektrisk motor plutselig startes opp eller stoppes, må hjelpemotorens regulator sørge for at diesel­ motoren fortsatt holder samme omdreiningstall til tross for belastningsvariasjonen.) For en hovedmotor klarer det seg altså med en maksimalregulator. Det er gjerne en pendelregulator som nyttes. Pendelregulatoren virker slik at en svingvekt slår ut når omdreiningstallet over­

186

Sivert Overaas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

stiger det som regulatoren er innstilt for. Regu­ latoren virker da på brennstoffpumpene, idet pumpeytelsen plutselig settes ned til et minimum. Det blir fremdeles tenning i sylindrene, men det utvikles svært lite kraft før omdreiningstallet igjen er kommet ned til det normale. Arrange­

mentet kan også være slik at regulatoren stenger alle pumpene unntatt en. En sylinder holder da motoren i gang til regulatoren slipper igjen. Pendelregulatoren ble opprinnelig konstruert for skips-dampmaskiner og kalles etter oppfinneren ofte Aspinalregulator.

OMSTYRING AV SKIPSMOTORER For at et skip skal kunne manøvreres, må det kunne gå både forover og akterover — det må kunne bakke. Dette kan utføres ved at propellbladene blir vridd slik at de får stigning akterover istedenfor forover mens propellen hele tiden roterer samme vei. Vridbar propell er meget brukt for mindre skipsmotorer. Arrangementet gir gode manøvreringsmuligheter, men et slikt anlegg blir mer kostbart i anskaffelse enn vanlig fast propell. Det er derfor ikke alminnelig brukt for større maskinytelser unntatt for skip der det er spesielt behov for mye manøvrering og stor trekk-kraft ved liten hastighet for skipet, f. eks. for kystskip, isbrytere, slepebåter, ferjer og hvalbåter. For å oppnå gang akterover forandres moto­ rens dreieretning vanligvis ved hjelp av en omstyringsanordning på selve motoren.

Omstyring av firetakt-motorer For en firetakt-motor er det nødvendig at samtlige ventiler blir omstilt når motoren skal reverseres. Den vanlige måten å utføre dette på er å utstyre motoren med dobbelt sett kamskiver — et sett for forover og et sett for akterover. Når motoren så skal reverseres, løftes lederullene for ventilbevegelsen opp fra kammene. Deretter forskyves kamakselen i sin lengderetning. Lede­ rullene føres så tilbake til kamakselen, og kom­ mer da i kontakt med de kamskivene som tilsva­ rer motsatt dreieretning for motoren. Istedenfor å gå klar av kamskivene kan kammene lages slik at de skråner opp fra midtpartiet mellom dem. Sidekantene på rullene er avrundet, og glir opp på den andre kammen når kamakselen forskyves i lengderetningen. Fig. 22 viser et fotografi av en slik utførelse på M.A.N. firetakt-motorer.

Fig. 22. Kamaksel for M.A.N. firetaktmotor. Ved omstyring forskyves kamakselen i lengderetningen. Kammer og ruller er formet slik at dette kan skje uten at rullene løftes fra kammene. De to kammene mellom vippearmene styrer starteluft-fordeleren.

Omstyring av totakt-motorer Omstyring av en totakt-motor er noe enklere enn for en firetakt-motor. For totakt-motoren gjelder det bare omstilling av starteluftfordeleren og tidspunktet for brennstoffinnsprøytingen. Dette har da gyldighet for motorer der selve stempelbevegelsen styrer åpning og lukking av eksos og spyleporter i sylinderveggen. For moto­ rer med lengdespyling og eksosventiler i sylinderlokket styres eksosventilene fra kammer. Eksosventilene skal ha en såkalt «forsprangsvinkel». Vinkelen mellom veivens stilling i det øyeblikk ventilene åpner og veivens stilling ved nedre dødpunkt er større enn vinkelen mellom veiven i nedre dødpunkt og dens stilling i det øyeblikk ventilene stenger under kompresjonsslaget. Dette forhold er motsatt når motoren går akterover. Det beste ville derfor være om denne ventilbe­ vegelsen også ble forandret under reversering. Det har imidlertid vist seg at motoren ved rever­ sering godt kan kjøres uten at dette blir gjort.

Smøresystem for dieselmotorer

Det er bare korte perioder motoren går akterover, og man kan derfor se bort fra at ytelsen blir noe mindre. Dette gjelder for vanlige motorer. Med overladning ved hjelp av turboblåsere må man ha større «forsprangsvinkel». Det blir derfor nødvendig å omstyre eksosventilen når motoren reverseres for at man skal få tilfredsstillende forhold også under gang akterover. Utførelsen av omstyringsanordningene er for øvrig forskjellig for de forskjellige motortyper. I

187

tillegg til de primære oppgaver omstyringsan­ ordningene har, er det også for enkelte motor­ typer en sikring mot feilmanøvrering. Når det fra broen blir slått en bestemt manøver på maskintelegrafen, står svartelegrafen i maskin­ rommet i mekanisk forbindelse med omstyringsanordningen på motoren, slik at omstyringsmekanismen låser seg hvis det blir gjort feil­ manøvrering fra maskinbetjeningens side i for­ hold til det telegrafen viser.

SMØRESYSTEM FOR DIESELMOTORER Prinsippet for smøring er å søke å oppnå at det dannes en oljefilm mellom de flatene som be­ veger seg i forhold til hverandre. I det ideelle til­ felle skal det da ikke være metallisk forbindelse mellom flatene. For mange lager er det en abso­ lutt betingelse at man oppnår dette. I dieselmotoren er det to hovedtyper av glide­ flater, nemlig inne i sylinderen mellom sylinder­ veggen og stemplet, og i de vanlige lagerbæringer. Den oljen som skal smøre sylinderflaten, må til­ føres i små mengder, og den brukes opp etter hvert som den tilføres sylinderen. Den oljen som skal smøre de vanlige lagerflatene, kan og bør til­ føres i forholdsvis store mengder, og den kan brukes om igjen.

Sylindersmøring Sylindersmøring har to oppgaver. Den ene er å skaffe den oljefilmen som må være mellom sylinderforingen og stempelringene forat stemplet skal gli og ikke skjære seg fast. Smøreoljen skal også gi tetning, slik at forbrenningsgassene ikke blåser forbi stempelringene. På grunn av den høye temperaturen under forbrenningen kan det være fare for at oljen kan brennes bort. Dessuten vil det høye trykket forsøke å presse oljen ned forbi ringene. Det stilles derfor store krav til en god sylindersmøreolje. Hovedproblemet er å få en olje som ikke spaltes og dermed forkokser seg slik at stempelringene brenner seg fast og kanskje brekker. Når man skal tilføre smøreolje til sylinderforingen, er det vanlig å bruke en «lubrikator». Dette er en samling av flere små pumper som suger fra en felles beholder. Fra hver enkelt pumpe går det rør fram til siden av sylinderen og

inn gjennom sylinderveggen og boringer i forin­ gen inn i sylinderen. Oljen blir fordelt utover ved hjelp av stempelringene når disse glir langs sylinderforingen. Oljen leveres i bestemte til­ målte mengder som er tilstrekkelig for å oppnå god smøring og for å erstatte den oljemengden som forbrennes og blåses forbi ringene.

Lagersmøring Til lagersmøring brukes et sirkulasjonssystem. En forholdsvis stor mengde olje presses gjennom lagrene, samles deretter opp og pumpes gjennom en oljekjoler og et filter og går så på nytt gjennom lagrene. Oljen fores inn ved rammelagrene. En del av oljen slipper ut allerede ved enden av disse lagrene. Resten går inn gjennom en radiell boring i veivakselen og videre gjennom boringer til veivtappen, der den går ut gjennom en radiell boring til veivlageret. Ved veivlageret slipper igjen en del av oljen ut ved endene, mens resten fortsetter opp gjennom en boring i veivstangen til krysslageret og geideplanet. Her presses resten av oljen ut og samler seg i trauet i bunnen av bunnrammen. Når det gjelder trunkmotorer, går oljen på samme måten opp gjennom veivstangen til krvssbolten og så ned i bunntrauet. I trunkmotorer vil smøreolje kunne slynges opp i sylinderen. Denne oljen må ikke kunne trenge forbi stempelringene og opp i forbrennings­ rommet. Stempelskj ørtet er derfor forsynt med en eller to skraperinger som forer oljen ned i veivrommet igjen. I firetakt-motorer er også den nederste av ringene på selve stemplet skrapering. Likevel kan det være vanskelig å unngå at en trunkmotor forbruker en del smøreolje som for­ brenner i sylinderen.

188

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Pumpen som sirkulerer smøreoljen, er gjerne en skrue- eller tannhjulspumpe. For store moto­ rer er denne pumpen drevet separat ved hjelp av en elektromotor, mens den for mindre motorers vedkommende gjerne står i forbindelse med mo­ toren og blir trukket direkte av denne. I alle til­ felle finnes det en reservepumpe.

Rensing av smøreolje Den smøreoljen som sirkulerer vil etter hvert bli uren. Ved berøring av varme steder vil det dannes asfalt og oljekoks. Videre kan en del forbrenningsrester som slipper forbi stempelringene i trunkmotorer og enkelte typer av krysshodemotorer blande seg med smøreoljen. Disse forbrenningsrestene kan inneholde svovelsyrling eller svovelsyre, som kan føre til alvorlige skader på drivverksdeler. Det hender også at fine metallspon slites bort fra lagrene. Det er derfor nødvendig å rense smøreoljen. Den vanlige måten å gjøre det på, er å nytte en separator. En gren fra smøreoljesystemet fører en del av smøreoljen gjennom en forvarmer og inn på separatoren og derfra inn på systemet igjen. Separatoren er i gang hele tiden, og må renses så ofte som mengden av forurensninger gjør det nødvendig (vanligvis med 4 til 6 timers mellom­ rom). Smøreoljen inneholder nå gjerne tilsetnin­

ger som skal hindre at det dannes asfalt når luf­ ten påvirker oljen. Ved hjelp av tilsetninger for­ søker man også å oppnå at oljekoks og asfalt løses opp i små partikler så risikoen for at smøreoljekanalene skal bli tettet igjen er minst mulig. Vanlig smøreolje forvarmes gjerne ikke over 55 grader Celsius, mens man for de nye smøreoljer med tilsetninger går opp i 60 til 70 grader Celsius med temperaturen på oljen før separeringen. Den økte temperaturen gjør separeringen mer effektiv, fordi oljens viskositet reduseres med stigende temperatur. Samtidig vil også visse emulsjoner av olje og vann spaltes. Det er imid­ lertid viktig at oljen heller ikke varmes for mye. Visse asfaltstoffer som ved lavere temperatur er blandet i oljen og således lar seg separere ut, kan nemlig oppløses når temperaturen blir høy. På den måten skilles de ikke ut i separatoren, men vil avleire seg et annet sted i systemet der temperaturen er lavere, vanligst i kjølcren. Oljekoks kan i visse tilfelle fjernes lettere i separatoren hvis smøreoljen tilsettes vann i form av damp for separeringen — såkalt «vasking» av smøreoljen. Slik «vasking» må ikke gjøres med olje som er vannemulgerende, heller ikke med de nye typer smøreoljer med tilsetninger, fordi man da kan komme til å fjerne de tilsetningene som skal hindre at det dannes asfalt.

KJØLESYSTEM FOR DIESELMOTORER Under forbrenningen i sylinderen er tempera­ turen høyere enn smeltepunktet for støpejern. Det er derfor klart at det må nyttes en eller annen form for kjøling. For at smøringen skal bli effektiv kan heller ikke temperaturen være for høy på sylinderforing og stempel. Vann har så å si alltid vært brukt som kjølemiddel for sylinderen. Dette var tidligere også tilfelle når det gjelder stemplene. Imidlertid fikk man ofte vanskeligheter med lekkasje av kjøle­ vann i smøreoljesystemet, og dette førte til at olje nå i utstrakt grad blir nyttet som kjølemiddel for stemplene. Omtrent 25 % av den varmemengden som ut­ vikles under forbrenningen, går tapt på grunn av kjølingen. En del av tapet kan man imidlertid vinne tilbake ved å nytte kjølevannet til opp­ varmingsformål.

Av hensyn til varmepåkjenningen på konstruk­ sjonen er det en fordel å holde temperaturen på kjølevannet så høy som mulig. Blir den for høy, kan det imidlertid oppstå vanskeligheter ved at det danner seg damp på steder der temperaturen er særlig høy. I praksis er utløpstemperaturen for kjølevannet sjelden over 60 grader Celsius. For mindre motorers vedkommende er kjølevannspumpen ofte trukket direkte av motoren, og er da gjerne en stempelpumpe. For større motorer drives den separat, og er da gjerne en sentrifugalpumpe. Også for kjølevannspumpen er det reservepumpe.

Ferskvannskjøling Tidligere var det vanlig å bruke sjøvann til kjøling av sylinderforinger og sylinderlokk. Det er nå mer vanlig å nytte ferskvann. Man får da et

Brennstoff til dieselmotorer

lukket kjølesystem. Hovedprinsippet for et slikt system er: Sirkulasjonspumpen pumper fersk­ vannet gjennom kjølekappene på motoren. Der­ etter går det gjennom en kjøler, før det suges til pumpen igjen. Et rør opp til en nivåtank er koplet inn på systemet. Denne tanken er plasert så høyt at systemet hele tiden holdes fylt med vann, selv om noe skulle lekke bort. Som kjølemiddel for kjøleren brukes sjøvann, som pumpes igjennom med en egen pumpe. Når motoren skal startes i kaldt vær, er det nødven­ dig å sirkulere oppvarmet kjølevann en tid på forhånd. Kjøleren tilføres da damp istedenfor sjøvann. Kjøling av stemplene Som vi allerede har nevnt, foretrekker man

189

oljekjoling av stemplene ved at olje fra smøreoljesystemet brukes til stempelkjoling. I krysshodemaskiner foregår innføring og uttak av kjølemedium til stemplene som regel ved eller like over krysshodet. Det er en boring med et sentralt rør i stempelstangen, slik at kjolevæsken går gjennom røret den ene veien og utenom den andre veien. Forbindelsen mellom krysshodet og systemet ellers blir opprettholdt gjennom teleskoprør eller hule svingarmer. For store trunkmotorer nyttes teleskoprør i direkte forbindelse til stemplet. For mindre trunkmotorer kan stempelkjoling foregå ved at smøreoljen fortsetter opp under stempelkronen og kjøler stemplet for den går ned i bunntrauet.

BRENNSTOFF TIL DIESELMOTORER Brennverdien sier hvor stor varmemengde som finnes i brennstoffet (brennoljen for en diesel­ motor). For dieselolje ligger brennverdien ved ca. 10000 kcal pr. kg olje. Når man måler brennstoffforbruket for en dieselmotor på prøvestand, regner man gjerne om den målte verdien slik at det oppgitte forbruk refererer seg til en olje med brennverdi 10000 kcal pr. kg olje, selv om den oljen som ble brukt, hadde en noe avvikende verdi. Vi skjelner mellom øvre og nedre brennverdi. Den varmemengden (kcal pr. kg olje) som utvik­ les ved forbrenning av 1 kg olje, er den øvre brennverdi. Den mengde hydrogen som er i oljen, forbinder seg kjemisk til oksygen og danner vanndamp under forbrenningen. Dermed bindes en viss mengde varme som i alminnelighet går bort med forbrenningsgassene. Hvis denne bund­ ne varmen trekkes fra den totalt utviklede var­ memengde, får man den nedre brennverdi. Det har vært alminnelig å regne med nedre brennverdi, men i de senere år nyttes ofte øvre brennverdi. Oljens evne til tenning er en viktig faktor når man skal oppnå riktig og god forbrenning. Selv under de beste forhold er det en viss «tennforsinkelse» i sylinderen. I løpet av den korte tiden som går med før oljen tenner, sprøytes mer

brennstoff inn i sylinderen, og når tenningen skjer, er det forholdsvis mye olje som forbrenner med en gang. Dette vil gi en sterk trykkstigning i sylinderen. «Tenn-evnen» for oljen blir målt i en bestemt prøvemotor. Den oljen som skal undersøkes, blir sammenlignet med et blandingsbrennstoff av en tungt antennelig og en lett antennelig del. Den lett antennelige delen er ceten, eller mest vanlig cetan. Jo mer cetan man må blande i sammenligningsbrennstoffet for å få samme tennforsinkelse som for den oljen som skal måles, desto lettere antennelig er oljen. Cetanmengden som må tilføres blandingsbrennstoffet blir angitt ved et «cetan-tall». Et høyt cetan-tall vil altså si at oljen har god tenn-evne. For brennolje til hovedmotorer kan man f. eks. forlange et cetan-tall på minst 35, mens cetan-tallet for brennolje til riktig hurtigløpende dieselmotorer kan være 60. Flammepunktet for oljen er en meget viktig ver­ di selv om den i og for seg ikke sier noe om oljens brukbarhet for forbrenningen i sylinderen. Flampunktet angir temperaturen når oljen avgir eksplosive gasser i en slik mengde at det blir et lite blaff hvis en flamme føres over oljen. Flampunktet blir oppgitt både for åpent og lukket kar, og for samme olje har flampunktet i lukket

190

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

kar den laveste verdi. Det er denne laveste verdi som er avgjørende for om man kan ta oljen om­ bord uten fare for eksplosjon. Verdien for flampunkt i lukket kar må aldri være mindre enn 60 grader Celsius. Stivnepunktet for oljen er av betydning når den skal behandles ombord i kaldt vær. Viskositeten eller seigheten av oljen er av be­ tydning når den skal flyte gjennom rør og pum­ per, og er en meget viktig faktor ved innsprøyting i sylinderen. Seig olje får stor motstand i forstøverhullene i brennstoffventilen, og trykket vil stige sterkt i brennstoffpumpen. Som mål for oljens viskositet bruker vi «grader Engler». Dette angir oljens utløpstid fra et standardapparat i forhold til vann. Når en olje har viskositet 2 0 Engler, bruker den altså dobbelt så lang tid som vann for å passere gjennom appa­ ratet. I England brukes sekund Redwood nr. 1 (eller sjeldnere Redwood nr. 2), og i Amerika sekund Saybolt. Begge disse verdier angir utløps­ tid for en bestemt mengde olje fra bestemte viskosimeter, men mengde og måleapparat er forskjellige for de to. For olje er viskositeten sterkt avhengig av temperaturen, og en må derfor få oppgitt hvilken temperatur viskositetsmålet gjelder for. Viskosi­ teten blir mindre når temperaturen stiger. Hvis oljen er seig, kan det derfor komme på tale å varme den. Middelverdien for marine dieseloljer kan ligge på 50 sekund Redwood nr. 1 ved 100 grader Fahrenheit (= ca. 1,74 grader Engler ved 37,8 grader Celsius). Hvis oljen ikke skal varmes, må viskositeten ikke overstige 200 sekund Redwood nr. 1 ved 100 °F (= 6,4° Engler ved 37,8 °C). Askeinnhold. Med aske mener vi de faste, helt ubrennbare bestanddeler i oljen. Asken består av harde stoffer som f. eks. jern, og har en meget

uheldig innvirkning på brennstoffpumper, brennstoffventiler og sylinderforinger. De som stude­ rer slike problemer, regner med at slitasjen på grunn av askeinnholdet kommer av at de små faste partiklene riper eller skraper i godset. Hard asfalt og «Conradson-prøve». Conradsonprøven nyttes når vi skal finne oljens tendens til å danne oljekoks. Hard asfalt er en betegnelse for de stoffene i oljen som ikke lar seg løse opp i normalbensin. Mellom disse to verdier for en be­ stemt olje, oljekoks og hard asfalt, er det en viss sammenheng. Begge er mål for tungt brennbare stoffer i oljen. Oljekoks som ikke forbrenner, kan være meget hard, og det er derfor sannsynlig at den vil resultere i økt slitasje og fastbrente stem­ pelringer. Vanninnhold. Vannet i oljen fordeler seg ikke jevnt, men vil være til stede i større eller mindre dråper. Dette kan føre til dårlig og urolig for­ brenning. Dessuten er jo vannet i oljen fullsten­ dig verdiløst. (Når oljen føres i tanker som også nyttes til vannballast, er det litt vann igjen som blander seg med oljen.) Svovelinnhold. Svovel er brennbart, men forbrenningsproduktene kan forbinde seg kjemisk med vanndamp og danne svovelsyrling eller enda verre: svovelsyre. Dette vil føre til sterk økning av slitasjen i sylinderen. Imidlertid har det også i enkelte tilfelle vært kjørt i lengre tid med svovelholdig olje uten at en har kunnet påvise noen økning i slitasje. Meningene er derfor noe delte når det gjelder betydningen av svovel­ innhold. I tilfelle der svovelholdige bestanddeler fra forbrenningsprosessene har kunnet trenge forbi stemplet og videre ned i veivrommet, er smøre­ oljen blitt ødelagt, og det er blitt påvist alvorlige skader på grunn av tæringer på veivaksler og andre drivverksdeler.

«Tung-olje» som brennstoff Verdens samlede skipsflåte bruker bare ca. 12 prosent av all olje som blir fremstilt. Det er derfor forbruket til lands som blir bestemmende for etterspørselen. Det er også forbruket til lands som bestemmer hvilke kvaliteter som blir vanskeligst å skaffe, og hvilke som vil holde seg høyest i pris. Til lands nyttes vesentlig dieselolje og «lettere» raffineringsprodukter. På grunn av

at forbruket stadig stiger er prisforskjellen mel­ lom dieselolje og «tung-olje» blitt større og større, særlig i de siste år. Det er derfor etter hvert blitt av større betydning å kunne kjøre store dieselmotorer med «tyngre» oljer, fordi dette ble mer økonomisk for rederne. For motorbyggerne har det ikke mindre betydning, fordi den store prisforskjell mellom diesel- og «tung­

Brennstoff til dieselmotorer

olje» ville gitt dampturbinen en fordel i konkur­ ransen hvis ikke også store dieselmotorer kunne kjøres med «tung-olje». Man kan regne med at alle skip som bygges i dag og som utstyres med store langsomtgående dieselmotorer, også blir utstyrt med slike anlegg.

Hva er «tung-olje»? «Tung-olje» er raffineringsprodukter med større viskositet enn dieselolje, og er derfor en samlebetegnelse for en stor gruppe brennstoffkvaliteter. Den oljen som det er tale om til bruk i motorer, har en viskositet fra 200 til 3000 sekund Redwood nr. 1 ved 100 °F, dvs. ca. 6,4 til 95 grader Engler ved 37,8 °C. De fleste norske skip bruker en olje med viskositet mellom 600 til 1000 sekund Redwood nr. 1 ved 100 °F, men det finnes også noen som regelmessig nytter olje med viskositet 2500 sekund Redwood nr. 1 ved 100 °F. For at en olje som har viskositet 1000 sekund Redwood nr. 1 (= ca. 32 °Engler ved 37,8 °C),

191

skal få samme viskositet som en olje som har viskositet 100 sekund Redwood nr. 1 (= ca. 3,3 0 Engler) ved samme temperatur, må den første oljen varmes til ca. 90 °C. Det er denne fremgangsmåten som nyttes, og man må holde tilstrekkelig høy temperatur på brennoljen helt fra bunkertankene og fram til brennstoffven­ tilene.

Egenskaper ved «tung-oljer» Når man spesifiserer viskositeten for en «tung-olje» har man til en viss grad kontroll over tie egenskaper som vanligvis regnes med når det gjelder slitasje: askeinnhold, hard asfalt, Conradsons oljekoks verdi, og innhold av svovel. Det er nemlig en generell regel at alle disse øker når viskositeten stiger. Innhold av svovel kan komme så høyt som 5 prosent, og mange mener at oljen ikke bør inneholde mer enn maks. 3 pro­ sent svovel. Askeinnholdet forekommer både oppløst og blandet i oljen. Særlig den delen som er blandet i oljen, fjernes bra ved de nyttede rensemetoder.

Brennstoffsystemet utenom motoren I vanlige laste- og passasjerskip har man brennoljen i dobbeltbunntanker. Når oljen er brukt opp, nyttes disse tankene også til ballast­ tanker og fylles da med sjøvann. Hvis det er nødvendig, har man også gjerne en tverrbunkertank mellom maskinrommet og det lasterommet som kommer foran. Tankskip som ikke har dob­ beltbunntanker (unntatt i maskinrommet), har alltid en slik tverrbunker og dessuten høytanker som går inn langs skipssidene i forkant av maskin­ rommet, for på den måten å få tilstrekkelig bunkerkapasitet. Slike høytanker blir vanligvis ikke brukt som ballasttanker, og de har stort volum i forhold til oljeoverflaten. Oljen blir der­ for mindre forurenset og får bedre anledning til å bunnfelle vann og forurensninger. Fra bunkertankene blir oljen pumpet over på settetanker, som det i alminnelighet er to av. De er tilstrekkelig store til å kunne levere olje i godt og vel 12 timer hver. Den ene tanken fylles med olje, som varmes opp og får bunnfelle seg, mens man bruker fra den andre. Oljen går først fra denne tanken og til en b^pnnoljeseparator.

Den renner ned på grunn av høydeforskjell, eller den blir pumpet over ved hjelp av en liten tannhjulspumpe. Brennoljeseparatoren bør ha rikelig kapasitet, og den må holdes ren. Etter rensning i separatoren pumpes oljen ved hjelp av en tannhjulspumpe over på en såkalt dagtank, som det kan være en eller to av. En dagtank er tilstrekke­ lig for ca. fire timers forbruk eller mer. Fra dagtanken skal oljen komme til motorene (og even­ tuelt til oljefyren for donkeykjelen) med et visst overtrykk. Hvis dagtanken derfor ikke ligger høyt nok, må det installeres en tilbringerpumpe.

Ekstrautstyr for å brenne «tung-olje» Hvis man bruker «tung-olje» må bunkertan­ kene utstyres med damp-varme-kveiler så vis­ kositeten kan reduseres tilstrekkelig til at oljen skal kunne pumpes til settetankene. Dessuten må oljen varmes opp for separeringen og før innsprøytning i motoren. Ekstra dagtanker må installeres, og alle brennstoffrør må isoleres. Oppvarming av trykkrørene fra brennstoffpumpene til brennstoffventilene skjer gjerne på den

192

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

måten at det legges damprør langs brennstoffrøret, eller at damprøret er snodd rundt. Hvis det brukes «tung-olje» også under start og manøver, må selve brennstoffventilene varmes. Dette gjøres på den måten at kjøleren for brennstoffventilenes kjølesystem, som er et eget lukket system, blir varmet med damp istedenfor som under normal gang, kjølt med vann. Før start må motorens sylindre og stempel varmes. Det viktigste med «tung-olje-drift» er kanskje renseanlegget. Separatoranlegget må ha stor kapasitet. Jo seigere oljen er, jo dårligere skiller separatoren ut vann og forurensninger. Oljen må derfor varmes godt. Som vi har nevnt tidligere, skal flampunktet for brennolje ikke være under 60 °C. For «tung-oljer» kan det f. eks. være 80 °C, men det er forskjellig i hvert tilfelle og må spesifiseres for hver gang. Ikke under noen omstendighet må oljen varmes til høyere temperatur enn til flampunktet, fordi det da er fare for brann og eksplosjon. Det er også hevdet at oljen aldri må varmes til høyere temperatur enn ca. 70 °C, fordi koksdannende partikler som er blandet med oljen, kan løse seg opp når temperaturen blir høyere og da ikke lar seg rense ut. De fleste separatorer som installeres i skip for rensing av brennolje og smoreolje, er forsynt med en såkalt purifikatorkule (oljerenser). Kulen har to avlop, ett for vann og ett for ren olje. Da man

introduserte tung-olje som brennstoff, ble det nødvendig å fjerne flere forurensninger fra brenn­ oljen, og rensingen foregikk da i to trinn, først gjennom en oljeienser og så en oljeklarer, eller klarifikator. Klarifikatorkulen har bare et væskeutløp, og oljen bør derfor være mest mulig fri for vann på forhånd. Separeringen er imidlertid kraftigere, slik at flere forurensninger skilles ut. Separatorkulene kan være utført slik at de kan anvendes alternativt som oljerenser og som olje­ klarer, bare ved å skifte ut nederste tallerken og erstatte reguleringsskruer med tetningspropper. Til rensing av tung-olje anvendes idag helst såkalte selvrensende sentrifuger. Det er separatorkulen som i for ste rekke skiller seg fra vanlige separatorer. Årsaken til at selvrensende separa­ torer benyttes, er i første rekke det tidkrevende arbeide med rengjøring av vanlige separatorer. Tung-olje inneholder såvidt mye forurensninger at slik rengjøring må foretas ofte. For automatiserte maskinrom er disse «superjektorene» ofte det som populært kalles «selvskytende». Det vil da si at når de er blitt fulle av slam, foiegår det en automatisk tømming. Denne skjer med stor kraft, derav navnet. Fra brennstoffpumpene til brennstoffventilene kan man varme brennoljen så mye man ønsker. Her går nemlig oljen i et helt lukket system, og det er derfor ikke fare for at eksplosive gasser kan trenge ut i maskinrommet.

ANNET HJELPEMASKINERI OMBORD Vi har sett at en rekke hjelpeorganer er nød­ vendige for at hovedmotoren skal kunne gå, f. eks. kompressorer til å fylle startelufttankene, elektrisk strøm til å drive pumper, og damp til oppvarmingsformål. I tillegg til dette har vi en hel del andre kraftforbrukere. Et skip må ha et lense- og et ballastsystem av rørledninger og pumper. Man må ha rør og pumper for å kunne lense skipet for vann som trenger inn eller vann som er fylt i enkelte tanker av hensyn til skipets stabilitet og nedlastningsforhold. Disse pumpene kan drives elektrisk eller med damp. Styremaskinen er gjerne drevet elektrisk eller elektro-hydraulisk. I begge tilfelle trengs det elektriske motorer enten til å drive styremaski­ nen direkte eller til å drive pumper for det hydrauliske systemet. Elektriske motorer trengs til ankerspill, laste- og losseredskap (vinsjer) og

elektrisitet til navigasjonsutstyret foruten til alle andre nødvendige formål fordi det skal leve mennesker ombord: bysseutstyr, hydroforanlegg (ferskvannsledninger til lugarer etc.), belysning, oppvarmning, ventilasjon og proviantkjøleanlegg. Til dette kommer spesialutstyr for spesielle skip, f. eks. kjøleanlegg for fryseskip. For vanlige lasteskip og for passasjerskip dri­ ves altså de fleste av disse maskiner ved hjelp av elektriske motorer. Dekksmaskineriet drives også hydraulisk, men det er da gjerne elektriske moto­ rer som driver pumpene. Tankskip har vinsjer som er store nok til å hive slangene ombord og i land. Men langt mer energi trengs det til de store oljepumpene som skal pumpe lasten i land. Ofte ligger den tanken som skal fylles mye høyere enn skipet. Disse

Hovedmotoranlegget ombord

lasteoljepumpene er oftest drevet med damp. Det samme gjelder ankerspillet for tankskip. Av denne grunn, og også fordi det brukes damp til rengjøring av lasteoljetankene, er donkeykjeleanlegget (donkeykjel =hjelpekjel) mye storre i et tankskip enn i et lasteskip. Et dieseltankskip liar derfor også gjerne en elektrisk generator som dri­ ves ved hjelp av en dampmaskin, mens de øvrige er drevet av firetakt-dieselmotorer, slik som det også er vanlig for torrlasteskip. Et torrlasteskip har gjerne tre elektriske gene­ ratorer. For å klare full belastning er det til­

193

strekkelig at to generatorer er i gang. Det elek­ triske anlegget i et moderne skip er en meget viktig del av skipet. Derfor er det også egne elektrikere som har til oppgave å passe dette anlegget. I skorsteinen er det vanligvis en dampkjel der vannet fordampes ved hjelp av den restvarmen som finnes i avgassene (en såkalt avgasskjel eller eksoskjel). Denne kjelen skaffer damp til hjelpeformål på motorskip og kan arbeide sammen med og også koples sammen med en oljefyrt donkey­ kjel.

HOVEDMOTORANLEGGETOMBORD Generelle hensyn Teknisk sett er størrelsen av et maskinrom bestemt av dimensjonene av hovedmotor med tilbehør og hjelpemaskineriets størrelse. En må også ta hensyn til at plassen er tilstrekkelig for tilsyn under drift og til at reparasjoner skal kunne utføres. Et skips størrelse blir angitt i brutto og netto registertonn. Dette er volum-mål som utregnes for hvert skip etter bestemte måleregler. Netto registertonnasjen blir lagt til grunn for de fleste avgifter et skip er pliktig til å betale. Den regnes ut på den måten at det fra brutto tonnasjen blir gjort fradrag for de rom som er nødvendige for å drive skipet, mannskapsinnredning, navigasjonsrom. Det viktigste fradrag i denne forbindelse er maskinrommet pluss det volum over motoren som er nødvendig eller ønskelig av hensyn til lys og luft, likeså tunnelen for akselledningen. Hvis volumet av maskinrommet er mellom 13 og 20 prosent av bruttotonnasjen, skal man trekke fra 32 prosent ved beregning av nettotonnasjen. Ut fra økonomiske hensyn kan det derfor i mange tilfelle være riktig å øke volumet av maskin­ rommet for å oppnå fradraget. Dette kan særlig bli aktuelt for torrlasteskip. Store lasteskip er godt egnet for store totakt enkeltvirkende motorer som er direkte koplet til propellen. Når motoren er plasert i skipets senter­ linje (enkeltskruet skip), har man best mulighet for å komme til motorens forskjellige deler og få nok høyde over motoren når reparasjons- og ved­ likeholdsarbeid skal utføres. Dette er også det arrangement som er mest brukt. Når det gjelder passasjerskip, er hensynet til 13-Teknikk III

innredningen det avgjørende, fordi det her kreves maksimal utnyttelse av plassen til lugarer og salonger for passasjerer, mannskap og betjening hvis skipet skal kunne drives økonomisk. Det er derfor ønskelig med motorer som tar minst mulig plass med størst mulig ytelse. To forskjellige plaseringer av maskinrommet kommer på tale, nemlig midtskips og akter. Ved midtskips-installasjon må det være en tunnel for akselledningen helt til hylsekottet for at maskin­ besetningen skal kunne føre tilsyn med bærelager og pakkboks ved hylseskottet under fart. Av hensyn til jevn nedlastning av skipet når det går i ballast (uten last inne), er det en fordel å ha maskineriet midtskips. Dette gjelder vanlige lasteskip og passasjerskip. For slike skips ved­ kommende har da dette vært alminnelig, selv om det i senere år også for disse har vært stigende tendens i retning av akterskipsinstallasjon. Det kreves i tilfelle tilstrekkelig tank-kapasitet i for­ skipet for å oppnå gode nedlastningsforhold (riktig trim) med varierende lastmengde inne. For tankskip ville det være vanskelig å ha en tunnel gjennom lastetankene. Trimmingen i bal­ last byr heller ikke på problemer, fordi lastetan­ kene kan fylles med sjøvann. Derfor har tank­ skip maskineriet akter. En akterskipsinstallasjon gir fordeler med hen­ syn til arrangementet av lasterommene, og dette kan særlig være av betydning for skip som fører «bulk-last» som korn, kull og malm. Mindre lasteskip blir i dag gjerne bygd slik at både mask­ inrom og hele innredningen er akter, såkalte «bakladere». For å få plass nok til innredning

194

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

blir det lier nødvendig å gjøre maskinrommet så lite som mulig, spesielt kan det bli vanskelig å få høyde nok. For å få en hovedmotor med minst mulige di­ mensjoner kan det bli aktuelt å installere en eller flere motorer med forholdsvis høyt omdreinings­

tall. Ved hjelp av gir blir så ytelsen overført til propellen på en felles aksel, som har lavere om­ dreiningstall. Propellen får dårlig virkningsgrad når omdreiningstallet blir for høyt. Derfor brukes i slike tilfelle også gir-overføring når det bare er en framdriftsmotor.

Direkte koplede motorer Som vi har forklart, kan det være en eller to motorer, og med hver sin akselledning og propell. Siste mellomaksel må være så lang at det er nok å fjerne denne når propellakselen skal trek­ kes inn for nødvendig ettersyn. For dobbelt-

skrue-skip brukes enkelte ganger løse akselkoplinger mellom siste mellomaksel og propellaksel, slik at propellakselen kan trekkes akterover. Et slikt arrangement vil man helst unngå i enkeltskrue-skip, fordi roret da må fjernes.

Giret anlegs Ved et slikt anlegg kan det være en til fire motorer som arbeider på samme aksel. Er det bare en motor, kan denne enten settes utenfor

skipets langskips-senterlinje slik at drivhjulet kommer på den ene siden av giret, eller den kan plaseres i skipets senterlinje tilstrekkelig høyt til

Fig. 23a. Tomotors-anlegg med kombinerte elastiske- og friksjonskoblinger for hver motor, felles gear og vribar propell. (1) mellomhastig dieselmotor, type Pielstick. (2) kombinert elastisk- og friksjonskobling. (3) dobbelt-reduksjonsgear. (4) bærelager for aksel. (5) propellaksel. (6) styrelager for aksel. (7) vribar propell, type KAMEWA. (8) akselkobling. (9) påhengt elektrisk generator.

Hovedmotoranlegget ombord

195

drivhjul. Elastiske koblinger, gjerne kombinert med friksjonskobling, er ofte benyttet. Fig. 23a viser et tomotors-anlegg med dobbeltreduksjonsgear og kombinerte gummi-elastiske og friksjonskoblinger, en for hver motor, og plas­ sert mellom flensene for veivaksler og gearets drivhjulsaksler. Koblinger og gear er av type Lohmann & Stolterfoht. Gearet er ikke reverserbart, og det er derfor nødvendig å benytte vribar propell. Dette er for ovrig det mest brukte arrangement. Detaljer av gearet er vist i fig. 23b. $ Trykklageret er sammenbygget med gearet, idet akselen for gearets hovedhjul samtidig er trykk3 aksel. Fig. 23c viser detaljer av Lohmann & Stolter2 fohts kombinerte elastiske- og friksjonskobling. De elastiske ringelementene 1, 2, 3 og 4, trykkringen 6 og distanseringen 7 er festet på bosset 5, som samtidig er utformet med koblingsflens for sammenkobling med en tilstøtende akselflens. I ytterkant er de elastiske ringelementene 1 og 2 festet til friksjonskonus 8 og det pneumatiske stempel 9, mens de elastiske ringelementene 3 og 4 er forbundet med friksjonskonus 10 og den Fig. 23b. Dobbelt-reduksjongear med kombinerte elastiskeog friksjonskoblinger, type Lohmann & Stolterfoht. (1) kombinerte elastiske- og friksjonskoblinger. (2) drivhjul. (3) mellomhjul. (4) hovedhjul. (5) trykkring på aksel. (6) koblingsflens på aksel.

at drivhjulet kommer over og i den vertikale sen­ terlinje for giret. Når motoren er plasert ute av senterlinjen for skipet, må man passe på at det blir kompensert for den skjeve fordeling av vek­ ten. Hvis det er to motorer, er disse plasert på hver sin side av skipets senterlinje. De har hver sitt drivhjul som går inn på hver sin side av girhjulet. Det vanlige er å ha giret aktenfor moto­ rene, men i spesielle tilfelle kan det plaseres slik at det sitter foran motorene. Er det fire motorer, står gjerne to av dem på hver sin side av senterlinjen. Giret er da plasert midt i rektangelet som dannes av motorene. De akterste motorene vender koblingsendene for­ over, og de forreste motorene vender koblings­ endene for veivakslene akterover. På denne må­ ten kobles de to motorene på begge sider av aks­ lene til et felles drivhjul. Mellom drivhjul og hver motor er det en kobling, f.eks. en hydraulisk kobling, slik at en eller flere motorer kan kobles fra. Et slikt arrangement er vist i fig. 24. Av hensyn til svingninger og fordi gearet bor ha et mest mulig jevnt dreiemoment, er det alminnelig å ha en kobling mellom motor og

Fig. 23c. Kombinert elastisk- og friksjonskobling, pneuma­ tisk styrt, type Lohmann & Stolterfoht.

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

196

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

AP

Fig. 24. Firemotors-anlegg med hydrauliske koblinger for hver motor, felles gear og vribar propell.

pneumatiske sylinder 11. Hvert av de elastiske ringelementene består av en indre bærering 13, en ytre bærering 14 og en mellomring 15. Disse ringene er forbundet med høyelastisk materiale, som er vulkanisert til ringene. Det elastiske materiale blir da påkjent på avskjæring når kob­ lingen overfører dreiemoment. Dette er den gunstigste måten å utnytte materialet på, når hensikten er å oppnå størst mulig elastisitet. Bosset (5) er hult og røret 16 for lufttilforsel er plassert sentralt i bosset. Fra roret går luften videre gjennom en boring og til den fleksible slangen 17. Fra denne ledes luften inn i den pneumatiske sylinder (11) og presser mot stemp­ let (9), slik at koblingskonusene (8 og 10) med friksjonsbelegget 12 presses mot koblingsklokkens to koniske innvendige flater 18 og 19. Der­ med er koblingen innkoblet, slik at motorens veiv­ aksel, som er sammenkoblet med koblingsflensen 20, er forbundet med drivhjulsakselen, som er sammenboltet med flensen på bosset (5).

Fig. 24 viser et firemotors anlegg utfort av Bergens Mekaniske Verksteder. Samlet ytelse er 3780 ahk ved 750 o/min. De to forreste NORMO dieselmotorer er 8sylindrede og vender kobiingsendene akterover, mens de to akterste, som vender kobiingsendene forover, har 6 sylindre hver. Gjennom hver sin hydrauliske Vulcan-kobling er de fire motorene koblet til et felles gear, bygget av A/G Weser. De hydrauliske koblingene er utstyrt med hurtigtomming, og tommetiden er ca. 10 sek. Innog utkobling skjer ved hjelp av trykkluft. Dette utfores fra manøverpulten i manøversentralen. På denne måten kan de enkelte motorer kobles fri fra propelldriften og benyttes som separate hjelpemotorer. De to forreste motorer har påmontert elektri­ ske generatorer i forkant, mens de to akterste har påmontert hydrauliske pumper i akterkant. Disse pumpene benyttes til drift av det hydrau­ liske dekksmaskineri.

Hovedmotoranlegget ombord

Vripropellanlegget er bygget av A. M. Liaaen og har firebladet propell, laget av rustfritt stål og med diameter 3200 mm. Propellakselen roterer med 200 o/min. Anlegget er utstyrt med servomotor for regulering av propellstigningen. Denne sees på akselledningen inne i skipet, og kraft­ overføringen til propellen foregår ved hjelp av en reverseringsstang som beveger seg for- eller akter­

197

over inne i den hulborede propellaksel, avhengig av hvilken omdreiningsretning man onsker å forandre til. Propellanlegget kan styres både fra manoversovle på broen og fra manoverpulten i manøversentralen. Ved styring fra bro benyttes bare en hendel, som da både regulerer stigningen på propellbladene og omdreiningstallet for motorene.

Diesel-elektrisk drift Med diesel-elektrisk drift menes at diesel­ motorene driver elektriske generatorer. Fra gene­ ratorene går det kabler til en elektrisk motor som er direkte koplet til propellakselen. Et slikt an­

legg blir meget fleksibelt med hensyn til arrange­ ment og også med hensyn til manøvreringsmuligheter, men det blir dyrt i anskaffelse, og det er for ovrig helt uvanlig på norske skip.

Torsjonssvingninger i akselsystemet Hva er torsjonssvingninger? Tenker man seg to masser (se fig. 25), som er forbundet med en aksel, og man så vrir disse massene hver sin vei slik som pilene viser, vil akselen oppføre seg som en stålfjær. Overlates systemet til seg selv, vil det bli stående og svinge med et visst antall svingninger pr. minutt. Dette antall svingninger er egensvingetallet for tor­ sjonssvingninger for systemet. Et sted på akse­ len vil utslaget være null. Det kalles knutepunk­ tet. Påkjenningene i akselen er størst i dette punkt. En torsjonssvingning med ett knute­ punkt sies å være av første grad. I den skjematiske tegning (fig. 25) er en halv svingning vist med piler. En hel svingebevegelse består i at akselen vrir seg fra en midtstilling f.eks. med urviseren til et ytterpunkt, så vrir

den seg mot urviseren, passerer midtstilling og når det andre ytterpunkt. Når den så pas­ serer midtstilling igjen, har den utført en sving­ ning. Hvis systemet har mer enn to masser, kan disse tenkes å svinge på forskjellig måte i forhold til hverandre. Tilsvarende kan man få både ett og flere knutepunkt alt etter antall masser i systemet. Det vil da bli egensvingtall av første, annen og høyere grad. Første grads svingning har det laveste antall svingninger pr. minutt. For en skipsmotor koplet direkte til akselledning med propell er det praktisk aktuelt å regne med første og annen grads torsjonssving­ ninger. Første grads svingninger vil da skjematisk bli som vist i fig. 25, når man tenker seg at masse 1 er motor med svinghjul og masse 2 er propellen. Knutepunktet vil i alminnelighet bli i en mellomaksel, og påkjenningene vil bli størst i mellom- og propellaksel. Annen grads svingning vil få forreste knute­ punkt i veivakselen og det akterste et sted i mellomakselen eller propellakselen. Påkjennin­ gene vil bli store i veivakselen. Knutepunktet i propellakselen er i dette tilfelle uten praktisk betydning, fordi utslagene her som regel er små. Annen grads egensvingtall for et skipshovedmotoranlegg er i det hele forholdsvis lite av­ hengig av mellom- og propellakselens dimen­ sjoner, og den kalles også ofte populært for

198

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

«motorsvingningen». Man kan derfor igjen skjematisk tenke seg fig. 25, idet masse 1 er de forreste motormasser, masse 2 akterste sylin­ dre og svinghjulet. Når beregninger utføres for et virkelig maskinanlegg, må alle de enkelte masser, veiv­ stang etc. ved hver sylinder, svinghjul, propell, tas med og føres inn i systemet på de riktige steder for at resultatet skal bli korrekt. Kritiske omdreiningstall Vridningene i akselen på grunn av svingnin­ gene foregår samtidig med akselens rotasjon, med og mot omdriningsretningen, og vil kunne veksle flere ganger i løpet av en omdreining. For en totaktmotor vil det oppstå resonans når antall svingninger pr. omdreining er et helt tall som multiplisert med omdreiningstallet gir egensvingetallet for systemet. For en firetakt motor vil det være resonans (kritisk omdrei­ ningstall) når antall svingninger pr. omdreining er et helt eller halvt tall som multiplisert med omdreiningstallet gir egensvingetallet for syste­ met. Antall svingninger pr. omdreining kalles svingningens orden. Hvis f.eks. første grads egensvingetall for et hovedmotoranlegg er 300 svingninger pr. minutt, vil man få et første grad, tredje ordens kritisk omdreiningstall ved 100 omdreininger pr. minutt. Dette kan høres ganske nifst ut •— man skulle tro at hele kjøreområdet ville bli fullt av kritiske omdreiningstall. Det er imidlertid flere forskjellige forhold som gjør at bare noen få er av betydning. Hvilke dette gjelder, kan man med stor sikkerhet beregne på forhånd, og dermed ta sine forholdsregler for best mulig å komme unna vanskelighetene. Er det en sterk svingning det er tale om, vil den ikke bare ha virkning ved resonansomdreiningstallet, men vil kunne bre seg over et stort område. Den beste måten å bli kvitt et kjedelig kritisk omdreiningstall på, er å endre det svingende system så det kritiske omdreiningstall kommer utenfor motorens kjøreområde.

Hvordan kan svingesystemet forandres? For en første grads svingning hvor alle motormassene svinger mot propellen, er det i første rekke diametrene for mellomaksler og propellaksel som kan forandres. En økning av dia­ metrene vil heve egensvingetallet, en reduksjon vil senke det. Det kan bli aktuelt å senke det

ytterligere ved å montere en elastisk kopling i akselledningen. Det foreligger også en mulighet for å forandre systemets masser, dette vil i første rekke si propellens svingmoment. Noen ganger kan det komme på tale å forandre svinghjulet, men den forandring som kan gjøres, er ofte så liten sammenlignet med motorens samlede masse, at det ikke betyr noe vesentlig. Det er heller ikke aktuelt å montere svingningsdemper for første grads svingninger, fordi dens dimensjoner ville bli urimelig store hvis den skulle gjøre noen virkning av betydning. For annen grads svingning er det masser og stivheter i selve motoren som betyr mest. En forandring av svinghjulets masse vil her utgjøre en prosentvis større del, og kan i mange tilfelle være tilstrekkelig for å oppnå den ønskede virkning. Dette er en av de få muligheter man har med en ferdig motor. Når derfor en motorbygger planlegger en ny motortype, må torsjonssvingningsforholdene beregnes for de antall sylindre som kan komme på tale, og akseldimensjoner, masser og tenningsrekkefølge fastlegges på grunnlag av de forskjellige hensyn som må tas til praktiske forhold, hensynet til god utbalansering og til torsjonssvingninger. Man kan da komme opp i den situasjon at det ikke er mulig å komme unna et kritisk omdreiningstall som gir for store påkjenninger. Da gjenstår det bare én mulighet, nemlig å bygge på en svingningsdemper.

Hva er en svigningsdemper? Generelt kan man si at en svingningsdemper består av tilleggsmasse som har en elastisk for­ bindelse til systemet, og som konstrueres med spesielt henblikk på å motvirke svingebevegelsene og å gi stor dempning. De forskjellige konstruksjoner av dempere er imidlertid meget ulike. Ved noen konstruk­ sjoner mangler den elastiske forbindelse, andre ganger er konstruksjonen slik at det ikke er noen ekstra dempning. For å gi best mulig virkning monteres svingningsdemperen på et sted der torsjonssvingningsutslaget er stort, vanligvis i forkant av veivakselen. F r iksj onsdemper Fig. 26 viser snitt gjennom en friksjonsdemper. Mellom den indre masse (1), som festes

Hovedmotoranlegget ombord

Fig. 26

til forkant av veivakselen ved hjelp av konisk boss og kile, og den ytre, løse masse (2) er det friksjonsbånd (3). Den løse masse består av to deler. Ved å trekke på boltene (4) kan friksjonskraften reguleres. Når akselen kommer i svingninger, vil den faste massen gjøre samme svingebevegelser som forkant av veivakselen. Så lenge ikke utslaget blir for stort, vil også den løse massen følge med. Ved det bestemte svingningsutslag som demperen er innstlt for, vil den løse massen gli i forhold til den faste. Dermed vil den virke som en bremse på svingningene. Samtidig er det skjedd en forandring med hele det svin­ gende system, fordi demperens løse masse ikke lenger svinger med. Dermed har kritisk omdrei­ ningstall flyttet seg litt, og svingningsutslagene avtar også av den grunn. Beregninger av denne demperen viser at den bare kan få optimal virkning for et bestemt

199

kritisk omdreiningstall. Praksis viser imidlertid at hvis den konstrueres for det farligste av de kritiske omdreiningstall, er det ingen grunn til å vente vanskeligheter ved de øvrige (av annen grad for en fremdriftsmotor). Denne typen demper er enkel i oppbygningen, men bremsebåndet er utsatt for slitasje, og den krever derfor kyndig ettersyn. To tilfelle kan inntreffe: a) Demperen er for fast. Dette vil helst forekomme ved nye maskiner som har vært under forsendelse og hvor det er kommet fuktighet til demperen. Kontroll kan utføres på følgende måte: Man setter en krittstrek over demperens løse og faste del og kjører motoren gjennom hele området. Hvis krittstrekene etterpå fremdeles stemmer over­ ens, er det all sannsynlighet for at demperen er fast. b) Demperen er for løs. Dette vil forekomme når motoren har vært kjørt en tid, og bremsebåndene er slitte. Man må da trekke på skruene (4) inntil demperen igjen slipper ved det riktige moment. For en del motorer som er utstyrt med slike dempere, er det levert med verktøy (en stang som festes til demperens løse del og belastes med en vekt) slik at demperen kan innstilles med riktig moment. For de motorer som ikke har slikt utstyr, bør det foretas en måling med torsjograf når det er grunn til å anta at dem­ peren trenger justering. Dette gjelder forøvrig for alle typer dempere. Væskefriksjonsdemper Også den vanlige friksjonsdemper med tørr friksjon var opprinnelig av oppfinneren tenkt å skulle arbeide etter prinsippet for væskefriksjon. Dette lot seg imidlertid ikke gjennom­ føre i praksis. (Ved væskefriksjon er friksjons­ kraften uavhengig av fjærtrykket, men propor­ sjonal med den relative hastighet mellom fla­ tene.) Senere ble det konstruert dempere med væske mellom demperens løse og faste del. Det er imidlertid først etter at de nye silikonoljer kom på markedet, at denne type dem­ pere er blitt vanlig brukt. Silikonoljer har den egenskap at viskositeten (seigheten) er temmelig uavhengig av tempe­ raturen. Viskositeten er også temmelig uavhen­ gig av den skjærkraften væsken blir utsatt for. Disse egenskaper gjør silikonoljene, som kan

200

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

leveres med viskositet av høyst forskjellig verdi alt etter behov, velegnet til bruk i en demper som vist på fig. 27. Demperhuset (den faste masse) er utstyrt med en flens og boltes i alminnelighet til veivakselens fri ende i forkant. Inne i huset ligger den løse masse som er ringformet, og har meget små klaringer mot husets vegger. Silikonoljen presses inn mellom de to masser, og huset hikkes hermetisk. Under vanlige forhold vil den løse masse rotere jevnt med akselen, idet den trekkes med på grunn av friksjonsforbindelsen med huset. Når veivakselen begynner i svinge ved et kritisk omdreiningstall, vil huset følge med. Den løse svingmassen vil imidlertid fortsatt for­ søke å rotere med jevn hastighet. Det oppstår skjærkreftei* i silikonoljen, og denne kraften vil forsøke å bremse svingningene. Denne demperen trenger normalt ikke til­ syn. Det er heller ikke nødvendig å skifte silikonoljen.

Fig. 27

FORSKJELLIGE TYPER AV DIESELMOTORER Dieselmotorer for fremdrift av skip bygges i dag i alle størrelser, fra meget små hurtigløpende, som egner seg for mindre lystfartøyer, til store langsomtgående såkalte «super-largebore» dieselmotorer med ytelse opp til rundt 4 000 ahk pr. sylinder. I 12-sylindret utførelse vil en slik motor med en propell være tilstrekkelig som fremdriftsmaskineri i de største skip. Forholdsvis mindre dieselmotorer bygges i store standardserier, mens de større bygges i mindre serier og de største enkeltvis. For større handelsskip har det vært en klar tendens i retning av favorisering av den store langsomt­ gående to-takt krysshodemotor som fremdriftsmaskin. Dette skyldes nok i første rekke den enkle, robuste konstruksjonen, og at de er egnet

til å forbrenne «tung-olje» som brennstoff. Da det også har vært behov for dieselmotorer som er egnet for gearede anlegg, er det parallelt med dette utviklet såkalte mellomhastige moto­ rer som enkeltvirkende trunkmotorer i rekke eller V-form, og mange har begge varianter. Flere av de store motorbyggere har villet dekke begge disse behov og har satset sterkt på utvik­ lingen av begge typer. For de motortyper som blir beskrevet, har vi derfor tatt med den største av totakt krysshodeutførelsen. videre en kon­ struksjon av mellomhastig dieselmotor for de firmaer som samtidig bygger slike motorer. Videre er tatt med de norske konstruksjoner av mellomhastig firetaktmotor og totakt trunk­ motor.

Burmeister & Wain dieselmotorer Sammen med sine lisensbyggere i mange land bygger B&W i København dieselmotorer av flere typer. Disse er i overveiende grad beregnet

til bruk ombord i skip. I Norge har Nylands Verksted i Akergruppen og Fredrikstad mek. Verksted lisens fra B&W.

Forskjellige typer av dieselmotorer

Totakt-krysshodemotorene er store, langsomtgående og har lengdespyling med spyleporter plassert i sylinderveggen og eksosventil sentralt i sylinderlokket. Eksosventilen styres fra en separat kamaksel. Den såkalte Alpha-B&Wmotor er en mindre type totakt-trunkmotor beregnet for fremdrift av mindre skip, f.eks. fiske- og kystfartøyer. Den største B&W totakt-motor har sylinderdiameter 980 mm og slaglengde 2 000 mm. Maksimal kontinuerlig ytelse er 3 800 ahk pr. sylinder ved 103 omdr./min., som svarer til et effektivt middeltrykk på 11 kp/cm2. Motoren bygges med fra 6 til 12 sylindre og dekker således et ytelsesområde fra 22 800 til 45 600 ahk. Fig. 28 viser et tverrsnitt av motoren. Bunnramme og stativer kan være i støpt ut­ førelse eller sveiset sammen av stålplater. For begge disse utførelser blir kreftene som oppstår ved forbrenningen i sylinderen, overført gjen­ nom langstag fra sylinderblokkene og ned til tverrbæreren i bunnrammen. Sylinderpartiet er også støpt eller sveist. Nedre del av dette utgjør spyleluftbeltet, som omgir sylinderforingens nedre del. På manøversiden er det arrangert store inspeksjonshiker, for at det skal være så enkelt som mulig å foreta inspeksjon og rengjøring av spylcluftbeltet. Veivakselen er halvbygd og har ingen mot­ vekter på veivene. Utbalansering er istedet opp-

Fig. 29 viser stempel med ovre del av stempelstang, sylinderlokk med den sentralt plasserte eksosventil og en av brennstoffventilene. Øvre del av sylinderblokk med festebolter for sylinderlokk og ovre del av sylinderforing er også med.

201

Fig. 30. Sylinderforing for B & W totakt enkeltvirkende krysshodemotor.

nådd ved at størrelsen av utboringen i veivtappene er variert ut fra hensynet til goti utbalansering. Lagerskålene for rammelager, veivlager, krysslager, og geidelager er av stål og foret med hvittmetall. Rammelagerne smøres gjennom separate oljerør, mens veivlager, krysslager og geider får smøreoljetilførsel gjennom teleskoprør, som også forsyner stemplene med kjøleolje. Stemplet, se fig. 29, har en kjøleinnsats, som er plassert konsentrisk med stemplets yttervegg. Stempel og stempelstang er direkte forbundet gjennom denne innsatsen, noe som medfører en direkte overføring av forbrenningskreftene fra stempel til stang. Dermed kan stempelkronen og stempelveggen hvor stempelringene er plassert, utføres med forholdsvis liten veggtykkelse. Dette er viktig, fordi det fører til bedre kjøling, og — som nevnt tidligere -— er god kjøling av vesentlig betydning for driftssikkerheten. Som det fremgår av tverrsnittstegningen, er mellomgulvet som skiller spyleluftbeltet fra veivrommet, utført dobbelt. Tetningsboksen rundt stempelstangen er festet i en flens, som kan løses fra mellomgulvet ved demontering. Derved kan stempelstangboksen enten senkes ned i veivrommet for inspeksjon, eller den kan følge med stempelstangen, når denne monteres ved stempelsjau. Sylinderforingen er vist på fotografiet, fig. 30. Den har ti smørepunkter. Spyleluftportene sit­ ter jevnt fordelt rundt hele omkretsen i nedre

202

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

del av foringen. På denne måten søker man å oppnå jevnest mulig kjøling av foringen for at deformasjonene skal bli jevne og så små som mulig.

Sylinderlokket er i støpt utførelse, og mate­ rialet er krom-molybdenstål. Foruten den sen­ tralt plasserte eksosventil er det starteventil, kombinert sikkerhets- og indikatorventil og tre brennstoffventiler. Eksosventilsetet er beskyttet med påsveist stcllitt. Også ventilsetet i ventilhuset, som sit­ ter innpresset i sylinderlokket, er beskyttet med påsveist stellitt, og dessuten er huset utført i et materiale som er spesielt motstandsdyktig såvel mot kjemisk angrep som mot varmepåkjenning. Når det er lagt sa meget vekt pa a beskytte eksosventilen, skyldes dette at overhaling av eksosventiler er en av de vanligst forekom­ mende vedlikeholdsarbeider ombord, og med forbedret beskyttelse av ventilene har det lyk­ kes for motorbyggerne å forlenge driftstiden mellom overhaling av ventilene. Mekanismen som driver ventilene fra vippearmene er utført slik at de to fjærene, som holder ventilen lukket, kan byttes ut uten at hele pumpehuset demon­ teres. Kamakselen er arrangert slik at kammene lett kan inspiseres, og hele akselen kan lett demon­ teres, idet ikke bare brennstoffpumpene, men også driften for eksosventilen kan frigjøres fra kammen ved hjelp av pneumatisk drift. Såvel kammer for brennstoffpumper og eksosventiler som sammenkoblinger av kamakselen for hver sylinderenhet er utført ved hjelp av SKF’s trykkoljemetode. Såvel justeringer som utskift­ ninger kan derfor foretas uten at hele akselstykket berøres. Kamakselen drives ved hjelp av kjedetrekk fra veivakselen. Justering av kjedestramming foretas hydraulisk, og kjeden har gummilagrede styringer for å unngå vibrasjoner i kjeden. Manøvrering av motoren utføres ved en hendel som har posisjoner for stopp og start, foruten mellomliggende hastighetsregulering. Den er sammenbygget med maskintelegrafen for der­ ved å unngå feilmanøver. Manøvreringen er pneumatisk, og manøvrerbordet kan derfor fritt plasseres der det måtte ønskes i maskinrommet. Manøvreringssystemet kan utvides til å om­ fatte et automatisk elektrisk fjernmanøversystem, som gir tre forskjellige manøvreringsmuligheter: 1) manøvrering direkte fra broen, 2) manøvrering fra maskinrommet, 3) nød-

manøvrering, som utføres gjennom et system for kontroll med omdreiningstallet, som er uav­ hengig av det andre system. Firetakt-motorene er mellomhastige. De byg­ ges i rekke- og V-form og benyttes for generatordrift og som hovedmotorer. Den største type mellomhastig motor har sylinderdiameter 450 mm og slaglengde 540 mm og maksimal kontinuerlig ytelse på 605 ahk pr. sylinder. Dette svarer til midlere effektivt trykk 14,0 og 13,6 kp/cm2 ved henholdsvis 450 og 428 omdr./ min. Som V-motor bygges den med 8, 10, 12, 14, 16 og 18 sylindre, mens rekkemotoren har 5, 6, 7, 8 og 9 sylindre. Gjennom disse varianter dekkes således et ytelsesområde fra 3 025 ahk til 10 890 ahk. Fig. 31 viser tverrsnitt av motoren i V-form. Veivrommet består av to hoveddeler, nemlig bunnparti og stativ. Stativet bærer motorens viktigste konstruksjonsdeler, idet veivakselen er opphengt i stativet. Begge kamakslene og driften for ventilene er også plassert i stativet, som jo også sylinderlokket er boltet til. Stativet er laget av spesialstøpejern. Boltene for ram­ melagrene er festet i stativets tverrbærere. Rammelagrene har stålskåler som er istøpt blybronse og har et tynt blybelegg ytterst. Når skålene skal demonteres, gjøres dette ved at mutterne løsnes med spesialverktøy og undre del av lageret senkes noe. Deretter kan skålene trekkes ut aksielt. For at dette arbeidet kan utføres og for å gi adkomst også til nedre veiv­ lager, er det arrangert store luker i sidene på bunnpartiet. Dette lages enten av støpejern eller det sveises sammen av stålplater. Veivakselen er i et smistykke med motvekter festet på veivarmene, og materialet er krommolybdenstål. Veivstengene for V-motoren er plassert ved siden av hverandre. Ved nedre veivstanglager er stengene utformet med tanke på at de skal kunne trekkes gjennom sylinderboringen, for på den måten å gjøre arbeidet ved stempelsjau så enkelt som mulig. Sylinderforingen har en flens i øvre ende, og foringen holdes på plass ved at denne flen­ sen klemmes fast mellom sylinderlokket og den ringformede del, som utgjør øvre del av kjølevannsrommet. Ved det nedre opplager for for­ ingen er det utskiftbare pakninger som tetter for kjølevannet. Det er arrangert sylindersmøring ved hjelp av lubrikator for å sikre jevn tilførsel av smøre­ olje til stempelringene og øvre del av foringen,

203

Forskjellige typer av dieselmotorer

Fig. 32 viser de to vippearmene løftet fra ventilene, slik at en kommer til eksosventilene for utskiftning eller overha­ ling.

noe som er særlig viktig når motoren kjøres med tung-olje. Sylinderlokket har to innsugningsventiler og to eksosventiler. Innsugningsventilene er plassert direkte i sylinderlokket, mens eksosventilene sitter i egne, vannkjølte ventillius, som det frem­ går av tverrsnittstegningen. Disse ventilhusene kan lett demonteres uten at vippearmene eller noen rørforbindelse først fjernes. Fig. 32 viser hvordan vippearmene løftes til side. Når motoren kjøres med tung-olje, er ventilsetet beskyttet med påsveist stellitt, og ventilspindelen utstyres med en anordning som får ventilen til å rotere en viss vinkel hver gang den åpner. Stemplene er utført i støpejern i ribbekonstruksjon for å oppnå størst mulig styrke med minst mulig vekt, og stempelkronen er av stål.

Den kjøles ved hjelp av oljetilførsel gjennom boring i stempelstangen. Kamakslene drives fra veivakselen gjennom tannhjulsoverføring, og ved reversering for­ skyves de i lengderetning ved hjelp av servostempler. Motoren bygges både for en rotasjonsretning og som omkastbar. Turboblåserne sitter enten i hver sin ende av maskinen, eller begge i samme ende, av­ hengig av arrangementet av eksosledningen om­ bord i skipet. (For rekkemotor blir det bare én turboblåser.) Eksosrøret sitter mellom de to sylinderrekkene, som vist på tverrsnittstegningen. Dette gir bl.a. mulighet for god isolering og god innfestning i en ramme som er direkte forbundet med stativet. Transmisjon til propellaksel skjer ved hjelp av elastisk kobling og reduksjonsgear. Det kan være opp til fire motorer som driver propell­ akselen gjennom et gear. I tillegg er det så mulig å arrangere uttak for generatordrift i forenden av motoren. Fig. 33 viser en B&W firetakt enkeltvirkende trunk V-motor ferdig oppmontert på prøvestand.

Fig. 33. B&W firetakt enkeltvirkende trunk V-motor ferdig oppmontert på prøvestand.

Doxford motorer Doxford and Sunderland Limited i England har bygget totakt enkeltvirkende motorer med motgående stempler i mere enn femti år. De typene krysshodemotorer som firmaet nå byg­ ger, følger de samme prinsipper, og dette gjelder

også for en motor. Motgående for å få god arbeidsslaget

nylig

utviklet

mellomhastighet

stempler ble opprinnelig brukt utblåsning av eksosgassen etter og likeså god renspyling med

204

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 34. Tversnitt og lengdesnitt av Doxford motor. 1. bunnramme. 2. undre rammelagerskål. 3. sylinderparti. 4. stativ. 5. geideplan. 6. luftkjøler. 7. turbolader. 8. veiv­ aksel. 9. trykkaksel. 10. trykklager. 11. tornehjul. 12. nedre del av sylinderforing. 13. øvre del av sylinderforing. 14. forbrenningsbeltet (midtpartiet av sylinderforingen). 15. eksosbeltet. 16. skrapering. 17. ovre og nedre stempel. 18. nedre stempelstang. 19. tetningsboks mellom spylebelte og veivrom. 20. åket, som overfører kreftene fra øvre stem­

pel til sideveivstanger. 21. støpejern stempelskjort, som samtidig er utbalanseringsvekt. 22. senter veivstang. 23. side veivstang. 24. senter krysshode. 25. side veivlager. 26. senter veivlager. 27. side krysslager. 28. senter krysslager. 29. senter krysstapp. 30. geidelist, som holder geidesko på plass ved akterovergang. 31. side krysshode. 32. øvre stempelstang. 33. kamaksel. 34. kjedetrekk. 35. brennstoffpumpe med flere plungere.

lavt spyletrykk. De store eksosportene gjør at eksosgassen beholder mye av sin hastighetsenergi, og dette prinsippet er derfor vel egnet for overladning etter impulssystemet. Motgående stempler gir god balansering fordi førsteordens krefter fra bunnstemplet kan balanseres mot førsteordens krefter fra toppstemplet. Dermed står man fritt til å velge tenningsrekkefølgen for sylindrene slik at annen ordens frie krefter og momenter blir så gunstig

som mulig. Reaksjonskreftene fra forbrennin­ gen går fra toppstemplet gjennom sidestengene og direkte ned til veivakselen. Da sylinderparti, stativ og bunnramme således er avlastet for å overføre disse kreftene, blir det bare småbelastninger disse konstruksjonsdeler utsettes for. Tilsvarende kan konstruksjonene utføres sveist og med forholdsvis liten vekt. Stempeltrekk er enklere å utføre enn for maskiner med sylinderlokk.

Forskjellige typer av dieselmotorer

De fordeler man oppnår, må da vurderes mot de ulempene det medfører at man i tillegg til bunnstemplet får veivstaker og lagre for toppstemplet. Tverrsnitt og lengdesnitt av Doxford motor er vist i fig. 34. Den største av disse har sylinderdiameter 760 mm, slaglengde, samlet (øvre -f" nedre stempel) 2 180 mm. Motoren bygges med fra 4 til 9 sylindre, og med ytelse 2 500 abk per sylinder, noe som tilsvarer et midlere effektivt trykk på 9,5 kp/cm2. Bunnrammen (1) er bygget sammen av to boksformede langdragere, og tverrbærerne er igjen sveist til langdragerne. Lagerskålcne i rammelagrene er av stål og utforet med hvittmetall. Underskålen (2) er sikret mot forskyv­ ning i lagerstolen. Stativene (4) såvel som sylinderpartiet (3) er også i sveist utførelse. Sylinderpartiet er boltet til stativene og til geideplanene (5) og er ut­ formet slik at spylebeltet er innbefattet. Spylebeltet er forbundet med en luftreceiver, som står i direkte forbindelse med luftkjøleren (6). Spylelufttilførselen til luftkjøleren kommer direkte fra turboblåseren (7). Veivakselen (8) bar tre veiver for hver sylinderenbet, idet to sideveiver er forbundet til det øvre stemplet, mens senterveiven mottar kraftoverføringen fra det nedre stemplet. Sideveivenes ytre veivarmer er utformet sirkulært, og utgjør lagertappene i rammelagrene, som derved får forholdsvis stor diameter. Smøre­ olje tilføres rammelagrene og går videre til sideveivlagrene gjennom boringer i akselen. Trykkakselen (9) er boltet til en flens i aktre ende av veivakselen, og trykkringen utgjør sam­ tidig trykkakselens forreste flens. Fig. 35 viser en sammenboltet veiv- og trykkakscl.Trykklagerhuset (10) er boltet sammen med bunn­ rammen i akterkant, og selve lageret er av vanlig «vippe-segment»-type (Michell-lager).

Fig. 35. Veivaksel for Doxford motor med påmontert trykkaksel og svinghjul.

205

Tørnehjulet (11) er koplet til aktre flens på trykkakselen. Det har utvendig fortanning og drives ved å settes i inngrep med en elek­ tromotor. Sylinderforingen består av en nedre hoved­ del (12) hvor spyleportene er plassert og en øvre del (13) med eksosportene. Disse foringsdelene er laget av spesialstøpejern. De har imidlertid en vannkappe utenpå, som er laget av stål og holdt sammen med bolter på en slik måte at også den sentrale del av sylinder­ foringen, nemlig forbrenningsbeltet (14) klem­ mes på plass av denne kappen. Dette forbrenningsbelte er av støpestål, og såvel brennstoffventiler, som sikkerhets- og startventil er plas­ sert her. Hver del av sylinderforingen kan skiftes ut separat, hvis dette er ønsket. Sylindrene er vannkjølte. Kjølevannet kom­ mer inn ved nedre sylinderforing, og etter å ha strømmet gjennom kjølekappen der, føres vannet gjennom en utvendig rørforbindelse over i forbrenningsbeltet og deretter — også gjen­ nom utvendig forbindelse -— over til øvre sylin­ derforing og så til eksosbeltet (15). I øvre sylinderforing er det boringer i godset mellom eksosportene, slik at kjølingen der kan bli mest mulig effektiv.

Stempler og stempelstenger. Snitt gjennom disse er vist i fig. 36. Både øvre og nedre stempel har smidde stål stempeltopper og er likt utformet (17). Begge stempelkronene har en nedsenket fasong, slik at forbrenningsrom ­ met skal få en så tilnærmet kulefasong som mulig, samtidig som utformingen gjør en eks­ pansjon av stemplet mulig, på grunn av den store oppvarmingen, uten at det derved skal oppstå utillatelige spenninger i konstruksjonen. En støpejernsring er festet til stempeltoppene for å danne bæreflate mot sylinderveggen, og alle fem ringsporene er forkrommet, for at slitasjen i disse skal bli minst mulig. I under­ kant av sylinderpartiet går stempelstangen (18) for nedre stempel gjennom en pakning (19), som danner tetning mellom spyleluftbeltet og veivrommet. Stempelstangen for det øvre stempel er holtet til stempeltoppen i nedre ende og til en travers i øvre ende. Denne traversen (20) overfører belastningen fra stempelstangen og til sidestengene (32). Et støpejernskjørt (21) omgir den øvre stempelstangen for å dekke eksos­ portene, slik at ikke forbrenningsgassene skal strømme tilbake til den åpne ende av sylin-

206

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

deren. Samtidig benyttes dette skjørtet til å regulere vekten av de bevegelige deler av øvre stempelkonstruksjon av hensyn til utbalanseringen. Detaljer av øvre og nedre stempel og sylindre vil fremgå av fig. 36. Brennstoffsystemet er spesielt for Doxfordmotorer og har vært benyttet i over 30 år uten større forandringer. Åpning av brennstoffven­ tilene er styrt direkte fra kammer på kamakselen. Derved settes to fjærbelastede injektorer på liver sylinder i forbindelse med det felles reservoar for brennolje under høyt trykk. Brennoljen leveres til dette reservoaret fra en pumpe med flere plungere, som sitter i akter­ kant av motoren (35) og drives med kjedetrekk fra veivakselen. Trykket i brennoljereservoaret holdes konstant ved hjelp av en pneumatisk styrt overflodsventil. Spyle-overladesystemet. Som vist foran i boken, arbeider turboladerne etter impulssystemet. Under vanlige forhold leveres all spyleluften fra turboladerne, men under man­ øvrering trenges tilleggsluft, likeså ved sakte fart. Denne luften leveres fra en elektrisk dre­ vet blåser, som kobles inn automatisk. Startesystemet. Starting av motoren, forover eller akterover, foregår ved hjelp av kompri­ mert luft, som tilføres sylindrene gjennom pneu­ matisk opererte starteluftventiler. De styres fra en roterende starteluftfordeler, som drives fra kamakselen. Brokontroll og automatisering. Fjernstyring fra bro kan leveres til motorene. Dette system er utviklet i samarbeide med General Electric Co. Likeså kan motorene utstyres med det nødvendige regulerings- og overvåkingsutstyr for å kunne gå med vaktfritt maskinrom. Mellomhastig Doxford motor er nylig utvik­ let. Dette er utført i fellesskap av Doxford and Sunderland Ltd. og Hawthorn Leslie (Engineers) Ltd., idet disse to britiske firmaer har dannet

l-,' ■

j

Fig. 36. Snitt gjennom sylinder med øvre og nedre stempel, a) kjølevann, pilene viser innløp og utløp ved øvre stempel, b) skrapering. c) eksosbelte. d) lommer for montering av

starte- og brennstoffventiler. e) kjølevannsinnlop for sylinderkjoling. f) injektor for sylindersmoreolje. g) spyleluftport. h) kjoleolje, pilene viser innløp og utløp ved nedre stempel, i) injektor for sylindersmoreolje. k) ovre stempelskjørt, som også er balanseringsvekt. Tallene som er angitt med piler til forskjellige deler av stemplene, viser målte temperaturer i grader Celsius. Til tross for at ovre stempel er vannkjolt og dermed har storre evne til å lede varme over til kjolemediet enn nedre stempel, som er oljekjolt, viser ovre stempelkrone høyere temperatur enn den nedre. Årsaken til dette er den store kjoleeffekt som spyleluften har, når den strømmer inn i sylinderen over nedre stempel­ krone.

Forskjellige typer av dieselmotorer

207

leverer ca.10 %> av den totale spyleluft til den felles spyleluftbeholder. Turboladningen er alt­ så etter liketrykksprinsippet. Sylinderens eksosbelte har utløp såvel i forkant som i akterkant, og eksosen ledes fra disse utløp henholdsvis til en turboblåser i forkant og i akterkant av motoren. På den skjematiske skissen i fig. 38 er den forreste av disse turboblåserne antydet. Skissen viser for øvrig prinsippet for den mot­ roterende balanseringsakselen. Krysshodene er — som vist på snittegningene foran — av solid konstruksjon, sideveivstengene utføres i støpestål, mens senterveivstangen er av smistål. Alle viktige lagre er utskiftbare tynne stålskåler med hvittmetallbelegg. Stemplene har en tilsvarende konstruksjon som for den store motor. Som for den store motoren er også nedre stempel oljekjølt med tilførsel av olje gjennom krysset og boringer i stempelstengene, mens øvre stempel er vannkjølt og har tilførsel og avløp for kjøle­ vannet gjennom svingarmer. Det er fire brennstoffventiler for liver sylin­ der.

Fig. 37. Lengdesnitt og tverrsnitt gjennom Doxford mellomhastig motor.

et felles foretagende som skal utvikle denne motortype videre. Som det vil sees av tverrsnitts- og lengdesnittstegningen, fig. 37, blir hovedtrekkene i oppbygningen av denne motoren som for Doxford-motorer for øvrig: totakt, turboladet krysshodemotor med motgående stempler, sylinderdiameter 580 mm, samlet slaglengde 1300 mm (nedre stempel: 880 mm, øvre: 420 mm). Mak­ simal kontinuerlig ytelse blir 2 500 ahk/syl. ved 300 omdr./min., og motoren bygges med fra 4 til 7 sylindre. Motoren har en motroterende balanseringsaksel plassert ved omtrent halve motorhøyden. Den gjør samtidig tjeneste som kamaksel for brennstoffpumpene, og har kjedehjul som trekker en aksel for en hjelpe-luftblåser. Denne

Fig. 38. Doxford mellomhastig motor, isometrisk skisse, som viser prinsippet for oppbygning av motorens bevege­ lige deler. Den motroterende aksel, som er plassert omtrent ved motorens halve høyde, benyttes også som kamaksel for brennstoffpumpene, og har kjedetrekk for å drive hjelpeblåseren.

M.A.N. dieselmotorer Totakt krysshodemotorer bygger Maschinenfabrik Augsburg-Niirnberg Aktiengesellschaft ved sine fabrikker i Augsburg. Dessuten har de

lisensbyggere såvel ved skipsverft i Tyskland som i andre land. Den største type av disse motorer har sylin-

208

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

derdiameter 1050 mm og slaglengde 1800 mm og kan bygges med fra 6 til 12 sylindre. Ytelsen er 4000 ahk/sylinder. Karakteristisk for denne motoren er M.A.N.’s vendespylesystem, som er vist i prinsipp på fig. 19 foran i boken. Som vist på tverrsnittstegningen, fig. 39, sitter brennstoffventilen (1) sentralt i sylinderlokket. Den er vannkjølt. Sikkerhetsventil, startventil og indikatorkran er plassert horisontalt rundt periferien. Bunnrammen (14) har to langsgående, boksformede dragere som er sveist sammen av stålplater, mens de innsveiste tverrbærere er av støpestål. Også trykklageret utgjør en del av bunnrammen. Det blir foretatt utglødning av hele bunnrammen etter sammensveisning. Stativene (16) sveises sammen av buede stan­ dardelementer og med tverrplater som avstives godt med ribber. Geideplanene er plassert på en side og boltes til de stativene som de sitter i mellom. Sylinderpartiet er også i sveist utførelse. Fra toppen av sylinderpartiet. gjennom stativene og gjennom bunnrammens tverrbjelker like ved rammelagrene går det langstag, som er forspente, og derved avlaster konstruksjonen for den strekkbelastning som vil oppstå som reak­ sjonskraft, når det foregår tenning i sylinderen. Veivakselen (13) er i halvbygd utførelse. Rammelagerskitlene er av stål med hvittmetallbelegg. De kan demonteres ved hjelp av hydraulisk verktøy. Lagerdekslene er delte og har oljeinnløp i senter. Veivstangen (11) har sirkulært tverrsnitt og en sentral boring for tilførsel av smøreolje til krysslager og geideplan. Krysslageret får ekstra smøreoljetilførsel ved hjelp av en høytrykks lubrikator som er forbundet til veivstangen. Dette oljetrykket fører til at krysstappen «fly­ ter» ved hjelp av den hydrauliske virkning. Både veivlager- og krysslagerskålene er av stål og har hvittmetallbelegg. Fig. 40 viser montering av veivlagerbolt ved hjelp av hydraulisk verktøy. Stempelstangen (6) har sentral boring med et innsatt rør for tilførsel og avløp for kjølevann til stemplet. Dette returløpsrøret er laget av korrosjonsbestandig materiale. Spesielle knekter er festet til krysshodet for at tilførsels- og av­ løpsrøret for kjølevann kan føres ut til tele­ skoprør og videre til rørtilkoblinger for kjølevannssystemet utenfor motoren. Disse teleskoprørene er plassert i hulrommene på de pre-

fabrikerte elementene for stativene. Disse rom­ mene er åpne utover, men ikke inn mot veivrommet. Ved teleskoprørene er muligheten for lekkasje størst, og på denne måten oppnåes at

Fig. 40. M.A.N. totakt enkeltvirkende motor, tiltrekning av veivlagerbolt ved hjelp av hydraulisk verktoy.

Dieselmotoren side 208/209

Fig. 28. Tverrsnitt av B & W totakt enkeltvirkende krysshodemotor.

Blå farve: kjølevann. Gronn farve: spyleluft. Gul farve: smøreolje. Rod farve: forbrenningsgasser.

Fig. 31. Tverrsnitt av B&W firetakt enkeltvirkende trunk V-motor.

Blå farve: kjølevann. Gronn farve: spyleluft. Gul farve: smøreolje. Rod farve: forbrenningsgasser.

Fig. 39. Tverrsnitt av M.A.N. totakt enkeltvirkende motor. (Tallforklaring, se den løpende tekst.) Blå farve: kjølevann. Gronn farve: spyleluft. Rød farve: forbrenningsgasser.

Forskjellige typer av dieselmotorer

en eventuell vannlekkasje ikke vil ødelegge smøreoljen. Stemplene (5) har en øvre del som er av støpestål. Sporene for stempelringene sitter i denne del og er flammeherdet og slipt. Den nederste del av stemplet, stempelskjørtet, er av støpejern og sørger for å tette eksos- og spyleportene når stemplet er i øvre dødpunkt. Mellom øvre og nedre stempeldel sitter en føringsring. Denne er av spesialstøpejern og har en bly-bronse slitering. Også stempelskjørtet har en slik slitering. Sylinderblokkene (4) er separatstøpte for hver sylinder og boltet sammen med passbolter. Spyleluft og forbrenningsgasser strømmer gjen­ nom kanaler, som er støpt i sylinderblokken. Sylinderforingene (3) er to-delte og sitter innpresset i sylinderblokkene. Kjølekanalene er utformet som rom mellom blokk og foring. En spesiell kjølekanal sørger for effektiv kjøling av foringens flens, og ved hjelp av innstøpte kjølekanaler er det arrangert kjøling av sylin­ derforingen ved ribbene mellom eksosportene. Den nedre del av sylinderforingen er festet til sylinderblokken i underkant med flens. Delingen mellom øvre og nedre del av foringen har et bølgeformet forløp. Dette er gjort for at stempelringene skal gli så lett som mulig over skjøten. Materialet i sylinderforingen er en støpejernslegering som er slitesterk og har gode glideegenskaper. Sylinderlokkene (2) er to-delte og utført i ribbekonstruksjon. Den undre del er utført tynnvegget og i stålstøpegods for best mulig å kunne tåle den høye termiske belastning. Den er trukket forholdsvis langt nedover, forat skjøten mellom sylinderlokket og sylinderfor­ ingen ikke skal bli liggende akkurat i det mest varmepåkjente område. Det øvre sylinderlokk opptar de mekaniske påkjenninger, som gjennom 12 bolter overføres videre til sylinder­ blokken. Brennstoffpumpene (8) er separate for hver sylinder, men flere pumper er samlet i et felles driwerkshus. Hver pumpe har to paral­ lelt arbeidende plungere, som leverer brenn­ stoff til hvert sitt høytrykksbrennstoffrør. Disse to rørene har felles innføring til brennstoffventilen (1). Dette arrangementet sikrer jevn levering av brennstoff til brennstoffventilen over hele motorens belastningsområde. Brennstoffpumpene drives av kammer på kamakselen, og ved reversering forskyves denne i 14 — Teknikk III

2C9

lengderetningen. Kamakselen drives ved hjelp av tannhjulstrekk fra veivakselen. Smøresystem. Alle viktige smøresteder har trykksmøring. Sylindersmøringen skjer fra sepa­ rate lubrikatorer, som drives av indikatortrekket. Kjølesystem. Stempel, foringer, sylinderlokk og brennstoffventiler er, som allerede nevnt, kjølt med ferskvann. Ferskvannet kjøles med sjøvann i egne ferskvannskjølere utenom moto­ ren. Startesystem. Starting av motoren skjer ved hjelp av trykkluft. Innblåsing av starteluft i sylindrene kontrolleres av kammer på kam­ akselen og en starteluftfordeler, som også er montert på kamakselen. Manøvreringssystem. Start, reversering, stopp o av normalytelse. Tverrsnitt av denne motoren med delangivelse er vist i fig. 53 og lengdesnitt i fig. 54. Bunnrammen (1/1) er sveist sammen av stålplater og støpestålsdeler og har hengende rammelagre (2/54,55). Rammelagerdekslene er bol­ tet til bunnrammen med to rammelagerbolter (1/2). Det er montert en bunntro (1/44) under bunnrammens langdragere. Fra bunntroen pum­ pes smøreoljen over til smøreoljehovedtanken. Det sies da at motoren har tørrsump, når smøre­ oljen dreneres ut av bunntroen etter hvert. Dette er det vanlige system for litt større motorer, mens små motorer gjerne har hele det sirkuler­ ende smøreoljereservoaret i bunntroen. Veivakselen (2/1) er av krom-molybdenstål og har induksjonsherdede lagertapper. Den Idper i lagerskåler (2/54) som er foret med tinnaluminium. Veivakselen er utstyrt med kontravekter (1/4) og har påmontert svingningsdemper.

Sylinderblokkene (1/11,29) er festet til bunn­ rammen med lange stagbolter. Kamakslene (2/14) har opplager (2/16) på sylinderblokkene. Den har kammer for drift av høytrykks brenn­ stoffpumpene (2/17) og for innsugnings- og eksosventilene (2/15). De to kamakslene er truk­ ket av hver sin Duplex-kjede (2/52) fra kjedehjul (2/53) festet til veivakselen i akterkant. Veivstangen (1/36) er senkesmidd, og mate­ rialet er krom-molybden-stål. Veivlageret (2/45) er skrådclt. Årsaken til dette er både den store diameter på veivtappen og at veivstangen skal kunne løftes opp gjennom sylinderen ved stempeltrekk. Lagerdekslet er styrt til veivstangen ved fortanningsspor og er boltet fast ved to hodeskruer (1/40). Hver veivtapp bærer to veivlagre, ett fra hver sylinderrekke, noe som kalles «side by side»-arrangement. Av denne årsak er sylindrene i de to rekkene forskjøvet 90 mm i forhold til hverandre i lengderetnin­ gen. Stemplet (1/26) vil bli videreutviklet når motorytelsen øker, slik at det blir oljekjøling av stempclkronen. Sylinderlokket (1/17) har to innsugnings- og to eksosventiler (2/19), utskiftbar starteventil (2/21) og sentralt plassert brennstoffventil 2/22). Hvert sylinderlokk har separat innkapsling med lett løsbar toppaksel (1/25). Turboblåser (2/29) og luftkjøler (2/36) er plassert i forkant av motoren, en av hver for hver sylinderrekke. Smøreolje-sirkulasjonspumpe (2/39) og evakueringspumpe for bunntro er også plassert i for­ kant av motoren. De er sammenkoblet ved hjelp av en ventilkasse på en slik måte at det også er mulig å kjøre motoren med bare en av disse pumpene i drift. Smøreoljepumpen for vippearmsystemet sitter også i forkant. Det samme gjelder sirkulasjonspumpene for fersk­ vann. Startesystem. Motoren startes med trykkluft, som tilføres sylindrene i den ene sylinderrekken. I den andre er starteventilene erstattet med blindplugger. Motoren har starteautomatikk, slik at selve starteoperasjonen foregår ved å trykke på en knapp. Denne impulsen starter en oljepumpe (2/41), som sørger for trykk i smøreoljesirkulasjonssystemet. Først når det riktige olje-

Fig. 53. Tverrsnitt av NORMO firetakt enkeltvirkende dieselmotor, V-form. 1. bunnramme. 2. rammelagerbolt. 3. rammelagerskål. 4. kontravekt på veivaksel. 5. eksplosjons-avlastningsventil for veivrom. 6. smøreoljefordelingsrør. 7. styrepinne. 8. deksel, hus for kamaksel. 9. smøreoljerør for kamakselsmøring. 10. dreneringsrør for smøreolje. 11. sylinderblokk. 12. brennstoffreguleringsaksel. 13. brennstofftilførselsrør til høytrykk- brennstolfpumpe. 14. returrør, brennolje. 15. smøreoljerør for ventilbevegelse. 16. høytrykks brennstolfpumpe. 17. sylinderlokk. 18. sikker­ hetsventil og indikatorkran. 19. samlerør for kjølevann.

20. starteluftrør. 21. eksossamlerør. 22. avluftningsror for veivrom. 23. kjølevannstilslutning. 24. tetningsstykke. 25. kapsel over sylinderlokk. 26. stempel. 27. foring for krysspinne. 28. sylinderforing. 29. sylinderblokk. 30. tetningsring, spyleluftreceiver. 31. støtstenger, eksos- og luftinnsugningsventil. 32. spyleluftreceiver. 33. rekkverk. 34. krysspinne. 35. dreneringsrør, brennolje. 36. veivstang. 37. deksel, kamakselhus. 38. smøreoljerør for lagersmøring. 39. kjolevannssamleror. 40. veivlagerbolt. 41. tverrbolt. 42. veivluke. 43. dreneringsrør fra kamakselhus. 44. bunntro.

Forskjellige typer av dieselmotorer

219

Fig. 54. Lengdesnitt av NORMO firetakt enkeltvirkende dieselmotor, V-form. 1. veivaksel. 2. deksel, aktre. 3. sving­ hjul. 4. koblingsbolt, veivaksel/svinghjul. 5. oljeskjerm (slynger oljen utover). 6. drivverk for omdreiningsteller og regulator. 7. starteknapp. 8. regulator. 9. stoppehendel (nødstopp). 10. reguleringsarm for brennstoffpumpe. 11. tverrlenkeforbindelse til brennstoffreguleringsaksel. 12. brennstoff høytrykksrør. 13. samlerør, brennolje. 14. kam­ aksel. 15. kammer som styrer innsugnings- og eksosventi­ lene. 16. opplagringer for kamaksel. 17. kam for høytrykks brennstoffpumpe. 18. tetningsring for sylinderforing. 19. eksosventil. 20. skrapering, øvre. 21. starteventil. 22. brennstoffventil. 23. ventilfjær. 24. stempelring (tetningsring). 25. skrapering, nedre. 26. spyleluftkanal, bend. 27. spyle-

luftkanal, gummislange. 28. slangeklemme. 29. turboblåser. 30. spylekanal, bend. 31. spylekanal, bend. 32. spylekanal, bend. 33. slangeklemme. 34. gummislange. 35. spylekanal, bend. 36. spyleluftkjøler. 37. kjølevannspumpe. 38. kjolevannsrør. 39. smøreoljepumpe. 40. ventilhus. 41. pneuma­ tisk smøreoljepumpe (for gjennompumping før start). 42. deksel (for veiverom). 43. tverrbolt (se tegning tverr­ snitt, pos. 41). tetningsplugg i veivaksel ved hulboring for smøreolje. 45. veivlagerskål. 46. hidboring i veivaksel for oljelop. 47. hulboring i stativ for oljelop. 48. sugerør for smøreolje. 49. filter. 50. smoreoljedyse for smøring av kjede­ drift. 51. låsering for kjedehjul. 52. kjede. 53. kjedehjul på veivaksel. 54. rammelagerskål. 55. rammelagerdeksel. aktre. 56. renseluke for bunntro.

trykk er oppnådd, slippes det luft inn i sylin­ drene. Kraftuttaket er normalt i akterkant av moto-

ren, men det kan også være kraftuttak i for­ kant opp til motorens fulle effekt, hvis dette er ønsket.

Wichmann dieselmotorer WICHMANN Motorfabrikk bygger totakt enkeltvirkende dieselmotorer, som i størrelse og utrustning kanskje spesielt er konstruert med sikte på å brukes som framdriftsmotorer for kystskip, større fiskefartøyer og ferger. Den sist utviklede av disse motortyper er en ventilløs, turboladet totakt trunkmotor, som

leveres med fra 3 til 9 sylindre. Ytelsen er 250 ahk/sylinder ved 375 o/min., men driwerket er dimensjonert for ytelse opp til 300 ahk/ sylinder. Oppbygningen av motoren vil fremgå av fig. 55 som viser tverrsnitt, og fig. 56 lengdesnitt. Bunnramme, stativ og sylinderblokk er alle

220

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 55. Tverrsnitt av WICHMANN totakt enkeltvirkende trunkmotor.

utført i støpejern og er sammenbundet ved gjen­ nomgående stagbolter, som avlaster konstruk­ sjonen for strekkpåkjenninger på grunn av reaksjonskrefter fra forbrenningen i sylinderen. Store veivluker letter adkomsten til veivog rammelager. Veivakselen er halvbygd, og veivene er av legert støpestål, mens rammelagertappene er av smistål. Veiv- og rammelager har samme dimen­ sjon og utførelse. Lagerskålene er presisjonsfremstilte og skal legges inn uten tilpasning og innskrapning. Stemplet er to-delt, idet kronen er skrudd fast til skjørtet med fire innvendige hodeskruer av type unbrako, som det kan sees på lengde­ snittet, fig. 56. Fra denne tegningen fremgår det også at veivstangen er skrudd fast i krysspinnen på lignende måte. Derved vil krysspinnen få bæring over hele lengden. Krysslageret er

en såkalt stol, som er innsatt i stemplet og holdes på plass av fire gjennomgående pinneskruer. Smøreoljen til krysslageret, som også er stemplets kjøleolje, blir tilført gjennom borin­ ger i veivakselen, spor i veivlageret og videre gjennom boring i veivstangen og til krysslageret. Oljen fortsetter så gjennom en boring opp til innsiden av stempelkronen og returnerer direkte til veivtroen gjennom et oljeavløpsrør som er plassert i akterkant av stemplet. Det er fire tetningsringer i øvre del av stemp­ let med ringspor i stempelkronen. De to øverste av disse får et belegg av kobber for å lette innkjøringen. I nedre del av stempelskjørtet er det også fire ringer. Den øverste av disse er tetningsring, mens de tre nedre er oljeskraperinger. Sylinder]oringene har, som det vil fremgå av snittegningene, en utvendig vannkappe. Der­ ved unngår man vannberørte flater i sylinderblokken og risiko for korrosjon på materialet i blokken. I øvre del av foringen er varmebelastningen størst, og der er det lagt inn kjølekanaler i selve godset omtrent 10 mm fra sylinderveggen på innsiden. Dette holder tem­ peraturen i sylinderveggen på et lavt nivå, slik at termiske deformasjoner blir minst mulig og smøringen av sylinderveggen best mulig. Smøreolje til sylindrene tilføres fra eget sylindersmøreapparat. Sylinderlokket har en meget enkel utforming, noe som er mulig fordi det ikke er andre ven­ tiler i lokket enn brennstoffventilen, som sitter sentralt plassert. Spyle-overladesystemet består av en turbo­ blåser og luftkjøler av Brown Boveri-fabrikat som er plassert i forkant av motoren. For å øke spylelufttrykket er en mekanisk drevet rote­ rende spyleluftpumpe (Rootes type) koblet inn i serie etter luftkjøleren. Høytrykks brennstoffpumper og brennstoffventiler er av Bosch type. Pumper for smøreolje, ferskvann og sjøvann er montert på og drevet av motoren. Start, manøvrering og kraftoverføring. Moto­ ren startes med luft. Fjernmanøvrering fra manøversøyle som plasseres på broen, har hendler for turtallsregulering, reversering og kobling. Motoren kan arrangeres med kraftuttak i for­ kant, og full effekt kan taes ut her, men det vanlige uttak er montert i akterkant. Der er en hydraulisk styrt friksjonskobling kombinert

Fig. 56. Lengdesnitt av WICHMANN totakt enkeltvirkende trunkmotor.

Koblingens hovedkomponenter består av en ytre koblingsklokke som er festet til veivakselen. Koblingsklokken består av to innvendig koniske halvdeler B-B og er flenset sammen. Inne i denne ligger to koblingskonuser A som er forbundet til trykkakselen over medbringerboltene C og medbringeren D. Medbringeren, som samtidig også er trykksylinder for reverseringen, er flenset til trykkakselen. Ved å sette trykkolje inn mellom koblingskonusene A skyves disse fra hverandre og presses mot 1 koblingsklokken (B). Motorkraften overføres da fra koblingsklokken over koblingskonusene, medbringerboltene og medbringeren til trykk­ akselen. Ved frikobling slippes oljetrykket mellom koblingskonusene bort, og disse presses sam­ men igjen av fjærer i medbringerboltene som presser konusene sammen. Ved større anlegg er det hydraulisk utkobling, idet det settes oljetrykk på utsiden av koblingskonusene og dette presser konusene sammen. Trykkoljen leveres av den ene av motorens smøreoljepumper. Trykkoljen kommer fra pumpen inn i et sleidehus K, og passerer gjen­ nom dette og videre gjennom en fleksibel slange Fig. 57. Arrangement av kobling og reversering for WICH­ til ytre reverseringssleide F. Oljen kommer inn MANN dieselmotorer, a) drosselventil for oljetrykk, kob­ i et midtre spor i denne, (spor 1) og leverer ling. b) sikkerhetsventil for oljetrykk, reversering, c) sleidetrykk til reverseringssylinderen gjennom spor hus for kobling, d) sleide for kobling i innkoblet stilling, e) olje til kjoler, f) olje fra pumpe, g) sleide for kobling i i indresleiden G, og oljerør. Oljen returnerer utkoblet stilling, h) oljeavlop til bunntro. i) oljelop for gjennom to ytre spor (2—3) i ytre reverserings­ reversering med kobling (og dermed også motor) utkoblet. sleide og returnerer til koblingssleidehuset. Her De øvrige store bokstaver og tall er det referert til i teksten.

med hydraulisk reverseringsanordning for vri­ bar propell bygget sammen med motoren. Dette sees av lengdesnittstegningen, og fremgår mere i detalj av fig. 57.

222

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

Fig. 58. Propellarrangement for WICHMANN dieselmoto­ rer; propellaksel, oljesmurt hylse og vridbar propell. 1. flenskobling. 2. pakning. 3. ters, plate. 4. pakning. 5. klokkeflens. 6. smørehull. 7. pakning. 8. propellboss. 9. ytre tetningsboks (tetter for sjøvannslekkasje inn og oljelekkasje ut). 10. beskyttelsesskjerm («rope guard»). 11. ytre hylseforing (en lagerbøssing belagt med hvittmetall innvendig og som presses inn i hylseroret, 12). 12. hylse. 13. indre hylseforing (det indre glidelageret, kft. 11).

14. skott, del av skipskonstruksjonen, det såkalte akterskarpskottet. 15. pakningsplate. 16. pakning. 17. indre hylseflens, har gjenger for å skrues på hylseroret, 12. (ytre hylseflens er støpt i ett med hylsen, 12). 18. indre tetnings­ boks (tetter for oljelekkasje inn i maskinrommet). 19. pro­ pellaksel. 20. trekkstang. 21. tank for hylsesmøreolje. 22. rør for tilførsel av smøreolje til hylselagrene ved hjelp av tyngdekraften. 23. avluftningsrør, føres tilbake til smøreoljetank.

blir oljen drosslet i en tlrosselventil (koblingstrykk) og passerer videre ut i motorens smøresystem. De ytre sporene (2—3) i reverseringssleiden står, gjennom boringer i indresleiden og et oljerør ”J’’, i forbindelse med et oljerom på innsiden av koblingskonusene. Det er altså returoljen fra reverseringssystemet som tjener som trykkolje, og oljetrykket justeres ved å stille på drosselventilen i sleidehuset. Ved å vri på koblingssleiden, (eventuelt forskyve denne ved aksialsleide) stenges tilløpet til reverser­ ingssleiden av og oljen går direkte over drossel­ ventilen til smøresystemet. Oljetilførselen til koblingen er da avstengt og denne mister umid­ delbart oljetrykket, da sleiden, samtidig som den stenger av oljetilførselen, også åpner et dreneringsløp fra koblingen. Når koblingen er innkoblet, overføres moto­ rens dreiemoment til propellakselen. Propellakselarrangementet er vist i fig. 58. Innstilling av stigningen for propellbladene bestemmer da skipets gangretning (forover eller

akterover), og også hvor stort omdreiemoment propellen er i stand til å oppta. Innstilling av bladstigningen foregår ved at trekkstangen (20) forskyves aksialt, og reverseringsarrangementet er sammenbygget med koblingen, fig. 57. Fjærene E som er plassert i medbringerboltene C, presser nå koblingskonusene sammen. Ved de største anlegg er det — som allerede nevnt — ikke fjærer som kobler ut, men det blir satt oljetrykk på utsiden av koblingskonusene og disse presses sammen. Denne oljen ledes inn gjennom akterste rammelageret og styrelageret for trykkakselen. Ved innkoblet motor får rammelageret vanlig oljetilførsel fra det «felles inntaksrøret» på motoren, altså vanlig smøreoljetrykk. Ved utkobling omstyres oljetilførselen slik at det settes på koblingstrykk, som ved hjelp av en overløpsventil blir redusert til et noe lavere utkoblingstrykk. Denne omkoblingen av oljetilførselen fore­ går i koblingssleidehuset. Koblingskonusene har påskrudde, utskiftbare friksjonslameller på friksjonsflaten.

Forskjellige typer av dieselmotorer

Reverseringsordningen består stort sett av følgende hovedkomponenter: Reverseringssylinder, reverseringsstempel, ytre og indre sleide samt fire oljerør. Reverserings­ sylinder og stempel er plassert inne i koblingen. Reverseringssleiden, ytre og indre, er plassert på trykkakselen og omslutter denne. Indre sleide (G), som roterer med, er fast forbundet til reverseringsstemplet over to av oljerørene (1) som har løp til forsiden av stemplet. Indre slei­ den har 2 spor. Det forreste av disse (4) har boringer til oljerørene til akterkant av rever­ seringsstemplet, mens det akterste sporet har boringer til oljerørene som går gjennom reverseringstemplet. Ytre reverseringssleide (F) har tre spor. Det midterste (1) er for oljetilførse­ len, mens de ytre (2—3) er for returoljen. Ytresleiden er forskyvbar på indresleiden. Som trykkolje benyttes motorens systemolje, og den ene av motorens smøreoljepumper er trykkpumpe. Trykkoljen passerer først koblingssleidehuset (K) og går gjennom en høytrykksslange til ytre reverseringssleide spor 1 (midtre spor). Skyves sleiden bakover, som vist på fig. 57, passerer oljen gjennom spor 5 i indresleide og videre til forkant av reverseringsstempplet. Trykkoljen presser da reverserings­ stemplet med indresleiden akterover og oljen på stemplets eksosside passerer gjennom oljerørene (H) og til returløpene i sleiden. Holdes ytresleiden i ro, vil indresleiden, som følger reverseringstemplet, straks åpne for løpene mellom ytresleidens trykk og returside

223

(fra spor 1 over 4 eller 5 til 2 eller 3), og reverseringsbevegelsen stopper. Ved reversering skyves ytresleiden, og rever­ seringsstemplet kommer samtidig. En bestemt stilling av ytresleiden tilsvarer alltid en bestemt stigning på propellen. Når ytresleiden er i ro passerer oljen gjennom denne og tilbake til motorens smøresystem. Sleidene stiller seg slik inn for hverandre at stemplet holder seg i ro, og oljetrykket vil alltid være så stort som, men ikke større enn, nødvendig for at propellen holder den innstilte stigning. Før oljen kommer inn på reverseringssleiden passerer den koblingssleidehuset (K). Her er sikkerhetsventilen for reverseringssystemet plas­ sert. Denne ventilen er bare sikkerhetsventil for maksimaltrykket. Den er vanligvis innstilt på 35—45 kp/cm2. Koblingen får tilført olje fra reverseringssleidens returløp gjennom borin­ ger i indresleiden. I koblingssleidehuset paserer returoljen en drosselventil, og det er med denne en regulerer koblingstrykket. Det effektive reverseringstrykket er følgelig differansen mel­ lom reverserings- og koblingstrykket som blir registrert på manometrene. Ved utkoblet motor er den normale tilfør­ selen av trykkolje til koblings- og reversringssystemet avstengt. Gjennom en liten boring i koblingssleiden blir imidlertid systemet frem­ deles tilført tilstrekkelig olje til at propellen kan reverseres. Drosselventilen for koblingen er øverste ventil. Sikkerhetsventilen for rever­ seringen er nederste ventil.

Automatisk styring og driftskontroll av skipsdieselmaskineri En eller annen form for automatisk styring vil være påkrevet for enhver maskin. Noen ganger kan dette være innebygget i selve kon­ struksjonen, andre ganger kreves det tilleggsut­ styr i en eller annen form. På skipsmaskineri har dette tilleggsutstyr vært konstruert og mon­ tert som en sikring for å hindre unormale driftstilstander som ville føre til at konstruksjo­ nen ødelegges. En kjent automatisk reguleringsanordning er sikkerhetsventilen på dampkjeler, som sikrer at ikke trykket på kjelen overstiger en viss verdi. Som regulering er denne anordningen meget simpel, fordi den bare regulerer trykket og ikke har noen tilbakeføring som regulerer brennstoff­

tilførselen til kjelen ned, når trykket blir for høyt. Den sentrifugalregulatorordningen som i alle år har vært benyttet på hjelpemotorer ombord, er i så måte langt bedre. Den sørger for at moto­ ren hele tiden holder et omdreiningstall som er innstilt på forhånd, og dette skjer da ved at en stangoverføring fra regulatoren påvirker brenn­ stofftilførselen til sylindrene direkte. Tradisjonelt har imidlertid de fleste av de regulerings- og manøveroperasjoner som må ut­ føres for å drive et skipsmaskineri, vært utført manuelt, og også overvåkningen har i det vesent­ lige vært basert på de menneskelige sanser. Et­ ter hvert har imidlertid automatisk regulering

224

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

og overvåkning innarbeidet seg, for dieselmotorer f. eks. lagertemperaturovervåkning, kontroll med smøreoljetilførsel osv.

Periodevis ubemannet maskinrom I januar 1966 vedtok Det norske Veritas, som det første av klassifikasjonsselskapene, regler for periodevis ubemannet maskinrom, den såkalte EO-klassen. Disse reglene fastlegger en stan­ dard for omfanget av den instrumentering som ansees påkrevet for at man ut fra en teknisk vurdering kan si at det er forsvarlig å forlate maskinrommet i en viss tidsperiode. Og denne tidsperioden er valgt 24 timer. Rederiets bestem­ melse og myndighetenes tillatelse vil avgjøre hvorvidt et skip kommer til å seile med perio­ disk ubemannet maskinrom, men det tekniske grunnlag er altså lagt i og med EO-klassen. De funksjoner som skal tas vare på av auto­ matikken, er regulering, alarm, sikring og fjern­ styring av fremdriftsmaskineriet. Reguleringssystemene skal holde alle tilstandsstørrelser innenfor grensene for sikker drift un­ der alle belastningsforhold ved normal drift i sjøen og ved normale manøvrer. Alarmsystemet skal være uavhengig av regu­ leringssystemet, slik at feil i ett system ikke har skadelig innflytelse på virkemåten av noen del i det andre systemet. Sikringssystemet skal på tilsvarende måte være uavhengig av reguleringssystemet. Og fremdriftsmaskineriet skal altså kunne fjernstyres fra bro, men det skal samtidig være

Fig. 59. Fjernmanøvrering og kontrollpanel på bro for skip med klasse EO.

mulig å stoppe framdriften av skipet fra broen med et system som er uavhengig av fjernmanøversystemet. De komponenter som inngår i de automati­ serte systemene ombord, må være egnet for det miljø de utsettes for ombord i skip. Det blir derfor lagt stor vekt på å analysere dette og å komme fram til prøvemetoder som gir et riktig bilde av enkelt-delenes evne til å motstå vibra­ sjoner, fuktighet og varierende temperaturfor­ hold. Fj ernmanø vrering Direkte manøvrering av hovedmotor fra bro er en vesentlig forutsetning for drift med periode, vis ubemannet maskinrom, men også av betyd­ ning for drift med redusert vaktmannskap. Slik kontroll av motor fra bro vil frita vakthavende i maskinrommet fra å stå kontinuerlig ved manøverstanden, og vil kunne bidra til en mer effek­ tiv overvåkning av anlegget. Det er utviklet forskjellige fjernmanøversystemer, som har vært i bruk i flere år med til­ fredsstillende resultat. Som for alt instrumenteringsteknisk utstyr omfatter også kravene til fjernmanøversystemet at det skal være enkelt, pålitelig og lett å vedlikeholde. Systemet med manøverorganer må være utformet slik at be­ tjeningen på bro blir enkel og ikke belaster ope­ ratøren med tekniske vurderinger, idet han spe­ sielt under manøvrering har andre viktige opp­ gaver som krever stor oppmerksomhet. Dette in­ nebærer at forstilling av pådrag og rotasjonsretning til hovedmotoren må være begrenset til ett betjeningsorgan, helst i likhet med vanlig maskintelegraf. Manøverspaken må kunne forstilles fra én vilkårlig posisjon til en annen, og fjernmanøversystemet må da automatisk utføre de riktige operasjoner med et tidsforløp som ikke utsetter maskineriet for unormale påkjen­ ninger. I tillegg til manøverspaken finnes det ofte på bro en spesiell knapp for nødstopp i kritiske situasjoner. Fjernmanøversystemet er vanligvis også ut­ bygget med et sikringssystem, som griper inn ved feiltilstander som f. eks. lavt smøroljetrykk og høy kjølevannstemperatur, ved enten å ut­ løse automatisk stopp eller automatisk reduksjon av pådrag på hovedmotoren. Da det kan fore­ komme manøversituasjoner hvor det er viktigere å sikre skipet enn hovedmotoren, må dette sikringssystemet kunne settes ut av funksjon. Dette innebærer at det på broen må være en

Forskjellige typer av dieselmotorer

225

trykknapp som kan oppheve en utløst stopp, dersom det er påkrevet å beholde skipets inanøverdyktighet lengst mulig.

Overvåkning Et vel utbygget overvåkningsanlegg er også en viktig forutsetning for drift med et periodevis ubemannet maskinrom. Det skal observere ka­ rakteristiske fysikalske størrelser i anlegget og sammenligne disse med normalverdier. Hensik­ ten er å oppdage feil eller unormaliteter i an­ legget, og foreta de riktige aksjoner når unor­ male forhold oppstår, f. eks. gi alarm, stoppe motor o. 1. Ved et bemannet maskinrom vil et overvåkningsanlegg som omfatter de viktigste tilstandsstørrelser, avlaste vaktmannskapet for ru­ tinemessig kontrollarbeid samtidig som overvåk­ ningen får et mer kontinuerlig forløp. Overvåkningsanlegget kan hensiktsmessig deles opp i et indikerende system, alarm- og sikringssystem. Det aktuelle anlegg vil omfatte en kombinasjon av de nevnte systemer, avhengig av forhold som automatiseringsgrad, maskineri, karakteren av de forekommende feil etc. Spesielt må omfanget av alarm- og sikringssystemet vurderes ut fra feilanalyser. Tidsfak­ toren har en avgjørende betydning. En rekke feiltilstander vil ikke umiddelbart føre til ska­ der eller kritiske situasjoner for maskineri og skip, slik at det kan være tilstrekkelig med alarm for å tilkalle personell. Termiske forløp er vanligvis langsomme og kan stilles i denne kategori. Som eksempel kan nevnes stigende kjølevannstemperatur på grunn av sviktende regulering. Trykkforløp er derimot langt hur­ tigere. Lavt smøreoljetrykk, f. eks. på grunn av at smøreoljepumpen har stoppet, vil innen kort tid kunne føre til skader p.g.a. utilstrekkelig smø­ ring. Sikringssystemet bør i dette tilfelle ut­ bygges med automatisk start av reservepumpe kombinert med automatisk pådragsreduksjon el­ ler stopp av hovedmotor. Alarmsystemet skal påkalle oppmerksomhet når det har oppstått feil. Det er utviklet en rekke forskjellige typer alarmsystemer, blant annet med blinkende lys før og konstant lys etter at kvittering har funnet sted. Slike systemer benyt­ tes når anlegget omfatter relativt mange varseltilstander. Ellers bør alarmsystemet være inn­ rettet med muligheter for funksjonskontroll un­ der drift og være til en viss grad selvkontrollerende, slik at f. eks. en jordslutning varsles. Når det benyttes flere overvåkningssentraler, er det 15 - Teknikk III

Fig. 60. Overvåking av kjoleolje fra stempel.

viktig at opplegget ikke muliggjør misforståelser med hensyn til ansvarsforhold. Sikringssystemet skal ta seg av unormale til­ stander som kan oppstå, og som vaktmannskapet med den valgte bemanningsform ikke kan gripe hurtig nok inn overfor for a avverge større ska­ der. Ved automatisk start av en enhet må det ikke foretas automatisk gjenstart etter en mis­ lykket start dersom dette kan føre til skade, f. eks. ved mislykket tenning av kjel. I alle tilfelle bør antall forsøk være begrenset. Et an­ net viktig hensyn ved oppbyggingen av sikringssystemene, er at de bygges mest mulig uavhengig av andre systemer, f. eks. at det ikke brukes samme måleelement til sikring som til regulering. Ved instrumentering av et maskinanlegg som skal gå periodevis ubemannet, er det klart at alle sansene som syn, hørsel, føle- og luktesans hos et dyktig vaktmannskap ikke kan erstattes fullt ut. En rekke typer feil lar seg ikke enkelt registrere for alle maskinenheters vedkommende innenfor en økonomisk forsvarlig ramme. På den annen side vil man kunne oppnå en bedre over­ våkning gjennom instrumentering på en rekke felter enn hva tilfelle er i dag ved mauell over­ våkning. I forbindelse med overvåkning er det naturlig å komme inn på informasjonsgangen mellom maskin og bro, spesielt ved ubemannet maskin­ rom. Her finnes mange løsninger. Det kan videre fra en lampe som gir signal ved feil, til en

226

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

gruppevis inndeling av alarmene, f. eks. en for feil ved hovedmotor, en for kjelene og en for hjelpemotorene, og videre til en fullstendig de­ taljert alarmtavle med samling av en rekke indikerende instrumenter på bro. Sistnevnte løsning forutsetter en viss manuell overvåkning av brobetjeningen, som videre skal vurdere en varslet feiltilstand og eventuelt foreta direkte inngrep. Erfaringer fra de anlegg som er i drift, synes å tyde på at omfattende maskin-instrumentering på bro ikke er nødvendig og ikke er ønsket av brobetjeningen. En omfattende instrumentering, som den oven­ for nevnte, vil sette store krav til brobetjeningens maskin-tekniske kvalifikasjoner dersom denne løsning skal ha noen relevans. Et grunnlag for tekniske vurderinger av et komplisert skipsmaskineri forutsetter ikke bare gode teoretiske kunnskaper, men i større grad en god praksis. Trolig vil utviklingen gå mot så enkel instru­ mentering som mulig på bro for ikke å forvirre eller belaste brobetjeningen med tekniske opp­ gaver, som de iallfall i dag, og sikkert også i lengre tid framover, ikke har tilfredsstillende kvalifikasjoner til å gjennomføre. Dette innebæ­ rer at anlegget vil bli utbygget med et sikringssystem som skal ta seg av feiltilstander som kre­ ver hurtig inngripen.

Regulering Reguleringssystemene har til oppgave å holde fysikalske tilstandsstørrelser som temperatur, trykk, viskositet, nivå etc. innenfor bestemte grenser ved normale variasjoner i de størrelser som påvirker den regulerte prosess. Det vil si at det innenfor reguleringsområdet ikke skal være nødvendig med menneskelige inngrep, for­ utsatt at det ikke oppstår feil eller de ytre for­ styrrelser ikke er større enn man har forutsatt. De fleste nybygg i dag utstyres med automatisk regulering av de viktigste systemer, selv om an­ legget ikke skal gå med redusert vaktmannskap. Foruten å få prøvet utstyr og systemer, kan man da få avlastet mannskapet, slik at man oppnår bedre overvåkning eller i større grad kan sette det inn på vedlikeholdsarbeid. Hvilken betyd­ ning dette har for driftsøkonomien er vanskelig o lo a ansla. Ved dimensjonering av reguleringssystemene er det viktig å ta hensyn til de parametre som varierer med tiden, f. eks. på grunn av slitasje, tilgroing av rørledninger, filtre og varmevekslere, endringer i ventil, karakteristikker etc. Det føl­

ger andre selvfølgelige krav som f. eks. krav til stabilitet over hele reguleringsområdet, og at stasjonære og dynamiske avvik ligger innenfor de grenser som kan settes opp. Spesielle sikringtiltak Brannfaren må vies betydelig oppmerksomhet ved et ubemannet maskinrom. Selv om hyppig­ heten av maskinrombranner er relativt liten, bortsett fra brann i spylebeltet, er brannfaren til stede i fullt monn gjennom elektrisk utstyr, oljerør, kjeler, separatorer, ekshaustrør etc. Tids­ momentet er her av største betydning. Ved be­ mannet maskinrom vil man vanligvis øyeblikke­ lig oppdage en antennelse og straks kunne påbe­ gynne slukningsarbeidet. Ved enkle midler kan brannfaren reduseres noe, f. eks. ved å legge opp oljeførende rør slik at sprut ved eventuelle lekkasjer ikke kan nå varmeflater som f. eks. ekshaustrør, ved at man skjermer høytrykksoljerør og pumper, sørger for effektiv utluftning ved separatoranlegg og drenering av oljesøl etc. Brannvarslingsanlegget må utbygges med de­ tektorer på alle steder hvor det er fare for at brann kan oppstå. Brannvarsling for spylebeltet er også viktig.

Datamaskinstyring av maskineri Styring av maskineriet ved hjelp av datama­ skiner vil være en naturlig videreutvikling av et instrumentert maskinrom. Den første instal­ lasjon av denne type ble utført ombord i det norske skipet M.S. «TAIMYR» som et sam­ arbeidsprosjekt hvor, foruten rederiet, flere nor-

Fig. 61. Termoelement i sylinderforing for tilstandskontroll av tetningsringer på stempel.

Forskjellige typer av dieselmotorer

ske institusjoner deltok. Erfaringen har vist at en slik installasjon er hensiktsmessig og kan gjennomføres på en driftssikker måte. Ombord i «TAIMYR» ble datamaskinen brukt til navigasjon, stuing av last og hyreregnskap foruten til styring av maskineriet. For maskine­ riet var det ved siden av datamaskinstyringen en konvensjonell EO-installasjon. Ved framtidige anlegg av slik art vil det neppe bli gjort. Men det kan nok bli aktuelt å installere vanlig alarm i tillegg for visse tilstander, som anses å være særlig kritiske. Det kan bl. a. være feil ved datamaskin og sentralutstyr, svikt ved styremaskin, lavt smøreoljetrykk og kanskje noen flere. På tilsvarende måte kan det bli nødvendig å ha en del separate, uavhengige systemer for en del funksjoner i sikringssystemene. Fjernmanøversystem og reguleringssystemene vil nok også i noen grad måtte suppleres med manuell re­ serve. Automatisk driftskontroll Den instrumenteringen som er nødvendig for å gå med ubemannet maskinrom i en periode, skal i første rekke redusere risikoen for hava­ rier og opprettholde manøverdyktigheten. Den vil imidlertid ikke alltid forhindre at det kan oppstå driftsforstyrrelser. I tillegg til denne sikkerhets- og driftsinstrumenteringen har det vist seg at det er behov for en ny form for instrumentering som er i stand til å overvåke tilstanden og funksjonsevnen av maskineriet, og å registrere en skadeutvikling på et tidlig stadium. Ved at man på denne måten skaffer seg oversikt over maskineriets tilstand til enhver tid, vil det være langt enklere å legge opp rasjonelle reparasjons- og vedlikeholdsruti­ ner. Det er også her den økonomiske gevinst lig­ ger, reparasjonsomkostningene kan reduseres og havarier kan i mange tilfelle forhindres når en skadeutvikling kan følges fra den starter opp. Forutsetningen for at slik tilstandskontroll kan gjøres på en hensiktsmessig måte, er først og fremst et inngående kjennskap til det maskineri man skal overvåke, og dernest kjennskap og erfaring til målemetoder og følere såvel som til det elektroniske utstyr som er nødvendig for å overføre signalene på en riktig måte. Selve kontrollen vil skje ved at man sammen­ ligner tilstanden av maskineriet til enhver tid med den tilstand som anses som normal. Av­ hengig av hva det er som skal kontrolleres, vil altså enhver forandring i f. eks. temperatur, le-

227

Fig. 62. Skisse som viser omfang av tilstandskontroll på hovedmotor ombord i motorgasstankskip «HØEGH MULTINA».

veringsmengde, vibrasjonsforhold, tidsintervall mellom åpning og lukking av en ventil osv., re­ gistreres og gå inn på en datamaskin. Fra denne datamaskinen kan man få tekstutskrift fra det man ønsker å kontrollere, og datamaskinen vil kunne registrere en utvikling over meget lang tid. Er det ønskelig, kan man også fa alle data presentert i diagramform på en fjernsyns­ skjerm. Et slikt anlegg for driftskontroll og overvåk­ ning ved hjelp av automatikk og datamaskinstyring er nylig (høsten 1971) installert ombord i et skip avlevert fra Rosenberg Verft til et norsk rederi. Også dette anlegget ombord i gasstankskipet «HØEGH MULTINA» er et samarbeidspro­ sjekt blant norske interessenter. Det er installert datamaskiner hvorav den ene i første rekke skal ta seg av alle øyeblikkelige oppgaver, mens den andre bl. a. skal lagre data,

Fig. 63. Fra kontrollrommet ombord i motorgasstanskip «HØEGH MULTINA» — kontrollpult med dataskjerm til venstre.

228

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

utføre beregningsoppgaver og presentere data på en fjernsynsskjerm. De to maskinene kan dessuten være reserve for hverandre. For kontrollen med et maskineri er det åpen­ bart at en slik instrumentert tilstandskontroll vil gi langt bedre muligheter for å kunne gripe inn på et riktig tidspunkt. 1 første rekke vil dette

naturligvis berøre rederienes vedlikeholdsopplegg for maskineriet. Avhengig av hvor godt man kjenner betingel­ sene for at en maskin eller del av maskinen tren­ ger overhaling eller utskifting, vil vedlikeholdsarbeidene kunne utsettes til instrumentene viser at det er nødvendig.

SKIPSDIESELMOTORENS FRAMTIDIGE UTVIKLING De krav som stilles til framdriftsmaskineriet for handelsfartøyer er god driftsøkonomi, såvel for maskineriet isolert sett, som for den trans­ port skipet skal utføre totalt sett. Dette inne­ bærer også at såvel driftssikkerheten som sikker­ heten for dem som arbeider ombord må være god. Ut fra disse hensyn har dieselmotoren opp­ arbeidet seg en ledende posisjon som framdrifts­ maskineri. For den norske flåte fremgikk dette av tabell foran i boken. For verdensflåten ser tallene pr. juli 1970 slik ut:

Type framdriftsmaskineri:

Dieselmotorer Stempeldampmaskiner Dampturbiner Sum

Antall skip: 44 4 3 52

485 425 534 444

Brutto tons:

145 425 11 375 70 689 227 489

337 188 339 864

Dieselmotorer bygges fra de minste typer, som fremstilles i store serier, og til store, enkeltbygde med en ytelse på ca. 50 000 ahk. Disse så­ kalte «super-large-bore» motorer har tilstrekkelig ytelse til at de største tank- og bulkskip som er i ordre nå (1971), kan utrustes med en framdriftsmotor av denne type, direkte koblet til akselledning og propell. I de nærmeste år antas den maksimale maskinytelse for hovedmaskineriet i handelsskip å bli som følger: — passasjerskip 30 000 ahk — tankskip 50 000 »

— bulkskip 40 000 » — containerskip 150 000 » — vanlige lasteskip 25 000 » Dette krav til maskinkraft kan oppfylles med dagens maskintyper på forskjellige måter. For alle typer lasteskip søker man i det lengste å in­ stallere en stor framdriftsmaskin med direkte koplet akselledning og propell, fordi dette er det mest økonomiske både når det gjelder selve maskinens driftsøkonomi og installasjonsomkostger. Av hensyn til god virkningsgrad på propellen bør omdreiningstallet holdes så lavt som mulig, men det er flere forhold som begrenser dette, blant annet er den øvre grense for fremstilling av propeller i ett stykke, som er ca. 85 tonn, noe som svarer til en propelldiameter på ca. 11 m. (Det er naturligvis mulig å bygge enda større propeller ved å støpe løse blader som boltes til et separat støpt propellboss.) For å redusere propellbelastningen og dermed øke virknings­ graden, har flere muligheter vært undersøkt, som f. eks. mot-roterende propeller, tandem propel­ ler og bruk av dyser. Dyser, bygget ved Strøm­ men Staal, har vært montert på noen store skip, mens de andre løsninger er såvidt teknisk kom­ pliserte og dermed kostbare at de foreløpig ikke synes å komme til anvendelse. Med dagens diesel- eller dampturbin-maskiner på 50 000 ahk kan et tankskip på ca. 350 000— 400 000 ts dw drives fram med ca. 16 knops fart med en direkte koblet propell. Ut fra drifts-

Skipsdieselmotorens framtidige utvikling

økonomiske beregninger vil et dampturbinmaskineri være mest økonomisk £or så store ytelser, og grensen regnes å ligge ved ca. 25 000 ahk eller litt under. I området ned til ca. 10 000 ahk stil­ ler diesel- og dampturbinmaskineri likt, mens dieselmotoren er mest økonomisk for ytelser under denne grense. Dette forhindrer imidlertid ikke at dieselmotorer brukes for de største ytel­ ser, idet andre momenter kan komme inn og spille avgjørende rolle, større er ikke forskjellen. Slike momenter kan være rederienes generelle politikk og erfaringer, den tekiske stabs kjenn­ skap til spesielle typer maskinanlegg, reparasjonsmuligheter og standardiseringshensyn. Containerskip, passasjerskip og enkelte andre spesialskip skal ha stor hastighet, og det stilles også strenge krav til plassbegrensning av maski­ neriet, inklusive propellene. Dette fører til at anleggene bygges med to eller tre akselledninger, slik at ytelsen på hver propell ikke skal bli for stor. Dette gjør at mellomhastige dieselmotorer kan være egnet for slike anlegg. Et interessant maskinarrangement er valgt for en serie containerskip som er under bygging for skandinaviske redere. Disse skipene skal un­ der normal drift ha en hastighet i overkant av 26 knop, og framdriftsmaskineriet vil bestå av tre «large bore» dieselmotorer med hver sin akselledning og propell. Motoren i senter er tolvsylindret, mens sidemotorene har ni sylindre hver, og den samlede ytelse blir 72 000 ahk. Senter-motoren kobles til en vribar propell og side­ motorene til faste propeller. For side-motorene vil det bli installert en kobling i hver av akselledningene. På den måten er det mulig å koble propellen fra under fart i sjøen, slik at det kan utføres vedlikeholdsarbeide på motorene. Den type maskineri som er i stand til å gi størst ytelse med minst plassbehov og lavest vekt, er gassturbinen, som bygges i to forskjel­ lige hovedtyper, nemlig flygassturbinen og industrigassturbinen. Flygassturbinen trenger lette destillater som brennstoff. For en gassturbin er det spesifikke brennstofforbruk også relativt høyt, sammenlignet med dieselmotorer og dampturbiner. Bunkersomkostningene vil derfor bli høye. Til tross for dette kan fordelene være store: lav vekt, små dimensjoner, enkelt vedlikehold ved at hele gassgeneratoren kan løftes i land for overhaling og reparasjoner. For en serie con­ tainerskip beregnet for transatlantisk fart, er disse fordelene funnet å være så store at instal­

229

lasjon av to flygassturbiner koblet til hvert sitt gear og akselledning er funnet regningssvarende. Når skipene er i fart, vil disse forholdsvis store gassturbinene kunne forbrenne en tyngre olje, som er et destillat, hvor svovel og andre for­ urensninger er fjernet. Industrigassturbinen er tyngre bygget enn fly­ gassturbinen. Den har derfor større vekt og kre­ ver mer plass. Til gjengjeld kan den bruke van­ lig tung-olje som brennstoff, men dette forutset­ ter at brennoljen må gjennomgå en renseprosess ombord. Natrium, kalium, kalsium, vanadium og svovel som finnes i brennoljen, vil nemlig forårsake at det oppstår belegg og korrosjon på turbinskovlene. Ved et norsk verksted har et norsk rederi bestilt et gasstankskip for trans­ port av flytende naturgass (methan), som skal ha et regenerativt, industri-gassturbinanlegg med gear og vribar propell som framdriftsmaskineri. Gassturbinen med en ytelse på 20 000 ahk skal bygges av Kværner Brug på lisens fra General Electric, som også skal levere de roterende og andre spesialdeler. Atomdrevne skip, slik de er bygget til nå, har dampturbiner som framdriftsmaskineri, og hvor kjeleanlegget er erstattet med en reaktor. Var­ men som utvikles i reaktoren, varmer opp en primærkrets, som er radioaktiv. Ved hjelp av en varmeveksler utnyttes varmen i primærkretsen til å fordampe væsken i en sekundærkrets. Dam­ pen i sekundærkretsen er ikke radioaktiv, og går til turbinene. Av sikkerhetshensyn må reak­ toren beskyttes godt mot ytre skader, som kan tenkes å oppstå ved grunnstøting og kollisjon. Reaktoren er også tung i seg selv, og dampturbinanlegget kan ikke bygges så økonomisk som ved vanlige oljefyrte kjeler. Ut fra rent tekniskøkonomiske vurderinger synes det derfor å være langt fram før atomdrevne handelsskip er kon­ kurransedyktige. Til dette kommer flere usikkerhetsmomenter av juridisk og assuransemessig art. Selv om gassturbindrevne og — under be­ stemte betingelser — også atomdrevne skip kan komme til å bli bygget, vil det bli videreutvik­ lingen av dieselmotoren og dampturbinanleggene som vil komme til å få vesentlig betydning for skipenes framdrift i tiden som kommer. Selv om moderne dampanlegg med mellomoverhetning ombord i skip i dag bygges med damptrykk på ca. 100 kp/cm2 og temperatur opp til 527°C, er det bygget anlegg i land med langt større varmebelastning, og også mye høyere ytelse

230

Sivert Øveraas: Dieselmotoren som framdriftsmaskin for skip

enn det som hittil har vært aktuelt ombord. Man må imidlertid ta i betraktning at forholdene er langt vanskeligere ombord, hvor maskineriet er utsatt for store og ofte hurtige belastningsvariasjoner, f. eks. under manøvrering, og likeså for vibrasjoner og ekstrabelastninger på grunn av sjøgang. Det er nå under utvikling skipsdampmaskinanlegg som vil få ytelse opp til ca. 120 000 ahk. De store «large bore» og «super large bore» dieselmotorer er i første rekke utviklet som framdriftsmaskiner for skip. Etter at overlad­ ning ble introdusert i 1952 for langsomtgående krysshodemaskiner, har det i prinsippet ikke vært gjort vesentlige forandringer når det gjel­ der forbrenningsprosessen. Konkurransen med dampturbinen har vært fulgt opp ved å dimen­ sjonere maskinene opp. Utviklingen i de nær­ meste år synes nå å gå i retning av konstruktive forbedringer og øket ytelse pr. sylinder. B & W har således allerede utviklet en dieselmotor hvor eksosventilene drives og styres hydraulisk.

Den økede ytelse kan oppnås ved to-trinns opp­ ladning av spyleluften ved at to turboblåsere kobles i serie. Det kjøres allerede slike forsøk på prøvestand, og det er grunn til å vente at den ut­ vikling som foregår, vil resultere i øket ytelse pr. sylinder med samtidig reduksjon av vekt av maskineriet. Den automatiske driftskontroll som er utviklet, vil også medføre at forbrenningsprosessen kan kontrolleres og verdifull informasjon innvinnes. Også mellomhastige og små dieselmotorer gjen­ nomgår en rask utvikling, og dieselmotorbyggerne finner fram til nye samarbeidsformer for å effektivisere forskning og utvikling. Således har SULZER og M.A.N. inngått en slik samar­ beidsavtale. Selv om dampturbinanleggene vil være mest økonomisk for store enkeltskrue-skip, vil nok dieselmotoren med den store variasjon i typer og arrangementsmuligheter beholde sin domineren­ de plass i helhetsbildet for skipsframdriftsmaskineri også i framtiden.

Ragnar Molvik

DAMPTURBINER

HISTORIKK ......................................................... 233

DAMPTEKNISKE GRUNNBEGREPER

234

DAMPTURBINENS VIKTIGSTE DELER 236

DAMPTURBINENS ARBEIDSPRINSIPP 238

Aksjonsprinsippet.................................................. 238 Reaksjonsprinsippet............................................. 242

TURBINENS VIKTIGSTE HJELPEMASKINER ........................................................... 251 (a) (b) (c) (d) (e) (f) (g)

Smøreoljesystemet ...................................... Luftsugeren .................................................... Kjølevannspumpen .................................... Kondensatpumpen ...................................... Matepumpen .................................................. Turbogeneratoren ......................................... Evaporatoren..................................................

251 252 253 253 254 254 254

DAMP-VANN-KRETSLØPET FOR ET TURBINANLEGG .................................... 255

FORSKJELLIGE TYPER AV SKIPSDAMPTURBINER ........................................ 258 TAP I DAMPTURBINEN............................... 245

(a) (b) (c) (d) (e) (f) (g) (h)

Innløpstap......................................................... Tap i løpeskovler ......................................... Utløpstap......................................................... Ventilasjonstap ............................................. Lekkasjetap..................................................... Tap ved fuktig damp.................................... Andre tap........................................................... Mekaniske tap ...............................................

245 245 245 245 246 246 246 246

........................................

247

KONDENSATOREN

KRITISK OMDREININGSTALL, SVING­ NINGER................................................................ 263 SYNSPUNKTER OM PASS AV ET TUR­ BINANLEGG .................................................... 266

(a) (b) (c) (d) (e) (f)

Smøreoljesystemet ...................................... Dampledningene ........................................... Turbinen........................................................... Hovedkondensatoren.................................... Giret .................................................................. Lagerne ..............................................................

267 269 269 270 270 271

HISTORIKK Den første som manjmed sikkerhet vet kon­ struerte en dampdreven maskin, var den egyptis­ ke vismannen Heron, som levde i Alexandria omkring 150 år før Kristi fødsel. Herons kule, som hans maskin er blitt kalt, besto av en innhul kule som fikk tilført damp gjennom et rør i siden. Kulen var dessuten opp­ lagret, slik at den kunne dreie rundt. På kulens sider gikk det ut to rør som var bøyd i vinkel (se fig. la). Når dampen strommet ut av disse rørene, dreide kulen rundt. Det skulle gå nærmere 1800 år før noen igjen prøvde å nytte dampens energi til drift av ma­ skiner. Denne gang var det italieneren Giovanni Branca som konstruerte en maskin for drift av en kvern. Branca gikk en annen vei enn Heron. Han lot dampen strømme med stor hastighet ut gjennom en åpning (et munnstykke) og lot dampstrålen treffe skovler på kransen av et hjul. Dampstrålens levende kraft på skovlene drev hjulet rundt. Fig. lb viser skjematisk Brancas maskin. Hverken Herons kule eller Brancas maskin fikk noen betydning som kraftmaskiner, men

som vi senere skal se, finner vi igjen både Herons og Brancas idéer i våre moderne damp- og gass­ turbiner. Begynnelsen til den teknisk brukbare utnyt­ telse av dampenergien for drift av turbiner kom i og med at svensken Gustaf de Laval i 1883 bygde en turbin som i hovedtrekk ligner Herons kule. Turbinen besto av et S-formet rør, som fikk til­ ført damp gjennom den hule akselen. De Laval gikk snart bort fra denne turbintypen, da den var uøkonomisk, og bygde senere en turbin etter Brancas prinsipp. Turbinen hadde ett hjul og gikk med et omdreiningstall på 30.000 pr. minutt. Dette høye omdreiningstallet kunne ikke utnyttes praktisk, og de Laval var derfor nødt til å konstruere et tannhjulsgir som satte ned omdreiningstallet til en brukbar verdi. Uavhengig av de Laval og omtrent samtidig konstruerte også engelskmannen Parson en tur­ bin. Paisons turbin skiller seg fra de foregående ved at han utnytter både Herons og Brancas prinsipp. Vi skal høre mer om disse turbintyper senere, men først må vi se litt på dampens egenskaper og hvorledes den forandrer seg når den strømmer gjennom turbinens forskjellige deler.

234

Ragnar Molvik: Dampturbiner

DAMPTEKNISKE GRUNNBEGREPER Dampens tilstand betegnes ved trykk, tempe­ ratur og varmeinnhold. Ved siden av disse stør­ relser brukes også dampens spesifikke volum, som er det antall m3 (volum) som 1 kg av dampen har ved en bestemt tilstand. For å forstå virkemåten og betydningen av damp turbin ens forskjellige deler, er det viktig å ha godt kjennskap til de størrelser som er nevnt ovenfor, og hvorledes de varierer innbyrdes. Vanndampen er uten sammenligning teknik­ kens viktigste hjelpemiddel. Uten den ville vi ikke ha vann til drift av våre vannkraftverk eller kunne overføre energi fra en kjel til en dampdrevet maskin for produksjon av mekanisk eller elektrisk energi. Vanndampen kan, på grunn av sine egenskaper, brukes både til omforming av varme til mekanisk arbeid, og til transport av varmeenergi fra et sted til et annet. Som nevnt i «Teknisk varmelære» blir bren­ selets kjemiske energi overfort til varme-energi i dampen. Dampen «bærer» varmen gjennom rørledninger til det sted den skal brukes. Vi kaller i dette tilfelle dampen for «varmebærer». Når dampen er kommet inn i turbinen, der den gir fra seg arbeid, kaller vi den «arbeidsmedium». I en gassturbin er arbeidsmediet gass av et eller annet slag. Arbeidsmediet, dvs. vannet i et dampturbinanlegg opptrer i sitt kretsløp fra kjel til turbin og til­ bake til kjel i tre ulike tilstander, dels i form av en blanding av damp og vann, som vi kaller fuktig damp, dels i form av gass, overhetet damp, og dels i form av væske, vann. En viktig egenskap hos vanndamp er at den utvider seg når den strømmer ut av en åpning. Vi sier at dampen ekspanderer fra et trykk til et lavere trykk. Hvis dampen ekspanderer uten at den taper noe av sin varme eller får tilført varme utenfra, sier vi at den ekspanderer isentropisk (adiabatisk). Hvis den blir sammen trykket, kom­ primert, uten at det blir avgitt eller opptatt varme utenfra, sier vi at kompresjonen foregår isentropisk. Isentropisk ekspansjon eller kom­ presjon er bare ideale prosesser og kan ikke fore­ komme i praksis. Når dampen ekspanderer, vil temperaturen synke, og når dampen blir kom­ primert, vil temperaturen stige, dvs. dampens temperatur vil variere i forhold til omgivelsene. Dette resulterer i at varme gåi fra dampen til

omgivelsene eller omvendt, alt etter hva som har høyest temperatur. Ekspansjonen og kompresjonen vil altså i praksis ikke være isentropisk, men blir det vi kaller polytropisk. Ved damptekniske beregninger brukes tabeller med vanndampens egenskaper ved forskjellige trykk, temperaturer o. 1. Mange damptabeller er også oppsatt i diagramform. Det mest brukte av disse dampdiagrammene er oppsatt av franskmannen Mollier. Det kalles Molliers diagram eller I-S diagram. I er brukt som betegnelse for dampens varmeinnhold i kcal/kg og er oppført langs diagrammets lodd­ rette skala. S er en tilstandsstørrelse som bare kan gis en matematisk definisjon. S kalles for entropi og er slik at den er konstant for en dampmengde som gjennomgår en isentropisk ekspan­ sjon eller kompresjon. Isentropisk betvr også

Dampens entropi S i kcal/kg/°C Fig. 2. Dampens tilstandsforandring for en 3-trins turbin, inntegnet i et I-S-diagram.

Damptekniske grunnbegreper

«med samme entropi». Polytropisk betyr «med forskjellig entropi». Ved en polytropisk ekspan­ sjon eller kompresjon vil entropien forandre seg. Fig. 2 viser et I-S diagram. Diagrammet inneholder linjer for trykk og temperaturer, og innenfor det fuktige dampområde også linjer for dampens vanninnhold i prosent. Under linjen M, som kalles metningslinjen, er all damp fuktig, den inneholder en viss prosent vann. Over linjen A er dampen overhetet. I overgangen mellom det fuktige og det overhetede område er dampen mettet. En isentropisk ekspansjon blir avtegnet som en rett vertikal linje i diagrammet. Entropien er den samme i slutten av ekspansjonen som i be­ gynnelsen. En polytropisk ekspansjon blir av­ tegnet som en skrå linje nedover mot høyre. I diagrammet er inntegnet dampens isentropiske tilstandsforandring i en turbin, idet vi tenker oss at dampen ekspanderer isentropisk fra et trykk 10 ata og 250° C i det overhetede område og ned til 1 ata i det fuktige område. Det isentropiske ekspansjonsforløp er vist ved linjen A-B. Den virkelige ekspansjon foregår polytropisk langs linjen A-Ai-Ag-C. Både ved B og C har vi samme trykk, men dampens varmeinnhold er forskjellig. Den loddrette avstand mellom B og C er tapet i kcal/kg som vi har under ekspansjonen. Dampens vanninnhold i slutten av prosessen avleser vi i diagrammet til 2,5 %, mens vi ved den isentropiske ekspansjon ville fått ca. 7 %. Dette kommer av at friksjonen i dampen under ekspansjonen og strømning gjen­ nom skovlene har utviklet varme som har «tørket» dampen. Av diagrammet leser vi videre at vi ved den isentropiske ekspansjon har et teoretisk utnyttbart varmefall på ca. 103 kcal/kg, mens vi har fått utnyttet bare ca. 78 kcal/kg; 103 4-78 = 25 kcal/kg har gått tapt. Forholdet: 7) d = ^ = 78 = 75’6 % kalles turbinens 1 n JLuo termodynamiske virkningsgrad. Damp under trykk i en dampkjel har en form for energi som vi kan kalle stillingsenergi. Slipper vi dampen ut av kjelen gjennom en åpning, vil trykket i kjelen sette dampen i strømning, og stillingsenergien vil bli omsatt i bevegelsesenergi. Et tilsvarende eksempel har vi i en luftballong. Luften som er sammentrykket i ballongen, har en stillingsenergi, men lar vi luften strømme ut av en åpning i ballongen og holder hånden foran åpningen, vil vi merke en kraft av luftstrålen. Luftens stillingsenergi er blitt omsatt i bevegel­ sesenergi. Hastigheten som dampen strømmer

235

ut av kjelen med eller luften ut av ballongen, er bestemt av forskjellen i trykk inne i kjelen (bal­ longen) og utenfor åpningen. Når dampen strømmer ut av en åpning, vil den samtidig undergå en ekspansjon, dens varmeinnhold synker. Kaller vi forskjellen i dampens varmeinnhold før og etter ekspansjonen, varmefallet, for h regnet i kcal/kg, vil dampen strømme ut med en hastighet c i m/sek. Hastigheten kan beregnes etter følgende formel: c = 91,5 | h. Er varmefallet h f. eks. 10 kal/kg, vil hastigheten bli 290 m/sek. Som nevnt vil ekspansjonen i praksis aldri foregår isentropisk, det blir alltid tap — slik at den virkelige hastighet kanskje bare blir 270 m/sek. Dampens bevegelsesenergi blir mindre ved en polytropisk ekspansjon enn ved den isentropiske. Vi har altså tapt en del energi ved ekspansjonen, i form av friksjon mellom dampstrømmen og åpningens vegger og som hvirvler i dampstrommen. I dampturbinen er hovedoppgaven a omsette dampens ekspansjon til mekanisk arbeid med minst mulige tap. Når dampen fra en kjel strømmer gjennom en åpning, som vi her vil kalle et munnstykke, får vi to tilfelle: 1. Trykket etter munnstykket er større enn 0,53 av kjeltrykket ved overhetet damp og 0,57 av kjeltrykket ved mettet damp. 2. Trykket etter munnstykket er mindre enn 0,53 av kjeltrykket ved overhetet damp og 0,57 av kjeltrykket ved mettet damp. I tilfelle 1 vil damptrykket i utløpet av munn­ stykket blir det samme som trykket etter munn­ stykket. Senker vi så trykket utenfor munnstyk­ ket, vil hastigheten gjennom munnstykket øke inntil trykket etter munnstykket har nådd en verdi som er 0,53 av kjeltrykket for overhetet damp, eller 0,57 av kjeltrykket for mettet damp. Senker vi mottrykket mer, vil ikke hastigheten i munnstykket øke. Vi kaller derfor forholdet mel­ lom trykkene foran og etter munnstykket for kritisk trykkforhold, og damphastigheten for kritisk hastighet. Damphastigheten er da like stor som lydhastigheten i dampen ved den damptilstand som vi har i munnstykket. Forholdet mellom damphastigheten og lydhastigheten kalles for Mach-tallet. Ved den kritiske hastighet har vi altså et Mach-tall lik 1. Ved kritisk hastighet vil man ved utløpet av munnstykket få en plutselig ekspansjon av dam­ pen uten at hastigheten oker. Vil vi øke damp-

236

Ragnar Molvik: Dampturbiner

hastigheten ytterligere, må vi gi munnstykket en utvidet form (se fig. 3b). Oppfinneren av dette munnstykket var svensken de Laval, og munn­ stykket kalles derfor «Lavalmunnstykket» eller «Lavaldysen». Fig. 3a viser dampstrømning gjennom et vanlig munnstykke, og fig. 3b viser strømning gjennom Lavalmunnstykket. Munnstykket uten utvidelse gir stort tap med hvirveldannelse ved utløpet. Dampens bevegelsesenergi går hoved­ sakelig tapt som friksjonsvarme, og hastigheten i utløpet kan aldri bli større enn lydhastigheten i dampen med samme trykk og temperatur. Ved den utvidede form av munnstykket vil dampens ekspansjon foregå med lite hvirveltap, og nesten hele forskjellen i dampens varmeinn­ hold før og etter munnstykket blir omsatt i be­ vegelsesenergi. For lettere å forstå betydningen av «Laval­ munnstykket», tar vi et lite regne-eksempel. Vi har mettet damp av 2,5 ata med et varme­ innhold av 648 kcal/kg. Dampen skal brukes i en dampturbin som ved innløpet skal ha en damphastighet på 750 m/sek. Til dette svarer en for­ skjell i varmeinnhold for og etter ekspansjonen gjennom munnstykket på 73 kcal/kg når strømningstapet tas i betraktning. Lydhastigheten i dampen beregner vi til 600 m/sek. Vi har et Machtall på 750 : 600 = 1,25. Dette sier oss at vil vi oppnå 750 m/sek på dampen, må vi velge et lavalmunnstykke. I praksis kan rette munnstykker brukes for et

Mach-tall opptil 1,15. Da et rett munnstykke er mye lettere å framstille enn et lavalmunnstykke, holdes hastigheten der det er mulig, mindre enn Mach == 1,15.

Fig. 3. a) Utstrømning gjennom et rett munnstykke. Kraftig hvirveldannelse og stort tap. Hastigheten kan aldri bli større enn den kritiske, b) Utstrømning gjennom «lavalmunnstykket». Liten hvirveldannelse og små tap. Ekspansjonen tilnærmet isentropisk. Hastigheten større enn den kritiske.

DAMPTURBINENS VIKTIGSTE DELER F or vi går over til å tale om arbeidsmåten for de forskjellige dampturbiner, skal vi nevne de viktigste delene en dampturbin er bygd opp av. På fig. 4a er vist en turbin som er snittet på langs gjennom akselen. Den delen av turbinen som står fast og omslut­ ter alle roterende deler, kalles for turbinhuset. Dette er nesten alltid av stopestål for å kunne motstå det høye trykket. Turbinhuset blir gjerne delt vannrett i høyde med akselens senterlinje, og de to halvdelene — den øvre og den nedre — blir skrudd sammen med kraftige bolter. På turbinhuset er påstøpt åpninger for damptillop, og dessuten små åpninger der man fester instru­ menter for måling av trykk og temperatur.

Aksel med påfestede turbinhjul med skovler kalles rotoren. Rotoren kan ofte være smidd i ett stykke, spesielt når det gjelder turbiner der det brukes damp av høyt trykk og høy temperatur, og for særlig små turbiner med liten hjuldiameter. Rotorakselen stikker ut gjennom åpninger i begge ender av turbinhuset og hviler på et lager i hver ende. Lagrene for rotoren er oftest festet til turbinhusets nedre halvdel, og tjener til å bære rotoren og holde den i riktig stilling i forhold til turbinhuset. I åpningene der rotorakselens ender går igjen­ nom turbinhuset, vil det alltid bli lekkasje av damp, fordi akselen ikke kan komme i berøring med sidene i hullet. Da ville den bli varm av

237

Dampturbinens viktigste deler

Fig. 4 a) Aksjonsturbin med 2 trin, b) Detalj av labyrinttetning. c) Trykk- og hastighetsvariasjon gjennom turbinen.

friksjonen under gang. For å minske lekkasjen langs akselen blir det satt inn tynne kammer i turbinhuset og til dels også i akselen. Kammene blir gjort skarpe i kanten og avstanden fra akse­ len blir holdt så liten som mulig, ca. 0,2 mm. En slik tetningsanordning kaller vi for en labyrint­ tetning, da dampen som strømmer ut, må gå som i en labyrint. Helt tett kan naturligvis tetningen ikke bli, men den kan redusere lekka­ sjen til et minimum som er uten praktisk betyd­ ning. På fig. 4b er vist detalj av en labyrint­ tetning som forekommer i begge ender av turbin­

huset og i deleveggen mellom turbintrinnene. For å hindre at luft lekker inn i turbinhuset der hvor trykket er lavere enn atmosfæren, blir damp av ca. 1,2 ata ledet inn i et kammer mellom kammene i labyrinttetningen. Dampen som ledes inn, kalles sperredamp, da den skal sperre for innstrømmende luft. Noe av sperredampen vil da lekke inn i turbinhuset, og noe går den andre veien og ut i atmosfæren. Sperredampen blir ofte tatt fra labyrinttetningen i turbinens høytrykksende. Dampen som lekker ut av tetningen, blir fortettet til vann. På den måten vinner man igjen

238

Ragnar Molvik : Dampturbiner

vannet og varmen som lekkasjedampen rep­ resenterer. På fig. 5 er vist skjematisk hvorledes man fører inn sperredampen i tetningene. Ved stans av turbinen må man ha anledning til å tilføre tetningene sperredamp utenfra, da det ikke er damp på turbinhuset som kan brukes. Turbinhjulene (fig. 4a) er festet på akselen ved hjelp av kiler for at de ikke skal løsne når de kommer i rotasjon. Skovlene er festet på hjulenes ytterkrans, enten ved sveising eller ved at enden er presset inn i spor langs skivenes ytterkant. På fig. 6 er vist tverrsnitt av skovler og dyser sett inn mot hjulenes sentrum. Den delen der dampen blir ledet inn på skov­ lene i første hjulet, kalles for innløpsmunnstyk­ kene eller innløpsdysene. På enkelte typer turbi­ ner kalles de faststående ledeapparatene også for ledeskovler, i motsetning til dem som er festet på hjulet. Disse kalles lopeskovler. Ledesteglenev

skal lede dampen riktig mot skovlene på hjulet. Innløpsdysene og det første hjulet i turbinen kalles turbinens 1. trin. Etter at dampen har passert gjennom skovlene i 1. hjulet, kommer den til en faststående vegg som også har ledeskovler eller munnstykker. Denne veggen er delt på samme måte som nevnt for turbinhuset, slik at den øvre halvparten sitter fast i øvre del av turbinhuset og den nedre halvdel i nedre del av huset. Deleveggen kalles ganske enkelt for mellomveggen, da den tjener som skille mellom de forskjellige hjul. Mellomveggen med munnstyk­ ker eller ledeskovler og det neste hjul på rotoren kalles turbinens 2. trin. En dampturbin kan ha 8—10 trin på en rotoraksel. Er det nødvendig å bruke flere trin av hensyn til økonomien og driftssikkerheten, lar man dampen ekspandere i to turbiner etter hverandre. Den ene, som får dampen direkte fra kjelen og derfor har høyest damptrykk, kalles hoytrykkturbinen, mens den andre, som får damp fra høytrykksturbinens avløp, kalles for lavtrykksturbinen. Skipsturbiner blir nesten alltid bygd på denne måten.

Fig. 6. Tverrsnitt av innløpsdyser og skovler.

DAMPTURBINENS ARBEIDSPRINSIPP Aksjonsprinsippet I Brancas maskin, som ble nevnt i innlednin­ gen, strømmet dampen gjennom et faststående munnstykke før den kom i berøring med de be­ vegelige skovlene på turbinhjulet, der den avga sin energi. Dampen driver hjulet rundt på grunn av sin

bevegelse eller aksjon, og en turbin som arbeider etter dette prinsippet, kalles for en ren aksjonsturbin. Etter at dampen har strømmet ut av munnstykket og virker på skovlene, har den hele tiden samme trykk. Med andre ord, dampen har likt trykk overalt mens den er i berøring med

Dampturbinens arbeidsprinsipp

løpeskovlene. En slik turbin blir derfor gjerne også kalt for liketrykksturbin (tysk: Gleichdrucksturbine). I de engelsktalende land kalles en slik turbin for «impulse turbine», impulsturbin. Tur­ binen blir drevet av impuls eller støt fra dampstrålen. Som et eksempel på at aksjonsprinsippet er nyttet til drift av maskiner, kan nevnes den gammeldagse kvernkallen. Her blir en vannstråle rettet mot skovler som er festet på et hjul med vertikal aksel. Kraften i vannstrålen driver kvernkallen rundt. Vannet til kvernkallen blir ledet gjennom rør fra et basseng, og vannmeng­ den blir regulert med et spjeld i enden av roret. Jo større høydeforskjellen er mellom basseng og kvernkall, jo storre blir vannhastigheten. Kaller vi høydeforskjellen mellom vannflaten i bassen­ get og rørets utløpsåpning ved kvernkallen for H målt i meter, vil vi kunne beregne vannhastig­ heten v i m/sek etter formelen v = 4,44 j/H. Sammenligner vi denne formel med formelen for damphastighet, ser vi at de er svært like. Vi kan derfor si at forskjellen i høyde i meter mellom vannbasseng og utløpsende av rør, svarer til for­ skjellen i dampens varmeinnhold før og etter gjennomstrømning av en åpning.

Tenker vi oss at det istedenfor vann strømmer luft gjennom røret mot kvernkallens skovler, men med samme hastighet, vil kraften på skov­ lene bli mye mindre. Øker vi så lufthastigheten, vil vi, ved en bestemt hastighet, ha samme kraft på skovlene som av vannstrålen. Vi ser at vi kan få samme kraft om vi bruker stor hastighet og en lett væske (luft eller damp) som når vi bruker liten hastighet og en tung væske (vann). Vann­ strålen eller luftstrålen vil virke på skovlene med

239

vingene og avgir noe av sin energi, som blir om­ formet til mekanisk arbeid. En vindmølle blir utført med store vinger for at mest mulig luft skal kunne nyttes. Da det her oftest er tale om små stromningshastigheter, 7—12 m/sek., må det store luftmengder til for å gi nok kraft til f. eks. drift av en pumpe. Vi tenker oss en innretning som vist på fig. 7. Sender vi en vannstråle mot vognen, vil den øve et trykk som vi måler ved at vi henger lodder i snoren og ser hvor mye vi må henge på for a holde vognen i ro. Vannet som i fig. 7a treffer vinkelrett mot vognen, vil bli slynget ut til sidene, og den levende kraft, eller bevegelses­ energien som vannet hadde da den traff vognen, vil gå tapt som hvirvler og friksjon mellom van­ net og vognen. Vi får ikke utfort noe nyttig arbeid av vannstrålen. For å få utfort nyttig arbeid må vognen skyves framover av vann­ strålen. Tar vi så bort loddet i snoren og lar vannstrålen skyve vognen, vil en del av vann­ strålens bevegelsesenergi gå med til å flytte vog­ nen, resten vil gå tapt i form av hvirvler og friksjon. I dette tilfelle har vi fått utfort et ar­ beid, vognen er flyttet fra ett sted til et annet. Vannstrålen øver et trykk på vognen også når den er i bevegelse, men trykket minker etter hvert som vognens hastighet øker, og må natur-

en kraft: K = - (Vi-j-V2) i kg. G er vekten s av den væskemengde som pr. sek. strømmer mot skovlene, g er tyngdens akselerasjon i m/sek2, V er strålens hastighet ved innløp til skovlene, V2 er hastigheten ved utløp av skovlene i m/sek. Multipliseres K med skovlenes periferihastighet G u i m/sek, får vi: N = — (Vj-^V^ilsoiii er vannstrålens eller luftstrålens ytelse på skovlene i kgm/sek. Da en hestekraft er 75 kgm/sek, blir ytelsen i hestekrefter: N = -—- (Vx 4- V2) uhk.

Damp er mye lettere enn vann og må derfor ha mye større hastighet for å gi den samme kraft som en vannstråle. Et annet eksempel der aksjonsprinsippet er nyttet, er vindmollen. Luften strømmer mot

Fig. 7.

240

Ragnar Molvik: Dampturbiner

ligvis bli lik null når vognen går like fort som vannstrålen. Utfører vi vognens sideflate som en krumning (fig. 7b), vil vi få en betydelig storre kraft ut av vannstrålen. Vannet treffer vognen slik at det blir minst mulig tap og forlater den i motsatt retning. Måler vi nå kraften fra vannstrålen, er den dobbelt så stor som i tilfelle a. Bytter vi nå vognen med turbinskovlen, og vannstrålen med en dampstråle fra et innløpsmunnstykke eller en ledeskovl, får vi helt til­ svarende forhold. Dampen strømmer med stor hastighet mot skovlene på turbinhjulet og driver det rundt. Hovedoppgaven blir i dette tilfelle å overføre mest mulig av dampens energi til skov­ lene. Dette oppnår man ved å gi skovlene en gunstig form. Beregning og forsøk viser at man får minst tap ved å gjøre skovlene krumme (se fig. 7b, og fig. 6). Dessuten må man avpasse damphastigheten slik i forhold til skovlhastigheten at dampens utløpshastighet av skovlene blir så liten som mulig. Tenker vi oss en damphastighet cx mot skov­ lene på 400 m/sek og skovlene beveger seg med u = 200 m/sek, vil dampens hastighet i forhold til skovlen være wx = 400 -j- 200 = 200 m/sek. Når dampen forlater skovlen, vil den også ha en hastighet på w2 200 m/sek. i forhold til skovlen. Men da skovlen beveger seg med 200 m/sek, må damphastigheten c2 ved utløp av skovlen være null i forhold til turbinhuset. Dampstrålens bevegelseseneigi ved utløpet av skovlen er også null, og vi har utnyttet dampens bevegelses­ energi ved skovlinnlopet fullt ut. Altså får vi størst utnyttelse av dampenergien i en aksjonsturbin når skovlhastigheten er det halve av damphastigheten. Skovlhastigheten er avhengig av turbinens omdreiningstall og avstanden fra skovl til rotorens senterlinje. Skovlhastigheten vil altså være større i skovlens ytterste ende enn inne ved festet. Når vi snakker om skovlhastighet, mener vi den midlere hastighet, midt i skovlen. I praksis kommer ikke dampstrålen inn på skovlen i samme retning som denne beveger seg, men noe skrått inn fra siden. Vi får i prak­ sis den beste utnyttelse av dampstrålens energi hvis skovlhastigheten er ca. 0,45 av dampha­ stigheten. Dampens utstrømningshastighet er, som tid­ ligere nevnt, avhengig av forskjellen i dampens varmeinnhold før og etter ekspansjonen. Hvis vi f. eks. har mettet damp av 10 ata og lar den strømme gjennom et Lavalmunnstykke mot

atmosfæren, vil vi få en damphastighet på ca. 900 m/sek. Senker vi mottrykket mer, vil damp­ hastigheten øke. Ved moderne dampturbinanlegg brukes en damptilstand ut fra kjelens overheter på 84 ata med damptemperatur ca. 510°C. Fra denne damptilstand ekspanderer dampen gjen­ nom turbinen ned ti] et kondensatortrykk på ca. 0,05 ata. For å begrense damphastigheter og skovlhastigheter til tillatelige verdier, må ekspansjonen ned til kondensatortrykket foregå i flere trinn. Hvis f.eks. damp av 40 ata og 450°C ekspande­ rer ned til 0,05 ata i ett trinn, vil man få en teore­ tisk damphastighet på ca. 1500 m/sek. Skulle vi utnytte denne damphastighet effektivt i ett turbintrinn, måtte vi ha en skovlhastighet på ca. 680 m/sek. En slik skovlhastighet ville ingen av de materialer vi nå kjenner tåle, da sentri­ fugalkreftene selv på en liten skovl på 50 gram og med en hjuldiameter på 0,6 m ville utgjøre ca. 7800 kg, altså mer enn 150.000 ganger skov­ lens egen vekt. Har vi så 150 skovler rundt hjulets omkrets, ville kreftene på hjulet bli enormt store. Hjulet ville bli slitt i stykker, og stykkene ville bli slynget ut med en geværkules hastighet. Grensen for det som kan tillates av skovlhastigheter, settes til ca. 350 m/sek. Det er derfor nødvendig å konstruere turbinen slik at man får god utnyttelse av dampenergien, sam­ tidig som skovlhastigheten ikke blir større enn det materialet i skovler og rotor kan tåle. Vi har da to muligheter å velge mellom, og begge blir også brukt i en og samme turbin. Den ene mulighet er å dele opp trykkforskjel­ len mellom kjel og utløp av turbin i flere trin, såkalte trykktrin. Løsningen består i at man istedenfor å la dampen ekspandere fra kjeltrykket til mottrykket i ett munnstykke, deler opp ekspansjonen i flere deler. En gruppe munnstyk­ ker etler ledeskovler med et etterfølgende turbin­ hjul utgjør da ett trykktrin i turbinen. Fig 4a viser en slik turbin med to trykktrin. Dampen ekspanderer fra kjeltrykk foran innløpsdysene og til et trykk som ligger lavere enn kjeltrykket. På diagrammet, fig. 4c, ser vi hvorledes damptryk­ ket og hastigheten varierer gjennom turbinen. Samtidig med at damptrykket avtar ved strøm­ ning gjennom innløpsdysene, øker damphastig­ heten. Trykket vil holde seg uforandret gjennom løpeskovlen (liketrykksturbinen), samtidig med at damphastigheten minker. Gjennom første mellomvegg vil dampen så ekspandere videre ned mot turbinens mottrykk samtidig med at damp­ hastigheten oker igjen for så å minske ved strøm­

Dampturbinens arbeidsprinsipp

ning gjennom løpeskovlene. De fleste moderne skipsturbiner som arbeider etter aksjonsprin­ sippet, blir utført med trykktrin. Trykktrinenes antall avhenger av kjeltrykket og mottrykket, med andre ord av forskjellen i dampens varmeinnhold før og etter turbinen. Det vanlige er at en skipsturbin utføres med 8—10 trykktrin i høytrykksturbinen og det samme antall i lavtry kksturbinen . Den andre mulighet for å utnytte høytrykksdampens energi med rimelig skovlhastighet er å dele opp prosessen i flere hastighetstrin. Vi kan forklare metoden på følgende måte: Lar vi et turbinhjul gå med så liten hastighet i forhold til damphastigheten at dampens utlopshastighet av skovlen er storre enn skovlhastigheten, kan vi ved hjelp av en vendeskovl vende dampstrommen igjen og la den virke på en annen skovl ved siden av den første og dei avgi resten av sin bevegelsesenergi. Fig. 8 viser en slik turbin med innløpsmunnstykker, løpeskovler og vendeskovler. De to skovlrekkene blir alltid festet på samme hjul. Metoden har fått navn etter ameri­ kaneren Curtis, og hjulet kalles curtishjul (utt. kørtishjul). På figuren er vist hvorledes dampens trykk og hastighet varierer gjennom curtishjulet. Dampen ekspanderer i innlopsmunnstykkene fra kjeltrykket og ned til turbinens mottrykk, samtidig med at hastigheten oker. Ved strømning gjennom første skovlrekke minsker hastigheten en del, dampen strømmer inn i de faststående vendeskovler, der strømretningen blir forandret og dampen ledes inn i annen hjulrekke. Fra siste løpeskovlrekke strømmer dampen ut med minst mulig hastighet. For å utnytte dampens bevegelsesenergi fullt ut må skovlhas­ tigheten u være 1/4 av dampens innløpshastighet cx til første skovlrekke. I et curtishjul kan vi derfor godt bruke en damphastighet ved inn­ løpet på 1000 m/sek. og mer, og likevel få mak­ simal utnyttelse av dampenergien. Vi sier at et curtishjul med to skovlrekker har to hastighets­ trin. Det blir også laget curtishjul med tre hastig­ hetstrin. Den gunstigste skovlhastighet er da 1/6 av damphastigheten foran første skovlrekke. Curtishjulet blir i dag hovedsakelig brukt til drift av pumper og elektriske generatorer om­ bord i skip, og da helst ombord i krigsskip, der det er trangt om plass og der økonomien spiller en underordnet rolle. Etter dette skulle man tro at man ved høye kjeltrykk kan la dampen ekspandere ned til mottrykket i ett hastighetstrin og deretter ut­ nytte dampens bevegelsesenergi i et curtishjul 16 — Teknikk III

241

Fig. 8.

med flere skovlrader. Men så enkelt er det ikke. Friksjonstapet mellom dampen og dyser og skovler øker med damphastigheten, så turbinen ville bli uøkonomisk. Curtis foreslo i sin tid å dele opp ekspansjonen i 2—3 trykktrin og så dele opp hvert trykktrin i 2—3 hastighetstrin. I Amerika ble noen skipsturbiner bygd på denne måten,

242

Ragnar Molvik: Dampturbiner

men de gikk snart av bruk, da de ikke kunne konkurrere økonomisk med turbiner med bare trykktrin. De aksjonsturbiner som blir bygd i dag, blir ofte utfort med et to-radet curtishjul som første trykktrin, og så resten av turbinen som

enkle hjul med en skovlrad. Hensikten med curtishjulet her er å la dampen ekspandere ned til et forholdsvis lavt trykk i begynnelsen av tur­ binen, slik at resten av turbinen arbeider med lave trykk. Antallet av trykktrin blir da mindre, turbinen blir kort og dermed billigere og lettere.

Reaksjonsprinsippet Hvis væske eller gass strømmer ut av et munn­ stykke med større hastighet enn den har foran munnstykket, må det finnes en kraft som virker i strålens retning og som har vært årsak til hastig­ hetsøkningen i væske- eller gasstrømmen. Kraf­ ten som forårsaker hastighetsøkningen eller akselerasjonen, er trykket foran munnstykket, som er større enn etter munnstykket, ellers ville ikke væsken eller gassen strømme ut. Enhver kraft som virker på et legeme, aksjonskraft, framkaller en motsatt rettet kraft, som kalles reaksjonskraft. Reaksjonskraften er alltid like stor og motsatt rettet av aksjonskraften. Reaksjonskraften opptrer bare der det er tale om en hastighetsforandring. For å forklare dette nærmere tar vi som eksempel en vannslange med et munnstykke i enden. Lar vi vann strøm­ me gjennom slangen med stor hastighet, merker vi en reaksjonskraft, da vannets hastighet øker i og med at det strømmer gjennom det tran­ gere munnstykket. Reaksjonskraften fra munn­ stykket vil virke i motsatt retning av vannstrå­ len, som nevnt ovenfor. Et annet eksempel på at vi merker reaksjons­ kraften, er når vi fyrer av et geværskudd. Kraf­ ten fra geværet bakover når skuddet går av, er en reaksjonskraft fra prosjektilet, som får en hastighetsforandring fra null inne i geværet og til en stor hastighet ved utgangen av lopet. Vannets reaksjonskraft kan ellers nyttes til å drive apparater for hagevanning. Utnyttelse av dampens reaksjonskraft for omforming av varmeenergi til mekanisk arbeitl er det andre hovedprinsippet for dampturbinens konstruksjon. Også i dette tilfelle gjelder det å utnytte dampens hastighet fullt ut for å få utført størst mulig arbeid. Dampens reaksjonskraft øker med hastighetsforandringen. Det gjelder derfor å få dampens utløpshastighet størst mulig, eller å ha hastigheten foran munnstykket minst mulig, da det er differansen mellom hastighetene før og etter munnstykket det kommer an på. Det er bygd turbiner der man har forsøkt å lede dam­ pen inn til dysene gjennom hull i turbinens aksel, for så å føie den ut til dyser festet til kanten av

Fig. 9. Ren reaksjonsturbin. Dampinnlop gjennom den hule aksel. Damputlop fra skovlene, som pilene viser.

turbinhj ulet og der la den strømme ut med stor hastighet. Slike turbiner har vist seg å være uøkonomiske, og har fått liten anvendelse. De er hva vi vil kalle rene reaksjonsturbiner. Fig. 9 viser en slik turbin. Istedenfor å lede dampen til utløpsdysene gjennom den hule akselen, fant da engelskmannen Parsons på å lede dampen inn i løpeskovlene ved faststående skovler. Dampen ekspanderer først i de faststående skovlene, der den får en viss hastighet. Dampen strømmer så inn i de bevegelige skovlene, der den ekspanderer videre og strømmer ut med stor hastighet. Reak­ sjonskraften på grunn av økningen av damp­ hastigheten i løpeskovlene virker tilbake på skovlene og driver turbinrotoren rundt. Dette er virkemåten hos det vi kaller en reaksjonsturbm. Engelskmennene kaller en slik turbin for «impulse-reaction-turbine» (utt. impøls-riæksjn-tørbin). Dette er en riktig betegnelse, da ikke bare reaksjonskrefter virker på løpeskovlene, men også impuls- eller aksjonskrefter fra dampstrømraen fra de stillestående ledeskovlene.

Dampturbinens arbeidsprinsipp

243

C

Fig. 10. a) Reaksjonsturbin med 7 trin, b) Skovleprofiler for ledeskovler (Le) og lopeskovler (Lø). Sammenlign disse skov­ lene med skovlene i fig. 6. c) Hastigbetsog trykkvariasjon gjennom turbinen.

I fig. 10a er vist et lengdesnitt gjennom en reaksjonsturbin. De stillestående ledeskovlene er festet på innsiden av turbinhuset, mens løpeskovlene er festet til rotoren, som her har form av en trommel. Arbeidsprinsippet er altså føl­ gende: Dampen kommer inn i turbinhuset ved åpningen A. Den strommer så gjennom første raden av faststående ledeskovler, der den eks­ panderer og strømmer mot de etterfølgende beve­ gelige skovlene på trommelen. Her blir dampens bevegelsesenergi omsatt til mekanisk arbeid, som i en aksjonsturbin. I de bevegelige ledeskovlene ekspanderer dampen videre, strømmer ut og

virker tilbake på skovlene, der dens reaksjons­ kraft blir omsatt til mekanisk arbeid. Som vi ser av fig. 10b, blir lede- og lopeskovler laget med samme profil. Dette letter framstillin­ gen av skovlene. Når dampen strømmer gjennom turbinen, øker dens volum, samtidig med at trykket synker. Skovllengden må derfor økes tilsvarende forat hastigheten ikke skal bli for stor i turbinens siste trin. Skovllengden kan imidlertid ikke økes utover en praktisk grense som bestemmes av trommelens diameter. Blir skovllengden for stor, må trommeldiameteien økes slik at skovllengden blir rimelig.

244

Ragnar Molvik: Dampturbiner

En plutselig diameterøkning av trommelen (fig. 10) er ikke heldig, da dampen får en plutselig hastighetsforandring som forårsaker tap i hvirv­ ler i dampen. På moderne dampturbiner blir ommelen gjort konisk, med jevnt økende diau eter bakover, slik at økningen i skovllengden blir liten. Se fig. 27 og 28. I reaksjonsturbinen er det alltid en trykkfor­ skjell over løpcskovlkransene, i motsetning til aksjonsturbinen, der damptrykket er det samme både før og etter løpeskovlene. Fig. 10c viser variasjonen av trykk og absolutt hastighet gjennom turbinen. Ekspansjonen (trykkminkingen) foregår både i lede- og løpeskovlene. Som folge av trykkforskjellen over løpeskov­ lene i reaksjonsturbinen vil damp strømme forbi skovlenes ytterende ved turbinhuset. Denne lekkasjedampen vil ikke gjore noe arbeid i skov­ lene, og blir regnet som tap, lekkasjetap. For å minske lekkasjetapet blir avstanden mellom løpeskovlendene og turbinhuset gjort så liten som mulig, og skovlene blir ofte utstyrt med skarpe kanter. Kantene virker som en labyrinttetning av samme type som brukes ved gjennomføring av rotor akselen gjennom turbinhuset. Det kreves grundige beregninger og god erfaring for å velge spaltene mellom skovler og turbinhus riktig. Man må ta hensyn til ulik varmeutvidelse av rotor og hus og vibrasjoner i rotor. Hvis rotoren skulle boye seg som følge av ujevn oppvarming, må spaltene ikke være så små at skovlene tar bort i veggen i turbinhuset. Dessuten skal spalten være minst mulig av hensyn til lekkasjetapet. Som følge av trykkforskjellen over de forskjel­ lige skovlradene vil rotoren bli trykket i samme retning som dampen strømmer. Når det gjelder store turbiner, kan denne kraften utgjøre flere tonn. For å forhindre at rotoren skyves over til den ene side av turbinhuset slik at lede- og løpeskovler tar bort i hverandre, blir det i rotorens innlopsende plasert et utjevningsstempel. Stemp­ let dimensjoneres slik at dampkraften på det er like stor som den som forårsakes av trykkfor­ skjellen over skovlradene. Utjevningsstemplet roterer sammen med rotoren, og er oftest bygd sammen med denne. Det må derfor være labyrinttetninger på stemplets ytterkant. En del damp vil uunngåelig lekke forbi stemplet gjennom labyrinttetningene. Lekkasjedampen her, som vi ikke kan få nyttiggjort, ledes via et rør til turbi­ nens avløpsdel, slik at man får samme trykkfor­ skjell mellom stemplets begge sider som mellom turbinens innløps- og avløpsdel. Når det gjelder moderne reaksjonsturbiner,

bygges sjelden hele turbinen med reaksjonstrin, fordi skovlene i de første trin ville bli små og spalttapet bli stort, da spalten mellom skovlene og turbinhuset er omtrent like store både for lange og korte skovler. Turbinen blir da gjerne bygd med et aksjonshjul først i turbinen, dvs. et Curtishjul, med stor diameter, og så resten av turbinen med bare reaksjonstrin. Ved sin ekspansjon i de faststående ledeskovlene gir dampen fra seg en varmemengde som vi kan kalle h15 mens den i løpeskovlene gir fra seg en varmemengde som vi kaller h2. Den samlede varmemengde som dampen gir fra seg i en ledeskovlrekke pluss en løpeskovlrekke, dvs. ett trin,

blir da h, -j- h2. Forholdet

° kalles

reaksjonsgrad og betegnes med den greske bok­ stav q (utt. ro). Reaksjonsgraden blir oppgitt i % og sier hvor stor varmemengde dampen avgir i løpeskovlene i forhold til den totale avgitte varmemengde i hele trinet. I en parsonturbin blir reaksjonsgraden ca. 50 %, da de avgitte varme­ mengder i ledeskovler og løpeskovler er tilnærmet like store hx h2. I den rene reaksjonsturbinen er reaksjonsgraden 100 %, da dampen avgir hele varmemengden i lopehjulet. I den rene aksjons­ turbinen er reaksjonsgraden null, da all ekspan­ sjon foregår i de faststående ledeskovlene eller i munnstykket, og ingen ting i løpeskovlene. Som omtalt under avsnittet om aksjonsturbi­ nen, gjaldt det at damphastigheten var minst

Tap i dampturbinen

mulig eller helst lik null ved utløp av løpe­ skovlene. I aksjonsturbinen måtte vi inn på løpeskovlene ha en damphastighet som var ca. 2 ganger skovlhastigheten. Ut av løpeskovlene ville vi da få en damphastighet som var null. For en reaksjonsturbin med 50 % reaksjonsgrad må utløpshastigheten av ledeskovlene være lik skovlhastigheten for å få null hastighet ved utløp av løpeskovlene og dermed full utnyttelse av dampenergien. I dette tilfelle ville løpeskovlene bli påvirket bare av dampens reaksjonskraft, ikke av impuls fra dampstrommen inn på løpeskovlene. I moderne reaksjonsturbiner blir damphastig­ heten ved innløp til løpeskovlene valgt ca. 1.2 ganger skovlhastigheten. og dampstrommen vil derfor også avgi en del av sin energi i form av impuls til løpeskovlene. Ved siden av de to hovedtyper av dampturbi­ ner som vi allerede har nevnt, finnes en tredje type, som nærmest kan sammenlignes med reaksjonsturbinen. Vi kan forklare arbeidsprin­ sippet for denne turbin om vi tenker oss at huset i en reaksjonsturbin var opplagret på en aksel,

245

slik at når dampen strømmer gjennom turbinen, vil huset rotere med samme hastighet, men i motsatt retning av rotoren. I Ljungstromturbinen blir dampen tilført i sentrum av turbinen og strømmer radielt utover. Skovlene er festet til to motliggende turbinskiver, og skovlkransene for de to skivene er konsentriske. Da skovlene roterer hver sin vei, blir hastigheten mellom skovlene på de to skivene dobbelt så stor som den absolutte skovlhastighet. Dette gjør at man trenger bare halvparten så stort omdreiningstall for Ljungstromturbinen som for Parsonturbinen for å få den samme relative skovlhastighet. Ljungstrbmturbinen brukes nesten utelukkende som stasjonærturbin til drift av elektriske generatorer. Turbinen blir da i hver ende koplet til en genera­ tor som roterer hver sin vei. Som skipsturbin har Ljungstromturbinen fått liten anvendelse. I fig. 11 er vist et lengdesnitt gjennom en Ljungstromturbin. Denne turbintype kalles radialturbin da dampen strømmer radielt i motsetning til dem vi tidligere har nevnt som kalles aksialturbiner med aksiell dampstrøm.

TAP I DAMPTURBINEN friksjonstap ved dampens strømning. Stottapet kan minskes ved at lopeskovlenes innlopskant gjøres avrundet. Friksjonstapet minskes ved at skovlenes overflate gjøres så glatt som mulig. Tap i løpeskovlene senker damphastigheten og øker dampens varmeinnhold ved utløpet av skovlene. Spesielt i turbinens høytrykkstrin kan disse tap bli store, normalt ca. 12 % av dampens teoretisk utnyttbare varmeinnhold.

(a) Innløpstap Vi skal nå kort nevne de viktigste tap som forekommer i en dampturbin, og se hva som kan gjøres for å minske dem. Vi begynner med innlopsdelen. Tap i munnstykker og ledeskovler oppstår ved friksjon mellom danippartiklene i dampstrommen og mellom dampstrømmen og veggene i kanalene. Som ved alle andre tilfelle ved bevegelse gjør friksjonen at hastigheten blir mindre enn vi får etter formelen c —91,5 ]/h. Den del av dampen som berører veggene i kanalene, har mindre hastighet enn midt i dampstrommen. Dette gjør at det oppstår hvirvler og tap. Størrelsen av tapet i munnstyk­ ker er avhengig av kanalstorrelsen, damphastig­ heten og av kanalens form, om den er rund eller firkantet. Man kan minske tapet ved å gjøre veggene i kanalene mest mulig glatte og ved å holde en moderat damphastighet. Tapet kan settes til ca. 3 % av den teoretisk utnyttbare varmeenergi i turbinen.

(c) Utløpstap Ved utløp av turbinens siste trin har dampen en hastighet som representerer et tap i form av en bevegelsesenergi som ikke kan utnyttes. Dette tap kan normalt settes til ca. 3 %. For å minske avlopstapet må dampen ha liten hastighet i siste trin, dvs. så stort gjennomstromningstverrsnitt som mulig med lange skovler. Skovllengden be­ grenses imidlertid av sentrifugalkrefter og materialspenninger i skovlene. Avlopstapet er derfor større i turbiner med høyt omdreiningstall, der man av styrkehensyn må ha korte skovler.

(b) Tap i lopeskovler Tapet i lopeskovler oppstår ved at dampstrålen støter mot kanten av skovlene. Ellers forekommer også — som ved munnstykkene —

(d) Ventilasjonstap Skovler som roterer i stillestående damp i turbinhuset, vil forårsake tap ved at dampen blir pisket av skovlene. Tapet kalles ventilasjonstap.

246

Ragnar Molvik: Dampturbiner

Det forekommer bare i turbinhjul der bare en del av skovlkransen blir påvirket av darapstrømmen fra de foranstående munnstykker eller ledeskovler, altså bare ved aksjonsturbiner som har det vi kaller partielt pådrag. Dampstrommen blir ikke ledet inn på hele skovlkransen. men på bare en viss prosent av omkretsen. Forholdet mellom den del av omkretsen som får dampstrom, og hele hjulets omkrets, kalles hjulets pådragsgrad og blir oppgitt i prosent. For skovlkranser med 100 % pådragsgrad er ventilasjonstapet null. Ventilasjonstapet kan altså minskes ved å gjøre pådragsgraden størst mulig, men for da ikke å få lengden av løpeskovler for liten (nedre grense ca. 10 mm), er man i de fleste til­ felle nødt til å velge partielt pådrag på de første hjulene i hoytrykksturbinen. (e) Lekkasjetap Lekkasjetap forekommer ved at damp lekker forbi skovlene og labyrinttetningene langs kanten av det roterende utjevningsstemplet ved reaksjonsturbinen. Ved aksjonsturbinen får man lekkasje gjennom tetningene mellom mellomvegger og aksel og tetningene i begge ender av turbinhuset. Ved hoye damptrykk kan lekkasjetapene være nokså store. Derfor blir turbiner for høye trykk utført med brede tetninger med mange kammer, se fig. 23.

(f) Tap ved fuktig damp I turbintrin som arbeider med fuktig damp, vil det oppstå ekstra tap på grunn av vannp artikler i dampen. Når vannpartiklene dannes, har de samme hastighet som dampen, men siden, når damphastigheten øker ved ekspansjon, følger vannpartiklene ikke med, men virker bremsende på dampstrålen ved friksjon. Dess­ uten slår vanndråpene mot baksiden på skovlene og virker bremsende på skovlbevegelsen. For å minske tapet ved fuktig damp blir det satt inn vannoppsamlere på mellomveggene i de siste trin av lavtrykksdelen i aksjonsturbinene, som vist på de Lavals lavtrykksturbin fig. 24. Dess­ uten kan fuktighetstapet minskes ved å varme opp dampen på nytt før den går til de siste trin av turbinen (mellomoverheting). (g) Andre tap Av andre tapsposter kan nevnes vanne som stråler ut og kjøler turbinhuset. Strålingstapet kan gjøres minimalt ved god isolasjon av turbin og rørledninger. Til isolasjon brukes mest asbestmasse og annet mineralsk materiale som tåler den høye temperaturen.

(li) Mekaniske tap Til mekaniske tap regnes friksjon i turbinlager og i lager for giroverføring osv. De mekaniske tap for et skipsturbinanlegg med gir utgjør ca. 3 °/0 av den utnyttede varmemengde. Ved dimensjonering av en dampturbin må alle tap som er nevnt her, tas med i beregningen, dels som teoretisk beregnede verdier og dels ved at de fastsettes på grunnlag av erfaring fra turbiner som er utført tidligere. Det er i den senere tid blitt drevet en intens forskning for å finne de nærmere årsakene til de viktigste tap i dampturbinen, og dermed få redusert dem til det minst mulige. Dels blir det framstilt nye smoreoljesorter som skal redusere friksjonstapene, og dels blir det gitt forslag til nye skovlformer for å minske strømningstapene i lede- og løpeskovler. Når vi kjenner tapene som forekommer i en dampturbin, kan vi tegne opp prosessen i et Molliers diagram eller I-S diagram. A i tar igjen for oss diagrammet fig. 2, og velger som eksempel en aksjonsturbin i tre trin som får damp av 10 ata og 250° C ved innløpet til første trin. I turbi­ nen ekspanderer dampen ned til 1 ata. I diagram­ met finner vi da igjen punktene A og C, som til­ svarer damptilstandene foran og etter turbinen. Dampens varmeinnhold ved innløpet til turbinen er 703 kcal/kg, og ved utløpet ca. 625 kcal/kg. Vi har da fått utnyttet 703 4- 625 = 78 kcal/kg. Ved en isentropisk ekspansjon har vi varmefallet 703 4- 600 = 103 kcal/kg. Den termodynamiske virkningsgrad for første trin er: hii

fltdi =

p

q

•

__

hi- og for 2. trm rltd2 =

åi2

•

Termodynamisk virkningsgrad for hele turbi­ nen blir da: i]td =

Tapet i første trin er da hx 4- hix og i annet trin h2 4- hi2. Det samlede tap er da: hx 4- hix -fh2 4- hi2 4* 1*3 ~r- hi3 = h 4- hi. Mekaniske tap regnes ikke med i r(td. Tar man de mekaniske tap med, må en fra var­ mefallet hi trekke den varmemengde som tilsvarer det mekaniske tap, og får da det effektive varmefall he. Turbinens effektive virk­

ningsgrad blir da: 7]e =

I ip er medregnet

alle tap fra dampen strømmer inn i turbinen til ytelsen avgis ved koplingen på turbinakselen. Ved at ekspansjonen blir delt opp i flere trin, vil den samlede isentropiske ekspansjon i de tre trinene bli noe større enn om hele ekspansjonen

Kondensatoren

foregikk i ett trin. Vi vinner en del varme på den måten, slik at det samlede isentropiske varmefall er ca. 1,03 . h = hj 4- h2 + ^3*

247

Tallet 1,03 kalles varmegjenvinningsfaktoren og betegnes i litteraturen med bokstaven m. Vi kan da sette generelt: h . m = 1^ + h2 + h3 osv.

KONDENSATOREN I et rom med fuktig luft som blir avkjølt ved at den kommer i berøring med en kald flate, vil vi merke at dampen fortetter seg og slår seg ned som dugg på den kalde flaten. A i ser dette daglig i bad eller kjøkkener med dårlig ventilasjon. Dampen fra det varme vannet blander seg med luften i rommet. Den fuktige luften kommer i be­ røring med de kalde vindusrutene, og dampen fortettes til små vanndråper på ruten. Luften, som ikke kan fortettes ved atmosfærisk trykk, blir avkjølt og synker ned, mens ny, fuktig luft strømmer til og avgir en del av sin fuktighet. Samtidig vil vi merke at glassruten blir varmere. Dampen har altså gitt fra seg en del varme, sam­ tidig som den gikk over til vann. A i sier at det

på vindusruten foregår en kondensasjon av damp til vann. Etter en stund vil duggingen opphøre. Luften har da avgitt så mye fuktighet at den er blitt tørret. Kjoler vi ruten utvendig med vann eller det kommer regn på ruten, vil duggingen begynne igjen. Kondensasjonen vil altså være sterkere jo kaldere glassruten er. Tenker vi oss at luften var pumpet ut av rommet så det var bare damp igjen, ville trykket ved ruten bli lavt i det øyeblikk dampen gikk over til vann. Det lave trykket ved ruten ville gjøte at ny damp ville strømme hurtig til fra alle kanter for å forsøke å jevne ut trykket, og resultatet ville bli en intens kondensasjon. Når det gjelder dampturbinens kondensator,

Fig. 12. Kondensator for skipsturbin.

248

Ragnar Molvik: Dampturbiner

har vi helt tilsvarende forhold. Fig. 12 viser en typisk kondensator for en skipsturbin. Den består av en beholder som tjener som oppsamler for dampen fra turbinen. Beholderen har innlopsstuss for dampen øverst, og et samlekar for kondensat på undersiden. Beholderen med dampinnløp og kondensatsamler kalles kondensatorskallet, og er oftest sammensveiset av stålplater. I hver ende av kondensatorskallet er satt plater av bronse, som danner endeveggene for skallet. Platene kalles rørplater, da de danner festet for en hel masse rør, rorsatsen, som er festet dels ved valsing inn i platen i den ene ende og festet med spesielle vanntette pakninger i den andre ende, som vist på detaljen fig. 12. Rørveggene danner den kalde flaten der dampen kondenserer seg. Utenfor rorplatene har vi to kammer for kjølevannet i kondensatoren. Det ene kammer har en skillevegg i midten, og i kammerets nedre del blir kjølevannet ført inn fra kjolevannspumpen. Kjølevannet strømmer fra nedre halvdel av kammeret gjennom nedre gruppe av kondensatorrørene til den andre enden av kondensatoren. Der blir vannet ledet over i øvre gruppe av rørene gjennom vendekammeret. Vannet sår så ut i øvre halvdel av første kammer og derfra ut i sjøen. Denne type av kondensator kalles en overflatekondensator. Dampen som strømmer ut av dampturbinens siste trin, veier praktisk talt like mye som den dampen som ble ledet inn i turbinens første trin, bortsett fra det som er lekket ut gjennom labyrinttetningene. Hvis vi ikke tok vare på avløpsdampen, kondenserte den og førte den tilbake til kjelen, ville kjelen tømmes ganske hurtig. Vi måtte i så fall fylle på reservefødevann og ville da få samlet salter og andre skadelige bestanddeler på kjelen. Vi skal forklare kondensatorens virkemåte nærmere. Avløpsdampen fra turbinen ledes gjen­ nom en kanal med stort tverrsnitt inn på kondensatoi skallet, der den treffer spredeplaten som skal hindre at varm damp slår direkte på de kalde kondensatorrorene. Spredeplaten fordeler dampen mest mulig over hele rorsatsen for å unngå at det blir stillestående partier som nedsetter kondensasjonen. Når dampen går nedover mellom de hundrer av tynne rør, vil den kondenseres til vann idet den berører den kalde rørveggen, som kjøles av det innvendig strømmende kjølevann. Kondensatet drypper fra rørene etter hvert som det slår seg ned, og samler seg i bunnen av kondensator­ skallet. For en skipskondensator legger man vekt på å

få kondensasjonen så effektiv som mulig uten nedkjøling av kondensatet under metningstemperaturen. Intens kondensasjon gjør at kjøleflaten kan gjøres liten og kondensatoren lett og bil­ lig. Dessuten må motstanden for dampen fra tur­ binen være så liten som mulig for å redusere mot­ trykket for turbinen. De forskjellige turbinfirmaer har hver sin måte å løse disse oppgavene på. Rorsatsen blir oppdelt i mindre rørbunter med åpninger imellom, der dampen fordeles over hele kjoleflaten. Kondensatoren må dessuten dimensjoneres slik at det kan holdes et lavt kondensatortrykk også i tropiske farvann, der kjølevannstemperaturen til sine tider kan være oppunder 30 °C. En kjøleflate på 0,1 til 0,12 m2 for hver hestekraft av turbinen regnes som normalt. En dampturbin på 12000 hestekrefter vil altså trenge en konden­ sator med en kjøleflate på 1200—1400 m2. Kjølevannets hastighet i kondensatorrorene har mye å si for kondensasjonen. Brukes stor kjolevannshastighet, kan kjoleflaten gjøres til­ svarende liten. Samtidig øker imidlertid størrel­ sen på kjolevannspumpen, og rørene har dess­ uten en tendens til å tæres opp fortere ved stor vannhastighet enn ved liten. Av den grunn regnes 2,4 m/sek. som øvre grense for vannhastig­ heten i kondensatorrorene. Det kreves en god del beregningsarbeid og erfaring for å klarlegge en økonomisk kjolevannshastighet som legges til grunn for valg av kjolevannspumpene. Kondensatorrorene blir i de fleste tilfelle laget av aluminiumsmessing, ca. 60 % kobber, ca. 22 % sink og resten aluminium. Valg av materiale for kondensatorrør er avhengig av flere faktorer, som f. eks. sjøvannets beskaffenhet eller om ski­ pet går i elver med mye leire og sand i vannet. Er kjølevannet urent brukes rør av en blanding av kobber og nikkel, men da dette materiale er dyrere enn aluminiummessing, blir det bare brukt i de tilfelle det er strengt nødvendig. Kondensatorskallet vil utvide seg ved forskjel­ lige damptemperaturer, mens rørene vil beholde sin lengde tilnærmet uforandret på grunn av kjølingen fra vannet. For å sikre at rørene ikke brekker ved forskjellige damptemperaturer inn på kondensatoren, blir rørets ene ende festet i en pakkboks som tillater at røret får forskyve seg uten at det blir lekkasje. I noen kondensatorkonstruksjoner blir rorene valset fast i begge ender og kondensatorskallet forsynt med ekspansjonsbelger for å ta opp lengdeutvidelsen ved for­ skjellige damptemperaturer. Endestykkene i kondensatoren blir laget av

Dampinnlop

Kondensatorskall

oogogågåg§gågåg§gSgåg§gogo o o0o0o0o0o0o0o0o0o0o0o0o0o0o0o°o O"'0° o°o° ooo°ooo°o ° ooo°ooo° o°o°o °o°o o060o°o°o°o°o°o°o°o0o°o°o°o°o°o°o°o°o°o°o0o °2o?o?oog|gågåg|gågåg|g|g§g§gågo°g§gåggo2o2o2o o0z-)0z-\0z^0z^0q0»-\0q0z>0»-\0«-)0z>0z^0z-\0z^

gogog6g6g8gSgågsooosg§iå|å|sg§gåg§o°oågSg§g6g6g6g6gog ogågggSgggSgggggggggggSgggSgågågggggggggågggSgggggågggSgo ogggågogogggSgogggggggggggågggggggggågågggggågggggogggågggggo oogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogogoo

Luftutlop

0

°Sogogogo°ogogogogogogo°ogogogogogogo°ogo°ogogogogogogo°ogogogo°o °ogogogogogogogogogogogogogogogogogo°ogogo°o°o°o°o°ogo°o°ogo° °ogogogogogogogogogogogogogogogogogogog5goggg5°ogo° Oogo2o2ogogo2ogogogogo° Oogogogo2o2o2o2ogo2o2o° ooSgggågggSgSgåg§ggg o o%%gg§°§oågg°gogo° °°gggggg§gggSggg§gogSg§gSgggSg§g§gå WgogWgSgWgW oouo ouoOooquou ooooouooouooouooouoo ouoooqOuooooOuoooU uo° OoOoOqO~OoO5O °0X0O0o0O0O0O0°0° °o°ogo°oo

Samleplate for vann

oo2oX°o2o

o.o„o

°ooo°o°o° ogogogogo °ooooooo° o°ooooooo° Oo2o2o2o2o° oxororoxo °-°o2 °ooooooooooo° °ooooooooooo° g°ooooooooooo° o°o2o2o2o£o2o2o

W

oroxoxo^ozoxoxo oxoroxoxoxoxoro no~o~oxo~o~o~o~oTo ogogogogogogogogogo og2X2o2§2§2Xooo oxoxoxozoxoxoxo ooooooo

0.0

O

o

3“0ur.0-0o:0

wiF

justerskruer

Fjærende opplagring

Luftkjdler Kondensat-utlop

støpejern eller sveiset av stålplater. Da ulegert stål korroderer sterkt i sjøvann, må de innvendige flater av endestykkene beskyttes ved pålegg av gummi eller plast. Endestykkene har inspeksjonsluker som kan tas av for rensing av endekammerne. På innsiden av inspeksjonslukene blir det festet jernplater med lite kullstoffinnhold for å beskytte kondensatoren mot tæring av sjøvannet. Forklaringen er følgende: Alle metaller har sin

Kondensat-sam/er

Fig. 13. Tverrsnitt av skipskondensator.

plass i det vi kaller den elektrolytiske spenningsrekken. Hvis to metaller med forskjellig plass i spenningsrekken er sammenbundet og satt ned i sjøvann, vil de tilsammen danne et galvanisk ele­ ment. Det metallet som har lavest plass i spen­ ningsrekken, tæres opp, samtidig som det beskyt­ ter metallet som står høyere i spenningsrekken. I kondensatoren har de bløte jernplatene en lavere plass i spenningsrekken enn bestanddelene i ror og

250

Ragnar Molvik : Dampturbiner

rorplater og vil derfor tæres opp, samtidig som de øvrige deler beskyttes. Spenningsrekken ser slik ut: Gull, kull, platina, sølv, kobber, bly, tinn, nikkel, kadmium, jern, krom, sink, aluminium. En viktig del av kondensatoren er luftkjøleren. Den blir plasert i den del av kondensatoren der kjølingen er størst. Trykket i kondensatoren ertilnærmet like stort ved dampinnlopet som ved bun­ nen. Ved innløpet til kondensatoren har vi en blanding av damp og luft, mens det ved bunnen av kondensatoren ikke finnes damp, bare vann og luft. Er trykket i kondensatoren 0,05 ata, er ca. 0,045 ata trykk som dampen forårsaker, mens det resterende 0,005 ata forårsakes av luft som er tilstede. Vi sier at dampens partialtrykk ved innløpet er 0,045 ata, mens luftens partialtrykk er 0,005 ata. Summen, dvs. totaltrykket er da summen av dampens og luftens trykk, nemlig 0,045 ata -f- 0,005 ata = 0,05 ata. Etter hvert som dampen kondenseres på sin vei ned gjennom kondensatoren, vil dens partialtrykk minske, men for at totaltrykket alle steder i kondensato­ ren skal være 0,05 ata, må luftens partialtrykk øke tilsvarende. I bunnen av kondensatoren vil dampens partialtrykk være nær null, og luftens partialtrvkk må da være nær 0,05 ata. Derfor blir luftkjøleren plasert i nedre del av konden­ satoren, der luften har størst trykk og størst tetthet. I luftkjøleren blir luften kjølt ned for at den skal ta minst mulig plass og inneholde lite damp ved innløpet til luftsugeren. For å forebygge at kondensatoren henger med sin vekt i turbinen, blir store kondensatorer for skipsturbiner montert på en av disse måter:

1. Kondensatoren blir festet direkte til turbinens utlopsstuss og hviler på kraftige fjærer på fundamentet i skipets bunn. 2. Kondensatoren monteres fast i skipet og har en elastisk forbindelse til turbinens utlopsstuss. Det er vanlig at kondensatorer for små turbogeneratorer monteres etter den siste metode (se fig. 12), mens store kondensatorer monteres på fjærer (se fig. 13). Vi skal så nevne noen av de vanligste feil som kan oppstå i en kondensator. Selv ved en dampturbin med noenlunde jevn dampstrøm kan det ved dampinnlopet oppstå trykksvingninger, som virker på kondensatorrørene og setter disse i svingninger. Hvis svingningene får fortsette i lange tider, vil rørene etter hvert gå trett og kan briste uten foregående varsel. Spredeplaten i ovre

del av kondensatoren hindrer til en viss grad de farlige rørvibrasjonene. I noen kondensatorutførelser er spredeplaten sløyfet. De øverste rørene er da gjort ekstra kraftige for å motstå trykksvingninger i dampen. Skade på konden­ satoren på grunn av rørsvingninger oppstår først etter lengre tids drift. Til hovedkondensatoren blir også ledet avløpsdamp fra dampdrevne hjelpemaskiner og damp fra spindelgjennomforinger, der det forekommer lekkasje. I mange kondensatorer blir denne dampen ledet direkte mot kondensatorrorene uten spredeplate. Den stadige dampstrommen mot en liten del av rorsatsen resulterer i at rørmaterialet etter en viss tid vaskes boit. Dampen inneholder nemlig vanndråper som litt etter litt sliper bort materialet. Til slutt blir det hull i røret, kjølevannet lekker inn i damprommet og forurenser kondensatet. Samme slags rørskade forekommer også i den enden av roret der kjøle­ vannet strømmer inn. Ved rørets innløpsende danner det ses lett hvirvler blandet med små gassblærer, som virker tærende på rørplaten. På fis- 12 skulle vi da valse inn rørenden i nederste del av høyre rorplate og i øverste del av venstre rorplate, for å hindre hvirveldannelse ved innlopet. De rorskadene som er nevnt, kan lett oppdages ved inspeksjon av kondensatoren før det er kom­ met til rørbrudd. Alvorligere er tæring på rørets innerside. Dette oppdages ikke for det er hull i roret. Slike tæringer kommer for det meste av urent kjølevann, og tæringen av materialet blir forårsaket av kjemiske eller elektrokjemiske prosesser. Ved innvendig tæring av ror som inne­ holder sink, vil sinkkrystallene i materialet ofte vaskes bort, og rørveggen blir porøs. En slik avsinkning kan gjore at rørveggen til slutt blir sprø og brister av det innvendige vanntrykket. I slike tilfelle har man intet annet å gjore enn å velge et bedre og mer motstandsdyktig rørmateriale, f. eks. en blanding av kobber og nikkel. For kondensatorrorene blir valset inn i rorplatene, må samtlige ror være fri for indre spen­ ninger. Indre spenninger i rørveggen oppstår hvis rorene er deformert i kald tilstand. En del av roret, f. eks. yttersiden, blir strukket, mens inner­ siden får trykkpåkjenning. Vi kan si det slik at de forskjellige deler av rørveggen spenner hver sin vei. For å være sikker på at en slik spenningstilstand ikke skal forekomme ved montering av rørene, blir de varmet opp til ca. 600° C, og blir da så myke at alle spenninger i materialet jevner seg ut. Hvis en slik spenningsglødning ikke blir

Kondensatoren

gjort, vil de indre spenningene etter en tid for­ årsake langs- og tversgående sprekker. Tæring, korrosjon, på rørveggen blir fram­ skyndet av slike indre spenninger, som nevnt ovenfor, og man taler da om spenningskorrosjon. Kondensatorens endekammer av støpejern blir oftest beskyttet mot rust og tæringer ved asfalte­ ring innvendig. Ved enkelte stasjonære dampturbinanlegg er det utført prøver som viser at korrosjonen i ror og rørplater kan påskyndes ved såkalte krypestrømmer. I dampkraftverk med likestromsaggregat til forskjellige formål vil en feil i isola­ sjon eller isolatorer gjore at strømmen tar andre veier enn den skal. Den kan således gå langs et fuktig gulv og gjennom maskindeler, og på sam­ me måten som to metaller med forskjellig plass i spenningsrekken setter i gang en elektrisk strom

251

som virker tærende på ett av metallene, vil også en svak krypestrom kunne gjore det. Følgende eksempler viser hvilken rolle krypestrommen kan spille for korrosjonen: I et turbinkraftverk var det kraftig tæring på rorene i kondensatoren trass i at kjølevannet var rent. Tæringen gjorde at turbinen ofte måtte stoppes for utskifting av ødelagte ror. I stasjonen var også et lite likestromsaggregat. Da likestromsaggregatet ble byttet med et vekselstrømsaggregat, opphorte tæringen i kondensatoren for hovedturbinen. I et annet tilfelle var et likestrøm sveise­ apparat årsak til tæringer. Det ble oppdaget ved at sveiseren som betjente apparatet, ble borte i lengre tid på grunn av sykdom, og i denne tiden forekom det ikke tæringer i kon­ densatoren.

TURBINENS VIKTIGSTE HJELPEMASKINER For at en dampturbin skal arbeide driftssikkert og pålitelig, trenger den flere småmaskiner og hjelpeapparater for kjøling av olje, transport av olje, transport av vann osv. Alle småmaskiner som er nødvendige for tur­ binens drift, kalles med et felles ord for hjelpemaskiner. Ved å studere de forskjellige kretsløp for vann, damp, olje og luft kan vi lettere forstå hjelpemaskinenes funksjon og hvorledes de samarbeider.

(a) Smøreoljesystemet De viktigste hjelpemaskiner og apparater er: Smøreoljepumpen, filterne, oljekjolerne og samletanken. Smøreoljen skal tjene til smøring av lager for turbin, gir og reguleringsmekanisme, og føre friksjonsvarmen bort fra disse delene. Den varme oljen fra lagerne renner ned i en samletank, som for skipsturbiner er plasert under turbinen i bunnen av skipet. For sirkulering av smøreoljen brukes smøreoljepumpen, som oftest er drevet av en elektrisk motor. Den kan også, særlig når det gjelder krigsfartøyer, være turbindreven. Som smøreoljepumpe blir ofte benyttet en sentrifugalpumpe, se fig. 14. På det roterende pumpehjulet er festet flere radielle skovler. Når hjulet roterer, blir oljen mellom skovlene slynget utover av sentrifugalkraften, samtidig som ny olje strømmer til hjulets sentrum. Oljen som trykkes ut mot ytterkanten av pumpehjulet, blir samlet opp av et spiralformet ror og fort videre i

smoreoljesysteinet under et trykk som er bestemt av pumpehjulets diameter og omdreiningstall. Også andre typer av pumper kan benyttes som smoreoljepumper. I skipsturbinanlegg er det vanlig å benytte skruepumper for transport av smøreolje, da disse pumper leverer en konstant oljemengde uavhengig av mottrykket. Fig. 15 viser skjematisk smøreoljesystemet for en skipsturbin. Pumpen suger den varme smøre­ oljen fra samletanken gjennom et magnetfilter, som skal holde fast jernpartikler som er kommet

252

Ragnar Molvik: Dampturbiner

Fig. 15. Skjema av smøreoljesystem.

inn i oljen under dens sirkulasjon. Etter pumpen er koplet inn et trykkfilter, som i hovedtrekk består av en finmasket metallduk som oljen blir presset igjennom. Her filtreres ut faste partikler som små sandkorn og stoffer. c1 andre umagnetiske o Det er viktig at slike fremmedlegemer ikke kom­ mer inn i lagerne, da dette ville fore til stor frik­ sjon og en varmeutvikling som vil smelte metallet i lagrene. Smoreoljen har hittil tilnærmet samme temperatur som den hadde da den kom til samletanken fra lagerne. Den må imidlertid kjøles før den blir ført til lagerne for smøring. Kjølingen foregår på den måten at den etter trykkfdteret blir pumpet videre gjennom en oljekjoler. Oljekjøleren består av en mengde tvnne messingror som oljen sirkulerer mellom, mens kjølevann fra

sjøen blir pumpet gjennom rørene. Den del av varmen som er i oljen, vil da gå over til kjølevan­ net, og oljetemperaturen vil synke. Oljen blir nedkjølt fra ca. 60° C til ca. 45° C før den går til turbinlagerne. Fig. 16 viser prinsippet for en oljekjøler. Som vi ser, er likheten med kondensatoren stor, og noen vesensforskjell mellom kondensato­ ren og oljekjøleren er det ikke, bortsett fra at den ene skal kjøle damp, mens den andre kjøler olje. Det finnes en mengde forskjellige utførelser av filtere, pumper og kjølere, og det vil føre for langt å omtale alle i detalj. Det er vanlig at skipsbyggeriene kjøper hjelpemaskiner fra spesialfirmaer som har lang erfaring og framstiller disse maskiner billigere enn et skipsbyggeri kan klare. (b) Luftsugeren Moderne turbin anlegg arbeider med et mottrykk (kondensatortrykk) etter turbinen på ca. 0,05 ata. Trykket inne i kondensatoren og i til­ grensende rorledninger er altså mye lavere enn atmosfæren. Dette gjør at luft alltid lekker inn i systemet gjennom rørskjoter og i forbindelsen mellom turbin og kondensator. Det er praktisk umulig å få rorforbindelser og ventiler så tette at det ikke blir lekkasje. Vi må derfor ha en innletning ‘som fjerner luften fra systemet etter hvert som den lekker inn, ellers ville kondensa­ toren litt etter litt fylles med luft så dampen ikke kommer i berøring med rorene, og vi ville få en dårlig kondensasjon med dårlig effekt på turbi­ nen. Til utsuging av lekkasjeluften brukes luft­ sugeren. Fig. 17 viser hvorledes en luftsuger er bygd opp. Sugeren er delt i to like trin. Første trin suger ut luft av 0,05 ata fra kondensatoren

Turbinens viktigste hj elpemaskiner

og komprimerer den til ca. 0,23 ata. Luften, blandet med litt damp, blir fort til en liten kon­ densator der dampen blir kondensert, mens luf­ ten bli suget ut av den lille kondensatoren av sugerens annet trin og komprimert til 1 ata. Luft-dampblandingen fra annet trins suger blir ført til en annen liten kondensator der dampen blir kondensert, mens luften blir ledet til atmo­ sfæren. Arbeidsprinsippet for en luftsuger er følgende: Damp av høyt trykk strømmer inn ved A og til to lavalmunnstykker, ett på hver side av kondensatoren. Gjennom roret B, i mellomrom­ met mellom lavaldysen og roret nedenfor, blir luft og litt damp fra kondensatoren revet med av dampstrommen og fort til første trins kon­ densator. Her går dampen over til vann.

Fig. 17. Luftsuger med 2 trin. A Dampinnlop. B Luftinntak. C Damp- og luftutløp. D Kjølevann-utløp. E Kjølevanninnløp. F Kondensutløp.

253

Den store damphastigheten i lavaldysen blir delvis omsatt til trykk, slik at luft-damp­ blandingen blir komprimert. Det samme foregår i sugerens annet trin til høyre. Luften blir altså komprimert til atmosfærens trykk i to like trin, første trin fra ca. 0,05 ata til 0,23 ata og i annet trin fra 0,23 ata til 1 ata. Som kjølevann for de to små sugerkondensatorene brukes kondensatet fra hovedturbinens kondensator. Kjølevannet blir fort inn nederst ved E og ut ved D. Vannet som danner seg i sugerens kondensator, blir avledet ved F. På fig. 17 er kondensatoren for 2. trin ikke vist.

(c) Kjolevannspumpen Som tidligere nevnt under kondensatoren, må dampen fra turbinens utlopsdel kjoles etter hvert som den strømmer inn i kondensatoren. Til kjolingen trengs store mengder vann. Vakuumet i kondensatoren er nemlig avhengig av temperauren på kjølevannet ved utløp av kondensatoren, og dermed av kjolevannsmengden. For å kunne holde et vakuum på 0,05 ata, må man ha en utlopstemperatur på kjølevannet som ikke overstiger ca. 29° C. Et turbinanlegg på 10 000 hestekrefter trenger normalt en kjolevannsmengde på 1800 tonn pr. time. Disse store vannmengdene blir pumpet gjennom kondensa­ toren av kjolevannspumpen, eller sirkulasjonspumpen, som den også kalles. Trykket som kjølevannspumpen skal gi, er lite i forhold til vann­ mengden, vanlig ca. 0,7 kg/cm2. Pumpen blir der­ for utfort som en propell pumpe. Navnet kommer av at pumpehjulet er formet som en propell, og er plasert inne i et krummet ror Vannet blir suget inn nederst og blir «skruet» gjennom roret av pro­ pellen, og trykket direkte inn i kondensatoren. Da kjolevannspumpene er forholdsvis store hjelpemaskiner, blir de stilt vertikalt med den elektriske drivmotoren på toppen, for at de skal ta minst mulig plass. (d) Kondensatpumpen Vannet som samler seg i kondensatoren når dampen kondenserer, må pumpes ut etter hvert. Til dette brukes kondensatpumpen. Denne pum­ pen er også en sentrifugalpumpe av en spesiell konstruksjon. Da den skal suge vann under lavt trykk, må den utstyres med ekstra tetninger for at luft ikke skal suges inn. For å minske friksjonsmotstanden i vannstrommen til pumpen blir kondensatpumpen plasert så nær konden­ satoren som mulig.

254

Ragnar Molvik: Dampturbiner

(e) Matepumpen Vannet fra kondensatpumpen blir pumpet til en samletank som samtidig benyttes for fjerning av luft fra kondensatet. Samletanken står oftest under trykk slik at luft som skilles ut fra konden­ satet kan blåses ut til atmosfæren. Fra samletan­ ken blir kondensatet pumpet tilbake til kjelen med en spesiell pumpe. Denne pumpen kalles matepumpen, da den skal mate eller «fode» dampkjelen med vann. Matepumpen blir dimen­ sjonert slik at den kan pumpe tilbake til kjelen like mye vann som går ut av kjelen i form av damp. Det er viktig at kjelen har en mest mulig konstant vannstand. Matepumpen blir derfor utstvrt med spesielle reguleringsanordninger, som sikrer riktig t? omatevannsmengde i forhold til dampforbruket. Matepumpen kan vel sies å være turbinanleggets viktigste hjelpemaskin. Framfor alt må den være driftssikker. Stopp resulterer i at van­ net minker i kjelen, som kan brennes i stykker fordi flatene som er i beroring med ilden, ikke blir kjølt tilstrekkelig. Et turbinanlegg har derfor gjerne to-tre matepumper. En til to av dem står som reserve. En av reservepumpene er utstyrt med automatisk startanordning, slik at den starter automatisk i tilfelle en pumpe stopper. Matepumpen blir utfort som sentrifugalpumpe med flere pumpehjul etter hverandre på en felles aksel. Vannet får da samme trykkstigning i hvert hjul. Vannet som kommer ut av ytterkan­ ten av det ene hjulet, ledes inn mot midten av føl­ gende hjul. Her får det en ny trykkstigning. Skal matepumpen f.eks. levere et trykk på 45 kg/cm2 og den har fem hjul, må hvert hjul dimensjoneres slik at det gir en trykkstigning på 9 kg/cm2. V an­ net som blir suget inn i sentrum av første hjul, blir trykket ut langs kanten og over i sentrum av hjul nr. 2 under 9 kg/cm2, og fra hjul nr. 2 til nr. 3 under 18 kg/cm2 osv.

(f) Turbogeneratoren Hittil har vi snakket om forskjellige pumper som drives av elektriske motorer. Elektrisk kraft til drift av pumper og til lys og varme ombord i et skip blir levert av skipets eget kraftverk. I turbindrevne skip blir den elektriske kraft levert av det vi kaller turbogeneratorer. En liten turbin lik den som brukes for skipets framdrift brukes til å drive en dynamo eller en elektrisk generator, Generatorturbinen har gjerne et omdreiningstall på ca. 12.000—13.000 pr. min., mens generatoren har ca. 1200 omdr. pr. min. Mellom turbinen og generatoren er derfor koplet inn et gir som redu­

serer omdreiningstallet. Turbogeneratoren er ut­ stvrt med tilsvarende hjelpemaskiner som hoved­ turbinen, eller hjelpemaskinene kan være felles. Turbinen får sin damp fra samme dampkjel som hovedturbinen, dessuten blir kondensatet fra turbogeneratorens kondensator blandet med konden­ satet fra hovedturbinen, og går til en felles mate­ pumpe. I hvert større skip finnes alltid minst to like turbogeneratorer for å sikre en mest mulig sik­ ker levering av elektrisk strøm. Som eksempel kan nevnes at et tankskip på 25.000 tonn med 10.000 hestekrefters hovedturbin har to turbogenera­ torer, hver på ca. 500 kilowatt. Generatorturbi­ nen er utstyrt med en reguleringsmekanisme som tjener til å holde konstant omdreiningstall ved forskjellig forbruk av elektrisk strøm. Dette er viktig, spesielt i skip der det brukes vekselstrøm, som vi har i alle kraftstasjoner på land. Regula­ toren, som blir styrt med olje på ca. 10 kg/cm2, arbeider på denne måten: Hvis man f. eks. starter en pumpe ombord og således bruker mer strom, vil turbinen sakke en liten del fordi det da blir tyngre å trekke generatoren rundt. Dette virker inn på regulatoren, som automatisk åpner dampventilen på turbinen så den får litt mer damp og dermed oker omdreiningstallet til det riktige igjen. Eller omvendt: Stoppes en elektrisk motor, vil generatoren bli lettere å trekke, tur­ binen går fortere, og regulatoren stenger for dampen til turbinen har sakket til sitt riktige omdreiningstall.

(g) Evaporatoren I et dampturbinanlegg forekommer det alltid lekkasje i flensforbindelser, ventiler og andre steder, slik at vannet i systemet litt etter litt minker. Vannet i systemet er renset for alle salter, som ellers finnes i alminnelig ferskvann. For et turbinanlegg på 10.000 hestekrefter kan man regne med at 3—4 tonn vann går tapt pr.

Turbinens viktigste hjelpemaskiner

døgn. Vannet forsvinner i form av damp, som blir opptatt av luften og fort vekk, eller i form av drypp fra maskineriets forskjellige deler. Tapet av vann fra systemet må erstattes med destillert vann. Dette gjøres i evaporatoren. Sjøvann pum­ pes inn i en beholder og varmes opp til koke­ punktet av damp som ledes inn i beholderen gjennom rørspiraler, der den gir fra seg varme til sjøvannet. Dampen som utvikles i beholderen, føres ut og kondenseres til vann i en spesiell evaporatorkondensator. Vannet som destilleres på denne

255

måten, er meget rent og kan uten noen etterbe­ handling brukes til etterfylling på kjelen for det som tapes ved lekkasje. Fig. 18 viser skje­ matisk en evaporator av den typen som blir brukt ombord i skip. Sjøvann blir fylt inn i be­ holderen A, og damp for oppvarming blir ledet inn i rorslangen R. Dampen som utvikles i be­ holderen, blir ledet til kondensatoren D, der den blir fortettet til vann. Vannet ledes så ut ved P til en samletank for matevann, og herfra pumpes det inn på dampkjelen som erstatning for vann som er gått tapt ved lekkasje.

DAMP-VANNKRETSLØPET FOR ET TURBINANLEGG Vi skal nå gjennomgå damp—vannkretslop for et skipsanlegg. Det er det ikke noen vesensfor­ skjell mellom turbinanlegg for landstasjoner og for skip. Når det gjelder utførelsen av et skipsturbinanlegg, er det to ting en først må merke seg. Maskineriet skal være sikkert og økonomisk for eieren, og det skal på samme tid være kon­ kurransedyktig i pris og utførelse for byggeren. Det er mange faktorer å ta med i beregningen for å oppnå disse mål. Vi skal i det følgende se på hvorledes det til forskjellige tider er lagt vekt på de faktorer som er nevnt ovenfor. Strømmen av damp og vann gjennom de for­ skjellige rorledninger, ventiler, turbin og pum­ per, kalles for anleggets damp—vannkretslop. Driften av et dampturbinanlegg avhenger av at vann omvandles til damp i dampkjelen ved å oppta varme fra forbrenningsgassen, og delvis avgir denne varmen i turbinen, der den blir for­ vandlet til mekanisk arbeid. Fra turbinen blir arbeidet overført enten direkte gjennom akselledning, ved gir, eller ved elektrisk overføring til drift av propellen. Et damp—vannkretslop i sin enkleste form er vist i fig. 19. Matepumpen suger vann direkte fra vannet der skipet går, og pumper det inn på dampkjelen. Dampen ledes fra kjelen gjennom rørledning til dampturbinen, som har sitt avløp direkte til atmosfæren. All damp som har ar­ beidet i turbinen, går tapt. Kjelen får stadig urent vann som blir kokt ut, og alle salter og faste partikler som følger med matevannet, vil

etter hvert avleires på kjelen. Kjelen må derfor gjøres ren ofte. Dessuten vil saltene*innvendig i kjelen virke skadelig på kjelens heteflate. Avlopsdampen går direkte ut i luften, og har en stor varmemengde som går tapt. Anlegget er uøkono­ misk, og på grunn av det urene matevannet er driftssikkerheten for dampkjelen dårlig. Anlegget er billig å framstille. Det har et minimum av hjelpemaskineri. Noen skip på de store ameri­ kanske innsjøene ble tidligere levert med lig­ nende turbinanlegg, men ble senere avløst av mer økonomiske og kompliserte anlegg. Det an­ legget som er vist på figuren, kan neppe nyttes for havgående skip. De måtte ha altfor store lagre av ferskvann med seg. Forskjellen i dampens varmeinnhold for og etter turbinen bestemmer hvor mye varme som kan nyttiggjøres i turbinen. Med ellers samme

256

Ragnar Molvik: Dampturbiner

trykk og temperatur foran turbinen, vil den ut­ nyttbare varmemengden stige med fallende mottrykk. Det gjelder derfor å lia så lavt trykk etter turbinen som mulig. Lar vi dampen som strøm­ mer ut av turbinen, kondenseres i kondensator, vil vi kunne senke mottrykket betydelig under atmosfæren og dermed nyttiggjøre en større del av dampens varmeinnhold. Denne gevinst i hestekrefter får vi ikke gratis. Vi må ha kondensator og pumpe for utsuging av kondensat og luft fra kondensatoren. Et anlegg av denne type er vist skjematisk i fig. 20. Anlegget er betydelig mer økonomisk enn det første, dessuten vinner vi igjen i form av helt rent vann all damp som går gjennom turbinen. Dette oker i høy grad anleggets driftssikkerhet. Vi unngår skadelige forurensninger på kjel og i ventiler. Anlegget er dyrere enn det første, men i det lange løp viser det klart sine fordeler. I kondensatoren går en stor del av dampens varmeinnhold tapt til kjølevannet. Vi tar som eksempel en dampturbin som får tilført damp av 40 ata og 450° C. Ved denne tilstand har dampen et varmeinnhold ved innløpet til turbinen på ca. 795 kcal/kg. Dampen ekspanderer ned til kondensatortrykket, som vi setter til 0,05 ata. Ved utlop av turbinen har dampen et varme­ innhold på ca. 565 kcal/kg. 795 -? 565 = 230 kcal/kg er omsatt til mekanisk arbeid i turbinen. I kondensatoren blir dampen avkjølt og konden­ sert, og kondensatets temperatur kan vi sette til 32° C og med et varmeinnhold på 32 kcal/kg. Varmetapet i kondensatoren blir da 565 32 = 533 kcal/kg, altså mer enn to ganger så mye som ble nyttiggjort i turbinen. Etter dette skulle det være klart at jo mindre damp som går til kon-

Fig. 20.

Fig. 21.

densatoren, jo mindre ville tapet bli. Men på den annen side vil vi føre mve damp til turbinens innløpsdel for å få stor ydelse. Det gjelder da å finne ut en måte å nyttiggjøre seg den varme­ mengden som avløpsdampen inneholder. Avløps­ dampen i dette tilfelle har en metningstemperatur på 33° C, som svarer til 0,05 ata. Det er derfor vanskelig å kunne bruke dampen f. eks. til oppvarming, da den naturligvis ikke kan varme opp noe til en temperatur som overstiger 33° C. Lenger framme i turbinen har dampen en høyere temperatur, og den kan brukes til opp­ varming. I moderne turbiner blir det derfor gjort ferdig uttak på forskjellige steder på høytrykksog lavtrykksturbinhus, der man kan kople til rorledninger med ventiler og ta ut damp ved det trykk man ønsker. På denne måte vil en del av dampen ikke gi arbeid i alle trin av turbinen, og turbinens hestekraft vil ikke stå i forhold til den dampmengden som blir tilført ved inn­ løpet, men vi oppnår at dampmengden til kon­ densatoren minker, og dette vil igjen si at mindre varme går tapt til kjølevannet. Vi skal nevne noen tilfelle der dampen som blir tappet av, kan benyttes med fordel. Tar vi ut damp med høyt trykk, kan den brukes til forvarming av forbrenningsluft for dampkjelen eller til oppvarming av matevann før det pumpes inn på kjelen. Damp av noe lavere trykk kan brukes til oppvarming av brenseloljen, eller til oppvarming av lugarer ombord. For tankbåter er det dessuten et stort behov for damp til oppvaiming av oljen i lasttankene. Denne må nemlig oppvarmes en del før tankbåten kommer til lossehavnen, for at oljen skal kunne pumpes. Damp av lavt trykk på ca.

Damp—vannkretsløpet for et turbinanlegg

257

Fig. 22. Skjematisk framstilling av dampturbin-maskineriet i et tankskip. KJ Kjeler. OH Overheter. RF Røykgassmatevannsforvarmer. HT Hoytrykksturbin. LT Lavtrykksturbin. AT Akteroverturbin. K Kondensator. KP Kondensatpumpe. LTF Lavtrykksforvarmer. FP Matepumpe. AL Avluftertank. G Dobbelt reduksjonsgir.

0,8 ata brukes bl.a. til forvarming av matevannet i lavtrykksforvarmere etter at det er kommet ut av kondensatoren. Dessuten brukes dampen til oppvarming av evaporatorer for framstilling av destillert vann som skal erstatte lekkasje av damp og vann i de forskjellige deler av systemet. Det er sjelden at det fra hovedturbinen tappes damp til alle disse formål samtidig, men det viser bva som kan gjøres for å redusere tap i konden­ satoren. Fig. 21 viser skjematisk et anlegg der det tappes damp av tre forskjellige trykk. Det første tappepunktet bar damp av høy tempera­ tur, som brukes til oppvarming av forbrenningsluft til kjelene. Den kondenserte dampen i luftforvarmeren føres til avluftertanken, der den blandes direkte med matevannet. Ved et lavere trykk tappes damp direkte til avluftertanken, der den brukes til oppvarming 17 —Teknikk III

av kondensat for utkoking av luft fra vannet. Denne dampen kondenseres ved direkte berøring med matevannet og går til kjelen sammen med dette. Damp fra det siste tappepunktet brukes til oppvarming av matevann i lavtrykk sforvarmeren. Denne dampen har et trykk som ligger under atmosfæren, og kondensatet må derfor føres til et sted med lavere trykk, nemlig hovedkondensatoren. Her blandes avløpsvannet fra lavtrykksforvarmeren med kondensatet i kondensatoren og føres derfra videre inn på systemet igjen. Nyttes dette arrangement, regner man med en besparelse av brensel på ca. 10 % i forhold til foran nevnte anlegg. Ca. 10 % av all damp som tilføres turbinen, kan tappes og brukes til matevannsforvarming. Brukes tappedamp også til luftforvarming, kan ca. 12 % av all dampen utnyttes som forvarming.

258

Ragnar Molvik: Dampturbiner

Teoretiske beregninger viser at anleggets brenselforbruk synker med økning av antall matevannsforvarminger ved tappedamp. Flere matevannsforvarmere enn fire er praktisk uhensikts­ messig, da anleggets pris øker så mye at det spiser opp besparelsen i brensel. Fig. 22 viser skjematisk et dampturbinmaskineri på et tankfartøy. To dampkjeler leverer damp til et dampturbinaggregat, som består av en høytrykksturbin og en lavtrykksturbin som driver propellen gjennom et dobbeltreduksjonsgir. I lavtrykksturbinen er bygd inn en akteroverturbin. Dampen fra lavtrykksturbinen går til kondensatoren og føres derfra med kondensatpumpen, som trykker det videre gjennom luftsugerens kondensatorer og lavtrykksforvarmeren til avluftertanken. Her finfordeles kondensatet og varmes opp til kokepunktet for utgassing av luft og oksygen. Matepumpen forer vannet videre fra avluftertanken gjennom en røykgassmatevannsforvarmer og til kjelene. Anlegget har to tappesteder for damp, ett i overstrømningsrøret mel­ lom H.T. og L.T. turbinen, som brukes til opp­ varming av vannet i avluftertanken, og ett på L.T. turbinen, som brukes til matevannsforvarming. Dampen som strømmer i en turbin, kommer ikke noe sted i berøring med smøreolje. Dette er en stor fordel, da moderne vannrør skjeler er ømfintlige for olje i matevannet. Ved siden av turbindrevne maskiner finnes det ombord i skip også små dampstempelmaskiner til

drift av pumper. På tankbåter brukes i enkelte tilfelle også dampdrevne stempelpumper som kastepumper. Dampstempelmaskinene trenger smøring av stempler under gang, og da er det ikke til å unngå at olje blander seg med dampen og med kondensatet i maskinenes kondensator. På de fleste turbindrevne skip har vi derfor også et lavtrykk-damp—vannkretsløp. Damp av høyt trykk fra hovedkjelene ledes gjennom rørslanger inn i en beholder med vann. Varmen går da over fra høytrykksdampen til vannet i be­ holderen og utvikler damp. Dermed har vi om­ formet damp av høyt trykk og høy temperatur til mettet damp av lavt trykk, vanligvis 10—12 ata. Lavtrykksdampen fra dampomformeren brukes til drift av stempelpumper og til opp­ varmingsformål. Dampomformeren er lite øm­ fintlig for urent fødevann, da det ikke forekom­ mer flamme eller varme gasser i berøring med heteflatene som i en dampkjel. Dampomformeren erstatter dampkjelen i det vi kan kalle det sekundære damp—vannkretsløp. Den sekundære krets har hjelpemaskiner som svarer til dem vi har i den primære krets. Dampen fra lastoljepumper og hjelpemaskiner konden­ seres i en hjelpekondensator med høyere trykk enn hovedkondensatoren, vanlig ca. 0,5—1,0 ata. Kondensatet blir suget ut av kondensatoren med en stempelpumpe, og ført til en filtertank, der vannet blir filtrert. Fra filtertanken blir vannet tatt av hjelpematepumpen og pumpet inn på dampomformeren.

FORSKJELLIGE TYPER AV SKIPSDAMPTURBINER Vi skal i korte trekk ta for oss konstruk­ sjonen av de to hovedtyper av skipsturbiner som vi har nevnt tidligere. På fig. 23 er vist en høy­ trykksturbin av STAL-LAVAL’s type. Turbinen har helsmidd rotor, dvs. rotorakselen og turbinhjulene er dreid ut av ett stykke. Turbinen er beregnet for et damptrykk ved innløpet på 64 kg/cm2, og har derfor et kraftig turbinhus med lange labyrinttetninger. Turbinen er en aksjonsturbin og har derfor lite aksialtrykk på rotoren. For å oppta en aksialkraft i til­ felle reaksjonen ikke er 0 i løpeskovlene, er det i forreste ende av turbinen plasert et aksialtrykklager. Turbinhuset er opplagret fast i aktre ende og fleksibelt på to tynne plater i den forreste ende

for å kunne oppta varmeutvidelsen, som kan bli opptil 6 mm ved en damptemperatur på 450° C. Turbinens maksimalomdreiningstall er 7000 pr. min., og effekten 4600 hestekrefter. Fig. 24 viser lavtrykksturbinen for samme an­ legg. Rotoren er her bygd opp av skiver som er presset på akselen og sikret med kiler. Huset er delvis av støpestål og delvis av sveisede plater. Avløpsdampen fra høytrykksturbinen kommer inn i turbinens venstre ende og ekspanderer i 7 trin med avløp til skipets hovedkondensator. I turbinens høyre ende er akteroverturbinen plasert. Denne består av et to-radet Curtishjul og et enkelt etterkoplet trykktrin. Akteroverturbinens hus er montert inne i selve turbin­ huset og er opplagret på radielle pinner som

Forskjellige typer av skipsdampturbiner

259

Fig. 24. Lavtrykksturbin, aksjonsturbin.

260

Ragnar Molvik: Dampturbiner

Fig. 25. Høytrykksturbin av eldre type.

Fig. 26. Rotor til høytrykksturbin.

Forskjellige typer av skipsdampturbiner

261

262

Ragnar Molvik: Dampturbiner

Fig. 29. Skipsdampturbinanlegg av Stal-Laval’s AP-type. H.T. Hoytrykksturbin, L.T. Lavtrykksturbin, K. Kondensator, G.K. Girkasse, 1. R.H. 1. reduksjon H.T., 1. R.L. 1. reduksjon L.T., T.L. Trykklager, T.A. Trykkaksel, G.T. Gravitasjonstank, M.V. Manøvreventil.

Kritisk omdreiningstall, svingninger

tillater fri varmeutvidelse, da akteroverturbinen må kunne tåle damp av 450° C uten foregående oppvarming. Lavtrykksturbinen har samme slags opplagring som høytrykksturbinen, men trykklageret må være en god del kraftigere, da lavtrykksturbinens siste trin kan ba en reaksjonsgrad på opptil 30 %. Ellers ser vi at labyrinttetningene på grunn av det lave trykket er mye kortere enn for høytrykksturbinen. På turbinens nederste del er det festeflenser for fastskruing til kondensa­ toren. Ellers viser fig. 25 en høytrykksturbin av noe eldre utførelse. Denne turbin har som første trin et to-radet Curtis-hjul. Rotoren i ferdig montert stand er vist på fig. 26. Fig. 27 viser en høytrykksturbin av Brown, Boverfs type. Dette er en reaksjonsturbin med ett trykktrin ved innløpet. Dette er gjort for å begrense antallet av reaksjonstrin og derved gjøre turbinen så kort som mulig. Rotoren er bygd opp som en trommel, og skovlene sitter i spor i trommelen og i huset. På grunn av den store aksialkraften er turbinen utstyrt med et kraftig aksiallager Dessuten har den et avlastmngsstempel i rotorens venstre ende. Varmeu tvidelsen av turbinhuset blir her opptatt av

263

sleider som den ene lagerbokken glir i. Trommelen er sammensveiset av 2 deler, og det mellomrom som kommer mellom skovlene i sveisen, er ut­ nyttet som avtapningssted for damp til matevannsforvarming. Fig. 28 viser lavtrykksturbinen for samme anlegg. Her er alle trin utført som reaksjonstrin. Rotoren er sammensatt av i alt fire deler. De to midtre delene er utformet som skiver for å virke stivende på trommelens ytre del. Sentrifugal­ kraften ville bli for stor for en vanlig trommelutførelse. Turbinhuset er delt i en ytre og en indre del. Den indre delen som vi kan kalle skovlholderen, er festet til den ytre delen med tynne vegger. Det er gjort for å lette oppvarmingen av turbinen for start. Den indre delen blir lett omspylt av damp på begge sider og oppnår derved hurtig oppvarmingsdampens temperatur. I lavtrvkksturbinens høyre ende er akteroverturbinen satt inn. Denne består av to trykktrin. Hvert av dem er delt opp i to hastighetstrin. Ved utløpet av akteroverturbinen er plasert en avbøyningsskjerm, som skal hindre at damp med stor has­ tighet fra akteroverturbinen skal slå mot det siste trin i foroverturbinen. V armeutvidelsen av turbinhuset blir her tatt opp av fleksible plater under lagerbokkene.

KRITISK OMDREININGSTALL, SVINGNINGER Først et eksempel: Svinger vi et lodd rundt i en snor, merker vi at draget i snoren øker med lod­ dets hastighet i sin bane. Vi kaller vekten av loddet G i kg, lengden av snoren rim, loddets hastighet i sin bane v i m/sek. og draget i snoren K i kg. Draget i snoren, som tilsvarer loddets sentrifugalkraft, kan da beregnes av følgende formel:

Av formelen ser vi at hvis hastigheten v øker til det dobbelte, vil draget i snoren øke til det firedobbelte. Videre ser vi at hvis r er meget liten, kan K bli av betydelig størrelse hvis G og v er store. Ved framstilling av turbinrotorer er det prak­ tisk umulig å få rotorens tyngdepunkt til å falle sammen med midtlinjen (aksen) for turbinrotoren under dens rotasjon. Det vil derfor alltid virke en sentrifugalkraft på rotoren, som vil bøye

den ut til siden. I fig. 30 er dette vist skjematisk, og utbøyningen er tegnet overdrevet. Under rotasjonen vil rotoren boye ut like mye til alle sider, og dens tyngdepunkt vil beskrive en sirkel nøyaktig som loddet i snoren. Ser vi rotoren fra siden, vil det se ut som om den husker opp og ned en gang for hver omdreining. Legger vi rotoren opp slik at den er understøttet i hver ende og vi slår på midten av den, vil den huske opp og ned med et bestemt antall svingninger pr. minutt. Det antall svingninger den utfører pr. minutt, er særegent for akkurat denne rotoren og kalles derfor rotorens egensvingetall. Setter vi så rotoren i rotasjon, vil den ved et omdreinings­ tall pr. minutt som tilsvarer egensvingetallet, begynne å bøye seg ut ekstra mye. Dette merker vi ved en kraftig rystelse som blir overført gjen­ nom rotorens lager til underlaget. ”V i sier at rotoren har sitt kritiske omdreiningstall. Tar vi for oss fig. 30, kan vi sammenligne

264

Ragnar Molvik: Dampturbiner

rotoren med en fjærende bj Ike, der utbøyningen x er proporsjonal med sentrifugalkraften. Kaller vi fjærkonstanten k, kan sentrifugalkraften skrives K — k • x, men vi kan også sette K = mo2 (x 4“ a) når m er rotorens masse, co er vinkelfrekvensen og a er avstanden mellom roto­ rens tyngdepunkt og omdreiningsaksen. Altså er: kx = m • co2 (x -f- a). Løser vi x av ligningen, r» • mo)2a * a r i tar vi x = -j---------- Av denne formelen ser vi k -r mor

at om vi setter nevneren i brøken lik null, dvs. k = m • co2, blir x uendelig stor, og den tilsvaren­

de verdi for co = |/

. Det kritiske omdreinings-

tall blir da: nkr = —1/ — . Ved et bestemt k | m utslag vil rotoren naturligvis knekke. Det viser seg imidlertid at svingningene blir sterkt dempet ved store utslag, så akselen knekker sjelden ved passering av et kritisk omdreinings­ tall. For en og samme rotor fins det altså alltid et omdreiningstall der den begynner å vibrere. Dette omdreiningstall er hovedsakelig bestemt av rotorens lengde, diameter, vekt og form. Disse dimensjoner inngår i størrelsene under rottegnet i formelen for kritisk omdreiningstall. Fjærkon­ stanten k er et mål for rotorens stivhet. Av for­ melen kan vi se at det. kritiske omdr.tall nkr øker med økende k, og minker med økende masse m, hvilket er et mål for rotorens vekt. Dette stemmer også med de praktiske forhold. Med vibrasjon menes i teknikken elastiske svingninger som en ting utfører og som framkommer ved at vedkommende ting blir utsatt for varierende krefter. Ved sitt kritiske omdreinings­ tall vil rotoren som nevnt svinge kraftig ut. I

Fig. 30.

ugunstige tilfelle vil den kunne bøye så mye ut at den forårsaker skade på turbinens øvrige deler. Dette forekommer bare etter lang tids kjøring på kritisk omdreiningstall. Ved konstruksjon av dampturbiner blir rotorens kritiske omdreinings­ tall alltid beregnet nøye, og rotoren blir dimen­ sjonert slik at dens kritiske omdreiningstall ligger ca. 30 % over turbinens maksimale omdreinings­ tall. Vi sier da at turbinen går med underkritisk omdreiningstall. For å sikre at turbinen aldri kommer opp i sitt kritiske omdreiningstall, blir det montert en automatisk avstengning av damptilforselen hvis turbinens omdreiningstall av en eller annen grunn skulle nærme seg det kritiske. For å få en mest mulig rolig og vibrasjonsfri gang av turbinen må rotoren være nøye utbalansert for den monteres i turbinhuset. Balanserin­ gen foregår ved at sentrifugalkreftene som virker på rotoren, blir jevnet ut, dvs. man forsøker å få rotorens tyngdepunkt mest mulig til å falle sammen med rotorens omdreiningsakse. For å oppnå dette plaseres små stålstykker på turbinskivene diametralt motsatt rotorens tyngde­ punkt. Ved rotasjon vil da stålstykkenes sentri­ fugalkraft oppveie rotorens ubalanse. Når det gjelder hurtiggående turbiner, kan sentrifugalkraften av en ubalansert rotor gå opp i flere tonn. Har vi f. eks. en turbinrotor som veier 1000 kg og dens tyngdepunkt ligger 0,1 mm utenfor omdreiningsaksen, vil sentrifugal­ kraften ved et omdreiningstall på 5000 pr. min. bli ca. 2800 kg, altså nær tre ganger rotorens vekt. Vi ser av dette at det skal bare en ytterst liten skjevhet av rotoren til for å gi svære vibrasjonskrefter og kraftige rystelser. For rotorer som er korte, er det gjerne nok å utbalansere ett av turbinhjulene. Mer sammensatte, lange roto­ rer må utbalanseres på flere hjul. Fig. 31 viser en rotor med seks hjul som har ubalanserte sen­ trifugalkrefter på de to ytterste hjul. Hjulene har tyngdepunktene diametralt motsatt, og rotorakselen vil derfor bøye seg ut som linje L viser overdrevet i figuren. Massekreftene vil i dette tilfelle virke på rotoren med et svingemoment. For å få målt sentrifugalkreftene i dette tilfelle blir rotoren kjørt i en spesiell maskin med lager som er montert fjærende sideveis. Sentrifu­ galkraften vil da gjøre at lagerne svinger i takt med rotorens omdr.tall. Kreftene og utsla­ gets størrelse blir målt med elektriske appa­ rater, og man kan direkte finne hvor mange gram stål man må feste til skiven på motsatt side for å få sentrifugalkraften opphevet. Vi skjelner mel­

Kritisk omdreiningstall, svingninger

lom statisk og dynamisk utbalansering. En rotor som er kort, kan utbalanseres statisk. Det vil si at den kan utbalanseres ved å legge den i to lager og utbalansere den slik at den vil stanse i forskjellige stillinger for hver gang man setter den i rotasjon. En rotor som vist i fig. 31, vil være statisk utbalansert. Setter vi den så i rota­ sjon, vil sentrifugalkreftene gjøre seg gjeldende, og den vil bøye seg som vist i fig. 31. Vi sier at rotoren er i statisk balanse, men i dynamisk ubalanse. Den må derfor utbalanseres dvnamisk i en utbalanseringsmaskin, som nevnt tidligere. De vibrasjonsformer som er nevnt for turbin rotorer, er spesielt farlige ved turbinens kritiske omdreiningstall. I dampturbinen forekommer også andre former for svingninger, som kan opp­ stå ved andre omdreiningstall enn det kritiske. Ja, det kan oppstå sjenerende og farlige sving­ ninger ved nær sagt alle omdreiningstall. Ved alle slags maskiner forekommer det sving­ ninger i større eller mindre grad, om de er aldri så godt konstruert og nøyaktig framstilt. Lokale vibrasjoner i en dampturbin, vi tenker da helst på vibrasjoner av turbinhjul og skovler, merkes ikke som rystelser under turbinens gang, og er derfor spesielt farlige. Det er derfor særlig viktig at egensvingetallet for turbinhjul og skovler beregnes eller måles så nøye som mulig, slik at man kan unngå at impulser som disse deler blir utsatt for under turbinens drift, ikke kommer i takt med delens egensvingetall. Som alle deler med en viss elastisitet, vil også turbinhjul svinge når de blir påvirket av pulser­ ende krefter. Turbinhjulet vil da svinge på tre forskjellige måter. Det kan svinge slik at det tar form av en skål, som vist i fig. 32a, eller det kan svinge om en eller flere ringer som i fig. b, eller om to eller flere diametre. De første to tilfelle kan oppstå ved at rotoren svinger i aksiell ret-

265

Fig. 32.

ning som folge av skjevhet i trykklageret, som skal holde rotoren på plass aksielt. En slik svingeform kan også oppstå ved at dampstrålen kom­ mer støtvis inn mot skovlene, eller ved en sugning av dampen gjennom labyrinttetningen. Disse periodiske kreftene gjor at turbinhjulet bøyer seg i ytterkanten og svingninger kommer i gang. En farligere svingning er den som er vist i fig. 33, da skiven svinger om flere diametre. Disse svingninger forekommer helst for turbin­ hjul med partielt pådrag. For hver gang løpe­ skovlene passerer dampstrommen, får de et støt som virker også på hjulet, og denne impulsen opphører når skovlene går ut av dampstrømmen. Resultatet blir en vibrasjon i hjulet. Samme slags svingning kan forekomme også ved turbinhjul med pådrag rundt hele omkretsen hvis de for­ skjellige munnstykker eller ledeskovler er ulike. Turbinhjulets egenfrekvens kan også påvirkes av temperaturen. Ved start og stopp av turbinen oppvarmes eller avkjøles turbinhjulets ytterkant fortere enn den mer kraftige del inne ved akselen. Hjulet får da form som en skål, og blir stivere.

Fig. 33.

266

Ragnar Molvik: Dampturbiner

Dette resulterer i at hjulets egensvingetall blir høyere. En slik variasjon av hjulets egensvinge­ tall er i høy grad avhengig av hvor forsiktig man er med oppvarmingen eller avkjølingen av turbinrotoren. Som et eksempel på årsaker til farlige vibrasjoner i en dampturbin, kan nevnes det vi kaier overkok på dampkjelen. En plutselig åpning av damp ventilen til turbinen gjør at trykket på kjelen synker hurtig. På grunn av den høye temperaturen på kjelvannet, vil det i kjelen foregå en eksplosiv damputvikling, slik at vann kan bli slynget ut i damprøret og bli ført til tur­ binen. Vannet virker sterkt kjølende på skovler, turbinhjul og aksel, og da slik kjøling alltid er ujevnt fordelt, vil turbinskiver, aksel og skovler bøye seg med den følge at det oppstår kraftige vibrasjoner. Man kan unngå vibrasjoner i turbinhjul ved å gjøre dem ekstra tykke og stive, og med et egen­ svingetall som ligger høyere enn alle tenkelige impulser som kan virke på hjulet. En annen me­ tode for å unngå svingninger er at man ved å slipe eller dreie bort materiale på hjulet kan avstemme det til et egensvingetall som ligger mellom to impulstall. Om man f. eks. har impulser på 10.000 og 14.000 pr. minutt, lager man hjulet slik at egensvingetallet ligger på ca. 12.000 sv. pr. min. Turbinhavarier som følge av vibrasjoner er relativt sjeldne, men hvis de forekommer, har de som oftest til følge et større havari på turbi­ nen.

En ødeleggelse av turbinhjulet som følge av svingninger begynner gjerne som dannelse av små sprekker som utvider seg helt umerkelig inntil skiven springer i stykker. Vi sier da at hjulet er blitt utsatt for tretthetsbrudd. Maksimale spenninger i turbinhjulene opptrer helst i over­ gang fra en materialtykkelse til en annen, eller der det forekommer hull eller skarpe hjørner. Også ved de enkelte lopeskovler eller grupper av lopeskovler oppstår vibrasjoner. En skovl kan svinge med forskjellige svingeformer, som vist skjematisk i fig. 34a og b. Skovlsvingninger kan oppstå som folge av at andre deler, som f. eks. turbinhjul eller aksel, svinger, eller på grunn av impulser fra dampstrommen. Skovlsvingninger kan også oppstå hvis skovlene er utilfredsstillende festet. Vibrasjonsformen for de forskjellige slags skovlsvingninger kan beregnes. Beregningene er nokså kompliserte, og det er vanskelig å ta med alle faktorer, som feste til turbinhjulet eller den innbyrdes fasthet mellom de forskjellige skovler. For å dempe skovlsving­ ninger blir det særlig for de lange skovlene i lav­ trykksturbinen satt inn dempetråder som blir lagt inn i hull i skovlene på steder der svingeutslagene er størst. Ved hjulets rotasjon vil dempetråden bli slynget utover på grunn av sentrifugalkraften, og friksjonen som da oppstår mellom tråden og hjulet, hindrer til en viss grad svingningene. For kortere skovler legges dempe­ tråden langs skovlenes ytterkant. Skovlsvingningene har tendens til å oke med økende belegg på løpeskovlene og i ledeskovlene, da det forår­ saker en ujevn dampstrom. Ved alt ettersyn og ved inspeksjon av en damp­ turbin bør man være særlig oppmerksom på sprekkdannelser i turbinrotoren. De deler der noe slikt forekommer, må absolutt utskiftes. Å bøte på skaden ved sveising eller klinking osv. kan ikke gjøres på en ferdig turbinrotor. Derved risi­ kerer man at det oppstår indre spenninger i mate­ rialet, som kan være årsak til nye sprekkdannel­ ser.

NOEN SYNSPUNKTER OM PASS AV TURBINANLEGG Kontinuerlig økonomisk drift av et turbin­ anlegg er mulig bare under forutsetning av sak­ kyndig og påpasselig stell. Dette er ikke mindre viktig enn god konstruksjon og nøyaktig fram­

stilling. Pass av turbinanlegg krever lite fysisk arbeid av maskinbetjeningen, men til gjengjeld kreves det omtanke og ansvarsfølelse, da et havari kan ha vidtrekkende økonomiske følger.

Noen synspunkter om pass av et turbinanlegg

Et havari av en større turbin er vanligvis alvor­ ligere enn hos andre maskiner, på grunn av tur­ binens høye omdreiningstall og store materialpåkjenninger. Også for maskinpersonalet kan et turbinhavari innebære stor fare, da bevegelses­ energien hos delene, f. eks. av et istykkersprengt turbinhjul, nærmest kan sammenlignes med kraften i et kanonprosjektil. Dette har ført til at det på moderne skipsturbinanlegg er innført en hel rekke automatiske sikkerhetsanordninger som stopper turbinen eller gir alarm når noen faktorer avviker fra det nor­ male. Av slike sikkerhetsanordninger kan nevnes sikkeihetsregulatoren som skal hindre at turbi­ nens omdreiningstall overstiger en viss grense, automatisk avstengning av damptilførselen hvis turbinrotoren forskyver seg aksielt, eller om tur­ binens mottrykk overstiger en viss verdi. Alle disse sikkerhetsanordninger virker på den måten at de slipper olje ut av en trykksylinder, som holder åpen en ventil i hoveddampledningen til turbinen. Så snart oljetrykket forsvinner, vil en fjær lukke ventilen. På den måten vil et fall i smøreoljetrykket til turbinlagerne gjore at ven­ tilen stenger. Alle disse mer eller mindre kompliserte sikker­ hetsanordninger som skal beskytte maskineriet, kan ikke erstatte den menneskelige dømmekraft og er ikke annet enn hjelpemidler. Det er blitt hevdet at de fleste sikkerhetsanordninger er mer til skade enn gagn, da maskinpersonalet har ten­ dens til å stole altfor mye på instrumentene og derved blir sløve for unormale lyder og vibrasjo­

267

ner som ikke direkte kan avleses på instrumen­ tene. Vi får her huske at samtlige instrumenter og automater er et produkt av menneskets hjerne og hender og skal behandles og bedømmes deretter. Instrumentene kan nok arbeide riktig under de betingelser de er konstruert for, men selv ved den minste avvikelse fra disse, f. eks. hvis rust eller urenheter kommer inn i instrumentets fintfølende mekaniske deler, kan de vise nor­ male verdier, selv om maskineriets tilstand er unormal. Et inngrep av en påpasselig maskinist i rette øyeblikk kan i et slikt tilfelle redde store verdier. Vi skal i det følgende ta for oss turbinanleggets forskjellige hoveddeler og se hva maskinperso­ nalet må legge mest vekt på. Det er naturligvis mange ting som krever omtanke og påpasselighet, men det vil fore for langt å gå inn på alt. Det er tre hovedkrav som må stilles til maskin personalet som har ansvaret for et turbinanlegg. Det første er at anlegget må holdes absolutt rent. Da er det lettere å oppdage lekkasje av olje, damp eller vann. Det neste er at alle viktige in­ strumenter må avleses regelmessig, samtidig som man kontrollerer at de er i orden. På den måten kan man ved sammenligning av verdier som er avlest tidligere, i tide merke om unormale tilstan­ der er i ferd med å utvikle seg. Det tredje krav er at maskineriets normale ly­ der og vibrasjoner må læres snarest mulig Hver unormal lyd, som f. eks. slag, skranglende lyd, vil da fort merkes, og man kan ta forholdsregler før storre skader skjer.

(a) Smoreoljesystemet Smøreoljesystemet på et dampturbinanlegg er uten sammenligning det viktigste element for driftssikkerheten. Oljen som sirkulerer i systemet, har til opp­ gave å smøre lagerne i turbin og gir og føre bort friksjonsvarmen fra disse delene. Dessuten brukes den som trykkmedium i sikkerhetssystemet. Det er derfor lett forståelig at vi må stille strenge krav til hjelpemaskiner og apparater som har med smøresystemet å gjøre. Smøreoljens kvalitet er ikke mindre viktig. Ved valg av smøreolje legger man vekt på å få en olje som passer både for smøring av lager og inngrepet mellom ten­ nene i giret. De oljedata som interesserer mest når det gjel­ der smøring av turbinen, er: Oljens spesifikke

vekt, flammepunkt og viskositet. En god turbinolje må ha følgende egenskaper: Spesifikk vekt ca. 0,87, flammepunkt ca. 220u C og viskosi­ tet ved 50° C, ca. 7° Engler. Vi skal forklare nær­ mere hva disse data forteller. Et flammepunkt på 220° C sier at vi må varme opp oljen til 220° C før den utvikler brennbar oljegass. At flammepunktet ligger så høyt, er nødvendig, da oljen på sin gang gjennom syste­ met kan komme i berøring med flater med høy temperatur. Et lavere flammepunkt kan derfor være direkte brannfarlig. I européiske land blir viskositeten oppgitt i grader Engler (skrives °E). A iskositeten i °E blir bestemt ved at 240 cm3 av oljen fylles i et kar, og temperaturen blir målt nøyaktig. Hvis vi åpner

268

Ragnar Molvik: Dampturbiner

et lite hull i bunnen av karet, vil oljen strømme ut, og tiden som trengs for at 200 cm3 olje skal renne ut, måles. Vi fyller så 240 cm3 vann av 20 °C i karet og måler tiden som går for 200 cm3 vann å renne ut. Viskositeten i °E er da tiden som oljen tok for å renne ut, dividert med tiden som vannet trengte. En passende turbinolje skal altså være så tykk ved 50 °C at den trenger 7 ganger lenger tid enn vann av 20 °C ti) å renne ut av karet. I England blir viskositeten oppgitt i Redwood sekunder og i Amerika i Soybolts sekunder. I håndbøker finner vi omregningstabeller for disse tre viskositetsenhetene. Foruten de oljeegenskaper som er nevnt, kreves også at oljens innhold av oljesyre ikke overstiger 0,05%, og at askeinnholdet er mindre enn 0,01%. De faktorer som vi har nevnt ovenfor, og som viser oljens kvalitet, blir dårligere med tiden under oljens sirkulasjon i oljesystemet. Dens smoreevne blir litt etter litt ødelagt. Dette kom­ mer hovedsakelig av at oljen forbinder seg med oksygen (surstoff) i luften, den oksyderer. Oksydasjonsprosessen kan framskyndes ved oppvarming i lager og ved dens berøring med forskjellige metaller i anlegget og ikke minst ved blanding med vann og rust. Etter hvert som oljens kvalitet blir dårligere, øker viskositeten og evnen til å blande seg med vann. Til bedømmelse av smoreoljesystemets arbeid tjener oljens trykk og temperatur. Manometer for måling av trykk, og termometer blir plasert på viktige steder i systemet. Hvert lager får hvert sitt termometer og dessuten en oljeindikator som viser om olje sirkulerer i lageret. For å oppnå økonomisk og riktig smøring av turbinen er det nødvendig å behandle oljen slik at den kan brukes i lang tid for den skiftes ut. Dette oppnår man ved regelmessig rensing av oljen og daglig avtapping av vann som samler seg på bunnen av oljetankene. På grunn av sin gjennomtrengende og rensende evne har oljen lett for å oppta i seg ulike for­ urensninger som er kommet inn i systemet under monteringen, slikt som stopesand, slagg fra sveiser, og oksyder fra stålplatene. Disse for­ urensningene påskynder oljens oksydering. Før en ny turbin blir satt i gang, bør olje­ systemet spyles igjennom i flere timer med samme slags olje som skal brukes i anlegget i drift. Spylingen blir gjort med anleggets smøreoljepumper. Etter at systemet er godt gjennomspvlt, tappes renseoljen av, og ny olje fylles på.

Denne rensemetoden blir nyttet på de fleste an­ legg, og erfaring har vist at den er nødvendig. Oljen ødelegges hurtig av forurensninger i syste­ met hvis dette ikke er blitt nøye rengjort på forhånd. Smøreoljens oppgave er også å kjøle lagerne. Varmen som utvikles i lagerne, føres bort fra oljen igjen i oljekjøleren. Det er derfor svært viktig at rørene i oljekjøleren holdes rene både på den siden som berøres av olje, og på den siden som berøres av kjølevannet. Belegg på kjølerørene minsker varmeoverforingen og der­ med kjøleevnen. Rørene bør gjøres rene med jevne mellomrom, som bestemmes av kjølevan­ nets renhet og oljens egenskaper. Blir oljetemperaturen høy etter kjøleren, betyr det oftest at oljekjøleren trenger rensing. En del av smøreoljen går tapt ved lekkasje og fordamping. Oljetapets størrelse er ikke bare bestemt av maskineriets størrelse og type, men også av oljesorten. Oljetapet må erstattes etter hvert for at oljenivået i samletanken ikke skal synke under en viss grense. For dette tilfelle bør det alltid finnes tilstrekkelig reserveolje ombord. Reserveoljen bør helst leveres fra samme firma som leverte den øvrige olje. Blanding av to idike oljesorter må ikke forekomme. Det er viktig at oljetemperaturen ikke holdes for høy, da det framskynder oksyderingen. Som rimelig oljetemperatur ved innløp til lagerne kan settes ca. 45 °C. Forsøk har vist at det forekommer minst friksjon og varme­ utvikling i lagerne ved denne temperatur. Altfor lav oljetemperatur er heller ikke gunstig, da den større indre friksjon i oljen er årsak til større varmeutvikling. Som nedre grense for oljetemperaturen ved innløp til lagerne settes gjerne 35 °C. Forekomst av vann i oljen er skadelig. Oljerør og tanker ruster, og oljen har også tendens til å dele seg opp i små kuler, som blander seg med vannet. Vannet kan komme inn i oljen gjennom utettheter i oljekjoler og ved at fuktig luft strøm­ mer inn i oljetankene og avgir sitt vanninnhold til tankens kalde vegger som dugg. Vannet som samles i oljesystemet, må tappes ut regelmessig. Alle tanker og apparater som inneholder smøreolje, har derfor kraner i bunnen, der vann kan tappes ut. Oljen som tappes av tanker og beholdere sam­ men med vannet, blir renset for vann og andre forurensinger og kan da nyttes om igjen i syste­ met. Slik oljerensing foregår best i en oljesepara-

Noen synspunkter om pass av et turbinanlegg

tor. Vann og faste partikler har større spesifikk vekt enn oljen, og kan derfor lett skilles ut ved sentrifugering. I moderne turbinanlegg koples oljeseparatoren inn slik at den kan ta olje fra systemets laveste

269

punkt, bunnen av samletanken, der vann og forurensinger samler seg, og levere den rensede oljen tilbake til systemet. For at separeringen skal gå lettere, forvarmes oljen foran separatoren til ca. 60 °C.

(b) Dainpledningeiie Dampledninger kalles rør som forer dampen fra kjelen fram til forbruksstedet. Hvis en dampledning er riktig montert og isolert, krever den et minimum av pass. Det hender dessverre ofte at montasjen av rør og rørforbindelser blir utfort mindre godt, og det skaller maskinbetjeningen mye ekstra arbeid med pakking av flenseforbindelser. Særlig er hoveddamproret, som forer damp av høyt trykk og hoy temperatur til tur­ binen, ømfintlig for skjevheter i forbindelser. På grunn av dampens høye temperatur ser man ikke at damp lekker ut, man merker den kanskje først ved at man horer en hvislende lyd og kjenner da den varme dampen når man holder hånden et stykke fra flenseforbindelsen. Kommer man uforvarende nær en hoytrykksflens som lekker, kan man bli stygt forbrent, fordi man ikke ser dampen. Dampledningen mellom kjel og turbin må

konstrueres og monteres slik at det ikke blir farlige spenninger i ror eller festepunkter ved rorets lengdeutvidelse ved oppvarming. Roret må derfor legges med slakke bend, som gjor roret mest mulig elastisk. Et stivt ror kan ved sin lengdeutvidelse fore til skjevhet i turbinhuset, som kan være årsak til vibrasjoner i maskinen. Ved start av turbinen i kald tilstand vil det alltid dannes kondensat i dampledningen. Av den grunn må det finnes tilstrekkelig med avtappingskraner på de steder av roret der det vil samle seg vann. Foran manøverventilen til turbinen er alltid plasert en dampsil som skal hindre faste partikler i å komme inn i ventilen og turbinen. Dampsilen har tendens til å tettes igjen. Dette merkes på at det blir stor trykkforskjell mellom kjel og manøverventil. Dampsilen må tas ut regelmessig og renses.

(c) Turbinen F

Ved å lese av damptrykk og damptemperatur foran innløpet til turbinen regelmessig og sam­ menligne de avleste verdier, kan man lett merke om uregelmessigheter ved turbinen skyldes dampen. Dette kan spesielt være viktig hvis vann fra kjelen kommer inn i turbinen. Dette merkes ved kraftige vibrasjoner, samtidig som damptemperaturen foran turbinen synker. For kon­ troll av lede- og løpeskovlenes tilstand er det hensiktsmessig å lese av damptrykket etter tur­ binens første trin. Trykket etter første turbintrin er bestemmende for dampmengden som strøm­ mer gjennom turbinen. Et unormalt høyt trykk etter første trin tyder på at gjennomstromningsarealet i de følgende trin er delvis stoppet til. Dette kan skyldes belegg på skovler eller defor­ masjon av skovlkanter. Lavt trykk etter første trin ved helt åpen manøverventil skyldes liten dampmengde gjennom innløpsmunnstykkene. Innløpet til turbinen er da stoppet til av belegg

på kanalvegger eller av faste deler som er løsnet i dampledningen. Gangen på en riktig montert og godt konstru­ ert turbin skal normalt være rolig og jevn. Enhver forandring av turbinens lyder tyder på en eller annen feil. Årsaken til ulyden kan ligge både i og utenfor turbinen. For at turbinen skal arbeide normalt, må alle detaljer som lagerunderstottelser, girkasse og kondensator være pålitelig festet til fundamen­ tet. Man må kontrollere regelmessig at disse deler ikke har løsnet på grunn av vibrasjoner under gang. Alle deler som har varierende temperatur, må ha fri mulighet til å utvide seg. Av den grunn må alle glideflater og kiler holdes vel smurt. Lagerklaringer må ikke få større verdi enn det som er foreskrevet. Så ofte som mulig må lagernes overdel tas av og lagerslitasjen kontrolleres. Ved levering av en ny turbin blir alle viktige mål for lager og senteravstander ført opp i en spesiell

270

Ragnar Molvik: Dampturbiner

måleprotokoll som sendes med skipet. Ved sam­ menligning med dataene i protokollen kan maskinisten se om det forekommer slitasje i lager og om det oppstår skjevheter i maskinen. Ved inspeksjon av turbinens skovlsystem må man være oppmerksom på belegg på løpeskovle­ ne. Dette kan være årsak til ubalanse i rotoren og sjenerende vibrasjoner under gang. Hvis en ting med en bestemt egensvingefrekvens påvirkes av en varierende kraft med sam­ me frekvens som egensvingefrekvensen, får vi det vi kaller en svingningsresonans. Ved resonans blir amplitudene ekstra store. Derfor er en sving­ ningsresonans alltid farlig for en maskindel. I en dampturbin forekommer svingninger på grunn av dampstøt mot lopeskovler, når disse passerer ledeskovlene. Frekvensen av dampstøtene er avhengig av turbinens omdreiningstall. I de tilfelle der turbinens omdreiningstall er slik at dampstøtenes frekvens er like stor som rotor­ ens egensvingetall , begynner rotoren å v: kraftig. Øker vi turbinens omdreiningstall litt, vil den gå rolig. Det samme vil skje om omdrei­ ningstallet synker. Vibrasjoner i turbinrotoren kan også ha sin årsak i ujevnheter i lager og ujevn oppvarming

av turbinen. Det siste er mest vanlig ved start av en turbin i kald tilstand. Turbinen varmes opp på den måten at det slippes på en liten dampmengde samtidig som turbinen dreies sakte rundt ved hjelp av en elektrisk motor, tørnemotoren. Temperaturen leses av med jevne mellomrom på de forskjellige steder i turbinen. Særlig er temperaturen i overstrømningsrøret mellom høytrykksturbinen og lavtrykksturbinen et godt merke på turbintemperaturen. Når oppvarmingsdampen blir satt på en kald turbin, vil dampen kondensere seg i turbinhus og på rotoren, og det vil samle seg vann gjennom hele turbinen. V annet tappes ut ved hjelp av små kraner på turbinens underside. Man må ikke starte turbinen før det slutter å komme vann ut av avtapningskranene. En feil som ofte gjøres, er at turbinen varmes opp uten at den samtidig dreies rundt. Rotoren får da ujevn temperatur, og en temperaturforskjell på bare 1 °C mellom to nærliggende steder på rotoren er nok til at den bøyer seg og vibrerer kraftig ved start. I et slikt tilfelle må turbinens omdreinings­ tall øyeblikkelig settes ned, og ny start må ikke forekomme før temperaturforskjellen har jevnet seg ut og rotoren rettet seg.

(d) Hovedkondensatoren Pass av hovedkondensatoren innskrenker seg ved de fleste turbinanlegg til å se etter at det ikke er luftlekkasjer. Dessuten må man regelmessig ta av renselukene i enden av kondensatoren, og rense endekamrene. Det forekommer ofte at småfisk og skalldyr blir sugd inn med kjølevanns-

pumpen og delvis tetter til kjølerørene. Dette vil merkes på trykket i kondensatoren. Kondensatortrykket må holdes så lavt som mulig for å få den maksimale utnyttelse av dampens varme­ energi i turbinen.

(e) Giret Som vi har nevnt tidligere, må vi ha stor skovlhastighet for å få god virkningsgrad på turbinen. Stor skovlhastighet kan vi få på to måter, enten ved høyt omdreiningstall og liten diameter av rotoren, eller lavt omdreiningstall og stor rotordiameter. De første skipsturbiner som ble laget, hadde stor rotordiameter med et omdreiningstall på 400—500 pr. minutt. Disse turbiner var koplet direkte til propellakselen Imidlertid vil propellvirkningsgraden synke med økende omdreiningstall. Et gunstig omdreinings­

tall for propellen ligger på ca. 100 pr. minutt og lavere. En direkte koplet turbin med et sa lavt omdreiningstall ville få en rotordiameter på flere meter for at den skulle ha en gunstig skovlhastig­ het. I de moderne skipsturbinanlegg har man derfor helt gått bort fra de direkte koplete tur­ binene Turbinene blir nå utført små og med et høyt omdreiningstall, 6—8000 omdreininger pr. minutt. Mellom turbin og propell blir det så satt inn et reduksjonsgir som setter ned omdreinings-

Noen synspunkter om pass av et turbinanlegg

tallet til 100—110 omdreininger pr. minutt. Dermed har vi betingelsene for en god virknings­ grad både for turbin og propell. På amerikanske skip brukes mye elektrisk overføring mellom turbin og propell. Turbinen driver en elektrisk generator, helst likestrøms­ generator, som leverer elektrisk kraft til en elek­ trisk motor som driver propellen. Elektrisk over­ føring har litt større tap i overføringen mellom turbin og propell enn de girede turbinene, men man har den fordel at turbinen alltid går én vei. Akteroverturbinen faller bort, og omstyringen av propellen skjer ved å forandre dreieretning på propellmotoren. Så å si samtlige turbinanlegg for skip som bygges i Europa, utstyres med reduk­ sjonsgir og akteroverturbin. Et reduksjonsgir trenger ikke noe pass hvis det får riktig smøring av lager og tanninngrep. Med jevne mellomrom bør giret inspiseres, de forskjellige inspeksjonslukene tas av, og ten­ nene i hjul og drev undersøkes med hensyn til

271

slitasje. Et riktig framstilt gir skal ikke vise slitasje hverken på tenner eller i lager, selv etter lang tids kjøring, forutsatt riktig smøring. Smøre­ oljen skal nemlig danne et sjikt mellom de for­ skjellige tenner i inngrep og mellom aksler og lagerflater. Med andre ord, det skal alltid være bare væskefriksjon og ikke glidning av metall mot metall. For lagerne er dette en absolutt betingelse hvis man vil unngå varmgang. For tanninngrepet er det vanskeligere å få til. Sam­ vittighetsfull framstilling og oppretting av giret gir gode resultater. Det kan nevnes at reduksjons­ gir har gått i flere år uten at det kunne påvises slitasje. Dette skulle bevise at det bare har vært væskefriksjon til stede. Slitasje av tennene merkes ved en kraftigere lyd fra giret under gang. Men da lyden tiltar så langsomt, er det vanskelig å merke om slitasjen er blitt unormalt stor. Det hender at rystelser i akterskipet på tankbåter har vært årsak til havarier på giret, men det er relativt sjelden at slikt forekommer.

(f) Lagerne Ved siden av bærelagerne har hver turbin et trykklager som skal fiksere rotoren i forhold til turbinhuset, for å unngå berøring mellom løpe­ skovler og faststående deler. Havari på et trykk­ lager kan lede til store skader på turbinen, da rotoren forskyver seg aksielt, og skovlene berører de faste deler i huset. Nedsmelting av hvit­ metallet i et trykklager skjer så hurtig at man trenger knapt merke noen varmgang i lageret før skaden er der. Av den grunn blir hvitmetallbelegget i trykklageret gjort tynnere enn avstanden mellom løpeskovler og mellomveggen ved siden. Hvis lagermetallet smelter og renner bort, vil det kunne gå en tid på det underliggende materiale. Slike konstruksjoner kan i heldigste fall beskytte turbinen mot alvorlige skader, men baie under den forutsetning at damptilførselen til turbinen stenges av når lagermetallet smelter ned. Av årsaker til varmgang i et trykklager kan nevnes: 1. Dårlig smøreolje eller uren olje. 2. Unøyaktig montasje.

3. Dårlig hvitmetall. 4. Økning av aksialkraften på rotoren som følge av vann i dampen eller tilstopping av skovler.

Det første man må gjøre når man merker varmgang i et av turbinens lager, er å minske belastningen på lagerne og dermed friksjonsvarmen. Damptilførselen til turbinen må derfor stenges av så hurtig som mulig, slik at turbinens omdreiningstall minker. Ved varmgang i lagerne på en turbogenerator må generatoren koples fra strømnettet for å minske lagerbelastningen. Til hovedturbinen, som ikke kan koples fra propellen, brukes en ekstra smoreoljepumpe, som blir drevet direkte fra giret. Denne pumpen er montert for at lagerne skal få olje selv om hovedsmøreoljepumpen stopper. Dessuten er det satt opp en liten smøreoljetank, gravitasjonstanken, som alltid holdes fylt med olje, og som automatisk tømmer sitt oljeinnhold i smøresystemet hvis oljetilførselen av en eller annen grunn skulle svikte.

Arne Steineter

TEKNISK VARMELÆRE

18-Teknikk III

Innledning.................................................................. 275 Temperatur ............................................................. 275 Trykk............................................................................ 277 Varmemengde........................................................... 278 Stoffenes utvidelse under oppvarming .... 278 Smelte- eller frysepunkt, smeltevarme .... 279 Kokepunkt, fordampningsvarme, kondensasjon ..................................................................... 279 Spesifikk varme...................................................... 280

Mettet og overhetet vanndamp ..................... Utdrag av gasslovene ........................................ Fuktig luft og duggpunkt................................... Varmeoverføring - Isolasjon............................... Energikilder............................................ Brenslene og deres egenskaper.......................... Forbrenningen......................................................... Litt om økonomisk fyring................................. Kjelanlegg ................................................................

280 282 283 283 286 286 288 289 291

TEKNISK VARMELÆRE Innledning Hver eneste dag stilles vi overfor ting eller hendelser som har tilknytning til varmeteknikken. Vi bruker ord som temperatur, kalorier, koke, smelte, brenne, varmetap, kondensere osv. Mange av oss har kanskje gjennomført en og an­ nen varmeteknisk beregning, som f. eks. å finne ut hvor mange kilowatt-timer som går med til å varme opp vannet i en varmtvannsbeholder, eller hvilket av to sorter brensel det blir billigst å fyre med. Dessuten har vi nok lagt merke til forskjellige fenomener som vi har aksep­ tert som ganske naturlige, uten akkurat å kunne forklare oss det, med mindre vi allerede har litt kjennskap til varmelæren, f. eks. at vann som koker i åpent kar ikke får høyere temperatur enn 100 ° C, selv om varmetilførselen er aldri så stor, eller at det under visse forhold dugger på rutene, at det føles varmt fra et bål selv om vinden blåser fra oss mot bålet, at et sykkelnav blir varmt når vi bremser, at trykkluften fra en sykkelpumpe blir varm når vi pumper, at det blir kaldt i et kjøleskap når vi setter strøm på et varmeelement i skapet, osv.

Det rent teoretiske grunnlaget for den tek­ niske varmelære finner vi i den del av fysikken som heter termodynamikk. En av termodynamikkens viktigste læresetninger sier oss at energi ikke kan skapes eller ødelegges, men den kan for­ vandles til forskjellige former. Således kan varme omdannes til arbeid (f. eks. brensel — fyring — damp — dampmaskin — arbeid), og omvendt kan arbeid omdannes til varme (f. eks. foss — turbin — dynamo — elektrisk energi — koke­ plate). Vi sier at varme og arbeid er likeverdige. Varme kan også omdannes til kjemisk energi og omvendt (solstråler — varme — skogvekst — brensel — fyring). Den tekniske varmelære beskjeftiger seg med faste legemers, væskers og gassarters forhold under forandringer i trykk, temperatur og volum, og den er en del av grunnlaget for vårt kjennskap bl. a. til dampkjelanlegg, stempeldampmaskiner, dampturbiner, forbrenningsmotorer, trykkluftteknikk, oppvarming og ventilasjon, kjøleteknikk, smelteindustri, isolasjonsteknikk. Vi skal her ta for oss et utdrag av varmelæren.

Temperatur Først må vi gi en forklaring på noen av de en­ heter vi anvender i varmeteknikken. Vi har bl. a. bruk for å si hvor varmt et stoff er, og det gjør vi ved å oppgi stoffets temperatur. Når vi fører varme til stoffet, som kan være fast, flytende eller gassformig, stiger stoffets temperatur, og når stoffet avkjøles, synker temperaturen. Det instrument som vanligvis benyttes til å måle temperaturer, er termometeret.

Når et fast stoff oppvarmes, utvider det seg, det inntar et større volum. Imidlertid utvider faste stoffer, som f. eks. jern, stein, tre, glass, seg nokså lite. Flytende stoffer, vann, olje, kvikk­ sølv, alkohol osv., utvider seg mer, og gassartene, som f. eks. oksygen og nitrogen, utvider seg mest. I kvikksølvtermometret (fig. 1) utnyttes nett­ opp denne egenskap, at kvikksølvet utvider seg under oppvarming, til å bestemme andre stoflfers

Arne Steineger: Teknisk varmelære

210-^ r- 100

4-

70

4/

—

C C

150-4

110—

100-4 90

4

so4

O

120~

tn

130-4

_

jUU

|-30

460-4 —240 440-4 4-220 420-4 400-4

u

c

n iw

180-4

4-90

-x.

190^

--400 740-4 720-4 4-380 700-4 tan OOU — — — OOv

O

200—

pb» o

temperatur. Et vanlig termo­ meter består som kjent av et trangt glassrør som er utvidet til en kule i den nedre ende og lukket i den øvre. I kulen er det fylt kvikksølv. Dyppes termo­ metret ned i et kar med smeltende is eller snø, vil kvikksølvstrengen i glassrøret stille seg inn på en bestemt høyde, og så lenge det er is eller snø til stede i karet, vil kvikksølvet stå i den samme høyde. Vi kan sette et merke på glasset der kvikk­ sølvet nå står, ispunktet. Var­ mes så is-sørpen i karet opp, vil først isen smelte, mens kvikksølvstrengen stadig står stille, og først når all is er smeltet, begynner vannet og dermed kvikksølvet å bli var­ mere, kvikksølvet utvides og stiger i røret, temperaturen stiger. Vi varmer videre opp, og vannet begynner til sist å koke. Toppen på kvikksølv­ strengen i røret vil da bli stående i en bestemt høyde igjen, og rører seg ikke så lenge vannet koker. I den høyde som kvikksølvet nå står, kan settes et nytt merke, og avstanden mellom dette og ispunktet kan deles inn i et antall like store deler. I Norge og de fleste andre europeiske land kalles ispunktet 0 og vannets kokepunkt 100, og skalaen mellom disse to punkter deles inn i 100 like deler. Hver del kalles en grad Celsius, 1 °C (etter den svenske fysiker Anders Celsius, 1701-—44). I engelsktalende land (Eng­ Fig. 1. Kvikk­ land, U.S.A., Canada, osv.) sølvtermometer i beskyttelseshylse. brukes også en annen skala. Ispunktet betegnes 32 og koke­ punktet 212. Skalaen mellom disse punkter er delt i 180 like deler, og hver del blir kalt en grad Fahrenheit, 1 °F (etter den tyske fysiker Fahrenheit, 1686—1736). Når vi kjenner temperaturen i °F og vil vite hva den svarer til i °C, kan vi bruke følgende formel:

iiip ilip iii

276

340— un ~ — 1OU 300-4 280-4 4-140 260— 120 240-4 220-4 ^-100

f-

Fig. 2. Sammenligning mellom Fahren­ heit- og Celsius-skalaen.

°C = | (°F 4- 32 °).

Hvis vi derimot kjenner temperaturen i °C og vil regne den om til °F, kan vi bruke formelen: °F = | °C 4- 32°.

Fig. 2 viser sammenligningen mellom °F og °C. Temperaturskalaene kan forlenges både under ispunktet og over kokepunktet. Den laveste tem­ peratur som i det hele tatt forekommer, er 4273 °C. Det er den temperatur som eksisterer i det lufttomme verdensrom.

Trykk

I termodynamikken benyttes som regel den absolutte eller termodynamiske temperaturskala (etter den skotske fysiker Kelvin, 1824—1907), hvor 4- 273 °C kalles 0 °K, ispunktet 273 °K og vannets kokepunkt følgelig 373 °K. Denne skala for absolutte temperaturer passer bedre inn i de — til dels innviklede — formler og beregninger som termodynamikken omfatter. Kvikksølvtermometret har sin begrensning. Det kan ikke brukes for lavere temperaturer enn 4- 39 °C, for da fryser kvikksølvet. Kvikksølvet koker ved 357 °C. For måling av temperaturer over ca. 320 °C må kvikksølvet stå under trykk. I normale termometre kan da måles inntil 650 °C, og i spesielle termometre av kvarts, inntil 750 °C. For måling av temperaturer under 4- 39 °C benyttes væsketermometre med farget alkohol eller eter som målevæske. For øvrig finnes flere andre metoder for måling av temperaturer. To tynne plater av forskjellig materiale kan sveises sammen og kalles da et bimetall. Da platene har forskjellig utvidelses­

277

koeffisient, vil bimetallet under oppvarming bøye seg til den side som utvider seg minst under opp­ varmingen. Enden av bimetallet kan settes i for­ bindelse med en gradert skive eller en viser. På denne måte får man et (riktignok ikke særlig nøyaktig) termometer. Bimetallet egner seg godt som termostat, hvor bimetallet bryter en elek­ trisk strømkrets når det blir for varmt, og slutter den igjen etter en passende avkjøling, f. eks. i varmeskap, varmtvannsberedere, strykejern. Me­ get anvendt er også motstandstermometre og termoelementer. Motstandstermometret kan nyttes fra 4- 200 til -|- 600 °C. Her er prinsippet at den elektriske motstanden (ohm) i en foletråd endrer seg med temperaturen. Et termoelement består av to tråder av forskjellige metaller. Trådene loddes sammen så de danner en sluttet krets, og hvis loddestedene så holdes på ulike temperaturer, vil det oppstå en elektrisk strom i kretsen. Jo større temperaturforskjell, jo sterkere strom (spenning). Dette avleses på et elektrisk måleinstrument, som i dette tilfelle kan graderes direkte i °C.

Trykk Når en gjenstand ligger på en bordplate, vil vekten av gjenstanden utøve et trykk på platen. En vanlig enhet for trykk er kilopond pr. kva­ dratcentimeter (kp/cm2). Hvis gjenstanden veier f. eks. 5 kg og den hviler jevnt på platen over f. eks. 10 cm2, vil flatetrykket være 0,5 kp/cm2. 1 kp/cm2 kaller vi en teknisk atmosfære, som forkortes at. Tidligere var det vanlig å angi trykk med enheten kg/cm2. Vekten av en vannsøyle (ved 4 °C) som er 10 meter (1000 cm) høy og har et tverrsnitt på 1 cm2, er 1 kg, idet volumet er 1000 cm3 og den spesi­ fikke vekt av vann ved 4 °C lik 1. Denne vann­ søylen utøver altså ved bunnen et trykk på 1 at. Hvis vi tenker oss brukt kvikksølv istedenfor vann, kan vi korte av høyden betraktelig. En kvikksølvsøyle (ved 0 °C) med høyde 735,5 mm og med tverrsnitt 1 cm2 veier nemlig også 1 kg, fordi kvikksolvets spesifikke vekt ved 0 °C er 13,6. Denne kvikksølvsøylen utøver altså også et trykk på 1 at. Vi får derved at 1 teknisk atmosfære (1 at) = 1 kp/cm2 = 10000 kp/m2 = 10 meter vannsøyle (VS) ved 4 °C — 735,5 mm kvikksølvsøyle (Hg) ved 0 °C. 1 mmHg (0°C) kalles også 1 Torr. Andre betegnelser for trykk er 1 newton (N) pr. m2 = 1 pascal (Pa). 1 N/m2 = 10“5 bar =

10,2 • 10-6 kp/cm2 = 7,5 • 10'3 Torr = 1 Pa. 1 N/mm2 = 1 MPa — 10 bar (M = mega = 106).

Fig. 3. Manometer.

278

Arne Steineger: Teknisk varmelære

Oftest angis trykkene i at eller kp/cm2, men små trykk eller undertrykk er det mer praktisk å uttrykke med «kvikksølvsøyle» eller «vann­ søyle», som f. eks. at trykket på beholderen er 3 meter VS (== 0,3 at), at trekken (undertrykket) ved skorsteinsfoten er 10 mm VS (= 0,001 at) eller at trykket i en ledning er 5 mm Hg ( = 0,0068 at). Vannledningstrykk blir oftest angitt i meter VS, 60 meter VS er 6 at. Atmosfæren over oss utøver også et trykk på oss og jordoverflaten. Vi kjenner ikke dette trykk som noen belastning, fordi det motvirkes av et like stort trykk innvendig i oss. Vekten av en tenkt gassøyle med tverrsnitt 1 cm2 fra jordover­ flaten og helt opp til det lufttomme rom er litt over 1 kg. Vekten varierer fordi luften er i stadig bevegelse, og fordi lufttemperaturene i de for­ skjellige høyder av «søylen» veksler. Det er denne vekten som kalles barometerstanden, og den uttrykkes i mm Hg. Den «normale» barometer-

stand ved havets overflate er fastsatt til 760 mm Hg. Den kalles en fysikalsk atmosfære og for­ kortes atm, til forskjell fra den tekniske atmosfæ­ re. 1 atm = 1,033 at. Vi kan således skjelne mellom overtrykk, som forkortes ato, og absolutt trykk, som forkortes ata. Det absolutte trykk er lik barometerstanden + overtrykket. På manometre for kjeler og be­ holdere (fig. 3) avleser vi alltid overtrykket (eller undertrykket) i forhold til omgivelsenes trykk. I varmetekniske beregninger og tabeller er det nødvendig å sette inn de absolutte trykk. I engelsktalende land var den vanlige enhet for trykk pund pr. kvadrattomme, som forkortes lb per sq.in. eller lb/1 lb/sq.in = 0,0703 kp/cm2, tilsvarende 1 at = 14,22 Ibs/sq.in. Overtrykk betegnes med i.g. (indicated on gauge — vist på skalaen) etter benevningen og absolutte trykk med abs.

Varmemengde En varmemengde måles i kalorier, og 1 kalori (cal) er definert som den mengde varme som går med til å opphete 1 gram stoff med samme spesi­ fikke varme som vann av 15 °C 1 °C. Den nevnte varmemengde er meget liten, og i teknikken bru­ ker vi derfor en større enhet, nemlig 1 kcal, som er lik 1000 cal. Bokstaven k står for kilo, som er det greske ord for 1000. Sammenlign kilogram som er 1000 gram, kilometer lik 1000 meter osv. Storre varmemengde angis ofte med Mcal

(megakalorier) = 1000 kcal, eller med Gcal (gigakalorier) = 1000 Mcal = 106 kcal. Andre enheter for varmemengde er Joule (J). 1 cal = 4,1868 J. 1 kcal. = 4,1868 kj. I engelsktalende land bruker man en annen enhet for varmemengde, nemlig BTU, som er forkortelse for British Thermal Unit. 1 kcal = 3,968 BTU. 1 BTU = 0,252 kcal.

Stoffenes utvidelse under oppvarming Alle faste, flytende og gassformige stoffer ut­ vider seg under oppvarming. Denne regel har likevel en eiendommelig unntagelse, nemlig vann, som trekker seg sammen når det oppvar­ mes fra 0 °C til 4 °C. Dette motvirker at inn­ sjøene bunnfryser om vinteren, idet man ved 4 CC vanntemperatur og lavere i innsjøen får det forhold at det varmeste vann synker til bunns. Som nevnt utvider faste stoffer seg svært lite, men likevel tilstrekkelig til at man må ta nøye hensyn til det, f. eks. ved legging av jernbane­ skinner, bygging av broer og montering av dampledninger. Det må således være mellomrom mellom skinnene, broer må monteres på ruller og kuleledd, og dampledninger må også ha mulig­ heter for å kunne utvide seg fritt. Væsker utvider

Tabell I.

Stoff

Jern ................. Sølv ................. Sink ................. Vann ............... Kvikksølv......... Alkohol ........... Eter ................. Kullsyre CO2 . . Oksygen O2 • • Nitrogen N2 . .

Utvidelsestall mm/rii °C

Smelte­ punkt °C

Smelte­ varme kcal/kg

0,0125 0,020 0,017 0,18 0,18 1,10 1,60 3,66 3,66 3,66

1510 960 419 0 4- 39 4- 118 4- 118 4- 79 4- 227 4- 210

30 21 28 80 2,8

Koke­ punkt °C

915 100 357 78,5 35 4- 78,5 4-183 4-196

279

Kokepunkt, fordampningsvarme, kondensasjon

seg 10 ganger mer enn faste stoffer. Hvis man derfor varmer opp en væske som er innesperret mellom to avstengte ventiler i et rør eller en be­ holder, kan den forårsake brudd, hvis ikke rør­ stykket eller beholderen er utstyrt med sikker­ hetsventil. I tidens løp har mange småkjeler og varmtvannsbeholdere eksplodert fordi denne sikkerhetsventil har manglet ved installasjonen, eller fordi sikkerhetsventilen har grodd igjen av skitt. Gassarter utvider seg mest under oppvarming. Luft er en blanding av flere gassarter, der nitro­ gen (kvelstoff) og oksygen (surstoff) utgjør de største deler med henholdsvis 79 og 21 volum­ prosent. Eksempler på andre gassarter er kull-

dioksyd, kulloksyd, hydrogen (vannstoff), metan osv. Alle disse gassarter utvider seg like meget ved oppvarming. Hvor meget de forskjellige stoffer utvider seg lineært ved oppvarming, fremgår av deres utvidelsestall, som kan finnes av tabeller i hånd­ bøkene. Utvidelsestallet forteller hvor mange mm en stav eller søyle som er 1 m lang, øker i lengde når dens temperatur oker 1 °C. Tallets be­

nevning blir således

. I tabell I er til orien-

tering angitt utvidelsestallet for noen få stoffer. Til eksempel vil en dampledning som er 100 meter lang og fører damp av temperatur 200 C, utvide seg fra 0 °C: 0,0125 X 100 X 200 = 250 mm.

Smelte- eller frysepunkt, smeltevarme Smeltepunktet er den temperatur hvor et fast stoff går over til flytende tilstand. Alle stoffer, selv gassartene, kan gå over til fast tilstand. I tabell I er innført smeltetemperaturen for et ut­ valg av stoffer. Til å smelte et stoff kreves varme, og den mengde varme som må til for å smelte 1 kg av stoffet, kalles dets smeltevarme. Så lenge

smeltingen foregår, er temperaturen konstant. Rubrikk 3 gir eksempler på hvor stor smelte­ varmen er for noen av de oppførte stoffene. For ett og samme stoff er smeltepunkt og fryse­ punkt eller stivnepunkt en og samme tempera­ tur, og ved smeltingen forbrukes samme varme­ mengde som avgis fra stoffet ved frysingen.

Kokepunkt, fordampningsvarme, kondensasjon Når et flytende stoff oppvarmes til stadig høyere temperaturer, vil det til sist nå en tempe­ ratur ved atmosfæretrykket (barometerstanden) da det begynner å koke, dvs. væsken går over fra flytende til gassformig tilstand. Denne temperatur kalles væskens kokepunkt. Så lenge væsken koker, holder temperaturen seg konstant og stiger ikke selv om varmetilførselen økes. I 4. rubrikk i tabell I er innført kokepunktene ved normal barometerstand (760 mm Hg) for de an­ gitte stoffer. Vi ser at også gasser som kulldioksyd, oksygen osv. har sitt kokepunkt, men det ligger på meget lave temperaturer. Legg merke til kulldioksydet, som også kalles kullsyre, det har et smeltepunkt på 4- 79 °C og et kokepunkt på 4- 78,5 °C. Kullsyreis fordamper derfor under oppvarming umiddelbart etter at den har smeltet. Under fordampningen kreves varme. For å bringe 1 kg av en væske med koketemperatur over til gassformig tilstand uten forhøyelse av temperaturen, kreves en bestemt varmemengde som vi kaller fordampningsvarmen. Til eksempel

er fordampningsvarmen for 1 kg vann 539,4 kcal/kg (2258 kj/kg) og for 1 kg kvikksølv 68 kcal/kg (285 kj/kg). Vi tenker oss den fordampede væske samlet i ledninger. Etter hvert blir så dampen avkjølet igjen, og går litt etter litt over til væske. Da skjer altså det motsatte av fordampningen, dette kaller vi kondensering. Når dampen kondenserer, avgir den varme, og så lenge det er damp til stede, vil temperaturen holde seg konstant. For ett og samme stoff er kokepunktet og kondensasjonstemperaturen samme temperatur, og for­ dampningsvarmen er lik kondensasjonsvarmen. Både et stoffs kokepunkt og fordampningsvar­ me forandrer seg med det trykk som virker på væskens overflate. I moderne trykk-kokekar for husholdningsbruk oppnår vi et litt høyere koke­ punkt enn 100 °C, fordi karet er forsynt med et vektbelastet og tettsluttende lokk og en ventil som åpner først når det er et lite innvendig over­ trykk i karet. Om vi koker vann i åpne kar i høylandet, vil kokepunktet derimot være lavere

280

Arne Steineger: Teknisk varmelære

enn 100 °C. I 2000 meters høyde over havet er kokepunktet normalt omkring 91 °C. Stiller vi et kar med vann under en tett glass­ klokke og pumper luft ut av klokka, kan vi få vannet til å koke ved f. eks. 60 °C. Vi må da i tilfelle ha suget ut så mye luft fra klokka at det absolutte trykket derinne er 0,203 ata. Hvis vi oppvarmer vann i en lukket beholder forsynt med en ventil som vi kan regulere trykket med og utstyrer beholderen med et manometer og et termometer, og selvfølgelig dessuten en sikker­ hetsventil, vil vi se at vannets kokepunkt, eller som vi heretter heller kaller det, metningstemperatur, øker når trykket øker. Tabell II gir en idé om hvorledes metningstemperatur og fordampningsvarme varierer med det trykk man lar vannet fordampe ved. I håndbøker og spesiallitteratur finnes lange

tabeller og nøyaktige diagrammer over forskjel­ lige væskers trykk- og temperaturforhold, for­ dampningsvarme, spes, vekt, etc. Tabell IL

Trykk ata

Metningstemperatur °C

Fordampningsvarme kcal/kg

0,02 0,05 0,5 1,0 1,033 2,0 5,0 10,0 20,0

17,1 32,5 80,9 99,1 100,0 119,6 151,1 179,0 211,4

585,8 577,5 550,6 539,9 539,4 527,0 505,2 483,1 452,9

Spesifikk varme Et stoffs spesifikke varme er den varmemengde som går med til å varme opp 1 kg av stoffet 1 °C. Den spesifikke varme får altså benevningen kcal/kg °C. For å varme opp 1 kg vann fra 14,5 °C til 15,5 C medgår 1 kcal, det var jo nettopp definisjonen på varmemengde. Vannets spesifikke varme ved 15 °C er således 1,0 kcal/kg °C, og endrer seg ellers svært lite med temperaturen. Tabell III gir et utdrag av de mer omfattende tabeller i håndbøker over forskjellige stoffers spesifikke varme. Om vi blander 1 kg vann med temperatur 10 °C med 1 kg vann med 90 °C, vil temperatu­ ren av blandingen innstille seg på 50 °C (vi ser da bort fra eventuelle varmetap). Legger vi 1 kg jern av 90 °C ned i 1 kg vann med 10 °C, vil man etter temperaturutjevningen bare få litt over

18 °C. Jernet har altså ikke så stort innhold av varme som samme vekt vann med tilsvarende temperatur (tab. III). Tabell III. Spes, varme for enkelte stoffer. Alkohol ........................................................ Bly ................................................................. Is..................................................................... Glass............................................................... Jern ............................................................... Teglstein ...................................................... Vann............................................................... Vanndamp1) ................................................ Luft1) ..........................................................

0,58 kcal/kg °C 0,03 « 0,50 « 0,20 « 0,115 « 0,22 « 1,0 « 0,524 « 0,241 «

x) Midi. spes, varme mellom 0 og 300 °C.

Mettet og over hetet vanndamp Når vann i en beholder fordamper under et visst trykk, er dampens temperatur som nevnt ganske bestemt av trykket, og temperaturen på vannet og dampen vil ikke forandre seg så lenge fordampningen finner sted. Den damp som dan­ nes, kalles mettet eller tørrmettet damp. Som de fleste gassarter er den usynlig, men straks den blir avkjølt igjen, f. eks. i ledninger og radiatorer eller i luft, vil det dannes små dråper av kondens i dampen. Dampen benevnes da våt eller fuktig. V åt blir dampen også hvis fordampningen blir så

sterk at dampen river med seg vanndråper. Hvis dampen derimot varmes videre opp etter at den har forlatt beholderen, blir dampen overhetet, dvs. dampen får høyere temperatur enn metningstemperaturen, men har hele tiden sam­ me trykk. Det som her er nevnt, gjelder ikke bare vann­ damp, men generelt alle damper (f. eks. ammo­ niakk, kullsyre osv.). La oss ta for oss noen eksempler. Om vi setter en fylt vannkjel på en varm kokeplate, vil vannet

Mettet og overhetet vanndamp

varmes opp. Ved ca. 80 °C hører vi at det begyn­ ner å surre i vannet, og vi ser en rekke blærer eller bobler som danner seg og etter hvert stiger opp til overflaten. Dette er bobler av luft og kullsyre. Alt friskvann inneholder oppløst luft og kullsyre, og dette skiller seg ut under oppvarm­ ing av vannet, på lignende måte som kullsyre skilles ut i selters når korken tas av og trykket i flasken derved senkes. Når kullsyren er drevet ut av vannet i kjelen og vannet avkjøles igjen, vil vannet som kjent smake «kokt». Det er nem­ lig kullsyren som gir drikkevannet den friske smaken. Varmer vi vannet videre opp, vil vi nå kokepunktet ved ca. 100 °C. Vi ser da at det blir en ganske livlig sirkulasjon av vannet i kjelen. Dampblærer som dannes på bunnen, stiger nem­ lig raskt opp til overflaten og river med seg en strøm av vann oppover samtidig som det går en tilsvarende strøm ned til bunnen igjen. Dampen som skiller seg ut på overflaten, er mettet, og forlater vannkjelens tut. Men like etter at dam­ pen har forlatt tuten, vil luften omkring avkjøle den, det dannes ørsmå vanndråper som sees som en tåke. Det er altså den fuktige damp vi ser, mettet og overhetet damp er usynlig. Vi tar videre for oss følgende eksempel: I en kjeller har vi en vannbeholder med elektriske varmeelementer. Vi lar vannet koke og fører dampen i en rørledning opp til neste etasje, der dampen føres inn i et par radiatorer. I radiatorene avgir dampen sin fordampningsvarme via jernveggen til luften omkring, og kondenserer til vann. Gjennom en annen ledning fører vi dette kon­ densatet tilbake til kjelen igjen. Vi har dermed for oss et enkelt kretsløp, et sentralvarmesystem. Dampen har i radiatorene den samme tempe­ ratur som i den elektriske kjelen. For å få dette kretsløpet i gang må vi bli kvitt luften i systemet først. Derfor må radiatorene være utstyrt med lufteskruer. Et tredje eksempel tar vi med. Vi har en kjel som produserer damp. Dampen har f. eks. et trykk på 4 ato, og den tilsvarende temperatur er da 151 °C. Vi fører dampen gjennom en rørled­ ning bort til en presse, la oss si en presse for en plastartikkel. Den krever foruten et visst press til forming også temperatur for herding. Til å begynne med går det utmerket, men så viser det seg at etterspørselen etter plastproduktet er så stor at man ønsker å få større kapasitet på pres­ sen. Den bør kunne presse og herde artikkelen på kortere tid enn før, og det er derfor ønskelig å øke pressens og dermed dampens temperatur, f. eks. med 20 °C, for å oppnå dette. Hvorledes skal vi

281

gjøre det? Den eneste utvei er å øke dampens trykk, altså kjeltrykket, til 7,3 ato, som tilsvarer en damptemperatur på 171 °C, men da må den kjel vi har, selvfølgelig tåle en slik trykkokning og ha offentlig sertifikat for det. Alle kjeler med driftstrykk over 0,5 ato må ha slikt sertifikat. Hvis den kjel bedriften har, ikke tåler mer enn 4 ato, må det skaffes en ny kjel for det trykk man ønsker. Noen vil nå innvende: ja, men så kan vi vel isteden la dampen overhete. Det er nærlig­ gende å tenke dette, men hvis vi har produsert dampen ved 4 ato og altså har en temperatur på 151 °C, kan vi overhete den temmelig mye og har fremdeles bare 151 °C på pressen. Forklar­ ingen er som folger: hvert kg vann i kjelen krever ved 4 ato trykk tilført 505 kcal for å gå over fra vann med 151 °C til damp av samme temperatur. Hvis vi nå tenker oss innkoblet i dampledningen en elektrisk overheter dimensjonert for å gi dampen en overheting på 20 °C, vil det pr. kg damp bare kreves ca. 10 kcal til dette, idet dampens spesifikke varme er ca. 0,5 kcal/kg °C (se tab. III). Dampen har nå en temperatur på 171 °C og går med denne tem­ peratur inn i pressen. Her avkjøles dampen igjen, dampens temperatur synker nærmest øyeblik­ kelig til metningstemperaturen, og holder seg konstant på det nivå inntil all dampen er kon­ densert. Dette eksempel viser oss hvor liten verdi selve overhetningen har til oppvarmingsformål. Dette gjelder ikke bare den pressen som er nevnt, men alle dampforbrukende apparater, som strykemaskiner, ruller, tørkeelementer, papirtørkesylindre, kalandre, autoklaver, etc. Om vi holder oss til eksemplet damp av 4 ato og 171 °C, vil varmeinnholdet være: Oppvarming av vannet til metningstempera­ turen 151 °C krever, regnet fra 0°C (vannets spes, varme er ved disse temperaturer ganske lite høyere enn 1,0 kcal/kg °C) . . . 152 kcal/kg Fordampning av vannet ved 151 °C krever.............................................. 505 « Overhetning av dampen fra 151 °C til 171 °C krever........................ 10 «

Dampens samlede varmeinnhold er 667

kcal/kg

Den overveiende del av dampens varmeinn­ hold utgjøres altså av fordampningsvarmen (kondensasjonsvarmen). Dette viser hvor viktig det er for varmeøkonomien å sørge for fullstendig kondensering av dampen. Ved enhver lekkasje eller gjennomblåsing av damp vil en mengde varme gå tapt. For å hindre at damp blåser

282

Arne Steineger: Teknisk varmelære

Fig. 4. Snitt gjennom en kondensatpotte med lukket flottør. A Flottør. B Ventil som åpner når flottøren heves. C InnJøpsstuss for dampblandet kondensat. D Termostatbelg; den trekker seg sammen når potten fylles med luft og derved blir kald, ventilen E åpner og slipper luften ut F. Når luften er unnveket, blir potten varm igjen, og D utvi­ der seg og lukker for åpningen F. G Utløpsstuss for kondensat.

direkte gjennom de dampforbrukende apparater uten å kondenseres må man ha en anordning i kondensatledningen som stenger for dampen, men tillater vannet å passere. En slik anordning kalles kondensatpotte. Det er flere typer av disse og et utall av forskjellige fabrikata. Fig. 4 viser en kondensatpotte med lukket flottør. Når potten fylles med kondensat, flyter flottøren opp, og flottørarmen trekker med seg en ventil som åpner for utstrømning av vannet. Dampen kan ikke slippe igjennom ventilen, for når vannet er ute av potten, synker flottøren, og ventilen stenger. Ved den type kondensatpotte som er vist her, stiller i alminnelighet flottøren seg inn på mellom­ stillinger. Av andre typer kondensatpotter kan nevnes potter med åpen flottør, termostatpotter og labyrintpotter.

Utdrag av gassiovene Når gassarter (og overhetede damper) blir ut­ satt for forandringer i trykk, temperatur og volum, oppfører de seg etter bestemte regler, lo­ ver. Vi har alle erfart at når vi trykker sammen luft, f. eks. i en sykkelpumpe, vil luften i pumpa bli varm. Det samme gjelder alle andre gassarter når de trykkes sammen, komprimeres. Alle gasser følger følgende lov, som kalles Boyle-Gay-Lussacs*) lov etter de fysikere som stillet den opp: Pi . Vi = P2 . V. = P .V Tj T2 T

Pi . Vi _ Pi • V _ 50000 . V Ti “ Ti “ 293

P2 . V2 T2

P2 . V = P2 ■ v T2 573

P2 . V 50000 . V 573 “ 293

P2 __ 50000 573 ”' 293

P2 = 50000 .

(Om ligninger, se avsnitt i matematikken.) Den sier at for et gassvolum V m3 som står under et absolutt trykk P kp/m2 og har en abso.

P

lutt temperatur T °K, vil forholdet —~

V

være

konstant om trykket eller volumet eller tempera­ turen, eller flere av disse størrelser, forandrer seg. Vi skal belyse dette med et eksempel: I en tett beholder har vi luft med et trykk på 4 at avlest på manometeret, og temperaturen er 20 °C. Hvor stort blir trykket i beholderen hvis vi varmer beholderen med gassen opp til 300 °C ? Her er da volumet V konstant, trykket Px er 50000 kp/m2 absolutt, temperaturen Tx er 20 + 273 = 293 °K, og T2 er 300 + 273 = 573 °K. Etter formelen ovenfor blir altså ♦) Robert Boyle (1627—91), irsk fysiker. Joseph L. GayLussac (1778—1850), fransk fysiker.

= 97700 kp/m2 abs.

Manometeret viser altså 8,77 kp/cm2 (overHvis gassens tilstandsforandring er isotermisk, dvs. hvis trykk og volum endres mens tempera­ turen er konstant, vil formelen få følgende form: Pi-Vi = P2.V2 — P.V (Boyles lov). Her er volumet omvendt proporsjonalt med trykket, dvs. hvis trykket f. eks. synker til det halve, vokser volumet til det dobbelte. Hvis tilstandsforandringen er isobar, dvs. hvis gassen forandrer temperatur og volum under konstant trykk, får vi V2

1J

(Gay-Lussacs lov).

Volumet er her proporsjonalt med den abso­ lutte temperatur. Hvis temperaturen øker til det dobbelte, fordobles også volumet.

Varmeo verføring - Isolasjon

283

Fuktig luft og duggpunkt I klar luft er det vanligvis en del damp. Denne dampen er usynlig fordi den befinner seg i over­ hetet tilstand. Når en blanding av to eller flere gasser befinner seg under et visst trykk, f. eks. atmosfæretrykket (barometerstanden), har hver av de enkelte gassarter i blandingen et deltrykk (partialtrykk) tflsvarende det som ville innstille seg hvis ingen av de andre gassartene hadde vært til stede i rommet. Summen av disse partialtrykk er lik gassblandingens totale trykk. I luft f. eks. er deltrykkene til oksygenet og nitrogenet hver for seg mindre enn atmosfæretrykket. Dessuten er det en del vanndamp til stede. Vanndampens deltrykk i uteluften er meget lite, fra 0 til 50 mm Hg under vanlige betingelser. Om sommeren er luften ute varm og kan inne­ holde mer fuktighet enn om vinteren. Hvis den varme, fuktige luft blir avkjølt, vil man nå en temperatur da den overhetede vanndamp blir mettet. Vi skal her huske på hva som er forklart i avsnittet om kokepunkt og fordampning, at det til ethvert trykk horer en ganske bestemt temperatur da vannet fordamper, eller om vi går den omvendte vei, kondenserer. I luften er vann­ dampens trykk lite, men ved en bestemt tempe­ ratur vil like fullt dampen kondensere. Vi har da nådd metningstemperaturen, eller som vi kal­ ler det når det er tale om vanndamp i blanding med luft, duggpunktet. Dampen skiller seg da ut som tåke eller dugg. Metningstemperaturen kan gjerne ligge under 0 °C. Ved hvilken temperatur

det vil dannes tåke, er helt avhengig av hvor mye fuktighet luften inneholder. Eksempelvis kan nevnes at den største mengde vanndamp som kan inneholdes i luft av 30 °C, er 30,1 gram pr. m3. Dampens deltrykk er da 31,8 mm Hg. Ved 20 °C vil det bare kunne inneholdes 17 gram vanndamp pr. m3, og det tilsvarende deltrykk (metningstrykk) er da 17,5 mm Hg. Hvis luft av 30 °C mettet med vanndamp avkjøles til 20 °C, vil det altså måtte skilles ut ca. 12 gram vann i form av tåke. Under avkjølingen har luften i det til­ felle som er nevnt, hele tiden 100 % relativ fuk­ tighet. Med relativ fuktighet forstår vi den mengde vanndamp som luften inneholder ved en bestemt temperatur i forhold til den største mengde som luften kan inneholde ved samme temperatur. Når fuktig luft kommer i berøring med en flate som har en temperatur som ligger under duggpunktet, vil det dugge eller rime på flaten. Typiske eksempler på dette er vindusrutene på kjøkken, i vaskekjeller, i bilen etc. Særlig fuk­ tige er røykgassene fra ved- og oljefyringer. Hvis røykgassene kommer i berøring med kalde flater, som f. eks. under oppfyring av kaminer og kjelanlegg, vil det ofte renne ganske godt av slike flater. De som betjener sentralvarmekjeler i bolighus, forretningsgårder, gartnerier osv. vil nok ofte ha studert på om kjelen har fått en lekkasje når de ser dette kon­ densatet renne ut på gulvet.

Varmeoverføring - Isolasjon Varme kan bare overføres fra et sted med høyere til et sted med lavere temperatur, aldri omvendt. Overføringen av varmen kan skje på tre forskjellige måter, nemlig ved ledning, ved berøring og ved stråling. I praksis er varmeoverføringen oftest en kombinasjon av disse måter. Om vi holder en jernstang inn i det glødende kokssjikt i en ovn, varer det ikke lenge før vi må slippe stangen fordi den blir for varm. Var­ men blir altså ledet gjennom jernstangen. Holder vi en trepinne der isteden, vil pinnen ta fyr og vi kan gjerne holde i den til den er nesten helt brent opp. Trepinnen ledet altså varmen meget dårlig.

Slik kunne vi prøve mange stoffer og vi ville finne at noen ledet godt, andre dårlig. En del av de stoffer som leder dårligst, bruker vi som isolasjonsstoffer ved varme- og kjøleanlegg. Et stoffs evne til å lede varmen blir angitt ved dets varmeledningstall. Dette tall blir i alminne­ lighet betegnet med den greske bokstav X, lambda, og varmeledningstallet har benevningen kcal mh °C

Bokstaven h står for time (engelsk: hour, fransk: heure). Det gir beskjed om hvor mange kcal som i en time og ved 1 °C temperaturfor-

284

Arne Steineger: Teknisk varmelære

skjell går gjennom 1 m2 av stoffet fra en flate til en annen flate i en avstand av 1 meter fra den første. Vi gjengir i tabell IV til orientering et utdrag av håndbøkenes lange tabeller over stoffenes varmeledningstall: Tabell IV. Varmeledningstall. Aluminium .............................................. Gips ........................................................... Glass........................................................... Glassvatt.................................................... Jern ........................................................... Kjelstein .................................................. Kobber...................................................... Maskinolje................................................ Tørr ved.................................................... Vann...........................................................

173 kcal/m 0,37 0,8 0,03—0,05 50 0,1—2 320 0,1 0,15—0,3 0,5

h °C « « « « « « « « «

Metaller leder således varmen meget godt, mens kjelstein, gips, olje og glass er dårlige varmeledere. Mens varmen innen ett og samme legeme fordeles ved ledning, går varmen fra et legeme over til et annet ved berøring (konveksjon) eller ved stråling. Mellom sola og jorda er det lufttomt rom, men varmestrålene fra sola når likevel jorda og var­ mer opp overflaten, idet strålene uhindret først passerer luftlaget omkring jorda uten å varme opp luften. Først når jordoverflaten er blitt varm, kan luften varmes opp ved at den be­ rører jorda. Hvis vi fyrer på peisen i en kald hytte, merker vi tydelig hvorledes varmen strå­ ler mot oss. Gjenstandene i rommet og veggene blir varmet opp ved stråling fra den åpne peisen, og luften i rommet blir etter hvert varmet opp ved at den berører de gjenstander som er varmere enn den. Deretter vil luften under sin sirkulasjon i rommet avgi varme når den kommer i berøring med gjenstander som er kaldere enn den. Peisens murverk blir varmet opp på innsiden ved stråling fra flammene og ved berøring av de varme røyk­ gassene. Etter hvert blir steinene også varme på utsiden, fordi varmen ledes gjennom steinene. Når så romluften berører steinene, vil den bli varmet opp også der. Alle gjenstander stråler ut varme, selv de som ikke er varmere enn at vi kan ta på dem. Men utstrålingen øker meget sterkt med gjenstandens temperatur. Strålingen er nemlig proporsjonal med 4. potens (om potenser, se avsnitt i matema­ tikken) av gjenstandens absolutte temperatur. Hvis altså gjenstandens absolutte temperatur

fordobles, f. eks. økes fra 373 °K (100 °C) til 746 °K (473 °C), vil strålingen bli 24 = 16 ganger så sterk. Svarte legemer stråler sterkere enn hvite, og blir også lettere oppvarmet ved stråling. En blank flate utstråler mindre varme enn en matt flate. I prinsippet bør derfor flater som skal avgi varme, være mørke og matte (ovner, radiatorer), mens uisolerte beholdere for varmt vann og andre væsker bør være lyse og blanke (kaffekjeler) for best mulig å holde på varmen. Imidlertid ser det jo ikke særlig pent ut at en varmtvannsradiator er svart eller mørk, så man får holde seg til en passende mellomting. Å male en radiator med aluminiumsmaling er — som man nå vil forstå —■ ikke varmeteknisk riktig, radiatorens kapasitet reduseres. Man ser også ofte radiatorer som er malt flere ganger og derfor har et tykt isolerende lag utenpå. Dette vil nok merkes på oppvarm­ ingen. La oss i denne sammenheng følge varmens overføring fra det glødende brensel i en varmtvannskjel for et sentraloppvarmingsanlegg og til rommene. Brenselet brenner og i selve ildstedet overføres varmen dels ved stråling direkte fra brenselet til jernveggen i kjelen og dels ved be­ røring ved at de varme røykgassene stryker langs jernveggen. Hvis kjelen etter ildstedet har ut­ formede røykgasskanaler, skjer varmeoverføringen her vesentlig ved berøring fordi man som regel ikke har flamme så langt bak i kjelen. Var­ men ledes derpå gjennom jernveggen og over­ føres til vannet på den annen side av veggen ved berøring. Her vil vi med en gang forstå at det gjelder å ha så rene flater som mulig, både på røykgassiden og på vannsiden. Sotbelegg på røykgassiden hindrer varmeoverføringen såvel som kjelsteinsbelegg på vannsiden. Kjelsteinsbelegg er likevel farligere fordi det hindrer varme­ overføringen og isolerer jernmaterialet så det er fare for å overopphete jernet. Det kan bli glø­ dende og sprekke. Når så varmen er overført til vannet, blir det varme vann fordelt i rørnettet. Liksom varm luft er lettere enn kald luft og derfor stiger til værs, er varmt vann lettere enn kaldt. De fleste mindre sentralvarmeanlegg er derfor bygd for naturlig sirkulasjon av vannet ved at det varme lette vann stiger opp i ledningene, mens det sam­ me vann etter avkjølingen i radiatorene synker ned i returledningene. Andre anlegg kan være utstyrt med pumpe for å hjelpe på sirkulasjonen, f. eks. ved et vidt forgrenet rørnett. Under vannets kretsløp i rørledningene gjelder det å lede var-

285

Varmeoverføring - Isolasjon

men dit den skal, og ha minst mulig varmetap fra ledningene i rom som ikke skal være opp­ varmet, f. eks. kjeller og loft. Ledningene må derfor være isolert. Til isolasjon brukes vanligvis glassvattskåler eller steinull. Når vannet kom­ mer fram til radiatorene, vil disse bli varmet opp ved berøring, og varmen ledes så gjennom jernet og ut til radiatorens overflate. Så varmes rommet opp dels ved at luften berører overflaten og dels ved at varme stråler ut direkte. Varmeoverføringen ved berøring mellom en fast gjenstand og et flytende eller gassformig stoff er avhengig av stoffenes varmetekniske egenskaper, overflatens beskaflenhet og væskens eller gassens hastighet. Varmeoverføringen ut­ trykkes ved varmeovergangstallet, som vanligvis betegnes med den greske bokstav a, alfa. Det sier oss hvor mange kcal som overføres fra det ene stoff til det andre pr. m2 berøringsflate hver time når temperaturforskjellen mellom det faste lege­ me og det flytende eller gassformige stoff er 1 °C. Varmeovergangstallet får derved benev­ ningen kcal/m2 h °C. Eksempelvis varierer var­ meovergangstallet for vann til metallvegg fra 500 til 6000 kcal/m2 h °C, avhengig av hvilken hastighet vannet har. Kondenserende vanndamp har et varmeovergangstall på 8000—10000 kcal/m2 h °C, mellom luft og metalloverflate lig­ ger varmeovergangstallene mellom 2 og 35 kcal/m2 h °C og høyere, avhengig av hastigheten av luften. Som allerede forklart vil man i praksis som oftest ha for seg en kombinasjon av stråling, berøring og ledning når varme blir overført fra et stoff til et annet. Det gjelder f. eks. kjelanlegg, radiatorer, tørkesylindere for papir og tekstiler, smelteovner, og mange andre varmetekniske prosesser hvor det er om å gjøre å få overfort varme med minst mulig motstand og tap. For å kunne dimensjonere heteflatene og maskinstørrelsene må man gjennomføre visse varmetek­ niske beregninger og da vite hvilke verdier som må innsettes for varmeovergangstall og ledningstall. Ved andre deler av anlegget gjelder det kanskje å isolere godt, hindre varmetap. For å finne de riktige isolasjonstykkelser må man fore­ ta lignende beregning, likeledes når det gjelder varmebehovet for oppvarming av boliger, for-

retningsgårder og fabrikklokaler. Ved slike varmetapsberegninger ved bygninger må man kjenne til veggenes konstruksjon. Under dimen­ sjoneringen av varmeapparatene kommer også inn hensynet til behovet for fornyelse av romluften, altså ventilasjonen. Til noen av disse beregninger kan vi nytte så­ kalte k-verdier, som er resulterende varmegjennomgangstall. La oss ta for oss et eksempel: Vi skal fra en varm røykgass overføre varme gjen­ nom en 5 mm tykk jern vegg til strømmende vann. Varmeovergangstallet på røykgassiden er oq, varmeledningstallet for jernveggen er X, og varmeovergangstallet på vannsiden er a2. Om vi 1 ♦ na sier at — og 1 i. betegner varmeovergangsotj a2 motstanden på henholdsvis røykgass- og vann­

siden og S varmeledningsmotstanden gjennom

en jernvegg med tykkelse s meter, så har vi ganske enkelt at den samlede motstand for varmegjennomgangen fra røykgassen til vannet *

er lik summen av de enkelte motstander, altså — = 1—F — + 1 . k

otj

X

0^2

Hvis vi nå forutsetter at varmeovergangstallet mellom røykgassen og jernveggen er 18 kcal/m2 h °C, mellom jernveggen og vannet 1000 kcal/m2 h °C, og setter inn varmeledningstallet for jern lik 50 kcal/m h °C, får vi i ovennevnte eksempel at 1 _ 1 0,005 1 k “ 18 + ~50 r 1000 •

Det resulterende varmeovergangstall blir i dette tilfelle altså k = 17,7 kcal/m2 h °C. I årene etter krigen er boligenes veggkonstruksjoner kommet sterkere fram i diskusjonene enn før. Årsaken til dette er at brensel og elektrisitet er blitt så mye kostbarere. En vegg som isoleres godt, vil nemlig gi tilsvarende mindre årlige fyringsutgifter i forhold til vegger med mindre bra isolasjon. Selv om den første veggkonstruksjon kanskje er dyrere i anskaffelse, blir den billigere i «drift», og kan på lengere sikt tjenes inn igjen. Godt isolerte boliger bygges i dag med k-verdier for ytterveggene lik 0,29 — 0,35 kcal/m2 h °C.

286

Arne Steineger: Teknisk varmelære

Energikilder Vi har mange energikilder på vår klode. Sol­ varmen er selv en direkte energikilde. I enkelte strøk i Amerika blir strålevarmen fra sola nyttet til husoppvarming. Solvarmen magasineres om dagen i et egnet stoff, og varmen sirkulerer så rundt i huset om natten. Man kan med direkte solstråler også få vann til å koke ved hjelp av et stort «brennglass» eller et hulspeil. Av andre energikilder kan vi nevne tidevannet. Vannet i verdenshavene tiltrekkes av månen og sola så det blir flo og fjære to ganger i døgnet. Når det er flo, kan vannet demmes opp i bassen­ ger og ved fjære kan man slippe vannet tilbake til havet igjen gjennom turbiner som gir oss elek­ trisk energi. Videre har vi vinden, som ennå nyttes i flere land til drift av forskjellig maskineri, som møller og treskeverk. I gamle dager var vinden den mest nyttede drivkraft til havs, for seilskutene. I Norge brukes vinden på enkelte strømløse steder til drift av små lysaggregater. Varmtvannskilder har vi mange av rundt i ver­ den. Mest kjent hos oss er vel de islandske varmt­ vannskilder, Geysir og andre. Ved hjelp av disse kan hele bydistrikter varmes opp. Vulkanenergien og glødende lavastrømmer kommer vi neppe til å mestre noen gang, mens vi derimot er kommet langt med atomenergien, som kanskje en gang i tiden kommer til å avløse våre aller vik­ tigste energikilder i dag, vannkraft og brensel. V annkraft og brensel stammer fra solvarmen. Under innflytelse av strålevarmen fra sola for­ damper det vann fra havets, sjøers og elvers over­ flate. Den fuktige og varme luft stiger til værs, føres med vinden innover land og tvinges enda høyere, over fjellene. I de høyere luftlag blir

temperaturen lavere, og luften kan ikke lenger holde på vanndampen. Duggpunktet er nådd, og dampen fortetter seg til skyer som består av ør­ små vanndråper. Disse dråpene samler seg og faller ned som regn, hagl og snø. Snøen smelter om våren, og så renner vannet som bekker og elver atter til havet, og utnyttes på veien til pro­ duksjon av elektrisk energi i vannturbiner koblet sammen med generatorer. Den elektriske energi overføres gjennom kraftledninger og kan etter behov omdannes til varme (kokeplater, panel­ ovner). De forskjellige sorter fast brensel vi bruker, er magasinert solvarme. For mange millioner år siden, da klimaforholdene på vår klode var gan­ ske annerledes enn nå, var store deler av jorda dekket av uhyre skoger, som ved omveltninger er gått til grunne. De er blitt dekket av jord, stein og vannmasser, og således avstengt fra enhver lufttilførsel. I denne hermetiske tilstand under stort trykk er trestoffet etter hvert gått over til steinkull av forskjellige typer. Et annet viktig brensel er mineraloljen, som man mener har sin opprinnelse i dyreriket. Mas­ ser av døde sjødyr har dynget seg på hverandre og er ved en lignende hermetisk prosess over lang tid etter hvert omdannet til olje. Vi har store oljekilder i Amerika, Asia, Sovjet-Samveldet, Romania. Av mineraloljen avdestilleres bensin og petroleum, det som blir tilbake, brukes til for­ skjellige sorter fyringsoljer. Vi har også naturlige gasskilder. Amerika og Italia er vel forsynt med slike kilder. Gassen kan komprimeres og fraktes i rør over lengre avstander til distriktets fabrik­ ker, som nytter naturgassen til brensel.

Brenslene og deres egenskaper Brensel er et brennbart stoff, dvs. et stoff som når det er oppvarmet til en viss temperatur, for­ binder seg med oksygenet i luften og utvikler varme. Brensel er altså brennbart, men omvendt kan ikke alt som er brennbart få betegnelsen brensel. Et brennbart stoff kan være brensel hvis det kan finnes og utvinnes i en slik mengde at en «varig» teknisk anvendelse er mulig. Videre må forholdet mellom stoffets pris og dets brennverdi være økonomisk sett gunstig, og brennverdien må

være så høy at man kan oppnå de temperaturer man ønsker. Endelig må de forbrenningsprodukter som dannes (røykgassene), være minst mulig aggressive overfor de gjenstander eller stoffer de kommer i kontakt med. Brennbare stoffer som oppfyller disse betingel­ ser, og som vi altså kan kalle brensler, inneholder alle grunnstoffene kullstoff (karbon), hydrogen og oksygen. Den kjemiske betegnelse for kull­ stoff er C, for hydrogen H og for oksygen 0. Disse

Brenslene og deres egenskaper

grunnstoffer finnes i brenslene i mange forskjel­ lige kjemiske forbindelser, til dels sammen med mindre andeler «forurensninger» som svovel (S), fosfor (P), vann (H20), og aske, som er en felles­ betegnelse for de ubrennbare bestanddeler i brenslene, f. eks. skifer, leire, silikater, metalloksyder osv. Brenslene kan være faste, flytende eller gassformige, og de kan være naturlige eller mer og mindre «kunstige». Et naturlig brensel er et brensel som nyttes i den tilstand det utvinnes fra gruver, skog eller oljefelt, altså antrasitt, stein­ kull, brunkull, torv, ved, mineralolje og natur­ gass. Et kunstig brensel er et brensel av naturlig opprinnelse, som etter utvinningen har vært ut­ satt for tilsiktede påvirkninger av forskjellig art, som mekanisk eller atmosfærisk trykk og eller høy temperatur. Som eksempel kan anføres kullpulver, som er nedknuste og finsiktede kull, og koks, som er framstilt av kull ved opphetning uten lufttilgang, samt briketter av steinkull, brunkull, torv og flis. Videre er alle destillasjonsprodukter av mineralolje egentlig kunstige brensler, bensin, petroleum, solarolje og fyrings­ oljer. Lysgass (bygass) er framstilt under opp­ hetning av kull uten lufttilgang. Tabell V gir en oversikt over de viktigste brensler. Brensel kan nyttes i forskjellig hensikt, til å frambringe høye temperaturer (smelte, forme, smi, dampe inn, koke, tørke, varme opp), til å framstille energi (dampmaskiner, forbrenningsmotorer) eller for belysning. Overføringen av brenslets varmeenergi til det stoff som skal opphetes, kan skje enten direkte (i smelteovner, keramiske ovner, forbrenningsmotorer) eller inndirekte (ved hjelp av et varmemedium, olje, vann, vanndamp). I det følgende skal vi lære å kjenne en del generelle egenskaper ved brenslene. Alle brensler har en karakteristisk temperatur i luft i det øyeblikk forbrenningen begynner. Stoffet antennes. Når brenslet har nådd denne temperaturen, antennelsestemperaturen, og under forutsetning av at det er tilstrekkelig mengde forbrenningsluft til stede, stiger temperaturen raskt videre ved den varme som utvikles under forbrenningen. Under forbrenningen forbinder den brennbare substans av brenslet seg med luf­ tens oksygen under varmeutvikling og danner gassformige forbrenningsprodukter. Ved tempe­ raturer som ligger lavere enn antennelsestempe­ raturen, skjer det også en svak «forbrenning», en oksydasjon av brenslet. Det foregår også da en

287 Tabell V. Brensler.

Naturlige Faste

Flytende

Gassformige

Antrasitt Steinkull Brunkull Torv Ved

Kunstige Kullpulver Koks Sinders Trekull Briketter av steinkull, brunkull, torv og tre

Mineralolje

Destillasjonsprodukter av mineralolje: Vegetabilske oljer bensin petroleum solarolje masut (fyringsolje) goudron bek Tjære og tjæredestillater: bensol tjæreoljer Syntetiske oljer

Naturgass

Lysgass (bygass) Generatorgasser Acetylen

kjemisk forbindelse mellom luftens oksygen og de brennbare molekyler i brenslet under varmeut­ vikling, ganske som når brenslet brenner. Men ved lavere temperaturer foregår denne oksyda­ sjon uhyre langsomt, og den lille varmen som dannes, vil i regelen bli overført til omgivelsene, så man merker ikke noen temperaturstigning. Hvis imidlertid brenslet ligger i tette lag, kan det hende at varmen fra oksydasjonen ikke blir ledet vekk, og at brenslets temperatur derfor sti­ ger, først langsomt, så stadig hurtigere fordi oksydasjonen foregår sterkere jo varmere brens­ let blir. Til sist er kanskje antennelsestemperatu­ ren nådd, og det skjer altså en selvantennelse av brenslet. Vi har av og til observert at det damper eller ryker av større og mindre kullhauger, særlig av dem som inneholder mye subb og derfor er så tette at det ikke blir den minste luftavkjøling i haugens indre. I pussegarn med oljerester har man samme fare. Følgende tabell gir en orienter­ ing om antennelsestemperaturen for noen brens­ ler.

288

Arne Steineger: Teknisk varmelære Tabell VI. Antennelsestemperaturer.

Torv................................................................. Ved................................................................. Steinkull ...................................................... Koks............................................................... Bensin ........................................................... Petroleum ....................................................

ca. « « « « «

>c 225 « 290 325-500 « « 700 « 415 « 380

I vår tid skulle det vel ikke være påkrevd å gi noen nærmere forklaring på hva atomer er, de minste partikler av et grunnstoff. Atomene kan bindes kjemisk sammen til molekyler. Derved dannes det stoffer som består av flere grunn­ stoffer. Et molekyl vann f. eks. består av 2 atomer hydrogen (H) og 1 atom oksygen (0), og har altså den kjemiske formel H20. Et molekyl kulldioksyd, eller kullsyre, som det også kalles, består av 1 atom kullstoff (C) og 2 atomer ok­ sygen (O). Det har altså den kjemiske betegnelse C02. Et molekyl cellulose er mer komplisert, det beståi av 6 atomer kullstoff (C), 10 atomer hydro­ gen (H) og 5 atomer oksygen (0), og har altså formelen C6H10O5. Cellulose er hovedbestanddelen i ved. Andre komplisert oppbygde brensler er kull, torv, brunkull etc. Disse brensler har det til felles at de spaltes ved opphetning. Store mole­ kyler kan ikke lenger bestå når de varmes opp, og molekylet deler seg. En del av stoffet unnviker derved fra brenslet som en brennbar gass. Denne gass var altså ikke på forhånd til stede i brenslet, men ble dannet under opphetningen. Ved opp­ hetning av steinkull kan 5—40 % av kullenes vekt gå over til brennbar gass, alt avhengig av steinkullenes alder. Av antrasitt, som er de eldste kull, kan således gasses av 5—10 %, mens det av mye yngre Svalbardkull kan gasses av ca. 40 %. Vedbrensel gasser av med ca. 60 % og fyringsoljer med mellom 90 og 100 %.

Alt brensel inneholder vann og aske. Dette betyr direkte fortynning av brennbart stoff og dermed reduksjon av brenslets verdi. Vanninnholdet (fuktigheten) betyr dessuten et tap ved at en del varme må brukes til fordampning av vannet. Før brenslet antennes, må vannet nemlig være for­ dampet, og til det kreves varme (ca. 600 kcal/kg vann) som stjeles fra brenslet. Ved innkjøp av kull, koks og annet brensel bør man kjenne vannog askeinnholdet, særlig hvis man kjøper brenslet etter vekt. Så kommer vi til brenslenes brennverdi. De for­ skjellige brensler har som kjent ikke samme verdi som brensel, og som nevnt er brennverdien av­ hengig av brenslets vann- og askeinnhold. Jo fuktigere et brensel er og jo større askeinnhold, jo mindre er brennverdien. Et stoffs brennverdi er den varmemengde som avgis av 1 kg av stoffet når dette forbrenner fullstendig. Brennverdien av et stoff bestemmes ved hjelp av et kalori meter, som består av en isolert beholder fylt med vann. I karet senkes ned en mindre beholder med noen gram av brenslet. Beholderen (,,bomben”) fylles med oksygen, trykk ca. 25 kp/cm2. Brenslet antennes ved hjelp av en elektrisk opphetet jerntråd. Ved forbrenningen avgis en varmemengde som måles ved hjelp av temperaturstigningen på vannet etter bestemte regler. Tabell VII gir en oversikt over effektive brennverdier for en del brensler: Tabell VII. Effektive brennverdier.

Kull .................................................. ca. 6500—7500 kcal/kg Koks.............................................. « 6500—7500 « Brunkull ......................................... « 3500—4500 « Lufttorr ved 20%fuktighet ... « 3500 « Frisk ved 45% « .. . « 2200 « Fyringsoljer nr. 1—6................ « 10500—9600 « Bensin .............................................. « 10000—11000 «

Forbrenningen Brenslene består av forskjellige og til dels meget kompliserte forbindelser mellom grunn­ stoffene kullstoff (C), hydrogen (H), svovel (S) og oksygen (0), hvorav de tre første er brennbare, dvs. de forbinder seg med oksygen (0) under varmeutvikling. Når kullstoff forbrenner fullstendig, dannes det gassformige forbrenningsprodukt kulldioksyd el­ ler — som det også kalles — kullsyre, hvis kje­

miske formel er CO2. Hvert atom kullstoff for­ binder seg med et gassmolekyl oksygen. Et gassmolekyl oksygen består av 2 atomer. Det dannes som forbrenningsprodukt et molekyl kullsyre. Forbrenningen skjer altså etter formelen C + o2 = co2. Hvis det tilføres for lite luft til fyringen, vil kullstoffet ikke brenne fullstendig, og det dannes da som forbrenningsprodukt en fargeløs giftig

289

Litt om økonomisk fyring

gass, som heter kulloksyd eller kullos (CO). Kullos kan dannes på forskjellige måter, f. eks.: 2C + O2 = 2 CO eller CO2 + C = 2 CO. Den siste reaksjon kalles reduksjon. Kullosen dannes her ved at forhrenningsproduktet kullsyre (CO2) kommer i berøring med glødende kullstoff (C) og blir redusert til kullos. Dette kan man ofte se i overbelastede koksovner. (Se avsnittet om økonomisk fyring.) Ved ufullstendig forbrenning av kullstoffet ut­ nyttes bare omtrent en tredjedel av kullstoffets brennverdi (som er 8100 kcal/kg). Kullos er en brennbar gass, og hvis den får anledning til å forsvinne ut i det fri gjennom skorsteinen, betyr det tap av varme, i dette tilfelle kjemisk bundet varme. Kullos er en meget giftig gass, og da den som vi har forklart, kan forekomme i røykgasser (for­ brenningsgasser), må man være på vakt mot den­ ne gass. Hvis man har unormalt dårlige trekkforhold ved en kjel, f. eks. fordi skorsteinen er grodd igjen med sot og aske, kan røykgassene trenge ut i kjelrommet. Selv om den da bare inneholder små mengder CO, kan det lett fore til alvorlige forgiftninger av personer som opp­ holder seg i nærheten. Av samme grunn må man være varsom i garasjer, i gassgeneratorhus, i rå­ bygg som tørres ut med røykgass fra åpne ild­ steder osv. Under forbrenningen av hydrogenet i brenslet blir det som forbrenningsprodukt dannet vann (eller vanndamp), idet 4 atomer hydrogen for­ binder seg med et gassmolekyl oksygen og danner 2 molekyler vann: 4 H + O2 = 2 H2O. På lignende måte forbinder svovel seg med oksygen og danner svoveldioksyd:

peratur og forsvinner gjennom piper og skorstei­ ner med røykgassens temperatur. Dette betyr et tap av varme gjennom skorsteinen. Røykgassen fra en fullstendig forbrenning er således i alminnelighet en blanding av følgende gasser: Kulldioksyd (kullsyre) Vanndamp.................. Svoveldioksyd...........

CO2 H2O SO2

forbrenningsprodukter (H2O kan også være fordampet fuktighet)

Oksygen...................... Nitrogen ....................

O2 N2

luftandeler

Av disse utgjør nitrogenet 65—80 volumpro­ senter, alt etter brenselart og luftoverskudd. Det må nemlig stadig tilføres mer luft enn det til fullstendig forbrenning teoretisk nødvendige minimum. Jo større luftoverskudd man arbeider med, jo mer oksygen går tvers igjennom forbrennings­ rommet (ildstedet, ovnen) uten å delta i for­ brenningen, akkurat som nitrogenet. Nitrogengassen og overskuddet av oksygen vil imidlertid — som vi nettopp har nevnt — bli varmet opp, og «stjeler» altså varme fra forbrenningen. Av dette følger at det gjelder å redusere nitrogenmengden og oksygenoverskuddet mest mulig, så minst mulig varme går tapt gjennom skorsteinen. Men man må ikke ha så liten luftmengde at det blir ufullstendig forbrenning.

s + o2 = so2.

Oksygenet til forbrenningen tas som regel fra luften omkring, som inneholder 21 volumprosent oksygen og 79 volumprosent nitrogen (N). Nitrogenet i luften går rett gjennom ildstedet uten å forandres eller forbinde seg med andre stoffer. Det har således ingen betydning for for­ brenningen, men er tvert imot et «nødvendig onde», idet nitrogenet tilføres med luftens tem­

Fig. 5 viser en skjematisk fremstilling av forbrenningsforløpet.

Litt om okononiisk fyring Vi tenker oss at vi fyrer i en koksovn med vanlig koks. Bruker vi for grov koks til ovnen, vil det bli nokså store mellomrom mellom koks19-Teknikk III

stykkene, og en stor del av forbrenningsluften vil ha meget lett for å slippe igjennom uten å ha kommet i berøring med koksen. Grov koks betyr

290

Arne Steineger: Teknisk varmelære

Fig. 6. Helautomatisk trykkforstøvningsbrenner av fabri­ kat «Heatmaster» for villaanlegg, kapasitet 3—9 kg olje pr. time. 1. Teimtransformator. 2. Brennerror. 3. Tennelektrode. 4. Dyse. 5. Motor. 6. Luftreguleringsspjell. 7. Oljepumpe med innebygd filter og trykkreguleringsventil. 8. Oljeror til dyse. 9. Viftehus.

derfor et stort luftoverskudd, og tilsvarende stort tap av varme i skorsteinen, skorsteinstapet. Bruker vi for finstykket koks, vil brenselsjiktet i ovnen lett bli for tett, så man får ikke den trekk man ønsker eller må ha for å opprettholde en rimelig varmeavgivelse fra ovnen. Av denne grunn kan ovnen ikke fylles så full med finstykket koks som med koks av storrelse som passer bedre for ovnen. For finstykket koks har også en annen mangel. Berøringsflaten og altså reaksjonsflaten mellom koksen og luften blir relativt stor, og det har da lett for å dannes kulloksyd som forsvinner uforbrent i skorsteinen. Ved å åpne ileggsdøren på gløtt kan man lett overbevise seg om at det er kullos til stede over koksen. Hvis man ser en blå flamme, er det kullosen som brenner. Luften til denne forbrenningen kommer gjennom den ileggsdøren vi titter inn gjennom. Når vi lukker luken igjen, slokner flammen, men den brenn­ bare gassen, som er klar og usynlig, går ufor­ brent opp gjennom pipa. De kaloriene som den brennbare gassen fører med seg som kjemisk bundet varme, har vi betalt for, men ikke ut­ nyttet. Koks og sinders er allerede avgassede brensler. Koks er et biprodukt fra gassverkene. Her hetes egnede kull opp i store retorter uten

lufttilgang for derved å produsere lysgass, som renses og sendes ut på et rørnett som bygass. Sinders er et hovedprodukt fra koksverk, her får man gassen som biprodukt. Sinders nyttes i jernsmelteindustrien. Fordi koks og sinders er avgasset, egner disse brensler seg særdeles godt til å fyres i magasin. Lufttilførselen og dermed brenselmagasinets varmeangivelse kan reguleres innen visse grenser oppover og nedover på et øyeblikk uten at det har noen konsekvens for utnyttelsen av brenslet. For steinkull, brunkull og ved stiller saken seg ganske annerledes. Ved opphetning av disse brensler avspaltes som nevnt brennbare gasser, som består dels av hydrogengass (H2), dels av kulloksyd (CO) og dels av forskjellige forbindelser mellom kullstoff og hydrogen, såkalte kullvannstofler. Disse brennbare gasser må for å kunne brenne bringes i berøring med luft. Av denne grunn må man under fyring med disse såkalte gassrike brensler sørge for sekundærluft. Den forbrenningsluft som føres til det glødende fyrsjikt, kalles primærluften. Den tjener til å holde forbrenningen ved like på risten, mens de gasser som avspaltes, må mote en annen luftstrøm over risten, sekundærluften. Det er en viktig regel at gassrikt brensel må fyres i tynne sjikt og man må legge på lite om gangen. Når det innlagte bren­ sel har gasset av, kan nytt brensel legges på. Legger man for mye på, vil det på en gang bli en kraftig utvikling av gass, og det er uråd å få blandet denne gassmengde med tilstrekkelig mengde luft så man oppnår fullstendig forbren­ ning. Gassrike brensler egner seg ikke for magasinfyring i vanlige ovner og ildsteder, man må i tilfelle ha spesialkonstruerte ildsteder. Ved å studere flammen kan man for øvrig danne seg et bilde av hvor gassrikt et brensel er, idet flam­ mens lengde som regel er størst ved det brensel som avspalter mest gass. Antrasitt er meget gassfattig kull. For fyring i vanlige ovner krever de en egen teknikk, idet man må legge på lite av gangen, og først når dette er gasset av, legge på litt til. Slik fortsetter man inntil man har fått «bygd opp» et magasin som vil brenne videre som koks. Sekundærluften kan tilføres ved å sette ileggsluken på gløtt ved hjelp av en spiker. En del av de gasser som drives av fra kull og ved, er tjæredamper. Disse damper har et rela­ tivt høvt kokekunkt, og har derfor også lett for å kondensere igjen straks røykgassene kommer i berøring med flater som har temperaturer under tjærens kondensasjonstemperatur. Når man opp-

Kjelanlegg

dager tjære, betyr det derfor at forbrenningen er utilfredsstillende og at man må sørge for riktigere tilsetning av luft, bedre trekk, etc. En meget stor del av våre sentralvarmeanlegg fyres med fyringsolje. Til det kreves spesielle fyringsinnretninger, oljebrennere. Ved disse bren­ nere blir oljen forstøvet og oljestøvet godt blan­ det med luft. Hvis forstovningen ikke er god nok, eller hvis oljedusjen ikke får en effektiv blanding med luft, vil resultatet bli sot, oljekoks og beking. Fig. 6 viser en helautomatisk brenner med trykkforstøvning. Til oljebrennere i villaer og andre mindre anlegg brukes vanligvis olje nr. 1 eller 2. Olje nr. 1 er mest lettflytende, men også der kostbareste. Den kan forstøves i kald tilstand, og det kan som regel også olje nr. 2. Når det gjelder forretningsgårder og mindre bedrifter, er det vanlig å bruke billigere oljer, olje nr. 3 og 4. Ved fyring i dampkjelanlegg i store fabrikker er det olje nr. 5 og nr. 6 som nyttes. Olje nr. 6 er billigst. Jo billigere olje, jo mere må oljen forvarmes før forstovningen. Olje nr. 4 må således ha 60—80 °C for å kunne forstøves effektivt, mens man for olje nr. 6 må helt opp i 110— 120 °C.

291

For alle ovner og kjelanlegg gjelder det å holde heteflatene rene for sot og kjelene også for kjel­ stein. Sot og kjelstein hindrer varmeovergangen, og et kjelsteinsbelegg kan dessuten medføre overopphetning av jernmaterialet i kjelen. En sentralvarmekjel bør feies minst hver 14. dag. Man bør sørge for passe trekk gjennom den. Røyken fra skorsteinen bor være svakt farget. Er den mørk, er dette tegn på ufullstendig forbrenning og altså for liten lufttilsetning. Er røyken fargeløs, er det tegn på for mye luft. Ved større fyringsanlegg for boligkomplekser, forretningsgårder og industri er det vanlig bl. a. å sette kullsyreinnholdet i røykgass­ ene som mål for fyringens godhet. Av en viss meng­ de brensel dannes det som forbrenningsprodukt en bestemt kullsyremengde — jo større luftover­ skudd man arbeider med, jo mindre blir det prosentuelle kullsyreinnhold i røykgassen, og om­ vendt. Kullsyreinnholdet i røykgassen måles med kjemiske eller elektriske analyseapparater. Et fyringsanlegg som er godt utstyrt med kontroll­ instrumenter, har bl. a. analyseapparater for CO2 og for uforbrente gasser i røykgassene. I re­ gelen tilstrebes det da å holde høyest mulig C02-prosent uten at det oppstår uforbrent.

Kjelanlegg Når man fyrer med brensel, er det hensikten å varme opp noe. I en smelteovn, en keramisk ovn, en esse eller i åpne ildsteder som f. eks. en peis, skjer denne oppvarming direkte. I andre tilfelle er det mer hensiktsmessig å nytte indirekte opp­ varming ved hjelp av et varmemedium som sirkulerer i et rørnett. Som medium kan nyttes vann, vanndamp, olje, varmluft etc. Varmemediet varmes da opp i en kjel og bringes gjennom rørnettet til det sted eller den gjenstand som skal varmes opp, radiator, tørkesylinder, presse, vaskemaskin osv. Til sentraloppvarming av villaer, leiegårder, forretningsgårder, forsamlingslokaler etc. nyttes som varmemedium varmt vann eller også damp med relativt lavt trykk og da som oftest under 0,5 kp/cm2. Til industrielle prosesser brukes damp av høyere trykk, eventuelt litt overhetet for å unngå for mye kondensering i vidt forgrenede rørnett. Til de fleste prosesser er det tilstrekkelig med trykk på opptil 10 kp/cm2, men dampkraftanlegg og fabrikker med mottrykkskraftanlegg nytter vesentlig høyere trykk, her i landet opptil 50—60 kp/cm2. Ved større anlegg i utlandet nyttes 100 kp/cm2 og derover. For å kunne overføre varmen fra brenslet og til

varmemediet kreves en kjel. Kjeler med driftstrykk 0,5 kp/cm2 og derunder benevnes lavtrykkskjeler, de med driftstrykk over 0,5 kp/cm2 høy-

Fig. 7. Snitt gjennom en støpejernskjel. Mellom hvert ledd er det utformet røykgasskanaler, slik som pilene viser. På toppen er det luker for rengjøring av kana­ lene for sot og aske (F Feieluke). Isolasjon og platekledning er ikke vist.

292

Arne Steineger: Teknisk varmelære

Fig. 8. Fyrhus med to AMA smijernskjeler og oljebrennere med sentrifugalforstovning. Kjelene er for varmtvannssentralfyringsanl egget til en 7 etasjers bygning og har hver 82 m2 heteflate.

trykkskjeler. De siste må ha sertifikat fra Ar­ beidstilsynets kjelkontroll for å kunne brukes, idet visse krav må være oppfylt med hensyn til kjelens konstruksjon, materiale, utstyr etc. Som varmtvannskjeler og lavtrykksdampkjeler kommer vesentlig to hovedtyper av kjeler på tale, nemlig stopejernskjelen (fig. 7) og smijernskjelen (fig. 8). Stopejernskjelen er en amerikansk

oppfinnelse og egner seg godt for masseproduk­ sjon. Den bygges av ledd som skrues sammen ved hjelp av gjennomgående stagbolter. Mellom hvert ledd, som er fylt med vann, er det utformet roykgasskanaler. Av smijernskjeler er det flere typer på markedet. De sveises sammen av plater. For de forskjellige tvper av varmtvannskjeler og lavtrykksdampkjeler kan det regnes med

Fig. 9. Snitt gjennom en fyrgangs-roykrorkjel med overheter og planrist for kullfyring.

293

Kjelanlegg

følgende maksimalbelastninger i kcal pr. m2 heteflate og time: Støpejernskjeler for lavtrykks damp 7000 kcal/m2 og time Støpejernskjeler forvarmtvann 8000 —«— Små sveisede kjeler 12000 — «— Sveisede kjeler over 30m2 15000 — »— Hoyeffektkjeler 20000-30000 — «—

Høytrykkskjeier kan grupperes i røykrørkjeler og vannrørkjeler. Røykrørkjelene bygges som regel for trykk inntil 12—15 kp/cm2 og vannrørkjelene for trykk 10—100 kp/cm2 og høyere. Fig. 9 til fig. 11 viser typiske eksempler på røykrør­ kjeler, og fig. 12 viser eksempel på en vannrørkjel. Kjelaggregatene kan bli ganske store. De største kjeler her i landet har trykk ca. 65 kp/cm2 og er dimensjonert for en fordampning av ca. 100 tonn vann pr. time. Under planlegging og dimensjonering av et kjelanlegg, valg av kjeltype etc. er det en rekke forhold som må klarlegges. Det vil her føre for langt å gjennomgå i detalj alle ting som må tas i betraktning i den anledning, men det skal i det følgende nevnes noen holdepunkter: Kjeltrykket blir bestemt av hvilken høyeste damptemperatur man må ha i bedriften og videre om dampen skal overføres over lange avstander, om det skal produseres elektrisk kraft ved hjelp av mottrykksmaskiner, om hvor­ ledes dampbehovet varierer i løpet av drifts­ tiden etc. Eksempler på behovet for kjelens arbeidstrykk: Til oppvarming og varmtvannsfremstilling ......................................................................... 0,5— 3,0 kp/cm2 Til tørking, koking og forskjellige andre tekniske prosesser ................................. 1,5—10,0 kp/cm2 Til samarbeid m/dampakkumulatorer 10,0—-15,0 kp/cm2 Til spesielle proesser og overføring av damp over lange avstander .... 10,0—30.0 kp/cm2 Til drift av turbiner............................. 15,0—60,0 kp/cm2 og bøyere

Kjelens dampkapasitet velges så stor at den damp som kan produseres dekker bedriftens behov under periodene med det høyeste toppforbruk, og det tas i rimelig utstrekning hensyn

til bedriftens fremtidige planer for utvidelser av produksjonsavdelinger. Det må også bringes på det rene om det er fordelaktig for bedriften å dele dampproduksjonen på flere kjeler, og om det er behov for reservekjel. I visse tilfelle er det ønskelig å overhete dampen, særlig der det er spørsmål om kraft­ produksjon. Skal dampen føres over lange strekninger, velges som regel en overhetningstemperatur på ca. 50°C over dampens metningstemperatur for å få større damp frem til forbruksstedet. For disse formål må kjelen utstyres med overheter som dimensjoneres etter hvor høy temperatur dampen skal ha. Valg av kjeltype og tilleggsutstyr til anlegget er for øvrig avhengig av anleggets størrelse, den virkningsgrad man ønsker å nå, plassfor­ holdene i bedriften, variasjoner i dampforbruket, driftstiden osv. Kjelenes virkningsgrader kan variere sterkt, og som en oversikt kan angis følgende: Eldre underfyrt røykrørkjel, med liten belast­ ning og kort driftstid, virkningsgrad 40—60 %. Underfyrt røykrørkjel, oljefyrt med normal belastning og konstant drift, 70—-75 %. Godt isolert fyrgangs-røykrørkjeler i jevn dagdrift, 80—87 %. Middels store vannrørkjeler utstyrt med economiser, 80—88 %. Moderne storkjeler i døgndrift, 87—91 %. Kjelenes belastningsmulighet er som før nevnt bl.a. avhengig av sirkulasjonsforholdene for vannet, og i den henseende er kjcltypene nokså forskjellige. Følgende tabell gir en oversikt over hvilke kapasiteter man kan regne med ved de forskjellige kjeltyper: Kjelenes belastning kg damp pr. m2 og time Normalt: Maksimalt:

Underfyrte røykrørkjeler ...... 12—15 Fyrgangs-røykrørkjeler, eldre utf. 20—25 Fyrgangs-røykrørkjeler, mod. » 25—32 Skotske skipskjeler ......................... 14—18 Skrårørkjeler, eldre utf. oljefyring 20—22 Skrårørkjeler m/nedtrukket bakvegg og kjølte sidevegger .................... 30—35 Steilrørkjeler ...................................... 30—40

18—22 30 35 20 25

40 50

294

Arne Steineger: Teknisk varmelære

Fig. 10. ► Snitt gjennom en skotsk skipskjel. 1. Røykgasskanal. 2. Oljebrenner. 3. Sotfeieapparat.

Fig. 11. ▼ Snitt gjennom et kjelaggregat av type «Steambloc». Kjelen har hel­ automatisk oljefyring. 1. Luftvifte. 2. Modulerende trykkforstøvningsbrenner. 3. Trykkregulator. 4. Vannstandskontroll. 5. Fyrgang. 6. Isolasjon. 7. Utsvingbar dør for tilsyn og renhold av røykrør. 8. Røykrør. 9. Matevannsaggregat. 10. Fun­ dament av profilstål. 11. Kontrollpanel.

295

20500

Kjelanlegg

Fig. 12. Snitt gjennom en KTV-vannrørkjel for fordamping av 100 tonn vann pr. time, konstruksjonstrykk 6< kp/cm(657N/cm2) og regulert damptemperatur 450 °C. Kjelaggregatet er over 20 meter hoyt.

Bjorn Grodeni

KULDETEKNIKK

HVA ER KULDE? ..........................................

299

HVORFOR VI ANVENDER KULDE .. 299 For lett bedervelige matvarer................... 299 For luftkondisjonering................................. 300 For kjemisk industri, laboratorier og spesialformål ........................................... 300

HVORDAN VI KAN SKAFFE OSS KULDE ............................................................. Vannis, kuldeblandinger og tørris .............. Ekspansjonsprosesser ........................................ Fordampningsprosesser .................................... Elektriske og magnetiske prosesser.............. VIRKEMÅTEN AV KOMPRESSORKULDEANLEGG ...................................

301 301 302 302 302

302

FYSIKALSKE DATA .................................... Kuldebebov, dimensjonering ........................ 1. Transmisjonsvarme.................................. 2. Nedkjøling og frysing av varer ........ 3. Intern varmeutvikling ......................... 4. Ventilasjon ................................................ Kuldemedier og kuldebærere ........................ Smøreolje................................................................

309 309 309 309 309 309 309 310

KOMPRESSORER ........................................... Stempelkompressorer ........................................ Kompressorers konstruktive detaljer . . Rotasjonskompressorer .................................... Turbokompressorer............................................. Skrukompressorer .............................................. Absorpsjonskuldemaskiner ............................

312 313 314 318 320 321 321

HØYTRYKKSIDEN

......................................

325

LAVTRYKKSIDEN........................................

329

Luftkjølere............................................................. Lakekjølere ........................................................... Kontaktkjølere ....................................................

329 331 333

REGULERING OG AUTOMATIKK ... Regulering av kuldemediumsirkulasjon . . Regulering av kuldeytelse............................... Sikkerhetsautomatikk ......................................

333 334 340 345

TILBEHØR ........................................................ Rør og armatur.................................................... Oljeutskillere........................................................ Væskeutskillere.................................................... Luftutskillere........................................................ Varmevekslere...................................................... Filtere og tørkere ............................................... Væskestandviser.................................................... Pumper og rørverk............................................. Vifter ...................................................................... Kileremmer ...........................................................

346 346 348 349 350 351 351 352 352 352 353

ISOLASJON...........................................................

353

FRAMSTILLING AV IS

...............................

354

SKIPSKULDEANLEGG ............................... For last.................................................................... KuJdebehov og kraftforbruk..................... Vekt og plassbehov ...................................... Lekkasje av kuldemedium ........................ Betjening............................................................. For proviant ........................................................

356 356 357 357 357 357 359

MONTASJE OG DRIFT ............................... 361 Montasje, trykkprøving, evakuering, fyl­ ling, lekksøking.......................................... 261 Vedlikehold ........................................................... 362 Avriming ............................................................... 363

HVA ER KULDE? Kulde er noe vi alle har kjennskap til. På en real norsk vinterdag vil ingen være i tvil om hva kulde er. Men mange vil nok ha vanskelig for å definere begrepet kulde nærmere. Det er i høy grad rela­ tivt — en afrikaner — og en grønlender vil ha nokså forskjellig oppfatning av hva som er kaldt og varmt. Vi må derfor ha et målbart sammen­ ligningsgrunnlag å bygge på. Dette sammen­ ligningsgrunnlag er temperaturen, som er ut­ trykk for et legemes varmenivå. Basert på kjente og gjentagbare fysikalske fenomener, som f. eks. legemers forandring av v olum og aggregatform

(smelting, koking) ved forskjellig varmetilstand har det vært mulig å bygge opp en gradert skala med faste utgangspunkter (f. eks. Celsius). Kulde er karakterisert ved lav temperatur. Lav tempe­ ratur i et stoff kan vi oppnå ved å fjerne varme fra det. Mangel på varme er derfor ganske tref­ fende om begrepet kulde. I motsetning til varme, som er en form for energi, kan vi ikke måle eller oppgi kulde i noen fysikalsk enhet. All anvendelse av kulde er et spørsmål om transport av varme, og pluss- og minusgrader er trinn på den samme temperaturskala med et valgt nullpunkt. Kiddeteknikk er i virkeligheten varmeteknikk.

HVORFOR VI ANVENDER KULDE For lett bedervelige matvarer Vi vet av erfaring at matvarer som oppbe­ vares ved værelsestemperatur, etter hvert be­ derves. De harskner, surner, gjærer, mugner, råtner, får dårlig farge, smak, lukt og struktur, og blir etter hvert uspiselige, eller direkte giftige. Årsak til dette er mikroorganismer som bakterier og sopp. De omvandler og bryter ned organiske stoffer, og har de beste livsvilkår i fuktige og varme omgivelser. En annen årsak er den selvødeleggelse eller autolyse som foregår også i døde celler. Disse stoffomsetninger, som påskyndes av fermenter og enzymer, er relativt mindre ut­ forsket. Endelig har vi rene kjemiske eller kjemisk-fysikalske endringer som uttørking, harskning og fargeforandring. Disse prosessene er mer eller mindre tempera­ turavhengige. Under -4- 100 C kan vi regne at mikroorganismene slutter å virke. Enzymer og

fermenter tåler atskillig lavere temperatur, og -4- 50 ° C oppgis som en grense. Dette er en uøko­ nomisk lagringstemperatur, men også over denne temperatur er aktiviteten så vidt mye nedsatt at langtidslagring er mulig. \ ed kort tids oppvarm­ ing henimot 100° C (blansjering) kan vi oppnå å uskadeliggjøre fermentene, noe som brukes især for grønnsaker og bær. Uttørking, harskning og fargeforandring skyldes varenes kontakt med luften omkring. Dette er derfor også i høy grad et spørsmål om hensiktsmessig emballasje. Vi kan slå fast at fryseteknikken i dag er den mest kvalitetsbevarende konserveringsmetode, og våre moderne byttesamfunn med pengehus­ holdning og store befolkningssentra ville ikke være tenkbare uten denne form for matvarekonservering.

300

Bjørn Grødem: Kuldeteknikk

For luftkondisjonering Luftkondisjonering (air conditioning eller kliet bestemt likevektstrykk, ifølge den lovmessige matisering) er definisjonsmessig en samtidig sammenheng mellom temperatur og trykk ved regulering av alle eller minst de tre første av føl­ fordampning og kondensasjon av damper. gende faktorer som påvirker de fysikalske og 3 : Til en bestemt temperatur svarer en bestemt kjemiske egenskaper hos luften i et avgrenset største mengde vanndamp som blandingen kan rom: temperatur, fuktighet, luftbevegelse, luftinneholde uten at kondensasjon (vannutskilling) fordeling, støv, bakterier, røyk, odør, giftige opptrer. gasser, ozon, ioner. De fleste av disse har, i 4 : Jo høyere temperaturen er, desto mer vann større og mindre grad, innflytelse på menneskers i form av damp kan luften inneholde. helse og velvære. Graden av tørrhet forteller hvor mye vannEn del av energien som frigjøres ved stoffskif­ dampinnholdet avviker fra det maksimale ved tet i menneskekroppen, går tapt i form av varme. den aktuelle temperatur, fra den «mettede» Denne varme blir avgitt til omgivelsene ved for­ tilstand. Med relativ fuktighet mener vi forholdet dunstning fra hud og åndedrettsystem, ved mellom vanndampens partialtrykk i luften og stråling, konveksjon og ledning. Dersom krop­ metningstrykket ved samme temperatur. Med pens temperatur-reguleringssystem ikke er i tilstrekkelig nøyaktighet er dette lik forholdet stand til å opprettholde en behagelig balanse i mellom luftens virkelige og maksimale mengde denne varmeutvekslingen, vil reaksjonen bli en vanndamp. Kondensasjon (vannutskilling) arter følelse av ubehag. seg som tåkedannelse. For en gitt lufttilstand Kuldeteknikken gjør det mulig å regulere skjer kondensasjon når en bestemt temperatur, temperatur og fuktighet. At temperaturen kan som vi kaller luftens duggpunkt, underskrides. senkes ved hjelp av et maskinelt kuldeanlegg, er Ved å la luften passere kuldeanleggets for­ alle klar over, men at det samme anlegg damper og holde fordamperens overflatetempe­ Oo også o kan brukes til å fjerne fuktighet (vann) fra luften, ratur lavere enn luftens duggpunkt kan vi oppnå trenger kanskje en nærmere forklaring. at vanndampen kondenserer på fordamperen og Den luften som omgir oss, er en blanding av derved fjernes fra luften. Ved påfølgende opp­ tørr luft og vanndamp, altså det vi kaller fuktig varming øker vi luftens evne til å oppta fuktighet luft. Med tilstrekkelig nøyaktighet kan vi her etter skjemaet avkjøling under duggpunkt, vann­ regne med de enkle gasslover og Daltons lov om utskilling, oppvarming. gassblandinger. Det beste bilde av luftens egenskaper og de 1 : Til en bestemt mengde vanndamp svarer et prosesser som knytter seg til luftbehandling, gir bestemt vanndamp-partialtrykk. et Mollier J—X diagram, som anbefales til nær­ 2 : Til en bestemt vanndamp-temperatur svarer mere studium.

For kjemisk industri, laboratorier og spesialfbrmål Kuldeteknikken bidrar til å gi oss et rikt og variert kosthold og oker vårt velvære. Dessuten er den i stor utstrekning tatt i bruk i kjemisk in­ dustri, i laboratorier og til spesialformål, særlig når det gjelder: Kondensering av gasser, som klor, ammoniakk, jordgasser og avgasser fra oljeraffinerier. For å kunne lagre og omsette slike medier som ved atmosfæretrykk og romtemperatur er gasser, uten at «emballasjen» av praktiske grunner skal bli uhåndterlig, er det fordelaktig å overføre dem til flytende tilstand (andre muligheter er å høykomprimere gassen, vanlig for luft, hydro­

gen, nitrogen og edelgasser, eller absorbere den i et passende stoff, som acetylen i aceton). Bortføring av varme fra prosesser, eventuelt ved industrielle luftkondisjoneringsanlegg. I slike tilfelle arbeider man ofte med temperaturømfintlige stoffer, og kuldeanlegget må sørge for at den kritiske øvre temperatur ikke overskrides, eksempelvis ved framstilling av nitroglyserin. Nedkjøling til eller opprettholdelse av lave tempe­ raturer. Det vil føre for langt å ta med alle de områder som kommer inn under dette avsnitt, men som interessante eksempler kan nevnes frysetørking av appelsinsaft, penicillin og blod­

Hvordan vi kan skaffe oss kulde

plasma, kunstfrosne isbaner, forsøkskammer for flymedisin og militære formål, og avkjøling for presspasning av maskindeler. Bortføring av fuktighet fra produksjons- og lager­ lokaler for maskindeler, sveiseelektroder, våpen

301

og ammunisjon, farmasøytika, papir, lær, tekstil, fystikker, smykker, tobakk osv. Kontroll og regulering av luftens fuktighetsinnhold er her nødvendig for å unngå rust, mugg, svelling, klebing og uheldige eller skadelige reaksjoner.

HVORDAN VI KAN SKAFFE OSS KULDE Kuldeteknikk er den teknikk som nyttes for å skaffe og opprettholde lavere temperaturer enn omgivelsenes i det avgrensede rom vi ønsker å kjøle. Enhver slik temperaturforskjell utløser en tilsvarende varmebevegelse. Oppgaven består

derfor i å etablere en prosess som kan opprett­ holde denne temperaturforskjellen ved å fjerne den varmemengde som beveger seg fra den høye­ re til den lavere temperatur. Dette kan skje på flere måter.

Vannis, kuldeblandinger og tørris Fra de eldste tider har man gjort bruk av is og snø, der kuldevirkningen skyldes en smeltetemperatur på 0 ° C og en smeltevarme på 80 kal/kg. Typisk for smelting er at temperaturen forblir konstant så lenge smeltingen pågår. Når varme varer kommer i kontakt med smeltende is, vil temperaturforskjellen forårsake varmeoverføring til isen. Dette fører til avkjøling av varene og smelting av et tilsvarende kvantum is. Eksempelvis vil 1 kg is teoretisk være tilstrekke­ lig til å avkjøle 4 liter vann fra -f- 25 ° C til + 5° C. Isens smeltevarme kan vi også utnytte til å oppnå lavere temperaturer enn 00 C i såkalte kuldeblandinger, som består av et kvantum is, vann og et passende salt. Det viser seg nemlig at hvis vi har is i en saltoppløsning med en bestemt konsentrasjon, vil temperaturen i oppløsningen senkes til en tilsvarende likevektstemperatur, som opprettholdes så lenge konsentrasjonen er konstant og det finnes nok is til å dekke «kuldetapet». Den varmemengden som må fjernes for å senke og opprettholde temperaturen i oppløs­ ningen, går med til å smelte isen. Sammenhengen mellom likevektstemperaturen og konsentrasjo­ nen kan framstilles i et likevektsdiagram for ved­ kommende salt. Fig. 1 viser forholdene for NaCl (koksalt). Tabell 1 gir en oversikt over de opp­ nåelige temperaturer ved forskjellige salter.

«Tørris», som brukes ved distribusjon og salg av iskrem, er CO2 (kullsyre) i fast form. Ved atmosfæretrykk har den en temperatur på — 78° C, og ved varmetilførsel vil den fra fast form gå direkte over i damp, såkalt sublimasjon. Sublimasjonsvarmen på 137 kal/kg kan vi tenke oss sammensatt av en smelteandel på ca. 57 kal/kg og en fordampningsandel på ca. 80 kal/kg. For eksperimenter kan man skaffe seg en god og ganske billig kuldeblanding ved hjelp av kullsyreis og alkohol, og derved oppnå temperaturer ned til ca. 4- 70° C. Ved visse salters oppløsning i vann kan vi også oppnå kuldevirkning ved en såkalt endotermisk

Tabell 1. Kuldeblandinger, eutektisk punkt.

Salt kaliumklorid ammoniumklorid natriumklorid (koksalt) kalsiumklorid

Temperatur 4- 11,1° C 4- 15,8° C 4- 21,2° C 4- 55 0 C

Fig. 1. Likevektsdiagram for vann og NaCl saltløsning.

302

Bjørn Crødem: Kuldeteknikk

eller varmekrevende prosess. Som eksempel kan nevnes at visse gjødningsstoffer av ammonium-

og kaliumsalter, rørt ut i vann, har vært brukt for kjøling av melk.

Ekspansjonsprosesser Ved ekspansjonsprosesser bygger man på det prinsipp at gasser som trykkes sammen (kompri­ meres), øker temperaturen, mens gasser som ut­ vider seg (ekspanderer), senker temperaturen. Dette prinsipp gjør vi bruk av i dieselmotoren, der trykket økes så sterkt at temperaturen på luften blir tilstrekkelig høy til å tenne brenn­ stoffet uten bruk av tennplugg. Ved å avkjøle den komprimerte gass mens trykket er høyt, og deretter senke trykket ved å la gassen ekspandere kan gasstemperaturen synke langt under omgivelsens temperatur. Typisk for denne prosess er at mediets aggregattilstand (fast — flytende —

gassformig) er den samme i alle faser, nemlig gassformig. Prosessen har ikke fått noen særlig praktisk betydning for alminnelige kuldeanlegg, men blir brukt en god del i moderne, hurtiggående fly med gassturbiner og turbokompressorer. På grunn av den store luftfriksjonen ved store has­ tigheter blir flyene oppvarmet så mye at de må ha utstyr for avkjøling, især av førerkabinen, den såkalte «varmemur». Her brukes komprimert luft fra turbokompressorene, som etter avkjøling passerer en ekspansjonsmaskin, der trykk og derved temperatur senkes så mye at man oppnår kuldevirkning.

Fordampningsprosesser Den overlegent viktigste prosess innen kulde­ teknikken er fordampningsprosessen. Her nyttig­ gjør vi de fenomener som knytter seg til væskers overgang til damp (fordampning, fordunstning, koking), nemlig at denne aggregatforandring for­ utsetter varmetilførsel og at fordampningstemperaturen er avhengig av trykket. Tilføres varme til vann, vil det ved atmosfæretrykk, 760 mm Hg, koke ved 100° C, som kalles vannets koke­ punkt. Denne temperatur er konstant så lenge trykket er konstant og koking pågår. Øker tryk­ ket, som i en trykk-koker, øker temperaturen, mens et lavere trykk senker temperaturen til­ svarende. Videre varmetilførsel vil bare føre til dannelse av mer damp. I kuldeteknikken nytter

vi slike stoffer som ved de aktuelle trykk koker ved temperaturer som er lavere enn 0 ° C. Ammo­ niakk f. eks. vil ved atmosfæretrykk koke ved 4- 33,3° C. På denne måten kan vi skaffe oss et system som er i stand til å fjerne varme ved den lavere temperatur som vi ønsker å oppnå. De stoffer som brukes og som kalles kuldemedier, er ganske kostbare, og vi kan derfor ikke la den dampen som dannes, gå til spille. Oppgaven for maskinelle kuldeanlegg er derfor også å samle opp dampen og bringe den tilbake til væske, som kan fordampe på nytt. Dette skjer i et lukket system, som tilsammen utgjør det vi i dag kaller et kuldeanlegg.

Elektriske og magnetiske prosesser Endelig har vi spesielle elektriske og magnet­ iske prosesser som kan brukes til å oppnå lave temperaturer. De magnetiske har vært mye nyttet for de ultralave temperaturer henimot 4- 273 ° C, mens termoelementprinsippet synes

å ha muligheter for å revolusjonere framstillingen av aggregater for kjøleskap. Ingen av disse prosesser har noen særlig kommersiell betydning, og da de er nokså spesielle, vil vi ikke komme nærmere inn på dem her.

VIRKEMÅTEN AV KOMPRESSORKULDEANLEGG Et kompressorkuldeanlegg er vist skjematisk i fig. 2. Det består av følgende deler: kompressor, kondensator, reguleringsventil, fordamper, tilkoblingsrør. Fordamperens oppgave er å fjerne

varme fra det rom som den befinner seg i. Denne varmetilførsel gjør at kuldemediet i fordamp­ eren koker. Kompressorens oppgave er å suge bort damp og derved opprettholde et så lavt

Virkemåten av kompressorkuldeanlegg Kald damp

Varm gass

Fordamper

Kondensator

Varme til kjolemiddel

Kompressor

Varme bo rt fort fra ku lde rom

- Kald vceske

Varm vaeske — Regulerventil

Hdy trykk* side

Lavtrykk-side

Fig. 2. Kompressor-kuldeanlegg, skjematisk.

trykk i fordamperen at kuldemediet koker ved den ønskede lave temperatur. X idere skal kom­ pressoren kunne øke trykket på dampen så mye at den kan kondensere (fortettes) i kondensato­ ren. Kondensasjon og fordampning er analoge prosesser, som viser samme lovmessige sammen­ heng mellom trykk og temperatur. Mens for­ dampning krever at det blir tilført varme, krever kondensasjon at det blir bortført en tilsvarende varmemengde. Denne varmemengden overføres i kondensatoren til det kjolemiddel som kommer på tale, f. eks. vann eller luft. Kondensatorens oppgave er derfor å fjerne den varmemengden som kuldemediet gir fra seg ved kondensasjon. På grunn av trykkforskjellen i et kjøleanlegg, krever kompresjon av dampen tilførsel av energi til kompressoren, avhengig av trykkforskjellen. Fra kondensatoren får vi varm væske under høyt trykk. Denne væsken slippes inn i fordamp­ eren gjennom regulatorventilen, som har til opp­ gave å opprettholde trykkforskjellen mellom for­ damper og kondensator og samtidig slippe inn i fordamperen et kvantum kuldemedium, som svarer til det som fordamper. Endelig tjener tilkoblingsrørene til å binde sammen anleggets enkelte deler, slik at ikke noe kuldemedium lekker ut. Fig. 2 viser retningen av varmestrømmen, og dessuten begrensningen av høytrykksdelen og lavtrykksdelen. Størrelsen av disse trykk skal vi se på i et eksempel. Vi husker på at enhver varmebevegelse forutsetter en tempe­ raturdifferanse mellom det varmeavgivende og det varmeopptagende medium, slik at varmen strømmer fra høyere til lavere temperatur: I et fryserom ønsker vi å ha en temperatur -j- 20° C, mens omgivelsene holder + 20° C.

303

Varme strømmer da kontinuerlig inn i rommet, og denne varme må fjernes. For å fjerne varme fra 20° C må temperaturen i fordamperen (kjøleren) være lavere, f. eks. -j- 30 ° C, som føl­ gelig blir kuldemediets fordampningstemperatur. Bruker vi ammoniakk, vil trykket i fordamperen være 0,2 kg/cm2 overtrykk. Kompressoren suger damp av 4- 30 ° C og «pumper» den inn på kon­ densatoren, som avkjøles av luften omkring, som holder -|- 20 ° C. For å overføre varme til + 20 °C må temperaturen i kondensatoren være høyere, f. eks. -j- 30 0 C, som altså blir kuldemediets kondensasjonstemperatur. Med ammoniakk svarer dette til 10,9 kg/cm2 overtrykk. Kompressoren må overvinne en trykkforskjell på hele 10,7 kg/cm2 for å skaffe nødvendig sirkulasjon. X i ser at trykket i lavtrykksystemet først og fremst be­ stemmes av den ønskede romtemperatur, mens trykket i hoytrykksystemet bestemmes av tem­ peraturen på det kjolemiddel som står til dispo­ sisjon. Det samme kuldemedium brukes på denne måten stadig om igjen, og sirkulerer flere ganger i timen gjennom de forskjellige apparater. Sirkelprosessen består av enkeltprosessene fordamp­ ning i fordamper, kompresjon i kompressorer, kondensasjon i kondensator og strupning, også kalt drosling eller ekspansjon, i regulerventil. Kuldemediet opptrer i følgende aggregattilstander i de forskjellige punkter i systemet: 1) i fordamper: kokende, dvs. blanding av væske og damp, lavtrykk. 2) etter fordamper = foran kompressor: damp, lavtrykk. 3) etter kompressor = foran kondensator: kom­ primert damp, høytrykk. 4) i kondensator: kondenserende, dvs. blanding av væske og damp, høytrykk. 5) etter kondensator = foran regulerventil: varm væske, høytrykk. 6) etter regulerventil = foran fordamper: kald væske, lavtrykk. Sml. fig. 2 og 3. For riktig å kunne forstå hva som foregår «inne i» et kuldeanlegg, og framfor alt for å kunne foreta beregninger, kreves et grundig kjennskap til varmelæren, eller termodynamikken. Interes­ serte henvises til spesiallitteratur om emnet. Her skal vi bare gi en kort omtale: Fra fysikken vet vi at for såkalte ideelle gasser kan vi beregne sammenhengen mellom tilstandsstørrelsene trykk p, temperatur T og volum v, som tilsammen bestemmer et stoffs varmetilstand etter den enkle formel p.v = R.T.

304

Bjørn Grødem: Kuldeteknikk

En gass er en sterkt overhetet (oppvarmet) damp, aggregattilstanden varierer vanligvis ved varme­ tilførsel etter skjemaet fast — flytende — damp — gass. For damper vil en slik «tilstandsligning» bli meget komplisert, og det er derfor enklere å sette opp sammenhengen i tabellform, eller helst som diagram. For våre formål har de såkalte Mollier-i, log p diagrammer vist seg mest hen­ siktsmessige. Som den ene aksen er valgt kuldemediets energi-innhold, som den andre er valgt det trykket som opptrer. Vitenskapsmenn har definert en sammenligningsprosess som lar seg beregne, og som ikke avviker for mye fra den virkelige sirkelprosess. Fig. 3 viser denne prosess i et diagram for ammoniakk, mellom grensene 4- 30 0 C og 4~ 30 ° C. Her kan vi finne igjen de forskjellige faser i sirkelprosessen, og lese av i diagrammet de størrelser vi har bruk for, trykk, temperatur, volum, energi-innhold. Vi ser at for­ dampning og kondensasjon, som skjer ved kon­ stant trykk, framtrer som vannrette, rette linjer, mens kompresjon og strupning forløper etter be­ stemte, skråttlopende linjer (henholdsvis kalt

adiabat og isenthalp) som gjengir det som skjer i kompressor og regulerventil mellom de to trykk. De samme størrelser kan vi også lese ut av damptabeller. Tab. 2 og 3 gjelder for henholdsvis ammoniakk (kjemisk tegn NH3) og Freon 12 (kjemisk tegn CH2C12). Kompressoren suger bort damp fra fordamperen og øker trykket så mye at kuldemediet kan fortettes i kondensatoren. Med stempelkompressor vil trykket øke etter hvert som stemplet beveger seg innover i sylin­ deren, inntil trykket blir så stort at de selvløftende ventiler åpner og slipper dampen inn i kondensatoren. Samtidig med trykket stiger temperaturen, som vist med kurve 2—3 i fig. 3, inntil temperaturen t. Denne temperatur, som kan bli over + 100 ° C, er prinsipielt avhengig av fordampningstemperaturen, kondensasjonstemperaturen og innsugningstilstanden. Med såkalt «torrmettet innsugning», dvs. helt tørr og ikke overhetet damp, vil denne temperatur for ammo­ niakk kunne finnes av fig. 4. Denne temperatur er praktisk talt den samme som på trykkroret etter kompressoren. For regulering og kontroll

305

Virkemåten av kompressorkuldeanlegg Tabell 2. Damptabell for ammoniakk.

20.9 25.9 31.0 36.1 41.2

352.6 349.8 346.9 343.9 340.9

373.5 375.5 377.9 380.0 382.1

0.6633 0.6878 0.7123 0.7366 0.7601

2.4431 2.4101 2.3794 2.3504 2.3233

2.623 2.001 1.550 1.215 0.9630 0.7712 0.6235 0.5087 0.4185 0.3469

46.2 51.5 56.8 62.08 67.42 72.78 78.17 83.59 89.03 94.50

337.9 334.6 331.3 327.95 324.49 320.94 317.29 313.53 309.64 305.64

384.1 386.1 388.1 390.03 391.91 393.72 395.46 397.12 398.67 400.14

0.7832 0.8065 0.8295 0.8520 0.8742 0.8960 0.9174 0.9385 0.9593 0.9798

2.2978 2.2738 2.2510 2.2294 2.2090 2.1896 2.1710 2.1532 2.1362 2.1199

0.2897 0.2435 0.2058 0.1749 0.1494 0.1283 0.1107 0.0959 0.0833 0.0726 0.0635

100.0 105.54 111.11 116.72 122.38 128.09 133.84 139.65 145.52 151.43 157.40

301.52 297.26 292.84 288.27 283.55 278.66 273.59 268.32 262.85 257.18 251.29

401.52 402.80 403.95 404.99 405.93 406.75 407.43 407.97 408.37 408.61 408.69

1.0000 1.0200 1.0397 1.0592 1.0785 1.0976 1.1165 1.1352 1.1538 1.1722 1.1904

2.1041 2.0889 2.0741 2.0598 2.0459 2.0324 2.0191 2.0061 1.9933 1.9807 1.9681

v” m3/kg

4-75 4-70 4-65 4-60 4-55

0.0765 0.1114 0.160 0.2233 0.308

1.368 1.3788 1.390 1.4010 1.413

12.89 9.009 6.46 4.699 3.49

4-50 4-45 4-40 4-35 4-30 4-25 4-20 4-15 4-10 4- 5

0.4168 0.5562 0.7318 0.9503 1.2190 1.546 1.940 2.140 2.966 3.619

1.4245 1.4367 1.4493 1.4623 1.4757 1.4895 1.5037 1.5187 1.5338 1.5490

4.379 5.259 6.271 7.427 8.741 10.225 11.895 13.765 15.850 18.165 20.727

1.5660 1.5831 1.6008 1.6193 1.6386 1.6588 1.6800 1.7023 1.7257 1.7604 1.7766

0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50

s’ s” kcal/kg °C kcal/kg °C

kcal/kg

v’ dm3/kg

°c

•99

r kcal/kg

P ata

t

i’ kcal/kg

1

Tabell 3. Damptabell for Freon 12. i” kcal/kg

84.11 85.19 86.24 87.30 88.35

44.08 43.60 43.14 42.67 42.21

128.19 128.79 129.38 129.97 130.56

0.9325 0.9379 0.9430 0.9480 0.9529

1.1550 1.1525 1.1503 1.1483 1.1465

0.385 0.305 0.244 0.1975 0.161 0.133 0.1105 0.0925 0.0784 0.0664

89.40 90.44 91.50 92.55 93.59 94.59 95.67 96.68 97.81 98.90

41.75 41.30 40.84 40.4 39.9 39.5 39.0 38.5 38.0 37.5

131.15 131.74 132.34 132.95 133.49 134.09 134.67 135.18 135.81 136.40

0.9577 0.9623 0.96677 0.97101 0.97523 0.97941 0.98359 0.98774 0.99187 0.99595

1.1448 1.1433 1.14194 1.14051 1.13923 1.13841 1.13759 1.13674 1.13608 1.13575

0.0566 0.0485 0.042 0.0364 0.0317 0.0277 0.0242 0.0213 0.0188 0.0165 0.0145

100.00 101.12 102.25 103.40 104.56 105.75 106.95 108.17 109.40 110.65 111.90

37.0 36.4 35.8 35.3 34.5 33.8 33.1 32.4 31.5 30.6 29.8

137.00 137.52 138.05 138.80 139.06 139.55 140.05 140.57 140.90 141.25 141.70

1.00000 1.00402 1.00803 1.01201 1.01598 1.01993 1.02385 1.02777 1.03167 1.03556 1.03943

1.13550 1.13502 1.13463 1.13451 1.13378 1.13323 1.13295 1.13287 1.13217 1.13186 1.13163

v’ dm3/kg

v” m3/kg

i’ kcal/kg

4-75 4-70 4-65 4- 60 4-55

0.0900 0.1255 0.1715 0.2315 0.307

0.622 0.626 0.632 0.637 0.642

1.535 1.127 0.844 0.640 0.493

4-50 4-45 -440 -435 -430 -425 4-20 4-15 -410 4- 5

0.4005 0.516 0.655 0.826 1.023 1.261 1.54 1.86 2.235 2.66

0.649 0.654 0.660 0.668 0.674 0.680 0.686 0.693 0.699 0.705 0.718 0.724 0.736 0.743 0.755 0.765 0.774 0.786 0.799 0.811 0.824

0 3.14 5 3.7 10 4.315 15 5.01 20 5.78 25 6.63 30 7.57 35 8.63 40 9.77 45 11.01 50 12.38 20 - Teknikk III

s’ s” kcal/kg °C £cal/kg°C

r kcal/kg

P ata

t °C

306

Bjørn Grødem: Kuldeteknikk

av kuldeanleggs drift er derfor trykkrør-temperaturen en god pekepinn. Regulerventilen er et regulerbart strupningsorgan som slipper fram til fordamperen et pas­ sende kvantum kuldemedium. Som tidligere for­ klart eksisterer en lovmessig sammenheng mel­ lom trykk og temperatur for en slik væske i likevektstilstand. Den varme væsken under høyt trykk foran regulerventilen må derfor etter regulerventilen være avkjølt til den lave tempe­ ratur som svarer til trykket i fordamper. Dette skjer på den måten at en del av væsken fordam­ per, til fordampningen kreves varme, varmen tas fra resten av væsken, som derved avkjøles. Denne «selvfordampning» medfører altså en viss dampdannelse allerede før innløpet til fordamp­ er, såkalt «flash-gass». Denne tilstandsforandringen går fram av kurve 5—6 i fig. 3. Tab. 4 viser hvor mange prosent «flash-gass» som blir dannet i regulerventilen ved forskjellige fordampningsog kondensasjons-temperaturer for Freon 12, tab. 5 for ammoniakk. Fordamperens kuldeytelse er avhengig av hvor mye kuldemedium som for­ damper, som altså går over fra væske til damp.

Tab. 4. Flash-gass ved Freon 12 i%.

Kondensasjonstemperatur. 1