7. Тепловые двигатели icon

7. Тепловые двигатели




Скачати 112.34 Kb.
Назва7. Тепловые двигатели
Дата17.02.2014
Розмір112.34 Kb.
ТипДокументи
1. /4 курс/Mенеджмент.doc
2. /4 курс/_стор_я _нженернох д_яльност_.doc
3. /4 курс/Безпека життєд_яльност_.doc
4. /4 курс/Г_дравл_ка, г_дро- та пневмопривод.doc
5. /4 курс/Детал_ машин.pdf
6. /4 курс/Електротехн_ка, електрон_ка _ м_кропроцесорна техн_ка.doc
7. /4 курс/Конструкц_х кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
8. /4 курс/М_кроеконом_ка.rtf
9. /4 курс/Основи еколог_х.doc
10. /4 курс/Основи наукових досл_джень.doc
11. /4 курс/Основи технолог_х виробництва кол_сних та гусеничних транспортних засоб_в.doc
12. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 10c. Кратко.doc
13. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 11c. Кратко.doc
14. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 12c. Кратко.doc
15. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 13с. Кратко.doc
16. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 14с. Кратко.doc
17. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 15с Кратко.doc
18. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко моя.doc
19. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 1с. Кратко.doc
20. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 2с. Кратко.doc
21. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 3с. Кратко.doc
22. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 4c. Кратко.doc
23. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 5c. Кратко.doc
24. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 6с. Кратко.doc
25. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 7c. Кратко.doc
26. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 8c. Кратко.doc
27. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Конспект лекций/ОТТ. Тема 9с. Кратко.doc
28. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Метод. ТОТзаочн.doc
29. /4 курс/Теоретические основы теплотехники/Раб. пр. ТОТ.doc
10. Конвективный теплообмен
Методичні вказівки та індивідуальні завдання
Програма навчальної дисципліни Основи наукових дослiджень та технiка експерименту
Методичні вказівки та контрольні завдання для студентів заочної
Методичні вказівки до виконання індивідуальних робіт з дисципліни «Мікроекономіка» Тематика індивідуальних завдань з дисципліни «Мікроекономіка»
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни «Конструкції колісних та гусеничних транспортних засобів» для студентів напряму 050503 машинобудування /Укл.: В. К. Сидоренко, О. М. Лосіков. Дніпропетровськ: нметАУ, 2012. 50 с
Методичні вказівки до вивчення дисципліни «Електротехніка, електроніка і мікропроцесорна техніка», література, пояснення до виконання індивідуальних завдань
Методичні вказівки до вивчення матеріалу кожної теми та наводяться запитання для контролю якості засвоєння тем. Даються методичні вказівки до виконання контрольної роботи, а також варіанти вихідних даних для неї
Методичні вказівки і індивідуальні завдання з дисципліни «Історія інженерної діяльності» для студентів спеціальностей 090202, 090218, 092301
Методичні вказівки до самостійного вивчення тем, передбачених програмою дисципліни «Mенеджмент», завдання до контрольної роботи та методичні вказівки до її виконання
Тема 14. Газообразное топливо и его сжигание
11. Теплообмен излучением
12. Сложный теплообмен
Топливо и его характеристики 13 Виды топлива и их особенности
Закон термодинамики
Тема термодинамические процессы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема основные термодинамические понятия и законы
Тема теплоёмкость газов
Тема 15. Твердое и жидкое топливо и их сжигание >15 Расчет горения твердого и жидкого топлива Для расчета процессов горения твердого и жидкого топлива составляют материальный баланс процесса горения
Закон термодинамики
6. Теоретические основы теплотехники 1998г
7. Тепловые двигатели
8. Теоретические основы теплотехники 1998г
9. Теплопроводность
Методичні вказівки та індивідуальні завдання до вивчення дисципліни "Теоретичні основи теплотехніки" для студентів спеціальностей 090202, 090218
Національна металургійна академія україни

Тема 7. Теоретические основы теплотехники 1998г.


7. Тепловые двигатели


Теплосиловые установки делятся на три основные группы: двига­тели внутреннего сгорания (д. в. с.), в которых процесс подвода тепло­ты (сжигания топлива) и процесс превращения ее в работу происходят внутри цилиндра двигателя; газотурбинные установки . т. у.) и реак­тивные двигатели, в которых процесс сжигания топлива также являет­ся составной частью рабочего процесса; паросиловые установки, где сообщение теплоты рабочему телу происходит в отдельном агрегате — паровом котле (парогенераторе), а превращение теплоты в работу — в паровой турбине.

Общим для циклов тепловых двигателей первых двух групп яв­ляется использование в качестве рабочего тела газообразных про­дуктов сгорания топлива, которые на протяжении всего цикла нахо­дятся в одном и том же агрегатном состоянии, и при относительно высоких температурах их можно считать идеальным газом.

Характерной чертой третьей группы теплосиловых установок яв­ляется использование таких рабочих тел, которые в цикле претерпе­вают агрегатные изменения — жидкость, насыщенный пар, перегре­тый пар, и подчиняются законам реального газа.

В реальных тепловых двигателях преобразование теплоты в работу связано с протеканием сложных необратимых процессов, учет которых делает термодинамический анализ циклов невозможным. В связи с этим для выявления основных факторов, влияющих на эффективность работы установок, действительные процессы заменяют обратимыми термодинамическими процессами, допускающими применение для их анализа термодинамических методов. Такие циклы называют теорети­ческими.

В соответствии с этим анализ циклов тепловых двигателей прово­дится в два этапа: сначала анализируется теоретический (обратимый) цикл, а затем реальный (необратимый) с учетом основных источников необратимости.


7.1. Классификация и принцип действия поршневых двигателей внутреннего сгорания

Двигателями внутреннего сгорания (д. в. с.) называются тепловые двигатели поршневого типа, в которых сгорание топлива (подвод теп­лоты) и превращение теплоты продуктов сгорания в работу происходит непосредственно внутри рабочего цилиндра.

Д. в. с. устанавливают на автомобилях всех типов, тракторах, танках, мотоциклах, морских и речных судах, небольших самолётах, передвижных электростанциях и небольших стационарных электростанциях.

Д. в. с. классифицируют по следующим признакам:

  1. по числу ходов (тактов), за которое совершается один рабочий цикл (четырёх тактные и двухтактные);

  2. по месту и способу смесеобразования (с внешним смесеобразованием, карбюраторные, и с внутренним - дизельные);

  3. по способу воспламенения топлива (с принудительным воспламенением, искровые-карбюраторные, и с самовоспламенением, дизельные);

  4. по виду горючего. С жидким горючим: лёгким, – бензиновые карбюраторные, - тяжелым, - дизельные; с газообразным горючим: газовые;

  5. по числу и расположению цилиндров подразделяются на одно-, двух- и многоцилиндровые; однорядные, двухрядные, V- и W-образные, оппозитные.

На рис. 7.1 изображены схема устройства так называемого че­тырехтактного д. в. с. и диаграмма его рабочего процесса в рV-координатах. Четырехтактными называются двигатели, у которых один рабочий ход прихо­дится на четыре хода поршня, т. е. на два оборота вала. Цилиндр двигателя 1 снабжен двумя клапанами — впускным 2 и выхлопным 4. Открытие и закрытие клапанов осуществ­ляется специальным газораспределительным механизмом (на схеме не показан). Поршень 5 совершает возвратно-поступательные движения, которые с помощью кривошипно-шатунного механизма, — шатуна 6 и кривошипа 7, — преобразуются во вращательное движение вала 8.

Крайние положения поршня, при которых направление движения поршня изменяется на обратное, называются мертвыми точками: у крышки цилиндра — верхней мертвой точкой (в. м. т.), противопо­ложная — нижней мертвой точкой (н. м. т.).

Движения поршня, равномерно следующие друг за другом, от од­ной мертвой точки к другой, называются тактами, а путь между ними называется ходом поршня. Объем, описываемый поршнем за один ход, называется рабочим объемом цилиндра.

Рабочий процесс д. в. с. начинается с движения поршня 5 от в. м. т. вниз при открытом впускном клапане 2 (такт всасывания I). При этом в цилиндр поступает смесь бензина или керосина с воздухом, которая образуется в специальном уст
ройстве, называемом карбюра­тором (или смесителем в случае газообразного топлива); при использо­вании так называемого тяжелого топлива (например, нефти, солярового масла) в такте всасывания поступает чистый воздух.

В н. м. т. впускной клапан 2 закрывается и поршень, перемещаясь в обратном направлении, совершает такт сжатия II. Вблизи от в. м. т. в карбюраторных д. в. с. воспламенение топлива происходит электри­ческой искрой (принудительное воспламенение), и топливо сгорает в момент прихода поршня в в. м. т. Вследствие этого температура и давление продуктов сгорания резко возрастают при практически постоянном объеме.

В так называемых д. в. с. высокого сжатия в среду сильно сжатого и нагретого до 500—600° С воздуха впрыскивается через форсунку жидкое топливо, которое самовоспламеняется и сгорает. Распыление жидкого топлива в форсунке может осуществляться воздухом, сжатым в специальном компрессоре (компрессорные дизеля), или механическое распыление при помощи топливного насоса (бескомпрессорные ди­зеля). После завершения сгорания совершается такт расширения (ра­бочий такт III). Вблизи от н. м. т. открывается выпускной клапан. Давление падает и при движении поршня от н. м. т. до в. м. т. отрабо­тавшие газы выталкиваются из цилиндра (такт выхлопа IV) при давле­нии, несколько большем атмосферного. Такая диаграмма рабочего процесса обычно записывается специальным прибором — индикато­ром, а полученная таким образом диаграмма называется индикаторной диаграммой. На индикаторной диаграмме откладывается объем ци­линдра, описываемый поршнем в данный момент.

Из-за высоких температур в цилиндре двигателя (порядка 1600—2000° С) приходится интенсивно охлаждать цилиндр, чаще всего во­дой, поэтому между стенками цилиндра и продуктами сгорания все время происходит теплообмен.

Легко видеть, что действительные процессы, протекающие в д. в. с., являются необратимыми (протекают с конечными скоростями, трением и теплообменом при конечной разности температур), поэтому инди­каторную диаграмму нельзя отождествлять с термодинамическим циклом.

Практически наиболее удобно подводить теплоту по изохоре либо по изобаре или по смешанному способу — изохоре и изобаре. В соответствии с этим для д. в. с. разработаны три теоретических цик­ла, имеющих практическое значение:

1) цикл с подводом теплоты при v=const;

2) цикл с подводом теплоты при р=const;

3) цикл со смешанным подводом теплоты при v=const и р=const.


7.2. Цикл д. в. с. с подводом тепла при постоянном объёме (цикл Отто)

Является прототипом рабочего процесса в двигателях с принудительным зажи­ганием. Отличительной особенностью таких двигателей является сжатие горючей смеси (смеси паров бензина с воздухом). Этот цикл состоит из двух адиабат и двух изохор (рис. 7.2). Адиабата 12 отвечает сжатию горючей смеси, изохора 2—3 — сгоранию смеси (под­вод теплоты q1), вследствие чего давление повышается до р3. После этого продукты сгорания адиабатно расширяются (процесс 3—4). В изохорном процессе 4—1 от газа отводится теплота q2.

Это цикл двухтактного д. в. с. Между точками 4-1 практически при постоянном объёме осуществляется сначала выпуск отработавших газов а затем и продувка цилиндра смесью топлива с воздухом (карбюраторные д. в. с.) или воздухом (дизельные д. в. с.).

Характеристиками этого цикла являются:

степень сжатия и

степень повышения давления .

Здесь v1, v2, p2, p3 – объёмы и давления рабочего тела в соответствующих точках цикла д. в. с.

Расчёт цикла сводится к определению параметров p, v и T в характерных точках и определению количеств подведенного и отведенного тепла, полезной работы и термического к. п. д. цикла.

Можно показать, что термический к. п. д. цикла

, (7.1)

где k – показатель адиабаты рабочего тела. То есть t растёт с увеличением степени сжатия. Однако повышение степени сжатия не должно вызывать детонацию и самовоспламенение горючей смеси в процессе сжатия. В зависимости от вида топлива =610.


7.3. Цикл д. в. с. с подводом тепла при постоянном давлении (цикл Дизеля)


Состоит из двух адиабат, изобары и изохоры (рис. 7.3) и является образцом для дви­гателей тяжелого топлива, которые называются компрессорными ди­зелями и в которых горючее распыляется воздухом, подаваемым в цилиндр специальным компрессором. Из-за больших габаритов и веса компрессорные дизели применяются только на судах и в качестве стационарных установок электростанций. В этих двигателях сначала сжимается по адиабате 12 чистый воздух, в результате чего его температура повышается до требуемой температуры самовоспламенения топлива. Затем в изобарном про­цессе 2—3 происходит впрыск и горение топлива (подвод теплоты q1). Далее происходит адиабатное расширение 3—4 и изохорный выхлоп 4—1 (отвод теплоты q2).

Характеристиками этого цикла являются:

степень сжатия и

степень предварительного расширения

.

Можно показать, что термический к. п. д. цикла

. (7.2)

Из (7.2) видно, что t возрастает с увеличением степени сжатия и с уменьшением степени предварительного расширения.

Степень сжатия в дизелях определяется достижимой прочностью и составляет 1416.

Если сравнивать цикл Отто с циклом Дизеля, то обнаружится, что термический к. п. д. цикла Отто выше, чем цикла Дизеля при одинаковых степенях сжатия и количествах подводимого тепла. Но если эти циклы сравнивать при одинаковых максимальных давлениях и температурах, то термический к. п. д. цикла Дизеля окажется выше термического к. п. д. цикла Отто.

Обычно и  и p у дизелей выше, чем у карбюраторных д. в. с. Поэтому удельный расход топлива (г/кВт) у дизелей меньше, чем у карбюраторных д. в. с.


7.4. Цикл д. в. с. со смешанным подводом тепла (цикл Тринклера)

Характерен для так назы­ваемых бескомпрессорных двигателей тяжелого топлива с механическим распылением топлива. Здесь горючее впрыскивается в цилиндр через распыливающее устройство (форсунку) с помощью плунжерного насоса под давлением в несколько сотен бар. Впервые бескомпрессорный нефтяной двигатель был создан в 1904 г. конструк­тором Сормовского завода Г. В. Тринклером (впоследствии профессор Горьковского политехнического института). Сжигание топлива в таком двигателе сначала происходит по линии v=const (процесс 2—3) с по­вышением давления (рис. 7.4), а затем при постоянном давлении (процесс 3—4). Характеристиками этого цикла являются:

степень сжатия ,

степень повышения давления и

степень предварительного расширения

.

Можно показать, что термический к. п. д. цикла

. (7.3)

Из выражения (7.3) следует, что термический к. п. д. цикла возрастает с увеличением степени сжатия и степени повышения давления и уменьшается с увеличением степени предварительного расширения. Поэтому современные дизели стремятся конструировать так, чтобы в теоретическом цикле изобарный участок тепла имел минимальные размеры, то есть так, чтобы 1.

При =1 цикл Тринклера превращается в цикл Отто, а при =1 – в цикл Дизеля.

Цикл Тринклера является наиболее эффективным, поэтому современные дизели работают по циклу Тринклера.

Термический к. п. д. различных двигателей внутреннего сгорания составляет в среднем 0,450,6.


7.5.Принцип действия и схемы газотурбинных установок

Существенным недостатком д. в. с. является возвратно-поступательное движение поршня и наличие больших инер­ционных усилий, что не позволяет создавать поршневые двигатели больших мощностей с малыми размерами и весом. В газотурбинной установке (рис. 7.5), как и в д. в. с., рабочим телом являются продукты сгора­ния жидкого или газообразного топ­лива, но возвратно-поступательный принцип заменен вращательным движением рабочего колеса турбины под действием струи газа. Кроме этого, в турби­нах осуществимо полное адиабатное расширение продуктов сгорания до давления наружного воздуха, с чем связан дополнительный выигрыш работы.

Как видно из схемы, воздух окружающей среды засасывается нагнетателем 2 через подогреватель воздуха 8. В нагнетателе воздух сжимается адиабатно до требуемого давления и подаётся в камеру сгорания 5.

В неё же топливным насосом 6 из топливного бака 7 подаётся топливо. В камере сгорания в результате воспламенения топлива образуются продукты сгорания, температура которых регулируется количеством подаваемого воздуха. Воздух подаётся с большим избытком, чтобы обеспечить приемлемую температуру горения топлива. Продукты сгорания поступают в сопла газовой турбины 1, где их потенциальная энергия в процессе адиабатного расширения преобразуется в кинетическую. Истекающие из сопел струи попадают на лопатки турбины и их кинетическая энергия расходуется на вращение вала установки и передаётся электрическому генератору 3 и нагнетателю 2. Отходящие из турбины газы направляются в подогреватель воздуха 8, где отдают своё тепло воздуху, засасываемому нагнетателем 2.

Для пуска установки используют пусковой электродвигатель 4.

С целью обеспечения работы компрессора и турбины на внешнюю нагрузку в наивыгоднейших режимах с высоким к. п. д. применяют двухвальные схемы турбоустановок. В одних схемах компрессор приводится в движение турбиной высокого давления, находящейся с ним на одном валу, а в других – турбиной низкого давления. Тогда главная турбина, работающая на другом валу на внешнюю нагрузку, в первом случае будет состоять из ступеней низкого давления, а во втором – из ступеней высокого давления. Выбор частоты вращения ротора главной турбины определяется нагрузкой, частота же вращения компрессорного агрегата может изменяться в широких пределах, обеспечивая изменение расхода воздуха в соответствии с потребностью.


7.6. Циклы ГТУ с изобарным и изохорным подводом теплоты

В качестве простейших циклов газотурбинных установок (ГТУ) приняты: цикл с изобарным подводом теплоты и цикл с изохорным подводом теплоты. Эти циклы отличаются от соответствующих циклов д. в. с. процессом отвода теплоты — изохорный процесс отвода заменен изобарным. Современные ГТУ в основном работают с изобарным под­водом теплоты.

Теоретический цикл ГТУ с изобарным подводом теплоты (рис. 7.6) состоит из процесса адиабатного сжатия воздуха 12 в компрессоре, процесса изобарного подвода теплоты 2—3 в камере сгорания и про­цесса адиабатного расширения 3—4 продуктов сгорания в соплах газовой турбины. После преобразования кинетической энергии струи газа на рабочих лопат­ках и процесса отвода теплоты 4—1 от газа в окружающую среду при постоянном давлении р1 цикл завершается.

Полезная работа в цикле равна разности между технической ра­ботой турбины и технической работой, затраченной на привод компрессора.

Цикл газовой турбины с изобарным подводом теплоты характеризуется степенью повышения давления в цикле

.

Можно показать, что . То есть термический к. п. д. цикла ГТУ с подводом тепла при p=const увеличивается с увеличением степени повышения давления.

Теоретический цикл ГТУ с изохорным подводом теплоты (рис. 7.7) состоит из процесса адиабатного сжатия воздуха 12 в компрессоре, процесса изохорного подвода теплоты 2—3 в камере сгорания и про­цесса адиабатного расширения 3—4 продуктов сгорания в соплах газовой турбины. После преобразования кинетической энергии струи газа на рабочих лопат­ках и процесса отвода теплоты 4—1 от газа в окружающую среду при постоянном давлении р1 цикл завершается.

Цикл газовой турбины с изохорным подводом теплоты характеризуется степенью повышения давления при сжатии

и степенью повышения давления при подводе теплоты . Можно показать, что .

Исследование последнего выражения показывает, что термический к. п. д. ГТУ с изохорным подводом теплоты возрастает с увеличением и .

Цикл ГТУ с подводом теплоты при v=const не получил широкого распространения из-за сложности конструкции камеры сгорания и ухудшения условий работы турбины в пульсирующем потоке продуктов сгорания.

Схожі:

7. Тепловые двигатели iconМетодические указания и индивидуальное задание к изучению дисциплины «Нагнетатели и тепловые двигатели» для студентов специальности 090510
Рабочая программа, методические указания и индивидуальное задание к изучению дисциплины «Нагнетатели и тепловые двигатели» для студентов...
7. Тепловые двигатели iconИндивидуальное задание по курсу: «Альтернативные источники энергии» на тему: «цикл карно и тепловые насосы»
Карно и тепловые насосы. Представлена схема работы тепловых насосов, а также описание принципа действия теплонасосной установки....
7. Тепловые двигатели iconСолнце посылает в отрытый космос огромный диапазон длин волн. Около одной трети доходящего до нас солнечного излучения приходится на инфракрасное излучение (тепловые лучи)
Около одной трети доходящего до нас солнечного излучения приходится на инфракрасное излучение (тепловые лучи). Человек не может видеть...
7. Тепловые двигатели iconМинистерство образования и науки
Гичёв Ю. А. Тепловые электростанции: Часть І: Конспект лекций: Днепропетровск: нметАУ, 2011. – 45 с
7. Тепловые двигатели iconДвигатели трехфазные асинхронные напряжением свыше 1000 в для механизмов собственных нужд тепловых электростанций общие технические условия
Двигатели трехфазные асинхронные напряжением свыше 1000 в для механизмов собственных нужд тепловых электростанций
7. Тепловые двигатели iconКоммунальное предприятие «Харьковские тепловые сети»
Украины. По объемам теплоснабжения это одно из мощнейших предприятий в Украине, а система централизованного теплоснабжения г. Харькова,...
7. Тепловые двигатели iconМежгосударственный стандарт генераторы и генераторы-двигатели электрические гидротурбинные общие технические условия
Утвержден и введен в действие постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 03. 05. 89 №1164
7. Тепловые двигатели iconДокументи
1. /dvs/Двигатели внутреннего сгорания/1 Циклы дисц. подг. бакалавра/1.цикл ГУМ и соц-ек подг/1.1.1....
7. Тепловые двигатели iconХолодильника со средней температурой
Кпд. Теоретически тепловые машины работают по круговым термодинамическим процессам или циклам. Поэтому для того, чтобы шире раскрыть...
7. Тепловые двигатели iconСовместимость технических средств электромагнитная двигатели асинхронные напряжением до 1000 в нормы и методы испытаний на устойчивость к электромагнитным помехам
...
7. Тепловые двигатели iconГост р исо 3046-7-2001 государственный стандарт российской федерации двигатели внутреннего сгорания поршневые. Характеристики часть 7 Обозначение мощности двигателя госстандарт россии москва
Разработан и внесен техническим комитетом по стандартизации тк 235 «Дизели судовые, тепловозные и промышленные»
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©zavantag.com 2000-2013
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи