13.3 Цикл двс со смешанным подводом теплоты

Работа компрессорного дизеля во многом зависит от работы компрессора, с помощью которого распыливается топливо. Эксплуатация таких двигателей на практике весьма неудобна. Стремление упростить и улучшить работу таких двигателей привело к созданию бескомпрессорных дизелей. Цикл бескомпрессорного дизеля впервые был предложен и осуществлен русским инженером Г.В. Тринклером. Одним из распространенных способов ввода топлива в бескомпрессорных двигателях является механическое распыливание топлива, осуществляемое при высоких давлениях порядка 300 - 400 бар. Жидкое топливо, сжатое в насосе до этих высоких давлений, подается в форсунку, посредством которой оно мелко распыливается и вводится в цилиндр двигателя. Распыленное топливо, попадая в среду сжатого воздуха с температурой большей, чем температура самовоспламенения топлива, воспламеняется и горит по мере его ввода в цилиндр двигателя. Процесс горения топлива организуется таким образом, что при его протекании давление вначале повышается при  = const, а затем на некотором участке давление остается постоянным. Поэтому такие циклы и называют циклами со смешанным подводом теплоты, вначале по изохоре, а затем по изобаре.

Все современные двигатели с воспламенением от сжатия работают по такому циклу. И хотя такие двигатели на практике называют двигателями Дизеля, правильнее их следовало бы называть двигателями Тринклера.

Изобразим термодинамический цикл со смешанным подводом теплоты в координатах - p,  и T, s (рис. 13.5).

В этом цикле : а-с - адиабатное сжатие рабочего тела; c-z - изохорный подвод теплоты ; z-z - изобарный подвод теплоты; z-в - адиабатное расширение рабочего тела; в-а - изохорный отвод теплоты.

Параметры цикла:

- степень сжатия; - степень повышения давления; - степень предварительного расширения; - степень последующего расширения.

Величины ,  и  связаны соотношением

.

Термический к.п.д. цикла , где q₁ = c_v(T_z -T_c); q₁ = c_р(T_z -T_z); q₂ = c_v(T_в -T_а). Найдем температуру в характерных точках цикла через заданную начальную температуру Т_а.

Из адиабаты а - с имеем

, откуда .

Из изохоры c - z

, тогда .

Для изобары z - z

, тогда .

Для адиабаты z - в получим

,

откуда .

Подставим полученные значения температур в формулы для q₁ и q₂.

q₁ =q₁ + q₂ = c_(T_a^к-1  - Т_а^к-1) + c_p(T_а^к-1 - T_а^к-1) =

c_T_a^к-1 ( - 1) + c_pTa^к-1( - 1) = c_T_a^к-1 [ ( - 1) +к ( - 1) ].

q₂ = c_(T_a^к - Т_а) = c_T_a(^к - 1).

Тогда

.

Окончательно получим

. (13.3)

Термический к.п.д. данного цикла возрастает с увеличением  и  и уменьшается с увеличением . Формула (13.3) является обобщающей для всех циклов. Из нее как частные случаи получаются формулы (13.1) при  = 1 и (13.2) при  = 1.

14. Циклы газотурбинных установок

Газотурбинные установки (ГТУ) отличаются от ДВС тем, что полезная работа производится в них за счет кинетической энергии движущегося газа. ГТУ состоят из нескольких агрегатов, из которых основными являются: 1) компрессор, сжимающий воздух, направляющийся в камеру сгорания; 2) камера сгорания, в которой при p = const или при  = const происходит горение топлива, подаваемого специальным насосом; 3) газовая турбина. Газовая турбина в свою очередь состоит из вращающегося вала (называемого ротором), на который насажен ряд дисков с радиальными лопатками, и неподвижного корпуса (называемого статором), образующего сопловый аппарат.

Процесс преобразования тепловой энергии в работу на валу турбины происходит следующим образом. Продукты сгорания топлива, имеющие высокие температуру и давление, поступают из камеры сгорания в сопла турбины, в которых за счет уменьшения энтальпии увеличивается их кинетическая энергия. Затем газ, вытекая из сопел с большей скоростью, проходит через криволинейные каналы, образованные лопатками ротора турбины, в которых и совершает работу за счет своей кинетической энергии. При прохождении газа по криволинейным каналам в результате изменения направления и скорости его движения развивается давление на лопатки, создающее вращение ротора турбины. Ротор турбины приводит во вращение электрогенератор (или другой потребитель энергии). Конструктивно ГТУ выполняются так, что турбина, компрессор, эл.генератор, топливный насос и пусковой эл.двигатель обычно находятся на одном валу.

ГТУ обладают существенными преимуществами перед ДВС: 1) малым весом и малыми габаритами при большой мощности; 2) отсутствием кривошипно-шатунного механизма; 3) равномерностью хода; 4) простотой обслуживания.

При рассмотрении циклов ГТУ сделаем те же допущения, которые были сделаны в предыдущей главе при рассмотрении циклов ДВС, т.е. будем рассматривать термодинамические циклы.