Робочий процес багатоступінчастого поршневого компресора. Зображення теоретичного робочого процесу триступінчастого компресора на pv та ts –діаграмах.
Якщо потрібен газ більш високого тис-ку, то використовують багатоступінчате стиснення.
Багатоступінчате стиснення
Особливості такого процесу:
У кожний ступінь газ поступає з однаковою температурою; у кожному ступені газ стискується до однакової температури.
Р
озглянемо
робочий процес трьох ступінчатого
компресора:
а-1 – впуск газу в перший ступінь цилі-ндра;
1-2 – стиск газу в першому ступені ци-ліндра;
2-б – випуск газу в холодильник першо-го ступеня;
б-3 – впуск газу в циліндр другого сту-пеня;
3-4 – стиск газу в циліндрі другого сту-пеня;
4-в – випуск газу в холодильник друго-го ступеня;
в-5 – впуск газу в третій ступінь цилін-дра;
5-6 – стиск газу в третьому ступені ци-ліндра;
6-г – випуск газу в холодильник третьо-го ступеня.
Стиснення у всіх ступенях протікає з однаковим показником політро-пи.
1-2
;
3-4
;
; 
.
У кожному ступені стиснення газу протікає в одну і ту ж кількість ра-зів.
;
;
. 
;
;
; 
,
де
z – кількість ступенів компресора.
; 
;
;
;
;
.
Що призвело до появи двигунів внутрішнього згорання(двз). На які групи діляться поршневі двз та яке паливо в них використовується? Індикаторна діаграма двз. Термодинамічний метод вивчення двз.
При горінні палива утворюються газоподібні продукти згорання, які мають високу температуру. Тому доцільно використовувати як робоче тіло самі продукти згоряння, а процес згоряння виконувати в робочому просторі теплового двигуна.
Двигунами внутрішнього згоряння називаються двигуни, в яких згоряння палива і перетворення енергії проходить в циліндрі самого двигуна. У залежності від умов підведення теплоти та від принципу роботи ДВЗ бувають:
Турбінного типу (газова турбіна).
Поршневого типу.
Недоліком цих двигунів є те, що в них використовується тільки рідинне та газоподібне паливо. ДВЗ поршневого типу поділяють на три групи:
з ізохорним підведенням теплоти;
з ізобарним підведенням теплоти;
зі змішаним підведенням теплоти.
Для аналізу цих циклів використовується термодинамічний метод дослідження. Він полягає у тому, що процеси, які відбуваються в циліндрі двигуна ототожнюються з оборотними термодинамічними процесами, що складають теоретичний цикл ДВЗ. При цьому процес горіння горючої суміші розглядається як термодинамічний процес, в якому підводиться теплота, а процес виштовхування відпрацьованих газів в атмосферу – як процес відводу теплоти.
Індикаторна діаграма
1
– циліндр;
2 – поршень;
3 – всмоктувальний клапан;
4 – вихлопний клапан.
Р
озглянемо
робочий процес цього двигуна. Об’єм
між поршнем та лівою стінкою циліндра
називається камерою
стиснення (камерою
згоряння).
У цих двигунах використовується рідке легке паливо. Горюча суміш (бензин і повітря) готується у спеціальному пристрої ззовні циліндра – карбюраторі. Тому такі двигуни називаються карбюраторними. Роб-чий процес полягає в наступному:
Поршень починає рухатися вправо, і через поршень 3 в циліндр всмоктується горюча суміш. У точці 1 поршень приходить в крайнє праве положення і починає рухатися вліво.
1-2
– адіабатний процес стиснення горючої
суміші. У точці 2 стискується приблизно
до тиску
і
.
У точці 2 за допомогою стороннього
джерела запалюється горюча суміш. Так
як ця суміш знаходиться під час достатньо
високої температури, легко запалюється
і швидко горить, то згоряння палива
проходить теоретично ізохорно.
2-3 – ізохорний процес згоряння палива в циліндрі двигуна;
3-4 – адіабатний процес розширення продуктів згоряння.
У точці 4 відкривається вихлопний клапан 4, і тиск у циліндрі різко падає. 4-5 – ізохорне падіння тиску, відводиться теплота. Поршень іде вліво.
5-6 – виштовхування продуктів згоряння з циліндра.
У точці 6 поршень знаходиться у крайньому лівому положенні. З точки а` починається новий цикл. Робочим процесом є тільки процес 3-4. Інші процеси є лише підготовчі. Відстань між лівим і правим положенням поршня називається робочий хід, або такт. Весь цикл виконується за чотири такти, і тому цей двигун називається чотирьохтактним. Цей робочий процес називається ще індикаторна діаграма.
Індикаторна діаграма ДВЗ з підводом теплоти при пострійному об’ємі. Теоретичний цикл цих двигунів. Зображення циклу в PV та TS –діаграмах, характеристики циклу, термічний ККД циклу. Вплив ступеня стискання на ККД циклу.
Індикаторна діаграма
1 – циліндр;
2 – поршень;
3 – всмоктувальний клапан;
4 – вихлопний клапан.
Розглянемо робочий процес цього двигуна. Об’єм між поршнем та лівою стінкою циліндра називається камерою стиснення (камерою згоряння).
У цих двигунах використовується рідке легке паливо. Горюча суміш (бензин і повітря) готується у спеціальному пристрої ззовні циліндра – карбюраторі. Тому такі двигуни називаються карбюраторними. Роб-чий процес полягає в наступному:
Поршень починає рухатися вправо, і через поршень 3 в циліндр всмоктується горюча суміш. У точці 1 поршень приходить в крайнє праве положення і починає рухатися вліво.
1-2 – адіабатний процес стиснення горючої суміші. У точці 2 стискується приблизно до тиску і . У точці 2 за допомогою стороннього джерела запалюється горюча суміш. Так як ця суміш знаходиться під час достатньо високої температури, легко запалюється і швидко горить, то згоряння палива проходить теоретично ізохорно.
2-3 – ізохорний процес згоряння палива в циліндрі двигуна;
3-4 – адіабатний процес розширення продуктів згоряння.
У
точці 4 відкривається вихлопний клапан
4, і тиск у циліндрі різко падає. 4-5 –
ізохорне падіння тиску, відводиться
теплота. Поршень іде вліво.
5-6 – виштовхування продуктів згоряння з циліндра.
У точці 6 поршень знаходиться у крайньому лівому положенні. З точки а` починається новий цикл. Робочим процесом є тільки процес 3-4. Інші процеси є лише підготовчі. Відстань між лівим і правим положенням поршня називається робочий хід, або такт. Весь цикл виконується за чотири такти, і тому цей двигун називається чотирьохтактним. Цей робочий процес називається ще індикаторна діаграма.
Ступінь
стиснення
Індикаторна діаграма ДВЗ з підводом теплоти при постійному тиску. Переваги роздільного стиснення повітря та палива, недоліки таких двигунів. Зображення циклу в PV та TS –діаграмах, характеристики циклу, термічний ККД циклу. Аналіз ККД циклу. Порівняння циклів ДВЗ з підводом теплоти при p=const, v=const.
Цикл ДВЗ з ізобарним підведенням теплоти (цикл Дизеля)
Для підвищення ступеня стиснення в циліндрі двигуна Дизель запропонував цикл з роздільним стисненням повітря і палива.
Р обочий процес циклу Дизеля:
1 – циліндр;
2 – поршень;
3 – всмоктувальний клапан;
4 – вихлопний клапан;
5 – форсунка.
П
оршень
рухається вправо, і в циліндр всмоктується
чисте повітря. У точці 1 завершується
процес всмоктування, значить, а-1 – це
ізобарний процес всмоктування повітря
в циліндр.
1-2 – поршень іде вліво і стискується повітря.
У
точці 2 тиск досягає
,
а температура –
.
У точці 2 починає працювати форсунка.
За допомогою компресора стиснуте паливо
передається до форсунки 5, і так як у цей
час у циліндрі температура вище за
температуру самозапалення, паливо
згоряє під час сталого тиску, і поршень
рухається вправо.
2-3 – це ізобарний процес підведення теплоти.
У точці 3 перестає працювати форсунка, і продукти згоряння продовжують розширюватись в адіабатному процесі 3-4. У точці 4 відкривається вихлопний клапан 4, об’єм циліндра з’єднується з атмосферою, і в циліндрі різко падає тиск.
4-5 – ізохорний процес зниження тиску в циліндрі. І далі поршень рухається вліво, відкривається клапан 4, і йде виштовхування продуктів згоряння з циліндра.
5-6 – ізобарний процес виштовхування газів з циліндра.
6-а` – розширення.
З точки а` цикл повторюється.
Теоретичний цикл Дизеля
1
– початковий стан робочого тіла;
1–2 – адіабатне стиснення робочого ті-ла;
2-3 – ізобарне підведення теплоти до робочого тіла;
3-4 – адіабатне розширення робочого ті-ла;
4-1 – ізохорне відведення теплоти від робочого тіла.
Характеристики:
; 
;
– ступінь попереднього розширення.
ККД
цього циклу декілька вище, ніж ККД циклу
Отто:
Недоліком цього двигуна є наявність компресора, на роботу якого витрачається до 10% потужності двигуна. Перевагою є те, що можна використати більш дешеве рідке паливо.