40.Основные показатели эффективности работы двс.

Pе- среднее эффективное давление-это условное постоянное давление в цилиндрах при к/м работа , произведенная в них за 1 такт, равна эффективной работе: pe=pi-pмех,рмех-ср.давление механических потерь. Pi – ср.индикаторное давление прежставляет собой такое условно-постоянное давление ,кот.,действуя на поршень в течение одного хода, совершает работу , равную работе газов за весь цикл: Li=pi*Vh=>pi=Li/Vh. Ni-индикаторная мощность-работа совершаемая раб.телом внутри двигателя в единицу времени. Так как число раб.циклов,совершаемых двигателем в секунду равно 2пи/тау, то Ni одного цилиндра ,кВт: Ni=(2/тау)piVhn*10^-3.Ne-эффективная мощность,снимаемая с вала двигателя для получения полезной работы: Ne=Ni-Nмех,Nмех-мощность механических потерь.

Индикаторный к.п.д. показывает, какая доля подводимой теплоты в реальном цикле тратится на совершение полезной работы: ηi=lц/q1, lц-работа цикла, q1-вся поведенная теплота.

Индикаторный к.п.д. ηi оценивает степень использования теплоты в действительном цикле с учетом всех тепловых потерь и представляет собой отношение теплоты Qi эквивалентной полезной индикаторной работе, ко всей

затраченной теплоте Q, ηi=Qi/Q; Эффективный к.п.д. ηе показывает, какая доля подведен-

ной теплоты превращается в полезную работу, снимаемую с

вала двигателя:Учитывает как тепловые так и мех потери в двигателе: ηe=le/q1=Ne/GтQн^Р=ηi*ηмех=ηt*ηoi*ηмех. ηoi-внутренний относительный КПД. Qн^Р-низшая теплота сгорания. gi,ge – уедльный расход топлива ТСУ- количество тполива расходующ. в ТСУ для получения 1кВт*ч полезной энергии. g=3,6*10³ Gт/N, Gт-секундный расход условного топлива,кг(у.т.)/с,N-мощность вырабат.ТСУ,кВт. В зависимости от подставленной N (Ne или Ni) различают удельный индикаторный gi и удельный эффективный ge расходы топлива.

41. Топливным насосом 5 и компрессором 4 топливо и воздух через форсунки 6 и 7 поступают в камеру сгорания 1. Из камеры продукты сгорания направляются в комбинированные сопла 2, где они расширяются, и поступают на лопатки газовой турбины 3. ГТУ бывают одно-, многоступенчатые, с регенератором, работающие по циклу при р=const, v=const.

42. Конструкция камеры сгорания

Камера сгорания снабжена 3 клапанами (топливным воздушным, и для продуктов сгорания), кот-е закрываются на период сгорания топлива.

Цикл ГТУ со сгоранием при p=const(ц.Брайтона)

На рис.7.7 и рис7.8 представлены идеальный цикл ГТУ на PV и TS диаграммах. 1-2 - адиабатное сжатие до давления Р₂; 2-3 – подвод теплоты q₁ при постоянном давлении Р₂ (сгорание топлива); 3-4 – адиабатное расширение до первоначального давления Р₁; 4-1 – охлаждение рабочего тела при постоянном давлении Р₁ (отвод теплоты q₂); Характеристиками цикла являются: степень повышения давления воздуха в компрессоре - β = Р₂/ Р₁ ; степень изобарного расширения - ρ = ν₃ /ν₂ .Термический к.п.д. цикла ГТУ имеет вид: η_t = 1 – 1/ β ^(k-1)/k .

Цикл Гемфри. Цикл ГТУ при V=const

1—2 адиабатическое (изоэнтропийное) сжатие рабочего тела (за счёт напора встречного потока воздуха):

2—3 изохорический (при постоянном объёме) нагрев (сгорание топлива):

3—4 адиабатическое расширение;

4—1 изобарическое (при постоянном давлении) охлаждение.

Термический коэффициент полезного действия цикла может быть выражен уравнением:

, здесь k — показатель адиабаты, — степень повышения давления в адиабатическом процессе 1—2, — степень повышения давления в изохорическом процессе 2—3.

Действительный цикл ГТУ отличается от теоретического наличием потерь на трение и вихреообразование в турбине и компрессоре. Эффективными методами повышения экономичности газотурбинных установок являются: регенерация теплоты, ступенчатое сжатие и расширение рабочего тела и пр.

43. Регенерация теплоты - подогрев воздуха после компрессора выхлопными газами .Для этого в схему установки необходимо ввести дополнительное устройство – теплообменник. Схема и тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты представлены на рис. 12, 13. Воздух из компрессора направляется в теплообменник, где он получает теплоту от газов, вышедших из турбины. После подогрева воздух направляется в камеру сгорания, где для достижения определенной температуры он должен получить меньшее количество теплоты сгорания топлива.

Рис. 12. Схема ГТУ с регенерацией теплоты (ТО – теплообменник)

Рис. 13. Тепловая диаграмма ГТУ с регенерацией теплоты

В процессе 4-5 продукты сгорания охлаждаются в теплообменнике и эта теплота передается воздуху в процессе 2-6. Количество теплоты регенерации рассчитывается по формуле: . При полной регенерации (идеальном теплообменнике) воздух можно нагреть до температуры T₆, равной температуре T₄, а продукты сгорания охладить до температуры T₅, равной температуре воздуха T₂.

Работа цикла остается прежней, а количество подведенной теплоты уменьшается; теперь теплота q^p₁ подводится в камере сгорания только в процессе 6-3. Термический КПД цикла в этом случае равен:

44. Циклы КДВС

Идеальный цикл КДВС с импульсной турбиной

При формировании термодинамического цикла комбинированного двигателя с импульсной турбиной потерями на перетекание рабочего тела от поршневой части установки к турбине пренебрегают и рассматривают процесс 4-5 (рисунок 4.24, а) адиабатного расширения рабочего тела в поршневом двигателе продолжающимся на лопатках турбины (процесс 5-6). Отвод теплоты в окружающую среду осуществляется в изобарном процессе 6-7, после чего происходит предварительное сжатие рабочего тела в компрессоре (процесс 7-1). Таким образом, в цилиндры поршневого двигателя поступает рабочее тело при давлении, превышающем давление окружающей среды.

Идеальный цикл КДВС с турбиной постоянного давления

При использовании турбины постоянного давления цикл комбинированного двигателя представляет собой совокупность циклов, изображенных в рисунках 4.5 и 4.17. В цикле (рисунок 4.24, б) количество теплоты q2порш (процесс 5-1) подводится к рабочему телу газовой турбины при р = const(процесс 1-6). Адиабатное расширение рабочего тела продолжается на лопатках турбины (процесс 6-7); процесс 7-8 - изобарный отвод количества теплоты q2тур в окружающую среду; процесс 8-1 - адиабатное сжатие рабочего тела в компрессоре. Термический к.п.д. такого цикла определяется выражением:

η_t1>η_t2

При импульсной системе наддува уменьшаются потери энергии при течении газа из поршневой части в турбину, в результате чего повышается располагаемая энергия газов перед последней. Однако, непрерывное адиабатное расширение рабочего тела сначала в цилиндре поршневого двигателя, а затем в газовой турбине получить практически невозможно. Для осуществления цикла с продолженным расширением с использованием кинетической энергии газового потока необходимы выпускные системы сравнительно малого объема и сложной конструкции и газовые турбины, рассчитанные для работы в пульсирующем потоке газа. Поэтому большее распространение получили КДВС с турбинами постоянного давления.