2.5. Ідеальні цикли поршневих двигунів внутрішнього згорання.

Основи компресорних машин.

Програмні питання

Цикли з підведенням теплоти при сталому об’ємі і сталому тиску. Термічний ККД циклів. Робота газу за цикл. Порівняння циклів. Цикл зі змішаним підведенням теплоти. Відмінність дійсних циклів від ідеальних.

Компресори і компресорні установки. Принцип роботи компресора. Робочий процес одноступінчастого поршневого компресора і зображення його в координатах і TS. Багатоступінчасті компресори. Компресорні станції та їх експлуатація. Ротаційні і відцентрові компресори.

Прочитайте

Л-1, ст.. 183-189; Л -2, ст. 174-179, 166-171;Л-3, ст.. 201-208, 219-241; Л-6, ст.. 285-289, 299-304.

Теоретичні відомості

З позиції термодинаміки теплові двигуни являють собою сукупність взаємодіючих між собою робочого тіла, джерела теплоти і охолоджувача. Особливості цих взаємодій визначають у кожному конкретному випадку відмітні термодинамічні характеристики теплових машин.

При аналізі термодинамічних циклів теплових машин допускають, що:

• хімічний склад і кількість робочого тіла не змінюється;

• процес згорання палива замінюється оборотним процесом підведення теплоти;

• випуск продуктів згорання або пари замінюється оборотним процесом відводу теплоти в охолоджувач;

• процеси розширення і стиску робочого тіла є адіабатними;

• теплоємність робочого тіла не залежить від температури.

Двигун внутрішнього згорання (ДВЗ) – найбільш розповсюджений тепловий двигун у світі. Він займає лідируюче положення в автомобільному, залізничному і водному транспорті, у дорожніх машинах тощо. Виняткова роль ДВЗ в енергетиці сільського господарства. ДВЗ – невідємнийселемент тракторів, комбайнів, автотранспорту, резервних дизельних електростанціях і багатьох інших агрегатів сільськогосподарського виробництва.

До двигунів внутрішнього згорання належать теплові двигуни, в яких усі робочі процеси ( згорання палива, виділення тепла і перетворення його на механічну роботу) відбуваються всередині робочого циліндра двигуна. Робочим тілом цих двигунів є продукти згорання палива.

Для того, щоб у циліндрі двигуна паливо згорало найбільш повно, його треба добре перемішати з потрібною для згорання кількістю повітря. При цьому слід намагатися спалювати паливо з мінімальним надлишком повітря. Чим дрібніше розпилене рідке паливо і чим краще воно перемішане з повітрям, тим повніше згорає. Але це означає, що при доброму сумішоутворенні в той самий робочий об’єм циліндра можна ввести більше палива, що підвищить потужність двигуна.

Суміш повітря з паливом, підготовлену для спалювання в двигуні називають робочою сумішшю. Є два способи сумішоутворення: зовнішнє і внутрішнє.

У двигунах із зовнішнім сумішоутворенням свіжа суміш готується у змішувачі. Готова до горіння суміш подається в циліндр. Суміш у циліндрі запалюється примусово від електричної іскри. Двигуни із зовнішнім сумішоутворенням працюють з низьким ступенем стиску суміші. Це карбюраторні та газові двигуни.

У двигунах із внутрішнім сумішоутворенням паливо і повітря в робочий циліндр подаються окремо. Всередині циліндра вони змішуються, утворюючи робочу суміш. Двигуни такого типу поділяють на два види: двигуни високого тиску із самозапалюванням і двигуни низького тиску з примусовим запалюванням.

За способом здійснення циклу двигуни внутрішнього згорання поділяють на два основних класи: чотиритактні, в яких робочий цикл здійснюється один раз за чотири такти (тобто один робочий цикл за два оберти вала), і двотактні, в яких кожен робочий цикл здійснюється один раз на два такти (тобто один робочий цикл за один оберт вала).

У залежності від способу підведеня теплоти розрізняють три термодинамічних цикли двигунів внутрішнього згорання:

- цикл із підведенням теплоти при = ;

- цикл із підведенням теплоти при ;

- цикл зі змішаним підведенням теплоти при = і .

Термічний ККД циклу при = :

(5.1)

де - ступінь стиску; k – показник адіабати; - питомий робочий об’єм циліндра;

- питомий об’єм камери згорання.

Термічний ККД циклу при :

(5.2)

де - ступінь стиску; - ступінь ізобарного (попереднього розширення);

k – показник адіабати.

Термічний ККД циклу при = і :

(5.3)

де - ступінь стиску; - ступінь ізобарного розширення; - ступінь збільшення тиску на ділянці підведення теплоти; k – показник адіабати.

Порівняння ідеальних циклів, що здійснюються при різних способах підведення теплоти, показують, що:

1. при однакових ступенях стиску циклу із ізохорним підведенням теплоти більший, ніж циклу з ізобарним підведенням теплоти;

2. при однакових найбільших тисках циклу з ізобарним підведенням теплоти більший, ніж циклу з ізохорним підведенням теплоти;

3. при однакових невеликих температурах циклу з ізобарним підведенням теплоти більший, ніж циклу з ізохорним підведенням теплоти.

Цикл із змішаним підведенням теплоти займає проміжне положення між розглянутими двома циклами.

Компресор – це машина , яка призначена для стиснення повітря або газу до надмірного тиску не нижче зо 0,015 МПа. Збільшення потенціальної енергії газів в компресорах відбувається в результаті механічної роботи двигуна, який приводить в дію компресор.

За призначенням поділяють на:

повітряні компресори для приводу пневмомеханізмівЮ вібраторів, для вимушеної подачі палива, при виконанні будівельних робіт, в холодильних установках і т.ін.

газові компресори застосовують для перекачування природного газу, стисканні кисню та ін газів.

За будовою розрізняють компресори :

об’ємні (поршневі і ротаційні), в яких стиснення газу відбувається при зменшенні замкненого об’єму;

лопатеві (відцентрові і осьові), в яких силовий вплив на газ здійснюється лопастями, що обертаються;

струминні, принцип дії яких подібний до струминних насосів.

П оршневі компресори використовують для значного стискання газів та повітря під час зворотно-поступального руху поршня, що приводиться в дію електродвигуном або двигуном внутрішнього згорання.

Поршневі компресори бувають:

залежно від кількості ступенів стискання – одноступеневими та багатоступінчастими;

від розміщення циліндрів – горизонтальними, вертикальними, V-подібними;

від кількості циліндрів – одноциліндровими і багатоциліндровими.

Компресорні установки складаються з:

основного обладнання (компресор з електродвигуном, масловідділювач, ресивер, економайзер);

допоміжного обладнання (фільтр на вході в компресор, контрольно-вимірювальні прилади) обладнання;

арматури (зворотний клапан на напірному патрубку, запобіжний клапан на повітрозбірнику, засувка на напірній лінії після повітрозбірника, вентилі на дренажних лініях повітрозбірника і волого-масловідділювачів, вентиль на лінії води, що охолоджує компресор).