Санкт-Петербургский морской технический колледж

Соответствует учебному плану, образовательному стандарту и рабочей программе дисциплины Методист СПбМТК _______________ Л.К. Ермилова «_____»_____________ 2011 г.	УТВЕРЖДАЮ Заместитель директора по УМРК ________________ В.А. Смирнов «___» ___________ 2011 г.
Рассмотрено на заседании цикловой методической комиссии Председатель ЦМК _________ Ю.К. Фокин «_30_» ___августа____ 2011 г. протокол № 1

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ ПО ПРЕДМЕТУ

«СУДОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ УСТАНОВКИ

И ИХ ЭКСПЛУАТАЦИЯ»

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

преподаватель Л.Б. Жданов

Санкт-Петербург

2003-2010 г.г.

2011 г.

ОСНОВЫ ТЕОРИИ РАБОЧЕГО ПРОЦЕССА

I. ИДЕАЛЬНЫЙ ЦИКЛ ДВС.

Для исследования степени использования тепла в тепловых двигателях, независимо от их конструктивных особенностей и в одинаковых условиях, применяются идеальные циклы.

По второму закону термодинамики в работу превращается не всё тепло, сообщённое рабочему телу. Часть тепла должна быть отдана холодному источнику т.е. окружающей среде. В реальных двигателях к этим потерям добавляются другие тепловые и механические потери. Для правильного понимания процесса преобразования тепла в работу необходимо рассматривать такой идеальный двигатель, в котором отсутствуют потери связанные с теплообменом, неполнотой сгорания, трением и т.п. Для этой цели вводится идеальный цикл. Потеря одна - отдача тепла холодному источнику.

Идеальным циклом ДВС считают круговой, замкнутый, обратимый цикл, представляющий собой совокупность последовательных процессов происходящих с идеальным газом в цилиндре идеальной машины.

При их рассмотрении вводятся допущения:

1. идеальный газ претерпевает только физические превращения, количество газа остаётся постоянным;

2. подвод тепла осуществляется извне, а не в процессе горения топлива;

3. теплоёмкость газа не зависит от температуры;

4. стенки цилиндра теплонепроницаемы;

5. процессы сжатия и расширения происходят по адиабате, т.е. без теплообмена с окружающей средой;

6. выпуск отработавших газов заменяется отводом тепла к холодному телу.

У разных типов ДВС процесс сгорания происходит по разному. По способу подвода тепла различают три вида циклов, которые показаны на диаграммах:

• с подводом при V=const (карбюраторные и газовые ДВС)

• с подводом при P=const (компрессорные ДВС)

• со смешанным подводом тепла.

1. Цикл сгорания топлива при постоянном объеме. По такому циклу работают карбюраторные ДВС. Топливом для них являются бензины разных марок. Смесеобразование с воздухом происходит вне рабочего цилиндра, а в карбюраторе. Смесь на первом такте засасывается в цилиндр, а на втором – сжимается. Около ВМТ подается электрическая искра, топливо вспыхивает и мгновенно сгорает при постоянном объеме. На диаграмме это изохора c-z. Далее, по линии z-b, идет процесс расширения горячих продуктов сгорания т.е. рабочий ход поршня. Так как степень сжатия у таких ДВС ниже чем в дизелях, то давление и температура в конце сжатия тоже низкие.

Дадим основные обозначения:

Pz – давление сгорания

Pc – давление сжатия

Vc – объём камеры сжатия

Vs – рабочий объём цилиндра

Va – полный объём цилиндра

a-c - адиабата сжатия (затрачиваемая работа)

c-z' – изохора подвода тепла Q₁'

z'-z – изобара подвода тепла Q₁"

z-b - адиабата расширения (полученная работа)

b-a - изохора отвода тепла Q₂

2. Цикл сгорания топлива при постоянном давлении. Двигатели, работающие по этому циклу, уже не выпускаются. Они работали на тяжелых сортах топлива. Для лучшего самовоспламенения применялись «калоризаторы», запальные шары, свечи, электроспирали. Такие машины назывались «калоризаторными». Сгорание топлива происходило при движении поршня от ВМТ по линии предварительного расширения c-z, после чего шло расширение по линии z-b. Основные недостатки: низкое теплоиспользование, сложная конструкция и обслуживание, малая надежность вспышки, опасность взрыва форсунок.

3. Цикл смешанного сгорания. Часть топлива сгорает при постоянном объеме, а другая часть – при постоянном давлении. По этому циклу работают все современные дизеля. Топливо подается в цилиндр около ВМТ при помощи ТНВД и форсунки, а самовоспламенение происходит от высокой температуры в конце сжатия. Смешанный цикл характеризуют следующие параметры:

– степень сжатия - отношение полного объёма цилиндра к объёму в конце сжатия;

- степень предварительного расширения - отношение объёма в конце подвода тепла к объёму в конце сжатия;

– степень последующего расширения - отношение объёма в конце расширения к объёму в конце подвода тепла;

– степень повышения давления - отношение давления в конце подвода тепла к давлению в конце сжатия;

– термический КПД цикла - отношение количества тепла, превращённого в работу идеального газа в цилиндре идеальной машины ко всему теплу, затраченному на совершение работы.

Сравнивая циклы, видим, что самым выгодным является цикл смешанного подвода тепла т.к. площадь диаграммы, т.е. полученная работа, самая наибольшая. Полезная работа цикла происходит во время процесса расширения, рабочего хода поршня. Все остальные такты подготовительные и имеют названия насосных ходов поршня. С точки зрения получения работы – они вредные.

II. ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ (расчётный) ЦИКЛ

Цикл является основой теплового расчета двигателя, в нем учитываются различные потери в цилиндре, свойства реального газа и другие отклонения. Тепловой расчет позволяет построить теоретическую индикаторную диаграмму, определить основные размеры двигателя и его экономичность. Построение цикла основывается на следующих основных положениях:

1. после каждого цикла заменяется рабочее тело, с которым происходят как физические, так и химические превращения;

2. процессы сжатия и расширения протекают по политропе, показатель политропы принимается средним, но не одинаковым в процессах сжатия и расширения;

3. сгорание топлива происходит по смешанному циклу;

4. теплоёмкости рабочего тела переменны и зависят от температуры;

5. такты совпадают с ходом поршня, т.е. опережение и запаздывание работы клапанов не учитываются.