Массу воздуха Мв>кг/ч, проходящего через двигатель, можно вы разить следующим образом:
мп= Ук Л» Ф» ~ 60 = т)0шрв кг/ч, (34-19)
где Ун—рабочий объем цилиндра, м3; Т10—коэффициент наполнения цилиндров;
рв—плотность воздуха перед цилиндром, кг/м3; п—число оборотов двигателя, об/мин; т—число тактов цикла.
Очевидно в приведенном выше уравнении произведение Унг\в1рв вы ражает массу воздуха, засосанного двигателем за один цикл, а выраже- * иие 2и60/т— число циклов двигателя за 1ч его работы.
Количество тепла, внесенное в двигатель в течение часа, можно оп
ределить из выражения |
|
|
<2 = ЛЬ. |
= 21° |
По 1ЩК кдж. |
(34-20) |
<х10 |
т аЦ |
выражает |
фактическую массу воздуха, |
В уравнении (34-20) |
вводимую в цилиндры для сгорания 1 кг топлива (а—коэффициент из бытка воздуха; Ц — теоретически необходимое количество воздуха для сжигания 1кг топлива).
Индикаторная мощность
N |
= 931. = |
120 |
ОЦЛ, |
УпГ\„1Прв кет; |
(34-21) |
* |
3600 |
3600т |
и а |
|
|
эффективная мощность |
|
|
|
120 |
1„ а |
Кл11„шрв Квт. |
(34-22) |
|
3600 т |
Последнее уравнение является общим для дизелей и карбюратор
ных двигателей.
Для повышения эффективной мощности двигателя увеличивают его литровую мощность и только в исключительных случаях литраж, по скольку по мере увеличения его возрастают масса и габариты дви
гателя.
Литровой мощностью двигателя называют отношение эффектив ной мощности Ыс к литражу двигателя. _Литровая мощность двигателя характеризует степень использования рабочего объема цилиндров дви
гателя.
Так как эффективная мощность изменяется в зависимости от числа оборотов, литровую мощность относят к максимальной эффективной мощности которую может развить двигатель:
л IVн 30*3600 XIV,г |
10,8 т |
(34-23) |
или сучетом формулы (34-22) |
|
^ |
пркет!л- |
(34'-24) |
В этих формулах р выражено в н/м2, Ун —в смг (л), (?р —в кдж/кг..
Из формулы (34-24) |
следует, что литровая |
мощность двигателя |
прямо пропорциональна |
0,120 . |
„ . |
величине —— 1]„/грп, определяющей количест |
во воздуха, поступающего в рабочий объем Ун, соответствующий 1л;
мерах цилиндров двигателя в нем может быть сожжено большее коли чество топлива. Это обеспечивает хорошее использование объема каме ры сгорания и создает условия для достижения более высокой литровой мощности; В карбюраторных двигателях для повышения их мощности наддув ограничивается возможностью возникновения детонации; при менительно к дизелям такое ограничение не требуется.
Агрегат наддува, т. е. нагнетатель воздуха или газо-воздушной сме си в цилиндры двигателя, обеспечивающий избыточное давление 0,03— 0,05 Мн/м2, может приводиться в движение от коленчатого вала двига
теля или от газовой турбины (турбокомпрессор), работающей на отра ботавших газах двигателя.
Центробежные нагнетатели с приводом от коленчатого вала самого двигателя широкого применения не получили из-за сложности конструк ции, снижения механического к. п.д. двигателя и увеличения удельных расходов топлива.
Наиболее эффективным следует считать наддув, осуществляемый с помощью турбокомпрессора, характеризуемого сравнительно высоким к. п.д. при малом расходе газов. При этом в результате использования энергии отработавших газов двигателя обеспечивается повышение мощ ности (на 35—50%) двигателя при некотором уменьшении удельных
расходов топлива.
Продувка цилиндров двигателя свежим воздухом прц давлении 0,13—0,15 Мн/м2 позволяет повысить наполнение цилиндра и облегчить
температурные условия работы деталей двигателя.
Турбонагнетатель (рис. 34-15) состоит из газовой турбины и воз душного компрессора; колесо / газовой турбины и колесо 2 компрессора укреплены на общем валу турбокомпрессора, делающего на рабочих
режимах 30—50 тыс. об(мин.
Наддув двигатёлей получил широкое применение в авиации, а так же на стационарных и транспортных установках.
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ДВИГАТЕЛЯ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Тепло, выделяемое топливом при полном сгорании его в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания, частично превращается в полезную работу двигателя ((Эе), а частично теряется с отработавшими газами (С2г), с охлаждающей цилиндры водой (<2в). Кроме этих поддающихся учету потерь, происходят тепловые потери <Зост> которые не представля
ется возможным учесть. К их числу относят потери от химической не полноты сгорания, на лучеиспускание, потери, эквивалентные кинетиче
ской энергии отходящих газов и др., а также неизбежно получающуюся при проведении испытаний двигателей неувязку теплового баланса. Распределение тепла, отнесенное к 1кг сожженного топлива или к 1 ч работы двигателя, между полезной работой и перечисленными,выше по терями, выраженные в виде уравнения, называют тепловым балансом двигателя. Сообразно изложенному выше это уравнение имеет вид
<г!: = <?. + <Эг+<г„+<2ост. |
(34-25) |
Величину С}е можно определить по формуле |
|
(2е = 3600Ые кдж/кг. |
(34-26) |
Величина <2«? у двигателей внутреннего сгорания обычно составляет 22— 36% от количества тепла, внесенного в цилиндры. Тепло, теряемое с ухо дящими газами <2Ги охлаждающей водой (?„, определяют по их тепло емкости и температуре. Потери тепла с уходящими газами составляют 20—30%, а с охлаждающей водой 25—40%. Потери тепла от химиче-
десятицилиндровый, двухтактный, бескомпрессорный, со встречно дви жущимися поршнями, с прямоточной продувкой и непосредственным впрыском топлива. В каждом цилиндре в средней части его между дни щами двух поршней, движущихся в противоположных направлениях, образуется общая камера сгорания (рис. 34-16). Верхние поршни 1 приводят во вращение верхний вал, а нижние поршни—нижний колен чатый вал. Валы связаны вертикальной зубчатой передачей и враща ются в разные стороны.
Воздуходувка и топливный насос приводятся от верхнего коленча того вала; основная мощность (70%) снимается с нижнего коленчатого вала, который приводит в движение ротор генератора, масляный и водя ной насосы и регулятор числа оборотов.
Выпуск отработавших газов и подвод продувочного воздуха к ци линдрам осуществляются через окна з цилиндрах, закрываемые и от крываемые поршнями. Верхние поршни 1 управляют впуском воздуха через окна 2, а нижние поршни 5 —выпуском отработавших газов через окна 4.
На протяжении двух ходов поршня совершается рабочий цикл. Сжатие начинается при движении поршней навстречу друг другу от на
ружных мертвых точек.
В связи с опережением нижнего коленчатого вала выпускные окна закрываются раньше продувочных, в результате чего воздух поступает в цилиндр после закрытия выпускных окон, что обеспечивает наполне
ние цилиндра.
В конце сжатия, когда поршни приближаются ко внутренним мерт вым точкам, в камеру сгорания через форсунку 3 впрыскивается топливо,
которое сгорает.
Рабочий ход начинается после воспламенения топлива; поршни при этом движутся от внутренних мертвых точек к наружным. В конце ра бочего хода нижним поршнем открываются выпускные окна и отрабо
тавшие газы выходят наружу.
После открытия выпускных окон 4 открываются верхним поршнем продувочные окна 2, через которые воздух поступает в цилиндр под дав лением^ создаваемым воздуходувкой, удаляя оставшиеся продукты сго
рания и заполняя цилиндр для следующего процесса сжатия. Рабочий ход нижних поршней каждого цилиндра начинается рань
ше рабочего хода верхних поршней, так как нижний коленчатый вал вращается с опережением. Поэтому рабочие ходы нижних поршней про исходят при большем давлении, и мощность, передаваемая на нижний
коленчатый вал, будет составлять 70% |
мощности |
двигателя. |
Число |
|
Техническая характеристика дизеля |
|
10 |
цилиндров |
|
|
|
Диаметр цилиндра, |
. . . |
|
|
207 |
Ход |
поршней, мм |
. |
. |
2X254 |
Рабочий объем |
всех цилиндров, л . |
170,9 |
Действительная |
степень |
сжатия (считая |
объем цилиндра |
15 |
после закрытия |
окон) . |
|
|
|
Мощность дизеля (эффективная), кет |
|
|
1500 |
Максимальное давление цикла, Мн/м2. . . |
|
8,8 |
Число |
оборотов |
в минуту |
на холостом ходу |
|
390—400 |
У ельный расход, г/Мж: |
|
|
68 |
топлива |
. |
. . . . |
. |
|
масла |
|
1,66 |
Масса |
дизеля с |
подмоторной рамой игенератором, т |
|
-27—28,3 |
Карбюраторные двигатели. Ниже в качестве примера рассматривается карбюраторный двигатель ГАЗ-51 (рис. 34-17,а и б),
шестицилиндровый, бензиновый, четырехтактный. Рабочий объем ци линдров 3,48 л; степень сжатия 6,2; максимальная мощность двигателя
51,5 кет (70 л. с.) при 2800 об/лшя; |
максимальный крутящий момент |
200 н-м при 1500—1700 об/лшя. Масса двигателя 255 кг. |
Цилиндры двигателя и верхняя |
часть картера отлиты из серого |
чугуна в одном блоке; цилиндры в блоке расположены вертикально
в ряд.
Поршни и головка цилиндров отлиты из алюминиевого сплава. Ко ленчатый вал откован из углеродистой стали, снабжен противовесами и лежит на четырех опорах. Вкладыши коренных и шатунных подшипни ков биметаллические, тонкостенные, залитые антифрикционным спла
вом.
Охлаждение двигателя принудительное, осуществляемое при помо-. щи центробежного насоса, смазка— при помощи шестеренчатого на соса.
К автомобильному двигателю предъявляют требования, которые
обусловливают необходимость эксплуатации автомобиля на перемен ных режимах. На таких режимах двигатель должен развивать .всегда
достаточную мощность, экономично работать и обеспечивать высокие
дIшам114еские качества.
Газовые двигатели. Газовые двигатели строят в основном на базе выпускаемых двигателей, предназначенных для жидкого топли ва. Однако более рациональна конструкция газовых, двигателей, специ ально спроектированных для работы, на газе.
В газовых двигателях с внутренним смесеобразованием очень труд-,
но добиться надлежащего смешивания газа с воздухом из-за больших удельных объемов газа, малой длины газовой струи при вдувании ее в сжатый воздух и непостоянства величины теплоты сгорания газа. В связи с этими особенностями, а также необходимостью работать с бо лее высокой степенью сжатия для воспламенения газа газовые двигате ли с внутренним смесеобразованием широкого распространения не по лучили. Не нашли также широкого применения газовые двигатели с вос пламенением от искры.
В качестве топлиза для газовых двигателей можно использовать сжатый и сжиженный газы, а также генераторный газ, получаемый в ре зультате газификации древесных чурок, древесного угля или торфяных брикетов.
Природный газ, содержащий большое количество метана, применя ют в качестве топлива для двигателей в газообразном состоянии.
Перевод жидкотопливного двигателя на генераторный газ без изме нения конструкции приводит к снижению его мощности (на 35—40% по сравнению с карбюраторными двигателями и до 10% по сравнению с дизелями). Это объясняется уменьшением теплоты сгорания горючей смеси, ухудшением наполнения двигателя из-за высокой температуры генераторного газа и большого сопротивления газогенераторной систе мы, уменьшением скорости сгорания горючей смеси в связи с большим количеством в ней инертных газов.
При переводе карбюраторных двигателей на сжатый или сжижен ный газ мощность двигателя практически не изменяется. Это можно объяснить тем, что теплота сгорания газо-воздушной смеси всего на 4,5—7,5%' меньше теплоты сгорания бензо-воздушной смеси. Кроме то го, при пользовании газо-воздушной смесью ввиду ее свойств можно ра ботать с увеличенной степенью сжатия, а следовательно, и улучшить показатели экономичности и мощности двигателя.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ТЕПЛА ОТХОДЯЩИХ ГАЗОВ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ
Тепловой баланс двигателя внутреннего сгорания, как уже указы валось, говорит о том, что около 30% вводимого в него тепла уносится отходящими газами и около 30%—охлаждающей водой. Температура отходящих газов при полной нагрузке составляет у четырехтактных дви гателей 360—420°С и у двухтактных 280—320°С (меньшая температу ра у двухтактных двигателей объясняется подачей в цилиндр продувоч ного воздуха, который, проходя через окна, смешивается с отработав шими газами, в результате чего снижается их температура). Используя некоторую часть тепла отходящих газов для промышленных и бытовых нужд (отопление домов, прачечйые, тепличное хозяйство), можно до вольно значительно (до 25%) повысить экономичность установки и ее общий к. п.д. (до 50—55%). Тепло в таких случаях используют в кот
лах-утилизаторах.
При снижении нагрузки двигателя уменьшается подача топлива в цилиндры, и температура отработавших газов резко снижается. По этому рациональное использование тепла этих газов возможно только
на крупных стационарных установках при работе двигателей большой мощности со стабильной и большой нагрузкой. Некоторое неудобство при утилизации тепла отходящих газов двигателей представляет загряз ненность их продуктами неполного сгорания (сажей) и парами смазки, которые загрязняют поверхности нагрева котлов-утилизаторов.
Использование тепла, уносимого охлаждающей водой, связанное с известными трудностями, менее эффективно, чем использование тепла отходящих газов. Температура охлаждающей воды на крупных стацио нарных установках составляет 40—50°С, поэтому в связи с дальнейши ми тепловыми потерями она не может быть непосредственно использова на даже для отопления жилых домов. Часть этой воды для того, чтобы ее использовать для отопления домов, подогревают дополнительно до 80°С в котлах-утилизаторах.
В заключение следует отметить, что наряду с некоторыми преиму ществами— отсутствие котельной установки, малые габариты и массы, быстрый пуск, малый расход топлива и отсутствие расхода топлива в период стоянки—двигателям внутреннего сгорания присущи и некото рые недостатки. Главнейшими из них являются невозможность’построй ки агрегатов большой мощности (более 20 Мет), а также невозмож ность работы непосредственно на твердом топливе.
Постройка агрегатов большой мощности ограничивается числом оборотов коленчатого вала двигателя, так как рост числа оборотов вала поршневого двигателя увеличивает силы инерции движущихся деталей (поршни, шатуны и пр.). Это приводит к утяжелению конструкции в связи с необходимостью увеличения прочности и массы частей двига теля. Поэтому скорость вращения вала крупных стационарных двигате лей находится в пределах 300—600 об/мин, для быстроходных (карбю раторных) двигателей она составляет 3500—6000 об/мин, а для тран спортных дизелей 1500—3000 об/мин.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1.Б р и л и н г Н. Р. и др. Быстроходные дизели.Машгиз, 1951.
2.Л е н и н И. М. Теория автомобильных двигателей. Изд-во «Машиностроение», 1969.
3.Ор л и н А. С. и др. Двигатели внутренного сгорания, тт. I и II. Машгиз, 1955.
Ч а с т ь V I
ТЕПЛОСИЛОВЫЕ
УСТАНОВКИ
Глава 35
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ СТАНЦИИ
КЛАССИФИКАЦИЯ ТЕПЛОВЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СТАНЦИИ
Электрические станции классифицируют по следующим основным
признакам:
По виду теплового двигателя. В качестве тепловых двига
телей на стационарных электрических станциях применяют: ротационные двигатели (турбодвигатели) —газовые турби
ны, паровые турбины, комбинированные установки, состоящие из газо вых и1паровых турбин, используемые для осуществления так называе
мых ларо-газовых циклов,"
поршневые двигатели —паровые машины, двигатели внут реннего сгорания.
В настоящее время на тепловых электрических станциях устанавли вают преимущественно паровые турбины. В перспективе можно ожидать применения установок с использованием парогазовых циклов и газотур бинных установок. Тепловые электрические станции с поршневыми дви гателями имеют значение только в качестве временных и передвижных и лишь в редких случаях в качестве стационарных небольшой мощности.
Ниже рассматриваются лишь паровые тепловые электростанции с установкой паровых турбин. Установки с газовыми турбинами и парога зовые рассмотрены выше, в части V, гл. 32.
По виду отпускаемой энергии. Если станция общего наз начения вырабатывает только электрическую энергию и работает изоли рованно, ее называют центральной электрической станцией (ЦЭС) или государственной районной электрической станцией (ГРЭС) в зависимо сти от числа обслуживаемых объектов, параллельной работы с другими электростанциями и административной принадлежности. В литературе часто встречается название, объединяющее эти станции, а именно кон денсационные электрические станции (КЭС), если на них установлены конденсационные паровые турбины. Станции, снабжающие потребите лей электрической энергией и теплом, называют теплоэлектроцентраля ми (ТЭЦ).
Электрические станции можно классифицировать и по другим приз накам, например по виду топлива и способу его сжигания, начальным параметрам пара, типу водоснабжения, расположению и конструкции зданий и т. д.
ПОТРЕБИТЕЛИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ И ТЕПЛА
Электрическая мощность, требуемая отдельными потребителями, изменяется в течение суток, а также в зависимости от времени года.
Графическое изображение зависимости суммарной электрической нагрузки электростанции от времени в течение суток называют суточ ным графиком. Примерный суточный график электрической нагрузки
