Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Силовые агрегаты. Курс лекций для студентов 4 курса факультета механизации сельского хозяйства, обучающихся по направлению подготовки 190600.62 - Эксп
.pdf
31
Подставим в Q
zzz
2
VV
ba
V
V
k
V
a
V
c
z
b
1
TCQ
av2
k
;
V
V
z
c
TCQ
изохорный
P
z
P
c
''
где:
T
z
T
T
T
V
V
k
av2
'
T
z
cv1
T
c
T
z
T
z
''
z
c
- степень предварительного расширения (изобара).
P
P
P
P
z
''
z
z
cv1
c
T
z
k1
T
z
- степень повышения давления (изохора);
1TCQ
T
'
T
'''''
TTCTTCQQQ
вынесем
zzpczv111
''
T
z
c
z
T
V
V
c
T
z
c
z
T
c
1k1TCQ
'
Tнаu
z
TC
cv
k
T
T
1
1k
V
c
V
a
t
a
c
av
cv
1
- адиабата сжатия
1k
1
t
2.2.2 Среднее давление смешанного цикла
V
QQ
h
P
t
'''
1k
Q
21
cv111
V
t1
т. к.
h
1TC
;
1k1TC
k
11
1k1
1k1TCQQQ
, вывод см. выше
QQQ
t121
32
Учитывая, что:
1
k
C
R
v
;
TT
ac
1k
;
VV
ah
1
P
, будем иметь
t
a
P
a
k
PP
at
1
1k
1V1k
a
1k1
1k
1k1TR
t
t
Подставим в
P
t
RT
здесь
Вывод:
1.
t
(степень сжатия) и (степень повышения давления), и с уменьшением (степень предварительного расширения).
2. Цикл со смешанным подводом тепла целесообразно применять
a
V
a
- смешанного цикла повышается с увеличением значений
при значениях степени сжатия
чениями λ (степень повышения давления).
3. Циклы с подводом теплоты при V=const и P=const являются
частными случаями смешанного цикла. Поэтому рассмотрим частные
случаи.
12
и с возможно большими зна-
2.3 Цикл с подводом теплоты при V=const
Цикл Н. Отто – немецкий инженер и предприниматель. В реальном поршневом двигателе это означает, сто сгорание топлива происходит вблизи ВМТ. Такой процесс характерен для двигателей с принудительным воспламенением смеси (искровым зажиганием) - карбюраторный или с впрыском топлива, дозирование которого осуществляется электронными, механическими или пневмомеханическими устройствами. Двигатели могут иметь широкий диапазон частот вращения вала – в реальной практике в основном от 2500 до
7000 об/мин. Цикл легко реализуется при малых n, об/мин с нижней
границей 50…100 об/мин.
33
Рисунок 2.1 – Цикл со подводом теплоты при V=const
Для этого цикла:
'
V
V
zz
'
z
c
1
- степень предварительного расширения.
и
PPVV
zz
VV
;
cz
Подставляя в формулу смешанного цикла
1
PP
Анализ зависимостей:
- зависит только от и показателя адиабаты сжатия и расши-
t
рения k.
1
t
1k
и Pt имеем:
t
k
1
at
1
1k
t
34
Рисунок 2.2 – Зависимость термического КПД от степени сжатия
Однако, возрастание
пенях сжатия (начиная с
K=1,4 – двухатомный газ (воздух);
K=1,35 – смесь воздуха и продуктов сгорания;
K=1,30 – смесь двух и трёхатомных газов.
Величина Pt дополнительно зависит от начального давления Pa и
степени повышения давления λ.
Примерная зависимость.
заметно уменьшается при высоких сте-
t
1312...
). Здесь К:
Рисунок 2.3 – Зависимость Pt от степени повышения давления
35
Учитывая, что теплота сгорания бензовоздушной смеси, при α=1,
Мдж
не превышает
84
, максимально Pt не может быть выше 2,1
Кмоль
МПа: при ε = 20 и λ = 4,5; а при ε = 8 и λ = 6: Pt ≤ 1,85 МПа.
Для повышения Pt нужно иметь топливо с более высокой тепло-
той сгорания и детонационной стойкостью.
Вывод:
1. Минимальные потери теплоты получаются при использовании
в качестве рабочего тела – воздуха. При использовании топливовоздушной смеси потери теплоты повышаются.
2. По данному циклу целесообразнее осуществлять рабочий процесс с ε ≤ 11…12. Дальнейшее повышение ε приводит к незначитель-
ному увеличению
и Pt, однако существенно повышаются механи-
t
ческие нагрузки на двигатель.
2.4 Цикл с подводом теплоты при P=const
Цикл Р. Дизель – немецкий конструктор и фабрикант.
Рисунок 2.4 – Цикл с подводом теплоты при P=const
Чтобы осуществить данный процесс в реальном двигателе, воспламенение топлива должно быть от теплоты сжатия, а впрыск топлива производится в потоке предварительно сжатого дополнительным компрессором воздуха. Такие двигатели получили название ком-
36
прессорные дизели. Частота вращения вала двигателя относительно
мала 600…1200 об/мин.
'
Для этого цикла:
P
P
z
c
1
- степень повышения давления
PP
;
zz
PP
;
cz
Подставляя в формулы смешанного цикла
k
11
1
t
Выводы по циклу при P=const.
1. Значения
тельно ниже соответствующих значений при V=const, т. к. множитель
k
1
2. Уменьшение k от K=1,4 до k=1,3 влечёт за собой значительное
уменьшение
3. Использование цикла в реальных двигателях целесообразно
только при значительных ε.
Данный цикл не используется в современных автотракторных
1
(всегда больше единицы)
1k
)(
t
и Pt.
t
1k
и Pt цикла с подводом теплоты при P=const значи-
t
1k
и Pt имеем:
t
n
PP
at
1
1k
)(
1k
двигателях.
Выводы по циклам:
На основании трёх рассмотренных теоретических циклов можно
заключить:
1. При одинаковых начальных условиях:
(
и Pt)
t
2. Величина Pt пропорциональна (для всех циклов) давлению в
начале сжатия – Pa.
Повышение давления в начале сжатия (Pa), точка «a» с целью
увеличения удельной работы цикла называется наддувом.
В двигателях наддув осуществляется за счёт предварительного
сжатия воздуха или горючей смеси в компрессоре. Привод компрессора может быть механическим, непосредственно от вала двигателя
или газовым, от газовой турбины, работающий за счёт энергии выпускных газов двигателя.
P=const
< (
и Pt)
t
смеш.
< (
и Pt)
t
V=const
37
Повышение давления в начале сжатия можно получить за счет
использования скоростного напора, инерционных и волновых явлений, т.е. за счет так называемого инерционного наддува (Д-240).
2.5 Теоретический смешанный продолженный цикл
с переменным давлением газов перед газовой турбиной
Рисунок 2.4 – Смешанный продолженный цикл с переменным давлением газов перед газовой турбиной
оа – адиабатное сжатие воздуха в нагнетателе;
ас – сжатие в цилиндре двигателя;
cz’z – смешанный подвод теплоты;
zb – адиабатное расширение газов в цилиндре двигателя;
bf – продолженное расширение газов цилиндра двигателя в выпускном трубопроводе и на лопатках турбины;
fo – отвод тепла при P=const от компрессора;
b – открытие выпускного клапана;
а – открытие впускного клапана.
На практике осуществить этот процесс трудно, т. к. у нас не один
цилиндр. Для адиабатного расширения нужно каждый раз подключать
компрессор к выпускному патрубку.
38
Для этого цикла имеем:
1
k
2.5.1 Термический КПД этого цикла
Q
V
V
2
QQ
1k
0
V
a
V
c
1
где
ε – степень сжатия в двигателе;
εк - степень сжатия в компрессоре.
Вывод:
При одной и той же величине степени сжатия ε основного двига-
теля
смешенного цикла без продолженного расширения газов, т. к. числи-
тель продолженного цикла меньше, чем числитель смешанного цикла
(не продолженного).
0
цикла с продолженным расширением газов выше, чем для
t
t
1
t
V
0
V
c
1
11
k
11
0
a
k
;
1k1
TTCk
ofv
;
'''''
TTkCTTC
zzvczv
2.5.2 Среднее давление цикла
QQ
P
t
V
h
'''
R
C
P
v
t
;
00
PP
0t
0
Следовательно, в этом цикле Pt будет выше по сравнению с дру-
Q
21
1k
k
0
1
V
t1
;
h
1k
1k
00v111
1
0
)(
;
0
1k1RT
)(
1V1k
)()(
1k1
1k
VV
0h
00
1k1TCQQQ
0
)()(
,
t
;
.
t
TT
;
00c
гими циклами. (ε
Однако на практике цикл с продолженным расширением осуще-
ствить нельзя, т. к. каждый цилиндр должен отдельно подключаться к
> ε).
0
39
выпускному патрубку. Легче если выхлопные газы направлять в выпускной патрубок, общий для всех цилиндров, а затем на газовую
турбину компрессора.
2.6 Теоретический смешанный продолженный цикл с
постоянным давлением газов перед газовой турбиной
Рисунок 2.4 – Смешанный продолженный цикл с постоянным давлением газов перед газовой турбиной
ad – изобарный подвод теплоты в турбокомпрессор;
df – адиабатное расширение в газовой турбине;
fo – изобарный отвод теплоты;
оа – адиабатное сжатие в компрессоре.
При газотурбинном наддуве получается комбинированный двигатель, состоящий из поршневой части, газовой турбины и компрессора.
Цикл acz’zba – осуществляется в поршневой части;
цикл adfoa - осуществляется в турбокомпрессоре.
2.6.1 Термический КПД
Q
Q
2
;
1
1
t
40
1
k
k
k
0
tk
1
;
1k
k
1QQ
tkТ2
)(
;
где QТ – отвод тепла от двигателя к компрессору;
- термический КПД компрессора.
tk
QQ
1
Т2
;
1k
где
- термический КПД самого двигателя со смешанным под-
tg
водом теплоты
tg
1
tk
1
k
t
т. к. ε0 = ε εк имеем:
1QQ
1
QQ
1Т
- термический КПД компрессора
1k
)(
;
tg1Т
k
11
1k
1k
, тогда
)()( 1k1
k
11
1
Q
1k
1k
1
k
11
1k1k
)()( 1k1
1
QQ
Т2
0
)()( 1k1
,
k
111
)()( 1k1
Частный случай:
б) λ=1 (изобарный процесс), то
k
11
1
t
1k
)()( 1k1
Вывод: тепло использованное в цикле с продолженным расширением и использованием кинетической энергии выпускных газов будет
выше, чем для цикла, не использующего непосредственно кинетической энергии газов. Эти циклы более экономичные.
2.6.2 Среднее давление продолженного цикла с постоян-
ным давлением газов перед газовой турбиной
P
Q
t
V
t1
,
h
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]