Области применения и элементы классификации двигателей
Глава 1
ПРИНЦИПЫ, ПОКАЗАТЕЛИ И УСЛОВИЯ РАБОТЫ
ДВИГАТЕЛЕЙ
1.1. Области применения и элементы классификации
двигателей
Устройства, преобразующие какой-либо вид энергии в работу, называют двигателями. Устройства, трансформирующие в работу тепловую энергию, носят название тепловых двигателей (ТД).
ТД являются основным типом энергетической установки на всех видах транспорта (железнодорожный, речной, морской, автомобильный и воздушный), на сельскохозяйственных и дорожно-строительных машинах.
Различают ТД стационарные и транспортные. Для транспортных двигателей характерна работа при изменении в широких пределах скоростного и нагрузочного режимов, а также необходимость сохранения работоспособности при изменениях положения двигателя в пространстве. К ним предъявляются повышенные требования по уменьшению габаритов и массы.
Рекомендуемые материалы
По способу подвода теплоты к рабочему телу (РТ) (РТ – это субстанция, с помощью которой происходит преобразование тепловой энергии в работу) различают двигатели с внешним подводом теплоты (ДВПТ) и двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Для ДВПТ характерны следующие особенности:
- теплота к РТ подводится вне двигателя (обычно в теплообменнике);
- РТ не обновляется и циркулирует в различных агрегатных состояниях по замкнутому контуру;
- работа совершается в турбине или в расширительном цилиндре.
Классический пример этого типа ТД – паровой двигатель, схема которого приведена на рис. 1.1. Здесь теплота Q1 подводится к РТ (вода) в парогенераторе и в пароперегревателе, работа LM совершается в паровой турбине, теплота Q2 от РТ отводится в конденсаторе, где отработавший в турбине пар превращается в воду. Далее вода питательным насосом перекачивается вновь в парогенератор.
Рис.1.1. Схема парового двигателя:
1 – парогенератор (котел); 2 – пароперегреватель; 3 – паровая турбина; 4 - конденсатор; 5 – питательный насос
Для ДВС характерны следующие признаки:
• сжигание топлива, выделение теплоты и преобразование ее в работу происходят непосредственно в двигателе;
• РТ обновляется в процессе работы двигателя.
ДВС по сравнению с ДВПТ имеют, как правило, существенно меньшие габариты и массу на единицу производимой мощности, вследствие чего они являются в настоящее время основным типом транспортных энергетических установок.
По конструкции элементов, с помощью которых тепловая энергия сгорающего топлива преобразуется в работу, различают: поршневые ДВС с возвратно-поступательно движущимися поршнями (ПДВС); двигатели с вращающимися поршнями, или роторно-поршневые ДВС (РПД); газотурбинные двигатели (ГТД); реактивные двигатели (РД).
В качестве примера для анализа признаков, присущих конструкции ДВС, рассмотрим схему простейшего одновального ГТД, представленную на рис. 1.2.
Принцип работы двигателя заключается в следующем: компрессором, рабочее колесо которого находится на одном валу с турбиной, воздух сжимается до давления рк и подается в камеру сгорания, куда топливным насосом впрыскивается через форсунку топливо. После поджигания факела топлива запальной свечой в камере образуются продукты сгорания, имеющие высокую температуру, которые поступают на турбину, где производят полезную работу. Далее РТ покидает двигатель в виде отработавших газов (ОТ). Как следует из приведенной схемы, теплота при сгорании топлива выделяется внутри двигателя и РТ непрерывно обновляется. Из-за неудовлетворительной топливной экономичности РПД, ГТД и РД не нашли широкого применения в наземной транспортной технике.
Рис.1.2. Схема одновального газотурбинного двигателя:
1 – компрессор; 2 – форсунка; 3 – камера сгорания; 4 – топливный насос;
5 – турбина
Здесь в качестве энергетических установок используются главным образом ПДВС*.
По способу воспламенения смеси различают ДВС с принудительным (преимущественно искровым) зажиганием и дизели, работающие с воспламенением от сжатия. В двигателях с искровым зажиганием используются два вида топлива: жидкость – преимущественно бензин (бензиновые двигатели) и газ (газовые двигатели).
Бензиновые карбюраторные (рис. 1.3) и газовые двигатели, в которых топливовоздушная смесь, поступающая в цилиндры, подготавливается вне цилиндра в автономном устройстве, называемом карбюратором или смесителем, по другому признаку классификации относят к ДВС с внешним смесеобразованием.
Двигатели с искровым зажиганием выполняются также с впрыскиванием топлива во впускной трубопровод (обычно на впускной клапан) (рис. 1.4) или в цилиндр. В этом случае формально к двигателям с внешним смесеобразованием может быть отнесен только первый конструктивный вариант.
В дизелях топливо впрыскивается непосредственно в цилиндр, в силу чего они относятся к двигателям с внутренним смесеобразованием (рис. 1.5).
Следует отметить еще один признак, отличающий двигатель с искровым зажиганием от дизеля, - способ регулирования мощности. Двигатели с искровым зажиганием относятся к ДВС с количественным регулированием, так как их мощность регулируется на большей части режимов изменением количества подаваемой в цилиндры топливовоздушной смеси (ТВС).
Рис. 1.4. Схема двигателем с впрыскиванием бензина во впускную систему:
1 – кривошипно-шатунный механизм; 2 – блок-картер; 3 – свеча зажигания; 4 - форсунка; 5 – дроссель; 6 – расходомер воздуха; 7 – воздухоочиститель; 8 - электронный блок управления; 9 – топливный фильтр; 10 – топливный насос; 11- топливный бак; 12 – регулятор давления
"3 Аппараты и установки для очистки газов в коксохимическом производстве" - тут тоже много полезного для Вас.
Рис.1.5. Схема и индикаторная диаграмма дизеля:
1 – редуктор; 2 – ТНВД; 3 - форсунка
Дизели являются двигателями с качественным регулированием, так как в них для изменения мощности в практически неизменное количество воздушного заряда впрыскивается различное количество топлива, что меняет относительное содержание в ТВС топлива и воздуха. Это обстоятельство существенно влияет на характер физико-химических процессов, обеспечивающих преобразование энергии топлива в работу.
По способу осуществления цикла различают двухтактные и четырехтактные ДВС. Из определения такта работы как совокупности процессов, протекающих в цилиндре двигателя при перемещении поршня между верхней и нижней мертвыми точками (ВМТ и НМТ), следует, что в четырехтактном ДВС рабочий процесс совершается за два оборота коленчатого вала, в двухтактном – за один.
* Далее ПДВС для краткости будем обозначать ДВС