Пояснительная записка Прус Ю 152гр (1229430), страница 2
Текст из файла (страница 2)
(800-900 °С), оно впрыскивается в камеры сгорания форсунками под большим давлением (от 10 до 220 МПа). Свечи у дизеля тоже могут быть, но они являются свечами накаливания и разогревают воздух в камере сгорания, чтобы облегчить запуск.
Рисунок 1.2 – Дизельный двигатель
Дизельный двигатель использует в своей работе термодинамический цикл с изохорно-изобарным подводом теплоты (цикл Тринклера - Сабатэ), благодаря очень высокой степени сжатия они отличаются большим КПД (до 50 %) по сравнению с бензиновыми двигателями.
Дизельный двигатель используют на стационарных силовых агрегатах, грузовых и легковых машинах, тяжелых грузовиках, сельскохозяйственной и строительной технике, судах и тепловозах.
Использование дизельных двигателей имеет ряд преимуществ:
- более высокий КПД и, как следствие, повышенная экономичность, возможность работать на нестандартном топливе;
- цена на топливо несколько ниже;
- высокая долговечность;
- экологичность;
- в качестве смазочного материала выступает сама солярка;
- благодаря отсутствию системы зажигания, двигателю не страшно попадание воды.
В то же время у дизельных установок есть и свои недостатки:
- низкая морозоустойчивость;
- большие габариты и масса;
- сложная и дорогая топливная аппаратура;
- более жесткая работа с повышенным уровнем шума.
1.1.2 Роторно-поршневые двигатели
Роторно-поршневой двигатель или двигатель Ванкеля представляет собой мотор, где главным рабочим элементом осуществляются планетарные круговые движения (представлен на рисунке 1.3) [4]. Это принципиально другой вид двигателя, отличный от поршневых собратьев в семействе ДВС.
Рисунок 1.3 – Роторно-поршневой двигатель
В конструкции такого агрегата используется ротор (поршень) с тремя гранями, внешне образующим треугольник Рело, осуществляющий круговые движения в цилиндре особого профиля. Чаще всего поверхность цилиндра исполнена по эпитрохоиде (плоской кривой, полученной точкой, которая жестко связана с окружностью, осуществляющей движение по внешней стороне другой окружности).
Роторный ДВС совершает так же 4 такта: впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск. Но работает ротор по-другому. Поршневой двигатель выполняет четыре такта в одном цилиндре. А роторный хоть и выполняет их в одной камере, но каждый из тактов проходит в её отдельной части. То есть, цикл будто выполняется в отдельном цилиндре, а поршень «бегает» от одного цилиндра к другому. При этом в роторном моторе нет механизма газораспределения. В отличие от поршневого двигателя, всю работу выполняют впускные и выпускные окна, размещенные в боковых корпусах. Ротор вращается и регулирует работу окон: открывает и закрывает их. Принцип работы роторно-поршневого двигателя состоит в следующем. При вращении ротор создает вокруг себя три, изолированные друг от друга, полости. Происходит это благодаря капсульной форме полости вокруг ротора и треугольной форме самого ротора. Первая полость – полость всасывания, в ней смешивается топливо с кислородом. Далее смесь перегоняется во вторую камеру движением ротора и там же сжимается. Здесь её воспламеняют две свечи, она расширяется и толкает поршень. Поступательным движением ротор прокручивается, открывается следующая полость, где выходят отработавшие газы и остатки топлива.
Японцы единственные, кто серийно производил роторные машины с 1967 года. В 70-х годах Mazda представила бренд RX, который обозначает использование роторных моторов. Японцы ставили ротор на любое авто, включая пикапы и автобусы. На железнодорожном транспорте не используется.
Преимущества роторно-поршневого двигателя. Производительность роторного двигателя в несколько раз выше остальных (пока в обычных ДВС за один оборот проходит один такт, то в роторном моторе – три), малое количество деталей, низкий уровень вибрации, высокие динамические характеристики, компактность и маленький вес.
Несмотря на множество плюсов, мотор имеет и несколько минусов: склонность к перегреву, регулярная замена масла, регулярная замена уплотнителей, высокая цена.
1.1.3 Роторно-лопасной двигатель
Тип теплового роторного двигателя, в котором давление расширяющихся газов воспринимают вращающиеся на валу лопасти (пример на рисунке 1.4).
Принцип работы роторно-лопастного двигателя [5]. Этот механизм содержит два ротора с лопастями и цилиндр с впускными и выпускными окнами. В двигателе предусмотрен механизм связи, позволяющий роторам совершать движение друг относительно друга и вращательно-колебательное движение относительно цилиндра, а также устройство, позволяющее суммировать движение роторов и передать равномерное вращение выходному валу.
Рисунок 1.4 – Роторно-лопасной двигатель
При вращении ротора в одном направлении лопасти совершают колебания друг относительно друга, создавая замкнутые внутри цилиндра объемы переменной величины.
В результате в нижнем правом секторе происходит такт впуска, в верхнем правом секторе - такт сжатия, в "верхней мертвой точке" - воспламенение смеси, в верхнем левом секторе - рабочий ход, в левом нижнем секторе - такт выпуска.
Такая последовательность тактов повторяется за каждый полный оборот ротора. Таким образом, весь четырехтактный цикл выполняется за один оборот вала ротора. Этим роторно-лопастной двигатель существенно отличается от поршневого ДВС.
На сегодняшний день такой тип двигателей не используется, в том числе и на железнодорожном транспорте.
Преимущества данного двигателя: на всех режимах работы расход топлива меньше, чем у поршневого двигателя, малое количество деталей, простота конструкции, эффективный газообмен способствует лучшему сжиганию топлива и меньшей токсичности, малый расход смазочных материалов.
Наиболее существенные недостатки двигателя: элементы уплотнений установить на лопасти сложнее, чем в поршневом двигателе, высокая тепловая напряженность ротора, особенно его лопастей.
1.1.4 Реактивный двигатель
Реактивный двигатель – двигатель, преобразующий некоторый вид первичной энергии в кинетическую энергию рабочего тела (реактивной струи), которая создает реактивную тягу [6]. Пример реактивного двигателя приведен на рисунке 1.5.
Рисунок 1.5 – Реактивный двигатель
Воздух из окружающего пространства, забираемый и сжимаемый до заданного давления компрессором, непрерывным потоком направляется в камеру сгорания, куда через форсунки подается распыленное топливо. Газы, представляющие собой нагретый избыточный воздух в смеси с продуктами сгорания топлива, приводят во вращение турбину, являющуюся силовым приводом компрессора, и в случае двигателя с осевым компрессором поступают в форсажную камеру. В форсажной камере дожигается дополнительно подаваемое количество топлива, что позволяет достигнуть кратковременного увеличения тяги двигателя.
Реактивный двигатель применяется в авиации и на космическом корабле. На железнодорожном транспорте не применяется.
Достоинства: достигают мощности до 30000000 кВт; КПД 80 %
Недостатки: шумовое загрязнение.
1.2 Двигатели внешнего сгорания
Двигатели внешнего сгорания подразделяются на паровые машины, паровые турбины и двигатель Стирлинга.
1.2.1 Паровые машины
Паровая машина — тепловой двигатель, имеющий внешнее сгорание и преобразующий энергию пара в механическую работу. Пример паровой машины представлен на рисунке 1.6.
Рисунок 1. 6 – Паровая машина
Принцип работы паровой машины: вода в закрытом котле доводится до кипения, пар может выйти только через отверстие, которое ведет в специальную трубу. В этой трубе, которая называется цилиндром, находится подвижный поршень. Пар давит на поршень, и тот двигает шатун, который крутит маховик. После того как пар выполнит эту работу, он выходит через клапан и попадает в систему трубок. Мощные паровые машины, естественно, имеют чрезвычайно сложную конструкцию.
До середины ХХ века паровые машины применялись на железнодорожном и водном транспорте; на промышленных предприятиях. На сегодняшний день данный вид двигателя не применяется, в том числе и на железнодорожном транспорте.
Достоинствами паровой машины являются простота и хорошая тяговая характеристика.
К недостаткам относится: низкий КПД, малая скорость и большой вес.
1.2.2 Паровая турбина
Паровая турбина (пример на рисунке 1.7) является тепловым двигателем, машиной, которая преобразует тепловую энергию пара в механическую энергию вращения вала.
Рисунок 1.7 Паровая турбина
Паровые турбины работают следующим образом: пар, образующийся в паровом котле, под высоким давлением, поступает в лопатки турбины. Турбина совершает обороты и вырабатывает механическую энергию, используемую генератором. Генератор производит электричество.
Паровые турбины применяют большей частью в стационарных установках на тепловых электрических станциях для приводов генераторов тока, реже в небольших промышленных установках для привода вентиляторов, насосов. На железнодорожном транспорте не применяется.
Преимущества работы паровой турбины: вращение происходит в одном направлении, отсутствуют толчки, как при работе поршня, работа паровых турбин возможна на различных видах топлива (газообразное, жидкое, твердое), высокая единичная мощность.
Недостатки работы паровой турбины: скорость вращения не может меняться в широких пределах, долгое время пуска и остановки, дороговизна паровых турбин, низкий объем производимого электричества, в соотношении с объемом тепловой энергии.
1.2.3 Двигатель Стирлинга
Двигатель Стирлинга - тепловая машина (пример на рисунке 1.8), в которой рабочее тело, в виде газа или жидкости, движется в замкнутом объёме, разновидность двигателя внешнего сгорания. Может работать не только от сжигания топлива, но и от любого источника тепла.
Рисунок 1.8 – Двигатель Стирлинга
Принцип работы Стирлинга: при низкой температуре происходит сжатие, а при высокой – расширение. Но по-разному осуществляется нагрев: тепло подводится через стенку цилиндра извне [7]. Поэтому он и получил название двигателя внешнего сгорания. Стирлинг применял периодическое изменение температуры с вытеснительным поршнем. Последний перемещает газ с одной полости цилиндра в другую. С одной стороны, температура постоянно низкая, а с другой высокая. При передвижении поршня вверх газ перемещается из горячей в холодную полость, а вниз - возвращается в горячую. Сначала газ отдает много тепла холодильнику, а затем от нагревателя получает столько же, сколько отдал. Между нагревателем и холодильником размещается регенератор – полость, наполненная материалом, которому газ отдает тепло. При обратном течении регенератор возвращает его.
В настоящее время двигатели Стирлинга не используются, в том числе и на железнодорожном транспорте.
Преимущества двигателя Стирлинга: КПД при современном проектировании может доходить до семидесяти процентов. В двигателе нет системы высоковольтного зажигания, распределительного вала и клапанов. Его не нужно будет регулировать в течение всего срока эксплуатации. В Стирлингах нет того взрыва, как в ДВС, который сильно нагружает коленчатый вал, подшипники и шатуны. Благодаря простоте прибора его можно эксплуатировать в течение длительного времени. Он может работать как на дровах, так и с ядерным и любым другим видом топлива. Сгорание происходит вне мотора.
Главным минусом конструкции является ее материалоемкость. Рабочее тело нужно охлаждать, из-за чего габариты существенно увеличиваются. Для получения равных с ДВС характеристик необходимо использовать высокое давление.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
