Теплотехника Учеб. для вузов А. П. Баскаков, Б. В. Берг, О. К. Витт и др (943465), страница 55
Текст из файла (страница 55)
Малая металлоемкость, надежность, быстрота запуска и относительная долговечность позволилн этому типу машины занять ведущее место прежде всего на транспорте. Стационарные двигатели применяются на электростанциях для привода насосных установок, на нефте- и газоперекачивающих н буроных установках, в сельском хозяйстве н т. п. Кроме того, онн работают на металлургических заводах, используя в качестве топлива д<>меннь>й и генераторный >азы. Мобильные (передвижные) дзига. тели устанавливаются нз автомобнлнх, тракторах, самолетах, судах, локомотивах н других персдви>кных установках.
ДВС особенно незаменимы в местах, не охваченных сетью районных электро- турбины обычно удается сделать одноступенчатымн, что упроцгает конструкцию. Радиальные расширительные машины имеют производительность от 0 03 до 15 кг/с и отношение начального давления к конечному от 4 до 30, Ч> стога вращения вала достигает 25)0 1/с (150 000 об/мин). Одноступенчатая радиальная реактивная расширительная машина вгервые была предложена академиком П. П.
Капицей для систем глубокого охлан денна газов в 1931 г. станций: леспромхозах, геологораг ведочных партиях н др Мощность существующих стационарныхх двигателей составляет от 20 до 3500 кВт (имееются единичные агрегаты мощностью 20 МВт), а общая мо цность поршневых двигателей в настоящ.е время значительно превышает мо цность всех электростанций (15). Принципиальная схема ДВС представлена на рнс. 21.1. Основным ~лементом любого поршневого двигател г является цилиндр 4 с поршнем 5, соединенным посредствам кривошипно-ша"унного Рис. 21.1 Прчнципиз>шнзн схема по1 шнезога двигателя внутреннего сгорания механизма с внешним потребителем работы.
((илиндр (или блок цилиндров) монтируется на верхней части картера ! и сверху закрыт крышкой, в которой установлены впуснной 2 и выпускной 3 клапаны и злектрическая свеча зажигания (в карбюраторном и газовом двигателях) или форсунка (в дизеле). В зарубашечном пространстве цилиндра и его головки циркулирует охлаждающая жидкость. В картере монтируется коленчатый вал, кривошип 7 которого подвижно соединен с шатуном 5. Верхняя головка шатуна сочленена с поршнем, который совершает прямолинейное возвратно-поступательное движение в цилиндре.
Кроме основных деталей двигатель имеет ряд вспомогательных механизмов для подачи топлива (топливные насосы, смесительные устройства, фильтры, топливные баки, регулятор), смазки (масляные насосы, фильтры, масляные баки, масленки), охлаждения (водяные насосы, водяные баки, радиаторы) и другие устройства, необходимые для его обслуживания. Вспомогательные механизмы приводятся в движение от коленчатого вала. Крайние положения поршня называют верхней мертвой точкой (ВМТ) и нижней мертвой точкой (НМТ).
Ход поршня от ВМТ до НМТ называют тактом. Объем, описываемый поршнем за один ход, является рабочим объемом цилиндра, У„=лйн374 (Π— диаметр цилиндра, 3 — ход поршня). Сумму рабочих объемов всех цилиндров двигателя в литрах называют литражом двигателя. Объем У, над поршнем, находящимся в ВМТ, называют объемом камеры сгорания. Полный объем одного цилиндра Ув = Ув+ Ук отношение е = Ун/У,— степень сжатия. Анализ рабочего цикла в ДВС обычно производят с помощью индикаторной диаграммы, на которой графически изображена зависимость давлении в цилиндре от объема, занятого газом, или положения поршня. При работе ДВС индикаторная диаграмма записывается присоединенным к нему специальным прибором — индикатором.
!7В Различают два типа поршневых Д В С вЂ” ч е т ы р е х т а к т н ы е и д в у дт.а.кхзхы е. У четырехтактного двигателя, индикаторная диаграмма которого изображена на рис. 2!.2, а, отдельным процессам соответствуют. 0-! всасывание топливной смеси (1-й такт); 1-2 — сжатие смеси (2-й такт); 2-3— сгорание+3-4 — расширение продуктов сгорания+4-5 — выхлоп (3-й такт); 5- 0 — выталкивание продуктов сгорания (4-й таит).
Из всек четырех тактов, составляющих цикл, только в третьем получается полезная работа, а остальных трех тактах работа затрачивается, У двухтактного двигателя отдельным процессам соответствуют (рис 21.2, б): 0-! — продувка и введение новой порции смеси+7-2 — сжатие (1-й такт); 2-3— сгорание+3-4 — расширение+4-0— выхлоп (2-й такт). В двухтактном двигателе очистку цилиндра от остаточных газов и наполнение его свежим зарядом выполняют продувочным воздухом через шлицы, открываемые поршнем. Двигатели с «м г нове иным сг'ойаниемн топлива (карбюраторные и газовыйх, Первый газовый двигатель был построен Отто (1676 г.), а первый карбюраторный двигатель был создан моряком русского флота О.
С. Костовичем (1879 г.). В цилиндр такого двигателя всасывается готовая горючая смесь, которая в нужный момент поджигается от внешнего источника (злектрической искры высокого напряжения, ях -ч ш ц) Рнс 2! 2. Индикаторная анаграмма четырех. тнктного (а) и днухтактного (б) двигателей: А — выауснное окна; Б — продуваннас окно раскаленного шара). Время сгорания готовой смеси очень мало, в связи с чем допустимо считать, что процесс сгорания осуществляется прн (почти) постоянном объеме. Как было установлено ($6.2), теоретический КПД цикла с У= сопж зависит только от степени сжатия е. На предельные значениг(г ограничены условиями самовоспламенения топлнвоваздушной смеси прн сжатии.
У современных бензиновых двигателей а.=б ! 11, у газовых е=б —:10. Расчеты показывают, что для е=!0 термический КПД цикла г(,=061. Двигателя со сгоранием топлива при (почтн) постояй нам данден н н (компрессорные днувлн). Создание такого двигателя связано с именем Р. Дизеля (1898 г.). В цилиндре двигателя сжнмаетсн чистый воздух.
В конце сжатия в цилиндр впрыскинается топливо, которое в процессе смешении с горячим воздухом воспламеняется н сгорает прн р сопЫ Для распыла топлива, подаваемого в цилиндр, используют воздух, сжатый в компрессоре до давления, в 1,2 — 2 раза превышающего давление в цилиндре (отсюда и произошло название лкомпрессорные дизели»).
Такие двигатели имеют ряд конструктивных недостатков (налнчие компресса. ра для распыла топлива, сложное устройство форсунок и др.) и в настоящее время не строятся. Двигатели со смешанным сгоранием топлива (бескомп р е с с о р н ы е д н э е л н). В цнлннд. ре этого двигателя тоже сжимается чистый воздух, а жидкое топливо, сжатое насосом до давлений около 30— 40 МПа, подается в форсунку, через которую оно в мелкораспыленном виде раэбрызгнвается в цилиндр в конце такта сжатия. Топливо, попадая в воздух, нагретый в процессе сжатия до температуры, превышающей температуру воспламенения, сгорает по мере ввода его в цилиндр сначала (почти) при У= сопл!, а затем прн (почти) р= сопзЕ Наиболее целесообразным считается конструирование компрессорных дизелей с е= 13 †; 18, так как дальнейшее повышение степени сжа- тня незначительно увеличивает г),.
Например, при увеличенин е от 13 до 20 т(~ повышается на 7 9л, а механическпе напряжения деталей возрастают почти в 2 раза. Все типы двигателей могут выполняться как четырехтактнымн, так и двухтактными. 21.2. СМЕСЕОБРАЗОВАНИЕ В ДВС. ПРИМЕНЯЕМЫЕ ТОПЛИВА Подготовка смеси топлива с поздухом в необходимых пропорциях, о !еспечивающнх наиболее эффективное горение, называется смесеобразов! пнем. Различают двигатели с в н е ц н и м н внутренним смесеобразованием. К ДВС с внешним смесеобраэованнем относятся карбюраторные и н жоторые газовые двигатели.
В двигагелях, работающих на бензине, смесь тот~ вится в карбюраторе. Простейший карбюратор, принципиальная схема которого показана на рнс. 21.3, состоит нз поп.!анко. вой и смесительной камер. В поп.~авковай камере помещается латунньй поплавок С укрепленный шарнирго на оси 3, н игольчатый клапан 2, кот >рымн поддерживается постоянный у(~овень бензина. В смеснтельной камере >асположен днффузор б, жнклер 4 с ра< пылителем 5 и дроссельная заслонка 7. Жнклер представляет собой пробку с <алиброванным отверстием, рассчнтанн ям на протекание определенного коли <ества топлива. Рис 21.3. Принципиальная схема нрс »гейше.
го карбюратора 179 Когда поршень движется вниз и впускной клапан открыт, во впускном трубопроводе и смеснтельной камере создается разрежение, и под действием разности давлений в поплавковой и смесительной камерах из распылителя вытекает бензин. Одновременно через смесительную камеру проходит поток воздуха, скорость которого в суженной части диффузора (там, куда выходит конец распылителя) достигает 50 в 150 и/с. Бензин мелко распыливается в струе воздуха н, постепенно испарнясь, образует горючую смесь, которая по впускному трубопроводу поступает в цилиндр.
Качество горючей смеси зависит от соотношения количеств бензина н воздуха. Горючая смесь может быть нормальной (15 кг воздуха на ! кг бензина), бедной (более 17 кг/кг) и богатой (менее 13 кг/кг). Количество и качество горючей смеси, а следовательно, мощность и число оборотов двигателя регулируются дроссельной заслонкой и рядом специальных приспособлений, которые предусматриваются в сложных многожнклерных карбюраторах.
К ДВС с внутренним смесеобразованием относятсн дизельные двигатели. На процессы смесеобразования, происходящие непосредственно в цилиндре, отводится незначительное время — от 0,05 до 0,001 с; это в 20 — 30 раз меньше времени внешнего смесеабразавания в карбюраторных двигателях. Подача топлива в цилиндр дизеля, последующее распыливание и частичное распределение по объему камеры сгорания производятся топливоподающей аппаратурой — насосом и форсункой. Современные дизели имеют форсунки, где число сопловых отверстий диаметром 0,25 в ! мм доходит до десяти Бескомпрессорные дизели бывают с неразделенной и разделенной камерами сгорания.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
