Файл: OSNOVNOJ.docx

4. Выпуск - четырёхтактный двигатель

После НМТ такта рабочего хода поршня четырёхтактного двигателя открывается выпускной клапан, и поднимающийся поршень вытесняет отработанные газы из цилиндра двигателя. При достижении поршнем ВМТ выпускной клапан закрывается и четырёхтактный цикл начинается сначала.

Таким образом 1 рабочий цикл 4-х тактного двигателя происходит за 2 оборота коленчатого вала (720° его поворота). Необходимо также помнить, что следующий процесс (например, впуск), необязательно должен начинаться в тот момент, когда закончится предыдущий (например, выпуск). Такое положение, когда открыты сразу оба клапана (впускной и выпускной), называется перекрытием клапанов. Перекрытие клапанов необходимо для лучшего наполнения цилиндра/-ов горючей смесью, а также для лучшей очистки цилиндра/-ов четырёхтактного двигателя от отработанных газов. 

7. Принцип работы газовой турбины.

. Рабочим телом газовых турбин, работающих по открытому циклу, являются продукты сгорания топлива, а рабочим телом газовых турбин, работающих по закрытому циклу,— чистый воздух или газ, непрерывно цирку­лирующий в системе. На судах применяют газотурбинные уста­новки (ГТУ), работающие по открытому циклу, со сгоранием топ­лива при постоянном давлении (р = const) и ГТУ, работающие по закрытому циклу.

В настоящее время судовые ГТУ выполняют двух типов: 1) турбокомпрессорные и 2) со свободно-поршневыми генераторами газа (СПГГ).

Компрессор 9 засасывает чистый атмо­сферный воздух, сжимает его до высокого давления и подает по воздухопроводу 3 в камеру сгорания 2, куда одновременно через форсунку 1 поступает топливо. Топливо, смешиваясь с воздухом, образует рабочую смесь, которая сгорает при р = const. Образо­вавшиеся продукты сгорания охлаждаются воздухом и направля­ются в проточную часть турбины. В неподвижных лопатках 4 про­дукты сгорания расширяются и с большой скоростью поступают на рабочие лопатки 5, где происходит преобразование кинетиче­ской энергии газового потока в механическую работу вращения вала. По патрубку 6 отработавшие газы уходят из турбины. Газо­вая турбина приводит во вращение компрессор 9 и через редук­тор 7 гребной винт 8. Для запуска установки используется пуско­вой двигатель 10, который раскручивает компрессор до минималь­ной частоты вращения.

Для повышения экономичности работы ГТУ применяют реге­неративный подогрев воздуха, поступающего в камеру сгорания, либо ступенчатое сгорание топлива в нескольких последователь­ных камерах сгорания, которые обслуживают отдельные турбины. Из-за конструктивной сложности ступенчатое сгорание применяют редко. С целью повышения эффективного к. п. д. установки наряду с регенерацией используют двухступенчатое сжатие воздуха, при этом между компрессорами включают промежуточный охладитель воздуха, что сокращает потребную мощность компрессора высо­кого давления.

В ГТУ закрытого цикла отработавшее рабочее тело не посту­пает в атмосферу, а после предварительного охлаждения вновь направляется в компрессор. Следовательно, в цикле циркулирует рабочее тело, не загрязненное продуктами сгорания. Это улуч­шает условия работы проточных частей турбин в результате чего повышается надежность работы установки и увеличивается ее мо­торесурс. Продукты сгорания не смешиваются с рабочим телом и поэтому для сжигания пригодно топливо любого вида.

8. Особенности рабочего процесса двигателей тяжелого топлива

Двигателями тяжелого топлива или двигателями с воспламенением от сжатия называются ДВС, работающие с самовоспламенением тяжелого топлива, впрыскиваемого в цилиндр двигателя в конце сжатия

Под тяжелым топливом обычно понимают жидкое нефтяное топливо – керосин, газойль, соляровое масло – менее летучее (т.е. хуже испаряющееся), чем бензин.

Самовоспламенение топлива в двигателях обеспечивается применением высоких степеней сжатия (ε = 13-18), благодаря которым температура воздуха в цилиндре в конце хода сжатия повышается до величины, достаточной для получения своевременного самовоспламенения топлива при соответствующем давлении.

Обычно подача топлива в цилиндр двигателя с воспламенением от сжатия начинается за 20-40⁰ до ВМТ в конце хода сжатия. Величина опережения впрыска существенно сказывается на протекании рабочего процесса: чем ближе к ВМТ начинается впрыск топлива, тем большее количество топлива сгорает после ВМТ в процессе расширения, что приводит к ухудшению экономичности двигателя. Увеличение опережения впрыска обычно связано с улучшением экономичности, но приводит к возрастанию максимального давления сгорания. Чрезмерное опережение впрыска, приводящее к максимальному повышению давления газов еще при движении поршня к ВМТ, связано с резким ухудшением экономичности и снижением мощности двигателя. Таким образом, изменение момента подачи топлива в цилиндр является одним из наиболее существенных элементов регулирования рабочего процесса двигателя тяжелого топлива.

Достаточно полное сгорание топлива при его подаче в цилиндр в конце хода сжатия даже в мелкораспыленном виде возможно при сравнительно большом общем избытке воздуха в камере сгорания. Поэтому в авиационных двигателях тяжелого топлива коэффициент избытка воздуха на номинальном режиме равен примерно 1,5-1,8. Уменьшение коэффициента α ниже этих значений, как правило, приводит к резкому уменьшению полноты сгорания, догоранию на выхлопе, перегреву и общему снижению экономичности и надежности работы двигателя. Следует отметить, что если в двигателях с искровым зажиганием возможный предел обеднения ТВС соответствует величине α = 1,2-1,3, то в двигателях с воспламенением от сжатия возможное обеднение смеси практически неограничено.

Совместное влияние обеднения смеси и повышенной степени сжатия приводит к тому, что удельный расход топлива у этих двигателей получается на 20-39% меньше, чем у двигателей легкого топлива. Однако работа с большим избытком воздуха сопровождается понижением литровой мощности, получаемой при том же наддуве. В результате двигатель тяжелого топлива оказывается более тяжелым, чем двигатель легкого топлива (при той же общей мощности). Выполненные конструкции двигателей тяжелого топлива имеют на 30-50% больший удельный вес, чем двигатели легкого топлива.

Таким образом, высокая степень сжатия и большое значение коэффициента избытка воздуха двигателей тяжелого топлива обусловливают их основные преимущества и недостатки: высокую экономичность и большой удельный вес конструкции.

Специфические свойства тяжелых углеводородных топлив – более высокая температура вспышки и большой удельный вес – обусловливают дополнительные преимущества двигателей тяжелого топлива: пониженную пожарную опасность в эксплуатации и меньший объем топливных баков при одинаковом весе запасаемого топлива.

9. Что такое "качественное" и "количественное" регулирование двс?

В стационарных двигателях число оборотов при изменении нагрузки должно по возможности сохраняться постоянным. Для этого при различных нагрузках необходимо увеличить или уменьшить количество топлива, подаваемого в рабочие цилиндры, что обеспечивается соответствующим регулированием. В зависимости от конструкции и системы двигателя регулирование может быть количественным, качественным и пропусками вспышек в цилиндре. При количественном регулировании изменяется количество смеси воздуха и топлива, подаваемого в цилиндр, без изменения состава смеси (желательно наивыгоднейшего). Этот способ регулирования обычно применяется в карбюраторных или газовых двигателях.

При качественном регулировании изменяется количество топлива без изменения количества воздуха. Такой способ регулирования применяется в дизелях. Здесь количество поступающего в цилиндр воздуха можно считать одним и тем же при всех нагрузках, количество же впрыскиваемого в цилиндр жидкого топлива (подаваемого насосом) меняется в зависимости от нагрузки

10. Кривошипно-шатунный механимзм

Основным звеном, воспринимающим работу газовых сил и передающим ее для использования, является кривошипно-шатунный механизм (рис.2), состоящий из поршня,

шатуна кривошипа коленчатого вала.

Кривошипно-шатунный механизм преобразует возвратно-поступательное движение поршня во вращательное движение коленчатого вала.

1 – поршень; 2 – шатун; 3 – кривошип коленчатого вала

При вращении коленчатого вала поршень, перемещаясь в цилиндре, достигает двух крайних положений, одно из которых, наиболее удаленное от оси коленчатого вала, называется верхней мертвой точкой (ВМТ), второе, наиболее близкое к оси коленчатого вала, называется нижней мертвой точкой (НМТ).

Положение ВМТ и НМТ определяется размерами шатуна и кривошипа. Основным размером шатуна является длина (L). Длиной шатуна называется расстояние от оси его верхней (поршневой) головки до оси нижней (кривошипной) головки. Размер кривошипа характеризуется его радиусом (R). Радиусом кривошипа называется расстояние от оси коренной шейки до оси шатунной шейки. Расстояние от ВМТ до НМТ называется ходом поршня (S). Ход поршня S = 2R соответствует 180⁰ по углу поворота коленчатого вала.