Файл: Otvety_1-28.docx

На этом же рисунке изображен теоретический цикл рассмот­ренной ГТУ в координатах р — ? и S — Т: AВ — процесс сжатия воздуха в компрессоре; ВС—сгорание топлива при постоянном давлении в камере сгорания; СД— расширение газа в турбине, ДА — отвод тепла от отработавших газов.

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.

На рис. 102 дана схема простейшей газотурбинной установки со сгоранием топлива при р = const и регенерацией тепла. Воздух, сжатый в компрессоре 1, проходит через регенератор 2 в камеру сгорания 3, где подогревается за счет тепла отработавших газов, покидающих турбину 4 со сравнительно высокой температурой. Действительный цикл этой установки показан на диаграмме S—Т (рис. 103): процесс сжатия воздуха в компрессоре 1—2; нагрев воздуха в регенераторе, сопровождаемый падением давления от р₂ до р₄ 2 — 3; подвод тепла в процессе сгорания топлива 3 — 4; действительный процесс расширения газа в турбинах 4—5; охлаж­дение газов в регенераторе, со­провождаемое потерей давле­ния р₅—р₁ 5—6; выпуск га­зов— отвод тепла 6—1. Коли­чество тепла, полученное воз­духом в регенераторе, изобра­жается площадью 2'—2—3—3', а количество тепла, отданного отходящими газами в регенераторе, площадью 6'—6—5—5'. Эти площади равны между собой.

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.