Файл: Термодинамические основы теории тепловых машин учеб. пособие.pdf

Из формулы (152) следует, что термический к. н.д. смешанного цикла возрастает с увеличением г и X и с уменьшением р.

Влияние е и р на t\t смешанного цикла в принципе такое же, что и для рассмотренных выше циклов.

Влияние степени повышения давления X на t\t смешанного цикла при неизменных величинах е и AQ2 показано на рис. 59. Как видно, увеличение X приводит к уменьшению р и повышению rlt.

Действительно,

пл. 1 — a — b — 2 — 1

пл. 1 — с — у — z ~ 2 — 1

§ 5. СРАВНЕНИЕ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ ЦИКЛОВ ПОРШНЕВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ

Для сравнения рассмотренных циклов воспользуемся диаграм­ мой Т—S, в которой, как уже отмечалось, наглядно (в виде соот­ ветствующих площадей) может быть представлено количество под­ водимого и отводимого тепла.

На рис. 60 изображены цикл а—с—z"—b—а с подводом тепла при V = const, цикл а—с—z—Ь—а с подводом тепла при р = const и цикл а—с—у —z'—Ь—а со смешанным подводом тепла при усло­ вии, что s и Д(?2 для всех циклов одинаковы.

Из рисунка видно, что при одинаковых степенях сжатия наибо­ лее экономичен цикл с подводом тепла при К-=эconst, так как в

154

этом случае подвод тепла осуществляется при наиболее высокой температуре и сообщенное рабочему телу тепло обладает наиболь­ шей начальной работоспособностью. Наименьший термический к.п. д. в этом случае имеет цикл с подводом тепла при р =■ const.

Однако сравнение циклов при одинаковых степенях сжатия не соответствует действительным условиям работы двигателей. По­ этому циклы поршневых двигателей внутреннего сгорания целесо­ образно сравнивать при одинаковых максимальных температурах

(рис. 61).

Очевидно, что в этом случае наибольшая степень сжатия, а сле­ довательно, и наибольший термический к. п. д. будут соответство­ вать циклу с подводом тепла при р =>const, а цикл с подводом теп­ ла при V — const окажется наименее экономичным.

Из диаграммы Т—5 видим, что

155

пл. 1 — a — b — 2 — 1

пл. 1 — с' —у — z — 2 —l > 'Ч*ѵ

пл. 1 — а —b —2 — 1

1 -

пл. 1 — c — z — 2 — 1

Поскольку в реальных условиях смешанный цикл и цикл с под­ водом тепла при р — const осуществляются с одинаковыми степе­ нями сжатия, то максимальная температура и термический к. п. д. смешанного цикла оказываются более высокими.

Следует иметь в виду, что в тех случаях, когда процессы сжатия и расширения — политропические и теплоемкость рабочего тела не остается постоянной, необходимо пользоваться формулами соотно­ шений параметров для политропического процесса, а к. п. д. цикла

AQi

AQi и AQ.2 следует понимать суммарные количества соответствен­ но подведенного и отведенного тепла в течение цикла.

§ 6. ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОГО ЦИКЛА

Работу, совершаемую газом внутри цилиндра за цикл, назовем цикловой и обозначим через Эта работа, как известно, изображается площадью диаграммы р— V цикла (рис. 62).

156

Для оценки эффективности использования рабочего объема цилиндра вводят удельный показатель цикловой работы, называе­ мый средним цикловым давлением.

Очевидно, что величина p t соответствует высоте прямоугольни­ ка 1—2—3—4—1, равновеликого площади диаграммы цикла и имеющего то же основание. Величину pt можно также вычислить по параметрам состояния рабочего тела в характерных точках цикла.

Поскольку цикловая работа равна алгебраической сумме работ

Р

157

Из формулы (154) видно, что среднее цикловое давление при смешанном подводе тепла к рабочему телу возрастает с увеличе-< нием р а, г, X и р.

Применительно к циклу с подводом тепла при V = const в фор­ мулу (154) следует подставить р ==■ 1, а для цикла с подводом тепла при p = const принять к=*1.

Для перевода pt в кгс/м2 следует пользоваться соотношением

1 кгсім2—19,81 Н/м2.

§ 7. СЖАТИЕ ГАЗА В ПОРШНЕВОМ КОМПРЕССОРЕ

Компрессоры — агрегаты, предназначенные для сжатия газов, находят самое широкое применение.

По конструктивным признакам компрессоры делят на объемные (поршневые и ротационные), лопаточные (центробежные и осевые) и эжекционные.

Несмотря на конструктивные различия компрессоров разных ти­ пов, термодинамические принципы их действия аналогичны.

Одноступенчатый поршневой компрессор

Одноступенчатый компрессор (рис. 63) представляет собой охлаждаемый цилиндр 1, внутри которого находится поршень 3. Посредством шатуна 2 поршень соединен с кривошипом вала. В го­ ловке цилиндра установлены впускной 5 и нагнетательный 4 кла­ паны.

При вращении вала компрессора от внешнего источника энергии поршень совершает возвратно-поступательное движение.

Объем Vh, описываемый днищем поршня при его перемещении от одной мертвой точки до другой, называется рабочим объемом ци­

компрессора показана на том же рис. 63.

Рабочий процесс компрессора осуществляется следующим обра­ зом. При движении поршня от н. м.т. к в. м.т. сначала на участке 1—2 осуществляется сжатие имеющегося в цилиндре воздуха. В точке 2 давление в цилиндре сравнивается с давлением р2 в на­ гнетательном патрубке и при дальнейшем перемещении поршня к в. м.т. на участке 2—3 через открытый нагнетательный клапан осу­ ществляется выталкивание сжатого воздуха. По мере приближения поршня к в. м. т. вследствие уменьшения его скорости перепад дав­ лений воздуха между цилиндром и нагнетательным патрубком уменьшается и при достижении поршнем в. м. т. (точка 3) становит­ ся равным нулю. По окончании выталкивания во вредном прост­ ранстве цилиндра остается сжатый воздух.

При движении поршня в обратном направлении нагнетательный клапан закрывается, и на участке 3—4 происходит расширение

1 5 8

оставшегося в цилиндре сжатого воздуха. В точке 4 давление в ци­ линдре становится равным атмосферному и при дальнейшем пере­ мещении поршня на участке 4—/ через открытый впѵскной клапан в цилиндр засасывается очередная порция воздуха. "

Обычно влиянием сопротивления клапанов пренебрегают и счи­ тают, что выталкивание сжатого воздуха осуществляется при по­ стоянном давлении р2, равном давлению в нагнетательном патруб­ ке, а всасывание — при постоянном давлении рj, равном давлению окружающей среды.

Поскольку на участках всасывания и выталкивания состояние воздуха теоретически не изменяется, то процессы 4— 1 и 2—3 не являются термодинамическими.

Наличие вредного пространства уменьшает количество засасы­ ваемого в цилиндр воздуха и снижает производительность компрес­ сора. В связи с этим вводят понятие объемного к. п. д. компрессора

■чего объема цилиндра заполняется засасываемым воздухом.

159

Цикловая подача воздуха (при условии Т і— Ті)

С увеличением вредного пространства и при повышении давле­ ния ра объемный к. п.д. компрессора уменьшается.

При работе компрессора на зарядку баллонов давление подачи сжатого воздуха будет постепенно повышаться (рис. 64), а произ­

водительность компрессора — уменьшаться. При давлении p j вса­

сывание воздуха в цилиндр прекращается и, начиная с этого мо­ мента, в цилиндре будет последовательно сжиматься и расширять­ ся одно и то же количество воздуха.

Уменьшение производительности с повышением давления сжа­ того газа и ограничение давления в одной ступени из-за опасности вспышки смазочного масла не позволяют применять одноступенча-

160