Рабочий процесс парогаза в цилиндре поршневого двигателя. Индикаторная диаграмма

Парогазовая смесь, поступающая из ПГГ, подводится посредством золотников (клапанов) то в одну, то в другую полость цилиндра, заставляя поршень со штоком и ползуном совершать возвратно-поступательное прямолинейное движение, которое затем с помощью шатуна и кривошипа преобразуется во вращательное движение гребных валов с винтами.

График, изображающий сочетание элементарных термодинамических процессов, из которых состоит цикл парогаза в двигателе, называется индикаторной диаграммой.

Рассмотрим теоретическую индикаторную диаграмму рабочего процесса поршневого двигателя с начальным давлением Р₁ и противодавлением Р₄ (рис. 8). При крайнем левом положении поршня открывается клапан на впуск и свежий парогаз заполняет так называемое вредное (мертвое) пространство V₀. Под действием упругости парогаза поршень будет перемещаться вправо, а цилиндр — заполняться свежим парогазом (линия 1-2). После отсечки впуска в цилиндре начнется расширение парогаза, которое закончится с приходом поршня в крайнее правое положение (линия 2-3). В этот момент открывается клапан на выпуск, давление в цилиндре падает до P₄ (линия 3-4) и оставшийся парогаз выталкивается из цилиндра (линия 4-5). Прекращение выталкивания парогаза до прихода поршня в крайнее положение и сжатие отработавшего парогаза (линия 5-6) необходимы как для создания упругого буфера в цилиндре, так и для плавного хода машины. Кроме того, это приводит к повышению температуры парогаза, вследствие чего поступающий в цилиндр свежий парогаз будет подвергнут меньшему охлаждению и конденсации.

Рис. 8. Теоретическая индикаторная диаграмма

В крайнем левом положении поршня открывается впускной клапан и происходит впуск свежего парогаза в цилиндр, давление в котором увеличивается до значения Р₁ (линия 6-1).

Таким образом, теоретический рабочий процесс поршневой машины осуществляется за два хода поршня, т. е. за один оборот кривошипа (коленчатого вала), а теоретическая индикаторная диаграмма его представляется циклом 1234561. Если машина имеет вторую рабочую полость с правой стороны, то аналогичный цикл будет осуществлен и в этой области.

Действительная индикаторная диаграмма не совпадает с теоретической, так как в действительном процессе имеется ряд потерь (рис. 9). Открытие и закрытие впускных клапанов происходят не мгновенно, а постепенно, при этом имеет место мятие парогаза, сопровождающееся некоторым понижением давления.

Рис.9.Действительная индикаторная диаграмма.

Действительная линия расширения (и сжатия) отклоняется от теоретической, так как процесс расширения (и сжатия) сопровождается теплообменом и поэтому не является адиабатным. Начало выпуска отработавшего парогаза и впуска свежего начинается с некоторым опережением, т е. до прихода поршня в крайнее положение. В результате этих особенностей получается круговой цикл, который и представляет собой действительную индикаторную диаграмму поршневой машины.

Следовательно, действительная индикаторная диаграмма (рис. 9.) вписывается в теоретическую диаграмму и по площади меньше последней на величину заштрихованных площадок.

Участки действительной индикаторной диаграммы соответствуют следующим физическим процессам: 1-2 — наполнение или впуск, 2-3 — расширение парогаза, 3-4 — предварение выпуска, 4-5 — выпуск, 5-6 — сжатие, 6-1 — предварение впуска.

В расчетах удобнее оперировать не с абсолютными величинами объемов Vi, а с относительными величинами, выражающими отдельные фазы газораспределения. Для этого каждый из помеченных объемов относят к рабочему объему цилиндра V_ц и получают относительные объемы ε_i,.

В процессе разработки торпедных двигателей надлежит построить индикаторную диаграмму и выбрать значения ε_i; такими, чтобы двигатель мог обеспечить необходимую мощность.