сгоранием топлива (цикл Тринклера)

В 1898г. запатентовал, а в 1904г. построен двигатель, в котором сочетались основные положительные стороны двигателей Отто и Дизеля.

1. Камера сгорания топлива (К);

2. Предкамера сгорания (П);

3. Форсунки;

4. Канал малого сечения.

При сжатии воздуха его давление в камере сгорания увеличивается быстрее чем давление в предкамере вследствие того, что при перетекании воздуха из камеры в предкамеру в каналах малого сечения 4 возникает большое сопротивление истечению. Струи воздуха, врывающиеся в предкамеру, способствуют распылению топлива. При подходе поршня к крайнему левому положению топливо самовоспламеняется (Р_{воздуха}=30÷40атм, ε =18÷20, t=600÷800°C) и частично сгорает при постоянном объеме (в предкамере). Давление в предкамере быстро растет и направление потока изменяется. Несгоревшее топливо перетекает из предкамеры в камеру и догорает там при постоянном давлении.

Таким образом, двигатель Тринклера отличается от двигателя Дизеля лишь способом распыления топлива. Дорогой, ненадежный, съедающего часть мощности двигателя Дизеля компрессор заменен в двигателе Тринклера дешевой, надежной и не требующей мощности предкамерой.

(2-3) изохорный процесс частичного сгорания топлива в предкамере;

(3-4) изобарное догорания топлива в камере;

(4-5) адиабатное расширение продуктов сгорания;

(5-1) изохорный выхлоп.

Параметры цикла:

; ; ;

Термический КПД двигателя Тринклера при k=const растет с увеличением ε и λ и уменьшением . Процесс 2-3 для этого нужно удлинять, а 3-4 - сокращать. Цикл Тринклера – обобщающий, а циклы Отто и Дизеля являются его частными случаями. Так, при он превращается в цикл Отто, при – в цикл Дизеля.

Двигатели Отто менее экономичны, чем двигатели Дизеля и Тринклера. Они применяются в легковом транспорте только из-за малых габаритов. Большинство современных ДВС работают на тяжелом топливе по циклу Тринклера, так как эти двигатели проще и надежнее, чем Дизели из-за отсутствия компрессора.

Так, двигатели Тринклера применяются на большегрузных автомо-билях (МАЗ, КРАЗ, КАМАЗ и т.д.), автобусах (Икарус и т.д.), тепловозах и т.д., тогда как двигатель Дизеля из широко известных моделей применяется лишь на японском большегрузном автомобиле фирмы КАМАЦУ.

Сравнение циклов ДВС

(у Тринклера) растет с увеличением , и уменьшением . Циклы ДВС целесообразно сравнивать в условиях одинаковых допустимых термических и механических напряжений. При этом Т отводимого тепла, количество продуктов сгорания, как и весь процесс выхлопа, во всех циклах тоже одинаковы.

Т_max= const

(1-2-3-4) – цикл Отто;

(1-2'-3-4) – цикл Дизеля;

(1-2''-3'-4) – цикл Тринклера.

Двигатели Отто менее экономичны, чем двигатели Дизеля. Они применяются в легковом транспорте. Большинство современных ДВС работают на тяжелом топливе по циклу Тринклера, так как эти двигатели проще и надежнее чем Дизели из-за отсутствия компрессора.

Способы увеличения мощности ДВС.

Форсировка – это увеличение частоты вращения вала и/или увеличение среднего давления в цилиндре. Она достигается увеличением количества сжигаемого топлива, для чего следует увеличивать и весовой заряд водуха поступающего в цилиндр. На это направлены:

– надув-подача воздуха в цилиндр под давлением;

– повышение плотности воздуха путем его охлаждения перед поступлением в цилиндр;

– продувка – очистка камеры сжатия от остатков продуктов сгорания.

Различают следующие виды надува:

– механический с приводом воздушного нагнетателя (поршневого или ротационного) от двигателя;

– газотурбинный с использованием энергии отработанных газов (труба надув).

– комбинированный.

Двухтактный карбюраторный двигатель

внутреннего сгорания

1 такт: расширение – выпуск (совершается работа)

2 такт: впрыск – сжатие.

1. Впускное окно;

2. Выпускное окно;

3. Компрессор.

При движении поршня НМТ – ВМТ поршень отсекает камеры сжатия, оба окна сжимают горючую смесь, которая в конце такта воспламеняется от искры.

Преимущества:

– теоретическая мощность выше в два раза (фактическая в 1,5 раза вследствие потери рабочего хода поршня на выхлоп);

– простота конструкции (нет клапанов, маховика);

– равномерность хода.

Недостатки:

– большие термические и механические напряжения в деталях двигателя;

– потеря свежей горечей смеси через выпускное окно.

Работают по тем же циклам.

Применяются в: мопедах, мотоциклах, лодочных и других малогабаритных установках. Гораздо шире применяются двухтактные дизельные двигатели, в которых продукты сгорания вытесняются воздухом, что позволяет избежать потерь смеси.

ЦИКЛЫ ГАЗОТУРБИННЫХ УСТАНОВОК

(ГТУ)

Преимущества ГТУ перед ДВС:

– ротационный (вращательный) принцип работы. Возможность увеличения мощности за счет увеличения частоты вращения ротора;

– полное расширение продуктов сгорания до давления окружающей среды;

– отсутствие водяного охлаждения, малый расход смазочных материалов;

– простота конструкции и эксплуатации;

– малые габариты и вес.

Различают следующие циклы ГТУ:

– со сгоранием топлива при постоянном давлении;

– со сгоранием топлива при постоянном объеме.

Циклы ГТУ со сгоранием топлива

при р= const

 

 

 

1. камера сгорания;

2. газовая турбина;

3. воздушный компрессор;

4. выходные сопла;

5. топливный насос;

6. топливный бак;

7. воспламенение;

8. форсунки;

9. потребитель.

 

Атмосферный воздух поступает в компрессор 3, где адиабатно сжимается и подается в камеру сгорания 1, сюда же поступает топливо из бака 6, через форсунки 8 с помощью насоса 5. Горючая смесь горит постоянно. Продукты сгорания попадают в сопла 4, где адиабатно расширяются и одновременно разгоняются до большой скорости. Из сопел 4 газ попадает на лопатки турбины 2 и выбрасывается в атмосферу.

 

 

 

– степень повышения давления воздуха в камере.

(1-2) адиабатное сжатие воздуха в камере;

(2-3) изохорное сгорание топлива в камере;

(3-4) адиабатное расширение продуктов сгорания;

(4-1) условно вводимый процесс охлаждения системы до первоначального состояния.

– термический КПД ГТУ.

 

КПД ГТУ растет при увеличении степени давления в компрессоре, но при этом увеличивается расход мощности на привод компрессора. будет расти и при увеличении t воздуха поступающего компрессором в камеру сгорания t₂. Поэтому для его нагревания на выходе из турбины устанавливают теплообменник, в котором тепло отработанных газов [t=400-500⁰C] нагревает воздух от компрессора.

 

 

 

Таким образом, осуществляется регенерация тепла в пределах цикла.

 

Цикл ГТУ со сгоранием топлива

при v= const

Схема такая же как и р= const.

Камера сгорания – импульсное устройство зажигания топлива и три запорные клапана:

1. топливный;

2. воздушный;

3. сопловый.

 

 

Клапаны поочередно открываются и обеспечивают постоянный объем при сгорании топлива 2-3 изохорное сгорание топлива в камере сгорания.

Остальные процессы те же, что и при р= const.

 

ЦИКЛЫ РЕАКТИВНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Классификация реактивных двигателей:

1. воздушно-реактивные двигатели (ВРД), в которых для горения топлива используется кислород атмосферно воздуха:

– прямоточные ВРД (ПВРД);

– импульсные ВРД (ИВРД);

2. турбовоздушный РД (ТВРД)

3. мото-реактивне двигатели (МРД);

4. турбовинтовой двигатель (ТД);

5. ракетные двигатели (РД), в которых необходимый для топлива окислитель (находится на борту летательного аппарата):

– жидкостные РД (ЖРД);

–твердотопливные РД (ТРД).

 

Цикл ПВРД

 

 

Встречный поток воздуха со скоростью W₁ сжимается в диффузоре 1, только вследствие торможения. Затем воздух прямым потоком направляется в камеру сгорания 2, куда форсунками 4 подается топливо. Образующиеся продукты сгорания расширяются в выходных соплах 3 и совершают работу по перемещению летательного аппарата.

 

 

1-2 адиабатное сжатие воздуха в диффузоре;

2-3 изобарное сгорание;

3-4 адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах;

4-1 условный процесс.

 

– степень повышения давления воздуха в диффузоре.

Важной характеристикой реактивных двигателей является критерий Маха:

,

где а – скорость звука, м/с.

При до звуковых скоростях М<1.

ПВРД не экономичный.

Недостаток: отсутствие силы тяги при путевой скорости аппарата.

 

Цикл ТВРД

 

1. диффузор;

2. компрессор;

3. камера сгорания;

4. турбина;

5. сопла.

 

 

1- а адиабатное сжатие в диффузоре;

а -2 адиабатное сжатие в компрессоре;

2-3 изобарное сгорание топлива;

3- b адиабатное расширение в турбине;

b -4 адиабатное расширение в соплах;

4-1 условный процесс.

 

– степень повышения давления в диффузоре и компрессоре.

КПД ТВРД выше чем у прямоточных за счет дополнительного сжатия воздуха в компрессоре, а число Маха ниже в следствии частичного расширения продуктов сгорания в турбине.

 

 

Жидкостно-ракетный двигатель

 

1. жидкое топливо;

2. жидкий окислитель;

3. насосы;

4. камера окисления;

5. сопла.

 

ХОЛОДИЛЬНЫЕ УСТАНОВКИ

 

В холодильных установках тепло переходит от тел менее нагретых к более нагретым. Такой не естественный процесс, по второму закону термодинамики требует компенсирующего процесса связанного с притоком энергии извне в виде работы, теплоты, электроэнергии и так далее.

Эффективность работы оценивается холодильным коэффициентом:

,

где – тепло отнятое от теплового объекта;

– энергия, затраченная на совершение цикла извне.

Холодильные установки работают по обратным циклам. Идеальный цикл – обратный цикл Карно.

Применяемые рабочие тела, хладагенты:

– аммиак;

– углекислота;

– фреоны (Hn), низко кипящие жидкости с большой удельной теплотой преобразования (вода, воздух и т.д.).

 

Воздушно-холодильная установка

 

 

 

1. воздушный компрессор;

2. охладитель воздуха;

3. расширительная камера;

4. холодильная камера.

 

1-2 адиабатное сжатие воздуха в компрессоре;

2-3 изобарное охлаждение воздуха в охладителе;

3-4 адиабатное охлаждение воздуха в детандере;

4-1 изобарный процесс отвода тепла в охлаждающий объект.

 

Паровая компрессорная холодильная установка

 

 

Насыщенный пар хладагента адиабатно сжимается в компрессоре 1 и поступает в конденсатор 2, где охлаждается и полностью конденсируется. При дроссилировании 3 жидкий хладагент частично испаряется с понижением температуры и давления. Процесс испарения завершается в испарителе 4, где и отнимается тепло у охлаждающихся объектов (аммиак фреон).

 

 

Абсорбционая холодильная установка

 

 

В парогенераторе 1 из концентрированного водоаммиачного раствора за счет подвода теплоты до выпаривается аммиак. В конденсаторе 2 пар охлаждается и конденсируется. При дросселировании 3 жидкий аммиак частично испаряется с понижением температуры и давления. В испарителе 4 парожидкостная смесь продолжает испаряться, отнимая тепло от охлаждающегося тела. Образовавшийся пар направляется в абсорбер 5 и растворяется в охлажденной воде поступающей через дроссель 7. Полученный раствор перекачивается насосом 6 в парогенератор 1. Цикл повторяется.

НОВЫЕ ПРИНЦИПЫ ПОЛУЧЕНИЯ ХОЛОДА

Установка Ранка-Гильша

(вихревая труба)

 

 

В трубу 2 через сопла 1 тангенциально (по касательной) подводится сжатый воздух от компрессора. Приобретая сложное винтовое движение, периферийные слои воздуха нагреваются, а в центральной части трубы падает и температура снижается. Холодный воздух отводится.

Термоэлектрический метод

Термоэлектрический метод основан на использовании эффекта Пельтье

	Т1

 

При прохождении тока через спаянные проводники в метах спаек возникает разность температур. Применяемые материалы – полупроводники (сурьма, висмут).

Тепловой насос

Принцип работы, как и у холодильника. Но работает тепловой насос в другом температурном диапазоне.

Холодильник: теплоотдача – охлаждающийся объект – теплоприемник – атмосфера.

Тепловой насос: теплоотдача – атмосфера – теплоприемник – обогреваемый объект.

Date: 2016-02-19; view: 1177; Нарушение авторских прав