Действительные циклы энергетических установок энергетических установок Основные показатели энергетических

Лекция №3 Действительные циклы энергетических установок
Назначение, принцип работы и устройство механизмов, систем и узлов
энергетических установок Основные показатели энергетических
установок
Реализация теоретического цикла ДВС в реальных условиях без
существенных изменений и ввода дополнительных процессов становится
практически невозможной.
Основными препятствиями следует считать:
1. Жесткая ограниченность во времени. Например, осуществление
подвода или отвода теплоты при условиях постоянного объема, когда
поршень должен находится в верхней или соответственно нижней
мертвых точках.
2. Процессы сжатия и расширения, при условиях наличия высокого
перепада температур между рабочей смесью и стенками цилиндра не
могут носить адиабатный характер.
3. Продукты сгорания топливно-воздушной смеси предыдущего
цикла, не могут использоваться повторно, как рабочее тело. Отсутствие
окислителя в их составе не позволяет обеспечить окисления
составляющих паров топлива, как источника тепловой энергии.
С учетом перечисленных выше факторов, в реальных и действующих
циклах ДВС предусматривается два дополнительных процесса:
процесс выпуска и удаления отработавших инертных газов.
процесс наполнения рабочего объема цилиндра новой
свежей топливно-воздушной смесью для бензиновых двигателей с
воспламенением от электрической искры, или чистым воздухом для
дизельных двигателей.
Процессы сжатия и расширения для действительных циклов ДВС носят
политропный характер.
В реальных условиях не всегда обеспечивается полное и своевременное
выделение тепловой энергии поступающей в составе свежей смеси или при
впрыске топлива.
С учетом дополнительных условий рабочий цикл реального двигателя
предусматривает четыре процесса:
1. Процесс впуска и заполнения рабочего объема свежей рабочей
смесью.
2. Процесс
сжатия
и
предварительного
повышения
термодинамических параметров состояния рабочей смеси.
3. Процесс расширения и превращения тепловой энергии в
механическую работу.
4. Процесс выпуска и удаления отработавших газов.
Таким образом, основными процессами поршневого двигателя
внутреннего сгорания являются процесс впуска (наполнения объема
цилиндра свежей топливно-воздушной смесью или воздухом), процесс
сжатия рабочей смеси, процесс расширения под действием газовых сил и
процесс выпуска отработавших газов.
Все четыре процесса являются составной частью рабочего цикла
двигателя внутреннего сгорания и совершаются за два оборота коленчатого
вала, т. е. за четыре хода поршня.
Процесс сгорания топливно-воздушной смеси является составной
частью
физического
процесса
высокотемпературного
окисления
составляющих топлива при совершении термодинамического процесса
подвода теплоты и превращении тепловой энергии в механическую работу.
На каждый процесс отводится 1 ход поршня. Такие двигатели называют
четырехтактными.
Процесс впуска. Обеспечивает поступление и подготовку свежей
топливно-воздушной смеси в объем цилиндра. Поступление происходит
через впускной клапан под действием разрежения, возникающего в полости
цилиндра по мере перемещения поршня от ВМТ к НМТ.
Процесс сжатия. Обеспечивает повышение термодинамических
параметров состояния рабочего тела (воздух, топливно-воздушная смесь)
перед физическим процессом сгорания и подводом тепловой энергии.
Процесс сгорания. Сгорание топливно-воздушной смеси в условиях
двигателя
внутреннего
сгорания
представляет
собой
обычное
высокотемпературное окисление углеводородных соединений, входящих в
состав топлива, кислородом в составе воздуха. Процесс окисления носит
вырожденный цепной характер.
Процесс расширения. Процесс расширения, в большей степени,
представляет механическое перемещение поршня от ВМТ к НМТ, под
действием физических сил давления газов. На участке процесса расширения
совершается один из главных процессов цикла, превращение подведенной
тепловой энергии в механическую работу вращения коленчатого вала
двигателя с преодолением внешних сопротивлений.
Процесс выпуска. Основное назначение – обеспечить освобождение
рабочего объема цилиндра от отработавших газов. Процесс выпуска
отработавших газов начинается с момента открытия выпускного клапана.
Двигатели, для которых все четыре процесса совершаются в
сокращенном по времени варианте и за один оборот коленчатого вала, т.е. за
2 такта поршня получили название двухтактные.
Показатели рабочего цикла.
Для полной оценки совершенства организации рабочего цикла и
эффективности
использования
индикаторной
работы
используют
индикаторные и эффективные показатели. Индикаторные показатели
позволяют произвести оценку совершенства организации рабочего цикла по
термодинамическому процессу подвода теплоты и ее использования.
Эффективные показатели позволяют определить степень использования
индикаторной работы с учетом механических факторов и конструктивных
особенностей двигателя.
Индикаторные показатели. Среднее индикаторное давление Рiср –
выражает удельную индикаторную работу, которая совершается (или
совершалась бы) единицей (одним литром) рабочего объема.
Р

iсс
L ; МПа
V
i
h
Индикаторная мощность Ni – индикаторная работа, совершаемая
двигателем за единицу времени.
Ni 
Pi  i  Vn  n
30  
Индикаторный КПД – выражает долю от общей подведенной
теплоты, которая была использована на совершение индикаторной работы  i.

  Pi
1
 0 
H u  g i H u v   к
Удельный индикаторный расход топлива – показывает количество
топлива, которое расходуется двигателем на каждый кВт его мощности за час
- gi (Г/кВт*ч).
 
GT  10 3
gi 
 3600 v к
Ni
 0  Рi
Эффективные показатели. Эффективная работа. Как упоминалось ранее,
часть индикаторной работы, совершаемая рабочим зарядом (газом) в объеме
цилиндра используется на преодоление механических сопротивлений,
привод вспомогательных механизмов и газообмен. Вторая часть
используется для совершения эффективной полезной работы Le .
(Нм)
Le  Li  LM
здесь LM -работа механических потерь
Среднее эффективное давление. Удельная эффективная работа, которая
совершается (или совершалась бы) единицей (одним литром) рабочего
объема.
i 
P
e

L (МПа)
V
e
h