Строительные машины и оборудование, справочник






Способы осуществления рабочих циклов комбинированных двигателей


Категория:
   Устройство и работа двигателя


Способы осуществления рабочих циклов комбинированных двигателей

Создание комбинированных двигателей явилось новым этапом в развитии поршневых двигателей внутреннего сгорания.

В комбинированных двигателях используются почти все виды компрессоров, а в качестве расширительной машины применяется только газовая турбина.

По связи между поршневой, компрессионной и расширительной частями комбинированные двигатели могут быть разделены на следующие группы: двигатели с механической и гидравлической связью; двигатели с газовой связью; двигатели с комбинированной связью; поршневые генераторы газов с газовой турбиной, вал которой соединен с валом потребителя.



В комбинированном двигателе с механической связью валы турбины и компрессора связаны порознь с коленчатым валом или соединены между собой и с ним механической или гидравлической передачей. Соотношение между мощностями турбины и компрессора может быть самым различным. Если мощность турбины меньше мощности, необходимой для привода компрессора, то для достижения заданного давления наддува недостающая мощность отбирается у двигателя. В противном случае избыточная мощность турбины передается на вал, от которого осуществляется привод потребителя мощности; чаще таким валом является коленчатый вал двигателя. В подобной конструктивной схеме возможно использование механической или гидравлической связи.

Одна из схем, в которой компрессор К и турбина Т порознь соединены с двигателем механической передачей, показана на рис. 1, а. Наиболее распространенными являются комбинированные двигатели с газовой связью поршневой части ПЧ с турбиной Т и компрессором К; при этом лопаточные машины (турбина и компрессор) часто жестко соединены между собой и образуют единый агрегат, называемый турбокомпрессором (рис. 1,б). В этих конструкциях мощности турбины и компрессора равны на всех режимах работы двигателя.

Рис. 1. Схема комбинированного двигателя: а — с механической связью; б — с газовой связью; ПЧ — поршневая часть; Т — газовая турбина; К — компрессор

В том случае, когда при наличии газовой связи между поршневой частью, турбиной и компрессором на входе в цилиндр не может быть получено необходимое давление воздуха (или смеси), воздух (или смесь) вторично сжимают в компрессоре, имеющем привод от вала поршневой части. Такая схема широко применяется в комбинированных двухтактных двигателях, в которых ввиду большого расхода воздуха и низкой температуры выпускных газов мощность газовой турбины часто недостаточна для привода компрессора.

Для получения высокого давления воздуха на входе в цилиндр, а также улучшения условий работы газовых турбин и компрессоров воздух сжимают в двух последовательно (по потоку воздуха) расположенных компрессорах, каждый из которых приводится в движение отдельной газовой турбиной. Такие двигатели называют двигателями с двухступенчатым наддувом.

В двигателях большой мощности применяют осевые турбины, а в двигателях малой мощности — центростремительные турбины. Для понижения температуры поршня, клапанов, втулки и крышки цилиндра воздух или смесь после компрессоров охлаждается в охладителях.

В последнее время получают распространение комбинированные двигатели с силовой турбиной. Мощность, развиваемая одной из турбин, передается на коленчатый вал, а компрессор приводится от другой турбины. В этом случае силовая турбина располагается по потоку газов чаще после газовой турбины привода компрессора.

Если мощность поршневой части полностью расходуется на привод компрессора, а полезная мощность снимается с вала турбины (или другой расширительной машины), работающей на выпускных газах, то такая установка представляет собой комбинированный двигатель — газовую турбину с генератором газа. К подобным установкам относится и дизель-компрессор. В качестве поршневой части в таких установках используется свободнопоршневой двигатель.

Свободнопоршневые генераторы газа ввиду трудности обеспечения тепловой стойкости основных деталей поршневой части, худшей по сравнению с ранее рассмотренными двигателями экономичностью, сложности регулирования и других недостатков не получили распространения.

Учитывая условия работы турбины, различают систему воздухоснабжения с импульсной турбиной и турбиной постоянного давления. Давление в начале расширения в импульсной турбине изменяется в продолжение цикла. Максимальное давление ненамного меньше давления в цилиндре в конце расширения, а минимальное в некоторых двигателях может быть равно давлению за колесом турбины.

В обратимом термодинамическом цикле комбинированного двигателя с импульсной турбиной не учитывают дросселирование газа при перетекании его из цилиндра в турбину и принимают максимальное давление в начале расширения в турбине в точке b равным давлению в конце расширения в цилиндре (рис. 2). Подвод теплоты в обратимом цикле комбинированного двигателя определяется, как и в цикле поршневого двигателя, способом воспламенения и сгорания. На рис. 2, а показан обратимый термодинамический цикл двигателя с воспламенением от сжатия (со смешанным подводом теплоты) без охладителя воздуха. Давление за турбиной изменяется незначительно, поэтому в обратимых циклах комбинированных двигателей принимают, что отдача теплоты от рабочего тела холодному источнику происходит при постоянном давлении.

В двигателе с турбиной постоянного давления к выпускному коллектору присоединяют выпускные патрубки всех цилиндров двигателя (или цилиндров одного ряда). Во многих двигателях выпускной коллектор выполняют большого объема. В результате пульсации давления перед турбиной невелики и в обратимом термодинамическом цикле его принимают постоянным. Цикл состоит из адиабатных процессов сжатия в компрессоре а’а, в цилиндре ас; адиабатных процессов расширения в цилиндре zb ив турбине fg. Теплота подводится к рабочему телу от горячего источника в изохорном процессе cz’ и в изобарном z’z. Теплота отводится холодному источнику в изобарном процессе. Процесс перетекания газов из цилиндров в турбину в обратимом цикле заменен двумя процессами: изохор-ным процессом Ьа отвода теплоты от рабочего тела холодному источнику и изобарным процессом af подвода теплоты от горячего источника.

Рис. 2. Термодинамический цикл комбинированного двигателя со смешанным подводом теплоты: а — с импульсной турбиной; б — обратимый с турбиной постоянного давления


Читать далее:

Категория: - Устройство и работа двигателя

Главная → Справочник → Статьи → Форум



Разделы

Строительные машины и оборудование
Для специальных земляных работ
Дорожно-строительные машины
Строительное оборудование
Асфальтоукладчики и катки
Большегрузные машины
Строительные машины, часть 2,
Дорожные машины, часть 2
Ремонтные машины
Ковшовые машины
Автогрейдеры
Экскаваторы
Бульдозеры
Скреперы
Грейдеры Эксплуатация строительных машин
Эксплуатация средств механизации
Эксплуатация погрузочных машин
Эксплуатация паровых машин
Эксплуатация экскаваторов
Эксплуатация подъемников
Эксплуатация кранов перегружателей
Эксплуатация кузовов машин
Крановщикам и стропальщикам
Ремонт строительных машин
Ремонт дорожных машин
Ремонт лесозаготовительных машин
Ремонт автомобилей КАмаЗ
Техническое обслуживание автомобилей
Очистка автомобилей при ремонте
Материалы и шины