Расширение происходит

Чтобы не делать цилиндр двигателя очень длинным, а ход поршня слишком большим, расширение продуктов сгорания в ДВС осуществляют не до атмосферного давления р\, а до более высокого давления p^, а затем открывают выпускной клапан и выбрасывают горячие (с температурой Т*) продукты сгорания в атмосферу. Избыточное давление Р4—PI при этом теряется бесполезно. В идеальном цикле этот процесс заменяется изобарным отводом теплоты 4-1.

Различают два типа поршневых ДВС — ч_е тырехтактные и д в у_х.т_а-К-?д1й ?.•_ У четырехтактного двигателя, индикаторная диаграмма которого изображена на рис. 21.2, а, отдельным процессам соответствуют: 0-1 — всасывание топливной смеси (1-й такт); 1-2 — сжатие смеси (2-й такт); 2-3 — сгорание -\-3-4 — расширение продуктов сгорания + 4-5— выхлоп (3-й такт); 5-0 — выталкивание продуктов сгорания (4-й такт).

В кривошипно-ползунном механизме двигателя, состоящем из кривошипа /, шатуна 2 и ползуна (поршня) 3 (рис. 6.1, а), возвратно-поступательное движение поршня преобразуется во вращательное движение кривошипа. Рабочий цикл в цилиндре двигателя совершается за один оборот коленчатого (кривошипного) вала. Изменение давления в цилиндре в зависимости от положения поршня показано на индикаторной диаграмме (рис. 6.1, б). Фазы индикаторной диаграммы: ас — сжатие горючей смеси, сгв — сгорание и расширение продуктов сгорания, eda — выхлоп и продувка. Кулачковый механизм с тарельчатым толкателем 5 предназначен для управления выхлопным клапаном 6, через который производится очистка цилиндра от продуктов сгорания. Кулачок 4, закрепленный на одном валу с зубчатым колесом гв, получает вращение через зубчатую передачу Z4—z5—Ze, причем г^—г^. Колесо z\ установлено на кривошипном валу, который

топлива и расширение продуктов сгорания; 4 - выталкивание поршнем из рабочего цилиндра отработавших газов (выпуск). В течение 1-го и 4-го тактов каждый цилиндр Ч.д. работает как насос, в течение 2-го - как компрессор и только при 3-м совершает полезную работу (хим. энергия топлива превращается в механич. энергию движущихся частей двигателя).

В отличие от теоретического в действительном цикле 1-5-3-6-1 ГТУ (рис. 9.2) сжатие воздуха в компрессоре (процесс 1-5) и расширение продуктов сгорания в турбине (процесс 3-6) протекают по необратимым адиабатам.

XN) Чтобы не делать цилиндр двигателя очень длинным, а ход поршня — слишком большим, расширение ; продуктов сгорания в ДВС осуще-' ствляют не до атмосферного давле-

Различают два типа поршневых ДВС — четырехтактные и двухтактные. У четырехтактного двигателя, индикаторная диаграмма которого изображена на рис. 22.2,а, отдельным процессам соответствуют: 01 — всасывание топливной смеси (1-й такт); 12 — сжатие смеси (2-й такт); 23 — сгорание+34 — расширение продуктов сгорания+45 — выхлоп (3-й такт); 50 — выталкивание продуктов сгорания (4-й такт).

ДВИГАТЕЛЬ ВНУТРЕННЕГО СГОРАНИЯ — тепловой двигатель, внутри к-рого происходит сжигание топлива и преобразование части выделившегося тепла в механич. работу. Различают Д. в. с. поршневые, в к-рых весь рабочий процесс осуществляется полностью в цилиндрах; газотурбинные, в к-рых рабочий процесс последовательно совершается в возд. компрессоре, камере сгорания и расширительной машине — газовой турбине; ракетные, в к-рых расширение продуктов сгорания происходит в реактивном сопле. Термином «Д. в. с.» наз. преим. поршневые двигатели (см. Поршневая машина), к-рые разделяются: по роду сжигаемого топлива — на двигатели, работающие на газообразном топливе (газовые двигатели), на лёгком жидком топливе (бензине, керосине и лигроине), на тяжёлом жидком топливе (дизельном топливе) и на бинарном (двойном) топливе — природном газе и жидком топливе; по способу заполнения цилиндра свежим зарядом — на 4-тактные и 2-тактные, на двигатели без наддува и с наддувом; по способу подготовки топливо-возд. смеси — на двигатели с внеш. и внутр. смесеобразованием; по способу воспламенения рабочей смеси — на двигатели с воспламенением от постороннего источника (электрич. искры, запального шара — калоризатора, факела пламени, образуемого в предкамере) и двигатели с воспламенением от воздуха, нагреваемого в процессе его сжатия в цилиндре (дизели и газодизели)', в зависимости от степени быстроходности — на двигатели тихоходные (со ср. скоростью поршня до 6,5 м/с), повышенной быстроходности (6,5—8,5 м/с) и быстроходные (св. 8,5 м/с). Двигатели с внеш. смесеобразованием в свою очередь разделяют на карбюраторные (см. Карбюратор) и газосмесительные, в к-рых горючая смесь газообразного топлива и воздуха образуется в смесителе. Д. в. с. широко применяют в пром-сти, транспорте (наземном, водном и воздушном) (см. Авиационный двигатель, Автомобиль, Реактивный двигатель, Судовой двигатель).

б) процесс горения топлива происходит постепенно, по мере .поступления его из форсунки, поэтому давление в течение его изменяется мало и в идеальном цикле этому процессу соответствует изобара 2 — 3. В положении поршня, соответствующем на диаграмме v — р точке 3, впуск топлива прекращается и начинается расширение продуктов сгорания, которому соответствует адиабата 3 — 4, после чего открывается выпускной клапан, давление изохорно падает до р\ (изохора 4 — /) и продукты сгорания выталкиваются при открытом клапане 5 в атмосферу.

Газовые турбины широко применяются в газовой и нефтяной промышленности, особенно в качестве силового привода центробежных нагнетателей на компрессорных станциях магистральных газопроводов. Преимущества газовых турбин перед поршневыми двигателями — отсутствие инерционных усилий от движущихся возвратно-поступательно масс и более полное расширение продуктов сгорания (до давления наружного воздуха). Следовательно, газовые турбины можно изготовлять с высокой частотой вращения вала, что позволяет сосредоточить в отдельных агрегатах большие мощности при сравнительно небольших габаритных размерах и массе.

Цикл ГТУ при р = const изображен в координатах р — и и Т — s (рис. 90), где линии означают следующие процессы: ас — адиабатное сжатие воздуха в компрессоре ГТУ; cz — изобарический подвод тепла, соответствующий сгоранию топлива в камере ГТУ; ze — адиабатное расширение продуктов сгорания в соплах и на рабочих лопатках газовой турбины, сопровождающееся совершением полезной работы; еа — изобарический отвод тепла, условно замыкающий цикл (в действительности цикл разомкнутый с выбросом отработавших газов в окружающую среду через выхлопной патрубок ГТУ).

Осуществим цикл Карно в обратном направлении. Рабочее тело с начальными параметрами точки а (рис. 3.6) расширяется адиабатно, совершая работу расширения за счет внутренней энергии, и охлаждается от температуры Т\ до температуры 7Y Дальнейшее расширение происходит по изотерме, и рабочее тело отбирает от нижнего источника с температурой Т-2 теплоту Ц'2. Далее газ подвергается сжатию сначала по адиабате, и его температура от TI повышается до Т\, а затем — по изотерме (7", = const). При этом рабочее тело отдает верхнему источнику с температурой Т\ количество теплоты q\.

Пусть на рис. 4-13 фигура 1-2-3-4-1 представляет цикл с обратимым протеканием расширения и сжатия. При необратимом сжатии имеет место трение внутри газа, на что затрачивается дополнительная работа; она превращается в тепло, которое и усваивается газом; вследствие этого температура газа и его энтальпия в конце сжатия будут выше, чем в точке 2, и конечное состояние будет характеризоваться точкой 2', лежащей на той же изобаре; аналогично при расширении внутри газа будет происходить трение, на которое будет затрачена часть работы расширения; эта работа превращается в тепло и усваивается газом, вследствие чего температура его и энтальпия будут выше, чем в том случае, когда расширение происходит обратимо. Давление

Осуществим обратимый' цикл Карно в обратном направлении. Рабочее тело с начальными параметрами точки а (рис. 3.6) расширяется адиабатно, совершая работу расширения за счет внутренней энергии, и охлаждается от температуры Т\ до температуры Т ч, Дальнейшее расширение происходит по изотерме, и рабочее тело отбирает от нижнего источника с температурой Т2 теплоту <72- Далее газ подвергается сжатию сначала по адиабате, и его температура от Т2 повышается до TI, а затем — по изотерме (^1= =const). При этом рабочее тело отдает верхнему источнику с температурой TI количество теплоты q\.

РАСШИРЯЮЩИЙСЯ ЦЕМЕНТ — собирательное назв. группы цементов, обладающих способностью увеличиваться в объёме в процессе твердения. У большинства Р. ц. расширение происходит в результате образования в среде гидратирующего вяжущего вещества (см. Вяжущие материалы) высокоосновных гидросульфоалюминатов кальция, объём к-рых вследствие большого кол-ва химически связанной воды значительно (в 1,5—2,5 раза) превышает объём твёрдых компонентов. Прочность Р. ц. 30 — 50 МПа (300 — 500 кгс/см2). В СССР наиболее распространены расширяющийся портландцемент, гипсоглинозёмистый Р. ц., напрягающий цемент. Р. ц. применяют для заделки стыков сборных ж.-б. конструкций, гидроизоляции швов гидротехнич. сооружений, в произ-ве напорных ж.-6. труб и т. п.

ложением поршня называют вредным пространством V0. Наличие вредного пространства уменьшает вытесняемый поршнем объем сжатого рабочего тела по сравнению с равновеликим идеальным компрессором. Сжатое рабочее тело, остающееся во вредном пространстве, при обратном движении поршня политропно расширяется (см. линию 3—4). Такое расширение происходит вследствие потерь на трение /тр, утечек /ут сжимаемого рабочего тела к теплообмена внутри цилиндра. Точка 4 соответствует состоянию рабочего тела после его расширения до давления окружающей среды р\. В действительном компрессоре расширение рабочего тела происходит до давления внутри цилиндра более низкого, чем р\, вследствие наличия гидравлических сопротивлений всасывающего патрубка, перепускных каналов и клапанов. У современных компрессоров обычно применяют пружинные самодействующие клапаны, автоматически открывающиеся при достижении рабочим телом определенного давления в цилиндре. При движении засысываемого газа Через клапаны возникают периодические пульсирующие колебания его скорости, вызывающие нарушение равномерности давления при всасывании. На увеличение неравномерности давления газа в цилиндре влияет также изменение скорости движения поршня, обусловленное

В рассматриваемом случае р, V-диаграмма будет иметь наиболее простой вид, показанный на рис. 4.4. Впуск топливно-воздушной смеси — кривая процесса е—а, сжатие — а—Ъ. Из-за отсутствия зажигания теплота к системе не подводится, поэтому расширение происходит по тому же пути Ь—а. Выпуск соответствует отрезку а—е.

Сравним уравнение (168) с уравнением (162). В последнем значение Т2 берется из рис. 15, в то время как в первом Та является температурой холодного источника цикла, где фигурирует процесс расширения. Уравнения не противоречат одно другому и разница между ними основана на различном значении коэффициентов )Со и %. Последний характеризует влияние местных потерь dQr на работу турбоагрегата, в котором расширение происходит до заданного конечного давления. Следовательно, здесь не рассматривается течение рабочего агента за пределами турбоагрегата (например, утилизация тепла выходящих газов в регенераторе). Если бы процесс был обратимым, то величина ofLpcn увеличилась бы на величину подведенной извне работы, т. е. было бы dLpcn = dL. При необратимом процессе часть подведенной работы dL уйдет на потерю, откуда и получилось уравнение (165). Подставив в это уравнение значение dLpcn из зависимости (157), получим (166). Коэффициент же Хо характеризует влияние частичных потерь на весь цикл, охватывая не только элемент установки, где эти потери возникли (например, турбину, компрессор и т. п.).

Таким образом, на изобаре р2 будет найдена точка 2, являющаяся конечной точкой изоэнтропного процесса расширения. Параметры этой точки позволят получить изоэнтропный тепло-перепад как разность энтальпий в точках 1 и 2: Ats = t\ — i'2. Справа, на вспомогательной диаграмме получается температура Т2 в конечной точке В процесса расширения. Если расширение происходит с изоэнтропным к. п. д. T)S, то разность энтальпий политропного процесса будет Дг = r]sAjs, откуда на изобаре р2 можно найти конечную точку 3 политропного процесса, а на вспомогательной диаграмме и конечную температуру этого процесса Т3 в точке С.

При возрастании турбулентности потока увеличивается толщина теплового пограничного слоя (рис. 3). Причем расширение происходит только в области ниже «поверхности» максимальных температур газа; расстояние от стенки до точки Ттт11к остается одинаковым. С увеличением турбулентности потока несколько возрастают градиент температуры потока у стенки и температура стенки, увеличивается количество сгоревшего топлива (увеличи-

Отмеченное дополнительное расширение в пределах косого среза при давлении pl (за сопловой решеткой), меньшем критического р%, ограничено. Это ограничение определяется углом а1эф (для данного рабочего тела). При уменьшении давления pl (при Pi < Р*) угол пучка волн разрежения, в котором и происходит дополнительное расширение, увеличивается и со временем превосходит угол между ортогональным сечением выхода и выходным сечением, так что дальнейшее расширение происходит за пределами косого среза. Это так называемое «предельное расширение» возникает при отношении давлений ва ^ е1, которое приближенно определяется уравнением

тепла, адиабатное расширение происходит только за счет изменения внутренней энергии. В силу этого давление газа в адиабатном процессе расширения снижается в большей мере, чем в изотермическом. Поэтому конечное давление рад у адиабатного процесса будет меньше, чем у изотермического.