ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ КЛАССИФИКАЦИЯ И

ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ И КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ

КЛАССИФИКАЦИЯ И ПРИНЦИП РАБОТЫ ТЕПЛОВЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Тепловые двигатели Внутреннего сгорания Внешнего сгорания Периодическое сгорание (поршневые двигатели) Непрерывное сгорание Стационарные Газовые турбины Транспортные Воздушнореактивные Ракетные Тихоходные С самовоспламенением Быстроходные Непосредственным впрыском Карбюраторные С принуд. воспламенением

ДВИГАТЕЛИ С ПЕРИОДИЧЕСКИМ СГОРАНИЕМ ТОПЛИВА (ПОРШНЕВЫЕ ДВИГАТЕЛИ).

Схема устройства поршневого двигателя внутреннего сгорания: а - продольный вид, б - поперечный вид; 1 - головка цилиндра, 2 - кольцо, 3 - палец, 4 - поршень, 5 - цилиндр, 6 - картер, 7 маховик, 8 - коленчатый вал, 9 - поддон, 10 - щека, 11 - шатунная шейка, 12 - коренной подшипник, 13 - коренная шейка, 14 - шатун, 15, 17 - клапаны, 16 - свеча

Объем, который описывает поршень за один ход, называется рабочим объемом цилиндра (литражом) Vh: Vh = ( /4)D 2 H. Объем над поршнем Vc в положении ВМТ называется объемом камеры сгорания (сжатия). Сумма рабочего объема цилиндра и объема камеры сгорания составляет полный объем цилиндра Va: Va=Vh + Vc. Отношение полного объема цилиндра к объему камеры сгорания называется степенью сжатия : = V a / V c.

1. Такт впуска Впускается топливо-воздушная смесь 2. Такт сжатия Смесь сжимается и поджигается 3. Такт расширения Смесь сгорает и толкает поршень вниз 4. Такт выпуска Продукты горения выпускаются

ДИЗЕЛЬНЫЕ ДВИГАТЕЛИ В отличие от бензинового двигателя в такте впуска в цилиндр дизельного двигателя поступает не горючая смесь, а только воздух. Он затем подвергается сильному сжатию (степень сжатия = 16 -20) и нагревается до 500 -600°С. В конце такта сжатия, в цилиндр дозировочным насосом высокого давления впрыскивается через форсунку топливо. При этом оно мелко распыливается, нагревается, испаряется и перемешивается с воздухом, образуя горючую смесь, которая при высокой температуре самовоспламеняется. Все остальные стадии рабочего цикла происходят так же, как и в карбюраторном двигателе. Таким образом, особенностью рабочего цикла дизельных двигателей является самовоспламенение горючей смеси без какого-либо внешнего источника воспламенения.

Более высокая степень сжатия в дизеле обеспечивает более высокий коэффициент полезного действия двигателя. Расход топлива в дизеле 140 -175 г/ч на одну л. с. , против 210 -300 г/ч бензина на одну л. с. у карбюраторных двигателей. Однако высокое давление требует применения более прочных толстостенных деталей, что повышает материалоемкость (массу) дизеля. Таким образом, максимальная степень сжатия дизелей ограничивается лишь прочностью деталей двигателя (в карбюраторных ограничивалось детонационной стойкостью топлив). По частоте вращения коленчатого вала различают быстроходные (с числом оборотов коленчатого вала более 1000 мин-1) и тихоходные дизели.

По сравнению с карбюраторными дизельные двигатели имеют следующие преимущества: Ø расход топлива на 30 -35% меньше (сейчас разница из-за совершенствования бензиновых двигателей и повышения ОЧ бензинов уже около 15 -20%); Ø топливо более дешевое; Ø средняя температура рабочего цикла в дизеле ниже, что облегчает его охлаждение; Ø применение в дизелях более тяжелого по сравнению с бензином топлива обеспечивает пожарную безопасность, облегчает его транспортирование и хранение; Ø допускают большие перегрузки и отличаются большей устойчивостью в работе; Ø выхлопные газы менее токсичны;

Øпрактически неограниченная возможность обеднения горючей смеси, что позволяет изменять мощность дизеля только путем регулирования подачи топлива при постоянном расходе воздуха; Øвозможность использования топлив с различной испаряемостью: среднедистиллятных, утяжеленных, а при определенных условиях и легких типа бензина и керосина. К недостаткам дизелей следует отнести их большую удельную массу (на единицу мощности), меньшую быстроходность и большую затрудненность запуска в зимних условиях.

Двигатели с непрерывным сгоранием топлива

Схема работы ТРД: 1. Забор воздуха, 2. Компрессор низкого давления, 3. Компрессор высокого давления, 4. Камера сгорания, 5. Расширение рабочего тела в турбине и сопле, 6. Горячая зона, 7. Турбина, 8. Зона входа первичного воздуха в камеру сгорания, 9. Холодная зона, 10. Диффузор.

КЛАССИФИКАЦИЯ ТОПЛИВ Топлива для тепловых двигателей и различных топочных устройств должны отвечать следующим основным требованиям: 1) полностью испаряться и сгорать с максимальным выделением тепла и минимальным образованием токсичных и коррозионно-активных продуктов и отложений; 2) не вызывать затруднений при транспортировании, хранении и подаче по системе питания в любых климатических условиях; 3) быть обеспеченными сырьевыми недорогими и нетоксичными. ресурсами, быть

Топлива для стационарных котельных Топлива для транспортных котельных Топлива для стационарных газовых турбин Топлива для транспортных газовых турбин Топлива для воздушнореактивных двигателей Ракетные топлива Топливо для средне - и малооборотных диз. двиг. Топливо для быстроходных дизельных двигат. Бензины автомобильные Бензины авиационные Топочные устройства Газовые турбины Реактивные двигатели Поршневые двигатели с воспламенением от сжатия Поршневые двигатели с принудительным воспламенением Жидкие нефтяные топлива для тепловых двигателей

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА ТОПЛИВ

Под эксплуатационными свойствами понимают объективные особенности топлива, которые проявляются в процессе применения его в технике. В понятие применение включены все процессы, происходящие в топливе с момента его производства до сгорания.

1. ИСПАРЯЕМОСТЬ характеризует способность топлива жидкого состояния в парообразное. переходить из Это свойство формируется из таких показателей качества топлива, как фракционный состав, давление насыщенных паров при различных температурах, поверхностное натяжение и др. Испаряемость имеет важное значение при подборе топлива и во многом определяет технико-экономические и эксплуатационные характеристики двигателей.

2. ВОСПЛАМЕНЯЕМОСТЬ И ГОРЮЧЕСТЬ характеризует особенности процесса воспламенения смесей паров топлива с воздухом и определяет эффективность процесса горения топливовоздушных смесей в камерах сгорания двигателей и топочных устройствах. Оценка этого свойства базируется на таких показателях качества, как температурные и концентрационные пределы воспламенения, температуры вспышки и самовоспламенения и др.

3. ПРОКАЧИВАЕМОСТЬ характеризует поведение топлива при перекачках его по трубопроводам и топливным системам, а также при его фильтровании. Это свойство определяет бесперебойность подачи топлива в двигатель при разных температурах эксплуатации. Прокачиваемость топлива оценивают вязкостнотемпературными свойствами, температурами помутнения и застывания, предельной фильтруемостью, содержанием воды, механических примесей и др.

4. СКЛОННОСТЬ К ОБРАЗОВАНИЮ ОТЛОЖЕНИЙ это способность топлива образовывать отложения различного рода в камерах сгорания, в топливных системах, на впускных и выпускных клапанах. Здесь подразумеваются отложения, образующиеся как при относительно низких температурах в системах питания и смесеобразования двигателей, так и отложения нагара, получающиеся при высоких температурах в процессе сгорания топлив. Оценка этого свойства базируется на таких показателях, как зольность, коксуемость, содержание смолистых веществ, непредельных углеводородов и т. д.

5. КОРРОЗИОННАЯ АКТИВНОСТЬ И СОВМЕСТИМОСТЬ С НЕМЕТАЛЛИЧЕСКИМИ МАТЕРИАЛАМИ характеризует способность топлива вызывать коррозионные поражения металлов, набухание, разрушение или изменение свойств резин, герметиков и других материалов. Это эксплуатационное свойство предусматривает количественную оценку содержания в топливе коррозионно-активных веществ, испытание стойкости металлов, резин и герметиков при контакте с топливом.

6. ЗАЩИТНАЯ СПОСОБНОСТЬ -это способность топлива защищать от коррозии материалы при их контакте с агрессивной средой в присутствии топлива и в первую очередь способность топлива защищать металлы от электрохимической коррозии при попадании воды. Свойство оценивается специальными методами, предусматривающими воздействие обычной и морской воды на металлы в присутствии топлива.

7. ПРОТИВОИЗНОСНЫЕ СВОЙСТВА характеризуют уменьшение изнашивания поверхностей в присутствии топлива. трущихся Это свойство имеет важное значение для двигателей, у которых топливные насосы и топливно-регулирующая аппаратура смазывается только самим топливом без подачи смазочного масла. Свойство оценивается показателями смазывающей способности. вязкости и

8. ОХЛАЖДАЮЩАЯ СПОСОБНОСТЬ определяет возможность топлива поглощать и отводить тепло от нагретых поверхностей при использовании топлива в качестве теплоносителя. Свойство имеет значение в тех случаях, когда топливо применяют для охлаждения масла (топливо-масляные радиаторы) или наружной обшивки летательного аппарата при больших скоростях полета. Оценка свойства базируется на таких показателях качества, как теплоемкость и теплопроводность.

9. СТАБИЛЬНОСТЬ характеризует сохраняемость показателей топлив при хранении и транспортировании. качества Это свойство оценивает физическую и химическую стабильность топлива и его склонность к биологическому поражению бактериями, грибками и плесенью. Уровень этого свойства позволяет установить гарантийный срок хранения топлива в различных климатических условиях.

10. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА характеризуют воздействие топлива и продуктов его сгорания на человека и окружающую среду. Оценка этого свойства базируется на показателях токсичности топлива и продуктов его сгорания и пожароопасности.