Двигатели тепловые с внешним сгоранием

Хотя двигатель Стирлинга и получает энергию извне, его нельзя с достаточной строгостью назвать двигателем внешнего сгорания, поскольку любой источник тепла с подходящей температурой, например сфокусированная солнечная энергия, аккумулированная тепловая энергия, тепловая энергия, выделяющаяся при горении металла, ядерная энергия и т. п., может быть использован для этой цели. В настоящее время в большинстве установок с двигателями Стирлинга применяется жидкое топливо из-за простоты его использования и из-за требований, обусловленных конкретным назначением установки. При использовании системы сгорания для нагрева рабочего тела применяют непрерывный процесс горения, что позволяет сжигать различные виды топлива, которые эффективно сгорают, не создавая опасности попадания твердых частиц из топлива, окислителя или окружающего пространства в рабочие цилиндры. При использовании для сжигания жидких топлив непрерывное горение можно легко регулировать, в результате чего снижается уровень выбросов, особенно несгоревших углеводородов и окиси углерода, однако, чтобы понизить содержание окислов азота, необходимы дополнительные меры. [c.19]

С точки зрения удобства изучения циклов, совершаемых в двигателе, их разделяют по степени отклонения от действительных процессов. Многие различают при этом идеальные, теоретические и действительные циклы. Все циклы, не имеющие потерь, кроме неизбежной, на основании второго начала термодинамики, отдачи тепла холодильнику, обычно называют теоретическими. Идеальный цикл отличают от теоретического тем, что в первом принимаются постоянные, а во втором — переменные теплоемкости. Циклы, построенные на основании теплового расчета двигателя, рассматриваемые при переменном количестве рабочего тела, переменной теплоемкости, теплообмене с внешней средой и с учетом фактора сгорания топлива, обычно называют действительными циклами. [c.37]

Решение проблемы было найдено простым способом. Для исключения самовоспламенения топлива сначала в расширительной машине теплового двигателя сжимают не горючую смесь (смесь топлива с воздухом), а воздух. В процессе сжатия температура воздуха возрастает и в некоторый момент времени становится больше температуры самовоспламенения топлива, но в расширительной машине топливо пока отсутствует. В момент подхода поршня к ВМТ в цилиндр расширительной машине впрыскивается топливо, которое воспламеняется от сильно нагретого воздуха. Для впрыска топлива в цилиндр расширительной машины оно сжимается в специальном насосе. Давление топлива в насосе должно превышать давление воздуха в цилиндре расширительной машины, так как только в этом случае топливо будет поступать в цилиндр. При поступлении топлива в цилиндр расширительной машины происходит его распыление с помощью специального устройства, называемого форсункой. В процессе распыления струя топлива измельчается на мельчайшие частички. Чем больше частичек, тем больше площадь их контакта с сильно нагретым при сжатии воздухом. От площади контакта частичек с воздухом зависит скорость их испарения. Для быстрого сгорания топлива его необходимо перевести в газообразное (паровое) состояние и быстро смешать с воздухом. Таким образом, в данном случае горючая смесь готовится внутри цилиндра расширительной машины, поэтому такие двигатели называют двигателями с внутренним смесеобразованием или дизельными двигателями. В них сгорание топлива происходит несколько медленнее, чем в двигателях с внешним смесеобразованием (бензиновых двигателях). Это позволяет в некотором приближении рассматривать цикл таких двигателей как близкий к идеализированному циклу со смешанным процессом подвода тепловой энергии к рабочему телу. [c.207]

Паровой двигатель представляет собой машину, работающую по определенному циклу. Рабочее тело (как правило, водяной пар) периодически возвращается в исходное состояние. Но протекание цикла в паросиловой установке отличается от протекания цикла ДВС. В паросиловой установке реализуется цикл с внешним подводом тепловой энергии к рабочему телу. Напомним, что в цилиндре ДВС происходит сгорание топлива с выделением тепловой энергии, которая тут же сообщается рабочему телу (смеси газов). При этом в ДВС рабочее тело (первоначально — воздух) претерпевает химические изменения из-за реакции окисления углеводородного топлива. Водяной пар в паросиловом цикле не претерпевает химических изменений, но наоборот, претерпевает изменение агрегатного состояния. Тепловая энергия к рабочему телу (водяному пару) в паросиловом цикле подводится в одном специальном устройстве (котле), а преобразование тепловой энергии в механическую энергию происходит в другом узле (паровом двигателе). [c.227]

В тепловом двигателе внешнего сгорания в качестве теплоносителя (рабочего тела, выполняющего непосредственную работу в машине) используется водяной пар. Водяной пар получают в котле от теплоты сжигаемого топлива в топке (или реакторе атомных электростанций). Этот пар, называемый сырым, имеющий низкую температуру, равную температуре воды котла, при соприкосновении с холодными стенками машины интенсивно охлаждается и конденсируется, теряя давление. Это состояние называется мятием пара. Машины, работающие на сыром паре, имеют низкий КПД. Чтобы уменьшить эффект мятия, пар нагревают в пароперегревателе до температуры 300...600°С. Такие параметры пара приемлемы для работы паровых машин — поршневых или лопаточных (турбин). Поршневые машины применяются на паровозах и пароходах. Лопаточные двигатели применяются на тепловых и атомных электростанциях в качестве двигателей турбогенераторов. [c.130]

Двигатель Стирлинга является тепловым газовым двигателем поршневого типа с внешним подводом теплоты. Он работает по замкнутому циклу. Процессы, протекающие в рабочих полостях двигателя, легче понять, если сравнить рабочий процесс двигателя Стирлинга с рабочим процессом поршневого двигателя внутреннего сгорания- С этой целью рассмотрим термодинамические циклы двигателей внутреннего сгорания и двигателя Стирлинга. [c.5]

Современные камеры сгорания двигателей с внешним смесеобразованием, показанные на рис. 40, б — г, отличаются значительно большей компактностью и, следовательно, меньшими тепловыми и газодинамическими потерями. Это особенно относится к полусферической (рис, 40, б) и шатровой (рис. 40, в) камерам сгорания, в которых впускные клапаны могут быть выполнены увеличенного диаметра. В камерах сгорания этих типов имеются широкие возможности для создания турбулентных потоков заряда вытеснением части его из зазора над поршнем в основную часть камеры сгорания. Вместе с тем для этих камер сгорания требуется более сложный механизм газораспределения. [c.143]

Теплота, выделившаяся при сгорании топлива, только частично переходит в полезную, эффективную работу на валу двигателя. Остальная часть ее уносится с отработавшими газами, передается в систему охлаждения, окружающую среду ИТ. д., т. е. составляет тепловые потери. Внешним тепловым балансом называется распределение теплоты, выделяемой при сгорании топлива, по основным составляющим, определяемым экспериментально по так называемым внешним показателям работы двигателя (эффективная мощность, температура воды и масла и др.). [c.18]

Анализ такого цикла с точки зрения теории тепловых процессов невозможен, а поэтому термодинамика исследует не реальные процессы двигателей внутреннего сгорания, а идеальные, обратимые циклы. В качестве рабочего тела принимают идеальный газ с постоянной теплоемкостью. Цилиндр заполнен постоянным количеством рабочего тела. Разность температур между источником теплоты и рабочим телом бесконечно малая. Подвод теплоты к рабочему телу осуществляется от внешних источников теплоты, а не за счет сжигания топлива. То же необходимо сказать и об отводе теплоты. [c.262]

Не менее острой является проблема охлаждения стенок камеры сгорания и сопла жидкостного ракетного двигателя. В камере сгорания таких двигателей температура газа превышает 3000° С, и поэтому даже при наружном охлаждении стенок топливом возможен прогар сопла. Проблема тепловой защиты стенок сопла и камеры ракетного двигателя твердого топлива усложняется тем, что топливо не может быть использовано для внешнего охлаждения. [c.245]

Отработавшее в турбине рабочее тело может выбрасываться во внешнюю среду или использоваться в каком-либо расположенном вне камеры сгорания утилизационном устройстве (например, в рулевых соплах). При такой схеме, получившей название ЖРД без дожигания, значительная часть топлива расходуется неэффективно, что ухудшает экономические показатели ЖРД как теплового двигателя. В схемах ЖРД с дожиганием рабочего тела турбины [c.265]

В камере сгорания — сосредоточии самых высоких температур — Т> 1650 °С. На рис. 2.7 показана камера сгорания кольцевого типа. Между внешней и внутренней стенками заключена часть кольцевого пространства, симметричного относительно оси двигателя. Выходя из компрессора, воздух проходит сквозь это пространство, смешиваясь здесь с топливом. Смесь поджигается. Топливо вводится через форсунки, расположенные в конце камеры сгорания. Однажды подожженная искрой, топливовоздушная смесь продолжает гореть до тех пор, пока не будет перекрыто топливо. Управление тягой двигателя осуществляют главным образом за счет управления подачей топлива в камеру сгорания. К моменту, когда наиболее разогретый газ достигает лопастей стационарных лопаток первой ступени турбины, он уже смешан с избыточным охлаждающим воздухом компрессора и, разбавленный таким образом, поступает в турбину при температурах от 950 °С (в газовых турбинах первого поколения) до 1500 °С (в некоторых современных установках). Кольцевая камера сгорания "осевой" конструкции, изображенная на рис. 2.7, изготовлена из точеных колец суперсплава. В утолщенных сечениях, расположенных в определенном порядке по наружной и внутренней стенкам, имеются охлаждающие полости, сквозь которые продувается нагнетаемый компрессором воздух. Образованный таким образом тонкий слой относительно холодного воздуха в совокупности с конвекционным охлаждением защищают материал камеры сгорания от нагрева горячим газом. Разница в температуре металла и пламени может существенно превышать 850 °С. Тепловое излучение от пламени к более холодному материалу камеры сгорания весьма значительно. На внутреннюю поверхность камеры сгорания может быть нанесено теплозащитное покрытие. Оно образует теплоизолирующий и отражающий слой. [c.55]

В работе О тепловом расчете двигателя приводится оригинальный метод расчета цикла, базирующийся на составлении замкнутого теплового баланса, и обосновывается положение о практической независимости индикаторного к. п. д. правильно отрегулированного двигателя от коэффициента наполнения и внешнего давления. Доказывается, что индикаторный к.п.д. определяется степенью сжатия и коэффициентом (количеством) потерянного тепла. Этот же вопрос рассматривается и в работе Идеальный цикл быстрого сгорания (1927), посвященной расчету индикаторного к.п.д. цикла с учетом зависимости теплоемкости рабочего тела от температуры, влияния остаточных газов и теплообмена со стенками. Обе последние работы имели большое значение не только как теоретические основы построения характеристик двигателей, но и при практическом определении возможных путей повышения эффективности поршневых двигателей. [c.407]

При высоких температурах газа, например в камерах сгорания реактивных двигателей и вблизи поверхности тел, движущихся в атмосфере с большими скоростями, течение в пограничном слое сопровождается химическими реакциями. Если поверхность непроницаемая и химически не взаимодействует с газом внешнего потока, то химические реакции могут протекать в виде диссоциации и рекомбинации газа. Химические реакции происходят также в случае подачи в пограничный слой через проницаемую поверхность веществ, способных вступать в реакцию с газом внешнего потока. В ряде случаев при высоких температурах и больших тепловых потоках возможно разрушение поверхности тела или специального теплозащитного покрытия, нанесенного на поверхность. Это может быть плавление, сублимация или горение поверхности. Частицы разрушенной поверхности могут вступать в химические реакции между собой и с газом внешнего потока. [c.176]

Тепловозами называются локомотивы, у которых роль силовой установки выполняют тепловые двигатели, а именно поршневые двигатели внутреннего сгорания (д.в.с.) — дизели. Преобразование химической энергии топлива в механическую работу в таком двигателе происходит в отличие от паросиловой установки в ограниченном, замкнутом объеме внутри цилиндра внутреннее сгорание топлива, в отличие от внешнего — в топке паровоза), что значительно снижает потери и обеспечивает более высокую эффективность локомотива. [c.4]

Двигатели, использующие тепловую энергию для превращения ее в механическую, называются тепловыми. К ним относятся паровые машины и двигатели внутреннего сгорания. Современные образцы двигателей внутреннего сгорания значительно превосходят паровые машины своей энономичностыо, компактностью, малым габаритом и относительно малым весом. Поэтому в авиации используют пока исключительно двигатели внутреннего сгорания, называемые тан потому, что сгорание топлива прои Ход ит внутри двигателя в отличие от тепловых двигателей с внешним сгоранием топлива, как например, в тонне котла паровой машины. [c.82]

В 1816 г. шотландский священник Р. Стирлинг получает патент на универсальную тепловую машину, состоящую из цилиндра с двумя по ршнями и регенератора-теп-лообмевни ка, способную работать на разных топливах как двигатель внешнего сгорания, как холодильник и как тепловой насос (отопитель). Низкий уровень науки и техники не позволил тогда создать высокоэффективные конструкции Стирлингов , однако в наше время этой машине сулят большое будущее. [c.95]

Тепловые двигатели, устанавливаемые на современных автомобилях, являются двигателями внутреннего сгорания, т. е. такими, у которых топливо сгорает непосредственно в цилиндре. В зависимости от способа образования горючей смеси и вида применяемого топлива двигатели внутреннего сгорания бывают с внешним смесеобразованием карбюраторные, работающие на бензине, и газосмесительные, работающие на горючем газе) и внутренним схмесеобразованием дизельные — работающие на дизельном топливе). [c.9]

При перегреве понижаются механические свойства материала пор1пня и возрастают тепловые напряжения в нем. Кроме того, в случае перегрева поршня ухудшается наполнение цилиндра свежим зарядом, что ведет к уменьшению мощности двигателя, возможному заклиниванию поршня в цилиндре, а также к появлению преждевременной вспышки или детонационного сгорания в двигателях с внешним смесеобразованием. Вследствие этого поршень двигателей внутреннего сгорания наряду с достаточной прочностью и жесткостью должен иметь воз.можно малую массу для уменьшения сил инерции, а также обладать высокой теплопроводностью и износостойкостью. [c.68]

В реальном двигателе картина распределения тепла значительно сложнее. Помимо тепловой потери, обусловливаемой вторым законом термодинамики, здесь имеется ряд дополнительных потерь. Основными тепловыми потерями в реальном двигателе являются 1) потери тепла в охлаждающую воду и масло, 2) потери тепла с выпускными газами, имеющими температуру более высокую, чем температура свежей смеси, поступающей в цилиндр, Q aз y 3) потери тепла во внешнюю среду за счёт радиации стенок двигателя, 4) потери тепла на трение, Япр, 5) потери, связанные с неполнотой сгорания, Янеп- [c.410]

Выделившееся при сгорании углерода тепло может быть с по- мощью теплового двигателя преобразовано в полезную внешнюю работу. Так как к. п. д. самых лучших тепловых двигателей равняется примерно 40%, то наибольшая полезная внешняя работа, которая может быть произведена с помощью тепловых двигателей за счет сжигания 1 кмоль углерода, составит около 0,4Qip, т. е. олримерно 40 000 ккал остальные 50 000 ккал будут рассеяны в окружающую среду. [c.319]

Двигатели внутреннего сгорания обладают двумя существенными преимуществами по сравнению с другими типами тепловых двигателей. Во-первых, благодаря тому что у двигателя внутреннего сгорания горячий источник тепла находится как бы внутри самого двигателя, отпадает необходимость в больших тенлообменных поверхностях, через которые осуществляется подвод тепла от горячего источника к рабочему телу. Это приводит к большей компактности двигателей внутреннего сгорания, например, по сравнению с паросиловыми установками. Второе преимущество двигателей внутреннего сгорания состоит в следующем. В тех тепловых двигателях, в которых подвод тепла к рабочему телу осуществляется от внешнего горячего источника, верхний предел температуры рабочего тела в цикле ограничивается значением температуры, допустимым для конструкционных материалов (так, например, повышение температуры водяного пара в паротурбинных установках лимитируется свойствами сталей, из которых изготовляются элементы парового котла и паровой турбины, — с ростом температуры, как известно, снижается предел прочности материала). В двигателях же внутреннего сгорания предельное значение непрерывно меняющейся температуры рабочего тела, получающего тепло не через стенки двигателя, а за счет тепловыделения в объеме самого рабочего тела, может существенно превосходить этот предел. При этом надо еще иметь в виду, что стенки цилиндра и головки блока цилиндров имеют принудительное охлаждение, что позволяет расширить тедшературные границы цикла и тем самым увеличить его термический к. п. д. [c.319]

Дальнейшему развитию теории поршневых двигателей посвящены помещенные в настоящем издании работы О тепловом расчете двигателя ( Техника воздушного флота , 1927, № 2) и Идеальный цикл быстрого сгорания (литогр. издание ВВА им. И. Е. Жуковского, 1927). В первой из работ на основании оригинального расчета цикла, базирующегося на составлении замкнутого теплового баланса, впервые теоретически обосновывается положение о том, что индикаторный к. п. д. правильно отрегулированного двигателя практически не зависит от коэффициента наполнения и внешнего давления и в основном определяется степенью сжатия и коэффициентом потерянного тепла. Некоторые из этих вопросов более подробно анализируются в работе Идеальный цикл быстрого сгорания . Работа посвящена расчету индикаторного к. п. д. цикла с учетом зависимости теплоемкости рабочего тела от температуры, влияния остаточных газов и теплообмена со стенками. Обе работы имели большое практическое значение не только как теоретические основы построения характеристик двигателей, но и при определении возможных путей повышения эффективности поршневых двигателей. [c.310]

ШТОК нагружен и на растяжение (в машинах двойного действия). В полых штоках двигателей внутреннего сгорания с охлаждаемым поршнем разность температур на внутренней и на внешней поверхностях штока вызывает еще дополнительное напряжение т. е. при коэффициенте линейного теплового расширения стали а = = 11-10 см см-град — шпряж те около 12 кГ/см на каждый градус разности температур (например, для А =70°С у 840 кГ/см ). В действительности напряжение растяжения (знак плюс) на внутренней стороне штока вследствие кривизны поверхности должно быть еще больше. Напряжения 0 почти всегда постоянны и добавляются к нормальным напряжениям, обусловленным внешними силами. [c.596]

Проследим, как будут меняться условия для внешнего регенеративного охлаждения, например, цилиндрической камеры сгорания при изменении ее диаметра. Отметим, что при заданной удельной расходонапряжен ности и длине камеры сгорания расход компонентов топлива (а значит, и хладагента) пропорционален площади ее поперечного сечения, а суммарный тепловой поток — площади ее боковой поверхности. При уменьшении диаметра объем камеры сгорания будет уменьшаться пропорционально квадрату диаметра, а площадь — пропорционально диаметру. Другими словами, с уменьшением диаметра расход топлива уменьшается быстрее, чем суммарный тепловой поток, поступающий в стенку, т.е. величина теплового потока, приходящегося на 1 кг топлива (хладагента), увеличивается. Но это увеличение не может продолжаться до бесконечности — для топлива существуют допустимые температурные пределы, обусловленные его кипением, разложением и тл. Следовательно, при некоторых условиях может оказаться, что расхода топлива не хватает для обеспечения общего теплосъема с поверхности двигателя. [c.25]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...