Движение рабочего тела в полостях двигателя

ДВИЖЕНИЕ РАБОЧЕГО ТЕЛА В ПОЛОСТЯХ ДВИГАТЕЛЯ [c.29]

Для расчета давления и температуры рабочего тела в функции угла поворота коленчатого вала необходимо знать законы движения поршней или изменения объемов горячей и холодной полостей (см. раздел Кинематика и динамика двигателя ). Во многих случаях при анализе рабочего процесса принимают, что изменение объемов холодной и горячей полостей происходит по гармоническому (синусоидальному) закону. [c.25]

Анализ физических процессов в рабочем пространстве двигателя производится по результатам рещения системы дифференциальных урав нений, связывающих изменения давления температуры и количества рабочего тела в различных объемах системы с изменением объемов полостей в зависимости от закона движения поршней. [c.51]

Мертвый объем. Главное отличие действительного цикла от идеального состоит в невозможности распространения на всю массу рабочего тела единства места, состояния и времени. Даже в случае прерывистых движений поршней идеальный двигатель Стирлинга должен иметь некоторый мертвый объем, занимаемый регенератором и другими теплообменниками, что обусловливает уменьшение амплитуды давления при перемещении рабочего тела из полости сжатия в полость расширения. В результате мощность двигателя снижается (линия В—В, рис. 7.1, а) КПД двигателя в этом случае равен КПД идеального цикла. [c.162]

В первой фазе (рис. 15.7, а) впускной и выпускной клапаны закрыты, давление в цилиндре и буферной полости мало, а вытеснитель из ВМТ перемещается вниз. При движении вытеснителя рабочее тело проходит от холодного торца цилиндра через регенератор к горячему. Несмотря на то, что объем, заключенный в цилиндре двигателя, остается постоянным, давление растет, так как средняя температура газа увеличивается по мере его нагрева. При движении вытеснителя вниз рабочее тело в буферной полости сжимается, ее объем уменьшается, а давление растет. [c.327]

Если конструкция и конструктивные параметры двигателя Стирлинга оказывают влияние на уровни давления и температуры, а также на циклические изменения характеристик энергосиловой установки, то они влияют и на выходную мощность, и на КПД двигателя. В каждом двигателе Стирлинга имеются полости, из которых рабочее тело не вытесняется при движении поршня, в особенности в современных двигателях с трубчатыми теплообменниками и решетчатыми регенераторами. Эти не-вытесняемые объемы образуют, как уже было сказано выше, мертвый объем двигателя Стирлинга . Этот термин представляется весьма удачным, поскольку мертвый объем в буквальном смысле является таковым. При данном значении массы рабочего тела, заключенного в двигателе, возрастание мертвого- [c.94]

В анализе Шмидта учитывается влияние непрерывного (а не дискретного) движения поршня. Все остальные предположения, использованные при анализе идеального цикла Стирлинга, сохраняются. Система двигателя делится на три основные части полость сжатия, полость расширения и мертвый объем. Последний при желании можно подразделить на отдельный объем, занимаемый теплообменниками, и вредное пространство в цилиндрах переменного объема. Для простоты мы не будем проводить такого деления. Поскольку в идеальной замкнутой системе масса рабочего тела постоянна, можно вывести основные уравнения, принимая этот факт за отправную точку анализа [c.293]

В двигателе с двумя рабочими поршнями (см. рис. 10, в> движение поршней сдвинуто по-фазе примерно на 90° угла поворота коленчатого вала. На рис. 13 показано изменение суммарного объема рабочей полости двигателя (двух связанных между собой цилиндров) и изменение объемов горячей и холодной полостей. Видно, что изменение объемов, а следовательно, и протекание рабочего процесса принципиально ничем не отличается от рассмотренного выше для двигателя с рабочим и вытеснительным поршнями. При сжатии основное количество рабочего тела находится в холодной полости, при расширении — в горячей. [c.22]

Изменение давления в рабочей полости двигателя зависит от 1) закона движения поршней и сдвига их по фазе, что определяет закон изменения объемов горячей и холодной полостей в цилиндре двигателя 2) теплопередачи в нагревателе, охладителе и регенераторе 3) теплообмена между рабочим телом и поверхностью цилиндра, а также между поверхностью цилиндра и окружающей средой 4) перетекания рабочего тела из одной полости в другую в течение рабочего цикла (под действием перемещения вытеснительного поршня) 5) качества процесса сгорания в камере сгорания (от ее к. п. д.). [c.23]

При расширении в рабочей полости двигателя (движении рабочего поршня к н. м. т.) в буферной полости происходит сжатие газа, т. е. аккумулирование энергии, которая в дальнейшем используется для сжатия рабочего тела. [c.36]

Система регулирования состоит из баллона 3 с рабочим телом под давлением около 300 кгс/см и приводимого в движение от двигателя небольшого компрессора высокого давления 5, а также системы клапанов, связанных с рычагом управления подачей топлива. Повышение мощности двигателя достигается путем увеличения подачи топлива к форсунке с одновременной подачей рабочего тела из баллона через клапан 2 в холодную полость цилиндра двигателя. [c.117]

Неизотермичность процессов сжатия и расширения — другая важная причина отклонения действительного цикла от идеального. Очевидно, что в двигателе при частоте вращения примерно 1000 об/мин эти процессы ближе к адиабатным (отсутствует теплообмен), чем к изотермическим (бесконечно большой коэффициент теплоотдачи). Для того чтобы процесс был наиболее близок к изотермическому, в двигателе обычно используют специальные дополнительные теплообменники (нагреватель, примыкающий к полости расширения и служащий для подвода теплоты к рабочему телу, и холодильник, расположенный в зоне полости сжатия для отвода теплоты от рабочего тела) (см. рис. 1.12). Несмотря на определенные улучшения условий теплообмена, наличие этих теплообменников имеет и некоторые отрицательные стороны. По всей вероятности они повышают гидравлическое сопротивление, отрицательно влияющее на характеристики двигателя. Далее, наличие указанных теплообменников влечет за собой увеличение общего мертвого объема из-за свободных объемов нагревателя и холодильника, что имеет решающее значение для характеристик регенеративных двигателей. Кроме того, рабочее тело нагревается не только при его перемещении из регенератора в полость расширения, но и при его обратном движении. Подобным же образом происходит и охлаждение рабочего тела как на входе, так и на выходе из полости сжатия. Возможны также и однопоточные системы, однако они вносят дополнительные трудности. [c.34]

Для идеального цикла Стирлинга обычно исходят из того, что рабочее тело, перемещаясь из полости расширения в полость сжатия и обратно, последовательно проходит в обоих направлениях через нагреватель, регенератор и холодильник. Такое толкование является весьма упрощенным. В действительности рабочее тело никогда не проходит весь описанный выше путь, так как его частицы совершают лишь колебательные движения в ограниченных зонах двигателя. [c.98]

Двигатели Стирлинга обычно имеют две соединяющиеся между собой полости с изменяющимися объемами, находящимися при различных температурах. Полости, заполненные рабочим телом, соединены с магистралью, которая имеет нагреватель, холодильник и регенератор соответственно для подвода, отвода и накопления тепловой энергии. Компоновочные схемы двигателей, составленные из этих элементов, могут быть весьма разнообразными —от одноцилиндровых до многоцилиндровых. Изменение объемов в них может быть обусловлено приводными механизмами с возвратнопоступательным или вращательным движением. Независимо от компоновочных схем двигателей существуют общие положения и методы, с помощью которых можно изменять характеристики двигателей. [c.161]

При а = 0° (точка -А) изменения объемов в полостях сжатия и расширения происходят в одной фазе. Изменение общего объема и диапазон изменения давления максимальные. Однако, если предположить, что в полостях сжатия и расширения осуществляются изотермические или адиабатные процессы, то никакой работы двигатель не производит, так как площадь р, У-диаграммы, характеризующей работу газа, для точек А В представляется лишь одной линией а—Ь. Давление рабочего тела Бицилиндре двигателя при движениях рабочего поршня постоянно перемещение потока рабочего тела через систему отсутствует. [c.200]

Соединения свободнопоршневых двигателей с потребителями могут осуществляться и через внешний механический привод с воз-вратно-поступательным движением. Однако в этом случае вновь приходится сталкиваться с трудной проблемой, характерной для большинства традиционных машин с кривошипным механизмом, — утечки рабочего тела через уплотнения. Одним из таких возможных вариантов является двигатель с гидростатическим приводом (рис. 9.22). В двигателе используется уплотнение, которое отделяет газообразное рабочее тело и масло, а компрессор и насос перекачивают их обратно в соответствующие полости. [c.224]

Более детально блок двигателя показан на рис. 15.4, а некоторые из его характеристик приведены в табл. 15,1 [175]. Двигатель Стирлинга выполнен в основном по вытеснительной схеме — с поршнем и вытеснителем в раздельных цилиндрах. Вытеснитель расположен в одном из цилиндров и совершает небольшие колебательные движения с малой длиной хода, что является следствием баланса действующих сил, возникающих от циклического изменения давления и разности в площадях его торцовых поверхностей. Перемещения вытеснителя осуществляются от небольшого приводного поршня, работающего от сил перепада давления — изменяющегося давления рабочего тела и постоянного давления (1,12 МПа) в буферной полости. Изменение частоты вращения достигается регулирующим клапаном, находящимся в магистрали, соединяющей цилиндр вытеснителя и подсистему преобразования давления. [c.321]

Из четырех основных теплообменных аппаратов двигателя только в одном — воздухоподогревателе — процесс теплообмена при установивщемся режиме работы двигателя стационарный, Поэтому методика расчета этого теплобменника ничем не отличается от методики расчета известных теплообменных аппаратов подобного типа. Процессы теплообмена в других теплообменных аппаратах двигателя можно исследовать, используя законы движения массовых потоков в отдельных полостях двигателя (см. раздел Движение рабочего тела в полостях двигателя ). Скорости потока в различных сечениях теплообменных аппаратов определяют по мгновенным расходам рабочего тела при перетекании из одной полости в другую. [c.46]

Сопоставление результатов расчетов показывает, что основные качественные закономерности остаются такими же, как и-при расчете массопотоков по уточненной методике. Однако и эта методика дает только приближенное представление о процессах, протекающих в полостях двигателя Стирлинга. Вместе с тем она позволяет с достаточной степенью точности произвести анализ качественного влияния конструктивных параметров двигателя на движение рабочего тела в его полостях. [c.31]

В обоих рассмотренных случаях экспериментальные установки выполнены по схеме одноцилиндровых двигателей Стирлинга вытеснительного типа, в которых рабочий поршень закреплен неподвижно. Такая конструкция обеспечивает постоянный рабочий объем системы. Перемещение рабочего тела из одной полости в другую осуществляется с помощью вытеснителя. Это вызывает циклическое изменение давления рабочего тела, совпадающее по фазе с движением вытеснителя или, иными словами, с изменением объема рабочего тела в полости расширения. Постоянство общего объема значительно упрощает анализ системы с двигателем Стирлинга. Цель создания экспериментальных установок состояла в том, чтобы проверить метод прогнозирования изменения диапазона давления при постоянном общем объеме системы, т. е. подтвердить теорию экспериментальными данными для различных смешанных рабочих тел. Предполагалось также, что упрощенная методика может быть пригодной и для реальных двигателей Стирлинга с изменяющимся общим объемом системы. Кроме того, на тех же самых установках предполагалось провести и исследования регенеративных теплообменников с фазоизменяющи-мися рабочими телами. По-видимому, в литературе нет информации о таком типе регенераторов. [c.153]

Коэффициенты теплоотдачи от внутренней поверХ1ности рабочего пространства двигателя к рабочему телу обычно значительно выше, чем от теплоносителя, например, продуктов его рания топлива, во виешнем тепловом контуре, из-за более высоких скоростей и плотности рабочего тела в каналах тепло-обменных ашпаратов двигателя Стирлинга. Поэтому представляется более целесообразным принимать в качестве определяющих температур не температуру поверхностей стенок теплообменников, а средние температуры продуктов сгорания и охлаждающей жидкости, омывающих соответственно наружные поверхности горячей полости, нагревателя и охладителя. Средняя температура поверхности набивки регенератора несколько различна для двух направлений движения рабочего тела, что должно быть учтено при определении его температуры на выходе из регенератора при изменении направления движения в рабочем пространстве двигателя и при определении к. п. д. регенератора. [c.52]

Достижение с помощью ромбического привода практически прямолинейного движения рабочего и вытеснительного поршней позволяет применять для вытеснительного поршня лабиринтное уплотнение с малым зазором между гильзой и поршнем. С увеличением числа лабиринтов на боковой поверхности этого поршня уменьшается перетекание рабочего тела из горя чей полости в холодную и наоборот. При покрытии боково поверхности поршня мягким металлом или сплавами (алюминий, олово и т. д.) понижается температура и перепад давлений рабочего тела в последующих лабиринтах, вследствие этого создается достаточно хорошее уплотнение поршней в гильзе. Образующаяся вдоль боковой поверхности поршня газовая подушка почти полностью исключает трение поршня о стенки гильзы цилиндра. Несмотря на то, что при такой конструкции уплотнения поршня практически отсутствуют потери на трение между поршнем и цилиндром, все же мощность и экономичность двигателя несколько снижаются из-за перетекания рабочего тела через лабиринтные уплотнения в холодную полость. [c.96]

При расчете двигателя предполагалось, что температурная кривая, отличающаяся ог идеальной, совпадает по фазе с кривой изменения давления, т. е. так же, как и в случае идеальных процессов. Эта температурная кривая оказывает влияние не только на амплитуду давления, что было принято ранее, но также и на фазовое смещение давления и объема. Предполагалось, что некоторому элементу объема при определенной идеальной температуре соответствует определенная масса рабочего тела с изменением температуры этого объема изменяется и его масса, т. е. предполагаемая температурная кривая соответствует различному массораспределению в цикле, что обусловливает иное изменение давления. В этом случае кривая смещается на некоторый фазовый угол по отношению к прежней идеальной кривой изменения давления. Таким образом, различие между идеальной температурой рабочего тела в цилиндрах, теплообменниках и соединительных трактах (с одной стороны) и действительной температурой (с другой) неизбежно приводит к смещению по фазе давления и объема. Эти потери, названные адиабатными остаточными потерями , очевидно, имеют максимальное значение при наибольшем изменении давления, соответствующем определенному фазовому углу. При большом фазовом угле смещения, когда объем газа, находящийся между поршнями, совершает лишь возвратно-поступательное движение, а амплитуда давления определяется разностью температур между горячей и холодной полостями, влияние этих потерь невелико. [c.49]

Чтобы двигатель развивал подезную мощность, необходимо обеспечить сдвиг по фазе движений обоих возвратно-поступательных элементов. Поэтому вытеснительный поршень имеет меньшую массу, чем рабочий. Воздействие рабочего тела на рабочий и вытеснительный поршни приблизительно одинаково, однако из-за меньшей массы вытеснительный поршень движется с большим ускорением. Благодаря этому рабочее тело вытесняется из полости сжатия и по соединительному каналу (в котором может находиться регенератор) перемещается в горячую полость, вызывая дальнейшее повышение давления соответственно увеличивается разность давлений относительно давления в буферной полости, создающая движущую силу. В конечном счете вытеснительный поршень вступает в контакт с рабочим поршнем (состояние 2), и дальнейшее движение вниз оба поршня совершают совместно. [c.36]

В роторно-поршневых двигателях сжатие, расширение, выпуск и впуск рабочего тела производятся при изменении объемов полостей, образованных между корпусом двигателя и совершающим сложное планетарное движение ротором, имеющим треугольную форму. Главное их отличие от поршневых двигателей состоит в замене возвратно-поступательного движения порщней вращательным. Вследствие этого может быть увеличена частота вращения вала двигателя, что при одинаковом массовом заряде рабочего объема позволяет получить большую мощность. Поэтому при одинаковой мощности роторно-поршневые двигатели компактнее обычных поршневых двигателей и легче последних. Принцип использования вращающегося поршня был известен еще в XVI в., однако конструктивное воплощение этого принципа было осуществлено в 1957 г. Ф. Ванкелем, создавшим роторно-поршневой двигатель. [c.261]

На рис. 18 изображено изменение относительной скорости изменения количества рабочего тела за один цикл в горячей СГг и холодной ах полостях для одного из двигателей Стирлинга [38], у которого объем рабочих пространств изменяется по синусоидальному закону с фазовым сдвигом 90°, отношение температур в рабочем пространстве Т1 = 2 относительный объем Ггтах=1, / о = 0,333 Гн = 0,333 Гр = 0,333. Расчеты произведены по уточненной методике расчета замкнутых обратимых регенеративных циклов с учетом ограничений, налагаемых на процессы теплопередачи в теплообменных аппаратах, несовершенства процессов в регенераторе и потерь давления при перетекании рабочего тела из одной полости в другую [38]. Положительный знак величины сГг и ах имеют при движении газа из холодной полости в горячую. [c.30]

На рис. 19 приведены скорости изменения количества рабочего тела за один цикл в горячей и холодной полостях двигателя Стирлинга с учетом действительного закона движения поршней, рассчитанные по упрощенной методике Шмидта —-Киркли, изложенной выше [41]. [c.31]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...