Термодинамические циклы ПД с наддувом

Одно из основных направлений в развитии поршневых д. в. с. заключается в увеличении их мощности путем соответствующего повышения среднего давления цикла.

Анализ зависимостей показывает, что в термодинамических циклах V среднее давление p_t станет больше, если повысить начальное давление р_а. Увеличение этого давления в двигателях достигается при помощи подачи в цилиндры воздуха, предварительно сжатого в компрессоре, под избыточным давлением. Такой метод увеличения мощности двигателя называют наддувом.

Компрессор может иметь механический привод от вала двигателя, в этом случае на его работу затрачивается часть мощности двигателя. Энергетически более выгодным является привод компрессора от турбины, которая использует часть энергии отработав­ших в цилиндре поршневого двигателя газов (газотурбинный наддув). В цикле (рис.19 а) после адиабатного расширения в цилиндре (процесс zb) газы направляются в турбину, где продолжают расширяться также адиабатически (bf) и при этом совершают работу. Затем при постоянном давлении от газов отбирается теплота q₂ (процесс fm). Сжатию воздуха в компрессоре соответствует адиабатный процесс та.. Рассматриваемый круговой процесс называют циклом с продолженным расширением.

Особенность этого способа наддува заключается в работе турбины при переменном давлении на входе, т. е. в использовании кинетической энергии (импульс давления) газов, отработавших в цилиндре поршневого двигателя, поэтому такую систему наддува называют импульсной. В реальных условиях осуществление импульсной системы наддува затрудняется организацией работы турбины 'при переменных давлении и скорости газа.

Более простым и распространенным является способ газотурбинного наддува при постоянном давлении перед турбиной (рисунок19, б). После окончания расширения газов у в цилиндре от них при постоянном объеме отводится теплота q'₂ (процесс Ъа), затем используемая в газовой турбине, на входе в которую давление поддерживается постоянным (линия аг). Адиабатное расширение газов в турбине изображено линией rf. Затем теплота отводится при р = const (линия fin). Адиабатное сжатие воздуха в компрессоре происходит по линии та. Термический к. п. д. цикла с постоянным давлением газа на входе в турбину ниже, чем при импульсной системе наддува.

Рисунок 19 Термодинамические циклы со смешенным подводом теплоты и с наддувом: V а - с продолженным расширением; б - постоянным давлением газов перед турбинной

В заключение рассмотрения термодинамических (идеальных) циклов следует отметить, что большей степенью приближения к действительным циклам характеризуются теоретические циклы поршневых д. в. с.

Теоретическим называют незамкнутый необратимый цикл, который осуществляется реальным рабочим телом переменного состава. При анализе теоретических циклов в соответствии с принимаемыми допущениями оказывается возможным учесть потери из-за изменения теплоемкости в зависимости от температуры, диссоциации газов, теплообмена со стенками и т. д. Естественно, что к. п. д. теоретического цикла меньше, чем соответствующего термодинамического.

Контрольные вопросы:

1. Что такое термодинамический цикл?

2. В чем физический смысл понятия «термический кпд»?

3. Какие циклы реализуются в ПД с принудительным зажиганием и самовоспламенением?

4. В чем сущность наддува?

5. Каковы основные способы привода компрессора при наддуве?

6. Что такое теоретический цикл ПД и чем он отличается от термодинамического?

7. Как влияет степень сжатия на КПД цикла?

Лекция 5