Особливості роботи і пристрій ДВС з безперервним згорянням палива
1. Особливості ДВС з безперервним згорянням палива
2. Принцип роботи реактивного двигуна
3. Принцип роботи газотурбінного двигуна
4. Принцип роботи турбо реактивного двигуна
1. Двигуни з безперервним згорянням палива.
Основний елемент двигунів з безперервним згорянням палива - камі-ра - згоряння постійного обсягу. У неї подаються пальне і окислювач. Газовий потік продуктів згорання за рахунок високої температури і розширення набуває велику кінетичну енергію, яка перетворюється в так звану реактивну силу тяги двигуна або енергію обертання ротора газової тур-біни. Виникнення реактивної сили добре ілюструє досвід зі шкільного курсу фізики - «обертання сегнерова колеса»: вода, витікаючи з колеса в одну сторону, змушує вра-тися колесо в протилежну сторону.
2. Принцип роботи реактивного двигуна
Реактивний двигун. Робоча суміш для реактивного двигуна, схема якого представлена на рис. 4, готується, як правило, з рідкого палива і окислювача, що зберігаються в окремих резервуарах спеціального бака 1, з яких вони безперервно подаються в камеру згоряння 4 спеціальними дозуючими насосами 2 і 7 під тиском через форсунки відкритого типу 6. Робочим тілом для реактивного двигуна є продукти реакції окислення палива (продукти горіння палива), які при виході з сопла 5 мають високу температуру і велику швидкість витікання. Ці параметри робочого тіла дозволяють створити значну силу тяги у такого двигуна. Запуск здійснюється короткочасним включенням запальної свічки 3.
Мал. 1. Схема рідинного реактивного двигуна:
1 - баки; 2 - дозуючий паливний насос; 3 - запальний свічка; 4 камера згоряння; 5 - сопло; 6 - форсунки; 7 - дозуючий насос окислювача
Особливість роботи реактивного двигуна полягає в тому, що його сила тяги не залежить від швидкості руху силової установки. Простота конструкції робить його досить дешевим і простим в експлуатації, проте велика теплонапряженность деталей призводить до зниження надійності і термінів служби.
До недоліків цих теплових двигунів слід віднести великий шум при роботі і низьку економічність, що є основними причинами, що обмежують їх застосування на залізничному транспорті. Широке поширення ці двигуни отримали в авіації і ракетній техніці.
3. Принцип роботи газотурбінного двигуна
Газотурбінний двигун. Газотурбінний двигун (ГТД) являє собою різновид теплового двигуна, в конструкції якого є лопаточні машини. Особливістю роботи є те, що перетворення енергії палаючого палива в механічну роботу відбувається в ньому безперервно. У ВМД складові частини робочого циклу, що включає стиснення повітря, відведення теплоти до робочого тіла і розширення, роз'єднані між собою і протікають в різних місцях. У поршневих ж двигунах процеси стиснення повітря, підведення теплоти до робочого тіла і розширення, послідовно чергуючись, здійснюються в одному місці - робочому циліндрі.
Газотурбінний двигун може бути використаний в якості теплового двигуна на газотурбовоза і літаках.
Газотурбінний двигун може працювати на будь-якому вигляді і сорті палива (рідке, тверде й газоподібне).
Найбільш проста принципова схема одновального турбінного двигуна, використовуваного на газотурбовоза, представлена на рис. 5.
Спалювання палива виробляється в спеціальній камері згоряння 8. Паливо в неї через форсунку подається насосом 3. Повітря, необхідне для горіння палива, надходить у двигун через кероване повітрозабірні пристрій 6. Встановлений на одному валу 4 з робочим колесом газової турбіни 2, повітряний компресор 5 стискає його і подає в камеру згоряння 8. Продукти горіння палива з камери згоряння, проходячи через направляючий апарат 9, надходять на лопатки робочого колеса 2 і далі погазоотводу 10 в атмосферу. Газова турбіна, що має робочі органи у вигляді лопаток зі спеціальним профілем, закріплених на робочому колесі 2, працює з високою частотою обертання (100. 250 з-1), приводячи в дію як повітряний компрессор5, так і вільний вал 4 для передачі потужності потребітелю11. Для запуску ГТД служить спеціальний пусковий двигун 12, який починає провертати вільний вал 4. а електрична свічка 7 здійснює первинне запалення палива в камері згоряння 8. Застосування в турбіні декількох послідовно розташованих рядів робочих коліс з лопатками дозволяє більш повно використовувати енергію відпрацьованих газів і збільшити її потужність.
На сьогоднішній день відомо багато конструкцій і схем ВМД, що відрізняються один від одного наступними параметрами:
• умовами спалювання палива - з внутрішнім і зовнішнім спалюванням;
• використанням робочого тіла в круговому процесі - розімкнуті і замкнуті системи;
• кількістю валів - одновальні, дво- і многовальние.
Мал. 2. Принципова схема одновального газотурбінного двигуна:
1 - корпус газової турбіни; 2 - робоче колесо газової турбіни; 3 - паливний насос; 4 - вільний вал; 5 повітряний компресор; 6 - повітрозабірні пристрій повітряного компресора; 7- електрична свічка запалювання; 8- камера згоряння; 9 - направляючий апарат; 10 - газовідвід; II - споживач потужності; 12 - пусковий двигун
В установках СПГГ зазвичай використовується низькосортне паливо. Турбіна працює на газі з відносно невисокою температурою (500. 600 ° С), тому для виготовлення лопаток може бути використаний менш жароміцний матеріал. ККД таких установок сягає 35%, однак вони мають збільшену масу і габарити в порівнянні з дизелями з газотурбінним наддувом.
Економічність роботи ГГД можна поліпшити за рахунок підвищення температури газів перед турбіною, використання многовальних систем, застосування регенерації і утилізації теплоти відхідних газів (наприклад, для опалення та кондиціювання повітря в вагонах), застосування проміжного охолодження повітря при стисненні і проміжного підведення теплоти до газу при його розширенні. Забезпечення цих заходів вимагає застосування жароміцних сталей для лопаток турбіни, використання металокерамічних матеріалів, повітряного охолодження частини турбіни. При цьому КГТД діючих установок підвищується до 33. 40%.
Існують проектні розробки і спроби створення локомотивних газотурбінних двигунів на твердому або пилоподібному паливі.
Особливість ВМД, що застосовуються в авіації, є те, що енергія згоряння палива перетворюється в енергію витікання газів, які з великою швидкістю через випускну систему ВМД викидаються в атмосферу. Тяга при роботі цих двигунів виникає за рахунок різниці кількостей руху (твори маси на швидкість), що виходить з випускної системи газовоздушного потоку і входить в приймальний пристрій ВМД повітря. Тяга спрямована при цьому в сторону, протилежну напрямку витікання газів, т. Е. Є реактивної. Неважко уявити собі, що для збільшення тяги реактивного двигуна необхідно збільшити різницю кількостей руху, т. Е. На виході з ВМД добуток маси на швидкість має значно перевищувати таку ж величину на вході. Вирішенню цього завдання служать всі елементи конструкції ГТД.
Існують три типи газотурбінних двигунів: турбореактивні, турбогвинтові двоконтурні і турбогвинтові. Розглянемо принцип роботи кожного типу двигуна.