Лекция.2

Тема – Устройство и кинематические схемы различных типов ЭУ

Содержание. Кинематические схемы ДВС и ГТУ. Основные узлы и агрегаты.

Принцип работы ДВС, ГТУ и Реактивных двигателей.

Классификация поршневых ЭУ. Маркировка.

Двигатели внутреннего сгорания - это двигатели, в которых процессы сжигания топлива, выделения теплоты и преобразования её в механиче­скую работу происходят непосредственно внутри двигателя, т.е. одним рабочим телом. К таким двигателям относятся поршневые и комбинированные двигатели, газовые турбины, роторно-поршневые и реактивные двигатели. Двигатели внутреннего сгорания относятся к наиболее распространённому классу тепловых двигателей.

Кинематические схемы поршневых ДВС, ГТУ реактивных двигателей

Поршневым двигателем называется тепловой двигатель, в котором преобразование энергии сгорания топлива в механическую энергию осуществляется путем давления газов на поршень перемещающегося внутри цилиндра.

Рисунок 2.1- Схема поршневого двигателя внутреннего сгорания

У поршневого двигателя (рисунок 2.1) ос­новными деталями являются цилиндр 2; крышка (головка) 5 цилиндра; блок-картер 1; поршень 6 шатун 7; коленчатый вал 8; впускные 3 и выпускные 4 клапаны. Топли­во и необходимый для его сгорания воздух вводятся в объем цилиндра двигателя, ограниченный днищем крышки, стенками цилиндра и днищем поршня. Выделившаяся при сгорании топливовоздушной смеси теплота высокой температу­ры и давления давит на поршень 6 и пере­мещает его в цилиндре 2. Возвратно-поступательное движение поршня, через шатун 7 преобра­зуется во вращательное движение коленчатого ва­ла 8, расположенного в картере. В связи с возвратно-поступательным движением поршня сгорание топлива в поршневых двигателях возможно лишь периодически последовательными порциями, причем сго­ранию каждой порции должен предше­ствовать ряд подготовительных процессов.

Газотурбинные двигатели

Газотурбинный двигатель (рисунок 2.2) – это тепловой двигатель, предназначенный для преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи и (или) механическую энергию на валу двигателя.

Рисунок 2.2 Схема газотурбинного двигателя

В газотурбинных двигателях преобразования энергии сгорания топлива в кинетическую энергию реактивной струи и механическую энергию на валу двигателя. сжигание топлива происходит в специальной камере сгорания 1. Топливо в нее подает­ся насосом 6 через форсунку. Воздух, не­обходимый для горения, нагнетается в ка­меру сгорания компрессором 6, установ­ленным на одном валу с рабочим колесом газовой турбины. Продукты сгорания через направляющий аппарат 2 поступа­ют в газовую турбину 4. Газовая турбина, имеющая рабочие ор­ганы в виде лопаток специального профи­ля, расположенных на диске и образую­щих вместе с последним вращающееся рабочее колесо, может работать с высокой частотой вращения. Применение в турбине нескольких последовательно расположен­ных рядов лопаток (многоступенчатые турбины) позволяет более полно использо­вать энергию горячих газов. Однако га­зовые турбины пока уступают по экономич­ности поршневым двигателям внутреннего сгорания, особенно при работе с неполной нагрузкой, и, кроме того, отличаются большой теплонапряжённостью лопаток рабочего колеса, обусловленной их непрерывной работой в среде газов с высокой температурой. При снижении температуры газов, поступающих в турбину, для повы­шения надежности лопаток уменьшается мощность и ухудшается экономичность турбины. Газовые турбины широко ис­пользуются в качестве вспомогательных агрегатов в поршневых и реактивных дви­гателях, а также как самостоятельные си­ловые установки.

Реактивные двигатели

Реактивные двигатели – это двигатели создающие тягу путем отбрасыванием в окружающую среду определенной массы вещества (рабочего тела).

Р еактивные двигатели являются основ­ным видом силовых установок авиа­ционных, ракетных и космических лета­тельных аппаратов, создающих реактивную тягу. Наиболее распространённым ракетным двигателям является жидкостные ракетные двигатели рисунке 2.3.

Рисунок 2.3 - Схема жидкостного ракетного двигателя

Жидкое топливо из бака 1 и окислитель из бака 5, насо­сами 4 под давлением подаются в камеру сгорания 2. Про­дукты сгорания расширяются в сопле 3 и выбрасываются в окружающую среду с большой скоростью. Истечение продуктов сгорания из сопла приводит к возникновению реактивной силы тяги двигателя.

Положительным свойством реактивных двигателей следует считать то, что реак­тивная тяга их почти не зависит от скоро­сти движения установки, а мощность ее возрастает с увеличением скорости по­ступления в двигатель воздуха, т. е. с по­вышением скорости движения. Это свойст­во используют при применении турборе­активных двигателей в авиации. Основным недостатком реактивных двигателей является от­носительно низкая экономичность и срав­нительно небольшой срок службы.