Действительные индикаторные диаграммы объемных пневмодвигателей

Из-за наличия мертвого (вредного) пространства, потерь давления, утечек воздуха, а также запаздывания и сопротивления распределителя индикаторная диаграмма реального пневмодвигателя значительно отличается от теоретической.

Вначале выясним влияние только вредного пространства V_м (рис. 5.15), принимая все остальное как у теоретического пневмодвигателя.

Рисунок 5.15 – Влияние вредного пространства на работу пневмодвигателя

Наличие вредного пространства V_м, т. е. неизменяемой части объема рабочей камеры, обусловлено конструкцией камеры, подвижных частей и распределителя. Так, у поршневого пневмодвигателя (рис. 5.15) поршень в конце выхлопа не доходит вплотную до торцевой стенки цилиндра во избежание удара и разрушения двигателя. Поэтому требуется обеспечить некоторый зазор между поршнем и крышкой цилиндра, который компенсировал бы температурные изменения длины цилиндра, штока, кривошипа и возможные люфты шарнирных сочленений. Кроме того, в состав вредного пространства входят полости и каналы, связанные с размещением распределителя и уплотнений.

Аналогичная картина у шестеренных, пластинчатых и винтовых машин. Причем относительное значение вредного пространства у объемных пневмодвигателей примерно составляет ε_м = V_м/V_п = 0,10¸0,25 полезного объема рабочей камеры [3].

В случае работы пневмодвигателя с полным наполнением (рис. 5.15) в его цилиндр должен поступить объем сжатого воздуха V_м + V_п с давлением p₁. Тогда работа теоретического пневмодвигателя соответствовала бы площади диаграммы 1—2¢¢¢—3—4—1, а при наличии вредного пространства — площади диаграммы 1¢—2¢¢¢—3—4¢—1¢, которая меньше первой. Следовательно, вредное пространство уменьшает работу пневмодвигателя за цикл и увеличивает расход сжатого воздуха. В рассматриваемом случае, в зависимости от ε_м, увеличение расхода воздуха может составить порядка 10–25 %. Подобным образом влияние вредного пространства скажется и при работе с частичным (диаграмма 1¢—2¢—3¢—3—4¢—1¢) и полным расширением воздуха (диаграмма 1¢—2—3—4¢—1¢). Поэтому необходимо стремиться к минимальному относительному значению вредного пространства.

Рассмотрим влияние на действительную индикаторную диаграмму других факторов (рис. 5.16). Так, линии наполнения 1—2 и выхлопа 3—4 в отличие от теоретической диаграммы не являются прямыми. Кривизна этих линий объясняется непостоянством потерь давления при впуске и выхлопе воздуха вследствие изменения его скорости. Давление при выхлопе p₂ выше атмосферного p_а (особенно для двигателей, имеющих глушители шума). Кривая расширения 2—3 не имеет на всем протяжении постоянного значения показателя политропы, так как при расширении наблюдается отдача тепла от стенок цилиндра воздуху.

Рисунок 5.16 – Действительные индикаторные диаграммы

Некоторые двигатели работают с полным обратным сжатием воздуха (кривая 4¢—1), неполным (кривая 4¢¢—1) и без сжатия (кривая 4—1). Чаще всего пневмодвигатели работаю без обратного сжатия.

При работе двигателя с переменной частотой вращения площадь индикаторной диаграммы меняется вследствие изменения гидравлических сопротивлений. На рис. 5.16, б показана сплошными линиями теоретическая индикаторная диаграмма (1—2—3¢—3—4—1) и штриховыми линиями действительные индикаторные диаграммы при различных частотах вращения. С увеличением частоты вращения площадь действительной диаграммы уменьшается, а следовательно, уменьшаются крутящий момент, мощность и адиабатный к. п. д. пневмодвигателя (см. рис. 5.11).