Нагнетатели и тепловые двигатели

Министерство транспорта Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

 «Российский университет транспорта (МИИТ)» 

_________________________________________________________ 

 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» 

 

 

 

А.В. Дмитренко 

 

Нагнетатели и тепловые двигатели 

 

 

Учебно-методическое пособие к курсовой работе по дисциплине 

«Нагнетатели и тепловые двигатели»  

 

 

 

 

 

Москва – 2018 

Министерство транспорта Российской Федерации 

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

 «Российский университет транспорта (МИИТ)» 

________________________________________________________ 

 

 

Институт транспортной техники и систем управления 

 

Кафедра «Теплоэнергетика железнодорожного транспорта» 

 

 

 

А.В. Дмитренко 

Нагнетатели и тепловые двигатели 

 

 

 

Учебно-методическое пособие  

для бакалавров по  направлению подготовки 13.03.01 «Теплоэнергетика и 

теплотехника», профиль «Промышленная теплоэнергетика» 

 

 

 

 

Москва - 2018 

 

 

УДК 621.4 

Д53 
 

 

Дмитренко А.В. Нагнетатели и тепловые двигатели: Учебно-методическое пособие к курсо- 

вой работе по дисциплине  «Нагнетатели и тепловые двигатели».  – М: РУТ (МИИТ), 2018. – 37 с. 

 

 
Учебно-методическое пособие соответствует рабочей программе для направления 

подготовки бакалавров. Пособие предназначено для выполнения студентами курсовой работы по 
дисциплине «Нагнетатели и тепловые двигатели». В пособии представлены описания и указания 
по выполнению курсовой работе и пример выполненной курсовой работы.  

 

 

 

Рецензент: 

Профессор кафедры  «Теплофизика» 

НИЯУ «МИФИ» Харитонов  В.С. 

 

 

 

 

 

 

 

 

   

 
 

                                                                                                      ©   РУТ (МИИТ), 2018 

 
 
 
 

 

Содержание 

 
1. Поршневые компрессоры.………………… ……………………..………...  4 
2. Стационарный дизель………………………..…………………………...... ..6 
3. Пример выполнение курсовой работы………………..……………….….. 11 
 
4. Список литературы…………………...……………………………………..35 
 
 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

1. Поршневые компрессоры  

Поршнево́й компре́ссор — тип компрессора, энергетическая машина для 
сжатия и подачи воздуха или газа под давлением. Компрессоры возвратно-
поступательного действия считаются самым давним и распространенным 
типом. Эффект компрессии создается за счет уменьшения объема газа при 
движении поршня в цилиндре. Всасывающие и нагнетательные клапаны 
поджаты пружиной и работают автоматически под действием перепада 
давления, возникающего между цилиндром компрессора и давлением в 
трубопроводе при движении поршня. Поршневые компрессоры производятся с 
воздушным или жидкостным охлаждением. Число оборотов коленчатого вала 
у таких компрессоров обычно в пределах от 125 до 1000 оборотов в минуту. 
Скорость движения поршня — в пределах от 2,54 до 5 м/с. Номинальная 
скорость газа — в пределах от 22 до 40 м/с, а рабочее давление на выходе 
может изменяться от вакуума до 4100 атмосфер[1] Компрессоры данного типа 
широко применяются в машиностроении, текстильном производстве, в 
химической, нефтегазовой, холодильной промышленности и криогенной 
технике. Многообразны по конструктивному выполнению, схемам и 
компоновкам.  

Классификация 

Поршневые компрессоры различают по устройству кривошипно-шатунного 
механизма или линейного привода, устройству и расположению цилиндров, 
числу 
ступеней 
сжатия. 
Поршневые 
компрессоры 
могут 
быть: 

крейцкопфные — с двухсторонним всасыванием и бескрейцкопфные — 
одностороннего всасывания (мощностью до 100 кВт). По расположению 
цилиндров компрессоры подразделяются на вертикальные, горизонтальные и 
угловые. К вертикальным относятся машины с цилиндрами, расположенными 
вертикально. При горизонтальном расположении цилиндры могут быть 
размещены по одну сторону коленчатого вала, такие компрессоры называются 
горизонтальными с односторонним расположением цилиндров; либо по обе 
стороны вала — с горизонтальными или двухсторонним расположением 
цилиндров. К угловым компрессорам относятся машины с цилиндрами, 
расположенными в одних рядах вертикально, в других — горизонтально. 
Такие компрессоры называются прямоугольными. К угловым компрессорам 
относятся машины с наклонными цилиндрами, установленными V-образно и 
W-образно (компрессоры называются соответственно V- и W-образными).  
Прогрессивным в развитии поршневых компрессоров явился переход на 

оппозитное исполнение компрессоров крупной и средней производительности. 
Оппозитные компрессоры, представляющие собой горизонтальные машины с 
встречным движением поршней и расположением цилиндров по обе стороны 
вала, отличаются высокой динамической уравновешенностью, меньшим 
габаритами 
и 
массой. 
Благодаря 
своим 
преимуществам 
оппозитные 

компрессоры практически полностью вытеснили традиционный тип крупного 
горизонтального компрессора.   

Для машин малой и средней производительности основным является 
прямоугольный тип компрессора и компрессора с У-образным расположением 
цилиндров.  

По числу ступеней сжатия[2] компрессоры различаются одно-, двух- и 
многоступенчатые. Многоступенчатое сжатие вызывается необходимостью 
ограничить температуру сжимаемого газа. В воздушных компрессорах 
возникает 
опасность 
воспламенения 
и 
взрыва 
масляного 
нагара, 

накапливающегося 
в 
трубопроводах, 
на 
крышках 
компрессоров 
и 

поверхностях клапанов, поэтому температура нагнетаемого воздуха не должна 
превышать 453К 

Компрессор без смазки цилиндров 

Первоначально компрессор без смазки цилиндров выполнялся с лабиринтным 
уплотнением, в которых уплотнение поршня достигается с помощью канавок, 
нарезанных на поршне, но такая конструкция не получила практического 
применения. В дальнейшем развитие компрессоров без смазки цилиндров 
пошло по пути создания и внедрения компрессоров, в которых уплотнение 
поршней 
осуществляется 
поршневыми 
кольцами, 
выполненными 
из 

композиционных 
материалов. 
Компрессоры 
без 
смазки 
цилиндров 

необходимы для технологических процессов, в которых попадание примесей 
смазочного масла в сжимаемый газ весьма нежелательно. Такие современные 
компрессоры работают без ремонта более продолжительное время, чем 
компрессоры с обычной смазкой цилиндров. В настоящее время на ряде 
заводов изготовляются разнообразные типы компрессоров без смазки 
цилиндров.  

 

 

 

2.  Стационарные дизели. 

Дизели представляют собой двигатели внутреннего сгорания (д.в.с.) с 
внутренним смесеобразованием и воспламенением горючей смеси от 
температуры сжатого воздуха, работающие преимущественно на тяжелом 
топливе по термодинамическому циклу со смешанным способом подвода 
теплоты.  

Рабочий цикл д.в.с., то есть совокупность процессов, в результате которых 
обеспечивается 
преобразование 
термохимической 
энергии 
топлива 
в 

механическую работу, проходит в цилиндрической камере, образованной 
стенками цилиндра, его головкой (крышкой) и перемещающемся в цилиндре 
поршнем. 

Основным параметром цикла служит степень сжатия, представляющая собой 
отношение полного объема цилиндра к объему камеры сжатия. Степень 
сжатия показывает, во сколько раз уменьшается объем рабочего тела в 
цилиндре при перемещении поршня от одного крайнего положения к другому 
(от нижней мертвой точки до верхней мертвой точки). Средние значения 
степени сжатия для современных дизелей без наддува лежат в пределах 14-16. 
Минимальные значения степени сжатия устанавливают из условий надежного 
воспламенения топлива, максимальные – по допустимым нагрузкам на детали 
рабочего механизма. 

Классификация типов дизельных двигателей в зависимости от конструкции 
камеры сгорания. 

1. Дизель с неразделенной камерой. Камера сгорания выполнена в поршне, 

а топливо впрыскивается в надпоршневое пространство. Основное 
достоинство такого двигателя состоит в минимальном расходе топлива. 
Недостатком дизельного двигателя с неразделенной камерой является 
повышенный уровень шума, по устранению которого в настоящее время 
ведутся интенсивные работы. 

2. Дизель с разделенной камерой. Топливо подается в дополнительную 

камеру. Обычно в дизельных двигателях такая камера (она называется 
вихревой) связана с цилиндром специальным каналом так, чтобы при 
сжатии воздух, попадая в вихревую камеру, интенсивно закручивался. 

Такое 
устройство 
способствует 
наибольшему 
перемешиванию 

впрыскиваемого топлива и воздуха и воспламенению смеси. Эта схема долгое 
время  признавалась оптимальной и широко использовалась. Однако 

вследствие малой экономичности в последнее время идет  активное 
вытеснение таких дизелей двигателями с непосредственным впрыском 
топлива. 

На первом этапе (такт впуска, когда поршень идет вниз) в цилиндр через 
открытый впускной клапан втягивается свежая порция воздуха. 

На втором этапе ( такт сжатия, когда поршень идет вверх), в то время как 
впускной и выпускной клапаны закрыты, воздух сжимается в объеме примерно 
в 17 раз (от соотношения 14:1 до 24 :1) по сравнению с общим объемом 
цилиндра , а воздух становится очень горячим. 

 

Непосредственно перед началом третьего такта (такт рабочего хода, когда 
поршень идет вниз) топ-пиво впрыскивается в камеру сгорания через 
распылитель форсунки. Оно в момент впрыска распыляется на мелкие 
частицы, которые равномерно перемешиваются со сжатым воздухом для 
создания самовоспламеняемой смеси. Когда поршень начинает свое движение 
в такте рабочего хода, энергия при сгорании высвобождается. Впрыск 
продолжается, что вызывает поддержание постоянного давления сгораемого 
топлива на поршень. 

В начале четвертого этапа (такт выпуска, когда поршень идет вверх), 
выпускной клапан открывается и выхлопные газы проходят через него . 

Кривошипно–шатунный 
механизм 
двигателя 
преобразует 
возвратно-

поступательные движения поршня во вращение вала, передавая вращающий 

момент, а, следовательно, и эффективную мощность потребителю нагрузки, в 
частности генератору электрического тока. 

Преимущества и недостатки дизельного двигателя 

Стандартный дизельный двигатель обычно имеет коэффициент полезного 
действия 30—40 %, а иногда и до 50 %, в то время как бензиновый двигатель 
представляется довольно неэффективным, так как способен преобразовывать 
только около 20—30 % энергии топлива в полезную. 

Дизельный двигатель из-за использования впрыска высокого давления не 
предъявляет требований к летучести топлива, что позволяет использовать в 
нем низкосортные тяжелые масла. Кроме того, дизельный двигатель не может 
развивать высокие обороты, так как смесь не успевает догорать в цилиндрах, 
что приводит к снижению удельной мощности двигателя на 1 л его объема, а 
значит, и к снижению удельной мощности на 1 кг массы двигателя. Дизельный 
двигатель не имеет дроссельной заслонки, регулирование его работы 
осуществляется нормированием количества впрыскиваемого топлива. Это 
приводит к отсутствию снижения давления в цилиндрах на низких оборотах. 

Назначение поршневого компрессора. 

Назначение поршневого компрессора – снабжение сжатым воздухом 
пневматических машин и механизмов во всех отраслях промышленности. 
Поршневые компрессоры являются оборудованием специального назначения и 
широко используются во многих отраслях. Основной задачей компрессора 
является  сжатие воздуха. Сжатый воздух от компрессора может быть 
использован как источник энергии для исполнительных механизмов, так и для 
проведения каких-либо технологических работ, связанных с применением 
сжатого воздуха. 

Поршневые компрессоры отличаются многообразием конструкционных типов, 
кинематических 
схем 
и 
компоновок. 
Они 
могут 
быть 
выполнены 

вертикальными, горизонтальными или угловыми, бескрейцкопфными или 
крейцкопфными, однорядными или многорядными. 

Воздушные компрессоры общего назначения со ступенями давления в 
отдельных 
цилиндрах 
выполняют 
бескрейцкопфными 
с 
V-образным 

расположением 
цилиндров 
(тип 
ВУ), 
а 
также 
крейцкопфными 
с 

прямоугольным (тип ВП) или горизонтальным оппозитивным (тип ВМ) 
расположением цилиндров. 

Каждый тип поршневого компрессора имеет свои преимущества и недостатки. 
Так безкрейцкопфные машины  значительно проще по конструкции, имеют 
меньшие габариты и массу. Однако полость цилиндра, обращенная к картеру, 
остается не рабочей. Следовательно, при одинаковой производительности 
увеличиваются диаметры цилиндров , растут механические потери, 
увеличиваются потери воздуха, имеет место значительный унос масла и 
загрязнение им сжимаемого воздуха. 

Принцип работы поршневого компрессора. 

Когда поршень опускается, в цилиндре образуется свободное пространство, и 
в результате перепада давления открывается впускной клапан , через который 
воздух всасывается в камеру сжатия. Затем, когда поршень проходит  точку 
поворота,  соответствующую наибольшему объему камеры сжатия, впускной 
клапан закрывается, и давление воздуха начинает возрастать. По мере 
сокращения объема камеры сжатия давление воздуха увеличивается. Когда 
давление в камере достигает заданных параметров, открывается нагнетательных 
клапанов , и сжатый воздух покидает камеру сжатия. Для обеспечения 
наибольшего 
коэффициента 
полезного 
действия 
при 
сжатии 
между 

скользящим поршнем и неподвижным цилиндром требуется эффективное 
уплотнение. Несмотря на то, что безмасляные поршневые компрессоры 
имеются 
в 
продаже, 
гораздо 
чаще 
можно 
встретить 
смазываемые 

(маслонаполненые) агрегаты. Подача смазочного материала в цилиндр 
уменьшает 
износ 
поршня 
и 
стенок 
цилиндра, 
но 
сопровоздается 

нежелательным явлением подмешивания и переноса масла потоком сжатого 
воздуха. Таким образом, если компрессор используется в процессе, не 
допускающем наличия в воздухе смазочных материалов, то на линии подачи 
сжатого воздуха приходится устанавливать маслоотделитель для удаления 
масла из воздушного потока. Но так как мы рассматриваем в основном 
применение компрессоров для работы гайковерта, пневмогидравлического 
стенда и тд, то здесь наоборот, устанавливают лубрикаторы для создания 
маслянистой среды. 

Преимущество крейцкопфных машин двойного действия, помимо значительно 
меньших потерь, связано с раздельной смазкой механизма движения и 
цилиндров. При этом механизм движения смазывают относительно недорогим 
машинным 
маслом. 
Необходимо 
отметить, 
что 
с 
увеличением 

производительности компрессора преимущество машин ВУ по сравнению с 
ВП 
по 
габаритам 
и 
массе 
уменьшаются. 
Основное 
преимущество 

компрессоров типов ВУ и ВП с расположением цилиндров в вертикальной 

плоскости – небольшая площадь пола машинного зала, требуемая для их 
установки. Однако эти компрессоры тихоходны, трудно балансируемые, это 
вызывает необходимость в тяжёлых фундаментах; строительная высота 
машинного зала, с учетом произведения монтажных и ремонтных работ, 
должна быть относительно большой. Компрессоры типа ВМ, получающие в 
настоящее время широкое распространение, легко балансируются, допускают 
относительно высокую частоту вращения вала, требуют малых высот 
машинного зала, однако, в силу горизонтального расположения занимают 
большие площади пола.