Принцип действия теплового двигателя

Принцип действия теплового двигателя. КПД теплового двигателя.

Тепловыми двигателями называют машины, в которых внутренняя энергия топлива превращается в механическую.

Тепловые двигатели: паровая машина, двигатель внутреннего сгорания, паровая и газовая турбина, реактивный двигатель. ДВС распространенный вид теплового двигателя. Название произошло от того, что топливо в нем сгорает прямо в цилиндре. Один рабочий цикл происходит за четыре такта (впуск, сжатие, рабочий такт, выпуск), поэтому такие двигатели называют четырехтактными.

Конструктивные особенности разных двигателей различны, так в паровой турбине на вал насажен диск с лопатками, около лопаток расположены трубы – сопла, в которые поступает пар из котла, то есть в турбине нет цилиндра, поршня, впускного и выпускного клапанов, коленчатого вала, шатуна, маховика – части ДВС.

Нагреватель

Холодильник

Рабочее тело

Любой тепловой двигатель состоит из нагревателя, рабочего тела, холодильника, тела, механическая энергия которого меняется. Газ или пар, который является рабочим телом, получает некоторое количество теплоты, расширяется и совершает работу за счет своей внутренней энергии. С отработанным паром или выхлопными газами часть энергии передается атмосфере – холодильнику.

Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от нагревателя, называют КПД.

КПД= =

КПД ДВС 20%-40%, паровых турбин выше 30%.

В результате непрерывного развития энергетики, автомобильного транспорта увеличивается отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду. Поэтому необходимо решить проблемы усовершенствования автомобильных двигателей, использование в качестве топлива водорода.

Место и роль тепловых двигателей в системах тепло энергоснабжения промпредприятий

Место и роль тепловых двигателей в системах тепло энергоснабжения промпредприятий

Наибольшее распространение в народном хозяйстве получили лопастные насосы. Создаваемый ими напор может превышать 3500 м, а подача — 100 000 м3/ч в одном агрегате.

В теплоэнергетических установках для питания котлов, подачи конденсата в системе регенеративного подогрева питательной воды, циркуляционной воды в конденсаторы турбин, сетевой воды в системах теплофикации применяются центробежные насосы.

В последнее время в связи с ростом мощности паровых турбин в конденсационных установках иногда применяют осевые насосы.

Центробежные и струйные насосы применяются на ТЭС в системах гидрозолоудаления.

Струйные насосы используются для удаления воздуха из конденсаторов паровых турбин.

Из объемных насосов в теплоэнергетике применяют поршневые насосы для питания паровых котлов малой паропроизводительности. Роторные насосы употребляются на электростанциях в системах смазки и регулирования турбин.

На ТЭС поршневые компрессоры служат для обдува поверхностей нагрева котлов с целью их очистки от летучих золы и сажи и снабжения сжатым воздухом пневматического ремонтного инструмента.

5-2. Классификация и область применения нагнетателей объемного действия и поршневых детандеров

Нагнетатель — гидравлическая машина, в которой происходит преобразование механической работы в механическую энергию рабочей среды. Основное назначение нагнетателя — повышение полного давления перемещаемой среды.

В объемных нагнетателяхповышение энергии рабочего тела достигается силовым воздействием твердых рабочих тел.

поршневые — работающие при поступательном движении рабочего органа,

ротационные — нагнетатели, работающие при вращательном движении рабочего органа.

Назначение детандеров — максимальное понижение температуры при расширении газа с совершением внешней работы. Два основных типа: поршневые и турбодетандеры. Первые используют в установках малой производительности высокого и среднего давления воздуха. Вторые применяют преимущественно в больших установках, где расширение газов в них происходит большей частью с низкого давления.

Поршневые детандеры работают при более высоких начальных температурах газов вплоть до температуры окружающей среды (процесс Гейландта). Турбодетандеры, если не считать пускового периода, работают при более низких температурах.

Работу, совершаемую детандером, используют для выработки электроэнергии. Это позволяет в установках газообразного кислорода уменьшить расход энергии на сжатие воздуха, поступающего в установку, на 3—4%.

Поршневые детандеры установок газообразного кислорода предназначены для охлаждения относительно небольших количеств воздуха (несколько сот кубических метров в час)’ при больших степенях расширения (от 6 до 30). Принцип действия поршневых детандеров заключается в передаче работы расширения газа в цилиндре коленчатому валу машины через кривошипно-шатунный механизм. Поршневые детандеры выпускают в вертикальном и горизонтальном исполнении, и в зависимости от начальных параметров воздуха они относятся к машинам высокого или среднего давления.

Рабочий процесс в детандере складывается из шести процессов.

Процесс 1—2 (наполнение) протекает с открытым впускным клапаном

Процесс 2—3 (расширение) протекает при закрытых клапанах; количество газа в цилиндре постоянно.

Процесс 3—4 (выхлоп) происходит тогда, когда поршень находится в нижней мертвой точке. Расширенный газ выходит через открытый выпускной клапан.

Процесс 4—5 (выталкивание) происходит во время движения поршня от НМТ. Расширенный и охлажденный газ при постоянном давлении выталкивается из цилиндра в трубопровод за детандером, где смешивается с той частью газа, которая была выпущена из цилиндра в процессе 3—4. Выталкивание заканчивается в точке 5, когда выпускной клапан закрывается.

Процесс 5—6 (обратное поджатие). В течение этого процесса оставшийся в цилиндре газ сжимается при дальнейшем обратном движении поршня к ВМТ. При этом давление и температура газа повышаются. Процесс 6—1 (впуск) начинается в точке 6, когда открывается впускной клапан.

На рис. 85 показаны индикаторные диаграммы реального детандера среднего давления.

а — диаграмма давлений; б — диаграмма температур

Насосы

Насосы – гидравлические машины для подъема и перемещения жидкостей.

—лопастные (центробежные, осевые, вихревые)

—объемные (поршневые, плунжерные)

—ротационные (шестерёнчатые, шиберные, винтовые)

—струйные (инжекторы и эжекторы).

В объемных насосах передача энергии производится принудительным воздействием рабочего тел на перемещаемую среду и ее вытеснением. В лопастных насосах преобразование мех. энергии в гидравлическую производится вращающимся колесом, снабженными лопастями.

Вентиляторы

Вентиляторы — это механические устройства, служащие для перемещения воздуха по воздуховодам, или непосредственной подачи либо отсоса воздуха из помещения. Перемещение воздуха происходит из-за создания перепада давления между входом и выходом вентилятора.

Вентиляторы подразделяются на типы по нескольким показателям:

1. По кострукции — осевые — центробежные — тангенциальные 2. По условиям работы — обычные — термостойкие — коррозионностойкие — взрывозащищенные — пылевые

3. По создаваемому полному напору — низкого давления (до 1 кПа) — среднего давления (от 1 до 3 кПа) — высокого давления (от 3 до 12 кПа) 4. По способу установки — обычные (устанавливаются на опоре — фундаменте, раме и т.п.) — канальные (устанавливаются в воздуховоде) — крышные (устанавливаются на крыше здания)

Читать еще: Ветерок с двигателем лифан как сделать

Компрессоры

Компрессором называют воздуходувную машину, предназначенную для сжатия и подачи воздуха или какого-либо газа под давлением не ниже 0,2 МПа.

Объемные компрессоры работают по принципу вытеснения, когда давление перемещаемой среды повышается в результате сжатия. К ним относятся поршневые и роторные компрессоры.

Динамические компрессоры работают по принципу силового действия на перемещаемую среду. К ним относятся лопастные (радиальные, центробежные, осевые) нагнетатели и нагнетатели трения (вихревые, дисковые, струйные и т.п.).

Лопастныминазывают компрессоры, в которых среда перемещается за счет энергии, передаваемой ей при обтекании лопастей рабочего колеса.

Классификация тепловых двигателей:

Тепловые двигатели – это машины, в которых тепловая энергия рабочей среды преобразуется в механическую работу.

1. Турбины: — паровые — газовые 2. ДВС — дизельный — бензиновый — карбюраторный — инжекторный

3. Двигатель Стирлинга 4. Ракетные 5. Гибридные

Паровые турбины. Пар, образующийся в паровом котле, расширяясь, под высоким давлением проходит через лопатки турбины. Турбина вращается и производит механическую энергию, используемую генератором для производства электричества.

Газовая турбина, тепловой двигатель непрерывного действия, в лопаточном аппарате которого энергия сжатого и нагретого газа преобразуется в механическую работу на валу. Двигатель Стирлинга — двигатель внешнего. В двигателе внутреннего сгорания топливо сгорает внутри цилиндров и тепловая энергия, выделяющаяся при этом, преобразуется в механическую работу.

КПД компрессоров.

В энергетике под КПД обычно понимают отношение полезно используемой энергии ко всей затраченной. И чем выше процент полезно используемой энергии из всего её затраченного количества, тем выше КПД. В случае компрессорных машин такое определение КПД оказывается неприемлимым.

Поэтому для оценки степени совершенства реальных компрессорных машин их сравнивают с идеальными. При этом для охлаждающих компрессоров вводится изотермический КПД:

ηиз =lиз / lд =Nиз/Nд

lиз — работа на привод идеального компрессора при изотермическом сжатии,

lд — действительная работа на привод реального охлаждаемого компрессора,

Nиз,Nд — соответствующие мощности приводных двигателей;

Преимущества ПГУ

· Парогазовые установки позволяют достичь электрического КПД более 50 %. Низкая стоимость единицы установленной мощности

· Парогазовые установки потребляют существенно меньше воды на единицу вырабатываемой электроэнергии по сравнению с паросиловыми установками

· Короткие сроки возведения (9-12 мес.)

· Нет необходимости в постоянном подвозе топлива ж/д или морским транспортом

· Компактные размеры позволяют возводить непосредственно у потребителя (завода или внутри города), что сокращает затраты на ЛЭП и транспортировку эл. энергии

· Более экологически чистые в сравнении с паротурбинными установками

Недостатки ПГУ

· Низкая единичная мощность оборудования (160—972,1 МВт на 1 блок), в то время как современные ТЭС имеют мощность блока до 1200 МВт, а АЭС 1200—1600 МВт.

· Необходимость осуществлять фильтрацию воздуха используемого для сжигания топлива