Positiivse nihkega puhurites
Helitugevuse puhurid:
kolb
pöörlev
Kolvipaisutajad
Pumbad
Pumbad on hüdraulilised masinad vedelike tõstmiseks ja teisaldamiseks.
Teradega (tsentrifugaalne, aksiaalne, keeris)
Mahumeetriline (kolb, kolb)
Pöörlev (käik, liug, kruvi)
Jet (pihustid ja ejektorid).
Mahumeetrilistes pumpades kantakse energia üle töövedeliku sundmõjul liigutatavale keskkonnale ja selle nihkele. Labapumpades on meh. Hüdraulika energiat toodab teradega varustatud pöörlev ratas.
Fännid
Ventilaatorid on mehaanilised seadmed, mida kasutatakse õhu liikumiseks läbi kanalite või õhu otseseks sisse- või väljatõmbamiseks ruumist. Õhu liikumine toimub tänu rõhuerinevuse tekkimisele ventilaatori sisse- ja väljalaskeava vahel.
Ventilaatorid on jagatud tüüpideks mitme näitaja järgi:
Kompressorid
Kompressor nimetatakse puhurmasinaks, mis on ette nähtud õhu või mis tahes gaasi kokkusurumiseks ja tarnimiseks rõhu all, mis on vähemalt 0,2 MPa.
Positiivse nihkega kompressorid töötavad nihke põhimõttel, kui kokkusurumise tagajärjel suureneb transporditava keskkonna rõhk. Nende hulka kuuluvad kolb- ja pöördkompressorid.
Dünaamilised kompressorid töötavad liikuvale kandjale mõjuva jõu põhimõttel. Nende hulka kuuluvad labadega (radiaal-, tsentrifugaal-, aksiaalsed) ülelaadurid ja hõõrdülelaadurid (keeris-, ketas-, joa- jne).
laba nimetatakse kompressoriteks, milles sööde liigub tiiviku labade ümber voolates talle ülekantud energia tõttu.
Soojusmootorite klassifikatsioon:
Soojusmootorid on masinad, milles soojusenergia töökeskkondümber mehaaniliseks tööks.
Soojusmootorid:
Auruturbiinid. Aurukatlas tekkiv aur paisub, all kõrgsurve läbib turbiini labasid. Turbiin pöörleb ja toodab mehaanilist energiat, mida generaator kasutab elektri tootmiseks.
Gaasiturbiin on pidev soojusmasin, milles kokkusurutud ja kuumutatud gaasi energia muudetakse labaaparaadis võllil mehaaniliseks tööks. Stirlingi mootor on väline mootor. Sisepõlemismootoris põleb kütus silindrite sees ja selle protsessi käigus vabanev soojusenergia muundatakse mehaaniliseks tööks.
kompressori efektiivsus.
Energiasektoris mõistetakse tõhususe all tavaliselt kasulikult kasutatud energia suhet kogu kulutatud energiasse. Ja mida suurem on kasuliku energia protsent kulutatud kogusummast, seda suurem on efektiivsus. Kompressormasinate puhul osutub selline efektiivsuse määratlus vastuvõetamatuks.
Seetõttu võrreldakse tõeliste kompressormasinate täiuslikkuse astme hindamiseks neid ideaalsete masinatega. Samal ajal võetakse jahutuskompressorite jaoks kasutusele isotermiline efektiivsus:
ηout = liz / ld = Niz / Nd
liz - töötage ideaalse kompressori juhtimiseks isotermilise surve all,
ld - tegelik töö tõelise jahutatud kompressori ajami kallal,
Niz, Nd - ajamimootorite vastav võimsus;
CCGT eelised
· Kombineeritud tsükliga jaamad võimaldavad saavutada elektritõhusust üle 50%. Madal hind paigaldatud võimsuse ühiku kohta
Kombineeritud tsükliga taimed tarbivad oluliselt vähem vett toodetud elektrienergia ühiku kohta võrreldes auruelektrijaamadega
· Lühike aeg erektsioon (9-12 kuud)
Pole vaja pidevat kütusevarustust raudteel või merel
· Kompaktsed mõõtmed võimaldavad ehitada otse tarbija juurde (tehases või linna sees), mis vähendab elektriliinide ja elektri transpordi maksumust. energiat
Keskkonnasõbralikum võrreldes auruturbiiniseadmetega
CCGT puudused
· Seadmete madal ühikuvõimsus (160-972,1 MW 1 ühiku kohta), kusjuures kaasaegsed soojuselektrijaamad on ühikuvõimsusega kuni 1200 MW, tuumajaamad aga 1200-1600 MW.
Kütuse põletamiseks kasutatava õhu filtreerimise vajadus
Soojusmasinate koht ja roll tööstusettevõtete soojus- ja elektrivarustussüsteemides
Levinuim aastal rahvamajandus saanud labapumbad. Nende tekitatud rõhk võib ühes ühikus ületada 3500 m ja vooluhulk - 100 000 m3 / h.
Soojuselektrijaamades kasutatakse tsentrifugaalpumpasid katelde toitmiseks, toitevee regeneratiivse soojendamise süsteemi kondensaadiga varustamiseks, turbiinkondensaatoritesse ringleva vee ja küttesüsteemide võrguvee varustamiseks.
AT viimastel aegadel aastal auruturbiinide võimsuse suurenemise tõttu kondensatsiooniüksused mõnikord kasutatakse aksiaalpumpasid.
Tsentrifugaal- ja jugapumpasid kasutatakse soojuselektrijaamades hüdraulilistes tuhaeemaldussüsteemides.
Auruturbiini kondensaatoritest õhu eemaldamiseks kasutatakse jugapumpasid.
Soojusenergiatööstuse mahupumpadest kasutatakse kolbpumpasid madala auruvõimsusega aurukatelde toiteks. Pöördpumpasid kasutatakse elektrijaamades turbiinide määrimis- ja juhtimissüsteemides.
Soojuselektrijaamades kasutatakse katelde küttepindade puhumiseks kolbkompressoreid, et puhastada need lendtuhast ja tahmast ning varustada. suruõhk pneumaatiline remonditööriist.
5-2. Positiivse töömahuga puhurite ja kolvipaisutajate klassifikatsioon ja ulatus
Ülelaadur on hüdrauliline masin, milles toimub transformatsioon mehaaniline töö töökeskkonna mehaanilisse energiasse. Ülelaaduri põhieesmärk on tõsta transporditava keskkonna kogurõhku.
Positiivse nihkega puhurites töötava keha energia suurenemine saavutatakse tahkete töökehade jõu mõjul.
Helitugevuse puhurid:
kolb- edasiliikumisega töötamine töötav keha,
pöörlev- ülelaadurid, mis töötavad aadressil pöörlev liikumine töötav keha.
Laiendajate eesmärk on maksimaalne temperatuuri langus gaasi paisumisel välistööd. Kaks peamist tüüpi: kolb ja turbopaisutajad. Esimesi kasutatakse väikese võimsusega kõrge ja keskmise õhurõhu paigaldistes. Viimaseid kasutatakse peamiselt suured installatsioonid, kus gaaside paisumine neis toimub enamasti madalast rõhust.
Kolvipaisutajad töötavad kõrgematel gaasi algtemperatuuridel kuni temperatuurideni keskkond(Heilandti protsess). Turbopaisutajad, välja arvatud käivitusperiood, töötavad madalamatel temperatuuridel.
Ekspanderi tehtud tööd kasutatakse elektri tootmiseks. See võimaldab gaasilise hapnikuga seadmetes vähendada seadmesse siseneva õhu kokkusurumiseks kuluvat energiat 3-4%.
Kolvipaisutajad
Gaasiliste hapnikutehaste kolbpaisutajad on mõeldud suhteliselt jahutamiseks väikesed kogusedõhk (mitusada kuupmeetrit tunnis)" kõrgel paisumisastmel (6 kuni 30). Kolbpaisutajate tööpõhimõte on silindris oleva gaasi paisutamise töö ülekandmine väntmehhanismi kaudu masina väntvõllile. Kolbpaisutajaid toodetakse vertikaalsetes ja horisontaalsetes versioonides ning sõltuvalt esialgsetest õhuparameetritest viitavad need kõrge või keskmise rõhuga masinatele.
Laiendaja töövoog koosneb kuuest protsessist.
Protsess 1-2 (täitmine) toimub avatud sisselaskeklapiga
Protsess 2-3 (laienemine) toimub suletud ventiilidega; gaasi hulk silindris on konstantne.
Protsess 3-4 (heitgaas) toimub siis, kui kolb on alumises surnud punktis. Paisutatud gaas väljub läbi avatud väljalaskeklapi.
Protsess 4-5 (väljasurumine) toimub ajal, kui kolb liigub BDC-st eemale. Konstantsel rõhul paisutatud ja jahutatud gaas surutakse silindrist välja paisutaja taga olevasse torustikku, kus see seguneb gaasi osaga, mis protsessis 3-4 balloonist eraldus. Väljaviskamine lõpeb punktis 5, kui väljalaskeklapp sulgub.
Protsess 5-6 (vastupidine tihendamine). Selle protsessi käigus surutakse silindrisse jäänud gaas kokku, kui kolb liigub tagasi TDC-sse. Selle tulemusena tõuseb gaasi rõhk ja temperatuur. Protsess 6-1 (sisselaskmine) algab punktist 6, kui sisselaskeklapp avaneb.
Joonisel fig. 85 näitab tõelise keskmise rõhu laiendaja näidiku diagramme.
a - rõhu diagramm; b - temperatuuridiagramm
Sisemise energia varud sisse maakoor ja ookeane võib pidada praktiliselt piiramatuks. Kuid energiavarude olemasolust ei piisa. Energiat on vaja kasutada tehastes ja tehastes tööpinkide, transpordivahendite, traktorite ja muude masinate käikulaskmiseks, generaatorite rootorite pöörlemiseks. elektrivool jne Inimkond vajab mootoreid – töövõimelisi seadmeid.
Looduses toimuvate protsesside pöördumatus seab teatud piirangud siseenergia kasutamise võimalusele soojusmasinate tööde tegemiseks.
Soojusmasinate roll soojusenergeetika ja transpordi arengus. Enamik Maal asuvatest mootoritest on soojusmootorid, st seadmed, mis muudavad kütuse siseenergia mehaaniliseks energiaks.
Suurima tähtsusega on soojusmasinate (peamiselt võimsate auruturbiinide) kasutamine soojuselektrijaamades, kus need juhivad elektrivoolugeneraatorite rootoreid. Üle 80% kogu meie riigi elektrienergiast toodetakse soojuselektrijaamades.
Soojusmasinate auruturbiinid - paigaldatud ka kõigile tuumaelektrijaamad. Nendes jaamades auru saamiseks kõrge temperatuur kasutatakse aatomituumade energiat.
Lisaks kasutavad kõik peamised kaasaegsed transpordiliigid peamiselt soojusmootoreid. Kasutatud maanteetranspordis kolbmootorid põlevsegu välise moodustamisega sisepõlemismootorid (karburaatormootorid) ja otse silindrite sees põlevsegu moodustamisega mootorid (diiselmootorid) Põllumajanduses asendamatutele traktoritele paigaldatakse samad mootorid.
Raudteetranspordil kuni 20. sajandi keskpaigani. peamasinaks oli aurumasin. Nüüd kasutatakse peamiselt diiselvedureid diislitehased ja elektrivedurid. Kuid ka elektrivedurid saavad energiat lõpuks peamiselt elektrijaamade soojusmootoritest.
peal veetransport kasutatakse nii sisepõlemismootoreid kui ka võimsaid auruturbiine suurtele laevadele.
Lennunduses paigaldatakse kerglennukitele kolbmootoreid, hiiglaslikele vooderdistele aga turboreaktiiv- ja reaktiivmootoreid, mis samuti kuuluvad soojusmasinate hulka. Reaktiivmootoreid kasutatakse ka kosmoserakettides.
Ilma soojusmasinateta kaasaegne tsivilisatsioon mõeldamatu. Meil ei oleks üleküllust odavat elektrit ja jääksime ilma igasugusest kiirtranspordist.
Soojusmasinate töö peamine tingimus. Kõigis soojusmootorites tõstab kütus põlemisel töövedeliku temperatuuri keskkonnaga võrreldes sadade või tuhandete kraadide võrra. Sel juhul tõuseb töövedeliku rõhk võrreldes keskkonna, st atmosfääri rõhuga ja keha teeb tööd tänu oma sisemisele energiale. Kõigi soojusmasinate töövedelik on gaas.
Ükski soojusmootor ei saa töötada oma töövedeliku ja keskkonna samal temperatuuril. Seisundis termiline tasakaal makroskoopilisi protsesse ei toimu; eriti ei saa tööd teha.
Soojusmasin teeb tööd sisemise energia tõttu soojuse ülekandmisel kuumematelt kehadelt külmematele. Sel juhul on tehtud töö alati väiksem kui soojushulk, mida mootor saab kuumalt korpuselt (soojendilt). Osa soojusest kantakse üle külmemasse kehasse (külmikusse).
Külmiku roll Uurige, miks tööl soojusmootor osa soojusest kantakse üle külmkappi.
Gaasi adiabaatilise paisumisega silindris (joonis 45) toimub töö siseenergia kadumise tõttu ilma soojust külmikusse üle kandmata. Vastavalt valemile (4.14) . Isotermilise protsessi korral võrdub kogu gaasile ülekantav soojus tööga; .
Kuid nii esimeses kui ka teises protsessis tehakse tööd gaasi ühekordse paisumisega välise rõhuga võrdsele rõhule (näiteks atmosfäärirõhule). Mootor peab töötama pikka aega. See on võimalik ainult siis, kui kõik mootori osad (kolvid, klapid jne) teevad liigutusi, mis korduvad korrapäraste ajavahemike järel. Mootor peab pärast ühte töötsüklit perioodiliselt naasma algsesse olekusse; või mootoris tuleb läbi viia ajas muutumatu (statsionaarne) protsess (näiteks turbiini pidev pöörlemine).
Balloonis oleva gaasi algolekusse naasmiseks tuleb see kokku suruda. Gaasi kokkusurumiseks tuleb sellega tööd teha. Töö tihendamine tahe vähem tööd, mida teostab gaas ise paisumise ajal, kui gaas surutakse kokku madalamal temperatuuril ja seega madalamal rõhul, kui see juhtus gaasi paisumise ajal. Selleks on vaja gaasi enne kokkusurumist või kokkusurumise protsessis jahutada, viies külmkappi teatud koguse soojust.
Praktikas kasutatavates mootorites ei jahutata töö lõpetanud (heit)gaasi (või auru) enne järgnevat kokkusurumist, vaid lastakse mootorist välja ja järgmine töötsükkel algab uue gaasiportsjoniga. Heitgaasil on kõrgem temperatuur kui ümbritsevatel kehadel ja see annab neile veidi soojust.
Auruturbiini pööramiseks juhitakse selle all olevatele labadele pidevalt kuuma auru suur surve, mis pärast tööd jahutatakse ja eemaldatakse turbiinist. Jahtudes ja kondenseerudes kannab aur soojust ümbritsevatele kehadele.
Auruturbiinis või masinas on küttekehaks aurukatel ja külmik atmosfäär või spetsiaalsed seadmed heitgaasi auru jahutamiseks ja kondenseerimiseks - kondensaatorid. Sisepõlemismootorites toimub temperatuuri tõus kütuse põlemisel mootori sees ja “küttekehaks” on kuumad põlemisproduktid ise. Külmkapp toimib ka atmosfäärina, kus eralduvad heitgaasid.
Värvilisel vahetükil on kujutatud soojusmasina skemaatiline diagramm.Mootori töövedelik võtab küttekehast vastu soojushulga, sooritab töö A ja kannab soojushulga üle külmkappi.
Teine termodünaamika teise seaduse sõnastus. Siseenergia täieliku tööks muutmise võimatus perioodiliselt algsesse olekusse naasvates soojusmasinates on tingitud looduses toimuvate protsesside pöördumatusest ja on termodünaamika teise seaduse teise sõnastuse aluseks.
See formulatsioon kuulub inglise teadlasele W. Kelvinile: võimatu on läbi viia sellist perioodilist protsessi, mille ainsaks tulemuseks oleks töö saamine ühest allikast võetud soojuse tõttu.
Termodünaamika teise seaduse mõlemad sõnastused määravad üksteist vastastikku. Kui külmikust saaks soojust spontaanselt üle kerisele, siis siseenergia saaks mis tahes soojusmasina abil täielikult tööks muundada.
Tehniline termodünaamika. Põhimõisted ja määratlused
Kartaševitš, A.N., Kostenitš, V.G., Pontalev, O.V.
K 27 Soojustehnika: loengute kursus. 1. osa. - Gorki: Valgevene Riiklik Põllumajandusakadeemia, 2011. 48 lk.
ISBN 978-985-467-319-6
Käsitletakse ideaalgaaside põhiparameetreid ja olekuvõrrandeid, soojusmahtuvuse mõistet ja liike, ideaalseid gaasisegusid ja meetodeid nende parameetrite määramiseks. Antakse termodünaamika esimese ja teise seaduse sõnastused ja põhisätted ning ideaalgaaside peamiste termodünaamiliste protsesside analüüs.
Erialade üliõpilastele 1-74 06 01 - Põllumajanduse tootmisprotsesside tehniline tugi, 1-74 06 04 - Maaparandus- ja veemajandustööde tehniline tugi, 1-74 06 06 - Agrotööstuskompleksi logistikatoetus.
Tabelid 4. Joonised 27. Bibliogr. 12.
Arvustajad: A.S. DOBIŠEV, tehnikadoktor teadused, professor, juhataja. Loomakasvatuse mehhaniseerimise ja põllumajandusliku tootmise elektrifitseerimise osakond (UO "BSAA"); V.G. SAMOSYUK, Ph.D. majandust Teadused, tegevdirektor Vabariiklik ühtne ettevõte "Valgevene Riikliku Teaduste Akadeemia NPC põllumajanduse mehhaniseerimiseks".
UDC 621.1 (075.8)
BBC 31.3a73
Soojust kasutatakse kõigis inimtegevuse valdkondades – elektri tootmiseks, sõidukite ja erinevate mehhanismide juhtimiseks, ruumide kütmiseks, aga ka tehnoloogilisteks vajadusteks.
Peamiseks soojuse saamise meetodiks on tänapäeval fossiilsete kütuste – kivisöe, nafta ja gaasi põletamine, millega kaetakse ligikaudu 90% inimkonna energiavajadusest. Andmed energiatarbimise kohta maailmas viimased aastad ja selle jaotus liikide kaupa on toodud tabelis. üks .
Tabel 1. Maailma energiatarbimise struktuur aastatel 1998–2008
Nagu tabelist näha. 1 andmetel kasvab ülemaailmne energiatarbimine aasta-aastalt. Rahvaarv ja inimeste vajadused kasvavad pidevalt ning see toob kaasa energia tootmise mahu ja selle tarbimise kasvutempo.
Nafta, gaasi ja kivisöe varud pole aga lõputud ning ennustuste kohaselt võib tõestatud ressurssidest piisata: nafta 40 aastaks, gaas 60 aastaks, kivisüsi 120 aastaks. Loodusliku uraani varud on piisavad, et katta maailma energiavajadus ligikaudu 85 aastaks.
Teine tegur, mis piirab kütuse põletamisel energiatootmise edasist suurenemist, on üha kasvav keskkonna saastamine selle põlemisproduktidega. Mitte vähem ohtlik on keskkonna termiline saastatus, mis põhjustab Globaalne soojenemine ja kliimamuutused, liustike sulamine ja meretaseme tõus.
Tuumaenergeetikas tekivad teistsugused keskkonnaprobleemid, mis on seotud tuumajäätmete kõrvaldamise vajadusega, mis on samuti täis suuri raskusi.
Teadmine teoreetilised alused soojustehnika.
TERMODÜNAAMIKA ALUSED*
Õppetund nr 6
Teema. Soojusmasinate roll rahvamajanduses. Ökoloogilised probleemid seotud nende kasutamisega
Eesmärk: süvendada õpilaste teadmisi soojusmasinate füüsikalistest tööpõhimõtetest, nende majanduslikust rakendamisest, tutvustada õpilastele teaduse ja tehnika saavutusi soojusmasinate täiustamisel; arendada suhtlemisoskust, analüüsi-, järelduste tegemise oskust; kujundada teadlikku suhtumist keskkonnakaitsesse, kasvatada õpilastes füüsikahuvi, ergutada õpilaste loomingulist tegevust.
Tunni liik: teadmiste üldistamise ja süstematiseerimise tund.
Läbiviimise vorm: tund-seminar.
Varustus: pealdistega kaardid: ajaloolased, ökoloogid, füüsikute portreed.
II. Rühmaesinemised
Ajaloolane. 1696. aastal leiutas inglise insener Thomas Savery (1650-1715) vee tõstmiseks mõeldud aurupumba. Seda kasutati tinakaevandustes vee pumpamiseks. Tema töö põhines kuumutatud auru jahutamisel, mille kokkusurumisel tekkis vaakum, mis tõmbas kaevandusest vee torusse.
1707, paigaldati Savery pump suveaed Peterburis. Inglise mehaanik Thomas Newcomen (1663-1729) lõi 1705. aastal aurumasina kaevandustest vee pumpamiseks. 1712. aastal ehitas Newcomen Papeni ja Savery ideid kasutades masina, mida kasutati Inglismaa kaevandustes kuni 18. sajandi keskpaigani.
Esimene praktiline universaalsed masinad lõid vene leiutaja I. Polzunov (1766) ja inglane D. Watt (1774)
Polzunovi aurumasina kõrgus oli 11 m, katla maht 7 m3, silindri kõrgus 2,8 m ja võimsus 29 kW. See masin töötas pikka aega ühes Venemaa kaevandustehases.
Ajaloolane. 1765. aastal konstrueeris ja hiljem täiustas J. Watt põhimõtteliselt uut tüüpi aurumasina. Tema masin ei suutnud mitte ainult vett välja pumbata, vaid pakkuda ka tööpinkide, laevade ja meeskondade liikumist. Kuni 1784. aastani viidi universaalse aurumasina loomine tegelikult lõpule ja sellest sai peamine energia hankimise vahend tööstuslikus tootmises. Aastatel 1769-1770 konstrueeris prantsuse leiutaja Nicolas Joseph Cugnot (1725-1804) auruvagunit, mis oli auto eelkäija. Seda hoitakse siiani Pariisi kunsti- ja käsitöömuuseumis.
1807. aastal sõitis ameeriklane Robert Fulton (1765-1815) tema ehitatud Clermonti auruaurutiga mööda Hudsoni jõge. Inglise leiutaja George Stephensoni (1781-1848) vedur vedas 25. juulil 1814 mööda kitsarööpmelist raudteed 30 tonni lasti 8 vaguniga kiirusega 6,4 km/h. 1823. aastal asutas Stephenson esimese veduritehase. 1825. aastal alustas tööd esimene raudtee Stocktonist Darlingtoni ja 1830. aastal avalik raudteeliin Liverpooli ja Manchesteri tööstuskeskuste vahel. James Nesmith (1808-1890) lõi 1839. aastal ülivõimsa auruhaamri, mis muutis metallurgiatööstuses revolutsiooni. Samuti töötas ta välja mitmeid uusi metallitöötlemispinke.
Nii algas tööstuse õitseng ja raudteed- kõigepealt Ühendkuningriigis ja seejärel teistes maailma riikides.
Õpetaja. Meenutagem, kuidas soojusmasin töötab.
Mehaanik. Soojusmasinad on masinad, milles siseenergia muundatakse mehaaniliseks energiaks.
Soojusmasinaid on mitut tüüpi: aurumasin, sisepõlemismootor, auru- ja gaasiturbiinid, reaktiivmootor. Kõigis neis mootorites muundatakse kütuseenergia esmalt gaasi (auru) energiaks. Paisudes teeb gaas (aur) tööd ja samal ajal jahtub, osa selle siseenergiast muundatakse mehaaniliseks energiaks. Seetõttu on soojusmasinas küttekeha, töövedelik ja külmik. Selle asutas 1824. aastal prantsuse teadlane Sadi Carnot. Sellise masina tööpõhimõtet saab kujutada diagrammiga (joonis 1).
Lisaks leidis Carnot, et mootor peab töötama suletud tsüklis ning soodsaim on kahest isotermilisest ja kahest adiabaatilisest protsessist koosnev tsükkel. Seda nimetatakse Carnot' tsükliks ja seda saab esitada graafiliselt (joonis 2).
Graafikult on näha, et töövedelik teeb kasulikku tööd, mis on arvuliselt võrdne tsükliga kirjeldatud pindalaga ehk pindalaga 1 - 2 - 3 - 4 - 1.
Carnot' tsükli energia jäävuse ja muundumise seadus seisneb selles, et töötava keha poolt keskkonnast saadav energia on võrdne keskkonda ülekantud energiaga. Soojusmootorid töötavad gaasirõhu erinevuse tõttu kolbide või turbiinilabade pindadel. See rõhuerinevus tekib temperatuuride erinevuse tõttu. See on soojusmasinate tööpõhimõte.
Mehaanik. Üks levinumaid soojusmootori tüüpe on sisepõlemismootor (ICE), mida tänapäeval kasutatakse erinevates sõidukites. Tuletage meelde sellise mootori ehitust: põhielemendiks on kolviga silinder, mille sees põleb kütus.
Silindril on kaks ventiili - sisse- ja väljalaskeava. Lisaks tagab mootori töö küünla, kepsu mehhanismi ja auto ratastega ühendatud väntvõlli olemasolu. Mootor töötab nelja tsüklina (joonis 3): Ja tsükkel on põleva segu sisselaskeava; II takt - kokkusurumine, selle kütuse lõpus süttib küünlast pärit säde; III takt - töötakt, selle käigu ajal kütuse põlemisel tekkivad gaasid, töö tegemisel, surudes kolvi alla; IV takt - vabastamine, kui heitgaasid ja jahutatud gaasid väljuvad. Suletud tsükli graafik, mis iseloomustab gaasi oleku muutusi selle mootori töötamise ajal, on näidatud joonisel fig. 4.
Kasulik töö tsükli kohta võrdne pindalaga joonised 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 2. Selliste mootorite levik on tingitud asjaolust, et need on väikese massiga, kompaktsed ja suhteliselt kõrge kasuteguriga (teoreetiliselt kuni 80%, kuid praktikas - ainult 30%). Puuduseks on see, et need töötavad kalli kütusega, on keeruka konstruktsiooniga, neil on väga suur mootorivõlli pöörlemiskiirus ja nende heitgaasid saastavad atmosfääri.
Ökoloog. Bensiinimootorite põlemise efektiivsuse parandamiseks (selle oktaanarvu suurendamine) lisavad nad sellele erinevaid aineid, peamiselt etüülvedelik, mis sisaldab pliitetraetüüli, mis täidab detonatsioonivastase rolli (umbes 70% pliiühenditest vabaneb mootorite töötamise ajal õhku). Juba vähese plii olemasolu veres põhjustab tõsiseid haigusi, intelligentsuse langust, üleerutust, agressiivsuse, tähelepanematuse, kurtuse, viljatuse, kasvupeetuse, vestibulaaraparaadi häireid jms.
Teine probleem on süsinik(II)oksiidi heitkogused. Võib ette kujutada süsinikdioksiidi kahju suurust, kui ainult üks auto paiskab ööpäevas õhku umbes 3,65 kg süsinik(II)oksiidi (autode park ületab 500 miljonit ja autode liiklustihedus näiteks maanteedel Kiievis jõuab 50–100 tuhande autoni päevas ja õhku paiskub tunnis 1800–9000 kg süsinikdioksiidi!).
CO mürgisus inimesele seisneb selles, et verre sattudes jätab see erütrotsüüdid (punased verelibled) ilma hapniku transportimise võimest, mille tagajärjeks on hapnikunälg, lämbumine, pearinglus ja isegi surm. Lisaks aitavad sisepõlemismootorid kaasa atmosfääri termilisele saastamisele, õhutemperatuurile linnas, kus on suur hulk autod, alati 3-5 °C kõrgem kui temperatuur väljaspool linna.
Ajaloolane. Aastatel 1896-1897 lk. Saksa insener G. Diesel pakkus välja mootori, millel oli rohkem kõrge efektiivsusega kui see oli eelmistes. 1899. aastal kohandati diiselmootor töötama raskel vedelkütusel, mis viis selle edasise laialdase kasutamiseni.
Õpetaja. Mis vahe on diisel- ja karburaatoriga sisepõlemismootoritel?
Mehaanik. Diiselmootorid ei jää karburaatormootoritele turustatult alla. Nende struktuur on peaaegu sama: silinder, kolb, sisse- ja väljalaskeklapid, keps, väntvõll, hooratas ja küünalt pole.
Selle põhjuseks on asjaolu, et kütus ei sütti sädemest, vaid kõrgest temperatuurist, mis tekib kolvi kohale õhu järsu kokkusurumise tõttu. Sellesse kuuma õhku süstitakse kütust ja see põleb, moodustades töötava segu. See mootor on chotiritactovim, selle tööskeem on näidatud joonisel fig. 5.
Mootori kasulik töö on võrdne joonise 2 - 3 - 4 - 5 - 6 - 2 pindalaga. Sellised mootorid töötavad odavatel kütustel, nende kasutegur on umbes 40%. Peamine puudus on see, et nende töö sõltub suuresti ümbritseva õhu temperatuurist (madalatel temperatuuridel ei saa nad töötada).
Ökoloog. Märkimisväärne edu diisli tootmisel on muutnud need mootorid "puhtamaks" kui bensiinimootorid; neid kasutatakse juba edukalt sõiduautodel.
Diiselmootorite heitgaasid peaaegu ei sisalda mürgist süsinikoksiidi, kuna diislikütus ei sisalda pliitetraetüüli. See tähendab, et diiselmootorid saastavad keskkonda palju vähem kui karburaatormootorid.
Ajaloolane. Järgmised soojusmasinad, mida me kaalume, on auru- ja gaasiturbiinid. Kuna selliseid masinaid kasutatakse peamiselt elektrijaamades (soojus- ja tuumaelektrijaamades), tuleks nende tehnoloogiasse kasutuselevõtu ajaks pidada XX sajandi 30. aastate teist poolt, kuigi esimene väikesed projektid sellised üksused valmistati XIX sajandi 80ndatel. Kaaluda tuleks esimese tööstusliku gaasiturbiini projekteerijat. M. Makhovski.
1883. aastal pakkus Rootsi insener G. Dach välja üheastmelise auruturbiini esimese projekti ja 1884-1885 lk. Inglane C. Parson konstrueeris esimese mitmeastmelise turbiini. C. Parson kasutas seda 1899. aastal Elberfeldi (Saksamaa) hüdroelektrijaamas.
Mehaanik. Turbiinide töö põhineb labadega ratta pöörlemisel veeauru või gaasi rõhu all. Seetõttu on turbiini peamine tööosa rootor - võllile kinnitatud ketas koos labadega piki selle serva. Aurukatlast tulev aur juhitakse spetsiaalsete kanalite (düüside) kaudu rootori labadele. Düüsides aur paisub, selle rõhk langeb, kuid väljavoolu kiirus suureneb, see tähendab, et auru siseenergia muundub joa kineetiliseks energiaks.
Auruturbiine on kahte tüüpi: aktiivturbiinid, mille rootorite pöörlemine toimub strumini mõjul labadele, ja reaktiivturbiinid, milles labad paiknevad nii, et aur väljub nendevahelisest pilust. loob reaktiivtõukejõu. Auruturbiini eelised hõlmavad suurt kiirust, märkimisväärset võimsust ja suurt võimsustihedus. Auruturbiinide kasutegur ulatub 25%-ni. Seda saab suurendada, kui turbiinil on mitu surveastet, mis koosnevad düüsidest ja rootori labadest, mis vahelduvad. Auru kiirus sellises turbiinis tööteral väheneb ja seejärel (pärast düüsi läbimist) rõhu languse tõttu uuesti suureneb. Seega aururõhk järk-järgult väheneb etapilt ja see teeb korduvalt tööd. Kaasaegsetel turbiinidel on kuni 30 etappi.
Turbiinide puuduseks on inerts, võimetus kontrollida pöörlemiskiirust, tagasikäigu puudumine.
Ökoloog. Auruturbiinide kasutamine elektrijaamades nõuab ümbersuunamist suured alad tiikide all, milles väljatõmbeauru jahutatakse. Elektrijaamade võimsuse suurenemisega suureneb järsult veevajadus, lisaks eraldub auruga jahutamise tulemusena keskkonda suur hulk soojust, mis jällegi toob kaasa termilise ergastuse ja temperatuuri tõusu. Maast.
Ajaloolane. Soojusmootorid on reaktiivmootorid. Selliste mootorite teooria taasloodi E. K. Tsiolkovski töödes, mis on kirjutatud 20. sajandi alguses ja nende tutvustamist seostatakse teise Ukraina leiutaja - S. P. Koroljovi nimega. Eelkõige loodi tema juhtimisel esimesed reaktiivmootorid, mida kasutati lennukitel (1942), hiljem (1957) lasti orbiidile esimene kosmosesatelliit ja esimene mehitatud satelliit. kosmoselaev(1961). Mis on reaktiivmootorite tööpõhimõte?
Mehaanik. Soojusmootoreid, mis kasutavad reaktiivmootorit, nimetatakse reaktiivmootoriteks. Nende tööpõhimõte seisneb selles, et kütus muutub põlemisel gaasiks, mis suurel kiirusel mootori düüsidest välja voolab, sundides lennukit sisse liikuma. vastassuunas. Kaaluge mitut tüüpi selliseid mootoreid.
Üks lihtsamaid disainilahendusi on reaktiivmootor. See on toru, millesse vastutulev vool surub õhku ja sellesse süstitakse vedelkütus ja süüdatakse. Kuumad gaasid lendavad torust suurel kiirusel välja, andes sellele joa tõukejõu. Selle mootori miinuseks on see, et tõukejõu tekitamiseks peab see liikuma õhu suhtes ehk ei saa ise õhku tõusta. Suurim kiirus on 6000-7000 km/h.
Kui reaktiivmootoril on turbiin ja kompressor, siis sellist mootorit nimetatakse turbolaaduriks. Sellise mootori töötamise ajal siseneb õhk sisselaskeava kaudu kompressorisse, kus see surutakse kokku ja juhitakse põlemiskambrisse, kus süstitakse kütust. Siin see süüdatakse, põlemisproduktid läbivad turbiini, mis pöörleb kompressorit ja voolab läbi düüsi välja, tekitades joa tõukejõu.
Sõltuvalt võimsuse jaotusest jagunevad need mootorid turboreaktiivmootoriteks ja turbopropellermootoriteks. Esimesed kulutavad suurema osa oma võimsusest reaktiivjõule ja teised gaasiturbiini pöörlemisele.
Nende mootorite eeliseks on see, et neil on suurem võimsus, mis tagab kosmosesse tõstmiseks vajalikud suured kiirused. Puudused - suured mõõtmed, madal kasutegur, samuti nende tekitatav kahju keskkonnale.
Ökoloog. Kuna reaktiivmootorid põletavad ka kütust, saastavad need, nagu kõik soojusmasinad, keskkonda. kahjulikud ained mis põlemisel eralduvad. See on süsinikdioksiid (CO2) vingugaas(CO), väävliühendid, lämmastikoksiidid ja teised. Kui automootorite töötamise ajal oli nende ainete mass kilogrammides, siis nüüd on need tonnid ja sentimeetrid. Lisaks mõjutavad õhusõidukite kõrglennud, kosmoserakettide stardid, sõjaliste ballistiliste rakettide lennud negatiivselt atmosfääri osoonikihti, hävitades selle. On välja arvutatud, et sada järjestikust kosmosesüstiku starti võivad peaaegu täielikult hävitada Maa atmosfääri kaitsva osoonikihi, Master. Millised peaksid olema tuleviku mootorid? Mehaanik. Enamik eksperte usub, et need peaksid olema vesinikmootorid, st need, milles vesinik reageerib hapnikuga, mille tulemuseks on vee moodustumine. Selles suunas toimuvad arendused annavad palju mitmesugused kujundused sarnased mootorid: alates nendest, kus paagid on täidetud vastavate gaasidega, kuni masinateni, kus kütuseks on suhkrusiirup. On ka struktuure, kus kütuseks on nafta, alkohol ja isegi bioloogilised jäätmed. Kuid siiani on kõik need mootorid olemas ainult eksperimentaalsete näidiste kujul, mida pole veel kaugeltki tutvustatud tööstuslik tootmine. Kuid ka need arengud annavad lootust, et tulevikus on meil keskkonnasäästlikult palju puhtamad masinad kui tänapäevased. Ja kuigi meil pole veel õnnestunud luua soojusmasinat, mis keskkonda üldse ei saastaks, püüame selle poole.
III. Kodutöö
Tehke kodutööde kontroll
valik 1
1. Gaasi rõhk kolvi all on 490 kPa. Millist tööd teeb gaas, kui on pidev rõhk kuumutatakse kaks korda esialgsest temperatuurist? Gaasi esialgne maht on 10 liitrit.
2. Aur siseneb turbiini temperatuuril 500 °C ja väljub temperatuuril 30 °C. Pidades turbiini ideaalseks soojusmootoriks, arvutage selle kasutegur.
3. Või jahtub toas õhk maha, kui hoida külmiku ust lahti ühendatud?
2. variant
1. Kui palju muutub 200 g heeliumi siseenergia temperatuuri tõustes 20 K võrra?
2. Ideaalse masina küttekeha temperatuur on 117 °C, külmiku oma 27 °C. Soojushulk, mille masin küttekehast 1 s jooksul saab, on 60 kJ. Arvutage välja masina kasutegur, soojushulk, mille külmik võtab 1 sekundiga, ja masina võimsus.
3. Millal on soojusmasina kasutegur suurem: külma või kuuma ilmaga?
1. lisa
Aurumasin I. Polzunov
James Watt täiustas Newcomeni aurupumpa, suurendades selle tõhusust. Tema 1775. aastal valmistatud aurumasinad töötasid paljudes Suurbritannia tehastes.
Natuke infot mootori kohta |
karburaatoriga mootor |
diiselmootor |
töötav keha |
Bensiini põlemisproduktid |
põlemisproduktid diislikütus |
Diislikütus |
||
Silindri rõhk |
1,5 106-3,5 106 Pa |
|
Suruõhu temperatuur |
||
Põlemissaaduste temperatuur |
||
20-25% (kuni 35%) |
30-38% (kuni 45%) |
|
Kasutamine |
Suhteliselt väikese võimsusega kergetes mobiilsetes masinates ( autod, mootorrattad jne) |
AT veoautod suure võimsusega, traktorid, traktorid, diiselvedurid, soojuselektrijaamade statsionaarsetel seadmetel |
Loomise ajalugu |
Esmakordselt patenteeris 1860. aastal prantslane Lenoir; 1878. aastal ehitati mootor kasuteguriga = 2% (saksa leiutaja Otto ja insener Langen) |
Loodud 1893. aastal Saksa insener G. Diesel |
3. lisa
Reaktiivmootori ehitusskeem
Enamiku sõidukite käitamiseks on elektri tootmiseks vaja soojusmootoreid.
Suurima tähtsusega on võimsate auruturbiinide kasutamine elektrijaamades generaatorite rootorite pööramiseks. Auruturbiine paigaldatakse ka tuumaelektrijaamadesse, kus aatomituumade energiat kasutatakse kõrge temperatuuriga auru tootmiseks.
Kaasaegses transpordis kasutatakse igat tüüpi soojusmootoreid. Kolb-sisepõlemismootoreid kasutatakse autodes, traktorites, iseliikuvates kombainides, diiselvedurites, gaasiturbiinides lennunduses ja reaktiivmootoreid kosmoserakettides.
Soojusmootorid pakuvad mõnda kahjulikud mõjud keskkonna kohta:
Sellega seoses on looduskaitse probleem muutunud väga oluliseks. Keskkonna kaitsmiseks on vaja tagada:
Vesiniku kasutamine soojusmasinate kütusena on paljutõotav: vesiniku põletamisel tekib vesi. Käimas on intensiivsed uuringud, et luua elektrisõidukeid, mis võivad asendada bensiinimootoriga autosid.
Aksenovitš L. A. Füüsika in Keskkool: teooria. Ülesanded. Testid: Proc. toetus üldisi osutavatele asutustele. keskkonnad, haridus / L. A. Aksenovich, N. N. Rakina, K. S. Farino; Ed. K. S. Farino. - Mn.: Adukatsy i vykhavanne, 2004. - C. 165.
