Функциональная схема теплового двигателя - Авто Журнал
Aklaypart.ru

Авто Журнал
5 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Функциональная схема теплового двигателя

Принцип действия и КПД тепловых двигателей. Физика. 10 класс.

Принцип действия и КПД тепловых двигателей. Физика. 10 класс.

  • Оглавление
  • Занятия
  • Обсуждение
  • О курсе

Вопросы

Задай свой вопрос по этому материалу!

Поделись с друзьями

Комментарии преподавателя

Прин­цип дей­ствия теп­ло­во­го дви­га­те­ля

В соседней диаграмме, с 1824 года работы Карно, Размышления о движущей силе огня , есть «два тела А и В , держали каждый при температуре постоянной, что из А выше , чем у B . Эти два тела , к которым мы могут отдавать или отводить тепло, не изменяя их температуру, выполнять функции двух неограниченных резервуаров калорий . Первый мы назовем печью, а второй — холодильником ». Затем Карно объясняет, как мы можем получить движущую силу , т. Е. «Работу», перенося определенное количество тепла от тела A к телу B. Оно также действует как охладитель и, следовательно, также может действовать как холодильник.

На предыдущем изображении показана оригинальная диаграмма поршня и цилиндра, которую Карно использовал при обсуждении своих идеальных двигателей. На рисунке справа показана блок-схема типового теплового двигателя, такого как двигатель Карно. На схеме «рабочее тело» (система), термин, введенный Клаузиусом в 1850 году, может быть любым жидким или парообразным телом, через которое тепло Q может вводиться или передаваться для производства работы. Карно постулировал, что жидким телом может быть любое вещество, способное к расширению, такое как пар воды, пар спирта, пары ртути, постоянный газ или воздух и т. Д. из конфигураций, как правило, Q H подавался от бойлера, в котором вода кипятилась над печью; Q C обычно подавался потоком холодной проточной воды в виде конденсатора, расположенного на отдельной части двигателя. Выходная работа W представляет собой движение поршня, когда он используется для поворота кривошипа, который, в свою очередь, обычно использовался для привода шкива, чтобы поднимать воду из затопленных соляных шахт. Карно определил работу как «поднятие тяжестей на высоту».

Эффективность двигателя внутреннего сгорания

Большая часть теплоты при сгорании топлива уходит на нагрев поршня, стенок цилиндра и ГБЦ, но наибольшие потери происходят при выходе выхлопных газов. Именно поэтому использование выхлопа для раскручивания турбины повышает КПД двигателя внутреннего сгорания. Большая часть полезной работы затрачивается на преодоления трения, сжатия пружин и насосные потери, связанные с перекачиванием технических жидкостей (моторного масла, жидкости ГУР). Под потерями на трение подразумевается не только сопротивление движению поршней, вращению коленчатого и распределительного валов, но и, к примеру, затрачиваемое усилие на вращение шкива генератора.

КПД двигателя рассчитывается как соотношение полезной энергии к общему количеству энергии, высвободившейся в процессе горения ТПВС.

КПД конкретной модели двигателя зависит от многих параметров, но в целом можно сказать, что бензиновые агрегаты имеют эффективность в районе 20-25%, тогда как показатель атмосферных ДВС цикла Дизеля достигает 40%. Установка турбонагнетателя на дизельный двигатель позволяет получить внушительные 50-53% эффективности.

Борьба с потерями

Можно выделить 3 основные способа потери полезной энергии:

  • топливная эффективность (порядка 25% всех потерь). Как бы ни старались конструкторы, но сжечь полностью порцию топлива и получить близкую к максимально возможной отдачу на современной стадии двигателестроения невозможно;
  • тепловые потери в процентном эквиваленте достигают 35% от общей эффективности;
  • механические потери, связанные с трением, насосными потерями (около 20%).

Существует 2 основных способа получения большей отдачи от сгорания ТПВС: увеличить топливную эффективность и уменьшить потери. Чтобы получить большую отдачу от сгорания бензина, ТПВС нужно как можно сильнее сжать. Но в случае с бензиновыми двигателями мы натыкаемся на большую проблему – детонацию. Дизельным моторам детонация не страшна, но увеличение энергии приводит к чрезмерным нагрузкам на коленчатый вал, вкладыши коленвала и т.д. Поддерживать чрезвычайно высокую температуру в камере сгорания двигателя также нет возможности, так как детали ЦПГ, головки блока цилиндров имеют определенный коэффициент расширения. Изготовление деталей из сверхпрочных материалов удорожит себестоимость производства, сделав тем самым изготовление экономически невыгодным. Уменьшение потерь – действенный способ увеличения КПД двигателя. Именно желание уменьшить потери привело современное двигателестроение к облегчению деталей ЦПГ, уменьшению размера поршневых колец, ранней блокировке ГДТ в коробках автомат и тому подобным мерам.

Читать еще:  Все звуки стука двигателя

1. Тепловые двигатели

Темой про­шло­го урока был пер­вый закон тер­мо­ди­на­ми­ки, ко­то­рый за­да­вал связь между неко­то­рым ко­ли­че­ством теп­ло­ты, ко­то­рое было пе­ре­да­но пор­ции газа, и ра­бо­той, со­вер­ша­е­мой этим газом при рас­ши­ре­нии. И те­перь при­шло время ска­зать, что эта фор­му­ла вы­зы­ва­ет ин­те­рес не толь­ко при неких тео­ре­ти­че­ских рас­чё­тах, но и во вполне прак­ти­че­ском при­ме­не­нии, ведь ра­бо­та газа есть не что иное как по­лез­ная ра­бо­та, какую мы из­вле­ка­ем при ис­поль­зо­ва­нии теп­ло­вых дви­га­те­лей.

Опре­де­ле­ние. Теп­ло­вой дви­га­тель – устрой­ство, в ко­то­ром внут­рен­няя энер­гия топ­ли­ва пре­об­ра­зу­ет­ся в ме­ха­ни­че­скую ра­бо­ту (рис. 1).

Рис. 1. Раз­лич­ные при­ме­ры теп­ло­вых дви­га­те­лей (Ис­точ­ник), (Ис­точ­ник)

Как видно из ри­сун­ка, теп­ло­вы­ми дви­га­те­ля­ми яв­ля­ют­ся любые устрой­ства, ра­бо­та­ю­щие по вы­ше­ука­зан­но­му прин­ци­пу, и они ва­рьи­ру­ют­ся от неве­ро­ят­но про­стых до очень слож­ных по кон­струк­ции.

Все без ис­клю­че­ния теп­ло­вые дви­га­те­ли функ­ци­о­наль­но де­лят­ся на три со­став­ля­ю­щие (см. рис. 2):

  • На­гре­ва­тель
  • Ра­бо­чее тело
  • Хо­ло­диль­ник

Рис. 2. Функ­ци­о­наль­ная схема теп­ло­во­го дви­га­те­ля (Ис­точ­ник)

Схема подключения теплового реле

Подсоединение ТР к силовым установкам осуществляется в соответствии с инструкцией производителя. В большинстве случаев ТР к защищаемому устройству подключают через нормально замкнутый контакт, который последовательно соединяют с клавишей «стоп». Разомкнутый контакт включает теплозащиту при выходе тока за допустимые значения. Схемы подключения теплового реле в цепь двигателя или другого электрооборудованиямогут быть и другими, в зависимости от присутствия дополнительных устройств.

Стандартная схема подключения теплового реле

Тепловое реле устанавливают и подключают вместе с магнитным пускателем, выполняющим функции включения электрического привода. Возможны варианты, когда тепловое реле устанавливают на DIN-рейку или отдельную панель.

При подключении потребителя в сеть 220 В или 380 В все фазы после магнитного пускателя пропускают через тепловое реле, а затем уже подсоединяют к электродвигателю. При включении пусковой кнопки напряжение электропитания попадает на обмотку МП, который включает электродвигатель. Если ток нагрузки увеличивается до значения, превышающего критическую величину, тепловое реле срабатывает и отключает электродвигатель.

Тепловое реле ТРН имеет всего два входящих подключения. Неподключенный провод фазы в этом случае пускают непосредственно от пускателя к двигателю. Поскольку ток в электродвигателе изменяется пропорционально, допускается контроль только двух из них (любых).

Блог об энергетике

Тепловая электрическая станция (рисунок общего вида)

1 – электрический генератор; 2 – паровая турбина; 3 – пульт управления; 4 – деаэратор; 5 и 6 – бункеры; 7 – сепаратор; 8 – циклон; 9 – котел; 10 – поверхность нагрева (теплообменник); 11 – дымовая труба; 12 – дробильное помещение; 13 – склад резервного топлива; 14 – вагон; 15 – разгрузочное устройство; 16 – конвейер; 17 – дымосос; 18 – канал; 19 – золоуловитель; 20 – вентилятор; 21 – топка; 22 – мельница; 23 – насосная станция; 24 – источник воды; 25 – циркуляционный насос; 26 – регенеративный подогреватель высокого давления; 27 – питательный насос; 28 – конденсатор; 29 – установка химической очистки воды; 30 – повышающий трансформатор; 31 – регенеративный подогреватель низкого давления; 32 – конденсатный насос.

На схеме, представленной ниже, отображен состав основного оборудования тепловой электрической станции и взаимосвязь ее систем. По этой схеме можно проследить общую последовательность технологических процессов протекающих на ТЭС.

Обозначения на схеме ТЭС:

  1. Топливное хозяйство;
  2. подготовка топлива;
  3. котел;
  4. промежуточный пароперегреватель;
  5. часть высокого давления паровой турбины (ЧВД или ЦВД);
  6. часть низкого давления паровой турбины (ЧНД или ЦНД);
  7. электрический генератор;
  8. трансформатор собственных нужд;
  9. трансформатор связи;
  10. главное распределительное устройство;
  11. конденсатор;
  12. конденсатный насос;
  13. циркуляционный насос;
  14. источник водоснабжения (например, река);
  15. подогреватель низкого давления (ПНД);
  16. водоподготовительная установка (ВПУ);
  17. потребитель тепловой энергии;
  18. насос обратного конденсата;
  19. деаэратор;
  20. питательный насос;
  21. подогреватель высокого давления (ПВД);
  22. шлакозолоудаление;
  23. золоотвал;
  24. дымосос (ДС);
  25. дымовая труба;
  26. дутьевой вентилятов (ДВ);
  27. золоуловитель.

Описание технологической схемы ТЭС:

Обобщая все вышеописанное, получаем состав тепловой электростанции:

  • топливное хозяйство и система подготовки топлива;
  • котельная установка: совокупность самого котла и вспомогательного оборудования;
  • турбинная установка: паровая турбина и ее вспомогательное оборудование;
  • установка водоподготовки и конденсатоочистки;
  • система технического водоснабжения;
  • система золошлокоудаления (для ТЭС, работающих, на твердом топливе);
  • электротехническое оборудование и система управления электрооборудованием.
Читать еще:  Хонда сабер характеристики двигателя

Топливное хозяйство в зависимости от вида используемого на станции топлива включает приемно-разгрузочное устройство, транспортные механизмы, топливные склады твердого и жидкого топлива, устройства для предвари-тельной подготовки топлива (дробильные установки для угля). В состав ма-зутного хозяйства входят также насосы для перекачки мазута, подогреватели мазута, фильтры.

Подготовка твердого топлива к сжиганию состоит из размола и сушки его в пылеприготовительной установке, а подготовка мазута заключается в его подогреве, очистке от механических примесей, иногда в обработке спецприсадками. С газовым топливом все проще. Подготовка газового топлива сводится в основном к регулированию давления газа перед горелками котла.

Необходимый для горения топлива воздух подается в топочное пространство котла дутьевыми вентиляторами (ДВ). Продукты сгорания топлива — дымовые газы — отсасываются дымососами (ДС) и отводятся через дымовые трубы в атмосферу. Совокупность каналов (воздуховодов и газоходов) и различных элементов оборудования, по которым проходит воздух и дымовые газы, образует газовоздушный тракт тепловой электростанции (теплоцентрали). Входящие в его состав дымососы, дымовая труба и дутьевые вентиляторы составляют тягодутьевую установку. В зоне горения топлива входящие в его состав негорючие (минеральные) примеси претерпевают химико-физические превращения и удаляются из котла частично в виде шлака, а значительная их часть выносится дымовыми газами в виде мелких частиц золы. Для защиты атмосферного воздуха от выбросов золы перед дымососами (для предотвращения их золового износа) устанавливают золоуловители.

Шлак и уловленная зола удаляются обычно гидравлическим способом на золоотвалы.

При сжигании мазута и газа золоуловители не устанавливаются.

При сжигании топлива химически связанная энергия превращается в тепловую. В результате образуются продукты сгорания, которые в поверхностях нагрева котла отдают теплоту воде и образующемуся из нее пару.

Совокупность оборудования, отдельных его элементов, трубопроводов, по которым движутся вода и пар, образуют пароводяной тракт станции.

В котле вода нагревается до температуры насыщения, испаряется, а образующийся из кипящей котловой воды насыщенный пар перегревается. Из котла перегретый пар направляется по трубопроводам в турбину, где его тепловая энергия превращается в механическую, передаваемую на вал турбины. Отработавший в турбине пар поступает в конденсатор, отдает теплоту охлаждающей воде и конденсируется.

На современных ТЭС и ТЭЦ с агрегатами единичной мощностью 200 МВт и выше применяют промежуточный перегрев пара. В этом случае турбина имеет две части: часть высокого и часть низкого давления. Отработавший в части высокого давления турбины пар направляется в промежуточный перегреватель, где к нему дополнительно подводится теплота. Далее пар возвращается в турбину (в часть низкого давления) и из нее поступает в конденсатор. Промежуточный перегрев пара увеличивает КПД турбинной установки и повышает надежность ее работы.

Из конденсатора конденсат откачивается конденсационным насосом и, пройдя через подогреватели низкого давления (ПНД), поступает в деаэратор. Здесь он нагревается паром до температуры насыщения, при этом из него выделяются и удаляются в атмосферу кислород и углекислота для предотвращения коррозии оборудования. Деаэрированная вода, называемая питательной, насосом подается через подогреватели высокого давления (ПВД) в котел.

Конденсат в ПНД и деаэраторе, а также питательная вода в ПВД подогреваются паром, отбираемым из турбины. Такой способ подогрева означает возврат (регенерацию) теплоты в цикл и называется регенеративным подогревом. Благодаря ему уменьшается поступление пара в конденсатор, а следовательно, и количество теплоты, передаваемой охлаждающей воде, что приводит к повышению КПД паротурбинной установки.

Совокупность элементов, обеспечивающих конденсаторы охлаждающей водой, называется системой технического водоснабжения. К ней относятся: источник водоснабжения (река, водохранилище, башенный охладитель — градирня), циркуляционный насос, подводящие и отводящие водоводы. В конденсаторе охлаждаемой воде передается примерно 55% теплоты пара, поступающего в турбину; эта часть теплоты не используется для выработки электроэнергии и бесполезно пропадает.

Эти потери значительно уменьшаются, если отбирать из турбины частично отработавший пар и его теплоту использовать для технологических нужд промышленных предприятий или подогрева воды на отопление и горячее водоснабжение. Таким образом, станция становится теплоэлектроцентралью (ТЭЦ), обеспечивающей комбинированную выработку электрической и тепловой энергии. На ТЭЦ устанавливаются специальные турбины с отбором пара — так называемые теплофикационные. Конденсат пара, отданного тепловому потребителю, возвращается на ТЭЦ насосом обратного конденсата.

Читать еще:  126 мотор троит двигатель

На ТЭС существуют внутренние потери пара и конденсата, обусловленные неполной герметичностью пароводяного тракта, а также невозвратным расходом пара и конденсата на технические нужды станции. Они составляют приблизительно 1 — 1,5% от общего расхода пара на турбины.

На ТЭЦ могут быть и внешние потери пара и конденсата, связанные с отпуском теплоты промышленным потребителям. В среднем они составляют 35 — 50%. Внутренние и внешние потери пара и конденсата восполняются предварительно обработанной в водоподготавливающей установке добавочной водой.

Таким образом, питательная вода котлов представляет собой смесь турбинного конденсата и добавочной воды.

Электротехническое хозяйство станции включает электрический генератор, трансформатор связи, главное распределительное устройство, систему электроснабжения собственных механизмов электростанции через трансформатор собственных нужд.

Система управления осуществляет сбор и обработку информации о ходе технологического процесса и состоянии оборудования, автоматическое и дистанционное управление механизмами и регулирование основных процессов, автоматическую защиту оборудования.

Источник: Полещук И.З., Цирельман Н.М. Введение в теплоэнергетику: Учебное пособие пособие / Уфимский государственный авиационный технический университет. – Уфа, 2003.

Автоматизированные тепловые станции

В 1992 году организация, управляющая московской коммунальной энергетикой – МОСТЕПЛОЭНЕРГО – приняла решение на одной из своих новостроек внедрить современную АСУ ТП. Была выбрана районная тепловая станция РТС «ПЕНЯГИНО». Первая очередь станции строилась в составе четырёх котлов типа КВГМ-100.
В это время развитие Ремиконтов привело к появлению программно-технического комплекса ПТК КВИНТ.В состав комплекса кроме самих Ремиконтов входила операторская станция на базе персональной ЭВМ с полным программным обеспечением, пакет программ системы автоматизированного проектирования САПР.

Функции АСУ ТП районной тепловой станции:

  • полностью автоматический пуск котла из холодного состояния до выхода на рабочий режим путём кликания на экране монитора кнопки «ПУСК»;
  • поддержание температуры выходной воды в соответствии с температурным графиком;
  • управление расходом питательной воды с учётом подпитки;
  • технологические защиты с отключением подачи топлива;
  • контроль всех теплотехнических параметров и представление их оператору на экране персональной ЭВМ;
  • контроль состояния агрегатов и механизмов – «ВКЛЮЧЕН» или «ВЫКЛЮЧЕН»;
  • дистанционное управление исполнительными механизмами с экрана монитора и выбор режима управления – ручной, дистанционный или автоматический;
  • информирование оператора о нарушениях в работе контроллеров;
  • связь с диспетчером района по цифровому информационному каналу.

Техническая часть системы была скомпонована в четырёх шкафах – по одному на каждый котёл. В каждом шкафу установлены четыре контроллера в каркасно-модульном исполнении.

Задачи между контроллерами распределены таким образом:

Контроллер №1 выполнял все операции по пуску котла. В соответствии с алгоритмом пуска, который был предложен Теплоэнергоремонтом:

  • контролер включает дымосос и вентилирует топку и дымоходы;
  • включает вентилятор подачи воздуха;
  • включает насосы подачи воды;
  • подключает газ на розжиг каждой горелки;
  • по контролю наличия пламени открывает основной газ на горелки.

Контроллер №2 выполнен в дублированном варианте. Если во время пуска котла сбой техники не страшен, так как можно остановить программу и начать всё сначала, то второй контроллер ведёт основной режим в течении длительного времени.

Особая ответственность на нём в холодное время года. При автоматической диагностике нештатной ситуации в котельной происходит автоматическое безударное переключение с основного контроллера на резервный. На этом же контроллере организованы технологические защиты.
Контроллер №3 предназначен для выполнения менее ответственных функций. При его отказе можно вызвать ремонтника и некоторое время переждать. На этом же контроллере запрограммирована модель котла.

С её помощью проводится предпусковая проверка работоспособности всей программы управления. Её же используют при обучении оперативного персонала.
Работы по созданию головных АСУ ТП московских РТС ПЕНЯГИНО, КОСИНО-ЖУЛЕБИНО, БУТОВО, ЗЕЛЕНОГРАД проводил коллектив в составе МОСПРОМПРОЕКТ (проектные работы), ТЕПЛОЭНЕРГОРЕМОНТ (алгоритмы управления), НИИТеплоприбор (микропроцессорная центральная часть системы).

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
ВсеИнструменты
Adblock
detector