Какое кпд парового двигателя

Паровой двигатель в частном доме: бесплатное электричество

На первый взгляд — идея дикая: позапрошлый век, допотопные технологии: греть воду до состояния пара, пар подавать в цилиндры, при этом со школы известно, что КПД паровой машины очень низкий

Если пытаться на этом ездить — может быть так оно и есть, хотя и тут не всё однозначно: КПД бензинового двигателя составляет 20%.
Но (. ) для нагрева воды до состояния пара подходит любое топливо, в том числе валежник (или энергия солнца) и уже можно говорить о стоимости 1% КПД:
0р/6%=0р/% против 40р/20%=2р/%
При этом 100 км дороги обойдутся 0р против 400 р при расходе топлива 10л/100 км — а это уже повод задуматься.

Однако статья о частном доме: зимой мне приходится заниматься отоплением (дрова, уголь) и это автоматически означает, что вскипятить воду до состояния пара я могу попутно, не причиняя своему карману значительного ущерба, даже используя для этой цели покупное топливо.
Основная котельная у меня в гараже, который я могу отапливать этим паром, а могу подать его в паровую машину, соединенную с динамкой и получить электричество (выхлоп пара из двигателя — отвести в ту же систему парового отопления).
В крупных городах ТЭЦ так и работают, только с большими котлами, большим давлением и огромными турбинами мощностью в несколько сотен или тысяч киловатт, а сброс избыточного давления иногда слышно на несколько километров в округе.

В частном доме и такое оборудование и такие мощности — избыточны, а котёл на 2-3 Атм вполне можно сварить и самому:

На анимации видно, что сила пара даже в 0.5 Атм — впечатляет, а 2Атм сорвало основной и дополнительный клапан. Полная версия видео представлена в отдельной статье, ссылка в конце текста. В дополнение к попытке изготовить самодельный клапан скажу, что в магазине предохранительный клапан 3Атм и 6 Атм стоят одинаково: 300 рублей, так что дальнейшую разработку этих клапанов я посчитал бессмысленной.

К сожалению — вариантов «куда подать пар» всего один: сделать самому паровой двигатель, так как любой турбине надо большое давление, а изготовить её в домашних условиях практически невозможно (центровка, балансировка, проблемы со смазкой подшипников).
Впрочем, заказал у знакомого компрессор от холодильника для экспериментов.
Пока пробую приспособить 2-тактный двигатель под работу от пара, но пока на стадии «проб и ошибок»: похвастаться нечем

Но и это ещё не всё: уже несколько раз наткнулся на статьи рерайтеров-копипастеров в Дзен и ВК:

Оригинал статьи — здесь , вкратце: ученые сделали двигатель «с трех-литровую банку» мощностью 200 л.с.
И теперь внимание: предлагается применение этого двигателя для получения электричества и отопления многоквартирного дома.
Если в доме 100 квартир — то это выходит 2 л.с. на квартиру при пиковой загрузке электросети или 1.5 Квт. Можно включить 100 чайников.
В статье ничего не говорится о том, как устроен этот двигатель, но активно рассказывается именно об этой области, попутно — как это зд о рово, сжигать в плазме бытовой мусор для получения пара давлением 10 Атм.

Я подсчитывал потребности своего дома: если не включать разом все лампочки и электроприборы в доме — 1 Квт вполне хватит, а «как сделать паровой двигатель своими руками» — есть масса вариантов в Интернет, о чем я написал в другой статье: к сожалению, готового варианта «купить», как с предохранительным клапаном для парового котла, пока не встретил.

Источник

Какое кпд парового двигателя

Главное меню

Судовые двигатели

Рассматриваемые к. п. д. можно разделить на две основные группы: абсолютные и относительные . Абсолютные к. п. д. характеризуют степень использования в машине получен­ного паром тепла, а относительные к. п. д. характеризуют степень совершенства данной машины сравнительно с идеальной машиной, работающей по циклу Ренкина.

Читайте также:  Какое масло льют в двигатель на новые ваз

Абсолютные к. п. д. паровой машины показывают, какая доля тепла, полученного паром в котле, используется, превращаясь в инди­каторную или эффективную работу. Различают два абсолютных к. п. д. машины: индикаторный и эффективный. Слово «абсолютный» в дальнейшем будем опускать.

Индикаторный к. п. д. есть отношение тепла Q i , пошед­шего на индикаторную работу реальной паровой машины, ко всему полученному паром теплу Q :

? i = Q i / Q .

Тепло, превращенное в течение часа в индикаторную работу,

Q i = 632 N i ккал/ч,

а полученное паром тепло

Q = В ( i 1 i 2 ) ккал/ч,

где D — расход пара паровой машиной в кг/ч;

i 1 — i’ 2 — тепло, сообщенное 1 кг пара в паровом котле, в ккал/кг.

? i = 632N i / D ( i 1 – i’ 2 ), (I, 12)

? i = 632 / d i ( i 1 i 2 ), ( I , 13)

где d i = В / N i — удельный индикаторный расход пара в кг/л. с. ч.

Эффективный к. п. д. есть отношение тепла Q e , израс­ходованного на эффективную работу, ко всему полученному паром теплу Q:

? e = 632N e / D ( i 1 i2 ) (I, 14)

? e = 632 / d e ( i 1 i2 ) (I, 15)

где d e = В / N e — удельный эффективный расход пара в кг/л. с. ч.;

? e = ? м ? i , (I, 16)

Оба эти абсолютные к. п. д. в зна­чительной мере зависят от парамет­ров пара при впуске и выпуске.

Практическое значение для совре­менных конденсационных машин ? i = 0,13 ? 0,17 и ? e = 0,11 ? 0,14, а для машин без конденсации ? i = 0,1 ч- 0,12 и ? e = 0,06 ? 0,1.

Относительные к. п. д. показывают отношение тепла, превра­щенного в работу в реальной паровой машине, к теплу, преобразо­ванному в работу паровой машины, работающей по циклу Ренкина.

Если две машины имеют, например, одинаковый ? i то очевидно, что лучшей из них будет та, которая работает с меньшими начальными параметрами и с большим конечным давлением. В этих случаях оце­нить совершенство машин удобно по относительному к. п. д.

В реальной машине процесс расширения происходит не по адиабате 1—2 (фиг. 13), а по кривой 1 — А, поэтому разность энтальпии ( i 1 i 2 ) = h т или располагаемый теплоперепад в идеальной машине больше, чем перепад тепла ( i 1 i 2 д ) = h д в действующей машине. Следовательно, в соответствии с определением относительного к.п.д. индикаторный относительный к. п. д.

Источник

Принцип работы парового двигателя

Паровая машина — тепловой двигатель внешнего сгорания, преобразующий энергию водяного пара в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня, а затем во вращательное движение вала. В более широком смысле паровая машина — любой двигатель внешнего сгорания, который преобразует энергию пара в механическую работу.

Паровой двигатель — тепловой поршневой двигатель, в котором потенциальная энергия водяного пара, поступающего из парового котла, преобразуется в механическую работу возвратно-поступательного движения поршня или вращательного движения вала.

Пар является одним из распространенных теплоносителей в тепловых системах с нагреваемым жидким или газообразным рабочим телом наряду с водой и термомаслами. Водяной пар имеет ряд преимуществ, среди которых простота и и гибкость использования, низкая токсичность, возможность подведения к технологическому процессу значительного количества энергии. Он может использоваться в разнообразных системах, подразумевающих непосредственный контакт теплоносителя с различными элементами оборудования, эффективно способствуя снижению затрат на энергоресурсы, сокращению выбросов, быстрой окупаемости.

Закон сохранения энергии— фундаментальный закон природы, установленный эмпирически и заключающийся в том, что энергия изолированной (замкнутой) физической системы сохраняется с течением времени. Другими словами, энергия не может возникнуть из ничего и не может исчезнуть в никуда, она может только переходить из одной формы в другую. С фундаментальной точки зрения, согласно теореме Нётер, закон сохранения энергии является следствием однородности времени и в этом смысле является универсальным, то есть присущим системам самой разной физической природы.

История изобретения паровых машин. Создание паровой машины

Возможности в использовании энергии пара были известны в начале нашей эры. Это подтверждает прибор под названием Героновский эолипил, созданный древнегреческим механиком Героном Александрийским. Древнее изобретение можно отнести к паровой турбине, шар которой вращался благодаря силе струй водяного пара.

Читайте также:  Причины возникновения неисправностей системы питания двигателя

Приспособить пар для работы двигателей стало возможным в XVII веке. Пользовались подобным изобретением недолго, однако оно внесло существенный вклад в развитие человечества. К тому же история изобретения паровых машин очень увлекательна.

Понятие

Паровая машина состоит из теплового двигателя внешнего сгорания, который из энергии водяного пара создает механическое движение поршня, а тот, в свою очередь, вращает вал. Мощность паровой машины принято измерять в ваттах.

Принцип действия

Для работы всей системы необходим паровой котел. Образовавшийся пар расширяется и давит на поршень, в результате чего происходит движение механических частей.

Принцип действия лучше изучить с помощью иллюстрации, представленной ниже.

Если не расписывать детали, то работа паровой машины заключается в преобразовании энергии пара в механическое движение поршня.

Коэффициент полезного действия

КПД паровой машины определяется отношением полезной механической работы по отношению к затраченному количеству тепла, которое содержится в топливе. В расчет не берется энергия, которая выделяется в окружающую среду в качестве тепла.

КПД паровой машины измеряется в процентах. Практический КПД будет составлять 1-8%. При наличии конденсатора и расширении проточной части показатель может возрасти до 25%.

Преимущества

Главным преимуществом парового оборудования является то, что котел в качестве топлива может использовать любой источник тепла, как уголь, так и уран. Это существенно отличает его от двигателя внутреннего сгорания. В зависимости от типа последнего требуется определенный вид топлива.

История изобретения паровых машин показала преимущества, которые заметны и сегодня, поскольку для парового аналога можно использовать ядерную энергию. Сам по себе ядерный реактор не может преобразовывать свою энергию в механическую работу, но он способен выделять большое количество тепла. Оно то и используется для образования пара, который приведет машину в движение. Таким же образом может применяться солнечная энергия.

Локомотивы, работающие на пару, хорошо показывают себя на большой высоте. Эффективность их работы не страдает от пониженного в горах атмосферного давления. Паровозы до сих пор применяют в горах Латинской Америки.

В Австрии и Швейцарии используют новые версии паровозов, работающих на сухом пару. Они показывают высокую эффективность благодаря многим усовершенствованиям. Они не требовательны в обслуживании и потребляют в качестве топлива легкие нефтяные фракции. По экономическим показателям они сравнимы с современными электровозами. При этом паровозы значительно легче своих дизельных и электрических собратьев. Это большое преимущество в условиях горной местности.

Недостатки

К недостаткам относится, прежде всего, низкий КПД. К этому стоит добавить громоздкость конструкции и тихоходность. Особенно это стало заметно после появления двигателя внутреннего сгорания.

Применение

До середины ХХ века паровые машины применяли в промышленности. Также их использовали для железнодорожного и парового транспорта.

Заводы, которые эксплуатировали паровые двигатели:

  • сахарные;
  • спичечные;
  • бумажные фабрики;
  • текстильные;
  • пищевые предприятия (в отдельных случаях).

Паровые турбины также относятся к данному оборудованию. С их помощью до сих пор работают генераторы электроэнергии. Около 80% мировой электроэнергии вырабатывается с применением паровых турбин.

В свое время были созданы различные виды транспорта, работающие на паровом двигателе. Некоторые не прижились из-за нерешенных проблем, а другие продолжают работать и в наши дни.

Транспорт с паровым двигателем:

Большая часть подобного транспорта стала непопулярной после появления двигателя внутреннего сгорания, чей КПД значительно выше. Такие машины были более экономичными, при этом легкими и скоростными.

Настольная рабочая модель двигателя Стирлинга

Типы двигателей

Двигатели бывают двух основных типов:

  • двигатели внешнего сгорания (например, паровые двигатели) сжигают топливо в одном месте и производят энергию в другой части той же машины;
  • двигатели внутреннего сгорания (например, автомобильные двигатели) сжигают топливо и производят мощность в одном и том же месте (в автомобиле все это происходит в сверхпрочных металлических цилиндрах).

Оба типа двигателей полагаются на тепловую энергию, заставляющую газ расширяться, а затем остывать.

Читайте также:  Сколько могут пройти двигатели поло седан

Чем больше разница температур (между самым горячим и самым холодным газом), тем лучше работает двигатель.

Как работает паровой двигатель

Есть угольный костер, который нагревает воду до тех пор, пока она не закипит и не превратится в пар.

Пар проходит по трубе в цилиндр через открытый входной клапан, где он толкает поршень и приводит в движение колесо.

Затем входной клапан закрывается, и открывается выходной клапан.

Импульс колеса заставляет поршень вернуться в цилиндр, где он выталкивает охлажденный нежелательный пар через выход и дальше вверх по дымовой трубе (дымоходу).

Детали парового двигателя

Паровые двигатели, такие как у этого Локомотива, являются примерами двигателей внешнего сгорания.

Огонь, который и создаёт теплоту, пламя и является источником энергии (1), находится снаружи (вне) цилиндра, где тепловая энергия превращается в механическую энергию (3). Между ними есть котел (2), который превращает тепловую энергию в пар. Пар действует как теплоноситель, толкая поршень (4), который перемещает колеса с помощью кривошипа (5) и приводит в движение поезд (6). Пар и тепловая энергия постоянно выбрасываются из дымовой трубы (7), что делает этот способ особенно неэффективным и неудобным для питания движущейся машины.

Есть много проблем с паровыми двигателями, но вот четыре из них — наиболее очевидных.

Во-первых, котел, который производит пар, работает под высоким давлением, и существует риск, что он может взорваться (взрывы котлов были серьезной проблемой с очень ранними паровыми двигателями).

Взрыв парового котла паровоза

Во-вторых, котел обычно находится на некотором расстоянии от цилиндра, поэтому энергия теряется по пути. Температура внутри кабины машиниста была как в бане – доходила до 100 градусов. Всё это тепло расходовалось, по сути, впустую.

В-третьих, пар, выходящий из дымовой трубы, все еще достаточно горяч, поэтому он содержит потраченную энергию, которая никак не конвертировалась в механическую.

В-четвертых, поскольку пар выбрасывается из цилиндра каждый раз, когда поршень толкается вперед, двигатель должен потреблять огромное количество воды, а также топлива.

Как работает локомотив

Паровоз Строение паровоза

  1. Топка
  2. Дверь Топки
  3. Колосники / Колосниковая Решетка
  4. Поддувало – место для поддува воздуха
  5. Уголь
  6. Вода
  7. Жаровые трубы
  8. Регулятор
  9. Коллектор для другого парового оборудования (т. е. свисток, перерывы, воздуходувка и т. д)
  10. Паровой купол
  11. Главная Паровая Труба
  12. Выхлопная труба
  13. Взрывная Труба
  14. Цилиндр
  15. Поршень
  16. Задвижка
  17. Дымоход
  18. Шатун
  19. Рукоятка
  20. Ведущее колесо
  21. Паропровод для тормозов поезда
  22. Боковые резервуары для воды
  23. Песочница, для тяги по мокрым рельсам
  24. Дымосборник
  25. Предохранительный клапан

Паровой двигатель использует угольный огонь (хотя есть и некоторые исключения) в качестве источника энергии для кипячения воды и получения пара.

Горячие газы от горящего угля в топке проходят через котел в «огненных трубах» (144 штуки в случае Локомотива «Барклай»), прежде чем покинуть двигатель через дымовую трубу и дымоход.

По мере того как вода в котле закипает, горячий “мокрый” пар поднимается вверх и собирается из парового купола на верхней части котла через регулирующий клапан, который машинист использует для управления скоростью движения локомотивов.

Из регулятора пар подается по трубопроводу в цилиндры и поочередно поступает через клапаны-золотники (расположенные сбоку корпуса цилиндра), толкая поршень в цилиндре вперед и назад.

Поршень соединен с ведущими колесами через «шатун» и «кривошип» (или «клапанный механизм», как его обычно называют), и движение поршня туда-сюда вращает ведущие колеса. Каждый раз, когда поршень цилиндра движется вперед и назад, ведущее колесо совершает полный оборот.

Рычаг «кривошипа» на каждой стороне локомотива смещен на 90 градусов, чтобы предотвратить его заклинивание, если паровоз остановится с ними в горизонтальном положении.

После выхода из цилиндра отработанный пар выходит из двигателя через дутьевую трубу и поднимается в дымоход в коптильне. Действие пара в дутьевой трубе создает более низкое давление в дымовой трубе, а также помогает вытягивать горячие газы из огня через трубы котла и в свою очередь производить больше пара.

Источник

Adblock
detector