Дулааны хөдөлгүүр: мөчлөг, ажил, үр ашиг. Дулааны машинуудын экологийн асуудал. Хамгийн тохиромжтой дулааны хөдөлгүүр юу вэ?

2024 Зохиолч: Angel Austin | [email protected]. Хамгийн сүүлд өөрчлөгдсөн: 2023-12-17 05:36

Үйлдвэрлэлд механик эрчим хүчийг ашиглах хэрэгцээ нь дулааны хөдөлгүүр үүсэхэд хүргэсэн.

Дулааны хөдөлгүүрийн дизайн

Дулааны хөдөлгүүр (дулааны хөдөлгүүр) - дотоод энергийг механик энерги болгон хувиргах төхөөрөмж.

Аливаа дулааны хөдөлгүүрт халаагч, ажлын шингэн (хий эсвэл уур) байдаг бөгөөд энэ нь халаалтын үр дүнд ажил гүйцэтгэдэг (турбины голыг эргүүлэх, поршений хөдөлгөөн гэх мэт) болон хөргөгчтэй. Доорх зурагт дулааны хөдөлгүүрийн диаграммыг харуулав.

Дулааны хөдөлгүүрийн үндэс

Дулааны хөдөлгүүр бүр хөдөлгүүрийн ачаар ажилладаг. Ажлыг гүйцэтгэхийн тулд тэрээр хөдөлгүүрийн поршений эсвэл турбины ирний хоёр талд даралтын зөрүүтэй байх ёстой. Энэ ялгаа нь бүх дулааны хөдөлгүүрт дараах байдлаар хүрдэг: ажлын шингэний температур нь орчны температуртай харьцуулахад хэдэн зуу, хэдэн мянган градусаар нэмэгддэг. Хийн турбин болон дотоод шаталтат хөдөлгүүрт (ICEs) түлш нь хөдөлгүүр дотор шатдаг тул температур нэмэгддэг. Хөргөгч нь уур амьсгал эсвэл яндангийн уурыг конденсацлах, хөргөх тусгай зориулалтын төхөөрөмж байж болно.

Карногийн мөчлөг

Цикл (дугуй үйл явц) - хийн төлөв байдлын өөрчлөлтийн багц бөгөөд үүний үр дүнд анхны төлөвтөө буцаж ирдэг (энэ нь ажил хийх боломжтой). 1824 онд Францын физикч Сади Карно изотерм болон адиабат гэсэн хоёр процессоос бүрдэх дулааны хөдөлгүүрийн цикл (Карногийн цикл) нь ашигтай болохыг харуулсан. Доорх зурагт Карногийн мөчлөгийн графикийг харуулав: 1-2 ба 3-4 нь изотерм, 2-3 ба 4-1 нь адиабатууд.

Энерги хэмнэлтийн хуулийн дагуу дулааны хөдөлгүүрийн ажил нь:

А=Q₁– Q₂, энд Q₁ нь халаагуураас авах дулааны хэмжээ, Q₂ нь хөргөгчинд хүргэх дулааны хэмжээ юм. Дулааны машины үр ашиг гэдэг нь хөдөлгүүрийн гүйцэтгэсэн ажлын А-г халаагуураас авсан дулааны хэмжээтэй харьцуулсан харьцаа юм:

η=A/Q=(Q₁– Q₂)/Q₁ =1 - Q₂/Q₁.

"Галын хөдөлгөгч хүч ба энэ хүчийг хөгжүүлэх чадвартай машинуудын тухай бодол" (1824) бүтээлдээ Карно "идеал хий бүхий хамгийн тохиромжтой дулааны хөдөлгүүр" гэж нэрлэгддэг дулааны хөдөлгүүрийг тодорхойлсон байдаг. ажлын шингэн." Термодинамикийн хуулиудын ачаар халаагчтай дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг (хамгийн их боломжтой) тооцоолох боломжтой болсон.температур T₁, T₂ температуртай хөргөгч. Карногийн дулааны хөдөлгүүр нь үр ашигтай:

η_max=(T₁ – T₂)/T 1_{=1 – T}2_/T1.

Т

1 _{температуртай халаагуур, T}2 температуртай хөргөгчтэй ажилладаг аливаа дулааны машин бодит гэдгийг _{Сади Карно нотолсон.} нь дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгаас давах үр ашигтай байх боломжгүй (хамгийн тохиромжтой).

Дотоод шаталтат хөдөлгүүр (ICE)

Дөрвөн шаталттай дотоод шаталтат хөдөлгүүр нь нэг буюу хэд хэдэн цилиндр, бүлүүр, бүлүүрт механизм, ороох болон гаргах хавхлага, лаа зэргээс бүрдэнэ.

Үйлчилгээний мөчлөг нь дөрвөн мөчлөгөөс бүрдэнэ:

1) сорох - шатамхай хольц нь хавхлагаар дамжин цилиндрт ордог;

2) шахалт - хоёр хавхлага хаалттай;

3) ажлын цус харвалт - шатамхай хольцын тэсрэх шаталт;

4) яндан - агаар мандалд яндангийн хий ялгарах.

Уурын турбин

Уурын турбинд оролт, гаралтын усны уурын даралтын зөрүүгээс болж энерги хувирдаг.

Орчин үеийн уурын турбинуудын хүчин чадал 1300 МВт хүрдэг.

1200 МВт-ын уурын турбины зарим техникийн үзүүлэлтүүд

• Уурын даралт (шинэхэн) - 23.5 МПа.
• Уурын температур - 540 °C.
• Турбины уурын зарцуулалт - 3600 т/ц.
• Роторын хурд - 3000 эрг/мин.
• Конденсатор дахь уурын даралт 3.6 кПа байна.
• Турбины урт - 47.9 м.
• Турбины жин - 1900 т.

Дулааны хөдөлгүүр нь агаарын компрессор, шатаах камер, хийн турбин зэргээс бүрдэнэ. Ашиглалтын зарчим: компрессор руу агаар адиабатаар шингэдэг тул түүний температур 200 хэм ба түүнээс дээш хүртэл нэмэгддэг. Дараа нь шахсан агаар нь шаталтын камерт ордог бөгөөд шингэн түлш - керосин, фотоген, түлшний тос зэрэг нь өндөр даралтын дор ордог. Түлш шатаах үед агаар 1500-2000 ° C хүртэл халж, өргөжиж, хурд нь нэмэгддэг. Агаар нь өндөр хурдтай хөдөлж, шаталтын бүтээгдэхүүнийг турбин руу илгээдэг. Шатнаас үе шат руу шилжсэний дараа шаталтын бүтээгдэхүүн нь кинетик энергийг турбины ирт өгдөг. Турбины хүлээн авсан энергийн нэг хэсэг нь компрессорын эргэлтэнд ордог; Үлдсэн хэсэг нь цахилгаан үүсгүүрийн ротор, нисэх онгоц эсвэл далайн хөлөг онгоцны сэнс, машины дугуйг эргүүлэхэд зарцуулагдана.

Хийн турбиныг автомашины дугуй, нисэх онгоц, хөлөг онгоцны сэнсийг эргүүлэхээс гадна тийрэлтэт хөдөлгүүр болгон ашиглаж болно. Агаар ба шаталтын бүтээгдэхүүн нь хийн турбинаас өндөр хурдтайгаар гадагшилдаг тул энэ процессын явцад үүсэх тийрэлтэт хүчийг агаарын (онгоц), усан (хөлөг онгоц) хөлөг онгоц, төмөр замын тээврийг ажиллуулахад ашиглаж болно. Жишээлбэл, Ан-24, Ан-124 ("Руслан"), Ан-225 ("Мөрөөдөл") онгоцууд турбовинт хөдөлгүүртэй. Тиймээс "Мөрөөдөл" нь 700-850 км / цаг нислэгийн хурдтай, бараг 15,000 км-ийн зайд 250 тонн ачаа тээвэрлэх чадвартай. Энэ бол дэлхийн хамгийн том тээврийн онгоц юм.

Дулааны хөдөлгүүрийн байгаль орчны асуудал

Уур амьсгалд маш их нөлөө үзүүлдэгагаар мандлын төлөв байдал, ялангуяа нүүрстөрөгчийн давхар исэл ба усны уур. Тиймээс нүүрстөрөгчийн давхар ислийн агууламжийн өөрчлөлт нь хүлэмжийн нөлөөллийг нэмэгдүүлэх, бууруулахад хүргэдэг бөгөөд үүний үр дүнд нүүрстөрөгчийн давхар исэл нь дэлхийн сансарт цацарч буй дулааныг хэсэгчлэн шингээж, агаар мандалд хадгалж, улмаар гадаргуугийн температурыг нэмэгдүүлдэг. агаар мандлын доод давхарга. Хүлэмжийн нөлөөллийн үзэгдэл нь уур амьсгалыг бууруулахад шийдвэрлэх үүрэг гүйцэтгэдэг. Хэрэв байхгүй бол гаригийн дундаж температур +15 °С биш, харин 30-40 °С-аар бага байх болно.

Одоо дэлхий дээр 300 сая гаруй төрлийн автомашин байгаа нь агаарын бохирдлын талаас илүү хувийг бүрдүүлж байна.

Дулааны цахилгаан станцаас 1 жилийн хугацаанд 150 сая тонн хүхрийн исэл, 50 сая тонн азотын исэл, 50 сая тонн үнс, 200 сая тонн нүүрстөрөгчийн дутуу исэл, 3 сая тонн феон агаар мандалд хаягдаж байна. түлшний шаталтын үр дүнд.

Агаар мандалд озон агуулагддаг бөгөөд энэ нь дэлхий дээрх бүх амьдралыг хэт ягаан туяаны хортой нөлөөнөөс хамгаалдаг. 1982 онд Английн судлаач Ж. Фарман Антарктидын дээгүүр озоны цоорхойг олж илрүүлсэн нь агаар мандал дахь озоны агууламж түр зуурын бууралт юм. 1987 оны 10-р сарын 7-нд озоны цоорхой хамгийн их хөгжиж байх үед түүний доторх озоны хэмжээ 2 дахин буурчээ. Озоны цоорхой нь антропоген хүчин зүйл, тэр дундаа озоны давхаргыг устгадаг хлор агуулсан фреоныг (фреон) үйлдвэрлэлд ашигласны үр дүнд үүссэн байж магадгүй юм. Гэсэн хэдий ч 1990-ээд оны судалгаа энэ үзлийг дэмжээгүй. Озоны нүх байх магадлалтайхүний үйл ажиллагаатай холбоогүй бөгөөд байгалийн үйл явц юм. 1992 онд Хойд туйлын дээгүүр мөн озоны нүх илрүүлсэн.

Хэрэв агаар мандлын бүх озоныг дэлхийн гадаргын ойролцоо давхаргад цуглуулж, хэвийн атмосферийн даралт, 0 °C температурт агаарын нягт хүртэл өтгөрүүлсэн бол озоны хамгаалалтын зузаан ердөө 2-3 байх болно. мм! Энэ бол бүхэл бүтэн бамбай.

Бага түүх…

• 1769 оны 7-р сар. Цэргийн инженер Н. Ж. Күнё Парисын Меудон цэцэрлэгт хүрээлэнд хоёр цилиндртэй уурын хөдөлгүүрээр тоноглогдсон "галын тэргэнцэр"-ээр хэдэн арван метр замыг туулсан.
• 1885. Германы инженер Карл Бенз 1886 оны 1-р сарын 29-нд 0.66 кВт-ын хүчин чадалтай анхны бензин дөрвөн шатлалт гурван дугуйт Motorwagen автомашиныг бүтээж, патент авчээ. Машины хурд 15-18 км/цаг хүрсэн.
• 1891. Германы зохион бүтээгч Готтлиб Даймлер суудлын автомашинаас 2.9 кВт (4 морины хүчтэй) хөдөлгүүртэй ачааны машин бүтээжээ. Машины хамгийн дээд хурд нь 10 км / цаг хүрч, янз бүрийн загварт даац нь 2-5 тонн байв.
• 1899. Бельгийн К. Женатци "Жеймс Континт" ("Үргэлж сэтгэл хангалуун бус") машинаараа 100 км-ийн хурдны хязгаарыг анх удаа давлаа.

Асуудлыг шийдвэрлэх жишээ

Асуудал 1. Хамгийн тохиромжтой дулааны хөдөлгүүр нь халаагчийн температур 2000 К, хөргөгчний температур 100 ° C байна. Үр ашгийг тодорхойлох.

Шийдэл:

Дулааны хөдөлгүүрийн үр ашгийг тодорхойлох томъёо (хамгийн их):

ŋ=T₁-T₂/T_1.

ŋ=(2000K - 373К)) / 2000 K=0.81.

Хариулт: Хөдөлгүүрийн үр ашиг 81%.

Даалгавар 2. Дулааны машинд түлш шатаах үед 200 кЖ дулаан орж, хөргөгчинд 120 кЖ дулаан шилжсэн. Хөдөлгүүрийн үр ашиг гэж юу вэ?

Шийдэл:

Үр ашгийг тодорхойлох томъёо нь дараах байдалтай байна:

ŋ=Q1 - Q2 / Q1.

ŋ=(2 10⁵ J - 1, 2 10^{5 J) / 2 10}5 ^{J=0, 4.}

Хариулт: Дулааны машины үр ашиг 40%.

Бодлого 3. Халаагчаас 1,6 МЖ дулаан хүлээн авсны дараа ажлын шингэн 400-г гүйцэтгэсэн бол дулааны хөдөлгүүрийн үр ашиг хэд вэ? кЖ ажил? Хөргөгч рүү хэр их дулаан шилжсэн бэ?

Шийдэл:

Үр ашгийг

томъёогоор тодорхойлж болно.

ŋ=A / Q_1.

ŋ=0.4 10⁶ J / 1.6 10⁶ J=0.25.

Хөргөгчинд шилжүүлэх дулааны хэмжээг

томъёогоор тодорхойлж болно.

Q₁ - A=Q_2.

Q₂=1.6 10⁶ J - 0.4 10⁶ J=1.2 10^6J. Хариулт: Дулааны машин 25%-ийн үр ашигтай ажилладаг; хөргөгчинд шилжүүлэх дулааны хэмжээ 1.2 10

6 ^J.