Potenciální účinnost Stirlingova motoru je vyšší než u jiných srovnatelných motorů, ale mnohem více úsilí bylo vynaloženo na zlepšení motorů s otevřeným cyklem. Výsledky porovnání různých motorů z hlediska jejich účinnosti nemají rozšířený, protože, jak bylo uvedeno výše, výrobci automobilů a ti, kteří provozují stacionární zařízení, zpravidla upřednostňují srovnání motorů podle konkrétní efektivní spotřeby paliva. Přestože tento parametr přímo souvisí s účinností,
I - omezení účinnosti Stirlingova motoru; 2-konečná pevnost materiálu; 3 - omezení účinnosti motoru s nuceným zážehem; 4- potenciálně dosažitelná účinnost Stirlingova motoru; 5 - spalovací motory; 6 - parní stroj; 7- Stirlingův motor.
Nicméně je užitečné vzít v úvahu výsledky měření účinnosti přímo. Skvělou ukázkou aktuálního výkonu motorů a jejich potenciálních hodnot účinnosti je graf sestavený v práci a uvedený na Obr. 1.110 v mírně upravené podobě.
Dosud dosažené hodnoty účinnosti pro experimentální Stirlingovy motory jsou uvedeny na obr. 1.111.
Účinnost CYCLE Carnot, %
Rýže. 1.111. Reálné účinnosti experimentálních Stirlingových motorů podle NASA, Rpt CR-I59 63I, autory přestavěné.
1 - údaje od General Motors; 2 - údaje z United Stirling (Švédsko); 3 - údaje firem "Ford" a "Philips".
B. Měrná efektivní spotřeba paliva
Před porovnáním konkrétních motorů z hlediska měrné efektivní spotřeby paliva by bylo žádoucí shromáždit a shrnout více informací o rozdílu ve výkonu mezi porovnávanými motory pomocí kombinace výsledků z řady typické motory každý typ. Je třeba poznamenat, že velký počet výsledky týkající se Stirlingových motorů jsou získávány na dynamometrech, nikoli při zkouškách vozidel, a některá data jsou získávána na základě počítačových výpočtů modelů s dostatečnou mírou spolehlivosti. Výsledky testů automobilů do roku 1980 se s vypočtenými údaji s dostatečnou mírou přesnosti neshodovaly, ale nastínily způsoby, jak potenciál motoru realizovat. Specifická efektivní spotřeba paliva různé energie elektrárny, určené pro použití jako automobilové zdroje energie, jsou porovnány na Obr. 1.112.
Tento graf jasně ukazuje výhody Stirlingova motoru v celém rozsahu provozních podmínek. Protože měrná efektivní spotřeba paliva je uvažována jak jako funkce rychlosti, tak jako funkce zatížení, na Obr. 1.113 a 1.114 znázorňují odpovídající křivky pro celý rozsah provozních otáček při 50 % a 20 % plného zatížení.
Výhody Stirlingova motoru jsou i v tomto případě zcela jasné. Vstupní data pro tyto souhrnné grafy
1-diesel s normální systém přívod; 2 - dieselový přeplňovaný; 3benzínový motor s nuceným zapalováním a homogenní náplní; 4-jednohřídelová plynová turbína; 5-dvouhřídelová plynová turbína; 6 - Stirlingův motor.
X*^c
■e-b v -0,2
J____ I___ I___ L
Rychlost/Maximální rychlost
Rýže. 1.113. Porovnání měrné efektivní spotřeby paliva různých elektráren při 50% zatížení.
1-jednohřídelová plynová turbína; 2hřídelová plynová turbína; 3 - vznětový přeplňovaný; 4benzínový motor s nuceným zapalováním a homogenní náplní; 5 Stirlingův motor.
Byli vzati z práce. Vzhledem k tomu, že ceny pohonných hmot stále rostou, určující charakteristikou se stává specifická efektivní spotřeba, a zatímco pokračuje aktivní průzkum a výzkum dalších zdrojů energie, není pochyb o tom, že uhlovodíková paliva zůstanou hlavním zdrojem energie v dohledné budoucnosti. . Navíc,
I při astronomickém zvýšení cen bude snížení spotřeby paliva zanedbatelné. Západní zkušenosti ukazují, že od začátku ropné krize v 70. letech minulého století měly ceny ropy jen malý vliv na spotřebu paliva. Studie zveřejněná v roce 1980 americkým ministerstvem energetiky ukázala, že i 100% zvýšení cen paliva by snížilo spotřebu paliva pouze
II %. Pokud nebude spotřeba paliva příliš silně ovlivněna ekonomickými faktory, je nepravděpodobné, že by poklesla a ustoupila politickému tlaku. Problematický je i dopad oficiálních předpisů zaměřených na úsporu paliva.
Je zřejmé, že snížení specifické efektivní spotřeba spotřeba paliva může pomoci snížit spotřebu paliva, protože 10% snížení spotřeby paliva by například pro Spojené státy ušetřilo přes 305 milionů litrů dovážené surové ropy denně, což odpovídá úspoře více než 5 miliard dolarů ročně. Celkově se však jedná o velmi malou úsporu. Proto, i když je snížení specifické palivové účinnosti důležité, neposkytuje řešení energetického problému pro většinu zemí. Zdroje energie nahrazující kapalné uhlovodíky mohou mít v dohledné době hmatatelnější efekt a problémy spojené s touto problematikou budou zváženy později. Kromě toho je třeba poznamenat, že dostupnost energie je stejně významná jako její cena.
B. Vyvinutá síla
Platné srovnání v tomto ohledu lze provést pouze na základě poměru hmotnosti k vyvinutému výkonu a srovnávané motory musí být navrženy pro stejnou aplikaci. Dále je třeba porovnat poměr hmotnosti celé elektrárny k vyvinutému výkonu. Elektrárna určená pro použití na automobilu bude obsahovat převodové jednotky, nabíjecí baterie, chladicí soustava atd. U motorů vybraných pro srovnání jsou tyto údaje uvedeny na Obr. 1,115 a 1,116.
V obou případech, jak je patrné z grafů, Stirlingův motor nemá jasné výhody, je však třeba vzít v úvahu, že při vývoji Stirlingových motorů se zatím málo pozornosti věnovalo optimalizaci poměru výkonu a hmotnosti, což se projevilo v prezentovaných výsledcích. Nelze počítat s tím, že pro takovou optimalizaci existují skvělé příležitosti, na druhou stranu by nebylo správné tvrdit, že dosažené výsledky jsou limitem. V americkém programu vývoje motorů, jehož zahájení výroby bylo naplánováno do roku 1984, je vynaloženo velké úsilí na snížení hmotnosti motoru. Je třeba mít na paměti, že, jak je uvedeno v tabulce. 1.7 nemusí mít Stirlingovy motory (jako jednohřídelové plynové turbíny) stejný výkon jako jiné motory, a proto mohou být lehčí než stávající automobilové motory.
Dalším faktorem, který je třeba vzít v úvahu, je velikost motoru pro daný výkon. Tento faktor je důležitý nejen z hlediska kompaktnosti, ale např. při instalaci na loď z hlediska ztráty užitečného objemu podpalubí. Bylo zjištěno, že Stirlingův motor bere
Rýže. 1,115. Poměr mezi hmotností motoru a výkonem, který vyvíjí pro elektrárny různé typy.
1- diesel s normálním sacím systémem;
2- Stirlingův motor; 3-diesel přeplňovaný; 4 - benzínový motor s nuceným zapalováním a vrstvenou náplní; 5 - benzínový motor s nuceným zapalováním a homogenní náplní; 6 - dvouhřídelová plynová turbína; 7- jednohřídelová plynová turbína.
Rýže. 1,116. Poměr mezi hmotností zařízení a výkonem, který vyvíjí pro elektrárny různých typů.
1 - nafta s normálním sacím systémem; 2 - Stirlingův motor; 3 - přeplňovaný diesel; 4 - benzínový motor s nuceným zapalováním a vrstvenou náplní; G "- benzínový motor s nuceným zapalováním a homogenní náplní; 6-rotorový motor s nuceným zapalováním; 7-dvouhřídelová plynová turbína; 8 - jedno - ial plynová turbína.
Přibližně stejný prostor jako ekvivalentní diesel. Novější údaje vám umožňují sestavit souhrnnou tabulku poměru výkonu a objemu obsazeného pro různé motory výkon 78-126 kW (tabulka 1.8).
|
Tabulka 1.8. Poměr výkonu motoru R na objem PROTI, Obsazeno elektrárnou |
Z tabulky vyplývá, že zážehové motory s homogenním nábojem v tomto ukazateli stále předčí všechny ostatní motory, nicméně nadějné motory s vrstveným nábojem nebudou mít takovou nepopiratelnou výhodu jako motory s homogenním nábojem. Pokud se ve Stirlingových motorech a plynových turbínách použijí keramické komponenty, pak se situace může dramaticky změnit. Na moderní úroveň technický pokrok Stirlingův motor je obecně lepší dieselové motory.
Změny točivého momentu Stirlingova motoru v závislosti na rychlosti a tlaku již byly uvažovány ve srovnání s jinými elektrárnami. Při použití tohoto motoru v automobilu jsou vlastnosti jeho momentově-otáčkové charakteristiky zvláště příznivé z hlediska efektivního zrychlení vozu a přispívají ke zjednodušení a zlevnění převodových jednotek. Pro dokreslení je však nutné říci pár slov o cyklickém kolísání točivého momentu. Literatura uvádí, že Stirlingův motor má jemnější změny točivého momentu ve srovnání s jinými pístovými motory. Zdá se, že „hladké“ znamená, že změna točivého momentu se změnou úhlu natočení kliky tohoto motoru je poměrně malá. Záměrně jsme použili slovo „zřejmě“, protože
ku, na otázku, co přesně znamená pojem „hladký“, nejsme schopni dát jednoznačnou definici. Tato problematika je podrobně rozebrána v kap. 2. Zde postačí poznamenat, že změny točivého momentu v závislosti na úhlu natočení kliky y víceválcový motor Stirling je menší než např. motor s nuceným zapalováním (obr. 1.117).
Menší kolísání točivého momentu znamená také toto kolísání úhlová rychlost Stirlingův motor je také výrazně méně než ostatní motory. Toto tvrzení platí samozřejmě pro motory bez setrvačníků. V praxi to znamená, že Stirlingovy motory mohou být vybaveny méně masivním setrvačníkem a že startování Stirlingova motoru vyžaduje menší mechanické úsilí. Dále, kvůli malým cyklickým výkyvům točivého momentu a rychlosti otáčení mohou být Stirlingovy motory vhodnější pro samostatné elektrické generátory.
Tato tvrzení je však třeba ověřit, protože ačkoli poměr špičkového točivého momentu e< его среднему значению у четырехцилиндрового двигателя Стирлинга без маховика близко к 1,1, для одноцилиндрового двигателя Стирлинга это значение увеличивается до 3,5, что выглядит не так уж многообещающе. Тем не менее у четырехцилиндрового двигателя Стирлинга это отношение такое же, как у восьмицилиндрового dvoutaktní diesel, a poloviční než čtyřválcový čtyřtaktní diesel.
Odhad nákladů je vždy obtížný a jeho prognóza s přihlédnutím k budoucímu vývoji je velmi nepřesná. Není však pochyb o tom, že takové posouzení je nutné pro srovnání alternativních motorů, přičemž je třeba vzít v úvahu nejdražší komponenty. Náklady na Stirlingův motor jsou přibližně 1,5 až 15krát vyšší než na ekvivalentní diesel. Toto posouzení se provádí na základě odborné literatury; byl prezentován na technických konferencích a setkáních. Na první pohled se toto hodnocení zdá nepodložené, ale velmi pravděpodobné.
Je to pravda a to bude zřejmé z následujícího. Nepodložená tvrzení o vnímané hodnotě obvykle nedávají smysl, ale bohužel taková tvrzení jsou uvedena v mnoha publikacích. Nyní je však k dispozici podrobnější výzkum v této oblasti prostřednictvím programů zadaných ministerstvem energetiky USA.
Náklady mohou být určeny různými faktory, z nichž hlavní jsou:
1) mzdové náklady;
2) materiály;
3) kapitálové vybavení;
4) výrobní zařízení;
5) provoz a údržba;
6) vývoj designu.
Tento seznam není v žádném případě vyčerpávající. Mnoho složek nákladů přímo závisí na hromadné výrobě. I když je to zřejmé, neuškodí toto tvrzení zopakovat, protože tento aspekt oceňování je v mnoha publikacích opomíjen. Závislost ekonomiky na rozsahu výkonu může znamenat, že jeden typ motoru je dražší než jiný v malých sériích, ale levnější s rostoucí výrobou. Je třeba vzít v úvahu rozsah motoru. Například náklady na motor automobilu jsou pouze malým zlomkem celkových nákladů na auto, takže při porovnání nákladů různé motory je třeba vzít v úvahu, že významný rozdíl v ceně motorů nemusí při instalaci těchto motorů znatelně ovlivnit cenu automobilu. Tuto vlastnost lze ilustrovat jednoduchým výpočtem. Pokud například předpokládáme, že náklady na motor jsou 10 % z celkových nákladů na auto, pak pokud auto stojí 6 000 USD, motor bude stát 600 USD. Pak Celkové náklady auto bude stát 6 600 dolarů, tedy jen o 10 % vyšší, a kupující může být ochoten zaplatit o něco vyšší cenu za vhodnější vozidlo.
Než se podíváme na náklady a náklady v podmínkách průmyslové výroby, rádi bychom na základě vlastních zkušeností zvážili vývoj nákladů při stavbě nebo nákupu prototypu Stirlingova motoru nebo motoru tohoto typu určeného pro výzkumné účely. Výkon takových motorů bude považován za omezený na 100 kW. Pořizovací cena takového motoru s přihlédnutím k cenové hladině z roku 1981 bude asi 6700 $/kW. Jedním z nich je Io, pokud je motor postaven stejnou organizací, která jej bude používat, nebo vyroben třetí stranou s podrobnou dokumentací a konstrukcí stroje, jeho náklady se budou pohybovat v rozmezí 100-3500 USD/kW. Jak se Stirlingův motor stane více mainstreamovým a méně „výzkumným“, jeho náklady budou prudce klesat. Jeden z výrobců malé motory Stirling (méně než 1 kW) se domnívá, že při výrobě 1000 takových motorů ročně mohou náklady na jeden motor v porovnání s jeho náklady na individuální výrobu klesnout 30krát.
Tato závislost nákladů na rozsahu výroby je potvrzena nedávnými studiemi řady motorů poháněných těmito motory solární energie provádí laboratoř proudové motory(USA) . Bylo provedeno srovnání mezi Stirlingovým motorem a plynová turbína v úpravách určených pro využití solární energie. Plynová turbína byla speciálně navržena Garrettem a Stirlingův motor byl převzat ze série vyráběné United Sterling. Stůl 1.9.
Tabulka 1.9. Závislost nákladů na výstupním objemu (srovnání Stirlingova motoru a plynové turbíny)
Celkové jednotkové náklady, USD/kWh
Celkové jednotkové náklady zahrnují náklady na platbu pracovní síla, náklady na materiál, náklady^ na investiční zařízení a nástroje. Vliv objemu výroby na hodnotu lze jasně vidět z prezentovaných údajů. Celkové jednotkové náklady plynové turbíny se zvýšením výkonu klesají 3krát, zatímco stejný index Stirlingova motoru klesá více než 6krát. Při malém objemu výroby je Stirlingův motor o více než 50 % dražší než plynová turbína a při roční produkci 400 000 motorů o 30 % levnější. Pro naše účely se 400 000 motorů za rok zdá trochu vysoké, ale u automobilových motorů to lze považovat za normální.
Potenciální výrobce Stirlingových motorů bude více zajímat odhadovaná cena těchto motorů pro použití v automobilech. Výrobní náklady uvedené v tabulce. 1.10, vzít v úvahu
|
Tabulka 1.10. Výrobní náklady automobilové motory s objemem výroby 400 000 kusů / rok (v cenách roku 1981) |
Zohledňuje mzdové náklady, náklady na materiál, kapitálové vybavení a nástroje a svou nákladovou strukturou je do značné míry podobná té, která se počítá pro solární motory. Nicméně, v automobilová verze motory mají pokročilejší konstrukci než ve variantě solárního motoru. Stirlingovy motory a plynové turbíny vyžadují jiné speciální materiály než běžné motory. Samozřejmě je to do značné míry otázka nabídky a podmínek na trhu, takže pokud by Stirlingův motor nebo plynová turbína byly „konvenční“ motory, pak by materiály pro ně mohly mít nižší náklady, protože by se těžební průmysl a ocelářský průmysl soustředily o výrobě těchto materiálů., a materiály pro výrobu zážehových motorů a dieselů by se staly "speciálními". Navíc, speciální materiályčasto vyžadují odpovídající speciální výrobní zařízení, což přispívá k dodatečnému zvýšení nákladů. Vzhledem k materiálům a výrobnímu zařízení, které se v současnosti v automobilovém průmyslu používá, lze očekávat, že z hlediska nákladů bude konvenční motory bude preferováno. Pro objasnění tohoto aspektu tvorby výrobních nákladů v tabulce. 1.10 ukazuje náklady na motory dvou jmenovitých výkonů (75 a 112 kW) a také procento celkových nákladů připadajících na materiál a výrobní zařízení.
Spotřebitele motorů zajímají prodejní ceny, nikoli výrobní náklady, což není překvapivé. Proto v tabulce. 1.11 jsou uvedeny prodejní ceny automobilových motorů s ročním výkonem 400 000 kusů. Rozdíl je i v ceně oproti běžné benzínový motor s nuceným zážehem a homogenní náplní (GZB).
|
Výkon motoru 75 kW Výkon motoru 112 kW Tabulka 1.11. Prodejní cena automobilových motorů s objemem výroby 400 000 ks / rok (v cenách roku 1981)
|
Z hlediska výrobních nákladů a prodejní ceny jsou Stirlingovy motory dražší než jiné motory, i když s příznivým objemem výroby a aplikací se mohou stát nákladově efektivnějšími než jejich konkurenti. Je však zcela jasné, že s nárůstem výkonu Stirlingových motorů a objemu jejich výroby budou z ekonomického hlediska stále více konkurenceschopné. Vztah mezi složkami nákladů diskutovanými v této části je znázorněn na Obr. 1,118.
Rozdělení celkových nákladů na Stirlingův motor se šikmou podložkou firmy Ford podle konstrukčních prvků tvořících elektrárnu uvádí tabulka. 1.12 pro roční produkci 400 000 ks. .
Výměníky tepla mají nejvyšší relativní náklady a společnost se snažila snížit tyto náklady na přibližně 17 % prostřednictvím zdokonaleného designu a výrobní technologie, dokud její program zlepšování Stirlingových motorů přestal existovat.
I když se pro Stirlingův motor použijí levnější materiály a dosáhne se odpovídajícího objemu výroby, pak ani v tomto případě nebude Stirlingův motor pravděpodobně levnější než například motor se zážehovým motorem a homogenní náplní. Nicméně, jak bylo diskutováno výše, spotřebitel může být ochoten jít za dodatečné výdaje za výhody, které budou s tímto motorem spojeny. Pokud je možné realizovat potenciál motoru pro úsporu paliva a mazací olej a zvýšení instalované životnosti, pak snížení nákladů na provoz Stirlingova motoru může vést k úsporám celkových nákladů na pořízení a provoz
útok motoru, který by měl na spotřebitele zapůsobit více než úvahy o životním prostředí a přeměně energie. Zvláštní pozornost na takové úspory by měla být věnována v západní Evropě, kde "ekonomické" vozy s nízký průtok paliva jsou stále populárnější, ačkoli počáteční náklady na taková auta nejsou o mnoho nižší než luxusnější, ale méně ekonomické
Nová auta. Zajímavé je, že na trhu ojetých vozů se „ekonomický“ vůz často prodává za vyšší cenu než jeho „bratři“ více vysoká třída. Výpočet celkové ziskovosti, kterou lze od Stirlingova motoru očekávat, provedla společnost United Sterling pro případ instalace motoru na nákladní automobil. Zveřejněná data se vztahují k cenové hladině z roku 1973, ale následný katastrofický nárůst inflace a exponenciální růst cen paliv a maziv znesnadňují převedení výsledků na cenovou hladinu z roku 1981 a zároveň zveřejňují odhady nákladů na rok 1973. úroveň zde. stěží vhodná.
Ukazatel ekonomické ziskovosti (ER) byl vypočítán pomocí následujícího vzorce:
( Rozdíl v ceně ____ / Rozdíl počáteční H
__ Provoz / V ___________________ náklady _______)
V tomto případě jsou rozdíly určeny mezi odpovídajícími ukazateli Stirlingova motoru a ekvivalentního dieselového motoru.
Z výsledků získaných United Stirling a opravených autory (obr. 1.119) vyplývá, že při provozním ujetých kilometrech 16 000 km za rok je CER \u003d 0 po 4,1 letech provozu; jinými slovy, za toto období nižší provozní náklady Stirlingova motoru ve srovnání s dieselovým motorem vyváží jeho velké počáteční náklady a po 5,7 letech dosáhne CEP hodnoty 0,5, tedy úspory rovnající se polovině bude získán rozdíl v počátečním kapitálu.
Přílohy. S ročním nájezdem 100 000 km - průměr pro Evropu s mezinárodními silniční doprava- počáteční dodatečná investice se vrátí po 2-3 měsících provozu. Tyto výsledky jsou získány pro jeden vůz. Podobný výpočet provedený pro kolonu by poskytl ještě příznivější výsledky. Dokonce i tohle krátká recenze problémy související s náklady na Stirlingovy motory, nám umožňuje vyvodit rozumný závěr, že tento motor, přestože má vysoké výrobní náklady, je potenciálně levnější na provoz. S dalším nárůstem nákladů na ropné produkty a obtížemi při jejich získávání se výhody Stirlingova motoru mohou stát ještě hmatatelnějšími.
Přestože Stirlingův motor může běžet na nejrůznější zdroje energie, je jisté, že i na začátku příštího století zůstanou hlavním zdrojem energie pro pozemní dopravu uhlovodíková paliva. To neznamená, že uhlovodíková paliva budou i nadále získávána ze stávajících zdrojů a že si zachovají svůj moderní vzhled. Tento problém je třeba prozkoumat, protože mohou existovat další ekonomické výhody díky schopnosti Stirlingova motoru pracovat na různé druhy paliva. Proto po diskusi o vyrobitelnosti Stirlingova motoru zvážíme možnost použití alternativních uhlovodíkových paliv.
Ačkoli je tato otázka posuzována odděleně od nákladů, ve skutečnosti jsou výrobní náklady přímo spojeny s vyrobitelností. Pro větší přehlednost prezentace je však výhodnější zvážit otázky související s vyrobitelností samostatně. Jak je vidět z tabulky. 1.10, Stirlingův motor je dražší než jiné možnosti automobilového motoru; složky těchto nákladů jsou uvedeny v tabulce. 1.12. Hlavním důvodem tak relativně vysokých nákladů na Stirlingův motor je použití vysoce legovaných slitin pro výrobu výměníků tepla. Konstrukce výměníků tepla zahrnuje použití velmi drahé technologie pájení a drahých materiálů pro pájení, přičemž délka pájených švů je velmi významná. Tolerance na obrobených plochách částí Stirlingova motoru bývají přísnější, což je důsledkem uzavřeného pracovního cyklu. U Stirlingových motorů s volnými písty je kvalita opracování pravděpodobně nejdůležitějším požadavkem pro správný chod motoru.
Montáž hlavních mechanických součástí Stirlingova motoru musí být provedena s velkou pečlivostí, zejména montáž těsnících zařízení. Jakákoli nepřesnost v montáži povede k poruše motoru. Těsnění pro skladování rolí jsou zvláště náchylná na neoprávněnou montáž a instalace takového tenkého a křehkého těsnění vyžaduje maximální čistotu místa montáže.
|
Tabulka 1.13.Čas strávený výrobou motoru (rozdělení podle druhu práce)
|
Výroba Stirlingových motorů trvá přibližně stejně dlouho jako ostatní motory, ale z výše uvedených důvodů musí být vyšší kvalifikace personálu. I když doba montáže může být stejná jako u jiných motorů, rozložení této doby na jednotlivé operace se bude lišit a to samozřejmě může ovlivnit celkovou cenu. Úvahy vyjádřené v této krátké diskusi potvrzují údaje uvedené v tabulce. 1.13 a 1.14. Celková doba strávená výrobou jednoho motoru se předpokládá 10 hodin bez ohledu na typ motoru.
Tabulky ukazují, že ačkoliv odlévání dílů Stirlingova motoru trvá stejně dlouho jako odlévání dílů zážehového motoru, náklady na odlévací zařízení pro první motor jsou dvakrát vyšší. Na tomto základě je třeba počítat s vysokými počátečními investicemi potřebnými k vybudování továren na Stirlingovy motory, což pravděpodobně vysvětluje zdrženlivost výrobců motorů při rozhodování o velkém výrobním programu: čekají na okamžik, kdy všechny pochybnosti o tom, že tento motor bude schopen realizovat jejich potenciální přínosy. Zcela pochopitelné jsou i důvody, proč jsou náklady na 1 kW vyvinutý experimentálním Stirlingovým motorem na zakázku velmi vysoké.
G. Alternativní zdroje energie
Energetická krize, která nastala, se týkala pouze jednoho zdroje energie – ropy a z ní odvozených kapalných uhlovodíkových paliv. V posledním desetiletí (1971-1981) byl výsledkem krize exponenciální nárůst cen pohonných hmot a také potíže s udržením bezpečných dodávek paliva. Je však třeba mít na paměti, že naše planeta nemá neomezené zásoby ropy, i když bude trvat mnoho let, než se dostupné zásoby vyčerpají natolik, aby měly znatelný globální dopad. Krize byla umocněna nerovnoměrnou distribucí ropy mezi regiony, takže v současné době existuje jen velmi málo zemí, které si zajišťují své vlastní potřeby ropy, a jen velmi málo zemí, které mají takové množství ropy, že mají velké přebytky. Většina zemí je nucena dovážet část nebo dokonce vše, co potřebují uhlovodíkové palivo, která bere značné množství cizí měny. Do roku 1980 bude 44,6 % světové spotřeby energie pokryto ropou a toto číslo ukazuje monstrózní obtížnost problému, který je třeba vyřešit.
Struktura spotřeby energie se v jednotlivých zemích liší, ale jako příklad jsme vzali vzor spotřeby v USA, protože USA spotřebovávají více energie než kterákoli jiná země. Struktura spotřeby za rok 1977 je uvedena v tabulce. 1.15.
Spotřeba kapalných uhlovodíků v USA je obdobná jako celosvětová a tvoří 48,8 % celkové spotřeby energie, což odpovídá 795 milionům tun/rok; 54,5 % tohoto paliva je vynaloženo na potřeby dopravy. USA musí dovážet 50 % množství ropy, které potřebují, což je asi 375 milionů tun ročně a stojí mnoho miliard dolarů. Tyto náklady přirozeně podporují hledání alternativy
Tivny paliva. Nahrazení kapalných uhlovodíků jako zdrojů energie je však náročný úkol a bude vyžadovat mnoho let intenzivního výzkumu a vývoje. Řešení problému může pomoci využití solární a geotermální energie, větrné energie, ale vývoj těchto zdrojů v současnosti ukazuje, že obecně nebudou mít velký význam, minimálně do začátku příštího století. Předpokládá se, že jaderné elektrárny a vodní elektrárny budou do roku 1990 uspokojovat asi 15 % spotřeby energie. To znamená, že asi 40 % světové spotřeby energie zůstane na podílu ropy. Nicméně, všechny tyto alternativní zdroje bude mít malý nebo žádný vliv na spotřebu ropy, pokud se nezvýší nákladní železniční doprava a železnice nebudou plně elektrifikovány. I tak ale zůstává problém zásobování bezkolejové osobní a nákladní dopravy palivy. Pochopitelně jsou tři možnosti:
1) využívání jiných zdrojů fosilních paliv než ropy;
2) použití uhlovodíků s nižším stupněm čištění;
3) použití syntetických kapalných uhlovodíků.
Možnost 1 je spojena s řadou obtíží, mezi které nepatří poslední místo je zapotřebí zajistit energetický ekvivalent 795 milionů tun ropy, což je 4-1018 J. K zajištění tohoto ekvivalentu je zapotřebí nerealisticky rychlá rychlost rozvoje průmyslu pevných a plynných fosilních paliv. V blízké budoucnosti je možné zvýšit produkci těchto paliv ve stávajících závodech, a přestože to pomůže problém vyřešit, vyvstane další problém – jak tato paliva využít v moderních motorech.
Pro elektrárny s externím přívodem tepla, jako jsou Stirlingovy motory a parní stroje, by to nebyl problém. Problém lze v zásadě vyřešit u výkonné stacionární plynové turbíny. Jiné uvažované motory není tak snadné přizpůsobit alternativním palivům, jak je vidět z tabulky. 1.16, kde znak X označuje možnost použití tohoto paliva, znak OX označuje problematickou možnost takového použití a pomlčka znamená, že palivo nelze použít.
Tabulka 1.16. Adaptabilita motorů na různé druhy paliva
Letectví
Druh paliva GZB SZB plyn Diesel
Na bázi uhlí
TOC o "1-3" h z Směs uhelného prachu a zbytku - - - - OH
Destilace oleje Kow
Směs uhelného prachu a metanolu - - - OH
Kapalné palivo na bázi uhlí
Benzín XX --
Směs motorové nafty a - X - X
Letecká paliva
Těžký topný olej (topný olej) - - X
Kapalná paliva z břidlice
Benzín XX-X
Směs motorové nafty a - X - X leteckého paliva
Palivo na bázi organické ropy - - X XX odpad
Methanol XX XX
Vodík XX XX
Metan XX XX
Tabulková data. Obrázek 1.16 ukazuje, že situace není příliš povzbudivá a zdá se, že v případě možnosti 1 není mnoho času na zlepšení.
Možnost 2 získala určitou podporu v populárním tisku, ale oktanové číslo a cetanové číslo takové uhlovodíky jsou nedostatečné pro spolehlivý provoz stávajících motorů. I když lze tyto motory přizpůsobit pro provoz na tato paliva, úspora energie nebude tak výrazná, jak se na první pohled zdá. Odhaduje se, že při použití méně rafinovaných uhlovodíků dojde k úsporám
energie nebude více než 3,8 %, a protože používání těchto paliv nepříznivě ovlivní jednotkové náklady paliva a obsahu emisí do atmosféry, tato varianta také není řešením problému.
Tím pádem, jediná možnost zbývá výroba syntetických kapalných uhlovodíků, tedy uhlovodíků získávaných nikoli z fosilní ropy, ale např. z uhlí, ropných břidlic, dehtových písků. Nevýhody této možnosti zahrnují vysoké energetické náklady na proces získávání syntetických paliv. Například kapalná paliva pocházející z uhlí, zejména ta, která jsou určena pro zážehové motory, ztrácejí při své výrobě až 40 % energie obsažené ve zdroji, ze kterého jsou získávána. Výroba paliva z uhlí, určeného pro Stirlingův motor, však nevyžaduje sofistikovaná technologie a mnohem méně energie by bylo vynaloženo na získání takového paliva. Z výše uvedeného vyplývá, že pro výpočet celkové tepelné účinnosti zařízení na syntetické palivo je nutné vzít v úvahu i účinnost přeměny původního typu energie do formy vhodné pro použití v tomto zařízení. Výsledky těchto výpočtů jsou uvedeny v tabulce. 1.17.
Tabulka 1.17. Tepelná účinnost charakterizující přeměnu energie obsažené ve zdroji paliva na užitečnou práci na výstupu motoru
syntetické palivo
účinnost Obecný motor, účinnost,
Břidlicová ropa
Plynová turbína SZB
Sterlingův motor
Na základě těchto výsledků se varianta 3 jeví jako atraktivnější, kromě toho, že všechny slibné motory, pro které byly získány uspokojivé výsledky – zážehové motory s vrstveným plněním, přeplňované dieselové motory, Stirlingovy motory a plynové turbíny – vyžadují značné kapitálové investice. výroby v objemech, aby byla zajištěna jejich ziskovost. Upravená možnost 3 uvažuje s možností použití hořlavých směsí složených ze syntetických paliv a benzínu získaného z ropy. Jednou takovou směsí, která byla testována v praxi, je gasohol (10 % granulovaný etanol a 90 % bezolovnatý benzín). Výsledky testů ukázaly, že tato směs má vlastnosti téměř shodné s vlastnostmi benzínu, který tvoří její základ, a poskytuje téměř stejný výkon motoru jako benzín a poněkud nižší energetický potenciál na jednotku objemu směsi je pokryt vyšší oktanové číslo. Můžete použít i směsi benzínu s metanolem.
Použití směsí však jen mírně sníží problém dovozu ropy, a to v poměru k procentuálnímu podílu syntetického paliva ve směsi. Kapitálové investice nutné k vybudování závodů na výrobu relativně malého množství takových směsí by přitom přesáhly možnosti malých zemí a dokonce i mnoha nadnárodních společností. Například podle odhadů by výroba 17,2 milionů tun gasoholu ročně do roku 1990 vyžadovala nejméně 10 miliard dolarů (jinými slovy pouze 2 % celkové poptávky po kapalných uhlovodících). Tento výpočet je proveden pro směs etanolu s benzínem v poměru 5:95, takže celkové množství spotřebovaného oleje se sníží o množství rovnající se 5 % ze 2 %, tedy o 0,1 %. S přihlédnutím moderní ceny u ropných produktů bude taková výstavba stát 20krát více než nákup odpovídajícího množství ropy.
Z výše uvedeného vyplývá, že ač nutnost nutí hledat alternativní zdroje paliva, bude zapotřebí obrovských investic, aby tyto zdroje mohly mít vliv na vývoj spotřeby paliva do konce první čtvrtiny příštího století. zejména syntetická paliva. Těžký ropná paliva a uhlí může mít určitý vliv na strukturu spotřeby paliva malých i velkých stacionárních elektráren. Pro dopravní elektrárny je jediným východiskem snížení spotřeby paliva, a to se týká nejen automobilů, ale i námořních plavidel, kde 72 % palubních elektráren tvoří dieselové motory. Snížení míry spotřeby paliva, jak již bylo zmíněno, řeší problém pouze částečně: motory s výrazně nižší spotřebou paliva budou mít větší dopad na problém úspory energie, zejména pokud jsou schopny provozu na různé druhy paliva. Stirlingův motor prokázal, že i v současné fázi svého vývoje může poskytnout významnou úsporu paliva. Při současné intenzitě výzkumu a vývoje by však tyto úspory mohly být ještě větší. Na konci svého programu Stirlingových motorů Ford předpověděl 38% snížení spotřeby paliva se 73% úrovní spolehlivosti a 81% snížení spotřeby paliva s 52% úrovní spolehlivosti.
Součinitel užitečná akce(efficiency) - termín, který lze aplikovat snad na každý systém a zařízení. I člověk má výkonnost, i když pravděpodobně zatím neexistuje žádný objektivní vzorec, jak ji najít. V tomto článku si podrobně vysvětlíme, co je účinnost a jak ji lze vypočítat pro různé systémy.
definice účinnosti
Účinnost je ukazatel, který charakterizuje účinnost konkrétního systému ve vztahu k návratnosti nebo přeměně energie. Účinnost je neměřitelná hodnota a je vyjádřena buď jako číselná hodnota v rozsahu od 0 do 1, nebo v procentech.
Obecný vzorec
Účinnost je označena symbolem Ƞ.
Obecný matematický vzorec pro zjištění účinnosti je napsán takto:
Ƞ=A/Q, kde A je užitečná energie/práce vykonaná systémem a Q je energie spotřebovaná tímto systémem k organizaci procesu získávání užitečného výstupu.
Faktor účinnosti je bohužel vždy menší než jedna nebo se mu rovná, protože podle zákona zachování energie nemůžeme dostat více práce, než je vynaložená energie. Kromě toho se účinnost ve skutečnosti velmi zřídka rovná jednotě užitečná práce je vždy doprovázena přítomností ztrát, například pro ohřev mechanismu.
Účinnost tepelného motoru
Tepelný stroj je zařízení, které přeměňuje tepelnou energii na mechanickou energii. V tepelném motoru je práce určena rozdílem mezi množstvím tepla přijatého z ohřívače a množstvím tepla dodaného chladiči, a proto je účinnost určena vzorcem:
- Ƞ=Qн-Qх/Qн, kde Qн je množství tepla přijatého z ohřívače a Qх je množství tepla odevzdaného do chladiče.
Předpokládá se, že nejvyšší účinnost poskytují motory pracující na Carnotově cyklu. V tento případÚčinnost se určuje podle vzorce:
- Ƞ=T1-T2/T1, kde T1 je teplota horkého zdroje, T2 je teplota studeného zdroje.
Účinnost elektromotoru
Elektromotor je zařízení, které přeměňuje elektrickou energii na mechanickou energii, takže účinnost je v tomto případě poměr účinnosti zařízení ve vztahu k přeměně elektrické energie na mechanickou energii. Vzorec pro zjištění účinnosti elektromotoru vypadá takto:
- Ƞ=P2/P1, kde P1 - selhalo elektrická energie, P2 - užitečné mechanická síla generované motorem.
Elektrický výkon se zjistí jako součin proudu a napětí systému (P=UI) a mechanický výkon se zjistí jako poměr práce k jednotce času (P=A/t)
účinnost transformátoru
Transformátor je zařízení, které převádí střídavý proud jedno napětí na střídavý proud jiného napětí při zachování frekvence. Kromě toho mohou transformátory také převádět AC na DC.
Účinnost transformátoru se zjistí podle vzorce:
- Ƞ=1/1+(P0+PL*n2)/(P2*n), kde P0 - ztráta režimu nečinný pohyb, PL - ztráty zátěže, P2 - činný výkon dodaný zátěži, n - relativní stupeň zátěže.
Efektivita či neefektivita?
Stojí za zmínku, že kromě účinnosti existuje řada ukazatelů, které charakterizují účinnost energetických procesů, a někdy můžeme najít popisy typu - účinnost řádově 130%, nicméně v tomto případě potřebujete abychom pochopili, že tento termín není použit zcela správně a pravděpodobně autor nebo výrobce pod touto zkratkou chápe trochu jinou charakteristiku.
Tepelná čerpadla se například vyznačují tím, že mohou vydat více tepla, než spotřebují. Chladicí stroj tak může z chlazeného předmětu odebrat více tepla, než kolik je vynaloženo v ekvivalentu energie na organizaci odvodu. Ukazatel účinnosti chladicího stroje se nazývá koeficient výkonu, označuje se písmenem Ɛ a je určen vzorcem: Ɛ=Qx/A, kde Qx je teplo odebrané ze studeného konce, A je práce vynaložená na proces odstranění. Někdy se však koeficient výkonu nazývá také účinnost chladicího stroje.
Je také zajímavé, že účinnost kotlů provozovaných na organické palivo, se obvykle počítá podle nižší výhřevnosti, přičemž může být i více. Stále se však tradičně označuje jako účinnost. Účinnost kotle je možné určit podle spalného tepla a pak bude vždy menší než jedna, ale v tomto případě bude nepohodlné porovnávat výkon kotlů s údaji jiných instalací.
Práce vykonávaná motorem je:
Poprvé se tímto procesem zabýval francouzský inženýr a vědec N. L. S. Carnot v roce 1824 v knize Úvahy o hnací síle ohně a o strojích schopných tuto sílu vyvinout.
Smyslem Carnotova výzkumu bylo zjistit příčiny nedokonalosti tehdejších tepelných strojů (měly účinnost ≤ 5 %) a najít způsoby, jak je zlepšit.
Carnotův cyklus je nejúčinnější ze všech. Jeho účinnost je maximální.
Obrázek ukazuje termodynamické procesy cyklu. V procesu izotermické expanze (1-2) při teplotě T 1 práce se provádí změnou vnitřní energie ohřívače, tj. dodáním množství tepla do plynu Q:
A 12 = Q 1 ,
K ochlazení plynu před kompresí (3-4) dochází při adiabatické expanzi (2-3). Změna vnitřní energie ΔU 23 v adiabatickém procesu ( Q=0) je zcela přeměněn na mechanickou práci:
A 23 = -ΔU 23 ,
Teplota plynu v důsledku adiabatické expanze (2-3) klesá na teplotu chladničky T 2 < T 1 . V procesu (3-4) se plyn izotermicky stlačuje a přenáší množství tepla do chladničky Q2:
A34 = Q2,
Cyklus je ukončen procesem adiabatické komprese (4-1), při které se plyn zahřeje na teplotu T 1.
Maximální hodnota účinnosti tepelných motorů pracujících na ideální plyn podle Carnotova cyklu:
.
Podstata vzorce je vyjádřena v osvědčeném S. Carnotův teorém, že účinnost žádného tepelného motoru nemůže překročit účinnost cyklu Carnot se provádí při stejné teplotě ohřívače a chladničky.
Definice [ | ]
Účinnost
Matematicky definice účinnosti lze napsat jako:
η = A Q , (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q)),)Kde A- užitečná práce (energie) a Q- zbytečná energie.
Pokud je účinnost vyjádřena v procentech, pak se vypočítá podle vzorce:
η = A Q × 100 % (\displaystyle \eta =(\frac (A)(Q))\krát 100\%) ε X = Q X / A (\displaystyle \varepsilon _(\mathrm (X) )=Q_(\mathrm (X) )/A),Kde Q X (\displaystyle Q_(\mathrm (X) ))- teplo odebrané ze studeného konce (chladicí kapacita v chladicích strojích); A (\displaystyle A)
Pro tepelná čerpadla použijte termín transformační poměr
ε Γ = Q Γ / A (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=Q_(\Gamma )/A),Kde Q Γ (\displaystyle Q_(\Gamma ))- kondenzační teplo přenesené do chladicí kapaliny; A (\displaystyle A)- práce (nebo elektřina) vynaložená na tento proces.
V dokonalé auto Q Γ = Q X + A (\displaystyle Q_(\Gamma )=Q_(\mathrm (X) )+A), tedy pro ideální stroj ε Γ = ε X + 1 (\displaystyle \varepsilon _(\Gamma )=\varepsilon _(\mathrm (X) )+1)
Moderní realita zahrnuje rozšířený provoz tepelných motorů. Četné pokusy o jejich nahrazení elektromotory zatím selhaly. Problémy spojené s akumulací el autonomní systémy se řeší s velkými obtížemi.
Stále aktuální jsou problémy technologie výroby akumulátorů elektrické energie s ohledem na jejich dlouhodobé používání. Rychlostní vlastnosti elektrická vozidla jsou daleko od automobilů se spalovacím motorem.
První kroky k vytvoření hybridních motorů mohou výrazně omezit škodlivé emise v megaměstech, řešení ekologických problémů.
Trocha historie
Možnost přeměny energie páry na energii pohybu byla známa již ve starověku. 130 př. n. l.: Filozof Heron Alexandrijský představil publiku parní hračku - aeolipila. Koule naplněná párou se začala otáčet působením trysek, které z ní vycházely. Tento prototyp moderního parní turbíny v té době nenašel uplatnění.
Po mnoho let a staletí byl vývoj filozofa považován pouze za zábavnou hračku. V roce 1629 vytvořil Ital D. Branchi aktivní turbínu. Pára uvedla do pohybu kotouč vybavený lopatkami.
Od tohoto okamžiku začal prudký rozvoj parní stroje.
tepelný motor
Přeměna paliva na energii pro pohyb částí strojů a mechanismů se využívá u tepelných motorů.
Hlavní části strojů: ohřívač (systém pro získávání energie zvenčí), pracovní tekutina (provádí užitečnou činnost), chladnička.
Ohřívač je navržen tak, aby zajistil, že pracovní tekutina nashromáždí dostatečnou zásobu vnitřní energie pro výkon užitečné práce. Chladnička odebírá přebytečnou energii.
Hlavní charakteristika účinnosti se nazývá účinnost tepelných strojů. Tato hodnota ukazuje, jaká část energie vynaložené na vytápění je vynaložena na užitečnou práci. Čím vyšší je účinnost, tím výnosnější práci stroj, ale tato hodnota nesmí překročit 100 %.
Výpočet účinnosti
Nechte ohřívač získat zvenčí energii rovnou Q 1 . Pracovní tekutina pracovala A, zatímco energie dodávaná do chladničky byla Q2.
Na základě definice vypočítáme účinnost:
η= A/Qi. Bereme v úvahu, že A \u003d Q 1 - Q 2.
Odtud nám účinnost tepelného motoru, jehož vzorec má tvar η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, umožňuje vyvodit následující závěry:
- Účinnost nesmí překročit 1 (nebo 100 %);
- pro maximalizaci této hodnoty je nutné buď zvýšení energie přijímané z ohřívače, nebo snížení energie dodávané do chladničky;
- zvýšení energie ohřívače je dosaženo změnou kvality paliva;
- snížení energie dané do chladničky, vám umožní dosáhnout Designové vlastnosti motory.
Ideální tepelný motor
Je možné vytvořit takový motor, jehož účinnost by byla maximální (v ideálním případě rovna 100 %)? Na tuto otázku se pokusil najít odpověď francouzský teoretický fyzik a talentovaný inženýr Sadi Carnot. V roce 1824 byly zveřejněny jeho teoretické výpočty o procesech probíhajících v plynech.
Za hlavní myšlenku vestavěnou do ideálního stroje lze považovat provádění vratných procesů s ideální plyn. S expanzí plynu začínáme izotermicky při teplotě T 1 . Potřebné množství tepla je Q 1. Po expanzi plynu bez výměny tepla se plyn po dosažení teploty T 2 izotermicky stlačí a přenese energii Q 2 do chladničky. Návrat plynu do původního stavu je adiabatický.
Účinnost ideálního Carnotova tepelného motoru se při přesném výpočtu rovná poměru teplotního rozdílu mezi topným a chladicím zařízením k teplotě, kterou má topidlo. Vypadá to takto: η=(T 1 - T 2)/ T 1.
Možná účinnost tepelného motoru, jejíž vzorec je: η= 1 - T 2 / T 1, závisí pouze na teplotě ohřívače a chladiče a nemůže být větší než 100 %.
Tento poměr nám navíc umožňuje dokázat, že účinnost tepelných motorů se může rovnat jednotce pouze tehdy, když chladnička dosáhne teplot. Jak víte, tato hodnota je nedosažitelná.
Carnotovy teoretické výpočty umožňují určit maximální účinnost tepelného motoru libovolné konstrukce.
Osvědčený Carnotova věta zní to takhle. Libovolný tepelný stroj za žádných okolností nemůže mít koeficient účinnosti větší, než je podobná hodnota účinnosti ideálního tepelného motoru.
Příklad řešení problému
Příklad 1 Jaká je účinnost ideálního tepelného motoru, je-li teplota ohřívače 800 °C a teplota chladničky o 500 °C nižší?
T 1 \u003d 800 o C \u003d 1073 K, ∆T \u003d 500 o C \u003d 500 K, η -?
Podle definice: η=(T 1 - T 2)/ T 1.
Není nám dána teplota chladničky, ale ∆T = (T 1 - T 2), odtud:
η \u003d ∆T / T 1 \u003d 500 K / 1073 K \u003d 0,46.
Odpověď: účinnost = 46 %.
Příklad 2 Určete účinnost ideálního tepelného motoru, je-li na získaný jeden kilojoul energie ohřívače vykonáno užitečné práce 650 J. Jaká je teplota ohřívače tepelného motoru, je-li teplota chladicí kapaliny 400 K?
Q 1 \u003d 1 kJ \u003d 1000 J, A \u003d 650 J, T2 \u003d 400 K, η -?, T1 \u003d?
V tomto problému mluvíme o tepelné instalaci, jejíž účinnost lze vypočítat podle vzorce:
Pro určení teploty ohřívače používáme vzorec pro účinnost ideálního tepelného motoru:
η \u003d (T 1 - T 2) / T 1 \u003d 1 - T 2 / T 1.
Po provedení matematických transformací dostaneme:
Ti \u003d T2/ (1- η).
T 1 \u003d T 2 / (1- A / Q 1).
Pojďme spočítat:
n= 650 J / 1000 J = 0,65.
T 1 \u003d 400 K / (1-650 J / 1000 J) \u003d 1142,8 K.
Odpověď: η \u003d 65 %, T1 \u003d 1142,8 K.
Reálné podmínky
Ideální tepelný stroj je navržen s ohledem na ideální procesy. Práce je vykonávána pouze v izotermických procesech, její hodnota je definována jako plocha ohraničená grafem Carnotova cyklu.
Ve skutečnosti je nemožné vytvořit podmínky pro proces změny skupenství plynu bez doprovodných změn teploty. Neexistují žádné materiály, které by vylučovaly výměnu tepla s okolními předměty. Adiabatický proces již není možný. V případě přenosu tepla se musí nutně změnit teplota plynu.
Účinnost tepelných motorů vytvořených v reálných podmínkách se výrazně liší od účinnosti ideálních motorů. Všimněte si, že procesy v skutečné motory dochází tak rychle, že změny vnitřní tepelné energie pracovní látky v procesu změny jejího objemu nemohou být kompenzovány přílivem tepla z ohřívače a návratem do chladiče.
Jiné tepelné motory
Skutečné motory pracují v různých cyklech:
- Ottov cyklus: proces se při konstantním objemu adiabaticky mění a vytváří uzavřený cyklus;
- Dieselový cyklus: izobara, adiabata, izochora, adiabata;
- proces probíhající při konstantním tlaku je nahrazen adiabatickým, čímž se cyklus uzavírá.
Vytvořte rovnovážné procesy v reálných motorech (aby se přiblížily těm ideálním) za podmínek moderní technologie se nezdá možné. Účinnost tepelných motorů je mnohem nižší, i když je vezmeme v úvahu teplotní podmínky, jako v ideální tepelné instalaci.
Ale nesnižujte roli vypočítaného vzorce účinnosti protože se stává výchozím bodem v procesu práce na zvýšení účinnosti skutečných motorů.
Způsoby, jak změnit efektivitu
Při porovnávání ideálních a skutečných tepelných motorů stojí za zmínku, že teplota chladničky druhého nemůže být žádná. Obvykle je atmosféra považována za ledničku. Teplotu atmosféry lze brát pouze přibližnými výpočty. Praxe ukazuje, že teplota chladicí kapaliny se rovná teplotě výfukových plynů v motorech, jako je tomu u spalovacích motorů (zkráceně spalovací motory).
ICE je nejběžnějším tepelným motorem v našem světě. Účinnost tepelného motoru v tomto případě závisí na teplotě vytvářené hořícím palivem. Významným rozdílem mezi spalovacím motorem a parními motory je sloučení funkcí ohřívače a pracovní tekutiny zařízení do směs vzduchu a paliva. Spálením směs vytváří tlak na pohyblivé části motoru.
Zvýšení teploty pracovních plynů se dosahuje výraznou změnou vlastností paliva. Bohužel to nejde dělat donekonečna. Jakýkoli materiál, ze kterého je vyrobena spalovací komora motoru, má svůj vlastní bod tání. Tepelná odolnost takových materiálů je hlavní charakteristikou motoru, stejně jako schopnost výrazně ovlivnit účinnost.
Hodnoty účinnosti motoru
Uvažujeme-li teplotu pracovní páry, na jejímž vstupu je 800 K a výfukových plynů 300 K, je účinnost tohoto stroje 62 %. Ve skutečnosti tato hodnota nepřesahuje 40 %. K takovému poklesu dochází v důsledku tepelných ztrát při ohřevu skříně turbíny.
Nejvyšší hodnota vnitřního spalování nepřesahuje 44 %. Zvýšení této hodnoty je otázkou blízké budoucnosti. Změna vlastností materiálů, paliv je problém, na kterém se pracuje nejlepší mysli lidstvo.
