Co to jest wydajność. Jaka jest sprawność silnika elektrycznego? Jak zwiększyć wydajność silnika elektrycznego

Każdy system lub urządzenie ma określony współczynnik wydajności (COP). Wskaźnik ten charakteryzuje skuteczność ich pracy w zakresie zwrotu lub konwersji dowolnego rodzaju energii. Pod względem wartości efektywność jest niezmierzoną wielkością reprezentowaną jako wartość liczbowa z zakresu od 0 do 1 lub procent. Ta cecha w pełni dotyczy wszystkich typów silników elektrycznych.

Charakterystyka wydajnościowa silników elektrycznych

Silniki elektryczne należą do kategorii urządzeń przetwarzających energię elektryczną na energię mechaniczną. Wydajność tych urządzeń określa ich skuteczność w wykonywaniu głównej funkcji.

Jak znaleźć wydajność silnika? Wzór na sprawność silnika elektrycznego wygląda następująco: ƞ \u003d P2 / P1.  W tym wzorze P1 oznacza dostarczoną energię elektryczną, a P2 oznacza mechaniczną moc netto wytworzoną przez silnik. Wartość mocy elektrycznej (P) jest określona wzorem P \u003d UI, a mechaniczna - P \u003d A / t, jako stosunek pracy do czasu jednostkowego.

Przy wyborze silnika elektrycznego należy wziąć pod uwagę wydajność. Duże znaczenie mają straty wydajności związane z prądami biernymi, zmniejszoną mocą, nagrzewaniem silnika i innymi negatywnymi czynnikami.

Przekształceniu energii elektrycznej w energię mechaniczną towarzyszy stopniowa utrata mocy. Utrata wydajności jest najczęściej związana z uwalnianiem ciepła, gdy silnik elektryczny jest ogrzewany podczas pracy. Przyczyny strat mogą być magnetyczne, elektryczne i mechaniczne, powstające pod wpływem tarcia. Dlatego na przykład najlepiej nadaje się sytuacja, gdy energia elektryczna została zużyta za 1000 rubli, a użyteczna praca została wykonana tylko za 700-800 rubli. Tak więc wydajność w tym przypadku wyniesie 70-80%, a cała różnica zamieni się w energię cieplną, która ogrzewa silnik.

Do chłodzenia silników elektrycznych stosuje się wentylatory, które napędzają powietrze przez specjalne szczeliny. Zgodnie z ustalonymi normami, silniki klasy A mogą ogrzewać do 85-90 0 C, klasy B - do 110 0 C. Jeśli temperatura silnika przekroczy ustalone normy, oznacza to, że może to wkrótce nastąpić.

W zależności od obciążenia sprawność silnika elektrycznego może zmienić jego wartość:

• Na biegu jałowym - 0;
• Przy obciążeniu 25% - 0,83;
• Przy obciążeniu 50% - 0,87;
• Przy obciążeniu 75% - 0,88;
• Przy pełnym obciążeniu 100% wydajność wynosi 0,87.

Jednym z powodów zmniejszenia wydajności silnika elektrycznego może być asymetria prądów, gdy na każdej z trzech faz występuje inne napięcie. Na przykład, jeśli w pierwszej fazie występuje 410 V, w drugiej - 402 V, w trzeciej - 288 V, wówczas średnia wartość napięcia wyniesie (410 + 402 + 388) / 3 \u003d 400 V. Asymetria napięcia będzie miała wartość: 410–388 \u003d 22 wolty. Zatem utrata wydajności z tego powodu wyniesie 22/400 x 100 \u003d 5%.

Spadek wydajności i ogólne straty w silniku elektrycznym

Istnieje wiele negatywnych czynników, pod wpływem których powstaje liczba całkowitych strat w silnikach elektrycznych. Istnieją specjalne techniki ich wcześniejszego określania. Na przykład można określić obecność przerwy, przez którą energia jest częściowo dostarczana z sieci do stojana, a następnie do wirnika.

Straty mocy występujące w samym rozruszniku składają się z kilku elementów. Przede wszystkim są to straty związane z częściowym odwróceniem magnetyzacji rdzenia stojana. Elementy stalowe mają znikomy wpływ i praktycznie nie są brane pod uwagę. Wynika to z prędkości obrotowej stojana, która znacznie przewyższa prędkość strumienia magnetycznego. W takim przypadku wirnik musi się obracać ściśle zgodnie z deklarowanymi właściwościami technicznymi.

Wartość mocy mechanicznej wału wirnika jest niższa niż moc elektromagnetyczna. Różnica polega na liczbie strat występujących w uzwojeniu. Straty mechaniczne obejmują tarcie w łożyskach i szczotkach, a także wpływ bariery powietrznej na obracające się części.

Silniki asynchroniczne charakteryzują się obecnością dodatkowych strat spowodowanych obecnością zębów w stojanie i wirniku. Ponadto w niektórych częściach silnika płynie wygląd wirów. Wszystkie te czynniki razem zmniejszają wydajność o około 0,5% mocy znamionowej urządzenia.

Przy obliczaniu możliwych strat stosuje się również wzór sprawności silnika, który pozwala obliczyć spadek tego parametru. Przede wszystkim brane są pod uwagę całkowite straty mocy, które są bezpośrednio związane z obciążeniem silnika. Wraz ze wzrostem obciążenia straty są proporcjonalnie zwiększane, a wydajność zmniejszana.

W konstrukcjach silników indukcyjnych uwzględniane są wszystkie możliwe straty w obecności maksymalnych obciążeń. Dlatego zakres wydajności tych urządzeń jest dość szeroki i wynosi od 80 do 90%. W silnikach dużej mocy liczba ta może osiągnąć nawet 90–96%.

Współczynnik wydajności (COP) jest powszechnie stosowaną cechą skuteczności systemu lub urządzenia. W naszym przypadku tym systemem jest silnik spalinowy. Wydaje się, że o jakiej wydajności można dyskutować w świecie nowoczesnych silników, czy nie jest ona równa 100 procentom? Okazuje się jednak, że ponieważ w naszym świecie nie ma idealnie czerni ani bieli, nie ma samochodu, w którym cała energia otrzymana ze spalania paliwa całkowicie przechodzi w energię mechaniczną, a ta z kolei wciska pilotowi samochodu w użyteczną energię na swoje miejsce.

Jaka jest wydajność silnika spalinowego.

Stosunek energii użytecznej do całkowitej (zużytej), wyrażony w procentach, jest pożądaną wydajnością silnika spalinowego. Zastanówmy się, gdzie traci się energię.

Jaka jest użyteczna energia wydana na?

Pierwszym punktem tutaj są straty, które występują bezpośrednio podczas spalania paliwa, ponieważ całe paliwo w silniku nigdy się nie pali, część z nich leci do rury wydechowej. Ta część wynosi średnio około 25%.

Kolejnym miejscem (a dokładniej zjawiskiem), w którym energia zanika, jest ciepło uwalniane podczas spalania. Być może niektórzy z was wciąż pamiętają z czasu spędzonego na ławce szkolnej, że energia jest potrzebna do wytworzenia ciepła, a zatem generowane ciepło jest utratą energii. Warto zauważyć, że ciepło podczas pracy silnika spalinowego wytwarza się z nadmiarem, co wymaga wprowadzenia poważnego układu chłodzenia.

Podsumowując, otrzymujemy około 35–40% strat energii z powodu wytwarzania ciepła.

Cóż, trzecia grupa strat to straty związane z utrzymaniem dodatkowego wyposażenia. Pompa układu chłodzenia, generator, klimatyzacja itp. - wszystkie z nich również zużywają energię do pracy. Energia ta pobierana jest z silnika - w ilości około 10%.

Podsumowując, uzyskujemy to, że w rzeczywistości paliwo w rzeczywistości samochód wydaje tylko jedną czwartą, a czasem nawet jedną piątą energii, którą silnik wytwarza na „użyteczną” działalność. Liczby są średnie, ale wzrost jest ogólnie jasny.

Sprawność silnika benzynowego i wysokoprężnego.

Należy zauważyć, że wydajność silnika spalinowego wewnętrznego spalania jest inna dla silników benzynowych i wysokoprężnych: odpowiednio 20% w porównaniu do 40%. Fakt ten ma miejsce, ponieważ pomimo tego, że straty związane z utrzymaniem mechaniki i ogrzewaniem planety w silnikach benzynowych i „silnikach Diesla” są porównywalne, ilość paliwa spalanego podczas spalania silników Diesla jest wyższa.

Podsumowując i przypominając historię pojawienia się silnika spalinowego, kiedy sprawność była nieco większa niż 5%, możemy powiedzieć, że inżynierowie zrobili krok do przodu, a biorąc pod uwagę fakt, że jest mało prawdopodobne, aby osiągnęli 100% wydajności, a w rzeczywistości silnik idealny, możemy argumentują, że nowoczesne silniki prawdopodobnie osiągnęły szczyt możliwej wydajności, dlatego nie jest zaskakujące, że dziś coraz częściej kierowcom oferowane są samochody z silnikami hybrydowymi i samochodami elektrycznymi, ponieważ wydajność silnika (pojazdów elektrycznych) w celach informacyjnych wynosi około 90%.

Wideo

Działanie wielu rodzajów maszyn charakteryzuje się tak ważnym wskaźnikiem, jak sprawność silnika cieplnego. Każdego roku inżynierowie starają się tworzyć bardziej zaawansowany sprzęt, który przy mniejszym nakładzie dawałby maksymalne wyniki jego użytkowania.

Urządzenie silnika cieplnego

Zanim zrozumiesz, co należy zrozumieć, jak działa ten mechanizm. Bez znajomości zasad jego działania nie można wyjaśnić istoty tego wskaźnika. Silnik cieplny to urządzenie, które działa z wykorzystaniem energii wewnętrznej. Każda maszyna termiczna, która zamienia się w mechaniczną, wykorzystuje rozszerzalność cieplną substancji wraz ze wzrostem temperatury. W silnikach półprzewodnikowych możliwa jest nie tylko zmiana objętości substancji, ale także kształt ciała. Działanie takiego silnika podlega prawom termodynamiki.

Zasada działania

Aby zrozumieć, jak działa silnik cieplny, należy wziąć pod uwagę podstawy jego konstrukcji. Do działania urządzenia potrzebne są dwa korpusy: gorący (grzejnik) i zimny (lodówka, chłodnica). Zasada działania silników cieplnych (sprawność silników cieplnych) zależy od ich typu. Często lodówka jest skraplaczem pary, a grzejnikiem jest każdy rodzaj paliwa, które spala się w piecu. Wydajność idealnego silnika cieplnego wynika z następującego wzoru:

Wydajność \u003d (Tnagrev. - Tkholod.) / Tnagrev. x 100%.

W takim przypadku sprawność prawdziwego silnika nigdy nie może przekroczyć wartości uzyskanych zgodnie z tym wzorem. Ponadto wskaźnik ten nigdy nie przekroczy powyższej wartości. Aby zwiększyć wydajność, najczęściej zwiększ temperaturę grzejnika i obniż temperaturę lodówki. Oba te procesy będą ograniczone rzeczywistymi warunkami pracy urządzenia.

Podczas pracy silnika cieplnego wykonywana jest praca, podczas której gaz zaczyna tracić energię i ochładza się do określonej temperatury. Ta ostatnia z reguły jest o kilka stopni wyższa niż otaczająca atmosfera. To jest temperatura lodówki. Takie specjalne urządzenie przeznaczone jest do chłodzenia, a następnie kondensacji pary wydechowej. Tam, gdzie są kondensatory, temperatura lodówki jest czasem niższa niż temperatura otoczenia.

W silniku cieplnym ciało po podgrzaniu i rozszerzeniu nie jest w stanie oddać całej swojej wewnętrznej energii do działania. Część ciepła zostanie przeniesiona do lodówki razem z parą lub. Ta część ciepła jest nieuchronnie tracona. Płyn roboczy odbiera pewną ilość ciepła Q 1 z nagrzewnicy podczas spalania paliwa. Co więcej, nadal działa A, podczas którego przenosi część energii cieplnej do lodówki: Q 2

Wydajność charakteryzuje wydajność silnika w dziedzinie konwersji i przenoszenia energii. Ten wskaźnik jest często mierzony jako procent. Wzór na efektywność:

η * A / Qx100%, gdzie Q - wydatek energii, A - praca użyteczna.

Opierając się na prawie zachowania energii, możemy stwierdzić, że wydajność zawsze będzie mniejsza niż jedność. Innymi słowy, praca nigdy nie będzie bardziej użyteczna niż energia na nią zużywana.

Sprawność silnika to stosunek użytecznej pracy do energii zgłaszanej przez nagrzewnicę. Można to przedstawić jako taką formułę:

η \u003d (Q 1-Q 2) / Q 1, gdzie Q 1 to ciepło odbierane z grzejnika, a Q 2 jest przekazywane do lodówki.

Działanie silnika cieplnego

Praca wykonana przez silnik cieplny jest obliczana według następującego wzoru:

A \u003d | Q H | - | Q X |, gdzie A jest pracą, Q H jest ilością ciepła otrzymanego z nagrzewnicy, Q X jest ilością ciepła dostarczonego do chłodnicy.

| Q H | - | Q X |) / | Q H | \u003d 1 - | Q X | / | Q H |

Jest to stosunek pracy wykonanej przez silnik do ilości otrzymanego ciepła. Część energii cieplnej w tym transferze jest tracona.

Silnik Carnota

Maksymalna wydajność silnika cieplnego jest odnotowana w urządzeniu Carnot. Wynika to z faktu, że w tym systemie zależy tylko od temperatury bezwzględnej grzałki (T) i chłodnicy (Tx). Wydajność pracującego silnika cieplnego określa się według następującego wzoru:

(Tn - Tx) / Tn \u003d - Tx - Tn.

Prawa termodynamiki pozwoliły nam obliczyć maksymalną możliwą wydajność. Po raz pierwszy liczba ta została obliczona przez francuskiego naukowca i inżyniera Sadie Carnot. Wymyślił silnik cieplny, który pracował na doskonałym gazie. Działa na cyklu 2 izoterm i 2 adiabatów. Zasada jego działania jest dość prosta: kontakt podgrzewacza zostaje doprowadzony do naczynia z gazem, w wyniku czego płyn roboczy rozszerza się izotermicznie. Jednocześnie działa i odbiera pewną ilość ciepła. Po zaizolowaniu naczynia. Mimo to gaz nadal się rozszerza, ale już adiabatycznie (bez wymiany ciepła z otoczeniem). W tej chwili jego temperatura spada do wskaźników lodówki. W tym momencie gaz styka się z lodówką, w wyniku czego wydziela pewną ilość ciepła pod ciśnieniem izometrycznym. Następnie naczynie jest ponownie izolowane. W takim przypadku gaz jest adiabatycznie sprężany do pierwotnej objętości i stanu.

Odmiany

Obecnie istnieje wiele rodzajów silników cieplnych, które działają na różnych zasadach i na różnych paliwach. Wszystkie mają swoją skuteczność. Należą do nich:

Silnik spalinowy (tłok), który jest mechanizmem, w którym część energii chemicznej palącego się paliwa jest przekształcana w energię mechaniczną. Takimi urządzeniami mogą być gaz i ciecz. Istnieją silniki 2- i 4-suwowe. Mogą mieć ciągły cykl pracy. Metodą przygotowania mieszanki paliwowej takie silniki są gaźniki (z tworzeniem mieszanki zewnętrznej) i olej napędowy (z wewnętrznym). Według rodzaju konwertera energii są one podzielone na tłok, strumień, turbinę, połączone. Wydajność takich maszyn nie przekracza wskaźnika 0,5.

Silnik Stirlinga jest urządzeniem, w którym płyn roboczy znajduje się w ograniczonej przestrzeni. Jest to rodzaj silnika spalinowego. Zasada jego działania opiera się na okresowym chłodzeniu / ogrzewaniu ciała energią ze względu na zmiany jego objętości. Jest to jeden z najbardziej wydajnych silników.

Silnik turbinowy (obrotowy) ze spalaniem zewnętrznym. Takie instalacje najczęściej występują w elektrowniach cieplnych.

Turbina (obrotowa) ICE jest stosowana w elektrowniach cieplnych w trybie szczytowym. Nie tak powszechne jak inni.

Silnik turbośmigłowy spowodowany śrubą wytwarza pewną siłę ciągu. Resztę otrzymuje z powodu spalin. Jego konstrukcja jest silnikiem obrotowym, na którym osadzony jest śmigło.

Inne rodzaje silników cieplnych

Pocisk, turboodrzutowy i które otrzymują przyczepność w wyniku powrotu spalin.

Silniki półprzewodnikowe wykorzystują ciało stałe jako paliwo. Podczas pracy nie zmienia się objętość, ale forma. Podczas obsługi urządzenia stosowana jest wyjątkowo mała różnica temperatur.

Jak zwiększyć wydajność

Czy można zwiększyć wydajność silnika cieplnego? Odpowiedzi należy szukać w termodynamice. Bada wzajemne transformacje różnych rodzajów energii. Ustalono, że nie jest możliwe przekształcenie całej dostępnej energii cieplnej na energię elektryczną, mechaniczną itp. Jednocześnie ich konwersja na energię cieplną odbywa się bez żadnych ograniczeń. Jest to możliwe ze względu na fakt, że natura energii cieplnej opiera się na nieuporządkowanym (chaotycznym) ruchu cząstek.

Im silniejsze ciało rozgrzewa się, tym szybciej poruszają się jego cząsteczki składowe. Ruch cząstek stanie się jeszcze bardziej nieregularny. Oprócz tego wszyscy wiedzą, że porządek można łatwo zmienić w chaos, który bardzo trudno jest usprawnić.

« Fizyka - klasa 10 "

Co to jest układ termodynamiczny i jakie parametry charakteryzuje jego stan.
  Sformułuj pierwszą i drugą zasadę termodynamiki.

To właśnie teoria silników cieplnych doprowadziła do sformułowania drugiej zasady termodynamiki.

Zapasy energii wewnętrznej w skorupie ziemskiej i oceanach można uznać za prawie nieograniczone. Ale aby rozwiązać praktyczne problemy, nadal nie wystarczy mieć rezerwy energii. Konieczne jest także, aby móc napędzać maszyny w fabrykach i fabrykach, środkach transportu, ciągnikach i innych maszynach za pomocą energii, obracać wirniki generatorów prądu elektrycznego itp. Ludzkość potrzebuje silników - urządzeń, które mogą wykonać to zadanie. Większość silników na Ziemi jest silniki cieplne.

Silniki cieplne  - Są to urządzenia, które przekształcają energię wewnętrzną paliwa w pracę mechaniczną.

Zasada działania silników cieplnych.

Aby silnik mógł wykonywać pracę, wymagana jest różnica ciśnień po obu stronach tłoka silnika lub łopatek turbiny. We wszystkich silnikach cieplnych tę różnicę ciśnienia osiąga się przez zwiększenie temperatury płyn roboczy  (gaz) setki lub tysiące stopni w porównaniu do temperatury otoczenia. Ten wzrost temperatury występuje podczas spalania paliwa.

Jedną z głównych części silnika jest naczynie wypełnione gazem z ruchomym tłokiem. Płynem roboczym dla wszystkich silników cieplnych jest gaz, który wykonuje pracę podczas rozprężania. Oznacz początkową temperaturę płynu roboczego (gazu) za pomocą T 1. Ta temperatura w turbinach parowych lub maszynach pozyskuje parę w kotle parowym. W silnikach spalinowych i turbinach gazowych wzrost temperatury występuje, gdy paliwo jest spalane wewnątrz samego silnika. Nazywa się temperaturę T1 temperatura grzałki.

Rola lodówki.

Po zakończeniu pracy gaz traci energię i nieuchronnie schładza się do pewnej temperatury T2, która zwykle jest nieco wyższa od temperatury otoczenia. Wzywają ją temperatura lodówki. Lodówka to atmosfera lub specjalne urządzenia do chłodzenia i kondensacji pary wydechowej - kondensatory. W tym drugim przypadku temperatura lodówki może być nieco niższa niż temperatura otoczenia.

Zatem w silniku podczas rozprężania płyn roboczy nie może oddać całej swojej wewnętrznej energii do pracy. Część ciepła jest nieuchronnie przenoszona do lodówki (atmosfery) wraz z parą spalin lub spalinami silników spalinowych i turbin gazowych.

Ta część wewnętrznej energii paliwa jest tracona. Silnik cieplny wykonuje pracę dzięki energii wewnętrznej płynu roboczego. Ponadto w tym procesie ciepło jest przenoszone z cieplejszych ciał (grzejnik) do zimniejszych (lodówka). Schemat silnika cieplnego pokazano na rysunku 13.13.

Płyn roboczy silnika odbiera ilość ciepła Q 1 z podgrzewacza podczas spalania paliwa, wykonuje pracę A "i przenosi ilość ciepła do lodówki Pytanie 2< Q 1 .

Aby silnik działał w sposób ciągły, konieczne jest przywrócenie płynu roboczego do jego początkowego stanu, w którym temperatura płynu roboczego wynosi T1. Wynika z tego, że praca silnika zachodzi w okresowo powtarzających się procesach zamkniętych lub, jak mówią, w cyklu.

Cykl  - Jest to seria procesów, w wyniku których system powraca do stanu początkowego.

Współczynnik wydajności (COP) silnika cieplnego.

Niemożność pełnego przekształcenia wewnętrznej energii gazu w działanie silników cieplnych wynika z nieodwracalności procesów w przyrodzie. Jeśli ciepło może samorzutnie wrócić z lodówki do grzejnika, wówczas energię wewnętrzną można całkowicie przekształcić w użyteczną pracę za pomocą dowolnego silnika cieplnego. Drugą zasadę termodynamiki można sformułować następująco:

Druga zasada termodynamiki:
niemożliwe jest stworzenie maszyny perpetuum mobile drugiego rodzaju, która całkowicie zamieniłaby ciepło w pracę mechaniczną.

Zgodnie z prawem zachowania energii praca wykonywana przez silnik to:

A "\u003d Pytanie 1 - | Pytanie 2 |, (13.15)

gdzie Q 1 to ilość ciepła odbieranego z grzejnika, a Q2 to ilość ciepła dostarczanego do lodówki.

Współczynnik wydajności (COP) silnika cieplnego to stosunek pracy A "wykonanej przez silnik do ilości ciepła otrzymanego z nagrzewnicy:

Ponieważ wszystkie silniki przenoszą ciepło do lodówki, η< 1.

Maksymalna wartość wydajności silników cieplnych.

Prawa termodynamiki pozwalają nam obliczyć maksymalną możliwą sprawność silnika cieplnego pracującego z nagrzewnicą o temperaturze T 1 i lodówką o temperaturze T 2, a także określić sposoby jej zwiększenia.

Po raz pierwszy maksymalną możliwą sprawność silnika cieplnego obliczył francuski inżynier i naukowiec Sadi Carnot (1796–1832) w swojej pracy „Refleksje na temat siły ognia i maszyn zdolnych do jej wytworzenia” (1824).

Carnot wynalazł doskonały silnik cieplny z doskonałym gazem jako płynem roboczym. Idealny silnik cieplny Carnot działa w cyklu składającym się z dwóch izoterm i dwóch adiabatów, a procesy te uważa się za odwracalne (ryc. 13.14). Najpierw naczynie z gazem styka się z grzejnikiem, gaz rozszerza się izotermicznie, wykonując pracę dodatnią, w temperaturze T1, podczas gdy odbiera on ilość ciepła Q1.

Następnie naczynie jest izolowane termicznie, gaz dalej rozszerza się adiabatycznie, a jego temperatura spada do temperatury lodówki T2. Następnie gaz wchodzi w kontakt z lodówką, dzięki kompresji izotermicznej, daje lodówce ilość ciepła Q 2, sprężając do objętości V 4< V 1 . Затем сосуд снова теплоизолируют, газ сжимается адиабатно до объёма V 1 и возвращается в первоначальное состояние. Для КПД этой машины было получено следующее выражение:

Jak wynika ze wzoru (13.17), wydajność maszyny Carnota jest wprost proporcjonalna do różnicy temperatur bezwzględnych grzejnika i lodówki.

Główną wartością tego wzoru jest to, że wskazuje sposób na zwiększenie wydajności, w tym celu konieczne jest zwiększenie temperatury grzejnika lub obniżenie temperatury lodówki.

Jakikolwiek prawdziwy silnik cieplny, który współpracuje z nagrzewnicą o temperaturze T 1 i lodówką o temperaturze T 2, nie może mieć wydajności przewyższającej sprawność idealnego silnika cieplnego:   Procesy, które składają się na cykl prawdziwego silnika cieplnego, nie są odwracalne.

Wzór (13.17) podaje teoretyczną granicę maksymalnej wartości sprawności silników cieplnych. Pokazuje, że silnik cieplny jest bardziej wydajny, tym większa różnica temperatur między nagrzewnicą a lodówką.

Tylko w temperaturze lodówki równej zeru absolutnemu, η \u003d 1. Ponadto wykazano, że wydajność obliczona wzorem (13.17) nie zależy od substancji roboczej.

Ale temperatura lodówki, której rolę odgrywa zwykle atmosfera, nie może być niższa niż temperatura otoczenia. Możesz zwiększyć temperaturę grzejnika. Jednak każdy materiał (ciało stałe) ma ograniczoną odporność na ciepło lub odporność na ciepło. Po podgrzaniu stopniowo traci swoje właściwości elastyczne, aw wystarczająco wysokiej temperaturze topi się.

Teraz główne wysiłki inżynierów mają na celu zwiększenie wydajności silników poprzez zmniejszenie tarcia ich części, strat paliwa z powodu niepełnego spalania itp.

W przypadku turbiny parowej początkowa i końcowa temperatura pary są w przybliżeniu następujące: T 1 - 800 K i T 2 - 300 K. W tych temperaturach maksymalna wartość wydajności wynosi 62% (należy pamiętać, że wydajność jest zwykle mierzona w procentach). Rzeczywista wartość wydajności z powodu różnego rodzaju strat energii wynosi około 40%. Maksymalna wydajność - około 44% - ma silniki Diesla.

Ochrona środowiska.

Trudno wyobrazić sobie współczesny świat bez silników cieplnych. Zapewniają nam wygodne życie. Silniki cieplne napędzają pojazdy. Około 80% energii elektrycznej, pomimo obecności elektrowni jądrowych, wytwarzane jest za pomocą silników cieplnych.

Jednak praca silników cieplnych powoduje nieuniknione zanieczyszczenie środowiska. Jest to sprzeczność: z jednej strony ludzkość z każdym rokiem potrzebuje coraz więcej energii, której większość jest uzyskiwana poprzez spalanie paliwa, z drugiej strony procesom spalania nieuchronnie towarzyszy zanieczyszczenie środowiska.

Podczas spalania paliwa zmniejsza się zawartość tlenu w atmosferze. Ponadto same produkty spalania same tworzą związki chemiczne szkodliwe dla organizmów żywych. Zanieczyszczenia występują nie tylko na ziemi, ale także w powietrzu, ponieważ każdemu lotowi samolotu towarzyszą emisje szkodliwych zanieczyszczeń do atmosfery.

Jedną z konsekwencji działania silników jest tworzenie się dwutlenku węgla, który pochłania promieniowanie podczerwone z powierzchni Ziemi, co prowadzi do wzrostu temperatury atmosfery. Jest to tak zwany efekt cieplarniany. Pomiary pokazują, że temperatura atmosfery wzrasta o 0,05 ° C rocznie. Taki ciągły wzrost temperatury może powodować topnienie lodu, co z kolei doprowadzi do zmiany poziomu wody w oceanach, tj. Do zalania kontynentów.

Zauważamy jeszcze jeden punkt ujemny podczas korzystania z silników cieplnych. Czasami woda z rzek i jezior jest wykorzystywana do chłodzenia silników. Podgrzana woda powraca. Wzrost temperatury w zbiornikach wodnych narusza naturalną równowagę, zjawisko to nazywa się zanieczyszczeniem termicznym.

Aby chronić środowisko, szeroko stosowane są różne filtry czyszczące, które zapobiegają emisji szkodliwych substancji do atmosfery, a konstrukcje silników są ulepszane. Stale ulepszane jest paliwo, które daje mniej szkodliwych substancji podczas spalania, a także jego technologia spalania. Aktywne rozwijanie alternatywnych źródeł energii z wykorzystaniem wiatru, promieniowania słonecznego, energii jądrowej. Pojazdy elektryczne i samochody zasilane energią słoneczną są już produkowane.

Prawdopodobnie wszyscy zastanawiali się nad sprawnością (współczynnikiem) silnika spalinowego. W końcu im wyższy wskaźnik, tym bardziej wydajna jest jednostka napędowa. Typ elektryczny jest obecnie uważany za najskuteczniejszy, jego wydajność może osiągnąć nawet 90 - 95%, ale w przypadku silników spalinowych, czy to diesla, czy benzyny, delikatnie mówiąc, wcale nie jest idealny ...

Szczerze mówiąc, nowoczesne opcje silników są znacznie bardziej wydajne niż ich odpowiedniki, które zostały wydane 10 lat temu, i jest wiele powodów. Pomyśl o tym przed opcją 1,6 litra, dającą tylko 60 - 70 KM A teraz ta wartość może osiągnąć 130 - 150 KM. Jest to żmudna praca mająca na celu zwiększenie wydajności, w której każdy „mały krok” odbywa się metodą prób i błędów. Zacznijmy jednak od definicji.

  - jest to wartość stosunku dwóch wielkości, mocy dostarczanej do wału korbowego silnika do mocy otrzymywanej przez tłok, z powodu ciśnienia gazów powstających w wyniku zapłonu paliwa.

Mówiąc najprościej, jest to konwersja energii cieplnej lub cieplnej, która pojawia się podczas spalania mieszanki paliwowej (powietrza i benzyny) w mechaniczną. Należy zauważyć, że zdarzyło się to już na przykład w elektrowniach parowych - również paliwo pchało tłoki jednostek pod wpływem temperatury. Tam jednak instalacje były wielokrotnie większe, a samo paliwo było stałe (zwykle węgiel lub drewno opałowe), co utrudniało transport i eksploatację, dlatego konieczne było „podawanie” łopat do pieca. Silniki spalinowe są znacznie bardziej kompaktowe i lżejsze niż silniki „parowe”, a paliwo jest znacznie łatwiejsze do przechowywania i transportu.

Szczegóły strat

Jeśli wybiegniesz naprzód, możesz śmiało powiedzieć, że wydajność silnika benzynowego wynosi od 20 do 25%. I jest wiele powodów. Jeśli weźmiemy przychodzące paliwo i przeliczymy je na procent, wówczas otrzymamy „100% energii”, która jest przekazywana do silnika, a następnie straty idą:

1)  Efektywność paliwowa . Nie całe paliwo się pali, niewielka część opuszcza gazy spalinowe, na tym poziomie już tracimy do 25% wydajności. Oczywiście teraz poprawia się układ paliwowy, pojawił się wtryskiwacz, ale nawet on jest daleki od ideału.

2) Drugi to utrata ciepłai . Silnik rozgrzewa się i wiele innych elementów, takich jak chłodnice, własne ciało, płyn, który w nim krąży. Również część ciepła idzie w parze spalin. W tym celu do 35% utraty wydajności.

3) Trzeci to strata mechaniczna. . NA wszelkiego rodzaju tłoki, korbowody, pierścienie - wszędzie tam, gdzie występuje tarcie. Obejmuje to straty wynikające z obciążenia generatora, na przykład im więcej prądu generuje generator, tym bardziej spowalnia on obrót wału korbowego. Oczywiście smary również posunęły się naprzód, ale znowu całkowicie nikomu nie udało się pokonać tarcia - kolejne 20% straty

Tak więc w suchej pozostałości wydajność wynosi około 20%! Oczywiście z opcji benzynowych są przyciągające wzrok opcje, w których liczba ta wzrasta do 25%, ale nie ma ich wiele.

Oznacza to, że jeśli Twój samochód zużywa 10 litrów paliwa na 100 km, tylko 2 litry trafią bezpośrednio do pracy, a reszta to strata!

Oczywiście możesz zwiększyć moc, na przykład ze względu na nudę głowy, obejrzyj krótki film.

Jeśli przypomnisz sobie formułę, okaże się:

Który silnik ma najwyższą wydajność?

Teraz chcę porozmawiać o opcjach benzyny i oleju napędowego i dowiedzieć się, która z nich jest najbardziej skuteczna.

Mówiąc najprościej, w języku i nie wchodząc w dżunglę terminów technicznych, to - jeśli porównasz dwa współczynniki wydajności - bardziej efektywny z nich, oczywiście, olej napędowy i dlatego:

1) Silnik benzynowy przekształca tylko 25% energii w mechaniczną, a silnik wysokoprężny około 40%.

2) Jeśli wyposażysz typ Diesla w turbosprężarkę, możesz osiągnąć wydajność 50-53%, a to jest bardzo znaczące.

Dlaczego więc jest tak skuteczny? Wszystko jest proste - pomimo podobnego rodzaju pracy (obie są agregatami spalania wewnętrznego), silnik wysokoprężny wykonuje swoją pracę znacznie wydajniej. Ma większą kompresję, a paliwo zapala się z innej zasady. Ogrzewa mniej, co oznacza oszczędność na chłodzeniu, ma mniej zaworów (oszczędność na tarcie), nie ma też zwykłych cewek zapłonowych i świec zapłonowych, co oznacza, że \u200b\u200bdodatkowe koszty energii z generatora nie są wymagane. Działa przy niższych prędkościach, bez potrzeby gwałtownego obracania wału korbowego - wszystko to sprawia, że \u200b\u200bwersja z silnikiem wysokoprężnym jest mistrzem wydajności.

O wydajności oleju napędowego

Z wyższej wartości wydajności wynika również oszczędność paliwa. Na przykład silnik o pojemności 1,6 litra może wydać w mieście tylko 3–5 litrów, w przeciwieństwie do benzyny, w której zużycie wynosi 7–12 litrów. Silnik wysokoprężny jest duży, sam silnik jest często bardziej kompaktowy i lżejszy, a ostatnio bardziej przyjazny dla środowiska. Wszystkie te pozytywne aspekty są osiągane dzięki większej wartości, istnieje bezpośrednia zależność od wydajności i kompresji, patrzymy na małą płytkę.

Jednak pomimo wszystkich zalet ma on również wiele wad.

Jak staje się jasne, wydajność silnika spalinowego jest daleka od ideału, więc przyszłość jest jednoznacznie w opcjach elektrycznych - pozostaje tylko znaleźć wydajne akumulatory, które nie boją się mrozu i utrzymują ładunek przez długi czas.