Colegiat YouTube
-
1 / 5
Matematic determinarea eficienței poate fi scris ca:
η = A Q, (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)Unde A- muncă utilă (energie) și Î- energia consumată.
Dacă eficiența este exprimată ca procent, atunci se calculează prin formula:
η = A Q × 100% (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)) \ ori 100 \%) ε X = Q X / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) = Q _ (\ mathrm (X)) / A),Unde Q X (\ displaystyle Q _ (\ mathrm (X)))- căldură luată de la capătul rece (în mașini frigorifice capacitate frigorifică); A (\ displaystyle A)
Pentru pompele de căldură, utilizați termenul raportul de transformare
ε Γ = Q Γ / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma) = Q _ (\ Gamma) / A),Unde Q Γ (\ displaystyle Q _ (\ Gamma))- căldura condensului transferată la purtătorul de căldură; A (\ displaystyle A)- munca cheltuită pentru acest proces (sau electricitate).
Într-o mașină perfectă Q Γ = Q X + A (\ displaystyle Q _ (\ Gamma) = Q _ (\ mathrm (X)) + A), deci pt mașină perfectă ε Γ = ε X + 1 (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma) = \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) +1)
Ciclul invers Carnot are cei mai buni indicatori de performanță pentru mașinile frigorifice: are un coeficient de răcire
ε = T X T Γ - T X (\ displaystyle \ varepsilon = (T _ (\ mathrm (X)) \ over (T _ (\ Gamma) -T _ (\ mathrm (X))))), întrucât, pe lângă energia luată în calcul A(de exemplu, electric), în căldură Î există și energia preluată din sursa rece.
Realitățile moderne sugerează exploatare pe scară largă motoare termice. Numeroase încercări de a le înlocui cu motoare electrice au eșuat până acum. Probleme asociate cu acumularea de energie electrică în sisteme autonome, sunt rezolvate cu mare dificultate.
Problemele tehnologiei fabricării acumulatorilor de energie electrică, ținând cont de utilizarea lor pe termen lung, sunt încă urgente. Caracteristicile de viteză ale vehiculelor electrice sunt departe de cele ale automobilelor alimentate cu motoare cu ardere internă.
Primii pași pentru a crea motoare hibride poate reduce semnificativ emisii nociveîn megalopoli, rezolvând probleme de mediu.
Un pic de istorie
Posibilitatea de a transforma energia aburului în energie a mișcării era cunoscută în antichitate. 130 î.Hr .: Filozoful Heron din Alexandria a prezentat publicului o jucărie cu abur - eolipil. Sfera, umplută cu vapori, a intrat în rotație sub acțiunea jeturilor care emană din ea. Acest prototip de modern turbine cu aburîn acele zile nu a găsit cerere.
Timp de mulți ani și secole, dezvoltarea filosofului a fost considerată doar o jucărie amuzantă. În 1629, italianul D. Branchi a creat o turbină activă. Aburul a pus în mișcare un disc echipat cu lame.
Din acel moment a început dezvoltarea rapidă a motoarelor cu aburi.
Mașină de încălzit
Transformarea combustibilului în energia mișcării părților mașinilor și mecanismelor este utilizată la motoarele termice.
Principalele părți ale mașinilor: un încălzitor (un sistem pentru obținerea energiei din exterior), un fluid de lucru (efectuează o acțiune utilă), un frigider.
Încălzitorul este proiectat astfel încât fluidul de lucru să acumuleze o cantitate suficientă de energie internă pentru lucrări utile. Frigiderul elimină excesul de energie.
Principala caracteristică a eficienței se numește eficiența motoarelor termice. Această valoare arată ce parte din energia cheltuită pentru încălzire este cheltuită pentru a face lucrări utile. Cu cât eficiența este mai mare, cu atât funcționarea mașinii este mai profitabilă, dar această valoare nu poate depăși 100%.
Calculul randamentului
Lăsați încălzitorul să dobândească energie din exterior egală cu Q 1. Corpul de lucru a funcționat A, în timp ce energia dată frigiderului a fost Q 2.
Pe baza definiției, calculăm valoarea eficienței:
η = A / Q 1. Să luăm în considerare faptul că A = Q 1 - Q 2.
De aici Eficiență termică mașină, a cărei formulă are forma η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, ne permite să tragem următoarele concluzii:
- Eficiența nu poate depăși 1 (sau 100%);
- pentru a maximiza această valoare, este necesară fie o creștere a energiei primite de la încălzitor, fie o scădere a energiei furnizate frigiderului;
- creșterea energiei încălzitorului se realizează prin schimbarea calității combustibilului;
- reducerea energiei date frigiderului vă permite să realizați caracteristicile de proiectare ale motoarelor.
Motor termic ideal
Este posibil să se creeze un astfel de motor, coeficientul acțiune utilă care ar fi maximul (ideal este egal cu 100%)? Fizicianul teoretic francez și inginerul talentat Sadi Carnot au încercat să găsească un răspuns la această întrebare. În 1824, au fost publicate calculele sale teoretice asupra proceselor care au loc în gaze.
Ideea principală din spatele unei mașini ideale este de a efectua procese reversibile cu un gaz ideal. Începem prin extinderea gazului izoterm la o temperatură T 1. Cantitatea de căldură necesară pentru aceasta este Q 1. După ce gazul se extinde fără schimb de căldură. După ce a atins temperatura T 2, gazul este comprimat izoterm, transferând energia Q 2 la frigider. Revenirea gazului la starea inițială se efectuează adiabatic.
Eficiența unui motor termic ideal Carnot, atunci când este calculată cu exactitate, este egală cu raportul dintre diferența de temperatură dintre dispozitivele de încălzire și răcire și temperatura pe care o are încălzitorul. Arată astfel: η = (T 1 - T 2) / T 1.
Eficiența posibilă a unui motor termic, a cărui formulă are forma: η = 1 - T 2 / T 1, depinde numai de valorile temperaturilor încălzitorului și răcitorului și nu poate fi mai mare de 100%.
Mai mult, acest raport face posibilă demonstrarea faptului că eficiența motoarelor termice poate fi egală cu unitatea numai atunci când frigiderul atinge temperaturi. După cum știți, această valoare nu poate fi atinsă.
Calculele teoretice ale lui Karnot fac posibilă determinarea randament maxim motor termic de orice design.
Teorema dovedită de Carnot sună după cum urmează. Un motor termic arbitrar nu este în niciun caz capabil să aibă un coeficient de eficiență mai mare decât unul similar. valorile eficienței motor termic ideal.
Exemplu de rezolvare a problemelor
Exemplul 1. Care este eficiența unui motor termic ideal dacă temperatura încălzitorului este de 800 ° C și temperatura frigiderului este cu 500 ° C mai mică?
T 1 = 800 о С = 1073 K, ∆T = 500 о С = 500 К, η -?
Prin definiție: η = (T 1 - T 2) / T 1.
Nu ni se dă temperatura frigiderului, dar ∆T = (T 1 - T 2), deci:
η = ∆T / T 1 = 500 K / 1073 K = 0,46.
Răspuns: eficiență = 46%.
Exemplul 2. Determinați eficiența unui motor termic ideal dacă se efectuează o muncă utilă de 650 J datorită energiei achiziționate de un kilojoule a încălzitorului. Care este temperatura încălzitorului motorului termic dacă temperatura răcitorului este de 400 K?
Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η - ?, T 1 =?
În această problemă, vorbim despre o instalație termică, a cărei eficiență poate fi calculată prin formula:
Pentru a determina temperatura încălzitorului, folosim formula pentru eficiența unui motor termic ideal:
η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.
După efectuarea transformărilor matematice, obținem:
T 1 = T 2 / (1- η).
T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).
Să calculăm:
η = 650 J / 1000 J = 0,65.
T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142,8 K.
Răspuns: η = 65%, T 1 = 1142,8 K.
Condiții reale
Motorul termic ideal este proiectat având în vedere procesele ideale. Munca se efectuează numai în procese izoterme, valoarea sa este definită ca zona limitată de graficul ciclului Carnot.
De fapt, este imposibil să se creeze condiții pentru procesul de schimbare a stării gazului fără schimbări de temperatură însoțitoare. Nu există materiale care să excludă schimbul de căldură cu obiectele din jur. Devine imposibil să se efectueze procesul adiabatic. În cazul schimbului de căldură, temperatura gazului trebuie să se schimbe în mod necesar.
Eficiența mașinilor termice create în condiții reale, diferă semnificativ de eficiență motoare ideale... Rețineți că cursul proceselor în motoarele reale are loc atât de repede încât variația energiei termice interne a substanței de lucru în procesul de modificare a volumului acesteia nu poate fi compensată de intrarea cantității de căldură de la încălzitor și de revenirea la frigider.
Alte motoare termice
Motoarele reale funcționează pe diferite cicluri:
- Ciclul Otto: procesul la volum constant se schimbă adiabatic, creând un ciclu închis;
- Ciclul diesel: izobar, adiabat, isochore, adiabat;
- procesul, care are loc la presiune constantă, este înlocuit cu unul adiabatic și închide ciclul.
Creați procese de echilibru în motoare reale (pentru a le aduce mai aproape de ideal) în condiții tehnologie moderna nu pare posibil. Eficiența motoarelor termice este mult mai mică, chiar ținând cont de aceleași regimuri de temperatură ca într-o instalație termică ideală.
Dar nu trebuie să diminuați rolul formulei de calcul pentru eficiență, deoarece acesta devine punctul de plecare în procesul de lucru pentru creșterea eficienței motoarelor reale.
Modalități de a schimba eficiența
Comparând motoarele termice ideale și cele reale, merită remarcat faptul că temperatura frigiderului acestuia din urmă nu poate fi una. De obicei, atmosfera este considerată a fi un frigider. Este posibil să se accepte temperatura atmosferei numai în calcule aproximative. Experiența arată că temperatura lichidului de răcire este egală cu temperatura gazelor de eșapament din motoare, așa cum este cazul motoarelor cu ardere internă (ICE pe scurt).
ICE este cel mai răspândit motor termic din lumea noastră. Eficiența motorului termic în acest caz depinde de temperatura creată de combustibilul de ardere. O diferență semnificativă între motorul cu ardere internă și motoarele cu abur este fuziunea funcțiilor încălzitorului și a mediului de lucru al dispozitivului în aer- amestec de combustibil... Arzând, amestecul creează presiune asupra părților în mișcare ale motorului.
Se atinge o creștere a temperaturii gazelor de lucru, schimbând semnificativ proprietățile combustibilului. Din păcate, este imposibil să faci acest lucru la nesfârșit. Orice material din care este fabricată camera de ardere a motorului are propriul său punct de topire. Rezistența la căldură a acestor materiale este principala caracteristică a motorului, precum și capacitatea de a afecta semnificativ eficiența.
Valorile de eficiență ale motoarelor
Dacă luăm în considerare temperatura aburului de lucru la intrarea acestuia este de 800 K, iar temperatura gazelor de eșapament este de 300 K, atunci eficiența acestei mașini este de 62%. În realitate, însă, această valoare nu depășește 40%. O astfel de scădere apare din cauza pierderilor de căldură în timpul încălzirii carcasei turbinei.
Cea mai mare valoare a combustiei interne nu depășește 44%. Creșterea acestei valori este o chestiune de viitor apropiat. Schimbarea proprietăților materialelor, combustibililor este o problemă la care lucrează cele mai bune minți ale omenirii.
Definiție [ | ]
Eficienţă
Matematic, definiția eficienței poate fi scrisă ca:
η = A Q, (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)Unde A- muncă utilă (energie) și Î- energia consumată.
Dacă eficiența este exprimată ca procent, atunci se calculează prin formula:
η = A Q × 100% (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)) \ ori 100 \%) ε X = Q X / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) = Q _ (\ mathrm (X)) / A),Unde Q X (\ displaystyle Q _ (\ mathrm (X)))- căldură preluată de la capătul rece (capacitate frigorifică în mașinile frigorifice); A (\ displaystyle A)
Pentru pompele de căldură, utilizați termenul raportul de transformare
ε Γ = Q Γ / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma) = Q _ (\ Gamma) / A),Unde Q Γ (\ displaystyle Q _ (\ Gamma))- căldura condensului transferată la purtătorul de căldură; A (\ displaystyle A)- munca cheltuită pentru acest proces (sau electricitate).
Într-o mașină perfectă Q Γ = Q X + A (\ displaystyle Q _ (\ Gamma) = Q _ (\ mathrm (X)) + A), deci pentru mașina perfectă ε Γ = ε X + 1 (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gamma) = \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) +1)
Eficiența potențială a unui motor Stirling este mai mare decât cea a altor motoare comparabile, dar s-a depus mult mai mult efort în îmbunătățirea motoarelor cu buclă deschisă. Rezultatele comparării diferitelor motoare în ceea ce privește eficiența lor nu au distribuție mare deoarece, după cum sa menționat anterior, producătorii de vehicule și operatorii staționari preferă, în general, să compare motoarele în ceea ce privește consumul specific de combustibil. Deși acest parametru este direct legat de eficiență,
I - limitarea eficienței motorului Stirling; 2-rezistența la tracțiune a materialului; 3 - limitarea eficienței unui motor cu aprindere forțată; 4- Eficiența potențial realizabilă a motorului Stirling; 5 - motoare cu ardere internă; 6 - motor cu abur; 7- Motor Stirling.
Cu toate acestea, este util să se ia în considerare rezultatele măsurării eficienței în mod direct. O ilustrare excelentă a performanței realizate în prezent a motoarelor și a valorilor potențiale ale eficienței lor este graficul elaborat în lucrare și prezentat în Fig. 1.110 într-o formă ușor modificată.
Valorile eficienței motoarelor experimentale Stirling atinse până în prezent sunt prezentate în Fig. 1.111.
Eficiența CIKLE Carnot,%
Orez. 1.111. Eficiența reală a motoarelor experimentale Stirling conform datelor NASA, Rpt CR-I59 63I, reconstruită de autori.
1 - date de la General Motors; 2 - date de la United Stirling (Suedia); 3 - date de la Ford și Philips.
B. Consum eficient specific de combustibil
Înainte de a compara motoare specificeîn ceea ce privește consumul eficient specific de combustibil, ar fi de dorit să colectăm și să rezumăm mai multe informații despre diferența de performanță a motoarelor comparate, utilizând un set de rezultate pentru o serie de motoare tipice de fiecare tip. Trebuie remarcat faptul că un număr mare de rezultate legate de motoarele Stirling au fost obținute pe standuri dinamometrice și nu la testarea mașinilor, iar unele date au fost obținute pe baza calculelor computerizate ale modelelor cu un grad suficient de fiabilitate. Rezultatele testelor pentru mașini până în 1980 nu au coincis cu un grad suficient de precizie cu datele calculate, dar au prezentat modalități de a realiza potențialul motorului. Consumul efectiv specific de combustibil al diferitelor centrale electrice destinate utilizării ca surse de energie auto este comparat în Fig. 1.112.
Acest grafic arată clar avantajele motorului Stirling asupra întregii game de funcționare. Deoarece consumul efectiv specific de combustibil este considerat atât în funcție de viteză, cât și în funcție de sarcină, atunci în Fig. 1.113 și 1.114 prezintă curbele corespunzătoare pentru întreaga gamă de viteze de funcționare la 50 și respectiv 20% sarcină completă.
Avantajele motorului Stirling sunt destul de evidente și în acest caz. Date de intrare pentru aceste grafice sumare
1-motorină cu sistem normal admisie; 2 - motorină supraalimentată; Motor cu 3 benzine cu aprindere pozitivă și încărcare omogenă; Turbină cu gaz cu 4 arbori; Turbină cu gaz cu 5 arbori; 6 - Motor Stirling.
X *^ s
■ e-b la -0,2
J____ I___ I___ L
Spore / Top Speed
Orez. 1.113. Comparația consumului efectiv specific de combustibil al diferitelor centrale cu o sarcină de 50%.
Turbină cu gaz cu un arbore; Turbină cu gaz cu 2 arbori; 3 - motorină supraalimentată; Motor cu 4 benzine cu aprindere pozitivă și încărcare omogenă; 5-motor Stirling.
Au fost luați de la serviciu. Pe măsură ce prețurile combustibililor continuă să crească, consumul efectiv specific devine o caracteristică din ce în ce mai definitorie și, în timp ce cercetările și cercetările active privind alte surse de energie continuă, nu există nicio îndoială că combustibilii cu hidrocarburi vor rămâne principala sursă de energie pentru viitorul previzibil. În plus,
Chiar și cu creșteri astronomice de preț, reducerea consumului de combustibil va fi nesemnificativă. Experiența occidentală arată că de la debutul crizei petrolului în anii 1970, prețurile petrolului au avut un impact redus asupra consumului de combustibil. Un studiu publicat în 1980 de către Departamentul Energiei din SUA a arătat că atunci când prețurile combustibililor cresc chiar cu 100%, consumul de combustibil va scădea doar cu
II%. Dacă factorii economici nu influențează prea mult consumul de combustibil, este puțin probabil ca acesta să scadă, cedând presiunii politice. Impactul reglementărilor oficiale asupra economiei de combustibil este, de asemenea, problematic.
Este evident că o scădere a consumului de combustibil eficient specific poate contribui la o scădere a consumului de combustibil, deoarece o reducere de 10% a consumului de combustibil ar permite, de exemplu, Statelor Unite să economisească peste 305 milioane de litri de țiței importat pe zi , care corespunde unor economii de peste 5 miliarde de dolari pe zi. În general, însă, aceasta reprezintă o economie foarte mică. Prin urmare, deși reducerea eficienței specifice a combustibilului este importantă, aceasta nu oferă o soluție la problema energetică pentru majoritatea țărilor. Sursele de energie care înlocuiesc hidrocarburile lichide pot avea un efect mai tangibil în viitorul previzibil, iar problemele asociate cu această problemă vor fi discutate mai târziu. În plus, trebuie remarcat faptul că disponibilitatea energiei este la fel de esențială ca și costul acesteia.
B. Puterea dezvoltată
O comparație validă pentru acest indicator poate fi făcută numai pe baza raportului masă / putere livrată, iar motoarele comparate trebuie proiectate pentru aceeași aplicație. Apoi, este necesar să se compare valorile raportului dintre masa întregii centrale electrice și puterea dezvoltată. Centrala electrică destinată utilizării pe un vehicul va include unități de transmisie, baterii reîncărcabile, sistem de răcire etc. Pentru motoarele selectate pentru comparație, aceste date sunt prezentate în Fig. 1.115 și 1.116.
În ambele cazuri, după cum se poate observa din grafice, motorul Stirling nu are avantaje clare, totuși, trebuie avut în vedere faptul că, la dezvoltarea motoarelor Stirling, până în prezent s-a acordat puțină atenție optimizării puterii în masă raport, care se reflectă în rezultatele prezentate. Nu se poate conta pe disponibilitatea unei astfel de optimizări mari oportunități pe de altă parte, ar fi greșit să spunem că rezultatele obținute sunt limita. Cu programul de dezvoltare a motorului din Statele Unite, care urma să ajungă la etapa de pornire a producției până în 1984, se fac eforturi mari pentru a reduce greutatea motorului. Trebuie avut în vedere faptul că, așa cum se arată în tabel. 1.7, datorită caracteristicilor lor inerente de performanță, motoarele Stirling (cum ar fi turbinele cu gaz cu un singur arbore) nu trebuie să aibă aceleași puteri nominale ca alte motoare și, prin urmare, pot fi mai ușoare decât motoarele auto existente.
Un alt factor care trebuie luat în considerare este dimensiunea motorului pentru o anumită putere. Acest factor este important nu numai din punct de vedere al compactității, ci, de exemplu, atunci când este instalat pe o navă, din punctul de vedere al pierderii volumului util de cală. Se constată că motorul Stirling ocupă
Orez. 1.115. Raportul dintre masa motorului și puterea pe care o dezvoltă pentru centralele electrice tipuri diferite.
1- motorină cu sistem normal de admisie;
2- Motor Stirling; 3-diesel cu turbo - supraalimentare; 4 - motor pe benzină cu aprindere forțată și încărcare stratificată; 5 - motor pe benzină cu aprindere forțată și încărcare omogenă; 6 - turbină cu gaz cu doi arbori; 7- turbină cu gaz cu un singur arbore.
Orez. 1.116. Raportul dintre masa instalației și puterea pe care o dezvoltă pentru centralele electrice de diferite tipuri.
1 - motorină cu sistem normal de admisie; 2 - motor Stirling; 3 - motorină cu supraalimentare turbo; 4 - motor pe benzină cu aprindere forțată și încărcare stratificată; Г "- motor pe benzină cu aprindere forțată și încărcare omogenă; Motor cu aprindere pozitiva cu 6 rotori; Turbină cu gaz cu 7 arbori; 8 - turbină cu gaz cu o singură bobină.
Aproape același spațiu ca un diesel echivalent. Date mai recente ne permit să compilăm un tabel rezumat al valorilor raportului de putere la volum ocupat pentru diferite motoare cu o capacitate de 78-126 kW (Tabelul 1.8).
|
Tabelul 1.8. Raportul de putere al motorului R la volum V, Ocupat de centrală |
Din tabel rezultă că motoarele cu aprindere pozitivă și o sarcină omogenă sunt încă superioare în acest indicator față de toate celelalte motoare, cu toate acestea, motoarele promițătoare cu o sarcină stratificată nu vor avea astfel avantaje incontestabile ca motoarele cu o încărcare omogenă. Dacă se utilizează componente ceramice la motoarele Stirling și la turbinele cu gaz, situația s-ar putea schimba dramatic. La nivel modern progresul tehnic motorul Stirling depășește în general performanțele motoare diesel.
Modificările cuplului unui motor Stirling în funcție de turație și presiune au fost deja luate în considerare în comparație cu alte centrale electrice. Atunci când utilizați acest motor pe o mașină, caracteristicile caracteristicilor cuplului-turație sunt deosebit de favorabile în ceea ce privește accelerarea efectivă a mașinii și contribuie la simplificarea și reducerea costurilor unităților de transmisie. Cu toate acestea, din motive de completitudine, trebuie spus câteva cuvinte despre fluctuațiile cuplului ciclic. Literatura de specialitate raportează că motorul Stirling are modificări mai fine ale cuplului în comparație cu alte motoare cu piston alternativ. „Smooth” înseamnă, aparent, că modificările cuplului cu unghiul de manivelă al acestui motor sunt relativ mici. Am folosit în mod deliberat cuvântul „aparent” pentru că
ku, la întrebarea ce înseamnă exact termenul „neted”, nu suntem capabili să dăm o definiție fără ambiguități. Această problemă este discutată în detaliu în cap. 2. Aici va fi suficient să rețineți că modificările cuplului în funcție de unghiul de rotație al manivelei într-un motor Stirling cu mai mulți cilindri sunt mai mici decât, de exemplu, la un motor cu aprindere forțată (Fig. 1.117).
Fluctuațiile mai mici ale cuplului înseamnă, de asemenea, că fluctuațiile de viteză unghiulară ale motorului Stirling sunt, de asemenea, substanțial mai mici decât cele ale altor motoare. Această afirmație se aplică, desigur, motoarelor fără volante. În practică, acest lucru înseamnă că motoarele Stirling pot fi echipate cu un volant mai puțin masiv și că pornirea unui motor Stirling necesită un efort mecanic mai mic. Mai mult, datorită fluctuațiilor ciclice mici ale cuplului și turației, motoarele Stirling pot fi mai potrivite pentru generatoarele electrice de sine stătătoare.
Aceste afirmații, totuși, trebuie verificate deoarece, deși raportul cuplului maxim 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 diesel în doi timpi, și jumătate din dimensiunea motorinei cu patru cilindri în patru timpi.
Estimarea costului este întotdeauna dificilă, iar prognoza sa, luând în considerare evoluțiile viitoare, este foarte inexactă. Cu toate acestea, nu există nicio îndoială că o astfel de evaluare este necesară pentru compararea motoarelor alternative, luând în considerare cele mai scumpe componente. Costul unui motor Stirling este de aproximativ 1,5-15 ori mai mare decât cel al unui diesel echivalent. Această evaluare se bazează pe literatura tehnică; a fost prezentat la conferințe și întâlniri tehnice. La prima vedere, această evaluare pare nefondată, dar cel mai probabil.
Este corect, iar acest lucru va deveni clar din discuții ulterioare. Afirmațiile nefondate cu privire la costul estimat sunt de obicei lipsite de sens, dar, din păcate, astfel de afirmații sunt făcute în multe publicații. Cu toate acestea, studii mai detaliate în acest domeniu au devenit acum disponibile prin programe comandate de Departamentul Energiei al SUA.
Costul poate fi determinat de diverși factori, dintre care principalii sunt:
1) costurile forței de muncă;
2) materiale;
3) echipamente de capital;
4) echipamente de producție;
5) exploatare și întreținere;
6) dezvoltarea proiectării.
Această listă nu este deloc exhaustivă. Multe componente de cost depind în mod direct de producția în masă. Deși acest lucru este evident, nu este rău să reiterăm această afirmație, deoarece acest aspect al estimării costurilor este neglijat în multe publicații. Dependența economiei de scara producției poate însemna că un tip de motor este mai scump decât altul pentru producția la scară mică, dar mai ieftin dacă volumul producției crește. Trebuie luată în considerare și zona de aplicare a motorului. De exemplu, costul motorului unei mașini este doar o mică parte din costul total al unei mașini, deci atunci când se compară costul diverse motoare trebuie avut în vedere faptul că o diferență semnificativă în costul motoarelor poate să nu afecteze semnificativ costul mașinii atunci când aceste motoare sunt instalate. Această caracteristică poate fi ilustrată cu un calcul simplu. Dacă presupunem, de exemplu, că costul unui motor este de 10% din costul total al unei mașini, atunci pentru o mașină de 6.000 USD, motorul ar costa 600 USD. Să presupunem că un alt motor este de două ori mai scump, adică , costă 1.200 de dolari; atunci cost integral mașina va fi de 6.600 USD, adică cu doar 10% mai mare, iar cumpărătorul poate prefera să plătească puțin pret bun pentru o mașină mai potrivită pentru el.
Înainte de a analiza costurile și costurile într-un cadru industrial, am dori, pe baza propriei noastre experiențe, să luăm în considerare evoluția valorii atunci când creăm sau achiziționăm un prototip de motor Stirling sau motor de acest tip destinat scopurilor de cercetare. Puterea acestor motoare va fi considerată limitată la 100 kW. Prețul de achiziție al unui astfel de motor, ținând cont de nivelul de preț din 1981, va fi de aproximativ 6700 USD / kW. Unul - I o, dacă motorul este construit de aceeași organizație care îl va folosi sau este fabricat de o organizație terță parte conform documentației detaliate și utilizând proiectarea mașinii, costul său va fi în intervalul; 1000-3500 dolari / kW . Pe măsură ce motorul Stirling devine mai răspândit și mai puțin „explorator”, costul său va scădea. Unul dintre producători motoare mici Stirling (mai puțin de 1 kW) consideră că producția a 1000 dintre aceste motoare pe an, costul unui motor în comparație cu costul acestuia în cazul producției individuale poate fi redus de 30 de ori.
Această dependență a costurilor pe scara producției este confirmată de studiile recente ale unui număr de motoare care funcționează energie solara efectuat de Laborator motoare cu reactie(STATELE UNITE ALE AMERICII). S-a făcut o comparație între motorul Stirling și turbina de gazîn versiuni concepute pentru utilizarea energiei solare. Turbina cu gaz a fost special concepută de Garrett, iar motorul Stirling a fost preluat din seria United Sterling. Rezultatele studiilor efectuate, reduse la nivelul prețului și la cursul de schimb al monedei din 1981, sunt prezentate în tabel. 1.9.
Tabelul 1.9. Dependența costului de volumul de producție (comparația unui motor Stirling și a unei turbine cu gaz)
Costul unitar total, USD / kWh
Costul unitar total include costurile forței de muncă, costurile materiale, costurile echipamentelor și instrumentelor. Impactul asupra valorii volumului de producție este clar văzut din datele prezentate. Costul unitar total al unei turbine cu gaz scade de 3 ori cu o creștere a volumului de ieșire, în timp ce același indicator al motorului Stirling scade de peste 6 ori. Cu un volum mic de producție, un motor Stirling este cu peste 50% mai scump decât o turbină cu gaz, iar cu o producție anuală de 400.000 de motoare, este cu 30% mai ieftin. În scopurile luate în considerare, volumul producției de 400.000 de motoare pe an pare a fi oarecum supraestimat, dar pentru motoarele auto, acest volum poate fi considerat norma obișnuită.
Potențialii producători de motoare Stirling vor fi mai interesați de costul estimat al acestor motoare destinate utilizării în automobile. Costul de fabricație, prezentat în tabel. 1.10, luând în considerare
|
Tabelul 1.10. Costul fabricării motoarelor auto cu un volum de producție de 400.000 de unități / an (în prețurile din 1981) |
Costul forței de muncă, costul materialelor, al echipamentelor de capital și al sculelor este cam același în ceea ce privește structura costurilor calculat pentru motoarele solare. Cu toate acestea, în versiunea auto, motoarele au un design mai avansat decât în versiunea cu motor solar. Motorul Stirling și turbina cu gaz necesită materiale speciale diferite față de motoarele convenționale. Desigur, aceasta este în mare parte o chestiune de aprovizionare și afaceri, așa că dacă un motor Stirling sau o turbină cu gaz ar fi motoare „obișnuite”, materialele pentru acestea ar putea fi mai puțin costisitoare, deoarece industriile miniere și siderurgice s-ar concentra pe producția acestora materialele și materialele pentru producerea motoarelor cu aprindere pozitivă și a motorinelor ar deveni „speciale”. În plus, materiale speciale necesită adesea special adecvat echipament de productie, care contribuie la creșterea valorii adăugate. Luând în considerare utilizarea curentă în industria auto materialele și echipamentele de producție ar trebui așteptate din punct de vedere al costurilor motoare convenționale ar fi de preferat. Pentru a clarifica acest aspect al formării costului de fabricație, în tabel. 1.10 arată costul motoarelor cu două valori de putere (75 și 112 kW) și arată, de asemenea, procentul din costul total atribuibil materialului și echipamentelor de producție.
Consumatorii de motoare sunt interesați de prețurile de vânzare, nu de costurile de fabricație, ceea ce nu este surprinzător. Prin urmare, în tabel. 1.11 arată prețurile de vânzare ale motoarelor auto cu o producție anuală de 400 000 de unități. De asemenea, arată diferența de preț în comparație cu un motor convențional pe benzină cu aprindere pozitivă și încărcare omogenă (GZB).
|
Putere motor 75 kW Putere motor 112 kW Tabelul 1.11. Prețul de vânzare al motoarelor auto cu un volum de producție de 400.000 de unități / an (în prețurile din 1981)
|
În ceea ce privește prețul de fabricație și de vânzare, motoarele Stirling sunt mai scumpe decât alte motoare, deși cu volume și aplicații favorabile de producție, ele pot deveni din punct de vedere economic mai profitabile decât concurenții lor. Cu toate acestea, este clar că odată cu creșterea puterii motoarelor Stirling și a volumului lor de producție, acestea vor deveni din ce în ce mai competitive din punct de vedere economic. Relația dintre componentele costurilor discutate în această secțiune este prezentată în Fig. 1.118.
Distribuția costului total al unui motor Stirling cu o mașină de spălat oblică Ford de către elementele structurale care alcătuiesc centrala electrică este prezentată în tabel. 1.12 pentru un volum anual de producție de 400.000 de bucăți. ...
Schimbătoarele de căldură au cel mai mare cost relativ, iar firma a căutat modalități de a reduce acest lucru la aproximativ 17% prin îmbunătățiri de proiectare și fabricație până la finalizarea programului său de îmbunătățire a motorului Stirling.
Chiar dacă pentru motorul Stirling mai puțin materiale scumpe iar volumul de producție corespunzător va fi atins, atunci, în acest caz, este puțin probabil ca motorul Stirling să fie mai ieftin decât, să zicem, un motor cu aprindere pozitivă și o sarcină omogenă. Cu toate acestea, după cum sa menționat mai sus, consumatorul poate fi dispus să meargă Cheltuieli suplimentare pentru beneficiile care vor veni cu acest motor. Dacă este posibil să realizăm potențialul motorului de a economisi combustibil și ulei de lubrifiere și de a crește durabilitatea stabilită, atunci o scădere a costului de funcționare a unui motor Stirling poate duce la economii în costul total al achiziției și al funcționării
performanța motorului care ar trebui să impresioneze consumatorul mai mult decât considerentele privind mediul și conversia energiei. Atentie speciala aceste economii ar trebui abordate în Europa de Vest, unde mașinile „economice” cu consum redus de combustibil devin din ce în ce mai populare, deși costul inițial al acestor mașini nu este cu mult mai mic decât mai luxos, dar mai puțin economic
Mașini noi. Interesant este că pe piața mașinilor uzate mașina „economică” este adesea revândută la un preț mai mare decât „frații” ei mai mult de inalta clasa... Calculul profitabilității globale care poate fi așteptat de la un motor Stirling a fost efectuat de United Sterling atunci când motorul este instalat pe un camion. Datele publicate se referă la nivelul prețurilor din 1973, dar creșterea catastrofală ulterioară a inflației și creșterea exponențială a prețurilor la combustibili și lubrifianți fac dificilă transpunerea rezultatelor obținute la nivelul prețurilor din 1981, în același timp, publicarea aici a calculele costurilor la nivelul 1973. greu recomandabil.
Raportul de rentabilitate economică (EER) a fost calculat utilizând următoarea formulă:
( Diferența în costuri ____ / Diferența în inițială
__ Operațiune / V ___________________ Cheltuieli _______)
În acest caz, diferențele sunt determinate între indicatorii corespunzători ai motorului Stirling și motorul diesel echivalent.
Din rezultatele obținute de United Stirling și corectate de autori (Fig. 1.119), rezultă că, cu un kilometraj operațional de 16.000 km pe an, KER = 0 după 4,1 ani de funcționare; cu alte cuvinte, în această perioadă, costurile de funcționare mai mici ale motorului Stirling în comparație cu motorina vor echilibra costul inițial mai mare, iar în 5,7 ani CEP va ajunge la 0,5, adică o economie egală cu jumătate din diferența de capital inițială va fi obținut.
Atașamente. La alergare anuală 100.000 km - media pentru Europa cu internațional transport rutier- investiția suplimentară inițială se va răsplăti după 2-3 luni de funcționare. Aceste rezultate sunt obținute pentru un singur vehicul. Un calcul similar efectuat pentru un convoi ar da rezultate și mai favorabile. Chiar și așa scurtă recenzieîntrebările legate de costul motoarelor Stirling ne permit să ajungem la o concluzie rezonabilă că acest motor, deși are un cost de fabricație mai mare, este potențial mai puțin costisitor de utilizat. Odată cu o creștere suplimentară a costului produselor petroliere și cu dificultăți în achiziționarea lor, avantajele motorului Stirling pot deveni și mai tangibile.
Deși motorul Stirling poate funcționa pe o mare varietate de surse de energie, nu există nicio îndoială că, chiar și la începutul secolului următor, combustibilii cu hidrocarburi vor rămâne principala sursă de energie pentru transportul terestru. Aceasta nu înseamnă că combustibilii cu hidrocarburi vor continua să fie obținuți din surse existente și că vor economisi aspect modern... Aceasta este o problemă care trebuie explorată, deoarece sunt posibile beneficii economice suplimentare datorită capacității motorului Stirling de a funcționa pe o varietate de combustibili. Prin urmare, în urma discuției despre fabricabilitatea motorului Stirling, vom lua în considerare posibilitățile de utilizare a combustibililor alternativi cu hidrocarburi.
Deși această problemă este considerată separat de cost, de fapt, costul de fabricație este direct legat de fabricabilitate. Cu toate acestea, pentru o mai mare claritate a prezentării, este mai convenabil să se ia în considerare separat problemele legate de fabricabilitate. După cum puteți vedea din tabel. 1.10, motorul Stirling este mai scump decât alte opțiuni de motor auto; componentele acestui cost sunt date în tabel. 1.12. Motivul principal al unui cost relativ ridicat al motorului Stirling este utilizarea aliajelor foarte aliate pentru fabricarea schimbătoarelor de căldură. Proiectarea schimbătoarelor de căldură asigură utilizarea tehnologiei de lipire foarte scumpe și a materialelor de lipire scumpe, în timp ce lungimea cusăturilor lipite este foarte semnificativă. Toleranțele pe suprafețele prelucrate ale pieselor motorului Stirling sunt de obicei mai strânse, ceea ce este o consecință a utilizării unui ciclu de lucru închis. Pentru calitatea motoarelor Stirling cu piston gratuit prelucrare mecanică este probabil cea mai importantă cerință pentru o funcționare corectă a motorului.
Asamblarea principalelor componente mecanice ale unui motor Stirling trebuie făcută cu mare atenție, în special asamblarea dispozitivelor de etanșare. Orice inexactitate în ansamblu va duce la deteriorarea motorului. O garnitură de rulare este deosebit de sensibilă la asamblarea inexactă și o garnitură atât de subțire și fragilă necesită o zonă de asamblare foarte curată.
|
Tabelul 1.13. Timpul petrecut pentru fabricarea motoarelor (distribuția în funcție de tipul de lucru)
|
Fabricarea unui motor Stirling durează aproximativ același timp cu fabricarea altor motoare, dar calificările personalului trebuie să fie mai mari din motivele menționate mai sus. Deși timpul de asamblare poate fi același cu asamblarea altor motoare, alocarea acestui timp operațiunilor individuale va fi diferită și, desigur, acest lucru poate afecta costul general. Considerațiile exprimate în această scurtă discuție sunt susținute de datele din tabel. 1.13 și 1.14. Timpul total petrecut la fabricarea unui motor este egal cu 10 ore, indiferent de tipul de motor.
Tabelele arată că, deși turnarea pieselor motorului Stirling necesită la fel de mult timp ca turnarea pieselor motorului cu aprindere pozitivă, costul echipamentului de turnare pentru primul motor este de două ori mai mare. Pe această bază, ar trebui să ne așteptăm la investiția inițială ridicată necesară pentru construcția fabricilor de motoare Stirling, iar acest lucru explică probabil restricția producătorilor de motoare în luarea unui program larg de producție: aceștia așteaptă momentul în care toate îndoielile că acest motor va să-și poată realiza potențialele beneficii. Motivele pentru care costul de 1 kW dezvoltat de un motor experimental Stirling personalizat este foarte mare sunt, de asemenea, destul de ușor de înțeles.
G. Surse alternative de energie
S-a întâmplat criză de energie se referea doar la o singură sursă de energie - țițeiul și combustibili lichizi de hidrocarburi obținuți din acesta. În ultimul deceniu (1971-1981), criza a avut ca rezultat o creștere exponențială a prețurilor combustibililor, precum și dificultatea de a menține aprovizionarea cu combustibil garantată. Cu toate acestea, trebuie amintit că planeta noastră nu are rezerve nelimitate de țiței, deși vor dura mulți ani până când rezervele existente vor fi epuizate în măsura în care acest lucru va avea un impact global vizibil. Criza a fost exacerbată de distribuția inegală a petrolului între regiuni, astfel că în prezent există foarte puține țări care își asigură propriile nevoi de petrol și foarte puține țări care au atât de mult petrol încât au surplusuri mari. Majoritatea țărilor sunt obligate să importe o parte sau chiar toți combustibilii de hidrocarburi de care au nevoie, ceea ce consumă o cantitate semnificativă de valută. Până în 1980, 44,6% din consumul global de energie va fi satisfăcut de țiței, un număr care arată dificultatea enormă a problemei care urmează.
Modelele de consum de energie variază de la o țară la alta, dar am luat ca exemplu structura de consum din SUA, deoarece SUA consumă mai multă energie decât orice altă țară. Structura de consum pentru 1977 este prezentată în tabel. 1.15.
Consumul de hidrocarburi lichide în Statele Unite este similar cu cel global și reprezintă 48,8% din consumul total de energie, care corespunde cu 795 milioane tone / an; 54,5% din acest combustibil este utilizat pentru nevoile de transport. Statele Unite trebuie să importe 50% din cantitatea de petrol de care are nevoie, care este de aproximativ 375 milioane tone / an și costă multe miliarde de dolari. Bineînțeles, astfel de costuri încurajează căutarea unei alternative
Combustibili tivi. Cu toate acestea, înlocuirea hidrocarburilor lichide ca surse de energie este o sarcină descurajantă și va necesita mulți ani de cercetare și dezvoltare intensă. Rezolvarea problemei poate fi ajutată de utilizarea energiei solare și geotermale, a energiei eoliene, cu toate acestea, dezvoltarea acestor surse în prezent arată că, în general, acestea nu vor avea o mare importanță cel puțin până la începutul următorului secol. Se estimează că centralele nucleare și hidroelectrice vor furniza aproximativ 15% din consumul de energie până în 1990. Aceasta înseamnă că aproximativ 40% din consumul mondial de energie va rămâne în ponderea petrolului. Cu toate acestea, toate aceste surse alternative vor avea un impact redus sau deloc asupra consumului de transport de petrol, cu excepția cazului în care traficul feroviar de mărfuri crește și căile ferate sunt complet electrificate. Chiar și așa, problema aprovizionării cu combustibil pentru transportul de marfă și fără marfă rămâne. Există, evident, trei opțiuni posibile:
1) utilizarea resurselor de combustibili fosili, altele decât petrolul;
2) utilizarea hidrocarburilor cu un grad mai mic de purificare;
3) utilizarea hidrocarburilor lichide sintetice.
Opțiunea 1 este asociată cu numeroase dificultăți, printre care nu sunt ultimul loc necesită furnizarea unui echivalent energetic de 795 milioane tone de petrol, în valoare de 4-1018 J. Pentru a asigura acest echivalent, este necesar un ritm de dezvoltare nerealist de rapid al industriei combustibililor fosili solizi și gazoși. În viitorul apropiat, este posibilă creșterea producției acestor combustibili la uzinele existente și, deși acest lucru va ajuta la rezolvarea problemei, va apărea o altă problemă - modul de utilizare a acestor combustibili în motoarele moderne.
Pentru centralele cu sursă de căldură externă, cum ar fi motoarele Stirling și motoare cu aburi, nu ar fi dificil. Problema poate fi rezolvată practic pentru o turbină cu gaz staționară puternică. Celelalte motoare luate în considerare nu sunt atât de ușor de adaptat combustibili alternativi, care poate fi văzut de la masă. 1.16, unde semnul X denotă posibilitatea utilizării acestui combustibil, semnul OX denotă o posibilitate problematică a unei astfel de utilizări, iar o liniuță înseamnă că combustibilul nu poate fi utilizat.
Tabelul 1.16. Adaptarea motoarelor la diferite tipuri de combustibil
Aviaţie
Tip combustibil GZB SZB Gaz Diesel
Pe bază de cărbune
TOC o "1-3" h z Amestec de praf de cărbune și rezidual - - - - ОХ
Golful de distilare a uleiului
Un amestec de praf de cărbune și metanol - - - ОХ
Combustibili lichizi pe bază de cărbune
Benzina XX - -
Amestec de motorină și - X - X
Combustibili cu jet
Păcură grea (păcură) - - X
Combustibil pentru șisturi petroliere
Benzina XX - X
Amestec de combustibil diesel și - X - X
Combustibil pe bază de petrol - - X XX a deșeuri
Metanol XX XX
Hidrogen XX XX
Metan XX XX
Date din tabel. 1.16 indică faptul că situația nu este foarte încurajatoare și se pare că nu există prea mult timp pentru îmbunătățire în cazul opțiunii 1.
Opțiunea 2 a primit un anumit sprijin în presa populară, dar numărul octanic și cetanic al acestor hidrocarburi este insuficient pentru muncă de încredere motoare existente. Chiar dacă aceste motoare pot fi adaptate pentru a funcționa cu acești combustibili, economiile de energie nu vor fi la fel de semnificative pe cât pare la prima vedere. Se estimează că atunci când se utilizează hidrocarburi mai puțin rafinate, economiile
Energia nu va depăși 3,8% și, deoarece utilizarea acestor combustibili va afecta negativ costuri unitare combustibil și conținutul emisiilor în atmosferă, această opțiune nu este, de asemenea, o soluție la problemă.
Astfel, singura opțiune care rămâne este producerea de hidrocarburi lichide sintetice, adică hidrocarburi obținute nu din petrol fosil, ci, de exemplu, din cărbune, șisturi petroliere, nisipuri gudronare. Dezavantajele acestei opțiuni includ consumul ridicat de energie pentru procesul de obținere a combustibililor sintetici. De exemplu, combustibil lichid, obținut din cărbune, special conceput pentru un motor cu aprindere pozitivă, pierde în procesul de producție până la 40% din energia conținută în sursa din care este obținut. Cu toate acestea, producția de combustibil din cărbune, destinată motorului Stirling, nu necesită o tehnologie complexă și s-ar cheltui mult mai puțină energie pentru obținerea unui astfel de combustibil. Din cele de mai sus rezultă că, pentru a calcula eficiența termică globală a unei instalații care funcționează pe combustibil sintetic, este, de asemenea, necesar să se ia în considerare eficiența transformării formei originale de energie în forma sa adecvată utilizării în această instalație. Rezultatele acestor calcule sunt prezentate în tabel. 1.17.
Tabelul 1.17. Eficiență termică, caracterizând conversia energiei conținute în sursa de combustibil, în lucru util la ieșirea motorului
Combustibili sintetici
Eficienţă Motor general, Eficiență,
Ulei de șist
Turbină cu gaz SZB
Motor sterlină
Pe baza acestor rezultate, Opțiunea 3 pare a fi mai atractivă, cu excepția faptului că toate motoarele promițătoare pentru care s-au obținut rezultate satisfăcătoare - motoare cu aprindere pozitivă și cu încărcare stratificată, motoare diesel turbocompresoare, motoare Stirling și turbine cu gaz - necesită investiții semnificative de capital pentru producția în volume care să le asigure rentabilitatea. În versiunea 3 modificată, se ia în considerare posibilitatea utilizării amestecurilor combustibile compuse din combustibil sintetic și benzină obținute din ulei. Un astfel de amestec a fost testat în condiții de funcționare - gazol (10% etanol obținut din materii prime granulare și 90% benzină fără plumb). Rezultatele testelor au arătat că acest amestec are proprietăți aproape identice cu cele ale benzinei care constituie baza și oferă aproape aceleași performanțe ale motorului ca benzina, iar un potențial energetic ușor mai mic pe unitatea de volum a amestecului este acoperit de numărul octanic... De asemenea, puteți utiliza amestecuri de benzină și metanol.
Cu toate acestea, utilizarea amestecurilor va reduce ușor gravitatea problemei importurilor de petrol, și anume proporțional cu procentul de combustibil sintetic din amestec. În același timp, investiția de capital necesară pentru a construi fabrici care produc cantități relativ mici din aceste amestecuri ar depăși capacitatea țărilor mici și chiar a multor companii multinaționale. De exemplu, se estimează că producția a 17,2 milioane tone / an de răcire a gazelor până în 1990 (cu alte cuvinte, doar 2% din cererea totală de hidrocarburi lichide) ar necesita cel puțin 10 miliarde de dolari. Acest calcul a fost efectuat pentru un amestec de etanol cu benzină în raport de 5: 95, astfel încât cantitatea totală de ulei consumată va scădea cu o cantitate egală cu 5% de 2%, adică cu 0,1%. Luând în considerare prețurile actuale pentru produsele petroliere, o astfel de construcție va costa de 20 de ori mai mult decât achiziționarea cantității corespunzătoare de petrol.
Rezultă din cele spuse că, deși necesitatea obligă la căutarea unor surse alternative de combustibil, vor fi necesare investiții enorme pentru ca aceste surse să poată avea cel puțin un efect asupra structurii consumului de combustibil până la sfârșitul primului trimestru al secolului următor, în special combustibilii sintetici. Greu combustibili petrolieri iar cărbunele poate avea un anumit efect asupra structurii consumului de combustibil de la centralele staționare, atât mici, cât și de mare putere... Pentru centralele electrice de transport, singura cale de ieșire este reducerea consumului de combustibil și acest lucru se aplică nu numai mașinilor, ci și navelor maritime, unde 72% din centralele electrice de la bord sunt motoare diesel. Reducerea consumului de combustibil, așa cum am menționat deja, rezolvă doar parțial problema: motoarele cu un consum semnificativ mai scăzut de combustibil vor avea un impact mai mare asupra rezolvării problemei economiilor de energie, mai ales dacă sunt capabili să funcționeze pe diferite tipuri de combustibil. Motorul Stirling a demonstrat asta deja pornit etapa actuală dezvoltarea sa, poate oferi economii semnificative de combustibil. Cu toate acestea, având în vedere intensitatea cercetării și dezvoltării în curs, aceste economii ar putea fi și mai mari. Ford a prezis până la sfârșitul programului său de lucru al motorului Stirling că, cu un nivel de încredere de 73%, se putea aștepta o reducere de 38% a consumului de combustibil și o reducere de 81% cu un nivel de încredere de 52%.
Probabil toată lumea s-a întrebat despre eficiența (Coeficientul de eficiență) al unui motor cu ardere internă. La urma urmei, cu cât este mai mare acest indicator, cu atât funcționează mai eficient. unitate de putere... Cel mai eficient pe acest moment timpul este luat în considerare tip electric, eficiența sa poate ajunge până la 90 - 95%, dar pentru motoarele cu ardere internă, fie că este vorba de motorină sau benzină, pentru a o spune ușor, este departe de a fi ideal ...
Pentru a fi sincer, versiunile moderne ale motoarelor sunt mult mai eficiente decât omologii lor, care au fost lansate în urmă cu 10 ani, și există o mulțime de motive pentru acest lucru. Gândiți-vă singur înainte de versiunea de 1,6 litri, producea doar 60 - 70 CP. Și acum această valoare poate ajunge la 130 - 150 CP. Aceasta este o lucrare minuțioasă privind creșterea eficienței, în care fiecare „pas mic” este dat de încercări și erori. Cu toate acestea, să începem cu o definiție.
Este valoarea raportului a două cantități, puterea care este furnizată arborelui cotit al motorului la puterea primită de piston, datorită presiunii gazelor care se formează prin aprinderea combustibilului.
În termeni simpli, aceasta este conversia energiei termice sau termice, care apare în timpul arderii unui amestec de combustibil (aer și benzină) în energie mecanică. Trebuie remarcat faptul că acest lucru s-a întâmplat deja, de exemplu, cu centralele electrice cu abur - și combustibilul, sub influența temperaturii, a împins pistoanele unităților. Cu toate acestea, instalațiile de acolo erau de multe ori mai mari, iar combustibilul în sine era solid (de obicei cărbune sau lemne de foc), ceea ce îngreuna transportul și funcționarea, era în mod constant necesar „alimentarea” cuptorului cu lopeți. Motoarele cu ardere internă sunt mult mai compacte și mai ușoare decât motoarele cu aburi, iar combustibilul este mult mai ușor de depozitat și transportat.
Mai multe despre pierderi
Privind în perspectivă, putem spune cu încredere că eficiența unui motor pe benzină este cuprinsă între 20 și 25%. Și există multe motive pentru aceasta. Dacă luăm combustibilul primit și îl recalculăm în procente, atunci obținem „100% din energia” care este transferată la motor și apoi pierderile urmează:
1)Eficienta consumului de combustibil ... Nu toți combustibilul arde, o mică parte din acesta se lasă cu gaze de eșapament, la acest nivel pierdem deja până la 25% din eficiență. Desigur acum sisteme de combustibil se îmbunătățesc, a apărut un injector, dar este departe de a fi ideal.
2) Al doilea este pierderea de căldură.și ... Motorul se încălzește singur și multe alte elemente, cum ar fi calorifere, corpul său, lichidul care circulă în el. De asemenea, o parte din căldură dispare odată cu gazele de eșapament. Pentru toate acestea, există încă o pierdere de eficiență de până la 35%.
3) Al treilea este pierderile mecanice ... PE tot felul de pistoane, biele, inele - toate locurile în care există frecare. Aceasta poate include, de asemenea, pierderi din sarcina generatorului, de exemplu, cu cât generează mai multă energie electrică, cu atât încetinește rotația arborelui cotit. Desigur, lubrifianții au făcut și ei un pas înainte, dar din nou, nimeni nu a reușit încă să învingă complet fricțiunea - o altă pierdere de 20%
Astfel, linia de jos, eficiența este de aproximativ 20%! Desigur, există opțiuni remarcabile din opțiunile pe benzină, în care acest indicator este mărit la 25%, dar nu există atât de multe dintre ele.
Adică, dacă mașina ta consumă 10 litri de combustibil la 100 km, atunci doar 2 litri dintre ei vor merge direct la muncă, iar restul sunt pierderi!
Desigur, puteți crește puterea, de exemplu, plictisind capul, urmăriți un scurt videoclip.
Dacă vă amintiți formula, se dovedește:
Care motor are cea mai mare eficiență?
Acum vreau să vorbesc despre opțiunile pe benzină și motorină și să aflu care dintre ele este cea mai eficientă.
Pentru a spune acest lucru în termeni simpli și a nu intra în jungla de termeni tehnici, atunci - dacă comparăm doi factori de eficiență - motorina este mai eficientă dintre ei, desigur, și iată de ce:
1) Motor pe gaz transformă doar 25% din energie în mecanică, dar motorina aproximativ 40%.
2) Dacă este echipat tip diesel turbo, puteți obține o eficiență de 50-53%, iar acest lucru este foarte semnificativ.
Deci, de ce este atât de eficient? Este simplu - în ciuda tipului de lucru similar (ambele sunt unități de ardere internă), motorina își face treaba mult mai eficient. Are o compresie mai mare, iar combustibilul se aprinde dintr-un principiu diferit. Se încălzește mai puțin, ceea ce înseamnă că există economii la răcire, are mai puține supape (economii la frecare), de asemenea, nu are bobinele de aprindere obișnuite și lumânările, ceea ce înseamnă că nu sunt necesare costuri suplimentare de energie de la generator. Funcționează cu turații mai mici, nu este nevoie să rotiți arborele cotit la nebunie - toate acestea fac din versiunea diesel un campion al eficienței.
Despre eficiența motorinei
Dintr-o valoare mai mare a eficienței, rezultă și consumul de combustibil. De exemplu, un motor de 1,6 litri poate consuma doar 3-5 litri în oraș, spre deosebire de tip benzină, unde debitul este de 7 - 12 litri. Un motor diesel are multe, motorul în sine este adesea mai compact și mai ușor, precum și mai ecologic în ultima vreme. Toate acestea puncte pozitive, sunt realizate datorită valorii mai mari, există o relație directă între eficiență și compresie, vezi tabelul mic.
Cu toate acestea, în ciuda tuturor avantajelor, are și multe dezavantaje.
Pe măsură ce devine clar, eficiența unui motor cu ardere internă este departe de a fi ideală, așa că viitorul este cu siguranță înăuntru opțiuni electrice- rămâne doar de găsit baterii eficiente care nu se tem de îngheț și dețin o încărcare mult timp.