Kolegjial YouTube
-
1 / 5
Matematikisht përcaktimi i efikasitetit mund të shkruhet si:
η = A Q, (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)ku A- punë e dobishme (energji), dhe Pyetje- energjia e shpenzuar.
Nëse efikasiteti shprehet si përqindje, atëherë llogaritet me formulën:
η = A Q × 100% (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)) \ herë 100 \%) ε X = Q X / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) = Q _ (\ mathrm (X)) / A),ku Q X (\ stili i ekranit Q _ (\ matematika (X)))- nxehtësia e marrë nga fundi i ftohtë (në makina ftohëse kapaciteti ftohës); A (\ stili i ekranit A)
Për pompat e nxehtësisë, përdorni termin raporti i transformimit
ε Γ = Q Γ / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gama) = Q _ (\ Gama) / A),ku Q Γ (\ stili i shfaqjes Q _ (\ gama))- nxehtësia e kondensimit të transferuar në transportuesin e nxehtësisë; A (\ stili i ekranit A)- puna e shpenzuar për këtë proces (ose energji elektrike).
Në një makinë perfekte Q Γ = Q X + A (\ stili i ekranit Q _ (\ Gama) = Q _ (\ mathrm (X)) + A), pra për makinë perfekte ε Γ = ε X + 1 (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gama) = \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) +1)
Cikli i kundërt Carnot ka treguesit më të mirë të performancës për makinat ftohëse: ka një koeficient ftohës
ε = T X T Γ - T X (\ displaystyle \ varepsilon = (T _ (\ mathrm (X)) \ mbi (T _ (\ Gamma) -T _ (\ mathrm (X))))), meqenëse, përveç energjisë së marrë parasysh A(p.sh. elektrike), në nxehtësi Pyetje ekziston edhe energjia e marrë nga burimi i ftohtë.
Realitetet moderne sugjerojnë shfrytëzimi i përhapur motorët e nxehtësisë. Përpjekjet e shumta për t'i zëvendësuar ato me motorë elektrikë kanë dështuar deri më tani. Problemet që lidhen me akumulimin e energjisë elektrike në sistemet autonome, zgjidhen me shumë vështirësi.
Problemet e teknologjisë së prodhimit të akumulatorëve të energjisë elektrike, duke marrë parasysh përdorimin e tyre afatgjatë, janë akoma urgjente. Karakteristikat e shpejtësisë së automjeteve elektrike janë shumë larg atyre të makinave të mundësuar nga motorë me djegie të brendshme.
Hapat e parë për të krijuar motorë hibridë mund të zvogëlohet ndjeshëm emetimet e dëmshme në megacitetet, zgjidhjen e problemeve mjedisore.
Pak histori
Mundësia e shndërrimit të energjisë së avullit në energji të lëvizjes ishte e njohur në antikitet. 130 para Krishtit: Filozofi Heron i Aleksandrisë i paraqiti auditorit një lodër me avull - eolipil. Sfera, e mbushur me avull, erdhi në rrotullim nën veprimin e avionëve që burojnë prej saj. Ky prototip i modernes turbinat me avull në ato ditë nuk gjeti aplikim.
Për shumë vite dhe shekuj, zhvillimi i filozofit u konsiderua vetëm një lodër qesharake. Në 1629 D. Branchi italian krijoi një turbinë aktive. Avulli vuri në lëvizje një disk të pajisur me tehe.
Që nga ai moment, filloi zhvillimi i shpejtë i motorëve me avull.
Makinë ngrohëse
Shndërrimi i karburantit në energjinë e lëvizjes së pjesëve të makinave dhe mekanizmave përdoret në motorët e nxehtësisë.
Pjesët kryesore të makinave: një ngrohës (një sistem për marrjen e energjisë nga jashtë), një lëng pune (kryen një veprim të dobishëm), një frigorifer.
Ngrohësi është projektuar në mënyrë që lëngu i punës të grumbullojë një furnizim të mjaftueshëm të energjisë së brendshme për punë të dobishme. Frigoriferi largon energjinë e tepërt.
Karakteristika kryesore e efikasitetit quhet efikasiteti i motorëve të nxehtësisë. Kjo vlerë tregon se cila pjesë e energjisë së shpenzuar për ngrohje shpenzohet për të bërë punë të dobishme. Sa më i lartë efikasiteti, aq më fitimprurës funksionimi i makinës, por kjo vlerë nuk mund të kalojë 100%.
Llogaritja e efikasitetit
Lëreni ngrohësin të marrë energji nga jashtë e barabartë me Q 1. Trupi punues bëri punën A, ndërsa energjia e dhënë në frigorifer ishte Q 2.
Bazuar në përkufizimin, ne llogarisim vlerën e efikasitetit:
η = A / Q 1. Le të marrim parasysh që A = Q 1 - Q 2.
Nga këtu Efikasiteti termik makinë, formula e së cilës ka formën η = (Q 1 - Q 2) / Q 1 = 1 - Q 2 / Q 1, na lejon të nxjerrim përfundimet e mëposhtme:
- Efikasiteti nuk mund të kalojë 1 (ose 100%);
- për të maksimizuar këtë vlerë, ose është e nevojshme një rritje e energjisë së marrë nga ngrohësi ose një rënie në energjinë e furnizuar në frigorifer;
- rritja e energjisë së ngrohësit arrihet duke ndryshuar cilësinë e karburantit;
- zvogëlimi i energjisë së dhënë në frigorifer ju lejon të arrini tiparet e projektimit të motorëve.
Motori ideal i nxehtësisë
A është e mundur të krijohet një motor i tillë, koeficienti veprim i dobishem cili do të ishte maksimumi (idealisht i barabartë me 100%)? Fizikanti teorik francez dhe inxhinieri i talentuar Sadi Carnot u përpoq të gjente një përgjigje për këtë pyetje. Në 1824, llogaritjet e tij teorike mbi proceset që ndodhin në gazra u botuan.
Ideja kryesore pas një makine ideale është kryerja e proceseve të kthyeshme me një gaz ideal. Ne fillojmë duke zgjeruar gazin në mënyrë izotermike në një temperaturë T 1. Sasia e nxehtësisë që kërkohet për këtë është Q 1. Pasi gazi të zgjerohet pa shkëmbim të nxehtësisë. Pasi të ketë arritur temperaturën T 2, gazi ngjeshet në mënyrë izotermike, duke transferuar energjinë Q 2 në frigorifer. Kthimi i gazit në gjendjen e tij origjinale kryhet në mënyrë adiabatike.
Efikasiteti i një motori ideal të nxehtësisë Carnot, kur llogaritet me saktësi, është i barabartë me raportin e ndryshimit të temperaturës midis pajisjeve të ngrohjes dhe ftohjes me temperaturën që ka ngrohësi. Duket kështu: η = (T 1 - T 2) / T 1.
Efikasiteti i mundshëm i një motori të nxehtësisë, formula e të cilit ka formën: η = 1 - T 2 / T 1, varet vetëm nga vlerat e temperaturave të ngrohësit dhe ftohësit dhe nuk mund të jetë më shumë se 100%.
Për më tepër, ky raport bën të mundur vërtetimin se efikasiteti i motorëve të nxehtësisë mund të jetë i barabartë me unitetin vetëm kur frigoriferi arrin temperaturat. Siç e dini, kjo vlerë është e paarritshme.
Llogaritjet teorike të Karnot bëjnë të mundur përcaktimin efikasitet maksimal motor ngrohje të çdo dizajni.
Teorema e vërtetuar nga Carnot tingëllon si më poshtë. Një motor ngrohës arbitrar nuk është në asnjë rrethanë i aftë të ketë një koeficient efikasiteti më të madh se një i ngjashëm. vlerat e efikasitetit motor ideal i nxehtësisë.
Shembull i zgjidhjes së problemeve
Shembulli 1 Cila është efikasiteti i një motori ideal të ngrohjes nëse temperatura e ngrohësit është 800 ° C dhe temperatura e frigoriferit është 500 ° C më e ulët?
T 1 = 800 о С = 1073 K, ∆T = 500 о С = 500 К, η -?
Sipas përkufizimit: η = (T 1 - T 2) / T 1.
Nuk na jepet temperatura e frigoriferit, por ∆T = (T 1 - T 2), prandaj:
η = ∆T / T 1 = 500 K / 1073 K = 0.46.
Përgjigje: efikasiteti = 46%.
Shembulli 2 Përcaktoni efikasitetin e një motori të nxehtësisë ideale nëse kryhet një punë e dobishme prej 650 J për shkak të një kilojoule të blerë të energjisë së ngrohësit. Sa është temperatura e ngrohësit të motorit të nxehtësisë nëse temperatura e ftohësit është 400 K?
Q 1 = 1 kJ = 1000 J, A = 650 J, T 2 = 400 K, η -?, T 1 =?
Në këtë problem, ne po flasim për një instalim termik, efikasiteti i të cilit mund të llogaritet me formulën:
Për të përcaktuar temperaturën e ngrohësit, ne përdorim formulën për efikasitetin e një motori ideal të nxehtësisë:
η = (T 1 - T 2) / T 1 = 1 - T 2 / T 1.
Pas kryerjes së transformimeve matematikore, marrim:
T 1 = T 2 / (1- η).
T 1 = T 2 / (1- A / Q 1).
Le të llogarisim:
η = 650 J / 1000 J = 0.65.
T 1 = 400 K / (1- 650 J / 1000 J) = 1142.8 K.
Përgjigje: η = 65%, T 1 = 1142.8 K.
Kushtet reale
Motori ideal i nxehtësisë është krijuar me proceset ideale në mendje. Puna kryhet vetëm në procese izotermale, vlera e saj përcaktohet si zona e kufizuar nga grafiku i ciklit Carnot.
Në fakt, është e pamundur të krijohen kushte për procesin e ndryshimit të gjendjes së gazit pa ndryshimet shoqëruese të temperaturës. Nuk ka materiale që do të përjashtonin shkëmbimin e nxehtësisë me objektet përreth. Bëhet e pamundur të kryhet procesi adiabatik. Në rastin e shkëmbimit të nxehtësisë, temperatura e gazit duhet domosdoshmërisht të ndryshojë.
Efikasiteti i makinave të ngrohjes të krijuara në kushtet reale, ndryshojnë ndjeshëm nga efikasiteti motorët idealë... Vini re se rrjedha e proceseve në motorët e vërtetë ndodh aq shpejt sa ndryshimi i energjisë termike të brendshme të substancës punuese në procesin e ndryshimit të vëllimit të saj nuk mund të kompensohet nga fluksi i sasisë së nxehtësisë nga ngrohësi dhe kthimi në frigorifer.
Motorë të tjerë të nxehtësisë
Motorët e vërtetë funksionojnë në cikle të ndryshme:
- Cikli Otto: procesi në vëllim konstant ndryshon adiabatik, duke krijuar një cikël të mbyllur;
- Cikli i naftës: izobar, adiabat, isochore, adiabat;
- procesi, i cili ndodh në presion të vazhdueshëm, zëvendësohet me një adiabatik dhe mbyll ciklin.
Krijoni procese ekuilibri në motorët e vërtetë (për t'i sjellë ato më afër idealit) në kushte Teknologji moderne nuk duket e mundur. Efikasiteti i motorëve të nxehtësisë është shumë më i ulët, madje duke marrë parasysh të njëjtën regjimet e temperaturës si në një instalim termik ideal.
Por ju nuk duhet të zvogëloni rolin e formulës së llogaritjes për efikasitetin, pasi është ajo që bëhet pika fillestare në procesin e punës për rritjen e efikasitetit të motorëve të vërtetë.
Mënyrat për të ndryshuar efikasitetin
Krahasimi i motorëve të nxehtësisë ideale dhe reale, vlen të përmendet se temperatura e frigoriferit të këtij të fundit nuk mund të jetë asnjë. Zakonisht, atmosfera konsiderohet të jetë një frigorifer. Theshtë e mundur të pranohet temperatura e atmosferës vetëm në llogaritjet e përafërta. Përvoja tregon se temperatura e ftohësit është e barabartë me temperaturën e gazrave të shkarkimit në motorë, siç është rasti në motorët me djegie të brendshme (shkurt ICE).
ICE është motori më i përhapur i nxehtësisë në botën tonë. Efikasiteti i motorit të nxehtësisë në këtë rast varet nga temperatura e krijuar nga karburanti i djegies. Një ndryshim domethënës midis motorit me djegie të brendshme dhe motorëve me avull është bashkimi i funksioneve të ngrohësit dhe mediumit të punës të pajisjes në ajër- përzierje e karburantit... Duke u djegur, përzierja krijon presion mbi pjesët lëvizëse të motorit.
Shtë arritur një rritje e temperaturës së gazrave të punës, duke ndryshuar ndjeshëm vetitë e karburantit. Fatkeqësisht, është e pamundur ta bësh këtë pafundësisht. Çdo material nga i cili është bërë dhoma e djegies së motorit ka pikën e vet të shkrirjes. Rezistenca ndaj nxehtësisë e materialeve të tilla është karakteristika kryesore e motorit, si dhe aftësia për të ndikuar ndjeshëm në efikasitetin.
Vlerat e efikasitetit të motorëve
Nëse marrim parasysh temperaturën e avullit të punës në hyrjen e së cilës është e barabartë me 800 K, dhe temperaturën e gazit të shkarkimit - 300 K, atëherë efikasiteti i kësaj makine është 62%. Në realitet, megjithatë, kjo vlerë nuk kalon 40%. Një rënie e tillë ndodh për shkak të humbjeve të nxehtësisë gjatë ngrohjes së strehimit të turbinës.
Vlera më e lartë e djegies së brendshme nuk kalon 44%. Rritja e kësaj vlere është çështje e së ardhmes së afërt. Ndryshimi i vetive të materialeve, lëndëve djegëse është një problem në të cilin po punojnë mendjet më të mira të njerëzimit.
Përkufizimi [ | ]
Efikasiteti
Matematikisht, përkufizimi i efikasitetit mund të shkruhet si:
η = A Q, (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)),)ku A- punë e dobishme (energji), dhe Pyetje- energjia e shpenzuar.
Nëse efikasiteti shprehet si përqindje, atëherë llogaritet me formulën:
η = A Q × 100% (\ displaystyle \ eta = (\ frac (A) (Q)) \ herë 100 \%) ε X = Q X / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) = Q _ (\ mathrm (X)) / A),ku Q X (\ stili i ekranit Q _ (\ matematika (X)))- nxehtësia e marrë nga pjesa e ftohtë (kapaciteti ftohës në makinat ftohëse); A (\ stili i ekranit A)
Për pompat e nxehtësisë, përdorni termin raporti i transformimit
ε Γ = Q Γ / A (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gama) = Q _ (\ Gama) / A),ku Q Γ (\ stili i shfaqjes Q _ (\ gama))- nxehtësia e kondensimit të transferuar në transportuesin e nxehtësisë; A (\ stili i ekranit A)- puna e shpenzuar për këtë proces (ose energji elektrike).
Në një makinë perfekte Q Γ = Q X + A (\ stili i ekranit Q _ (\ Gama) = Q _ (\ mathrm (X)) + A), pra për makinën perfekte ε Γ = ε X + 1 (\ displaystyle \ varepsilon _ (\ Gama) = \ varepsilon _ (\ mathrm (X)) +1)
Efikasiteti i mundshëm i një motori Stirling është më i lartë se ai i motorëve të tjerë të krahasueshëm, por shumë më tepër përpjekje janë bërë në përmirësimin e motorëve me qark të hapur. Rezultatet e krahasimit të motorëve të ndryshëm në aspektin e efikasitetit të tyre nuk kanë shpërndarje e madhe sepse, siç u përmend më herët, prodhuesit e automjeteve dhe operatorët e palëvizshëm në përgjithësi preferojnë të krahasojnë motorët për sa i përket efikasitetit të karburantit specifik. Edhe pse ky parametër lidhet drejtpërdrejt me efikasitetin,
I - kufizimi i efikasitetit të motorit Stirling; 2-qëndrueshmëria në tërheqje e materialit; 3 - kufizimi i efikasitetit të një motori të ndezjes së detyruar; 4- Efikasiteti potencialisht i arritshëm i Motorit Stirling; 5 - motorë me djegie të brendshme; 6 - motor me avull; 7- Motori Stirling.
Sidoqoftë, është e dobishme të merren parasysh rezultatet e matjes së efikasitetit drejtpërdrejt. Një ilustrim i shkëlqyer i performancës së arritur aktualisht të motorëve dhe vlerave të tyre potenciale të efikasitetit të tyre është grafiku i hartuar në punë dhe i paraqitur në Fig. 1.110 në një formë pak të modifikuar.
Vlerat e efikasitetit të motorëve eksperimentalë Stirling të arritur deri më tani janë treguar në Fig. 1.111.
Efikasiteti CYKLE Carnot,%
Oriz. 1.111. Efikasiteti aktual i motorëve eksperimentalë Stirling sipas të dhënave të NASA-s, Rpt CR-I59 63I, rindërtuar nga autorët.
1 - të dhëna nga General Motors; 2 - të dhëna nga United Stirling (Suedi); 3 - të dhëna nga Ford dhe Philips.
B. Konsumi specifik efektiv i karburantit
Para krahasimit motorë të veçantë për sa i përket konsumit specifik efektiv të karburantit, do të ishte e dëshirueshme që të mblidhen dhe të përmblidhen më shumë informacion në lidhje me ndryshimin në performancën e motorëve të krahasuar, duke përdorur tërësinë e rezultateve për një numër motorët tipikë të çdo lloji. Duhet të theksohet se një numër i madh i rezultateve që lidhen me motorët Stirling u morën në stendat dinamometrike, dhe jo kur testuan makina, dhe disa të dhëna u morën në bazë të llogaritjeve kompjuterike të modeleve me një shkallë të mjaftueshme besueshmërie. Rezultatet e provës së makinave deri në 1980 nuk përkonin me një shkallë të mjaftueshme saktësie me të dhënat e llogaritura, por ato përshkruan mënyra për të realizuar potencialin e motorit. Konsumi specifik efektiv i karburantit të termocentraleve të ndryshëm të destinuara për përdorim si burime të energjisë automobilistike krahasohen në Fig. 1.112.
Ky grafik tregon qartë përparësitë e motorit Stirling mbi të gjithë gamën e funksionimit. Meqenëse konsumi specifik efektiv i karburantit konsiderohet si një funksion i shpejtësisë dhe si një funksion i ngarkesës, atëherë në Fig. 1.113 dhe 1.114 tregojnë kthesat përkatëse për gamën e plotë të shpejtësive të punës me 50 dhe 20% ngarkesë të plotë, respektivisht.
Përparësitë e motorit Stirling janë mjaft të dukshme edhe në këtë rast. Futni të dhëna për këto komplote përmbledhëse
1-naftë me sistem normal marrje; 2 - naftë me turbocharged; Motori 3-benzinë me ndezje pozitive dhe ngarkesë homogjene; Turbinë me gaz me 4 boshte; Turbinë me gaz me 5 boshte; 6 - Motori Stirling.
X *^ s
■ e -b në -0.2
J____ I___ I___ L
Spore / Shpejtësia maksimale
Oriz. 1.113. Krahasimi i konsumit specifik efektiv të karburantit të termocentraleve të ndryshëm me 50% ngarkesë.
Turbinë me gaz me 1 bosht; Turbinë me gaz me 2 boshte; 3 - naftë me turbocharged; Motori 4-benzinë me ndezje pozitive dhe ngarkesë homogjene; Motori 5-Stirling.
U morën nga puna. Ndërsa çmimet e karburantit vazhdojnë të rriten, konsumi specifik efektiv po bëhet një karakteristikë gjithnjë e më përcaktuese, dhe ndërsa kërkimet dhe kërkimet aktive mbi burimet e tjera të energjisë vazhdojnë, nuk ka dyshim se karburantet hidrokarbure do të mbeten burimi kryesor i energjisë për të ardhmen e parashikueshme. Per me teper,
Edhe me rritjen e çmimeve astronomike, ulja e konsumit të karburantit do të jetë e parëndësishme. Përvoja perëndimore tregon se që nga fillimi i krizës së naftës në vitet 1970, çmimet e naftës kanë pasur pak ndikim në konsumin e karburantit. Një studim i botuar në vitin 1980 nga Departamenti Amerikan i Energjisë tregoi se kur çmimet e karburantit rriten edhe 100%, konsumi i karburantit vetëm do të ulet
II%. Nëse faktorët ekonomikë nuk ndikojnë shumë në konsumin e karburantit, nuk ka gjasa që ai të bjerë, duke iu nënshtruar presionit politik. Ndikimi i rregulloreve zyrtare në ekonominë e karburantit është gjithashtu problematik.
Isshtë e qartë se një rënie në konsumin specifik efektiv të karburantit mund të kontribuojë në një ulje të konsumit të karburantit, pasi një ulje prej 10% e konsumit të karburantit do të lejojë, për shembull, që Shtetet e Bashkuara të kursejnë mbi 305 milion litra naftë bruto të importuar në ditë , e cila korrespondon me kursime prej mbi 5 miliardë dollarë në vit. Në përgjithësi, megjithatë, kjo është një kursim shumë i vogël. Prandaj, ndërsa zvogëlimi i efikasitetit specifik të karburantit është i rëndësishëm, ai nuk jep një zgjidhje për problemin e energjisë për shumicën e vendeve. Burimet e energjisë që zëvendësojnë hidrokarburet e lëngëta mund të kenë një efekt më të prekshëm në të ardhmen e parashikueshme, dhe problemet që lidhen me këtë çështje do të diskutohen më vonë. Përveç kësaj, duhet të theksohet se disponueshmëria e energjisë është po aq thelbësore sa kostoja e saj.
B. Fuqia e zhvilluar
Një krahasim i arsyeshëm për këtë tregues mund të bëhet vetëm në bazë të raportit të masës me fuqinë e dhënë, dhe motorët e krahasuar duhet të projektohen për të njëjtin aplikim. Tjetra, është e nevojshme të krahasohen vlerat e raportit të masës së të gjithë termocentralit me fuqinë e zhvilluar. Termocentrali i destinuar për përdorim në një automjet do të përfshijë montimet e transmetimit, bateri të rimbushshme, sistemi i ftohjes, etj. Për motorët e zgjedhur për krahasim, këto të dhëna janë paraqitur në Fig. 1.115 dhe 1.116.
Në të dy rastet, siç mund të shihet nga grafikët, motori Stirling nuk ka përparësi të qarta, megjithatë, duhet të kihet parasysh se kur zhvillohen motorët Stirling, deri tani pak vëmendje i është kushtuar optimizmit të fuqisë në masë raport, i cili reflektohet në rezultatet e paraqitura. Nuk mund të mbështetet në disponueshmërinë e një optimizimi të tillë mundësi të mëdha nga ana tjetër, do të ishte e gabuar të thuhet se rezultatet e arritura janë kufiri. Me programin e zhvillimit të motorit në Shtetet e Bashkuara që synon fillimin e prodhimit deri në 1984, po bëhen përpjekje të mëdha për të zvogëluar peshën e motorit. Duhet të kihet parasysh se, siç tregohet në tabelë. 1.7, për shkak të karakteristikave të tyre të qenësishme të performancës, motorët Stirling (si turbinat me gaz me një bosht) nuk kanë nevojë të kenë të njëjtin vlerësim të fuqisë si motorët e tjerë dhe për këtë arsye mund të jenë më të lehtë se motorët ekzistues të automobilave.
Një faktor tjetër që duhet të merret parasysh është madhësia e motorit për një fuqi të caktuar. Ky faktor është i rëndësishëm jo vetëm nga pikëpamja e kompaktësisë, por, për shembull, kur instalohet në një anije, nga pikëpamja e humbjes së vëllimit të dobishëm të mbajtësve. Shtë gjetur se motori Stirling zë
Oriz. 1.115 Raporti midis masës së motorit dhe fuqisë që zhvillon për termocentralet tipe te ndryshme.
1- naftë me sistem normal të marrjes;
2- Motori Stirling; 3 -naftë me turbo - mbingarkues; 4 - motor benzinë me ndezje të detyruar dhe ngarkesë të shtresuar; 5 - motor benzinë me ndezje të detyruar dhe ngarkesë homogjene; 6 - turbinë me gaz me dy boshte; 7- Turbina me gaz me një bosht.
Oriz. 1.116. Raporti midis masës së instalimit dhe fuqisë që zhvillon për termocentralet e llojeve të ndryshme.
1 - naftë me një sistem normal të marrjes; 2 - Motori Stirling; 3 - naftë me turbo - mbingarkesë; 4 - motor benzinë me ndezje të detyruar dhe ngarkesë të shtresuar; Г "- motor benzine me ndezje të detyruar dhe ngarkesë homogjene; Motori i ndezjes pozitive me 6 rotorë; Turbinë me gaz me 7 boshte; 8 - turbinë me gaz me një spirale.
Rreth të njëjtën hapësirë si një naftë ekuivalente. Të dhënat më të fundit na lejojnë të përpilojmë një tabelë përmbledhëse të vlerave të raportit të fuqisë ndaj vëllimit të zënë për motorë të ndryshëm me një kapacitet prej 78-126 kW (Tabela 1.8).
|
Tabela 1.8. Raporti i fuqisë së motorit R në vëllim V, Zënë nga termocentrali |
Nga tabela rrjedh se motorët me ndezje pozitive dhe një ngarkesë homogjene janë akoma superiorë në këtë tregues ndaj të gjithë motorëve të tjerë, megjithatë, motorët premtues me një ngarkesë të shtresuar nuk do të kenë të tillë avantazhe të pamohueshme si motorët me një ngarkesë homogjene. Nëse përbërësit qeramikë përdoren në motorët Stirling dhe turbinat me gaz, situata mund të ndryshojë në mënyrë dramatike. Në nivel modern përparim teknik motori Stirling në përgjithësi tejkalon performancën motorët me naftë.
Ndryshimet në çift rrotullues të një motori Stirling në varësi të shpejtësisë dhe presionit tashmë janë konsideruar në krahasim me termocentralet e tjerë. Kur përdorni këtë motor në një makinë, tiparet e karakteristikave të tij të shpejtësisë së çift rrotullimit janë veçanërisht të favorshme në drejtim të përshpejtimit efektiv të makinës dhe kontribuojnë në thjeshtimin dhe uljen e kostos së njësive të transmetimit. Sidoqoftë, për hir të plotësisë, duhet të thuhen disa fjalë për luhatjet ciklike të çift rrotullues. Literatura raporton se motori Stirling ka ndryshime më të buta të çift rrotullues në krahasim me motorët e tjerë me kthim. "Smooth" do të thotë, me sa duket, se ndryshimi i çift rrotullues me këndin e fiksimit të këtij motori janë relativisht të vogla. Ne e kemi përdorur qëllimisht fjalën "me sa duket" sepse
ku, kur u pyetëm se çfarë do të thotë saktësisht termi "i qetë", ne nuk jemi në gjendje të japim një përkufizim të qartë. Kjo çështje diskutohet në detaje në Kap. 2. Këtu do të jetë e mjaftueshme të theksohet se ndryshimet në çift rrotullues në varësi të këndit të rrotullimit të fiksimit në një motor Stirling me shumë cilindra janë më pak se, për shembull, në një motor me ndezje të detyruar (Fig. 1.117).
Luhatjet më të vogla të çift rrotullues nënkuptojnë gjithashtu që luhatjet e shpejtësisë këndore të motorit Stirling janë gjithashtu dukshëm më pak se ato të motorëve të tjerë. Kjo deklaratë vlen, natyrisht, për motorët pa volantë. Në praktikë, kjo do të thotë që motorët Stirling mund të pajisen me një volant më pak masiv dhe se fillimi i një motori Stirling kërkon më pak përpjekje mekanike. Për më tepër, për shkak të luhatjeve të vogla ciklike në çift rrotullues dhe shpejtësi, motorët Stirling mund të jenë më të përshtatshëm për gjeneratorë elektrikë të pavarur.
Këto deklarata, megjithatë, duhet të verifikohen sepse, edhe pse raporti i çift rrotullues maksimal 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 naftë me dy goditje, dhe gjysma e madhësisë së naftës me katër cilindra me katër goditje.
Vlerësimi i kostos është gjithmonë i vështirë, dhe parashikimi i tij, duke marrë parasysh zhvillimet e ardhshme, është shumë i pasaktë. Sidoqoftë, nuk ka dyshim se një vlerësim i tillë është i nevojshëm për krahasimin e motorëve alternativë kur merren parasysh përbërësit më të shtrenjtë. Kostoja e një motori Stirling është afërsisht 1.5-15 herë më shumë se një naftë ekuivalente. Ky vlerësim bazohet në literaturën teknike; u prezantua në konferenca dhe takime teknike. Në shikim të parë, ky vlerësim duket i pabazuar, por me shumë mundësi.
Correctshtë e saktë, dhe kjo do të bëhet e qartë nga diskutimi i mëtejshëm. Pretendimet e pabazuara për koston e vlerësuar janë zakonisht të pakuptimta, por për fat të keq, pretendime të tilla bëhen në shumë botime. Megjithatë, studimet më të hollësishme në këtë fushë tani janë bërë të disponueshme përmes programeve të porositur nga Departamenti Amerikan i Energjisë.
Kostoja mund të përcaktohet nga faktorë të ndryshëm, nga të cilët kryesorët janë:
1) kostot e punës;
2) materiale;
3) pajisje kapitale;
4) pajisjet e prodhimit;
5) funksionimi dhe mirëmbajtja;
6) zhvillimi i dizajnit.
Kjo listë nuk është aspak shteruese. Shumë përbërës të kostos varen drejtpërdrejt nga prodhimi në masë. Ndërsa kjo është e qartë, nuk dëmton të përsëris këtë pohim, pasi ky aspekt i vlerësimit të kostos është lënë pas dore në shumë botime. Varësia e ekonomisë nga shkalla e prodhimit mund të nënkuptojë që një lloj motori është më i shtrenjtë se tjetri për prodhimin në shkallë të vogël, por më i lirë kur vëllimi i prodhimit rritet. Fusha e aplikimit të motorit gjithashtu duhet të merret parasysh. Për shembull, kostoja e një motori të makinës është vetëm një pjesë e vogël e kostos totale të një makine, kështu që kur krahasojmë koston motorë të ndryshëm duhet të kihet parasysh se një ndryshim i rëndësishëm në koston e motorëve mund të mos ndikojë ndjeshëm në koston e makinës kur janë instaluar këta motorë. Kjo veçori mund të ilustrohet me një llogaritje të thjeshtë. Nëse supozojmë, për shembull, se kostoja e një motori është 10% e kostos totale të një makine, atëherë për një makinë prej 6000 dollarë, motori do të kushtonte 600 dollarë. Supozoni se një motor tjetër është dy herë më i shtrenjtë, domethënë , kushton 1,200 dollarë; atëherë kosto e plotë makina do të jetë 6,600 dollarë, pra vetëm 10% më e lartë, dhe blerësi mund të preferojë të paguajë pak çmim i madh për një makinë më të përshtatshme për të.
Para se të marrim parasysh koston dhe koston në një mjedis industrial, ne do të donim të merrnim parasysh, bazuar në përvojën tonë, evolucionin e vlerës kur ndërtojmë ose blejmë një prototip motor Stirling ose motor të këtij lloji të destinuar për qëllime kërkimore. Fuqia e motorëve të tillë do të konsiderohet e kufizuar në 100 kW. Çmimi i blerjes së një motori të tillë, duke marrë parasysh nivelin e çmimit të vitit 1981, do të jetë rreth 6700 dollarë / kW. Një-I o, nëse motori është ndërtuar nga e njëjta organizatë që do ta përdorë atë, ose prodhuar nga një organizatë e palëve të treta sipas dokumentacionit të detajuar dhe duke përdorur modelin e makinës, kostoja e tij do të jetë në rang; 1000-3500 dollarë / kW Me Ndërsa motori Stirling bëhet më i përhapur dhe më pak "eksplorues", kostoja e tij do të bjerë. Një nga prodhuesit motorë të vegjël Stirling (më pak se 1 kW) beson se prodhimi i 1000 prej këtyre motorëve në vit, kostoja e një motori në krahasim me koston e tij për prodhimin individual mund të ulet me 30 herë.
Kjo varësi e kostos në shkallën e prodhimit konfirmohet nga studimet e fundit të një numri motorësh që punojnë energji diellore kryer nga Laboratori motorët jet(SHBA). U bë një krahasim midis motorit Stirling dhe turbinë me gaz në versione të dizajnuara për përdorimin e energjisë diellore. Turbina me gaz është projektuar posaçërisht nga Garrett dhe motori Stirling është marrë nga seria e United Sterling. Rezultatet e studimeve të kryera, të reduktuara në nivelin e çmimeve dhe kursin e këmbimit të monedhës 1981, janë paraqitur në tabelë. 1.9
Tabela 1.9. Varësia e kostos nga vëllimi i prodhimit (krahasimi i një motori Stirling dhe një turbine me gaz)
Kostoja totale e njësisë, USD / kWh
Kostoja totale për njësi përfshin kostot e punës, kostot materiale, pajisjet kapitale dhe kostot e mjeteve. Ndikimi në vlerën e vëllimit të prodhimit shihet qartë nga të dhënat e paraqitura. Kostoja totale e njësisë së një turbine me gaz zvogëlohet me 3 herë me një rritje të vëllimit të prodhimit, ndërsa i njëjti tregues i motorit Stirling zvogëlohet me më shumë se 6 herë. Me një vëllim të vogël prodhimi, një motor Stirling është më shumë se 50% më i shtrenjtë se një turbinë me gaz, dhe me një prodhim vjetor prej 400,000 motorësh, është 30% më i lirë. Për qëllimet në shqyrtim, vëllimi i prodhimit të 400,000 motorëve në vit duket të jetë mbivlerësuar disi, por për motorët e automobilave ky vëllim mund të konsiderohet norma e zakonshme.
Prodhuesit e mundshëm të motorëve Stirling do të jenë më të interesuar në koston e vlerësuar të këtyre motorëve të destinuar për përdorim në automobila. Kostoja e prodhimit, e dhënë në tabelë. 1.10, duke marrë parasysh
|
Tabela 1.10. Kostoja e prodhimit të motorëve të automobilave me një vëllim prodhimi prej 400,000 njësi në vit (në çmimet e vitit 1981) |
Kostoja e punës, kostoja e materialeve, pajisjeve dhe mjeteve kapitale është shumë e njëjtë për sa i përket strukturës së kostos së saj, siç llogaritet për motorët diellorë. Sidoqoftë, në versionin e automobilave, motorët kanë një dizajn më të përparuar sesa në versionin e motorit diellor. Motori Stirling dhe turbina me gaz kërkojnë materiale të ndryshme të veçanta sesa motorët konvencionalë. Sigurisht, kjo është kryesisht një çështje furnizimi dhe biznesi, kështu që nëse një motor Stirling ose turbina me gaz do të ishin motorë "të rregullt", materialet për to mund të ishin më pak të kushtueshme, pasi industritë e minierave dhe çelikut do të përqendroheshin në prodhimin e këtyre materialet dhe materialet për prodhimin e motorëve dhe naftë me ndezje pozitive do të bëhen "të veçanta". Per me teper, materiale speciale shpesh kërkojnë speciale të përshtatshme pajisjet e prodhimit, e cila kontribuon në rritjen e vlerës së shtuar. Duke marrë parasysh aktualisht të përdorur në industrinë e automobilave materialet dhe pajisjet e prodhimit duhet të priten në aspektin e kostos motorët konvencionalë do të ishte e preferueshme. Për të sqaruar këtë aspekt të formimit të kostos së prodhimit, në tabelë. 1.10 tregon koston e motorëve me dy vlera të fuqisë (75 dhe 112 kW) dhe gjithashtu tregon përqindjen e kostos totale që i atribuohet materialit dhe pajisjeve të prodhimit.
Konsumatorët e motorëve janë të interesuar për çmimet e shitjes, jo për kostot e prodhimit, gjë që nuk është për t'u habitur. Prandaj, në tabelë. 1.11 tregon çmimet e shitjes së motorëve të automobilave me një prodhim vjetor prej 400 000 njësish. Ai gjithashtu tregon ndryshimin në çmim në krahasim me një motor konvencional benzinë me ndezje pozitive dhe ngarkesë homogjene (GZB).
|
Fuqia e motorit 75 kW Fuqia e motorit 112 kW Tabela 1.11.Çmimi i shitjes së motorëve të automobilave me një vëllim prodhimi prej 400,000 njësi në vit (në çmimet e vitit 1981)
|
Për sa i përket çmimit të prodhimit dhe shitjes, motorët Stirling janë më të shtrenjtë se motorët e tjerë, megjithëse me vëllime dhe aplikime të favorshme të prodhimit, ato mund të bëhen ekonomikisht më fitimprurëse sesa konkurrentët e tyre. Sidoqoftë, është e qartë se me një rritje të fuqisë së motorëve Stirling dhe vëllimit të prodhimit të tyre, ata do të bëhen gjithnjë e më konkurrues nga pikëpamja ekonomike. Marrëdhënia midis përbërësve të kostos të diskutuar në këtë seksion është treguar në Fig. 1.118.
Shpërndarja e kostos totale të motorit Stirling me një rondele të zhdrejtë Ford sipas elementeve strukturorë që përbëjnë termocentralin është treguar në Tabelën. 1.12 për një vëllim prodhimi vjetor prej 400,000 copë. ...
Këmbyesit e nxehtësisë kanë koston më të lartë relative dhe firma kërkoi mënyra për ta zvogëluar këtë në rreth 17% përmes përmirësimeve të projektimit dhe prodhimit deri në përfundimin e programit të tij të përmirësimit të motorit Stirling.
Edhe nëse për motorin Stirling më pak materiale të shtrenjta dhe vëllimi përkatës i prodhimit do të arrihet, atëherë, në këtë rast, motori Stirling nuk ka gjasa të jetë më i lirë se, të themi, një motor me ndezje pozitive dhe një ngarkesë homogjene. Sidoqoftë, siç u përmend më lart, konsumatori mund të jetë i gatshëm të kërkojë shpenzime shtesë për përfitimet që do të vijnë me këtë motor. Nëse është e mundur të kuptohet potenciali i motorit për të kursyer karburant dhe vaj lubrifikues dhe për të rritur qëndrueshmërinë e vendosur, atëherë një rënie në koston e funksionimit të një motori Stirling mund të çojë në kursime në koston totale të blerjes dhe funksionimit
performanca e motorit që duhet t'i bëjë përshtypje konsumatorit më shumë sesa konsideratat e konvertimit të mjedisit dhe energjisë. Vëmendje e veçantë Këto kursime duhet të adresohen në Evropën Perëndimore, ku makinat "ekonomike" me konsum të ulët të karburantit po bëhen më të njohura, megjithëse kostoja fillestare e makinave të tilla nuk është shumë më pak se më luksoze, por më pak ekonomike
Makina te reja. Shtë interesante, në tregun e makinave të përdorura, makina "ekonomike" shpesh rishitet me një çmim më të lartë se "vëllezërit" e saj më shumë Klasi lartë... Llogaritja e përfitimit të përgjithshëm që mund të pritet nga një motor Stirling është kryer nga United Sterling kur motori është i instaluar në një kamion. Të dhënat e publikuara i referohen nivelit të çmimeve të vitit 1973, por rritja katastrofike e inflacionit dhe rritja eksponenciale e çmimeve të karburantit dhe lubrifikantëve e bëjnë të vështirë përkthimin e rezultateve të marra në nivelin e çmimeve të vitit 1981, në të njëjtën kohë, botimi këtu të llogaritjeve të kostos në nivelin e vitit 1973. vështirë se është e këshillueshme.
Raporti i përfitimit ekonomik (EER) u llogarit duke përdorur formulën e mëposhtme:
( Diferenca në kosto ____ / Diferenca në fillestare
__ Operacioni / V ___________________ Shpenzimet _______)
Në këtë rast, dallimet përcaktohen midis treguesve përkatës të motorit Stirling dhe motorit ekuivalent me naftë.
Nga rezultatet e marra nga United Stirling dhe të korrigjuara nga autorët (Fig. 1.119), del se me një kilometrazh operacional prej 16,000 km në vit, KER = 0 pas 4.1 vjet funksionimi; me fjalë të tjera, gjatë kësaj periudhe, kostot më të ulëta të funksionimit të motorit Stirling në krahasim me naftën do të balancojnë koston e tij fillestare më të lartë, dhe në 5.7 vjet CEP do të arrijë 0.5, domethënë, një ekonomi të barabartë me gjysmën e diferencës në kapitalin fillestar do të merret.
Bashkëngjitjet. Në vrapimi vjetor 100,000 km - mesatarja për Evropën me ndërkombëtare transporti rrugor- investimi fillestar shtesë do të paguhet pas 2-3 muajve të funksionimit. Këto rezultate merren për një automjet të vetëm. Një llogaritje e ngjashme e kryer për një autokolonë do të jepte rezultate edhe më të favorshme. Edhe e tillë rishikim i shkurtër Pyetjet që lidhen me koston e motorëve Stirling na lejojnë të bëjmë një përfundim të arsyeshëm se ky motor, megjithëse ka një kosto më të lartë prodhimi, është potencialisht më pak i shtrenjtë për tu operuar. Me një rritje të mëtejshme të kostos së produkteve të naftës dhe vështirësi në blerjen e tyre, avantazhet e motorit Stirling mund të bëhen edhe më të prekshme.
Megjithëse motori Stirling mund të funksionojë në një larmi të madhe burimesh energjie, nuk ka dyshim se edhe në fillim të shekullit të ardhshëm, karburantet hidrokarbure do të mbeten burimi kryesor i energjisë për transportin tokësor. Kjo nuk do të thotë që lëndët djegëse hidrokarbure do të vazhdojnë të merren nga burimet ekzistuese dhe se ato do të kursejnë pamje moderne... Kjo është një çështje që duhet eksploruar pasi përfitimet shtesë ekonomike janë të mundshme për shkak të aftësisë së motorit Stirling për të operuar në një sërë karburantesh. Prandaj, pas diskutimit të prodhimit të motorit Stirling, ne do të marrim parasysh mundësitë e përdorimit të karburanteve alternative hidrokarbure.
Edhe pse kjo çështje konsiderohet veçmas nga kostoja, në fakt, kostoja e prodhimit lidhet drejtpërdrejt me prodhueshmërinë. Sidoqoftë, për një qartësi më të madhe të prezantimit, është më e përshtatshme të merren parasysh çështjet që lidhen me prodhueshmërinë veç e veç. Siç mund ta shihni nga tabela. 1.10, motori Stirling është më i shtrenjtë se opsionet e tjera të motorit të automobilave; përbërësit e kësaj kostoje janë dhënë në tabelë. 1.12. Arsyeja kryesore për një kosto kaq të lartë relative të motorit Stirling është përdorimi i lidhjeve me aliazh të lartë për prodhimin e shkëmbyesve të nxehtësisë. Dizajni i shkëmbyesve të nxehtësisë parashikon përdorimin e teknologjisë shumë të shtrenjtë të saldimit dhe materialeve të shtrenjta të saldimit, ndërsa gjatësia e qepjeve të salduara është shumë domethënëse. Tolerancat në sipërfaqet e përpunuara të pjesëve të motorit Stirling janë përgjithësisht më të ngushta, gjë që është pasojë e përdorimit të një cikli pune të mbyllur. Për cilësinë e motorëve të pistonit Stirling falas përpunimi mekanikështë ndoshta kërkesa më e rëndësishme për funksionimin e duhur të motorit.
Montimi i përbërësve kryesorë mekanikë të një motori Stirling duhet të bëhet me shumë kujdes, veçanërisht montimi i pajisjeve të vulosjes. Çdo pasaktësi në montim do të çojë në dëmtimin e motorit. Një vulë me çorape është veçanërisht e ndjeshme ndaj montimit të pasaktë dhe një vulë e tillë e hollë dhe e brishtë kërkon një zonë montimi shumë të pastër.
|
Tabela 1.13. Koha e shpenzuar për prodhimin e motorit (shpërndarja sipas llojit të punës)
|
Prodhimi i një motori Stirling kërkon afërsisht të njëjtën kohë me prodhimin e motorëve të tjerë, por kualifikimet e personelit duhet të jenë më të larta për arsyet e përmendura më lart. Ndërsa koha e montimit mund të jetë e njëjtë me montimin e motorëve të tjerë, shpërndarja e kësaj kohe në operacionet individuale do të jetë e ndryshme, dhe natyrisht, kjo mund të ndikojë në koston e përgjithshme. Konsideratat e shprehura në këtë diskutim të shkurtër mbështeten nga të dhënat në Tabelë. 1.13 dhe 1.14. Koha totale e shpenzuar për prodhimin e një motori merret e barabartë me 10 orë, pavarësisht nga lloji i motorit.
Tabelat tregojnë se megjithëse hedhja e pjesëve të motorit Stirling kërkon po aq kohë sa hedhja e pjesëve të motorit me ndezje pozitive, kostoja e pajisjeve të derdhjes për motorin e parë është dy herë më e lartë. Bazuar në këtë, duhet pritur investimi i lartë fillestar i kërkuar për ndërtimin e fabrikave të motorëve Stirling, dhe kjo ndoshta shpjegon përmbajtjen e prodhuesve të motorëve në vendosjen për një program të gjerë prodhimi: ata janë duke pritur për momentin kur të gjithë dyshojnë se ky motor do të të jetë në gjendje të realizojë përfitimet e tij të mundshme. Arsyet pse kostoja prej 1 kW e zhvilluar nga një motor eksperimental Stirling i bërë me porosi është shumë i lartë janë gjithashtu mjaft të kuptueshme.
G. Burimet alternative të energjisë
Ndodhi kriza energjetike kishte të bënte me vetëm një burim energjie - naftën bruto dhe karburantet e lëngëta hidrokarbure të marra prej tij. Gjatë dekadës së fundit (1971-1981), kriza ka rezultuar në një rritje eksponenciale të çmimeve të karburantit, si dhe vështirësi në ruajtjen e furnizimeve të garantuara të karburantit. Sidoqoftë, duhet të mbahet mend se planeti ynë nuk ka rezerva të pakufizuara të naftës së papërpunuar, megjithëse do të duhen shumë vite para se të shterojnë rezervat në dispozicion, në mënyrë që kjo të ketë një ndikim të dukshëm global. Kriza u përkeqësua nga shpërndarja e pabarabartë e naftës nëpër rajone, kështu që aktualisht ka shumë pak vende që sigurojnë nevojat e tyre për naftë, dhe shumë pak vende që kanë aq shumë naftë sa që kanë teprica të mëdha. Shumica e vendeve janë të detyruara të importojnë disa apo edhe të gjitha karburantet hidrokarbure që u nevojiten, gjë që konsumon një sasi të konsiderueshme të këmbimit valutor. Deri në vitin 1980, 44.6% e konsumit botëror të energjisë do të përmbushet nga nafta bruto, një numër që tregon vështirësinë e madhe të problemit që qëndron përpara.
Modelet e konsumit të energjisë ndryshojnë nga vendi në vend, megjithatë, ne kemi marrë modelin e konsumit të SHBA si shembull, pasi SHBA konsumon më shumë energji se çdo vend tjetër. Struktura e konsumit për vitin 1977 është dhënë në tabelë. 1.15.
Konsumi i hidrokarbureve të lëngët në Shtetet e Bashkuara është i ngjashëm me atë global dhe përbën 48.8% të konsumit të përgjithshëm të energjisë, që korrespondon me 795 milion ton / vit; 54.5% e këtij karburanti përdoret për nevoja transporti. Shtetet e Bashkuara duhet të importojnë 50% të sasisë së naftës që i nevojiten, e cila është rreth 375 milion ton / vit dhe kushton shumë miliarda dollarë. Natyrisht, kosto të tilla inkurajojnë kërkimin e një alternative
Karburantet tive. Sidoqoftë, zëvendësimi i hidrokarbureve të lëngëta si burime energjie është një detyrë e frikshme dhe do të kërkojë shumë vite kërkime dhe zhvillime intensive. Zgjidhja e problemit mund të ndihmohet nga përdorimi i energjisë diellore dhe gjeotermale, energjisë së erës, megjithatë, zhvillimi i këtyre burimeve në kohën e tanishme tregon se në përgjithësi ato nuk do të kenë një rëndësi të madhe të paktën deri në fillimin e ardhshëm shekulli. Termocentralet bërthamore dhe hidroelektrike parashikohet të sigurojnë rreth 15% të konsumit të energjisë deri në 1990. Kjo do të thotë se rreth 40% e konsumit të energjisë në botë do të mbetet në pjesën e naftës. Sidoqoftë, të gjitha këto burime alternative do të kenë pak ose aspak ndikim në konsumin e transportit të naftës, përveç nëse trafiku i mallrave hekurudhor rritet dhe hekurudhat nuk elektrizohen plotësisht. Sidoqoftë, problemi i furnizimit me karburant për transportin e udhëtarëve dhe mallrave pa hekurudha mbetet. Ekzistojnë padyshim tre opsione të mundshme:
1) përdorimi i burimeve të karburantit fosil të ndryshëm nga nafta;
2) përdorimi i hidrokarbureve me një shkallë më të ulët të pastrimit;
3) përdorimi i hidrokarbureve sintetike të lëngëta.
Opsioni 1 shoqërohet me vështirësi të shumta, ndër të cilat nuk janë vendi i fundit merr sigurimin e një ekuivalenti të energjisë prej 795 milion ton naftë, që arrin në 4-1018 J. Për të siguruar këtë ekuivalent, kërkohet një ritëm i shpejtë jorealist i zhvillimit të industrisë së lëndëve djegëse fosile të ngurta dhe të gazta. Në të ardhmen e afërt, është e mundur të rritet prodhimi i këtyre lëndëve djegëse në impiantet ekzistuese, dhe megjithëse kjo do të ndihmojë në zgjidhjen e problemit, do të lindë një problem tjetër - si t'i përdorim këto lëndë djegëse në motorët modernë.
Për termocentralet me furnizim të jashtëm me nxehtësi, siç janë motorët Stirling dhe motorët me avull, nuk do të ishte e vështirë. Problemi mund të zgjidhet në thelb për një turbinë të fuqishme me gaz të palëvizshëm. Motorët e tjerë në shqyrtim nuk janë aq të lehtë për t'u përshtatur lëndë djegëse alternative, e cila mund të shihet nga tabela. 1.16, ku shenja X tregon mundësinë e përdorimit të këtij karburanti, shenja OX tregon një mundësi problematike të një përdorimi të tillë, dhe një vijë nënkupton që karburanti nuk mund të përdoret.
Tabela 1.16. Përshtatja e motorëve me lloje të ndryshme të karburantit
Aviacionit
Lloji i karburantit GZB SZB Diesel Gas
Me bazë qymyri
TOC o "1-3" h z Përzierje e pluhurit të thëngjillit dhe mbetjeve - - - - ОХ
Gjiri i distilimit të vajit
Një përzierje e pluhurit të thëngjillit dhe metanolit - - - ОХ
Lëndët djegëse të lëngëta me bazë qymyri
Benzina XX - -
Përzierje naftë dhe - X - X
Karburantet jet
Naftë e rëndë (mazut) - - X
Karburant shist argjilor
Benzina XX - X
Përzierja e karburantit me naftë dhe X - X
Karburant i bazuar në naftë - - mbeturina X XX
Metanoli XX XX
Hidrogjeni XX XX
Metani XX XX
Të dhënat e tabelës. 1.16 tregon se situata nuk është shumë inkurajuese dhe duket se nuk ka shumë kohë për përmirësim në rastin e opsionit 1.
Opsioni 2 mori një mbështetje në shtypin popullor, por numri i oktanit dhe cetanit i hidrokarbureve të tilla janë të pamjaftueshme për punë e besueshme motorët ekzistues. Edhe nëse këta motorë mund të përshtaten për të punuar me këto lëndë djegëse, kursimet e energjisë nuk do të jenë aq të rëndësishme sa duket në shikim të parë. Shtë vlerësuar se kur përdorni hidrokarbure më pak të rafinuara, kursimet
Energjia do të jetë jo më shumë se 3.8%, dhe pasi përdorimi i lëndëve djegëse të tilla do të ndikojë negativisht kostot për njësi karburantit dhe për përmbajtjen e emetimeve në atmosferë, ky opsion gjithashtu nuk është një zgjidhje për problemin.
Kështu, opsioni i vetëm që mbetet është prodhimi i hidrokarbureve sintetike të lëngshëm, domethënë hidrokarbure të marra jo nga vaji fosil, por, për shembull, nga qymyri, shist argjilor, rëra katrani. Disavantazhet e këtij opsioni përfshijnë konsumin e lartë të energjisë për procesin e marrjes së lëndëve djegëse sintetike. Për shembull, karburant i lëngshëm, e marrë nga thëngjilli, e krijuar veçanërisht për një motor ndezës pozitiv, humbet në procesin e prodhimit të tij deri në 40% të energjisë së përmbajtur në burimin nga i cili është marrë. Sidoqoftë, prodhimi i karburantit nga qymyri, i destinuar për motorin Stirling, nuk kërkon teknologji komplekse, dhe shumë më pak energji do të shpenzohej për prodhimin e një karburanti të tillë. Nga sa më sipër rrjedh se për të llogaritur efikasitetin e përgjithshëm termik të një instalimi që funksionon në karburant sintetik, është gjithashtu e nevojshme të merret parasysh efikasiteti i shndërrimit të formës origjinale të energjisë në formën e saj të përshtatshme për përdorim në këtë instalim. Rezultatet e llogaritjeve të tilla janë paraqitur në tabelë. 1.17.
Tabela 1.17. Efikasiteti termik, që karakterizon shndërrimin e energjisë që përmban burimi i karburantit, në punë e dobishme në daljen e motorit
Karburantet sintetike
Efikasiteti Motori i përgjithshëm, Efikasiteti,
Vaj shisti
Turbina me gaz SZB
Motori i pastër
Bazuar në këto rezultate, Opsioni 3 duket të jetë më tërheqës, me përjashtim të faktit se të gjithë motorët premtues për të cilët janë arritur rezultate të kënaqshme - motorët me ndezje pozitive dhe me shtresa, motorë me naftë me motor turbo, motorë Stirling dhe turbina me gaz - kërkojnë investime të konsiderueshme kapitale për prodhimin në vëllime që sigurojnë përfitimin e tyre. Në versionin e modifikuar 3, konsiderohet mundësia e përdorimit të përzierjeve të djegshme të përbëra nga karburant sintetik dhe benzinë të marra nga nafta. Një përzierje e tillë është testuar në kushtet e funksionimit - gasohol (10% etanol i marrë nga lëndët e para të grimcuara dhe 90% benzinë pa plumb). Rezultatet e testit treguan se kjo përzierje ka veti që janë pothuajse identike me ato të benzinës që përbën bazën e saj, dhe siguron pothuajse të njëjtën performancë të motorit si benzina, dhe një potencial energjie pak më i ulët për njësi vëllimi të përzierjes mbivendoset me më të lartën e tij numri i oktanit... Ju gjithashtu mund të përdorni përzierje të benzinës dhe metanolit.
Përdorimi i përzierjeve, megjithatë, vetëm pak do të zvogëlojë ashpërsinë e problemit të importit të naftës, përkatësisht në proporcion me përqindjen e karburantit sintetik në përzierje. Në të njëjtën kohë, investimi kapital i kërkuar për të ndërtuar fabrika që prodhojnë sasi relativisht të vogla të përzierjeve të tilla do të tejkalonte kapacitetin e vendeve të vogla dhe madje shumë kompanive shumëkombëshe. Për shembull, vlerësohet se prodhimi i 17.2 milion ton / vit ftohje me gaz deri në 1990 (me fjalë të tjera, vetëm 2% e kërkesës totale për hidrokarbure të lëngëta) do të kërkonte të paktën 10 miliardë dollarë. Ky llogaritje u krye për një përzierje e etanolit me benzinë në një raport prej 5: 95, kështu që sasia totale e vajit të konsumuar do të ulet me një sasi të barabartë me 5%të 2%, domethënë me 0.1%. Duke marrë parasysh çmimet aktuale për produktet e naftës, një ndërtim i tillë do të kushtojë 20 herë më shumë se blerja e sasisë përkatëse të naftës.
Nga ajo që është thënë rrjedh se, megjithëse nevoja detyron kërkimin e burimeve alternative të karburantit, do të kërkohen investime të mëdha që këto burime të jenë në gjendje të kenë të paktën një efekt në strukturën e konsumit të karburantit deri në fund të tremujorit të parë të shekullit të ardhshëm, veçanërisht lëndët djegëse sintetike. Të rënda karburantet e naftës dhe qymyri mund të ketë një efekt në strukturën e konsumit të karburantit nga termocentralet e palëvizshëm, të vegjël dhe fuqi e lartë... Për termocentralet e transportit, e vetmja rrugëdalje është zvogëlimi i konsumit të karburantit, dhe kjo vlen jo vetëm për makinat, por edhe për anijet detare, ku 72% e termocentraleve në bord janë motorë me naftë. Reduktimi i normave të konsumit të karburantit, siç u përmend tashmë, zgjidh vetëm pjesërisht problemin: motorët me konsum dukshëm më të ulët të karburantit do të kenë një ndikim më të madh në zgjidhjen e problemit të kursimit të energjisë, veçanërisht nëse ata janë në gjendje të veprojnë në lloje të ndryshme të karburantit. Motori Stirling e ka demonstruar atë tashmë fazën e tanishme zhvillimin e tij, mund të sigurojë kursime të konsiderueshme të karburantit. Sidoqoftë, duke pasur parasysh intensitetin e kërkimit dhe zhvillimit të vazhdueshëm, këto kursime mund të jenë edhe më të mëdha. Ford parashikoi deri në fund të programit të tij të punës të motorit Stirling që me një nivel besimi 73%, mund të pritet një ulje e konsumit të karburantit prej 38% dhe një ulje 81% me një nivel besimi 52%.
Ndoshta të gjithë pyesin veten për efikasitetin (Koeficienti i Efikasitetit) të një motori me djegie të brendshme. Në fund të fundit, sa më i lartë ky tregues, aq më efikas funksionon. njësi energjie... Më efektive në ky moment konsiderohet koha tip elektrik, efikasiteti i tij mund të arrijë deri në 90 - 95%, por për motorët me djegie të brendshme, qofshin ato me naftë ose benzinë, është larg idealit, për ta thënë butë ...
Për të qenë i sinqertë, versionet moderne të motorëve janë shumë më efikas sesa homologët e tyre, të cilët u lëshuan 10 vjet më parë, dhe ka shumë arsye për këtë. Mendoni për veten tuaj para versionit 1.6 litra, ai prodhoi vetëm 60 - 70 kf. Dhe tani kjo vlerë mund të arrijë 130 - 150 kf. Kjo është një punë e mundimshme për rritjen e efikasitetit, në të cilën çdo "hap i vogël" jepet me provë dhe gabim. Sidoqoftë, le të fillojmë me një përkufizim.
Theshtë vlera e raportit të dy sasive, fuqia që furnizohet me boshtin e gungës të motorit me fuqinë e marrë nga pistoni, për shkak të presionit të gazrave që formohen nga ndezja e karburantit.
Me fjalë të thjeshta, ky është shndërrimi i energjisë termike ose termike, e cila shfaqet gjatë djegies së një përzierje karburanti (ajri dhe benzina) në energji mekanike. Duhet të theksohet se kjo tashmë ka ndodhur, për shembull, me termocentralet me avull - gjithashtu karburanti, nën ndikimin e temperaturës, shtyu pistonët e njësive. Sidoqoftë, instalimet atje ishin shumë herë më të mëdha, dhe karburanti në vetvete ishte i fortë (zakonisht qymyr ose dru zjarri), gjë që e bëri të vështirë transportimin dhe funksionimin, ishte vazhdimisht e nevojshme të "ushqehej" në furrë me lopata. Motorët me djegie të brendshme janë shumë më kompakte dhe më të lehta se motorët me avull, dhe karburanti është shumë më i lehtë për tu ruajtur dhe transportuar.
Më shumë për humbjet
Duke parë përpara, mund të themi me besim se efikasiteti i një motori benzine është në rangun nga 20 në 25%. Dhe ka shumë arsye për këtë. Nëse marrim karburantin në hyrje dhe e rillogarisim atë në përqindje, atëherë marrim një lloj "100% të energjisë" që transferohet në motor, dhe pastaj pasojnë humbjet:
1)Efikasiteti i karburantit ... Jo të gjithë karburantet digjen, një pjesë e vogël e tij largohet me gazra shkarkimi, në këtë nivel ne tashmë humbasim deri në 25% efikasitet. Sigurisht tani sistemet e karburantit po përmirësohen, është shfaqur një injeksion, por është larg idealit.
2) E dyta është humbja e nxehtësisë.dhe ... Motori nxehet vetë dhe shumë elementë të tjerë, të tillë si radiatorët, trupi i tij, lëngu që qarkullon në të. Gjithashtu, një pjesë e nxehtësisë largohet me gazrat e shkarkimit. E gjithë kjo është ende deri në 35% humbje e efikasitetit.
3) E treta janë humbjet mekanike ... N ON të gjitha llojet e pistoneve, shufrave lidhës, unazave - të gjitha vendet ku ka fërkime. Kjo gjithashtu mund të përfshijë humbjet nga ngarkesa e gjeneratorit, për shembull, sa më shumë energji të prodhojë gjeneratori, aq më shumë ngadalëson rrotullimin e boshtit të gungës. Sigurisht, lubrifikantët gjithashtu kanë ecur përpara, por përsëri, askush nuk ka arritur ende të mposhtë plotësisht fërkimin - një humbje tjetër prej 20%
Kështu, në fund, efikasiteti është rreth 20%! Sigurisht, ka mundësi të jashtëzakonshme nga opsionet e benzinës, në të cilat ky tregues është rritur në 25%, por nuk ka aq shumë prej tyre.
Kjo do të thotë, nëse makina juaj konsumon 10 litra karburant në 100 km, atëherë vetëm 2 litra prej tyre do të shkojnë drejtpërdrejt në punë, dhe pjesa tjetër janë humbje!
Sigurisht, ju mund të rrisni fuqinë, për shembull, duke e mërzitur kokën, shikoni një video të shkurtër.
Nëse ju kujtohet formula, rezulton:
Cili motor ka efikasitetin më të lartë?
Tani dua të flas për opsionet e benzinës dhe naftës dhe të zbuloj se cila prej tyre është më efikase.
Për ta thënë me fjalë të thjeshta dhe për të mos hyrë në xhunglën e termave teknikë, atëherë - nëse krahasojmë dy faktorë të efikasitetit - nafta është më efikase prej tyre, natyrisht, dhe ja pse:
1) Motor me gaz konverton vetëm 25% të energjisë në mekanike, por naftë rreth 40%.
2) Nëse pajiset tip nafte me turbocharged, ju mund të arrini një efikasitet prej 50-53%, dhe kjo është shumë domethënëse.
Pra, pse është kaq efektive? Simpleshtë e thjeshtë - pavarësisht nga lloji i ngjashëm i punës (të dyja janë njësi me djegie të brendshme), nafta e bën punën e saj shumë më efikase. Ka ngjeshje më të madhe dhe karburanti ndizet nga një parim tjetër. Ngrohet më pak, që do të thotë se ka kursime në ftohje, ka më pak valvola (kursime në fërkime), gjithashtu nuk ka spirale dhe qirinj të zakonshëm të ndezjes, që do të thotë se kostot shtesë të energjisë nga gjeneratori nuk kërkohen. Punon me rrotullime më të ulëta, nuk keni nevojë të rrotulloni boshtin e gungës në mënyrë të çmendur - e gjithë kjo e bën versionin me naftë një kampion në efikasitet.
Rreth efikasitetit të karburantit dizel
Nga një vlerë më e lartë e efikasitetit, efikasiteti i karburantit gjithashtu vjen. Kështu, për shembull, një motor 1.6 litra mund të konsumojë vetëm 3-5 litra në qytet, në kontrast me lloji i benzinës, ku shkalla e rrjedhës është 7 - 12 litra. Një motor nafte ka shumë, vetë motori është shpesh më kompakt dhe më i lehtë, si dhe më miqësor me mjedisin kohët e fundit. Të gjitha këto pika pozitive, arrihen për shkak të vlerës më të madhe, ekziston një lidhje e drejtpërdrejtë midis efikasitetit dhe ngjeshjes, shihni tabelën e vogël.
Sidoqoftë, pavarësisht nga të gjitha avantazhet, ai gjithashtu ka shumë disavantazhe.
Siç bëhet e qartë, efikasiteti i një motori me djegie të brendshme është larg idealit, kështu që e ardhmja është padyshim në opsionet elektrike- mbetet vetëm për të gjetur bateri efikase që nuk kanë frikë nga ngricat dhe mbajnë ngarkesë për një kohë të gjatë.