Энергетическое обследование энергоустановки на примере ДВС
Цели и задачи рационального использования топливно-энергетических ресурсов. Рассмотрены пути повышения эффективности использования ТЭР. Задачи энергетического обследования потребителей ТЭР. Представлена формула расчета минимального расхода энергии.
Рубрика | Физика и энергетика |
Вид | статья |
Язык | русский |
Дата добавления | 09.04.2019 |
Размер файла | 17,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
2
2
Энергетическое обследование энергоустановки на примере ДВС
Магистрант Чекед А.А.
Профессор Салова Т.Ю.
ФГБОУ ВО СПбГАУ
Санкт-Петербург, Россия
Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов (далее - ТЭР) на энергоустановках является одним из важных способов повышения эффективности их работы. Потенциал энергосбережения энергоустановок отличается существенно и может быть представлен следующими минимальными соотношениями:
? по тепловой энергии - 15-25%;
? по электрической энергии - 10-20%.
Повышение эффективности использования ТЭР можно добиться следующими путями:
? модернизацией технологических процессов, что требует значительных затрат и зачастую имеет большой срок окупаемости;
? реконструкцией систем энергоустановки, что позволяет в меньшей степени совершенствовать технологические процессы, но в тоже время, такой метод менее затратный с финансовой точки зрения.
Независимо от выбранного направления для любой системы энергоустановки целесообразно разрабатывать комплексные программы энергосбережения ТЭР. Созданию таких программ способствует проведение энергетического обследования.
Энергетическое обследование - это обследование потребителей топливно-энергетических ресурсов с целью установления показателей эффективности их использования и разработки экономически обоснованных мер по их выполнению, с целью снижения затрат потребителей на топливо [1].
Основными задачами энергетического обследования являются:
? определение энергетических характеристик энергоустановок и протекающих в них процессов;
? выявление и анализ причин потерь энергии при эксплуатации энергоустановок;
? анализ характеристик систем и их влияние на экологию;
? повышение надежности энергоустановки [2].
Основным параметром эффективности любой системы и в целом энергоустановки является теоретическая энергоёмкость, которая рассматриваться, как минимальная потребность в энергии для получения единицы результата Qуд. За выбранный промежуток времени при получении определенного объёма результата R, определяется теоретически минимальный расход энергии на его получение по следующей формуле [3]
Qэтп =Qуд R
В настоящее время растущие требования к экологичности и экономичности производимых двигателей внутреннего сгорания (далее - ДВС) становятся наиболее эффективным способом борьбы за рынки сбыта продукции, использующей ДВС в качестве силового агрегата.
Однако резервы совершенствования ДВС традиционными высокотехнологичными способами практически использованы до предела, поэтому дальнейшее совершенствование требует новых решений.
Эти решения лежат не в области механики, где достигнуты коэффициенты полезного действия (далее - КПД) выше 0.9, а в области рабочих процессов двигателей, где КПД остается на уровне 0.25-0.53.
Такие решения на сегодня известны и связаны они с выделением в рабочем цикле ДВС сгорания в самостоятельный процесс.
Разделим работу ДВС на 2 процесса по принципу их разной природы и функционального назначения:
Первый и главный процесс - извлечение энергии топлива и превращение этой энергии в работу расширения газов. Степень его совершенства характеризуется индикаторным КПД, который учитывает потери всех химических, физических, термо-, гидро- и газодинамических процессов, происходящих в рабочих полостях двигателя. У современных ДВС этот КПД лежит в диапазоне 0,25ч0,53.
Второй процесс - преобразование энергии расширения газов в механическую энергию. Чистая механика. Задачей этого процесса является вывод механической энергии из ДВС, а степень его совершенства характеризуется в большей степени механическим КПД. Механический КПД зависит от форсированности рабочего цикла. Чем форсированнее цикл, тем меньшую относительную долю составляют его механические потери в балансе мощностей, тем выше его механический КПД. В механические потери также входят затраты мощности двигателя на газообмен и на обслуживающие двигатель агрегаты: топливный и масляный насосы, систему охлаждения и др. Механический КПД в лучших вариантах ДВС превышает 0,9.
В части уменьшения потерь двигателя на трение эффективным способом является переход от 4-х тактного цикла к 2-х тактному. В 4-х тактном цикле двигатель половину времени работает как поршневой воздушный насос, обеспечивающий газообмен (такты впуска и выпуска). В 2-х тактных двигателях эту работу чаще всего выполняет специальный агрегат - продувочный компрессор с механическим приводом от коленчатого вала двигателя. Размер этого агрегата в десятки раз меньше двигателя. Поэтому переход на 2-х тактный цикл позволяет значительно уменьшить размеры и вес двигателя.
Другим эффективным способом повышения механического КПД двигателя является применение турбонаддува. Использование теряемой с отработавшими газами энергии для привода турбокомпрессора позволяет уменьшить потери двигателя на газообмене, а в некоторых случаях даже превратить газообмен в дополнительную полезную работу.
Турбонаддув активно применяется как в 4-х тактных, так и в 2-х тактных двигателях. Еще одним способом, снижающим потери на газообмене и улучшающим очистку и наполнение цилиндров, является управление фазами газообмена. энергетический топливный обследование
Тем не менее, доля потерь на привод агрегатов и обеспечение газообмена в классическом ДВС, как правило, составляет порядка 4% от мощности двигателя. Отсюда вывод - увеличение механического КПД ДВС больше 0,96 проблематично.
Таким образом, можно сказать, что в механической части ДВС, больших резервов нет, а вот в рабочем цикле, где индикаторный КПД ДВС составляет всего лишь 0,25ч0,53, есть.
Для получения максимальной работы цикла, необходимо энергию уже сгоревшего топлива подвести в начале такта рабочего хода, а не в середине и не в конце. Поскольку теплота, подведенная в конце такта рабочего хода, уже не востребована и прямиком попадает в выхлопную трубу.
Резервы здесь, колоссальны. Потерянная энергия составляет 47%ч75% от энергии, которую может выделить топливо.
Потерянная энергия для разных типов двигателей и разных режимов их работы имеет разное деление на составляющие, но значения этих составляющих находятся в диапазонах, указанных ниже:
? потери от неполноты сгорания топлива 2%ч25%
? потери в систему охлаждения - 15%ч30%
? потери с отработавшими газами - 20% ч 55%
? потери от несвоевременности подвода тепла к циклу.
Потери энергии из-за неполноты сгорания топлива связаны в основном с крайне коротким для современного высокооборотного двигателя менее миллисекунды - периодом, в течение которого нужно обеспечить сгорание топлива. Условия сгорания после прохождения ВМТ такта рабочего хода ухудшаются - объем полости сгорания расширяется, из-за чего давление и температура газа имеют тенденцию к понижению, а площадь охлаждающих поверхностей, и, соответственно, потери тепла, увеличиваются.
Задача системы охлаждения энергоустановки заключается не только в охлаждении, но и в управлении температурами. Неравномерный или излишний отвод тепла, как и подвод, отражается на нормальной работе энергоустановки. Создание системы охлаждения - процесс трудоёмкий, требующий огромной исследовательской и конструкторской работы. При разработке такой системы необходимо учитывать напряжения и перемещения деталей от термических расширений и от газовых сил. Вся конструкция должна надежно функционировать при постоянно меняющихся режимах работы.
Тепло, образующееся при работе энергоустановки, необходимо отводить, по следующим причинам:
? высокие температуры поверхностей рабочей полости ДВС приводят к подогреву свежего заряда (воздуха или рабочей смеси), поступающего в цилиндр на такте впуска. От нагрева плотность заряда снижается. Чем меньше плотность заряда, тем меньше его масса, и, следовательно, меньше топлива можно сжечь. Значит, и меньше мощность;
? подогрев заряда на такте сжатия, когда температура поверхностей выше температуры заряда, заставляет его расширяться, а двигатель совершать лишнюю работу сжатия, которую смело можно отнести к потерям;
? подогрев заряда также приводит к росту максимального давления в цилиндре, а оно ограничено прочностью деталей;
? прочность деталей зависит от температуры. С ростом температуры прочность материалов снижается.
Первый метод решения проблемы - уменьшить теплообмен рабочего тела с ограничивающими его поверхностями за счет материалов или создания пограничных условий, препятствующих теплообмену. Реализовать такой метод чрезвычайно сложно с технической точки зрения.
Второй метод - уменьшить сами поверхности теплообмена. И здесь есть два давно известных и используемых решения. Первое решение вытекает из законов геометрии. Газ, содержащий тепло, занимает объем, а теплообмен определяется площадью поверхности, которая ограничивает этот объем. Объем - это кубическая величина, и с увеличением прирастает в третьей степени, в то время как площадь - квадратичная величина, и прирастает во второй степени. Таким образом, с увеличением размеров цилиндров двигателя отношение поверхности к объему уменьшается, и относительные тепловые потери также уменьшаются. Отсюда вывод: двигатель с одним цилиндром будет иметь меньшие тепловые потери, чем с шестью цилиндрами и тем же суммарным рабочим объемом. Просто потому, что поверхности теплообмена уменьшатся.Второе решение этой задачи - уменьшение количества контактирующих с газом поверхностей. Это возможно, например, в схеме, когда в одном цилиндре располагаются два поршня, движущиеся навстречу друг другу. Рабочая полость здесь находится между поршнями. Как понятно из описания, здесь отсутствуют две головки цилиндров. Нет головок - нет поверхностей теплообмена. Такие двигатели работают по двухтактному циклу, а газообмен у них осуществляется с помощью продувочного насоса через окна в районах нижних (еще их называют наружными) мертвых точек поршней. Продувка называется прямоточно-щелевой и является самой эффективной из всех применяющихся в ДВС. Схема эта классическая, известна много лет и широко применяется. Таким образом, показанные здесь резервы - укрупнение цилиндров с одновременным уменьшением их количества и сокращение контактирующих с газом поверхностей за счет конструктивной схемы двигателя - наиболее перспективные способы в борьбе за мощность и экономику.
Потери с отработавшими газами возникают по большей части из-за несвоевременности подвода тепла и недостаточности хода поршня для полного расширения газов до атмосферного давления. Эта энергия может быть использована для привода турбин компрессоров наддува двигателей, реже - еще и для привода дополнительных силовых турбин, отдающих мощность на выходной вал. Во всех этих случаях двигатели называются уже не поршневыми, а комбинированными.Срабатывание этой энергии в дополнительных силовых турбинах транспортных машин усложняет и удорожает силовую установку из-за необходимости использования редукторов с большим понижающим числом, а также дополнительных узлов защиты от разрушения из-за резко изменяющихся оборотов коленчатого вала, а вот в гибридных схемах, где режимы двигателя достаточно стабильны и отсутствуют ударные нагрузки, применить силовую турбину проще - еще один резерв.
Потери от несвоевременности подвода тепла, связаны с неэффективным использованием полученного тепла. Чем позже после ВМТ рабочего хода подведено тепло, тем меньше оно используется, тем больше его попадает в трубу с отработавшими газами. Для получения максимальной работы все тепло должно быть подведено в ВМТ перед тактом рабочего хода, ни раньше - увеличится отрицательная работа сжатия, ни позже- уменьшается эффективность расширения. Но для этого сжечь топливо надо в ВМТ.
Дополнительно к рассмотренным выше способам повышения эффективности рабочего цикла можно назвать следующие: форсирование за счет наддува и промежуточного охлаждения надувочного воздуха, управление степенью сжатия двигателя и рециркуляцию отработавших газов. Все эти способы известны достаточно давно и, за исключением изменения степени сжатия, применяются в серийно выпускаемых двигателях. То есть их применение можно отнести к достигнутому на сегодня уровню эффективности ДВС [4].
Таким образом, представленные материалы в настоящей статье подтверждают необходимость проведения энергетического обследования энергоустановок, в частности, такой силовой установки, как ДВС.
Кроме того, можно утверждать, что энергетическое обследование необходимо воспринимать, как первый шаг к оптимизации, модернизации существующей, а также к проектированию и разработке новой энергоустановки.
Литература
1. Правила проведения энергетических обследований организаций. Утв. первым зам. министра Минтопэнерго РФ В. И. Оттом 25.03.98.
2. Губин В. Е. Малоотходные и ресурсосберегающие технологии в энергетике / В. Е. Губин, С. А. Косяков. - Томск : Изд-во НТЛ, 2002. - 252 с.
3. Гулин С.В., Пиркин А.Г. Основы энергетического менеджмента и энергоаудита в аграрном секторе экономики. Учебно-методическое пособие. СПб.: СПбГАУ. 2011-85с.
4. Митрофанов С.В. О ДВС, его резервах и перспективах развития глазами специалиста. http://rtc-ec.ru/.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Рациональное использование топливно-энергетических ресурсов. Основные причины большого потребления топливно-энергетических ресурсов на предприятиях пищевой промышленности, пути сбережения тепловой энергии. Использование вторичных энергоресурсов.
реферат [98,2 K], добавлен 11.02.2013Законодательные основы, задачи и признаки энергетического обследования. Объект и периодичность энергоаудита, оформление его результатов. Содержание энергетического паспорта. Итоги, проблемы и перспективы проведения обязательного энергообследования в РФ.
реферат [32,4 K], добавлен 28.09.2013Количественная характеристика и особенности топливно-энергетических ресурсов, их классификация. Мировые запасы, современное состояние, размещение и потребление энергетических ресурсов в мире и в России. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии.
презентация [22,1 M], добавлен 31.01.2015Анализ состояния топливно–энергетического и нефтегазового комплекса России. Потенциал топливно-энергетических ресурсов и доля углеводородного сырья в структуре топливно-энергетического баланса страны. Динамика добычи и потребления углеводородного сырья.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 25.03.2012Характеристика видов и классификации топливно-энергетических ресурсов или совокупности всех природных и преобразованных видов топлива и энергии. Вторичные топливно-энергетические ресурсы - горючие, тепловые и энергоресурсы избыточного давления (напора).
контрольная работа [45,8 K], добавлен 31.01.2015Основные способы организации энергосберегающих технологий. Сущность регенерации энергии. Утилизация вторичных (побочных) энергоресурсов. Системы испарительного охлаждения элементов высокотемпературных печей. Подогрев воды низкотемпературными газами.
доклад [110,9 K], добавлен 26.10.2013Технологический процесс производства столярных изделий. Обеспечение бесперебойного снабжения организации всеми видами энергии. Расчет расхода топлива. Контроль на предприятии за обеспечением надлежащего технического состояния энергетического оборудования.
курсовая работа [43,2 K], добавлен 29.02.2016Назначение и порядок проведения энергетического обследования. Анализ мощности осветительных установок, времени использования и качества светильников, расчет расхода электроэнергии на освещение в здании. Пример модернизации осветительной установки.
дипломная работа [2,8 M], добавлен 28.06.2011Распределение энергии в ее различных видах и формах. Понятие топливно-энергетического комплекса. Нефтяная, угольная и газовая промышленность. Основные способы экономии нефтепродуктов. Роль нефти и газа в современном топливно-энергетическом балансе.
презентация [2,4 M], добавлен 05.06.2012Институт саморегулирования как правовое явление. История и зарубежный опыт саморегулирования, развитие этой сферы в России. Статус организаций такого рода. Понятие, цели и виды энергетического обследования, порядок проведения. Энергетический паспорт.
курсовая работа [43,2 K], добавлен 27.03.2016Потребление водяного пара и тепловой энергии предприятием. Расчёт нагрузок на системы обогрева и хозяйственно-бытового горячего водоснабжения. Система менеджмента для эффективного использования топливно-энергетических ресурсов предприятия г. Бобруйск.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 08.01.2014Энергосберегающая технология как новый или усовершенствованный технологический процесс, характеризующийся более высоким коэффициентом полезного использования топливно-энергетических ресурсов. Подходы к разработке и реализации, оценка эффективности.
презентация [1,1 M], добавлен 23.12.2012Задачи, роль, задачи и структура энергетического хозяйства предприятий машиностроения. Планирование потребности предприятия в энергии различных видов. Направления совершенствования работы энергетического хозяйства и его технико-экономические показатели.
контрольная работа [105,9 K], добавлен 27.10.2013Понятие энергоаудита, его сущность и порядок проведения, основные цели и задачи в работе предприятия. Решение формальных задач энергетического обследования с помощью энергоаудита. Методика и этапы, значение проведения энергоаудита на гидроэлектростанции.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 12.05.2009Значение и основные задачи энергетического хозяйства на предприятии, специфические черты и структура. Характеристика энергетических цехов предприятия. Порядок планирования производства и потребления энергоносителей. Нормирование и учет энергоресурсов.
контрольная работа [45,7 K], добавлен 02.10.2009Мировой рынок энергоресурсов. Значение топливно-энергетического комплекса в мировом хозяйстве. Состав топливно-энергетического комплекса. Роль топливно-энергетического комплекса РФ в мировом хозяйстве. Структура топливно-энергетического комплекса.
контрольная работа [28,4 K], добавлен 20.07.2008Задачи нормативно-правовой базы энергосбережения. Критерии энергетической эффективности. Действующие законы и акты. Функции контроля и надзора за эффективным использованием топливно-энергетических ресурсов в России. Взаимодействие экономики и энергетики.
реферат [36,7 K], добавлен 18.09.2016Реформирование экономики России. Теоретическое обоснование эффективности энергосбережения. Экономия топливно-энергетических ресурсов – важнейшее направление рационального природопользования. Основные этапы разработки программы энергосбережения.
реферат [24,6 K], добавлен 27.10.2008Запасы топливных ресурсов региона и основные проблемы их использования. Динамика и перспективы развития топливно-энергетического комплекса Дальневосточного региона за 2000-2010 гг. Освоение углеводородных богатств Восточной Сибири и Дальнего Востока.
реферат [722,2 K], добавлен 14.11.2012Определение напора и расхода воды для гидроэлектростанции, диаметра рабочего колеса, частоты вращения турбины, высоты всасывания и подбор генератора. Расчет энергетических и конструктивных параметров комбинированной ветроэлектрической энергоустановки.
курсовая работа [166,2 K], добавлен 26.12.2015