Разное

Агрегаты газопоршневые: Газопоршневые установки, электростанции, станции

- от alexxlab - Комментировать

Содержание

Газопоршневые электростанции по доступной цене

Объект выработки электрической и тепловой энергии, укомплектованный, компактный и эффективный, называется газопоршневой электростанцией от компании “Энергодеталь” в Москве и СПб. ГПЭС функционирует на основе газопоршневого ДВС и генератора переменного тока — так называемой ГПУ. Основным отличием от других электростанций является вид топлива, на котором работает газопоршневая установка (ГПУ) – это газ, который в cd. Он может быть природным, попутным и биогаз.

Купить газопоршневую электростанцию

Двигатель работает на природном газе или другом аналогичном топливе. Принцип работы станции, вырабатывающей сразу 2 ресурса: электроэнергию и тепло, — называется когенерацией. У газопоршневой станции есть возможность получения другого дополнительного ресурса — холода. Этот процесс получил название тригенерация. В основе газопоршневой электростанции — газовый двигатель, который соединен на одном валу и установлен на одной раме с источником переменного тока — генератором. Установка оснащена дополнительными элементами для нормальной работы. При конструировании установок применяются последние научные открытия, поэтому стоит купить газопоршневую электростанцию у нас с доставкой не только в Москве и СПб, но и в другие регионы России. Газопоршневая электростанция, цена ГПЭС в комплекте, по требованию заказчика, монтируется внутри контейнера или в помещении, стационарно. Чтобы обеспечить необходимые условия работы ГПУ и требования нормативно-технических документов, электростанцию снабжают дополнительными системами и оборудованием, но это не сильно сказывается на цене газопоршневой электростанции. Для инженерного обеспечения и безопасности применяются системы:

  • снабжения топливом;
  • удаления дыма;
  • вентиляции;
  • утилизации тепла;
  • автоматики;
  • электромеханики;
  • пожарной сигнализации и тушения пожара и т.д.

Стоимость меняется от этого несильно.

Заказать газопоршневую электростанцию

Рассмотрим, как работает газопоршневая электростанция. Горючий газ нужной консистенции поступает в двигатель. При сжигании топлива появляется механическая энергия, передаваемая через общий вал и преобразуемая в электроэнергию обычных параметров, посредством генератора. Через кабельные линии электроэнергия поступает в распределительную систему предприятия того, кто заказал газопоршневую электростанцию. Газопоршневые электростанции (ГПЭС) – это комплектные, компактные, и энергоэффективные установки, позволяющие вырабатывать электрическую и тепловую энергию. На 1 кВт выработанного электричества ГПЭС позволяет получит 1,2 кВт тепла. Вы можете заказать ГПУ в компании «Энергодеталь». Для ГПЭС используется топливо: трубопроводный природный газ, сжиженный природный газ, пропан-бутан, биогаз. ГПУ могут работать на двух видах топлива. На основе ГПЭС проектируются когенерационные системы (два вида энергии: электричество и тепло) и установки тригенерации (электричество, тепло, холод). Мы можем поставить для нашего заказчика, как стационарную, так и блочно-модульную (контейнерную) мини-ТЭС любой мощности. Единичная мощность одного газопоршневого агрегата от 300 до 2000 кВт. Энергодеталь является официальным дистрибьютором компании SIEMENS и предлагаем заказчикам большой ассортимент ГПЭС различной электрической и тепловой мощности от этого производителя.

Производство газопоршневых электростанций

Производство газопоршневых электростанций является одним из направлений компании «Энергодеталь». Заказать ГПЭС всегда можно на нашем сайте. Мы можем собрать для нашего заказчика, блочно-модульную газопоршневую электростанцию любой мощности из отдельных транспортабельных блоков полной заводской готовности. Единичная мощность одного блока,от 300 до 2000 кВт по электрической мощности. Для ГПЭС используется топливо: трубопроводный природный газ, сжиженный природный газ, пропан-бутан, биогаз. Газопоршневые установки могут работать на двух видах топлива. Все оборудование для ГПЭС сертифицировано.  Качество двигателей и взаимозаменяемость узлов позволяет обеспечить длительную и надежную работу по обеспечению электричеством и теплом различных объектов. Покупая газопоршневые установки у компании «Энергодеталь», вы получите:

  • оптимальные цены;
  • короткие сроки поставки;
  • консультации профессионалов;
  • монтаж и обслуживание;
  • гарантийное и плановое сервисное обслуживание.

Одним из наиболее выгодных и надежных вариантов решения вопроса автономного энергоснабжения являются ГПЭС Siemens. На основе этих ГПЭС проектируются когенерационные системы (два вида энергии: электричество и тепло) и установки тригенерации (электричество, тепло, холод). Показания для применения газопоршневой электростанции на Вашем объекте:

  • Нет центральных электрических сетей. Доступно газовое топливо.
  • Дорогостоящие технические условия на присоединение к электрическим сетям. Рядом есть газопровод.
  • Производство с высокой долей энергоносителей в себестоимости продукции. Есть техническая возможность подачи газа.

В зависимости от режима загрузки оборудования мини-ТЭС, ее срок окупаемости может быть не более 3 лет. Если нет возможности построить газопоршневую электростанцию за счет собственных средств, компания «Энергодеталь» рассчитает лизинг газопоршневой электростанции. Если вам необходимо купить газопоршневую электростанцию, обращайтесь к нам. Оставляйте заявку на сайте компании «Энергодеталь» или звоните по телефонам: +7 (812) 209-08-50 по СПб, +7 (495) 558-26-60 по Москве, 8 (800) 505-21-07 по России (бесплатно).

Газопоршневой агрегат газопоршневой электростанции Custoku

Газопоршневой агрегат — основной элемент газопоршневой установки и состоит из газопоршневого двигателя и систем, которые обеспечивают надежную и бесперебойную работу станции. Описание систем приведены ниже.

Топливная аппаратура газопоршневого агрегата

Топливная аппаратура газового агрегата содержит газовую рампу, которая осуществляет очистку газа от механических примесей и снижает давление газа до необходимого уровня. Смеситель топливной системы смешивает газ с воздухом в заданной пропорции, а дросельная заслонка регулирует подачу газовоздушной смеси в двигатель в зависимости от нагрузки на электростанцию. Топливная аппаратура может быть настроена специальным образом на магистральный природный газ на основе метана, на сжиженный газа из смеси пропана и бутана и на любой другой низкокалорийный биогаз, пиролизный или генераторный газ.

Охлаждение газопоршневого агрегата

Для предотвращения перегрева и поддержания нужной температуры газопоршневого двигателя в агрегате предусмотрена система охлаждения, включающая в себя радиатор с вентилятором, комплект патрубков и биметаллический клапан для автоматического поддержания температуры. Конгтур охлаждения заполнен охлаждающей жидкостью. При повышении определенной температуры охлаждающей клапан направляет поток горячей охлаждающей жидкости в радиатор для принудительного охлаждения.

Вместо радиатора к газопоршневой электростанции может подсоединяться система утилизации тепла, которая через водяной теплообменник забирает избыточное тепло из охлаждающей жидкости.

Выхлопной тракт газопоршневого агрегата

Система отвода выхлопных газов предназначена для вывода горячих газов из помещения и понижения уровня шума. Уменьшение шума осуществляется путем включения в выхлопной коллектор глушителя шума. Между газопоршневым двигателем и коллектором отвода выхлопных газов устанавливается гибкий металлический сильфон газовый, который предотвращает передачу вибрации от газопоршневого агрегата на выхлопной тракт и конструкции крепления выхлопного коллектора и глушитель двигателя.

Воздушная система газопоршневого агрегата

Для работы газового двигателя требуется холодный воздух и воздух очищенный. Функцию очищение воздуха выполняют сменные воздушные фильтры. Для охлаждение воздуха и создания избыточного давления используется специальная турбина турбонаддува.

Электрическая часть газопоршневого агрегата

Электрическая часть включает в себя электрогенератор заряда аккумулятора, регулятор напряжения, электрический стартер, контроллер зажигания и электронный регулятор оборотов двигателя.

Газопоршневые агрегаты (ГПА)

 
               

Использование принципа когенерации позволяет потребителю застраховаться от перебоев в снабжении электроэнергии или ее недостатка при одновременном автономном теплообеспечении. Кроме того, строительство газопоршневой электростанции дает значительный экономический эффект – снижение затрат на тепло и электроэнергию до 2,8 раза.

Группа компаний «ЭнергоРосСтрой» осуществляет поставки газопоршневых агрегатов (ГПА) от ведущих мировых производителей MWM (бывший Deutz), Caterpillar и Wilson.

Специалисты ГК  «ЭнергоРосСтрой» в зависимости от индивидуальных требований заказчика изготовят установки для газопоршневой электростанции как в блочно-модульном исполнении, так и стационарно с проектной привязкой к уже существующему зданию или объекту. Возможен вариант размещения станции в быстровозводимых зданиях из легких металлоконструкций.

Основные технические характеристики газопоршневых агрегатов от группы компаний «ЭнергоРосСтрой»:
• энергетическая мощность: от 100 КВт до 5 МВт;
• переменный трехфазный ток частотой 50 Гц, напряжением 0,4; 6,3; 10,5 кВ;
• количество газопоршневых установок в комплекте – по желанию заказчика.

Газопоршневые электростанции от группы компаний «ЭнергоРосСтрой» работают в следующих режимах:
• автономно
• параллельно (две и более газопоршневых установок)
• параллельно с сетью

В качестве топлива для газопоршневых электростанций от группы компаний «ЭнергоРосСтрой» используется природный газ по ГОСТ 5542-88 и попутный газ нефтяных месторождений.

Наши газопоршневые установки создают следующий уровень шума:
• 100-109 Дб – при открытом исполнении на раме,

• 70 Дб – с применением шумоизолирующего кожуха.

Как сравнивать газопоршневые установки

Данный материал предназначен специалистам, перед которыми стоит задача — провести сравнение электростанций двух и более различных производителей, каждый из которых предлагает свои стандарты и правила сравнения. Исследование не отвечает на вопрос о том, какой же из производителей лучше, однако с помощью опубликованных стандартов и подходов можно найти наиболее приемлемый вариант для каждого отдельно взятого объекта.

Часть первая — сравнение производителей разных категорий

На рынке газопоршневых установок присутствуют предложения совершенно разного уровня исполнений. Перед тем, как начинать анализ цен на оборудование, необходимо понимать, к какой категории качества и уровня относится то или иное решение.

Ни один потребитель не заинтересован в приобретении «голой» газопоршневой электростанции, в первую очередь любого заказчика интересует комплексное решение, включающее основное и вспомогательное оборудование, и именно о таких решениях пойдёт речь.

Группа №1 — «родная» заводская сборка

В настоящее время существует лишь несколько заводов, производящих комплексные решения, начиная непосредственно от газового двигателя. В такие решения включены и газопоршневые электростанции, и дополнительное оборудование, системы утилизации тепла, управление, охлаждение — словом всё то, что необходимо для работы объекта в целом. Таких заводов не так уж и много — Jenbacher, Siemens, MWM, Wartsila и некоторые другие. Именно такие компании имеют наибольший опыт в производстве комплексных решений, так как они производят их с самого начала, с газового двигателя, и наилучшим образом понимают все нюансы работы оборудования. Именно они больше всего заботятся о качестве своих решений и самых позитивных отзывах от конечного заказчика.

Группа №2 — Сторонние пакетировщики

Европейские компании, которые перекупают двигатели или генераторные установки у указанных выше заводов и доукомплектовывают их на своё усмотрение. Кроме перекупки двигателей эти компании оказывают услуги пакетирования тем заводам, которые могут производить двигатели, но не имеют опыта или возможности делать полноценное решение, например, Doosan, Caterpillar, Perkins. На наш взгляд продукция этой группы уступает по качеству «родной» заводской сборке. Кроме этого нужно учитывать, что в один день пакетировщик покупает одни двигатели, а в другой — иные. Ожидать полноценной поддержки и наличия запчастей, наверное, не стоит.

Рассматривая продукцию этой категории отдельно нужно учесть, что существует два типа газопоршневых двигателей:

  1. Двигатели, изначально разработанные для работы на газу
  2. Двигатели, переделанные из дизельных двигателей, путем замены системы воспламенения и подачи топлива.

Группа №3 — Российские сборщики

Самая спорная категория. К сожалению, в России ряд интеграторов покупают газопоршневые двигатели сомнительного происхождения — БУ или восстановленные. Далее по своему усмотрению собирают вокруг них комплексную теплоэлектростанцию на любом, по своему усмотрению, оборудовании. В ход могут идти китайские комплектующие или устройства, снятые с других электростанций. Нам известны случаи, когда клиент только после поломки ГПУ, купленной у Российского интегратора, узнавал о том, что двигатель уже был в ремонте и является восстановленным.

Казалось бы, такая большая разница делает невозможным сравнение электростанций разной категории между собой. Однако это не так — разделив стоимость на показатель качества, можно определить «приведенную цену». К примеру первую категорию разделить на 100%, вторую — на 85% а третью — на 70%. И производить сравнение уже «приведенных» цен, отражающих не только фактическую стоимость оборудования, но и учитывающих «поправку на качество».

Часть вторая — сравнение в одинаковых условиях

Правило №1 — сравнение расхода топлива при одинаковой калорийности

Проводя сравнение любых производителей, на второе место выходит такой вопрос как расход газа (на первом, естественно, остаётся вопрос стоимости). Однако следует помнить, что газообразное топливо в зависимости от региона и условия поставки может иметь разную калорийность. Соответственно, чем выше калорийность (теплотворная способность) газа, тем меньший объем этого газа потребуется на производство 1 кВт*ч электроэнергии.

Калорийность газа (традиционно измеряется в килокалориях), внутренняя энергия и его теплотворная способность (традиционно измеряется в мегаджоулях) жестко связаны по формуле:

1000 kcal = 4.1868 MJ = 1.163 кВт*ч

Это означает, что 1 нм3 газа с калорийностью 1000 kcal содержит в себе 4,1868 мегаджоулей энергии, или 1,163 кВт/ч.
Пропорциональным образом выясняем, что 1 нм3 газа с калорийностью 8000 kcal содержит в себе 33,4944 MJ энергии, или 9,304 кВт/ч.

Внутренняя энергия 1 нм3 этого газа, равная 9, 304 кВт*ч, показывает, что если 1 нм3 этого газа (с калорийностью 8000 kcal) сгорает в камере сгорания газопоршневой электростанции, чей электрический КПД которой равен 39%, то в результате производится

9,304 * 0,39 = 3,6286 кВт*ч

Таким образом, на производство 1 кВт *ч в электростанции с электрическим КПД 39% из газа с калорийностью 8000 kcal (или с теплотворной способностью 33,5 МДж) тратится:

1 / 3,6286 = 0,2755 нм3 газа.

Как видно, зависимость между калорийностью газа (его теплотворной способностью) и расходом газа всегда имеет прямую зависимость — чем выше калорийность, тем ниже расход топлива. Имея только часть значений, например, только КПД электростанции, можно определить её расход на газе с любой калорийностью, что в свою очередь позволит провести сравнение в одинаковых исходных данных по топливу.

Правило №2 – полный КПД — полный «Эффект»

Газопоршневые электростанции использующиеся для кратковременной работы в качестве резервного источника можно прекрасно использовать без дополнительных затрат на установку системы утилизации тепла (когенерации), так как стоимость этой системы не окупиться за счет редкого использования электростанции. В  электростанциях, предназначенных для постоянной работы ситуация другая.

Вне зависимости от желания владельца, газопоршневая электростанция будет производить тепловую энергию, так как топливо детонирует (сгорает) в камере сгорания. Это бесплатное тепло может сэкономить значительные средства, которые были бы затрачены на производство того же самого количества тепла в котельной.

Сравнивать электростанции только по электрическому КПД не правильно, так как электростанции производят не только электричества. Производить сравнение можно и нужно по сумме факторов — КПД электрическому и КПД тепловому. При проведении технико-экономического обоснования в обязательном порядке следует учитывать утилизируемое тепло, так как только при таком построении энергоцентра его окупаемость наступит скорее.

Пример: Электростанция А имеет КПД 41%, а электростанция В — 39,5% (разница 1,5 %). Однако полный КПД электростанции А составляет 87,5%, тогда как у второго участника сравнения полный КПД на 3% выше, и составляет 90,5%.

Правило №3 – быть реалистом

Одинаковая цена и одинаковый расход газа не делает электростанции одинаковыми. Существуют ещё такие параметры как ресурс и стоимость технического обслуживания. К примеру, если отечественная газопоршневая электростанция стоит в два раза дешевле чем импортная, а её ресурс в семь раз меньше (8000 моточасов против 60 000), то наверное, её цена не совсем актуальна. За тот же срок владения отечественную придётся поменять несколько (явно больше двух) раз.

Техническое обслуживание, то есть ежедневные затраты, являются не менее важными, чем первоначальная стоимость. Очень часто можно видеть, как электростанция с более дорогими запасными частями «проедает» всё своё преимущество, достигнутое за счет меньшей цены, всего лишь за первый год эксплуатации. Если же производитель не предоставляет подробных затрат на сервис, вместе с подробной программой обслуживания, то это должно вызывать определённую настороженность у квалифицированных сотрудников, проводящих технико-экономическое сравнение.

Подробное сервисное обслуживание должно учитывать:

  • Стоимость запасных частей, включая НДС и таможенную очистку
  • Затраты на регулярную смену масла*
  • Затраты на угар масла **
  • Затраты на работы обслуживающего персонала ***

* Следует помнить, что некоторые производители лукавят, указывая максимальный интервал замены масла, который в реальности будет снижен в полтора-два раза.

** Количества масла на угар варьируется, в среднем,  от 0,2 до 0,5 гр./кВт*ч для импортный производителей.

*** Самостоятельное обслуживание газопоршневой электростанции может обойтись значительно дороже, чем периодическое привлечение профессионального персонала за счет того, что самостоятельное обслуживание требует не только обучения на заводе-изготовителе, получения допусков и обладания программным обеспечением, но и покупки дорогостоящего специализированного инструмента (в том числе, дорогостоящие газоанализаторы, мультиметры, осциллографы, пирометры и т.д.).

Газопоршневые генераторные установки

  • MWM TCG 2016 C мощность до 800 кВт
  • MWM TCG 2020 K мощность до 1400 кВт
  • MWM TCG 2032 мощность до 4500 кВт

Газопоршневые установки MWM

Экономное расходование энергии – насущная тенденция современности. В этом контексте газопоршневые установки приобретают обоснованную популярность. С ростом тарифов и изменением нужд потребителей выясняется, что централизованное энергоснабжение постепенно теряет актуальность. На смену ему приходят более практичные и экономичные автономные источники производства тепла и электричества. Самый удачный вариант такого источника на сегодняшний день – газопоршневая установка. Это удобный способ децентрализации и обретения независимости от распределительных сетей, оптимизации финансовых трат и расхода средств.

Что такое газопоршневая генераторная установка?

Что же представляет собой газопоршневой двигатель и установка на его основе? По сути, простой принцип работы делает газопоршневые системы надежными и доступными:

  • Газопоршневая устанвока (ГПГУ) – это, в основе своей, поршневой двигатель внутреннего сгорания, использующий в качестве топлива горючий газ, природный или другой (бутан, пропан, газы с невысоким содержанием метана, низкой степенью детонации, с низкой или высокой теплотворной способностью).
  • Двигатель преобразует химическую энергию сгорающего топлива в механическую работу.
  • Термодинамический цикл внутри двигателя (т. н. «цикл Отто») приводит к образованию двух типов энергии: электрической и тепловой. Процесс одновременной выработки тепла и электричества называется комбинированной генерацией, или когенерацией.

Практический смысл когенерации заключается в возможности использования тепла, образующегося во время прямой выработки электричества. Это удобно для теплоснабжения, чтобы не терять тепло, а применять его с пользой. Таким образом, газопоршневая установка не просто производит энергию, как и многие другие системы, например, микротурбины, но и значительно экономит ресурсы, в том числе финансовые.

На сегодняшний день 4894 таких агрегата в разных точках планеты производят 5 637 000 кВт электроэнергии. Можно выделить особенности, общие для всех моделей ГПГУ, и наиболее интересные потребителям:

  • КПД ГПГУ выше, чем КПД микротурбин. При этом на него не влияет температура окружающей среды, так что можно выбирать место для газопоршневой установки без учета этого нюанса. Например, с одинаковым успехом это может быть и привод насосов и газовых компрессоров, и холодильная установка.
  • ГПГУ потребляет меньше топлива, чем микротурбина. Поэтому и выхлопных газов в окружающую среду выделяет значительно меньше. Те 0,1-0,2 грамма вредных веществ, которые образуются при производстве 1 кВт энергии, нейтрализуются катализаторами и дымовыми трубами.
  • Цена ГПГУ меньше на всех этапах установки и эксплуатации. Первоначальные единовременные вложения (приобретение и монтаж) и стоимость приобретаемых энергоресурсов значительно дешевле, чем подключение к централизованной сети. Окупаемость установки составляет в среднем от 2 до 3 лет.

Проще говоря, через пару лет вы вернете инвестиции и начнете ощутимо экономить, сокращая затраты и рационально используя тепло и электричество. Такое комплексное решение для снабжения сразу двумя типами энергии пригодится на любом предприятии, даже не подключенном к газовой магистрали, поскольку газопоршневые двигатели эффективно работают на сжиженном и сжатом газе из баллонов.

Итак, вы готовы купить газопоршневую систему. На какие еще преимущества, кроме независимости от государственных энергосетей и их тарифов, можно рассчитывать? Охотно поделимся этой приятной информацией:

  • Строить подводящие и/или распределительные сети не нужно, и это дополнительно экономит деньги, силы и время. Таким образом повышается энергоэффективность любой продукции, производимой на предприятии, оборудованном газопоршневой установкой.
  • Газопоршневые установки надежны, что оказывается особенно важным во время перебоев электроснабжения. В частности, надежность газопоршневых систем подтвердилась в марте 2015 года в Турции, когда без электричества остались все промышленные районы, за исключением одного, который автономно обеспечивался энергией при помощи трех газовых двигателей.
  • Распространение автономных систем энергоснабжения снимает часть нагрузки с централизованных магистралей. Как результат, сокращение пиковых нагрузок естественным путем снижает риск аварий и потерь энергии.

Немецкие газопоршневые когенерационные установки “MWM” – это автономные генераторы энергии мощностью от 400 кВт до 4500 кВт. Они используются для формирования электростанций общей мощностью до 100 000 кВт и выше на предприятиях, в административных и медицинских учреждениях, в строительстве, в аэропортах и вокзалах, отелях, системах связи и жизнеобеспечения, буровых скважинах, шахтах, очистных сооружениях и мн. др. в качестве резервного, вспомогательного или основного источника электроэнергии. Опыт предприятия в разработке и производстве газовых генераторов насчитывает около полутора столетий. Газовые генераторы MWM успешно применяются по всему миру, и у вас тоже есть возможность воспользоваться этой трендовой энергоэффективной технологией.

Производство газопоршневых электростанций

Газовые электростанции — один из наиболее выгодных и надежных вариантов для решения вопроса автономного энергоснабжения. В качестве топлива для работы ГПУ используется не только природный газ. При специальной подготовке электростанция может работать на коксовом, попутном и даже на биогазе. ООО «НГ-Энерго» предлагает установки, работающие на газе практически любой мощности. Проектирование и производство газопоршневых электростанций — наша специализация, компания оказывает весь комплекс услуг, связанных с автономным энергообеспечением.
Параллельная работа нескольких установок может обеспечить суммарную мощность до 25 МВт. Газовые электростанции отличаются экологичностью и низким уровнем выброса вредных веществ в атмосферу. Установки могут быть укомплектованы любым дополнительным оборудованием. Работа в когенерационном режиме позволяет одновременно производить 2 вида энергии — тепловую и электрическую. Когенерация дает возможность значительно снизить сроки окупаемости электростанции.

Преимущества газопоршневых электростанций:

  • Стабильное качество электроэнергии. Зачастую современное технологическое оборудование невозможно использовать из-за нестабильных характеристик электроэнергии в централизованных электросетях. Потеря фазы или низкое напряжение в сети может привести к преждевременному износу оборудования. В случае, когда техника оснащена защитной автоматикой, нормальная эксплуатация невозможна из-за частых аварийных отключений и остановок. Газопоршневые электростанции вырабатывают электроэнергию со стабильными характеристиками в сочетании с дешевой тепловой энергией.
  • Быстрая окупаемость. В зависимости от региональных тарифов на тепло- и электроснабжение, срок окупаемости газопоршневой электростанции может составить менее 1 года. Одной из причин популярности ГПУ является трудность подключения к существующим распределительным сетям и безвозвратные финансовые расходы. Когенерационные установки помогают решить большинство вопросов, связанных со снабжением объекта электроэнергией и теплом, а также приобрести энергетическую независимост.
  • Низкая стоимость вырабатываемой электроэнергии. Резкое снижение цены за 1 кВтч связано с высокой эффективностью газопоршневой электростанции. Газ по-прежнему остается достаточно недорогим энергоносителем, что позволяет значительно снизить расходы на энергоснабжение. В когенерационных установках используются даже выхлопные газы, с помощью которых нагревается вода. Газопоршневые электростанции могут эффективно заменить котельную. Помимо снижения себестоимости электроэнергии, установка гарантированно обеспечивает объект горячей водой и отоплением.
  • Привлекательные цены. Собственное производство газовых электростанций дает возможность ООО «НГ-Энерго» предлагать своим заказчикам лучшие цены. Причем экономия касается не только основного оборудования, но и стоимости эксплуатации и ремонта газопоршневых установок. Двигатели внутреннего сгорания, системы автоматики и управления от ведущих мировых производителей дают возможность нашей компании предлагать привлекательные цены без потери качества и эффективности ГПУ.
  • Неприхотливость к топливу. Двигатели газопоршневых установок могут работать при давлении газа всего в 0,2 Бар, что является одним из главных преимуществ таких установок. При таких характеристиках нет необходимости использовать громоздкие компрессорные станции, что значительно снижает капиталовложения. Затраты на энергообеспечение возможно также сократить за счет оснащения электростанции дополнительными системами автоматического управления и контроля.

Варианты исполнения

  • Газопоршневые электростанции могут быть выполнены отдельным блоком либо монтажом отдельных компонентов на раме электроустановки. В когенерационном оборудовании контейнерного типа теплоутилизационные агрегаты устанавливаются в помещении блок-контейнера. Исполнительные устройства системы позволяют поддерживать заданную температуру воды на входе и выходе из утилизационного блока. Надежность работы когенерационных газопоршневых установок обеспечивается объединением нескольких агрегатов в единый энергетический комплекс.
  • Многоагрегатные комплексы наиболее целесообразно использовать на объектах, где ярко выражены суточные перепады энергопотребления. Профилактические и ремонтные работы на таких электростанциях можно проводить без их остановки и значительного снижения общей мощности.
  • Газопоршневые электроагрегаты в контейнерном исполнении производятся в условиях привязки проекта к конкретным условиям эксплуатации. Специалисты ООО «НГ-Энерго» помогут подобрать наиболее оптимальный вариант для каждого объекта. Наши заказчики имеют возможность приобрести электростанции «под ключ», начиная технико-экономическими расчетами и заканчивая ремонтом и сервисным обслуживанием.

Газопоршневые установки | Элтекопроект

Koгенераторные установки представляют собой агрегаты с газовым двигателем и системой обменников, способные одновременно производить электрическую энергию и тепло.

Установка, в состав которой входит ДВС и электрогенератор, газовое топливо преобразовывающий в  электроэнергию — называется газопоршневой электростанцией.

Главные достоинства: простота конструкции, лёгкое обслуживание, длительный период службы оборудования и высокий коэффициент полезного действия (электрический КПД достигает 43%).
Также к плюсам можно отнести скромные затраты на ремонт, высокое качество и низкую стоимость вырабатываемой электроэнергии.

Устройство газопоршневой когенераторной электростанции:

Газопоршневая электростанция снабженная теплообменниками, кроме электричества вырабатывает тепло. В основе заложен процесс когенерации и установка называется когенераторной/когенерационной или газопоршневой мини-ТЭЦ (ТЭС). Основные части такой установки: газовый ДВС, электрогенератор, система теплообмена, охладительная система, система отвода отработанного газа, система мониторинга и распределительное устройство. Совместная выработка горячей воды и электрической энергии обходится значительно дешевле, если производить их отдельно.

При одновременной выработке электричества и тепла когенераторная установка достигает КПД 90%.

Оснащаются качественным европейским оборудованием:

  • двигатели: PERKINS, GUASKOR, MAN и DEUTZ;
  • генераторы: MECC ALTE, STAMFORD, AVK и MARELLI MOTORI.

Широкий модельный ряд газопоршневых когенераторных установок ELTECO различных исполнений и линейки мощности удовлетворит любое пожелание заказчика. В зависимости от исполнения могут располагаться как в здании, так и вне помещений (контейнерное исполнение). Газопоршневая электростанция может иметь различный режим работы в зависимости от требований, заложенных в проекте: совместная работа с центральным электроснабжением или полностью автономная работа в островном режиме. Горячая вода, получаемая от нагрева двигателей внутреннего сгорания, используется для отопления в холодное время года и для обеспечения зданий горячей водой.

Более подробно о КГУ можно узнать: Когенераторные установки

Полезно также узнать: Характеристики КГУ

 

Специалисты компании Элтекопроект помогут подобрать Вам необходимое оборудование. Для этого предлагаем позвонить по телефону в Минске: 

 

 

Работа

Работа

Работа

Определение работы

Работа может быть определена как произведение силы, используемой для перемещения объект, умноженный на расстояние, на которое объект перемещен.

w = F x d

Представьте себе систему, состоящую из образца аммиака, захваченного поршнем и цилиндром, как показано на рисунке ниже.Предположим, что давление газа на поршень просто уравновешивает вес поршня, так что объем газа остается постоянным. Сейчас же Предположим, что газ разлагается с образованием азота и водорода, увеличивая количество газа частицы в контейнере. Если температура и давление газа поддерживаются постоянными, это означает, что объем газа должен увеличиваться.

2 NH 3 ( г ) N 2 ( г ) + 3 H 2 ( г )

Объем газа может увеличиваться за счет частичного выталкивания поршня из цилиндра.Объем проделанной работы равен произведению силы, действующей на поршень, на время расстояние, на которое перемещается поршень.

w = F x d

Давление ( P ), которое газ оказывает на поршень, равно силе (F) с которым он толкает поршень, разделенный на площадь поверхности ( A ) поршень.

Таким образом, сила, оказываемая газом, равна произведению его давления на площадь поверхности поршня.

F = P x A

Подстановка этого выражения в уравнение, определяющее работу, дает следующее результат.

w = ( P x A ) x d

Произведение площади поршня на расстояние, на которое перемещается поршень, равно изменение, которое происходит в объеме системы при расширении газа. Условно, изменение громкости обозначается символом V .

В = A x d

Следовательно, величина работы, совершаемой при расширении газа, равна произведению давление газа умножается на изменение объема газа.

| w | = пол. В

Джоуль — Измерение тепла и работы

По определению, один джоуль — это работа, совершаемая, когда сила в один ньютон используется для перемещения объект один метр.

1 Дж = 1 Н · м

Поскольку работа может быть преобразована в тепло и наоборот, система СИ использует джоуль для измерять энергию в виде тепла и работы.

Первый закон термодинамики: сохранение Энергия

Первый закон термодинамики гласит, что энергия не может быть создана или уничтожен.Система может набирать или терять энергию. Но любое изменение энергии системы должно сопровождаться эквивалентным изменением энергии окружающей среды, поскольку полная энергия Вселенной постоянна. Первый закон термодинамики можно описать по следующему уравнению.

E унив. = E sys + E surr = 0

(индексы univ , sys и surr обозначают вселенную, система и ее окружение.)

Внутренняя энергия

Энергия системы часто называется ее внутренней энергией , потому что она представляет собой сумму кинетической и потенциальной энергий частиц, образующих систему. Потому что это отсутствие взаимодействия между частицами, единственный вклад во внутреннюю энергию идеального газ — кинетическая энергия частиц. Внутренняя энергия идеального газа равна следовательно, прямо пропорциональна температуре газа.

(В этом уравнении R — постоянная идеального газа, а T — температура газа в единицах Кельвина.)

Хотя трудно, если не невозможно, написать уравнение для более сложных систем, внутренняя энергия системы по-прежнему прямо пропорциональна ее температура. Поэтому мы можем использовать изменения температуры системы для отслеживания изменения его внутренней энергии.

Величина изменения внутренней энергии системы определяется как разница между начальным и конечным значениями этой величины.

E sys = E конечный — E начальный

Поскольку внутренняя энергия системы пропорциональна ее температуре, E положительный, когда температура системы увеличивается.

Первый закон термодинамики: взаимопревращение тепла и труда

Энергия может передаваться между системой и ее окружением до тех пор, пока энергия полученная одним из этих компонентов Вселенной равна энергии, потерянной Другой.

E sys = — E по

Энергия может передаваться между системой и ее окружением в виде тепло ( q ) или работать ( w ).

E sys = q + w

Когда тепло проникает в систему, оно может повышать температуру системы или может работай.

q = E sys — Вт

Знаковое соглашение между внутренней энергией системы и тепло , которое пересекает границу между системой и ее окружением, дается на рисунке ниже.

  • Когда тепло, поступающее в систему, увеличивает температуру системы, внутренний энергия системы увеличивается, а E положительный.
  • Когда температура системы снижается из-за выхода тепла из системы, E отрицательный.

Знаковое соглашение между работы и внутренней энергией система показана в левой части рисунка ниже.

  • Когда система работает с окружающей средой, энергия теряется, и E отрицательный.
  • Когда окружение работает с системой, внутренняя энергия системы становится больше, поэтому E положительный.

Взаимосвязь между объемом работы, выполняемой системой при ее расширении, и изменение объема системы ранее описывалось следующим уравнением.

| w | = пол. В

На рисунке выше показано, что условное обозначение для работы расширения может быть включено записав это уравнение следующим образом.

w = — P V

Государственные функции

Когда уравнения связывают два или более свойств, описывающих состояние системы, они называются уравнениями состояния .Например, закон идеального газа — это уравнение состояния.

PV = nRT

Функция состояния с зависит только от состояния системы, а не от путь, используемый для перехода в это состояние.

Температура — это функция состояния. Сколько бы раз мы ни нагревали, ни охлаждали, ни расширяли, сжать или иным образом изменить систему, чистое изменение температуры зависит только от от начального и конечного состояний системы.

т = T окончательный — T начальный

То же самое можно сказать об объеме, давлении и количестве молей газа в образец. Все эти величины являются государственными функциями.

Тепло и работа — это , а не государственные функции. Работа не может быть государственной функцией, потому что она пропорционально расстоянию, на которое перемещается объект, которое зависит от используемого пути от начального до конечного состояния.Если работа не является государственной функцией, то тепло не может быть государственная функция тоже. Согласно первому закону термодинамики изменение внутренняя энергия системы равна сумме тепла и переданной работы между системой и ее окружением.

E sys = q + w

Если E не зависит от пути перехода от начального к конечному состоянию, а от количества работы зависит от используемого пути, количество отдаваемого или поглощенного тепла должно зависеть на пути.

Термодинамические свойства системы, являющиеся функциями состояния обычно обозначаются заглавными буквами ( T , V , P , E и т. д. на). Термодинамические свойства, которые не являются функциями состояния, часто описываются строчные буквы ( q и w ).

Измерение тепла калориметром

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого в химической реакции, можно измерить с помощью калориметр, подобный показанному на рисунке ниже.

Поскольку реакция происходит в герметичном контейнере при постоянном объеме, работа расширение происходит во время реакции. Тепло, выделяемое или поглощаемое реакцией, равно следовательно, равняется изменению внутренней энергии системы в течение реакция:

E sys = q В .

Количество тепла, выделяемого или поглощаемого водой в калориметре, может быть рассчитывается от теплоемкости воды.

Heat — это экстенсивное количество . Самый распространенный подход к преобразованию измерение тепла в интенсивном количестве — это расчет теплоты реакции в единиц килоджоулей на моль. Результатом этого расчета является величина, известная как молярных долей. теплота реакции . По определению, молярная теплота реакции — это тепло, выделяемое или абсорбируется в результате реакции, выражается в килоджоулей на моль одного из реагентов в реакции.

Сравнительная эффективность использования газотурбинных и газопоршневых агрегатов для дополнительного резервирования собственных нужд АЭС

  • org/ScholarlyArticle»> 1.

    Р. З. Аминов, В. М. Батенин, П. Л. Ипатов, и др. , «Использование газотурбинных агрегатов в качестве резервного источника питания для вспомогательного оборудования АЭС», Теплоэнергетика, 2006, № 12, 25–28 [Теплотехника, № 12, 970–973 (206)].

  • 2.

    Цанев С.Б., Буров В.Д., Ремезов А.Н., Газотурбинные и парогазовые агрегаты ТЭЦ (М .: Изд-во МЭИ, 2002).

    Google ученый

  • 3.

    «Газопоршневые электростанции (когенераторы) Caterpillar GCM34», www.cogenration.ru/equipment/gpu/caterpillar/caterpillar_gcm34.html

  • 4.

    В.Б. Сапожников, «Газопоршневые электростанции с Системы утилизации тепла », www.hited.ru/news. phtml?id=100000120.

  • 5.

    Замоторин Р.В., «Малые электростанции — поршневые или турбинные?» www.cogenration.ru/art/dg_chp/porsh_turb.html.

  • 6.

    Павлиш И. И., Лихолап В. В. Проблема оптимального выбора газотурбинных и газопоршневых агрегатов при составлении основного оборудования // www.ee.by/specialists/pres.html.

  • 7.

    Д. А. Капралов, «ГТЭС-24: Электроэнергия для нефтегазового месторождения», www.c Generation.ru / art / exp_chp_russia / gtes-24.html.

  • 8.

    Аминов Р.З., Гариевский М.В. Оценка показателей безопасности АЭС при различных схемах резервирования собственных нужд станции // Проблемы развития топливно-энергетического комплекса . Саратов: Изд-во Саратовского ун-та, 2004. ), № 3, с. 28–34.

    Google ученый

  • 9.

    Методические рекомендации по оценке эффективности инвестиционных проектов , утвержденные Министерством экономики, финансов, строительства, архитектуры и жилищной политики Российской Федерации №ВК 477 от 21.06.2000 (Москва, 2000).

  • 10.

    «В Вену с начищенными туфлями», Российская газета, № 42 (3711), 3 марта 2005 г.

    • Давление в газах — tec-science

    Эта статья, в частности, дает ответы на следующие вопросы:

    • Что вызывает давление в газах?
    • Как единица измерения преобразуется в единицу измерения Паскаль?
    • Что подразумевается под положительным давлением, отрицательным давлением и вакуумом?
    • Почему обычно используется положительное и отрицательное давление вместо абсолютного давления?
    • Почему вакуум в физическом смысле не может производить «эффект всасывания»?
    • Какая разница между абсолютным и манометрическим давлением?

    Введение

    Давление \ (p \) в физическом смысле определяется как отношение силы \ (F \) и площади \ (A \). Таким образом, давление описывает распределение силы на границе между двумя объектами («сила на единицу площади»), например, между газом и поршнем.

    \ begin {align}
    \ label {p}
    & \ boxed {p = \ frac {F} {A}} ~~~~~ [p] = \ frac {\ text {N}} {\ text { м²}} = \ text {Па} ~~~ \ text {(Паскаль)} \\ [5px]
    \ end {align}

    Например, давление газов оказывает давление на поршни в цилиндрах двигателей внутреннего сгорания. Эти поршни соединены с коленчатым валом шатунами и преобразуют поступательное движение во вращательное, тем самым приводя в движение колеса.Поэтому давление газов играет очень важную роль в повседневной жизни и в технике. Но как объяснить причину давления в газах?

    Микроскопическая интерпретация

    Частицы газов могут относительно свободно перемещаться в замкнутом объеме (см. Также статью Модель частиц вещества). На анимации ниже показаны свободные молекулы воздуха внутри цилиндра. Частицы газа постоянно сталкиваются с окружающей стенкой цилиндра или с поверхностью поршня.

    Анимация: интерпретация давления газа под микроскопом.

    При столкновении с граничными поверхностями молекулы вызывают силу — аналогичную теннисным мячам, брошенным в стену.Таким образом, давление в газах создается на микроскопическом уровне столкновениями молекул газа, которые сталкиваются с соседними поверхностями.

    Рис.: Давление на плоской поверхности

    Поскольку молекулы не показывают предпочтительного направления движения, столкновения равномерно распределяются по всем граничным поверхностям. Таким образом, давление в газе равномерно распределено и, следовательно, пространственно постоянно.

    Рисунок: Случайно распределенные скорости частиц газа

    Давление газов создается на микроскопическом уровне столкновениями молекул газа с его контейнером! Из-за беспорядочного движения давление одинаково во всех направлениях!

    Макроскопическая интерпретация

    На макроскопическом уровне эти микроскопические столкновения становятся заметными благодаря силе и поэтому могут быть охарактеризованы как сила на площадь («столкновения на площадь»), т. е.е. как давление.

    В данном случае, когда газ запечатан в цилиндре с помощью поршня, давление газа внутри цилиндра может быть определено относительно легко. Единственное, что нужно сделать, — это применить противодействующую силу \ (F \) той же величины против давления газа, чтобы удерживать поршень на месте. Приложенная сила соответствует силе, которую газ , по сути, оказывает своим давлением на противоположную сторону поршня (также называемое манометрическим давлением ). Очевидно, что газ оказывает эту силу \ (F \) на площадь поверхности поршня \ (A \), так что эффективное давление газа \ (p_e \) можно определить по уравнению (\ ref {p}):

    \ begin {align}
    \ label {pp}
    & p_e = \ frac {F} {A} \\ [5px]
    \ end {align}

    Рисунок: Определение эффективного давления газа (положительное давление) в цилиндре

    с диаметром поршня 5 см (это соответствует площади 19.5 \ frac {\ text {N}} {\ text {m²}}} \\ [5px]
    \ end {align}

    В статье Давление и температура вы можете найти более подробную информацию об определении давления газа с помощью кинетической теории газов .

    Обратите внимание, что давление, определенное описанным выше методом в соответствии с уравнением (\ ref {pp}), уже учитывает давление окружающей среды и также называется эффективным давлением , манометрическим давлением или положительным давлением .Следовательно, это давление, которое газ оказывает на поршень. Абсолютное давление в цилиндре будет больше на величину давления окружающего воздуха. Более подробную информацию о влиянии давления окружающей среды можно найти в следующих разделах.

    Давление окружающей среды (атмосферное давление)

    На самом деле, давление вызывает не только газ, находящийся в баллоне. Также на противоположной стороне цилиндра обычно находятся молекулы газа, которые создают определенное давление.В простейшем случае это молекулы окружающего воздуха, которые, в свою очередь, оказывают давление на поршень. Это давление вне рассматриваемой системы также обозначается как давление окружающей среды . В случае атмосферного воздуха это давление окружающей среды называется просто атмосферное давление .

    Рисунок: Влияние давления окружающей среды

    Давление окружающей среды — это давление вне рассматриваемой системы; обычно атмосферное давление!

    На уровне моря атмосферное давление составляет около 1 бара (точно: 1.01325 бар). Под действием силы тяжести давление воздуха все больше и больше падает с увеличением высоты. Атмосферное давление падает примерно на 1,2% на 100 метров (подробнее об этом в статье Барометрическая формула).

    Однако обычно мы не чувствуем атмосферное давление, потому что в среднем с одной стороны на нас действует такое же количество молекул, что и с другой. Это также причина того, почему частицы воздуха не действуют на поршень, который свободно удерживается в воздухе.В среднем с течением времени одинаковое количество частиц сталкивается с поверхностью поршня как с одной стороны, так и с другой. Таким образом, эффект давления одинаков для обеих сторон и без лишних слов поддерживает равновесие.

    Рисунок: Состояние равновесия

    Но бывают ситуации, когда мы очень хорошо воспринимаем атмосферное давление. Например, при вождении автомобиля или полете в самолете, когда большие перепады высот преодолеваются за короткое время. Поскольку в этих ситуациях атмосферное давление изменяется с высотой, существует кратковременная разница давлений между ушным каналом («снаружи») и средним ухом («внутри»).Барабанная перепонка вздувается, и это ощущается как типичное давление на уши — «уши кажутся забитыми». Только когда внутреннее ухо приспособится к новому внешнему атмосферному давлению, ощущение давления на уши снова исчезает.

    Положительное давление (избыточное давление)

    Если описанный выше поршень, который сначала удерживался свободным в воздухе, теперь заключен в цилиндр и дополнительные частицы закачиваются с левой стороны, равновесие между левой и правой сторонами поршня нарушается и возникает результирующая сила действует.

    Рис.: Положительное давление

    Теперь больше молекул воздуха слева ударяют по поршню, создавая результирующую силу справа. Поскольку давление в левой камере теперь выше, чем давление окружающей среды, это также называется положительным давлением или избыточным давлением . В этом состоянии поршень должен удерживаться на месте с дополнительной силой. С другой стороны, если бы поршень был выпущен, он был бы оттеснен вправо из-за большего давления в левой камере.

    Положительное давление или избыточное давление относится к давлению, превышающему давление окружающей среды!

    Анимация: Положительное давление

    Если, например, в левой камере имеется положительное давление 4 бара, это означает, что давление газа с этой стороны на 4 бара выше, чем с правой стороны с 1 бар. Таким образом, абсолютное давление слева составляет 5 бар («давление окружающей среды плюс положительное давление»).

    Абсолютное давление означает давление, которое фактически присутствует как давление газа из-за столкновений молекул!

    Поскольку манометрическое давление уже учитывает противодействие атмосферному давлению, манометрическое давление соответствует фактически существующему давлению, которое газ оказывает на границу раздела. Окружающее давление компенсирует, так сказать, часть абсолютного давления, так что эффективно только положительное давление. При таком положительном давлении \ (p_e \) относительно легко вычислить эффективную силу \ (F \), прилагаемую газом к поверхности поршня \ (A \):

    \ begin {align}
    & F = p_e \ cdot A \\ [5px]
    \ end {align}

    Рисунок: Взаимосвязь между положительным и абсолютным давлением

    Эта сила соответствует результирующей силе, действующей на шток поршня и которая может фактически использоваться для технических целей.

    Поскольку манометрическое давление таким образом может использоваться для непосредственного определения результирующей силы газа, на практике обычно указывается манометрическое давление вместо абсолютного давления. Это также причина, по которой давление в шине обычно указывается как манометрическое — это давление, которое окружающий воздух эффективно оказывает на шину. При манометрическом давлении 0 бар давление внутри шины будет таким же, как давление окружающей среды снаружи, и шина не сможет поднять автомобиль. Следовательно, абсолютное давление в шине в 1 бар не будет иметь реального эффекта. Поэтому в качестве эффективной величины используется манометрическое давление.

    Отрицательное давление

    Результирующая сила может быть создана не только путем закачки дополнительных молекул воздуха в одну сторону цилиндра, но также путем отсасывания молекул. В этом контексте также говорят о отрицательном давлении , поскольку давление газа в левой камере тогда ниже давления окружающей среды. В этом состоянии поршень должен удерживаться на месте с дополнительной силой.Если же, с другой стороны, поршень отпускается, он толкается влево из-за большего давления в правой части цилиндра.

    Рис.: Отрицательное давление

    Отрицательное давление относится к той части абсолютного давления, которая ниже давления окружающей среды!

    Анимация: Отрицательное давление

    Если, например, отрицательное давление составляет 0,8 бар ( манометрическое давление ), это означает, что давление на этой стороне на 0,8 бар ниже давления окружающей среды в 1 бар на правой стороне. Таким образом, в левой камере создается абсолютное давление 0,2 бара («давление окружающей среды минус отрицательное давление»).

    Рисунок: Взаимосвязь между отрицательным давлением и абсолютным давлением

    Обратите внимание, что давление в конечном итоге вызывается столкновениями и поэтому может вызывать только толкающую силу, а не тянущую силу! Например, фраза « поршень засасывается влево из-за отрицательного давления в левой камере » приводит к фундаментальным недоразумениям в отношении процессов, фактически происходящих на микроскопическом уровне.Правильно, поэтому предложение должно быть таким: « поршень толкается влево из-за большего давления в правой камере ». Следовательно, отсутствует отрицательное давление в смысле тянущей силы, т.е. давление всегда толкает.

    Как уже подробно объяснялось в связи с положительным давлением, отрицательное давление — это также эффективное давление, оказываемое газом (или, строго говоря, эффективное давление, создаваемое молекулами окружающего воздуха в данном случае!).

    Вакуум

    В приведенном выше примере всасывание молекул воздуха с левой стороны цилиндра для создания отрицательного давления также имеет ограничения. В конце концов, отсосать можно только до того момента, когда все частицы будут полностью удалены. Это состояние, в котором объем больше не содержит молекул, называется вакуум .

    Рис.: Вакуум

    Вакуум — это отсутствие молекул в объеме!

    Поскольку в вакууме нет частиц газа, левая камера цилиндра больше не оказывает толкающего усилия.Таким образом, давление на поршень создается исключительно молекулами окружающего воздуха с правой стороны поршня.

    Таким образом, при полном отсасывании частиц не возникает бесконечно большого «всасывающего эффекта», как это часто предполагается, но в этом случае сила, таким образом, ограничивается давлением окружающей среды на противоположной стороне поршня.

    Из-за отсутствия молекул газа и силы абсолютное давление в вакууме составляет 0 бар. Это означает, что на уровне моря максимальное отрицательное давление может быть создано в 1 бар.Это ограниченное отрицательное давление также означает, например, что всасывающие насосы теоретически могут перекачивать воду только на максимальную глубину 10 метров. Подробнее об этом в статье Принцип соломинки.

    Рис.: Абсолютное давление, положительное давление, отрицательное давление и вакуум

    Обратите внимание на другую терминологию:

    Абсолютное давление отсчитывается от вакуума, а избыточное давление (положительное или отрицательное) отсчитывается от нуля относительно атмосферного давления!

    Газ Законы

    А.Закон Бойля
    Закон Бойля гласит: если температура пробы газа остается постоянной, объем пробы будет меняться обратно пропорционально изменению давления. Это утверждение означает, что при увеличении давления объем будет уменьшаться. Если давление снизится, объем увеличится. Этот закон может быть выражен в виде уравнения, которое связывает начальный объем ( V 1 ) и начальное давление ( P 1 ) с конечным объемом ( V 2 ) и конечным давлением ( П 2 ). При постоянной температуре


    Преобразование этого уравнения дает:
    В 1 P 1 = В 2 P 2 или В 2 = В 1 Х пол. 1
    пол. 2

    Закон Бойля показан на рисунке 9.8, на котором показан образец газа, заключенный в контейнер с подвижным поршнем. В контейнере поддерживается постоянная температура и постоянно возрастающее давление. Когда поршень неподвижен, давление, которое он оказывает на пробу газа, равно давлению, которое оказывает на нее газ. Когда давление на поршень увеличивается вдвое, он движется вниз до тех пор, пока давление, оказываемое газом, не сравняется с давлением, оказываемым поршнем. На этом этапе объем газа уменьшается вдвое. Если давление на поршень снова увеличится вдвое, объем газа уменьшится до одной четвертой от исходного объема.
    РИСУНОК 9.8 Закон Бойля: При постоянной температуре объем пробы газа обратно пропорционален давлению. Кривая представляет собой график, основанный на данных, перечисленных на рисунке.

    На молекулярном уровне давление газа зависит от количества столкновений его молекул со стенками контейнера. Если давление на поршень увеличивается вдвое, объем газа уменьшается вдвое.Молекулы газа, теперь заключенные в меньший объем, сталкиваются со стенками контейнера вдвое чаще, и их давление снова сравняется с давлением поршня.

    Как закон Бойля соотносится с кинетической молекулярной теорией? Первый постулат теории гласит, что образец газа занимает относительно огромное пустое пространство, содержащее молекулы незначительного объема. Изменение давления на образец изменяет только объем этого пустого пространства, но не объем молекул.

    Пример:

    Проба газа имеет объем 6,20 л при 20 ° C и давлении 0,980 атм. Каков его объем при той же температуре и давлении 1,11 банкомат?

    1.Табулируйте данные

    Начальные условия Заключительные условия
    объем В 1 = 6,20 л В 2 =?
    давление P 1 = 0,980 атм П 2 = 1.11 атм

    2. Проверьте блок давления. Если они разные, используйте преобразование фактор, чтобы сделать их одинаковыми. (Коэффициенты преобразования давления найдены в предыдущем разделе. )

    3. Подстановка в уравнении закона Бойля:

    4. Убедитесь, что ваш ответ разумный. Давление увеличилось громкость должна уменьшиться. Расчетный окончательный объем меньше, чем начальный объем, как и предполагалось.


    Закон Б. Чарльза
    Закон Чарльза гласит: если давление пробы газа поддерживать постоянным, объем пробы будет напрямую зависеть от температуры в Кельвинах (рис. 9.9). По мере увеличения температуры увеличивается объем; если температура снизится, громкость уменьшится. Это соотношение может быть выражено уравнением, связывающим начальный объем ( V 1 ) и начальную температуру ( T 1 , измеренную в K) с конечным объемом ( V 2 ) и конечной температурой ( T 2 , измеряется в K).При постоянном давлении

    Преобразование этого уравнения дает:

    В 2 = В 1 Х T 2
    T 1     		или В 2
    Т 2     		= В 1
    Т 1

    РИСУНОК 9. 9 Закон Чарльза: При постоянном давлении объем пробы газа прямо пропорционален температуре в градусах Кельвина.


    Какое отношение имеет закон Чарльза к постулатам кинетической молекулярной теории? Теория утверждает, что молекулы в газовой пробе находятся в постоянном, быстром и случайном движении. Это движение позволяет крошечным молекулам эффективно занимать относительно большой объем, заполненный всей пробой газа.

    Что подразумевается под «эффективно занимать»? Рассмотрим баскетбольный матч, на котором во время игры находятся тринадцать человек (десять игроков и три судьи).Стоя на месте, они занимают лишь небольшую часть пола. Во время игры они находятся в постоянном быстром движении, эффективно занимая всю площадку. Вы не можете пересечь пол без опасности столкновения. Аналогично поведение молекул в газовой пробе. Хотя реальный объем молекул составляет лишь крошечную часть объема образца, постоянное движение молекул позволяет им эффективно заполнять это пространство. По мере увеличения температуры увеличивается кинетическая энергия молекул.Поскольку все они имеют одинаковую массу, повышенная кинетическая энергия должна означать повышенную скорость. Эта увеличенная скорость позволяет молекулам занимать или заполнять увеличенный объем, как это делают баскетболисты в быстрых действиях. Точно так же при понижении температуры молекулы движутся медленнее и заполняют меньшее пространство.

    В следующем примере показано, как закон Чарльза можно использовать в расчетах.

    Пример:

    A Объем пробы газа 746 мл при 20 ° C.Каков его объем при температуре тела (37 ° С)? Предположим, что давление остается постоянным.

    1. Сведите данные в таблицу

    Начальные условия Заключительные условия
    объем V 1 = 746 мл В 2 =?
    температура T 1 = 20 ° C T 2 = 37 & degC

    2. Совпадают ли единицы? Закон Чарльза требует, чтобы температура была измеряется в Кельвинах, чтобы получить правильное числовое соотношение. Следовательно, изменить заданную температуру на Кельвин:

    Т 1 = 20 + 273 + 293 К

    Т 2 = 37 + 273 = 310 К

    3. Рассчитайте новый объем:

    4.Разумный ответ? этот объем больше оригинала объем, как и было предсказано по повышению температуры. Ответ таким образом разумно.


    C. Закон о комбинированных газах
    Часто образец газа подвергается изменениям как температуры, так и давления. В таких случаях уравнения закона Бойля и закона Чарльза можно объединить в единое уравнение, представляющее Закон комбинированного газа, которое гласит: Объем образца газа изменяется обратно пропорционально его давлению и прямо к его Кельвину. температура.


    Как и раньше, V 1 , P 1 и T 1 являются начальными условиями, а V 2 , P 2 и T 2 — это окончательные условия. Уравнение комбинированного закона газа можно преобразовать в другую часто используемую форму:

    Пример:

    Образец газа занимает объем 2.5 л при 10 ° C и 0,95 атм. Что его объем при 25 ° C и 0,75 атм?

    Решение

    Начальные условия Заключительные условия
    объем В 1 = 2,5 л В 2 =?
    давление П 1 = 0.95 атм P 2 = 0,75 атм
    температура T 1 = 10 & degC = 283 K T 2 = 25 & degC = 298 K

    Убедитесь, что P1 и P2 измеряются в одних и тех же единицах и что обе температуры были изменены на Кельвин. Подставляем в уравнение:

    Решая это уравнение, получаем:

    Это разумный ответ.Как изменение давления (ниже), так и температура изменение (выше) вызовет увеличение громкости.

    Пример:

    Образец газа первоначально занимает объем 0,546 л при 745 мм рт. 95 & degC. Какое давление потребуется для удержания образца в 155 мл при 25 & degC?

    Решение

    Начальные условия Заключительные условия
    объем В 1 = 0.546 л V 2 = 155 мл = 0,155 л
    давление P 1 = 745 мм рт. Ст. П 2 =?
    температура T 1 = 95 & degC = 368 K T 2 = 25 & degC = 298 K

    Обратите внимание, что единицы каждого свойства теперь те же самые в исходном и конечное состояние. Подставляем в уравнение:

    Гипотеза Д. Авогадро и молярный объем
    Гипотеза Авогадро гласит: при одинаковой температуре и давлении равные объемы газов содержат равное количество молекул (рисунок 9.10). Это заявление означает что, если один литр азота при определенной температуре и давлении содержит 1,0 X 10 22 молекул, затем один литр любого другого газа одновременно температура и давление также содержат 1.0 X 10 22 молекул.


    РИСУНОК 9.10 Гипотеза Авогадро: при одинаковых температуре и давлении равные объемы разных газов содержат одинаковое количество молекул. Каждый баллон вмещает 1,0 л газа при 20 ° C и давлении 1 атм. Каждый содержит 0,045 моль или 2,69 X 10 22 молекул газа.

    Причины гипотезы Авогадро не всегда очевидны.Но учтите, что свойства газа, которые связывают его объем с его температурой и давлением, были описаны с использованием постулатов кинетической молекулярной теории без упоминания состава газа. Один из выводов, который мы сделали из этих постулатов, заключался в том, что при любом давлении объем, который занимает образец газа, зависит от кинетической энергии его молекул, а среднее значение этих кинетических энергий зависит только от температуры образца. Иными словами, при данной температуре все молекулы газа, независимо от их химического состава, имеют одинаковую среднюю кинетическую энергию и, следовательно, занимают один и тот же эффективный объем.

    Одним из следствий гипотезы Авогадро является концепция молярного объема. Молярный объем (объем, занимаемый одним моль) газа при давлении 1,0 атм и при 0 ° C (273,15 K) (стандартные или стандартные условия) составляет с точностью до трех значащих цифр 22,4 л. Молярный объем может использоваться для расчета плотности газа, d газ , при стандартных условиях. Уравнение для этого расчета:

    Формула
    На СТП, д газ = или молекулярная масса в граммах
    22. 4 литра на моль

    Пример:

    Рассчитайте плотность азота при стандартных условиях (STP)

    Решение

    Молярная масса азота составляет (2 x 14,0) или 28,9 г / моль. Молярный объем составляет 22,4 л. Плотность — это отношение массы к объему (масса / объем). Следовательно:

    Второе следствие гипотезы Авогадро состоит в том, что при постоянной температуре и давления, объем пробы газа зависит от количества молекул (или молей) образец содержит.Сказано немного иначе, если давление и температура постоянны, соотношение объема пробы газа и количество молекул, содержащихся в образце, является постоянным. Утверждая это соотношение как уравнение,

    Объем пробы 1
    Объем пробы 2    		 = Количество молекул в образце 1
    Количество молекул в образце 2

    Пример:

    Проба газа, содержащая 5. 02×10 23 молекулы имеет объем 19,6 л. одинаковая температура и давление, сколько молекул будет содержаться в 7,9 л газа?

    Решение

    Если температура и давление поддерживаются постоянными, объем газа прямо пропорциональна количеству содержащихся в нем молекул. Подстановка значения в уравнении:

    Перестановка и решение:

    E.Уравнение идеального газа
    Различные утверждения, касающиеся давления, объема, температуры и количества молей пробы газа можно объединить в одно утверждение: Объем ( V ) занятая газом, прямо пропорциональна его температуре по Кельвину ( T ) и количество молей ( n ) газа в образце, и оно обратно пропорционально пропорционально его давлению ( P ). В математической форме это утверждение становится:

    где V = объем, n = моль образца, P = давление, T = температура в K и R = константа пропорциональности, известная как газовая постоянная. Это уравнение, называемое уравнением идеального газа, часто встречается в виде

    Термин идеальный газ означает газ, который точно подчиняется газовым законам. Реальные газы, те газы, молекулы которых не следуют в точности постулатам кинетической молекулярной теории, демонстрируют незначительные отклонения в поведении от предсказываемых законами газа.

    Значение газовой постоянной R можно определить, подставив в уравнение известные значения для одного моля газа при стандартных условиях.

    р = PV
    нТл     		= 1 атм X 22,4 л
    1 моль X 273 K    		 = 0,0821 Л-атм
    моль-К

    В таблице 9.3 показано значение газовой постоянной R, если единицы измерения отличаются от указанных здесь.

    ТАБЛИЦА 9. 3 Несколько значений газовой постоянной R
    Значение шт.
    0.0821 1 атм / моль-К
    8,31 X 10 3 л-Па / моль-К
    62,4 L-торр / моль-K
    8,31 м 3 -Па / моль-К

    Пример:

    Какой объем занимает 5,50 г углекислого газа при 25 ° C и 742 торр?

    Решение

    1.Определите переменные в уравнении и преобразуйте единицы, чтобы они соответствовали те из газовой постоянной. Мы будем использовать газовую постоянную 0,082 л-атм / моль-К. Это значение устанавливает единицы объема (л), давления (атм), моль и температура (K), которые будут использоваться при решении задачи.

    2. Подставляем эти значения в уравнение идеального газа:

    Единицы отменяют; ответ разумный.Количество углекислого газа составляет около одной восьмой моль. Условия недалеко от СТО. Ответ (3,13 л) составляет примерно одну восемь от молярного объема (22,4 л).

    Пример:

    Веселящий газ — оксид диазота, N 2 O. Какова плотность смеха? газ при 30 ° C и 745 торр?

    Разыскивается:

    Плотность (масса / объем) N 2 O при 30 ° C и 745 торр.

    Стратегия:

    Масса одного крота на СТП известна. Используя уравнение идеального газа, мы можно рассчитать объем одного моля в данных условиях. Плотность при заданных условиях можно рассчитать.

    Данные:

    Подставляем в уравнение идеального газа,

    Расчет плотности:

    Молярный объем часто используется для определения молекулярной массы низкокипящего жидкость. Соединение становится газообразным при измеренных температуре и давлении, и определяется масса измеренного объема пара. Пример 9.10 иллюстрирует этот процесс.

    Пример:

    Какова молекулярная масса соединения, если 0,556 г этого соединения занимает 255 мл при 9,56×10 4 Па и 98 ° C?

    1. Определите количество молей n пробы, используя уравнение идеального газа.

    Данные:

    Будет использоваться газовая постоянная 0,0821 л-атм / моль-К; предоставленные данные должны быть заменены на эти единицы.

    Подставить в уравнение идеального газа:

    2. Затем определите молекулярную массу соединения. Масса образец был дан как 0,556 г. Расчеты показали, что эта масса равна 0,00790 моль. Простое соотношение определит молекулярную массу субстанция.

    PG7202 Поршневой манометр высокого давления

    Линия поршневого манометра PG7000 включает эталоны давления эталонного уровня, предлагая унифицированное решение от вакуума до 500 МПа

    • Современные эталоны первичного давления для самых низких уровней неопределенности
    • Единый раствор от вакуума до 500 МПа
    • Выводит полностью проверенные эталонные давления в реальном времени
    • Интуитивно понятный местный интерфейс оператора
    • Ручные, полуавтоматические и полностью автоматизированные конфигурации

    Калибровочные стандарты серии PG7000 основаны на фундаментальном принципе массы, нагруженной на поршень, для приложения известной силы к известной эффективной площади

    Интегрированные модули поршень-цилиндр
    Каждый поршень-цилиндр PG7000 представляет собой интегрированную метрологическую сборку, которая включает в себя критически важные монтажные компоненты поршень-цилиндр. Все механические части, которые влияют на метрологию поршневого цилиндра, связаны с отдельным поршнем-цилиндром, а не являются общими частями платформы поршневого манометра, что позволяет пользователю:

    • Диапазон изменения (поршень-цилиндр) за секунды, без использования инструментов.
    • Обращайтесь с поршнями и цилиндрами и меняйте их местами, не подвергая критические поверхности загрязнению.
    • Защищайте поршневой цилиндр от повреждений в результате случайного удара или удара при обращении.
    • Повысьте воспроизводимость измерений, избегая частой сборки / разборки монтажных компонентов.
    • Улучшите конструкцию крепления поршень-цилиндр, позволив оптимизировать каждую систему крепления для размера и диапазона поршневого цилиндра.

    Концентричность нагрузки массой
    Количество независимых частей между поршнем и массовой нагрузкой уменьшено до двух — крышки поршня и колпака нагрузки массы. Головка поршня фактически становится частью поршня путем механической обработки после установки концентрично поршню в пределах ± 20 микрон.

    Интегрированная электроника, программное обеспечение и удаленный интерфейс
    Электроника для контроля всех условий и функций окружающей среды и прибора интегрирована в платформу PG7000.Интерфейсы RS-232 и IEEE 488 включены для удаленной связи. Источники питания системы также содержатся в терминале для удаления их источника тепла с платформы PG. Для локального управления пользователь взаимодействует с PG7000 с помощью клавиатуры и буквенно-цифрового дисплея на компактном терминале, что обеспечивает быстрое и интуитивно понятное управление.

    Бортовое измерение рабочих условий
    PG7000 включает встроенное бортовое измерение всех условий окружающей среды и рабочих условий, необходимых для расчета давления в пределах допуска, включая относительную влажность, барометрическое давление, температуру окружающей среды, температуру поршня-цилиндра и эталонный вакуум .
    Отдельные измерения можно наблюдать в реальном времени как локально через терминал PG, так и удаленно через интерфейс RS-232 или IEEE 488. Проверка и повторная калибровка бортовых датчиков поддерживается встроенным программным обеспечением.

    Контроль поведения поршня
    PG7000 измеряет и обеспечивает индикацию в реальном времени положения поршня, скорости падения, скорости вращения и замедления вращения. Положение поршня измеряется по принципу LVDT, при этом кольцо на внутренней стороне колокола нагрузки массы действует как якорь.Скорость вращения измеряется оптически датчиком на монтажной стойке, который определяет движение кольца с выемкой внутри раструба для загрузки массы. Обе измерительные системы абсолютно не мешают, не влияя на свободное движение поршня по любой оси.

    Индикация готовности / не готовности
    Индикация «готов / не готов» дает оператору четкую индикацию «годен / не годен», когда может быть выполнено измерение за пределами допуска. Он основан на испытаниях для различных рабочих условий, включая положение поршня, скорость падения поршня, скорость вращения поршня, замедление вращения поршня, скорость изменения температуры поршня и эталонное значение вакуума (если применимо). Состояние готовности обозначается, когда все условия попадают в определенные пределы. Пределы для различных критериев готовности / неготовности могут быть настроены пользователем при желании.

    Обнаружение смещения поршня
    Одним из самых утомительных аспектов работы с обычным поршневым манометром является регулировка давления для смещения поршня. Поршень поднимается внезапно и без предупреждения при точном давлении, соответствующем массе, нагруженной на поршень. Чтобы найти эту точку без отклонения, требуется медленный и осторожный контроль давления.
    PG7000 облегчает перемещение поршня с помощью системы предварительного натяга поршня, которая заранее предупреждает о том, что давление приближается к точке, в которой поршень выйдет из конца хода. Система предварительного натяга воздействует на поршень только тогда, когда он находится в конце хода; он не мешает свободному движению поршня в плавающем состоянии.

    Интеллектуальное вращение поршня
    PG7000 — первый коммерчески доступный поршневой манометр, обеспечивающий мониторинг скорости вращения и снижения скорости вращения. Эти измерения используются, чтобы гарантировать, что показания давления всегда находятся в установленных пределах. Это освобождает оператора от ответственности за мониторинг частоты вращения и заменяет субъективное суждение оператора объективным измерением.

    Контейнеры для хранения и транспортировки
    Платформа поршневого манометра PG7000 и комплект массы упакованы в усиленные, устойчивые к атмосферным воздействиям формованные транспортировочные ящики со специальными вставками для обеспечения оптимальной защиты. Модули поршневые цилиндры PG7000 поставляются в компактных, практически неразрушимых гильзах из ПВХ.

    Усовершенствованные компоненты для создания и управления давлением
    Все аксессуары для измерения давления PG7000 разработаны для повышения эффективности и эргономичности работы поршневых манометров. К ним относятся ручные, полуавтоматические и полностью автоматизированные варианты, позволяющие быстро и легко создавать давление и перемещать поршень в заданное положение.

    COMPASS® для вспомогательного программного обеспечения при калибровке давления
    Программное обеспечение COMPASS устанавливает записи для тестируемых устройств (UUT), определяет и связывает процедуры тестирования с UUT, выполняет тесты, собирает справочные и тестовые данные, создает стандартные и пользовательские отчеты о калибровке.Все эталонные, проверяемые и тестовые данные собираются и хранятся в базе данных и стандартных файлах с разделителями. COMPASS может управлять любым типом тестирования, от ручного управления оператором и регистрации тестовых данных до полностью автоматизированного выполнения тестов без участия оператора.

    Единое решение от вакуума до 500 МПа
    Линия поршневых манометров PG7000 охватывает весь диапазон давления от очень низкого абсолютного давления и перепада давления газа до 500 МПа (75 000 фунтов на квадратный дюйм) в масле. Хотя может потребоваться несколько платформ для поршневых манометров и специальные аксессуары для различных диапазонов и сред, единый пользовательский интерфейс и принципы работы поддерживаются на всей линии. В большинстве случаев полная калибровка по газу и маслу может быть достигнута с помощью всего двух платформ PG, четырех поршневых модулей и одного набора масс. Поддержание единообразия от системы к системе упрощает их изучение и использование. Затраты на техническое обслуживание снижаются за счет минимизации количества поддерживаемых метрологических элементов.

    PG7000 Модули поршневого цилиндра
    Поршень-цилиндр определяет эффективную площадь и является основным метрологическим элементом поршневого манометра. Внутренние характеристики поршневого цилиндра, а также то, как он установлен и эксплуатируется, являются ключами к характеристикам поршневого датчика.

    Поршневые цилиндры PG7000 производятся Fluke Calibration с использованием запатентованных технологий производства, в результате чего поршни и цилиндры имеют типичную форму в пределах менее 0,2 микрона от идеальной. В поршневых цилиндрах, работающих на чистом газе, используются большие диаметры и очень маленькие кольцевые зазоры, чтобы свести к минимуму газообразные частицы и эффекты рабочего режима, а также максимально увеличить время смещения поршня. Например, типичный кольцевой зазор 35-миллиметрового газового поршневого цилиндра составляет менее 1 микрона. Поршневые цилиндры с масляным приводом имеют малый диаметр, чтобы уменьшить массу, необходимую для покрытия типичного диапазона высокого давления.

    Все поршни и цилиндры типа 7000 изготовлены из карбида вольфрама. Каждый поршень-цилиндр PG7000 представляет собой законченный, интегрированный метрологический узел, который включает в себя критически важные монтажные компоненты поршень-цилиндр для улучшения метрологических характеристик. Во всех поршневых цилиндрах типа 7000 используются системы крепления со свободной деформацией, в которых цилиндр может деформироваться под действием приложенного давления, без уплотнительных колец или уплотнений по длине цилиндра. Для газовых сборок с более высоким давлением новая система крепления, отрицательная свободная деформация, обеспечивает равномерное распределение измеренного давления по всей длине цилиндра.Это снижает деформацию под давлением, поэтому скорость падения поршня остается низкой даже при высоких рабочих давлениях, избегая при этом непредсказуемых точек деформации обычных возвратных конструкций.

    Наборы масс PG7000
    Массы, нагруженные на поршень, ускоряются под действием силы тяжести для приложения известной силы к поршню, с которой уравновешивается определенное давление.

    Ручной набор масс PG7000 состоит из основных масс 10 кг или 5 кг, дробных масс в 5-2-2-1 последовательности от 0.От 5 кг до 0,1 кг и балансировочную массу от 50 кг до 0,01 г. Любое желаемое значение массы в пределах установленного диапазона массы может быть загружено до 0,01 г. Все основные и фракционные массы изготовлены из прочной немагнитной нержавеющей стали и приведены в соответствие с их номинальными значениями в массе без полостей или обрезных приспособлений, что может снизить стабильность массы с течением времени. Отдельные грузы удобны в обращении, с наклонными подъемными поверхностями на краю каждой массы и специальными поддонами для масс, которые помогают в упорядоченной загрузке и разгрузке.

    Автоматический набор масс PG7000 состоит из дисков основных масс весом 6,2 или 10 кг каждый и набора трубчатых масс в бинарной последовательности от 0,1 до 3,2 или 6,4 кг. Аксессуар для автоматизированного перемещения массы с пневматическим приводом (AMH) загружает запрошенные значения массы с шагом 0,1 кг. AMH и набор масс легко снимаются для доступа к модулю поршень-цилиндр при необходимости.

    Глава 3b — Первый закон — Закрытые системы

    Глава 3b — Первый закон — Закрытые системы — Стирлинг Эбдинес (обновлено 05.07.2014)

    Глава 3: Первый закон термодинамики для Закрытые системы

    b) Идеальные машины цикла Стирлинга (двигатели / Кулеры)

    1.Двигатель цикла Стирлинга

    Концептуально двигатель Стирлинга является самым простым из все тепловые двигатели. Он не имеет клапанов и включает в себя внешний обогреватель. пространство и внешнее охлаждаемое пространство. Его изобрел Роберт Стирлинг и интересный сайт от Bob Sier включает фотографию Роберта. Стирлинг, его оригинальный патентный рисунок 1816 года и анимированная модель оригинального двигателя Стирлинга.

    В первоначальном виде одноцилиндровый рабочий газ (обычно воздух или гелий) запечатан в цилиндрах с помощью поршень и перемещался между горячим и холодным пространством с помощью вытеснитель. Тяга, приводящая в движение поршень и буйк, будет двигаться их так, что газ будет сжиматься, пока он находится в основном в охлаждение пространства сжатия и расширение в горячем расширении Космос. Это ясно показано на анимации рядом, где был произведен Ричардом Уилером ( Zephyris ) из Википедия .

    См. Также анимацию, созданную Matt Кевени в своем Стирлинге движок анимация сайт. Поскольку газ имеет более высокую температуру и, следовательно, давление во время его расширение, чем при его сжатии, вырабатывается больше мощности во время расширения, чем реабсорбируется во время сжатия, и это чистая избыточная мощность — это полезная мощность двигателя.Обратите внимание, что нет клапанов или прерывистого горения, что является основным источник шума в двигателе внутреннего сгорания. Такой же рабочий газ используется снова и снова, что делает двигатель Стирлинга герметичная система замкнутого цикла. Все, что добавлено в систему, устойчивый высокотемпературный нагрев, и все, что снимается с система низкотемпературного (отходящего) тепла и механической мощности.

    Афины, Огайо, являются рассадником цикловой машины Стирлинга деятельности, как двигателей, так и охладителей, и включает НИОКР и производственные компании, а также всемирно признанные консультанты в области компьютерного анализа цикла Стирлинга.В материнская компания этого вида деятельности является Sunpower, Inc . Он был сформирован Уильям Бил в 1974 году, в основном на основе его изобретения свободнопоршневого двигателя Стирлинга которые мы опишем ниже. Они разработали свободнопоршневой двигатель / генератор мощностью 1 кВт, а с 1995 г. эта технология была использована British Gas для разработки блоков ТЭЦ (комбинированного производства тепла и электроэнергии) — двигатель / генератор мощностью 1 кВт в настоящее время производит Microgen Engine Corporation (см. их История и Engine веб-страниц).
    В 2013 году Sunpower была приобретена Ametek, Inc в Пенсильвании, однако продолжает разработку машин для цикла Стирлинга в Афинах, штат Огайо.

    Некоторые примеры одноцилиндровых двигателей Стирлинга: Stirling Technology Inc является дочерней компанией Sunpower и первоначально была создана для продолжения разработки и производства двигателей мощностью 3,5 кВт. Пневматический двигатель СТ-5 . Этот большой одноцилиндровый двигатель сжигает топливо из биомассы (например, гранулы из опилок или рисовую шелуху) и может работать в качестве когенерационной установки в сельской местности.Это не свободнопоршневой двигатель, в нем используется кривошипно-коленчатый механизм для получения правильной фазы буйка.
    В настоящее время Stirling Technology работает с Microgen Engine Corporation , г. международная компания, производящая свободно-поршневой двигатель / генератор MEC мощностью 1 кВт. Компания Stirling Technology разработала многотопливную горелку для двигателя. и сотрудничает с Microgen для вывода на рынок различных систем.

    Другой важный ранний двигатель Стирлинга — двигатель Lehmann машина, на которой Густав Шмидт провел первый разумный анализ Двигатели Стирлинга в 1871 году. Энди Росс из Колумбуса, штат Огайо, построил небольшой рабочая копия станка Lehmann , а также пневмодвигатель модели .

    Солнечное тепло и когенерация энергии: В связи с нынешним энергетическим кризисом и кризисом глобального потепления, возобновился интерес к системам возобновляемой энергии, таким как энергия ветра и солнца, и распределенные системы когенерации тепла и электроэнергии. Cool Energy, Inc из Боулдера, штат Колорадо, ранее разработали полную Система когенерации солнечной энергии и тепла для бытового использования, включая технологию двигателя Стирлинга для выработки электроэнергии.Это уникальное приложение включено гелиотермические коллекторы с вакуумными трубками (слайд любезно предоставлен rusticresource.com ), теплоаккумулятор, горячая вода и обогреватели, а также двигатель / генератор Стирлинга. с использованием газообразного азота. В настоящее время они концентрируются на низкотемпературных (150 ° C — 400 ° C) системах утилизации отходящего тепла (см . : Обзор двигателя Cool Energy ThermoHeart 25 кВт ).

    Идеальный анализ: Обратите внимание на что следующий анализ двигателей цикла Стирлинга является идеальным и предназначен только в качестве примера Анализ первого закона закрытых систем.В реальном мире мы не можем ожидать реальные машины работают лучше, чем 40-50% идеальной машины. Анализ реальных машин цикла Стирлинга является чрезвычайно сложным и требует сложного компьютерного анализа (см., например, учебный веб-ресурс на: Анализ машины цикла Стирлинга .)

    Свободнопоршневой двигатель Стирлинга, разработанный Sunpower, Inc уникальна тем, что не имеет механического соединения между поршнем и буйком, что обеспечивает правильную фазировку между ними происходит за счет использования давления газа и силы пружины.Электроэнергия снимается с двигателя постоянными магнитами. прикреплен к поршню, приводящему в действие линейный генератор переменного тока. В основном Идеальный двигатель Стирлинга претерпевает 4 различных процесса, каждый из которых которые можно анализировать отдельно, как показано на диаграмме P-V ниже. Сначала мы рассматриваем работу, проделанную во время всех четырех процессов.

    • Процесс 1-2 — это процесс сжатия, в котором газ сжимается поршнем, в то время как вытеснитель находится на верх цилиндра.Таким образом, во время этого процесса газ охлаждается в для поддержания постоянной температуры T C . Требуется работа W 1-2 для сжатия газа показано как область под P-V кривой, и оценивается следующим образом.

    • Процесс 2-3 — это процесс вытеснения с постоянным объемом, при котором вытесняется газ из холодного пространства в горячее пространство расширения. Никакой работы не делается, однако, как мы увидим ниже, значительное количество тепла Q R поглощается газом из матрицы регенератора.

    • Процесс 3-4 представляет собой процесс изотермического расширения. Работа W 3-4 выполнена системой и отображается как область под P-V диаграмма, при этом тепло Q 3-4 добавляется в систему от источника тепла, поддержание постоянной температуры газа T H .

    Чистая работа W net , выполненная за цикл, определяется как: W net = (W 3-4 + W 1-2 ), где работа сжатия W 1-2 составляет отрицательный (работа выполнена по г. система).

    Теперь рассмотрим тепло, передаваемое во время всех четырех процессов, которые позволят нам оценить термический КПД идеальный двигатель Стирлинга. Напомним из предыдущего раздела, что в чтобы провести анализ идеального газа по Первому закону для определения передаваемого тепла нам потребовалось разработать уравнения для определения изменение внутренней энергии Δu в единицах Удельная Теплоемкости идеального газа

    Два процесса с постоянным объемом образованы удерживая поршень в фиксированном положении и перемещая газ между горячие и холодные помещения с помощью вытеснителя.Во время процесса 4-1 горячий газ отдает свое тепло Q R , проходя через матрицу регенератора, которая впоследствии полностью восстановились в процессе 2-3.


    Мы найдем в главе 5 , что это максимальное теоретическое эффективность, достижимая от теплового двигателя, и обычно именуется Carnot эффективность. Для получения дополнительной информации по этому вопросу см. к бумаге: А Встреча Роберта Стирлинга и Сади Карно в 1824 году представлен на 2014 ISEC .

    Обратите внимание, что если регенератор отсутствует, тепло Q R должно поступать от нагревателя. Таким образом, эффективность будет значительно уменьшится до η th = W net / (Q в + Q R ). Кроме того, охладитель должен будет отводить тепло, которое обычно поглощается регенератором, поэтому охлаждающая нагрузка будет увеличен до Q из + В Р . Напомним, что Q 2-3 = Q R = -Q 4-1 .

    Обратите внимание, что практический цикл Стирлинга имеет много потерь. связаны с ним и на самом деле не связаны с изотермическими процессами, ни идеальной регенерации. Кроме того, так как Free-Piston Stirling велосипедные машины используют синусоидальное движение, P-V диаграмма имеет овальную форму, а не острые края определенные на приведенных выше диаграммах. Тем не менее мы используем идеальную модель Стирлинга. цикл, чтобы получить начальное понимание и оценку цикла спектакль.

    Проблема 3.2 — The Sunpower EG-1000 Стирлинг Двигатель / Генератор
    ___________________________________________________________________

    2.Охладитель цикла Стирлинга

    Один важный аспект машин цикла Стирлинга, который мы должны учитывать, что цикл может быть обращен вспять — если мы положим net работать в цикле, затем его можно использовать для перекачивания тепла из низкого источник температуры к высокотемпературному приемнику. Солнечная сила, Inc . активно участвовал в разработка холодильных систем цикла Стирлинга и производство Кройгенные охладители цикла Стирлинга для сжижения кислорода. В 1984 г. Sunpower разработала свободный поршень Duplex Машина Стирлинга , имеющая всего три движущихся части, включая один поршень и два вытеснителя, в которых горел газ Двигатель цикла Стирлинга приводил в действие охладитель цикла Стирлинга. Глобальное охлаждение была основана в 1995 году как дочерняя компания Sunpower, и был создан в основном для разработки свободно-поршневого цикла Стирлинга. кулеры для домашнего холодильника. Эти системы, помимо значительно более эффективен, чем обычная парокомпрессия холодильники, имеют дополнительное преимущество в том, что они компактны, портативны агрегаты, использующие гелий в качестве рабочего тела (а не хладагенты HFC такие как R134a, имеющий потенциал глобального потепления 1300). Более недавно Global Cooling решила сконцентрировать свое развитие усилия в системах, в которых практически нет конкурентоспособных системы — охлаждение от -40 ° C до -80 ° C, и они установили новое название компании: Stirling Ультрахолодный .

    Нам повезло получить два оригинальных M100B кулеры от Global Cooling. Один используется как демонстрационный блок, и показан в действии на следующей фотографии. Второй устройство настроено как ME Senior Лабораторный проект , в котором мы оцениваем фактическая производительность машины при различных заданных нагрузках и температуры.

    Принципиальная схема, за которой следует анимированная схема. кулера (оба любезно предоставлены Global Охлаждение ) показаны ниже

    Концептуально кулер предельно простой устройство, состоящее по существу только из двух движущихся частей — поршня и вытеснитель.Вытеснитель перемещает рабочий газ (гелий) между пространствами сжатия и расширения. Поэтапный переход между поршень и вытеснитель таковы, что когда большая часть газа находится в окружающее пространство сжатия, тогда поршень сжимает газ, пока отвод тепла в окружающую среду. Затем вытеснитель вытесняет газ. через регенератор в пространство холодного расширения, а затем оба вытеснитель и поршень позволяют газу расширяться в этом пространстве, пока поглощение тепла при низкой температуре.

    ______________________________________________________________________________________

    Задача 3.3 — Цикл Стирлинга Кулер M100B — Ideal Analysis

    К сожалению, анализ реального цикла Стирлинга машины чрезвычайно сложны и требуют сложного компьютера анализ. Рассмотрим идеализированную модель этого кулера, определенную в условия диаграммы P-V показано ниже, чтобы определить идеальную производительность M100B в типичных условиях эксплуатации, как описано ниже. ( Примечание что представленные здесь значения не являются фактическими значениями M100B, однако были разработаны вашим инструктором для целей этого упражнения только ).

    Процесс (1) — (2) — процесс изотермического сжатия при температуре T C = 30 ° C, при этом нагрев Q C отвергнуты к окружающему. Процесс (2) — (3) — постоянный объем процесс вытеснения, во время которого тепло Q R отводится матрице регенератора. Процесс (3) — (4) — процесс изотермического расширения при температуре T E = -20 ° C, во время которого нагревается Q E абсорбируется из морозильной камеры, и, наконец, процесс (4) — (1) является процесс смещения постоянного объема, во время которого тепло Q R поглощается матрицей регенератора. Таким образом, идеальный Цикл Стирлинга состоит из четырех различных процессов, каждый из которых можно отдельно проанализировать. Состояние (1) определяется на максимальной громкости 35 см 3 и давление 1,9 МПа, а состояние (2) определяется при минимальном объеме 30 см 3 . Энергия переносится во время процессов сжатия и расширения, указано на схемах P-V следующим образом:

    Поскольку рабочая жидкость — гелий, идеальный gas, везде мы используем уравнение состояния идеального газа.Таким образом, P V = m R T, где R = 2,077 кДж / кг K, и Δu = Cv ΔT, где Cv = 3,116 кДж / кг К. (см .: Ideal Свойства газа )

    • a) Определите тепло, поглощаемое при расширении. пробел Q E во время процесс расширения (3) — (4) (Джоуль). Определите также тепло потребляемая мощность (Вт). Обратите внимание, что частота цикла — это линия частота (f = 60 Гц). [Q E = 8,56Дж (мощность = 513,6Вт)]

    • б) Определите чистую работу, выполненную за цикл (Джоули): W net = W E + W C (Обратите внимание, что работа сжатия W C всегда отрицательная). Определите также подаваемую мощность к линейному электродвигателю (Ватт). [Вт нетто = -1,69Дж (мощность = -101Вт)]

    • c) Оценить коэффициент полезного действия холодильник определяется как: COP R = Q E / W нетто . (высокая температура поглощается в пространстве расширения, деленном на проделанную работу сети). [COP R = 5,07]

    • г) Определите количество тепла, отклоняемого рабочая жидкость Q R as он проходит через матрицу регенератора в процессе (2) — (3).[Q R = -16,46Дж (мощность = -988 W)]
      Если бы не было регенератора присутствует, тогда это тепло необходимо отвести от газа с помощью процесс расширения, чтобы снизить температуру до холода температура морозильной камеры. Как это повлияет на производительность круче? Обсудите важность эффективного регенератора в охладитель цикла Стирлинга.

    ______________________________________________________________________________________

    К части c) Закона Первый закон — Дизельные двигатели

    К части d) Закона Первый закон — Цикловые двигатели Отто,

    ______________________________________________________________________________________


    Инженерная термодинамика, Израиль Уриэли находится под лицензией Creative Общедоступное авторское право — Некоммерческое использование — Совместное использование 3. 0 США Лицензия

    Введение

    Произведенная работа вызвана давлением газа на поршень. Рисунок 3 представляет собой процесс, который испытывает поршень.

    Если предположить, что давление в картере двигателя атмосферное, то давление газа будет зависеть от давления в картере.

    P = P газ — P картер двигателя

    Для небольшого смещения dx работа равна dW. Следующие отношения для dW можно развить:

    dW = F dx = PA dx = P dV

    Для конечного изменения объема работа определяется по:

    Работа также может быть представлена ​​на единицу массы топлива и воздуха, конкретная работа.

    Удельный объем также определяется по:

    Эта работа, W, называется указанной работой и будет представлена как W i . Трение в кольцах и подшипниках включено в Срок работы трения, W f . Работа на коленчатом валу — это тормозная работа, W b . Тормозная работа определяется как указанная работа. меньше работы трения.

    W b = W i — W f

    Механический КПД ,, определяется как:

    = W b / W i = 1 — W f / W i

    Среднее эффективное давление

    Давление в цилиндре изменяется во время такта расширения.Первый увеличивается из-за добавления тепла, а затем уменьшается из-за увеличения в объеме цилиндра. Мы можем определить среднее эффективное давление, чтобы определить работа.

    Среднее эффективное давление можно найти для указанного трения и тормозная работа.

    P среднее, i = W i / V d (i = указано)

    P среднее значение, f = W f / V d (f = трение)

    P среднее, b = W b / V d (b = тормоз)

    Безнаддувный двигатель с циклом Отто имеет среднее значение P , b ~ 1000 кПа.Если турбонаддув, двигатель P означает, b может увеличиться до выше 1500 кПа.

    Похожие записи

    Художественная ковка это: Кованые изделия как воплощение искусства

    Как самому сделать солнечную батарею: Как сделать солнечную батарею своими руками

    Генератор бензиновый самый маленький: 10 самых маленьких генераторов — рейтинг 2020

    Автор alexxlab

    Просмотр всех записей alexxlab →

    Добавить комментарий

    Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *