Тепловая электростанция на базе ДВС: Методические указания к лабораторным работам

621.1

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

НА БАЗЕ ДВС

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Методические указания

НОВОСИБИРСК

2006

Министерство образования и науки Российской Федерации

НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

621.1

ТЕПЛОВАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ

НА БАЗЕ ДВС

СБОРНИК ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Методические указания

для студентов ФЭН всех форм обучения

и всех направлений

НОВОСИБИРСК

2006

УДК 621.1

Составили  д-р техн. наук, проф. Г.В. Ноздренко

           канд. техн. наук, доц. Ю.И. Шаров

Рецензент  д-р техн. наук, проф. Ю.В. Овчинников

 Работа подготовлена на кафедре

тепловых электрических станций

©  Новосибирский государственный

                                       технический университет, 2006

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Схема лабораторной установки

Л а б о р а т о р н а я   р а б о т  а   №   1

Построение энергетических характеристик энергоустановки

Л а б о р а т о р н а я   р а б о т  а   №   2

Исследование работы подогревателя сетевой воды теплоэнергетической установки

Л а б о р а т о р н а я   р а б о т  а   №   3

Определение эффективности работы теплофикационной энергетической установки

Л а б о р а т о р н а я   р а б о т  а   №   4

Исследование экологических параметров теплоэнергетической установки

Литература

ВВЕДЕНИЕ

          Передвижная тепловая электрическая станция ПЭС-15 выполнена на базе 4-тактного карбюраторного двигателя внутреннего сгорания (ДВС), который является одним из типов теплового двигателя, предназначенного для преобразования тепловой энергии в механическую. К другим тепловым двигателям, например, относятся: газотурбинная и паротурбинная установки, воздушно-реактивный и ракетный двигатели. Топливами карбюраторных ДВС являются бензин или керосин. Как легкие топлива, они сгорают очень быстро в камере сгорания так, что поршень практически не успевает сдвинуться с верхней мертвой точки (его крайнего верхнего положения). Поэтому теоретическим циклом карбюраторного ДВС является цикл с изохорным подводом теплоты от горячего источника к рабочему телу (цикл Отто). Теоретическим циклом дизельного двигателя внутреннего сгорания является цикл с изобарным подводом теплоты (цикл Дизеля), а для бескомпрессорного ДВС – это цикл со смешанным подводом теплоты (цикл Тринклера). Все эти три цикла изображены в рv- и ТS-диаграммах на рис. 1.

Рис. 1. Теоретические циклы ДВС

          Обозначения термодинамических процессов во всех циклах приняты одинаковыми. Наиболее общим является цикл Тринклера, для которого: 1-2 – адиабатное сжатие рабочего тела; 2-3 – изохорный подвод теплоты от горячего источника к рабочему телу (); 3-4 – изобарный подвод теплоты (); 4-5 – адиабатное расширение рабочего тела; 5-1 – изохорный отвод теплоты от рабочего тела к холодному источнику (). К основными характеристикам цикла относятся: степень сжатия  , степень повышения давления   и степень предварительного расширения  .

          Тогда циклы Отто и Дизеля можно считать частными случаями, в первом из которых отсутствует изобарный подвод теплоты 3-4, поэтому точки 3 и 4 совпадают, то есть   = 1; а во втором – нет изохорного подвода теплоты, точки 2 и 3 совмещаются и   = 1. Основным показателем любого цикла теплового двигателя является его термический КПД, который представляет собой отношение полезно использованной теплоты ко всей подведенной. Применительно к циклу Тринклера (со смешанным подводом теплоты) это будет следующее выражение:

                                     (1)

          Если числитель и знаменатель поделить на , вынести за скобки  из числителя и  из знаменателя, то с учетом того, что  - показатель адиабаты, получится:

                                                                          (2)

          После замены отношений температур через основные характеристики цикла, с учетом соотношений между параметрами в термодинамических процессах, получается окончательное выражение термического КПД для цикла ДВС со смешанным подводом теплоты:

                                                                            (3)

          Тогда для цикла с изохорным подводом теплоты при  = 1 из (3) получается:

                                                                                                          (4)

и для цикла с изобарным подводом теплоты при  = 1:

                                                                                             (5)

          Сравнение циклов ДВС удобно провести, изобразив их совместно в тепловой TS-диаграмме (рис. 2). Сравнение выполняется при:   = idem,   = idem и , ведь дизельные ДВС – это двигатели с высокими степенями сжатия ( = 16-20), карбюраторные – с низкими ( = 6-10), а безкомпрессорные – со средними ( = 12-16).

Рис. 2. Сравнение теоретических циклов и индикаторная