Similar presentations:
Методы преобразования энергии
1.
1Методы
преобразования
энергии
1
2.
СТРУКТУРА КУРСА2
Лекции + практические занятия + БАРС
Экзамен по материалам курса.
Лектор Румянцев Михаил Юрьевич
Ассистент Планкин А.П.
Литература
1.
Веников В.А., Путятин Е.В. Введение в специальность. Учебн. Пособие
для ВУЗов. М., Высшая школа, 1978.
3.
ЭНЕРГИЯ и МОЩНОСТЬ3
Энергия - универсальная мера движения и взаимодействия в
1 Дж = 1Н×м = 1 кг×м2/с2
природе
Е [Дж]
Мощность - характеризует скорость энергетических процессов
Р [Вт]
1 Вт = 1Дж / 1с
Энергию также измеряют: в калориях 1 кал = 4,184 Дж
в Вт×ч
1 Вт×ч = 3600Дж
Мощность часто измеряют в Лошадиных силах
1 л.с. = 746 Вт = 0,746 кВт
- кило 103 к
- мега 106 М
- гига 109 Г
- тера 1012 Т
- пета 1015 П
- экса 1018 Э
- зета 1021 З
- иота 1024 И
4.
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ЭНЕРГИИ4
Энергия – способность совершать работу
Способы передачи энергии
Теплота
Работа
Энергия мускулов человека
и прирученных животных
Источник энергии ???
5.
СОЛНЦА, как ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ5
Солнце – основной источник энергии и жизни на Земле.
Мощность Солнца – приблизительно 350…400 ИВт
Радиус Солнца ≈ 630 тысяч км
Площадь поверхности ≈ 5 × 1012 км2
Удельная Мощность Солнца ≈ 70…80 МВт/м2
Ежегодно Солнце излучает ≈ 3,3 ×1027 кВт ×ч
До атмосферы Земли доходит ≈ 1,5 ×1018 кВт ×ч / год
На поверхность Земли попадает ≈ 7,5 ×1017 кВт ×ч / год
или 85,5 ПВт
Радиус Земли ≈ 6,37 тысяч км
Площадь поверхности ≈ 5 × 108 км2
Удельная Мощность инсоляции ≈ 170 МВт/км2
6.
СООТНОШЕНИЕ МОЩНОСТЕЙ в ПРИРОДЕ и ТЕХНИКЕ6
Вращение Земли вокруг оси 30 ИВт
85,6 ПВт
≈ 170 МВт/км2
Взрыв бомбы: атомной
ПВт
водородной ЭВт
Приливы-отливы (2…5)Т Вт
Вся энергетика мира 30 ТВт
Самолёты (150…200) ГВт
Ураганы (30…40) ТВт
Удельная мощность
≈ 60 кВт/км2
Ветры (25…35) ТВт
Автомобили (150…200)ТВт
7.
ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ в ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКЕСжигание
Год
угля
Сжигание
природного
газа
ГЭС
АЭС
7
Сжигание
Всего в
Прочие
нефти
год
1973
38,3 %
12,1 %
20,9 % 3,3 %
24,8 %
0,6 %
2019
36,7 %
23,5 %
16,0 % 10,3 %
2,8 %
10,7 %
6 131
ТВт×ч
27 044
ТВт×ч
8.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ для ПОЛУЧЕНИЯ РАБОТЫЭнергия ветра
8
Жернова. Энергоресурс –
мускульная сила животного
Жернова с ручным приводом
9.
ПЕРВЫЕ ПРИВОДЫДревняя
водоподъемная машина
Архимедов винт с ветряным
двигателем
9
10.
ВОДЯНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ10
Мельница с водяным
колесом
Колесо "Леди Изабелла" в деревне Лекси (остров Мэн,
Великобритания).
Водяное колесо разработано Робертом Кейсментом.
Диаметр больше 22 м, ширина 1,83 м.
Частота вращения 3 об/мин.
Построено в 1854 г. для откачки воды из свинцовых шахт.
11.
ВЕТРЯНЫЕ МЕЛЬНИЦЫ11
Мельницы - основа производства на протяжении 1500 лет (с IV по XVIII в)
12.
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ ПАРА12
«Шар Герона», Александрия, I в. н.э.
Паровая машина Ньюкомена ,
Англия, XVIII в.
13.
ПЕРВЫЕ ПАРОВЫЕ КОТЛЫ и МАШИНЫМашина Т. Ньюкомена , 1705 - 1763)
машина Томаса Сейвери, 1698 - 1702
13
14.
ПАРОВЫЕ КОТЛЫ ВЧЕРА и СЕГОДНЯКотёл П-67 800 МВт
14
15.
ПЕРВЫЕ УНИВЕРСАЛЬНЫЕ МАШИНЫ15
Иван Иванович Ползунов
1763 г. , Россия
16.
ПАРОВАЯ МАШИНА и ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯДжеймс Ватт
(1736-1819)
1782 г.
Англия, 1769 г.
16
17.
ТЕПЛОВЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ИДЕАЛЬНЫЙ ДВИГАТЕЛЬ КАРНО17
p
V
Нагреватель
Р
Холодильник
Николя Леонард
Сади Карно
(1796-1832)
p
Изотерма
A
B
Адиабата
V
V1
V2
V
18.
ЦИКЛ КАРНО2
3
А
D
B
B
C
C
4
А
Холодильник
Нагреватель
1
18
D
p
p
А
А
1
B
4
2
C
D
3
C
V
V
19.
ТЕРМОДИНАМИКА19
E = mc2
Антуан Лоран
Лавуазье
(1743-1794)
Михаил Васильевич
Ломоносов
(1711-1765)
Джеймс Джоуль
(1818-1889)
Альберт Эйнштейн
(1879-1955)
Уильям Томпсон (Кельвин)
(1824-1907)
Рудольф Клаузиус
(1822-1888)
20.
ВТОРОЙ ЗАКОН ТЕРМОДИНАМИКИ20
21.
ЭНТРОПИЯ1
21
2
E1 = E2
S1 ˂ S2
22.
КАЧЕСТВО ЭНЕРГИИНагреватель
Энтропия убывает
Теплота Q
Холодильник
Энтропия возрастает
22
23.
ЭФФЕКТИВНОСТЬ ТЕПЛОВОЙ МАШИНЫНагреватель
Энтропия убывает
Теплота отбирается QН
Работа
Машина
Окружающая
среда
Теплота подводится QХ
Холодильник
Энтропия возрастает
23
24.
АТОМАРНОЕ СТРОЕНИЕ ВЕЩЕСТВАДемокрит
(≈ 460-370 до н.э.)
Атом
Неделимая частица
Кельвин
(1824-1907)
1904
«Пудинг с изюмом»
Эрнест Резерфорд
(1871-1937)
24
Нильс Бор
(1885-1962)
1911…………....1913
Планетарная модель
25.
ВНУТРЕННЯЯ ЭНЕРГИЯ25
ΔU = Q - A
26.
ПРИМЕР ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИЯ26
Масса m = 1 кг
Теплоёмкость С = 450 ДжК/кг
Энергия W = 10 Дж
1м
4,5 м/c
WК = mv2/2 → v ≈ 4,5м/c
WП = mgh → h ≈ 1м
Q = CΔT → ΔT ≈ 0,02 oC
27.
СТАЦИОНАРНОЕ СОСТОЯНИЕ и ТЕРМОДИНАМИЧЕСКОЕРАВНОВЕСИЕ
1
2
27
28.
ТЕМПЕРАТУРА1
28
2
29.
НАПРАВЛЕНИЕ ЕСТЕСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВ1
Людвиг Больцман
(1844-1906)
2
29
30.
ДЕМОН БОЛЬЦМАНАW1 = 1
S1 = 0
30
?
W2 = 1
S2 = 0
W1 = 80
S1 = 4,34
W2 = 520
S2 = 6,26
N1 = 10 или 11
W1 = 3160
S1 = 8,06
W2 = 134940
S2 = 11,81
N2 = 69 или 70
?
31.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫ31
Горячее тело
p
Теплота сбрасывается QС
А
B
Работа
Машина
D
C
Теплота отбирается QО
V
Холодное тело
32.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫГорячее тело
Энтропия возрастает
Теплота сбрасывается QС
Работа
Машина
Теплота отбирается QО
Холодное тело
Энтропия убывает
32
33.
ХОЛОДИЛЬНЫЕ МАШИНЫГорячее тело
33
Энтропия возрастает
Теплота сбрасывается QС
Работа
Машина
Теплота отбирается QО
Холодное тело
Энтропия убывает
ТХ = 0 оС = 273 К
ТГ = 20 оС = 293 К
QO = 1000 Дж
Аmin = 73 Дж
34.
ТЕПЛОВЫЕ НАСОСЫ220В,
50 Гц
34
ТХ = 0 оС = 273 К
ТГ = 20 оС = 293 К
А
QO = 1000 Дж
QC
Аmin = 73 Дж
QО
35.
ОБРАТИМОСТЬ ТЕПЛОВОГО НАСОСАКондиционер
Обогреватель
35
36.
ЦИКЛ СТИРЛИНГА36
p
А
Роберт Стирлинг
(1790-1878)
B
D
Патент 1816 г.
C
V
37.
ЦИКЛ ОТТО37
Николаус Отто
(1832-1891)
T
Tmax
p
D
Подвод
теплоты
Подвод
теплоты
q1
E
q1
D
C
Е
C
Tmin
AB F
q2
Отвод
теплоты
ΔS
А
q2
B
F
Отвод
теплоты
S
V
38.
ЦИКЛ ДИЗЕЛЯ38
Рудольф Дизель
(1858-1913)
T
D
Tmax
q1
q1
p
C
E
C
Tmin
AB F
D
Е
q2
А
S
ΔS
q2
B F
V
39.
СПОСОБЫ ПРЕОБРАЗОВАНИЯ ТЕПЛОВОЙ ЭНЕРГИИВ МЕХАНИЧЕСКУЮ
Тепловые двигатели
По способу преобразования
тепловой энергии в механическую
По виду рабочего тела
Пар
Газ
Смесь газов
Поршневые
Роторные
Движитель
Топливо
Тепло
Механическая
энергия
Генератор
Привод
машин и
агрегатов
39
40.
ТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ЦИКЛ БРАЙТОНАНагреватель
40
С
Турбина
В
Компрессор
~
D Работа
А
Охладитель
T
p
С
Tmax
q1
q1
B
С
D
В
Tmin
A
q2
D
S
ΔS
А
q2
V
41.
ТУРБИНЫ41
Густав де Лаваль
(1845-1913)
p1
c1
v
v
c0
p2
Активная турбина
c2
p2
Реактивная турбина
42.
РЕАКТИВНАЯ СИЛАP
42
P
Fр
43.
ГАЗОТУРБИННЫЕ ДВИГАТЕЛИ. ОТКРЫТЫЙ ЦИКЛ БРАЙТОНАКамера сгорания
Топливо
С
Турбина
В
Компрессор
А
Воздух
Работа
D
Тяга
Вал отбора мощности
Коробка
приводов
Генератор
43
44.
СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ТС ДИЗЕЛЬ ИЛИ ГТД ?Преимущества ГТД
Малые габарит и масса двигателя.
Легкость пуска в широком диапазоне температур.
Малая трудоемкость текущего обслуживания.
«Всеядность двигателя» (возможность работать на различных
жидких и газообразных топливах, включая водород).
Низкий уровень вибраций и шума*.
Низкие выбросы вредных веществ.
Больший ресурс работы.
Недостатки ГТД
Невозможность работы двигателя без
нагрузки (разнос тяговой турбины).
Повышенный износ тормозных механизмов
(невозможность осуществлять торможение
двигателем).
Меньший, чем у дизеля, КПД.
44
45.
ПРОЕКТЫ АВТОМОБИЛЕЙ С ГТД1950 г. Проект компаний Boeing и Kenworth. Тягач с ГТД 175 л.с. Вес 91 кг
1959 г. автобус ЗИЛ-127 с ГТД
ТурбоНАМИ-53
1974 г. грузовик КрАЗ-2Э260Е
(ГТД 360 л.с.)
45
46.
ГТД на ЖЕЛЕЗНОЙ ДОРОГЕ1959 г. Г1-01
ГТД 3500 л.с. (с электрической передачей).
ГТ1h 2007 г. - №1, 2013 г. - №2
ГТД 11284 л.с.
Низкий КПД (по сравнению с тепловозами),
особенно при малой нагрузке.
46
47.
ГАЗОТУРБИННЫЕ УСТАНОВКИ для ТАНКОВ47
Параметры
Марка
танка/силовая
установка
Объем Мощность
МТО, двигателя,
м3
л.с.
Габаритная
мощность
МТО,
л.с./куб.м
Т-80У
ГТД
2,8
1250
446
М1А2 «Аbrams»
ГТД
6,8
1500
220
«Leopard-2»
Дизель
7,3
1500
205
ВСУ 17 кВт для танка M1A1 Abrams
(AlliedSignal Aerospace)
48.
РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ЦИКЛ БРАЙТОНА48
Камера сгорания
Топливо
С
Турбина
В
~
Компрессор
А
Воздух
Работа
D
49.
Окружающаясреда
РЕКУПЕРАТИВНЫЙ ЦИКЛ БРАЙТОНА
Отработанные
газы
РКТ
КС
Воздух
~
К
Работа
Т
Топливо
49
50.
ЗГТЭУ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВB
A
D
50
С
q1
p
С
B
С
С’
A’
А
А
D
q2
А’
V
С’
51.
УСТРОЙСТВО ГАЗОВЫХ ТУРБИНВыходное устройство (сопло)
Входное
устройство
(воздухозаборник)
Вал
Компрессор
Входное
устройство
(воздухозаборник)
Турбина
Камера сгорания
Выходное устройство
(сопло)
Турбина
Холодная секция
Горячая секция
51
52.
ГЕНЕРАТОРЫ для ТУРБОАГРЕГАТОВ52
53.
ПАРОВЫЕ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ТУРБИНЫТурбина Джованни Бранка 1629 г.
53
54.
ТЕПЛОВАЯ КОНДЕНСАТОРНАЯ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЯ.ЦИКЛ РЕНКИНА
54
B
Г
ПГ
Т
A
p
q1
А
B
~
С
К
ПН
С
D
q2
V
D
55.
ФУНКЦИОНАЛЬНАЯ СХЕМА ТЭС55
56.
ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ТЭС56
Qэл
25%
55%
Q1
100%
2%
6%
12%
ΔQпг
ΔQтр
ΔQтг
ΔQк
57.
КОНСТРУКЦИЯ ТЭС57
58.
СХЕМА АЭС с ДВУХКОНТУРНЫМ ВОДЯНЫМ РЕАКТОРОМ58
59.
МИКРОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ В МИРЕHoneywell, Capstone, Elliott/Calnetix, Ingersol Rand, Bowmen (все США),
Rolls Royse (Великобритания), Toyota, Honda (Япония)…
59
60.
МИКРОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИ60
Микротурбина HONDA
Энергетический цикл микротурбин Capstone (предоставлено «БПЦ Энергетические Системы»)
61.
МИКРОТУРБИННЫЕ ЭНЕРГОУСТАНОВКИCapstone
61
62.
ТГА62
63.
63МИКРОТУРБИНЫ в МЭИ
НИУ «МЭИ» - крупнейший в РФ
разработчик и изготовитель ЛГП
Стендовые испытания МКТЭУ
-
ТГА
повышенной эффективности
14 типоразмеров радиальных ЛГП
диаметр цапф ротора от 10 до 126 мм
масса ротора до 75 кг
9 типоразмеров осевых ЛГП
диаметр пяты до 225 мм
осевая сила до 3300 Н
частота вращения от 24 до 360 тыс. об/мин
Химическая лаборатория по
разработке покрытий для ЛГП:
•Антифрикционные
•Антипригарные
•Износостойкие
•Антикоррозионные
64.
НАЗЕМНЫЙ ТРАНСПОРТС ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ
НЭ
Топливо
ЭМ
ДВС
Топливо
НЭ
ДВС
ТГ
ТМ
ТД
Параллельный гибрид
ТМ
Последовательный гибрид
64
65.
ЛА С ГИБРИДНОЙ СИЛОВОЙ УСТАНОВКОЙ65
Параллельный гибрид
Последовательный гибрид
65
66.
ГИБРИДНАЯ СИЛОВАЯ УСТАНОВКА ЭЛЕКТРОМОБИЛЕЙНакопитель
электроэнергии
Топливо
ДВС
Генератор
Силовая
электроника
Тяговый эл.
двигатель
Редуктор
Дизель или ГТД ?
Микротурбина «Wrightspeed»,
184 кВт, масса 41 кг с генератором
Jaguar Land Rover
Концепт (2 МТГ Bladon
Jets – SR Drives по 70 кВт)
66
67.
МИКРОТУРБИНЫ СAPSTONE ДЛЯ ЭЛЕКТРОТРАНСПОРТА67
DesignLine
Серийное производство
(Capstone C65)
Kenworth
Грузовой автомобиль
8-15 т (Capstone C65)
Грузовой автомобиль Greenkraf
4-8 т (Capstone C30)
ЭКОбус
Опытная эксплуатация
г. Краснодар (C65)
68.
68УТИЛИЗАЦИЯ ТЕПЛОТЫ ВЫХЛОПНЫХ ГАЗОВ
Дизель
ЭТГ
Выхлоп в атмосферу
tвыхл ≈ 120 оС
Топливо
ДВС
ηд = 0,42
Полезная
мощность
Высокоскоростной
турбогенератор
Теплообменник
на выхлопной
трубе
Горячие
выхлопные газы
tвыхл ≥ 400 оС
Низкокипящее
рабочее тело
Дополнительная
электрическая
мощность
Nдоп 5…10 кВт
ηэл = 0,12…0,2
69.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ69
70.
ЭЛЕКТРОМАГНЕТИЗМ. НЕМНОГО ИСТОРИИ. ОПЫТ ЭРСТЕДА1820 г.
Ханс Кристиан Эрстед
70
71.
ОПЫТ АМПЕРА. ИНДУКЦИЯ МАГНИТНОГО ПОЛЯ71
1820 г.
Андре Мари Ампер
I
+
+
+
FA
СИ
[B] = [Тл] = [Н/(А×м)]
СГС
[B] = [Гаусс]
1Гс= 10-4 Тл
72.
МАГНИТНЫЙ ПОТОК. ПОТОКОСЦЕПЛЕНИЕB
N
СИ
[Вб] = [Тл×м2]
СГС
[Максвелл] 1Мкс=10-8 Вб
72
73.
ЗАКОН ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ИНДУКЦИИ. ПРАВИЛО ЛЕНЦАМайкл Фарадей
1831 г.
ФВ
ФИ
I
73
74.
ЭДС ПРОВОДНИКА, ДВИЖУЩЕГОСЯ в МАГНИТНОМ ПОЛЕ-
+
α
74
75.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОРI
+
Е
RН
B
B
FЭМ
FМЕХ
_
75
76.
КПД ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОГО ГЕНЕРАТОРА0 < U*< 1
76
77.
РЕЖИМ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЭМПU = 0,5E
RН = RВН
U P
P(I)
P(I)
I = 0,5 IКЗ = 0,5 E/RВН
U(I)
E
U = E - I×RВН
0,5E
I
0
0,5IКЗ
IКЗ
77
78.
ЭЛЕМЕНТАРНЫЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ДВИГАТЕЛЬI
+
Е
U
B
B
FМЕХ
FЭМ
_
78
79.
КПД ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ДВИГАТЕЛЯ79
80.
РЕЖИМ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИ ЭДE = 0,5U
v = 0,5vmax
I = 0,5 IКЗ = 0,5 U/RВН
80
81.
ОБРАТИМОСТЬ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ МАШИНI
I
+
+
UН
-
Е
RН
B
FЭМ
Е
U
+
81
FМЕХ
_
FМЕХ
FЭМ
_
B
82.
82РАМКА С ТОКОМ В МАГНИТНОМ ПОЛЕ
I
S
●
I
I
N
Для отрезков обмотки ad и bc угол α =0, поэтому
Для отрезков обмотки ab и cd угол α = 90o, поэтому
83.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ РАМКИ С ТОКОМ+
+ ●
+
●
+
83
84.
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЙ МОМЕНТ ЭМ84
85.
КОНСТРУКЦИИ ДПТ85
86.
ЭДС ОБМОТКИ ЯКОРЯ86
87.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДПТω
ωхх
0
M
MКЗ
87
88.
МЕХАНИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДПТω
- MКЗ1
ωхх1
M
MКЗ1
- ωхх1
88
89.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИIЯ
U
RЯ
89
90.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИДВИГАТЕЛЬНЫЙ РЕЖИМ
ω
IЯ
U
90
RЯ
Мех.
0
M
MКЗ
Источник
электрической
энергии
Механика
Потери
в якоре
91.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ.РЕКУПЕРАЦИЯ
ω
IЯ
U
91
RЯ
Мех.
0
M
MКЗ
Источник
электрической
энергии
Механика
Потери
в якоре
92.
ЭЛЕКТРОМЕХАНИЧЕСКОЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЕ ЭНЕРГИИ.ТОРМОЖЕНИЕ
ω
IЯ
U
92
RЯ
Мех.
0
M
MКЗ
Источник
электрической
энергии
Механика
Потери
в якоре
93.
КОЭФФИЦИЕНТ ПОЛЮСНОЙ ДУГИ93
S
bп
τ
N
Bδ
bр
δ
N
94.
ОСНОВНОЕ РАСЧЁТНОЕ УРАВНЕНИЕ ЭМ94
95.
МАШИННАЯ ПОСТОЯННАЯ95
96.
КОЭФФИЦИЕНТ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ЭМ96
97.
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ и МАГНИТНЫЕ НАГРУЗКИ ЭМη
1,0
A – велико
Bδ - мало
0,8
A – мало
Bδ - велико
0,6
0,4
0,2
0
0
0,2 0,4 0,6
0,8 1,0 1,2
1,4 P/PН
97
98.
l = 60D = 20
D = 40
ДИАМЕТР и ДЛИНА МАШИНЫ
l = 15
98
99.
ЧАСТОТА ВРАЩЕНИЯ ЭМ99
100.
МАШИНЫМашина (от латинского machina) - устройство,
осуществляющее движение с целью преобразования
энергии, материи или информации.
100
101.
АГРЕГАТЫАгрегат (от латинского aggrego - присоединяю) укрупненный унифицированный элемент машины,
обладающий функциональной законченностью.
101
102.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ102
Передачей называется устройство, предназначенное для
передачи в пространстве .
Механической передачей называют устройство (механизм, агрегат),
предназначенное для передачи энергии механического движения,
как правило, с преобразованием его кинематических и силовых
параметров, а иногда и самого вида движения.
103.
ОСНОВНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ МЕХАНИЧЕСКИХ ПЕРЕДАЧi
[P] = Вт
[M] = Н×м
[ω] = рад/с = 1/с
[ f ] = Гц
[n] = об/мин
103
104.
МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ104
Во сколько раз достигается выигрыш в силе, во столько
же раз будет проигрыш в расстоянии
105.
ФРИКЦИОННЫЕ ПЕРЕДАЧИf = 0,05...0,3
105
106.
МАТЕРИАЛЫ КАТКОВ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧМатериал катков
Сталь по стали (в масле)
Сталь по стали (всухую)
Фрикционная пластмасса по стали
Текстолит, ретинакс по стали (всухую)
Металлокерамика по стали (всухую)
Сталь по бронзе (периодическое смазывание)
106
Коэффициент
трения
0,04...0,05
0,13...0,18
0,35...0,45
0,30...0,35
0,30...0,35
0,08...0,10
107.
ХАРАКТЕРИСТИКИ ФРИКЦИОННЫХ ПЕРЕДАЧi = ω1 /ω2 = n1 /n2 = D2 /D1
107
108.
ВАРИАТОРЫ108
109.
ЛОБОВЫЕ ВАРИАТОРЫ109
110.
ВАРИАТОРЫ С РАЗДВИЖНЫМИ КОНУСАМИД≤8
110
P до 50 кВт
111.
ТОРОВЫЕ ВАРИАТОРЫ111
112.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. КЛАССИФИКАЦИЯ (ПРОДОЛЖЕНИЕ)112
113.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. НАТЯЖЕНИЕ РЕМНЯ113
с качающейся
плитой
с натяжным
роликом
F0
F0
с салазками
114.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. НАГРУЗКА НА ПОДШИПНИКИF0
F0
F0
FП
F0
Fn = 2F0 sin (α/2)
Fn = (2…3) FМ
114
115.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. НАТЯЖЕНИЕ РЕМНЯ ПРИ РАБОТЕF2
M1
FТ
n1
F1
115
116.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. УПРУГОЕ СКОЛЬЖЕНИЕF2
α
V2
n1
F1
V1
αn1
и
αс1
116
117.
117α
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ СООТНОШЕНИЯ
a
α1 ≥ 150°
α1 ≥ 110°
a ≥ 1,5(d1 + d2 )
a ≥ 0,55(d1 + d2 ) + h
Lр = 2а + 0,5π(d2 + d1 ) + 0,25(d2 - d1 ) 2 /a
118.
РЕМЕННЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВАv = 5…50 м/сек
Р до 50 кВт
η = 0,92…0,97
118
119.
ЦЕПНЫЕ ПЕРЕДАЧИv = 5…15 м/сек
119
Р до 120 кВт
120.
120ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ
V до 300 м/сек
Р от долей Вт до десятков МВт
1
2
6
3
7
4
8
5
9
10
121.
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ. КЛАССИФИКАЦИЯ121
122.
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ПРОФИЛЬ ЗУБЬЕВЭВОЛЬВЕНТНОЕ ЗАЦЕПЛЕНИЕ
122
123.
ГЕОМЕТРИЯ ЗУБЦОВ. МОДУЛЬ ПЕРЕДАЧИ123
πd = pz
m = p/π
d = mz
1,0; 1,25; 1,5; 2,0; 2,5; 3,0;
4,0; 5,0; 6,0; 8,0; 10,0
124.
ЗУБЧАТЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ПРОФИЛЬ ЗУБЬЕВЗАЦЕПЛЕНИЕ НОВИКОВА
124
125.
ПЛАНЕТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИη = 0,96…0,98
i = 3…12
125
126.
МНОГОРЯДНЫЕ ПЛАНЕТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИ126
η = η1×η2 = 0,92…0,96
i = i1 × i2
127.
ПЛАНЕТАРНЫЕ ПЕРЕДАЧИ в ТРАНСМИССИЯХ127
Трансмиссия автомобиля
МАЗ-7310
ЭЛЕКТРОПРИВОД ЭЛЕКТРОМОБИЛЯ
«LUCID AIR»
Мощность 670 л.с. (493 кВт) колёсный
момент 6 кНм, масса 74 кг (7 кВт/кг)
128.
ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР С ОДНОЙ СТЕПЕНЬЮ СВОБОДЫОПОРНОЕ ЗВЕНО — КОРОННАЯ ШЕСТЕРНЯ
128
129.
ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР С ОДНОЙ СТЕПЕНЬЮ СВОБОДЫОПОРНОЕ ЗВЕНО — СОЛНЕЧНАЯ ШЕСТЕРНЯ
129
130.
ПЛАНЕТАРНЫЙ РЕДУКТОР С ОДНОЙ СТЕПЕНЬЮ СВОБОДЫОПОРНОЕ ЗВЕНО — ВОДИЛО
130
131.
ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНАЯ ПЕРЕДАЧА131
132.
ВОЛНОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ. КОНСТРУКЦИЯ1.
2.
3.
1. Жесткое колесо
2. Гибкое колесo
3. Генератор волн
Z2 > Z1
132
133.
ВОЛНОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ПРИНЦИП РАБОТЫZ2 - Z1 = NВ = 2
133
134.
ВОЛНОВЫЕ ПЕРЕДАЧИ. ОСНОВНЫЕ СООТНОШЕНИЯ1
2
3
nг
i = 20…320
η = 0,96…0,98
134
135.
ЦИКЛОИДНЫЕ МЕХАНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИi = 3…120
η = 0,94…0,95
135
136.
ЧЕРВЯЧНЫЕ ПЕРЕДАЧИi = 5…100
η = 0,55…0,8
136
137.
ЧЕРВЯЧНАЯ ПЕРЕДАЧА с ГЛОБОИДНЫМ ЧЕРВЯКОМi = 5…100
η = 0,75…0,9
137
138.
КОНИЧЕСКИЕ ПЕРЕДАЧИ138
Ортогональные
конические передачи
прямые зубья
спиралевидные зубья
Гипоидная передача
Не ортогональная передача
139.
ПЕРЕДАЧА «ВИНТ – ГАЙКА». ШВПη = 0,65…0,7
V до 110 м/мин
F до 1250 кН
η = 0,90…0,95
139
140.
РЕЕЧНАЯ ПЕРЕДАЧА140
141.
КОМБИНИРОВАННЫЕ ПЕРЕДАЧИ141
142.
МОТОР-РЕДУКТОРЫ и ЭЛЕКТРОМЕХАНИЗМЫЭлектрические цилиндры для ЛА
142
Мотор-редуктор МРИ-35
для привода полуосей БТР
в НИР «Крымск»
143.
ВОЗОБНОВЛЯЕМАЯ ЭНЕРГЕТИКА143
Традиционная
энергетика
73,8%
ВИЭ
26,2%
Гидро
15,2%
5,5% ВЭС
3,0% СФЭС
2,2% БИОЭ
0,4% Другие
виды ВИЭ
144.
ВЭС В МИРЕ144
145.
УСТАНОВЛЕННЫЕ МОЩНОСТИ ВЭС в 2019 г. В ВЕДУЩИХСТРАНАХ МИРА
145
146.
ИСТОРИЯ146
147.
КЛАССИФИКАЦИЯ ВЭУ ПО МОЩНОСТИ147
1. ВЭУ малой мощности – до 50-100кВт.
1.1. ВЭУ сверхмалой мощности – до 200 Вт.
2. ВЭУ средней мощности – от (50-100) кВт до 700-800 кВт.
3. ВЭУ большой мощности – от 800 кВт до нескольких МВт.
Haliade-X 12 (GE, США)
Nу = 14 МВт, Ø 220 м
148.
ВЭУ БОЛЬШОЙ МОЩНОСТИНа 1.01.2020 суммарная мощность ВЭС -651,4 ГВт,
из них оффшорные -29,2 ГВт
это примерно 4,5%
148
149.
ДАННЫЕ ПО НЕКОТОРЫМ КРУПНЫМ ОФФШОРНЫМ ВЭС149
150.
ДАННЫЕ ПО НЕКОТОРЫМ КРУПНЫМ БЕРЕГОВЫМ ВЭУ150
151.
МАЛЫЕ ВЭС2019 г. - 1114 МВт
- около 0,2 % от мощности всех ВЭС
- около 10 % новых ВЭС
151
152.
СОСТАВЛЯЮЩИЕ СТОИМОСТИ ВЭУ152
153.
СИЛА ВЕТРА и ЕЁ ВЛИЯНИЕ НА ВЭУ153
154.
ТИПОВАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ВЭУ 1,5 МВт154
155.
ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭУ155
156.
ОСНОВНЫЕ КРИТЕРИИ ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТИ ВЭУ156
157.
СРЕДНЯЯ СТОИМОСТЬ ВЭУ157
158.
СРЕДНЕГОДОВЫЕ СКОРОСТИ ВЕТРОВ В РФ158
159.
ВЛИЯНИЕ ПЛОТНОСТИ ВОЗДУХА НА МОЩНОСТНУЮХАРАКТЕРИСТИКУ ВЭУ
159
160.
ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ФОРМИРОВАНИЕ ВЕТРАВлияние лесистой местности на формирование
воздушного потока при переходе от гладкой
поверхности к шероховатой
160
Схематическое преобразование
ветрового потока над прямоугольным
препятствием на плоской местности
161.
ВЛИЯНИЕ ПРЕПЯТСТВИЙ НА ВОЗДУШНЫЙ ПОТОК161
162.
ЭФФЕКТ ЗАТЕНЕНИЯ ВЭУ В СОСТАВЕ ВЭС162
163.
РАСЧЁТ СКОРОСТИ ВЕТРА НА ВЫСОТЕ ПО МЕТОДИКЕКАФЕДРЫ ГВИЭ
163
164.
ИЗМЕНЕНИЕ СКОРОСТИ ВЕТРА ЗА КОРОТКИЕ ПРОМЕЖУТКИ164
ВРЕМЕНИ
V, м/с
t, сек
165.
СПОСОБЫ ОГРАНИЧЕНИЯ МОМЕНТА165
166.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОВОРОТОМ ЛОПАСТИ166
167.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ПОВОРОТОМ ЧАСТИ ЛОПАСТИ167
168.
МОЩНОСТНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ВЭУ С РАЗЛИЧНЫМ ТИПОМ168
РЕГУЛИРОВАНИЯ ВК
169.
РЕГУЛИРОВАНИЕ ВЫВОДОМ КОЛЕСА ИЗ-ПОД ВЕТРА169
170.
СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕМощность Солнца (350…400) 1024 Вт
Солнечная постоянная e0 ≈ 1367 Вт/м2
Многолетние циклы солнечной активности
170
171.
ИЗМЕНЧИВОСТЬ ВЕЛИЧИНЫ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯВращение Земли вокруг Солнца
и смена времён года
171
Смена времени суток
172.
ВЛИЯНИЕ АТМОСФЕРЫ на СОЛНЕЧНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ172
Солнечное излучение
Солнечная постоянная 1367 Вт/м2
Атмосфера
Отражение облаками
Рассеивание
атмосферой
Поглощение
атмосферой
Отражение
от поверхности
Земли
Рассеянное
излучение
Прямое излучение
Земная поверхность
173.
ИЗМЕНЕНИЕ ПРЯМОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СИВ ТЕЧЕНИЕ СУТОК
Вертикаль
ΘZ
Θel = 90о - ΘZ
ΘEl
Север
ΘА
173
174.
ПРЯМАЯ СОСТАВЛЯЮЩАЯ СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ НАГОРИЗОНТАЛЬНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В ЯСНЫЙ ДЕНЬ
174
Модель Meinel (1976)
https://www.pveducation.org/pvcdrom/properties-of-sunlight/calculation-of-solar-insolation
175.
УЧЕТ ДИФФУЗНОЙ И ОТРАЖЁННОЙ СОСТАВЛЯЮЩИХСОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
175
Сеть актинометрических станций России
Пиргелиометр
Пиранометр
176.
СПРАВОЧНИКИ и БАЗЫ ДАННЫХ ПО КЛИМАТУNASA SSE
176
177.
ПРОЕКТНЫЕ ОЦЕНКИ ДОСТУПНЫХ РЕСУРСОВ СОЛНЕЧНОГОИЗЛУЧЕНИЯ
РАСЧЁТ СРЕДНЕМЕСЯЧНЫХ и СРЕДНЕСУТОЧНЫХ СУММ
СОЛНЕЧНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ
177
178.
ИЗЛУЧЕНИЕ НА НАКЛОННЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ:АНИЗОТРОПНЫЙ НЕБОСВОД
Плотность солнечного энергетического потока:
• за пределами атмосферы ≈ 1,37 кВт/м2
• на земной поверхности в ясный полдень ≈ 1 кВт/м2
• в среднем за год (0,15…0,25) кВт/м2
178
179.
ВАХ СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТАP=U×I
U
UХХ
UТмм
179
Pmax = UТмм × IТмм
ТММ
Pmax = FF × UХХ × IКЗ
IКЗэкв = 2 IТмм
UХХэкв = 2 UТмм
IТмм IКЗ
I
180.
КПД СОЛНЕЧНОГО ЭЛЕМЕНТА180
181.
ТИПЫ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВМонокристаллический кремний
Наиболее эффективная технология
КПД около 20%
Поликристаллический кремний
Как правило, более дешёвые, но обладают
и менее высоким КПД (около 16%)
Аморфный кремний
Невысокий КПД (менее 10%), но простая
и дешёвая технология производства
181
182.
СОЛНЕЧНЫЙ МОДУЛЬСолнечные элементы
Солнечный модуль
182
183.
СТРУКТУРА СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ183
184.
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХЭЛЕМЕНТОВ В МОДУЛЕ
184
185.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕМЕНТОВВ МОДУЛЕ
185
186.
ВАХ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯПоследовательное
соединение
Одиночный
элемент
Параллельное
соединение
186
187.
НОМИНАЛЬНАЯ МОЩНОСТЬ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ187
188.
ВАХ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТОСВЕЩЁННОСТИ
188
189.
ВАХ СОЛНЕЧНОГО МОДУЛЯ В ЗАВИСИМОСТИ ОТТЕМПЕРАТУРЫ
189
190.
ОТСЛЕЖИВАНИЕ ТОЧКИ МАКСИМАЛЬНОЙ МОЩНОСТИСМ
Rвх
DC/DC
Rн
190
191.
ВАРИАНТЫ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ СЭС1. Работа СЭС в составе ОЭС совместно с
традиционными ТЭС, ГЭС и АЭС
2.Работа СЭC в составе ЛоЭС совместно с
традиционными типами энергоустановок, как
правило, мощными (сотни кВт) ДЭС
3. Работа СЭС на автономного потребителя малой
мощности с или без накопителей энергии
191
192.
ТИПОВОЙ ПРОЕКТ СЕТЕВОЙ СЭС192
193.
ВЫБОР ТИПА ФОТОЭЛЕКТРИЧЕСКОГО МОДУЛЯ193
194.
КОНФИГУРАЦИИ СОЛНЕЧНЫХ ЭЛЕКТРОСТАНЦИЙСтринговая
схема
С центральным
инвертором
Стринговаясхема с
преобразователями
постоянного тока
194
Индивидуальные
инверторы
195.
ОСОБЕННОСТИ РАЗВИТИЯАВТОНОМНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ В XXI ВЕКЕ
195
Рост производства электрической энергии - основа повышения
уровня материального благосостояния человечества
В.И. Вернадский
1863-1945.
Биосфера,
Ноосфера
В.Н. Сукачёв
1880-1965
Биогеоценоз
П.Л. Капица
1894-1984
Энергия и физика
196.
БИОГЕОЦЕНОЗ196
+ 12000 м
Ø = 12712÷12756 км
- 12262 м
˂ 0,2%
197.
№Страна
Sуд,
м2/чел
1
Монголия
500000
3
Австралия
333000
8
Канада
333000
14
Россия
125000
23
Норвегия
76900
53
США
30300
127
Франция
8333
139
Китай
7143
149
Швейцария
5319
159
Германия
4367
166
Израиль
3521
173
Бельгия
3000
174
Япония
2967
192
Сингапур
136
193
Монако
61
УДЕЛЬНАЯ ТЕРРИТОРИЯ СТРАН
МИРА
ξ = S/Nу [м2/кВт]
Удельная площадь
электростанции
197
198.
ГИДРОЭНЕРГЕТИКАБурейская ГЭС
Nу = 2,01 ГВт , S=640 км2
ξ = 318,4 м2/кВт
198
«Три ущелья» (КНР)
Nу = 22,5 ГВт , S=632 км2
ξ = 28,1 м2/кВт
«Силоду» (КНР) Nу = 13,9 ГВт ξ = 7,8 м2/кВт
«Водопад Черчилля» (Канада) Nу= 5,4 ГВт ξ =1300 м2/кВт
199.
АТОМНАЯ ЭНЕРГЕТИКАПало-Верде (Palo Verde, США)
Nу = 4,24 ГВт, S=16 км2
ξ = 3,77 м2/кВт
199
Балаковская АЭС
Nу = 4,0 ГВт, S=4,9 км2
ξ = 1,21 м2/кВт
200.
ТЕПЛОВЫЕ ЭЛЕКТРОСТАНЦИИТуокетуо (Tuoketuo, КНР)
Nу = 6,6 ГВт, S=2,5 км2
ξ = 0,38 м2/кВт
200
Сургутская ГРЭС-2
Nу = 5,6 ГВт, S=0,85 км2
ξ = 0,15 м2/кВт
201.
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКАTopaz Solar Farm (США)
Nу = 550 МВт, S=25 км2
ξ = 45,5 м2/кВт
201
Стоимость строительства
2,5 млрд. долларов
(4500 $/кВт)
202.
СОЛНЕЧНАЯ ЭЛЕКТРОЭНЕРГЕТИКА202
Германия (2017г.) ΣNS = 40,5 ГВт,
из них «крышные» 9,8 ГВт
S не менее 1400 км2
203.
ВЕТРЯНАЯ ЭНЕРГЕТИКА203
Haliade-X 12-MW (GE, США)
Nу = 14 МВт, Ø 220 м
ξ = 3,2 м2/кВт
SWT-7.0-154
(Siemens, ФРГ)
Nу = 7 МВт, Ø 154 м
ξ = 2,7 м2/кВт
204.
ВЕТРЯНАЯ ЭНЕРГЕТИКАHaliade-X 12-MW (GE, США)
Nу = 14 МВт, 38000 м2 ξ = 2,7 м2/кВт
204
205.
ДАННЫЕ ПО НЕКОТОРЫМ КРУПНЫМ ВЕТРОПАРКАМ205
ξ = 94…114 м2/кВт
Оффшорные ветропарки
Береговые ветропарки
206.
ВЕТРЯНАЯ ЭНЕРГЕТИКА206
ВЭС Ганьсу (КНР)
Nу = 20 ГВт
Стоимость строительства
17,5 млрд. $ (875 $/кВт)
S не менее 1800 км2
Германия (2016г.) ΣNВЭС = 44,9 ГВт
S не менее 4000 км2
207.
ВЕТРЯНАЯ ЭНЕРГЕТИКА207
208.
РЕГУЛИРОВАНИЕ УГЛА НАКЛОНА СОЛНЕЧНЫХ ПАНЕЛЕЙПО ВРЕМЕНАМ ГОДА
208
НИЗКАЯ ПЛОТНОСТЬ ПОТОКА ЭНЕРГИИ
АЭС
1750
МВт
(1978 г)
S = 1,5 км2
> 200 футбольных полей!!!