Бензиновый генератор как увеличить кпд

Как повысить КПД генератора

  • Как повысить КПД генератора

    Генераторы электроэнергии осуществляют производство электричества за счет преобразования энергии. Данные устройства незаменимы в тех условиях, где существуют проблемы с качеством и надежностью централизованного электроснабжения или же наблюдается полное отсутствие доступа к нему. С помощью этого оборудования обеспечивается выработка и подача питания для самых разных потребителей: от инструментов на строительных площадках до систем отопления и освещения в частных домах.

    Одной из основных характеристик дизель генераторов выступает коэффициент полезного действия (КПД). Данный показатель свидетельствует о том, насколько эффективно система справляется с решением задачи преобразования энергии. КПД всегда оказывается меньше единицы. Это происходит из-за того, что неизбежны потери на нагревание окружающих тел, трение и т. д. Также широко распространено вычисление показателя в процентах.

    Особенности потерь КПД основных видов электрогенераторов

    Главным критерием классификации генераторов является тип используемого в них топлива. В зависимости от этого выделяются бензиновые, дизельные и газовые установки, которые отличаются друг от друга не только спектром решаемых задач и особенностями эксплуатации, но и коэффициентом полезного действия. Эффективность агрегатов, работающих на бензине, равняется 0,2. Их дизельные аналоги характеризуются КПД на уровне около 0,4. У газовых устройств данный показатель может составлять 0,6 и более. Кроме того, преимуществом последних выступает их способность к когенерации – одновременной полезной выработке и электроэнергии, и тепла.

    В основе подавляющего большинства электрогенераторов бытового и промышленного назначения лежат двигатели внутреннего сгорания. При этом такие силовые агрегаты характеризуются относительно низким КПД и высокими потерями энергии, в составе которых различают потери:

    Возможности увеличения КПД генераторного оборудования

    Даже наиболее производительные ДВС обладают эффективностью на уровне 30 %. Чтобы увеличить данный показатель, необходимо минимизировать значения потери энергии каждого из трех типов, указанных выше. Впрочем, это возможно благодаря реализации отдельных конструкционных и технологических новшеств вроде перехода к использованию верхних клапанов при компоновке двигателей, замены карбюратора на системы впрыска с электронным управлением и др.

    Специалистам доступны следующие способы повышения КПД электрогенераторного оборудования:

      оснащение дожигателем. Тем самым обеспечивается увеличение эффективности расходования топлива. Назначением дожигателя выступает преображение неиспользованных паров и продуктов неполного сгорания в особую топливно-воздушную смесь, которая повторно направляется на сгорание; утилизация тепла или частичный возврат потерь тепла. Здесь подразумевается направление тепла продуктов сгорания на обогрев территории или нагрев пара. Данная мера не способствует непосредственному повышению КПД ДВС, однако она сказывается на уменьшении затрат энергии, необходимой для сопутствующих приборов и устройств; сокращение расхода топлива. Проводится за счет введения системы впрыска с опцией регулирования подачи воды; применение смазочных материалов с меньшим параметром вязкости. Цель – сокращение механических потерь двигателя.
  • Благодаря комплексному применению указанных способов повышения КПД двигателя открывается возможность увеличения его эффективности до 2 раз.

    Тепловые машины

    Паровая машина. Первые практически действующие универсальные паровые машины были созданы русским изобретателем Иваном Ивановичем Ползуновым и англичанином Джемсом Уаттом.

    В машине Ползунова из котла по трубам пар с давлением, немного превышающим атмосферное, поступал поочередно в два цилиндра с поршнями. Для улучшения уплотнения поршни заливались водой. Посредством тяг с цепями движение поршней передавалось мехам для трех медеплавильных печей.

    Постройка машины Ползунова была закончена в августе 1766 г. Она имела высоту 11 м, емкость котла 7 м 3. высоту цилиндров 2,8 м, мощность 29 кВт.

    Машина Ползунова создавала непрерывное усилие и была первой универсальной машиной, которую можно было применять для приведения в движение любых заводских механизмов.

    В паровой машине Д. Уатта два цилиндра были заменены одним закрытым. Пар поступал попеременно по обе стороны поршня, толкая его то в одну, то в другую сторону. В такой машине двойного действия отработавший пар конденсировался не в цилиндре, а в отдельном от него сосуде — конденсаторе. Постоянство числа оборотов маховика поддерживалось центробежным регулятором. Разработка парового двигателя была завершена Д. Уаттом в 1784 г.

    Главным недостатком первых паровых машин был низкий КПД. У паровозов КПД не превышал 9%.

    Паровая турбина и ТЭЦ. Значительного повышения КПД удалось достигнуть в результате изобретения паровой турбины.

    Первая паровая турбина, нашедшая практическое применение, была изготовлена шведским инженером Густавом Лавалем в 1889 г. Для работы паровой турбины за счет энергии, освобождаемой при сжигании каменного угля или мазута, вода в котле нагревается и превращается в пар. Пар нагревается до температуры более 500 °С и при высоком давлении выпускается из котла через сопло. При выходе пара внутренняя энергия нагретого пара преобразуется в кинетическую энергию струи пара. Скорость струи пара может достигнуть 1000 м/с. Струя пара направляется на лопатки турбины и приводит турбину во вращение. На одном валу с турбиной находится ротор электрического генератора. Таким образом энергия топлива в конечном счете преобразуется в электрическую энергию.

    Современные паровые турбины обладают высоким КПД преобразования кинетической энергии струи пара в механическую энергию, превышающим 90%. Поэтому электрические генераторы практически всех тепловых и атомных электростанций мира, дающие более 80% всей вырабатываемой электроэнергии, приводятся в действие паровыми турбинами.

    Температура пара, применяемого в современных паротурбинных установках, не превышает 580 °С (температура нагревателя T 1 = 853 К), а температура пара на выходе из турбины обычно не ниже 30 °С (температура холодильника T 2 = 303 К); поэтому максимальное значение КПД паротурбинной установки как тепловой машины равно

    а реальные значения КПД паротурбинных конденсационных электростанций составляют лишь около 40%.

    Мощность современных энергоблоков котел — турбина — генератор достигает 1,2 * 10 6 кВт.

    Для повышения КПД на многих электростанциях тепло, отбираемое от паровой турбины, используется для нагревания воды. Горячая вода поступает в систему бытового и промышленного теплоснабжения.

    Коэффициент полезного использования топлива в такой теплоэлектроцентрали (ТЭЦ) повышается до 60—70%.

    Тепловые машины и транспорт. Различные виды тепловых машин являются основой современного транспорта. Тепловые машины приводят в движение автомобили и тепловозы, речные и морские корабли, самолеты и космические ракеты. Одной из наиболее распространенных тепловых машин, используемых в различных транспортных средствах, является двигатель внутреннего сгорания.

    Двигатель внутреннего сгорания. Среди способов увеличения КПД тепловых двигателей один оказался особенно эффективным. Сущность его состояла в устранении части потерь теплоты перенесением места сжигания топлива и нагревания рабочего тела внутрь цилиндра.

    Отсюда и происхождение названия — «двигатель внутреннего сгорания».

    Первый двигатель внутреннего сгорания был создан в 1860 г. французским инженером Этьеном Ленуаром, но эта машина была еще весьма несовершенной.

    В 1862 г. французский изобретатель Бо де Роша предложил использовать в двигателе внутреннего сгорания четырехтактный цикл: 1) всасывание; 2) сжатие; 3) горение и расширение; 4) выхлоп. Эта идея была использована немецким изобретателем Н. Отто, построившим в 1878 г. первый четырехтактный газовый двигатель внутреннего сгорания. КПД этого двигателя достигал 22%, что превосходило значения, полученные при использовании двигателей всех предшествующих типов.

    Развитие нефтяной промышленности в конце XIX в. дало новые виды топлива — керосин и бензин. В бензиновом двигателе для более полного сгорания топлива перед впуском в цилиндр его смешивают с воздухом в специальных смесителях, называемых карбюраторами. Воздушно-бензиновую смесь называют горючей смесью.

    Для полного сгорания в составе смеси на один килограмм бензина должно приходиться не менее пятнадцати килограммов воздуха. Это означает, что рабочим телом в двигателях внутреннего сгорания фактически является воздух, а не пары бензина. В отличие от паровых машин здесь топливо сжигается для нагревания газа, а не для превращения жидкости в пар. Правда, наряду с нагреванием воздуха происходит и частичное изменение его состава: вместо молекул кислорода появляется несколько большее количество молекул углекислого газа и водяного пара. Азот, составляющий более 3/4 воздуха, испытывает лишь нагревание.

    При движении поршня от верхнего положения до нижнего через впускной клапан происходит засасывание горючей смеси в цилиндр (рис. 116).

    Этот процесс происходит при постоянном давлении. При обратном ходе поршня начинается сжатие горючей смеси. Сжатие происходит быстро, и поэтому процесс близок к адиабатическому. На диаграмме pV ему соответствует участок АВ (рис. 117).

    В конце такта сжатия происходит воспламенение горючей смеси электрической искрой. Быстрое сгорание паров бензина сопровождается передачей рабочему телу — воздуху — количества тепла, резким возрастанием температуры, давления воздуха и продуктов сгорания. За короткое время горения смеси поршень практически не изменяет своего положения в цилиндре, поэтому процесс нагревания газа в цилиндре можно считать изохорическим и изобразить его на диаграмме pV участком ВС.

    Под действием давления горячих газов поршень совершает рабочий ход, газы адиабатически расширяются от объема V 1 до объема V 2 ; этому процессу соответствует на диаграмме pV адиабата CD.

    В конце рабочего такта открывается выпускной клапан и рабочее тело соединяется с окружающей атмосферой. Выпуск отработанных газов сопровождается передачей количества тепла Q 2 окружащему воздуху, играющему роль охладителя.

    Для поршневых двигателей внутреннего сгорания важной характеристикой, определяющей полноту сгорания топлива и значительно влияющей на величину КПД, является степень сжатия горючей смеси:

    где V 2 и V 1 — объемы в начале и в конце сжатия. С увеличением степени сжатия возрастает начальная температура горючей смеси в конце такта сжатия, что способствует более полному ее сгоранию. В карбюраторных двигателях увеличению степени сжатия выше 8—9 препятствует самовоспламенение (детонация) горючей смеси, происходящее еще до того, как поршень достигнет верхней мертвой точки. Это явление оказывает разрушающее действие на двигатель и снижает его мощность и КПД. Достигнуть высоких степеней сжатия без детонации удалось увеличением скорости движения поршня при повышении числа оборотов двигателя до 5—6 тыс. об/мин и применением бензина со специальными антидетонационными присадками.

    Карбюраторные двигатели внутреннего сгорания широко применяются в автомобильном транспорте. Они приводят в движение почти все легковые и многие грузовые автомобили.

    Двигатель Дизеля. Для дальнейшего повышения КПД двигателя внутреннего сгорания в 1892 г. немецкий инженер Рудольф Дизель предложил использовать еще большие степени сжатия рабочего тела.

    Высокая степень сжатия без детонации достигается в двигателе Дизеля за счет того, что сжатию подвергается не горючая смесь, а только воздух. По окончании процесса сжатия в цилиндр впрыскивается горючее. Для его зажигания не требуется никакого специального устройства, так как при высокой степени адиабатического сжатия воздуха его температура повышается до 600— 700 °С. Горючее, впрыскиваемое с помощью топливного насоса через форсунку, воспламеняется при соприкосновении с раскаленным воздухом.

    Подача топлива управляется особым регулятором, в результате чего процесс горения протекает не столь кратковременно, как в карбюраторном двигателе, а происходит изобарно, а затем адиабатно. При обратном движении поршня осуществляется выхлоп. Диаграмма цикла в двигателе Дизеля представлена на рисунке 118.

    Современные дизели имеют степень сжатия и КПД около 40%. Более высокий коэффициент полезного действия дизельных двигателей обусловлен тем, что вследствие более высокой степени сжатия начальная температура горения смеси (480— 630 °С) у них выше, чем у карбюраторных двигателей (330— 480 °С). Этим обеспечивается более полное сгорание дизельного топлива. Дизельные двигатели используются в мощных грузовых автомобилях, тракторах, на судах речного и морского транспорта, тепловозах.

    Газовая турбина. Все более широкое применение в современном транспорте получают газотурбинные двигатели. Газотурбинная установка состоит из воздушного компрессора 1, камер сгорания 2 и газовой турбины 3 (рис. 119). Компрессор состоит из ротора, укрепленного на одной оси с турбиной, и неподвижного направляющего аппарата.

    При работе турбины ротор компрессора вращается. Лопатки ротора имеют такую форму, что при их вращении давление перед компрессором понижается, а за ним повышается. Воздух засасывается в компрессор, несколько ступеней лопаток компрессора обеспечивают повышение давления воздуха в 5—7 раз.

    Процесс сжатия протекает адиабатно, поэтому температура воздуха повышается до температуры 200 °С и более.

    Сжатый воздух поступает в камеру сгорания. Одновременно через форсунку в нее впрыскивается под большим давлением жидкое топливо — керосин, мазут.

    При горении топлива воздух, служащий рабочим телом, получает некоторое количество тепла и нагревается до температуры 1500— 2200 °С. Нагревание воздуха происходит при постоянном давлении, поэтому воздух расширяется и скорость его движения увеличивается.

    Движущийся с большой скоростью воздух и продукты горения направляются в турбину. Переходя от ступени к ступени, они отдают свою кинетическую энергию лопаткам турбины. Часть полученной турбиной энергии расходуется на вращение компрессора, а остальная используется для вращения винта самолета, винта морского корабля или колес автомобиля.

    Вместо вращения винта самолета, теплохода или ротора электрогенератора газовая турбина может быть использована как реактивный двигатель. Воздух и продукты горения выбрасываются из газовой турбины с большой скоростью. Реактивная сила тяги, возникшая при этом, может быть использована для движения самолета, теплохода или железнодорожного транспорта.

    Турбореактивными двигателями оборудованы известные всему миру самолеты ИЛ-62, ТУ-154.

    Тепловые машины и охрана окружающей среды. Непрерывное развитие энергетики, автомобильного и других видов транспорта, возрастание потребления угля, нефти и газа в промышленности и на бытовые нужды увеличивает возможности удовлетворения жизненных потребностей человека. Однако в настоящее время количество ежегодно сжигаемого в различных тепловых машинах химического топлива настолько велико, что все более сложной проблемой становится охрана окружающей среды от вредного влияния продуктов сгорания.

    Отрицательное влияние тепловых машин на окружающую среду связано с действием разных факторов.

    Во-первых, при сжигании топлива используется кислород из атмосферного воздуха, поэтому содержание кислорода в воздухе постепенно уменьшается. Если в СССР пока количество кислорода, производимого лесами, превышает количество кислорода, потребляемого промышленностью, то, например, в США леса восстанавливают лишь 60% используемого промышленностью кислорода.

    Во-вторых, сжигание топлива сопровождается выделением в атмосферу углекислого газа. За последние двадцать лет содержание углекислого газа в атмосфере Земли увеличилось примерно на 5%.

    Молекулы оксида углерода способны поглощать инфракрасное излучение. Поэтому увеличение содержания углекислого газа в атмосфере изменяет ее прозрачность. Инфракрасное излучение, испускаемое земной поверхностью, все в большей мере поглощается в атмосфере. Дальнейшее существенное увеличение концентрации углекислого газа в атмосфере может привести к повышению ее температуры.

    В-третьих, при сжигании угля и нефти атмосфера загрязняется азотными и серными соединениями, вредными для здоровья человека. Особенно существенно это загрязнение в крупных городах и промышленных центрах.

    Более половины всех загрязнений атмосферы создает транспорт. Кроме оксида углерода и соединений азота, автомобильные двигатели ежегодно выбрасывают в атмосферу 2—3 млн. т свинца. Соединения свинца добавляют в автомобильный бензин для предотвращения детонации топлива в двигателе, т. е. слишком быстрого сгорания топлива, приводящего к снижению мощности двигателя и его быстрому износу. Так как автомобильные двигатели играют решающую роль в загрязнении атмосферы в городах, проблема существенного усовершенствования автомобильного двигателя представляет одну из наиболее актуальных научно- технических проблем.

    Один из путей уменьшения загрязнения окружающей среды — переход от использования в автомобилях карбюраторных бензиновых двигателей к использованию дизельных двигателей, в топливо которых не добавляют соединения свинца.

    Перспективными являются разработки и испытания автомобилей, в которых вместо бензиновых двигателей используется электродвигатель, питающийся от аккумулятора, или двигатель, использующий в качестве топлива водород. В последнем типе двигателя при сгорании водорода образуется вода.

    (по материалам пособия "Физика - справочные материалы" Кабардин О.Ф.)

    Повышение эффективности солнечных батарей.

    Малая энергетика перестает быть “малой” и все больше становится отраслью промышленности мирового масштаба. Возобновляемые источники энергии, да что там, даже нетрадиционные источники энергии, все больше привлекают внимание правительств и обычных людей. Солнечные панели активно используют не только “сдвинутые” на экологии энтузиасты, но и даже Папа Римский, об этом мы уже писали ранее. Солнечные электростанции строятся в разных странах, производство и продажа солнечных панелей и солнечных батарей для автономного электроснабжения стало уже весьма прибыльным бизнесом. И будущее у этой отрасли громадное, а в связи с близким концом ископаемых видов топлива, будущее солнечной энергетики только будет расти.

    Но вернемся к дню настоящему. Из мировых новостных агентств поступило несколько новостей про увеличение КПД солнечных батарей. Так в Штуттгартском университете группой ученых, под руководством Юргена Кёлера, достигнут очередной рекорд эффективности солнечных панелей. В технологии производства солнечных панелей из прозрачного пластика используется обработка ячеек солнечных батарей лазером. Разработанная технология пригодна для использования в индустриальных масштабах (для массового производства). В обычном процессе производства солнечных панелей pn-переход достигается при высокотемпературной обработке в диффузионной печи. А группа немецких исследователей использовала для достижения этой цели пульсирующий лазерный луч. Эффективность солнечных батарей до недавнего времени составляла 16%, но ученые из Штуттгарта получили образец с КПД 19%! Эта новость поступила сегодня. 25-го мая 2009 года.

    НО! в прошлую пятницу компания SANYO, производящая собственные солнечные панели под маркой HIT (Heterojunction with Intrinsic Thin layer – гетеропереход с внутренним тонким слоем), сообщила об улучшении ею собственной технологии и достижении нового рекорда эффективности солнечных батарей – 23%. Солнечные батареи HIT сделаны по гибридной технологии, они являются гибридом прозрачных кремниевых панелей и тонкопленочных технологий. Солнечная ячейка сделанная по этой технологии представляет собой тонкую и прозрачную кремниевую вафлю, зажатую ультратонкими аморфными кремниевыми слоями.

    Фирма SANYO усовершенствовала технологию производства солнечных панелей, путем нанесения более качественного a-кремния над слоем с-кремния, что привело к увеличению максимального напряжения вырабатываемого солнечной ячейкой и придало дополнительную прочность ячейкам солнечных панелей. Кроме того компания уменьшила потери от оптического поглощения света в аморфном кремнии и прозрачных проводящих слоях. Модернизация технологии печати привела к сокращению потери сопротивления. Компания SANYO производит солнечные батареи для дома, для солнечных коллекторов, а улучшенные солнечные ячейки будут использоваться для новых систем энергообеспечения жилых домов на солнечной энергии.

    Смотрите также:

    • Электромобиль i-MiEV от Митцубиси Вот так выглядит электромобиль i-MiEV, который можно будет купить в Яп.
    • Наземные светильники “Санэнеджи” ЗАО “”САНЭНЕДЖИ”" объявляет о распродаже различных систем энерго генер.
    • Планы Mitsubishi – 5 новых электромобилей В марте месяце Мицубиси анонсировал свою новую модель электромобиля. Б.

    Теги: 

    Рекомендуем также прочитать

    Генераторы SADKO Интернет-магазин "Мотоднепр" предоставляет возможность купить товары в кредит! Процедура оформления:
    Бензиновый генератор Huter DY6500L Бензогенератор Huter DY6500L Huter DY6500L — надежный и мощный источник электроэнергии.
    Бензогенераторы ZENITH изготавливаются на основе двигателя Honda GX (Япония), хотя сами бензогенераторы - продукт американского производителя.