Энергетические основы работы автономных транспортных средств

Рис.5-46 [4,c.272]

 

Лекции по энергетическим машинам подъемно-транспортных машин

Энергетические основы работы автономных транспортных средств.

Энергетические установки обеспечивают движение транспортных средств (автомоби­ль, трактор, тепловоз, самолет, теплоход и т.д.) создавая силу тяги F (Н), и перемещая благо­даря этой силе транспортное средство на расстояние S (км), совершая при этом полезную механическую работу А_пол равную:

 

А_пол = F·S (кДж). (1)

 

Для совершения этой полезной работы, необходимо затратить какое-то количество энергии А_зат. Для любых автономных транспор­тных средств, не имеющих подвода энергии извне, источни­ком энергии может быть внутренняя химическая энергия различ­ных видов топлива сжигаемого в двигателе. Запас топлива может быть размещен на самом транспортном средстве. При сжигании топлива продукты его сгорания (газы) приобретают высокую темпе­ратуру и являются носителем тепловой энергии.

Энергетические установки автономных транспортных средств предназначены для преобразования внутрен­ней химической энергии топлива в механическую работу.

При сгорании определенного количества топлива, массой В (кг), с удельной теплотой сгорания Q (кДж/кг), потенци­ально может быть получена тепловая энергия (А) равная:

А = В·Q (кДж).

 

Энергия А, полученная при сжигании топлива, может быть затрачена на выполнение полезной работы,

А = А_зат

Энергетическая цепь (последовательность этапов преобразования энергии от А_зат=В·Q до А_пол=F·S) для транспортного средства состоит из не­обходимых последовательных звеньев:

- теплового генератора ТГ - устройства, которое преобра­зует внутреннюю химическую энергию топлива в тепловую энергию;

- теплового двигателя ТД - машины, преобразующей теп­ловую энергию в механическую работу (рис. 1.).

 

 

ПМ

ТГ

ТД

Т 1 2 1-β; 3 F

 

β; S

В ВО

 

Рис. 1. Структурная схема энергетической цепи автономной

транспортной установки.

ТГ — тепловой генератор; ТД — тепловой двигатель; ПМ — передаточный механизм (передача); ВО — отбор мощности на собственные нужды локомотива; К — ведущие колеса; F — сила тяги; S — прой­денный путь.

Потоки энергии и вещества: T - топливо (внутренняя химическая энергия);

В-воздух из атмосферы; 1-тепловая энергия теплоносителя -рабочего тела; 2-механическая работа вращения или возвратно-посту­пательного движения рабочего органа теплового двигателя;

3 - механи­ческая работа вращения ведущих колес транспортного средства.

 

Эти два звена и составляют собственно энергетическую уста­новку любого автономного транспортного средства. Коэффициенты полез­ного действия транспортного средства, есть его коэффициент полезного действия (к.п.д.) η_тр.ср, равен отношению полезной работы к за­траченной на получение энергии.

 

(2)

В энергетической цепи транспортного средства обычно присутствуют еще два элемента, это:

- передаточный механизм-ПМ («передача») меж­ду выходным устройством теплового двигателя и ведущими ко­лесами (или винтом) транспортного средства;

- промежуточный отбор - ВО части преобразуемой энергии на собственные нужды транспортного средства (привод вспомогательного оборудования, отопление, освещение и т.п.).

 

История развитая тепловых двигателей.

Первая работоспособная паросиловая установка была предложена Томасом Ньюкоменом (кузнец, изобретатель) — в 1712 г.

Российский изобретатель И.И. Ползунов в 1763 г., разработал проект пароатмосферной машины для привода кузнечных мехов.

Изобретателем и создате­лем паровой машины (поршневого парового двигателя) счита­ют шотландца Джеймса Уатта (1736-1819).

Патент на машину простого действия был получен Д. Уаттом в 1769 г.

Заслуги Джеймса Уатта в технике и энергетике настолько велики, что во всем мире единица измерения мощности была названа в его честь Watt [W] (по-русски принято читать и обозначать это наименование как «Ватт» [Вт]).

Паровая турбина. Работоспособная активная паровая турбина была изобретена в 1883-1889 гг. шведским инженером Густавом де Лавалем (1845-1913)