22.Транспортные энергетические установки. Принципы действия, эксплуатационные

характеристики, области применения.

1. Теплоой двигатель – это машина, в которой тепловая энергия, выделяемая при сжигании топлива, преобразуется в механическую.

Двигатель внутреннего сгорания (ДВС) – тепловой двигатель, в котором химическая энергия топлива, сгорающего внутри рабочей полости двигателя, преобразуется в механическую работу. В ДВС теплогенератор и тепловой двигатель объединены в одном устройстве – цилиндр двигателя. По роду топлива ДВС разделяются на газовые и двигатели жидкого топлива.

На автомобильные ДВС приходится около 25% общего количества потребляемой энергии и около 60% общего количества всех видов загрязнений воздуха. Отработавшие газы автомобилей содержат углекислый газ, воду и другие вещества. Максимальный теоретический КПД бензиновых ДВС составляет около 58%, дизелей – 64%. КПД реальных ДВС вдвое меньше. Коэффициент полезного действия – это отношение количества тепла, превращенного в работу, к количеству подведенного тепла. Технические особенности двигателей внутреннего сгорания – малый удельный вес, небольшие габариты, высокая экономичность – обусловили особенно широкое их распространение в качестве транспортных, например, в автомобилях, мотоциклах, тракторах, на водном транспорте, в военной технике (танки), в сельском хозяйстве (комбайны), в строительстве (экскаваторы, грузоподъемные машины).

2. Двигатели внешнего сгорания. В этих двигателях топливо сгорает вне цилиндра. Горение происходит непрерывно. Вибрация и шум практически отсутствуют. Вредные выбросы продуктов сгорания незначительны. Недостаток – недолговечность теплонапряженной стенки цилиндра вследствие отсутствия соответствующих конструкционных материалов.

3. Газотурбинные установки. Воздух сжимается в компрессоре, смешивается с топливом, и смесь воспламеняется. Отработавшие газы проходят через турбину. Движение осуществляется за счет разности количества движения воздуха на входе в компрессор и выходе из турбины двигателя. Применяются в многотоннажных грузовых автомобилях, мощных тягачах, многоместных автобусах, спортивных машинах.

4. Холодильные машины – в них некоторое количество теплоты отбирается от холодного источника, а её большее количество отдается горячему приёмнику. Разность этих количеств теплоты представляет собой работу, совершаемую внешними силами над рабочим телом (хладагентом). Работа холодильной машины связана с изменением агрегативного состояния хладагента: плавлением твердого вещества либо испарением жидкости вблизи холодного источника и обратным процессом вблизи горячего приёмника.

5. Термоэлектрические генераторы – состоят из замкнутой электрической цепи из двух разных металлов или полупроводников. При нагреве одного из них возникает электродвижущая сила и появляется электрический ток. КПД такой установки 10-12%.

6. Магнитогидродинамические генераторы (МГД-генераторы). Их действие основано на явлении электромагнитной индукции при движении ионизированного рабочего тела (газ, плазма) в магнитном поле. КПД преобразования энергии составляет несколько процентов.

7. Электрохимические генераторы – устройства, преобразующие химическую энергию непосредственно в электрическую. Первые электрохимические генераторы назывались гальваническими элементами.

8. Топливные элементы – в них электрический ток генерируется за счет регулируемого «электрохимического сжигания» топлива. Реакция происходит в системе топливо – электролит – окислитель. Топливный элемент – это электрохимический элемент, отличающийся тем, что активные вещества подаются извне, а материал электродов в электрохимических превращениях не расходуется. Достоинство - высокий КПД – около 60 %, отсутствие подвижных частей, бесшумность, отсутствие выделения теплоты с отработанными продуктами, способность работать при комнатных температурах.

Недостатки: ограниченный срок службы, относительно высокая стоимость газообразного топлива и получаемой электроэнергии.