Введение
Двигателем называется всякая машина, предназначенная для превращения какого либо вида энергии в механическую работу.
Двигатели различаются на:
- ветряные;
- водяные;
- электрические;
- тепловые.
Из всего этого многообразия двигателей в курсе «Газотурбинные установки» мы будем изучать только тепловые двигатели.
Тепловой двигатель (ТД) - машина, предназначенная для превращения тепловой энергии в механическую работу.
Тепловую энергию для тепловых двигателей получают за счет теплоты, выделяющейся при сгорании органического топлива.
Процесс сжигания топлива и выделения теплоты может осуществляться как внутри самого двигателя, так и вне его в другом агрегате.
В зависимости от этого различают ТД:
внешнего сгорания
внутреннего сгорания.
В двигателях внешнего сгорания продукты сгорания топлива передают свою теплоту другому теплоносителю (например, воде) и он, в свою очередь, превращается в пар в котельном агрегате и является рабочим телом в тепловом двигателе.
К двигателям внешнего сгорания относятся:
- поршневые паровые машины;
паровые турбины.
Такие двигатели используются в больших энергетических системах (ТЭС).
Недостаток двигателей внешнего сгорания - сравнительно низкий КПД.
Преимущество таких двигателей - мощность и КПД не зависят от температуры окружающей среды.
К двигателям внутреннего сгорания (ДВС) относятся:
- поршневые ДВС;
- роторные ДВС;
- газовые турбины;
- реактивные двигатели (турбореактивные, ракетные)
Рабочим телом в двигателях внутреннего сгорания являются продукты сгорания топлива.
1. Топливо и его сжигание
Топливо и его состав
Топливом называется любое горючее вещество, которое при сгорании выделяет большое количество теплоты.
Целесообразность применения тех или иных горючих веществ в качестве топлива должна обосновываться технико-экономическими факторами, которые учитывают:
- имеющиеся запасы;
- стоимость добычи и транспортировки;
- теплотворную способность;
- реакционную способность;
- влияние на окружающую среду;
- доступность для широкого применения;
- и т.д.
В настоящее время основным источником получения различных видов энергий является органическое топливо (70% потребляемой энергии - из органического топлива, 30% - путем использования ядерной и природной энергии).
Классификация органического топлива
В зависимости от способа получения органические топлива подразделяются на:
- природные (естественные);
- искусственные (путем переработки естественных ресурсов).
В зависимости от агрегатного состояния:
- твердое;
- жидкое;
- газообразное.
-
Агрегатное
Способ получения
состояние
естественные
искусственные
твердое
дрова, угли, сланцы, антрацит
кокс, древесный уголь
жидкое
нефть
бензин, керосин
газообразное
природный газ
доменный газ, газ подземной газификации
По назначению органическое топливо подразделяется на:
- технологическое;
- энергетическое.
Технологическое - это те виды топлива, которые являются не только источником тепловой энергии, но и используются как компонент технологического процесса.
Энергетическое - те виды топлива, которые являются главным образом источником тепловой энергии.
Состав топлива
Свойства топлива как горючего материала определяются его составом. Чтобы установить состав топлива, производят его технический и химический анализ.
При техническом анализе определяют содержание влаги, летучих веществ, золы.
Химический (элементный) анализ можно выполнить как по элементному составу, так и определением содержания в топливе определенных химических соединений.
Первый метод (по элементному составу) применяют для твердого и жидкого топлива, второй - для газообразного.
Состав твердого и жидкого топлива
Жидкое и твердое топлива принято характеризовать так называемым элементным составом, определяемым в лаборатории. При этом условно считают, что топливо состоит из перечисленных компонентов, находящихся в свободном состоянии в виде механической смеси. Такая условность хотя и не отражает физико-химическую природу топлива, но создает значительные удобства при проведении практических расчетов материального и теплового балансов горения, а также при определении расчетным путем тепловой ценности топлива.
В состав всех видов топлив входят: углерод (С); водород (Н); кислород (О); азот; сера (S); минеральная часть – зола (А); влага (W).
В соответствии с анализом различают: органическую массу (о); горючую массу (г); сухую массу (с); рабочее топливо (р).
Таблица 1.1