3.4.3. Сравнение способов регулирования

1. При регулировании степенью открытия крана (рабочая точка располагается на исходной характеристике насоса):

Q =2810^-3 м³/с, H=60м, =0,85 .

2. При регулировании оборотами (рабочая точка располагается на исходной характеристике сети):

Q =2810^-3 м³/с, H=42м, =0,55 .

Определяем мощность приводного двигателя.

• При регулировании степенью открытия крана:

N = 10209,86028,010^-3 /0,85 = 20кВт

• При регулировании оборотами:

N = 8789,84070,410^-3 /0,85 = 11кВт

При регулировании оборотами снижение мощности составляет:

N/N =(20 - 11)/ 20=0,18 = 18%.

ВЫВОДЫ

1. Определена рабочая точка насоса НЦВ-63/100А при его работе в заданную гидравлическую сеть. Её параметры: Q=3410^-3 м³/с, H=40м,  = 0,58.

2. Определен минимальный диаметр всасывающего трубопровода из условия бескавитационной работы. Он равен 33010^-3 м. Поскольку этот диаметр больше заданного (100мм), диаметр всасывающего трубопровода увеличен до 355,6мм (ближайший больший по ГОСТу).

3. Определена рабочая точка насоса при условии отсутствия кавитации. Её параметры: Q=3510^-3 м³/с, H=38м,  = 0,55.

4. Определена степень открытия крана, равная 0,16, при которой расход в системе будет равен 0,8Q.

5. Определены обороты двигателя, равные 2619,4 об/мин., при которых расход в системе будет равен 0,8Q .

6. Сравнение показало, что при регулировании оборотами выигрыш в мощности составляет 18 %.

Литература

1. Михайлин A.A., Лепешкин A.B., Фатеев И.В. Конспект лекций по курсу «Гидравлика, гидромашины и гидро­приводы». Под ред. Беленкова Ю.А. - МГТУ "МАМИ", Москва, 1998. – 68с.

2. Раинкина Л.Н. Гидромеханические расчеты трубопроводных систем с насосной подачей жидкости.- Ухта: УИИ, 1997.- 79с.

3. Вильнер Я- М., Ковалев Я. Т., Некрасов Б. Б. Справочное пособие по гидравлике, гидромашинам и гидроприводам. Под ред. Б. Б. Некрасова. - «Вышэйш. школа», Минск 1976. – 416 с.

4. Рабинович Е.З., Евгеньев А.Е. Гидравлика.- M.: Недра, 1987.-234с.

4.Специальная часть

Экологическая политика в современных условиях. Постоянно растущая техногенная, нагрузка на окружающую среду вызвала ухудшение экологической ситуации во многих странах. Проблема охраны окружающей среды и обеспечения экологической безопасности вышла за пределы национальных границ и превратилась в одну из глобальных проблем, стоящих перед мировым сообществом в XXI в. Международное сотрудничество в области экологии основывается на соответствующих положениях Устава ООН, Всемирной декларации прав человека (1948 г.), Декларации Стокгольмской конференции по проблемам окружающей среды, Конвенции об оценке воздействия на окружающую среду в трансграничном пространстве (1981 г.), Конвенции о биологическом разнообразии, (1992 г.) и других международных актах и соглашениях.

Исходя из этого, социально-экономическое развитие стран должно сопровождаться сохранением безопасного состояния окружающей среды для обеспечения жизнедеятельности общества и каждого человека, опираясь на правовую систему, базирующуюся на гуманистических идеях и принципах международного права.

Система национального законодательства в области экологии большинства стран увязана с международными эколого-правовыми нормами. Важнейшее значение принадлежит национальному законодательству в регулировании отношений по использованию природных ресурсов, охране окружающей среды и обеспечению экологической безопасности.

В последнее время практически каждый выпуск новостей содержит хотя бы один сюжет на тему экологии. Не важно, сообщение ли это о ещё одном происшествии на перевозящем топливо танкере, с ужасающим видео о тысячах погибших птиц, или репортаж о маленькой речке, которая из-за загрязнения стала абсолютно безжизненной, или рассказ о вспышке какого-то заболевания, связанного с плохой экологией.

Все мы понимаем, что человечество стоит на краю экологической катастрофы. Ученые из разных стран ведут поиски новых технологий, направленных на сокращение вредных выбросов в атмосферу, загрязнения земли и водной среды. Основными источниками загрязнения, как известно, являются транспорт, отходы промышленности, утечка нефти... Одной из радикальных мер по охране окружающей среды считается переход от энергии, получаемой в результате сжигания угля и нефти, к так называемым возобновляемым источникам энергии. К таким источникам относятся биомасса, солнечная энергия, ветер. В последнее время всё чаще можно слышать ещё об одном виде энергии – геотермии, или, иными словами, тепла из глубины Земли.

Используя тепло пород земной коры, можно через скважины закачивать вниз холодную воду, а на выходе получать пар или горячую воду, которые затем используются как в быту, так и на производстве. Первые эксперименты в данной области проводились более 100 лет назад. Практически применить геотермальный генератор попытались в США во времена нефтяного кризиса, правда, не очень удачно. Связано это было прежде всего с тем, что существующие на тот момент установки были несовершенны. В настоящее время геотермальная энергия успешно вырабатывается в таких странах, как: Германия, США, Англия, Япония, Франция, Норвегия, Испания, Греция. А в Исландии, которая не зря считается самой экологически чистой страной, свыше 80% населения для отопления помещений, оранжерей, плавательных бассейнов используют геотермальные тепловые насосы.

Преимущества геотермии, по мнению специалистов, очевидны. Во-первых, никакого, по сравнению с нефтью и углем, вреда для окружающей среды, во-вторых, доступность в любое время года и при любой погоде, в-третьих, затраты на профилактику и эксплуатацию практически сведены к нулю. Затраты на все работы по установке системы окупаются уже через 3 - 4 года. Освобождаются площади, которые раньше необходимы были для хранения топлива. Что интересно, геотермальные установки используются не только для обогрева, но также и для охлаждения помещений в летнее время, при этом механизм работы таких систем как бы запускается в обратную сторону.

В зависимости от рельефа, тепловых свойств горных пород той или иной местности, состояния грунта устанавливаются земляные контуры разных типов. Так, они могут быть горизонтальными, наклонными и вертикальными, закрытого или открытого типа. Для вертикальных бурятся скважины до 100 - 150 метров глубины. Горизонтальные устанавливаются не менее, чем на тридцать - пятьдесят сантиметров ниже уровня промерзания грунта.

Но с чем, наверное, никто не поспорит, это то, что геотермию, наряду с солнечной энергией, можно смело назвать энергией будущего, энергией, способной сохранить нашу планету.

В ХХI веке значительный рост мирового потребления электроэнергии должен обеспечиваться применением принципиально новых высокоэффективных технологий производства электроэнергии в тепловой энергетике, основанных на экологических критериях, а также технологий, не связанных со сжиганием органического топлива, максимальным использованием возобновляемых источников энергии и сопровождаться резким повышением эффективности энергопотребления за счет энергосбережения.

Использование энергии окружающей среды

Источником теплоснабжения могут служить тепловые насосы, которые преобразовывают низко-потенциальную тепловую энергию окружающей среды (воды, грунта, воздуха), а также тепловые отходы промышленных предприятий и коммунальных служб в тепловую энергию нужного потенциала. Перенесение теплоты от источника низкого потенциала на более высокий температурный уровень осуществляется подведением механической энергии или дополнительным подведением теплоты.

Рис. 17 Схема парокомпрессионного теплового насоса: 1 – конденсатор; 2 – дроссель; 3 – испаритель; 4 – компрессор

Наиболее простой конструкцией является тепловой насос парокомпрессионного вида, схема которого приведена на рис. 17.

Конструкция парокомпрессионного теплового насоса включает два теплообменных аппарата – испаритель, в котором происходит испарение жидкого холодильного агента за счет подведения теплоты при невысоком давлении от среды с низким потенциалом, и конденсатор, в котором происходит конденсация паро-подобного холодильного агента при повышенном давлении за счет отдачи теплоты теплоприемнику. В схеме предусмотрен компрессор для отсасывания из испарителя и сжатия паров холодильного агента до давления конденсации.

Уравнение теплового баланса парокомпрессионного теплового насоса имеет вид

= +W, где – энергия, которая передается от конденсатора к рабочей среде высокого потенциала; – энергия среды низкого потенциала, которая передается испарителю; W – механическая энергия, затраченная компрессором на сжатие холодильного агента.

Цикл Карно относительно теплового насоса (рис. 18) состоит из таких процессов:

изотермический процесс DC подведения теплоты ( ) на низком температурном уровне , что отвечает условиям теплообмена с окружающей средой;

изоэнтропическое сжатие CB, в процессе которого к рабочему телу подводится работа ;

изотермический процесс BA отведения

теплоты ( ) на высоком температурном уровне , что отвечает условиям теплообмена со средой, которая нагревается;

изоэнтропическое расширение AD, в процессе которого рабочее тело возвращает энергию , вследствие чего к компрессору подается внешняя энергия W, равная разнице энергий и .

Рис. 18 Цикл Карно и схема идеального теплового насоса

Отношение полезной теплоты, отведенной в процессе BA, к затраченной работе называют коэффициентом преобразования k п теплового насоса

. Практический интерес с точки зрения энергоснабжения представляет коэффициент использования топлива , являющийся отношением полезной энергии на выходе установки к количеству энергии , которое содержится в первичном топливе и которое использовано для работы теплового насоса:

.

Чем выше коэффициент использования топлива, тем эффективнее работа теплового насоса. Другими словами эффективность теплового насоса тем выше, чем ниже стоимость использованной для привода компрессора механической или электрической энергии.

Рис. 19 Принцип работы термоэлектрического теплового насос

Более сложные конструкции аналогичного принципа действия имеют тепловые насосы абсорбционного и компрессионнорезорбционного типов.

Другой принцип работы имеют термоэлектрические тепловые насосы, действие которых базируется на эффекте Пельтье. Если взять полупроводниковое устройство, конструкция которого показана на рис. 19, то при пропускании постоянного тока через устройство на переходе n – p выделяется теплота, а на переходе p – n – поглощается. Таким образом, сменой направления электрического тока и его величины можно регулировать величину полученной теплоты или соответствующего охлаждения.

Тепловые насосы такого типа находят широкое применение в качестве кондиционеров в помещениях, для подогрева воды на фермах и во многих других случаях.

Существуют также тепловые насосы, действие которых основывается на использовании эффекта Ранка, двойного цикла Ренкина, работающие по циклу Стирлинга, Брайтона и других видов. Эти тепловые насосы имеют ограниченное применение и специфические условия использования.

В целом тепловые насосы позволяют одновременно решать такие проблемы, как энергосбережение, уменьшение эндогенного влияния на окружающую среду, экономия энергетических ресурсов и улучшение условий работы теплоэнергетических производств.

Рис.20 Тепловой насос для отопления зданий – экологически чистое устройство.

Источниками низкопотенциальной теплоты, обеспечивающими энергетически эффективную и экономически целесообразную работу теплонасосных установок, могут быть:

грунтовая вода, которая сохраняет на протяжении года постоянную температуру на уровне плюс 8–12°С;

подземный грунт на глубине от 2 до 50 м при температуре плюс 10–14°С;

морская вода с минимальной температурой в зимний период плюс 5–8°С;

техническая вода систем охлаждения ТЭС, АЭС, промышленных и других установок;

сточные воды очистных сооружений населенных пунктов и др.

Применение тепловых насосов перспективно в комбинированных схемах в сочетании с другими технологиями использования возобновляемых источников энергии (солнечные, ветровые, биоэнергетические) и в локальных системах. Так, грунтовые тепловые насосы с тепловой мощностью до 16 кВт (к.п.д. до 6%) применяются для отопления зданий и кондиционирования.

Во многих развитых странах использование тепловых насосов является одним из эффективных направлений политики энергосбережения. Значительное распространение получили тепловые насосы в локальных системах отопления США (600 тыс.), Канады (136 тыс.), Швеции (200 тыс.), Германии (40 тыс.), Японии и других стран, их мощность будет быстро расти для теплоснабжения (коммунального и производственного) в развитых странах.

По прогнозу Мирового энергетического комитета к 2020 г. использование тепловых насосов для отопления и горячего водоснабжения составит 75%.

В Украине ресурсы возобновляемых источников энергии имеются практически на всей территории. К основным составляющим возобновляемой энергетики Украины относятся ветроэнергетика, солнечная энергетика, малая гидроэнергетика, биоэнергетика, геотермальная энергетика и энергетика окружающей среды. Уровень технического годового суммарного энергетического потенциала основных видов возобновляемых нетрадиционных источников энергии в Украине оценивается эквивалентным 80 млн. т у.т При этом, однако, экономически эффективный энергетический потенциал значительно ниже.

Интенсификация научно-исследовательских работ в области возобновляемой энергетики, создание законодательно-правовой и нормативной базы, системы государственного экономического стимулирования дадут возможность эффективного и широкого использования нетрадиционных ВИЭ.