Потенциально развитие атомной энергетики несёт в себе серьёзные проблемы, связанные с охраной окружающей среды. Аварии на ряде атомных электрических станциях, убедительно свидетельствуют об этом.
Широко известен способ получения энергии на тепловых электрических станциях. Этот способ заключается в сжигании органического топлива в топке парового котла, где химическая энергия топлива превращается в тепловую энергию водяного пара.
Энергия, выделяющаяся при горении органического топлива (угля, нефти, газа), является в настоящее время основным видом энергии, используемой в промышленном масштабе. Отрицательными факторами являются загрязнение окружающей среды при добыче и транспортировке топлива, продуктами сгорания топлива, при этом КПД тепловых станций не превышает 40 %. Под шахты, разрезы, золоотвалы, терриконы теплоэлектростанций, охладительные водоёмы, линии электропередач и другие сооружения входящие в топливно–энергетический комплекс, отводятся огромные площади.
Для реализации указанного способа требуется большой расход энергии на добычу органического топлива, на его транспортировку и сжигание.
Кроме того, сжигание топлива приводит к загрязнению окружающей среды. При этом большое количество вредных веществ на стадии сжигания выбрасывается в атмосферу и гидросферу в виде газообразных продуктов сгорания.
Из всей химической энергии, заключенной в органическом топливе, только около 30% доходит до потребителя в виде электрической энергии, остальная часть рассеивается в окружающей среде, при этом КПД тепловых электрических станций не превышает 40 %.
2.2.Потери энергии на стадии потребления (использования)
Известно, что электрические котлоагрегаты с нагревателями марки ТЭН, которые используются повсеместно для отопления, имеют коэффициент преобразования энергии (отношение вырабатываемой энергии к потребляемой) КПЭ = 0,7, т. е. 30% дошедшей до потребителя электроэнергии теряется при её использовании потребителем.
Котельные, которые работают на угле, получили широкое распространение для отопления жилых и производственных помещений.
Они имеют значительные потери и затраты как при транспортировке первичного топлива (угля), так и на стадии производства тепла, при этом
КПД таких котельных ниже 40%, т. е. 60% энергии заключённой в первичном топливе теряется уже на стадии выработки тепла.
Кроме того следует учесть значительные потери тепла в тепловых сетях при передаче его потребителям,
Для уменьшения потерь энергии на стадии потребления используется стратегия максимально возможной децентрализации обеспечения теплом
В качестве инструмента решения проблемы уменьшения потерь энергии на стадии потребления изначально выбран насос-теплогенератор, работа которого, основана на использовании такого физического явления как кавитация.
Решение проблемы уменьшения потерь энергии на стадии потребления осуществлялось в три этапа.
3. ЭТАПЫ РЕШЕНИЯ ПРОБЛЕМЫ
3.1 ПЕРВЫЙ ЭТАП
Для уменьшения потерь энергии на стадии её использования инженерами г. Усть-Каменогорска был разработан, создан, испытан и запатентован образец насоса-теплогенератора с горизонтальным валом, КПЭ которого равно 1,27, схема устройства которого изображена на Фиг 1, представлен на Рис 1 и Приложении 1, копия патента в Приложении 2.
Фиг 1 ПРИНЦИПИАЛЬНАЯ СХЕМА НАСОСА-ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА
Устройство работает следующим образом: Перед началом работы насос-теплогенератор полностью заполняется теплоносителем (водой).
Теплоноситель ( жидкость ) поступает в теплогенератор из нижней части бака – термоса имеющего по отношению к теплогенератору превышение, выполняющего роль расходной ёмкости системы отопления по питательному трубопроводу через входной периферийный гидравлический канал 9, утечка теплоносителя из устройства по валу электродвигателя 4, предотвращается торцовым уплотнением 8, после нагрева за счёт давления создаваемого теплогенератором теплоноситель через, выходной периферийный гидравлический канал (на Фиг. не показан), возвращается в верхнюю часть бака – термоса, , в результате вращения диска 3,
относительно боковин 1 и 2, теплоноситель (жидкость) заполняющий кавитащионные каналы 5 приводится во вращательное движение относительно оси вала с помощью лунок 6 диска 3, образуя непрерывный круговой поток теплоносителя в кавитационных каналах 5, всякий раз когда поток теплоносителя попадает на отрезок кавитационного канала 5, ограниченного двумя противоположно расположенными перемычками 7, имеющего наименьшее поперечное сечение, на которой
скорость потока теплоносителя возрастает до максимальной а давление в жидкости уменьшается до минимального, происходит образование значительного количества кавитационных пузырьков, поскольку в жидкости
содержится большое количество воздуха, каждый кавитационный пузырёк растёт за счёт выделения воздуха из жидкости до предельных размеров,
кавитационные пузырьки с потоком жидкости попадают на участок кавитационного канала, ограниченного двумя противоположено расположенными лунками 6 и имеющего наибольшее поперечное сечение на котором скорость потока теплоносителя уменьшается до минимальной, а давление в теплоносителе возрастает до максимального, кавитационные пузырьки схлопываются с образованием кумулятивной струйки, через которую, содержащиеся в пузырьке нагретый пар и газ впрыскивается в окружающую пузырёк жидкость. И. Пирсол в книге «Кавитация» Лондон 1972 г. Перевод Издательство Мир, Москва 1975 г, стр. 13 указывает «…В материале вблизи схлопывающегося кавитационного пузырька температура повышается на 500-800°С. Весь процесс образования и схлопывания пузырьков происходит в течение нескольких мили или микросекунд. Высокие давления, вызывающие разрушения обусловлены кумулятивными струйками, образующимися при схлопывании». с выделением тепловой энергии в окружающую жидкость, а не на рабочие поверхности устройства, поскольку рабочие поверхности изготовлены из полимерного материала который, не смачивается водой поэтому кавитационные пузырьки не прилегают к их поверхностям и при схлопывании пузырьков через
кумулятивные струйки весь нагретый пар и газ впрыскивается в окружающую жидкость, а не на рабочие поверхности устройства, вызывая их эрозию (разрушение), которая согласно И. Пирсолу «Кавитация» Лондон 1972г. Перевод Издательство Мир Москва 1975 г., стр. 30 «Эрозия возникает при скорости потока воды выше 40 м/сек, а потеря веса материала рабочих поверхностей пропорциональна скорости жидкости в пятой степени и давлению в квадрате и достигает максимума при 60°С». Скорость потока жидкости относительно рабочих поверхностей предлагаемого устройства, для увеличения теплопроизводительности устройства немного выше 40 м/ сек,. После испытаний, при многократном увеличении были обнаружены следы воздействия кавитации, но разрушения рабочих поверхностей обнаружено не было, что свидетельствует о том что, максимум затрачиваемой энергии расходуется на нагрев теплоносителя, а не на
разрушение рабочих поверхностей устройства, этим предлагаемое устройство отличается от аналогов.
Рисунок 1 НАСОС –ТЕПЛОГЕНЕРАТОР С ГОРИЗОНТАЛЬНЫМ ВАЛОМ
Таблица 1 УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ И ПАРАМЕТРЫ НАСОСА-ТЕПЛОГЕНЕРАТОРА
- Номинальная мощность электродвигателя Рном - 37 кВт | ||
- Мощность потребляемая теплогенератором Рраб – кВт | ||
-Номинальное напряжение электродвигателя Uном - 220 В | ||
- Частота переменного тока f - 50 Гц | ||
- Температура теплоносителя на входе теплогенератора Т1 C0 | ||
- Температура теплоносителя на выходе теплогенератора Т2 C0 | ||
- Температура нагрева теплоносителя Т2 – Т1 C0 | ||
- Средняя потребляемая мощность - Рер | ||
- Средняя потребляемя мощность, выраженная в тепловых | ||
единицах - Qзатр | ||
- Теплопроизводительность - величина создаваемой тепловой | ||
энергии - Qсозд | ||
- Коэффициент преобразования энергии (КПЭ)- 1,27 -Число оборотов рабочего колеса = 2950 об/мин -Число единичных гидрокавитационных циклов – 1 835 136 000//час |
Таблица 2 Характеристики работы насоса-теплогенератора в цифровом выражении
Т2 20 60 67 70 75 80 85 90 92
Т1 20 27 33 36 40 45 50 54 55
Т2 - Т1 0 33 34 34 35 35 35 36 37
Рраб 25,9 25,1 24,8 24,8 24 23,6 23,3 22,6 22,6
Рраб% Рном 70 68 67 67 65 64 63 61 61
t раб (мин) 0 22 30 34 40 47 55 62 65
G л/час - .800
Характеристики работы насоса-теплогенератора представлены в графическом виде на Рис 2
Рисунок 2 Зависимость параметров Т1, Т2, Т2 – Т1, Рраб, Рраб% Рном от времени работы устройства с момента начала работ
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
