 |
Основы преобразования энергии волн.
|
|
|
|
Газотурбинные установки. Схемы и циклы простейших ГТУ.
Газовой турбиной называется тепловой двигатель ротационного типа, в котором рабочим телом являются продукты сгорания топлива в смеси с воздухом, а также могут быть нагретый до высокой температуры воздух либо другое газообразное вещество, обладающее определёнными физическими свойствами. Конструктивно и по принципу действия газовая турбина аналогична паровой.
Преимущества ГТУ по сравнению с ПТУ:
1.ГТУ значительно более компактна. Вместо громоздкого и сложного парового котла, топливо сжигается в маленькой камере сгорания, расположенной вблизи ГТ. Кроме того в ГТУ нет конденсационной установки.
2.ГТУ проще по конструкции и тех. Обслуживанию.
3. Менее ёмки с точки зрения затрат металла и др. материалов при одинаковой мощности.
4.ГТУ дешевле.
5.Почти не требует воды для охлаждения.
Недостатки:
1.Мощность ГТУ составляет 800 тыс. кВт, а мощность ГТУ – 100 тыс кВт.
2.Срок службы
3.ГТУ более требовательны к качеству топлива.
Принципиальная схема ГТУ с открытой камерой сгорания.
Компрессор 1 сжимает атмосферный воздух до определённого давления и подаёт в открытую камеру сгорания 4. Туда же с помощью топливного насоса 3 непрерывно впрыскивается через форсунку 5 топливо, которое смешивается с воздухом и сгорает. Образовавшиеся газообразные продукты сгорания направляются в ГТ – 8. Только 20-40% воздуха подаваемого компрессором вводится в активную зону горения 6 и участвует в процессе сгорания. Это так называемый первичный воздух. Остальные 60-80% воздуха добавляются уже потом после активной зоны. Смешиваясь с продуктами сгорания эта часть воздуха даёт возможность выровнять и понизить температуру газа перед турбиной до заданной величины. Это сделано из-за того, что для полного сгорания топлива температура в активной зоне 1800-2300к. А температура на вводе в турбину по требования надёжности 900-1100к. Запуск ГТУ производится пусковыми электродвигателями, а зажигание топлива осуществляется обычно только при запуске с помощью установленной в камере сгорания электро свечи.
|
|
|
На рис. показаны в PV и TS диаграммах совмещённые термодинамические и действительные циклы ГТУ со сгоранием при P=const. Линия 3-4’ изображает изоэнтропийное сжатие воздуха в компрессоре с повышением его P и T от P3 и T3 до P4 и T4’. В действительном цикле сжатие сопровождается внутренними потерями, которые сдвигают этот процесс в сторону увеличения энтропии (3-4). Тепло в камеру сгорания подводится по изобаре 4-1, за счёт чего температура возрастает от T4 до T1. Линия 1-2’ изображает изоэнтропийное расширение рабочего тела в турбине. В действительном цикле этот процесс происходит по линии 1-2. Отвод тепла в теплоприёмник в ТД цикле изображается изобарой 2’-3. В действительном цикле линия 2-3 выражает собой условный замыкающий процесс, соотв. Охлаждению газа при выходе их из турбины в атмосферу.
Основы преобразования энергии волн.
Огромные количества энергии можно получить от морских волн. Мощность, переносимая волнами на глубокой воде, пропорциональна квадрату их амплитуды и периоду. Поэтому наибольший интерес представляют длиннопериодные (T ≈10 с) волны большой амплитуды (a ≈2м), позволяющие снимать с единицы длины гребня в среднем от 50 до 70 кВт/м.
Наибольшее число волновых энергетических устройств разрабатывается для извлечения энергии из волн на глубокой воде. Это наиболее общий тип волн, существующий при условии, что средняя глубина моря D превышает величину половины длины волны λ /2.
Поверхностные волны на глубокой воде имеют следующие основные характерные особенности:
|
|
|
− волны являются неразрушающимися синусоидальными с нерегулярной длиной, фазой и направлением прихода;
− движение каждой частицы жидкости в волне является круговым (в то время как изменяющиеся очертания волн свидетельствуют о распространении волнового движения, сами по себе частицы не связаны с этим движением и не перемещаются в его направлении);
− амплитуда движения частиц жидкости экспоненциально уменьшается с глубиной.
− существенно, что амплитуда волны а не зависит от ее длины λ, скорости распространения c, периода T, а зависит лишь от характера предшествовавшего взаимодействия ветра с морской поверхностью.
В волнах на глубокой воде нет поступательного движения жидкости. В подповерхностном слое жидкости ее частицы совершают круговое движение с радиусом орбиты a, равным амплитуде волны. Высота волны H от вершины гребня до основания равна ее удвоенной амплитуде (H = 2 a).
Угловая скорость движения частиц ω измеряется в радианах в секунду. Изменение формы волновой поверхности таково, что наблюдается поступательное движение, хотя сама вода не перемещается в направлении распространения волны (слева направо). Это кажущееся перемещение есть результат наблюдения фаз смещения последовательно расположенных частиц жидкости; как только одна частица в гребне опускается, другая занимает ее место, обеспечивая сохранение формы гребня и распространение волнового движения вперед.
Выражение для мощности, переносимой в направлении распространения волны на единицу ширины волнового фронта, имеет вид
Следовательно, мощность, переносимая волнами, увеличивается прямопропорционально квадрату амплитуды и периоду. Именно поэтому для специалистов по океанской энергетике особенно привлекательны длиннопериодные волны, обладающие значительной амплитудой. На практике волны оказываются совсем не такими идеализированно синусоидальными, как это подразумевалось выше. Обычно в море наблюдаются нерегулярные волны с переменными частотой, направлением и амплитудой. Поскольку результирующее волнение чаще всего нельзя представить суммой волн, действующих в одном направлении, то мощность, извлекаемая преобразователями направленного действия, будет значительно ниже той, которую переносят волны.
|
|
|
