ВКР Шапетько Готовй (1222361)
Текст из файла
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ
«ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ»
Кафедра «Электротехника, электроника и электромеханика»
К ЗАЩИТЕ ДОПУСТИТЬ
Заведующий кафедрой ___________О.А. Малышева
"____"_____________2016 г.
МИКРОМОЩНЫЙ АВТОНОМНЫЙ ПАРОВОЙ ТУРБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР
Пояснительная записка к выпускной квалификационной работе
БР 13.03.02.025-648
Студент В.А. Шапетько
Руководитель Р.Х. Сайфутдинов
Нормоконтроль Е.В. Константинова
Хабаровск – 2016
ABSTRACT
The purpose of this final qualifying work was to develop, design and calculation model of micropowerful independent steam turbo-electric generator. The progress has been made calculation models, principles of operation are studied. Studied the advantages and disadvantages of the project, discussed the scope of the present invention. Studied the phenomenon of the generation of electrical energy from the physical effects of steam. The conclusions that we can build a prototype for the calculations and design.
РЕФЕРАТ
Выпускная квалификационная работа представлена пояснительной запиской объемом 51 страниц, чертежами и плакатами на 4 листах формата А3 и приложением.
МИКРОМОЩНЫЙ ГЕНЕРАТОР, ТУРБИНА, ТУРБОЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ, АККУМУЛЯТОР, ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ, СОПЛО, ПАРОПЕРЕГРЕВАТЕЛЬ, ПАРОГЕНЕРАТОР, АЛЬТЕРНАТИВНЫЙ ИСТОЧНИК ЭНЕРГИИ.
В выпускной квалификационной работе разработана и рассчитана модель микромощного автономного парового турбоэлектрического генератора. Описан принцип работы и управления данным изобретением.
В соответствии с заданием проведен обзор существующих альтернативных методов получения электрической энергии. Обоснованы причины необходимости создания данного изобретения. В проекте представлены достоинства и недостатки микромощного автономного парового турбоэлектрического генератора. Представлены все геометрические параметры изобретения, его материалоёмкость. Приведены некоторые данные по экономической эффективности данного изобретения. Подтверждена реальная возможность проектирования экспериментального образца.
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ 8
1. ВИДЫ МИКРОМОЩНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ 9
2. ПРИНЦИП ДЕЙСТВИЯ ПАРОТУРБИННОГО ЭЛЕКТРОГЕНЕРАТОРА ……………………………………………………………………………….19
3. МЕТОДИКА ПРОЕКТИРОВАНИЯ 21
3.1. Выбор аккумулятора 21
3.2. Выбор генератора 24
3.3. Определение тепловой мощности 26
3.4. Расчет парогенератора 27
3.5. Расчет пароперегревателя 29
3.6. Выбор типа и конструкции турбины 32
3.7. Выбор сопла 39
3.8. Паровой расчет 41
3.9. Расчет сопла 44
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ПРОЕКТИРОВАНИЯ 47
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 49
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 50
ПРИЛОЖЕНИЕ А 52
ВВЕДЕНИЕ
В современном обществе, во время активного научно - технического прогресса, трудно отказаться от использования компьютеров, мобильных телефонов и, конечно, интернета для общения, работы, получения информации. Современные технологии уже давно стали неотъемлемой и даже обыденной составляющей нашей жизни.
Применение переносных средств радиосвязи, навигации, освещения, переносной вычислительной техники, средств фото- и видео- записи и других переносных электронных устройств, при выполнении длительных работ вызывает необходимость заряда аккумуляторов этих устройств.
Такие потребители, как МЧС, службы геологов, туристы, экспедиторы, промысловики – те, кто на длительное время остаётся без возможности пользоваться доступной электрической сетью и большими генераторами. Для этих потребителей отличным решением могут служить передвижные источники электроэнергии. В таких условиях должны удовлетворятся ряд требований: небольшая масса и габариты, эксплуатационная надежность, малая зависимость от погодных и ландшафтных условий, низкие трудозатраты при получении электроэнергии. Также, стоит отметить, что переносные генераторы могут использоваться как для заряда устройств напрямую, так и для накопления энергии в буферных аккумуляторах.
Переносные микромощные генераторы незаменимы в походных условиях, поскольку позволяют уменьшить количество взятых запасных аккумуляторов.
Всеми перечисленными достоинствами обладает микромощный паровой турбоэлектрический генератор. Он в полной мере удовлетворяет требованиям и является достаточно экономичным источником энергии. Большим преимуществом этого альтернативного источника энергии является то, что при его использовании нет выброса вредных веществ в атмосферу.
-
ВИДЫ МИКРОМОЩНЫХ ГЕНЕРАТОРОВ
Рассмотрим основные виды существующих микромощных генераторов.
Солнечная батарея.
Представляют собой полупроводниковые устройства, состоящие из нескольких объединенных фотоэлектрических преобразователей. Они позволяют преобразовывать солнечную энергию в электрический ток. Обеспечив постоянный приток солнечной энергии, которая не требует от потребителя, каких-либо действий.
Поскольку этот электрогенератор имеет полупроводниковую структуру в нем отсутствуют подвижные частей, что значительно сказывается на масса- габаритных показателях, что для переносных генераторов является важным показателем. Также, отсутствие подвижных частей позволяет сделать конструкцию более надежной.
Благодаря принципу работы переносной солнечной батареи основным преимуществом над остальными видами переносных генераторов является возможность использовать непосредственно в движение, при переходе закрепив на поверхности одежды или рюкзаке. Также можно использовать и во время стоянок или привалов. Это весьма удобно, так как получение электрической энергии происходит все время.
Недостатком является погодный фактор, ограничивающий использование в часы, когда солнце находится не в зените или пасмурное время. Так и рельефный фактор не позволяющий использовать в полной мере в лесу и других ограничивающих местах доступ к солнцу. Также нужно обеспечивать оптимальный угол наклона солнечных элементов, что сложно обеспечить, а следящих систем в подобных устройствах нет. В связи с этим, если в течение дня не удалось в полной мере использовать генератор, то в вечернее время уже не получится, так как солнечная интенсивность сильно уменьшилась.
Это приведет к необходимости увеличения количества солнечных элементов, что недопустимо для переносных генераторов, так как теряются масса-габаритные показатели, а цена этих элементов достаточна велика.
Термоэлектрические преобразователи.
Существуют различные виды получения электрической энергии от источника тепла такие как:
Термоэлектрические модули (ТЭМ), работающие по принципу Элементов Пельтье. Состоят из единичных элементов термопар состоящих из двух разнородных элементов с n- и p- типом проводимости соединенные последовательно между собой образуя, геометрическую пластину не большой толщены. Так термоэлектрический модуль может, включать от единиц до сотен термопар, обеспечивая различную мощность и масса, габаритные размеры.
При прохождении по термоэлектрическому модулю постоянного электрического тока на ее обкладках возникает перепад температур – одна обкладка нагревается, а другая охлаждается. Степень охлаждения зависит величины тока.
Генераторы ТЭМ могут как потреблять электрическую энергию, так и вырабатывать, обеспечив разность температур внешним нагревателем и охладителем можно получить на обкладках ЭДС и электрический ток в нагрузке.
Преимуществом элемента Пельтье является отсутствие подвижных частей, малые размеры, так как он состоит из полупроводниковой структуры. Возможность работы от любого источника тепла, как солнечной энергии, так и от костра.
Недостатком такого переносного генератора является необходимость хорошего охлаждения, которое получить в походных условиях затруднительно. А использование от солнечной энергии из-за малой разности температур не эффективно и приводит к увеличению количества элементов. Низкий коэффициент полезного действия в связи с тем, что материалы элемент Пельтье не может обеспечить два взаимоисключающих свойства проводить электрический ток и одновременно иметь термостойкость.
Он крайне чувствителен к перегреву, что сразу выводит его из строя. Это резко снижает его надежность. Цена такого генератора достаточно велика, а использование более дорогих материалов для повешения КПД не целесообразно.
В связи с этим термоэлектрические модули являются более эффективны в переносных холодильных установках, где менее важна электрическая энергия.
Тепловые двигатели.
Двигатель Стирлинга. Низко температурная тепловая машина, состоящая из цилиндра. Боковые стенки - не проводят тепло, верхняя пластина имеет холодную сторону, а нижняя пластина горячую. В цилиндре находится вытеснитель, состоящий из металлической ватты, обеспечивая движения воздуха между горячей и холодной пластиной. Этот поток воздуха двигает поршень, соединенный с рабочим валом. Про обеспечении разности температур и придаче рабочему валу начальной скорости обеспечиваться вращательное движение, которое можно преобразовать с помощью электрогенератора в электрическую энергию.
Достоинством является возможность его работы, как от костра, так и от тепла солнца. Надежность конструкции.
Главный недостаток как переносного генератора это, что он достаточно тяжелый, громоздкий и материалоемкий. Так как от его размеров зависит скорость вращения вала. Так и то, что его КПД теплового двигателя определяется как:
где 
- абсолютная температура нагревателя, 
- абсолютная температура охладителя.
Из этого следует, что КПД будет больше, если разность температур обеспечивать за счет высокого охлаждения, а не нагрева. Что в походных условиях затруднительно обеспечить.
Электромеханический генератор с мускульным приводом.
Такой вид переносных микромощных генераторов в основном делить на два типа:
Первый представляет собой один или несколько электрогенераторов, движение ротора осуществляется за счет мускульного привода с возможностью генерации на ходу с использованием рук или ног.
Ротор таких маломощных электромашин может быть соединен со шкивом, вращение которого осуществляется приводным ремнем. Так и с рукояткой или рычагом мускульного привода.
Для повышения числа оборотов используют мультипликаторы, содержащие ременные передачи или шестеренчатым механизмом. Но это приводит к увеличению габаритных параметров генератора и делает конструкцию менее надежной.
Достоинством такого способа получения электрической энергия является следующее: малые размеры и масса, низкую цену, допускает использование в любых условиях даже в пути.
Недостатком такого генератора является то, что для получения эффективного заряда нужно приложить много усилий в течение длительного времени. Малую надежность, так как использование мультипликатора является обязательным условием иначе использование такого метода становится не целесообразным.
Такой переносной генератор служит по большей мере экстренным способом получения электрической энергии, когда нужно на короткое время зарядить средство связи.
Вторым же является кинетические генераторы энергии, генерирующий электрическую энергию при ходьбе. Работает на принципе электромагнитной индукции. Где катушка индуктивности намотана на цилиндрическую поверхность, внутри которой находится магнитный сердечник. По мере перемещения сердечника в соленоиде создается ЭДС. Также существуют и другие виды кинетических генераторов с разными видами получения электрической энергии. Но общим дня них является то, что энергия генерируется за счет движения.
Достоинством такого способа являются малые размеры и масса, допускается использование в любых условиях даже в пути, независимость погодных факторов.
Недостатком такого генератора является то, что для получения эффективного заряда аккумулятора нужно преодолеть большое расстояние со значительной скоростью. Например, по заявленным производителем параметрам за десять тысяч шагов время работы средство связи можно продлить на 3 часа. Это ограничивает его использование, так как не все потребители имеют такую возможность. А использование с помощью ручного усилия менее эффективно, чем у электромеханических генераторов с мускульным приводом. Также имеют малое выходное напряжение.
Эти генераторы находят применение для продления времени заряда смартфонов в городских условиях.
Микро-гидроэлектростанции.
Дает возможность преобразовывать кинетическую и потенциальную механическую энергию водного потока сосредоточенных в потоках водных масс в руслах водотоках в электроэнергию.
Характеристики
Тип файла документ
Документы такого типа открываются такими программами, как Microsoft Office Word на компьютерах Windows, Apple Pages на компьютерах Mac, Open Office - бесплатная альтернатива на различных платформах, в том числе Linux. Наиболее простым и современным решением будут Google документы, так как открываются онлайн без скачивания прямо в браузере на любой платформе. Существуют российские качественные аналоги, например от Яндекса.
Будьте внимательны на мобильных устройствах, так как там используются упрощённый функционал даже в официальном приложении от Microsoft, поэтому для просмотра скачивайте PDF-версию. А если нужно редактировать файл, то используйте оригинальный файл.
Файлы такого типа обычно разбиты на страницы, а текст может быть форматированным (жирный, курсив, выбор шрифта, таблицы и т.п.), а также в него можно добавлять изображения. Формат идеально подходит для рефератов, докладов и РПЗ курсовых проектов, которые необходимо распечатать. Кстати перед печатью также сохраняйте файл в PDF, так как принтер может начудить со шрифтами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
